JP6386269B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

歩行補助装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6386269B2
JP6386269B2 JP2014134547A JP2014134547A JP6386269B2 JP 6386269 B2 JP6386269 B2 JP 6386269B2 JP 2014134547 A JP2014134547 A JP 2014134547A JP 2014134547 A JP2014134547 A JP 2014134547A JP 6386269 B2 JP6386269 B2 JP 6386269B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
user
leg
force
walking
assist
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014134547A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016010618A (ja
Inventor
池内 康
康 池内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2014134547A priority Critical patent/JP6386269B2/ja
Priority to US14/751,743 priority patent/US9980830B2/en
Publication of JP2016010618A publication Critical patent/JP2016010618A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6386269B2 publication Critical patent/JP6386269B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60Artificial legs or feet or parts thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68Operating or control means
    • A61F2/70Operating or control means electrical
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132Additional features of the articulation
    • A61F2005/0155Additional features of the articulation with actuating means

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Description

本発明は、利用者の歩行を補助する歩行補助装置に関する。
従来、筋力の低下等により歩行が困難になった者(以下、「利用者」という。)の歩行を補助する歩行補助装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この歩行補助装置は、利用者が着座する着座部と、着座部に対して揺動可能に連結された左右一対の脚リンク部と、各脚リンク部に対して設けられた2つのアクチュエータとを備えている。脚リンク部は、大腿フレーム、下腿フレーム、及び、それらのフレームを連結する関節を有している。
このような構成を備えた歩行補助装置は、アクチュエータによってフレームを連結する関節を駆動させて、利用者の体重の一部を支える力(以下、「アシスト力」という。)を各脚リンク部から利用者の体幹部に作用させ、歩行時における利用者の脚の負担を軽減し、歩行を補助する。
各脚リンク部から利用者に作用するアシスト力の大きさは、利用者の右脚側の踏力と左脚側の踏力との比率に応じて、利用者の歩行の補助に必要な目標アシスト力を分配することによって決定される。
特開2007−000616号公報
しかし、特許文献1に記載の歩行補助装置のように、脚リンク部が利用者の脚体に固定されている場合、利用者が坂道又は階段を上る又は下るといった状況においては、利用者の各脚体の屈伸状態(屈伸状態変数)に差が生じる。そのため、利用者の右脚側の踏力と左脚側の踏力との比率のみに応じてアシスト力を制御すると、利用者に対し、その利用者が意図しない方向の力が加わるおそれがあった。
例えば、図6に示すように、従来の歩行補助装置では、利用者Pが上り歩行状態(例えば、階段や上り坂を上っている状態)において、利用者Pの左右の踏力が同じである場合には、右脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fu1rと左脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fu1lが同じ大きさになる。その結果、2つのアシスト力Fu1r,Fu1lの合力Fu1は、鉛直方向成分だけではなく、前後方向において利用者の後方へ向かう成分を有する力になるので、利用者Pに後方へ引っ張られるような力が加わるおそれがあった。
一方、図7に示すように、従来の歩行補助装置では、利用者Pが下り歩行状態(例えば、階段や下り坂を下っている状態)において、利用者Pの左右の踏力が同じである場合には、右脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fd1rと左脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fd1lが同じ大きさになる。その結果、2つのアシスト力Fd1r,Fd1lの合力Fd1は、鉛直方向成分だけではなく、前後方向において利用者の前方へ向かう成分を有する力になるので、利用者Pに前方へ引っ張られるような力が加わるおそれがあった。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、各脚体の屈伸状態の差によらず、利用者に対し、その利用者が意図しない方向の力が加わりにくい歩行補助装置を提供することを目的とする。
本発明の歩行補助装置は、利用者が着座する着座部と、利用者の左右の脚体の各々の所定の位置に固定され、着座部に対して利用者の脚体の動作に連動して揺動可能に連結された左右一対の脚リンク部と、脚リンク部に駆動力を伝達して、脚リンク部の各々から着座部を介して利用者にアシスト力を作用させるアクチュエータと、アクチュエータの駆動力の制御を行う制御部とを備えた歩行補助装置であって、制御部は、利用者の左右の脚体の各々の屈伸状態を表す屈伸状態変数のうち、一方の脚体の屈伸状態変数の値の、他方の脚体の屈伸状態変数の値に対する偏差が大きいほど、脚リンク部の各々から利用者に作用するアシスト力のうち、一方の脚体に作用するアシスト力の値、他方の脚体に作用するアシスト力の値に対する偏差大きくなるように制御を行って、一方の脚体に作用するアシスト力と他方の脚体に作用するアシスト力を調整して一方の脚体に作用するアシスト力と他方の脚体に作用するアシスト力との合力の前後方向成分小さくすることを特徴とする。
本発明の歩行補助装置によれば、利用者が坂道又は階段を上る又は下るといった状況において、利用者の左右の脚体の各々の屈伸状態(屈伸状態変数)の相違が勘案された形で、脚リンク部の各々から着座部を介して利用者に作用する各アシスト力が差別化される。これにより、同様の状況において、各脚体の屈伸状態の差によって利用者に対し、その利用者が意図しない方向の力が加わるような場面が現出しても、その力が軽減されて利用者に加わりにくくなる。
また、本発明の歩行補助装置においては、利用者の左右の足平の接地を検知する接地センサを備え、制御部は、左右の足平が接地している状態においてのみ、制御を行うことが好ましい。
利用者の両足が接地していない状態でアシスト力の制御を行うと、逆に利用者に対し、その利用者が意図しない方向の力が加わるおそれがある。そこで、利用者の両足が接地している状態においてのみ、脚リンク部によるアシスト力の差別化を行うようにすれば、さらに利用者に対し、その利用者が意図しない方向の力が加わりにくくなる。
また、本発明の歩行補助装置としては、利用者の左右の踏力を検出する踏力センサを備え、屈伸状態変数は、利用者の膝関節が伸展するほど大きくなる変数であり、制御部は、屈伸状態変数の値が大きく、踏力が大きいほど、アシスト力が大きくなるように、前記制御を行うように構成してもよい。
本発明の実施形態に係る歩行補助装置の概略構成を示す側面図。 図1の歩行補助装置の正面図。 図1の歩行補助装置で行われるアシスト力の調整処理のフローチャート。 上り歩行状態において、図1の歩行補助装置によって利用者に作用するアシスト力の説明図。 下り歩行状態において、本発明の実施形態の変形例に係る歩行補助装置によって利用者に作用するアシスト力の 上り歩行状態において、従来の歩行補助装置によって利用者に作用するアシスト力の説明図。 下り歩行状態において、従来の歩行補助装置によって利用者に作用するアシスト力の説明図。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る歩行補助装置を説明する。
まず、図1及び図2を用いて、本実施形態の歩行補助装置の構成について説明する。
図1及び図2に示すように、歩行補助装置は、利用者Pが跨ぐようにして着座する着座部1と、着座部1に対して揺動可能に連結された左右一対の脚リンク部2とを備えている。
各脚リンク部2は、着座部1に設けた第1関節部3に連結されている大腿フレーム4と、大腿フレーム4の下端に回転式の中間関節部5を介して連結されている下肢フレーム6とを有する屈伸自在なリンク機構となっている。また、下肢フレーム6の下端には、第2関節部7を介して、利用者Pの左右の各足平に装着される足平装着部8が連結されている。
また、各脚リンク部2には、中間関節部5を駆動させるためのアクチュエータ9が搭載されている。このアクチュエータ9によって中間関節部5を回転駆動させ、各脚リンク部2を伸び方向(着座部1を押し上げる方向)に駆動させ、アシスト力を発生させる。
各脚リンク部2で発生したアシスト力は、着座部1を介して、利用者Pの体幹に伝達される。その結果、アシスト力により利用者Pの体重の一部が、着座部1を介して、脚リンク部2で支えられ、利用者Pの脚に作用する荷重が軽減される。
着座部1は、利用者Pが着座するサドル状のシート部1aと、シート部1aを支持する支持フレーム1bと、シート部1aの後側で立上る支持フレーム1bの後端の立ち上がり部に取り付けた腰当て部1cとで構成されている。
第1関節部3は、着座部1の支持フレーム1bの後端の立ち上がり部に取り付けられたガイドレール3aと、大腿フレーム4の上端部に固定されたスライダー3bと、ガイドレール3aに対してスライダー3bを移動自在に係合させる複数のローラ3cとで構成されている。
この第1関節部3によって連結されているので、各脚リンク部2はガイドレール3aの曲率中心を揺動中心にして(すなわち、着座部1に対して)、前後方向に利用者Pの脚体の動作に連動して揺動可能になっている。また、各脚リンク部2の揺動中心はガイドレール3aの曲率中心になる。
アクチュエータ9は、各脚リンク部2の大腿フレーム4の上端部外側面に取付けられた減速機付きの電動モータ9aと、電動モータ9aの出力軸上の駆動クランクアーム9bとで構成されている。
駆動クランクアーム9bは、大腿フレーム4の内部に配置された連結リンク4aを介して、中間関節部5の関節軸5aと同心に固定された下肢フレーム6の従動クランクアーム6aに連結されている。そのため、アクチュエータ9から伝達される駆動力によって、下肢フレーム6が大腿フレーム4に対し関節軸5aを中心にして揺動し、脚リンク部2が屈伸される。
足平装着部8は、足平に固定するための靴8aと、靴8aに固定され上下方向に延びている連結部材8bとを有している。連結部材8bには、第2関節部7を介して、各脚リンク部2の下肢フレーム6が連結されている。また、靴8aの内部には、中敷8cが設けられている。
中敷8cの下面には、利用者Pの足平の中趾節関節(MP関節)部分と踵部分とに作用する荷重(踏力)を検出する前後一対の踏力センサ10が取付けられている。この踏力センサ10は、踏力を検出するとともに、利用者Pの足平が接地しているかどうかを検知する接地センサの役割も果たしている。
踏力センサ10の検出信号は、コントローラ11(制御部)に入力される。コントローラ11は、第1関節部3及び中間関節部5の揺動角度、並びに、踏力センサ10が検出した踏力に基づいて、アクチュエータ9を制御して中間関節部5を駆動し、左右の脚リンク部2から利用者へ作用するアシスト力を発生させる。
なお、本実施形態においては、コントローラ11は、着座部1の支持フレーム1bの内部に配置されている。また、コントローラ11に用いる電力は、大腿フレーム4の内部に配置されたバッテリ12から供給されている。しかし、コントローラ11及びバッテリ12は、必ずしも着座部1及び大腿フレーム4に内蔵する必要はなく、歩行補助装置の外部に設け、無線通信等によってアクチュエータ9の制御を行うようにしてもよい。
次に、図3を参照して、本実施形態の歩行補助装置が行うアシスト力の調整処理について詳細に説明する。
まず、コントローラ11は、踏力センサ10の検出値に基づいて、利用者Pの左右の踏力を取得する(図3/STEP1)。
次に、コントローラ11は、利用者Pの歩行状態が所定の歩行状態であるか否かの判定処理を行う(図3/STEP2)。
本実施形態においては、利用者Pが上り歩行状態である場合(例えば、階段や上り坂を上っている状態)には、利用者Pの踏力以外の変数を用いてアシスト力の調整処理を行う必要がある所定の歩行状態であると判定し、利用者Pが平面歩行状態又は下り歩行状態(例えば、階段や下り坂を下っている状態)である場合には、所定の歩行状態ではないと判定する。
歩行状態の判定方法としては、例えば、利用者Pの左右の足の接地タイミング及び離地タイミング、並びに、そのタイミングにおける歩行補助装置の第1関節部3から第2関節部7までの長さ(以下、この長さを「屈伸状態変数」という。)を用いた方法がある。
具体的には、まず、踏力センサ10の検出値を用いて、利用者Pの左右の足の接地タイミング及び離地タイミング、並びに、そのタイミングにおける大腿フレーム4と下肢フレーム6とがなす角度を検出する。次に、その角度と大腿フレーム4及び下肢フレーム6の長さとから、屈伸状態変数を算出する。次に、各タイミングにおける屈伸状態変数を対比する。この対比の結果、一方の足の離地時の屈伸状態変数がその離地時の直後又は直前の接地時の屈伸状態変数よりも所定値以上大きい場合には、利用者Pが上り歩行状態であると判定することができる。
なお、歩行状態の判定方法は、このような方法に限定されるものではない。例えば、一定期間中における第1関節部3及び中間関節部5の回転角度の変化を測定し、それらの回転角度と大腿フレーム4及び下肢フレーム6の長さとから第2関節部7の移動軌跡を算出して、その算出結果に基づいて歩行状態を判定するといった方法(特開2003−116893号公報等参照。)を用いてもよい。
また、第2関節部7に慣性センサを取り付け、その慣性センサによって、一定期間中における第2関節部7の上下方向及び前後方向に対する移動軌跡を測定し、その測定結果に基づいて歩行状態を判定するようにしてもよい。
また、歩行状態を判定するためには、一歩行周期の間だけ、利用者Pの状態の変化の測定等を行ってもよいが、二歩行周期の間以上、測定等を行うことが好ましい。二歩行周期の間以上において測定等を行えば、アシスト力の調整処理を必要としない一時的な歩行状態の変化(例えば、一段だけの段差を上った場合等)を、調整処理を必要とする継続的な歩行状態の変化(例えば、階段を上っている)と判定してしまうことを防止することができる。
歩行状態の判定の結果、利用者Pが所定の歩行状態であると判定された場合(本実施形態では、上り歩行状態であると判定された場合(STEP2がYESの場合))、コントローラ11は、利用者Pの両足の接地状態を判定する(図2/STEP3)。
本実施形態の歩行補助装置では、利用者Pの両足が接地しているか否かの判定は、接地センサを兼ねている踏力センサ10の検出値に基づいて行われる。
接地状態の判定及び歩行状態の判定の結果、利用者Pが所定の歩行状態(本実施形態では上り歩行状態)であり、且つ、利用者Pの両足が接地していると判定された場合(STEP2及びSTEP3がYESの場合)、コントローラ11は、利用者Pの屈伸状態変数を考慮したアシスト力の調整処理(図2/STEP4〜STEP7)を行う。
利用者Pの屈伸状態変数を考慮したアシスト力の調整処理を行う場合には、まず、コントローラ11は、利用者Pの両足が接地した状態における屈伸状態変数を取得する(図3/STEP4)。
本実施形態においては、屈伸状態変数として、第1関節部3から第2関節部7までの長さを用いている。この屈伸状態変数は、利用者Pの膝関節の動作と連動して回転する中間関節部5の回転角度と大腿フレーム4及び下肢フレーム6の長さとから幾何学的に算出できる値であり、利用者Pの膝関節が伸展するほど大きくなる変数である。
なお、本発明における屈伸状態変数は、必ずしも第1関節部3から第2関節部7までの長さである必要はなく、利用者Pの左右の脚体の各々の屈伸状態を表す値であればよい。例えば、利用者Pの直立状態を基準とする中間関節部5の回転角度を用いてもよい。その場合には、屈伸状態変数は、利用者Pの膝関節が屈曲するほど大きくなる変数になる。
次に、コントローラ11は、STEP1で取得した踏力及びSTEP4で取得した屈伸状態変数に基づいて、左右の脚リンク部2に対するアシスト力の分配比率Rr,Rlを算出する(図3/STEP5)。
本実施形態の歩行補助装置のSTEP5においては、右側の脚リンク部2に対するアシスト力の分配比率Rurは以下の式(1)によって算出し、左側の脚リンク部2に対するアシスト力の分配比率Rulは以下の式(2)によって算出している。
Rur = Ffr×Lr/(Ffr×Lr+Ffl×Ll) ・・・(1)
Rul = Ffl×Ll/(Ffr×Lr+Ffl×Ll) ・・・(2)
上記の式(1)及び式(2)において、Ffrは利用者Pの右脚の踏力、Fflは利用者Pの左脚の踏力、Lrは右脚側の脚リンク部2の屈伸状態変数、Llは左脚側の脚リンク部2の屈伸状態変数である。
上記の式(1)及び式(2)からも明らかなように、コントローラ11は、屈伸状態変数の値が大きく、踏力が大きいほど、アシスト力が大きくなるように、調整処理を行う。すなわち、コントローラ11は、屈伸状態変数の値の偏差が大きいほど、アシスト力の偏差が大きくなるように、調整処理を行う。
ただし、この分配比率の算出方法は、あくまでも一例であり、後述するように、左右の脚リンク部2からのアシスト力の合力の前後方向成分が、小さくなるような分配比率を得られるものであれば、どのような方法を用いても構わない。
例えば、利用者Pの踏力を考慮せずに、以下の式(1A)及び式(2A)を用いて、アシスト力の分配比率Rur,Rulを算出するようにしてもよい。
Rur = Lr/(Lr+Ll) ・・・(1A)
Rul = Ll/(Lr+Ll) ・・・(2A)
次に、コントローラ11は、利用者Pの体重の一部を支えるために必要な目標アシスト力Fuを認識する(図3/STEP6)。
本実施形態においては、予めメモリ(不図示)に格納しておいたデータ(例えば、歩行状態とその歩行状態において支えるべき荷重との相関関係に関するデータ)を読み取り、そのデータと判定した歩行状態とを照合して認識するようにしている。
しかし、目標アシストの認識方法はそのような方法に限定されるものではなく、利用者Pの体重の一部を支えることができるアシスト力を認識できる方法であればよい。例えば、目標アシスト力を、踏力センサ10の検出値を用いて、利用者の歩行時における踏力に基づいて決定する方法を用いてもよい。
次に、コントローラ11は、STEP5で算出した分配比率とSTEP6で決定した目標アシスト力Fuとに基づいて、左右の脚リンク部2の各々から利用者Pに作用させるべきアシスト力Fur,Fulを算出する(図3/STEP7)。
本実施形態の歩行補助装置のSTEP7においては、右側の脚リンク部2からのアシスト力Furは以下の式(3)によって算出し、左側の脚リンク部2からのアシスト力Fulは以下の式(4)によって算出している。
Fur = Fu×Rur ・・・(3)
Ful = Fu×Rul ・・・(4)
一方、歩行状態の判定及び接地状態の判定の結果、利用者Pが所定の歩行状態ではないと判定された場合(本実施形態では、平面歩行状態又は下り歩行状態であると判定された場合(STEP2がNOの場合))、又は、利用者Pの両足が接地していないと判定された場合(STEP3がNOの場合)、コントローラ11は、従来の歩行補助装置と同様に、利用者Pの屈伸状態変数を考慮しないアシスト力の調整処理(図2/STEP8〜STEP10)を行う(図7参照。)。
利用者Pの屈伸状態変数を考慮しないアシスト力の調整処理を行う場合には、まず、コントローラ11は、STEP1で取得した踏力のみに基づいて、左右の脚リンク部2に対するアシスト力の分配比率Rd1r,Rd1lを算出する(図3/STEP8)。
本実施形態の歩行補助装置のSTEP8においては、右側の脚リンク部2に対するアシスト力の分配比率Rd1rは以下の式(5)によって算出し、左側の脚リンク部2に対するアシスト力の分配比率Rd1lは以下の式(6)によって算出している。
Rd1r = Ffr/(Ffr+Ffl) ・・・(5)
Rd1l = Ffl/(Ffr+Ffl) ・・・(6)
上記の式(5)及び式(6)において、Ffrは利用者Pの右脚の踏力、Fflは利用者Pの左脚の踏力である。
ただし、この分配比率の算出方法は、あくまでも一例であり、平面歩行状態又は下り歩行状態において、利用者Pに対して前後方向に過剰な力が加わりにくい分配比率を得られるものであれば、どのような方法を用いても構わない。
次に、コントローラ11は、利用者Pの体重の一部を支えるために必要な目標アシスト力Fd1を認識する(図3/STEP9)。
次に、コントローラ11は、STEP8で算出した分配比率とSTEP9で決定した目標アシスト力Fd1とに基づいて、左右の脚リンク部2の各々から利用者Pに作用させるべきアシスト力Fd1r,Fd1lを算出する(図3/STEP10)。
本実施形態の歩行補助装置のSTEP10においては、右側の脚リンク部2からのアシスト力Fd1rは以下の式(7)によって算出し、左側の脚リンク部2からのアシスト力Fd1lは以下の式(8)によって算出している。
Fd1r = Fd1×Rd1r ・・・(7)
Fd1l = Fd1×Rd1l ・・・(8)
最後に、コントローラ11は、STEP7又はSTEP10で決定したアシスト力Fur,Ful,Fd1r,Fd1lを、左右の脚リンク部2に発揮させるように、左右のアクチュエータ9を駆動させて、アシスト力の調整処理を終了する(図3/STEP11)。
次に、図4を参照して、本実施形態の歩行補助装置によるアシスト力について詳細に説明する。
図4に示すように、利用者Pが上り歩行状態では、踏み出した前方の脚(図4においては左脚)は、後方の脚に比べて屈曲し、利用者Pの左右の脚体の屈伸状態に差が生じる。すなわち、利用者Pの左右の脚体の各々の屈伸状態を表す屈伸状態変数の値の偏差が、通常の歩行状態に比べ、大きくなっている。
このとき、右脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fur及び2左脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fulの方向は、各第2関節部7の回転中心から各脚リンク部2の揺動中心Gへ向かう方向になる。
そして、本実施形態の歩行補助装置では、コントローラ11が、屈伸状態の差(屈伸状態変数の値の偏差)に応じて、踏み出した左脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fulを小さく、後方の右脚側の脚リンク部2からのアシスト力Furを大きく調整している。すなわち、通常の歩行状態に比べ、アシスト力Fur,Fulの偏差が大きくなるように、調整処理を行っている。
そのため、各脚リンク部2から利用者Pに作用するアシスト力の合力Fuの前後方向成分は、0に近づく(図4参照。)。すなわち、各脚リンク部2から利用者Pに作用するアシスト力の合力Fuは、従来の歩行補助装置を用いた場合に比べ、前後方向成分が小さくなり、利用者Pに対して前後方向に加わる力が軽減される(図4及び図6参照。)。
したがって、本発明の歩行補助装置によれば、各脚体の屈伸状態の差によって利用者Pに対し、利用者Pが意図しない方向の力が加わるような場面が現出しても、その力が軽減されて利用者Pに加わりにくくなる。
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態においては、コントローラ11は、利用者Pが階段を上る状況においてのみ、屈伸状態変数を考慮してアシスト力の調整処理を行っている。しかし、本発明の歩行補助装置は、そのような構成に限定されるものではない。例えば、利用者が平地や下り歩行状態であっても、制御部が屈伸状態変数を考慮した制御を行うようにしてもよい。
具体的には、例えば、下り歩行状態(例えば、階段や下り坂を下っている状態)においても、上記実施形態において上り歩行状態と同様に、屈伸状態変数を考慮して制御を行うようにしてもよい。
図5に示すように、そのような制御を行った場合には、右脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fdrと左脚側の脚リンク部2からのアシスト力Fdlとの合力Fdの前後方向成分は、0に近づく。すなわち、各脚リンク部2から利用者Pに作用するアシスト力の合力Fdは、従来の歩行補助装置を用いた場合に比べ、前後方向成分が小さくなり、利用者Pに対して前後方向に加わる力が軽減される(図5及び図7参照。)。
その結果、利用者Pは、下り歩行状態で、各脚体の屈伸状態の差によって利用者Pに対し、その利用者Pが意図しない方向の力が加わるような場面が現出しても、その力が軽減されて利用者Pに加わりにくくなる。
また、上記実施形態においては、コントローラ11は、利用者Pの両足が接地していると判定した場合のみ、屈伸状態変数を考慮してアシスト力の調整処理を行っている。しかし、本発明の歩行補助装置は、そのような構成に限定されるものではない。例えば、制御部による制御は、利用者の一歩行周期中に常に行うようにしてもよいし、一歩行周期中の一定期間だけに行うようにしてもよい。また、上り歩行状態では、歩行者が足を踏み出すときにのみ制御を行うようにしてもよい。また、屈伸状態変数の偏差が所定の偏差を超える場合にのみ制御を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、左右の脚リンク部2から利用者Pに作用するアシスト力の合力Fuの前後方向成分が0に近づくように、コントローラ11が、脚リンク部2の各々から利用者Pに作用するアシスト力Fur,Fulに対して調整処理を行っている。しかし、本発明の制御部が行う制御は、必ずしもアシスト力の合力をそのような力となるように調整するものである必要はない。
例えば、利用者が上り歩行状態では、アシスト力の合力が利用者をわずかに前方に引っ張る力となるように制御を行ってもよい。逆に、利用者が下り歩行状態では、アシスト力の合力が利用者をわずかに後方に引っ張る力となるように制御を行ってもよい。
また、上記実施形態においては、脚リンク部2は、大腿フレーム4と下肢フレーム6とを中間関節部5によって連結した屈伸自在なリンク機構として構成している。しかし、本発明の脚リンク部は、そのような構成に限定されるものではなく、利用者の歩行に合わせって屈伸し、アシスト力を発生させるものであればよい。例えば、リンク機構ではなく、直線状の伸縮機構であってもよい。
また、上記実施形態においては、脚リンク部2に連結されている足平装着部8の靴8aを介して、利用者Pの脚体と脚リンク部2と固定している。しかし、本発明の歩行補助装置は、そのような構成に限定されるものではなく、利用者の脚体の動作に連動して脚リンク部が揺動可能となる位置であればよい。例えば、利用者の大腿部や下腿部であってもよい。
また、上記実施形態においては、踏力センサ10が、接地センサの役割も果たしている。しかし、本発明の踏力センサ及び接地センサは、そのような構成に限定されるものではなく、利用者の踏力や接地状態を検知できるものであればよい。例えば、踏力センサと接地センサとを独立したセンサとして設けてもよい。また、設置位置も適宜設定してよい。
1…着座部、1a…シート部、1b…支持フレーム、1c…腰当て部、2…脚リンク部、3…第1関節部、3a…ガイドレール、3b…スライダー、3c…ローラ、4…大腿フレーム、4a…連結リンク、5…中間関節部、5a…関節軸、6…下肢フレーム、6a…従動クランクアーム、7…第2関節部、8…足平装着部、8a…靴、8b…連結部材、8c…中敷、9…アクチュエータ、9a…電動モータ、9b…駆動クランクアーム、10…踏力センサ、11…コントローラ、12…バッテリ、G…脚リンク部2の揺動中心、P…利用者。

Claims (3)

  1. 利用者が着座する着座部と、
    前記利用者の左右の脚体の各々の所定の位置に固定され、前記着座部に対して前記利用者の前記脚体の動作に連動して揺動可能に連結された左右一対の脚リンク部と、
    前記脚リンク部に駆動力を伝達して、前記脚リンク部の各々から前記着座部を介して前記利用者にアシスト力を作用させるアクチュエータと、
    前記アクチュエータの駆動力の制御を行う制御部と
    を備えた歩行補助装置であって、
    前記制御部は、前記利用者の左右の脚体の各々の屈伸状態を表す屈伸状態変数のうち、一方の前記脚体の前記屈伸状態変数の値の、他方の前記脚体の前記屈伸状態変数の値に対する偏差が大きいほど、前記脚リンク部の各々から前記利用者に作用する前記アシスト力のうち、前記一方の脚体に作用する前記アシスト力の値、前記他方の脚体に作用する前記アシスト力の値に対する偏差大きくなるように前記制御を行って、前記一方の脚体に作用する前記アシスト力と前記他方の脚体に作用する前記アシスト力を調整して前記一方の脚体に作用する前記アシスト力と前記他方の脚体に作用する前記アシスト力との合力の前後方向成分小さくすることを特徴とする歩行補助装置。
  2. 請求項1に記載の歩行補助装置であって、
    前記利用者の左右の足平の接地を検知する接地センサを備え、
    前記制御部は、左右の前記足平が接地している状態においてのみ、前記制御を行うことを特徴とする歩行補助装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の歩行補助装置であって、
    前記利用者の左右の踏力を検出する踏力センサを備え、
    前記屈伸状態変数は、前記利用者の膝関節が伸展するほど大きくなる変数であり、
    前記制御部は、前記屈伸状態変数の値が大きく、前記踏力が大きいほど、前記アシスト力が大きくなるように、前記制御を行うことを特徴とする歩行補助装置。
JP2014134547A 2014-06-30 2014-06-30 歩行補助装置 Expired - Fee Related JP6386269B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014134547A JP6386269B2 (ja) 2014-06-30 2014-06-30 歩行補助装置
US14/751,743 US9980830B2 (en) 2014-06-30 2015-06-26 Walking assist device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014134547A JP6386269B2 (ja) 2014-06-30 2014-06-30 歩行補助装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016010618A JP2016010618A (ja) 2016-01-21
JP6386269B2 true JP6386269B2 (ja) 2018-09-05

Family

ID=54929306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014134547A Expired - Fee Related JP6386269B2 (ja) 2014-06-30 2014-06-30 歩行補助装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9980830B2 (ja)
JP (1) JP6386269B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP1541976S (ja) * 2015-05-18 2016-01-18
EP3402444B1 (en) * 2016-01-17 2022-04-06 Human in Motion Robotics Inc. System and device for guiding and detecting motions of 3-dof rotational target joint
KR102536856B1 (ko) * 2016-10-31 2023-05-25 삼성전자주식회사 보행 보조 장치 및 그 동작 방법
JP2022507479A (ja) * 2018-11-15 2022-01-18 ステムラッド リミティド 重量分散外骨格

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2589360B1 (fr) * 1985-10-30 1987-12-24 Chareire Jean Louis Appareil d'assistance mecanique de la propulsion par les jambes
US5476441A (en) * 1993-09-30 1995-12-19 Massachusetts Institute Of Technology Controlled-brake orthosis
JP4588666B2 (ja) * 2005-05-27 2010-12-01 本田技研工業株式会社 歩行補助装置の制御装置および制御プログラム
DE602006015649D1 (de) * 2005-05-27 2010-09-02 Honda Motor Co Ltd Gehhilfsvorrichtung
JP4666644B2 (ja) * 2006-07-12 2011-04-06 本田技研工業株式会社 歩行補助装具の制御装置
JP4745167B2 (ja) * 2006-08-22 2011-08-10 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
US8353854B2 (en) * 2007-02-14 2013-01-15 Tibion Corporation Method and devices for moving a body joint
AU2009249191B2 (en) * 2008-05-20 2014-07-24 Ekso Bionics, Inc. Device and method for decreasing energy consumption of a person by use of a lower extremity exoskeleton
US9351855B2 (en) * 2008-06-16 2016-05-31 Ekso Bionics, Inc. Powered lower extremity orthotic and method of operation
US8801641B2 (en) * 2008-07-23 2014-08-12 Ekso Bionics, Inc. Exoskeleton and method for controlling a swing leg of the exoskeleton
JP5213682B2 (ja) * 2008-12-17 2013-06-19 本田技研工業株式会社 体重支持装置
JP5073642B2 (ja) * 2008-12-17 2012-11-14 本田技研工業株式会社 動作補助装置
JP2014104185A (ja) * 2012-11-28 2014-06-09 Sony Corp 運動補助装置及び運動補助方法
CA2855148C (en) * 2013-06-21 2020-07-14 Queen's University At Kingston Biomechanical electrical power generation apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016010618A (ja) 2016-01-21
US9980830B2 (en) 2018-05-29
US20150374513A1 (en) 2015-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106264988B (zh) 外骨骼踝关节机器装置
US8202234B2 (en) Control device for walking assistance device
JP5120209B2 (ja) 歩行補助装置
CN102665638B (zh) 行走辅助装置
CA2828420C (en) Gait training device and gait training system
TWI494095B (zh) 控制義肢關節的方法
JP6386269B2 (ja) 歩行補助装置
US8083695B2 (en) Walk assistance device
TW201639533A (zh) 互動式外骨骼膝關節機器系統
US20130006159A1 (en) Leg assist device
US20080009778A1 (en) Walking assisting device
WO2018092325A1 (ja) 義足動作補助装置及び義足動作補助方法
JP2014073199A (ja) 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
US20080318739A1 (en) Walking Assistance Device
US20100130894A1 (en) Motion assisting device
JP2014184086A (ja) 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
KR20150039386A (ko) 보행 보조 장치 및 보행 보조 장치의 제어방법
JP2012095793A (ja) 歩行訓練システム
JP5782788B2 (ja) 歩行補助装置
JP5146299B2 (ja) 歩行補助装置
JP5200920B2 (ja) 歩行補助装置
JP2014068866A (ja) 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
JP2013048701A (ja) 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
KR101509452B1 (ko) 전동 인공발
JP2018187083A (ja) 下肢装具のパワーアシスト装置及び下肢装具

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170804

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180220

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180308

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180724

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180809

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6386269

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees