JP5760196B2 - Motion detection device, knee fixation release device, and lower limb orthosis - Google Patents
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Description
本発明は、下肢麻痺、特に膝関節の伸展が困難な者の歩行や動作を検出する動作検出装置、この動作検出装置を備える膝固定解除装置、およびこの膝固定解除装置を備える下肢麻痺者の歩行を補助する下肢装具に関する。 The present invention relates to a motion detection device that detects lower limb paralysis, in particular, walking and motion of a person who has difficulty in extending a knee joint, a knee fixation release device including the motion detection device, and a lower limb paralysis patient including the knee fixation release device. The present invention relates to a lower limb orthosis that assists walking.
脳卒中やポリオなどによって、下肢(特に膝関節の伸展)に障害を有する下肢麻痺者は、装具や歩行補助装置などを用いて、歩行の支援を受ける。下肢麻痺者が膝関節機能(膝の伸展・屈曲)や足関節機能(足の背屈・底屈)に著しい障害を有する場合、大腿部から下腿部、さらには足底にかけて下肢を支持あるいは固定する長下肢装具が用いられる。 A person with lower limb paralysis who has a disorder in the lower limbs (especially extension of the knee joint) due to stroke or polio, etc. receives walking support using an orthosis or a walking assist device. If a person with lower limb paralysis has significant impairment in knee joint function (knee extension / flexion) and ankle function (foot dorsiflexion / plantar flexion), the lower limb is supported from the thigh to the lower leg and further to the sole. Alternatively, a long leg brace that is fixed is used.
このような長下肢装具は、装具使用者の膝関節を固定する膝継手機構を組み込むことが多い。下肢、特に膝関節機能に障害を有する使用者が、膝関節を固定しないで立位・歩行を行うと、立位が不安定となり歩行時に膝折れを生じる危険性がある。膝関節が固定されることで、障害側下肢で体を支えることができ、安心して歩くことができるようになる。 Such long leg braces often incorporate a knee joint mechanism that secures the knee joint of the brace user. If a user who has a disability in the lower limbs, particularly the knee joint function, stands and walks without fixing the knee joint, the standing position becomes unstable, and there is a risk of causing knee breakage during walking. Since the knee joint is fixed, the body can be supported by the lower limbs on the handicapped side and can walk safely.
一方で、長下肢装具によって膝関節が固定されていると、使用者は歩行遊脚期に膝が固定されているので伸び上がるか回すようにして下肢を振り出さざるを得なくなる。平坦な地面や床面を歩行する際に、意識して下肢を振り出すことは、使用者にとって精神的にも肉体的にも負担である。また、階段を昇降する場合には、膝関節が固定されていると不便である。 On the other hand, when the knee joint is fixed by the long lower limb orthosis, the user is forced to swing out the lower limb by extending or turning since the knee is fixed during the walking swing phase. When walking on a flat ground or floor, consciously swinging out the lower limbs is a mental and physical burden for the user. Moreover, when raising and lowering stairs, it is inconvenient if the knee joint is fixed.
このような状況下において、使用者の動作状態の検出により、歩行を補助する装置の動作が使用者の動作状態に最適化される技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。加えて、使用者の動作状態が検出されることで、必要に応じて膝関節の固定を解除したり膝関節の回動が制御されたりする技術が提案されている(例えば、特特許文献2、特許文献3参照)。 Under such circumstances, a technique has been proposed in which the operation of a device that assists walking is optimized to the user's operation state by detecting the user's operation state (see, for example, Patent Document 1). In addition, a technique has been proposed in which the knee joint is unlocked or the rotation of the knee joint is controlled as necessary by detecting the user's operation state (for example, Patent Document 2). And Patent Document 3).
従来の技術においては、下肢装具は、足底の爪先側と踵側のそれぞれに設置された接地センサーからの接地状態の検出によって、使用者の動作状態を検出する。例えば、爪先側の接地センサーおよび踵側の接地センサーの双方が、地面から離れていることを検出する場合には、下肢装具は、膝関節の固定を解除する。このように、足底の爪先側と踵側とに設けられた接地センサーからの信号に基づいて、膝関節の固定を解除する技術は、従来においても用いられていた。 In the prior art, the lower limb orthosis detects the user's operating state by detecting the grounding state from grounding sensors installed on the toe side and the heel side of the sole. For example, when both the toe side ground sensor and the heel side ground sensor detect that they are away from the ground, the lower limb orthosis releases the fixation of the knee joint. As described above, the technique for releasing the fixation of the knee joint based on the signals from the ground sensors provided on the toe side and the heel side of the sole has been used in the past.
特許文献1〜3のそれぞれの技術は、足底に設置された接地センサーによる接地状態の検出にその他の条件を加えた上で、使用者の動作状態を検出する。動作状態は、立脚状態(足を地面に接地させて立っている状態)、遊脚状態(足が地面から離れて歩行している状態)、およびこれらを更に細分化した状態を含む。このような使用者の動作状態の検出によって、使用者の歩行を補助する装置の動作が、使用者の実際の動作により近づけられるようになる。特許文献2、3のそれぞれの技術は、遊脚状態を検出する場合を、膝関節の固定を解除したり膝関節の回動を制御したりするタイミングとして用いる。膝関節の固定が解除されることによって、使用者が膝を折り曲げて歩行できるようになり、下肢装具を装着する使用者は、自然に近い歩行を行えるようになる。 Each technique of patent documents 1-3 detects a user's operation state, adding other conditions to detection of a grounding state by a grounding sensor installed in a sole. The motion state includes a standing state (a state where the foot is standing on the ground), a free leg state (a state where the foot is walking away from the ground), and a state in which these are further subdivided. By detecting the operation state of the user, the operation of the device that assists the user's walking can be brought closer to the actual operation of the user. Each technique of patent documents 2 and 3 uses the case where a swing leg state is detected as timing which cancels fixation of a knee joint or controls rotation of a knee joint. By releasing the fixation of the knee joint, the user can walk while bending the knee, and the user wearing the lower limb orthosis can walk close to nature.
特許文献1の技術は、その他の条件として、遊脚の足の相対速度を用いる。遊脚の足の相対速度が所定値以上であれば遊脚状態(足が地面を離れて歩行している)が継続していると判断し、所定値未満であれば遊脚状態が終了すると判断する。 The technique of Patent Document 1 uses the relative speed of the leg of the free leg as another condition. If the relative speed of the free leg's foot is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that the free leg state (the foot is walking away from the ground) continues, and if the relative speed is less than the predetermined value, the free leg state is terminated. to decide.
特許文献2の技術は、その他の条件として、膝関節の屈曲角度を用いる。膝関節の屈曲角度を考慮することで、特許文献2の技術は、膝関節の固定を、より精密に解除する。 The technique of patent document 2 uses the bending angle of a knee joint as other conditions. By considering the bending angle of the knee joint, the technique of Patent Document 2 releases the fixation of the knee joint more precisely.
特許文献3の技術は、その他の条件として、検出される荷重を用いる。荷重を検出することで、膝関節における回動が制御される。特許文献2および特許文献3の技術は、遊脚状態を検出することで、積極的に膝関節の固定を解除する。 The technique of Patent Document 3 uses a detected load as another condition. By detecting the load, the rotation of the knee joint is controlled. The techniques of Patent Literature 2 and Patent Literature 3 positively release the fixation of the knee joint by detecting the free leg state.
しかしながら、特許文献1〜特許文献3に開示される従来の技術は、使用者の意図していない動作を考慮せずに、足底が地面から離れると膝関節の固定を解除する。例えば、使用者が立ち話をしながら下肢装具を装着した足底を地面から離したりすることがある(体の重心位置を変えることで、足底が地面から離れる)。このような場合に膝関節の固定が解除されると、使用者は転倒する危険性にさらされる。あるいは、使用者が前傾姿勢になった場合にも足底が地面から離れることもある。この場合にも、膝関節の固定が解除されると、使用者はバランスを崩して危険にさらされる問題がある。 However, the conventional techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 release the fixation of the knee joint when the sole moves away from the ground without considering the operation that is not intended by the user. For example, there is a case in which the user puts the sole with the lower limb orthosis away from the ground while standing on the floor (the sole moves away from the ground by changing the position of the center of gravity of the body). In such a case, if the fixation of the knee joint is released, the user is exposed to the risk of falling. Alternatively, the sole may be separated from the ground even when the user is leaning forward. Even in this case, when the knee joint is released, the user loses balance and is at risk.
このように、従来技術の下肢装具は、使用者の歩行をより容易とさせることを優先するため、使用者の意図しない動作においても膝関節の固定を解除して、使用者を不安や危険にさらす問題を有している。 As described above, since the lower limb orthosis of the prior art gives priority to making the user's walking easier, the fixation of the knee joint is released even in the operation not intended by the user, thereby making the user uneasy or dangerous. Has the problem of exposing.
また、障害者の歩行パターンは健常者と異なることも多く、歩行パターンを考慮せずに、地面から足底が離れただけで膝関節の固定を解除することは、同様の危険を生じさせる。特許文献1〜特許文献3の技術は、速度や角度を考慮しているが、これらは、使用者の意図しない動作を考慮していないので、特許文献1〜特許文献3の技術も、使用者に不安や危険を感じさせる膝関節の固定解除を起こしてしまう。 In addition, the walking pattern of a disabled person is often different from that of a healthy person, and releasing the fixation of the knee joint just by moving the sole away from the ground without considering the walking pattern poses the same danger. The techniques of Patent Documents 1 to 3 consider the speed and angle, but these do not take into account the operation unintended by the user. This causes the knee joint to be unfixed, which causes anxiety and danger.
障害を有する使用者にとっては、歩きやすさを優先して膝関節の固定を解除することを優先するよりも、なるべく膝関節の固定を解除しないことを原則としつつ、必要最小限において膝関節の固定を解除することが重要である。 For users with disabilities, as a general rule, do not release the knee joint as much as possible, rather than give priority to releasing the knee joint in consideration of ease of walking. It is important to release the fixation.
また、特許文献1〜特許文献3などの従来技術は、膝関節の固定の解除のタイミングを検出するために、速度計や角度計測器などの様々な機器を用いる。このため、下肢装具が大型化して重くなってしまう。使用者は障害者であって、このような重い下肢装具を装着することは、非常な負担である問題もあった。 In addition, conventional techniques such as Patent Documents 1 to 3 use various devices such as a speedometer and an angle measuring device in order to detect the timing of releasing the fixation of the knee joint. For this reason, the lower limb orthosis becomes larger and heavier. The user is a handicapped person, and wearing such a heavy leg brace has been a very burdensome problem.
本発明は、上記課題に鑑み、簡便かつ軽量であって、使用者の意図しない動作をも考慮して膝関節の固定を解除できる、安全性の高い動作検出装置、膝固定解除装置および下肢装具を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention provides a highly safe motion detection device, knee fixation release device, and lower limb orthosis that is simple and lightweight and can release the fixation of a knee joint in consideration of an operation not intended by the user. The purpose is to provide.
上記課題に鑑み、本発明の動作検出装置は、 使用者の足底の爪先側に設けられ、足底の爪先側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する爪先センサーと、
足底の踵側に設けられ、足底の踵側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する踵センサーと、
爪先センサーからの第1信号と踵センサーからの第2信号とによって、足底の複数の接地パターンを検出する検出部と、
複数の接地パターンの内、足底が地面から離隔している状態(以下、「遊脚状態」という)を判定し、使用者の複数の動作パターンに基づいて、遊脚状態であることに加えて使用者が歩行中である状態(以下、「歩行遊脚状態」という)を判定する判定部と、を備え、
複数の動作パターンは、
(第1条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に直前における接地パターンの種類、
(第2条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の種類の接地パターンの継続時間、
(第3条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の接地パターンから異なる接地パターンへの変移時間、
(第4条件)判定対象となる遊脚状態と、該遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との間における接地パターンの出現順序、
の、(第1条件)、(第2条件)、(第3条件)および(第4条件)の少なくとも一つを含み、
第1条件、第2条件、第3条件および第4条件のいずれを用いるかを選択する、選択部を更に備える。
In view of the above problems, the motion detection device of the present invention is provided on the toe side of the sole of the user, and a toe sensor that detects at least one of grounding and separation on the toe side of the sole,
A heel sensor that is provided on the heel side of the sole and detects at least one of ground contact and separation on the heel side of the sole;
A detection unit for detecting a plurality of ground contact patterns on the sole by the first signal from the toe sensor and the second signal from the heel sensor;
The state in which the sole is separated from the ground (hereinafter referred to as “free leg state”) is determined from among the plurality of ground contact patterns, and in addition to the free leg state based on the plurality of movement patterns of the user. A determination unit for determining a state in which the user is walking (hereinafter referred to as “walking swing leg state”),
Multiple operation patterns
(1st condition) The kind of grounding pattern in time immediately before the free leg state used as judgment object,
(Second condition) The duration of a predetermined type of grounding pattern in time before the swing leg state to be determined,
(Third Condition) Transition time from a predetermined grounding pattern to a different grounding pattern in time before the swing leg state to be determined,
(Fourth condition) The appearance order of the ground contact pattern between the free leg state to be determined and the free leg state temporally before the free leg state,
Of (first condition), (second condition), viewed contains at least one (third condition) and (fourth condition)
It further includes a selection unit that selects which of the first condition, the second condition, the third condition, and the fourth condition is used.
本発明の動作検出装置は、足底が地面から離れたことに加えて、使用者の動作を示す追加条件を考慮することで、障害者である使用者の動作をより正確に検出できる。特に、使用者の意図しない動作に基づいて遊脚状態と判断しないので、動作検出装置およびこれを用いた下肢装具は、使用者に不安や危険を与える膝関節の固定解除を引き起こさない。 The motion detection device of the present invention can detect the motion of the user who is a disabled person more accurately by considering an additional condition indicating the motion of the user in addition to the fact that the sole is separated from the ground. In particular, since it is not determined to be a free leg state based on a motion that is not intended by the user, the motion detection device and the lower limb orthosis using the motion detection device do not cause the knee joint to be unfixed, which gives the user anxiety and danger.
動作検出装置は、爪先側と踵側のいずれもが地面から離れている状態を遊脚状態として判断した上で、追加条件によって、実際の歩行中である遊脚状態(以下、「歩行遊脚状態」という)を、高い精度で検出できる。この結果、膝関節の固定は、必要最低限の場合のみ解除されるようになる。 The motion detection device determines the state where both the toe side and the heel side are separated from the ground as the free leg state, and then, depending on the additional conditions, the free leg state during the actual walking (hereinafter referred to as “walking free leg”). Status)) can be detected with high accuracy. As a result, the fixation of the knee joint is released only in the minimum necessary case.
また、追加条件として、(第1条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に直前における接地パターンの種類、(第2条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の種類の接地パターンの継続時間、(第3条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の接地パターンから異なる接地パターンへの変移時間、(第4条件)判定対象となる遊脚状態と、該遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との間における接地パターンの出現順序が、適宜用いられることによって、動作検出装置は、高い精度で歩行遊脚状態を検出できる。 Further, as additional conditions, (first condition) the kind of grounding pattern immediately before the free leg state to be determined, (second condition) a predetermined type before the free leg state to be determined. The duration of the ground contact pattern, (third condition) the transition time from a predetermined ground pattern to a different ground pattern temporally before the free leg state to be judged, (fourth condition) the free leg state to be judged The motion detection device can detect the walking swing leg state with high accuracy by appropriately using the appearance order of the ground contact pattern between the swing leg state and the swing leg state temporally before the swing leg state.
これらの結果、本発明の動作検出装置、膝固定解除装置および下肢装具は、使用者に不安や危険を与えることなく、使用者の歩行や立位を補助できる。 As a result, the motion detection device, the knee fixation release device, and the lower limb orthosis of the present invention can assist the user in walking and standing without giving the user anxiety and danger.
本発明の第1の発明に係る動作検出装置は、 使用者の足底の爪先側に設けられ、足底の爪先側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する爪先センサーと、
足底の踵側に設けられ、足底の踵側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する踵センサーと、
爪先センサーからの第1信号と踵センサーからの第2信号とによって、足底の複数の接地パターンを検出する検出部と、
複数の接地パターンの内、足底が地面から離隔している状態(以下、「遊脚状態」という)を判定し、使用者の複数の動作パターンに基づいて、遊脚状態であることに加えて使用者が歩行中である状態(以下、「歩行遊脚状態」という)を判定する判定部と、を備え、
複数の動作パターンは、
(第1条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に直前における接地パターンの種類、
(第2条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の種類の接地パターンの継続時間、
(第3条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の接地パターンから異なる接地パターンへの変移時間、
(第4条件)判定対象となる遊脚状態と、該遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との間における接地パターンの出現順序、
の、(第1条件)、(第2条件)、(第3条件)および(第4条件)の少なくとも一つを含み、
第1条件、第2条件、第3条件および第4条件のいずれを用いるかを選択する、選択部を更に備える。
A motion detection device according to a first aspect of the present invention includes a toe sensor that is provided on a toe side of a user's sole and detects at least one of grounding and separation on the toe side of the sole,
A heel sensor that is provided on the heel side of the sole and detects at least one of ground contact and separation on the heel side of the sole;
A detection unit for detecting a plurality of ground contact patterns on the sole by the first signal from the toe sensor and the second signal from the heel sensor;
The state in which the sole is separated from the ground (hereinafter referred to as “free leg state”) is determined from among the plurality of ground contact patterns, and in addition to the free leg state based on the plurality of movement patterns of the user. A determination unit for determining a state in which the user is walking (hereinafter referred to as “walking swing leg state”),
Multiple operation patterns
(1st condition) The kind of grounding pattern in time immediately before the free leg state used as judgment object,
(Second condition) The duration of a predetermined type of grounding pattern in time before the swing leg state to be determined,
(Third Condition) Transition time from a predetermined grounding pattern to a different grounding pattern in time before the swing leg state to be determined,
(Fourth condition) The appearance order of the ground contact pattern between the free leg state to be determined and the free leg state temporally before the free leg state,
Of (first condition), (second condition), viewed contains at least one (third condition) and (fourth condition)
It further includes a selection unit that selects which of the first condition, the second condition, the third condition, and the fourth condition is used.
この構成により、動作検出装置は、使用者が足底を地面から離隔させているときであっても、歩行遊脚状態であるのか非歩行遊脚状態であるのかを高い精度で検出できる。この構成により、動作検出装置は、使用者の特性や好みに合わせて、歩行遊脚状態を検出できる。 With this configuration, the motion detection device can detect with high accuracy whether the user is in the walking leg state or the non-walking leg state even when the user separates the sole from the ground. With this configuration, the motion detection device can detect the walking leg state in accordance with the characteristics and preferences of the user.
本発明の第2の発明に係る動作検出装置では、第1の発明に加えて、検出部は、第1信号および第2信号のそれぞれが「接地」を示す場合には、接地パターンを、「足底接地状態」と判断し、第1信号が「離隔」を示し、第2信号が「接地」を示す場合には、接地パターンを、「踵接地状態」と判断し、第1信号が「接地」を示し、第2信号が「離隔」を示す場合には、接地パターンを、「爪先接地状態」と判断し、第1信号および第2信号のそれぞれが「離隔」を示す場合には、接地パターンを、「遊脚状態」と判断する。 In the motion detection apparatus according to the second invention of the present invention, in addition to the first invention, the detection unit may display a ground pattern when each of the first signal and the second signal indicates “ground”. If the first signal indicates “separation” and the second signal indicates “ground”, the ground pattern is determined as “heel contact state”, and the first signal indicates “foot contact state”. When the second signal indicates “separation”, the ground pattern is determined as “toe grounding state”, and when each of the first signal and the second signal indicates “separation”, The grounding pattern is determined as “free leg state”.
この構成により、検出部は、足底と地面との接触関係を確実に検出できる。この結果、歩行遊脚状態の基準となる接地パターンおよび動作パターンを正確に検出できる。 With this configuration, the detection unit can reliably detect the contact relationship between the sole and the ground. As a result, it is possible to accurately detect the ground contact pattern and the motion pattern which are the reference for the walking leg state.
本発明の第3の発明に係る動作検出装置では、第2の発明に加えて、判定部は、第1条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンが踵接地状態および足底接地状態のいずれかである場合には、該遊脚状態を非歩行遊脚状態として判定し、直前の接地パターンが爪先接地状態である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。 In the motion detection device according to the third aspect of the present invention, in addition to the second aspect, in the case where the determination unit is based on the first condition, the contact pattern immediately before the free leg state to be determined is in the heel contact state. In this case, the swinging leg state is determined as a non-walking swinging leg state. Judged as the leg state.
この構成により、動作検出装置は、下肢に障害のある使用者の歩行に至る動作を正確に検出できる。 With this configuration, the motion detection device can accurately detect the motion leading to the walking of the user who has a disorder in the lower limbs.
本発明の第4の発明に係る動作検出装置では、第2又は第3の発明に加えて、判定部は、第2条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、第2時間以上第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、第1時間は、第2時間よりも長い。 In the motion detection device according to the fourth invention of the present invention, in addition to the second or third invention, the determination unit, when based on the second condition, of the grounding pattern immediately before the free leg state to be determined In any of the case where the duration is not less than the first time and less than the second time, it is determined that the swing leg state is a non-walking swing leg state, and is not less than the second time and less than the first time. If it is, it is determined that the free leg state is a walking free leg state, and the first time is longer than the second time.
この構成により、動作検出装置は、使用者が歩行状態であるのか、立ったまま足を上げたり、前のめりになったりなどの状態であるのかを、高い精度で判別できる。 With this configuration, the motion detection apparatus can determine with high accuracy whether the user is in a walking state, standing in a standing position, or leaning forward.
本発明の第5の発明に係る動作検出装置では、第2又は第3の発明に加えて、判定部は、第2条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、第2時間以上第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、第1時間は、第2時間よりも長い。 In the motion detection device according to the fifth invention of the present invention, in addition to the second or third invention, the determination unit is a time previous to the free leg state to be determined in the case of being based on the second condition. In the case where the sole ground contact state is not less than the first time and less than the second time, it is determined that the swing leg state is a non-walking swing leg state and the first time is not less than the second time. When it is less than the time, the swinging leg state is determined to be a walking swinging leg state, and the first time is longer than the second time.
この構成により、動作検出装置は、使用者が歩行状態であるのか、立ったまま足を上げたり、前のめりになったりなどの状態であるのかを、高い精度で判別できる。 With this configuration, the motion detection apparatus can determine with high accuracy whether the user is in a walking state, standing in a standing position, or leaning forward.
本発明の第6の発明に係る動作検出装置では、第2から第5のいずれかの発明に加えて、判定部は、第3条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の時間的に前における踵接地状態から足底接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、第2時間以上第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、第1時間は、第2時間よりも長い。 In the motion detection device according to the sixth aspect of the present invention, in addition to any of the second to fifth aspects of the invention, in the case where the determination unit is based on the third condition, In the case where the transition time from the heel contact state to the plantar contact state in the previous period is equal to or longer than the first time and less than the second time, the swing leg state is set to the non-walking swing leg state. When it is determined that there is a second swing time and is less than the first time, the swing leg state is determined to be a walking swing leg state, and the first time is longer than the second time.
この構成により、動作検出装置は、使用者が歩行状態にあるのか、歩行状態ではないが突発的な状態となったのかを、高い精度で判別できる。 With this configuration, the motion detection device can determine with high accuracy whether the user is in a walking state or whether the user is in a walking state but not in a walking state.
本発明の第7の発明に係る動作検出装置では、第2から第5のいずれかの発明に加えて、判定部は、第3条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の時間的に前における足底接地状態から爪先接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、第2時間以上第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、第1時間は、第2時間よりも長い。 In the motion detection device according to the seventh aspect of the present invention, in addition to any of the second to fifth aspects of the invention, in the case where the determination unit is based on the third condition, In the case where the transition time from the sole ground contact state to the toe ground contact state is not less than the first time and less than the second time, the swing leg state is changed to the non-walking swing leg state. When it is determined that there is a second swing time and is less than the first time, the swing leg state is determined to be a walking swing leg state, and the first time is longer than the second time.
この構成により、動作検出装置は、使用者が歩行状態であるのか、歩行と異なる動作を行っているのかを、高い精度で判別できる。 With this configuration, the motion detection device can determine with high accuracy whether the user is in a walking state or performing an operation different from walking.
本発明の第8の発明に係る動作検出装置では、第2から第7のいずれかの発明に加えて、判定部は、第4条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態と該遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との期間の接地パターンが、踵接地状態、足底接地状態および爪先接地状態の順序である場合には、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、判定対象となる遊脚状態と該遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との期間の接地パターンが、足底接地状態および爪先接地状態の順序である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定する。 In the motion detection device according to the eighth aspect of the present invention, in addition to any of the second to seventh aspects of the invention, the determination unit, when based on the fourth condition, determines the free leg state to be determined and the play state. When the ground contact pattern in the period before the leg state with the free leg state is in the order of the heel contact state, the sole ground contact state, and the toe ground contact state, the free leg state is designated as a non-walking free leg state. If the ground contact pattern of the free leg state to be determined and the free leg state temporally before the free leg state is in the order of the sole ground contact state and the toe ground contact state, The free leg state is determined to be a walking free leg state.
この構成により、動作検出装置は、下肢に障害を有する使用者の接地パターンの出現順序に最適化して、歩行遊脚状態を検出できる。 With this configuration, the motion detection device can detect the state of the swinging leg by optimizing the appearance order of the ground contact pattern of the user who has a disorder in the lower limb.
本発明の第9の発明に係る動作検出装置では、第1から8のいずれかの発明に加えて、選択部は、使用者によって制御される。 In the motion detection device according to the ninth aspect of the present invention, in addition to any one of the first to eighth aspects , the selection unit is controlled by the user.
この構成により、使用者は、みずからの好みや経験に合わせて、動作検出装置での検出特性を制御できる。 With this configuration, the user can control the detection characteristics of the motion detection device according to his / her preference and experience.
本発明の第10の発明に係る動作検出装置では、第1から第9のいずれかの発明に加えて、爪先センサーおよび踵センサーの少なくとも一方は、圧力センサー、温度センサー、距離センサーおよび光センサーの少なくとも一つを備える。
In the motion detection apparatus according to the tenth aspect of the present invention, in addition to any one of the first to ninth aspects, at least one of the toe sensor and the heel sensor includes a pressure sensor, a temperature sensor, a distance sensor, and an optical sensor. Provide at least one.
この構成により、動作検出装置は、高い精度で、接地パターンを検出できる。 With this configuration, the motion detection device can detect the ground pattern with high accuracy.
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1) (Embodiment 1)
実施の形態1について説明する。 Embodiment 1 will be described.
(全体概要)
まず、実施の形態1における動作検出装置の概要を説明する。実施の形態1の動作検出装置は、人体の動作状態であって特に歩行中の細かな動作状態を検出する。実施の形態1の動作検出装置は、様々な用途に適用される。例えば、動作検出装置は、下肢の不自由な使用者が装着する下肢装具、下肢の不自由な使用者が装着する義足、下肢の不自由な使用者が用いる歩行器、ロボットの歩行機構、おもちゃの歩行機構などに用いられる。
(Overview)
First, the outline | summary of the operation | movement detection apparatus in Embodiment 1 is demonstrated. The motion detection apparatus according to the first embodiment detects a motion state of a human body, particularly a fine motion state during walking. The motion detection apparatus according to the first embodiment is applied to various uses. For example, the motion detection device includes a lower limb orthosis worn by a user with reduced limbs, a prosthetic leg worn by a user with reduced limbs, a walker used by a user with reduced limbs, a robot walking mechanism, a toy It is used for the walking mechanism.
まず、図1を用いて、動作検出装置の概要を説明する。図1は、本発明の実施の形態1における動作検出装置のブロック図である。図1は、動作検出装置1とその周辺に存在する要素を合わせて示している。 First, the outline | summary of an operation | movement detection apparatus is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a block diagram of an operation detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows the motion detection device 1 and elements existing in the vicinity thereof.
動作検出装置1は、爪先センサー2、踵センサー3、検出部5、判定部6を備える。また、判定部6が情報として用いる動作パターンを記憶する記憶部7を更に備える。なお、記憶部7は、図1では他の要素と独立した別の要素として示されているが、記憶部7は、判定部6の内部に備わる要素であっても良い。あるいは、判定部6が動作パターンそのものを記憶していてもよい。動作パターンは、必要に応じて予め記憶されていることもありえるので、記憶部7がこれを記憶しても良いものである。また、図1は、使用者の足10の一部も合わせて示している。 The motion detection device 1 includes a toe sensor 2, a heel sensor 3, a detection unit 5, and a determination unit 6. Moreover, the memory | storage part 7 which memorize | stores the operation | movement pattern which the determination part 6 uses as information is further provided. Although the storage unit 7 is shown as another element independent of other elements in FIG. 1, the storage unit 7 may be an element provided inside the determination unit 6. Alternatively, the determination unit 6 may store the operation pattern itself. Since the operation pattern may be stored in advance as necessary, the storage unit 7 may store the operation pattern. FIG. 1 also shows a part of the user's foot 10.
爪先センサー2は、使用者の足底11の爪先側に設けられ、足底の爪先側の接地(爪先側が床面や地面に接触している状態を示す。以下も同じ)および離隔(爪先側が地面や床面から離れている状態を示す。以下も同じ)の少なくとも一方を検出する。爪先センサー2は、この検出した接地および離隔の少なくとも一方の結果を、第1信号として、検出部5に出力する。 The toe sensor 2 is provided on the toe side of the sole 11 of the user, and indicates the state where the toe side of the sole is in contact with the floor surface or the ground. Detects at least one of the following: the state of being away from the ground or floor. The toe sensor 2 outputs the detected result of at least one of grounding and separation to the detection unit 5 as a first signal.
踵センサー3は、使用者の足底11の踵側に設けられ、足底の踵側の接地(踵側が床面や地面に接触している状態を示す。以下も同じ)および離隔(踵側が地面や床面から離れている状態を示す。以下も同じ)の少なくとも一方を検出する。踵センサー3は、この検出した接地および離隔の少なくとも一方の結果を、第2信号として、検出部5に出力する。 The heel sensor 3 is provided on the heel side of the user's sole 11, and is grounded on the heel side of the sole (showing a state where the heel side is in contact with the floor or the ground. The same applies hereinafter) and a separation (the heel side is Detects at least one of the following: the state of being away from the ground or floor. The heel sensor 3 outputs the detected result of at least one of the grounding and the separation to the detection unit 5 as a second signal.
検出部5は、爪先センサー2からの第1信号と踵センサー3からの第2信号とに基づいて、足底11の複数の接地パターンを検出する。複数の接地パターンは、足底11が、爪先側と踵側とを要素として、どのような状態で床面や地面と接地や離隔をしているかを示す。 The detection unit 5 detects a plurality of grounding patterns on the sole 11 based on the first signal from the toe sensor 2 and the second signal from the heel sensor 3. The plurality of grounding patterns indicate in what state the sole 11 is grounded or separated from the floor surface or the ground with the toe side and the heel side as elements.
複数の接地パターンは、「接地」と「離隔」の2値を示す第1信号と第2信号から判断される。すなわち、検出部5は、2ビットの信号によって、4種類の接地パターンを検出する。 The plurality of ground patterns are determined from the first signal and the second signal indicating the binary values of “ground” and “separation”. In other words, the detection unit 5 detects four types of ground patterns using a 2-bit signal.
図2は、本発明の実施の形態1における接地パターンを説明する模式図である。図2は、足10の足底11の接地パターンを4種類の状態で示している。図2は、左から「遊脚状態」、「踵接地状態」、「足底接地状態」、「爪先接地状態」の4状態を示している。接地パターンは、これら4種類の状態のいずれかを示す。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a grounding pattern according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 shows the grounding patterns of the sole 11 of the foot 10 in four types of states. FIG. 2 shows four states from the left: “free leg state”, “heel contact state”, “foot contact state”, and “toe contact state”. The ground pattern indicates one of these four states.
(遊脚状態)
第1信号および第2信号のそれぞれが「離隔」を示す場合(すなわち、爪先センサー2Aが離隔を示し、踵センサー3Aが離隔を示す場合)には、足底11Aは、床面12から完全に離隔している。このような足底11Aの状態を、検出部5は、「遊脚状態」として検出する。
(Free leg state)
When each of the first signal and the second signal indicates “separation” (that is, when the toe sensor 2A indicates separation and the heel sensor 3A indicates separation), the sole 11A is completely separated from the floor surface 12. Separated. The detection unit 5 detects such a state of the sole 11 </ b> A as a “free leg state”.
(踵接地状態)
第1信号が「離隔」を示し、第2信号が「接地」を示す場合(すなわち、爪先センサー2Bが離隔を示し、踵センサー3Bが接地を示す場合)には、足底11Bの踵のみが床面12に接地している。このような足底11Bの状態を、検出部5は、「踵接地状態」として検出する。
(踵 grounding state)
When the first signal indicates “separation” and the second signal indicates “grounding” (ie, when the toe sensor 2B indicates separation and the heel sensor 3B indicates grounding), only the heel of the sole 11B The floor 12 is grounded. The detection unit 5 detects such a state of the sole 11B as a “heel contact state”.
(足底接地状態)
第1信号および第2信号のそれぞれが「接地」を示す場合(すなわち、爪先センサー2Cが接地を示し、踵センサー3Cが接地を示す場合)には、足底11Cの全体が床面12に接地している。このような足底11Cの状態を、検出部5は、「足底接地状態」として検出する。
(Foot ground contact state)
When each of the first signal and the second signal indicates “grounding” (that is, when the toe sensor 2C indicates grounding and the heel sensor 3C indicates grounding), the entire sole 11C touches the floor 12 doing. The detection unit 5 detects such a state of the sole 11 </ b> C as a “plantar ground state”.
(爪先接地状態)
第1信号が「接地」を示し、第2信号が「離隔」を示す場合(すなわち、爪先センサー2Dが接地を示し、踵センサー3Dが離隔を示す場合)には、足底11Dの爪先側だけが床面12に接地している。このような足底11Dの状態を、検出部5は、「爪先接地状態」として検出する。
(Toe grounding state)
When the first signal indicates “ground” and the second signal indicates “separation” (that is, when the toe sensor 2D indicates ground and the heel sensor 3D indicates separation), only the toe side of the sole 11D Is grounded to the floor 12. The detection unit 5 detects such a state of the sole 11D as a “toe grounding state”.
このように、検出部5は、足底11の床面12に対する4種類の接地状態を、接地パターンとして検出して、検出結果を判定部6に出力する。 Thus, the detection unit 5 detects the four types of grounding states with respect to the floor surface 12 of the sole 11 as grounding patterns, and outputs the detection results to the determination unit 6.
判定部6は、検出部5が検出した複数の接地パターンの内、足底11が床面や地面から離隔している状態(以下、「遊脚状態」という)であることを判定する。更に、判定部6は、使用者の複数の動作パターンに基づいて、遊脚状態であるとともに使用者が歩行状態である状態(以下、「歩行遊脚状態」という)を判定する。すなわち、判定部6は、足底11の接地状態(接地パターン)のみではなく、使用者の動作パターンまでをも考慮して、歩行遊脚状態を決定する。ここで、歩行遊脚状態は、動作検出装置1が下肢装具、義足および歩行器などに用いられる際に、下肢装具などの膝関節の固定を解除する条件となる。 The determination unit 6 determines that the sole 11 is in a state of being separated from the floor surface or the ground (hereinafter referred to as “free leg state”) among the plurality of grounding patterns detected by the detection unit 5. Further, the determination unit 6 determines a state in which the user is in the swinging state and the user is in the walking state (hereinafter referred to as “walking swinging leg state”) based on the plurality of motion patterns of the user. That is, the determination unit 6 determines the walking swing leg state in consideration of not only the ground contact state (ground contact pattern) of the sole 11 but also the motion pattern of the user. Here, the walking leg state is a condition for releasing the fixation of the knee joint such as the lower limb orthosis when the motion detection device 1 is used for the lower limb orthosis, the artificial leg, the walker, and the like.
ここで、下肢装具などの膝関節の固定解除は、第1前提として足底11が床面や地面から離隔している遊脚状態であることを必要とする。従来技術は、この第1前提のみで膝関節の固定を解除していた。実施の形態1の動作検出装置1は、この遊脚状態に、使用者の歩行状態を示す動作パターンを第2前提として加えて、より正確に膝関節の固定解除の条件を判定する。 Here, in order to release the fixation of the knee joint such as the lower limb orthosis, the sole 11 needs to be in a free leg state in which the sole 11 is separated from the floor surface or the ground. In the prior art, the fixation of the knee joint is released only by this first premise. The motion detection device 1 according to the first embodiment adds a motion pattern indicating the user's walking state as a second premise to the swing leg state, and more accurately determines the condition for releasing the fixation of the knee joint.
記憶部7は、動作パターンを記憶する。あるいは、判定部6そのものが動作パターンを記憶する。判定部6は、この動作パターンを読み出して、遊脚状態である接地パターンと合わせて、使用者の歩行遊脚状態を判定する。 The storage unit 7 stores an operation pattern. Alternatively, the determination unit 6 itself stores the operation pattern. The determination unit 6 reads this motion pattern and determines the walking leg state of the user together with the ground pattern that is in the swinging leg state.
動作パターンは、下記の第1条件、第2条件、第3条件および第4条件の少なくとも一つを含む。ここで、判定部6は、第1前提として接地パターンにおいて遊脚状態であることに加えて、第2前提としての動作パターンを考慮する。このため、判定部6は、歩行遊脚状態の候補である判定対象である遊脚状態の際に、動作パターンを考慮する。第1条件〜第4条件に記載の「判定対象となる遊脚状態」とは、歩行遊脚状態を判定する対象の現れである遊脚状態のタイミングを示す。 The operation pattern includes at least one of the following first condition, second condition, third condition, and fourth condition. Here, the determination unit 6 considers the motion pattern as the second premise in addition to the free leg state in the ground contact pattern as the first premise. For this reason, the determination part 6 considers an action pattern in the case of the free leg state which is the determination object which is a candidate of a walking free leg state. The “free leg state as a determination target” described in the first condition to the fourth condition indicates the timing of the free leg state, which is the appearance of the target for determining the walking free leg state.
(第1条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に直前における接地パターンの種類。
(第2条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の種類の接地パターンの継続時間。
(第3条件)判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の接地パターンから異なる接地パターンへの変移時間。
(第4条件)判定対象となる遊脚状態と、この遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との間における接地パターンの出現順序。
(First condition) The type of the ground contact pattern immediately before the free leg state to be determined.
(Second condition) A duration of a predetermined type of grounding pattern in time before the free leg state to be determined.
(Third condition) Transition time from a predetermined grounding pattern to a different grounding pattern in time before the swing leg state to be determined.
(Fourth condition) The appearance order of the ground contact pattern between the free leg state to be determined and the free leg state temporally before this free leg state.
判定部6は、これらの第1条件、第2条件、第3条件および第4条件の少なくとも一つを用いて、判定対象となる遊脚状態が、膝関節の固定解除としても問題ない歩行遊脚状態となっているかを判定する。第1条件〜第4条件は、使用者であって特に下肢に障害を有する使用者に特有な動作パターンである加重要件である。このため、判定部6は、障害を有する使用者に特有な動作パターンの加重要件も満たされることで、初めて膝関節の固定を解除できる条件を提供する。 The determination unit 6 uses at least one of the first condition, the second condition, the third condition, and the fourth condition to determine that the free leg state to be determined is a problem in which walking is not a problem even when the knee joint is unfixed. Judge whether it is in a leg state. The first condition to the fourth condition are weighting requirements that are operation patterns peculiar to a user who has a disability in the lower limb. For this reason, the determination part 6 provides the conditions which can cancel | release the fixation of a knee joint for the first time by also satisfy | filling the weighting requirement of the motion pattern peculiar to the user who has a disorder | damage | failure.
従来技術は、このような障害を有する使用者に特有な動作パターンを考慮せずに、膝関節の固定解除となる歩行遊脚状態を判定していた。従来技術で説明したように、足底11が床面や地面から離隔している場合は、使用者が歩行中ではなく、立ったまま足踏みしたり,向きを変えたり,前かがみになることで足が上がってしまったりする状況も含む。このような状況にも関らず、下肢の不自由な使用者の膝関節の固定が解除されることは、使用者に非常な不安と危険を招きかねない。 The prior art has determined the state of the swinging leg that causes the knee joint to be unfixed without taking into consideration the motion pattern peculiar to the user having such a disorder. As described in the prior art, when the sole 11 is separated from the floor or the ground, the user is not walking but is standing on the foot, changing the direction, or leaning forward. It also includes situations where the price goes up. In spite of such a situation, releasing the fixation of the knee joint of a user who has a lower limb may cause great anxiety and danger to the user.
実施の形態1の動作検出装置1は、足底11が床面や地面から離隔している状態(遊脚状態)と使用者の動作パターンとに基づいて、膝関節の固定解除のタイミングを示す歩行遊脚状態を判定できる。言い換えると、動作検出装置1は、接地パターンと動作パターンとの両方に基づいて、歩行遊脚状態を判定する。 The motion detection device 1 according to the first embodiment shows the timing of releasing the fixation of the knee joint based on the state in which the sole 11 is separated from the floor or the ground (free leg state) and the user's motion pattern. The walking leg state can be determined. In other words, the motion detection device 1 determines the walking leg state based on both the ground contact pattern and the motion pattern.
この結果、使用者が歩行以外で遊脚状態となっている場合に、膝関節の固定が解除されることが著しく減少するので、動作検出装置1やこれを用いた機器は、下肢に障害を有する使用者へ、不安や危険を与えることが減少する。 As a result, when the user is in a free leg state other than walking, the fixation of the knee joint is remarkably reduced, so that the motion detection device 1 and the device using the same may damage the lower limbs. The risk of anxiety and danger is reduced for the users who have them.
なお、検出部5、判定部6および記憶部7など、動作状態を判定する判定機能に関る要素は、判定手段4としてまとまる要素としてとらえることも好適である。 It should be noted that elements relating to the determination function for determining the operating state, such as the detection unit 5, the determination unit 6, and the storage unit 7, are also preferably considered as elements that are combined as the determination unit 4.
次に、各部の詳細について説明する。 Next, the detail of each part is demonstrated.
(爪先センサーおよび踵センサー)
爪先センサー2は、足底11の爪先側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する。例えば、爪先センサー2は、圧力センサー素子、温度センサー素子、距離センサー素子および光センサー素子の少なくとも一つを備える。これらのセンサー素子のいずれかの機能を利用して、爪先センサー2は、足底11の爪先側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する。
(Toe sensor and heel sensor)
The toe sensor 2 detects at least one of grounding and separation on the toe side of the sole 11. For example, the toe sensor 2 includes at least one of a pressure sensor element, a temperature sensor element, a distance sensor element, and an optical sensor element. Using the function of any of these sensor elements, the toe sensor 2 detects at least one of grounding and separation on the toe side of the sole 11.
例えば、爪先センサー2が圧力センサー素子を備える場合には、圧力センサー素子が床面との接触圧力を検出することで、爪先センサー2は、接地および離隔の少なくとも一方を検出する。爪先センサー2が温度センサー素子を備える場合には、接地状態での温度は離隔状態での温度よりも高いと考えられるので、温度センサー素子が測定する温度が閾値以上である場合には、爪先センサー2は、接地状態として検出する(温度が閾地未満である場合には離隔状態として検出する)。 For example, when the toe sensor 2 includes a pressure sensor element, the toe sensor 2 detects at least one of grounding and separation by detecting the contact pressure with the floor surface. When the toe sensor 2 includes a temperature sensor element, it is considered that the temperature in the grounded state is higher than the temperature in the separated state. Therefore, when the temperature measured by the temperature sensor element is equal to or higher than the threshold value, the toe sensor 2 is detected as a grounded state (detected as a separated state when the temperature is lower than the threshold).
あるいは、爪先センサー2が距離センサー素子を備える場合には、距離センサー素子が爪先と床面12との距離を測定する。距離が閾値未満である場合には、爪先は床面12にほぼ接地している状態といえ、距離が閾値以上である場合には、爪先は床面12から離隔している状態といえる。このように、爪先センサー2は、距離センサー素子が測定する距離が閾値以上であるか閾値未満であるかによって、爪先の離隔及び接地の少なくとも一方を検出する。 Alternatively, when the toe sensor 2 includes a distance sensor element, the distance sensor element measures the distance between the toe and the floor surface 12. When the distance is less than the threshold value, it can be said that the toe is substantially in contact with the floor surface 12, and when the distance is greater than or equal to the threshold value, it can be said that the toe is separated from the floor surface 12. In this manner, the toe sensor 2 detects at least one of the toe separation and the ground contact depending on whether the distance measured by the distance sensor element is greater than or less than the threshold value.
また、爪先センサー2が光センサー素子を備える場合には、光センサー素子が検出する光量や輝度によって、爪先センサー2は、接地および離隔の少なくとも一方を検出する。爪先が床面12に接地している場合には、光センサー素子は、低い光量や輝度しか検出できない。逆に爪先が床面12から離れている場合には、光センサー素子は、高い光量や輝度を検出できる。このため、光センサー素子が閾値以上の光量や輝度を検出する場合には、爪先センサー2は、爪先が床面12から離隔しているとして検出し、光センサー素子が閾値未満の光量や輝度しか検出できない場合には、爪先センサー2は、爪先が床面12に接地しているとして検出する。 Further, when the toe sensor 2 includes an optical sensor element, the toe sensor 2 detects at least one of grounding and separation according to the light amount and luminance detected by the optical sensor element. When the toe is in contact with the floor 12, the optical sensor element can detect only a low light amount and luminance. On the contrary, when the tip of the toe is away from the floor surface 12, the optical sensor element can detect a high light quantity and luminance. For this reason, when the light sensor element detects a light amount or luminance greater than or equal to a threshold value, the toe sensor 2 detects that the toe is separated from the floor surface 12, and the light sensor element detects only a light amount or luminance less than the threshold value. If it cannot be detected, the toe sensor 2 detects that the toe is in contact with the floor 12.
このように、種々のセンサー素子を用いることで、爪先センサー2は、接地および離隔の少なくとも一方を検出できる。なお、上述のセンサー素子およびその検出手順は一例であり、他の種々の素子や手段が用いられても良い。あるいは、複数の異なるセンサー素子の組み合わせによって、爪先センサー2は、接地および離隔の少なくとも一方を検出しても良い。 In this way, by using various sensor elements, the toe sensor 2 can detect at least one of grounding and separation. In addition, the above-mentioned sensor element and its detection procedure are examples, and other various elements and means may be used. Alternatively, the toe sensor 2 may detect at least one of grounding and separation by a combination of a plurality of different sensor elements.
なお、踵センサー3は、爪先センサー2と同様の構成・機能を有し、上述のような処理手順によって、足底11の踵側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する。 Note that the heel sensor 3 has the same configuration and function as the toe sensor 2 and detects at least one of ground contact and separation on the heel side of the sole 11 by the processing procedure as described above.
なお、爪先センサー2および踵センサー3のそれぞれは、単一の素子によって接地および離隔の少なくとも一方を検出しても良いし、複数の素子によって接地および離隔の少なくとも一方を検出しても良い。また、爪先センサー2および踵センサー3のそれぞれは、接地を検出する素子と離隔を検出する素子とを、異なる素子として、備えても良い。 Each of the toe sensor 2 and the heel sensor 3 may detect at least one of grounding and separation by a single element, or may detect at least one of grounding and separation by a plurality of elements. Each of the toe sensor 2 and the heel sensor 3 may include an element for detecting grounding and an element for detecting separation as different elements.
爪先センサー2は、検出結果を第1信号として、検出部5に出力する。踵センサー3は、検出結果を第2信号として、検出部5に出力する。このとき、爪先センサー2および踵センサー3のそれぞれからは、無線通信、有線通信などによって、第1信号および第2信号が検出部5に出力される。 The toe sensor 2 outputs the detection result to the detection unit 5 as a first signal. The eyelid sensor 3 outputs the detection result to the detection unit 5 as the second signal. At this time, a first signal and a second signal are output from the toe sensor 2 and the heel sensor 3 to the detection unit 5 by wireless communication, wired communication, or the like.
(検出部)
検出部5は、第1信号と第2信号とに基づいて、足底11の接地パターンを検出する。第1信号は1ビットの信号であり、第2信号は1ビットの信号であるので、検出部5は、2ビットの信号によって、4値(4種類)の状態を含む接地パターンを検出できる。4種類の接地パターンは、図2を用いて説明した通りである。
(Detection unit)
The detection unit 5 detects the ground contact pattern of the sole 11 based on the first signal and the second signal. Since the first signal is a 1-bit signal and the second signal is a 1-bit signal, the detection unit 5 can detect a ground pattern including quaternary (four types) states using the 2-bit signal. The four types of grounding patterns are as described with reference to FIG.
図3は、本発明の実施の形態1における検出部での検出に関するタイミングチャートである。図3のタイミングチャートは、1ビット(2値)の第1信号と1ビット(2値)の第2信号とを示している。2ビットの信号の2値も示しており、2値の状態によって、検出部5は、接地パターンである、「遊脚状態」、「踵接地状態」、「爪先接地状態」、「足底接地状態」を検出する。 FIG. 3 is a timing chart relating to detection by the detection unit according to Embodiment 1 of the present invention. The timing chart of FIG. 3 shows a 1-bit (binary) first signal and a 1-bit (binary) second signal. A binary value of a 2-bit signal is also shown. Depending on the binary state, the detection unit 5 is a grounding pattern of “free leg state”, “heel contact state”, “toe ground state”, “foot ground contact” "Status" is detected.
図3において、第1信号および第2信号の値「1」は、爪先センサー2および踵センサー3のそれぞれが床面12に接地している状態を示しており、第1信号および第2信号の値「0」は、爪先センサー2および踵センサー3のそれぞれが床面12から離隔している状態を示している。 In FIG. 3, the value “1” of the first signal and the second signal indicates a state where each of the toe sensor 2 and the heel sensor 3 is grounded to the floor surface 12, and the first signal and the second signal The value “0” indicates a state where each of the toe sensor 2 and the heel sensor 3 is separated from the floor surface 12.
第1信号と第2信号との2ビットの信号(第1信号、第2信号)が、値(0、0)の場合には、検出部5は、「遊脚状態」として検出し、値(0、1)の場合には、「踵接地状態」として検出し、値(1,0)の場合には、「爪先接地状態」として判定し、値(1、1)の場合には、「足底接地状態」として検出する。 When the 2-bit signals (the first signal and the second signal) of the first signal and the second signal are values (0, 0), the detection unit 5 detects the “free leg state” and the value In the case of (0, 1), it is detected as “the heel contact state”, in the case of the value (1, 0), it is determined as the “toe contact state”, and in the case of the value (1, 1), It is detected as “plantar ground contact state”.
このように、爪先センサー2および踵センサー3からの信号を、2ビットのデジタル信号として取り扱うことで、簡便な電子素子、電子回路および半導体集積回路(あるいはソフトウェア)によって、検出部5は、接地パターンを容易かつ確実に検出できる。 In this way, by handling the signals from the toe sensor 2 and the heel sensor 3 as 2-bit digital signals, the detection unit 5 can be connected to the ground pattern by a simple electronic element, electronic circuit, and semiconductor integrated circuit (or software). Can be detected easily and reliably.
検出部5は、検出結果を、判定部6に出力する。このとき、4種類の接地パターンを2ビットのデジタル信号で出力しても良いし、その他の信号として出力しても良い。なお、ここでは、検出部5が、4種類の接地パターンを判定した上で判定部6にその結果を出力することで説明した。しかし、検出部5は、検出した爪先センサー2および踵センサー3からの信号を、2ビットの信号に変換して判定部6に出力し、判定部6が、4種類の接地パターンを検出しても良い。 The detection unit 5 outputs the detection result to the determination unit 6. At this time, the four types of ground patterns may be output as 2-bit digital signals, or may be output as other signals. Here, it has been described that the detection unit 5 determines four types of grounding patterns and outputs the result to the determination unit 6. However, the detection unit 5 converts the detected signals from the toe sensor 2 and the heel sensor 3 into a 2-bit signal and outputs the signal to the determination unit 6. The determination unit 6 detects four types of grounding patterns. Also good.
次に、接地パターンと動作パターンとに基づく歩行遊脚状態の判定の詳細について説明する。 Next, details of the determination of the walking leg state based on the ground contact pattern and the motion pattern will be described.
(第1条件に基づく場合)
判定部6(もしくは検出部5)は、複数の接地パターンの内、足底全部が地面から離隔している「遊脚状態」を判定する。判定部6(検出部5)は、図3を用いて説明したように、2ビット信号が(0、0)である場合に、接地パターンを「遊脚状態」として判定する。判定部6は、歩行遊脚状態であるかを判定する判定対象となる遊脚状態に加えて、第1条件を用いて、判定対象となる遊脚状態が歩行遊脚状態であるか否かを判定する。
(When based on the first condition)
The determination unit 6 (or the detection unit 5) determines the “free leg state” in which the soles are all separated from the ground among the plurality of ground contact patterns. As described with reference to FIG. 3, the determination unit 6 (detection unit 5) determines the ground pattern as the “free leg state” when the 2-bit signal is (0, 0). The determination unit 6 uses the first condition to determine whether or not the free leg state to be determined is the walking free leg state in addition to the free leg state to be determined to determine whether or not the walking free leg state. Determine.
判定部6は、第1条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンが踵接地状態および足底接地状態のいずれかである場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態と判定する。一方、判定部6は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンが爪先接地状態である場合には、この遊脚状態を歩行遊脚状態として判定する。 In the case where the determination unit 6 is based on the first condition, if the grounding pattern immediately before the free leg state to be determined is either the heel grounding state or the sole grounding state, the determination unit 6 It is determined as a walking leg state. On the other hand, when the ground contact pattern immediately before the free leg state to be determined is the toe ground contact state, the determination unit 6 determines the free leg state as the walking free leg state.
図4は、本発明の実施の形態1における第1条件に基づく場合の判定を説明する説明図である。図2(a)は、判定対象となる遊脚状態の直前が踵接地状態である場合を示し、図2(b)は、判定対象となる遊脚状態の直前が足底接地状態である場合を示し、図2(c)は、判定対象となる遊脚状態の直前が爪先接地状態である場合を示している。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining determination based on the first condition according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 (a) shows a case where the state immediately before the free leg state to be determined is the heel contact state, and FIG. 2 (b) is a case where the immediately before the free leg state to be determined is the sole ground state. FIG. 2C shows a case where the toe grounding state is immediately before the free leg state to be determined.
健常者は、歩行において足底が地面や床面から離隔する状態(遊脚状態)に至る接地パターンは様々である。例えば、健常者は、遊脚状態の直前を爪先接地状態とすることもあり(このパターンが多いと考えられる)、場合によっては、遊脚状態の直前を踵接地状態や足底接地状態とすることもある。健常者は、通常歩行、早足、ステップなど様々な歩行パターンを用いるからである。あるいは、歩行状態ではなく、立ち話している際に足を上げるようなパターン(遊脚状態の直前が足底接地状態)であるときに、膝関節の固定がなされていなくても、健常者は特段の危険を受けるものではない。 A healthy person has various ground contact patterns that lead to a state in which the sole of the foot is separated from the ground or floor surface (a swing leg state) during walking. For example, a normal person may have a toe grounding state immediately before the swinging leg state (this pattern is considered to be many), and in some cases, immediately before the swinging leg state is a heel grounding state or a sole grounding state. Sometimes. This is because a healthy person uses various walking patterns such as normal walking, fast walking, and steps. Or, when the pattern is such that the legs are raised when standing up, not in walking, and the knee joint is not fixed, There is no particular danger.
ポリオや事故などの種々の要因によって下肢に不自由を有する使用者も、歩行状態である場合には、遊脚状態の直前を爪先接地状態とすることが多いと考えられる。このため、図4(c)のように、判定部6は、判定対象となる遊脚状態の直前が爪先接地状態である場合には、この遊脚状態を歩行遊脚状態として判定する。 It is considered that a user who has inconvenience in the lower limbs due to various factors such as polio and accidents often makes the toe grounding state immediately before the swinging leg state when walking. For this reason, as shown in FIG. 4C, the determination unit 6 determines that the free leg state is the walking free leg state when the toe grounding state is immediately before the free leg state to be determined.
一方、ポリオや事故などの種々の要因によって下肢に不自由を有する使用者は、歩行状態ではなく立ち止まっている状態で足を上げるようなパターン(遊脚状態の直前が足底接地状態である)、後ろにつんのめるパターン(遊脚状態の直前が踵接地状態である)などにおいて、膝関節の固定が解除されることは、使用者に不安や危険を抱かせる。下肢の不自由な使用者は、膝関節の固定によって立脚を安定させているからである。膝関節の固定が解除されると、使用者は、立脚を安定させることが難しくなり、不安や危険を感じる。 On the other hand, a user who has difficulty in lower limbs due to various factors such as polio and accidents is a pattern in which the legs are raised while standing, not in a walking state (just before the swinging leg is in the ground contact state) In a pattern in which it is picked up backwards (the state immediately before the free leg state is the heel contact state), releasing the fixation of the knee joint makes the user feel anxious and dangerous. This is because a user who is incapable of lower limbs stabilizes the stance by fixing the knee joint. When the knee joint is released, it becomes difficult for the user to stabilize the stance, and the user feels anxiety and danger.
このため、図4(a)のように、判定対象の遊脚状態の直前が踵接地状態である場合には、使用者が後ろにつんのめっている状態である可能性もある、として判定部6は、この遊脚状態を非歩行遊脚状態であると判定する。さらに、図4(b)のように、判定対象の遊脚状態の直前が足底接地状態である場合には、使用者が立ち話中に足をあげた状態である可能性もある、として判定部6は、この遊脚状態を非歩行遊脚状態であると判定する。もちろん、実際の歩行遊脚状態である場合もあるが、下肢に不自由を有する使用者の安全性を優先して、判定部6は、この遊脚状態を非歩行遊脚状態として判定することが好ましい。 For this reason, as shown in FIG. 4A, when the swing leg state immediately before the determination target is the heel-contacting state, the determination unit 6 determines that there is a possibility that the user is wearing the back. Determines that this free leg state is a non-walking free leg state. Further, as shown in FIG. 4B, if the sole is in the ground contact state immediately before the free leg state to be determined, it is determined that the user may have raised his / her leg while standing The unit 6 determines that this free leg state is a non-walking free leg state. Of course, there may be an actual walking free leg state, but the determination unit 6 determines that this free leg state is a non-walking free leg state, giving priority to the safety of a user who has inconvenience in the lower limbs. Is preferred.
このように、第1条件に基づく場合では、判定部6は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの種類によって、この遊脚状態を歩行遊脚状態もしくは非歩行遊脚状態として判定する。 Thus, in the case of being based on the first condition, the determination unit 6 determines the free leg state as a walking free leg state or a non-walking free leg state depending on the type of the ground contact pattern immediately before the free leg state to be determined. To do.
(第2条件に基づく場合)
判定部6は、第2条件に基づく場合には、判定対象となる遊脚状態の時間的に前における所定の種類の接地パターンの継続時間によって、歩行遊脚状態もしくは非歩行遊脚状態を判定する。
(When based on the second condition)
When the determination unit 6 is based on the second condition, the determination unit 6 determines the walking free leg state or the non-walking free leg state based on the duration of the predetermined type of grounding pattern temporally before the free leg state to be determined. To do.
(判定その1)
判定部6は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかでは、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。また、判定部6は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間が、第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定する。ここで、第1時間は、第2時間よりも長い。
(Judgment 1)
The determination unit 6 determines that the free leg state is non-walking when the duration of the ground contact pattern immediately before the free leg state to be determined is equal to or longer than the first time or less than the second time. It is determined as a free leg state. In addition, when the duration of the ground contact pattern immediately before the swing leg state to be determined is longer than the second time and less than the first time, the determination unit 6 sets the swing leg state as the walking swing leg state. Is determined. Here, the first time is longer than the second time.
図5は、本発明の実施の形態1における第2条件に基づく判定を説明する説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating determination based on the second condition in the first embodiment of the present invention.
通常の歩行では、図2に示されるように、踵接地状態に示されるように足が地面に接地を開始し、ついで足底接地状態に示されるように足底全部が地面に接地し、次いで爪先接地状態に示されるように足底が地面からの離隔を開始して、最後に遊脚状態に示されるように足底全部が地面から離隔する。このように、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの種類によって、判定部6は判定するだけでもよさそうである(第1条件に基づく判定)。しかし、直前の接地パターンが歩行に関る一連の流れと同じであっても、必ずしも歩行状態であるとは限らない。 In normal walking, as shown in FIG. 2, the foot starts to touch the ground as shown in the heel contact state, and then the entire sole touches the ground as shown in the sole contact state, and then As shown in the toe grounding state, the sole starts to separate from the ground, and finally the entire sole separates from the ground as shown in the free leg state. Thus, it is likely that the determination unit 6 only makes a determination according to the type of the ground contact pattern immediately before the swing leg state to be determined (determination based on the first condition). However, even if the immediately preceding grounding pattern is the same as a series of flows related to walking, it is not necessarily a walking state.
図5(a)は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間が第1時間以上である場合を示している。図5(a)では、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンは、爪先接地状態である。この爪先接地状態が非常に長い場合には、使用者は、歩行状態にあるのではなく立脚した状態のまま足を上げたものと考えることもできる。立ち話中に、足を上げるなどの動作であると、考えることができる。 FIG. 5A shows a case where the duration of the ground contact pattern immediately before the free leg state to be determined is equal to or longer than the first time. In Fig.5 (a), the grounding pattern immediately before the free leg state used as determination object is a toe grounding state. When this toe grounding state is very long, it can be considered that the user has raised his / her leg while standing without being in a walking state. You can think of it as raising your foot while standing.
このような場合に、判定部6が判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定することは、立脚状態であるにもかかわらず使用者の膝関節の固定が解除されることになり、使用者は安定した立脚状態を維持できなくなる。このため、図5(a)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の直前の接地パターンが第1時間以上である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, the determination unit 6 determines that the free leg state of the determination target is the walking free leg state, the fixation of the user's knee joint is released in spite of the standing state. Thus, the user cannot maintain a stable standing state. For this reason, as shown in FIG. 5A, when the ground contact pattern immediately before the free leg state to be determined is equal to or longer than the first time, the determination unit 6 determines that the free leg state is a non-walking free leg. Judge as a state.
図5(b)は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間が第2時間未満である場合を示している。図5(b)では、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンは、爪先接地状態である。この爪先接地状態が非常に短い場合には、使用者は、前のめりにつんのめった状態であると考えることもできる。あるいは、歩行状態ではないにも関らず、使用者が危険な状態に陥ったものと考えることもできる。 FIG. 5B shows a case where the duration of the ground contact pattern immediately before the swing leg state to be determined is less than the second time. In FIG.5 (b), the grounding pattern immediately before the free leg state used as determination object is a toe grounding state. When the toe grounding state is very short, the user can also consider that the user is in a state of wearing the front edge. Alternatively, it can be considered that the user has fallen into a dangerous state although it is not in a walking state.
このような場合に、判定部6が判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定することは、立脚状態であるにもかかわらず使用者の膝関節の固定が解除されることになり、使用者は安定した立脚状態を維持できなくなる。このため、図5(b)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の直前の接地パターンが第2時間未満である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, the determination unit 6 determines that the free leg state of the determination target is the walking free leg state, the fixation of the user's knee joint is released in spite of the standing state. Thus, the user cannot maintain a stable standing state. For this reason, as shown in FIG. 5B, when the ground contact pattern immediately before the determination of the swing leg state is less than the second time, the determination unit 6 determines that the swing leg state is a non-walking swing leg. Judge as a state.
図5(c)は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間が第2時間以上第1時間未満である場合を示している。図5(c)では、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンは、爪先接地状態である。この爪先接地状態の継続時間が、適度な時間量に含まれる場合には、使用者は歩行状態にあると考えられる。歩行においては、一定のリズムに基づいて、接地パターンが変化していくからであり、一定のリズムによってそれぞれの接地パターンの継続時間は、所定範囲におさまりやすいからである。 FIG. 5C shows a case where the duration of the ground contact pattern immediately before the swing leg state to be determined is not less than the second time and less than the first time. In FIG.5 (c), the grounding pattern immediately before the free leg state used as determination object is a toe grounding state. If the duration of the toe grounding state is included in an appropriate amount of time, the user is considered to be in a walking state. This is because, in walking, the ground contact pattern changes based on a constant rhythm, and the duration of each ground contact pattern easily falls within a predetermined range due to the constant rhythm.
このため図5(c)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の直前の接地パターンが第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。 Therefore, as shown in FIG. 5 (c), when the ground contact pattern immediately before the free leg state to be determined is longer than the second time and less than the first time, the determination unit 6 determines that the free leg state is the walking It is determined as a free leg state.
このように、判定部6は、判定対象となる遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間に基づいて、正確に歩行遊脚状態/非歩行遊脚状態を判定できるようになる。 As described above, the determination unit 6 can accurately determine the walking / non-walking swinging leg state based on the duration of the ground contact pattern immediately before the swinging leg state to be determined.
なお、図5は、直前の接地パターンを、爪先接地状態として示しているが、他の接地パターン(足底接地状態、踵接地状態)であっても同じである。判定対象の遊脚状態の直前である遊脚状態以外の接地パターンの継続時間によって、判定部6は、歩行遊脚状態/非歩行遊脚状態を判定する。 Note that FIG. 5 shows the previous grounding pattern as a toe grounding state, but the same applies to other grounding patterns (plantar grounding state, heel grounding state). The determination unit 6 determines the walking / non-walking leg state based on the duration of the ground contact pattern other than the swinging leg state immediately before the determination target swinging leg state.
(判定その2)
判定部6は、第2条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態の継続時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。また、判定部6は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態の継続時間が、第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。
(Judgment 2)
In the case where the determination unit 6 is based on the second condition, the duration of the sole ground contact state that is temporally prior to the free leg state to be determined is greater than or equal to the first time and less than the second time In any of the cases, this swinging leg state is determined as a non-walking swinging leg state. In addition, when the duration of the sole ground contact state in time before the swing leg state to be determined is equal to or longer than the second time and less than the first time, the determination unit 6 walks the swing leg state to the walking state. It is determined as a free leg state.
なお、ここで継続時間の計測対象となる足底接地状態は、判定対象となる遊脚状態の直前でもよいし、他の接地パターンを挟んだ前であってもよい。すなわち、判定対象となる遊脚状態と計測対象となる足底接地状態の間に、他の接地パターン(踵接地状態や爪先接地状態)が含まれてもよい。 Here, the sole contact state for which the duration is to be measured may be immediately before the free leg state to be determined, or may be before another contact pattern is sandwiched. That is, another grounding pattern (an heel grounding state or a toe grounding state) may be included between the free leg state to be determined and the sole grounding state to be measured.
図6は、本発明の実施の形態1における第2条件に基づく判定を説明する説明図である。図6は、判定対象となる遊脚状態の直前が足底接地状態である状態を示しているが、図面作成の都合によるものであって、上述の通り、足底接地状態と遊脚状態との間に他の接地パターンが含まれてもよい。また、第1時間は、第2時間よりも長い。 FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating determination based on the second condition in the first embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a state in which the sole is in the ground contact state immediately before the free leg state to be determined, but for the convenience of drawing, as described above, the ground contact state and the free leg state are as follows. Other ground patterns may be included between the two. The first time is longer than the second time.
図6(a)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態の継続時間が第1時間以上である場合を示している。この足底接地状態が非常に長い場合には、使用者は、歩行状態にあるのではなく立脚した状態のまま足を上げたものと考えることもできる。例えば、立ち話中に足踏みするなどの動作であると、考えることができる。あるいは、前かがみになる際に、足が地面から離隔しただけの状態であって、歩行状態ではないと考えることもできる。 FIG. 6A illustrates a case where the duration of the sole ground contact state in time before the swing leg state to be determined is equal to or longer than the first time. When this sole contact state is very long, it can be considered that the user raised his / her foot while standing without being in a walking state. For example, it can be considered as an operation such as stepping on while standing. Alternatively, when leaning forward, it can be considered that the foot is just separated from the ground and not the walking state.
このような場合に、判定部6が判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定することは、立脚状態であるにもかかわらず使用者の膝関節の固定が解除されることになり、使用者は安定した立脚状態を維持できなくなる。このため、図6(a)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の足底接地状態が第1時間以上である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, the determination unit 6 determines that the free leg state of the determination target is the walking free leg state, the fixation of the user's knee joint is released in spite of the standing state. Thus, the user cannot maintain a stable standing state. For this reason, as shown in FIG. 6A, the determination unit 6 determines that the free leg state is in a state where the ground contact state before the determination of the free leg state of the determination target is equal to or longer than the first time. The non-walking swing leg state is determined.
図6(b)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態の継続時間が第2時間未満である場合を示している。この足底接地状態が非常に短い場合には、使用者は、前のめりにつんのめった状態であると考えることもできる。あるいは、歩行状態ではないにも関らず、使用者が危険な状態に陥ったものと考えることもできる。 FIG. 6B shows a case where the duration of the sole ground contact state in time before the swing leg state to be determined is less than the second time. If the plantar grounding state is very short, the user can also consider that the user is in a state of wearing the front edge. Alternatively, it can be considered that the user has fallen into a dangerous state although it is not in a walking state.
このような場合に、判定部6が判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定することは、立脚状態であるにもかかわらず使用者の膝関節の固定が解除されることになり、使用者は安定した立脚状態を維持できなくなる。このため、図6(b)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の足底接地状態が第2時間未満である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, the determination unit 6 determines that the free leg state of the determination target is the walking free leg state, the fixation of the user's knee joint is released in spite of the standing state. Thus, the user cannot maintain a stable standing state. For this reason, as shown in FIG. 6 (b), the determination unit 6 determines the free leg state when the ground contact state before the determination of the free leg state of the determination target is less than the second time. The non-walking swing leg state is determined.
図6(c)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態の継続時間が第2時間以上第1時間未満である場合を示している。この足底接地状態が適度な時間量に含まれる場合には、使用者は歩行状態にあると考えられる。歩行においては、一定のリズムに基づいて、接地パターンが変化していくからであり、一定のリズムによってそれぞれの接地パターンの継続時間は、所定範囲におさまりやすいからである。 FIG. 6C shows a case where the duration of the sole ground contact state in time before the swing leg state to be determined is longer than the second time and shorter than the first time. If this sole contact state is included in an appropriate amount of time, the user is considered to be in a walking state. This is because, in walking, the ground contact pattern changes based on a constant rhythm, and the duration of each ground contact pattern easily falls within a predetermined range due to the constant rhythm.
このため図6(c)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の足底接地状態が第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。 For this reason, as shown in FIG. 6 (c), the determination unit 6 determines that if the ground contact state before the determination of the free leg state of the determination target is the second time or more and less than the first time, The leg state is determined as a walking leg state.
このように、判定部6は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態の継続時間に基づいて、正確に歩行遊脚状態/非歩行遊脚状態を判定できるようになる。 In this manner, the determination unit 6 can accurately determine the walking / non-walking leg state based on the duration of the sole ground contact state temporally prior to the swinging leg state to be determined. Become.
以上の判定その1、判定その2は、第2条件に基づく場合の一例であり、使用者の障害の特性や使用者の歩き方の癖などに応じて、異なる手順が用いられてもよい。 The above determination 1 and determination 2 are examples based on the second condition, and different procedures may be used depending on the characteristics of the user's disability and the habit of the user's walking.
(第3条件に基づく場合)
判定部6は、第3条件に基づく場合には、ある接地パターンから他の接地パターンへの変移時間(ある接地パターンが開始されてから、次の接地パターンが開始されるまでの時間)に基づいて、判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態/非歩行遊脚状態として判定する。
(When based on the third condition)
When the determination unit 6 is based on the third condition, the determination unit 6 is based on a transition time from a certain ground pattern to another ground pattern (a time from the start of a certain ground pattern to the start of the next ground pattern). Then, the free leg state to be determined is determined as the walking free leg state / non-walking free leg state.
健常者でも下肢に不自由を有する使用者であっても、歩行状態にある場合には、踵接地状態、足底接地状態、爪先接地状態、遊脚状態、の出現順序で、接地パターンを出現させることが多い。ここで、この出現順序が、通常の歩行状態で現れる場合には、ある接地パターンから他の接地パターンへの変移時間は、所定時間内に収まることが普通である。あるいはある接地パターンから他の接地パターンへの変移時間は、接地パターンの別なく、大体一定のリズムに収まることが普通である。 Whether a healthy person or a user with disabilities in the lower limbs is in a walking state, a grounding pattern appears in the order of appearance of the heel-grounded state, the bottom-grounded state, the toe-grounded state, and the free leg state Often. Here, when this appearance order appears in a normal walking state, the transition time from one grounding pattern to another grounding pattern is usually within a predetermined time. Alternatively, the transition time from one ground pattern to another ground pattern usually falls within a substantially constant rhythm regardless of the ground pattern.
これに対して、ある接地パターンから他の接地パターンへの変移時間が、極端に長かったり極端に短かったりする場合には、通常の歩行状態ではなかったり、イレギュラーな状態である可能性が高い。このような歩行状態でなかったりイレギュラーな状態であったりする場合に、判定部6が歩行遊脚状態であるとの判定を行って膝関節の固定が解除されることは、下肢に不自由を有する使用者へ不安や危険を与えかねない。 On the other hand, if the transition time from one grounding pattern to another is extremely long or extremely short, there is a high possibility that it is not a normal walking state or an irregular state. . It is inconvenient for the lower limbs that the determination unit 6 determines that the walking leg is in a walking state when the walking part is not in such a walking state or in an irregular state, so that the fixation of the knee joint is released. May cause anxiety and danger to users who have
このため第3条件は、このようなある接地パターンから他の接地パターンへの変移時間に着目した条件である。 For this reason, the third condition is a condition that pays attention to the transition time from such a ground pattern to another ground pattern.
(判定その1)
判定部6は、第3条件に基づく場合には、判定対象となる遊脚状態の時間的に前における踵接地状態から足底接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。また、判定部6は、この踵接地状態から足底接地状態までの変移時間が、第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。
(Judgment 1)
In the case where the determination unit 6 is based on the third condition, the transition time from the heel contact state to the sole contact state in time before the free leg state to be determined is equal to or longer than the first time and In any case where it is less than 2 hours, this free leg state is determined as a non-walking free leg state. Further, when the transition time from the heel contact state to the sole contact state is the second time or more and less than the first time, the determination unit 6 determines the free leg state as the walking free leg state.
ここで、第1時間は、第2時間よりも長い。 Here, the first time is longer than the second time.
図7は、本発明の実施の形態1における第3条件に基づく判定を説明する説明図である。図7は、作図の便宜のために、遊脚状態の直前が、足底接地状態であり、その前が踵接地状態である場合を示している。実際には、足底接地状態と遊脚状態との間に、爪先接地状態が含まれていてもよい。 FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating determination based on the third condition in the first embodiment of the present invention. For convenience of drawing, FIG. 7 shows a case where the sole is in the ground contact state immediately before the free leg state and the heel contact state is in front of it. Actually, a toe grounding state may be included between the sole grounding state and the free leg state.
図7(a)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の踵接地状態から足底接地状態までの変移時間が第1時間以上である場合を示している。この変移時間が非常に長い場合には、使用者は、歩行を開始したのではなく立脚状態であるときに足の疲れに対応するために足底を地面につけただけである可能性がある。あるいは、立脚状態から前かがみになっただけであったり、前のめりになってしまっただけであったりする。あるいは、使用者は、足底の接地状態を入れ替えながら、立脚しているだけということも考えられる。 FIG. 7A shows a case where the transition time from the heel contact state in time to the sole contact state in time before the swing leg state to be determined is equal to or longer than the first time. If this transition time is very long, the user may not have just started walking, but only put his sole on the ground to cope with fatigue of the foot when standing. Or, it is just leaning forward from the standing state, or it is just leaning forward. Alternatively, it is also conceivable that the user is only standing while changing the ground contact state of the sole.
このような場合に、判定部6が次に現れる遊脚状態を歩行遊脚状態であると判定すると、立脚状態であるにもかかわらず使用者の膝関節の固定が解除されることになり、使用者は安定した立脚状態を維持できなくなる。あるいは、前かがみや前のめりになっているときの安定性が損なわれる問題もある。このため、図7(a)に示されるように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の踵接地状態から足底接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, if the determination unit 6 determines that the swinging leg state that appears next is the walking swinging leg state, the fixation of the knee joint of the user is released despite the standing leg state, The user cannot maintain a stable standing state. Or there is also a problem that the stability when leaning forward or leaning forward is impaired. For this reason, as shown in FIG. 7A, the determination unit 6 determines that the transition time from the heel contact state to the foot contact state before the swing state of the determination target is not less than the first time. In some cases, this free leg state is determined as a non-walking free leg state.
図7(b)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の踵接地状態から足底接地状態までの変移時間が第2時間未満である場合を示している。この変移時間が非常に短い場合には、使用者は、転倒しそうな危険状態であると考えることもできる。あるいは、立脚状態でありながら、足底の接地状態を変化させているだけとも考えられる。図7(b)から受ける印象の通り、踵接地状態から足底接地状態への変移時間が短いことは、歩行状態のリズムから見て違和感がある。 FIG. 7B shows a case where the transition time from the heel contact state in time to the sole contact state in time before the swing leg state to be determined is less than the second time. If this transition time is very short, the user can also consider that the user is in danger of falling. Alternatively, it may be considered that only the ground contact state of the sole is changed while in the standing state. As shown in the impression received from FIG. 7B, the short transition time from the heel contact state to the sole contact state is uncomfortable when viewed from the rhythm of the walking state.
このような場合に、判定部6が、判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定することは、使用者の安定を損なうことになってしまう。このため、図7(b)に示されるように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の踵接地状態から足底接地状態への変移時間が第2時間未満である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, the determination unit 6 determining that the free leg state to be determined is the walking free leg state impairs the stability of the user. For this reason, as shown in FIG. 7B, the determination unit 6 has a transition time from the heel contact state in time to the sole contact state in time to the determination target swing leg state is less than the second time. In this case, this free leg state is determined as a non-walking free leg state.
図7(c)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の踵接地状態から足底接地状態への変移時間が第2時間以上第1時間未満である場合を示している。このように変移時間が適度な時間量に含まれる場合には、使用者は歩行状態にあると考えられる。歩行においては、一定のリズムに基づいて、接地パターンが変化していくからであり、一定のリズムによってそれぞれの接地パターン同士の変移時間は、所定範囲におさまりやすいからである。 FIG. 7C shows a case where the transition time from the heel contact state in time to the sole contact state to be determined is a second time or more and less than the first time. Thus, when the transition time is included in an appropriate amount of time, the user is considered to be in a walking state. This is because, in walking, the ground contact pattern changes based on a constant rhythm, and the transition time between the ground contact patterns easily falls within a predetermined range due to the constant rhythm.
このため図7(c)に示されるように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の踵接地状態から足底接地状態への変移時間が第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。 For this reason, as shown in FIG. 7 (c), the determination unit 6 determines that the transition time from the heel-contacting state to the foot-contacting state in the time before the swing state of the determination target is the second time or more for the first time. When it is less than this, this free leg state is determined as a walking free leg state.
(判定その2)
判定部6は、第3条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態の時間的に前における足底接地状態から爪先接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。また、判定部6は、この足底接地状態から爪先接地状態までの変移時間が、第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。
(Judgment 2)
In the case where the determination unit 6 is based on the third condition, the transition time from the sole ground contact state to the toe ground contact state in time before the swing leg state to be determined is equal to or longer than the first time and the second time In any case where the time is less than the time, this swinging leg state is determined as a non-walking swinging leg state. Further, when the transition time from the sole ground contact state to the toe ground contact state is not less than the second time and less than the first time, the determination unit 6 determines the free leg state as the walking free leg state.
ここで、第1時間は、第2時間よりも長い。 Here, the first time is longer than the second time.
図8は、本発明の実施の形態1における第3条件に基づく判定を説明する説明図である。図8は、説明の便宜のために、遊脚状態の直前が、爪先接地状態であり、その前が足底接地状態である場合を示している。歩行状態において出現しやすい接地パターンの出現順序と考えられる。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining determination based on the third condition in Embodiment 1 of the present invention. For convenience of explanation, FIG. 8 shows a case where the toe grounding state is immediately before the free leg state, and the front is the sole grounding state. This is considered to be the appearance order of the ground contact pattern that appears easily in the walking state.
図8(a)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態から爪先接地状態までの変移時間が第1時間以上である場合を示している。この変移時間が非常に長い場合には、使用者は、歩行を開始したのではなく立脚状態であるときに足踏みのために踵を上げただけである可能性がある。あるいは、立脚状態から前かがみになっただけであったり、前のめりになってしまっただけであったりする。 FIG. 8A shows a case where the transition time from the sole ground contact state to the toe ground contact state in the time of the free leg state to be determined is equal to or longer than the first time. If this transition time is very long, the user may have just raised his heel for stepping when he is in a standing position rather than starting walking. Or, it is just leaning forward from the standing state, or it is just leaning forward.
このような場合に、判定部6が次に現れる遊脚状態を歩行遊脚状態であると判定すると、立脚状態であるにもかかわらず使用者の膝関節の固定が解除されることになり、使用者は安定した立脚状態を維持できなくなる。あるいは、前かがみや前のめりになっているときの安定性が損なわれる問題もあるこのため、図8(a)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の足底接地状態から爪先接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, if the determination unit 6 determines that the swinging leg state that appears next is the walking swinging leg state, the fixation of the knee joint of the user is released despite the standing leg state, The user cannot maintain a stable standing state. Alternatively, there is also a problem that stability when leaning forward or leaning forward is lost. Therefore, as shown in FIG. When the transition time from the bottom grounding state to the toe grounding state is equal to or longer than the first time, this free leg state is determined as a non-walking free leg state.
図8(b)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態から爪先接地状態までの変移時間が第2時間未満である場合を示している。この変移時間が非常に短い場合には、使用者は、前のめりにつんのめった状態であると考えることもできる。あるいは、歩行状態ではないにも関らず、使用者が危険な状態に陥ったものと考えることもできる。図8(b)からの印象の通り、足底接地状態から爪先接地状態への変移時間が短いことは、歩行状態のリズムから見て違和感がある。 FIG. 8B shows a case where the transition time from the sole ground contact state to the toe ground contact state in the time of the free leg state to be determined is less than the second time. If this transition time is very short, the user can also assume that the user is in a state of being tired of the previous flip. Alternatively, it can be considered that the user has fallen into a dangerous state although it is not in a walking state. As shown in the impression from FIG. 8B, the short transition time from the ground contact state to the toe contact state is uncomfortable when viewed from the rhythm of the walking state.
このような場合に、判定部6が、判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定することは、使用者の安定を損なうことになってしまう。このため、図8(b)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の足底接地状態から爪先接地状態への変移時間が第2時間未満である場合には、この遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In such a case, the determination unit 6 determining that the free leg state to be determined is the walking free leg state impairs the stability of the user. For this reason, as shown in FIG. 8B, the determination unit 6 determines that the transition time from the plantar ground contact state to the toe ground contact state in time is less than the second time in the free leg state to be determined. In this case, this swinging leg state is determined as a non-walking swinging leg state.
図8(c)は、判定対象となる遊脚状態の時間的に前の足底接地状態から爪先接地状態への変移時間が第2時間以上第1時間未満である場合を示している。このように変移時間が適度な時間量に含まれる場合には、使用者は歩行状態にあると考えられる。歩行においては、一定のリズムに基づいて、接地パターンが変化していくからであり、一定のリズムによってそれぞれの接地パターン同士の変移時間は、所定範囲におさまりやすいからである。 FIG. 8C shows a case where the transition time from the sole ground contact state in front of the free leg state to be determined to the toe ground contact state is the second time or more and less than the first time. Thus, when the transition time is included in an appropriate amount of time, the user is considered to be in a walking state. This is because, in walking, the ground contact pattern changes based on a constant rhythm, and the transition time between the ground contact patterns easily falls within a predetermined range due to the constant rhythm.
このため図8(c)に示すように、判定部6は、判定対象の遊脚状態の時間的に前の足底接地状態から爪先接地状態への変移時間が第2時間以上第1時間未満である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。 Therefore, as shown in FIG. 8C, the determination unit 6 determines that the transition time from the sole ground contact state to the toe ground contact state with respect to the time of the free leg state to be determined is a second time or more and less than a first time. If this is the case, this swinging leg state is determined as a walking swinging leg state.
(第4条件に基づく場合)
判定部6は、第4条件に基づく場合では、判定対象となる遊脚状態とこの遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との期間(以下、出現期間)の接地パターンの出現順序が、(1)踵接地状態、(2)足底接地状態、(3)爪先接地状態の順序である場合には、この遊脚状態を非歩行遊脚状態であると判定する。また、判定部6は、この出現期間における接地パターンが、(1)足底接地状態、(2)爪先接地状態の順序である場合には、この遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定する。
(When based on the fourth condition)
In the case where the determination unit 6 is based on the fourth condition, the appearance order of the ground contact patterns in the period (hereinafter referred to as the appearance period) between the free leg state to be determined and the free leg state temporally before the free leg state is determined. , (1) heel contact state, (2) sole contact state, and (3) toe contact state, the free leg state is determined to be a non-walking free leg state. Further, when the ground contact pattern in the appearance period is in the order of (1) sole ground contact state and (2) toe ground contact state, the determination unit 6 determines that the free leg state is the walking free leg state. judge.
障害の原因や障害の程度によって相違するが、下肢に不自由を有する使用者は、歩行状態である場合の接地パターンの出現順序において、踵接地状態を含まないことがある。すなわちこのような使用者は、遊脚状態の次に踵から地面に接地させるのではなく、遊脚状態の次に即座に足底全体を地面に接地させる。これは、膝関節の固定や下肢の不自由によって引き起こされうる現象である。このため、判定部6は、遊脚状態から遊脚状態までの出現期間において、踵接地状態が含まれず、更には、(1)足底接地状態、(2)爪先接地状態の順序である場合には、遊脚状態を歩行遊脚状態として判定する。 Although different depending on the cause of the obstacle and the degree of the obstacle, a user who has inconvenience in the lower limbs may not include the heel-grounding state in the appearance order of the grounding pattern in the walking state. That is, such a user does not touch the ground from the heel next to the free leg state, but immediately touches the entire sole to the ground after the free leg state. This is a phenomenon that can be caused by fixation of the knee joint or inflexibility of the lower limbs. Therefore, the determination unit 6 does not include the heel contact state in the appearance period from the free leg state to the free leg state, and further includes the order of (1) plantar ground state and (2) toe ground contact state. The swinging leg state is determined as the walking swinging leg state.
図9は、本発明の実施の形態1における第4条件にもとづく判定を説明する説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining determination based on the fourth condition in the first embodiment of the present invention.
図9(a)は、出現期間において、(1)踵接地状態、(2)足底接地状態、(3)爪先接地状態の順序で、接地パターンが出現する。図9(a)では、出現期間が踵接地状態から始まっており、下肢に不自由を有する使用者の歩行状態ではないと考えられる。このような場合に、この出現順序の後の遊脚状態(判定対象となる遊脚状態)が、歩行遊脚状態であると判定することは、歩行状態でないにも関らず膝関節の固定が解除される恐れがある。このため、判定部6は、図9(a)に示される出現順序の場合には、判定対象の遊脚状態を、非歩行遊脚状態として判定する。 In FIG. 9A, in the appearance period, the ground pattern appears in the order of (1) heel contact state, (2) sole contact state, and (3) toe contact state. In FIG. 9 (a), the appearance period starts from the heel contact state, and it is considered not to be a walking state of a user who has inconvenience in the lower limbs. In such a case, it is determined that the free leg state after the appearance order (the free leg state to be determined) is the walking free leg state. May be released. For this reason, the determination part 6 determines the free leg state of determination object as a non-walking free leg state in the appearance order shown by Fig.9 (a).
図9(b)は、出現期間において、(1)足底接地状態、(2)爪先接地状態の順序で、接地パターンが出現する。この出現順序は、下肢に不自由を有する使用者の歩行状態を示していると考えられる。このため、判定部6は、図9(b)に示される出現順序の場合には、判定対象の遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する。 In FIG. 9B, in the appearance period, the grounding pattern appears in the order of (1) plantar grounding state and (2) toe grounding state. This appearance order is considered to indicate the walking state of the user who has inconvenience in the lower limbs. For this reason, in the case of the appearance order shown in FIG.9 (b), the determination part 6 determines the free leg state of determination object as a walking free leg state.
以上のように、第4条件を考慮することで、判定部6は、使用者への不安や危険を排除して、歩行遊脚状態を判定できる。 As described above, by considering the fourth condition, the determination unit 6 can determine the walking leg state without anxiety and danger to the user.
第2条件および第3条件で用いられる第1時間および第2時間のそれぞれの時間的長さは、適宜定められればよい。これらは、実際の動作検出装置の設計において定められればよく、可変状態でプログラミングされておくことも好適である。例えば、記憶部7は、判定部6が用いるこの第1時間と第2時間を記憶する。このとき、複数の時間量に基づく第1時間と第2時間を記憶しておき、判定部6は、必要に応じて複数の第1時間と第2時間のそれぞれを選択して用いても良い。また、記憶部7は、第1時間および第2時間のそれぞれを書き換え可能に記憶しても良い。この場合には、実際の使用者が、自らの経験に基づいて第1時間と第2時間を入力する。このように、第1時間や第2時間といったパラメータは、設計段階、製造段階、使用段階の様々なステージで、柔軟に定められれば良い。 Each time length of the first time and the second time used in the second condition and the third condition may be appropriately determined. These may be determined in the design of the actual motion detection apparatus, and it is also preferable that they are programmed in a variable state. For example, the storage unit 7 stores the first time and the second time used by the determination unit 6. At this time, the first time and the second time based on a plurality of time amounts are stored, and the determination unit 6 may select and use each of the plurality of first times and the second time as necessary. . The storage unit 7 may store the first time and the second time in a rewritable manner. In this case, the actual user inputs the first time and the second time based on his / her own experience. Thus, the parameters such as the first time and the second time may be flexibly determined at various stages of the design stage, the manufacturing stage, and the use stage.
以上では、第1条件〜第4条件のそれぞれを個別に説明したが、判定部6は、第1条件〜第4条件の2以上を適宜組み合わせることで、判定対象となる遊脚状態を、歩行遊脚状態もしくは非歩行遊脚状態として判定しても良い。 In the above description, each of the first condition to the fourth condition has been individually described. However, the determination unit 6 can walk the free leg state to be determined by appropriately combining two or more of the first condition to the fourth condition. You may determine as a free leg state or a non-walking free leg state.
また、第1条件〜第4条件のそれぞれの詳細な要素は、記憶部7に記憶されていることも好適である。判定部6は、必要に応じて記憶部7からこれらの要素を読み出すことで、第1条件〜第4条件の少なくとも一つを用いて、歩行遊脚状態を判定できる。 It is also preferable that the detailed elements of the first condition to the fourth condition are stored in the storage unit 7. The determination unit 6 can determine the walking leg state using at least one of the first condition to the fourth condition by reading these elements from the storage unit 7 as necessary.
なお、検出部5、判定部6および記憶部7は、一体であっても別体であってもよい。これらは、専用の電子基板、電子回路、半導体集積素子などのハードウェアで構成されてもよいし、その一部もしくは全部がソフトウェアで構成されても良い。もし、ソフトウェアで構成される場合には、CPUやDSPのような演算処理装置が設けられ、この演算処理装置が、ソフトウェアを実行させる。 The detection unit 5, the determination unit 6, and the storage unit 7 may be integrated or separate. These may be configured by hardware such as a dedicated electronic substrate, an electronic circuit, and a semiconductor integrated device, or a part or all of the hardware may be configured by software. If configured by software, an arithmetic processing unit such as a CPU or DSP is provided, and this arithmetic processing unit causes the software to be executed.
以上のように、実施の形態1における動作検出装置は、下肢装具などの膝関節固定を解除するタイミングの基準となる歩行遊脚状態を、足底が離隔している接地パターンだけでなく使用者の動作パターンである第1条件〜第4条件の少なくとも一つを用いて判定する。この結果、下肢に不自由を有する使用者が、下肢装具などを使用する際に、使用者への不安や危険を生じさせることを、著しく低減できる。 As described above, the motion detection apparatus according to the first embodiment is not limited to the ground contact pattern in which the soles are separated from each other in the walking swing leg state that is a reference for the timing of releasing the knee joint fixation such as the lower limb orthosis. The determination is made using at least one of the first condition to the fourth condition, which is the operation pattern. As a result, it is possible to remarkably reduce the occurrence of anxiety and danger to the user when using a lower limb orthosis by a user who has inconvenience in the lower limbs.
(実施の形態2) (Embodiment 2)
次に、実施の形態2について説明する。 Next, a second embodiment will be described.
実施の形態2では、判定部6の判定を制御する処理について説明する。 In the second embodiment, a process for controlling the determination of the determination unit 6 will be described.
図10は、本発明の実施の形態2における動作検出装置のブロック図である。図10は、図1で説明した動作検出装置に比較して、選択部20および入力手段21が追加されている。 FIG. 10 is a block diagram of the motion detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 10, a selection unit 20 and an input unit 21 are added as compared with the motion detection apparatus described in FIG. 1.
選択部20は、判定部6が、歩行遊脚状態/非歩行遊脚状態の判定において用いる第1条件〜第4条件を切り替える。実施の形態1で説明した通り、判定部6は、第1条件〜第4条件の少なくとも一つを用いて、歩行遊脚状態/非歩行遊脚状態を判定する。このとき、第1条件〜第4条件のいずれを用いるか、あるいは第1条件〜第4条件のいずれを組み合わせて用いるかは、使用者、使用状況などによって選択されることが好適である。 The selection unit 20 switches the first condition to the fourth condition that the determination unit 6 uses in the determination of the walking leg state / non-walking leg state. As described in the first embodiment, the determination unit 6 determines the walking leg / non-walking leg state using at least one of the first condition to the fourth condition. At this time, it is preferable that which one of the first condition to the fourth condition is used, or which one of the first condition to the fourth condition is used in combination, is selected according to the user, the use situation, and the like.
選択部20は、第1条件〜第4条件のいずれを用いるかを選択する。選択部20は、判定部6の処理に基づいて、第1条件〜第4条件のいずれを用いるかを選択する。例えば、判定部6は、プログラムを動作させる演算処理装置を有している場合には、この動作の元となるプログラムの処理手順に従って、選択部20での選択方式を決定する。 The selection unit 20 selects which of the first condition to the fourth condition is used. The selection unit 20 selects which of the first condition to the fourth condition is used based on the processing of the determination unit 6. For example, if the determination unit 6 has an arithmetic processing unit that operates a program, the determination unit 6 determines the selection method in the selection unit 20 according to the processing procedure of the program that is the source of the operation.
また、選択部20は、使用者の年齢、障害程度、性別、特性などのデータに基づき、所定の処理手順によって、第1条件〜第4条件のいずれかを選択する。これらの使用者の年齢、障害程度、性別、特性などのデータは、入力手段21から入力される。実際に、この動作検出装置1(あるいはこれを備える下肢装具)を使用する使用者が、この入力手段を通じて、これらのデータを入力する。 The selection unit 20 selects any one of the first condition to the fourth condition according to a predetermined processing procedure based on data such as the user's age, degree of disability, sex, and characteristics. Data such as the user's age, degree of disability, sex, and characteristics are input from the input means 21. Actually, a user who uses the motion detection device 1 (or a lower limb orthosis equipped with the motion detection device 1) inputs these data through the input means.
また、使用者は、入力手段21を通じて、選択部20における選択動作を操作しても良い。例えば、使用者は、入力手段に第1条件〜第4条件の内、いずれかの条件を用いることを入力する。この入力によって、選択部20は、使用者の所望している条件を選択して、判定部6での判定を行わせる。 Further, the user may operate the selection operation in the selection unit 20 through the input unit 21. For example, the user inputs to the input means that any one of the first condition to the fourth condition is used. With this input, the selection unit 20 selects a condition desired by the user and causes the determination unit 6 to make a determination.
このように、使用者の入力や製造者や補助者による入力によって、使用者に最適な条件が選択される。この結果、動作検出装置1は、膝関節の固定を解除する使用者にとって最適なタイミングを検出することができるようになる。 In this way, the optimum conditions for the user are selected by the user's input or by the manufacturer or assistant. As a result, the motion detection device 1 can detect the optimal timing for the user who releases the fixation of the knee joint.
なお、入力手段21は、動作検出装置1に備えられても良いし、リモコンや操作装置として、動作検出装置1と別体で実現されても良い。 The input means 21 may be provided in the motion detection device 1 or may be realized separately from the motion detection device 1 as a remote controller or an operation device.
また、実施の形態1、2で説明された動作検出装置1の一部もしくは全部は、下肢に不自由を有する使用者が装着する下肢装具に組み込まれて実装される。 In addition, a part or all of the motion detection device 1 described in the first and second embodiments is incorporated and mounted in a lower limb orthosis worn by a user who has inconvenience in the lower limbs.
(実施の形態3) (Embodiment 3)
次に、実施の形態3に付いて説明する。 Next, the third embodiment will be described.
実施の形態3では、実施の形態1、2で説明された動作検出装置を用いた、膝固定解除装置について説明する。なお、ここでいう膝固定解除装置とは、主に膝関節を固定する固定状態を解除する装置をいう。このため、一般的には、膝関節の折れ曲がりを停止させるために固定されている固定状態を解除する装置を示す(すなわち、膝固定解除装置は、膝関節固定解除装置との概念を含むので、膝関節固定解除装置と言い換えることも可能である)。もちろん、膝関節に特化した固定ではなく、下肢の不自由な使用者の膝の姿勢を固定する固定状態を解除する装置を幅広く含むものである。 In the third embodiment, a knee fixation releasing device using the motion detection device described in the first and second embodiments will be described. The term “knee fixation release device” as used herein refers to a device that releases a fixed state in which the knee joint is mainly fixed. For this reason, in general, a device that releases a fixed state that is fixed to stop bending of the knee joint is shown (that is, the knee fixation release device includes a concept of a knee joint fixation release device, It can be paraphrased as a knee joint fixation release device). Of course, it includes a wide range of devices that release the fixed state that fixes the posture of the knee of a user who is incapable of lower limbs, rather than fixing specifically for the knee joint.
図11は、本発明の実施の形態3における固定解除装置とその周辺要素の模式図である。図11は、膝固定解除装置30と、膝固定解除装置30が固定解除の対象とする下肢装具とを合わせて示している。なお、作図の都合上、発明者が実際に試作した下肢装具50の写真に対して作用する膝固定解除装置30をブロック図として表している。実際には、膝固定解除装置30(およびこの膝固定解除装置30が備える動作検出装置1)は、この下肢装具50に組み込まれて実装されれば良い。 FIG. 11 is a schematic diagram of a fixing release device and its peripheral elements according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 11 shows the knee fixation releasing device 30 and the lower limb orthosis to be fixed and released by the knee fixation releasing device 30 together. For the convenience of drawing, the knee fixation releasing device 30 that acts on a photograph of the lower limb orthosis 50 actually manufactured by the inventor is shown as a block diagram. Actually, the knee fixation releasing device 30 (and the motion detection device 1 included in the knee fixation releasing device 30) may be incorporated and mounted in the lower limb orthosis 50.
下肢装具50は、使用者の膝関節を固定する固定部40を備えている。固定部40は、膝関節を固定したり、この固定を解除したりできる。膝固定解除装置30は、この固定部の解除を指示する。解除においては、膝固定解除装置30は、膝関節の固定部40の固定を解除するための信号を出力すれば良い。 The lower limb orthosis 50 includes a fixing portion 40 that fixes a user's knee joint. The fixing unit 40 can fix the knee joint and release the fixation. The knee fixation releasing device 30 instructs the release of the fixing portion. In the release, the knee fixation release device 30 may output a signal for releasing the fixation of the fixation part 40 of the knee joint.
膝固定解除装置30は、実施の形態1、2で説明された動作検出装置1を備えている。動作検出装置1は、実施の形態1、2で説明したように膝関節の固定を解除するタイミングを示す歩行遊脚状態を検出する。動作検出装置1は、歩行遊脚状態を検出する場合には、この検出結果を示す信号を、解除部31に出力する。解除部31は、膝関節の固定部40にその固定を解除する信号を出力する。固定部40は、この解除信号に基づいて、膝関節の固定を解除する。 The knee fixation release device 30 includes the motion detection device 1 described in the first and second embodiments. As described in the first and second embodiments, the motion detection device 1 detects the walking leg state indicating the timing for releasing the fixation of the knee joint. When detecting the walking swing leg state, the motion detection device 1 outputs a signal indicating the detection result to the release unit 31. The release unit 31 outputs a signal for releasing the fixation to the fixation unit 40 of the knee joint. The fixing unit 40 releases the fixation of the knee joint based on the release signal.
なお、固定部40は、通常は膝関節を固定しておき、膝固定解除装置30からの解除信号を受けて、固定を解除しても良い。あるいは、膝固定解除装置30からの非解除信号を受ける場合には膝関節を固定し、膝固定解除装置30からの解除信号を受ける場合には膝関節の固定を解除しても良い。 Note that the fixing unit 40 may normally fix the knee joint and release the fixation by receiving a release signal from the knee fixation releasing device 30. Alternatively, the knee joint may be fixed when receiving a non-release signal from the knee fixation releasing device 30, and the knee joint may be released when receiving a release signal from the knee fixation releasing device 30.
また、膝固定解除装置30は、解除を指示する信号を固定部40に出力するだけではなく、固定部40が膝関節を固定する作用を生じさせる動作そのものを解除する処理を行っても良い。 The knee fixation releasing device 30 may not only output a signal for instructing the release to the fixing unit 40 but also perform a process of releasing the operation itself that causes the fixing unit 40 to fix the knee joint.
(強制解除) (Forced release)
また、解除部31は、使用者によって強制的に固定を解除する強制解除機構を有していてもよい。 Moreover, the cancellation | release part 31 may have a forced cancellation | release mechanism which cancels | releases fixation forcibly by a user.
解除装置30は、動作検出装置1を備えることで、自動的に検出された歩行遊脚状態のタイミングで、固定部40での固定を解除できる。このため、使用者は、特段の操作をすることなく、膝関節の固定と解除を受けることができる。しかしながら、場合のよっては、使用者の意思に伴って膝関節の固定が解除されることが好ましい場合もある。前に大きくかがんだり、椅子に座ったりするような場合である。 Since the release device 30 includes the motion detection device 1, the release device 30 can release the fixation at the fixing portion 40 at the timing of the automatically detected walking leg state. For this reason, the user can receive fixation and cancellation | release of a knee joint, without performing special operation. However, depending on the case, it may be preferable to release the fixation of the knee joint with the intention of the user. This is the case when leaning forward or sitting on a chair.
強制解除機構は、解除部31からの解除信号を強制的に「ON」にしたり、固定部40の固定機構を解除したりすることで、膝関節の固定を強制的に解除できる。このように、解除部31が強制解除機構を備えることで、使用者にとってユーザビリティの高い下肢装具を実現できる。また、強制解除機構は、種々の公知技術を用いても良い。 The forcible release mechanism can forcibly release the fixation of the knee joint by forcibly turning on the release signal from the release unit 31 or releasing the fixing mechanism of the fixing unit 40. Thus, the cancellation | release part 31 is provided with a forced cancellation | release mechanism, and can implement | achieve a leg apparatus with high usability for a user. Various known techniques may be used for the forced release mechanism.
ここで、強制解除機構は、解除部31に備えられても良いし、固定部40に備えられてもよい。いずれであっても、膝関節の強制解除という目的を達成できればよい。 Here, the forcible release mechanism may be provided in the release unit 31 or may be provided in the fixing unit 40. In any case, it is only necessary to achieve the purpose of forcibly releasing the knee joint.
以上のように、実施の形態1、2で説明された動作検出装置1を備える膝固定解除装置30は、使用者の実際の歩行状態に最適に合致した、膝固定の解除を実現できる。なお、公知技術の膝固定解除装置や汎用に用いられている膝固定解除装置に、実施の形態1、2で説明された動作検出装置1が取り付けられることで、実施の形態3で説明した膝固定解除装置30が容易に実現できる。 As described above, the knee fixation releasing device 30 including the motion detection device 1 described in the first and second embodiments can realize the release of the knee fixation that optimally matches the actual walking state of the user. Note that the knee described in the third embodiment can be obtained by attaching the motion detection device 1 described in the first and second embodiments to a known knee fixation releasing device or a commonly used knee fixation releasing device. The fixing release device 30 can be easily realized.
(実施の形態4) (Embodiment 4)
次に、実施の形態4について説明する。実施の形態4では、実施の形態3で説明した膝固定解除装置30を備える下肢装具について説明する。 Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, a lower limb orthosis including the knee fixation releasing device 30 described in the third embodiment will be described.
図12は、本発明の実施の形態4における下肢装具の写真である。図12に示される下肢装具50は、発明者が実際に試作したものである。 FIG. 12 is a photograph of the lower limb orthosis according to Embodiment 4 of the present invention. The lower limb orthosis 50 shown in FIG. 12 is actually prototyped by the inventors.
下肢装具50は、使用者の大腿部および下腿部の少なくとも一部を覆う本体部55と、実施の形態1〜2で説明された動作検出装置1と、この動作検出装置1を含む実施の形態3で説明された膝固定解除装置30と、膝関節を固定する固定部40と、を備える。図12に示されるように、下肢装具50は、人体の足の周囲を固定できるような外形を有している。 The lower limb orthosis 50 includes a main body 55 that covers at least a part of the user's thigh and lower leg, the motion detection device 1 described in the first and second embodiments, and the motion detection device 1. Provided with the knee fixation releasing device 30 described in the third embodiment and a fixing portion 40 for fixing the knee joint. As shown in FIG. 12, the lower limb orthosis 50 has an outer shape that can fix the periphery of a human foot.
本体部55は、使用者の大腿部および下腿部の少なくとも一部を覆うことで、使用者の膝関節の上下のそれぞれにおいて、第1装着部54と第2装着部53が備えられている。第1装着部54と第2装着部53のそれぞれは、バンドを有しており、大腿部や下腿部の周囲に装着して、下肢装具50を使用者に固定できる。バンドは、面ファスナーなどによって固定されれば良い。この第1装着部54と第2装着部53とによって、膝関節が挟まれる。 The main body 55 covers at least a part of the user's thigh and crus, so that a first mounting portion 54 and a second mounting portion 53 are provided on each of the upper and lower sides of the knee joint of the user. Yes. Each of the first mounting portion 54 and the second mounting portion 53 has a band, and can be mounted around the thigh and the lower leg to fix the lower limb orthosis 50 to the user. The band may be fixed with a hook-and-loop fastener or the like. The knee joint is sandwiched between the first mounting portion 54 and the second mounting portion 53.
また、第1装着部54と第2装着部53とは、フレーム51によって接続されている。このフレーム51が使用者の下肢に沿って下肢装具50を取り付けることができる。フレーム51は、後述の継ぎ手41において大腿部側の部材と下腿部側の部材とに分かれている。この継ぎ手41が伸長していると、大腿部側の部材と下腿部側の部材とが直進状態となる。継ぎ手41が折れ曲がると、大腿部側と下腿部側の部材とが屈曲状態となる。 The first mounting portion 54 and the second mounting portion 53 are connected by a frame 51. The frame 51 can attach the lower limb orthosis 50 along the user's lower limb. The frame 51 is divided into a thigh-side member and a crus-side member at a joint 41 described later. When the joint 41 is extended, the thigh-side member and the crus-side member are in a straight traveling state. When the joint 41 is bent, the thigh side and crus side members are bent.
膝関節を固定する固定部40は、第1装着部54と第2装着部53とに挟まれる位置に設けられる。固定部40は、継ぎ手41を備えており、この継ぎ手41の伸長が膝関節の固定を生じさせ、この継ぎ手41の折れ曲がりが膝関節の固定解除を生じさせる。 The fixing portion 40 for fixing the knee joint is provided at a position sandwiched between the first mounting portion 54 and the second mounting portion 53. The fixing portion 40 includes a joint 41. The extension of the joint 41 causes the knee joint to be fixed, and the bending of the joint 41 causes the knee joint to be released from being fixed.
継ぎ手41は、フレーム51を大腿部から下腿部にひきつける内蔵ばねによって、常にロックされている。このロックによって、継ぎ手41は、フレーム51の立脚方向を固定する。すなわち、継ぎ手41は、膝関節を固定する。継ぎ手41は、この内蔵ばねの弾性力を失うことで、フレーム51の立脚方向への直進性が失われる。この結果膝関節の固定が解除されて、使用者は、膝関節を折り曲げることが可能となる。 The joint 41 is always locked by a built-in spring that attracts the frame 51 from the thigh to the crus. With this lock, the joint 41 fixes the standing direction of the frame 51. That is, the joint 41 fixes the knee joint. The joint 41 loses the elasticity of the built-in spring, so that the straightness of the frame 51 in the standing direction is lost. As a result, the fixation of the knee joint is released, and the user can bend the knee joint.
膝固定解除部40は、この内蔵ばねを大腿部側に引き寄せる作用によって、継ぎ手41の伸長を解消させて膝関節の固定を解除する。例えば、膝固定解除部40は、内蔵ばねを、大腿部側に引き寄せるモーター駆動を行う。これは、動作検出装置1が歩行遊脚状態であることを検出した場合に行われる。動作検出装置1による歩行遊脚状態の検出は、実施の形態1、2で説明した通りである。 The knee fixation releasing unit 40 releases the extension of the joint 41 and releases the knee joint by the action of pulling the built-in spring toward the thigh. For example, the knee fixation release unit 40 performs motor driving that draws the built-in spring toward the thigh. This is performed when the motion detection device 1 detects that it is in the walking leg state. Detection of the walking leg state by the motion detection device 1 is as described in the first and second embodiments.
また、フレーム51の大腿部側の部材と下腿部側の部材とが継ぎ手41で接続されることで、継ぎ手41の伸長と屈曲が、膝関節の固定と解除を生み出すことも好適であるが、継ぎ手41以外の種々の機構が用いられても良い。例えば、嵌合によるロック機構を、固定部40が備えており、膝固定解除装置30からの操作によって嵌合が外れると、固定部40は、膝関節の固定を解除するなどである。 Further, it is also preferable that the member on the thigh side and the member on the crus side of the frame 51 are connected by the joint 41 so that the extension and bending of the joint 41 generate the fixation and release of the knee joint. However, various mechanisms other than the joint 41 may be used. For example, the fixing unit 40 includes a locking mechanism by fitting, and when the fitting is released by an operation from the knee fixation releasing device 30, the fixing unit 40 releases the fixation of the knee joint.
(下肢装具の使用状態の説明) (Explanation of usage of lower limb orthosis)
次に、発明者が試作した下肢装具の使用状態について説明する。 Next, the usage state of the lower limb orthosis that the inventor made as a trial will be described.
図13は、本発明の実施の形態4における下肢装具を装着した踵接地状態を示す写真である。使用者は、下肢装具50を自分の下肢に装着している。装着においては、第1装着部54、第2装着部53が用いられる。下肢装具50は、固定部40を備えており、固定部40は、継ぎ手41の伸長と屈曲とによって、膝関節の固定とその解除を切り替える。膝固定解除装置30は、動作検出装置1を備えており、動作検出装置1が歩行遊脚状態を検出する場合に、膝関節の固定を解除する。それ以外の場合では、常時、膝関節を固定しておく。膝固定解除装置30およびこれが備える動作検出装置1は、電子基板、電子回路、演算処理装置によるソフトウェアとして、筐体の中に格納される。 FIG. 13 is a photograph showing the heel contact state with the lower limb orthosis according to Embodiment 4 of the present invention. The user wears the lower limb orthosis 50 on his / her lower limb. For mounting, the first mounting portion 54 and the second mounting portion 53 are used. The lower limb orthosis 50 includes a fixing portion 40, and the fixing portion 40 switches between fixation and release of the knee joint by extension and bending of the joint 41. The knee fixation release device 30 includes the motion detection device 1, and releases the fixation of the knee joint when the motion detection device 1 detects the walking leg state. In other cases, the knee joint is always fixed. The knee fixation release device 30 and the motion detection device 1 included in the knee fixation release device 30 are stored in a housing as software by an electronic board, an electronic circuit, and an arithmetic processing device.
図13では、踵61が地面に接地しており踵接地状態であるので、動作検出装置1は、歩行遊脚状態ではないと判定している。このため、膝固定解除装置30は、固定部40における固定を継続させる。すなわち、継ぎ手41は、伸長状態を継続する。このため、下肢装置50は、膝関節を伸長した状態で固定している。 In FIG. 13, since the heel 61 is in contact with the ground and is in the heel contact state, the motion detection device 1 determines that it is not in the walking leg state. For this reason, the knee fixation releasing device 30 continues the fixation in the fixing portion 40. That is, the joint 41 continues to be extended. For this reason, the lower limb apparatus 50 is fixing in the state which extended the knee joint.
図14は、本発明の実施の形態4における下肢装具を装着した足底接地状態を示す写真である。なお、説明が重複する要素については、符号を省略している。使用者は、図13の場合と同様に、下肢装具50を自分の下肢に装着している。ここで、図14では、足底62の全体が地面に接地しており、足底接地状態である。このため、動作検出装置1は、歩行遊脚状態ではないと判定するので、膝固定解除装置30は、固定部40による固定を継続させる。すなわち、継ぎ手41は、伸長状態を継続する。このため、下肢装置50は、膝関節を伸長した状態で固定している。 FIG. 14 is a photograph showing the plantar grounding state with the lower limb orthosis according to Embodiment 4 of the present invention. In addition, the code | symbol is abbreviate | omitted about the element which description overlaps. The user wears the lower limb orthosis 50 on his / her lower limb as in the case of FIG. Here, in FIG. 14, the entire sole 62 is in contact with the ground, which is in the ground contact state. For this reason, since the motion detection apparatus 1 determines that it is not a walking free leg state, the knee fixation releasing apparatus 30 continues fixing by the fixing | fixed part 40. FIG. That is, the joint 41 continues to be extended. For this reason, the lower limb apparatus 50 is fixing in the state which extended the knee joint.
図15は、本発明の実施の形態4における下肢装具を装着した爪先接地状態を示している。なお、説明が重複する要素については、符号を省略している。使用者は、下肢装具50を自分の下肢に装着している。ここで、図15では、爪先63が地面に接地しており、爪先接地状態である。このため、動作検出装置1は、歩行遊脚状態ではないと判定するので、膝固定解除装置30は、固定部40による固定を継続させる。すなわち、継ぎ手41は、伸長状態を継続する。このため、下肢装置50は、膝関節を伸長した状態で固定している。 FIG. 15 shows a toe grounding state in which the lower limb orthosis according to Embodiment 4 of the present invention is worn. In addition, the code | symbol is abbreviate | omitted about the element which description overlaps. The user wears the lower limb orthosis 50 on his / her lower limb. Here, in FIG. 15, the toe 63 is in contact with the ground and is in a toe grounding state. For this reason, since the motion detection apparatus 1 determines that it is not a walking free leg state, the knee fixation releasing apparatus 30 continues fixing by the fixing | fixed part 40. FIG. That is, the joint 41 continues to be extended. For this reason, the lower limb apparatus 50 is fixing in the state which extended the knee joint.
図16は、本発明の実施の形態4における下肢装具を装着した非歩行遊脚状態を示している。なお、説明が重複する要素については、符号を省略している。使用者は、下肢装具50を自分の下肢に装着している。ここで、図16では、足底62が全て地面から離隔している。しかしながら、足底が離隔している場合でも、歩行状態による場合ではなく、使用者がつんのめったり、足を上げただけだったりすることもある。 FIG. 16 shows a non-walking swing leg state in which the lower limb orthosis according to Embodiment 4 of the present invention is worn. In addition, the code | symbol is abbreviate | omitted about the element which description overlaps. The user wears the lower limb orthosis 50 on his / her lower limb. Here, in FIG. 16, the soles 62 are all separated from the ground. However, even when the soles are separated, the user may have picked up or just raised their legs, not due to walking.
実施の形態1、2で説明したように、動作検出装置1は、使用者の動作パターンも考慮して、足底62全体が地面から離隔している場合でも、非歩行遊脚状態であると判定することもある。図16では、動作検出装置1が、非歩行遊脚状態であると判定している。このため、膝固定解除装置30は、継ぎ手41の伸長をそのままに継続させる。この結果、下肢装置50は、膝関節を伸長した状態で固定している。 As described in the first and second embodiments, the motion detection device 1 is in a non-walking leg state even when the entire sole 62 is separated from the ground in consideration of the user's motion pattern. Sometimes it is judged. In FIG. 16, it is determined that the motion detection device 1 is in the non-walking swing leg state. For this reason, the knee fixation releasing device 30 continues the extension of the joint 41 as it is. As a result, the lower limb device 50 fixes the knee joint in an extended state.
図17は、本発明の実施の形態4における下肢装具を装着した歩行遊脚状態を示している。使用者は、下肢装具50を自分の下肢に装着している。ここで図17では、足底62全体が地面から離隔しており、かつ動作検出装置1が、歩行遊脚状態であると判定している。動作検出装置1は、実施の形態1、2で説明された手順で歩行遊脚状態を検出する。 FIG. 17 shows a walking leg state with the lower limb orthosis according to Embodiment 4 of the present invention. The user wears the lower limb orthosis 50 on his / her lower limb. Here, in FIG. 17, it is determined that the entire sole 62 is separated from the ground, and the motion detection device 1 is in the walking leg state. The motion detection device 1 detects the walking leg state by the procedure described in the first and second embodiments.
この結果、膝固定解除装置30は、膝関節の固定を解除する。例えば、膝固定解除装置30は、継ぎ手41の弾性力を解除して継ぎ手41を屈曲させる。この結果、図17に示されるとおり、膝関節は屈曲することができ、使用者は、楽に歩行できるようになる。 As a result, the knee fixation releasing device 30 releases the fixation of the knee joint. For example, the knee fixation releasing device 30 releases the elastic force of the joint 41 and bends the joint 41. As a result, as shown in FIG. 17, the knee joint can be bent, and the user can easily walk.
以上のように、下肢装具50は、膝関節の固定を解除することが必要な場合のみを正確に検出した上で、使用者の膝関節を固定したり、固定を解除したりできる。結果として、下肢装具50は、使用者にとって、ユーザビリティの高い歩行での補助を与えることができる。 As described above, the lower limb orthosis 50 can accurately detect only when it is necessary to release the fixation of the knee joint, and can fix or release the knee joint of the user. As a result, the lower limb orthosis 50 can give the user assistance during walking with high usability.
以上、実施の形態1〜4で説明された動作検出装置、膝固定解除装置および下肢装具は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。 As described above, the motion detection device, the knee fixation release device, and the lower limb orthosis described in the first to fourth embodiments are examples for explaining the gist of the present invention, and modifications and alterations are made without departing from the gist of the present invention. Including.
1 動作検出装置
2 爪先センサー
3 踵センサー
4 判定手段
5 検出部
6 判定部
7 記憶部
10 足
11 足底
20 選択部
30 膝固定解除装置
31 解除部
40 固定部
41 継ぎ手
50 下肢装具
51 フレーム
53 第2装着部
54 第1装着部
55 本体部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motion detection apparatus 2 Toe sensor 3 Acupuncture sensor 4 Judgment means 5 Detection part 6 Judgment part 7 Storage part 10 Foot 11 Sole 20 Selection part 30 Knee fixation release device 31 Release part 40 Fixing part 41 Joint 50 Lower limb orthosis 51 Frame 53 1st 2 Mounting part 54 First mounting part 55 Body part
Claims (14)
前記足底の踵側に設けられ、足底の踵側の接地および離隔の少なくとも一方を検出する踵センサーと、
前記爪先センサーからの第1信号と前記踵センサーからの第2信号とによって、前記足底の複数の接地パターンを検出する検出部と、
前記複数の接地パターンの内、前記足底が地面から離隔している状態(以下、「遊脚状態」という)を判定し、前記使用者の複数の動作パターンに基づいて、前記遊脚状態であることに加えて前記使用者が歩行中である状態(以下、「歩行遊脚状態」という)を判定する判定部と、を備え、
前記複数の動作パターンは、
(第1条件)判定対象となる前記遊脚状態の時間的に直前における前記接地パターンの種類、
(第2条件)判定対象となる前記遊脚状態の時間的に前における所定の種類の前記接地パターンの継続時間、
(第3条件)判定対象となる前記遊脚状態の時間的に前における所定の接地パターンから異なる接地パターンへの変移時間、
(第4条件)判定対象となる前記遊脚状態と、該遊脚状態の時間的に前における遊脚状態との間における接地パターンの出現順序、
の、(第1条件)、(第2条件)、(第3条件)および(第4条件)の少なくとも一つを含み、
前記第1条件、前記第2条件、前記第3条件および前記第4条件のいずれを用いるかを選択する、選択部を更に備える動作検出装置。 A toe sensor that is provided on the toe side of the user's sole and detects at least one of grounding and separation on the toe side of the sole;
A heel sensor that is provided on the heel side of the sole and detects at least one of grounding and separation on the heel side of the sole;
A detection unit for detecting a plurality of ground contact patterns on the sole by a first signal from the toe sensor and a second signal from the heel sensor;
A state in which the sole is separated from the ground (hereinafter referred to as a “free leg state”) among the plurality of ground contact patterns is determined, and in the free leg state based on the plurality of movement patterns of the user. And a determination unit that determines a state in which the user is walking (hereinafter referred to as “walking leg state”),
The plurality of operation patterns are:
(First condition) The type of the ground pattern immediately before the swing leg state to be determined,
(Second condition) The duration of the predetermined type of the grounding pattern in time before the swing leg state to be determined,
(Third condition) Transition time from a predetermined ground pattern to a different ground pattern in time before the swing leg state to be determined,
(Fourth condition) Appearance order of the ground contact pattern between the free leg state to be determined and the free leg state temporally before the free leg state,
Of (first condition), (second condition), viewed contains at least one (third condition) and (fourth condition)
An operation detection apparatus further comprising a selection unit that selects which of the first condition, the second condition, the third condition, and the fourth condition is used .
前記第1信号および前記第2信号のそれぞれが「接地」を示す場合には、前記接地パターンを、「足底接地状態」と判断し、
前記第1信号が「離隔」を示し、前記第2信号が「接地」を示す場合には、前記接地パターンを、「踵接地状態」と判断し、
前記第1信号が「接地」を示し、前記第2信号が「離隔」を示す場合には、前記接地パターンを、「爪先接地状態」と判断し、
前記第1信号および前記第2信号のそれぞれが「離隔」を示す場合には、前記接地パターンを、「遊脚状態」と判断する、請求項1記載の動作検出装置。 The detector is
When each of the first signal and the second signal indicates “ground”, the ground pattern is determined to be “plantar ground state”;
When the first signal indicates “separate” and the second signal indicates “ground”, the ground pattern is determined to be “踵 ground state”;
When the first signal indicates “ground” and the second signal indicates “separation”, the ground pattern is determined as “toe ground state”;
2. The motion detection device according to claim 1, wherein when each of the first signal and the second signal indicates “separation”, the grounding pattern is determined to be “free leg state”.
判定対象となる前記遊脚状態の直前の接地パターンが前記踵接地状態および前記足底接地状態のいずれかである場合には、該遊脚状態を非歩行遊脚状態として判定し、
直前の接地パターンが前記爪先接地状態である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態として判定する、請求項2記載の動作検出装置。 In the case where the determination unit is based on the first condition,
When the grounding pattern immediately before the swinging leg state to be determined is either the heel grounding state or the sole grounding state, the swinging leg state is determined as a non-walking swinging leg state,
The motion detection device according to claim 2, wherein when the immediately preceding grounding pattern is the toe grounding state, the free leg state is determined as a walking free leg state.
判定対象となる前記遊脚状態の直前の接地パターンの継続時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、
前記第2時間以上前記第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、
前記第1時間は、前記第2時間よりも長い、請求項2又は3記載の動作検出装置。 In the case where the determination unit is based on the second condition,
In the case where the duration of the ground contact pattern immediately before the swing leg state to be determined is equal to or longer than the first time and less than the second time, the swing leg state is set to the non-walking swing leg state. It is determined that
If it is not less than the second time and less than the first time, the swinging leg state is determined to be a walking swinging leg state,
The motion detection apparatus according to claim 2, wherein the first time is longer than the second time.
判定対象となる前記遊脚状態の時間的に前の前記足底接地状態が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、
前記第2時間以上前記第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、
前記第1時間は、前記第2時間よりも長い、請求項2又は3記載の動作検出装置。 In the case where the determination unit is based on the second condition,
In the case where the sole ground contact state temporally before the swing leg state to be determined is not less than the first time and less than the second time, the swing leg state is determined as non-walking. It is determined that it is in a swing leg state,
If it is not less than the second time and less than the first time, the swinging leg state is determined to be a walking swinging leg state,
The motion detection apparatus according to claim 2, wherein the first time is longer than the second time.
判定対象となる前記遊脚状態の時間的に前における前記踵接地状態から前記足底接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、
前記第2時間以上前記第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、
前記第1時間は、前記第2時間よりも長い、請求項2から5のいずれか記載の動作検出装置。 In the case where the determination unit is based on the third condition,
In any of the case where the transition time from the heel contact state to the sole contact state before the swing leg state to be determined is not less than the first time and less than the second time , Determining that the swinging leg state is a non-walking swinging leg state,
If it is not less than the second time and less than the first time, the swinging leg state is determined to be a walking swinging leg state,
The motion detection device according to claim 2, wherein the first time is longer than the second time.
前記判定対象となる前記遊脚状態の時間的に前における前記足底接地状態から前記爪先接地状態までの変移時間が、第1時間以上である場合および第2時間未満である場合のいずれかにおいては、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、
前記第2時間以上前記第1時間未満である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定し、
前記第1時間は、前記第2時間よりも長い、請求項2から5のいずれか記載の動作検出装置。 In the case where the determination unit is based on the third condition,
In the case where the transition time from the sole ground contact state to the toe ground contact state in time before the swing leg state to be determined is not less than the first time and less than the second time Determines that the swing leg state is a non-walking swing leg state,
If it is not less than the second time and less than the first time, the swinging leg state is determined to be a walking swinging leg state,
The motion detection device according to claim 2, wherein the first time is longer than the second time.
判定対象となる前記遊脚状態と該遊脚状態の時間的に前における前記遊脚状態との期間の接地パターンが、前記踵接地状態、前記足底接地状態および前記爪先接地状態の順序である場合には、該遊脚状態を、非歩行遊脚状態であると判定し、
判定対象となる前記遊脚状態と該遊脚状態の時間的に前における前記遊脚状態との期間の接地パターンが、前記足底接地状態および前記爪先接地状態の順序である場合には、該遊脚状態を、歩行遊脚状態であると判定する、請求項2から7のいずれか記載の動作検出装置。 In the case where the determination unit is based on the fourth condition,
The grounding pattern during the period between the free leg state to be determined and the free leg state temporally before the free leg state is the order of the heel grounding state, the sole grounding state, and the toe grounding state. In this case, it is determined that the swing leg state is a non-walking swing leg state,
When the ground contact pattern in the period between the free leg state to be determined and the free leg state temporally before the free leg state is the order of the sole ground contact state and the toe ground contact state, The motion detection device according to claim 2, wherein the free leg state is determined to be a walking free leg state.
前記使用者の膝関節を固定する固定部の固定を解除する解除部と、を備え、
前記解除部は、前記動作検出装置からの検出結果に基づいて、前記固定部による固定を解除する膝固定解除装置。 The motion detection device according to any one of claims 1 to 10 ,
A release part for releasing the fixation of the fixing part for fixing the knee joint of the user,
The release unit is a knee fixation release device that releases the fixation by the fixation unit based on a detection result from the motion detection device.
前記使用者の膝関節を固定する固定部と、
前記使用者の大腿および下腿の少なくとも一部を覆う本体部と、を備える膝固定解除機能付き下肢装具。 A knee fixation releasing device according to any one of claims 11 to 13 ,
A fixing portion for fixing the knee joint of the user;
A lower limb orthosis with a knee fixation releasing function, comprising: a main body part covering at least a part of the user's thigh and lower leg.
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