JP2009213538A - Assisting brace and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、使用者に装着されるアシスト装具、及びその制御方法に関し、特に詳しくは、使用者の関節の運動をアシストするアシスト装具、及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an assist device worn by a user and a control method thereof, and more particularly to an assist device that assists a user's joint movement and a control method thereof.
従来から、人間の大腿（上腿）に装着される装着具が利用されている（特許文献１〜４）。さらに、アクチュエータによって歩行動作をアシストする補助装具が利用されるようになってきている（特許文献５）。 Conventionally, a wearing tool to be worn on a human thigh (upper thigh) has been used (Patent Documents 1 to 4). Furthermore, an auxiliary device that assists walking with an actuator has been used (Patent Document 5).
特許文献５の装具では、ウェブベルトを用いて使用者の大腿部にアームを装着している。さらに、ウェブベルトと大腿部の間にエアパッドを介装している。ウェブベルトで締付けた後に、ハンドポンプによってエアを送り込んでいる。そして、エアパッドによる空気ばね作用によって、装着性を維持している。 In the orthosis of patent document 5, the arm is mounted | worn with a user's thigh using the web belt. Further, an air pad is interposed between the web belt and the thigh. After tightening with a web belt, air is sent by a hand pump. And the mounting property is maintained by the air spring action by the air pad.
しかしながら、特許文献５に記載の装具では、以下に示す問題点がある。膝関節の屈曲、伸展に応じて、使用者の大腿部径が変化する。従って、膝関節の動作に応じて、ウェブベルトの締付け力が変化してしまう。すなわち、筋肉の収縮によって、大腿部径が変化してしまうため、締付けすぎや緩みすぎが生じてしまうおそれがある。よって、従来の装具では、使用者の運動によって、装着性が低下してしまうという問題点がある。 However, the appliance described in Patent Document 5 has the following problems. The thigh diameter of the user changes according to the flexion and extension of the knee joint. Therefore, the tightening force of the web belt changes according to the operation of the knee joint. That is, since the thigh diameter changes due to the contraction of the muscle, there is a possibility that overtightening or loosening may occur. Therefore, in the conventional orthosis, there exists a problem that mounting | wearing property will fall by a user's exercise | movement.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、装着性の高いアシスト装具、及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object thereof is to provide an assist device having high wearability and a control method thereof.
本発明の第１の態様にかかるアシスト装具は、使用者の関節の運動をアシストするため前記使用者に装着されるアシスト装具であって、前記使用者の関節よりも付け根側に配設される第１リンクと、前記第１リンクを前記使用者に拘束する拘束具と、前記使用者の前記関節よりも先端側に配設される第２リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクの角度を変えるために駆動する駆動機構と、前記第１拘束具と前記使用者との間に介装され、内部の圧力に応じて膨張収縮するパッドと、前記使用者の筋肉の収縮に応じて、前記パッドの圧力を調整する制御部とを備えるものである。これにより、筋肉の収縮に応じて、パッドの大きさが変化する。よって、使用者が動作した場合でも、拘束具の締付けすぎ、緩みすぎを防ぐことができ、装着性を向上することができる。 An assist device according to a first aspect of the present invention is an assist device to be worn by the user in order to assist the movement of the user's joint, and is disposed closer to the base side than the user's joint. A first link, a restraining tool for restraining the first link to the user, a second link disposed on a distal side of the joint of the user, the first link, and the second link. A drive mechanism that drives to change the angle, a pad that is interposed between the first restraint and the user, and expands and contracts in response to an internal pressure; and in response to contraction of the muscle of the user And a controller for adjusting the pressure of the pad. Thereby, the size of the pad changes according to the contraction of the muscle. Therefore, even when the user operates, it is possible to prevent over-tightening and over-loosening of the restraining tool, and improve wearability.
本発明の第２の態様にかかるアシスト装具は、上記のアシスト装具であって、前記第１リンクと前記第２リンクとの間の角度に応じた信号を出力する角度センサをさらに有し、前記制御部が前記角度センサからの信号に応じて、前記圧力を調整するものである。これにより、簡便に圧力を調整することができる。 An assist device according to a second aspect of the present invention is the assist device described above, further including an angle sensor that outputs a signal according to an angle between the first link and the second link, The control unit adjusts the pressure in accordance with a signal from the angle sensor. Thereby, a pressure can be adjusted simply.
本発明の第３の態様にかかるアシスト装具は、上記のアシスト装具であって、前記使用者の筋電位を測定する筋電位センサをさらに有し、前記制御部が、前記筋電位センサからの信号に応じて、前記圧力を調整するものである。これにより、簡便に圧力を調整することができる。 An assist device according to a third aspect of the present invention is the assist device described above, further including a myoelectric potential sensor that measures myoelectric potential of the user, and the control unit receives a signal from the myoelectric potential sensor. The pressure is adjusted according to the above. Thereby, a pressure can be adjusted simply.
本発明の第４の態様にかかるアシスト装具は、上記のアシスト装具であって、前記圧力にセンサの出力値が対応付けられたマップを参照して、前記圧力を決定するものである。これにより、簡便に圧力を調整することができる。 An assist device according to a fourth aspect of the present invention is the assist device described above, wherein the pressure is determined with reference to a map in which an output value of a sensor is associated with the pressure. Thereby, a pressure can be adjusted simply.
本発明の第５の態様にかかるアシスト装具の制御方法は、使用者の関節よりも付け根側に配設される第１リンクと、前記第１リンクを前記使用者に拘束する拘束具と、前記使用者の前記関節よりも先端側に配設される第２リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクの角度を変えるために駆動する駆動機構と、前記第１拘束具と前記使用者との間に介装され、内部の圧力に応じて膨張収縮するパッドと、を有し、前記使用者の関節の運動をアシストするため前記使用者に装着されるアシスト装具の制御方法であって、前記使用者の筋肉の収縮を検知して、前記筋肉の収縮に基づいて、前記パッドの圧力を調整するものである。これにより、筋肉の収縮に応じて、パッドの大きさが変化する。よって、使用者が動作した場合でも、拘束具の締付けすぎ、緩みすぎを防ぐことができ、装着性を向上することができる。 A control method for an assist device according to a fifth aspect of the present invention includes a first link disposed closer to a base than a user's joint, a restraint that restrains the first link to the user, A second link disposed closer to the distal end than the joint of the user, a drive mechanism that drives to change the angle of the first link and the second link, the first restraint, and the user A pad that expands and contracts in response to an internal pressure, and controls an assisting device that is worn by the user to assist the user's joint movement, The contraction of the user's muscle is detected, and the pressure of the pad is adjusted based on the contraction of the muscle. Thereby, the size of the pad changes according to the contraction of the muscle. Therefore, even when the user operates, it is possible to prevent over-tightening and over-loosening of the restraining tool, and improve wearability.
本発明の第６の態様にかかるアシスト装具の制御方法であって、上記の制御方法であって、前記第１リンクと前記第２リンクとの間の角度を検出する角度センサからの信号に応じて、前記圧力を調整するものである。これにより、簡便に圧力を調整することができる。 A control method for an assist device according to a sixth aspect of the present invention, wherein the control method is according to a signal from an angle sensor that detects an angle between the first link and the second link. Then, the pressure is adjusted. Thereby, a pressure can be adjusted simply.
本発明の第７の態様にかかるアシスト装具の制御方法であって、上記の制御方法であって、前記使用者の筋電位を測定する筋電位センサからの信号に応じて、前記圧力を調整するものである。これにより、簡便に圧力を調整することができる。 A control method for an assist device according to a seventh aspect of the present invention, wherein the pressure is adjusted according to a signal from a myoelectric potential sensor that measures myoelectric potential of the user. Is. Thereby, a pressure can be adjusted simply.
本発明の第８の態様にかかるアシスト装具の制御方法であって、上記の制御方法であって、前記圧力にセンサの出力値が対応付けられたマップを参照して、前記圧力を決定するものである。これにより、簡便に圧力を調整することができる。 A control method for an assist device according to an eighth aspect of the present invention, wherein the pressure is determined with reference to a map in which an output value of a sensor is associated with the pressure. It is. Thereby, a pressure can be adjusted simply.
本発明によれば、装着性の高いアシスト装具、およびその制御方法を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide an assist device with high wearability and a control method thereof.
本発明にかかるアシスト装具は、使用者の関節の運動をアシストするため前記使用者に装着されるアシスト装具である。アシスト装具は、使用者の関節よりも付け根側に配設される第１リンクと、第１リンクを使用者に拘束する拘束具と、使用者の関節よりも先端側に配設される第２リンクと、第１リンクと第２リンクの角度を変えるために駆動する駆動機構と、第１拘束具と使用者との間に介装され、内部の圧力に応じて膨張収縮するパッドと、使用者の筋肉の収縮に応じて、パッドの圧力を調整する制御部とを備えている。これにより、使用者に動作によって筋肉が収縮した場合でも、締付けすぎ、緩みすぎを防ぐことができる。よって、装着性を向上することができる。 The assist device according to the present invention is an assist device worn by the user in order to assist the movement of the user's joint. The assist device includes a first link disposed closer to the base than the user's joint, a restraining device that restrains the first link to the user, and a second link disposed closer to the distal end than the user's joint. Use of a link, a drive mechanism that drives to change the angle of the first link and the second link, a pad that is interposed between the first restraint and the user, and expands and contracts in response to internal pressure And a control unit that adjusts the pressure of the pad in accordance with the contraction of the person's muscles. Thus, even when the user contracts the muscles by movement, it is possible to prevent excessive tightening and loosening. Therefore, the wearability can be improved.
本実施の形態にかかるアシスト装具について図１を用いて説明する。図１は、アシスト装具の構成を示す斜視図である。本実施の形態にかかるアシスト装具は、使用者の脚に装着される。アシスト装具が使用者の右脚の運動を補助する。従って、アシスト装具が使用者の右足の内腿に装着されている。なお、左脚に同様のアシスト装具が装着されていてもよい。 An assist device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the assist device. The assist device according to the present embodiment is mounted on a user's leg. An assist brace assists the user's right leg movement. Therefore, the assist brace is worn on the inner leg of the user's right foot. A similar assist device may be attached to the left leg.
アシスト装具は、下腿側エアパッド１１と、下腿拘束バンド１２と、下腿リンク１３と、膝アシストモータ２０と、大腿側エアパッド３１と、大腿拘束バンド３２と、大腿リンク３３と、足首アシストモータ４０と、足リンク４１と、コントローラ５１と、エアポンプ５２とを有している。
The assist brace includes a crus
アシスト装具は、２関節を有している。すなわち、大腿リンク３３と下腿リンク１３とを連結する膝アシストモータ２０と、下腿リンク１３と足リンク４１とを接続する足首アシストモータ４０とが設けられている。これにより、使用者の膝関節、及び足首関節の動作がアシストされる。よって、使用者の歩行動作を能動的に補助することができる。
The assist device has two joints. That is, a
図１に示すように、使用者の大腿７１には、大腿リンク３３が配設されている。また、大腿リンク３３には、大腿拘束バンド３２が取り付けられている。大腿リンク３３は大腿拘束バンド３２によって大腿７１に装着される。すなわち、帯状の大腿拘束バンド３２を大腿７１に巻き付けることで、大腿リンク３３が大腿７１に固定される。大腿拘束バンド３２は、例えば、面ファスナなどによって、大腿７１の周りに取り付けられる。大腿リンク３３は、大腿７１に沿って設けられている。大腿リンク３３は、帯状の大腿拘束バンド３２と直交している。
As shown in FIG. 1, a
大腿拘束バンド３２の内側の面には、大腿側エアパッド３１が設けられている。すなわち、大腿拘束バンド３２の大腿７１側の面には、大腿側エアパッド３１が配設されている。従って、大腿７１と大腿拘束バンド３２との間に、大腿側エアパッド３１が介装される。大腿側エアパッド３１は、エア式収縮チューブであり、内部のエア圧に応じて膨張収縮する。大腿側エアパッド３１は、例えば、軟質で気密性を有する材料によって形成される。大腿側エアパッド３１には、空気が封入される。大腿側エアパッド３１内部のエア圧を高くすることで、大腿側エアパッド３１が膨張し、エア圧を低くすることで大腿側エアパッド３１が収縮する。このように大腿側エアパッド３１は伸縮自在に設けられている。これにより、装着性を向上することができる。
A thigh-
大腿リンク３３の下端には、膝アシストモータ２０が取り付けられている。膝アシストモータ２０は、回転関節となり、使用者の膝関節の近傍に配置されている。膝アシストモータ２０は、使用者の膝関節の動作に沿って駆動する。そして、膝アシストモータ２０には、下腿リンク１３が接続されている。下腿リンク１３の上端には、膝アシストモータ２０が取り付けられている。すなわち、下腿リンク１３と大腿リンク３３とが膝アシストモータ２０を介して連結されている。膝アシストモータ２０が駆動することによって、下腿リンク１３が動作する。すなわち、大腿リンク３３に対する下腿リンク１３の角度が変化する。膝関節の動作に応じて、膝アシストモータ２０が駆動する。例えば、膝アシストモータ２０に設けられているエンコーダ２０ａによって、下腿リンク１３と大腿リンク３３との角度を検出する。下腿リンク１３と大腿リンク３３との角度は膝関節の角度に対応している。そして、検出された角度に応じて、膝アシストモータ２０を駆動する。これにより、使用者の膝関節の運動がアシストされる。すなわち、下腿７２を動作するために必要な力を軽減する必要がある。
A knee assist
使用者の下腿７２には、下腿リンク１３が配設されている。下腿リンク１３は、大腿リンク３３と同様に装着されている。下腿リンク１３には、下腿拘束バンド１２が取り付けられている。下腿リンク１３は下腿拘束バンド１２によって下腿７２に装着される。すなわち、帯状の下腿拘束バンド１２を下腿７２に巻き付けることで、下腿リンク１３が下腿７２に固定される。下腿拘束バンド１２は、例えば、面ファスナなどによって、下腿７２の周りに取り付けられる。下腿リンク１３は、下腿７２に沿って設けられ、膝関節から足首関節まで延びている。
The
下腿拘束バンド１２の内側の面には、下腿側エアパッド１１が設けられている。すなわち、下腿拘束バンド１２の下腿７２側の面には、下腿側エアパッド１１が配設されている。従って、下腿７２と下腿拘束バンド１２との間に、下腿側エアパッド１１が介装される。下腿側エアパッド１１は、エア式収縮チューブであり、内部のエア圧によって膨張収縮する。下腿側エアパッド１１は、例えば、軟質で気密性を有する材料によって形成される。大腿側エアパッド３１には、空気が封入される。下腿側エアパッド１１内部のエア圧を高くすることで、下腿側エアパッド１１が膨張し、エア圧を低くすることで下腿側エアパッド１１が収縮する。このように下腿側エアパッド１１は伸縮自在に設けられている。これにより、装着性を向上することができる。
A crus-
下腿リンク１３の下端には、足首アシストモータ４０が接続されている。足首アシストモータ４０は、回転関節となり、使用者の足首関節の近傍に配置されている。足首アシストモータ４０は、使用者の足首関節の動作に沿って駆動する。そして、足首アシストモータ４０には、足リンク４１が接続されている。足リンク４１の上端には、足首アシストモータ４０が取り付けられている。すなわち、下腿リンク１３と足リンク４１とが足首アシストモータ４０を介して連結されている。足リンク４１は、使用者の足の裏に配設されている。すなわち、使用者が足裏で足リンク４１を踏むことで、足リンク４１が足平に拘束される。足首アシストモータ４０が駆動することによって、足リンク４１が動作する。下腿リンク１３に対する足リンク４１の角度が変化する。足首関節の動作に応じて、足首アシストモータ４０が駆動する。例えば、足首アシストモータ４０に設けられているエンコーダ４０ａによって、下腿リンク１３と足リンク４１との角度を検出する。下腿リンク１３と足リンク４１との角度は、足首関節の角度に対応している。そして、検出された角度に応じて、足首アシストモータ４０を駆動する。これにより、使用者の足首関節の運動がアシストされる。すなわち、足平を動作するために必要な力を軽減する必要がある。
An ankle assist
エアポンプ５２は、配管を介して大腿側エアパッド３１と下腿側エアパッド１１にエアを供給する。すなわち、エアポンプ５２が供給するエアのエア圧に応じて、大腿側エアパッド３１と下腿側エアパッド１１内のエア圧が変化する。すなわち、エアポンプ５２からのエアによって、大腿側エアパッド３１と下腿側エアパッド１１が膨張、収縮する。エアポンプ５２には、大腿側エアパッド３１と下腿側エアパッド１１にエアを供給する配管がそれぞれ設けられている。エアポンプ５２には２つの配管が接続されている。そして、大腿側エアパッド３１と下腿側エアパッド１１には、異なる配管によってエアが供給される。従って、大腿側エアパッド３１と下腿側エアパッド１１に異なるエア圧のエアを供給することができる。
The
コントローラ５１は、エアポンプ５２のエア圧を制御する。従って、コントローラ５１は、大腿側エアパッド３１と下腿側エアパッド１１に供給するエア圧を独立して制御する。また、コントローラ５１には、膝関節角度信号と、足首関節角度信号とが入力されている。膝関節角度信号及び足首関節角度信号は各モータに設けられたエンコーダから出力されている。エンコーダ２０ａは膝アシストモータ２０の回転角度を検知している。すなわち、膝アシストモータ２０に設けられているエンコーダ２０ａは、膝関節角度を検出して、膝関節角度信号を出力する。足首アシストモータ４０に設けられているエンコーダ４０ａは、足首関節角度を検出して、足首関節角度信号を出力する。もちろん、エンコーダ以外のセンサで関節角度を検出してもよい。
The
コントローラ５１は、膝関節角度信号に基づいて、大腿側エアパッド３１に供給するエア圧を調整する。コントローラ５１は、足首関節角度信号に基づいて、下腿側エアパッド１１に供給するエア圧を調整する。これにより、各エアパッドが膨張、収縮する。すなわち、大腿側エアパッド３１の膨張量及び収縮量は膝関節角度信号に応じて調整される。また、下腿側エアパッド１１の膨張量及び収縮量は足首関節角度信号に応じて調整される。
The
また、コントローラ５１は、各関節モータの駆動を制御する。すなわち、足首アシストモータ４０と膝アシストモータ２０の駆動を制御する。これにより、各関節のアシストモータが動作する。これにより、右脚の運動が補助される。
The
次に、大腿側エアパッド３１の動作について図２を用いて説明する。図２は、図１のＡ視図であり、アシスト装具が装着された大腿７１の断面を示す図である。図２（ａ）は、アシスト装具を装着した時の構成を示し、図２（ｂ）は、運動して大腿部径が変化した時の構成を示している。図２（ｂ）では図２（ａ）に比べて、大腿部径が大きくなっている。
Next, the operation of the thigh-
大腿７１の周りには、複数の大腿側エアパッド３１が配設されている。すなわち、複数の大腿側エアパッド３１が周方向に沿って配列されている。複数の大腿側エアパッド３１は、同じエア圧になるよう連通している。複数の大腿側エアパッド３１は、ほぼ同じ径になっている。そして、大腿側エアパッド３１の周りに大腿拘束バンド３２が配設されている。すなわち、複数の大腿側エアパッド３１を囲むように、大腿拘束バンド３２が設けられている。大腿拘束バンド３２の端部には、面ファスナ３４が設けられている。面ファスナ３４は、例えば、ベルクロ（登録商標）やマジックテープ（登録商標）であり、貼り付けたり、剥がしたりすることができる。すなわち、大腿拘束バンド３２のはみ出した部分が、大腿拘束バンド３２の他端と重ね合わされて、貼り付けられる。これにより、大腿７１に、大腿拘束バンド３２が取り付けられる。もちろん、面ファスナ３４以外の拘束具を用いて、大腿７１に取り付けてもよい。
A plurality of thigh-
大腿拘束バンド３２の面ファスナ３４と反対側には、大腿リンク３３が取り付けられている。大腿リンク３３は、大腿拘束バンド３２の外面に固定されている。従って、大腿リンク３３が大腿７１の側方に固定される。そして、大腿リンク３３が使用者の大腿７１に拘束される。
A
大腿側エアパッド３１を収縮／膨張の中立状態にして、アシスト装具を装着する。すなわち、面ファスナ３４を貼り付ける際には、大腿側エアパッド３１のエア圧を中間程度にしておく。従って、中間状態からエア圧を高くすると大腿側エアパッド３１が膨張し、中間状態からエア圧を低くすると大腿側エアパッド３１が収縮する。
With the thigh-
そして、運動時は大腿７１の径の変化に応じて大腿側エアパッド３１のエア圧を調整する。たとえば、図２（ｂ）に示すように、大腿７１の径が大きくなった場合は、エアを排出して、エア圧を低くする。これにより、大腿側エアパッド３１の径が小さくなる。従って、中間状態に比べて、大腿７１と大腿拘束バンド３２の間隔が狭くなる。すなわち、大腿７１の径の変化を吸収することができる。反対に、大腿７１の径が小さくなった場合は、エアを充填して、エア圧を高くする。これにより、大腿側エアパッド３１の径が大きくなる。従って、中間状態に比べて、大腿７１と大腿拘束バンド３２の間隔が広くなる。すなわち、大腿７１の径の変化を吸収することができる。
During exercise, the air pressure of the thigh-
大腿部径が大きくなった場合、大腿側エアパッド３１の径を小さくする。一方、大腿部径が小さくなった場合、大腿側エアパッド３１の径を大きくする。このように、大腿側エアパッド３１に供給するエア圧を調整することで、大腿７１の径の変化を打ち消すことができる。よって、装着性を向上することができる。すなわち、使用者の姿勢が変化しても、緩み過ぎたり、締め過ぎたりすることがない。よって、適度な装着力を維持することができる。なお、大腿側エアパッド３１は、エア圧に応じて、装着部の下肢部径が変化する側に収縮する。
When the thigh diameter is increased, the diameter of the thigh-
大腿側エアパッド３１の上記の動作は、膝関節角度信号によって制御されている。この制御方法について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態にかかる制御方法を示すフローチャートである。
The above-described operation of the thigh-
まず、エンコーダ２０ａによって、膝関節角度を計測する（ステップＳ１１）。また、コントローラ５１には、予め膝関節に応じて変化する大腿部径がマップ化して記憶されている（ステップＳ１２）。すなわち、大腿部径と膝関節角度が対応付けられたテーブルが記憶されている。これにより、計測された膝関節角度に対応する大腿部径が決定される。すなわち、膝関節角度から筋肉の収縮量が検知され、現在の大腿部径が推測される。
First, the knee joint angle is measured by the
そして、現在の大腿部径に対する最適なエア圧を計算する（ステップＳ１３）。すなわち、マップを参照して、大腿部径の変化を打ち消すようなエア圧を算出する。ここで、大腿部径が決まるとエア圧が決まる。従って、上記のマップは、エア圧と膝関節角度が対応付けられていることになる。そして、コントローラ５１は、最適エア圧となるように、エアポンプ５２を制御する（ステップＳ１４）。これにより、大腿側エアパッド３１に供給されるエア圧が変化する。大腿側エアパッド３１が膨張、または収縮して、大腿側エアパッド３１の径が変化する。よって、大腿拘束バンド３２の周方向における長さの変化が抑制される。使用者の姿勢が変化しても、緩み過ぎたり、締め過ぎたりすることがない。よって、締付けきつさが調整される。運動の影響を受けずに、常に最適な拘束力を維持することができる。
Then, the optimum air pressure for the current thigh diameter is calculated (step S13). That is, referring to the map, an air pressure that cancels the change in the thigh diameter is calculated. Here, when the thigh diameter is determined, the air pressure is determined. Therefore, in the above map, the air pressure and the knee joint angle are associated with each other. And the
なお、上記の説明では、大腿７１の周りに設けられた大腿側エアパッド３１のエア圧制御について説明したが、下腿側エアパッド１１の制御も同様に行うことができる。すなわち、足首アシストモータ４０に設けられているエンコーダ４０ａからの足首関節角度信号に応じて、下腿側エアパッドのエア圧を調整する。これにより、下腿７２における締め過ぎ、緩め過ぎを防ぐことができ、装着性を向上することができる。
In the above description, the air pressure control of the thigh-
さらに、上記の構成は、使用者の腕部の動作を補助するアシスト装具についても適用可能である。例えば、肘関節運動を補助するために、上腕部に装着されたエアパッドのエア圧を制御することができる。また、手首関節運動を補助するために、前腕部に装着されたエアパッドのエア圧を制御することができる。そして、アシスト装具のエア圧を同様に制御することで、装着性を向上することができる。 Furthermore, the above configuration can also be applied to an assisting device that assists the movement of the user's arm. For example, the air pressure of the air pad attached to the upper arm can be controlled to assist the elbow joint movement. Moreover, in order to assist wrist joint movement, the air pressure of the air pad attached to the forearm can be controlled. And the mounting property can be improved by controlling the air pressure of the assist device in the same manner.
従って、アシスト装具は、関節よりも付け根側（すなわち、胴体側）に配設された第１リンクと、関節よりも先端側（すなわち、手先側、又は足先側）に配設された第２リンクとを有している。そして、第１リンクを拘束具で使用者の関節よりも上の部分に拘束する。膨張収縮するエアパッドを使用者と拘束具の間に介装する。そして、筋肉の収縮に応じて、制御部が、エアパッドのエア圧を調整する。これにより、締め付けきつさを調整することができる。このとき、計測した関節角度に応じて、エア圧を調整することで、簡便に装着性を向上することができる。また、本実施の形態では、アシストモータのエンコーダを利用しているため、特別なセンサなどが不要になる。例えば、衣服（ズボン）の上からの装着も可能となり、簡便に装着することができる。 Therefore, the assist device has a first link disposed on the base side (that is, the trunk side) from the joint, and a second link disposed on the tip side (that is, the hand side or the foot side) from the joint. And have a link. And a 1st link is restrained to the part above a user's joint with a restraint tool. An air pad that expands and contracts is interposed between the user and the restraint. And according to muscle contraction, a control part adjusts the air pressure of an air pad. Thereby, the tightening tightness can be adjusted. At this time, it is possible to easily improve the wearability by adjusting the air pressure according to the measured joint angle. In this embodiment, since an assist motor encoder is used, a special sensor or the like is not required. For example, it is possible to wear from clothes (trousers), which can be easily worn.
拘束バンドを介して、アシスト装具を人に装着する際、人の筋骨格系の姿勢、発生力に応じ、拘束バンドの締付けきつさを変化させる。しかしながら、運動中に変化する筋肉の収縮に応じて、人がマニュアルでエア充填量を調整することは困難である。よって、運動中に装着の緩み過ぎや締め過ぎが生じる。本実施の形態では、運動による姿勢変化や、筋肉の緊張度合いに応じて、コントローラ５１がエア充填量を自動的に調整するようにしている。これにより、人の動作、運動の影響を受けずに常に最適な拘束力が生じる。よって、装着性を向上することができる。
When the assist device is attached to a person via the restraint band, the tightening tightness of the restraint band is changed according to the posture and generated force of the person's musculoskeletal system. However, it is difficult for a person to adjust the air filling amount manually according to the muscle contraction that changes during exercise. As a result, the attachment is too loose or over-tightened during exercise. In the present embodiment, the
変形例
本変形例にかかるアシスト装具について、図４を用いて説明する。図４は、アシスト装具が装着された大腿７１の断面を示す図であり、図１のＡ視図に対応している。本変形例では、図２に示す構成に比べて、筋電位センサ３６が付加されている。なお、筋電位センサ３６以外の構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
Modified Example An assist device according to this modified example will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a view showing a cross section of the
ここでは、右脚の伸展動作に反応する筋電位センサ３６が大腿７１の前側に取り付けられている。この筋電位センサ３６は、膝関節の伸展動作を検出するために、大腿直筋の筋電位を検出する。さらに、右脚の屈曲動作に反応する筋電位センサ３６が大腿７１の後ろ側に取り付けられている。すなわち、この筋電位センサ３６は、膝関節の屈曲動作を検出するために、ハムストリングの筋電位を検出する。従って、大腿７１の前後にはそれぞれ、筋電位センサ３６の１対の電極が直接貼り付けられている。そして、筋電位センサ３６の外周に大腿側エアパッド３１が設けられている。
Here, a myoelectric
筋電位センサ３６は、コントローラ５１に計測した筋電位に応じた筋電位信号を出力する。コントローラ５１は、筋電位信号に基づいて、エア圧を制御する。すなわち、コントローラ５１は、筋電位信号と膝関節角度信号に応じて大腿側エアパッド３１の供給エア圧を調整する。これにより、装着性を向上することができる。すなわち、使用者の姿勢が変化しても、緩み過ぎたり、締め過ぎたりすることがない。
The myoelectric
このように、装着部の最内面（肌と接触する部分）の主要筋肉上部に筋電位センサ３６を装備する。そして、筋緊張度を計測することで、より筋肉の状態を反映したエア充電制御が可能になる。よって、より装着性を向上することができる。
In this way, the myoelectric
次に、本変形例にかかるアシスト装具の制御方法について、図５を用いて説明する。図５は、本変形例にかかる制御方法を示すフローチャートである。 Next, a method for controlling the assist device according to this modification will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing a control method according to this modification.
まず、実施の形態１と同様に、膝関節角度を計測する（ステップＳ２１）。同時に、筋電位センサ３６によって、筋電位を計測する（ステップＳ２２）。コントローラ５１には、予め膝関節及び筋電位に応じて変化する大腿部径がマップ化して記憶されている（ステップＳ２３）。すなわち、大腿部径に膝関節角度と筋電位が対応付けられた３次元テーブルが記憶されている。これにより、計測された膝関節角度、及び筋電位に対応する大腿部径が決定される。すなわち、膝関節角度、及び筋電位から筋肉の収縮が検知され、現在の大腿部径が推測される。
First, as in the first embodiment, the knee joint angle is measured (step S21). At the same time, the myoelectric potential is measured by the myoelectric potential sensor 36 (step S22). The
そして、最適なエア圧を計算する（ステップＳ２４）。すなわち、マップを参照して、大腿部径の変化を打ち消すようなエア圧を算出する。ここで、大腿部径が決まるとエア圧が決まる。従って、上記のマップは、エア圧に膝関節角度及び筋電位が対応付けられていることになる。コントローラ５１は、最適エア圧となるように、エアポンプ５２を制御する（ステップＳ２５）。これにより、大腿側エアパッド３１に供給されるエア圧が変化する。大腿側エアパッド３１が膨張、または収縮して、大腿側エアパッド３１の径が変化する。よって、大腿拘束バンド３２の周方向における長さの変化が抑制される。使用者の姿勢が変化しても、緩み過ぎたり、締め過ぎたりすることがない。よって、締付けきつさが調整される。運動の影響を受けずに、常に最適な拘束力を維持することができる。
Then, the optimum air pressure is calculated (step S24). That is, referring to the map, an air pressure that cancels the change in the thigh diameter is calculated. Here, when the thigh diameter is determined, the air pressure is determined. Therefore, in the above map, the knee joint angle and the myoelectric potential are associated with the air pressure. The
もちろん、モータのエンコーダや筋電位センサ以外を利用して、エア圧を制御してもよい。すなわち、関節よりも上部における筋肉の収縮に応じて、エア圧を制御すればよい。センサの出力値とエア圧が対応付けられたマップを参照することで、簡便にエア圧を決定することができる。よって、装着性を向上することができる。さらには、３以上のセンサの出力値を組み合わせて、エア圧を調整してもよい。この場合、使用するセンサに応じて、予めマップを用意する。 Of course, the air pressure may be controlled by using a device other than the motor encoder or myoelectric potential sensor. That is, the air pressure may be controlled according to the contraction of the muscle above the joint. The air pressure can be easily determined by referring to a map in which the output value of the sensor and the air pressure are associated with each other. Therefore, the wearability can be improved. Further, the air pressure may be adjusted by combining output values of three or more sensors. In this case, a map is prepared in advance according to the sensor to be used.
また、気体の供給手段はエアポンプに限らず、エアタンクなどであってもよい。また、エアパッド内のエアを開放する場合は、エアパッドや配管に設けられている弁などを開いてもよい。さらに、エアパッドに供給する気体は、空気に限られるものではない。 The gas supply means is not limited to an air pump, and may be an air tank or the like. Moreover, when releasing the air in an air pad, you may open the valve etc. which were provided in the air pad or piping. Furthermore, the gas supplied to the air pad is not limited to air.
１１ 下腿側エアパッド
１２ 下腿拘束バンド
１３ 下腿リンク
２０ 膝アシストモータ
２０ａ エンコーダ
３１ 大腿側エアパッド
３２ 大腿拘束バンド
３３ 大腿リンク
３４ 面ファスナ
３６ 筋電位センサ
４０ 足首アシストモータ
４０ａ エンコーダ
４１ 足リンク
５１ コントローラ
５２ エアポンプ
７１ 大腿
７２ 下腿
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記使用者の関節よりも付け根側に配設される第１リンクと、
前記第１リンクを前記使用者に拘束する拘束具と、
前記使用者の前記関節よりも先端側に配設される第２リンクと、
前記第１リンクと前記第２リンクの角度を変えるために駆動する駆動機構と、
前記第１拘束具と前記使用者との間に介装され、内部の圧力に応じて膨張収縮するパッドと、
前記使用者の筋肉の収縮に応じて、前記パッドの圧力を調整する制御部とを備えるアシスト装具。 An assist device worn by the user to assist the user's joint movement,
A first link disposed closer to the base than the user's joint;
A restraint for restraining the first link to the user;
A second link disposed on the distal side of the joint of the user;
A drive mechanism that drives to change the angle of the first link and the second link;
A pad that is interposed between the first restraint and the user and expands and contracts in response to an internal pressure;
An assisting device comprising: a control unit that adjusts the pressure of the pad in accordance with contraction of the muscle of the user.
前記制御部が前記角度センサからの信号に応じて、前記圧力を調整する請求項１に記載のアシスト装具。 An angle sensor that outputs a signal corresponding to an angle between the first link and the second link;
The assist device according to claim 1, wherein the control unit adjusts the pressure in accordance with a signal from the angle sensor.
前記制御部が、前記筋電位センサからの信号に応じて、前記圧力を調整する請求項１、又は２に記載のアシスト装具。 Further comprising a myoelectric potential sensor for measuring myoelectric potential of the user;
The assist device according to claim 1, wherein the control unit adjusts the pressure in accordance with a signal from the myoelectric potential sensor.
前記第１リンクを前記使用者に拘束する拘束具と、
前記使用者の前記関節よりも先端側に配設される第２リンクと、
前記第１リンクと前記第２リンクの角度を変えるために駆動する駆動機構と、
前記第１拘束具と前記使用者との間に介装され、内部の圧力に応じて膨張収縮するパッドと、を有し、前記使用者の関節の運動をアシストするため前記使用者に装着されるアシスト装具の制御方法であって、
前記使用者の筋肉の収縮を検知して、
前記筋肉の収縮に基づいて、前記パッドの圧力を調整するアシスト装具の制御方法。 A first link disposed closer to the base than the user's joint;
A restraint for restraining the first link to the user;
A second link disposed on the distal side of the joint of the user;
A drive mechanism that drives to change the angle of the first link and the second link;
A pad that is interposed between the first restraint and the user and expands and contracts in response to an internal pressure, and is attached to the user to assist in the movement of the user's joint. A control method for assisting orthosis,
Detecting the user's muscle contraction,
A control method for an assisting device for adjusting the pressure of the pad based on the contraction of the muscle.
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