JP7111027B2 - Walking state determination device - Google Patents

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Description

本発明は、歩行状態判定装置に関する。 The present invention relates to a walking state determination device.

訓練者が歩行訓練を行うのに用いられる歩行訓練システムでは、訓練者の歩行状態に合わせて適切な補助を行う必要があるため、訓練中における訓練者の歩行状態（例えば、歩行訓練をしている脚の状態が遊脚か立脚か）を正確に判定する必要がある。例えば、特許文献１には、足裏に取り付けられた荷重センサを用いて訓練者の歩行状態を判定する技術が記載されている。 In the gait training system used by the trainee to perform gait training, it is necessary to provide appropriate assistance according to the gait condition of the trainee. It is necessary to accurately determine whether the state of the leg on which the robot is standing is swinging or standing. For example, Patent Literature 1 describes a technique for determining a trainee's walking state using load sensors attached to the soles of the feet.

特開２０１７－１４８４２７号公報JP 2017-148427 A

しかしながら、特許文献１の構成では、特に靴を履いている場合などにおいて足裏への荷重センサの取り付けが困難な場合がある。また、装置の重量や配線が混雑する等の理由で足裏への荷重センサの取り付けが困難な場合もある。 However, with the configuration of Patent Document 1, it may be difficult to attach the load sensor to the sole of the foot, especially when shoes are worn. In addition, it may be difficult to attach the load sensor to the sole of the foot due to the weight of the device, congestion of wiring, and the like.

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、取り付けが容易な歩行状態判定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a walking state determination device that can be easily attached.

本発明の一実施態様に係る歩行状態判定装置は、人の歩行状態を判定する歩行状態判定装置であって、前記人の下肢の所定の部位に取り付けられた振り子と、前記振り子の動作を検出するセンサと、前記センサによる検出結果に基づいて前記人の歩行状態を判定する演算部と、を備えるものである。この歩行状態判定装置は、足裏に取り付けられる必要はなく、下肢の任意の部位に容易に取り付け可能である。 A walking state determination device according to an embodiment of the present invention is a walking state determination device that determines the walking state of a person, and detects a pendulum attached to a predetermined portion of the lower leg of the person and the movement of the pendulum. and a computing unit that determines the walking state of the person based on the detection result of the sensor. This walking state determination device does not need to be attached to the sole of the foot, and can be easily attached to any part of the leg.

本発明によれば、取り付けが容易な歩行状態判定装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a walking state determination device that is easy to attach.

本実施の形態に係る歩行状態判定装置を適用する歩行訓練システムの概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a walking training system to which a walking state determination device according to this embodiment is applied; FIG. 歩行補助装置の概略構成を示す正面図である。It is a front view which shows schematic structure of a walking assistance apparatus. 脚部に装着された歩行補助装置の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a walking assistance device attached to a leg; FIG. 歩行訓練システムのブロック図である。1 is a block diagram of a gait training system; FIG. 本実施の形態に係る歩行状態判定装置の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a walking state determination device according to an embodiment; FIG. 脚部に装着された歩行状態判定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the walking state determination apparatus with which the leg was mounted|worn. 訓練者の歩行状態、及び、歩行状態判定装置による訓練者の歩行状態の判定方法を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a walking state of a trainee and a method of determining the walking state of the trainee by a walking state determination device;

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the scope of claims is not limited to the following embodiments. Moreover, not all the configurations described in the embodiments are essential as means for solving the problems. For clarity of explanation, the following descriptions and drawings are omitted and simplified as appropriate. In each drawing, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.

本実施の形態に係るに係る歩行状態判定装置は、歩行訓練システムに適用されるもので、人（訓練者）の歩行状態を判定する。まず、本実施の形態に係る歩行状態判定装置を適用する歩行訓練システムの構成について説明する。 A walking state determination device according to the present embodiment is applied to a walking training system, and determines the walking state of a person (a trainee). First, the configuration of a walking training system to which the walking state determination device according to the present embodiment is applied will be described.

図１は、実施の形態１に係る歩行状態判定装置を適用する歩行訓練システムの構成について説明する模式図である。図１に示すように、歩行訓練システム１は、訓練者Ｕの脚部に装着された歩行補助装置２と、訓練者Ｕの歩行訓練を行う訓練装置３と、歩行状態判定装置４と、を備えている。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a walking training system to which a walking state determination device according to Embodiment 1 is applied. As shown in FIG. 1, the walking training system 1 includes a walking assistance device 2 attached to the leg of a trainee U, a training device 3 for performing walking training of the trainee U, and a walking state determination device 4. I have.

歩行補助装置２は、例えば、歩行訓練を行う訓練者Ｕの患脚に装着され、訓練者Ｕの歩行を補助する。訓練者Ｕは、膝関節に歩行補助装置２を装着した状態で歩行訓練を行う。歩行補助装置２は、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与える。 The walking assistance device 2 is attached to, for example, the affected leg of a trainee U who is undergoing walking training, and assists the trainee U in walking. The trainee U performs walking training while wearing the walking assistance device 2 on the knee joint. The walking assistance device 2 gives resistance in the bending direction of the knee joint.

図２及び図３を用いて、歩行補助装置２についてさらに詳細に説明する。図２は、歩行補助装置２の正面図である。図３は、訓練者Ｕが歩行補助装置２を装着した状態を示す斜視図である。図３では、訓練者Ｕが左脚に歩行補助装置２を装着した例を示している。 The walking assistance device 2 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. FIG. 2 is a front view of the walking assistance device 2. FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the trainee U wears the walking assistance device 2. FIG. FIG. 3 shows an example in which the trainee U wears the walking assistance device 2 on his left leg.

歩行補助装置２は、サポータ２１と、ダンパ２２と、上腿フレーム２３と、下腿フレーム２４、を備えている。歩行補助装置２の下側には短下肢装具２５（図２では一部省略）が取り付けられていてもよい。サポータ２１は、樹脂材料や繊維材料などの伸縮可能な材料により形成されている。サポータ２１は、膝関節及びその周辺、具体的には、上腿ＵＬから下腿ＬＬに渡って配置される。なお、上腿ＵＬは、股関節から膝関節までの部分を示し、下腿ＬＬは、膝関節から足首関節までの部分を示す。上腿ＵＬ、下腿ＬＬ、及び足底ＦＴをまとめて下肢とする。 The walking assistance device 2 includes a supporter 21 , a damper 22 , an upper leg frame 23 and a lower leg frame 24 . An ankle leg brace 25 (partially omitted in FIG. 2) may be attached to the lower side of the walking assistance device 2 . The supporter 21 is made of a stretchable material such as a resin material or a fiber material. The supporter 21 is arranged over the knee joint and its periphery, specifically, from the upper leg UL to the lower leg LL. The upper leg UL indicates the portion from the hip joint to the knee joint, and the lower leg LL indicates the portion from the knee joint to the ankle joint. The upper leg UL, the lower leg LL, and the sole FT are collectively referred to as the lower leg.

サポータ２１は、歩行補助装置２を膝関節に装着するための面ファスナ２１ａを有している。訓練者Ｕは、サポータ２１を脚部の周りに巻き回して、面ファスナ２１ａで固定する。面ファスナ２１ａは、膝関節の上下、具体的には、上腿ＵＬの前側、及び下腿ＬＬの前側にそれぞれ設けられている。面ファスナ２１ａを用いることにより、歩行補助装置２の着脱が容易になる。また、面ファスナ２１ａを用いることにより、歩行補助装置２が訓練者Ｕの膝関節からずれるのを防ぐことができる。さらに、面ファスナ２１ａを用いることにより、訓練者Ｕに膝関節にかかる圧迫度合いの調節が可能になる。なお、面ファスナ２１ａが外れたり、サポータ２１がずれたりするのを防止するために、固定バンド２１ｂがさらに設けられても良い。 The supporter 21 has hook-and-loop fasteners 21a for attaching the walking assistance device 2 to the knee joint. The trainee U winds the supporter 21 around the leg and fixes it with the hook-and-loop fastener 21a. The hook-and-loop fasteners 21a are provided above and below the knee joint, specifically, on the front side of the upper leg UL and the front side of the lower leg LL. The attachment and detachment of the walking assistance device 2 is facilitated by using the hook-and-loop fastener 21a. Further, by using the hook-and-loop fastener 21a, it is possible to prevent the walking assistance device 2 from slipping from the trainee's U knee joint. Furthermore, by using the hook-and-loop fastener 21a, it becomes possible for the trainee U to adjust the degree of pressure applied to the knee joint. A fixing band 21b may be further provided to prevent the hook-and-loop fastener 21a from coming off or the supporter 21 from slipping.

サポータ２１の側部には、上腿フレーム２３及び下腿フレーム２４が取り付けられている。上腿フレーム２３は、上腿ＵＬに沿って配置されている。下腿フレーム２４は、下腿ＬＬに沿って配置されている。上腿フレーム２３と下腿フレーム２４とが、ダンパ２２を介して連結されている。ダンパ２２は、例えば、ロータリーダンパであり、膝関節の側部に位置する。具体的には、ダンパ２２の回転軸Ａｘが膝関節の軸とほぼ一致するように膝関節の高さにダンパ２２が配置される。上腿フレーム２３と下腿フレーム２４は、ダンパ２２の回転軸Ａｘ周りに回転可能なリンク機構を構成している。 An upper leg frame 23 and a lower leg frame 24 are attached to the side portions of the supporter 21 . The upper leg frame 23 is arranged along the upper leg UL. The lower leg frame 24 is arranged along the lower leg LL. Upper leg frame 23 and lower leg frame 24 are connected via damper 22 . The damper 22 is, for example, a rotary damper and is located on the side of the knee joint. Specifically, the damper 22 is arranged at the height of the knee joint so that the rotation axis Ax of the damper 22 substantially coincides with the axis of the knee joint. The upper leg frame 23 and the lower leg frame 24 constitute a link mechanism rotatable around the rotation axis Ax of the damper 22 .

ダンパ２２は、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与える。例えば、ダンパ２２は、オイル等の流体の粘性抵抗を利用して、膝関節の屈曲方向の回転を減速させる。ダンパ２２は、一方向にのみ抵抗力を与える一方向ダンパとすることが好ましい。ダンパ２２は、膝関節の伸展方向の抵抗力を与えないようにフリーとなっている。ダンパ２２は、後述する制御部２８により抵抗力を調整する。 The damper 22 provides resistance in the bending direction of the knee joint. For example, the damper 22 uses the viscous resistance of fluid such as oil to decelerate the rotation of the knee joint in the bending direction. Damper 22 is preferably a unidirectional damper that provides resistance in only one direction. The damper 22 is free so as not to apply resistance in the extension direction of the knee joint. The damper 22 adjusts the resistance by a control section 28, which will be described later.

サポータ２１の下側には、短下肢装具２５が設けられている。図３に示すように、短下肢装具２５は、訓練者Ｕの下腿ＬＬに沿って配置されている。短下肢装具２５の下端には、足底フレーム２５ａが設けられている。足底フレーム２５ａは、面ファスナや固定バンドなどで訓練者Ｕの足底ＦＴに固定される。 An ankle leg brace 25 is provided on the lower side of the supporter 21 . As shown in FIG. 3, the ankle leg brace 25 is arranged along the trainee's U leg LL. A sole frame 25 a is provided at the lower end of the ankle leg brace 25 . The sole frame 25a is fixed to the sole FT of the trainee U with hook-and-loop fasteners, fixing bands, or the like.

なお、上述した歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。歩行補助装置２は、訓練者Ｕの脚部に装着され、その歩行を補助できるものであれば良い。 In addition, the configuration of the walking assistance device 2 described above is an example, and is not limited to this. The walking assistance device 2 may be any device as long as it can be attached to the leg of the trainee U and can assist the walking.

図１の説明に戻る。訓練装置３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、制御装置３５と、表示部３６と、を有している。トレッドミル３１、制御装置３５、及び表示部３６は、フレーム本体３２に固定されている。表示部３６は、訓練者Ｕの前方に配置されている。 Returning to the description of FIG. The exercise device 3 has a treadmill 31 , a frame body 32 , a control device 35 and a display section 36 . The treadmill 31 , control device 35 and display section 36 are fixed to the frame body 32 . The display unit 36 is arranged in front of the trainee U. As shown in FIG.

トレッドミル３１は、訓練者Ｕが歩行するための回転可能なリング状のベルトコンベア３１１を有し、設定速度Ｖｓでベルトコンベア３１１を回転させる。訓練者Ｕは、ベルトコンベア３１１上に乗り、ベルトコンベア３１１の移動に応じて歩行を行う。表示部３６は、訓練者Ｕに対する訓練指示、訓練メニュー、訓練情報（設定速度、生体情報等）などの情報を表示する。例えば、表示部３６はタッチパネルを備えていてもよく、この場合、訓練者Ｕは表示部３６を介して各種の情報を入力できる。また、訓練装置３は訓練者Ｕを撮像するカメラなどを有していてもよい。これにより、表示部３６は、訓練中の訓練者Ｕの歩行動作の映像を表示することができる。 The treadmill 31 has a rotatable ring-shaped belt conveyor 311 for the trainee U to walk, and rotates the belt conveyor 311 at a set speed Vs. The trainee U rides on the belt conveyor 311 and walks according to the movement of the belt conveyor 311 . The display unit 36 displays information such as training instructions for the trainee U, a training menu, and training information (set speed, biological information, etc.). For example, the display section 36 may have a touch panel, and in this case, the trainee U can input various information via the display section 36 . Moreover, the training device 3 may have a camera for imaging the trainee U, or the like. Thereby, the display unit 36 can display an image of the walking motion of the trainee U during training.

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 control device 35 stores, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs arithmetic processing, control processing, etc., a ROM (Read Only Memory) that stores arithmetic programs executed by the CPU, control programs, etc., and various data. The hardware configuration is centered around a microcomputer comprising a RAM (Random Access Memory) for inputting and outputting signals with the outside, an interface (I/F) for inputting and outputting signals with the outside, and the like. The CPU, ROM, RAM and interface section are interconnected via a data bus or the like.

図４は、歩行訓練システム１のブロック図である。図４に示すように、制御装置３５は、配線などを介して、歩行補助装置２及びトレッドミル３１と接続されている。制御装置３５は、歩行補助装置２の制御部２８から送信されてくる訓練者Ｕの歩行状態に関する情報に基づいて、トレッドミル３１の駆動を制御する。また、制御装置３５は、歩行補助装置２の制御部２８から送信されてくる訓練者Ｕの歩行状態に関する情報に基づいて、表示部３６に訓練者Ｕに対する訓練指示、訓練メニュー、訓練情報などの情報を表示させる。歩行補助装置２と歩行状態判定装置４とは、配線などを介して接続されている。歩行補助装置２の制御部２８には、歩行状態判定装置４から訓練者の歩行状態が送信されてくる。歩行補助装置２の制御部２８は、歩行状態判定装置４から送信されてきた訓練者Ｕの歩行状態に応じてダンパの抵抗力を調節する。 FIG. 4 is a block diagram of the walking training system 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, the control device 35 is connected to the walking assistance device 2 and the treadmill 31 via wiring or the like. The control device 35 controls driving of the treadmill 31 based on the information regarding the walking condition of the trainee U transmitted from the control section 28 of the walking assistance device 2 . In addition, the control device 35 displays training instructions, a training menu, training information, etc. for the trainee U on the display unit 36 based on the information about the walking condition of the trainee U transmitted from the control unit 28 of the walking assistance device 2. Display information. The walking assistance device 2 and the walking state determination device 4 are connected via wiring or the like. The walking state of the trainee is transmitted from the walking state determination device 4 to the controller 28 of the walking assistance device 2 . The control unit 28 of the walking assistance device 2 adjusts the resistance force of the damper according to the walking state of the trainee U transmitted from the walking state determination device 4 .

図５及び図６は、何れも、本実施の形態に係る歩行状態判定装置４の構成を示す模式図である。図５では、歩行状態判定装置４が単体で示されており、図６では、訓練者Ｕの脚部に装着された歩行状態判定装置４が示されている。なお、本実施の形態では、歩行状態判定装置４が、歩行訓練システム１に組み込まれた場合について説明しているが、図５及び図６では、説明の便宜上、歩行状態判定装置４のみが示されており、歩行訓練システム１のその他の構成要素は省略されている。 5 and 6 are both schematic diagrams showing the configuration of the walking state determination device 4 according to the present embodiment. 5 shows the walking state determination device 4 alone, and FIG. 6 shows the walking state determination device 4 attached to the leg of the trainee U. As shown in FIG. In the present embodiment, the walking state determination device 4 is incorporated in the walking training system 1. However, for convenience of explanation, only the walking state determination device 4 is shown in FIGS. , and other components of the walking training system 1 are omitted.

歩行状態判定装置４は、訓練者Ｕの下肢の所定の部位に取り付けられる。図６の例では、歩行状態判定装置４は、訓練者Ｕの患脚である右脚の下腿部に取り付けられている。 The walking state determination device 4 is attached to a predetermined portion of the trainee's U lower limbs. In the example of FIG. 6, the walking state determination device 4 is attached to the lower leg of the trainee U's right leg, which is the affected leg.

具体的には、歩行状態判定装置４は、筐体４ｂと、振り子４ａと、センサ４ｃと、演算部４ｄと、固定部４ｅと、を備える。 Specifically, the walking state determination device 4 includes a housing 4b, a pendulum 4a, a sensor 4c, a computing section 4d, and a fixing section 4e.

振り子４ａは、筐体４ｂ内の天井部分からつり下げられており、訓練者Ｕの進行方向に沿って前後に揺れることが可能な状態となっている。センサ４ｃは、筐体４ｂ内の側面のうち、訓練者Ｕの進行方向に垂直な２つの側面の何れかに取り付けられている。本例では、センサ４ｃは、訓練者Ｕの進行方向の前方に位置する側面に取り付けられている。センサ４ｃは、例えば接触スイッチであって、揺れた振り子４ａの先端がセンサ４ｃに接触しているか否かを検出する。なお、筐体４ｂ内に振り子４ａ及びセンサ４ｃが取り付けられることにより、外乱を防ぐことができる。 The pendulum 4a is suspended from the ceiling portion in the housing 4b, and is in a state capable of swinging back and forth along the traveling direction of the trainee U. The sensor 4c is attached to either of the two sides perpendicular to the direction in which the trainee U travels, out of the sides inside the housing 4b. In this example, the sensor 4c is attached to the side surface located ahead of the trainee U in the traveling direction. The sensor 4c is, for example, a contact switch, and detects whether or not the tip of the swinging pendulum 4a is in contact with the sensor 4c. By attaching the pendulum 4a and the sensor 4c in the housing 4b, disturbance can be prevented.

固定部４ｅは、筐体４ｂを、訓練者Ｕの下肢の所定の部位に固定するためのものであり、例えば医療サポータなどのバンドである。なお、歩行状態判定装置４は、歩行補助装置２とは独立して下肢に装着されても良いが、歩行補助装置２と一体になって下肢に装着されても良い。その場合、固定部４ｅは、歩行状態判定装置４を歩行補助装置２に固定させるためのネジなどである。 The fixing part 4e is for fixing the housing 4b to a predetermined part of the leg of the trainee U, and is a band such as a medical supporter, for example. The walking state determination device 4 may be attached to the lower limbs independently of the walking assistance device 2, or may be attached to the lower limbs integrally with the walking assistance device 2. FIG. In this case, the fixing portion 4 e is a screw or the like for fixing the walking state determination device 4 to the walking assistance device 2 .

演算部４ｄは、センサ４ｃによる検出結果に基づいて訓練者Ｕの歩行状態を判定する。詳細は後述するが、例えば、演算部４ｄは、センサ４ｃが振り子４ａの先端の接触を検出した場合、歩行状態判定装置４が装着された患脚（本例では右脚）が遊脚状態であると判定し、センサ４ｃが振り子４ａの先端の接触を検出しない場合、患脚が立脚状態であると判定する。 The calculation unit 4d determines the walking state of the trainee U based on the detection result of the sensor 4c. Although the details will be described later, for example, when the sensor 4c detects contact with the tip of the pendulum 4a, the calculation unit 4d detects that the affected leg (the right leg in this example) to which the walking state determination device 4 is attached is in a swing state. If the sensor 4c does not detect contact with the tip of the pendulum 4a, it is determined that the affected leg is in the stance state.

具体的には、演算部４ｄは、例えば、演算処理、制御処理等を行う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。 Specifically, the calculation unit 4d includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs calculation processing, control processing, etc., a ROM (Read Only Memory) that stores calculation programs executed by the CPU, control programs, etc., various The hardware configuration is centered around a microcomputer comprising a RAM (Random Access Memory) for storing data such as , an interface unit (I/F) for inputting/outputting signals with the outside, and the like. The CPU, ROM, RAM and interface section are interconnected via a data bus or the like.

≪歩行状態の判定方法の説明≫
続いて、訓練者Ｕの歩行状態の判定方法について説明する。
歩行訓練システム１では、訓練者Ｕの歩行状態に合わせて適切な補助を行うために、訓練中の訓練者Ｕの歩行状態を判定する必要がある。ここで、歩行動作において、歩行補助装置２が装着された患脚が立脚状態である場合には、当該患脚にかかる負荷は相対的に大きくなり、患脚が遊脚状態である場合には、当該患脚にかかる負荷は相対的に小さくなる。そのため、歩行補助装置２は、少なくとも、歩行補助装置２が装着された患脚が立脚状態である期間中には、歩行補助装置２に設けられたダンパ２２の抵抗値を相対的に大きくすることによって、訓練者Ｕの歩行を補助する必要がある。 <<Description of how to determine the walking state>>
Next, a method for determining the walking state of the trainee U will be described.
In the walking training system 1, it is necessary to determine the walking state of the trainee U during training in order to provide appropriate assistance according to the walking state of the trainee U. Here, in the walking motion, when the affected leg to which the walking assistance device 2 is attached is in the stance state, the load applied to the affected leg becomes relatively large, and when the affected leg is in the swing state, , the load applied to the affected leg is relatively small. Therefore, the walking assistance device 2 relatively increases the resistance value of the damper 22 provided in the walking assistance device 2 at least during the period in which the affected leg to which the walking assistance device 2 is attached is in the stance state. Therefore, it is necessary to assist the trainee U in walking.

図７は、訓練者Ｕの歩行状態、及び、歩行状態判定装置４による訓練者Ｕの歩行状態の判定方法を説明するための模式図である。図７の例では、訓練者Ｕの健脚（ここでは左脚）がＵ１で示され、歩行補助装置２及び歩行状態判定装置４が装着された患脚（ここでは右脚）がＵ２で示されている。また、図７の例では、歩行状態判定装置４が、訓練者Ｕの患脚Ｕ２の下腿部に取り付けられている。なお、以下で説明する歩行状態は、特に断りが無い限り患脚Ｕ２の歩行状態を示している。 FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the walking state of the trainee U and the method for determining the walking state of the trainee U by the walking state determination device 4. As shown in FIG. In the example of FIG. 7, the healthy leg (here, the left leg) of the trainee U is indicated by U1, and the affected leg (here, the right leg) on which the walking assistance device 2 and the walking state determination device 4 are mounted is indicated by U2. ing. Further, in the example of FIG. 7, the walking state determination device 4 is attached to the lower leg of the trainee U's affected leg U2. The walking state described below indicates the walking state of the affected leg U2 unless otherwise specified.

図７に示すように、訓練者Ｕの歩行動作は、１歩行周期当たり８つの歩行状態Ｔ１～Ｔ８に区分される。歩行状態Ｔ１は、初期接地（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ）の状態を表している。歩行状態Ｔ２は、荷重応答期（Ｌｏａｄｅｉｎｇ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）の状態を表している。歩行状態Ｔ３は、立脚中期（Ｍｉｄ Ｓｔａｎｃｅ）の状態を表している。歩行状態Ｔ４は、立脚終期（Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｓｔａｎｃｅ）の状態を表している。歩行状態Ｔ５は、前遊脚期（Ｐｒｅ－Ｓｗｉｎｇ）の状態を表している。歩行状態Ｔ６は、遊脚初期（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｓｗｉｎｇ）の状態を表している。歩行状態Ｔ７は、遊脚中期（Ｍｉｄ Ｓｗｉｎｇ）の状態を表している。歩行状態Ｔ８は、遊脚終期（Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｓｔａｎｃｅ）の状態を表している。なお、患脚Ｕ２の歩行状態Ｔ１～Ｔ４を纏めて立脚状態と称し、患脚Ｕ２の歩行状態Ｔ５～Ｔ８を纏めて遊脚状態と称す。 As shown in FIG. 7, the walking motion of the trainee U is divided into eight walking states T1 to T8 per one walking cycle. A walking state T1 represents a state of initial contact. The walking state T2 represents the state of the load response period (Loading Response). A walking state T3 represents a state in the middle of stance (Mid Stance). A walking state T4 represents a terminal stance state. The walking state T5 represents the state of the pre-swing phase (Pre-Swing). The walking state T6 represents the initial swing state. The walking state T7 represents a mid swing state. The walking state T8 represents the state of terminal stance. The walking states T1 to T4 of the affected leg U2 are collectively referred to as the stance state, and the walking states T5 to T8 of the affected leg U2 are collectively referred to as the free leg state.

例えば、患脚Ｕ２が歩行状態Ｔ２を示す期間では、鉛直方向に対する患脚Ｕ２の下腿部の傾きが小さいため、歩行状態判定装置４の振り子４ａの先端がセンサ４ｃに接触していない。このとき、歩行状態判定装置４の演算部４ｄは、センサ４ｃが振り子４ａの先端の接触を検出していないため、患脚Ｕ２が立脚状態であると判定する。 For example, during the period when the affected leg U2 is in the walking state T2, the tip of the pendulum 4a of the walking state determination device 4 does not contact the sensor 4c because the inclination of the lower leg of the affected leg U2 with respect to the vertical direction is small. At this time, the computing unit 4d of the walking state determination device 4 determines that the affected leg U2 is in the stance state because the sensor 4c has not detected contact with the tip of the pendulum 4a.

また、例えば、患脚Ｕ２が歩行状態Ｔ６を示す期間では、鉛直方向に対する患脚Ｕ２の下腿部の傾きが大きいため、歩行状態判定装置４の振り子４ａの先端がセンサ４ｃに接触している。このとき、歩行状態判定装置４の演算部４ｄは、センサ４ｃが振り子４ａの先端の接触を検出しているため、患脚Ｕ２が遊脚状態であると判定する。 Further, for example, during a period in which the affected leg U2 is in the walking state T6, the tip of the pendulum 4a of the walking state determination device 4 is in contact with the sensor 4c because the lower leg of the affected leg U2 is greatly inclined with respect to the vertical direction. . At this time, the calculation unit 4d of the walking state determination device 4 determines that the affected leg U2 is in the swing state because the sensor 4c detects contact with the tip of the pendulum 4a.

歩行状態判定装置４は、立脚状態である歩行状態Ｔ１～Ｔ４の期間において、振り子４ａの先端がセンサ４ｃに接触しないように調整され、かつ、遊脚状態である歩行状態Ｔ５～Ｔ８の期間において、振り子４ａの先端がセンサ４ｃに接触するように調整されることが好ましい。あるいは、歩行状態判定装置４は、センサ４ｃが振り子４ａの先端の接触を検出したタイミングを基準にして遊脚期間及び立脚期間を推定するように構成されてもよい。 The walking state determination device 4 is adjusted so that the tip of the pendulum 4a does not come into contact with the sensor 4c during the walking states T1 to T4, which are in the stance state, and during the walking states T5 to T8, which is in the free leg state. , the tip of the pendulum 4a is preferably adjusted to contact the sensor 4c. Alternatively, the walking state determination device 4 may be configured to estimate the swing period and the stance period based on the timing at which the sensor 4c detects contact with the tip of the pendulum 4a.

なお、図７の例では、歩行状態判定装置４が訓練者Ｕの患脚Ｕ２の下腿部に取り付けられた場合を例に説明しているが、これに限られず、歩行状態判定装置４は患脚Ｕ２の下肢の任意の部位に取り付けられてよい。ただし、歩行状態判定装置４の装着位置によっては、振り子４ａの先端とセンサ４ｃとの接触タイミングが、歩行状態判定装置４が患脚Ｕ２の下腿部に取り付けられた場合と異なる可能性がある。そのため、演算部４ｄは、歩行状態判定装置４の装着位置に応じて、センサ４ｃによる検出結果の取り扱いを切り替える必要がある。 In the example of FIG. 7, the walking state determination device 4 is attached to the lower leg of the trainee U's affected leg U2. It may be attached to any part of the lower leg of the affected leg U2. However, depending on the mounting position of the walking state determination device 4, the contact timing between the tip of the pendulum 4a and the sensor 4c may differ from the case where the walking state determination device 4 is attached to the lower leg of the affected leg U2. . Therefore, the calculation unit 4d needs to switch the handling of the detection result by the sensor 4c according to the mounting position of the walking state determination device 4. FIG.

患脚Ｕ２に装着された歩行補助装置２において、制御部２８は、歩行状態判定装置４によって患脚Ｕ２が立脚状態であると判定された場合（より好ましくは、患脚Ｕ２が遊脚状態から立脚状態に切り替わったことが検出された場合）、歩行補助装置２のダンパ２２の抵抗値を相対的に大きくする。それにより、歩行補助装置２は、患脚Ｕ２に大きな負荷がかかる立脚期間において、訓練者Ｕの歩行を補助することができる。 In the walking assistance device 2 attached to the affected leg U2, the controller 28 controls the movement of the affected leg U2 when the walking state determination device 4 determines that the affected leg U2 is in the stance state (more preferably, when the affected leg U2 is in the swing state When it is detected that the state has been switched to the standing state), the resistance value of the damper 22 of the walking assistance device 2 is relatively increased. As a result, the walking assistance device 2 can assist the trainee U in walking during the stance period in which a large load is applied to the affected leg U2.

他方、歩行補助装置２において、制御部２８は、歩行状態判定装置４によって患脚Ｕ２が遊脚状態であると判定された場合（より好ましくは、患脚Ｕ２が立脚状態から遊脚状態に切り替わったことが検出された場合）、歩行補助装置２のダンパ２２の抵抗値を相対的に小さくする。それにより、歩行補助装置２は、患脚Ｕ２にかかる負荷が小さくなる遊脚期間では、訓練者Ｕの歩行の補助を軽減させる。 On the other hand, in the walking assistance device 2, the control unit 28 controls when the walking state determination device 4 determines that the affected leg U2 is in the swing state (more preferably, when the affected leg U2 is switched from the stance state to the swing state). is detected), the resistance value of the damper 22 of the walking assistance device 2 is made relatively small. Thereby, the walking assistance device 2 reduces the walking assistance of the trainee U during the free leg period when the load on the affected leg U2 is small.

このように、本実施の形態にかかる歩行状態判定装置４は、荷重センサの場合と異なり、下肢の任意の部位に容易に取り付け可能に構成されている。また、歩行状態判定装置４は、筐体４ｂ内に振り子４ａ及びセンサ４ｃを設置するだけの簡易かつコンパクトな構成で実現可能である。 In this manner, the walking state determination device 4 according to the present embodiment can be easily attached to any part of the leg, unlike the load sensor. Further, the walking state determination device 4 can be realized with a simple and compact configuration in which the pendulum 4a and the sensor 4c are installed in the housing 4b.

なお、振り子４ａの長さ及びそれに対応するセンサ４ｃの取り付け位置、振り子４ａの揺れやすさ等は、訓練者Ｕに合わせて適宜変更可能である。また、振り子４ａの先端とセンサ４ｃとの接触の有無から訓練者Ｕの歩行状態を判定する際には、誤判定防止のため、接触の不感帯期間が設けられてもよい。即ち、振り子４ａの先端がセンサ４ｃに所定期間以上接触した場合にのみ、遊脚状態と判定されるようにしてもよい。 The length of the pendulum 4a, the mounting position of the corresponding sensor 4c, the easiness of swinging of the pendulum 4a, and the like can be appropriately changed according to the trainee U. Further, when determining the walking state of the trainee U from the presence or absence of contact between the tip of the pendulum 4a and the sensor 4c, a contact dead zone period may be provided to prevent erroneous determination. That is, the free leg state may be determined only when the tip of the pendulum 4a contacts the sensor 4c for a predetermined period or longer.

本実施の形態では、歩行状態判定装置４が、歩行訓練システム１に組み込まれた歩行補助装置２に適用された場合について説明したが、これに限られない。当然ながら、歩行状態判定装置４は、単体の歩行補助装置２に適用されても良い。 In the present embodiment, the case where the walking state determination device 4 is applied to the walking assistance device 2 incorporated in the walking training system 1 has been described, but the present invention is not limited to this. Of course, the walking state determination device 4 may be applied to the walking assistance device 2 alone.

本実施の形態では、センサ４ｃが筐体４ｂの側面に取り付けられた場合を例に説明したがこれに限られない。例えば、センサ４ｃは、振り子４ａの先端に取り付けられていても良い。この場合、歩行状態判定装置４は、振り子４ａの先端が筐体４ｂの側面に接触したか否かに基づいて、訓練者Ｕの歩行状態を判定する。 In the present embodiment, the case where the sensor 4c is attached to the side surface of the housing 4b has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the sensor 4c may be attached to the tip of the pendulum 4a. In this case, the walking state determination device 4 determines the walking state of the trainee U based on whether or not the tip of the pendulum 4a contacts the side surface of the housing 4b.

また、本実施の形態では、センサ４ｃが接触スイッチである場合を例に説明したが、これに限られない。センサ４ｃは、非接触センサであってもよい。 Also, in the present embodiment, the case where the sensor 4c is a contact switch has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Sensor 4c may be a non-contact sensor.

例えば、センサ４ｃは、測距センサであってもよい。測距センサは、センサ４ｃと振り子４ａの先端との距離を測定する。歩行状態判定装置４は、測距センサによって検出された、振り子４ａの先端と、センサ４ｃと、の間の距離に基づいて、訓練者Ｕの歩行状態を判定する。そのため、歩行状態判定装置４は、より細かく訓練者Ｕの歩行状態を判定することができる。 For example, sensor 4c may be a ranging sensor. The distance measuring sensor measures the distance between the sensor 4c and the tip of the pendulum 4a. The walking state determination device 4 determines the walking state of the trainee U based on the distance between the tip of the pendulum 4a and the sensor 4c detected by the distance measuring sensor. Therefore, the walking state determination device 4 can determine the walking state of the trainee U in more detail.

なお、測距センサには、ＬＥＤやレーザダイオードなどの光源から対象物に光を照射し、受光素子により受光された当該対象物からの反射光について評価・演算を行って当該対象物までの距離を求める一般的な測距センサが用いられる。測距センサの測定方式としては、三角測距方式や位相差測距方式が一般的である。三角測距方式は、対象物に照射されたレーザーの反射光を、センサ内にある受光素子にて読み取り、三角測量の原理にて距離計測を行う方法である。位相差測距方式は、投影したレーザーとその反射光の「光の位相差」を検出し、距離測定を行う方法である。 In addition, the distance measurement sensor emits light from a light source such as an LED or laser diode to an object, evaluates and calculates the reflected light from the object received by the light receiving element, and calculates the distance to the object. A general ranging sensor is used to determine . As the measurement method of the ranging sensor, the triangulation ranging method and the phase difference ranging method are generally used. The triangulation method is a method of reading the reflected light of a laser irradiated to an object with a light receiving element in a sensor, and performing distance measurement based on the principle of triangulation. The phase difference ranging method is a method for measuring distance by detecting the "light phase difference" between the projected laser and its reflected light.

また、センサ４ｃは、光センサであってもよい。この場合、センサ４ｃは、振り子４ａの先端が近づくにつれて弱くなり、遠ざかるにつれて強くなる光を検出する。また、センサ４ｃは、磁力センサであってもよい。この場合、センサ４ｃは、振り子４ａの先端が近づくにつれて強くなり、遠ざかるにつれて弱くなる磁力を検出する。そして、歩行状態判定装置４は、光センサ又は磁力センサによる検出結果に基づいて、訓練者Ｕの歩行状態を判定する。そのため、歩行状態判定装置４は、より細かく訓練者Ｕの歩行状態を判定することができる。 Also, the sensor 4c may be an optical sensor. In this case, the sensor 4c detects light that becomes weaker as the tip of the pendulum 4a approaches and becomes stronger as it moves away. Moreover, the sensor 4c may be a magnetic force sensor. In this case, the sensor 4c detects a magnetic force that becomes stronger as the tip of the pendulum 4a approaches and becomes weaker as it moves away. Then, the walking state determination device 4 determines the walking state of the trainee U based on the detection result by the optical sensor or the magnetic force sensor. Therefore, the walking state determination device 4 can determine the walking state of the trainee U in more detail.

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。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention.

１ 歩行訓練システム
２ 歩行補助装置
３ 訓練装置
４ 歩行状態判定装置
４ａ 振り子
４ｂ 筐体
４ｃ センサ
４ｄ 演算部
４ｅ 固定部
２１ サポータ
２１ａ 面ファスナ
２１ｂ 固定バンド
２２ ダンパ
２３ 上腿フレーム
２４ 下腿フレーム
２５ 短下肢装具
２５ａ 足底フレーム
２８ 制御部
３１ トレッドミル
３２ フレーム本体
３５ 制御装置
３６ 表示部
３１１ ベルトコンベア
ＦＴ 足底
ＬＬ 下腿
Ｕ 訓練者
Ｕ１ 健脚
Ｕ２ 遊脚
ＵＬ 上腿 1 Walking Training System 2 Walking Auxiliary Device 3 Training Device 4 Walking State Determining Device 4a Pendulum 4b Case 4c Sensor 4d Operation Part 4e Fixing Part 21 Supporter 21a Hook-and-Loop Fastener 21b Fixing Band 22 Damper 23 Upper Thigh Frame 24 Lower Thigh Frame 25 Ankle Leg Orthosis 25a sole frame 28 control unit 31 treadmill 32 frame body 35 control device 36 display unit 311 belt conveyor FT sole LL lower leg U trainee U1 healthy leg U2 loose leg UL upper leg

Claims (2)

人の歩行状態を判定する歩行状態判定装置であって、
前記人の下肢の所定の部位に取り付けられた振り子と、
前記人の歩行によって揺れる前記振り子の先端を検出するセンサと、
前記センサによる検出結果に基づいて前記人の歩行状態を判定する演算部と、
を備え、
前記センサは、前記振り子の先端が接触したか否かを検出する接触スイッチである、
歩行状態判定装置。 A walking state determination device for determining a walking state of a person,
a pendulum attached to a predetermined portion of the person's lower leg;
a sensor that detects the tip of the pendulum that swings as the person walks;
a calculation unit that determines the walking state of the person based on the detection result of the sensor;
with
The sensor is a contact switch that detects whether the tip of the pendulum is in contact,
Walking state determination device. 前記人の下肢の所定の部位に取り付け可能に構成された筐体をさらに備え、
前記センサは、前記筐体の内部の側面に取り付けられ、
前記振り子は、前記筐体の内部の天井部分からつり下げられている、
請求項１に記載の歩行状態判定装置。 further comprising a housing configured to be attachable to a predetermined portion of the person's lower limbs,
The sensor is attached to a side of the interior of the housing,
The pendulum is suspended from a ceiling portion inside the housing,
The walking state determination device according to claim 1 .
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