JP2017086296A - Motion assist apparatus and program for controlling motion assist - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動作補助装置及び動作補助制御用プログラムの技術分野に属し、より詳細には、患者等の被補助者の下肢の関節の動作を補助する動作補助装置及び当該動作補助装置用のプログラムの技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of motion assist devices and motion assist control programs. More specifically, the present invention relates to motion assist devices that assist the operation of the lower limb joint of a patient or the like and a program for the motion assist device. Belongs to the technical field.
膝疾患の患者が行う回復訓練等(いわゆるリハビリテーション。以下、単に「リハビリ」と称する。)において、従来は、例えば理学療法士等の補助を受けつつ、その患者が自力で必要なリハビリを行っていた。一方近年では、モータ等の駆動源を使用する他動的な回復訓練等(外力を用いて行うリハビリ)に関する研究/開発が行われている。このような他動的なリハビリには、その患者の身体に装着されて歩行における膝関節部の動きを補助する、いわゆる装着型の歩行アシストロボットが用いられる。この歩行アシストロボットは、患者の膝関節部を含む下肢(上腿部及び下腿部)にハーネス等を用いて装着され、膝関節部の動きを補助する(換言すれば強制的に動かす)ように動作する。即ち、適切な歩行パターンにおける膝関節部としての動きが実現されるように歩行アシストロボットが動作して、当該膝関節部を動かす。これにより患者は、歩行アシストロボットによる動きに追随するように自立歩行することで、必要なリハビリを行える。 In recovery training and the like performed by patients with knee disease (so-called rehabilitation, hereinafter simply referred to as “rehabilitation”), the patient has been performing necessary rehabilitation by himself / herself with the assistance of, for example, a physical therapist. It was. On the other hand, in recent years, research / development related to other dynamic recovery training using a driving source such as a motor (rehabilitation performed using external force) has been performed. For such passive rehabilitation, a so-called wearable walking assist robot that is worn on the patient's body and assists the movement of the knee joint during walking is used. This walking assist robot is attached to the lower limbs (upper and lower limbs) of the patient's knee joint using a harness or the like, and assists the movement of the knee joint (in other words, forcibly moves). To work. That is, the walking assist robot operates to move the knee joint so that the movement as the knee joint in an appropriate walking pattern is realized. Accordingly, the patient can perform necessary rehabilitation by walking independently so as to follow the movement by the walking assist robot.
なお上記リハビリに用いることが可能な人の歩行の補助のための装置としては、例えば下記特許文献1に記載されている歩行補助装置がある。この歩行補助装置では、床面上を歩行中における患者の膝関節部に装着された歩行アシストロボットにおいて、踵の離地を検出する中敷センサと、膝関節角度センサ及び股関節角度センサそれぞれの変化をトリガとして、モータにより膝関節部の屈曲及び伸展動作を補助する構成とされている。なお以下の説明において、上記膝関節角度センサ及び股関節角度センサを単に「膝関節角度センサ等」と称する。また、膝関節角度は膝関節を屈曲させた(即ち膝を曲げた)ときに増加する膝関節の角度として定義され、更に股関節角度は、脚を前に振り出して股関節を屈曲させたときに増加する股関節の角度として定義される。 As a device for assisting human walking that can be used for the above-mentioned rehabilitation, for example, there is a walking assist device described in Patent Document 1 below. In this walking assist device, in the walking assist robot attached to the patient's knee joint while walking on the floor surface, the insole sensor that detects the heel off, the knee joint angle sensor, and the hip joint angle sensor Is used as a trigger to assist the flexion and extension of the knee joint with a motor. In the following description, the knee joint angle sensor and the hip joint angle sensor are simply referred to as a “knee joint angle sensor or the like”. The knee joint angle is defined as the angle of the knee joint that increases when the knee joint is bent (ie, the knee is bent), and the hip joint angle increases when the leg is bent forward and the hip joint is bent. Is defined as the angle of the hip joint.
しかしながら、上記特許文献1に開示されている技術では、膝関節角度センサ等における設定閾値への到達タイミング(換言すれば上記トリガのオン/オフの切り換わりタイミング)が、短い時間に交互に複数回連続して検出されてしまう現象が発生するという問題点があった。この現象は、いわゆる「チャタリング現象」と称されるものであり、膝関節角度センサ等内に発生する電気的な雑音や、患者の不安定な(例えば一方向的でない)動作に起因して発生する。このとき、特に膝関節の角度に関しては、それが増加方向に変化する膝関節の屈曲における設定閾値への到達(即ちトリガオン)と、それが減少方向に変化する膝関節の伸展における当該設定閾値への到達(即ちトリガオフ)の双方を一つの設定閾値を用いて制御するため、意図しないタイミングで補助動作が開始される場合がある。より具体的には、例えば踵が歩行面を離れたことが中敷きセンサにより検出された後に、膝関節の角度が増加する方向で設定閾値に到達したタイミングから屈曲動作の補助を開始することとしていると、例えば膝関節の角度が設定閾値を越えた状態(即ち膝関節をある程度屈曲させた状態)で踵が歩行面を離れた場合、その膝関節の屈曲動作の補助は開始されず、歩行アシストロボットとしては、膝関節の角度が増加して閾値に到達する(即ちトリガオンとなる)タイミングを待ち続けることになる。そしてこのまま、膝の屈曲とその後の伸展を含む歩行を患者が続けると、膝関節を伸展させる方向(即ち膝関節の角度が減少する方向)に膝関節を動かしている際に発生するチャタリングにより、歩行アシストロボットがその時になって初めて「トリガオン」であると検出(誤検出)してしまうことになる。そしてこの結果として、膝関節の伸展後の足裏が着地するタイミングの付近で、膝関節の屈曲の補助が開始してしまうこととなり、この状態は、患者にとっては非常に危険な状態であるという問題点があった。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the timing at which the knee joint angle sensor or the like reaches the set threshold (in other words, the timing at which the trigger is turned on / off) is alternately switched several times in a short time. There has been a problem that a phenomenon of continuous detection occurs. This phenomenon is called “chattering phenomenon” and is caused by electrical noise generated in the knee joint angle sensor or the like, or unstable (for example, non-directional) movement of the patient. To do. At this time, in particular, regarding the angle of the knee joint, it reaches the setting threshold in the knee joint flexion in which the knee joint changes in the increasing direction (that is, trigger on), and reaches the setting threshold in the knee joint extension in which the knee joint changes in the decreasing direction. Therefore, the auxiliary operation may be started at an unintended timing. More specifically, for example, after the saddle sensor detects that the heel has left the walking surface, the assist of the bending motion is started from the timing when the set joint threshold is reached in the direction in which the angle of the knee joint increases. For example, if the heel leaves the walking surface when the angle of the knee joint exceeds the set threshold (that is, the knee joint is bent to some extent), the assist of the bending motion of the knee joint is not started and the walking assist is started. The robot continues to wait for the timing at which the knee joint angle increases to reach the threshold (that is, trigger-on). And if the patient continues walking including knee flexion and subsequent extension as it is, chattering that occurs when moving the knee joint in the direction of extending the knee joint (that is, the direction in which the angle of the knee joint decreases) Only when the walking assist robot is “trigger-on” at that time will it be detected (false detection). And as a result, the knee joint will begin to bend in the vicinity of the timing when the soles of the knee joint extend after landing, which is a very dangerous state for the patient. There was a problem.
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、膝関節角度センサ等に上記チャタリング現象が発生してその検出結果にチャタリング現象による変動が含まれていても、膝関節等の動作の補助を安全に開始又は終了させることが可能な動作補助装置及びその動作補助装置の制御用プログラムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and one example of the problem is that the chattering phenomenon occurs in a knee joint angle sensor or the like, and the detection result includes fluctuation due to the chattering phenomenon. Another object of the present invention is to provide a motion assist device that can safely start or end motion assist of a knee joint or the like and a control program for the motion assist device.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、被補助者の下肢の関節の動作を補助する動作補助装置において、前記関節に対応した前記下肢の部分に装着可能であり、且つ、屈曲動作又は伸展動作の少なくともいずれかを含む前記関節の動作を補助する駆動ユニット等の補助手段と、前記関節を曲げる方向における当該関節の角度を検出する膝関節角度センサ等の検出手段と、前記補助手段による前記動作の補助を開始すべき前記角度に相当する開始閾値を示す開始閾値情報と、当該開始閾値と異なる終了閾値であって前記補助を終了すべき前記角度に相当する終了閾値を示す終了閾値情報と、をそれぞれ記憶する記憶部等の記憶手段と、前記記憶されている開始閾値情報及び終了閾値情報に基づいて、前記検出された角度が前記開始閾値となったときに前記補助を開始し、前記検出された角度が前記終了閾値となったときに前記補助を終了するように前記補助手段を制御するCPU等の制御手段と、を備え、前記開始閾値と前記終了閾値との差が、前記角度の検出結果に含まれる変動に対応した差とされている。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is an operation assisting device that assists the operation of the joint of the lower limb of the person being assisted, and can be attached to a portion of the lower limb corresponding to the joint. And an auxiliary means such as a drive unit for assisting the operation of the joint including at least one of a bending action or an extension action, and a detecting means such as a knee joint angle sensor for detecting the angle of the joint in the direction of bending the joint. , Start threshold value information indicating a start threshold value corresponding to the angle at which the assisting operation by the assisting unit should be started, and an end threshold value that is an end threshold value different from the start threshold value and corresponding to the angle at which the assisting should be ended. The detected angle is based on the storage threshold value information indicating storage unit such as a storage unit that stores each of the threshold values, and the stored start threshold value information and end threshold information. Control means such as a CPU for controlling the auxiliary means to start the assistance when the start threshold is reached and to end the assistance when the detected angle reaches the end threshold; The difference between the start threshold value and the end threshold value is a difference corresponding to the variation included in the detection result of the angle.
上記の課題を解決するために、請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の動作補助装置に前記制御手段及び前記記憶手段として備えられたコンピュータを、当該制御手段及び当該記憶手段として機能させる。 In order to solve the above-mentioned problem, a seventh aspect of the invention is a computer provided with the control means and the storage means in the operation assisting device according to any one of the first to sixth aspects. And function as the control means and the storage means.
請求項1又は請求項7に記載の発明によれば、下肢の関節の動作の補助を開始すべき開始閾値を示す開始閾値情報と、当該補助を終了すべき終了閾値を示す終了閾値情報と、に基づき、関節の角度が開始閾値となったときに補助を開始し、当該角度が終了閾値となったときに補助を終了する。このとき、開始閾値と終了閾値との差が、関節の角度の検出結果に含まれる変動に対応した差とされている。よって、当該検出結果に含まれる変動に対応した差を有する二つの閾値(開始閾値及び終了閾値)に基づいて関節の動作補助の開始及び終了を制御するので、当該変動が含まれていても、関節の動作補助を安全に開始又は終了させることができる。 According to the invention described in claim 1 or claim 7, start threshold information indicating a start threshold to start assisting movement of the lower limb joint, end threshold information indicating an end threshold to end the assist, Based on the above, assistance starts when the angle of the joint reaches the start threshold, and assistance ends when the angle reaches the end threshold. At this time, the difference between the start threshold value and the end threshold value is a difference corresponding to the variation included in the joint angle detection result. Therefore, since the start and end of the joint motion assistance is controlled based on two threshold values (start threshold value and end threshold value) having a difference corresponding to the variation included in the detection result, even if the variation is included, It is possible to safely start or end joint operation assistance.
上記の課題を解決するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の動作補助装置において、前記差が、前記動作の方向に曲がる前記関節の前記検出された角度が前記開始閾値に到達した後、前記変動を含む当該検出された角度が到達しない前記終了閾値となる差であるように構成される。
In order to solve the above problem, the invention according to
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の作用に加えて、開始閾値と終了閾値との差が、その動作の方向に曲がる関節の角度が開始閾値に到達した後、変動を含む当該角度が到達しない終了閾値となる差であるので、関節の角度の変動を確実に吸収して安全に関節の動作補助を開始又は終了させることができる。
According to the invention described in
上記の課題を解決するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の動作補助装置において、前記屈曲動作時に用いられる前記開始閾値及び前記終了閾値と、前記伸展動作時に用いられる前記終了閾値及び前記開始閾値と、が異なるように構成される。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is the movement assisting device according to
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の作用に加えて、屈曲動作時に用いられる開始閾値及び終了閾値と、伸展動作時に用いられる終了閾値及び開始閾値と、が異なるので、各動作の内容に対応させて適切な閾値とすることができる。
According to invention of Claim 3, in addition to the effect | action of the invention of Claim 1 or
上記の課題を解決するために、請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の動作補助装置において、前記関節は膝関節又は股関節であるように構成される。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 4 is configured such that in the movement assist device according to any one of claims 1 to 3, the joint is a knee joint or a hip joint. Is done.
請求項4に記載の発明によれば、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、下肢の関節が膝関節又は股関節であるので、膝関節又は股関節それぞれにおける屈曲動作又は伸展動作の補助を安全に開始又は終了させることができる。 According to the invention described in claim 4, in addition to the action of the invention described in any one of claims 1 to 3, since the joint of the lower limb is a knee joint or a hip joint, It is possible to safely start or end the assisting of the bending operation or the extension operation in.
上記の課題を解決するために、請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の動作補助装置において、前記記憶手段は、前記被補助者の右脚に対応する前記開始閾値及び前記終了閾値をそれぞれ示す前記開始閾値情報及び前記終了閾値情報と、前記被補助者の左脚に対応する前記開始閾値及び前記終了閾値をそれぞれ示す前記開始閾値情報及び前記終了閾値情報と、を別個に記憶しており、前記制御手段は、各前記開始閾値及び各前記終了閾値に基づいて、前記右脚に装着されている前記補助手段と、前記左脚に装着されている前記補助手段と、を別個独立に制御するように構成される。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項5に記載の発明によれば、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、右脚に対応する開始閾値情報及び終了閾値情報と、左脚に対応する開始閾値情報及び終了閾値情報と、が別個に記憶されており、各開始閾値及び各終了閾値に基づいて、右脚に装着されている補助手段と、左脚に装着されている補助手段と、が別個独立に制御される。よって、左右の脚で状態が異なる場合でも、それぞれの関節の動作を安全に開始又は終了させることができる。
According to the invention described in
上記の課題を解決するために、請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の動作補助装置において、前記開始閾値又は前記終了閾値の少なくともいずれか一方を変更するために用いられる操作部等の変更手段を更に備える。 In order to solve the above-mentioned problem, according to a sixth aspect of the present invention, in the motion assisting device according to any one of the first to fifth aspects, at least one of the start threshold value and the end threshold value is provided. Further provided is a changing means such as an operation unit used for changing.
請求項6に記載の発明によれば、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、開始閾値又は終了閾値の少なくともいずれか一方が変更可能であるので、被補助者の状態に応じて、適切且つ安全に関節の動作補助を開始又は終了させることができる。
According to the invention described in
本発明によれば、下肢の関節の動作の補助を開始すべき開始閾値を示す開始閾値情報と、当該補助を終了すべき終了閾値を示す終了閾値情報と、に基づき、関節の角度が開始閾値となったときに補助を開始し、当該角度が終了閾値となったときに補助を終了する。このとき、開始閾値と終了閾値との差が、関節の角度の検出結果に含まれる変動に対応した差とされている。 According to the present invention, based on the start threshold information indicating the start threshold to start assisting the movement of the lower limb joint and the end threshold information indicating the end threshold to end the assist, the joint angle is determined to be the start threshold. Assistance is started when it becomes, and assistance is terminated when the angle reaches the end threshold. At this time, the difference between the start threshold value and the end threshold value is a difference corresponding to the variation included in the joint angle detection result.
従って、関節の角度の検出結果に含まれる変動に対応した差を有する二つの閾値(開始閾値及び終了閾値)に基づいて関節の動作補助の開始及び終了を制御するので、当該変動が含まれていても、関節の動作補助を安全に開始又は終了させることができる。 Therefore, since the start and end of joint operation assistance are controlled based on two threshold values (start threshold value and end threshold value) having a difference corresponding to the variation included in the joint angle detection result, the variation is included. However, it is possible to safely start or end joint operation assistance.
以下、本発明を実施するための形態について、図1乃至図8を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えば膝疾患を持つ患者の回復訓練等としての歩行における膝関節の動作を補助する歩行補助装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。上記患者は、本発明に係る「被補助者」の一例に相当する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8. In addition, embodiment described below is embodiment at the time of applying this invention with respect to the walking assistance apparatus which assists the operation | movement of the knee joint in walking as a recovery training etc. of the patient with a knee disease, for example. The patient corresponds to an example of a “subject” according to the present invention.
また、図1は実施形態に係る歩行補助装置を患者に装着した際の状態図であり、図2は実施形態に係る駆動ユニットを患者の両脚に装着した際の状態図であり、図3は実施形態に係る歩行補助装置の構成を示すブロック図であり、図4は当該歩行補助装置における制御パターン等を生成する動作例を示すフローチャートである。更に、図5は当該歩行補助装置における膝関節部及び股関節部の屈曲の一例を示す模式図であり、図6は実施形態に係る患者の歩行状態の一例を示す模式図であり、図7は実施形態に係る膝関節の補助動作に関連する各閾値を説明する図であり、図8は実施形態に係る歩行補助装置における制御動作例を示すフローチャートである。 1 is a state diagram when the walking assist device according to the embodiment is attached to a patient, FIG. 2 is a state diagram when the drive unit according to the embodiment is attached to both legs of the patient, and FIG. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a walking assist device according to the embodiment, and FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation example of generating a control pattern and the like in the walking assist device. 5 is a schematic diagram showing an example of the bending of the knee joint and the hip joint in the walking assist device, FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the walking state of the patient according to the embodiment, and FIG. It is a figure explaining each threshold value relevant to the assist operation | movement of the knee joint which concerns on embodiment, and FIG. 8 is a flowchart which shows the control operation example in the walk assistance apparatus which concerns on embodiment.
図1及び図2に示すように、実施形態に係る歩行補助装置Sは、患者の下肢部(両脚)に着脱自在のテープ状固定具やバンド等の固定具6によってそれぞれ取り付けられる補助手段の一例としての一対の駆動ユニット10を備えている。なお以下の説明では、左脚用の駆動ユニット10を駆動ユニット11とし、右脚用の駆動ユニット10を駆動ユニット12として説明する。また駆動ユニット11及び駆動ユニット12に共通する説明を行う場合は、一般に駆動ユニット10として説明する。なお歩行補助装置Sは、本発明に係る「動作補助装置」の一例に相当する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the walking assist device S according to the embodiment is an example of auxiliary means attached to a patient's lower limbs (both legs) by a detachable tape-like fixture or a
一つの(即ち、右脚と左脚のいずれか一方用の)駆動ユニット10には、図1に示すように、患者の膝部5の関節部分に取り付けられ、膝関節を屈曲及び伸展させるリンク機構部3と、患者の股部9の関節部分に取り付けられ、股関節を屈曲及び伸展させるリンク機構部8と、が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, one drive unit 10 (ie, for either the right leg or the left leg) is attached to a joint portion of a patient's
先ずリンク機構部3は、図1に示すように、例えば患者の大腿部に巻きつけられる上部脚当て4の側面に取り付けられる第一リンク3aと、患者の下腿部に巻きつけられる下部脚当て7の側面に取り付けられる第二リンク3bと、駆動ユニット10から動力を得て第一リンク3aに対して第二リンク3bを歩行の前後方向に揺動させる第三リンク3cと、を含んで構成される。第一リンク3aは、患者の腰部側から膝部5側に延びるように取り付けられ、第二リンク3bは患者の膝部5側から脚の先端(地面)側に延びるように取り付けられている。そして第一リンク3aと第二リンク3bとは、患者の膝部5近傍で回動可能に連結されている。
First, as shown in FIG. 1, the link mechanism unit 3 includes, for example, a
この連結部には、第一リンク3aと第二リンク3bとの成す角度を示す膝関節角度データを出力する膝関節角度センサが内蔵されている。この膝関節角度センサは、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現される。また、第三リンク3cの端部が、第二リンク3bの中央近傍に連結されている。上部脚当て4及び下部脚当て7は、それぞれが図示しない一対の脚当て部材を含んで構成されており、当該脚当て部材は患者の大腿部及び下腿部の周囲を覆うように配置され、固定具6によって着脱可能に取り付けられる。また、上部脚当て4及び下部脚当て7は、例えばポリプロピレン樹脂等を成形して形成されており、ユーザの大腿部と接する部分には、伸縮自在の図示しないスポンジ部材等が取り付けられている。なお上記膝関節角度センサは、本発明に係る「検出手段」の一例に相当する。
The connecting portion incorporates a knee joint angle sensor that outputs knee joint angle data indicating an angle formed by the
一方リンク機構部8は、図1に示すように、上記した上部脚当て4の側面に取り付けられる第一リンク8aと、患者の腰部に巻きつけられるベルト23の側部に取り付けられる第二リンク8bと、を含んで構成される。第一リンク8aは、患者の臀部側から膝部5側に延びるように取り付けられ、第二リンク8bは患者の腰部側から臀部側に延びるように取り付けられている。そして第一リンク8aと第二リンク8bとは、患者の股部9近傍で回動可能に連結されている。この連結部にも、第一リンク8aと第二リンク8bとの成す角度を示す股関節角度データを出力する股関節角度センサが内蔵されている。この股関節角度センサも、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
更に図2に示すように、両脚にそれぞれ取り付けられる駆動ユニット11及び駆動ユニット12には、当該駆動ユニット11及び駆動ユニット12間でデータ通信するための通信ユニット20が、着脱可能に取り付けられる。この通信ユニット20は、ケーブル21と、そのケーブル21の途中に配置される通信用基板及び制御用基板並びに電池等が収容された中継ボックス22と、を備え、上記ベルト23によって患者の腰部に取り付けられる。また通信ユニット20は、ケーブル21の両端に非接触でデータを通信可能な通信端子を備えた通信ヘッド25を備えている。一方、駆動ユニット10の筐体10aには、当該通信ヘッド25を挿入可能な孔部10bが設けられており、孔部10bに対して当該通信ヘッド25が着脱可能になっている。なお、上記中継ボックス22内の制御用基板には、実施形態に係る歩行補助装置Sとしての動作を制御する後述のCPU等が装着されている。更に駆動ユニット10は、電力を受電又は所定のデータを通信可能な図示しない通信ヘッドを筐体10aの内部に備えている。そして、駆動ユニット10の筐体10aに有する孔部10bには、通信ヘッド25が挿入されて、非接触で上記図示しない通信ヘッドに電気的に接続され、データ通信可能となっている。
Further, as shown in FIG. 2, a
次に、実施形態の歩行補助装置Sの構成について、より具体的に図3を用いて説明する。 Next, the configuration of the walking assist device S of the embodiment will be described more specifically with reference to FIG.
実施形態の歩行補助装置Sは、図3に示すように、右足駆動系Rと、左足駆動系Lと、中継ボックス22内の上記制御用基板に備えられたCPU(Central Processing Unit)42と、患者又は理学療法士等が操作可能な位置に備えられ且つCPU42に対する指令操作を行うための操作ボタン等を備える操作部41と、CPU42に接続され且つ患者又は理学療法士等が視認可能な位置に備えられた液晶ディスプレイ等からなる表示部40と、を備えている。なお、CPU42は、オペレーティングシステムや歩行補助装置Sを制御する制御プログラムや、制御パターンを生成するための制御パターン生成プログラム等のソフトウェアや、検出したデータや、生成した制御パターン等のデータを記憶する記憶部(図示せず)を有している。この記憶部は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ハードディスク又はシリコンディスク等により構成されている。このとき、上記CPU42が本発明に係る「制御手段」の一例に相当し、操作部41が本発明に係る「変更手段」の一例に相当し、記憶部が本発明に係る「記憶手段」の一例に相当する。
As shown in FIG. 3, the walking assist device S of the embodiment includes a right foot drive system R, a left foot drive system L, a CPU (Central Processing Unit) 42 provided on the control board in the
また各脚の駆動系(右足駆動系R及び左足駆動系L)には、それぞれ、上記駆動ユニット10と、上記固定具6並びに上部脚当て4及び下部脚当て7と、膝関節角度センサ16を含むリンク機構部3と、股関節角度センサ15を含むリンク機構部8と、足裏センサ17と、が含まれている。駆動ユニット10には、DCモータ50と、各リンクに接続されているギア部52と、DCモータ50からの駆動力を、ギア部52を介して各リンクに伝達するクラッチ部51と、が含まれている。このとき、DCモータ50は例えばPWM(Pulse Width Modulation)方式により駆動されるDCモータであり、DCモータ50及びクラッチ部51が、本発明に係る「補助手段」の一例に相当する。
The drive system for each leg (right foot drive system R and left foot drive system L) includes the
以上の構成において、DCモータ50の回転方向及び回転速度の制御及びクラッチ部51における開放/接続の制御は、それぞれCPU42により行われる。更に足裏センサ17は、図1に例示するように右足及び左足の足裏にそれぞれ装着されており、各脚が床又は地面から離れたこと及びそれらに接地したことをそれぞれ示す信号をCPU42に出力する。また膝関節角度センサ16は上記膝関節角度データを生成してCPU42に出力し、更に股関節角度センサ15は上記股関節角度データを生成してCPU42に出力する。
In the above configuration, the control of the rotation direction and rotation speed of the
次に、図1乃至図3を用いて説明した構成を備える歩行補助装置Sにおける制御パターン生成について、具体的に図4乃至図7を用いて説明する。 Next, control pattern generation in the walking assistance device S having the configuration described with reference to FIGS. 1 to 3 will be specifically described with reference to FIGS. 4 to 7.
実施形態に係る歩行補助装置Sを使用するに際しては、まず始めに、歩行補助装置Sが患者に装着され、歩行補助装置Sを用いた歩行動作の補助を制御するための制御パターンの生成処理が行われる。即ち図4に示すように、歩行補助装置Sが患者に装着されてその電源がオンとされると、左右それぞれのクラッチ部51を開放する(ステップS1)。具体的に歩行補助装置SのCPU42は、上記電源オン後にクラッチ部51を開放し、DCモータ50からリンク機構部3への駆動力の伝達を遮断する。これにより、DCモータ50の永久磁石等による抵抗力の影響を受けずにリンク機構部3が自由に可動可能となり、患者がその膝関節を自由に動かすことができるようになる。
When using the walking assist device S according to the embodiment, first, the walking assist device S is mounted on a patient, and a control pattern generation process for controlling assisting walking motion using the walking assist device S is performed. Done. That is, as shown in FIG. 4, when the walking assist device S is attached to the patient and the power is turned on, the left and right
次にCPU42は、股関節角度センサ15のデータを取得し、股関節角度の補正値を決定する(ステップS2)。ここで、歩行補助装置Sを装着した患者60が立ち止まった状態のときCPU42は、第一リンク8aと第二リンク8bとの成す角度θHを示す股関節角度データを股関節角度センサ15から取得し、角度θHの補正値とする。そしてCPU42は、取得した股関節角度データをCPU42の上記記憶部に記憶する。
Next, the CPU 42 acquires data of the hip
このとき図5に示すように、患者60の膝部5の膝関節部における角度θkは、患者60の大腿部(第一リンク3aに対応)を基準に測定される。患者の股部9の股関節部における上記角度θHは、患者60の体幹部(第二リンク8bに対応)を基準に測定され、基準より患者60の大腿部が歩行方向の前方にある場合が正(プラス)であり、歩行方向の後方にある場合が負(マイナス)となる。また歩行面65は、床又は地面等である。
At this time, as shown in FIG. 5, the angle θk at the knee joint of the
次に、歩行補助装置Sを装着した患者60が三、四歩程歩く中で、歩行補助装置Sは、股関節角度センサ15、膝関節角度センサ16、及び、足裏センサ17のデータを取得する(ステップS3)。具体的にCPU42は、股関節角度センサ15から角度θHを示す股関節角度データを取得し、膝関節角度センサ16から第一リンク3aと第二リンク3bとの成す上記角度θkを示す膝関節角度データを取得する。なお以下の説明において、第一リンク3aと第二リンク3bとの成す上記角度θkを示す膝関節角度データを、単に「膝関節角度データθk」と称する。また足裏センサ17に関してCPU42は、足裏センサ17から、脚が床又は地面等の歩行面65から離れたこと及びそれらに接地したことを示す信号を取得する。そしてCPU42は、取得した股関節角度データ、膝関節角度データ、及び足裏センサ17からの信号を上記記憶部に記憶する。
Next, while the patient 60 wearing the walking assist device S walks about three or four steps, the walking assist device S acquires data of the hip
次にCPU42は、取得した足裏センサ17からの信号に基づき、当該信号についての閾値を決定する(ステップS4)。具体的にCPU42は、足裏センサ17からの信号が「LOW」から「HIGH」になったと判定するための閾値と、足裏センサ17からの信号が「HIGH」から「LOW」になったと判定するための閾値を、足裏センサ17から取得した信号に基づいて予め設定された方法により設定する。このとき、足裏センサ17からの信号が「LOW」から「HIGH」になったと判定するための閾値は、その歩行により患者の踵が床面65から離れたことを判定するための閾値であり、以下この閾値を「足裏センサオン閾値」と称する。これに対し、足裏センサ17からの信号が「HIGH」から「LOW」になったと判定するための閾値は、その歩行により患者の踵が床面65に着いた(接地した)ことを判定するための閾値であり、以下この閾値を「足裏センサオフ閾値」と称する。
Next, the CPU 42 determines a threshold value for the signal based on the acquired signal from the sole sensor 17 (step S4). Specifically, the CPU 42 determines that the signal from the
次にCPU42は、足裏センサ17からの信号に基づき、患者の歩行周期、遊脚期、及び立脚期をそれぞれ特定する(ステップS5)。具体的にCPU42は、図6に示すように、足裏センサ17からの信号が「LOW」から「HIGH」になった(即ち、患者60の脚が歩行面65から離れた状態になった)時点から、その信号が「HIGH」から「LOW」になった(即ち、脚が歩行面65に接地した)時点を経て、再びその信号が「HIGH」になった時点までの期間を、歩行周期として特定する。この歩行周期は、換言すれば、患者60の踵の離床時から、その踵の次の離床時までの期間に相当する。次にCPU42は、図6に示すように、足裏センサ17からの信号が「LOW」から「HIGH」になった時点から、その信号が「HIGH」から「LOW」になった時点を遊脚期として特定し、その信号が「HIGH」から「LOW」になった時点から、再びその信号が「HIGH」になった時点までを立脚期として特定する。換言すれば、上記遊脚期は、患者60の踵の離床時から次の着床時までの期間に相当し、上記立脚期は、患者60の踵の着床時から次の離床時までの期間に相当する。更には、図6において、上記立脚期は、歩行において左右いずれか一方の脚に患者60の体重がかかっている期間をいい、上記遊脚期は、その歩行において当該いずれか一方の脚に患者の体重がかかっていない期間(換言すれば、次の立脚期に移行するためにその脚を歩行面65から離して(浮かせて)前に移動させている期間)をいう。
Next, the CPU 42 specifies the patient's walking cycle, swing phase, and stance phase based on the signal from the foot sensor 17 (step S5). Specifically, as shown in FIG. 6, the CPU 42 changes the signal from the
次にCPU42は、膝関節角度のデータのピーク箇所を特定する(ステップS6)。具体的にCPU42は、取得した角度θkを示す膝関節角度データが、遊脚期において最大となるピーク箇所θkp、即ち、膝関節部の屈曲角度が最大値になる極値タイミングを特定する。この極値タイミングにおける膝関節部の屈曲角度の最大値は、図5に示すように、患者60の大腿部を基準としてその膝関節が最も屈曲した状態である。
Next, the CPU 42 specifies the peak portion of the knee joint angle data (step S6). Specifically, the CPU 42 specifies the peak position θkp at which the knee joint angle data indicating the acquired angle θk is the maximum during the swing phase, that is, the extreme timing at which the knee joint bending angle is the maximum value. As shown in FIG. 5, the maximum value of the knee joint bending angle at this extreme timing is a state in which the knee joint is most bent with respect to the thigh of the
次にCPU42は、患者60の膝関節の屈曲動作及び伸展動作それぞれの補助を行うための膝関節角度データの各閾値、及びこれに伴う下記トリガ信号をそれぞれ設定する(ステップS7)。なお以下の説明において、患者60の膝関節の屈曲動作を単に「屈曲動作」と称し、当該膝関節の伸展動作を単に「伸展動作」と称する。この場合に、上記極値タイミングを境として屈曲動作から伸展動作に遷移することになる。
Next, the CPU 42 sets each threshold value of knee joint angle data for assisting each of the knee joint bending operation and the extension operation of the
即ち図4のステップS7としてCPU42は、例えば操作部41における操作に基づき、上記遊脚期における屈曲動作の補助を開始するための膝関節角度データの閾値として、図7(a)に例示する第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1をそれぞれ設定する。なお、図7(a)及び図7(b)では、それぞれの拡大図として例示するように、遊脚期の屈曲動作において検出される膝関節角度データθkが、チャタリング現象により変動しながら増加又は減少している。
That is, as step S7 in FIG. 4, the CPU 42 exemplifies the first example illustrated in FIG. 7A as the threshold value of the knee joint angle data for starting assisting the bending motion in the swing leg period based on the operation in the
このとき実施形態に係る第1オン閾値THon1は、上記遊脚期において膝関節角度データθkが初めてその第1オン閾値THon1を越えたタイミングt(図7(a)参照)以降、DCモータ50を駆動させるためのトリガ信号TGを「LOW」から「HIGH」とするための閾値である。ここで、実施形態に係るトリガ信号TGは図7(a)に例示するように、上記遊脚期において膝関節角度データθkが初めてその第1オン閾値THon1を越えたタイミングtで「LOW」から「HIGH」となった以降は、「HIGH」を維持するように設定される。そして一旦「HIGH」と設定された以降は、膝関節角度データθkが、全体的には上昇しつつ上記チャタリング現象の発生により再び第1オン閾値THon1以下となったとしても、トリガ信号TGとしては「HIGH」状態を維持するように設定される。これに対して、実施形態に係る第1オフ閾値THoff1は、DCモータ50を駆動させるためのトリガ信号TGを「LOW」として当該DCモータ50を停止させるための閾値である。そしてCPU42は、第1オフ閾値THoff1を、上記遊脚期において膝関節角度データθkが初めて第1オン閾値THon1を越えた後、上記チャタリング現象の発生により再び第1オン閾値THon1以下となった後に迎えるピークPK1よりも小さい膝関節角度データθkの値として設定する。つまり、膝関節角度データθkが一旦第1オン閾値THon1を越えた以降は、第1オフ閾値THoff1を下回らない限りDCモータ50は停止しないが、この場合の第1オン閾値THon1と第1オフ閾値THoff1との差D1が、チャタリング現象により膝関節角度データθkに含まれ得る変動を吸収し得る値とされている(換言すれば、第1オフ閾値THoff1が上記ピークPK1よりも小さい値とされている)ことにより、チャタリング現象が発生しても、突発的に屈曲動作の補助が停止して事故が発生することを防止できるのである。なおチャタリング現象以外の正常な理由で膝関節角度データθkが第1オフ閾値THoff1を下回れば、DCモータ50の駆動は正常に停止されることになる。
At this time, the first on-threshold value THon1 according to the embodiment is determined after the timing t when the knee joint angle data θk exceeds the first on-threshold value THon1 for the first time in the swing phase (see FIG. 7A). This is a threshold value for changing the trigger signal TG for driving from “LOW” to “HIGH”. Here, as illustrated in FIG. 7A, the trigger signal TG according to the embodiment starts from “LOW” at a timing t when the knee joint angle data θk first exceeds the first ON threshold THon1 in the swing leg period. After “HIGH” is set, “HIGH” is set to be maintained. Once the value is set to “HIGH”, even if the knee joint angle data θk rises as a whole and falls below the first ON threshold THon1 due to the occurrence of the chattering phenomenon, the trigger signal TG It is set to maintain the “HIGH” state. In contrast, the first off threshold THoff1 according to the embodiment is a threshold for stopping the
次に図4のステップS7としてCPU42は更に、例えば操作部41における操作に基づき、上記遊脚期における伸展動作の補助を終了するための膝関節角度データの閾値として、図7(b)に例示する第2オン閾値THon2及び第2オフ閾値THoff2をそれぞれ設定する。
Next, as step S7 in FIG. 4, the CPU 42 further illustrates, for example, in FIG. 7B as a threshold value of knee joint angle data for ending the assisting of the extension operation in the swing leg period based on the operation in the
このとき実施形態に係る第2オフ閾値THoff2は、上記遊脚期において膝関節角度データθkが初めてその第2オフ閾値THoff2を下回ったタイミングt(図7(b)参照)以降、トリガ信号TGを「HIGH」から「LOW」として、それまで駆動されていたDCモータ50を停止させるための閾値である。ここで、実施形態に係るトリガ信号TGは図7(b)に例示するように、上記遊脚期において膝関節角度データθkが初めてその第2オフ閾値THoff2を下回ったタイミングtにおいて「HIGH」から「LOW」となった以降は、「LOW」を維持するように設定される。そして一旦「LOW」と設定された以降は、膝関節角度データθkが、全体的には下降しつつ上記チャタリング現象の発生により再び第2オフ閾値THoff2以上となったとしても、トリガ信号TGは「LOW」状態を維持するように設定される。これに対して、実施形態に係る第2オン閾値THon2は、トリガ信号TGを「LOW」から「HIGH」として、停止しているDCモータ50を駆動させるための閾値である。そしてCPU42は、第2オン閾値THon2を、上記遊脚期において膝関節角度データθkが初めて第2オフ閾値THoff2を下回った後、上記チャタリング現象の発生により再び第2オフ閾値THoff2以上となった後に迎えるピークPK2よりも大きい膝関節角度データθkの値として設定する。つまり、膝関節角度データθkが一旦第2オフ閾値THoff2を下回った以降は、第2オン閾値THon2を越えるとDCモータ50は再度駆動されるが、この場合の第2オフ閾値THoff2と第2オン閾値THon2との差D2が、チャタリング現象により膝関節角度データθkに含まれ得る変動を吸収し得る値とされている(換言すれば、第2オン閾値THon2が上記ピークPK2よりも大きい値とされている)ことにより、チャタリング現象が発生しても、突発的に屈曲動作の補助が再開されて事故が発生することを防止できるのである。なおチャタリング現象以外の正常な理由で膝関節角度データθkが第2オン閾値THon2を越えれば、DCモータ50の駆動は正常に再開されることになる。
At this time, the second off threshold THoff2 according to the embodiment is the trigger signal TG after the timing t (see FIG. 7B) when the knee joint angle data θk first falls below the second off threshold THoff2 in the swing leg period. This is a threshold value for stopping the
次にCPU42は、膝関節制御用の駆動信号のパターンを生成する(ステップS8)。具体的にCPU42は、PWM方式におけるデューティー比が、例えば時間軸に沿って台形形状に変化する上記駆動信号を生成する。そしてCPU42は、上記第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1並びに上記第2オン閾値THon2及び第2オフ閾値THoff2にそれぞれ対応して、遊脚期におけるDCモータ50の駆動開始タイミング後上記極値タイミングまでの間を屈曲補助時間として予め設定すると共に、上記極値タイミング後DCモータ50の駆動停止タイミングまでの間を伸展補助時間として、例えば操作部41における操作に基づいて設定する。またCPU42は、生成された駆動信号の制御パターン、上記第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1、上記第2オン閾値THon2及び第2オフ閾値THoff2、上記極値タイミング並びに上記屈曲補助時間及び上記伸展補助時間を、それぞれ上記記憶部に記憶する。
Next, the CPU 42 generates a drive signal pattern for knee joint control (step S8). Specifically, the CPU 42 generates the drive signal in which the duty ratio in the PWM method changes, for example, in a trapezoidal shape along the time axis. Then, the CPU 42 corresponds to the first on-threshold value THon1 and the first off-threshold value THoff1, and the second on-threshold value THon2 and the second off-threshold value THoff2, respectively. The time until the timing is set in advance as the bending assist time, and the time until the drive stop timing of the
次に、歩行補助装置Sにおける制御時の動作について、図8を用いて説明する。 Next, the operation | movement at the time of control in the walking assistance apparatus S is demonstrated using FIG.
歩行補助装置Sにおける制御時の動作においてCPU42は、上記駆動信号の制御パターン、上記第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1、上記第2オン閾値THon2及び第2オフ閾値THoff2、上記極値タイミング並びに上記屈曲補助時間及び上記伸展補助時間を記憶部から読み出す(ステップS10)。そしてCPU42は、当該制御パターン等に従い、歩行補助装置Sを装着した患者60の動作を補助する。 In the control operation of the walking assist device S, the CPU 42 controls the control pattern of the drive signal, the first on threshold THon1 and the first off threshold THoff1, the second on threshold THon2 and the second off threshold THoff2, and the extreme timing. And the said bending | flexion assistance time and the said extension assistance time are read from a memory | storage part (step S10). The CPU 42 assists the operation of the patient 60 wearing the walking assist device S according to the control pattern and the like.
即ちCPU42は、動作の補助が開始されると、例えば、患者60の片方の脚(例えば右脚)の足裏センサ17からの上記信号が足裏センサオン閾値以上となったか否かを監視している(ステップS11)。ステップS11の監視において足裏センサ17からの信号が足裏センサオン閾値以上となっていない場合(ステップS11;NO)、CPU42はそのまま監視を継続する。一方ステップS11の監視において、患者60が右脚を上げることで右足駆動系Rの足裏センサ17からの信号が足裏センサオン閾値以上になったとき(ステップS11;YES)、CPU42は次に、膝関節角度データθkが初めて上記第1オン閾値THon1を越えてトリガ信号TGが「LOW」から「HIGH」となったか否かを判定する(図7(a)参照。ステップS12)。このとき、上記第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1がそれぞれ図7(a)に例示するように設定されているため、たとえ膝関節角度データθkにチャタリング現象による変動が含まれていても、トリガ信号TGを正常に「LOW」から「HIGH」に移行させることができる。
That is, when the operation assistance is started, the CPU 42 monitors, for example, whether or not the signal from the
ステップS12の判定において、トリガ信号TGが「LOW」から「HIGH」となっていない場合(ステップS12;NO)、CPU42はそのまま判定を継続し、患者60が右脚の膝関節を曲げることで膝関節角度データθkが初めて第1オン閾値THon1を越えてトリガ信号TGが「HIGH」となった場合(ステップS12;YES)、CPU42は、上記駆動信号の制御パターンに従い、PWM方式におけるデューティー比を漸増させて右足駆動系RのDCモータ50を駆動させ始める(ステップS13)。そして、ギア部52及びクラッチ部51を介して、リンク機構部3に駆動力が伝達し、患者の右脚の膝関節部の屈曲補助が開始される。
If the trigger signal TG has not changed from “LOW” to “HIGH” in the determination in step S12 (step S12; NO), the CPU 42 continues the determination as it is, and the patient 60 bends the knee joint of the right leg. When the joint angle data θk exceeds the first ON threshold THon1 for the first time and the trigger signal TG becomes “HIGH” (step S12; YES), the CPU 42 gradually increases the duty ratio in the PWM method in accordance with the control pattern of the drive signal. Then, the
次にCPU42は、DCモータ50の駆動開始から上記屈曲補助時間が経過したか否かを判定し(ステップS14)、屈曲補助時間が経過していないとき(ステップS14;NO)、CPU42は次に、上記極値タイミングが到来することで屈曲動作の補助から伸展動作の補助に切り換えるタイミングとなったか否かを判定する(ステップS15)。ステップS15の判定において、極値タイミングが到来しておらず屈曲動作の補助を継続する場合(ステップS15;NO)、CPU42は上記ステップS14に移行する。一方ステップS15の判定において、極値タイミングが到来して次の伸展動作の補助に切り換える場合(ステップS15;YES)、CPU42は屈曲動作の補助を停止するようにDCモータ50及びクラッチ部51等を制御し(ステップS16)、更に伸展動作の補助を開始するようにDCモータ50及びクラッチ部51等を制御する(ステップS17)。
Next, the CPU 42 determines whether or not the bending assist time has elapsed since the start of driving of the DC motor 50 (step S14). When the bending assist time has not elapsed (step S14; NO), the CPU 42 next Then, it is determined whether or not the timing of switching from the assist of the bending operation to the assist of the extension operation has come due to the arrival of the extreme value timing (step S15). If it is determined in step S15 that the extremum timing has not arrived and the assist of the bending operation is continued (step S15; NO), the CPU 42 proceeds to step S14. On the other hand, if it is determined in step S15 that extreme timing has arrived and switching to assisting the next extension operation (step S15; YES), the CPU 42 causes the
次にCPU42は、上記極値タイミングの伸展動作の補助開始から上記伸展補助時間が経過したか否かを判定する(ステップS18)。そして、伸展補助時間が経過していないとき(ステップS18;NO)、CPU42は次に、膝関節角度データθkが初めて上記第2オフ閾値THoff2を下回ってトリガ信号TGが「HIGH」から「LOW」となったか否かを判定する(ステップS19)。このとき、上記第2オフ閾値THoff2及び第2オン閾値THon2がそれぞれ図7(b)に例示するように設定されているため、たとえ膝関節角度データθkにチャタリング現象による変動が含まれていても、トリガ信号TGを正常に「HIGH」から「LOW」に移行させることができる。 Next, the CPU 42 determines whether or not the extension assisting time has elapsed from the start of assisting the extension operation at the extreme value timing (step S18). When the extension assisting time has not elapsed (step S18; NO), the CPU 42 next determines that the knee joint angle data θk is below the second off threshold THoff2 for the first time and the trigger signal TG changes from “HIGH” to “LOW”. It is determined whether or not (step S19). At this time, since the second off threshold value THoff2 and the second on threshold value THon2 are set as illustrated in FIG. 7B, even if the knee joint angle data θk includes fluctuation due to chattering phenomenon. The trigger signal TG can be normally shifted from “HIGH” to “LOW”.
ステップS19の判定において、トリガ信号TGが「HIGH」から「LOW」となっていない場合(ステップS19;NO)、CPU42は上記ステップS18に戻って伸展補助時間の経過を判定する。一方、患者60が右脚の膝関節を伸ばすことで膝関節角度データθkが初めて第2オフ閾値THoff2を下回ってトリガ信号TGが「HIGH」から「LOW」となった場合(ステップS19;YES)、又は上記ステップS18の判定において伸展補助時間が経過した場合(ステップS18;YES)、CPU42は伸展動作の補助を停止するようにDCモータ50及びクラッチ部51等を制御し(ステップS20)、その後、右脚についての実施形態に係る補助動作を終了する。
When the trigger signal TG is not “LOW” from “HIGH” in the determination in step S19 (step S19; NO), the CPU 42 returns to step S18 to determine whether the extension assist time has elapsed. On the other hand, when the
なお、左足駆動系Lが装着されている場合、CPU42は左足駆動系Lに関しても同様の制御を行う。 When the left foot drive system L is attached, the CPU 42 performs the same control for the left foot drive system L.
以上説明したように、CPU42の制御による実施形態に係る歩行補助装置Sの動作によれば、例えば屈曲動作の補助において、当該屈曲動作の補助の開始に対応する第1オン閾値THon1と、当該補助の終了に対応する第1オフ閾値THoff1と、に基づき、膝関節角度データθkが第1オン閾値THon1となったときに当該補助を開始し、膝関節角度データθkが第1オフ閾値THoff1となったときに補助を終了する。このとき、第1オン閾値THon1と第1オフ閾値THoff1との差D1が、チャタリング現象による変動に対応した(即ち、当該変動を吸収し得る)差とされている。よって、チャタリング現象による変動に対応した差D1を有する二つの閾値(第1オン閾値THon1と第1オフ閾値THoff1)に基づいて屈曲動作の補助の開始を制御するので、当該変動が含まれていても、膝関節の屈曲動作の補助を安全に開始させることができる。また同様に、チャタリング現象による変動に対応した差D2を有する二つの閾値(第2オン閾値THon2と第2オフ閾値THoff2)に基づいて伸展動作の補助の終了を制御するので、当該変動が含まれていても、膝関節の伸展動作の補助を安全に終了させることができる。 As described above, according to the operation of the walking assist device S according to the embodiment under the control of the CPU 42, for example, in assisting the bending motion, the first on-threshold value THon1 corresponding to the start of assisting in the flexing motion, and the assistance The assist is started when the knee joint angle data θk becomes the first on threshold THon1 based on the first off threshold THoff1 corresponding to the end of the knee joint angle data θk becomes the first off threshold THoff1. End assistance when At this time, the difference D1 between the first on threshold THon1 and the first off threshold THoff1 is a difference corresponding to the fluctuation due to the chattering phenomenon (that is, the fluctuation can be absorbed). Therefore, the start of the bending motion is controlled based on the two threshold values (the first on threshold value THon1 and the first off threshold value THoff1) having the difference D1 corresponding to the fluctuation caused by the chattering phenomenon, so that the fluctuation is included. In addition, it is possible to safely start assisting the bending motion of the knee joint. Similarly, the end of the extension operation is controlled based on two threshold values (second ON threshold value THon2 and second OFF threshold value THoff2) having a difference D2 corresponding to the fluctuation caused by the chattering phenomenon, so that the fluctuation is included. Even in this case, it is possible to safely end the assist of the knee joint extension operation.
更に、上記差D1が、屈曲動作の方向に曲がる膝関節の角度が第1オン閾値THon1に到達した後、変動を含む当該角度が到達しない第1オフ閾値THoff1となる差D1であるので、膝関節の角度の変動を確実に吸収して安全に屈曲動作の補助を開始させることができる。また、上記差D2が、伸展動作の方向に曲がる膝関節の角度が第2オフ閾値THoff2に到達した後、変動を含む当該角度が到達しない第2オン閾値THon2となる差D2であるので、膝関節の角度の変動を確実に吸収して安全に伸展動作の補助を終了させることができる。 Further, since the difference D1 is the difference D1 that becomes the first off threshold THoff1 at which the angle including the fluctuation does not reach after the angle of the knee joint that bends in the direction of the bending motion reaches the first on threshold THon1, It is possible to securely absorb the fluctuation of the joint angle and to safely start the bending operation. Further, since the difference D2 is the difference D2 that becomes the second on threshold THon2 at which the angle including the fluctuation does not reach after the angle of the knee joint that bends in the direction of the extension operation reaches the second off threshold THoff2, the knee D It is possible to end the assistance of the extension operation safely by securely absorbing the fluctuation of the joint angle.
更にまた、屈曲動作の補助時に用いられる第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1と、伸展動作の補助時に用いられる第2オフ閾値THoff2及び第2オン閾値THon2と、が異なるので、各動作の内容に対応させて適切な閾値とすることができる。 Furthermore, the first on-threshold value THon1 and the first off-threshold value THoff1 used when assisting the bending operation are different from the second off-threshold value THoff2 and the second on-threshold value THon2 used when assisting the extension operation. An appropriate threshold value can be set corresponding to the content.
また、右脚に対応する第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1並びに第2オフ閾値THoff2及び第2オン閾値THon2と、左脚に対応する第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1並びに第2オフ閾値THoff2及び第2オン閾値THon2と、が別個とされている場合は、各閾値に基づいて、右脚と左脚とが別個独立に制御されることになるので、左右の脚で状態が異なる場合でも、それぞれの膝関節の動作を安全に開始又は終了させることができる。 Also, the first on threshold THon1, the first off threshold THoff1, the second off threshold THoff2, and the second on threshold THon2 corresponding to the right leg, the first on threshold THon1, the first off threshold THoff1, and the first corresponding to the left leg. When the 2 off threshold THoff2 and the second on threshold THon2 are separated, the right leg and the left leg are controlled independently based on each threshold. Even if they are different, the operation of each knee joint can be started or ended safely.
またこの場合に、患者60のいずれか一方の脚に装着されている駆動ユニット10(11)による一歩分の補助動作の終了後に、患者60のいずれか他方の脚に装着されている駆動ユニット10(12)による次の一歩分の補助動作を開始するように、各駆動ユニット10を制御するようにしてもよい。この場合には、患者60のいずれか一方の脚に装着されている駆動ユニット10による一歩分の補助動作の終了後に、いずれか他方の脚に装着されている駆動ユニット10による次の一歩分の補助動作を開始するので、両脚の駆動ユニット10が同時に補助動作を開始することに起因して患者60に発生する危険性を回避することができる。
In this case, the
更に、各閾値が操作部41を用いて変更可能であるので、患者60の状態に応じて、適切且つ安全に膝関節の動作の補助を開始又は終了させることができる。
Furthermore, since each threshold value can be changed using the
なお上述した実施形態では、膝疾患を有する患者の回復訓練等としての歩行を補助する歩行補助装置Sに対して本発明を適用した場合について説明したが、これ以外に、股疾患を有する患者の回復訓練等としての歩行を補助する場合や、回復訓練等との一環としての駆け足等の移動を補助する移動補助装置に対して本発明を適用することもできる。これらの場合は、補助対象の関節が膝関節又は股関節であるので、膝関節又は股関節それぞれにおける屈曲動作又は伸展動作の補助を安全に開始又は終了させることができる。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the walking assist device S that assists walking as recovery training or the like of a patient having knee disease has been described. The present invention can also be applied to a movement assisting device that assists the movement of running or the like as part of recovery training or the like when assisting walking as recovery training or the like. In these cases, since the joint to be assisted is the knee joint or the hip joint, it is possible to safely start or end the assistance of the bending operation or the extension operation in the knee joint or the hip joint.
また上述した実施形態では、屈曲動作の補助時に用いられる第1オン閾値THon1及び第1オフ閾値THoff1と、伸展動作の補助時に用いられる第2オフ閾値THoff2及び第2オン閾値THon2と、を異なる値としたが、これ以外に、第1オン閾値THon1と第2オン閾値THon2を同じ値とし、また、第1オフ閾値THoff1と第2オフ閾値THoff2とを同じ値とすることもできる。この場合でも、屈曲動作時及び伸展動作時それぞれにおける各閾値を用いたCPU42による制御は、実施形態に係るCPU42による制御と同様である。 In the above-described embodiment, the first on threshold value THon1 and the first off threshold value THoff1 used when assisting the bending operation and the second off threshold value THoff2 and the second on threshold value THon2 used when assisting the extension operation are different values. However, besides this, the first on-threshold value THon1 and the second on-threshold value THon2 can be set to the same value, and the first off-threshold value THoff1 and the second off-threshold value THoff2 can be set to the same value. Even in this case, the control by the CPU 42 using the respective threshold values during the bending operation and the extension operation is the same as the control by the CPU 42 according to the embodiment.
更に、図4又は図8に示すフローチャートに対応するプログラムを光ディスク又はハードディスク等の記録媒体に記録しておき、又はインターネット等のネットワークを介して取得して記憶しておき、それを汎用のマイクロコンピュータで読み出して実行することにより、当該マイクロコンピュータを実施形態に係るCPU42として動作させることも可能である。 Furthermore, a program corresponding to the flowchart shown in FIG. 4 or FIG. 8 is recorded on a recording medium such as an optical disk or a hard disk, or is acquired and stored via a network such as the Internet, and is stored in a general-purpose microcomputer. It is also possible to cause the microcomputer to operate as the CPU 42 according to the embodiment by reading and executing the above.
以上それぞれ説明したように、本発明は動作補助装置の分野に利用することが可能であり、特に患者の歩行又は駆け足等の回復訓練等を補助する動作補助装置の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。 As described above, the present invention can be used in the field of motion assist devices, and is particularly noticeable when applied to the field of motion assist devices that assist recovery training such as walking or running of a patient. An effect is obtained.
3、8 リンク機構部
3a、8a 第一リンク
3b、8b 第二リンク
3c 第三リンク
4 上部脚当て
5 膝部
6 固定具
7 下部脚当て
9 股部
10、11、12 駆動ユニット
10a 筐体
10b 孔部
15 股関節角度センサ
16 膝関節角度センサ
17 足裏センサ
20 通信ユニット
21 ケーブル
22 中継ボックス
23 ベルト
25 通信ヘッド
40 表示部
41 操作部
42 CPU
50 DCモータ
51 クラッチ部
52 ギア部
S 歩行補助装置
R 右足駆動系
L 左足駆動系
THon1 第1オン閾値
THoff1 第1オフ閾値
THon2 第2オン閾値
THoff2 第2オフ閾値
3, 8
50
THon1 first on threshold
THoff1 first off threshold
THon2 second on threshold
THoff2 Second off threshold
Claims (7)
前記関節に対応した前記下肢の部分に装着可能であり、且つ、屈曲動作又は伸展動作の少なくともいずれかを含む前記関節の動作を補助する補助手段と、
前記関節を曲げる方向における当該関節の角度を検出する検出手段と、
前記補助手段による前記動作の補助を開始すべき前記角度に相当する開始閾値を示す開始閾値情報と、当該開始閾値と異なる終了閾値であって前記補助を終了すべき前記角度に相当する終了閾値を示す終了閾値情報と、をそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記記憶されている開始閾値情報及び終了閾値情報に基づいて、前記検出された角度が前記開始閾値となったときに前記補助を開始し、前記検出された角度が前記終了閾値となったときに前記補助を終了するように前記補助手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記開始閾値と前記終了閾値との差が、前記角度の検出結果に含まれる変動に対応した差とされていることを特徴とする動作補助装置。 In the movement assist device that assists the movement of the joints of the lower limbs of the person being assisted,
Auxiliary means that can be attached to a portion of the lower limb corresponding to the joint and assists the operation of the joint including at least one of a bending operation and an extending operation;
Detecting means for detecting an angle of the joint in a direction of bending the joint;
Start threshold value information indicating a start threshold value corresponding to the angle at which the assisting of the operation should be started by the assisting means, and an end threshold value different from the start threshold value and corresponding to the angle at which the assist should be ended. Storage means for storing the end threshold information shown,
Based on the stored start threshold information and end threshold information, the assist starts when the detected angle becomes the start threshold, and when the detected angle becomes the end threshold Control means for controlling the auxiliary means to end the auxiliary;
With
The difference between the start threshold value and the end threshold value is a difference corresponding to the fluctuation included in the detection result of the angle.
前記差が、前記動作の方向に曲がる前記関節の前記検出された角度が前記開始閾値に到達した後、前記変動を含む当該検出された角度が到達しない前記終了閾値となる差であることを特徴とする動作補助装置。 The motion auxiliary device according to claim 1,
The difference is a difference that becomes the ending threshold at which the detected angle including the fluctuation does not reach after the detected angle of the joint bending in the direction of the movement reaches the start threshold. A motion assisting device.
前記屈曲動作時に用いられる前記開始閾値及び前記終了閾値と、前記伸展動作時に用いられる前記終了閾値及び前記開始閾値と、が異なることを特徴とする動作補助装置。 In the movement auxiliary device according to claim 1 or 2,
The operation assisting device, wherein the start threshold value and the end threshold value used during the bending operation are different from the end threshold value and the start threshold value used during the extension operation.
前記関節は膝関節又は股関節であることを特徴とする動作補助装置。 In the movement auxiliary device according to any one of claims 1 to 3,
The motion assisting device, wherein the joint is a knee joint or a hip joint.
前記記憶手段は、前記被補助者の右脚に対応する前記開始閾値及び前記終了閾値をそれぞれ示す前記開始閾値情報及び前記終了閾値情報と、前記被補助者の左脚に対応する前記開始閾値及び前記終了閾値をそれぞれ示す前記開始閾値情報及び前記終了閾値情報と、を別個に記憶しており、
前記制御手段は、各前記開始閾値及び各前記終了閾値に基づいて、前記右脚に装着されている前記補助手段と、前記左脚に装着されている前記補助手段と、を別個独立に制御することを特徴とする動作補助装置。 In the movement auxiliary device according to any one of claims 1 to 4,
The storage means includes the start threshold information and the end threshold information indicating the start threshold and the end threshold corresponding to the right leg of the assistant, the start threshold corresponding to the left leg of the assistant, and The start threshold information and the end threshold information respectively indicating the end threshold are stored separately,
The control means separately controls the auxiliary means attached to the right leg and the auxiliary means attached to the left leg based on the start threshold value and the end threshold value. A motion assisting device characterized by that.
前記開始閾値又は前記終了閾値の少なくともいずれか一方を変更するために用いられる変更手段を更に備えることを特徴とする動作補助装置。 In the movement auxiliary device according to any one of claims 1 to 5,
A motion assisting device, further comprising changing means used to change at least one of the start threshold value and the end threshold value.
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US10548803B2 (en) | 2017-09-04 | 2020-02-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and device for outputting torque of walking assistance device |
US12115663B2 (en) | 2021-08-17 | 2024-10-15 | Roam Robotics Inc. | Maritime applications for a mobile robot |
JP7576103B2 (en) | 2020-05-27 | 2024-10-30 | ローム ロボティクス インコーポレイテッド | Control system and method for a mobile robot |
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2015
- 2015-11-06 JP JP2015218240A patent/JP2017086296A/en active Pending
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