CN113905705A - 减重装置 - Google Patents
减重装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113905705A CN113905705A CN202080041671.6A CN202080041671A CN113905705A CN 113905705 A CN113905705 A CN 113905705A CN 202080041671 A CN202080041671 A CN 202080041671A CN 113905705 A CN113905705 A CN 113905705A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- weight
- force
- actuator
- ground reaction
- ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 title claims description 174
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 142
- 208000016261 weight loss Diseases 0.000 claims description 183
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims description 55
- 230000004118 muscle contraction Effects 0.000 claims description 36
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 31
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 29
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 29
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 29
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 29
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 16
- 230000035807 sensation Effects 0.000 claims description 8
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 178
- 238000000034 method Methods 0.000 description 48
- 206010033799 Paralysis Diseases 0.000 description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 19
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 17
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 9
- 238000012549 training Methods 0.000 description 9
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 8
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 8
- 206010019468 Hemiplegia Diseases 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 7
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 7
- 206010017577 Gait disturbance Diseases 0.000 description 6
- 208000006011 Stroke Diseases 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 3
- 230000003183 myoelectrical effect Effects 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 206010008190 Cerebrovascular accident Diseases 0.000 description 2
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000002490 cerebral effect Effects 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000005021 gait Effects 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 206010040026 Sensory disturbance Diseases 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 208000015114 central nervous system disease Diseases 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 229920006351 engineering plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 208000022084 motor paralysis Diseases 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000003238 somatosensory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 230000001755 vocal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
- A61H3/008—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about using suspension devices for supporting the body in an upright walking or standing position, e.g. harnesses
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/12—Driving means
- A61H2201/1238—Driving means with hydraulic or pneumatic drive
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/14—Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/14—Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
- A61H2201/1481—Special movement conversion means
- A61H2201/149—Special movement conversion means rotation-linear or vice versa
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/16—Physical interface with patient
- A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
- A61H2201/165—Wearable interfaces
- A61H2201/1652—Harness
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5007—Control means thereof computer controlled
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5058—Sensors or detectors
- A61H2201/5061—Force sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2230/00—Measuring physical parameters of the user
- A61H2230/62—Posture
- A61H2230/625—Posture used as a control parameter for the apparatus
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
本发明的一个方面所涉及的减重装置具备:第一执行器;第二执行器;第一支承构件;第二支承构件;传感器,其对作用于使用者的各腿部的地面反作用力的偏差进行测定;以及控制装置,其对各执行器的动作进行控制。各支承构件的一个端部与各执行器连接,各支承构件的另一个端部被穿戴于该使用者以使由各执行器提供的各减重力作用于使用者的各腿部。控制装置对各执行器进行控制,使得各执行器产生根据地面反作用力的偏差而决定的各减重力。
Description
技术领域
本发明涉及一种减重装置。
背景技术
例如,为了恢复偏瘫脑卒中的患者、独立行走困难的高龄者等步态障碍者的步行能力,有时实施用于使其自然产生自然的步行运动的锻炼程序。然而,进行该步行运动的训练的对象者基本上难以通过自身力量来支撑自身的体重。作为一例,偏瘫脑卒中的患者难以通过自身力量来支撑瘫痪侧的体重。因此,利用构成为将对象者的体重的至少一部分进行减重的装置(减重装置),以使对象者能够安全地步行。例如,在临床现场,对在运动平板上步行的对象者利用将体重垂直抬起的减重装置。另外,近年来,还进行着以下的减重装置的开发:该减重装置针对在通常的地面上步行的对象者,一边跟随该对象者的移动,一边对该对象者的体重的至少一部分进行减重。
在专利文献1和2中,提出了一种防跌倒装置和步行辅助装置,该防跌倒装置和步行辅助装置具备将使用者从上方吊起来进行支承的支承构件,从而能够用于这种步行运动的训练。具体地说,专利文献1和2所提出的防跌倒装置基于步行辅助装置主体与使用者之间的距离等,来预先探测使用者的身体的栽倒。而且,该防跌倒装置在探测到身体的栽倒的情况下,通过支承构件对使用者的身体进行支撑,由此防止该使用者的跌倒。并且,专利文献1和2中提出了设置减重构件,该减重构件与支承构件协作来对使用者的体重进行减重。根据该步行运动辅助装置,能够防止进行步行运动的训练的对象者跌倒,并且能够在步行期间内将对象者的体重的至少一部分进行减重。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-342306号公报
专利文献2:日本特开2009-195636号公报
发明内容
发明要解决的问题
本案发明人们发现,在以往的减重装置中产生如下问题点。即,腿部的各关节处的自发性的扭矩为进行通常的周期性的步行运动发挥着重要的作用。步态障碍者由于至少一部分关节处的自发性的扭矩下降,而导致周期性的步行发生异常。例如,偏瘫脑卒中的患者由于瘫痪侧的股关节的外展肌和内收肌的扭矩显著下降,而导致在步行中产生周期性的骨盆的横向的倾斜,由此,变得无法进行自然的步行。在因单侧性的运动瘫痪、感觉障碍等而单侧的腿的机能下降的情况下,步态障碍者存在较多地使用健康侧的腿部的倾向,其结果是,变为依赖健康侧的步行,在步行时产生左右非对称性运动。步行的左右非对称性运动长期地说会引起骨骼和肌肉本身的非对称性,因此重新学习左右对称的自然的步行变得更加困难。
因此,为了使对象者进行自然的步行运动的训练,优选的是,在步行期间内独立且动态地变更作用于各腿部的减重力,由此使对象者的自发性的步行接近自然的步行。例如,在上述偏瘫脑卒中的患者的例子中,优选的是,独立且动态地变更作用于各腿部的减重力,由此对步行期间内产生的周期性的骨盆的横向的倾斜进行干预。
然而,在专利文献1和2那样的以往的减重装置中,只设置了1个用于产生支撑对象者的体重的减重力的执行器,对象者只不过是被相同的力量抬起身体的两侧。因此,在以往的减重装置中,难以在步行期间内独立且动态地变更分别针对对象者的左右腿部的减重力。
本发明在一个方面是考虑了这样的问题而完成的,其目的在于提供一种能够在步行期间内独立且动态地变更分别针对使用者的左右腿部的减重力的减重装置。
用于解决问题的方案
本发明为了解决上述的问题而采用以下的结构。
即,本发明的一个方面所涉及的减重装置用于对使用者的体重进行减重,该减重装置具备:第一执行器;第二执行器;第一支承构件,其具有近端和远端,该远端与所述第一执行器连接,该近端被穿戴于所述使用者以使由所述第一执行器提供的第一减重力作用于所述使用者的一方的腿部;第二支承构件,其具有近端和远端,该远端与所述第二执行器连接,该近端被穿戴于所述使用者以使由所述第二执行器提供的第二减重力作用于所述使用者的另一方的腿部;传感器,其测定表示作用于所述使用者的各所述腿部的地面反作用力的偏差的信息;以及控制装置,其对所述第一执行器和所述第二执行器的动作进行控制。所述控制装置构成为:获取由所述传感器测定出的表示所述地面反作用力的偏差的信息;根据获取到的信息所示的所述地面反作用力的偏差,来决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小;以及分别对所述第一执行器和所述第二执行器进行控制,使得所述第一执行器和所述第二执行器分别产生被分别决定的大小的所述第一减重力和所述第二减重力。
在该结构所涉及的减重装置中,分别准备用于提供作用于使用者的一方的腿部的减重力(第一减重力)的执行器(第一执行器)和用于提供作用于另一方的腿部的减重力(第二减重力)的执行器(第二执行器)。在步行期间内,通过传感器来测定作用于使用者的各腿部的地面反作用力的偏差。然后,控制装置根据所测定的地面反作用力的偏差来决定各减重力的大小,并对各执行器的动作进行控制以产生被决定的大小的各减重力。即,能够将步行期间内的地面反作用力的偏差用作指标,来独立且动态地调整针对使用者的各腿部的减重力。因而,根据该结构所涉及的减重装置,能够在步行期间内独立且动态地变更分别针对使用者的左右腿部的减重力。
此外,“一方”与左右中的任意一方对应,“另一方”与左右中的任意另一方对应。例如,可以是,一方的腿部是右侧的腿部,另一方的腿部是左侧的腿部。或者,也可以是,一方的腿部是左侧的腿部,另一方的腿部是右侧的腿部。同样地,“第一”与左右中的任意一方对应,“第二”与左右中的任意另一方对应。各执行器的数量和种类可以没有特别限定,也可以分别根据实施方式来适当决定。另外,在执行器具有2个以上的输出的情况下,也可以将任意输出部分用作“第一执行器”,将其它输出部分用作“第二执行器”。
传感器只要能够测定地面反作用力的偏差即可,其种类也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。作为传感器,例如可以使用力传感器、动作捕捉器、倾斜传感器、肌电传感器、压力分布传感器等。作为力传感器,例如可以使用称重传感器(loadcell)。倾斜传感器例如可以由加速度计和陀螺仪传感器构成。“腿部”是从脚到腰之间的部分,也可以称为“下肢”。“脚”是脚腕以下的部分(直到脚底的部分),是腿部中与地面相接的部分。“脚底”是脚的与地面相接的面。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述地面反作用力的偏差用第一比和第二比来表示,所述第一比是作用于所述一方的腿部的地面反作用力与作用于两腿部的地面反作用力的合计之比,所述第二比是作用于所述另一方的腿部的地面反作用力与作用于两腿部的地面反作用力的合计之比。而且,也可以是,决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小包括:根据所述第一比来决定所述第二减重力的大小;以及根据所述第二比来决定所述第一减重力的大小。根据该结构,能够根据与支撑腿相对应的地面反作用力来决定向摆动腿提供的减重力的大小。此外,“支撑腿”是指在步行期间内与地面相接来支承体重的腿部。另一方面,“摆动腿”典型地说是指在步行期间内从地面离开而不负担体重的腿部。或者,“摆动腿”是指与支撑腿相比较轻地支撑体重、在步行期间内向行进方向前进的腿部。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,根据所述第一比来决定所述第二减重力的大小包括:随着所述第一比变大,使所述第二减重力变大;以及随着所述第一比变小,使所述第二减重力变小。另外,也可以是,根据所述第二比来决定所述第一减重力的大小包括:随着所述第二比变大,使所述第一减重力变大;以及随着所述第二比变小,使所述第一减重力变小。
对于步态障碍者而言,步行动作中的抬起腿部的动作困难的情况多。根据该结构,能够将针对各腿部的减重力的大小控制为:在各腿部为支撑腿时针对各腿部的减重力变小,在各腿部为摆动腿时针对各腿部的减重力变大。由此,能够以对步行动作中的抬起腿部的动作进行比较强的辅助的方式产生减重力。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,根据所述第一比来决定所述第二减重力的大小包括:计算所述第一比与第一比例常数的第一积;计算所计算出的所述第一积与第一常数项的第一和;以及将计算出的所述第一和用作所述第二减重力的值。另外,也可以是,根据所述第二比来决定所述第一减重力的大小包括:计算所述第二比与第二比例常数的第二积;计算所计算出的所述第二积与第二常数项的第二和;以及将计算出的所述第二和用作所述第一减重力的值。根据该结构,能够通过各比例常数和各常数项来简单地调整作用于各腿部的减重力的大小,由此,能够根据使用者的各种各样的状态来制作锻炼程序。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述控制装置还构成为受理对所述第一常数项和所述第二常数项各自的值的指定。根据该结构,能够通过各常数项的值的变更来简单地调整针对各腿部的减重力的大小。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小包括:将所述第一减重力与所述第二减重力的合计维持为固定的规定值。而且,也可以是,在所述第一常数项和所述第二常数项各自的被指定的值的合计为所述规定值以上的情况下,控制装置根据所述第一常数项和所述第二常数项各自的被指定的值之比,来决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小。根据该结构,即使在各减重力的常数项(偏置)的合计被设定为超过规定值的情况下,也能够避免向各腿部提供的减重力的合计超过固定的规定值。由此,能够防止超过期望的大小的减重力作用于使用者。另外,通过根据各常数项的值之比决定各减重力的大小,能够使与设定各常数项的意图相应的减重力作用于使用者的各腿部。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述传感器由第一传感器和第二传感器构成,所述第一传感器用于测定作用于所述使用者的所述一方的腿部的脚底的第一地面反作用力,所述第二传感器用于测定作用于所述使用者的所述另一方的腿部的脚底的第二地面反作用力。也可以是,获取表示所述地面反作用力的偏差的信息包括:获取由所述第一传感器和所述第二传感器分别测定出的所述第一地面反作用力和所述第二地面反作用力各自的值。也可以是,所述第一比是所述第一地面反作用力的值与所述第一地面反作用力同所述第二地面反作用力的合计值之比。也可以是,所述第二比是所述第二地面反作用力的值与所述第一地面反作用力同所述第二地面反作用力的合计值之比。作为第一传感器和第二传感器,能够利用称重传感器等比较廉价的传感器。因此,根据该结构,能够提供能够比较廉价地制造的减重装置。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述第一传感器和所述第二传感器分别包括配置于所述脚底的脚后跟侧的第一力传感器以及配置于所述脚底的脚尖侧的第二力传感器。在步行期间内,未必是各腿部的脚底的整面与地面相接。也可能分别存在仅有脚底的脚尖部分相接的期间以及仅有脚底的脚后跟部分相接的期间。根据该结构,通过将第一力传感器配置于脚后跟部分、并将第二力传感器配置于脚尖部分,在步行期间内能够准确地测定作用于各腿部的脚底的地面反作用力。由此,能够将准确地测定出的地面反作用力的偏差反映到针对各腿部的减重力的决定中。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述传感器构成为测定作用于所述使用者的各所述腿部的地面反作用力的中心的位置,来作为表示所述地面反作用力的偏差的信息。也可以是,获取表示所述地面反作用力的偏差的信息包括:获取测定出的所述地面反作用力的中心的位置的值。也可以是,所述第一比是以所述另一方的腿部的位置为基准时的所述地面反作用力的中心的位置的值与所述一方的腿部的位置的值之比。也可以是,所述第二比是以所述一方的腿部的位置为基准时的所述地面反作用力的中心的位置的值与所述另一方的腿部的位置的值之比。根据该结构,也可以不在各腿部的脚底配置传感器,由此,能够促使使用者进行自然的运动。特别是,配置于脚底之下的结构要素柔软,使用者能够进行自然的踏步。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述控制装置还构成为:根据步行周期来调节分别产生被分别决定的大小的所述第一减重力和第二减重力的定时。根据该结构,能够在时间上调整向各腿部提供的减重力。通过该调整,能够更加期待令使用者锻炼左右对称的自然的步行的效果。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述控制装置还构成为:在步行周期的规定的定时,使所述第一减重力和所述第二减重力中的至少一方增加与感觉阈值相当的量。根据该结构,能够通过体感来向使用者示教步行动作的定时。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述第一执行器和所述第二执行器分别由气压方式的人工肌肉构成。气压方式的人工肌肉是通过向橡胶、碳纤维等弹性材料注入空气来获得动力的执行器的一例,比较廉价。因此,根据该结构,能够提供能够廉价地制造的减重装置。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,通过以下方式对各所述执行器的所述人工肌肉进行初始设定:在将各所述支承构件的所述远端穿戴于所述使用者的状态下提供规定压力的压缩空气,并使各所述支承构件张紧以使肌肉收缩率成为规定的值。气压方式的人工肌肉的驱动力由作用于人工肌肉的空气的压力(以下也简单记载为“气压”)和人工肌肉的肌肉收缩率来决定。当作用的气压小时通过肌肉收缩率的变动而引起的驱动力的变化变小,当作用的气压大时通过肌肉收缩率的变动而引起的驱动力的变化变大。同样地,在肌肉收缩率大的状态下通过气压的变动而引起的驱动力的变化变小,在肌肉收缩率小的状态下通过气压的变动而引起的驱动力的变化变大。因此,在驱动力的控制中期望气压和肌肉收缩率为适度的状态。根据该结构,能够将各执行器的人工肌肉的状态初始化为适于减重力的控制。由此,能够使得易于控制针对各腿部产生的减重力。
上述一个方面所涉及的减重装置也可以还具备吊具,所述吊具以使所述第一支承构件和所述第二支承构件各自的所述近端从所述使用者的上方垂下的方式悬挂所述第一支承构件和所述第二支承构件。也可以是,所述第一支承构件和所述第二支承构件分别具备:被所述吊具悬挂的线缆,其具有近端和远端;连结具,其形成为く字形,具有第一端部、第二端部、以及配置于两个所述端部之间且朝向上方的凸部;构成为能够调节长度的第一绳索,其将所述连结具的所述凸部与所述线缆的所述近端连结;第二绳索,其具有近端和远端,该远端与所述连结具的所述第一端部结合;以及第三绳索,其具有近端和远端,该远端与所述连结具的所述第二端部结合。也可以是,各所述支承构件的所述线缆的所述远端构成各所述支承构件的所述远端。也可以是,各所述支承构件的所述第二绳索和所述第三绳索各自的所述近端构成各所述支承构件的所述近端。根据该结构,能够提供能够针对使用者的身体的大小来适当地调整各支承构件的长度的减重装置。
在上述一个方面所涉及的减重装置中,也可以是,所述吊具具备一对柱部。而且,上述一个方面所涉及的减重装置也可以还具备一对约束具,所述一对约束具分别构成为通过将各所述支承构件的连结具与各所述柱部连结来约束连结具的活动。根据该结构,能够在使用者的步行动作中抑制连结具的活动。
发明的效果
根据本发明,能够提供能够在步行期间内独立且动态地变更分别针对使用者的左右腿部的减重力的减重装置。
附图说明
图1示意性地例示实施方式所涉及的减重装置的一例。
图2A是示意性地例示实施方式所涉及的连结具的一例的立体图。
图2B是示意性地例示实施方式所涉及的连结具的一例的侧视图。
图2C是示意性地例示由实施方式所涉及的保持部保持支承构件的情形的一例的截面图。
图3示意性地例示实施方式所涉及的传感器的一例。
图4示意性地例示实施方式所涉及的减重装置的***结构的一例。
图5示意性地例示实施方式所涉及的控制装置的硬件结构的一例。
图6示意性地例示实施方式所涉及的控制装置的软件结构的一例。
图7示出实施方式所涉及的控制装置计算各减重力的过程的一例。
图8示出实施方式所涉及的地面反作用力的偏差与各减重力之间的关系的一例。
图9示出实施方式所涉及的控制装置的与减重有关的处理过程的一例。
图10示意性地例示其它方式所涉及的减重装置的一例。
图11A示意性地例示其它方式所涉及的减重装置的一例。
图11B示意性地例示约束具的结构的一例。
图12示意性地例示其它方式所涉及的减重装置的一例。
图13例示各减重力的大小与步行周期之间的关系的一例。
图14例示追加与感觉阈值相当的量的减重力的定时的一例。
图15示出对利用实施例所涉及的减重装置实施步行运动的锻炼程序时的受验者的步行周期的平衡进行测量而得到的结果。
图16示出对利用实施例所涉及的减重装置实施步行运动的锻炼程序时的受验者的步行周期的平衡进行测量而得到的结果。
图17示出对利用实施例所涉及的减重装置实施步行运动的锻炼程序时的受验者的步行周期的平衡进行测量而得到的结果。
具体实施方式
下面,基于附图来说明本发明的一个方面所涉及的实施方式(以下也记载为“本实施方式”)。但是,以下说明的本实施方式在所有方面都不过是本发明的例示。也可以不脱离本发明的范围地进行各种改良或者变形。也就是说,在实施本发明时也可以适当采用与实施方式相应的具体的结构。此外,在以下的说明中,为了便于说明,以附图内的朝向为基准来进行说明。
§1结构例
首先,使用图1来说明本实施方式所涉及的减重装置100的结构。图1示意性地例示本实施方式所涉及的减重装置100的一例。
本实施方式所涉及的减重装置100用于对使用者W的体重至少部分地进行减重。对使用者W的体重进行减重的目的(即,减重装置100的使用目的)可以没有特别限定,也可以根据实施方式来适当决定。例如,减重装置100可以用于偏瘫脑卒中的患者、独立行走困难的高龄者等步态障碍者的步行运动的锻炼。此外,根据场景,例如也可以将使用者W适当改称为对象者、穿戴者、训练者等。
本实施方式所涉及的减重装置100具备第一执行器1、第二执行器2、第一支承构件3、第二支承构件4、传感器5、控制装置6以及吊具FL。各执行器(1、2)提供针对使用者W的各腿部的减重力。各支承构件(3、4)将由各执行器(1、2)提供的减重力传递到使用者W的各腿部。传感器5对表示作用于使用者W的各腿部的地面反作用力的偏差的信息进行测定。控制装置6基于由传感器5测定出的表示地面反作用力的偏差的信息,来决定针对各腿部的减重力的大小,并控制各执行器(1、2)的动作。吊具FL以使各支承构件(3、4)的一个端部(后述的近端(31、41))从使用者W的上方垂下的方式悬挂各支承构件(3、4)。由此,减重装置100向使用者W的各腿部提供根据地面反作用力的偏差来决定了大小的各减重力,由此能够垂直地抬起使用者W的体重的至少一部分。
此外,在图1的例子中,第一执行器1和第一支承构件3用于对使用者W的左侧的腿部(以下也简单记载为“左腿”)提供减重力。另外,第二执行器2和第二支承构件4用于对使用者W的右侧的腿部(以下也简单记载为“右腿”)提供减重力。即,使用者W的左侧的腿部是本发明的“一方的腿部”的一例,使用者W的右侧的腿部是本发明的“另一方的腿部”的一例。但是,各结构要素与使用者W的身体方向之间的关系也可以不限定于这样的例子。该关系也可以与本实施方式相反。即,也可以是,第一执行器1和第一支承构件3用于向使用者W的右腿提供减重力,第二执行器2和第二支承构件4用于向使用者W的左腿提供减重力。“一方”只要与左右中的任意一方对应即可,“另一方”只要与左右中的任意另一方对应即可。同样地,“第一”只要与左右中的任意一方对应即可,“第二”只要与左右中的任意另一方对应即可。另外,“腿部”是从脚到腰之间的部分,也可以称为“下肢”。“脚”是脚腕以下的部分(直到脚底的部分),是腿部中与地面相接的部分。“脚底”是脚的与地面相接的面。下面,说明各结构要素。
[执行器]
首先,说明各执行器(1、2)的一例。在本实施方式中,第一执行器1由气压方式的人工肌肉构成。为了控制作用于人工肌肉的气压,在第一执行器1中安装有阀11。同样地,第二执行器2由气压方式的人工肌肉构成。在第二执行器2中安装有阀21。各执行器(1、2)的气压方式的人工肌肉的种类也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。作为各执行器(1、2),例如可以使用日本特开2016-61302号公报中提出的执行器装置。
各阀(11、21)与共同的压缩机CP连接。由此,从压缩机CP向各阀(11、21)提供共同的初级压力。各阀(11、21)被控制装置6所控制,向各执行器(1、2)输出从初级压力调节得到的压力。作为各阀(11、21),可以使用公知的压力控制阀。
气压方式的人工肌肉是通过向橡胶、碳纤维等弹性材料注入空气来获得动力的执行器的一例,比较廉价。因此,在本实施方式中,通过在各执行器(1、2)中使用气压方式的人工肌肉,能够抑制减重装置100的制造成本。
此外,在图1的例子中,第二执行器2(人工肌肉)的周围被罩覆盖,与此相对地,第一执行器1(人工肌肉)未被罩住而是露出。该罩的有无也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。第二执行器2的罩也可以省略。另外,第一执行器1的周围也可以被罩覆盖。
[吊具和支承构件]
接着,说明吊具FL和各支承构件(3、4)的一例。第一支承构件3具有近端31和远端32。近端31是与使用者W接近的端部,远端32是与近端31不同的端部,是远离使用者W的端部。其它结构要素的近端和远端也是同样的。远端32与第一执行器1连接。“连接”可以是直接的或者间接的。关于其它结构要素的“连接”也是同样的。在本实施方式中,在第一支承构件3的远端32与第一执行器1的连接部分安装有线性编码器15。该线性编码器15对构成第一执行器1的气压方式的人工肌肉的肌肉收缩率进行测定。另一方面,近端31以使由第一执行器1提供的第一减重力作用于使用者W的左侧的腿部的方式被穿戴于使用者W。
同样地,第二支承构件4具有近端41和远端42。远端42与第二执行器2连接。在本实施方式中,在第二支承构件4的远端42与第二执行器2的连接部分安装有线性编码器25。线性编码器25对构成第二执行器2的气压方式的人工肌肉的肌肉收缩率进行测定。另一方面,近端41以使由第二执行器2提供的第二减重力作用于使用者W的右侧的腿部的方式被穿戴于使用者W。
吊具FL以使各支承构件(3、4)的近端(31、41)从使用者W的上方垂下的方式悬挂各支承构件(3、4)。在本实施方式中,吊具FL具备一对柱部(F1、F2)、梁部F3以及一对保持部(F4、F5)。各柱部(F1、F2)构成为沿垂直方向延伸,分别配置于使用者W的左右。例如,在使用者W在运动平板(未图示)上进行步行运动的训练的情况下,各柱部(F1、F2)也可以分别固定于运动平板的左右。或者,也可以是,在各柱部(F1、F2)的下端部安装有脚轮等移动用部件,以使吊具FL能够跟随使用者W的移动。
梁部F3架设于各柱部(F1、F2)的上端部之间,构成为沿水平方向延伸。在梁部F3设置有在水平方向上分开配置的一对保持部(F4、F5)。优选的是,一对保持部(F4、F5)之间的距离设定得比使用者W的肩宽稍窄,以使减重力作用于比使用者W的肩靠内侧的位置。各保持部(F4、F5)构成为分别保持各支承构件(3、4)。该结构的详细后述。另外,各保持部(F4、F5)通过具备夹部(F41、F51),而构成为能够调节将各保持部(F4、F5)固定于梁部F3的位置。由此,能够调节一对保持部(F4、F5)之间的距离。但是,吊具FL的各结构要素的材料也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。
接着,详细说明各支承构件(3、4)的结构的一例。在本实施方式中,第一支承构件3具备线缆35、连结具36、第一绳索37、第二绳索38以及第三绳索39。线缆35由外线缆355和内线缆356构成。线缆35具有近端351和远端352。线缆35的远端352构成第一支承构件3的远端32。即,线缆35的远端352与第一执行器1连接。在本实施方式中,第一执行器1和阀11从使用者W来看安装于右侧的柱部F1。线缆35从该第一执行器1延伸后被配置于使用者W的左半身侧的保持部F4保持,由此被吊具FL悬挂于使用者W的左半身侧。通过使线缆35从配置于右侧的第一执行器1穿过配置于左侧的保持部F4,能够确保架设线缆35的距离,从而能够避免第一减重力在线缆35中的传递性受损。
连结具36形成为如回旋镖那样的く字形。连结具36具有第一端部361、第二端部362以及凸部363。在图1的例子中,第一端部361在使用减重装置100时朝向使用者W的前方。第二端部362在使用时朝向使用者W的后方。但是,各端部(361、362)所朝向的方向也可以不限定于这种例子,可以根据实施方式来适当选择。凸部363配置于两端部(361、362)之间并朝向上方。
第一绳索37将连结具36的凸部363与线缆35的近端351连结。在第一绳索37与线缆35的近端351的结合部分安装有称重传感器30。称重传感器30对由第一执行器1提供的、作用于使用者W的左侧的腿部的第一减重力进行测定。第一绳索37构成为能够调节其长度。
第二绳索38具有近端381和远端382。远端382与连结具36的第一端部361结合。同样地,第三绳索39具有近端391和远端392。远端392与连结具36的第二端部362结合。第二绳索38和第三绳索39各自的近端(381、391)构成第一支承构件3的近端31。即,各绳索(38、39)的近端(381、391)被穿戴于使用者W。
第二支承构件4与第一支承构件3同样地构成。即,第二支承构件4具备线缆45、连结具46、第一绳索47、第二绳索48以及第三绳索49。线缆45由外线缆455和内线缆456构成。线缆45具有近端451和远端452。线缆45的远端452构成第二支承构件4的远端42,与第二执行器2连接。在本实施方式中,第二执行器2和阀21从使用者W来看安装于左侧的柱部F2。线缆45从该第二执行器2延伸后被配置于使用者W的右半身侧的保持部F5保持,由此被吊具FL悬挂于使用者W的右半身侧。通过使线缆45从配置于左侧的第二执行器2穿过配置于右侧的保持部F5,能够确保架设线缆45的距离,从而能够避免第二减重力在线缆45中的传递性受损。即,在本实施方式中,第一支承构件3的线缆35从安装于右侧的柱部F1的第一执行器1向左侧的保持部F4延伸,第二支承构件4的线缆45从安装于左侧的柱部F2的第二执行器2向右侧的保持部F5延伸,由此各线缆(35、45)在梁部F3的大致上方交叉。由此,能够确保各线缆(35、45)在宽度方向上延伸的距离,其结果是,能够使各线缆(35、45)在梁部F3上方形成的弯曲平缓。通过该作用,能够降低各减重力在各线缆(35、45)中的损耗。并且,能够降低各线缆(35、45)的在比梁部F3靠上方处弯曲的部分的高度。由此,在室内使用减重装置100的情况下,即使为了确保使用者W的空间而提高了梁部F3的位置,也能够避免各线缆(35、45)的弯曲部分与天花板或天花板的设备发生物理干扰。
连结具46形成为如回旋镖那样的く字形。连结具46具有第一端部461、第二端部462以及凸部463。在图1的例子中,第一端部461朝向使用者W的前方,第二端部462朝向使用者W的后方。但是,各端部(461、462)所朝向的方向也可以不限定于这种例子,可以根据实施方式来适当选择。凸部463配置于两端部(461、462)之间并朝向上方。
第一绳索47将连结具46的凸部463与线缆45的近端451连结。在第一绳索47与线缆45的近端451的结合部分安装有称重传感器40。称重传感器40对由第二执行器2提供的、作用于使用者W的右侧的腿部的第二减重力进行测定。第一绳索47构成为能够调节其长度。
此外,在图1的例子中,包含称重传感器30的、第一绳索37与线缆35的近端351的结合部分被罩覆盖,与此相对地,包含称重传感器40的、第一绳索47与线缆45的近端451的结合部分未被罩住而是露出。该罩的有无也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。第一支承构件3中的该结合部分的罩也可以省略。另外,第二支承构件4中的该结合部分也可以被罩覆盖。
第二绳索48具有近端481和远端482。远端482与连结具46的第一端部461结合。同样地,第三绳索49具有近端491和远端492。远端492与连结具46的第二端部462结合。第二绳索48和第三绳索49各自的近端(481、491)构成第二支承构件4的近端41。即,各绳索(48、49)的近端(481、491)被穿戴于使用者W。
在此,进一步使用图2A和图2B来说明各支承构件(3、4)的连结具(36、46)周边的结构。图2A和图2B是示意性地例示连结具(36、46)的一例的立体图和侧视图。在本实施方式中,在第一支承构件3的连结具36的凸部363设置有绳索提升件370。第一绳索37的一端部371从绳索提升件370被引出。另一方面,第一绳索37的另一端部通过固着件373而固定于凸部363。由此,第一绳索37形成了环状的部分,通过该环状的部分,连结具36的凸部363与线缆35的近端351连结。另外,通过对绳索提升件370进行操作来变更一端部371被引出的长度,能够调节第一绳索37的环状部分的长度。由此,第一绳索37构成为能够调节将连结具36的凸部363与线缆35的近端351连结的长度。通过该连结长度的调节,能够将连结具36配置在适于使用者W的身高的高度。
第二绳索38的远端382通过固着件380而固定于第一端部361。第三绳索39的远端392通过固着件390而固定于第二端部362。各固着件(373、380、390)可以使用公知的固着件。在各端部(361、362)形成有用于捕捉各绳索(38、39)的豁口。由此,能够抑制各绳索(38、39)相对于连结具36的摇晃。
另一方面,各绳索(38、39)的各近端(381、391)被穿戴于使用者W。用于将各近端(381、391)穿戴于使用者W的结构也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当决定。例如,各近端(381、391)也可以具备绳索棘轮。与此相对应地,也可以在使用者W穿着的裤子的左半身的裤腰附近设置用于安装绳索棘轮的保持件。由此,能够将第二绳索38和第三绳索39各自的长度调整为适于使用者W的躯干的长度,并且能够将第一支承构件3的近端31一键式地相对于使用者W穿脱。
第二支承构件4的连结具46与第一支承构件3的连结具36同样地构成。即,通过绳索提升件,第二支承构件4的第一绳索47构成为能够调节将连结具46的凸部463与线缆45的近端451连结的长度。通过该连结长度的调节,能够将连结具46配置于适于使用者W的身高的高度。另外,各绳索(48、49)的远端(482、492)通过固着件而固定于连结具46的各端部(461、462)。在各端部(461、462)形成有用于捕捉各绳索(48、49)的豁口,由此,能够抑制各绳索(48、49)相对于连结具46的摇晃。另一方面,各绳索(48、49)的各近端(481、491)被穿戴于使用者W。用于将各近端(481、491)穿戴于使用者W的结构与第一支承构件3同样地,也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当决定。例如,各近端(481、491)也可以具备绳索棘轮。与此相对应地,可以在使用者W所穿着的裤子的右半身的裤腰附近设置用于安装绳索棘轮的保持件。由此,能够将第二绳索48和第三绳索49各自的长度调整为适于使用者W的躯干的长度,并且能够将第二支承构件4的近端41一键式地相对于使用者W穿脱。
各支承构件(3、4)的各结构要素的材料也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。例如,作为各线缆(35、45),可以使用鲍登线缆。作为各绳索(36~39、46~49),可以使用登山绳。对于各连结具(36、46),可以使用纤维增强塑料、工程塑料等树脂材料。如图1示出的那样,各连结具(36、46)也可以被罩住以不露出内部构造。
在此,进一步使用图2C来说明各线缆(35、45)和各保持部(F4、F5)的结构的一例。图2C是示意性地例示通过本实施方式所涉及的各保持部(F4、F5)来保持各线缆(35、45)的情形的一例的截面图。在本实施方式中,各线缆(35、45)具备外线缆(355、455)和内线缆(356、456)。
各保持部(F4、F5)具备平板部80,该平板部80具有沿铅直方向贯通的贯通孔81。贯通孔81从铅直方向上方起依次具备第一部分811、第二部分812以及第三部分813。第一部分811的直径最大,第三部分813的直径最小。在该贯通孔81中***被枕式球83支承的螺栓82。
具体地说,螺栓82具有沿一个方向(轴向)延伸的形状,具备沿着该一个方向配置的头部821和轴部822。头部821的直径比轴部822的直径大,枕式球83被头部821卡定,且支承轴部822。枕式球83配置于贯通孔81的第一部分811和第二部分812,螺栓82的轴部822经由贯通孔81的第三部分813而延伸至外侧。由此,螺栓82隔着枕式球83而***于贯通孔81。
另外,螺栓82在平面中央具备沿着一个方向贯通头部821和轴部822的贯通孔824。各线缆(35、45)***于该螺栓82的贯通孔824,由此被各保持部(F4、F5)所保持。具体地说,贯通孔824从头部821侧起依次具备第一部分825和第二部分826。第一部分825的直径比第二部分826的直径大。
在本实施方式中,各线缆(35、45)的外线缆(355、455)的端部***于第一部分825。也就是说,各外线缆(355、455)从各执行器(1、2)延伸到各保持部(F4、F5)的螺栓82。另一方面,各线缆(35、45)的内线缆(356、456)的长度比外线缆(355、455)长。由此,各线缆(35、45)的内线缆(356、456)经由贯通孔824的第二部分826而延伸至外侧。
内线缆(356、456)的远端与各执行器(1、2)连结,近端与第一绳索(37、47)连结。由各执行器(1、2)提供的各减重力经由各内线缆(356、456)而传递到第一绳索(37、47)。
各保持部(F4、F5)通过以上的结构来保持各线缆(35、45),由此能够发挥如以下那样的作用效果。即,在使用者W的步行中各线缆(35、45)向前后左右移动而相对于铅直方向发生倾斜时,枕式球83向线缆(35、45)的送出方向旋转及滑动,由此能够抑制线缆(35、45)在各保持部(F4、F5)处产生摩擦。由此,能够抑制从各执行器(1、2)传递的各减重力的损耗。另外,能够防止因摩擦而导致各线缆(35、45)被切断。
此外,借助枕式球83将各线缆(35、45)保持于各保持部(F4、F5)的结构也可以不限定于上述的例子,可以根据实施方式来适当决定。也可以是,各保持部(F4、F5)具备枕式球等轴承,借助轴承来保持各线缆(35、45),由此在线缆(35、45)的送出方向上设置自由度。线缆(35、45)的送出方向上的自由度通过旋转、滑动等轴承的作用来实现。由此,与上述同样地,能够抑制线缆(35、45)在各保持部(F4、F5)处产生摩擦。
此外,上述各保持部(F4、F5)的构造也可以使用于各支承构件(3、4)的外线缆(355、455)的远端与各执行器(1、2)的连结部。由此,能够容许各执行器(1、2)的驱动轴与各支承构件(3、4)的安装误差。
[传感器]
接着,进一步使用图3来说明传感器5的一例。图3示意性地例示本实施方式所涉及的传感器5的一例。传感器5构成为对表示作用于使用者W的各腿部的地面反作用力的偏差的信息进行测定。在本实施方式中,传感器5由第一传感器51和第二传感器52构成。
在本实施方式中,第一传感器51包括配置于脚底的脚后跟侧(例如,脚后跟部分)的第一力传感器511以及配置于脚底的脚尖侧(例如,脚尖部分)的第二力传感器512。第一传感器51例如也可以配置于使用者W穿着于左腿的鞋的中底。由此,本实施方式所涉及的第一传感器51构成为对作用于使用者W的左侧的腿部的脚底的第一地面反作用力进行测定。
同样地,第二传感器52包括配置于脚底的脚后跟侧的第一力传感器521以及配置于脚底的脚尖部分的第二力传感器522。第二传感器52例如也可以配置于使用者W穿着于右腿的鞋的中底。由此,本实施方式所涉及的第二传感器52构成为对作用于使用者W的右侧的腿部的脚底的第二地面反作用力进行测定。作为各力传感器(511、512、521、522),例如可以使用称重传感器。
在步行期间内,未必是使用者W的各腿部的脚底的整面与地面相接。也可能分别存在仅有脚底的脚尖部分相接的期间以及仅有脚底的脚后跟部分相接的期间。根据本实施方式,将各第一力传感器(511、521)配置于脚后跟部分,并将各第二力传感器(512、522)配置于脚尖部分,由此在步行期间内能够准确地测定作用于各腿部的脚底的地面反作用力。由此,能够将准确地测定出的地面反作用力的偏差反映到针对各腿部的减重力的决定中。另外,如上所述,作为各传感器(51、52),能够使用称重传感器、Force Sensing Resister(FSR)(力敏电阻)等比较廉价的传感器。因此,能够抑制减重装置100的制造成本。
[控制装置]
接着,进一步使用图4来说明控制装置6的一例。图4示意性地例示包括控制装置6的减重装置100的***结构的一例。控制装置6是构成为对各执行器(1、2)的动作进行控制的计算机。
由传感器5来测定作用于使用者W的各腿部的地面反作用力的偏差。控制装置6获取由传感器5测定出的表示地面反作用力的偏差的信息。控制装置6根据获取到的信息所示的地面反作用力的偏差,来决定第一减重力和第二减重力各自的大小。而且,控制装置6分别对第一执行器1和第二执行器2进行控制,使得第一执行器1和第二执行器2分别产生被分别决定的大小的第一减重力和第二减重力。
在本实施方式中,各执行器(1、2)由气压方式的人工肌肉构成。在各执行器(1、2)中安装有各阀(11、21),各阀(11、21)与压缩机CP连接。从压缩机CP向各阀(11、21)提供共同的初级压力。控制装置6对各阀(11、21)的输出阀进行控制,来调节从各阀(11、21)输出的压缩空气的压力。由此,控制装置6对第一执行器1的动作进行控制,以从第一执行器1输出被决定的大小的第一减重力。另外,控制装置6对第二执行器2的动作进行控制,以从第二执行器2输出被决定的大小的第二减重力。在本实施方式中,从第一执行器1输出的第一减重力被提供到使用者W的左侧的腿部,从第二执行器2输出的第二减重力被提供到使用者W的右侧的腿部。
<硬件结构>
接着,使用图5来说明本实施方式所涉及的控制装置6的硬件结构的一例。图5示意性地例示本实施方式所涉及的控制装置6的硬件结构的一例。
如图5所示,本实施方式所涉及的控制装置6是控制部61、存储部62、外部接口63、输入装置64、输出装置65以及驱动器66电连接而成的计算机。此外,在图5中,将外部接口记载为“外部I/F”。
控制部61包括作为处理器的一例的CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)、RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory,只读存储器)等,构成为基于程序和各种数据来执行信息处理。存储部62是存储器的一例,例如由硬盘驱动器、固态驱动器等构成。在本实施方式中,存储部62存储控制程序90等各种信息。
控制程序90是用于使控制装置6执行与各执行器(1、2)的控制有关的后述的信息处理(图9)的程序。控制程序90包含该信息处理的一系列命令。详情后述。
外部接口63例如是USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)端口、专用端口等,是用于与外部装置连接的接口。外部接口63的种类和数量可以根据要连接的外部装置的种类和数量来适当选择。外部接口63与外部装置可以通过有线或者无线来连接。
在本实施方式中,控制装置6经由外部接口63来与各执行器(1、2)的各阀(11、21)连接,对从各执行器(1、2)输出的驱动力(减重力)进行控制。另外,控制装置6经由外部接口63来与传感器5、各线性编码器(15、25)以及各称重传感器(30、40)连接,获取表示地面反作用力的偏差的信息、表示各人工肌肉的肌肉收缩率的信息、各减重力的实测值等各种信息。
输入装置64例如是鼠标、键盘等用于进行输入的装置。另外,输出装置65例如是显示器、扬声器等用于进行输出的装置。操作者能够利用输入装置64和输出装置65来对控制装置6进行操作。操作者例如是使用者W自身、对使用者W的训练进行辅助的辅助者等。
驱动器66例如是CD驱动器、DVD驱动器等,是用于读入存储介质91中存储的程序的驱动器装置。驱动器66的种类可以根据存储介质91的种类来适当选择。上述控制程序90也可以存储于该存储介质91。
存储介质91是通过电作用、磁作用、光学作用、机械或化学作用来储存程序等信息以使得计算机或其它装置、机器等能够读取所记录的该程序等信息的介质。控制装置6也可以从该存储介质91获取上述控制程序90。
在此,在图5中,作为存储介质91的一例,例示了CD、DVD等光盘型的存储介质。然而,存储介质91的种类并不限定于光盘型,也可以是光盘型以外的类型。作为光盘型以外的存储介质,例如能够列举出快闪存储器等半导体存储器。
此外,关于控制装置6的具体的硬件结构,能够根据实施方式来适当地进行结构要素的省略、置换以及追加。例如,控制部61也可以包括多个处理器。处理器也可以由微处理器、FPGA(field-programmable gate array,现场可编程门阵列)、DSP(digital signalprocessor,数字信号处理器)等构成。存储部62也可以由控制部61中包括的RAM和ROM构成。也可以将外部接口63、输入装置64、输出装置65以及驱动器66中的至少任一个省略。控制装置6也可以由多台计算机构成。在该情况下,各计算机的硬件结构既可以一致,也可以不一致。另外,控制装置6除了可以是被设计为专用于要提供的服务的信息处理装置以外,也可以是通用的PC(Personal Computer,个人计算机)等。
<软件结构>
接着,使用图6来说明本实施方式所涉及的控制装置6的软件结构的一例。图6示意性地例示本实施方式所涉及的控制装置6的软件结构的一例。
控制装置6的控制部61将存储部62中存储的控制程序90展开到RAM。然后,控制部61通过CPU来解释被展开到RAM中的控制程序90中包含的命令,来对各结构要素进行控制,由此执行与该命令对应的信息处理。由此,如图6所示,本实施方式所涉及的控制装置6作为具备信息获取部611、减重力决定部612、减重指令部613、指定受理部614以及初始设定部615来作为软件模块的计算机进行动作。即,在本实施方式中,控制装置6的各软件模块是通过控制部61(CPU)来实现的。
信息获取部611获取由传感器5测定出的表示地面反作用力的偏差的信息。在本实施方式中,信息获取部611还获取由各线性编码器(15、25)测定出的表示构成各执行器(1、2)的人工肌肉的肌肉收缩率的信息。另外,信息获取部611获取由各称重传感器(30、40)测定出的表示由各执行器(1、2)提供的各减重力的实测值的信息。
减重力决定部612根据获取到的信息所示的地面反作用力的偏差,来决定第一减重力和第二减重力各自的大小。减重指令部613分别对第一执行器1和第二执行器2进行控制,使得第一执行器1和第二执行器2分别产生被分别决定的大小的第一减重力和第二减重力。
在本实施方式中,地面反作用力的偏差用第一比和第二比来表示,该第一比是作用于左侧的腿部的地面反作用力与作用于两腿部的地面反作用力的合计之比,该第二比是作用于右侧的腿部的地面反作用力与作用于两腿部的地面反作用力的合计之比。决定第一减重力和第二减重力各自的大小包括:根据第一比来决定第二减重力的大小;以及根据第二比来决定第一减重力的大小。
在本实施方式中,传感器5由第一传感器51和第二传感器52构成。因此,获取表示地面反作用力的偏差的信息包括:获取由第一传感器51测定出的第一地面反作用力的值以及由第二传感器52测定出的第二地面反作用力的值。第一比是第一地面反作用力的值与第一地面反作用力同第二地面反作用力的合计值之比,第二比是第二地面反作用力的值与第一地面反作用力同第二地面反作用力的合计值之比。此外,在本实施方式中,第一地面反作用力的测定值是由第一力传感器511和第二力传感器512测定的地面反作用力的合计值。同样地,第二地面反作用力的测定值是由第一力传感器521和第二力传感器522测定的地面反作用力的合计值。
各比与各减重力之间的关系也可以根据实施方式来适当决定。在本实施方式中,根据第一比来决定第二减重力的大小包括:随着第一比变大,使第二减重力变大;以及随着第一比变小,使第二减重力变小。同样地,根据第二比来决定第一减重力的大小包括:随着第二比变大,使第一减重力变大;以及随着第二比变小,使第一减重力变小。
实现各比与各减重力之间的该关系的方法也可以根据实施方式来适当决定。各比与各减重力之间的关系例如也可以通过规定的函数来定义。在本实施方式中,根据第一比来决定第二减重力的大小包括:计算第一比与第一比例常数的第一积;计算所计算出的第一积与第一常数项的第一和;以及将所计算出的第一和用作第二减重力的值。同样地,根据第二比来决定第一减重力的大小包括:计算第二比与第二比例常数的第二积;计算所计算出的第二积与第二常数项的第二和;以及将所计算出的第二和用作第一减重力的值。即,在本实施方式中,各比与各减重力之间的关系通过一次函数来表现。各常数项规定各减重力的偏置。
在此,使用图7和图8来详细地说明计算各减重力并控制各执行器(1、2)的上述过程的一例。图7示出计算各减重力并控制各执行器(1、2)的过程的一例。图8示出地面反作用力的偏差与各减重力之间的关系的一例。首先,如图7所示,信息获取部611获取由构成传感器5的各传感器(51、52)测定出的各地面反作用力的值来作为表示地面反作用力的偏差的信息。地面反作用力的值FFP通过以下的式1来表示。
[数1]
FLH表示由第一传感器51的第一力传感器511获得的测定值,FLT表示由第二力传感器512获得的测定值。也就是说,FLH和FLT的合计值是第一地面反作用力的值的一例。另外,FRH表示由第二传感器52的第一力传感器521获得的测定值,FRT表示由第二力传感器522获得的测定值。也就是说,FRH和FRT的合计值是第二地面反作用力的值的一例。信息获取部611通过以下的式2和式3的计算,来计算第一比和第二比。
[数2]
[数3]
RL(FFP)示出第一比的一例,RR(FFP)示出第二比的一例。即,在本实施方式中,第一比用第一地面反作用力的值与第一地面反作用力同第二地面反作用力的合计值之比来表示。第二比用第二地面反作用力的值与第一地面反作用力同第二地面反作用力的合计值之比来表示。
接着,减重力决定部612根据所获得的各比来决定各减重力的大小(目标值70)。具体地说,通过以下的式4,减重力决定部612根据第一比来决定第二减重力的大小,并根据第二比来决定第一减重力的大小。
[数4]
fFref(FFP)示出用于规定目标值70的函数的一例。Fref表示所计算出的目标值70。FLref表示被决定的第一减重力的大小。FRref表示被决定的第二减重力的大小。αR是第一比例常数的一例,βR是第一常数项的一例。另外,αL是第二比例常数的一例,βL是第二常数项的一例。
在本实施方式中,第一比例常数被设定为正的值。由此,能够如图8所示那样以下面的方式决定第二减重力的大小:随着第一比变大而第二减重力变大,随着第一比变小而第二减重力变小。同样地,在本实施方式中,第二比例常数被设定为正的值。由此,能够以下面的方式决定第一减重力的大小:随着第二比变大而第一减重力变大,随着第二比变小而第一减重力变小。各常数项(βR、βL)规定各减重力的偏置。
此外,图8所示的曲线图的横轴表示第二比。在图8的例子中,第一减重力和第二减重力的合计值被固定为固定的规定值。像这样,第一减重力和第二减重力的合计值也可以被维持为固定的规定值。但是,减重力的设定也可以不限定于这样的例子。第一减重力和第二减重力的合计值也可以不固定为固定的规定值。
接着,在本实施方式中,为了实施前馈控制71,信息获取部611获取由各线性编码器(15、25)测定的表示构成各执行器(1、2)的人工肌肉的肌肉收缩率的信息。各人工肌肉的肌肉收缩率ε通过以下的式5来表示。
[数5]
εL表示由线性编码器15测定出的第一执行器1的肌肉收缩率。εR表示由线性编码器25测定出的第二执行器2的肌肉收缩率。由各执行器(1、2)输出的驱动力(减重力)是根据人工肌肉的肌肉收缩率和提供的空气的压力来决定的。因此,减重指令部613通过以下的式6~式8来决定向各执行器(1、2)提供的压力Pf,以通过前馈控制71来实现期望的减重力Fref的输出。
[数6]
[数7]
fu=auε2+buε+cu…(式7)
[数8]
fl=alε2+blε+cl…(式8)
fPAM(Fref,ε)表示用于根据减重力的目标值70(Fref)和各人工肌肉的肌肉收缩率ε来计算向各执行器(1、2)提供的压力Pf的函数。Pu表示作为高压侧的基准的压力(以下也记载为“高压侧基准压”)。Pl表示作为低压侧的基准的压力(以下也记载为“低压侧基准压”)。高压侧基准压和低压侧基准压表示人工肌肉的校准中所利用的气压。fl是表示高压侧基准压Pu下的气压方式的人工肌肉的力与气压之间的关系的比例常数。fu是表示低压侧基准压Pl下的气压方式的人工肌肉的力与气压之间的关系的比例常数。该比例常数在各基准压Pu和Pl下通过二次方程式来近似。(au,bu,cu)和(al,bl,cl)是该近似中的二次方程式的系数。PLf表示向第一执行器1提供的空气的压力。PRf表示向第二执行器2提供的空气的压力。此外,在上述中,基于气压方式的人工肌肉的近似的模型公式是通过二次函数来给出的。然而,模型公式也可以不限定于这样的例子。模型公式也可以使用更高次的函数式、例如三次以上的多项式、三角函数等来近似。
另外,在本实施方式中,为了通过反馈控制72来校正向各执行器(1、2)提供的压力,信息获取部611获取由各称重传感器(30、40)测定的表示针对使用者W的各腿部的减重力的实测值的信息。各减重力的实测值FPAM通过以下的式9来表示。
[数9]
FLPAM表示由称重传感器30测定的第一减重力的实测值。FRPAM表示由称重传感器40测定的第二减重力的实测值。反馈控制72的方法也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。作为反馈控制72,可以采用PI控制、PID控制等公知的方法。
在本实施方式中,作为反馈控制72,采用PID控制。因此,减重指令部613通过以下的式10来计算各减重力的目标值70(Fref)与实测值(FPAM)之间的偏差e。然后,减重指令部613通过以下的式11,基于所计算出的偏差e来计算向各执行器(1、2)提供的压力的校正量PPID。
[数10]
[数11]
eL表示第一减重力的目标值70与实测值之间的偏差。eR表示第二减重力的目标值70与实测值之间的偏差。PLPID表示向第一执行器1提供的压力的校正量。PRPID表示向第二执行器2提供的压力的校正量。Kp表示比例增益,Kd表示微分增益,Ti表示积分增益。各增益可以通过实验来调整。各增益的调整例如可以通过阶跃响应法、稳定边界法等来进行。
减重指令部613通过以下的式12来将通过前馈控制71决定的压力的值Pf与通过反馈控制72决定的压力的校正量PPID相加,由此决定向各执行器(1、2)提供的压力的值P。
[数12]
PL表示向第一执行器1提供的压力。PR表示向第二执行器2提供的压力。减重指令部613向各阀(11、21)提供指令,由此调节从压缩机CP经由各阀(11、21)输出到各执行器(1、2)的空气的压力。由此,减重指令部613向各执行器(1、2)提供被决定的压力P,来将各执行器(1、2)控制为从各执行器(1、2)输出期望的减重力。
返回到图6,指定受理部614受理式4的各常数项等用于决定减重力的参数的值的指定。初始设定部615在各支承构件(3、4)的近端(31、41)被穿戴于使用者W之后对各阀(11、21)进行控制以向各执行器(1、2)提供规定压力的压缩空气。然后,初始设定部615借助输出装置65来向操作者输出指示,使得各支承构件(3、4)以使由各线性编码器(15、25)测定的肌肉收缩率成为规定的值的方式张紧。由此,初始设定部615实施构成各执行器(1、2)的人工肌肉的初始设定。
在后述的动作例中详细地说明控制装置6的各软件模块。此外,在本实施方式中,说明了控制装置6的各软件模块均由通用的CPU来实现的例子。然而,以上的软件模块的一部分或者全部也可以由1个或多个专用的处理器来实现。另外,关于控制装置6的软件结构,也可以根据实施方式来适当地进行软件模块的省略、置换以及追加。
§2动作例
接着,使用图9来说明减重装置100的动作例。图9是示出本实施方式所涉及的控制装置6的与减重有关的处理过程的一例的流程图。以下说明的处理过程是控制方法的一例。但是,以下说明的处理过程不过是一例,各处理可以进行任何可能的变更。另外,关于以下说明的处理过程,能够根据实施方式来适当地进行步骤的省略、置换以及追加。
(事前准备)
首先,使用者W移动到吊具FL的梁部F3之下,将各支承构件(3、4)的近端(31、41)穿戴于裤腰附近。例如,第一支承构件3的各绳索(38、39)的近端(381、391)可以具备绳索棘轮。使用者W可以将各近端(381、391)的绳索棘轮安装于左半身的裤腰附近设置的保持件。同样地,第二支承构件4的各绳索(48、49)的近端(481、491)可以具备绳索棘轮。使用者W可以将各近端(481、491)的绳索棘轮安装于右半身的裤腰附近设置的保持件。由此,使用者W能够将各支承构件(3、4)的近端(31、41)穿戴于裤腰附近。也可以由辅助者来对该穿戴进行辅助。控制装置6例如可以通过操作者借助输入装置64的操作等来识别出各支承构件(3、4)的近端(31、41)已被穿戴于使用者W的情况。与此相应地,控制装置6可以执行以下的信息处理。
(步骤S10)
在步骤S10中,控制部61作为初始设定部615进行动作,将用于进行各执行器(1、2)的初始设定的指示输出到输出装置65。作为一例,控制部61在各支承构件(3、4)的近端(31、41)已被穿戴于使用者W之后,对各阀(11、21)进行控制以向各执行器(1、2)提供规定压力的压缩空气。然后,控制部61向输出装置65输出促使各支承构件(3、4)以使由各线性编码器(15、25)测定的肌肉收缩率成为规定的值的方式张紧的指示。操作者对各绳索(37~39、47~49)的长度进行适当调节,由此使各支承构件(3、4)以使各人工肌肉的肌肉收缩率成为规定的值的方式张紧。由此,构成各执行器(1、2)的人工肌肉的初始设定完成。
气压方式的人工肌肉的驱动力是由作用于人工肌肉的气压和人工肌肉的肌肉收缩率来决定的。当作用的气压小时通过肌肉收缩率的变动而引起的驱动力的变化变小,当作用的气压大时通过肌肉收缩率的变动而引起的驱动力的变化变大。同样地,在肌肉收缩率大的状态下通过气压的变动而引起的驱动力的变化变小,在肌肉收缩率小的状态下通过气压的变动而引起的驱动力的变化变大。因此,在驱动力的控制中期望气压和肌肉收缩率为适度的状态。根据该初始设定,能够将各执行器(1、2)的人工肌肉的状态初始化为适于各减重力的控制。由此,能够使得易于控制在后述的步骤S18中针对使用者W的各腿部产生的各减重力。
此外,向各执行器(1、2)提供的压力和肌肉收缩率的规定的值可以根据实施方式来适当设定。各规定的值既可以通过控制程序90内的设定值来赋予,也可以通过操作者借助输入装置64的输入来赋予。控制部61基于从各线性编码器(15、25)获得的肌肉收缩率的测定值已变为规定的值,来识别出各人工肌肉的初始设定的完成。当各人工肌肉的初始设定完成时,控制部61使处理前进到下一个步骤S12。
(步骤S12)
在步骤S12中,控制部61作为指定受理部614进行动作,受理包括式4的各常数项(βR、βL)在内的减重量的参数的值的指定。操作者通过输入装置64来输入各参数的值。
在本实施方式中,第一减重力和第二减重力的合计值也可以被维持为固定的规定值。与此相应地,控制部61也可以受理各常数项(βR、βL)的值的指定和合计值的值的指定来作为减重量的参数。在本实施方式中,通过上述式4的计算来计算各减重力的目标值70。因此,在第一减重力和第二减重力的合计值被维持为固定的规定值的情况下,各比例常数(αR、αL)被确定为相同的值“(合计值)-(βR+βL)”。在该情况下,能够通过各常数项(βR、βL)的值的变更,来简单地调整针对各腿部的减重力的大小。
此外,在常数项(βR、βL)的和比第一减重力和第二减重力的合计值大的情况下,各比例常数(αR、αL)的值为负,难以在各腿部为支撑腿时减小针对各腿部的减重力并在各腿部为摆动腿时增大针对各腿部的减重力。因此,也可以是,在被指定的常数项(βR、βL)的和比被指定的合计值大的情况下,控制部61返回错误,再次受理各参数的值的指定。
但是,各参数的值的指定也可以不限定于这样的例子。控制部61也可以受理与第一减重力和第二减重力的合计值相比和更大的常数项(βR、βL)的值的指定。另外,第一减重力和第二减重力的合计值也可以不被维持为固定的规定值。在该情况下,控制部61也可以还受理各比例常数(αR、αL)的值的指定来作为减重量的参数。
此外,根据后述的实验例,在使用者W为偏瘫脑卒中的患者的情况下,当使针对健康侧的腿部的减重力比针对瘫痪侧的腿部的减重力大时,能够改善步行周期的左右的平衡。因此,为了改善步行周期的左右的平衡,优选的是,将健康侧的常数项设定为比瘫痪侧的常数项大的值。当各参数的值的指定的受理完成时,控制部61使处理前进到下一个步骤S14。
(步骤S14)
在步骤S14中,控制部61作为信息获取部611进行动作,获取由传感器5测定出的表示地面反作用力的偏差的信息。在本实施方式中,传感器5由第一传感器51和第二传感器52构成。因此,控制部61获取表示由第一传感器51测定出的第一地面反作用力的值和由第二传感器52测定出的第二地面反作用力的值的信息,来作为表示地面反作用力的偏差的信息。
更详细地说,各传感器(51、52)由第一力传感器(511、521)和第二力传感器(512、522)构成。控制部61获取表示由各力传感器(511、512、521、522)测定出的地面反作用力的值FFP的信息。然后,控制部61按照上述式2和式3来计算第一比RL(FFP)和第二比RR(FFP)。由此,控制部61获取表示第一比RL(FFP)和第二比RR(FFP)的信息来作为表示地面反作用力的偏差的信息。
另外,控制部61为了前馈控制71而获取由各线性编码器(15、25)测定出的表示构成各执行器(1、2)的人工肌肉的肌肉收缩率ε的信息。详细地说,通过各线性编码器(15、25)能够测定构成各执行器(1、2)的人工肌肉的长度。控制部61能够根据该测定值来导出各人工肌肉的肌肉收缩率。例如,控制部61能够通过以下的式13来导出肌肉收缩率ε。
[数13]
ε=(L0-L)/L0…(式13)
L0表示各人工肌肉的自然长度,是根据各人工肌肉的规格而预先提供的。L表示由各线性编码器(15、25)测定的各人工肌肉的长度。控制部61将由各线性编码器(15、25)获得的各人工肌肉的长度的测定值代入到式13并执行该式13的运算,由此能够计算肌肉收缩率ε。
并且,控制部61为了反馈控制72而获取由各称重传感器(30、40)测定出的表示由各执行器(1、2)提供的各减重力的实测值FPAM的信息。
此外,获取各信息的路径也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。例如,传感器5、各线性编码器(15、25)以及各称重传感器(30、40)也可以经由外部接口63来与控制装置6直接连接。在该情况下,控制部61也可以经由外部接口63而从传感器5、各线性编码器(15、25)以及各称重传感器(30、40)直接获取各信息。或者,传感器5、各线性编码器(15、25)以及各称重传感器(30、40)也可以与其它计算机连接。在该情况下,控制部61也可以经由其它计算机而从传感器5、各线性编码器(15、25)以及各称重传感器(30、40)间接获取各信息。当获取到各信息时,控制部61使处理前进到下一个步骤S16。
(步骤S16)
在步骤S16中,控制部61作为减重力决定部612进行动作,根据获取到的信息所示的地面反作用力的偏差来决定第一减重力(FLref)和第二减重力(FRref)各自的大小。
在本实施方式中,控制部61将在步骤S12中被指定的各常数项(βR、βL)、以及被确定或指定的各比例常数(αR、αL)的值代入到式4。并且,控制部61将在步骤S14中获取到的各比的值(RL(FFP)、RR(FFP))代入到式4。然后,控制部61通过执行式4的运算,来计算各减重力Fref的目标值70,换言之,决定各减重力Fref的大小。当决定了各减重力Fref的大小时,控制部61使处理前进到下一个步骤S18。
此外,在第一减重力和第二减重力的合计被维持为固定的规定值的情况下,当被指定的常数项(βR、βL)的值的合计为该规定值以上时,为了按照式4决定各减重力Fref的大小,各比例常数(αR、αL)的值要为负。控制部61也可以使用该负值的各比例常数(αR、αL),来按照式4决定各减重力Fref的大小。
但是,在所确定的各比例常数(αR、αL)的绝对值比常数项(βR、βL)中的任一方的绝对值大的情况下,有可能向使用者W提供超过常数项(βR、βL)的和的减重力。为了防止该情况,也可以是,在被指定的常数项(βR、βL)的值的合计为该规定值以上的情况下,控制部61根据被指定的常数项(βR、βL)的值之比来决定各减重力Fref的大小。
由此,即使在各常数项(βR、βL)、即各减重力的偏置的合计被设定为超过规定值的情况下,也能够避免向各腿部提供的减重力的合计超过固定的规定值,从而能够防止超过期望的大小的减重力作用于使用者W。另外,通过根据各常数项(βR、βL)之比来决定各减重力Fref的大小,能够使与设定各常数项(βR、βL)的意图相应的减重力作用于使用者W的各腿部。
(步骤S18)
在步骤S18中,控制部61作为减重指令部613进行动作,分别对第一执行器1和第二执行器2进行控制,使得第一执行器1和第二执行器2产生被分别决定的大小的第一减重力(FLref)和第二减重力(FRref)。
在本实施方式中,控制部61按照上述式6~式8来决定向各执行器(1、2)提供的压力Pf,以通过前馈控制71来实现期望的减重力Fref的输出。在前馈控制71中利用通过步骤S16而决定的各减重力Fref的值以及通过步骤S14而获得的表示各人工肌肉的肌肉收缩率ε的信息。
另外,控制部61通过反馈控制72并按照上述式10和式11来基于各减重力的目标值70(Fref)与实测值(FPAM)之间的偏差e计算向各执行器(1、2)提供的压力的校正量PPID。在反馈控制72中利用通过步骤S16而决定的各减重力Fref的值以及通过步骤S14而获得的表示各减重力的实测值FPAM的信息。
然后,控制部61按照式12将通过前馈控制71决定的压力的值Pf与通过反馈控制72决定的压力的校正量PPID相加,由此决定向各执行器(1、2)提供的压力的值P。控制部61通过向各阀(11、21)提供指令,来调节从压缩机CP经由各阀(11、21)而输出到各执行器(1、2)的空气的压力。由此,控制部61对各执行器(1、2)的动作进行控制以从各执行器(1、2)输出期望的驱动力(减重力)。当驱动力的输出完成时,控制部61使处理前进到下一个步骤20。
(步骤S20)
在步骤S20中,控制部61判定是否结束各执行器(1、2)的动作的控制。结束的触发可以根据实施方式来适当设定。
例如,控制部61也可以借助输入装置64来受理结束的指定。在该情况下,在未借助输入装置64输入结束的指定的期间,控制部61判定为不结束各执行器(1、2)的控制。另一方面,当借助输入装置64输入了结束的指定时,控制部61判定为结束各执行器(1、2)的控制。
另外,例如,也可以设定持续进行各执行器(1、2)的控制的时间(以下也简单记载为“持续时间”)。在该情况下,在经过持续时间之前,控制部61判定为不结束各执行器(1、2)的控制。另一方面,当经过了持续时间时,控制部61判定为结束各执行器(1、2)的控制。
此外,持续时间既可以是通过操作者借助输入装置64的输入来指定的,也可以是通过控制程序90内的设定值来赋予的。在受理持续时间的输入的情况下,可以在上述步骤S12中进行持续时间的设定,也可以与上述步骤S12分开进行持续时间设定。控制部61也可以具备计时器(未图示)以测量从控制各执行器(1、2)的动作起的经过时间。
在判定为不结束控制的情况下,控制部61从步骤S14起重复进行处理。另一方面,在判定为结束控制的情况下,控制部61结束本动作例所涉及的一系列处理。
§3特征
如以上那样,根据本实施方式,分别准备用于提供作用于使用者W的各腿部的减重力的执行器(第一执行器1和第二执行器2)。在步行期间内,由传感器5来测定使用者W的各腿部所需要的地面反作用力的偏差。然后,控制装置6通过上述步骤S14~S18的处理,根据测定的地面反作用力的偏差来决定各减重力的大小,并对各执行器(1、2)的动作进行控制以产生被决定的大小的各减重力。即,能够使用步行期间内的地面反作用力的偏差,例如图8所示那样独立且动态地调整针对使用者W的各腿部的减重力。因而,根据本实施方式所涉及的减重装置100,能够在步行期间内独立且动态地变更分别针对使用者W的左右腿部的减重力。
另外,在本实施方式中,在上述步骤S16中,控制装置6根据作用于左腿的地面反作用力的第一比(RL(FFP)),来决定针对右腿的第二减重力(FRref)的大小。控制装置6根据作用于右腿的地面反作用力的第二比(RR(FFP)),来决定针对左腿的第一减重力(FLref)的大小。由此,能够根据与支撑腿相对应的地面反作用力来决定向摆动腿提供的减重力的大小。
另外,在本实施方式中,通过将各比例常数(αR、αL)设定为正的值,能够使第二减重力(FRref)与第一比(RL(FFP))的增减相应地增减。另外,能够使第一减重力(FLref)与第二比(RR(FFP))的增减相应地增减。即,能够将针对各腿部的减重力的大小控制为:在各腿部为支撑腿时针对各腿部的减重力变小,在各腿部为摆动腿时针对各腿部的减重力变大。由此,能够以对步行动作中的抬起腿部的动作进行比较强的辅助的方式产生减重力。另外,设想偏瘫脑卒中的患者使用本实施方式所涉及的减重装置100的场景。在该场景中,使用者在开始用瘫痪侧的腿部来支承时,能够通过上述的减重力的控制来促使体重从健康侧移动到瘫痪侧。由此,能够提高瘫痪侧的腿部的支承时间的比例来改善左右的支承时间的平衡。
另外,在本实施方式中,各比(RL(FFP)、RR(FFP))与各减重力(FRref、FLref)之间的关系是通过由比例常数(αR、αL)和常数项(βR、βL)规定的一次函数来给出的。因而,能够通过比例常数(αR、αL)和常数项(βR、βL)来简单地调整向使用者W的各腿部提供的减重力的大小,由此,能够根据使用者W的各种各样的状态来制作锻炼程序。
另外,在本实施方式中,在各支承构件(3、4)中,通过第二绳索(38、48)和第三绳索(39、49)来将使用者W的身体从前后抬起。此外,第二绳索(38、48)及第三绳索(39、49)与连结具(36、46)的第一端部(361、461)及第二端部(362、462)结合,该连结具(36、46)还有朝向上方的凸部(363、463)。由此,能够抑制前后方向的摇动,能够稳定地抬起使用者W的身体。另外,保持部(F4、F5)的宽度比使用者W的肩宽稍窄,由此各支承构件(3、4)配置为比使用者W的肩靠内侧,能够从肩的内侧抬起使用者W的身体。通过这些,各支承构件(3、4)能够稳定地支承使用者W的身体。并且,各连结具(36、46)形成为く字形并配置为向上凸,由此能够确保使用者W的肩周围的空间。由此,能够使得使用者W在步行动作时易于活动肩且易于摇动手臂。即,能够使得易于促进使用者W进行自然的步行动作。
§4变形例
以上,详细地说明了本发明的实施方式,但是前述的说明在所有方面均不过是本发明的例示。能够不脱离本发明的范围地进行各种改良、变形,这是不言而喻的。例如,能够进行以下那样的变更。此外,在下面,对于与上述实施方式相同的结构要素使用相同的附图标记,关于与上述实施方式相同的方面,适当省略了说明。以下的变形例能够适当组合。
<4.1>
在上述实施方式中,作为各执行器(1、2),使用了气压方式的人工肌肉。然而,各执行器(1、2)的种类也可以不限定于气压方式的人工肌肉。关于各执行器(1、2)的种类,只要能够提供减重力即可,也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。例如,作为各执行器(1、2),可以使用气压缸、收线式的电动机、串联弹性执行器(Series ElasticActuator)、液压活塞、滚珠丝杠、直线电动机等。作为第一执行器1和第二执行器2,也可以使用不同种类的执行器。另外,各执行器(1、2)可以由1个或多个执行器构成。在执行器具有2个以上的输出的情况下,也可以将任意输出部分用作第一执行器1,而将其它输出部分用作第二执行器2。例如,进行往复运动的气压缸能够从2个方向取得输出。在该情况下,也可以将往复运动与地面反作用力的偏差进行对应,将各方向的输出分别取作第一执行器1和第二执行器2的输出。
另外,作为控制向各执行器(1、2)的人工肌肉提供的气压的结构,利用了各阀(11、21)和压缩机CP。然而,控制向人工肌肉提供的气压的结构也可以不限定于这种例子,可以根据实施方式来适当决定。例如,也可以在各执行器(1、2)中准备个别的压缩机。
<4.2>
在上述实施方式中,吊具FL具备一对柱部(F1、F2)、梁部F3以及一对保持部(F4、F5)。然而,关于吊具FL的结构,只要能够悬挂各支承构件(3、4)即可,也可以不限定于这样的例子,可以根据实施方式来适当决定。另外,在由建筑物的设备等其它构件悬挂各支承构件(3、4)的情况下,吊具FL也可以省略。另外,一对保持部(F4、F5)的间隔也可以比使用者W的肩宽更宽。由此,也可以是,各支承构件(3、4)配置于比使用者W的肩靠外侧的位置,使得相对于使用者W的身体而言朝向外侧产生减重力。
另外,在上述实施方式中,各支承构件(3、4)具备线缆(35、45)、连结具(36、46)、第一绳索(37、47)、第二绳索(38、48)以及第三绳索(39、49)。然而,关于各支承构件(3、4)的结构,只要能够将从各执行器(1、2)提供的减重力传递到使用者W的各腿部即可,也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当决定。另外,各支承构件(3、4)也可以还具备用于抑制各连结具(36、46)左右摇动或旋转的约束具。
图10示意性地例示本变形例所涉及的减重装置100A的一例。在本变形例中,减重装置100A还具备约束具RT。除了这一点以外,本变形例所涉及的减重装置100A与上述实施方式所涉及的减重装置100同样地构成。在图10的例子中,约束具RT将各连结具(36、46)的第二端部(362、462)之间连结。由此,约束具RT抑制各连结具(36、46)的左右的摇动和旋转。但是,约束具RT的连结位置也可以不限定于这种例子,只要能够抑制各连结具(36、46)的左右的摇动和旋转即可,可以根据实施方式来适当决定。此外,该约束具RT的材料也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。作为约束具RT,例如可以使用板簧、聚氨酯树脂等具有弹性或缓冲性的材料。
图11A示意性地例示其它方式所涉及的具备约束具RT2的减重装置的一例。图11B示意性地例示约束具RT2的结构的一例。本变形例所涉及的减重装置具备一对约束具RT2。也就是说,针对各连结具(36、46)一对一地准备约束具RT2。右侧的约束具RT2构成为将右侧的连结具46与右侧的柱部F1连结,来约束连结具46。左侧的约束具RT2构成为将左侧的连结具36与左侧的柱部F2连结,来约束连结具36。
各约束具RT2具备一对第一连结带1001、弹簧1002、第二连结带1003以及安装部1004。约束具RT2的各第一连结带1001的一端部与连结具(36)(46)的各端部(361、362)(461、462)结合,各第一连结带1001的另一端部与弹簧1002的一端部结合。弹簧1003的另一端部与第二连结带1003的一端部结合,第二连结带1003的另一端部与安装部1004结合。各连结带(1001、1003)的长度可以构成为能够调整。安装部1004构成为能够与各柱部(F1、F2)连结。安装部1004例如可以由磁体构成。在该情况下,安装部1004构成为能够通过磁力来与各柱部(F1、F2)连结。根据该约束具RT2,一边通过弹簧1002来施加张力,一边将各连结具(36、46)与各柱部(F2、F1)连结,由此能够约束各连结具(36、46)的活动(特别是,旋转方向的振动)。其结果是,能够避免各连结具(36、46)碰到步行动作中的使用者W的脸和身体。
并且,在本变形例中,在各柱部(F1、F2)的内侧设置有沿上下方向延伸的导轨1103,并配置有构成为能够在该导轨1103上滑动的小车1101。小车1101与带1102的一端部结合。带1102绕在设置于各柱部(F1、F2)的小车1101的上方的滑轮1104上。带1102的另一端部与弹簧1105的一端部结合,弹簧1105的另一端部经由带而与固定部1106连结。固定部1106的结构可以是任意的。通过各柱部(F1、F2)具有这些结构要素,构成为小车1101能够通过弹簧1105的作用而调节上下方向的位置。由此,与各连结具(36、46)的上下方向的移动相应地,约束具RT2的安装部1004能够沿上下方向移动。其结果是,即使由于因步行动作引起的身体的摇晃、使用者W的变更等而各连结具(36、46)的上下方向的位置发生变更,也能够通过约束具RT2来适当地约束各连结具(36、46)的活动。
各弹簧(1002、1105)的周围可以被编织管(1010、1110)覆盖。由此,即使不使用缓冲器等,也能够抑制各弹簧(1002、1105)的摇晃。另外,能够防止各弹簧(1002、1105)夹住东西。
此外,约束具RT2和各柱部(F1、F2)的结构可以不限定于这样的例子。例如,安装部1004也可以直接连结(固定)于各柱部(F1、F2)。另外,例如,可以省略滑轮1104,小车1101可以构成为通过滑轮1104以外的方法来调整上下的位置。
<4.3>
在上述实施方式中,传感器5由力传感器(511、512、521、522)构成。然而,传感器5只要能够测定作用于使用者W的各腿部的地面反作用力的偏差即可,其种类也可以没有特别限定,可以根据实施方式来适当选择。作为传感器5,除了力传感器以外,例如可以使用动作捕捉器、倾斜传感器、肌电传感器、压力分布传感器等。倾斜传感器例如可以由加速度计和陀螺仪传感器构成。该倾斜传感器通过被穿戴于使用者W的腰等,能够测定地面反作用力的偏差。肌电传感器例如可以被穿戴于使用者W的各腿部。能够根据由肌电传感器测定的肌电来估计作用于使用者W的各腿部的地面反作用力(特别是,垂直荷重)。另外,例如,可以使用压力传感器(FSR(Force Sensing Resistor,力敏电阻)/PVDF膜等)等用于测定局部压力的传感器。在该情况下,可以将由传感器获得的局部压力的测定值近似地用作地面反作用力的测定值。另外,在上述实施方式中,根据由力传感器(511、512、521、522)测定的作用于各腿部的脚底的地面反作用力的值来导出地面反作用力的偏差。然而,导出地面反作用力的偏差的方法也可以不限定于这样的例子。
图12示意性地例示本变形例所涉及的减重装置100B的一例。减重装置100B除了将传感器5置换为传感器5A的点以外,与上述实施方式所涉及的减重装置100同样地构成。传感器5A构成为测定作用于使用者W的各腿部的地面反作用力的中心的位置,来作为表示地面反作用力的偏差的信息。对于传感器5A,例如可以使用压力分布传感器。在使用者W在运动平板上进行步行运动的训练的情况下,传感器5A可以内置于运动平板。
在该情况下,上述步骤S14中的获取表示地面反作用力的偏差的信息可以包括:获取测定出的地面反作用力的中心的位置。另外,第一比(RL(FFP))可以用以另一方的腿部(在实施方式中为右侧的腿部)的位置为基准时的地面反作用力的中心的位置的值与一方的腿部(在实施方式中为左侧的腿部)的位置的值之比来表示。同样地,第二比(RR(FFP))可以用以一方的腿部的位置为基准时的地面反作用力的中心的位置的值与另一方的腿部的位置的值之比来表示。此外,各腿部的位置的值也可以由传感器5A来测定。或者,关于各腿部的位置的值,也可以使用其它传感器。作为其它传感器,例如可以利用动作捕捉器。根据本变形例,也可以不在与各腿部的脚底直接相接的位置配置传感器,由此,能够促进使用者W进行自然的运动。特别是,配置于脚底之下的结构要素柔软,使用者W能够进行自然的踏步。
另外,在上述实施方式中,构成传感器5的各传感器(51、52)配置于使用者W的各腿部的脚底(例如,鞋底)。然而,传感器5的配置也可以不限定于这样的例子。传感器5的配置可以根据传感器5的种类和测定方法来适当决定。例如,在测定作用于在分开型的运动平板上进行步行运动的训练的使用者W的各腿部的地面反作用力的情况下,可以在运动平板中内置与各腿部对应的各力传感器。
另外,在上述实施方式中,各传感器(51、52)由配置于脚后跟侧的第一力传感器(511、521)和配置于脚尖侧的第二力传感器(512、522)构成。然而,各传感器(51、52)的结构也可以不限定于这种例子,可以根据实施方式来适当决定。构成各传感器(51、52)的力传感器的数量也可以不限定于2个,也可以是1个,也可以是3个以上。
另外,在上述实施方式中,通过步骤10的处理来进行构成各执行器(1、2)的人工肌肉的初始设定。该步骤S10的处理可以省略。例如,可以预先进行各人工肌肉的初始设定。在省略步骤S10的处理的情况下,可以从控制装置6的软件结构中省略初始设定部615。
<4.4>
在上述实施方式中,在第一减重力和第二减重力的合计维持为固定的规定值、且被指定的常数项(βR、βL)的值的合计为该规定值以上的情况下,控制装置6也可以在步骤S16中根据被指定的常数项(βR、βL)的值之比来决定各减重力Fref的大小。但是,决定各减重力Fref的方法也可以不限定于这种例子,可以根据实施方式来适当决定。例如,控制装置6在这种情况下也可以直接采用被指定的常数项(βR、βL)的值来作为各减重力Fref。
另外,在上述实施方式中,控制装置6在步骤S12中受理包括各常数项(βR、βL)在内的减重量的参数的值的指定。该受理参数的值的指定的处理也可以省略。例如,比例常数(αR、αL)和常数项(βR、βL)中的至少一部分也可以通过控制程序90内的设定值等来预先赋予。在省略步骤12的处理的情况下,也可以从控制装置6的软件结构中省略指定受理部614。
另外,在上述实施方式中,各比(RL(FFP)、RR(FFP))与各减重力(FRref、FLref)之间的关系是通过由比例常数(αR、αL)和常数项(βR、βL)规定的一次函数来给出的。然而,各比(RL(FFP)、RR(FFP))与各减重力(FRref、FLref)之间的关系也可以不限定于这种例子,可以根据实施方式来适当设定。例如,各比(RL(FFP)、RR(FFP))与各减重力(FRref、FLref)之间的关系可以通过n次函数(n为2个以上的自然数)、三角函数、对数函数等一次函数以外的函数来规定。
另外,在上述实施方式中,在各比例常数(αR、αL)被设定为正的值的情况下,第二减重力(FRref)与第一比(RL(FFP))的增减相应地增减,第一减重力(FLref)与第二比(RR(FFP))的增减相应地增减。赋予这种关系的方法也可以不限定于这样的例子。另外,该关系也可以反转。即,也可以是,第二减重力(FRref)与第一比(RL(FFP))的增加相应地减少,第二减重力(FRref)与第一比(RL(FFP))的减少相应地增加。同样地,也可以是,第一减重力(FLref)与第二比(RR(FFP))的增加相应地减少。也可以是,第一减重力(FLref)与第二比(RR(FFP))的减少相应地增加。
另外,在上述实施方式中,将第一比(RL(FFP))用作指标来决定第二减重力(FRref),将第二比(RR(FFP))用作指标来决定第一减重力(FLref)。然而,基于地面反作用力的偏差来决定各地面反作用力(FLref、FRref)的方法也可以不限定于这样的例子。也可以是,将第一比(RL(FFP))用作指标来决定第一减重力(FLref),将第二比(RR(FFP))用作指标来决定第二减重力(FRref)。也可以与各比的增减相应地各减重力增减。另外,该关系也可以反转。
另外,在上述实施方式中,地面反作用力的偏差是通过地面反作用力之比(RL(FFP)、RR(FFP))来表现的。然而,表现地面反作用力的偏差的方法也可以不限定于这种例子,可以根据实施方式来适当决定。例如,也可以将面压力传感器、压力分布传感器等能够测定压力分布的传感器的测定值直接作为地面反作用力的偏差来获取。或者,也可以预先将与由肌电位计、角度传感器等传感器获得的测定值相对应的地面反作用力的偏差进行模型化。在该情况下,也可以通过将由该传感器获得的测定值输入到给定的模型公式,来计算地面反作用力的偏差。
另外,在上述实施方式中,为了测定构成各执行器(1、2)的人工肌肉的肌肉收缩率而使用了各线性编码器(15、25)。各线性编码器(15、25)配置于各执行器(1、2)与各支承构件(3、4)之间的连接部分。然而,关于用于测定肌肉收缩率的传感器的种类及配置,只要能够测定肌肉收缩率即可,也可以不限定于这样的例子,可以根据实施方式来适当决定。作为用于测定肌肉收缩率的传感器,可以利用线性编码器以外的编码器。
另外,在上述实施方式中,为了测定作用于各腿部的减重力而使用了各称重传感器(30、40)。各称重传感器(30、40)配置于各支承构件(3、4)中的、线缆(35、45)与第一绳索(37、47)之间的结合部分。然而,关于用于测定作用于各腿部的减重力的传感器的种类及配置,只要能够测定针对各腿部的减重力即可,也可以不限定于这样的例子,可以根据实施方式来适当决定。
<4.5>
在上述实施方式中,控制装置6不考虑使用者W的步行周期地输出根据地面反作用力的偏差而决定的大小的各减重力。然而,输出各减重力的定时可以不限定于这样的例子。控制装置6也可以构成为根据步行周期来调节分别产生被分别决定的大小的第一减重力和第二减重力的定时。
图13例示各减重力的大小与步行周期之间的关系的一例。在本变形例中,控制部61获取表示步行周期的信息(以下也记载为周期信息)。获取该周期信息的方法可以没有特别限定,也可以根据实施方式来适当选择。步行周期例如可以由动作传感器等其它传感器测定。或者,控制装置6也可以具备构成为估计步行周期的相位估计器来作为软件模块。即,控制部61也可以通过适当估计使用者的步行周期来获取周期信息。作为估计步行周期的方法,可以采用公知的方法。作为一例,控制部61也可以基于由上述其它传感器获得的测定数据来估计步行周期。作为其它一例,在使用者W正在运动平板上进行步行动作的情况下,能够根据运动平板的速度和足跟着地的定时来估计步行周期。另外,在上述实施方式中,能够基于传感器5的各力传感器(511、512、521、522)的输出来检测各腿部的足跟着地。在该情况下,控制部61也可以从运动平板直接地获取或者通过操作者的输入来获取表示运动平板的速度的信息。另外,控制部61也可以基于传感器5的输出来检测各腿部的足跟着地。然后,控制部61也可以根据运动平板的速度和足跟着地的定时来估计步行周期。
接着,控制部61根据所获得的周期信息所示的步行周期,来决定在各定时输出的各减重力的大小。作为一例,控制部61可以在上述步骤S16中取代上述式4的运算而是执行以下的式14的运算,由此决定在各定时输出的各减重力的大小。
[数14]
Ftref与Fref对应,表示要计算的目标值70。ΔTL表示与步行周期相对应的第一减重力的输出定时的调整量,ΔTR表示第二减重力的输出定时的调整量。各调整量可以通过操作者的输入来指定。或者,各调整量可以根据步行周期来适当决定。控制装置6的这些以外的处理可以与上述实施方式相同。由此,如图13所示,控制装置6能够延迟ΔTL和ΔTR地输出各减重力。
根据本变形例,控制装置6能够通过适当调整ΔTL和ΔTR,来使输出各减重力的定时在时间上发生变动。由此,能够自由地调整与步行周期相对应的各减重力的模式,其结果是,能够期待使使用者W锻炼到左右对称的自然的步行的效果。例如,通过使针对瘫痪侧的腿部的减重力的输出定时相对地变化,能够促使使用者W进行左右对称的自然的步行。此外,在上述的例子中,通过ΔTL和ΔTR来使输出各减重力的定时延迟。然而,定时的调整方法可以不限定于这样的例子。控制装置6也可以以使输出各减重力的定时提前的方式决定调整量。
<4.6>
在上述实施方式中,控制装置6可以构成为在步行周期的规定的定时使第一减重力和第二减重力中的至少一方增加与感觉阈值相当的量。
图14例示将与感觉阈值(ΔFL)相当的量的减重力追加到第一减重力(FLref)的定时的一例。此外,在图14中,为了便于说明,第一减重力(FLref)的大小用固定值来表现,但是可以通过上述实施方式或者变形例的方法来决定第一减重力(FLref)的大小。第二减重力也同样可以追加与感觉阈值相当的量的减重力。在本变形例中,控制部61获取表示步行周期的周期信息。周期信息可以通过与上述<4.5>同样的方法来获取。然后,控制部61响应于步行周期为规定的定时,使对象的减重力的大小增加与感觉阈值相当的量。控制装置6的这些以外的处理可以与上述实施方式相同。
感觉阈值可以被适当决定为使使用者W能够在体感上感觉到减重力的变动。该变动量可以是体感上能够感知但很微小的值。变动量是比体感上能够感知的阈值大的变动量。变动量的阈值可以事前决定。作为一例,可以通过如以下那样的方法来决定变动量的阈值。首先,设定为向使用者W提供任意大小的减重力。例如,如图14那样,减重力(在图14中例示第一减重力)的大小可以为固定值。固定值可以是在一个步行周期内提供的减重力的平均值。然后,逐渐使变动量的值变大,来向使用者W确认是否感知到了减重量的变动。由此,能够将使用者W感知到的值决定为变动量的感觉阈值。另外,追加与感觉阈值相当的量的减重力的定时可以任意决定。作为一例,与感觉阈值相当的量的减重力可以在指示通过各腿部来踢地面的动作的开始的定时追加。该定时可以通过操作者(例如,治疗师)的输入来指定。根据本变形例,能够通过体感来向使用者W示教步行动作的定时。在使用者W正在锻炼左右对称的自然的步行的情况下,该通过体感的步行动作的定时的示教可以在步行的左右对称性不见改善时进行。在该情况下,能够不扰乱向各腿部提供的减重力的模式地实现步行动作的对称性的改善。
此外,作为示教步行动作的定时的方法,除了该通过体感的方法以外,例如能够想到通过影像的方法、通过声音的方法等。在通过影像示教步行动作的定时的情况下,使用者W不得不注视该影像。另外,在通过声音示教的情况下,针对左右腿部要分别用不同种类的声音来示教定时,使用者W不得不识别该声音的种类。因而,在使用者W例如为高龄者、中枢神经疾病的患者等的情况下,使用者W感知各个示教的负担高,有可能难以使使用者W按照示教来进行步行动作。另外,当使注意力集中于声音时,有可能会阻碍与步行训练的看护者、治疗师等进行运动示教的人之间的语言上的交流。并且,在有语言听觉性的疾病的情况下难以通过声音进行示教。与此相对地,根据本变形例,能够不增加上述那样的感知负荷地、通过体感向使用者W示教步行动作的定时。因此,与其它方法相比,能够期待示教步行动作的定时所花费的时间的短缩和安全性提高。
§5实施例
接着,说明各实施例。制作了具有与本实施方式同样结构的减重装置,并对偏瘫脑卒中的患者实施了运动平板上的步行训练的锻炼。
<第一实施例>
在第一实施例中,使左腿瘫痪、右腿健康的受验者穿戴各支承构件的近端,一边通过与上述实施方式同样的处理过程来对受验者的体重的一部分进行减重,一边实施了步行训练的锻炼。针对各腿部的减重力的合计值被设定为固定(用体重的7.5%、10%、15%中的任一个值来设定的固定值,在各条件下不同)。通过对式4的各常数项进行变更,来调整作用于各腿部的减重力(减重量)。运动平板的步行速度在1km/h~2km/h的范围内调整为受验者能够舒适地步行的速度。在实施锻炼的期间,分别测定健康侧(右腿)的站立时间和瘫痪侧(左腿)的站立时间,根据所获得的测定值来计算瘫痪侧的站立时间与健康侧的站立时间之比。此外,站立时间之比越接近1,则站立时间的左右差越少,步行运动中的左右的平衡越好,即表示自然的步行。
图15和图16示出瘫痪侧的站立时间与健康侧的站立时间之比的计算结果。图15的曲线图的横轴示出瘫痪侧的支撑腿时的减重量与摆动腿时的减重量之和。图16的曲线图的横轴示出健康侧的支撑腿时的减重量与摆动腿时的减重量之和。在图15中,减重量之和越大,则站立时间之比越恶化,与此相对地,在图16中,减重量之和越大,则站立时间之比越改善。根据该图15和图16所示的计算结果可知,通过减小针对瘫痪侧的腿部的减重量、并加大针对健康侧的腿部的减重量,能够改善站立时间的左右比来促使受验者自然地步行。在上述实施方式中,这样的减重力的操作能够通过各常数项的调整来简单地达成。
<第二实施例和参考例>
在第二实施例和参考例中,与第一实施例同样地,使左腿瘫痪、右腿健康的受验者穿戴各支承构件的近端,一边通过与上述实施方式同样的处理过程来对受验者的体重的一部分进行减重,一边在运动平板上实施了步行训练的锻炼。在第二实施例和参考例中,实施了5个试验。作为5个试验共同的条件,针对各腿部的减重力的合计值被设定为固定(体重的15%)。
在第一试验中,作为参考例,变更了决定各减重力的方法,并将针对各腿部的减重力设为相同且固定。另一方面,在第二试验~第五试验中,作为实施例,与上述实施方式同样地决定了各减重力。在第二试验中,将各常数项的值设定为“0”。在第三试验中,将健康侧的常数项的值设定为减重力的合计值的45%,将瘫痪侧的常数项的值设定为“0”。在第四试验中,将瘫痪侧的常数项的值设定为减重力的合计值的45%,将健康侧的常数项的值设定为“0”。在第五试验中,将健康侧和瘫痪侧各自的常数项的值设定为减重力的合计值的22.5%。在各试验中实施锻炼的期间,分别测定健康侧(右腿)的站立时间和瘫痪侧(左腿)的站立时间,根据所获得的测定值来计算瘫痪侧的站立时间与健康侧的站立时间之比。
图17示出各试验中的瘫痪侧的站立时间与健康侧的站立时间之比的计算结果。图17的横轴示出各试验的编号。如图17所示,在加大了健康侧的减重量的第三试验中站立时间的左右比最为改善,在加大了瘫痪侧的减重量的第四试验中站立时间的左右比最为恶化。根据该结果而了解到,与第一实施例同样地,通过减小针对瘫痪侧的腿部的减重量、并加大针对健康侧的腿部的减重量,能够改善站立时间的左右比,能够促使受验者自然地步行。另外了解到,为了促使受验者这样自然地步行,基于上述实施方式的减重力的决定方法以及减小瘫痪侧的常数项的值且加大健康侧的常数项的值的设定方法是有效的。
附图标记说明
100:减重装置;W:使用者;1:第一执行器;11:阀;15:线性编码器;2:第二执行器;21:阀;25:线性编码器;CP:压缩机;3:第一支承构件;30:称重传感器;31:近端;32:远端;35:线缆;351:近端;352:远端;36:连结具;361:第一端部;362:第二端部;363:凸部;37:第一绳索;370:绳索提升件;371:一端部;372:另一端部;373:固着件;38:第二绳索;380:固着件;381:近端;382:远端;39:第三绳索;390:固着件;391:近端;392:远端;4:第二支承构件;40:称重传感器;41:近端;42:远端;45:线缆;451:近端;452:远端;46:连结具;461:第一端部;462:第二端部;463:凸部;47:第一绳索;48:第二绳索;481:近端;482:远端;49:第三绳索;491:近端;492:远端;FL:吊具;F1、F2:柱部;F3:梁部;F4、F5:保持部;5:传感器;51:第一传感器;511:第一力传感器;512:第二力传感器;52:第二传感器;521:第一力传感器;522:第二力传感器;6:控制装置;61:控制部;62:存储部;63:外部接口;64:输入装置;65:输出装置;66:驱动器;90:控制程序;91:存储介质;611:信息获取部;612:减重力决定部;613:减重指令部;614:指定受理部;615:初始设定部;70:目标值;71:前馈控制;72:反馈控制。
Claims (15)
1.一种减重装置,用于对使用者的体重进行减重,该减重装置具备:
第一执行器;
第二执行器;
第一支承构件,其具有近端和远端,该远端与所述第一执行器连接,该近端被穿戴于所述使用者以使由所述第一执行器提供的第一减重力作用于所述使用者的一方的腿部;
第二支承构件,其具有近端和远端,该远端与所述第二执行器连接,该近端被穿戴于所述使用者以使由所述第二执行器提供的第二减重力作用于所述使用者的另一方的腿部;
传感器,其测定表示作用于所述使用者的各所述腿部的地面反作用力的偏差的信息;以及
控制装置,其对所述第一执行器和所述第二执行器的动作进行控制,
其中,所述控制装置构成为:
获取由所述传感器测定出的表示所述地面反作用力的偏差的信息;
根据获取到的信息所示的所述地面反作用力的偏差,来决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小;以及
分别对所述第一执行器和所述第二执行器进行控制,使得所述第一执行器和所述第二执行器分别产生被分别决定的大小的所述第一减重力和所述第二减重力。
2.根据权利要求1所述的减重装置,其中,
所述地面反作用力的偏差用第一比和第二比来表示,所述第一比是作用于所述一方的腿部的地面反作用力与作用于两腿部的地面反作用力的合计之比,所述第二比是作用于所述另一方的腿部的地面反作用力与作用于两腿部的地面反作用力的合计之比,
决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小包括:
根据所述第一比来决定所述第二减重力的大小;以及
根据所述第二比来决定所述第一减重力的大小。
3.根据权利要求2所述的减重装置,其中,
根据所述第一比来决定所述第二减重力的大小包括:
随着所述第一比变大,使所述第二减重力变大;以及
随着所述第一比变小,使所述第二减重力变小,
根据所述第二比来决定所述第一减重力的大小包括:
随着所述第二比变大,使所述第一减重力变大;以及
随着所述第二比变小,使所述第一减重力变小。
4.根据权利要求2或3所述的减重装置,其中,
根据所述第一比来决定所述第二减重力的大小包括:
计算所述第一比与第一比例常数的第一积;
计算所计算出的所述第一积与第一常数项的第一和;以及
将计算出的所述第一和用作所述第二减重力的值,
根据所述第二比来决定所述第一减重力的大小包括:
计算所述第二比与第二比例常数的第二积;
计算所计算出的所述第二积与第二常数项的第二和;以及
将计算出的所述第二和用作所述第一减重力的值。
5.根据权利要求4所述的减重装置,其中,
所述控制装置还构成为受理对所述第一常数项和所述第二常数项各自的值的指定。
6.根据权利要求5所述的减重装置,其中,
决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小包括:将所述第一减重力与所述第二减重力的合计维持为固定的规定值,
在所述第一常数项和所述第二常数项各自的被指定的值的合计为所述规定值以上的情况下,控制装置根据所述第一常数项和所述第二常数项各自的被指定的值之比,来决定所述第一减重力和所述第二减重力各自的大小。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的减重装置,其中,
所述传感器由第一传感器和第二传感器构成,所述第一传感器用于测定作用于所述使用者的所述一方的腿部的脚底的第一地面反作用力,所述第二传感器用于测定作用于所述使用者的所述另一方的腿部的脚底的第二地面反作用力,
获取表示所述地面反作用力的偏差的信息包括:获取由所述第一传感器和所述第二传感器分别测定出的所述第一地面反作用力和所述第二地面反作用力各自的值,
所述第一比是所述第一地面反作用力的值与所述第一地面反作用力同所述第二地面反作用力的合计值之比,
所述第二比是所述第二地面反作用力的值与所述第一地面反作用力同所述第二地面反作用力的合计值之比。
8.根据权利要求7所述的减重装置,其中,
所述第一传感器和所述第二传感器分别包括配置于所述脚底的脚后跟侧的第一力传感器以及配置于所述脚底的脚尖侧的第二力传感器。
9.根据权利要求2至6中的任一项所述的减重装置,其中,
所述传感器构成为测定作用于所述使用者的各所述腿部的地面反作用力的中心的位置,来作为表示所述地面反作用力的偏差的信息,
获取表示所述地面反作用力的偏差的信息包括:获取测定出的所述地面反作用力的中心的位置的值,
所述第一比是以所述另一方的腿部的位置为基准时的所述地面反作用力的中心的位置的值与所述一方的腿部的位置的值之比,
所述第二比是以所述一方的腿部的位置为基准时的所述地面反作用力的中心的位置的值与所述另一方的腿部的位置的值之比。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的减重装置,其中,
所述控制装置还构成为:根据步行周期来调节分别产生被分别决定的大小的所述第一减重力和第二减重力的定时。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的减重装置,其中,
所述控制装置还构成为:在步行周期的规定的定时,使所述第一减重力和所述第二减重力中的至少一方增加与感觉阈值相当的量。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的减重装置,其中,
所述第一执行器和所述第二执行器分别由气压方式的人工肌肉构成。
13.根据权利要求12所述的减重装置,其中,
通过以下方式对各所述执行器的所述人工肌肉进行初始设定:在将各所述支承构件的所述近端穿戴于所述使用者的状态下提供规定压力的压缩空气,并使各所述支承构件张紧以使肌肉收缩率成为规定的值。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的减重装置,其中,
还具备吊具,所述吊具以使所述第一支承构件和所述第二支承构件各自的所述近端从所述使用者的上方垂下的方式悬挂所述第一支承构件和所述第二支承构件,
所述第一支承构件和所述第二支承构件分别具备:
被所述吊具悬挂的线缆,其具有近端和远端;
连结具,其形成为く字形,具有第一端部、第二端部、以及配置于两个所述端部之间且朝向上方的凸部;
构成为能够调节长度的第一绳索,其将所述连结具的所述凸部与所述线缆的所述近端连结;
第二绳索,其具有近端和远端,该远端与所述连结具的所述第一端部结合;以及
第三绳索,其具有近端和远端,该远端与所述连结具的所述第二端部结合,
各所述支承构件的所述线缆的所述远端构成各所述支承构件的所述远端,
各所述支承构件的所述第二绳索和所述第三绳索各自的所述近端构成各所述支承构件的所述近端。
15.根据权利要求14所述的减重装置,其中,
所述吊具具备一对柱部,
所述减重装置还具备一对约束具,所述一对约束具分别构成为通过将各所述支承构件的连结具与各所述柱部连结来约束连结具的活动。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019-106469 | 2019-06-06 | ||
JP2019106469 | 2019-06-06 | ||
PCT/JP2020/022304 WO2020246587A1 (ja) | 2019-06-06 | 2020-06-05 | 体重免荷装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113905705A true CN113905705A (zh) | 2022-01-07 |
Family
ID=73653318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202080041671.6A Pending CN113905705A (zh) | 2019-06-06 | 2020-06-05 | 减重装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220241132A1 (zh) |
JP (1) | JP7105013B2 (zh) |
CN (1) | CN113905705A (zh) |
DE (1) | DE112020002716T5 (zh) |
WO (1) | WO2020246587A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115531797A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-12-30 | 湖北人来康复设备制造有限公司 | 一种减重自适应步态训练方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000254184A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-09-19 | Yaskawa Electric Corp | 肢体駆動装置の制御方法 |
JP2005342306A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Tokai Univ | 転倒防止装置及びそれを用いた歩行支援装置 |
CN101188991A (zh) * | 2005-07-13 | 2008-05-28 | 本田技研工业株式会社 | 行走辅助装置 |
US20100256538A1 (en) * | 2006-06-12 | 2010-10-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Control device for walking assistance device |
US20140148738A1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-05-29 | Sony Corporation | Exercise support apparatus and exercise support method |
JP2014184086A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Equos Research Co Ltd | 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム |
JP2014195509A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 株式会社エクォス・リサーチ | 歩行補助装置 |
JP2015144787A (ja) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | 三菱重工業株式会社 | 負荷支持装置、該負荷支持装置の制御方法、及び、該制御方法を実行するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009195636A (ja) | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Tokai Univ | 歩行訓練用転倒防止装置、及び歩行支援装置 |
EP2671559B1 (en) | 2011-03-02 | 2016-04-27 | University of Tsukuba | Ambulation training device and ambulation training system |
JP5906506B1 (ja) | 2014-09-12 | 2016-04-20 | 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 | アクチュエータ装置、パワーアシストロボットおよびヒューマノイドロボット |
JP6400194B2 (ja) * | 2015-05-19 | 2018-10-03 | Cyberdyne株式会社 | 歩行支援装置 |
-
2020
- 2020-06-05 CN CN202080041671.6A patent/CN113905705A/zh active Pending
- 2020-06-05 JP JP2021524931A patent/JP7105013B2/ja active Active
- 2020-06-05 WO PCT/JP2020/022304 patent/WO2020246587A1/ja active Application Filing
- 2020-06-05 US US17/596,138 patent/US20220241132A1/en active Pending
- 2020-06-05 DE DE112020002716.3T patent/DE112020002716T5/de active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000254184A (ja) * | 1999-01-08 | 2000-09-19 | Yaskawa Electric Corp | 肢体駆動装置の制御方法 |
JP2005342306A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Tokai Univ | 転倒防止装置及びそれを用いた歩行支援装置 |
CN101188991A (zh) * | 2005-07-13 | 2008-05-28 | 本田技研工业株式会社 | 行走辅助装置 |
US20100256538A1 (en) * | 2006-06-12 | 2010-10-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Control device for walking assistance device |
US20140148738A1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-05-29 | Sony Corporation | Exercise support apparatus and exercise support method |
JP2014184086A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Equos Research Co Ltd | 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム |
JP2014195509A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 株式会社エクォス・リサーチ | 歩行補助装置 |
JP2015144787A (ja) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | 三菱重工業株式会社 | 負荷支持装置、該負荷支持装置の制御方法、及び、該制御方法を実行するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115531797A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-12-30 | 湖北人来康复设备制造有限公司 | 一种减重自适应步态训练方法 |
CN115531797B (zh) * | 2022-08-11 | 2023-09-22 | 湖北人来康复设备制造有限公司 | 一种减重自适应步态训练方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2020246587A1 (zh) | 2020-12-10 |
US20220241132A1 (en) | 2022-08-04 |
JP7105013B2 (ja) | 2022-07-22 |
DE112020002716T5 (de) | 2022-02-17 |
WO2020246587A1 (ja) | 2020-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210039248A1 (en) | Soft exosuit for assistance with human motion | |
KR102517242B1 (ko) | 반복적이며 오래도록 스쿼트하는 동안 피로를 감소시키는 외골격 다리 | |
US11464700B2 (en) | Soft exosuit for assistance with human motion | |
US10864100B2 (en) | Orthopedic device including protruding members | |
US9295302B1 (en) | Gait-altering shoes | |
CN106264988B (zh) | 外骨骼踝关节机器装置 | |
EP2671559B1 (en) | Ambulation training device and ambulation training system | |
US7713217B2 (en) | Torque imparting system | |
KR20190103263A (ko) | 연질 웨어러블 근육 보조 장치 | |
Choi et al. | A multifunctional ankle exoskeleton for mobility enhancement of gait-impaired individuals and seniors | |
JP2013070787A (ja) | 歩行支援装置 | |
JP2013070785A (ja) | 歩行支援装置 | |
KR20210053976A (ko) | 웨어러블 능동 보조 장치 | |
US20220233914A1 (en) | Pelvis training device | |
Wang et al. | An underwater lower-extremity soft exoskeleton for breaststroke assistance | |
CN113905705A (zh) | 减重装置 | |
CN219681071U (zh) | 一种背屈助力踝关节外骨骼机器人 | |
PL232728B1 (pl) | Urządzenie rehabilitacyjne dla osób z niepełnosprawnością ruchową kończyn dolnych, zwłaszcza do reedukacji chodu oraz sposób sterowania urządzeniem |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |