KR102037099B1

KR102037099B1 - 보용 상태 판정 장치, 보용 상태 판정 방법 및 보행 훈련 장치

Info

Publication number: KR102037099B1
Application number: KR1020170110846A
Authority: KR
Inventors: 히카루 스가타
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-10-29
Also published as: EP3132784A1; KR20170104128A; EP3132784B1; JP2017038658A; JP6554996B2; CN106466219B; CN106466219A; US20170049660A1; KR20170021205A; US10874576B2

Abstract

보용(步容) 상태 판정 장치는, 보행을 보조하는 보행 보조 장치가 다리부에 장착된 유저의 보용 상태를 판정한다. 보용 상태 판정 장치는, 보행 보조 장치에 설치되고 유저의 족부에 장착되는 족부 장착부와, 족부 장착부에 설치되고, 해당 유저의 발바닥에 발생하는 하중을 검출하는 하중 검출 수단과, 하중 검출 수단에 의하여 검출된 발바닥의 하중에 기초하여, 유저의 보용 동작 중의 발바닥에 걸리는 하중 중심 위치를 연속적으로 산출하는 하중 중심 산출 수단과, 하중 중심 산출 수단에 의하여 산출된 하중 중심 위치가 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내에 위치한 상태로부터 발끝 영역 내로 추이한 때, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정하는 동작 판정 수단을 구비한다.

Description

보용 상태 판정 장치, 보용 상태 판정 방법 및 보행 훈련 장치 {GAIT STATE DETERMINATION APPARATUS, GAIT STATE DETERMINATION METHOD, AND WALKING TRAINING APPARATUS}

본 발명은, 유저의 보용(步容) 상태를 판정할 수 있는 보용 상태 판정 장치, 보용 상태 판정 방법 및 보행 훈련 장치에 관한 것이다.

예를 들어 본 출원인에 의하여, 유저의 다리부에 장착되어 해당 유저의 보행을 보조하는 보행 보조 장치를 구비하는 보행 훈련 장치가 제안되어 있다(일본 특허 출원 제2012-95793호 참조).

그런데 보행 보조 장치 및 유저의 다리부 중 적어도 한쪽을 상방 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과, 보행 보조 장치 및 유저의 다리부 중 적어도 한쪽을 상방 또한 후방으로 인장하는 제2 인장 수단을 더 추가하고, 제1 및 제2 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 보행 보조 장치의 중량과 대략 같게 하여, 다리부에 걸리는 보행 보조 장치의 중력 부하를 경감하는 구성을 취한 것으로 한다. 이 경우, 하기 과제가 발생하는 것을 발명자들은 알아내었다. 즉, 보행에 있어서의 다리부의 스윙 개시는, 후방 이동해 있는 다리부를 전방 이동으로 반전시키는 타이밍이기도 하다. 이 때문에, 보행 보조 장치가 장착된 다리부는, 이 반전의 타이밍에 보행 보조 장치로부터 후방으로의 관성력을 받게 된다. 그러나 상기 보행 훈련 장치는, 유저의 보행에 대한 보행 보조 장치의 중력의 부하를 경감하는 것이지만, 상기 관성력의 부하까지도 경감하는 것은 아니다. 이 때문에, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시 시에 있어서 그 다리부에 과잉의 부담이 걸린다. 또한 상기 구성과 같이 연직 상향 방향으로의 중력 부하를 경감한 경우, 후방으로의 관성력뿐만 아니라, 다리를 지면으로부터 띄우기(상방으로 들어 올리기) 위한 연직 방향으로의 관성력도 부하로 된다.

따라서 이 관성력의 부담을 경감하기 위하여, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정하고, 그 스윙 개시 시에, 예를 들어 관성력을 경감하도록 인장 수단의 인장력을 증가시키는 것이 바람직하다. 그러나 상기 보행 훈련 장치에 있어서는, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시를 판정하고 있지 않으며, 상기 부하의 경감도 행하고 있지 않다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정할 수 있는 보용 상태 판정 장치, 보용 상태 판정 방법 및 보행 훈련 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태는, 보행을 보조하는 보행 보조 장치가 다리부에 장착된 유저의 보용 상태를 판정하는 보용 상태 판정 장치이며, 상기 보행 보조 장치에 설치되고 유저의 족부에 장착되는 족부 장착부와, 상기 족부 장착부에 설치되고, 해당 유저의 발바닥에 발생하는 하중을 검출하는 하중 검출 수단과, 상기 하중 검출 수단에 의하여 검출된 발바닥의 하중에 기초하여, 유저의 보용 동작 중의 발바닥에 걸리는 하중 중심 위치를 연속적으로 산출하는 하중 중심 산출 수단과, 상기 하중 중심 산출 수단에 의하여 산출된 하중 중심 위치가 상기 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내에 위치한 상태로부터 발끝 영역 내로 추이한 때, 상기 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정하는 동작 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 보용 상태 판정 장치이다. 이 일 형태에 의하면, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정할 수 있다.

이 일 형태에 있어서, 상기 동작 판정 수단은, 상기 하중 중심 위치가 상기 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내로부터 발끝 영역 내로 추이하고, 해당 발끝 영역 내에 소정 시간 이상 계속해서 있을 때, 상기 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정해도 된다. 이 일 형태에 의하면, 하중 중심 위치가 발끝 영역 내에 소정 시간 이상 계속해서 들어 있는 안정된 상태에서 스윙 개시를 판정할 수 있다. 이것에 의하여, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시를 보다 고정밀도로 판정할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 일 형태는, 보행을 보조하는 보행 보조 장치가 다리부에 장착된 유저의 보용 상태를 판정하는 보용 상태 판정 방법이며, 상기 보행 보조 장치에 설치되고 유저의 족부에 장착되는 족부 장착부에 설치되고, 해당 유저의 발바닥에 발생하는 하중을 검출하는 스텝과, 상기 검출된 발바닥의 하중에 기초하여, 유저의 보용 동작 중의 발바닥에 걸리는 하중 중심 위치를 연속적으로 산출하는 스텝과, 상기 산출된 하중 중심 위치가 상기 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내에 위치한 상태로부터 발끝 영역 내로 추이한 때, 상기 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 보용 상태 판정 방법이어도 된다. 이 일 형태에 의하면, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 일 형태는, 상기 다리부를 직접적으로, 또는 상기 보행 보조 장치를 통하여 상방 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과, 상기 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단과, 상기 보용 상태 판정 장치를 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 보용 상태 판정 장치에 의하여, 상기 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정되었을 때, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더하여 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 장치여도 된다. 이 일 형태에 의하면, 고정밀도로 판정된 스윙 개시 시에 제1 인장 수단에 의한 인장력을 증가시킴으로써, 다리부의 스윙 개시 시에 있어서의 관성력을 경감할 수 있다.

본 발명에 의하면, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정할 수 있는 보용 상태 판정 장치, 보용 상태 판정 방법 및 보행 훈련 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 특징, 목적, 장점은, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아닌 예로서의, 부수되는 도면에의 참조와 함께, 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 보행 훈련 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는 보행 보조 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은 밑창 프레임의 발끝측 및 발뒤꿈치측에 설치된 하중 센서를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컴퓨터의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은 발바닥의 발끝 영역, 중간 영역 및 발뒤꿈치 영역 다리부를 도시하는 도면이다.
도 7은 보용 상태 판정 방법의 판정 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 다리부의 스윙 개시의 타이밍의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 보용 상태 판정 방법의 판정 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 다리부의 스윙 개시의 타이밍의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 보행 훈련 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이다. 본 실시 형태에 관한 보행 훈련 장치(1)는, 예를 들어 뇌졸중 편마비 환자 등의 유저의 보행 훈련을 행하기 위한 장치이다. 보행 훈련 장치(1)는, 유저의 다리부에 장착된 보행 보조 장치(2)와, 유저의 보행 훈련을 행하는 훈련 장치(3)를 구비하고 있다.

보행 보조 장치(2)는, 예를 들어 보행 훈련을 행하는 유저의 불편한 다리에 장착되어 유저의 보행을 보조한다(도 2). 보행 보조 장치(2)는, 허벅다리 프레임(21)과, 허벅다리 프레임(21)에 슬관절부(22)를 개재하여 연결된 종아리 프레임(23)과, 종아리 프레임(23)에 발목 관절부(24)를 개재하여 연결된 밑창 프레임(족부 장착부의 일 구체예)(25)과, 슬관절부(22)를 회전 구동하는 모터 유닛(26)과, 발목 관절부(24)의 가동 범위를 조정하는 조정 기구(27)를 갖고 있다. 또한 상기 보행 보조 장치(2)의 구성은 일례이며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 보행 보조 장치(2)는, 발목 관절부(24)를 회전 구동하는 모터 유닛을 구비하고 있어도 된다.

밑창 프레임(25)에는, 발끝측 및 발뒤꿈치측에 1쌍의 하중 센서(28)가 설치되어 있다(도 3). 하중 센서(28)는 하중 검출 수단의 일 구체예이다. 하중 센서(28)는, 예를 들어 밑창 프레임(25)의 발바닥에 걸리는 수직 하중을 검출하는 수직 하중 센서이다. 또한 밑창 프레임(25)에 설치되는 하중 센서(28)의 수 및 위치는, 발바닥의 하중 중심을 고정밀도로 구할 수 있는 배치이면 임의여도 된다. 예를 들어 하중 센서(28)는 3개 이상 배치될 필요가 있으며, 각각의 하중 센서(28)가 일직선 상으로 되지 않도록 각 하중 센서(28)를 배치한다. 하중 중심은, 배치한 하중 센서(28)를 직선으로 연결하여 생기는 다각형의 면적이 보다 커지도록 배치하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여, 하중 중심을 보다 넓은 범위에서 고정밀도로 검출할 수 있다.

보행 보조 장치(2)는 하중 중심 산출 수단의 일 구체예이며, 하중 센서(28)에 의하여 검출된, 밑창 프레임(25)의 발바닥의 하중에 기초하여, 유저의 보용 동작 중의 발바닥의 하중 중심(COP: Center of Pressure)의 위치(이하, COP 위치라 칭함)를 연속적으로 산출한다.

예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 밑창 프레임(25)의 발바닥의 중심 위치를 2차원 XY 좌표의 원점으로 하여, 발끝측의 제1 하중 센서(28)의 위치(x1, y1), 발끝측의 제2 하중 센서(28)의 위치(x2, y2), 발뒤꿈치측의 제3 하중 센서(28)의 위치(x3, y3), 발뒤꿈치측의 제4 하중 센서(28)의 위치(x4, y4)로 한다. 제1 내지 제4 하중 센서(28)에 걸리는 하중량을 Ni(i=1 내지 4)로 한다. 보행 보조 장치(2)는, 예를 들어 하기 식을 이용하여 COP 위치(x_COP, y_COP)를 산출한다.

상기 COP 위치의 산출 방법은 일례이며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 밑창 프레임(25)의 발바닥에는 하중 센서(28) 대신, 발바닥의 하중 분포를 검출하는 하중 분포 센서가 설치되어 있어도 된다. 보행 보조 장치(2)는, 하중 분포 센서에 의하여 검출된 발바닥의 하중 분포에 기초하여 COP 위치를 산출해도 된다.

허벅다리 프레임(21)은 유저의 다리부의 허벅다리부에 설치되고, 종아리 프레임(23)은 유저의 다리부의 종아리부에 설치된다. 허벅다리 프레임(21)에는, 예를 들어 허벅다리부를 고정하기 위한 허벅다리 장구(212)가 설치되어 있다. 허벅다리 프레임(21)에는, 후술하는 제1 인장부(33)의 와이어(36)를 접속하기 위한, 좌우 방향으로 연장되는 가로로 긴 제1 프레임(211)이 설치되어 있다.

또한 상기 제1 인장부(33)의 접속부는 일례이며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 제1 인장부(33)의 와이어(36)를 허벅다리 장구(212)에 접속해도 되며, 제1 인장부(33)의 인장점을 보행 보조 장치(2)의 임의의 위치에 설정할 수 있다.

모터 유닛(26)은 유저의 보행 동작에 따라 슬관절부(22)를 회전 구동함으로써 유저의 보행을 보조한다. 또한 상기 보행 보조 장치(2)의 구성은 일례이며, 이에 한정되지 않는다. 유저의 다리부에 장착되어 그 보행을 보조할 수 있는 임의의 보행 보조 장치를 적용 가능하다.

훈련 장치(3)는, 트레드밀(31)과, 프레임 본체(32)와, 제1 및 제2 인장부(33, 34)와, 제어 장치(35)를 갖고 있다. 트레드밀(31)은 링형의 벨트(311)를 회전시킨다. 유저는, 벨트(311) 위에 타고 해당 벨트(311)의 이동에 따라 보행을 행하여, 그 보행 훈련을 행한다.

프레임 본체(32)는, 트레드밀(31) 상에 세워져서 설치된 2대의 기둥 프레임(321)과, 각 기둥 프레임(321)에 접속되고 전후 방향으로 연장되는 1쌍의 전후 프레임(322)과, 각 전후 프레임(322)에 접속되고 좌우 방향으로 연장되는 3개의 좌우 프레임(323)을 갖고 있다. 또한 상기 프레임 본체(32)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 후술하는 제1 및 제2 인장부(33, 34)가 적절히 고정되면, 프레임 본체(32)는 임의의 프레임 구성이어도 된다.

전방의 좌우 프레임(323)에는, 와이어(36)를 상방 또한 전방으로 인장하는 제1 인장부(33)가 설치되어 있다. 제1 인장부(33)는 제1 인장 수단의 일 구체예이다. 제1 인장부(33)는, 예를 들어 와이어(36)를 권취 및 되감는 기구, 해당 기구를 구동하는 모터 등으로 구성되어 있다. 제1 인장부(33)가 인장하는 와이어(36)의 일단부는 보행 보조 장치(2)에 접속되어 있다. 제1 인장부(33)는 와이어(36)를 통하여 보행 보조 장치(2)를 상방 또한 전방으로 인장한다.

제1 인장부(33)에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지한다. 제1 인장부(33)에 의한 인장력의 수평 전방 성분에 의하여 다리부의 스윙을 보조한다. 이것에 의하여, 보행 훈련 시에 있어서의 유저의 보행 부하를 경감할 수 있다.

제2 인장부(34)는 후방의 좌우 프레임(323)에 설치되고, 와이어(37)를 상방으로 인장한다. 와이어(37)의 일단부는, 예를 들어 유저의 요부 부근에 장착된 벨트에 접속되어 있다. 제2 인장부(34)는, 예를 들어 와이어(37)를 권취 및 되감는 기구, 해당 기구를 구동하는 모터 등으로 구성되어 있다. 제2 인장부(34)는 와이어(37)를 통하여 유저의 요부를 상방으로 인장한다. 이것에 의하여, 유저의 자중에 의한 부하를 경감할 수 있다. 제1 및 제2 인장부(33, 34)는 배선 등을 통하여 제어 장치(35)에 각각 접속되어 있다.

제어 장치(35)는, 제1 및 제2 인장부(33, 34)의 인장력과, 트레드밀(31)의 구동과, 보행 보조 장치(2)를 각각 제어한다. 제어 장치(35)는, 예를 들어 연산 처리, 제어 처리 등을 행하는 CPU(Central Processing Unit), CPU에 의하여 실행되는 연산 프로그램, 제어 프로그램 등이 기억된 ROM(Read Only Memory), 각종 데이터 등을 기억하는 RAM(Random Access Memory), 외부와 신호의 입출력을 행하는 인터페이스부(I/F) 등으로 이루어지는 마이크로컴퓨터를 중심으로 하여 하드웨어 구성되어 있다. CPU, ROM, RAM 및 인터페이스부는 데이터 버스 등을 통하여 서로 접속되어 있다.

도 4는, 본 실시 형태에 관한 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도이다.

제어 장치(35)는, 예를 들어 제1 인장부(33)를 제어하는 다리부 부하 경감 제어 유닛(351)과, 제2 인장부(34)를 제어하는 인체부 부하 경감 제어 유닛(352)과, 보행 보조 장치(2)를 제어하는 다리부 제어 유닛(353)과, 트레드밀(31)을 제어하는 트레드밀 제어 유닛(354)과, 이들 유닛을 제어하는 컴퓨터(Personal Computer)(355)와, 컴퓨터(355)를 조작하기 위한 조작 패널(356)로 구성되어 있다. 조작 패널(356)은 훈련 지시, 훈련 메뉴, 훈련 정보(보행 속도, 생체 정보 등) 등의 정보를 표시한다. 조작 패널(356)은, 예를 들어 터치 패널로서 구성되어 있으며, 유저는 조작 패널(356)을 통하여 각종 정보{제1 및 제2 인장부(33, 34)의 인장력 등}를 입력할 수 있다.

그런데 유저의 보용 동작에 있어서, 다리부의 스윙 개시는, 후방 이동해 있는 다리부를 전방 이동으로 반전시키는 타이밍이기도 하다. 이 때문에, 보행 보조 장치가 장착된 다리부는, 이 반전의 타이밍에 보행 보조 장치로부터 후방으로의 관성력을 받아 다리부에 부담이 걸리게 된다. 또한 다리부를 위로 들어 올릴 때는 하측 방향의 관성력도, 유저가 다리부를 스윙할 때의 부하로 된다.

따라서 이 관성력의 부담을 경감하기 위하여, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정하고, 그 스윙 개시 시에 관성력을 경감하도록 인장 수단의 인장력을 증가시키는 것이 바람직하다.

이에 대하여, 본 실시 형태에 있어서는, 인간의 보행 중, 족부의 접지로부터 그 스윙 개시에 걸쳐 COP 위치가 발뒤꿈치 영역으로부터 발끝 영역으로 천이한다는 인간 공학적 특성에 착안하고, 이 특성을 이용하여 그 스윙 개시를 고정밀도로 판정한다. 즉, 본 실시 형태에 관한 보용 상태 판정 장치에 있어서, 보행 보조 장치(2)의 밑창 프레임(25)의 발바닥에 발생하는 하중을 검출하고, 검출된 발바닥의 하중에 기초하여 해당 발바닥에 걸리는 COP 위치를 산출하고, 산출된 COP 위치가 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내에 위치한 상태로부터 발끝 영역 내로 추이한 때, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정한다. 이것에 의하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정할 수 있다. 또한 그 고정밀도로 판정된 스윙 개시 시에 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시켜 추가의 인장력을 발생시킴으로써, 다리부의 스윙 개시 시에 있어서의 관성력을 경감할 수 있다.

도 5는, 본 실시 형태에 관한 컴퓨터의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도이다. 본 실시 형태에 관한 컴퓨터(355)는, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 스윙 개시를 판정하는 동작 판정부(357)와, 스윙 개시 시에 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시키는 인장력 계산부(358)를 갖고 있다.

동작 판정부(357)는 동작 판정 수단의 일 구체예이다. 동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)에 의하여 산출된 COP 위치가 밑창 프레임(25)의 발바닥 발뒤꿈치 영역으로부터 발끝 영역으로 이동했는지의 여부를 판정함으로써, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시를 판정한다.

다음으로, 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시를 고정밀도로 판정하기 위한 보용 상태 판정 방법에 대하여 상세히 설명한다.

예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 밑창 프레임(25)의 발바닥 중심을 원점으로 한 XY 좌표계가 설정되어 있다. 그리고 XY 좌표계의 발바닥에 있어서, 발끝 영역, 중간 영역 및 발뒤꿈치 영역이 각각 설정되어 있다. 발바닥에 있어서, X 좌표의 값이 발끝 영역 판정 역치 이상으로 되는 영역이 발끝 영역(사선부)으로 된다. X 좌표의 값이 발뒤꿈치 영역 판정 역치 이하로 되는 영역이 발뒤꿈치 영역(사선부)으로 된다. X 좌표의 값이 발뒤꿈치 영역 판정 역치보다 크고, 또한 발끝 영역 판정 역치보다도 작은 영역(발끝 영역과 발뒤꿈치 영역 사이의 영역)이 중간 영역으로 된다. 또한 상기 발끝 영역 판정 역치 및 발뒤꿈치 영역 판정 역치는, 예를 들어 미리 실험적으로 구해져 상기 ROM이나 RAM 등에 설정되어 있다. 또한 상기 발끝 영역 판정 역치 및 발뒤꿈치 영역 판정 역치는, 예를 들어 조작 패널(356) 등을 통하여 유저가 임의로 설정 변경할 수 있다.

동작 판정부(357)는, 예를 들어 상기 XY 좌표계에 있어서, 보행 보조 장치(2)에 의하여 산출된 COP 위치가 발뒤꿈치 영역으로부터 중간 영역을 거쳐 발끝 영역에 들어가면, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙을 개시했다고 판정한다.

도 7은, 보용 상태 판정 방법의 판정 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다.

동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)의 하중 센서(28)에 의하여 검출된 밑창 프레임(25)의 발바닥의 하중에 기초하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부가 입각(立脚) 상태인지의 여부를 판정한다(스텝 S101).

동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부가 입각 상태라고 판정하면(스텝 S101의 "예"), COP 위치 x_cop가, 발뒤꿈치 영역 판정 역치보다 작은 값에서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값으로 되었는지(COP 위치가 발뒤꿈치 영역으로부터 발끝 영역 내에 들어갔는지)의 여부를 판정한다(스텝 S102). 한편, 동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부가 입각 상태가 아니라고{유각(游脚) 상태라고} 판정하면(스텝 S101의 "아니오"), 후술하는 (스텝 S104)로 이행한다.

동작 판정부(357)는, 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이, COP 위치 x_cop가, 발뒤꿈치 영역 판정 역치보다 작은 값에서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값으로 되었다고 판정했을 때(스텝 S102의 "예"), 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙을 개시했다고 판정한다(스텝 S103). 한편, 동작 판정부(357)는, COP 위치 x_cop가, 발뒤꿈치 영역 판정 역치보다 작은 값에서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값으로 되어 있지 않다고 판정했을 때(스텝 S102의 "아니오"), 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙을 개시하고 있지 않다고 판정한다(스텝 S104).

또한 동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)에 의하여 산출된 COP 위치가 발뒤꿈치 영역으로부터 발끝 영역 내에 들어가, 해당 발끝 영역 내에 소정 시간 이상 계속해서 들어 있을 때, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙을 개시했다고 판정해도 된다. 예를 들어 유저의 보행이 진동적인 경우 등에서, COP 위치가 건너뛰거나, 또는 진동적으로 되어 안정되지 않는 경우가 있다. 이 경우에도, COP 위치가 발뒤꿈치 영역으로부터 발끝 영역 내에 들어가, 해당 발끝 영역 내에 소정 시간 이상 계속해서 들어 있는 안정된 상태에서 스윙 개시를 판정할 수 있다. 이것에 의하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시를 보다 고정밀도로 판정할 수 있다. 또한 상기 소정 시간은, 예를 들어 하중 센서의 센서 특성이나 유저의 보용 상태에 따라 ROM이나 RAM 등에 미리 설정된다. 또한 상기 소정 시간은, 예를 들어 조작 패널(356) 등을 통하여 유저가 임의로 설정 변경할 수 있다.

도 9는, 상술한 보용 상태 판정 방법의 판정 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다.

동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)의 하중 센서(28)에 의하여 검출된 밑창 프레임(25)의 발바닥의 하중에 기초하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부가 입각 상태인지의 여부를 판정한다(스텝 S201).

동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부가 입각 상태라고 판정하면(스텝 S201의 "예"), COP 위치 x_cop가, 발뒤꿈치 영역 판정 역치보다 작은 값에서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값으로 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S202). 한편, 동작 판정부(357)는, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부가 입각 상태가 아니라고 판정하면(스텝 S201의 "아니오"), 후술하는 (스텝 S205)로 이행한다.

동작 판정부(357)는, COP 위치 x_cop가, 발뒤꿈치 영역 판정 역치보다 작은 값에서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값으로 되었다고 판정했을 때(스텝 S202의 "예"), COP 위치 x_cop가 소정 시간 이상 계속해서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값인지(발끝 영역 내에 있는지)의 여부를 판정한다(스텝 S203). 한편, 동작 판정부(357)는, COP 위치 x_cop가, 발뒤꿈치 영역 판정 역치보다 작은 값에서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값으로 되어 있지 않다고 판정했을 때(스텝 S202의 "아니오"), 후술하는 (스텝 S205)로 이행한다.

동작 판정부(357)는, 예를 들어 도 10에 나타낸 바와 같이, COP 위치 x_cop가 소정 시간 이상 계속해서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값이라고 판정했을 때(스텝 S203의 "예"), 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙을 개시했다고 판정한다(스텝 S204). 한편, 동작 판정부(357)는, COP 위치 x_cop가 소정 시간 이상 계속해서 발끝 영역 판정 역치 이상의 값이 아니라고 판정했을 때(스텝 S203의 "아니오"), 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙을 개시하고 있지 않다고 판정한다(스텝 S205).

인장력 계산부(358)는 통상, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치의 중력을 저감시키도록 제1 인장부(33)를 제어한다. 예를 들어 인장력 계산부(358)는 통상, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치의 중력과 같아지도록, 또는 보행 보조 장치의 중력의 1/2과 같아지도록 제1 인장부(33)를 제어한다.

또한 인장력 계산부(358)는, 동작 판정부(357)에 의하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 스윙을 개시했다고 판정되면, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시키도록 제1 인장부(33)를 제어한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치의 중력을 저감시키도록 제1 인장부(33)를 제어함으로써, 유저의 보행에 대한 보행 보조 장치(2)의 중력 부하를 경감할 수 있다. 또한 본 실시 형태에 의하면, 스윙 개시를 고정밀도로 판정하고, 이 판정한 스윙 개시 시에 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시켜 그 수평 전방 성분 f1을 증가시킴으로써, 스윙 개시 시에 있어서의 보행 보조 장치(2)로부터의 관성력의 부하를 경감할 수 있다.

인장력 계산부(358)는 제1 인장부(33)에 대한 인장력 명령값을 계산하고, 계산한 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 출력한다. 제1 인장부(33)는, 인장력 계산부(358)로부터의 출력되는 인장력 명령값에 따라 보행 보조 장치(2)의 와이어(36)를 인장한다. 이때의 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지한다. 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 수평 전방 성분 f1에 의하여 다리부의 스윙을 보조한다. 즉, 인장력 명령값은, 유저의 통상 보행 동작에 대하여, 그 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지하고, 그 인장력 f의 수평 전방 성분 f1에 의하여 다리부의 스윙을 최적으로 보조하도록 설정되어 있다.

인장력 계산부(358)는, 동작 판정부(357)에 의한 다리부의 스윙 개시의 판정에 따라 인장력 명령값을, 예를 들어 펄스형으로 단시간 또한 급격히 증가시킨다. 또한 인장력 명령값의 증가량은, 예를 들어 트레드밀(31)의 벨트(311)의 이동 속도로부터 산출되는 보행 보조 장치(2)의 관성력에 기초하여 설정되어도 된다. 인장력 계산부(358)는 다리부의 스윙 개시 후 일정 시간 경과하면, 통상의 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 대하여 출력한다.

이상, 본 실시 형태에 있어서, 보행 보조 장치(2)의 밑창 프레임(25)의 발바닥에 발생하는 하중을 검출하고, 검출된 발바닥의 하중에 기초하여 해당 발바닥에 걸리는 COP 위치를 산출하고, 산출된 COP 위치가 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내에 위치한 상태로부터 발끝 영역 내로 추이한 때, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정한다. 이것에 의하여, 스윙 개시에 걸쳐 COP 위치가 발뒤꿈치 영역으로부터 발끝 영역으로 천이한다는 인간 공학적 특성을 이용하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 스윙 개시를 고정밀도로 판정할 수 있다. 또한 그 고정밀도로 판정된 스윙 개시 시에 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시킴으로써, 스윙 개시 시에 있어서의 보행 보조 장치(2)로부터의 관성력의 부하를 경감하여, 그 스윙 개시 시에 있어서의 다리부의 부담을 경감할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 실시 형태에 한정된 것은 아니며, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.

상기 실시 형태에 있어서, 보행 보조 장치(2)가, 하중 센서(28)에 의하여 검출된 밑창 프레임(25)의 발바닥의 하중에 기초하여 COP 위치를 산출하고, 산출한 COP 위치를 제어 장치(35)에 송신하는 구성이지만, 이에 한정되지 않는다. 제어 장치(35)의 컴퓨터(355)가, 보행 보조 장치(2)의 하중 센서(28)에 의하여 검출된 밑창 프레임(25)의 발바닥의 하중에 기초하여 COP 위치를 산출해도 된다.

상기 실시 형태에 있어서, 제어 장치(35)의 컴퓨터(355)가, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 스윙 개시를 판정하는 동작 판정부(357)를 갖는 구성이지만, 이에 한정되지 않는다. 보행 보조 장치(2)가 동작 판정부(357)를 갖는 구성이어도 된다. 이 경우, 보행 보조 장치(2)의 동작 판정부(357)는, 다리부의 스윙 개시를 판정하면, 제어 장치(35)의 컴퓨터(355)의 인장력 계산부(358)는, 보행 보조 장치의 동작 판정부(357)로부터의 스윙 개시의 판정 결과에 따라 인장력 명령값을 증가시킨다.

상기 실시 형태에 있어서, 인장력 계산부(358)는, 동작 판정부(357)의 발끝 영역 판정 역치의 크기에 따라, 다리부의 스윙 개시의 판정 시에 있어서의 인장력 명령값의 증가량을 변경해도 된다. 예를 들어 스윙 개시 시에 있어서의 관성력을 이른 타이밍에 경감하고 싶은 경우, 발끝 영역 판정 역치를 통상보다 작게 설정하는 경우가 있다. 이 경우, 인장력 계산부(358)는 스윙 개시의 판정 시에 있어서의 인장력 명령값의 증가량을 작게 해도 된다. 한편, 스윙 개시 시에 있어서의 관성력을 늦은 타이밍에 경감하고 싶은 경우, 발끝 영역 판정 역치를 통상보다 크게 설정하는 경우가 있다. 이 경우, 인장력 계산부(358)는 스윙 개시의 판정 시에 있어서의 인장력 명령값의 증가량을 크게 해도 된다. 이것에 의하여, 스윙 개시 시에 있어서의 관성력을 보다 자연스럽게 경감할 수 있다.

상기 실시 형태에 있어서, 인장력 계산부(358)는 동작 판정부(357)에 의한 다리부의 스윙 개시의 판정에 따라 인장력 명령값을 증가시키고, 그 후 서서히 감소시켜도 된다. 예를 들어 인장력 계산부(358)는 스윙 개시가 판정되면, 펄스형으로 인장력 명령값을 증가시킨다. 인장력 계산부(358)는 그 후 인장력 명령값을 서서히 감소시키고, 스윙 기간이 종료되면{밑창 프레임(25)이 착지하면}, 통상의 인장력 명령값으로 되돌린다. 이 경우, 인장력 계산부(358)는 이 스윙 기간 중에 있어서, 보행 보조 장치(2)의 와이어(36)에 걸리는 인장력이 증가함에 따라 인장력 명령값을 증가시키도록 해도 된다.

이것에 의하여, 스윙 기간에 있어서, 그 스윙 방향으로 계속해서 통상보다도 큰 인장력을 부가할 수 있다. 따라서 관성력에 부하뿐만 아니라, 스윙 동작 전체의 부담을 경감할 수 있다.

상기 실시 형태에 있어서, 프레임 본체(32)의 좌우 프레임(323)에는, 와이어(39)를 통하여 보행 보조 장치를 상방 또한 후방으로 인장하는 제3 인장부(38)가 설치되는 구성이어도 된다. 제3 인장부(38)는 제2 인장 수단의 일 구체예이다. 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지한다. 그리고 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 수평 성분의 합력에 의하여 다리부의 스윙을 보조한다.

인장력 계산부(358)는, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 보행 보조 장치(2)의 중력과 같아지는 인장력 명령값을 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 출력한다. 또한 인장력 계산부(358)는, 동작 판정부(357)에 의한 다리부의 스윙 개시의 판정에 따라 일정 시간 인장력 명령값을 증가시키고, 증가시킨 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 출력한다. 이때, 인장력 계산부(358)는, 통상의 인장력 명령값(인장력 명령값=일정)을 제3 인장부(38)에 출력하고 있지만 이에 한정되지 않으며, 제1 인장부(33)에 대한 인장력 명령값과 마찬가지로 변동시키도록 해도 된다.

즉, 인장력 계산부(358)는 스윙 개시 시에, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 대한 인장력 명령값을 변동시켜, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 수평 전방 성분을 증가시킨다. 이것에 의하여, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 연직 상방 성분과 수평 전방 성분을 독립적으로 정밀하게 제어할 수 있다. 이로 인하여, 보행 보조 장치(2)의 중력 부하를 경감하면서, 보행 보조 장치(2)가 장착된 다리부의 스윙 개시 시에 있어서, 그 다리부에 걸리는 부담을 보다 최적으로 경감할 수 있다.

상기 실시 형태에 있어서, 훈련 장치(3)는 프레임 본체(32)를 갖지 않는 구성이어도 된다. 이 경우, 제1 및 제2 인장부는, 예를 들어 벽면 또는 천장에 설치되어 있어도 된다.

상기 실시 형태에 있어서, 제1 인장부(33)의 와이어(36)는 보행 보조 장치(2)에 접속되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 제1 인장부(33)의 와이어(36)는 유저의 다리부에 벨트, 링 등의 장착구를 개재하여 접속되는 구성이어도 된다. 또한 제1 인장부(33)의 와이어(36)는 보행 보조 장치(2) 및 유저의 다리부에 접속되는 구성이어도 된다.

상기 실시 형태에 있어서, 보행 보조 장치(2)를 장착한 유저는 트레드밀(31) 상을 보행하는 구성이지만, 이에 한정되지 않는다. 보행 보조 장치(2)를 장착한 유저가 정지된 노면 상을 보행하고, 유저의 이동에 따라 제1 인장부(33)를 이동시키는 구성이어도 된다.

이상의 본 발명의 설명으로부터, 본 발명을 다양하게 변형할 수 있음은 명확하다. 그러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것으로 간주되는 것은 아니며, 또한 모든 당업자에게 있어 자명한 그러한 개량은 이하의 청구범위에 포함되는 것이다.

Claims

보행을 보조하는 보행 보조 장치가 다리부에 장착된 유저의 보용 상태를 판정하는 보용 상태 판정 장치이며,
상기 보행 보조 장치에 설치되고 유저의 족부에 장착되는 족부 장착부와,
상기 족부 장착부에 설치되고, 해당 유저의 발바닥에 발생하는 하중을 검출하는 하중 검출 수단과,
상기 하중 검출 수단에 의하여 검출된 발바닥의 하중에 기초하여, 유저의 보용 동작 중의 발바닥에 걸리는 하중 중심 위치를 연속적으로 산출하는 하중 중심 산출 수단과,
상기 하중 중심 산출 수단에 의하여 산출된 하중 중심 위치가 상기 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내에 위치한 상태로부터 발끝 영역 내로 추이한 때, 상기 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정하는 동작 판정 수단을 구비하는, 보용 상태 판정 장치와,
상기 다리부를 직접적으로, 또는 상기 보행 보조 장치를 통하여 상방 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과,
상기 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하고,
상기 동작 판정 수단은, 상기 하중 중심 위치가 상기 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내로부터 발끝 영역 내로 추이하고, 해당 발끝 영역 내에 소정 시간 이상 계속해서 있을 때, 상기 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정하고,
상기 제어 수단은, 상기 보용 상태 판정 장치에 의하여, 상기 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정되었을 때, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더하여 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 보행 훈련 장치.
삭제
보행을 보조하는 보행 보조 장치가 다리부에 장착된 유저의 보용 상태를 판정하는 보용 상태 판정 장치이며,
상기 보행 보조 장치에 설치되고 유저의 족부에 장착되는 족부 장착부와,
상기 족부 장착부에 설치되고, 해당 유저의 발바닥에 발생하는 하중을 검출하는 하중 검출 수단과,
상기 하중 검출 수단에 의하여 검출된 발바닥의 하중에 기초하여, 유저의 보용 동작 중의 발바닥에 걸리는 하중 중심 위치를 연속적으로 산출하는 하중 중심 산출 수단과,
상기 하중 중심 산출 수단에 의하여 산출된 하중 중심 위치가 상기 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내에 위치한 상태로부터 발끝 영역 내로 추이한 때, 상기 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정하는 동작 판정 수단을 구비하는, 보용 상태 판정 장치와,
상기 다리부를 직접적으로, 또는 상기 보행 보조 장치를 통하여 상방 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과,
상기 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하는 보행 훈련 장치의 보행 훈련 방법이며,
상기 동작 판정 수단은, 상기 하중 중심 위치가 상기 발바닥의 발뒤꿈치 영역 내로부터 발끝 영역 내로 추이하고, 해당 발끝 영역 내에 소정 시간 이상 계속해서 있을 때, 상기 보행 보조 장치가 장착된 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정하고,
상기 제어 수단은, 상기 보용 상태 판정 장치에 의하여, 상기 다리부의 전방으로의 스윙 개시의 타이밍이라고 판정되었을 때, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더하여 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 보행 훈련 장치의 보행 훈련 방법.
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