JP6787425B2 - Walking training device and its control method - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザの歩容状態を判定することができる歩容状態判定装置、歩容状態判定方法及び歩行訓練装置に関するものである。 The present invention relates to a gait state determination device, a gait state determination method, and a walking training device capable of determining a user's gait state.
例えば、本出願人によって、ユーザの脚部に装着され、該ユーザの歩行を補助する歩行補助装置を備える歩行訓練装置が提案されている（特許文献１参照）。 For example, the applicant has proposed a walking training device that is attached to a user's leg and includes a walking assisting device that assists the user in walking (see Patent Document 1).
ところで、歩行補助装置及びユーザの脚部のうち少なくとも一方を上方かつ前方に引張する第１引張手段と、歩行補助装置及びユーザの脚部のうち少なくとも一方を上方かつ後方に引張する第２引張手段と、を更に追加し、第１及び第２引張手段による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置の重量と略等しくし、脚部にかかる歩行補助装置の重力負荷を軽減するような構成をとったとする。この場合、下記の課題が発生することを発明者らは見出した。すなわち、歩行における脚部の振出し開始は、後方移動している脚部を前方移動に反転させるタイミングでもある。このため、歩行補助装置が装着された脚部は、この反転のタイミングで、歩行補助装置から後方への慣性力を受けることとなる。しかしながら、上記歩行訓練装置は、ユーザの歩行に対する歩行補助装置の重力の負荷を軽減するものであるが、上記慣性力の負荷までも軽減するものではない。このため、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始時においてその脚部に過剰な負担が掛かる。また、上記構成のように鉛直上向き方向への重力負荷を軽減した場合、後方への慣性力のみならず、脚を地面から浮かせる（上方へ持ち上げる）ための鉛直方向への慣性力も負荷となる。 By the way, a first tensile means that pulls at least one of the walking assist device and the user's leg upward and forward, and a second tensile means that pulls at least one of the walking assist device and the user's leg upward and backward. And, are further added so that the resultant force of the vertically upper component of the tensile force by the first and second tensile means is substantially equal to the weight of the walking assist device, and the gravity load of the walking assist device applied to the legs is reduced. Suppose you took. In this case, the inventors have found that the following problems occur. That is, the start of swinging the leg during walking is also the timing at which the leg moving backward is reversed to the forward movement. Therefore, the leg to which the walking assist device is attached receives an inertial force backward from the walking assist device at the timing of this reversal. However, although the walking training device reduces the load of gravity of the walking assist device on the user's walking, it does not reduce the load of the inertial force. Therefore, an excessive load is applied to the leg portion to which the walking assist device is attached at the start of swinging. Further, when the gravitational load in the vertical upward direction is reduced as in the above configuration, not only the inertial force in the rear direction but also the inertial force in the vertical direction for lifting the leg from the ground (lifting upward) becomes a load.
したがって、この慣性力の負担を軽減するために、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定し、その振出し開始時に、例えば、慣性力を軽減するように引張手段の引張力を増加させるのが好ましい。しかしながら、上記歩行訓練装置においては、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始を判定しておらず、上記負荷の軽減も行っていない。 Therefore, in order to reduce the load of the inertial force, the start of swinging of the leg to which the walking assist device is attached is accurately determined, and at the start of swinging, for example, the tensile force of the tensile means is reduced so as to reduce the inertial force. It is preferable to increase. However, in the walking training device, the start of swinging of the leg to which the walking assist device is attached is not determined, and the load is not reduced.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定できる歩容状態判定装置、歩容状態判定方法及び歩行訓練装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and is a gait state determination device, a gait state determination method, and a walking training device that can accurately determine the start of swinging of a leg to which a walking assist device is attached. The main purpose is to provide.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、歩行を補助する歩行補助装置が脚部に装着されたユーザの歩容状態を判定する歩容状態判定装置であって、前記歩行補助装置に設けられ、ユーザの足部に装着される足部装着部と、前記足部装着部に設けられ、該ユーザの足裏に生じる荷重を検出する荷重検出手段と、前記荷重検出手段により検出された足裏の荷重に基づいて、ユーザの歩容動作中の足裏に掛かる荷重中心位置を連続的に算出する荷重中心算出手段と、前記荷重中心算出手段により算出された荷重中心位置が前記足裏の踵領域内に位置した状態から爪先領域内へ推移したとき、前記歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する動作判定手段と、を備える、ことを特徴とする歩容状態判定装置である。この一態様によれば、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定できる。
この一態様において、前記動作判定手段は、前記荷重中心位置が前記足裏の踵領域内から爪先領域内に推移し、該爪先領域内に所定時間以上継続してあるとき、前記歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定してもよい。この一態様によれば、荷重中心位置が爪先領域内に所定時間以上継続して入っている安定した状態で、振出し開始を判定できる。これにより、歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始をより高精度に判定できる。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、歩行を補助する歩行補助装置が脚部に装着されたユーザの歩容状態を判定する歩容状態判定方法であって、前記歩行補助装置に設けられユーザの足部に装着される足部装着部に設けられ、該ユーザの足裏に生じる荷重を検出するステップと、前記検出された足裏の荷重に基づいて、ユーザの歩容動作中の足裏に掛かる荷重中心位置を連続的に算出するステップと、前記算出された荷重中心位置が前記足裏の踵領域内に位置した状態から爪先領域内へ推移したとき、前記歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定するステップと、を含む、ことを特徴とする歩容状態判定方法であってもよい。この一態様によれば、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定できる。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、前記脚部を、直接的に、又は前記歩行補助装置を介して、上方かつ前方に引張する第１引張手段と、前記第１引張手段による引張力の鉛直上方成分が前記歩行補助装置の重量を低減するように前記第１引張手段を制御する制御手段と、上記歩容状態判定装置と、を備え、前記制御手段は、前記歩容状態判定装置により前記脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定されたとき、前記第１引張手段に前記引張力に加えて追加の引張力を発生させる、ことを特徴とする歩行訓練装置であってもよい。この一態様によれば、精度よく判定された振出し開始時に第１引張手段による引張力を増加さることで、脚部の振出し開始時における慣性力を軽減することができる。
One aspect of the present invention for achieving the above object is a walking assist device for determining the walking status of a user having a walking assist device attached to a leg, and the walking assist device includes the walking assist device. It was detected by a foot mounting portion provided and mounted on the user's foot, a load detecting means provided on the foot mounting portion and detecting a load generated on the sole of the user, and the load detecting means. Based on the load on the sole of the foot, the load center calculation means for continuously calculating the position of the center of load applied to the sole of the foot during the walking movement of the user, and the center of load calculated by the means for calculating the center of the foot are the sole It is characterized in that it is provided with an operation determining means for determining the timing of starting to swing forward of the leg to which the walking assist device is attached when the foot is moved from the state of being located in the heel region to the toe region. It is a walking state determination device. According to this aspect, it is possible to accurately determine the start of swinging of the leg portion to which the walking assist device is attached.
In this aspect, in the motion determining means, when the load center position changes from the heel region of the sole to the toe region and continues in the toe region for a predetermined time or longer, the walking assist device It may be determined that it is the timing to start swinging forward of the mounted leg. According to this aspect, it is possible to determine the start of swinging in a stable state in which the load center position is continuously in the toe region for a predetermined time or longer. As a result, it is possible to determine with higher accuracy the start of swinging forward of the leg to which the walking assist device is attached.
One aspect of the present invention for achieving the above object is a walking state determination method for determining the walking state of a user having a walking assist device attached to a leg, and the walking assist device is used. The step of detecting the load generated on the sole of the user, which is provided on the foot mounting portion to be provided and mounted on the foot of the user, and the walking movement of the user based on the detected load of the sole of the foot. When the step of continuously calculating the load center position applied to the sole of the foot and the calculated load center position shifts from the state of being located in the heel region of the sole to the toe region, the walking assist device moves. The walking state determination method may include a step of determining the timing of starting the forward swing of the attached leg portion. According to this aspect, it is possible to accurately determine the start of swinging of the leg portion to which the walking assist device is attached.
One aspect of the present invention for achieving the above object is based on a first tensioning means for pulling the legs upward and forward, directly or via the walking assist device, and the first tensioning means. A control means for controlling the first tensile means so that a vertically upward component of the tensile force reduces the weight of the walking assist device and the gait state determination device are provided, and the control means is provided with the gait state. It is a gait training device characterized in that when the determination device determines that it is the timing to start swinging the leg forward, an additional tensile force is generated in the first tensile means in addition to the tensile force. You may. According to this aspect, the inertial force at the start of swinging of the leg can be reduced by increasing the tensile force by the first tensile means at the start of swinging, which is accurately determined.
本発明によれば、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定できる歩容状態判定装置、歩容状態判定方法及び歩行訓練装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a gait state determination device, a gait state determination method, and a walking training device that can accurately determine the start of swinging of a leg equipped with a walking assist device.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。本実施形態に係る歩行訓練装置１は、例えば、脳卒中片麻痺患者などのユーザの歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１は、ユーザの脚部に装着された歩行補助装置２と、ユーザの歩行訓練を行う訓練装置３と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a walking training device according to an embodiment of the present invention. The walking training device 1 according to the present embodiment is a device for performing walking training for a user such as a stroke hemiplegic patient. The walking training device 1 includes a walking assist device 2 attached to the leg of the user and a training device 3 for performing walking training of the user.
歩行補助装置２は、例えば、歩行訓練を行うユーザの患脚に装着され、ユーザの歩行を補助する（図２）。歩行補助装置２は、上腿フレーム２１と、上腿フレーム２１に膝関節部２２を介して連結された下腿フレーム２３と、下腿フレーム２３に足首関節部２４を介して連結された足平フレーム（足部装着部の一具体例）２５と、膝関節部２２を回転駆動するモータユニット２６と、足首関節部２４の可動範囲を調整する調整機構２７と、を有している。なお、上記歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。例えば、歩行補助装置２は、足首関節部２４を回転駆動するモータユニットを備えていてもよい。
The walking assist device 2 is attached to, for example, the affected leg of a user who performs walking training to assist the user in walking (FIG. 2). The walking assist device 2 includes an
足平フレーム２５には、爪先側及び踵側に一対の荷重センサ２８が設けられている（図３）。荷重センサ２８は、荷重検出手段の一具体例である。荷重センサ２８は、例えば、足平フレーム２５の足裏に掛かる垂直荷重を検出する垂直荷重センサである。なお、足平フレーム２５に設けられる荷重センサ２８の数及び位置は、足裏の荷重中心を精度よく求めることができる配置であれば任意でよい。例えば、荷重センサ２８は３個以上配置される必要があり、それぞれの荷重センサ２８が一直線上にならないように各荷重センサ２８を配置する。荷重中心は、配置した荷重センサ２８を直線で結んでできる多角形の面積がより大きくなるように配置するのが好ましい。これにより、荷重中心をより広い範囲で高精度に検出できる。
The foot
歩行補助装置２は、荷重中心算出手段の一具体例であり、荷重センサ２８により検出された足平フレーム２５の足裏の荷重に基づいて、ユーザの歩容動作中の足裏の荷重中心（ＣＯＰ：Center of Pressure）の位置（以下、ＣＯＰ位置と称す）を連続的に算出する。
The walking assist device 2 is a specific example of the load center calculation means, and is based on the load on the sole of the foot of the
例えば、図３に示す如く、足平フレーム２５の足裏の中心位置を２次元ＸＹ座標の原点として、爪先側の第１荷重センサ２８の位置（ｘ１、ｙ１）、爪先側の第２荷重センサ２８の位置（ｘ２、ｙ２）、踵側の第３荷重センサ２８の位置（ｘ３、ｙ３）、踵側の第４荷重センサ２８の位置（ｘ４、ｙ４）とする。第１乃至第４荷重センサ２８に掛かる荷重量をＮｉ（ｉ＝１〜４）とする。歩行補助装置２は、例えば、下記式を用いて、ＣＯＰ位置（ｘＣＯＰ、ｙＣＯＰ）を算出する。
上記ＣＯＰ位置の算出方法は一例であり、これに限定されない。例えば、足平フレーム２５の足裏には、荷重センサ２８の代わりに、足裏の荷重分布を検出する荷重分布センサが設けられていてもよい。歩行補助装置２は、荷重分布センサにより検出された足裏の荷重分布に基づいて、ＣＯＰ位置を算出してもよい。
The above method for calculating the COP position is an example, and is not limited thereto. For example, the sole of the foot
上腿フレーム２１は、ユーザの脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム２３はユーザの脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレーム２１には、例えば、上腿部を固定するための上腿装具２１２が設けられている。上腿フレーム２１には、後述の第１引張部３３のワイヤ３６を接続するための、左右方向に延在する横長の第１フレーム２１１が設けられている。
The
なお、上記第１引張部３３の接続部は一例であり、これに限らない。例えば、第１引張部３３のワイヤ３６を上腿装具２１２に接続してもよく、第１引張部３３の引張点を歩行補助装置２の任意の位置に設けることができる。
The connection portion of the
モータユニット２６は、ユーザの歩行動作に応じて膝関節部２２を回転駆動することでユーザの歩行を補助する。なお、上記歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。ユーザの脚部に装着され、その歩行を補助できる任意の歩行補助装置が適用可能である。
The
訓練装置３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、第１及び第２引張部３３、３４と、制御装置３５と、を有している。トレッドミル３１は、リング状のベルト３１１を回転させる。ユーザは、ベルト３１１上に乗り該ベルト３１１の移動に応じて歩行を行い、その歩行訓練を行う。
The training device 3 includes a
フレーム本体３２は、トレッドミル３１上に立設された２対の柱フレーム３２１と、各柱フレーム３２１に接続され前後方向に延在する一対の前後フレーム３２２と、各前後フレーム３２２に接続され左右方向に延在する３つの左右フレーム３２３と、を有している。なお、上記フレーム本体３２の構成は、これに限られない。後述の第１及び第２引張部３３、３４が適切に固定できれば、フレーム本体３２は任意のフレーム構成であってもよい。
The
前方の左右フレーム３２３には、ワイヤ３６を上方かつ前方に引張する第１引張部３３が設けられている。第１引張部３３は、第１引張手段の一具体例である。第１引張部３３は、例えば、ワイヤ３６を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第１引張部３３が引張するワイヤ３６の一端は、歩行補助装置２に接続されている。第１引張部３３は、ワイヤ３６を介して歩行補助装置２を上方かつ前方に引張する。
The front left and
第１引張部３３による引張力の鉛直上方成分が歩行補助装置２の重さを支える。第１引張部３３による引張力の水平前方成分により、脚部の振出しを補助する。これにより、歩行訓練時におけるユーザの歩行負荷を軽減できる。
The vertically upward component of the tensile force by the
第２引張部３４は、後方の左右フレーム３２３に設けられ、ワイヤ３７を上方に引張する。ワイヤ３７の一端は、例えば、ユーザの腰部付近に装着されたベルトに接続されている。第２引張部３４は、例えば、ワイヤ３７を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第２引張部３４は、ワイヤ３７を介してユーザの腰部を上方に引張する。これにより、ユーザの自重による負荷を軽減できる。第１及び第２引張部３３、３４は、配線などを介して制御装置３５に夫々接続されている。
The
制御装置３５は、第１及び第２引張部３３、３４の引張力と、トレッドミル３１の駆動と、歩行補助装置２と、を夫々制御する。制御装置３５は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
The
図４は、本実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
制御装置３５は、例えば、第１引張部３３を制御する脚部免荷制御ユニット３５１と、第２引張部３４を制御する人免荷制御ユニット３５２と、歩行補助装置２を制御する脚部制御ユニット３５３と、トレッドミル３１を制御するトレッドミル制御ユニット３５４と、これらユニットを制御するコンピュータ（PersonalComputer）３５５と、コンピュータ３５５を操作するための操作パネル３５６と、から構成されている。操作パネル３５６は、訓練指示、訓練メニュー、訓練情報（歩行速度、生体情報等）などの情報を表示する。操作パネル３５６は、例えば、タッチパネルとして構成されており、ユーザは操作パネル３５６を介して各種の情報（第１及び第２引張部３３、３４の引張力など）を入力できる。
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic system configuration of the control device according to the present embodiment.
The
ところで、ユーザの歩容動作において、脚部の振出し開始は、後方移動している脚部を前方移動に反転させるタイミングでもある。このため、歩行補助装置が装着された脚部は、この反転のタイミングで、歩行補助装置から後方への慣性力を受け、脚部に負担が掛かることとなる。また、脚部を上に持ち上げる際には下方向の慣性力もユーザが脚部を振り出す際の負荷となる。
したがって、この慣性力の負担を軽減するために、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定し、その振出し開始時に、慣性力を軽減するように引張手段の引張力を増加させるのが好ましい。
By the way, in the gait movement of the user, the start of swinging the leg is also the timing of reversing the leg that is moving backward to the forward movement. Therefore, the leg portion to which the walking assist device is attached receives an inertial force from the walking assist device to the rear at the timing of this reversal, and the leg portion is burdened. Further, when the leg is lifted upward, the inertial force in the downward direction also becomes a load when the user swings the leg.
Therefore, in order to reduce the load of this inertial force, the start of swinging of the leg to which the walking assist device is attached is accurately determined, and at the start of swinging, the tensile force of the tensile means is increased so as to reduce the inertial force. It is preferable to let it.
これに対し、本実施形態においては、人間の歩行中、足部の接地からその振出し開始にかけて、ＣＯＰ位置が踵領域から爪先領域に遷移するという人間工学的特性に着目し、この特性を利用して、その振出し開始を高精度に判定する。すなわち、本実施形態に係る歩容状態判定装置において、歩行補助装置２の足平フレーム２５の足裏に生じる荷重を検出し、検出された足裏の荷重に基づいて該足裏に掛かるＣＯＰ位置を算出し、算出されたＣＯＰ位置が足裏の踵領域内に位置した状態から爪先領域内へ推移したとき、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。これにより、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定できる。さらに、その精度よく判定された振出し開始時に第１引張部３３による引張力ｆを増加させ、追加の引張力を発生させることで、脚部の振出し開始時における慣性力を軽減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, attention is paid to the ergonomic characteristic that the COP position changes from the heel region to the toe region from the ground contact of the foot to the start of swinging during human walking, and this characteristic is used. Then, the start of drawing is determined with high accuracy. That is, in the walking state determination device according to the present embodiment, the load generated on the sole of the foot
図５は、本実施形態に係るコンピュータの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係るコンピュータ３５５は、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始を判定する動作判定部３５７と、振出し開始時に第１引張部３３による引張力ｆを増加させる引張力計算部３５８と、を有している。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic system configuration of a computer according to the present embodiment. The
動作判定部３５７は、動作判定手段の一具体例である。動作判定部３５７は、歩行補助装置２により算出されたＣＯＰ位置が足平フレーム２５の足裏の踵領域から爪先領域に移動したか否かを判定することで、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始を判定する。
The
次に、歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始を精度よく判定するための歩容状態判定方法について、詳細に説明する。
例えば、図６に示す如く、足平フレーム２５の足裏の中心を原点としたＸＹ座標系が設定されている。そして、ＸＹ座標系の足裏において、爪先領域、中間領域、及び踵領域が夫々設定されている。足裏において、Ｘ座標の値が爪先領域判定閾値以上となる領域が、爪先領域（斜線部）となる。Ｘ座標の値が踵領域判定閾値以下となる領域が、踵領域（斜線部）となる。Ｘ座標の値が踵領域判定閾値より大きく、かつ爪先領域判定閾値よりも小さい領域（爪先領域と踵領域との間の領域）が、中間領域となる。なお、上記爪先領域判定閾値及び踵領域判定閾値は、例えば、予め実験的に求められ、上記ＲＯＭやＲＡＭなどに設定されている。また、上記爪先領域判定閾値及び踵領域判定閾値は、例えば、操作パネル３５６などを介して、ユーザが任意に設定変更できる。
Next, a gait state determination method for accurately determining the start of swinging forward of the leg to which the walking assist device is attached will be described in detail.
For example, as shown in FIG. 6, an XY coordinate system with the center of the sole of the foot
動作判定部３５７は、例えば、上記ＸＹ座標系において歩行補助装置２により算出されたＣＯＰ位置が踵領域から中間領域を経て爪先領域に入ると、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出しを開始したと判定する。
For example, when the COP position calculated by the walking assist device 2 in the XY coordinate system enters the toe region from the heel region via the intermediate region, the
図７は、歩容状態判定方法の判定フローの一例を示すフローチャートである。
動作判定部３５７は、歩行補助装置２の荷重センサ２８により検出された足平フレーム２５の足裏の荷重に基づいて、歩行補助装置２が装着された脚部が立脚状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the determination flow of the gait state determination method.
The
動作判定部３５７は、歩行補助装置２が装着された脚部が立脚状態であると判定すると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になったか（ＣＯＰ位置が踵領域から爪先領域内に入ったか）否かを判定する（ステップＳ１０２）。一方、動作判定部３５７は、歩行補助装置２が装着された脚部が立脚状態でない（遊脚状態である）と判定すると（ステップＳ１０１のＮＯ）、後述の（ステップＳ１０４）に移行する。
When the
動作判定部３５７は、例えば、図８に示す如く、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になったと判定したとき（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出しを開始したと判定する（ステップＳ１０３）。一方、動作判定部３５７は、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になっていないと判定したとき（ステップＳ１０２のＮＯ）、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出しを開始していないと判定する（ステップＳ１０４）。
For example, as shown in FIG. 8, when the
なお、動作判定部３５７は歩行補助装置２により算出されたＣＯＰ位置が踵領域から爪先領域内に入り、該爪先領域内に所定時間以上継続して入っているとき、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出しを開始したと判定してもよい。例えば、ユーザの歩行が振動的な場合などで、ＣＯＰ位置が飛んだり、あるいは振動的となり安定しないことがある。この場合でも、ＣＯＰ位置が踵領域から爪先領域内に入り、該爪先領域内に所定時間以上継続して入っている安定した状態で、振出し開始を判定できる。これにより、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始をより高精度に判定できる。なお、上記所定時間は、例えば、荷重センサのセンサ特性やユーザの歩容状態に応じてＲＯＭやＲＡＭなどに予め設定される。また、上記所定時間は、例えば、操作パネル３５６などを介して、ユーザが任意に設定変更できる。
The
図９は、上述した歩容状態判定方法の判定フローの一例を示すフローチャートである。
動作判定部３５７は、歩行補助装置２の荷重センサ２８により検出された足平フレーム２５の足裏の荷重に基づいて、歩行補助装置２が装着された脚部が立脚状態であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the determination flow of the gait state determination method described above.
The
動作判定部３５７は、歩行補助装置２が装着された脚部が立脚状態であると判定すると（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になったか否かを判定する（ステップＳ２０２）。一方、動作判定部３５７は、歩行補助装置２が装着された脚部が立脚状態でないと判定すると（ステップＳ２０１のＮＯ）、後述の（ステップＳ２０５）に移行する。
When the
動作判定部３５７は、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になったと判定したとき（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが所定時間以上継続して爪先領域判定閾値以上の値である（爪先領域内にある）か否かを判定する（ステップＳ２０３）。一方、動作判定部３５７は、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になっていないと判定したとき（ステップＳ２０２のＮＯ）、後述の（ステップＳ２０５）に移行する。
When the
動作判定部３５７は、例えば、図１０に示す如く、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが所定時間以上継続して爪先領域判定閾値以上の値であると判定したとき（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出しを開始したと判定する（ステップＳ２０４）。一方、動作判定部３５７は、ＣＯＰ位置ｘｃｏｐが所定時間以上継続して爪先領域判定閾値以上の値でないと判定したとき（ステップＳ２０３のＮＯ）、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出しを開始していないと判定する（ステップＳ２０５）。
For example, as shown in FIG. 10, when the
引張力計算部３５８は、通常、第１引張部３３による引張力ｆの鉛直上方成分ｆ１が歩行補助装置の重力を低減するように第１引張部３３を制御する。例えば、引張力計算部３５８は、通常、第１引張部３３による引張力ｆの鉛直上方成分ｆ１が歩行補助装置の重力と等しくなるように、あるいは、歩行補助装置の重力の１／２と等しくなるように第１引張部３３を制御する。
さらに、引張力計算部３５８は、動作判定部３５７により、歩行補助装置２が装着された脚部の振出しを開始したと判定されると、第１引張部３３による引張力ｆを増加させるように第１引張部３３を制御する。
The tensile
Further, when the
このように、本実施形態によれば、第１引張部３３による引張力ｆの鉛直上方成分ｆ１が歩行補助装置の重力を低減するように第１引張部３３を制御することで、ユーザの歩行に対する歩行補助装置２の重力負荷を軽減することができる。さらに、本実施形態によれば、振出し開始を精度よく判定し、この判定した振出し開始時に第１引張部３３による引張力ｆを増加させ、その水平前方成分ｆ１を増加させることで、振出し開始時における歩行補助装置２からの慣性力の負荷を軽減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the user walks by controlling the
引張力計算部３５８は、第１引張部３３に対する引張力指令値を計算し、計算した引張力指令値を第１引張部３３に出力する。第１引張部３３は、引張力計算部３５８からの出力される引張力指令値に従って、歩行補助装置２のワイヤ３６を引張する。このときの第１引張部３３による引張力ｆの鉛直上方成分ｆ２が歩行補助装置２の重さを支える。第１引張部３３による引張力ｆの水平前方成分ｆ１により、脚部の振出しを補助する。すなわち、引張力指令値は、ユーザの通常の歩行動作に対して、その引張力ｆの鉛直上方成分ｆ２が歩行補助装置２の重さを支え、その引張力ｆの水平前方成分ｆ１により、脚部の振出しを最適に補助するように設定されている。
The tensile
引張力計算部３５８は、動作判定部３５７による脚部の振出し開始の判定に応じて、引張力指令値を、例えばパルス状に短時間かつ急激に増加させる。なお、引張力指令値の増加量は、例えば、トレッドミル３１のベルト３１１の移動速度から算出される歩行補助装置２の慣性力に基づいて設定されてもよい。引張力計算部３５８は、脚部の振出し開始後、一定時間経過すると、通常の引張力指令値を第１引張部３３に対して出力する。
The tensile
以上、本実施形態において、歩行補助装置２の足平フレーム２５の足裏に生じる荷重を検出し、検出された足裏の荷重に基づいて該足裏に掛かるＣＯＰ位置を算出し、算出されたＣＯＰ位置が足裏の踵領域内に位置した状態から爪先領域内へ推移したとき、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。これにより、振出し開始にかけてＣＯＰ位置が踵領域から爪先領域に遷移するという人間工学的特性を利用して、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始を精度よく判定できる。さらに、その精度よく判定された振出し開始時に第１引張部３３による引張力ｆを増加さることで、振出し開始時における歩行補助装置２からの慣性力の負荷を軽減し、その振出し開始時における脚部の負担を軽減できる。
As described above, in the present embodiment, the load generated on the sole of the foot
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
上記実施形態において、歩行補助装置２が、荷重センサ２８により検出された足平フレーム２５の足裏の荷重に基づいてＣＯＰ位置を算出し、算出したＣＯＰ位置を制御装置３５に送信する構成であるが、これに限定されない。制御装置３５のコンピュータ３５５が歩行補助装置２の荷重センサ２８により検出された足平フレーム２５の足裏の荷重に基づいてＣＯＰ位置を算出してもよい。
In the above embodiment, the walking assist device 2 calculates the COP position based on the load on the sole of the foot of the foot
上記実施形態において、制御装置３５のコンピュータ３５５が、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始を判定する動作判定部３５７を有する構成であるが、これに限定されない。歩行補助装置２が、動作判定部３５７を有する構成であってもよい。この場合、歩行補助装置２の動作判定部３５７は、脚部の振出し開始を判定すると、その判定結果を制御装置３５のコンピュータ３５５の引張力計算部３５８は、歩行補助装置の動作判定部３５７からの振出し開始の判定結果に応じて、引張力指令値を増加させる。
In the above embodiment, the
上記実施形態において、引張力計算部３５８は、動作判定部３５７の爪先領域判定閾値の大きさに応じて、脚部の振出し開始の判定時における引張力指令値の増加量を変更してもよい。例えば、振出し開始時における慣性力を早いタイミングで軽減したい場合、爪先領域判定閾値を通常より小さく設定することがある。この場合、引張力計算部３５８は、振出し開始の判定時における引張力指令値の増加量を小さくしてもよい。一方、振出し開始時における慣性力を遅いタイミングで軽減したい場合、爪先領域判定閾値を通常より大きく設定することがある。この場合、引張力計算部３５８は、振出し開始の判定時における引張力指令値の増加量を大きくしてもよい。これにより、振出し開始時における慣性力をより自然に軽減できる。
In the above embodiment, the tensile
上記実施形態において、引張力計算部３５８は、動作判定部３５７による脚部の振出し開始の判定に応じて、引張力指令値を増加させ、その後、徐々に減少させてもよい。例えば、引張力計算部３５８は、振出し開始が判定されると、パルス状に引張力指令値を増加させる。引張力計算部３５８は、その後、引張力指令値を徐々に減少させ、振出し期間が終了すると（足平フレーム２５が着地すると）、通常の引張力指令値に戻す。この場合、引張力計算部３５８は、この振出し期間中において、歩行補助装置２のワイヤ３６に掛かる引張力が増加するに従がって引張力指令値を増加させるようにしてもよい。
これにより、振出し期間において、その振出し方向に継続して通常よりも大きな引張力を付加することができる。したがって、慣性力に負荷だけなく、振出し動作全体の負担を軽減できる。
In the above embodiment, the tensile
As a result, during the drawing period, a larger tensile force than usual can be continuously applied in the drawing direction. Therefore, not only the load on the inertial force but also the load on the entire swinging operation can be reduced.
上記実施形態において、フレーム本体３２の左右フレーム３２３には、ワイヤ３９を介して歩行補助装置を上方かつ後方に引張する第３引張部３８が設けられる構成であってもよい。第３引張部３８は、第２引張手段の一具体例である。第１及び第３引張部３３、３８による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置２の重さを支える。そして、第１及び第３引張部３３、３８による引張力の水平成分の合力により、脚部の振出しを補助する。
In the above embodiment, the left and
引張力計算部３５８は、第１及び第３引張部３３、３８による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置２の重力と等しくなる引張力指令値を第１及び第３引張部３３、３８に出力する。さらに、引張力計算部３５８は、動作判定部３５７による脚部の振出し開始の判定に応じて、一定時間、引張力指令値を増加させ、増加させた引張力指令値を第１引張部３３に出力する。このとき、引張力計算部３５８は、通常の引張力指令値（引張力指令値＝一定）を第３引張部３８に出力しているが、これに限定されず、第１引張部３３に対する引張力指令値と同様に変動させるようにしてもよい。
The tensile
すなわち、引張力計算部３５８は、振出し開始時に、第１及び第３引張部３３、３８に対する引張力指令値を変動させて、第１及び第３引張部３３、３８による引張力の水平前方成分を増加させる。これにより、第１及び第３引張部３３、３８による引張力の鉛直上方成分と水平前方成分を独立して精密に制御できる。このため、歩行補助装置２の重力負荷を軽減しつつ、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始時においてその脚部にかかる負担をより最適に軽減できる。
That is, the tensile
上記実施形態において、訓練装置３はフレーム本体３２を有しない構成であってもよい。この場合、第１及び第２引張部は、例えば、壁面あるいは天井に設けられていても良い。
In the above embodiment, the training device 3 may be configured not to have the
上記実施形態において、第１引張部３３のワイヤ３６は歩行補助装置２に接続されているが、これに限られない。例えば、第１引張部３３のワイヤ３６は、ユーザの脚部にベルト、リングなどの装着具を介して接続される構成であってもよい。さらに、第１引張部３３のワイヤ３６は、歩行補助装置２及びユーザの脚部に接続される構成であってもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態において、歩行補助装置２を装着したユーザはトレッドミル３１上を歩行する構成であるが、これに限られない。歩行補助装置２を装着したユーザが静止する路面上を歩行し、ユーザの移動に応じて第１引張部３３を移動させる構成であってもよい。
In the above embodiment, the user wearing the walking assist device 2 is configured to walk on the
１ 歩行訓練装置、２ 歩行補助装置、３ 訓練装置、２１ 上腿フレーム、２２ 膝関節部、２３ 下腿フレーム、２４ 足首関節部、２５ 足平フレーム、２６ モータユニット、２７ 調整機構、２８ 荷重センサ、３１ トレッドミル、３２ フレーム本体、３３ 制御装置、３４ ワイヤ、３５ 第１引張部、３６ ワイヤ、３７ 第２引張部 1 Walking training device, 2 Walking assist device, 3 Training device, 21 Upper leg frame, 22 Knee joint, 23 Lower leg frame, 24 Ankle joint, 25 Flat frame, 26 Motor unit, 27 Adjustment mechanism, 28 Load sensor, 31 treadmill, 32 frame body, 33 control device, 34 wire, 35 first tension part, 36 wire, 37 second tension part
Claims (3)
前記歩行補助装置に設けられ、ユーザの足部に装着される足部装着部と、
前記足部装着部に設けられ、該ユーザの足裏に生じる荷重を検出する荷重検出手段と、
前記荷重検出手段により検出された足裏の荷重に基づいて、ユーザの歩容動作中の足裏に掛かる荷重中心位置を連続的に算出する荷重中心算出手段と、
前記荷重中心算出手段により算出された荷重中心位置の値が踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になり、前記荷重中心位置が前記足裏の踵領域内に位置した状態から爪先領域内へ推移したとき、前記歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する動作判定手段と、を備える前記歩容状態判定装置と、
前記脚部を、直接的に、又は前記歩行補助装置を介して、上方かつ前方に引張する第１引張手段と、
前記第１引張手段による引張力の鉛直上方成分が前記歩行補助装置の重量を低減するように前記第１引張手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記歩容状態判定装置の動作判定手段により前記脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定されたとき、前記第１引張手段に前記引張力に加えて追加の引張力を発生させ、
前記爪先領域判定閾値の大きさに応じて、前記追加の引張力の大きさを変更する
ことを特徴とする歩行訓練装置。 A gait assist device that assists walking is a gait state determination device that determines the gait state of a user attached to a leg.
A foot mounting portion provided on the walking assist device and mounted on the user's foot,
A load detecting means provided on the foot mounting portion and detecting a load generated on the sole of the user's foot.
Based on the load of the sole of the foot detected by the load detecting means, the load center calculating means for continuously calculating the position of the center of load applied to the sole of the foot during the gait movement of the user,
A state in which the value of the load center position calculated by the load center calculation means is changed from a value smaller than the heel region determination threshold value to a value equal to or higher than the toe region determination threshold value, and the load center position is located in the heel region of the sole. The gait state determining device including an operation determining means for determining the timing of starting swinging forward of the leg to which the walking assist device is attached when the foot moves into the toe region .
A first tensile means that pulls the leg upward and forward, either directly or via the walking aid.
A control means that controls the first tension means so that the vertically upward component of the tensile force of the first tension means reduces the weight of the walking assist device.
With
When the operation determining means of the gait state determining device determines that it is the timing to start swinging the leg forward, the control means applies an additional tensile force to the first tensile means in addition to the tensile force. Generate,
A walking training device characterized in that the magnitude of the additional tensile force is changed according to the magnitude of the toe region determination threshold value .
前記動作判定手段は、前記荷重中心位置が前記足裏の踵領域内から爪先領域内に推移し、該爪先領域内に所定時間以上継続してあるとき、前記歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する、
ことを特徴とする歩行訓練装置。 The walking training device according to claim 1.
In the motion determining means, when the load center position changes from the heel region of the sole to the toe region and continues in the toe region for a predetermined time or longer, the leg to which the walking assist device is attached. Judged as the timing to start swinging forward,
A walking training device characterized by this.
前記歩行補助装置に設けられ、ユーザの足部に装着される足部装着部と、
前記足部装着部に設けられ、該ユーザの足裏に生じる荷重を検出する荷重検出手段と、
前記荷重検出手段により検出された足裏の荷重に基づいて、ユーザの歩容動作中の足裏に掛かる荷重中心位置を連続的に算出する荷重中心算出手段と、
前記荷重中心算出手段により算出された荷重中心位置の値が踵領域判定閾値より小さい値から、爪先領域判定閾値以上の値になり、前記荷重中心位置が前記足裏の踵領域内に位置した状態から爪先領域内へ推移したとき、前記歩行補助装置が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する動作判定手段と、を備える前記歩容状態判定装置と、
前記脚部を、直接的に、又は前記歩行補助装置を介して、上方かつ前方に引張する第１引張手段と、
前記第１引張手段による引張力の鉛直上方成分が前記歩行補助装置の重量を低減するように前記第１引張手段を制御する制御手段と、
を備える歩行訓練装置の制御方法であって、
前記制御手段は、前記歩容状態判定装置の動作判定手段により前記脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定されたとき、前記第１引張手段に前記引張力に加えて追加の引張力を発生させ、
前記爪先領域判定閾値の大きさに応じて、前記追加の引張力の大きさを変更する
ことを特徴とする歩行訓練装置の制御方法。 A gait assist device that assists walking is a gait state determination device that determines the gait state of a user attached to a leg.
A foot mounting portion provided on the walking assist device and mounted on the user's foot,
A load detecting means provided on the foot mounting portion and detecting a load generated on the sole of the user's foot.
Based on the load of the sole of the foot detected by the load detecting means, the load center calculating means for continuously calculating the position of the center of load applied to the sole of the foot during the gait movement of the user,
A state in which the value of the load center position calculated by the load center calculation means is changed from a value smaller than the heel region determination threshold value to a value equal to or higher than the toe region determination threshold value, and the load center position is located in the heel region of the sole. The gait state determining device including an operation determining means for determining the timing of starting swinging forward of the leg to which the walking assist device is attached when the foot moves into the toe region.
A first tensile means that pulls the leg upward and forward, either directly or via the walking aid.
A control means that controls the first tension means so that the vertically upward component of the tensile force of the first tension means reduces the weight of the walking assist device.
It is a control method of a walking training device equipped with
When the operation determining means of the gait state determining device determines that it is the timing to start swinging the leg forward, the control means applies an additional tensile force to the first tensile means in addition to the tensile force. Generate,
The magnitude of the additional tensile force is changed according to the magnitude of the toe region determination threshold value.
A method of controlling a walking training device, which is characterized in that .
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