CN115475078A - 步行训练***、其控制方法以及计算机可读介质 - Google Patents

步行训练***、其控制方法以及计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种步行训练***、其控制方法以及计算机可读介质。所述步行训练***包括：牵拉单元，其将训练者的腿向上和向前牵拉；传感器，其被设置为用于确定所述腿的摆动结束阶段的开始时刻；以及控制单元，其从所述摆动结束阶段的所述开始时刻起减小所述牵拉单元的拉力。

Description

步行训练***、其控制方法以及计算机可读介质
技术领域
本公开涉及一种步行训练***、其控制方法以及计算机可读介质。
背景技术
公开了一种步行训练装置(例如，参见日本未审查专利申请公开第2017-35220号(JP 2017-35220A)和日本未审查专利申请公开第2018-75301号(JP 2018-75301A))。在JP2017-35220A和JP 2018-75301A中，牵拉单元包括线和向使用者的腿提供拉力的电机。在JP2017-35220A中，牵拉单元在腿的前摆开始时或前摆期间产生额外的拉力。在JP 2018-75301A中，控制装置根据步行辅助装置重心位置处的加速度和重量计算惯性力。控制装置控制前后牵拉单元以减小惯性力。
发明内容
在这种步行训练装置中，通过施加更合适的拉力，能够更有效地执行步行训练。例如，如果在不需要辅助的时刻施加拉力，则很难进行有效的训练。
本公开是为了解决这样的问题而做出的，并提供了用于适当地执行步行训练的步行训练***、控制方法和计算机可读介质。
根据本实施例的步行训练***包括：牵拉单元，其将训练者的腿向上和向前牵拉；传感器，其被设置为用于确定所述腿的摆动结束阶段的开始时刻；以及控制单元，其从所述摆动结束阶段的所述开始时刻减小所述牵拉单元的拉力。
在上述步行训练***中，可以将所述腿的小腿在侧视图中已经变为与水平面垂直的时刻确定为所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
在上述步行训练***中，在从所述摆动结束阶段的所述开始时刻到变为站立的时刻的期间，可以逐渐减小对所述腿的所述拉力。
在上述步行训练***中，所述传感器可以附接至腿支撑件，所述腿支撑件附接至所述腿，以用于检测所述腿的膝关节角度。
在上述步行训练***中，所述传感器可以包括被布置为从所述训练者的一侧拍摄所述腿的图像的相机。
根据本实施例的用于控制步行训练***的方法包括：用牵拉单元将训练者的腿向上和向前牵拉的步骤；基于传感器的检测结果确定所述腿的摆动结束阶段的开始时刻的步骤；以及从所述摆动结束阶段的所述开始时刻起减小所述牵拉单元的拉力的步骤。
在上述方法中，可以将所述腿的小腿在侧视图中已经变为与水平面垂直的时刻确定为所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
在上述方法中，在从所述摆动结束阶段的所述开始时刻到变为站立的时刻的期间，可以逐渐减小对所述腿的所述拉力。
在上述方法中，所述传感器可以附接至腿支撑件，所述腿支撑件附接至所述腿，以用于检测所述腿的膝关节角度；并且可以基于所述膝关节角度确定所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
在上述方法中，所述传感器可以包括被布置为从所述训练者的一侧拍摄所述腿的图像的相机；并且可以基于所述相机拍摄的所述图像确定所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
根据本实施例的计算机可读介质，其存储程序，所述程序其使步行训练***的控制计算机执行所述方法。
本公开提供了用于适当地执行步行训练的步行训练***、控制方法和计算机可读介质。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是根据本实施例的步行训练***1的示意性立体图；
图2是示出腿支撑件的构造的立体图；
图3是步行训练***1的控制框图；
图4是示出步行周期中的阶段的图示；
图5是示出在一个步行周期中拉力变化的图；
图6是图示出用于确定的传感器的具体示例的图示；以及
图7是示出用于控制步行训练***的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将通过本发明的实施例来描述本发明，但是根据权利要求的范围的本发明不限于以下实施例。此外，并非实施例中描述的所有配置作为解决问题的手段都是必不可少的。
***配置
图1是示出根据实施例的康复(恢复)支持***的构造示例的总体概念图。根据本实施例的恢复支持***(步行训练***1)主要由步行训练装置100和腿支撑件(leg brace)120组成。
步行训练装置100是支持训练者(使用者)900的恢复的恢复支持装置的具体示例。步行训练装置100是用于作为一条腿瘫痪的偏瘫患者的训练者900根据训练工作人员901的指导执行步行训练的装置。这里，训练工作人员901可以是治疗师(物理治疗师)或医生，并通过指导或看护辅助训练者的训练。因此，训练工作人员901可以被称为训练指导员、训练看护人员或训练助理。
步行训练装置100主要包括附接至构成整个骨架的框架130的控制面板133，以及训练者900在其上步行的跑步机131。腿支撑件120附接至作为训练者900的瘫痪侧的腿的患腿。在图1中，腿支撑件120附接至训练者900的右腿。
框架130被设置为立在安装在地板上的跑步机131上。跑步机131使用电机(未示出)旋转环形带132。跑步机131是促进训练者900步行的装置，执行步行训练的训练者900搭乘在带132上，并根据带132的移动尝试步行动作。例如，如图1所示，训练工作人员901能够站在训练者900后面的带132上，并与训练者900一起执行步行动作。但是，通常优选的是训练工作人员901处于容易对训练者900执行看护的状态，也就是说，跨过带132站立。
框架130支撑控制面板133和训练监视器138。控制面板133容纳控制电机和传感器的总体控制单元210。训练监视器138例如是液晶面板并且向训练者900呈现训练进度等。此外，框架130支撑在训练者900的头顶部的前方的前侧牵拉单元135、在头顶部的线束牵拉单元112以及在头顶部的后方的后侧牵拉单元137。框架130还包括供训练者900抓握的扶手130a。
扶手130a布置在训练者900的左右两侧。每个扶手130a布置成在与训练者900的步行方向平行的方向上延伸。扶手130a在上下方向和左右方向上的位置能够调整。也就是说，扶手130a可以包括用于改变其高度和宽度的机构。此外，扶手130a例如能够被构造为使得扶手130a的高度被调整以使得在步行方向上的前侧的高度和后侧的高度不同，从而改变其倾斜角。例如，扶手130a能够设置有沿步行方向逐渐增加的倾斜角。
此外，扶手130a设置有用于检测从训练者900接收到的载荷的扶手传感器218。例如，扶手传感器218可以是电阻变化检测型载荷检测片，电极以矩阵形式布置在其中。此外，扶手传感器218可以是六轴传感器，其中组合了三轴加速度传感器(x、y、z)和三轴陀螺仪传感器(滚动、俯仰、偏航)。然而，扶手传感器218的类型和安装位置不受限制。
相机140用作用于观察训练者900的整个身体的成像单元。相机140安装在训练监视器138附近以面对训练者。相机140在训练期间拍摄训练者900的静止图像和运动图像。相机140包括一组镜头和成像元件，该成像元件提供这样的视角：使得训练者900的整个身体都能够被拍摄到。成像元件例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其将图像平面上的光学图像转换为图像信号。
通过前侧牵拉单元135和后侧牵拉单元137的协调操作，腿支撑件120的载荷被抵消，从而不会成为患腿的负担，并且此外，患腿的前摆动作根据设定的程度得到辅助。
前侧线134的一端连接至前侧牵拉单元135的卷绕机构，另一端连接至腿支撑件120。前侧牵拉单元135的卷绕机构根据患腿的移动通过开启和关闭电机(未示出)来卷绕和退绕前侧线134。类似地，后侧线136的一端连接至后侧牵拉单元137的卷绕机构，另一端连接至腿支撑件120。后侧牵拉单元137的卷绕机构根据患腿的移动通过开启和关闭电机(未示出)来卷绕和退绕后侧线136。通过前侧牵拉单元135和后侧牵拉单元137的协调操作，腿支撑件120的载荷被抵消，从而不会成为患腿的负担，并且此外，患腿的前摆动作根据设定的程度得到辅助。
前侧线134和前侧牵拉单元135构成向上和向前牵拉训练者900的腿的第一牵拉单元。后侧线136和后侧牵拉单元137构成向上和向后牵拉训练者900的腿的第二牵拉单元。前侧牵拉单元135和后侧牵拉单元137分别以与后述的步行阶段相应的拉力牵拉前侧线134和后侧线136。另外，也可以根据步行阶段设定拉力的运行模式。
例如，作为操作员，训练工作人员901将严重瘫痪的训练者的辅助级别设定为高。当辅助级别设定为高时，前侧牵拉单元135根据患腿的前摆时刻以相对较大的力卷起前侧线134。随着训练的进行以及辅助变得不再需要，训练工作人员901将辅助级别设定为最低。当辅助水平被设定为最低时，前侧牵拉单元135根据患腿的前摆时刻，以抵消腿支撑件120的重量的力卷起前侧线134。
步行训练装置100包括作为安全装置的防跌倒线束装置，包括支撑件110、线束缆线(harness wire)111和线束牵拉单元112作为其主要部件。支撑件110是环绕训练者900的腹部的带，并通过例如粘扣带固定至腰部。支撑件110包括用于连接线束缆线111的一端的的连接钩110a(即吊钩)，并且也可以称为吊钩带。训练者900穿戴支撑件110，使得连接钩110a位于后背部。
线束缆线111的一端连接至支撑件110的连接钩110a，另一端连接至线束牵拉单元112的卷绕机构。线束牵拉单元112的卷绕机构通过开启和关闭电机(未示出)来卷绕和退绕线束缆线111。通过这种构造，当训练者900将要跌倒时，防跌倒线束装置根据检测移动的总体控制单元210的指令卷起线束缆线111，用支撑件110支撑训练者900的上身，并抑制训练者900跌倒。
支撑件110包括用于检测训练者900的姿势的姿势传感器217。姿势传感器217例如是陀螺仪传感器和加速度传感器的组合，并输出支撑件110所附接的腹部相对于重力方向的倾斜角度。
管理监视器139附接至框架130并且是主要用于由训练工作人员901进行的监视和操作的显示输入装置。管理监视器139例如是液晶面板，并且在其表面上设置触摸面板。管理监视器139显示与训练设定有关的各种菜单项、训练时的各种参数值、训练结果等。此外，在管理监视器139附近设置有紧急停止按钮232。当训练工作人员901按下紧急停止按钮232时，执行步行训练装置100的紧急停止。
总体控制单元210生成恢复数据，其可以包括与训练设定相关的设定参数、与作为训练结果的从腿支撑件120输出的腿移动相关的各种数据等。恢复数据可以包括指示训练工作人员901或他/她的经验、技能水平等的数据，指示训练者900的症状、步行能力、恢复水平等的数据，以及从设置在腿支撑件120外部的传感器等输出的各种数据。
接下来，将参考图2描述腿支撑件120。图2是示出腿支撑件120的构造示例的示意性立体图。腿支撑件120主要包括控制单元121、支撑患腿的各个部位的多个框架以及用于检测施加到脚底的载荷的载荷传感器222。
控制单元121包括控制腿支撑件120的辅助控制单元220，并且还包括产生用于辅助膝关节的伸展运动和弯曲运动的驱动力的电机(未示出)。支撑患腿的各个部位的框架包括大腿框架122和可枢转地连接至大腿框架122的小腿框架123。框架还包括可枢转地连接至小腿框架123的脚部平面框架124、用于连接前侧线134的前侧连接框架127和用于连接后侧线136的后侧连接框架128。
大腿框架122和小腿框架123围绕图中所示的铰链轴线Ha相对于彼此枢转。控制单元121的电机根据辅助控制单元220的指令旋转，以迫使大腿框架122和小腿框架123围绕铰链轴线Ha相对地打开或关闭。容纳在控制单元121中的角度传感器223例如是旋转编码器，并且检测大腿框架122和小腿框架123之间围绕铰链轴线Ha的角度。小腿框架123和脚部平面框架124围绕图中所示的铰链轴线Hb相对于彼此枢转。通过调节机构126预先调节相对枢转角度范围。
前侧连接框架127设置为在大腿前侧在左右方向上延伸并在两端连接至大腿框架122。前侧连接框架127还设置有连接钩127a，用于在左右方向上的中心周围连接前侧线134。后侧连接框架128设置为在小腿后侧在左右方向上延伸并在两端连接至小腿框架123。此外，后侧连接框架128设置有连接钩128a，用于在左右方向上的中心周围连接后侧线136。
大腿框架122设置有大腿带129。大腿带129是一体地设置在大腿框架上的带，并且环绕患腿的大腿部以将大腿框架122固定至大腿部。这抑制了整个腿支撑件120相对于训练者900的腿的移位。
载荷传感器222是嵌入在脚部平面框架124中的载荷传感器。载荷传感器222还能够被配置为检测训练者900的脚底所接收的竖直载荷的大小和分布以检测例如压力中心(COP)。载荷传感器222例如是电阻变化检测型载荷检测片，电极以矩阵形式布置在其中。
接下来，将参考图3描述步行训练装置100的***配置示例。图3是示出步行训练装置100的***配置示例的框图。如图3所示，步行训练装置100可以包括总体控制单元210、跑步机驱动单元211、操作接收单元212、显示控制单元213和牵拉驱动单元214。步行训练装置100还可以包括线束驱动单元215、图像处理单元216、姿势传感器217、扶手传感器218、通信连接接口(IF)219、输入输出单元231和腿支撑件120。
总体控制单元210例如是微处理单元(MPU)，并且通过执行从***存储器读取的控制程序来执行对整个装置的控制。总体控制单元210可以包括确定单元210a、输入输出控制单元210c和通知控制单元210d，这将在后面描述。
跑步机驱动单元211包括用于旋转带132的电机及其驱动电路。总体控制单元210通过向跑步机驱动单元211发送驱动信号来执行带132的旋转控制。总体控制单元210根据例如由训练工作人员901设定的步行速度来调整带132的旋转速度。
操作接收单元212接收来自训练工作人员901的输入操作，并向总体控制单元210发送操作信号。训练工作人员901操作构成操作接收单元212的设置在装置上的操作按钮、叠加在管理监视器139上的触摸面板、附带的遥控器等。通过此操作，可以给出打开和关闭电源的指令并开始训练，输入与设置相关的数值和选择菜单项。操作接收单元212还能够接收来自训练者900的输入操作。
显示控制单元213从总体控制单元210接收显示信号，生成显示图像，并将图像显示在训练监视器138或管理监视器139上。显示控制单元213根据显示信号生成显示训练进度的图像和由相机140拍摄的实时图像。
牵拉驱动单元214包括构成前侧牵拉单元135的用于牵拉前侧线134的电机及其驱动电路，以及构成后侧牵拉单元137的用于牵拉后侧线136的电机及其驱动电路。总体控制单元210通过向牵拉驱动单元214发送驱动信号来控制前侧线134的卷绕和后侧线136的卷绕。此外，总体控制单元210通过控制电机的驱动转矩以及卷绕操作来控制每根线的拉力。总体控制单元210基于载荷传感器222和角度传感器的检测结果检测患腿在步行周期中的时刻，并与该时刻同步地增大或减小每根线的拉力，从而辅助患腿的前摆动作。
线束驱动单元215包括构成线束牵拉单元112的用于牵拉线束缆线111的电机及其驱动电路。总体控制单元210通过向线束驱动单元215发送驱动信号来控制线束缆线111的卷绕和线束缆线111的拉力。例如，当预测训练者900将跌倒时，总体控制单元210将线束缆线111卷起一定量以抑制训练者跌倒。
图像处理单元216连接至相机140，并且可以从相机140接收图像信号。图像处理单元216从相机140接收图像信号，并根据来自总体控制单元210的指令对接收到的图像信号执行图像处理以生成图像数据。此外，图像处理单元216还能够根据来自总体控制单元210的指令，对从相机140接收的图像信号执行图像处理以执行特定的图像分析。例如，图像处理单元216通过图像分析检测与跑步机131接触的患腿的脚的位置(站立位置)。具体地，例如，通过提取脚部平面框架124的尖端周围的图像区域并分析绘制在带132上的与尖端部重叠的识别标记来计算站立位置。
如上所述，姿势传感器217检测训练者900的腹部相对于重力方向的倾斜角度，并将检测信号发送到总体控制单元210。总体控制单元210使用来自姿势传感器217的检测信号来计算训练者900的姿势，具体地说是躯干的倾斜角度。总体控制单元210和姿势传感器217可以通过有线或短距离无线通信连接。
扶手传感器218检测施加在扶手130a上的载荷。也就是说，与训练者900不能用双腿支撑的训练者900的重量的一部分相对应的载荷施加在扶手130a上。扶手传感器218检测该载荷，并将检测信号发送到总体控制单元210。
总体控制单元210还起到功能执行单元的作用，该功能执行单元执行与控制有关的各种计算并执行控制。确定单元210a使用从各种传感器获取的数据来确定步行周期中的步行阶段。
将参考图4描述步行周期中的阶段。图4是示意性地示出步行周期中的阶段的侧视图。在这里，步行的阶段是基于Rancho Los Amigos方法。此外，摆动阶段和站立阶段以腿支撑件120附接的右腿作为基准来定义。也就是说，右腿离开地板的期间被定义为摆动阶段，右腿与地板接触的期间被定义为站立阶段。假定地板表面为水平面。
按照从开始的顺序，站立阶段包括初始接触IC(初始地面接触)、载荷响应LR(载荷响应阶段)、中间站姿MSt(站立中间阶段)和终期站姿TSt(站立结束阶段)。按照从开始的顺序，摆动阶段包括预摆动PSw(预摆动阶段)、初始摆动ISw(摆动初始阶段)、中间摆动MSw(摆动中间阶段)和终期摆动TSw(摆动结束阶段)。因此，一个步行周期分为八个阶段。
初始接触IC是右脚接触地面的时刻，并且作为步行周期的结束和开始。载荷响应LR是从初始接触IC到左脚已经离开地面的时刻的期间。中间站姿MSt是从左脚已经离开地面的时刻到右脚的脚后跟离开地板的时刻的期间。终期站姿TSt是从右脚的脚后跟已经离开地面的时刻到左腿的初始接触IC(左脚接触地面的时刻)的期间。
预摆动PSw是从左腿的初始接触IC(左脚接触地面的时刻)到右脚的脚趾已经离开地板的时刻的期间。初始摆动ISw是从右脚的脚趾已经离开地板的时刻到两侧腿关节在矢状面上交叉的时刻的期间。中间摆动MSw是从两侧腿关节在矢状面上交叉的时刻到右腿小腿已经变为垂直于地板的时刻的期间。终期摆动TSw是从右腿小腿已经变为垂直于地板的时刻到右腿的初始接触IC(右脚接触地面的时刻)的期间。这样，一个步行周期就是总共两步(包括每侧各一步)的期间。
通信连接IF 219是连接至总体控制单元210的接口，并且是向附接至训练者900的患腿的腿支撑件120提供命令并接收传感器信息的接口。
腿支撑件120可以包括有线或无线地连接至通信连接IF 219的通信连接IF 229。通信连接IF 229连接至腿支撑件120的辅助控制单元220。通信连接IF 219和通信连接IF229是符合通信标准的诸如有线局域网(LAN)或无线LAN的通信接口。
腿支撑件120可以包括辅助控制单元220、关节驱动单元221、载荷传感器222和角度传感器223。辅助控制单元220例如是MPU，并且通过执行由总体控制单元210提供的控制程序来控制腿支撑件120。此外，辅助控制单元220经由通信连接IF 219和通信连接IF 229向总体控制单元210通知腿支撑件120的状态。此外，辅助控制单元220接收来自总体控制单元210的命令，并执行腿支撑件120的启动、停止等的控制。
关节驱动单元221包括控制单元121的电机及其驱动电路。辅助控制单元220将驱动信号发送到关节驱动单元221，以迫使大腿框架122和小腿框架123围绕铰链轴线Ha相对地打开或关闭。这些动作辅助膝盖的伸展和弯曲动作并抑制膝盖塌陷。
如上所述，载荷传感器222检测训练者900的脚底所接收到的竖直载荷的大小和分布，并将检测信号发送给辅助控制单元220。辅助控制单元220接收并分析检测信号，以确定摆动和站立的状态并估计切换。
如上所述，角度传感器223检测大腿框架122和小腿框架123之间围绕铰链轴线Ha的角度，并将检测信号发送到辅助控制单元220。辅助控制单元220接收该检测信号并计算膝关节的打开角度。
输入输出单元231包括例如通用串行总线(USB)接口，并且是用于连接至外部装置(外部通信装置300和其他外部装置)的通信接口。例如，总体控制单元210的输入输出控制单元210c经由输入输出单元231与外部装置通信，重写总体控制单元210中的控制程序和上述辅助控制单元220中的控制程序，接收命令，并输出生成的恢复数据。步行训练装置100在输入输出控制单元210c的控制下经由输入输出单元231和外部通信装置300与服务器500通信。例如，输入输出控制单元210c可以经由输入输出单元231和外部通信装置300执行将恢复数据发送到服务器500的控制和从服务器500接收命令的控制。
通知控制单元210d在需要向训练工作人员901发送通知的场景下，通过控制显示控制单元213、单独设置的音频控制单元等从管理监视器139或单独设置的扬声器执行通知。稍后将描述通知的细节，但是需要向训练工作人员901发送通知的场景可以是从服务器500接收到用于执行通知的命令的情况。
确定单元210a基于各种传感器的检测结果确定步行周期中的各个阶段。例如，确定单元210a确定右腿的终期摆动TSw(摆动结束阶段)的开始时刻。然后，确定单元210a将确定结果输出到牵拉驱动单元214。例如，右腿的小腿在侧视图中变为与水平面垂直的时刻被定义为摆动结束阶段的开始时刻。
如上所述，确定单元210a收集各种传感器的检测数据。确定单元210a通过分析传感器的检测数据随时间的变化来确定步行阶段。例如，使用角度传感器223和载荷传感器222作为用于确定步行周期中的阶段的传感器。当然，确定单元210a可以基于一个传感器的检测数据进行确定，或者可以基于多个传感器的检测数据进行确定。
牵拉驱动单元214基于确定单元210a的确定结果，向电机等输出用于驱动线的拉力命令值。由此，线能够根据步行阶段施加适当的拉力。因此，能够根据步行阶段使用适当的拉力来辅助步行动作。
例如，总体控制单元210控制牵拉驱动单元214，使得前侧线134的拉力从终期摆动TSw(摆动结束阶段)的开始时刻起减小。由此，在摆动结束阶段，能够减小前摆动侧的拉力。因此，能够抑制腿在摆动结束阶段不必要地向前摆动或抬起。这允许自然过渡到站立阶段。由于牵拉驱动单元214能够在不需要辅助的摆动结束阶段提供适当的拉力，因此，训练者900能够执行有效的训练。
图5是示出提供给前侧牵拉单元135的拉力命令值的模式的示例的图。在图5中，时间t0是前摆的开始时刻，即摆动阶段的开始时刻。具体来说，时间t0对应于右脚的脚趾已经离开地板的时刻。此外，图5中的时间t1是摆动结束阶段的开始时刻。具体来说，时间t1对应于右腿的小腿已经变为垂直于水平面的时刻。图5中的时间t2为变为站立阶段，即初始接触IC的时刻。具体来说，时间t2对应于右脚接触地面的时刻。时间t3对应于下一个步行周期的时间t0。时间t0到t2对应于摆动阶段，t2到t3对应于站立阶段。
在图5中，牵拉驱动单元214输出拉力命令值，使得拉力在从时间t1到时间t2的期间内逐渐减小。总体控制单元210控制牵拉驱动单元214，使得拉力减小(由摆动结束阶段的开始时刻触发)。从时间t1到时间t2，前侧线134的拉力单调地减小。
然后，从时间t2到时间t3，拉力命令值是恒定的。也就是说，前侧线134的拉力在站立阶段是恒定的。从右腿的初始接触IC到左腿的初始接触IC，拉力是恒定的。站立阶段的拉力等于或小于摆动阶段的拉力。牵拉驱动单元214输出拉力命令值，使得拉力在从时间t0到时间t1的期间内逐渐增加。因此，前侧线134的拉力从时间t0到时间t1单调地增加。拉力从预摆动PSw到中间摆动MSw增加。拉力在时间t1达到最大值。
这样，确定单元210a基于传感器的检测结果确定步行周期中的步行阶段。总体控制单元210根据确定单元210a的步行阶段的确定结果控制牵拉驱动单元214的拉力。由此，能够抑制在摆动结束阶段施加不必要的拉力。此外，由于步行阶段是根据传感器的检测结果确定的，因此能够准确地检测步行阶段。因此，牵拉驱动单元214能够根据实际步态施加适当的拉力。
确定单元210a不必检测所有初始接触IC、载荷响应LR、中间站姿MSt、终期站姿TSt、预摆动PSw、初始摆动ISw、中间摆动MSw和终期摆动TSw。也就是说，确定单元210a只需要检测初始接触IC、载荷响应LR、中间站姿MSt、终期站姿TSt、预摆动PSw、初始摆动ISw、中间摆动MSw和终期摆动TSw中的至少一个。对于步行周期中的步行阶段的定义，可以使用除Rancho Los Amigos方法以外的方法。
此外，在本实施例中，用于检测膝关节角度的角度传感器223附接至腿支撑件120。因此，角度传感器223能够准确地检测膝关节角度。基于角度传感器223的检测结果，确定单元210a确定摆动结束阶段的开始时刻。这使得能够提高步行阶段的确定准确度。因此，牵拉驱动单元214能够向前和向上施加适当的拉力。此外，确定单元210a将腿的小腿与水平面垂直的时刻确定为摆动结束阶段的开始时刻。由此，能够适当地确定步行阶段。
如上所述，角度传感器223能够用作用于确定腿的摆动结束阶段的开始时刻的传感器(以下称为用于确定步行阶段的传感器)。当然，用于确定步行阶段的传感器不限于角度传感器223。例如，图2和图3所示的载荷传感器222可用作用于确定步行阶段的传感器。
此外，如图6所示，设置在腿支撑件120上的陀螺传感器142可用作用于确定步行阶段的传感器。图6是示意性地示出传感器布置的示例的正视图。在图6中，适当地省略了诸如步行训练***1的前侧线134、前侧牵拉单元135等的构造。
陀螺传感器142检测腿的角速度。通过使用附接至腿支撑件120的传感器作为用于确定步行阶段的传感器，能够提高确定准确度。也就是说，能够准确地确定步行阶段。因此，牵拉驱动单元214能够根据步行周期施加更合适的拉力。此外，腿支撑件120可设置有检测腿的加速度的加速度传感器。
可替代地，拍摄使用者的腿的图像的相机141可用作用于确定步行阶段的传感器。例如，相机141被布置成从训练者900的侧面拍摄腿的图像。相机141被布置在框架130的外部以便不干扰训练。确定单元210a基于相机141拍摄的图像确定步行阶段。这能够提高确定准确度。确定单元210a可以仅使用相机141拍摄的图像进行确定，或者可以基于相机141拍摄的图像和另一传感器的检测结果进行确定。此外，另一个运动传感器可用作用于确定步行阶段的传感器。
此外，可以组合两个或更多传感器，并将其用作用于确定步行阶段的传感器。例如，确定单元210a可以基于陀螺仪传感器142的检测结果和角度传感器223的检测结果来确定腿的摆动结束阶段的开始时刻。确定单元210a基于两个传感器的检测结果检测腿的小腿变为与水平面垂直的时刻。然后，将检测到的时刻设定为摆动结束阶段的开始时刻。由此，能够简单且适当地确定步行阶段。当然，用于确定步行阶段的传感器可以是除上述传感器之外的传感器。此外，除上述传感器之外的传感器可与上述传感器组合，并用作用于确定步行阶段的传感器。
此外，确定单元210a可以根据膝关节已经弯曲的时刻估计腿摆动结束阶段的开始时刻。例如，确定单元210a可以将膝关节已经弯曲的时刻之后的预定时间的时刻确定为摆动结束阶段的开始时刻。可替代地，确定单元210a可以根据腿的摆动速度估计摆动结束阶段的开始时刻。例如，确定单元210a基于陀螺仪传感器142等的检测结果计算腿的摆动速度。可替代地，确定单元210a可以根据腿的摆动速度获得摆动结束阶段的开始时刻。
在上述描述中，腿支撑件120附接至右腿，但其也可以附接至左腿。另外，腿支撑件120可以附接至两条腿。此外，腿支撑件120用作包括用于驱动膝关节的关节驱动单元221、辅助控制单元220等的步行辅助装置，但腿支撑件120的配置没有特别限制。例如，腿支撑件120可仅包括被动关节机构。
将参考图7描述根据本实施例的用于控制步行训练***1的方法。图7是示出控制方法的流程图。首先，牵拉驱动单元214向前和向上牵拉腿(S701)。然后，确定单元210a基于传感器的检测结果确定摆动结束阶段的开始时刻(S702)。然后，牵拉驱动单元214减小拉力(S703)。可以重复上述处理，直到步行训练结束。也就是说，拉力命令值的控制模式在每个步行周期中相同。
通过根据本实施例的控制方法，能够抑制在摆动结束阶段施加过大的拉力。此外，根据传感器的检测结果确定步行阶段，因此能够准确地检测步行阶段。因此，牵拉驱动单元214能够根据实际步态施加适当的拉力。
上述步行训练***的操作方法能够通过计算机程序或硬件来实施。总体控制单元210包括用于存储程序的存储器、用于执行程序的处理器等。当总体控制单元210执行程序时，能够执行根据本实施例的步行训练***1的操作方法。
上述部分或全部处理可以由计算机程序执行。也就是说，在构成总体控制单元210的控制计算机执行程序时，执行步行训练***1的控制。上述程序包括用于在加载到计算机时使计算机执行实施例中描述的一个或多个功能的指令(或软件代码)。程序可以存储在非暂时性计算机可读介质或有形存储介质中。计算机可读介质或有形存储介质的示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、固态硬盘(SSD)或其他存储技术、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光(注册商标)光盘，或其他光盘存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁存储装置。程序可以在临时计算机可读介质或通信介质上传输。临时计算机可读介质或通信介质的示例包括但不限于电、光、声或其他形式的传播信号。
尽管已经基于实施例对本发明人做出的发明进行了具体描述，但无须赘述，本发明不限于上述实施例，并且能够在不脱离其范围的情况下进行各种修改。

Claims (11)

1.一种步行训练***，包括：
牵拉单元，其将训练者的腿向上和向前牵拉；
传感器，其被设置为用于确定所述腿的摆动结束阶段的开始时刻；以及
控制单元，其从所述摆动结束阶段的所述开始时刻起减小所述牵拉单元的拉力。
2.根据权利要求1所述的步行训练***，其中，将所述腿的小腿在侧视图中已经变为与水平面垂直的时刻确定为所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
3.根据权利要求1或2所述的步行训练***，其中，在从所述摆动结束阶段的所述开始时刻到变为站立的时刻的期间，逐渐减小对所述腿的所述拉力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的步行训练***，其中，所述传感器附接至腿支撑件，所述腿支撑件附接至所述腿，以用于检测所述腿的膝关节角度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的步行训练***，其中，所述传感器包括被布置为从所述训练者的一侧拍摄所述腿的图像的相机。
6.一种用于控制步行训练***的方法，所述方法包括：
用牵拉单元将训练者的腿向上和向前牵拉的步骤；
基于传感器的检测结果确定所述腿的摆动结束阶段的开始时刻的步骤；以及
从所述摆动结束阶段的所述开始时刻起减小所述牵拉单元的拉力的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述腿的小腿在侧视图中已经变为与水平面垂直的时刻确定为所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在从所述摆动结束阶段的所述开始时刻到变为站立的时刻的期间，逐渐减小对所述腿的所述拉力。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中：
所述传感器附接至腿支撑件，所述腿支撑件附接至所述腿，以用于检测所述腿的膝关节角度；并且
基于所述膝关节角度确定所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中：
所述传感器包括被布置为从所述训练者的一侧拍摄所述腿的图像的相机；并且
基于所述相机拍摄的所述图像确定所述摆动结束阶段的所述开始时刻。
11.一种计算机可读介质，其存储程序，所述程序用于使步行训练***的控制计算机执行根据权利要求6至10中任一项所述的方法。
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