WO2010050396A1 - 歩行補助装置 - Google Patents

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WO2010050396A1
WO2010050396A1 PCT/JP2009/068163 JP2009068163W WO2010050396A1 WO 2010050396 A1 WO2010050396 A1 WO 2010050396A1 JP 2009068163 W JP2009068163 W JP 2009068163W WO 2010050396 A1 WO2010050396 A1 WO 2010050396A1
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user
leg
timing
target pattern
change
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PCT/JP2009/068163
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Inventor
健太 小西
宏直 林
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a walking assistance device that assists a user's walking.
  • the present application relates to a walking assistance device that assists the walking of a user who can move one leg normally but cannot move the other leg normally.
  • Patent Document 1 discloses a walking assist device that is worn by a user who cannot move one leg freely and applies torque to a joint of a non-healthy leg based on the motion of the healthy leg.
  • the present invention provides a walking assistance device that relieves user anxiety that arises when the device actively applies torque to a leg.
  • the walking assistance device of the present invention provides the user with images, sounds or tactile stimuli that help the user predict the movement of the device prior to the device applying torque to the legs.
  • image, sound, or tactile stimulus that helps predict the movement of the device may be collectively referred to as “notice stimulus”.
  • the walking assistance device based on the technology disclosed in this specification includes a wearable device attached to a user's leg and a controller that controls the wearable device.
  • the wearable device adjusts the joint angle by applying torque to the joint of the user's leg.
  • the controller controls the wearable device so that the joint angle of the user follows a target pattern indicating a change over time of the target joint angle of the joint to be adjusted.
  • the controller is configured to give a “notice stimulus” to the user prior to the wearable device operating based on this target pattern.
  • the wearable device includes, for example, a two-link mechanism in which an upper link fixed to a user's thigh and a lower link fixed to a lower leg are connected by a rotary joint located outside the knee, and the rotary joint is driven by an actuator. Including. A wearable device having such a mechanism assists in the movement of the user's knee.
  • the controller of the walking assist device performs the following process. That is, the controller specifies a change timing at which a change with time of the target joint angle in the target pattern satisfies a predetermined condition. Next, the controller notifies the user of the arrival of the change timing prior to the specified change timing. That is, this walking assistance device notifies the user of the timing when the movement of the wearable device changes. Such a walking assist device can relieve the user's anxiety due to the fact that the next movement of the wearable device cannot be imaged.
  • the most suitable “predetermined condition” is the timing at which the target pattern becomes at least one of the minimum value and the maximum value.
  • such timing is the timing at which the trajectory of the target joint angle becomes a minimum value or a maximum value on the time axis.
  • This timing corresponds to the timing at which the rotation direction of the joint (the rotation direction of the target joint angle) is reversed.
  • the controller specifies the timing at which the target pattern becomes at least one of the minimum value and the maximum value as the change timing. By notifying the user of such change timing in advance, the user can know in advance the timing at which the rotational direction of the torque applied to the joint by the wearable device is reversed. Users who receive such a notice can rest assured. Since the movement of the knee is important in the walking motion, the target joint to which the wearable device applies torque is preferably the knee joint.
  • predetermined conditions may be the operation start timing or stop timing of the wearable device. Mathematically, these timings are timings that satisfy the condition that the temporal change of the target pattern is discontinuous.
  • the target pattern stored in the controller may be prepared in advance or may be generated in real time while the user is walking. In the latter case, only one leg is suitable as a walking assist device for a non-healthy leg user.
  • the walking assistance device may include a leg motion sensor that detects the movement of one leg.
  • the controller controls a wearable device that generates a target pattern of the other leg from the movement of one leg and adjusts the joint angle of the other leg according to the generated target pattern.
  • the controller of the walking assistance device may be configured to execute the following process.
  • the controller generates a waveform notification pattern corresponding to a change in the target pattern over time.
  • the controller is configured to give the user a stimulus based on the notification pattern prior to controlling the wearable device according to the target pattern.
  • the waveform of the notification pattern may be similar to the waveform of the change over time of the target pattern.
  • the “notice stimulus” may be a sound whose frequency change pattern with time is the same as the waveform of the target pattern.
  • the “notice stimulus” may give the user a vibration in which the frequency change pattern of the vibration frequency is the same as the waveform of the target pattern.
  • the user can perform the future operation of the wearable device, that is, the wearable device. It is possible to image the entire change in joint angle that the device intends to achieve over time.
  • notice stimulus does not simply give a walking rhythm, but informs the user of the operation of the wearable device in advance.
  • a pedestrian can preliminarily image the operation of the wearable device, particularly the timing at which the joint angle changes greatly.
  • the user can relieve anxiety about the walking assist device.
  • the typical front view of the walk auxiliary device of an example is shown.
  • the typical side view of the walk auxiliary device of an example is shown.
  • a block diagram of the controller is shown. It is a figure explaining a target pattern. It is a figure explaining alerting
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a walking assistance device 10 worn by a user.
  • FIG. 1A shows a schematic front view
  • FIG. 1B shows a schematic side view.
  • the walking assist device of the present embodiment is a device for a user who cannot freely move the knee joint of the left leg.
  • the walking assist device 10 applies an appropriate torque to the user's left knee joint to assist the user's walking motion. It should be noted that the technology disclosed in this specification can be applied to a walking assist device that applies torque to leg joints other than knees.
  • the walking assist device 10 includes a right leg device 12R and a left leg device 12L.
  • the right leg device 12R and the left leg device 12L correspond to wearable devices.
  • the right leg device 12R is attached to the outside of the right leg from the user's thigh along the lower leg.
  • the right leg device 12R has an upper link 14R and a lower link 16R.
  • the two links are rotatably connected.
  • the upper link 14R is fixed to the user's thigh with a belt.
  • the lower link 16R is fixed to the user's lower leg with a belt.
  • the mechanical joints of the upper link 14R and the lower link 16R are located outside the user's right knee.
  • the mechanical joint relatively rotates the upper link 14R and the lower link 16R.
  • the mechanical joint is arranged such that its axis is substantially coaxial with the axis of the user's knee joint.
  • the mechanical joint is provided with an encoder 20R.
  • the encoder 20R detects the angle of
  • An inclination angle sensor 22R is attached to the upper link 14R.
  • the inclination angle sensor 22R detects an angle around the pitch axis of the user's right hip joint.
  • a ground sensor 24R is attached to the lower end of the lower link 16R. The ground sensor 24R detects the right leg leaving timing and the ground timing.
  • the left leg device 12L is attached to the outside of the left leg along the thigh from the user's thigh.
  • the left leg device 12L has basically the same structure as the right leg device 12R. That is, the left leg device 12L includes an upper link 14L and a lower link 16L. The two links are connected rotatably at a position outside the left knee.
  • the left leg device 12L includes an encoder 20L, an inclination angle sensor 22L, and a ground sensor 24L.
  • the encoder 20L detects the angle of the user's left knee joint
  • the tilt angle sensor 22L detects the angle of the user's left hip joint.
  • the knee joint angle and the hip joint angle mean a rotation angle around the pitch axis.
  • the pitch axis corresponds to an axis extending in the body side direction of the user.
  • the ground sensor 24L detects the user's left leg leaving timing and ground timing.
  • the left leg device 12L also includes a motor 26 and a controller 30.
  • the motor 26 is provided in a mechanical joint that connects the upper link 14L and the lower link 16L, and is located outside the user's left knee joint.
  • the motor 26 can rotate the lower link 16L with respect to the upper link 14L. That is, the motor 26 can apply torque to the user's left knee joint.
  • the controller 30 controls the motor 26 based on the output of each sensor. In other words, the left leg device 12L adjusts the angle by applying torque to the left knee joint of the user by the motor 26.
  • the walking assist device 10 is worn from the user's thigh along the lower leg.
  • the walking assist device 10 includes a motor 26 that applies torque to the user's left knee joint to adjust the angle thereof, and sensors 20R, 22R, 24R, 20L, 22L, and 24L that detect movements of both legs of the user.
  • the sensors 20R, 22R, and 24R attached to the right leg may be collectively referred to as “leg motion sensors”.
  • the walking assist device 10 further includes a headphone 40 and an arm motion sensor 42.
  • the arm motion sensor 42 is an acceleration sensor.
  • the arm motion sensor 42 is attached to the user's left arm, and detects the number of times the left arm is swung and the speed of the swing.
  • the output of the arm motion sensor 42 is sent to the controller 30.
  • the headphone 40 converts the electrical signal sent from the controller 30 into sound and transmits the signal sent from the controller 30 to the user.
  • FIG. 2 shows a block diagram inside the controller 30.
  • the controller 30 includes a target pattern generation module 34, a notification module 32, and a motor driver 36.
  • the modules 32, 34, and 36 are the CPU of the controller 30 as hardware, and instructions executed by the CPU are described in a program stored in the controller 30.
  • the target pattern generation module 34 acquires a change with time of the knee joint angle of the right leg during the one-step movement period based on the signal of the leg movement sensor (a sensor group attached to the right leg).
  • the “one-step operation period” corresponds to a period from the right leg's getting-off timing to the next getting-off timing.
  • the controller 30 determines the bed leaving timing based on a signal from the ground sensor 24R attached to the right leg.
  • FIG. 3 shows a walking motion in a half cycle (from the right leg leaving the floor to the left leg getting out).
  • the time of one cycle is indicated by a symbol Td.
  • the solid line indicates the right leg, and the broken line indicates the left leg.
  • symbol (a) of FIG. 3 has shown the arrangement
  • the symbol (b) in FIG. 3 shows the arrangement of the legs at the timing when the knee joint of the right leg that has left the floor is most bent.
  • the symbol (c) in FIG. 3 shows the arrangement of the legs at the timing when the right leg lands.
  • FIG. 3 shows the arrangement of the legs at the timing when the left leg leaves the floor.
  • FIG. 3 shows that time elapses from (a) to (d).
  • reference numerals 102, 104, and 106 in FIG. 3 represent the hip joint, knee joint, and ankle joint of the right leg, respectively.
  • the graph drawn on the lower side of FIG. 3 shows the change over time of the joint angle ⁇ of the right knee.
  • symbols T1, T2, T3, and T4 respectively indicate the timing when the right foot leaves the floor, the timing when the right knee joint bends the most, the timing when the right leg reaches the ground, and the timing when the left leg leaves the floor. Yes.
  • the graph of FIG. 3 shows the arrangement of the legs at the timing when the left leg leaves the floor.
  • FIG. 3 shows that time elapses from (a) to (d).
  • reference numerals 102, 104, and 106 in FIG. 3 represent the hip joint, knee joint, and ankle joint of the right leg, respectively.
  • timing T2 corresponds to the maximum value
  • timing T3 corresponds to the minimum value. Since the second half of one walking cycle can be obtained in the same manner, the description is omitted.
  • the target pattern generation module 34 stores the obtained temporal change pattern of the right knee joint angle as the target pattern of the left knee joint.
  • the timing at which the controller 30 drives the left leg device 12L according to the target pattern is synchronized with the timing at which the left leg leaves the floor. That is, the temporal pattern of the right knee joint angle from the timing T1 (corresponding to the right leg leaving timing) to T4 (corresponding to the left leg leaving timing) is the left starting from the left leg leaving timing (that is, the timing T4).
  • Adopted as a leg assist target pattern That is, the controller 30 adjusts the left knee joint angle by controlling the motor 26 so as to follow the temporal change pattern of the right knee joint.
  • the controller 30 controls the motor 26 so that the rotation angles of the upper link 14L and the lower link 16L follow the temporal change pattern of the right knee joint. Note that the rotation angles of the upper link 14L and the lower link 16L represent the left knee joint angle of the user.
  • the generated target pattern is sent to the motor driver 36.
  • the motor driver 36 receives a signal from a sensor attached to the left leg.
  • the motor driver 36 can specify the left leg leaving timing T4 based on the signal of the left leg ground sensor 24L.
  • the motor driver 36 starts motor control based on the target pattern from this timing T4.
  • the target pattern is also sent from the target pattern generation module to the notification module 32.
  • the notification module 32 stores timing detection conditions in advance. This timing detection condition specifies the timing when the waveform of the target pattern becomes an extreme value (maximum value or minimum value) and the start timing of the target pattern. In the example of FIG. 3, timing T1 (start timing), timing T2 (timing at which the maximum value is reached), and timing T3 (timing at which the minimum value is taken) are specified.
  • the timings T2 and T3 are specified as the elapsed time from the start timing T1 of the target pattern. These timings are timings at which the waveform of the target pattern changes greatly, and correspond to change timings. More precisely, these change timings correspond to the timing at which the rotation direction (change direction with time) of the target joint angle is reversed.
  • the notification module 32 operates in synchronization with the motor driver 36. While the motor driver 36 controls the motor 26 in accordance with the target pattern, the notification module 32 outputs a sound that informs the arrival of the timing through the headphones 40 prior to the specified change timing.
  • the timing (notification timing) at which the notification module 32 outputs sound will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 shows a graph (waveform) schematically showing a target pattern for two periods.
  • a symbol (A) in FIG. 4 indicates the posture of the left leg at each change timing.
  • Reference numerals 102, 104, and 106 in FIG. 4A indicate a hip joint, a knee joint, and an ankle joint, respectively.
  • Reference numeral (C) in FIG. 4 indicates the waveform of the sound to be output. It should be noted that FIG. 4 schematically shows the movement of the leg, and does not accurately represent the change with time of the actual knee joint angle.
  • Timing T11 indicates the start timing of the first period, and is also the timing at which the knee joint angle becomes the minimum value ⁇ 1.
  • Timing T12 indicates the timing at which the knee joint angle reaches the maximum value ⁇ 2 in the first period.
  • Timing T13 indicates the start timing of the second period, and is also the timing at which the knee joint angle becomes the minimum value ⁇ 1.
  • Timing T14 indicates the timing at which the knee joint angle reaches the maximum value ⁇ 2 in the second period.
  • Timing T15 indicates the start timing of the third period.
  • the notification module identifies these timings from the target pattern. As described above, the controller 30 specifies the timing at which the target pattern becomes at least one of the minimum value and the maximum value as the change timing.
  • the motor driver 36 controls the motor 26 so that the joint angle of the left knee follows the target pattern.
  • the notification module 32 outputs sound from the headphones 40 at a notification timing that precedes the identified timing by a time W. That is, the specified change timing arrives immediately after the notification module 32 outputs the sound. In other words, the notification module 32 notifies the user of the arrival of the change timing before the motor is controlled at the specified change timing.
  • FIG. 4C explains the effect of sound output.
  • the walking assist device 10 outputs a sound prior to the timing T11 by a time W.
  • Timing T11 corresponds to an operation start timing that is one of the change timings. The user who hears this sound knows that the motor 26 of the walking assistance device 10 will start to drive soon.
  • the walking assistance device 10 outputs a sound at a notification timing that precedes the time T12 by a time W.
  • Timing T12 corresponds to the timing at which the knee joint angle, which is one of the change timings, becomes maximum. The user who hears this sound knows that the motor 26 will begin to reverse soon. In this way, the user of the walking assistance device 10 can know the timing at which the drive pattern, particularly the drive pattern changes greatly, before the device is driven. Therefore, the user can imagine in advance how his / her leg is moved by the walking assist device 10, and the user is less likely to feel anxiety.
  • the sound pattern informing the arrival of the specified change timing is not limited to the pattern shown in FIG.
  • a modification of the sound pattern is shown in FIG.
  • Reference numerals (A) and (B) in FIG. 5 are the same as those in FIG. Reference numeral (C) in FIG. 5 shows a first modification.
  • Reference numeral (D) in FIG. 5 represents a second modification.
  • the pitch becomes shorter as the specified change timing approaches.
  • the sound pulse 112 shown in FIG. 5D represents that the volume increases as the specified change timing approaches.
  • the notification timing can also be stated as follows. As illustrated in FIGS. 4 and 5, the walking assist device 10 outputs a sound that informs the arrival of the next extreme value (change timing) while the target joint angle is monotonously increasing or monotonically decreasing. More preferably, the walking assistance device 10 outputs a sound that informs the arrival of the change timing immediately before the specified change timing arrives.
  • the configuration of the walking assistance device of this embodiment is the same as that of the previous embodiment. Only the processing of the notification module 32 is different. Therefore, the description of the configuration of the walking assistance device of the second embodiment is omitted.
  • the walking assist device of this embodiment does not specify the timing to be notified in the target pattern. Instead, a sound pattern having a temporal waveform similar to the temporal waveform of the target pattern is generated. This sound pattern is referred to as a “notification pattern”. An example of the notification pattern will be described with reference to FIG.
  • a symbol (C) in FIG. 6 shows a graph 114 of the notification pattern.
  • the graph 114 also shows the waveform of the notification pattern.
  • symbol (C) of FIG. 6 shows has shown the frequency of sound. That is, the graph of FIG. 6C means a tone having a higher tone as the graph shifts upward.
  • the waveform of the notification pattern is similar to the waveform of the target pattern.
  • the notification module 32 outputs a sound based on the notification pattern before the motor driver 36 drives the motor according to the target pattern. In other words, after the output of the sound based on the notification pattern is finished, the walking assistance device 10 starts walking assistance.
  • the user hears a sound having a waveform similar to the waveform of the target pattern prior to assisting.
  • the user can imagine in advance the target pattern, i.e., how his / her legs are moved, from the sound waveform.
  • the function of the arm motion sensor 42 provided in the walking assistance device 10 shown in FIG. 1 will be described.
  • the arm motion sensor 42 functions as an HMI (Human Machine Interface). For example, when the arm motion sensor 42 detects two consecutive arm swings, the walking assist device 10 starts operating. Further, when the arm motion sensor 42 detects again two consecutive arm swings, the walking assist device 10 stops operating. That is, the arm motion sensor 42 serves as a power switch of the walking assist device 10.
  • HMI Human Machine Interface
  • the arm motion sensor 42 detects the speed of arm swing.
  • the controller 30 corrects the cycle Td of the target pattern according to the speed detected by the arm motion sensor 42. For example, when the user swings his / her arm quickly, the target pattern cycle Td decreases. When the user slowly swings his / her arm, the target pattern cycle Td increases. Such a function is effective when gradually increasing (or decreasing) the walking speed. When the walking speed is increased, the speed of the next step of the non-healthy leg is slightly higher than the speed of the step of the normal leg.
  • the function of the arm motion sensor 42 is effective when the speed of one step of a healthy leg is different from the speed of one step of a non-healthy leg.
  • the notification module 32 specifies the notification timing or the notification pattern based on the corrected target pattern.
  • an upper link fixed to a proximal part of one joint of a leg and a lower link fixed to a distal part of the joint are positioned coaxially with the rotation axis of the joint. It has a two-link mechanism connected by a rotary joint.
  • the left knee joint is an example of “one joint”
  • the thigh is an example of “proximal site”
  • the lower leg is an example of “distal site”.
  • the temporal waveform of the target pattern is the same as the temporal waveform of the joint angle of the healthy leg (one leg).
  • the walking assist device generates a target pattern indicating a temporal waveform of a joint angle from getting out of the healthy leg (one leg) to landing.
  • a wearable device including an actuator is attached to a non-healthy leg (the other leg), and assists one step of the non-healthy leg following the step of the healthy leg according to the target pattern.
  • the walking assistance device generates a target pattern from the movement of one step of one leg and repeats a cycle of assisting the other leg.
  • the walking assistance device may store a predetermined target pattern instead of generating the target pattern based on the movement of one leg.
  • the walking assistance device 10 may assist the joints of both legs.
  • the technology disclosed in this specification is also suitable for a user's walking training apparatus in which both legs cannot be moved freely.
  • the walking training apparatus adjusts the joint angle of both legs of a user with a predetermined walking pattern (target pattern) by a motor-mounted device that is mounted on each leg of the user.
  • the walking training apparatus to which the present technology is applied can notify the user of the motion pattern (target pattern) of both legs prior to driving of the actuator. Since the user can know the operation of the actuator prior to driving the actuator, the user can use the walking assist device with peace of mind.
  • the walking assist device of the example gave a notice stimulus to the user with sound.
  • the walking assistance device may give a notice stimulus by vibration instead of sound.
  • the walking assist device may include a head mounted display and display the waveform shown in FIG. 6C on the display.
  • the walking assistance device may transmit the change pattern or the notification pattern to the user by any one of sound stimulation, visual stimulation, and tactile stimulation.

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Abstract

 装着型デバイスが脚に能動的にトルクを加えるときに使用者が感じる不安を和らげる歩行補助装置を提供する。 歩行補助装置は、左右の脚に取り付けられる装着型デバイスとコントローラとヘッドフォンを備える。装着型デバイスは、使用者の脚の動きを検出するセンサと、使用者の脚の関節にトルクを加えるモータ(26)を有している。コントローラは、目標関節角の経時的変化を示す目標パターンに使用者の関節角が追従するように装着型デバイスを制御する。コントローラは、目標パターンにおける目標関節角の経時的変化が予め定められている条件を満たす変化タイミングを特定し、特定された変化タイミングに先立って変化タイミングの到来を使用者に報知する。アクチュエータが動作するのに先立ってその動作を報知することによって、アクチュエータが能動的に脚関節にトルクを加えるときに使用者が感じる不安を和らげる。

Description

歩行補助装置
 本出願は、2008年10月28日に出願された日本国特許出願第2008-276309号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容はこの明細書中に参照により援用される。本発明は、使用者の歩行を補助する歩行補助装置に関する。特に、本出願は、一方の脚は正常に動かすことができるが他方の脚は正常に動かすことができない使用者の歩行を補助する歩行補助装置に関する。
 脚の関節に能動的にトルクを加えることによって脚の角度を調整し、使用者の歩行を補助する歩行補助装置が研究されている。例えば、特許文献1には、一方の脚を自由に動かすことができない使用者に装着され、健常脚の動作に基づいて非健常脚の関節にトルクを加える歩行補助装置が開示されている。
特開2006-314670号公報
 特許文献1の歩行補助装置は非健常脚に能動的にトルクを加えるため、使用者は不安を感じる場合がある。歩行補助装置がこれからどのように非健常脚を動かそうとしているのか使用者が予測できないからである。本発明は、装置が脚に能動的にトルクを加えるときに生じる使用者の不安を和らげる歩行補助装置を提供する。
 前述したように、使用者が不安を感じるのは、歩行補助装置がこれからどのように脚を動かそうとしているのか正確にイメージできないことに起因する。そこで本発明の歩行補助装置は、装置が脚にトルクを加えるのに先立って、使用者が装置の動きを予測することを助ける画像、音或いは触覚刺激を使用者に与える。以下では、「装置の動きを予測することを助ける画像、音或いは触覚刺激」を「予告刺激」と総称することがある。
 本明細書が開示する技術に基づく歩行補助装置は、使用者の脚に取り付けられる装着型デバイスと、装着型デバイスを制御するコントローラを備える。装着型デバイスは、使用者の脚の関節にトルクを与えて関節角を調整する。コントローラは、調整すべき関節の目標関節角の経時的変化を示す目標パターンに使用者の関節角が追従するように装着型デバイスを制御する。コントローラは、この目標パターンに基づいて装着型デバイスが動作するのに先立って、「予告刺激」を使用者に与えるように構成されている。
 装着型デバイスは、例えば、使用者の大腿に固定される上部リンクと下腿に固定される下部リンクが膝の外側に位置する回転関節によって連結され、その回転関節がアクチュエータによって駆動する2リンク機構を含む。そのような機構を有する装着型デバイスは、使用者の膝の動きを補助する。
 「予告刺激」を与える方法の態様の一つは、目標関節角が大きく変化するタイミングを前もって使用者に知らせることである。従って本明細書が開示する技術の一態様では、歩行補助装置のコントローラは、次の処理を行う。即ち、コントローラは、目標パターンにおける目標関節角の経時的変化が予め定められている条件を満たす変化タイミングを特定する。次いでコントローラは、特定された変化タイミングに先立ってその変化タイミングの到来を使用者に報知する。即ち、この歩行補助装置は、装着型デバイスの動きが変化するタイミングを使用者に予告する。そのような歩行補助装置は、装着型デバイスの次の動きがイメージできないことに起因する使用者の不安を和らげることができる。
 「予め定められている条件」として最も好適なのは、目標パターンが極小値と極大値の少なくともいずれか一方となるタイミングである。そのようなタイミングは、別言すれば、目標関節角の軌道が時間軸上で極小値又は極大値となるタイミングである。このタイミングは、関節の回転方向(目標関節角の回転方向)が反転するタイミングに相当する。コントローラは、目標パターンが極小値と極大値の少なくともいずれか一方となるタイミングを前記変化タイミングとして特定する。そのような変化タイミングを前もって使用者に知らせることによって、使用者は、装着型デバイスが関節に加えるトルクの回転方向が反転するタイミングを前もって知ることができる。そのような予告を受けた使用者は安心できる。歩行動作においては膝の動きが重要であるので、装着型デバイスがトルクを与える対象の関節は膝関節であることが好ましい。
 「予め定められている条件」の他の具体例は、装着型デバイスの動作開始タイミング、あるいは停止タイミングであってよい。これらのタイミングは、数学的には、目標パターンの経時的変化が非連続であるという条件を満たすタイミングである。
 コントローラが記憶する目標パターンは、予め用意されているものであってもよいし、使用者の歩行中にリアルタイムに生成されるものであってもよい。後者の場合は、一方の脚のみが非健常脚の使用者のための歩行補助装置に適している。その場合、歩行補助装置は、一方の脚の動きを検出する脚動作センサを備えるとよい。コントローラは、一方の脚の動きから他方の脚の目標パターンを生成し、生成された目標パターンに従って他方の脚の関節角を調整する装着型デバイスを制御することが好ましい。
 「予告刺激」を与える態様の他の一つは、目標パターンの経時的波形の全体を使用者がイメージすることを助ける予告刺激を前もって使用者に与えることである。本明細書が開示する技術の他の一態様では、歩行補助装置のコントローラが、次の処理を実行するように構成されているとよい。即ち、コントローラは、目標パターンの経時的変化に対応する波形の報知パターンを生成する。さらにコントローラは、目標パターンに従って装着型デバイスを制御するのに先立って、報知パターンに基づく刺激を使用者に与えるように構成されている。報知パターンの波形は、目標パターンの経時変化の波形と相似であるとよい。
 この場合、「予告刺激」は具体的には、周波数の経時的変化のパターンが目標パターンの波形と同じである音でよい。或いは、「予告刺激」は、振動数の経時的変化のパターンが目標パターンの波形と同じである振動を使用者に与えるものであってよい。
 装着型デバイスのメカニカルジョイントの目標パターンの波形と相似な波形の予告刺激を装着型デバイスの動作に先立って使用者に与えることによって、使用者は、装着型デバイスのこれからの動作、即ち、装着型デバイスが実現する予定の関節角の経時的変化の全体をイメージすることができる。
 上記の「予告刺激」は、単に歩行のリズムを与えるのではなく、装着型デバイスの動作を前もって使用者に知らせるものである。本明細書が開示する技術によって、歩行者は、装着型デバイスの動作、特に、関節角が大きく変化するタイミングを予めイメージすることができる。これによって使用者は歩行補助装置に対する不安感を和らげることができる。
実施例の歩行補助装置の模式的正面図を示す。 実施例の歩行補助装置の模式的側面図を示す。 コントローラのブロック図を示す。 目標パターンを説明する図である。 報知タイミングを説明する図である。 音による報知パターンの変形例を説明する図である。 報知パターンの一例を示す図である。
 図面を参照して実施例の歩行補助装置を説明する。図1に、ユーザが装着した歩行補助装置10の模式図を示す。図1(A)は模式的正面図を示し、図1Bは模式的側面図を示す。本実施例の歩行補助装置は、左脚の膝関節を自由に動かすことができないユーザのための装置である。歩行補助装置10は、ユーザの左膝関節に適切なトルクを加え、ユーザの歩行動作を補助する。なお、本明細書が開示する技術は、膝以外の脚関節にトルクを加える歩行補助装置にも適用可能であることに留意されたい。
 歩行補助装置10は、右脚デバイス12Rと左脚デバイス12Lからなる。右脚デバイス12Rと左脚デバイス12Lが装着型デバイスに相当する。右脚デバイス12Rは、ユーザの大腿から下腿に沿って右脚の外側に装着される。右脚デバイス12Rは、上部リンク14Rと下部リンク16Rを有している。その2つのリンクは、回転可能に連結されている。上部リンク14Rは、ベルトでユーザの大腿に固定される。下部リンク16Rは、ベルトでユーザの下腿に固定される。上部リンク14Rと下部リンク16Rのメカニカルジョイントは、ユーザの右膝の外側に位置する。メカニカルジョイントは、上部リンク14Rと下部リンク16Rを相対的に回転させる。メカニカルジョイントはその軸線は、ユーザの膝関節の軸線に略同軸となるように配置される。メカニカルジョイントにはエンコーダ20Rが備えられている。エンコーダ20Rは、ユーザの右膝関節の角度を検出する。
 上部リンク14Rには傾斜角センサ22Rが取り付けられている。傾斜角センサ22Rは、ユーザの右股関節のピッチ軸周りの角度を検出する。下部リンク16Rの下端には接地センサ24Rが取り付けられている。接地センサ24Rは、右脚の離床タイミングと接地タイミングを検知する。
 左脚デバイス12Lは、ユーザの大腿から下腿に沿って左脚の外側に装着される。左脚デバイス12Lは、右脚デバイス12Rと基本的に同じ構造を有している。即ち、左脚デバイス12Lは、上部リンク14Lと下部リンク16Lを有している。その2つのリンクは左膝外側の位置で回転可能に連結されている。左脚デバイス12Lは、エンコーダ20Lと傾斜角センサ22Lと接地センサ24Lを備えている。エンコーダ20Lはユーザの左膝関節の角度を検出し、傾斜角センサ22Lはユーザの左股関節の角度を検出する。膝関節角度と股関節角度は、ピッチ軸の回りの回転角を意味する。ピッチ軸は、ユーザの体側方向に伸びる軸に相当する。接地センサ24Lは、ユーザの左脚の離床タイミングと接地タイミングを検知する。
 左脚デバイス12Lはまた、モータ26とコントローラ30を備える。モータ26は、上部リンク14Lと下部リンク16Lを連結するメカニカルジョイントに備えられており、ユーザの左膝関節の外側に位置する。モータ26は、上部リンク14Lに対して下部リンク16Lを回転させることができる。即ちモータ26は、ユーザの左膝関節にトルクを加えることができる。コントローラ30は、各センサの出力に基づいて、モータ26を制御する。別言すれば、左脚デバイス12Lは、モータ26によって、ユーザの左膝関節にトルクを加えてその角度を調整する。
 上記したとおり、歩行補助装置10は、ユーザの大腿から下腿に沿って装着される。歩行補助装置10は、ユーザの左膝関節にトルクを加えてその角度を調整するモータ26と、ユーザの両脚の動きを検出するセンサ20R、22R、24R、20L、22L、及び、24Lを備える。以下では、右脚に取り付けられたセンサ20R、22R、及び、24Rを「脚動作センサ」と総称する場合がある。
 歩行補助装置10はさらに、ヘッドフォン40と腕動作センサ42を備えている。腕動作センサ42は、加速度センサである。腕動作センサ42は、ユーザの左腕に取り付けられ、左腕が振られた回数や振りの速さを検知する。腕動作センサ42の出力はコントローラ30へ送られる。ヘッドフォン40は、コントローラ30から送られる電気信号を音に変換し、コントローラ30から送られる信号をユーザに伝える。
 コントローラ30の機能を概説する。図2にコントローラ30内部のブロック図を示す。コントローラ30は、目標パターン生成モジュール34、報知モジュール32、及び、モータドライバ36を備える。モジュール32、34、及び36は、ハードウエアとしてはコントローラ30のCPUであり、CPUが実行する命令は、コントローラ30が記憶しているプログラムに記述されている。
 目標パターン生成モジュール34は、脚動作センサ(右脚に取り付けられたセンサ群)の信号に基づいて、一歩の動作期間における右脚の膝関節角の経時的変化を取得する。「一歩の動作期間」は、右脚の離床タイミングから次の離床タイミングまでの期間に相当する。なお、コントローラ30は、右脚に取り付けられた接地センサ24Rの信号に基づいて離床タイミングを判別する。
 図3を参照して、膝関節角の変化パターンを説明する。図3は、半周期(右脚が離床してから左脚が離床するまで)の歩行動作を示している。なお、図3では、1周期の時間を符号Tdで示している。実線が右脚を示し、破線が左脚を示す。図3の符号(a)は、右脚の離床タイミングにおける脚の配置を示している。図3の符号(b)は離床した右脚の膝関節が最も屈曲するタイミングにおける脚の配置を示している。図3の符号(c)は右脚が着床するタイミングにおける脚の配置を示している。図3の符号(d)は左脚が離床するタイミングにおける脚の配置を示している。図3は、(a)から(d)に向かって時間が経過することを表している。なお、図3における符号102、104、106は、それぞれ、右脚の股関節、膝関節、及び足首関節を表している。図3の下側に描かれたグラフは、右膝の関節角θの経時的変化を示している。図3において、符号T1、T2、T3、及びT4は夫々、右足が離床するタイミング、右膝関節が最も屈曲するタイミング、右脚が着床するタイミング、及び、左脚が離床するタイミングを示している。図3のグラフに示されているとおり、右膝の関節角の経時的変化パターンは、タイミングT2とT3で極値をとる。タイミングT2は極大値に対応し、タイミングT3は極小値に対応する。一歩行周期の後半も同様に取得することができるので説明は省略する。
 目標パターン生成モジュール34は、得られた右膝関節角の経時的変化パターンを左膝関節の目標パターンとして記憶する。但し、コントローラ30が目標パターンに従って左脚デバイス12Lを駆動するタイミングは、左脚が離床するタイミングに同期される。即ち、タイミングT1(右脚離床タイミングに相当する)からT4(左脚離床タイミングに相当する)までの間の右膝関節角の経時的パターンは、左脚離床タイミング(即ちタイミングT4)から始まる左脚補助の目標パターンとして採用される。即ち、コントローラ30は、右膝関節の経時的変化パターンに追従するように、モータ26を制御して左膝関節角を調整する。より具体的にはコントローラ30は、上部リンク14Lと下部リンク16Lの回転角が、右膝関節の経時的変化パターンに追従するようにモータ26を制御する。なお、上部リンク14Lと下部リンク16Lの回転角が、ユーザの左膝関節角を表していることに留意されたい。
 図2に戻って説明を続ける。生成された目標パターンはモータドライバ36に送られる。モータドライバ36には、左脚に取り付けたセンサの信号が入力される。モータドライバ36は、左脚の接地センサ24Lの信号に基づいて、左脚の離床タイミングT4を特定することができる。モータドライバ36は、このタイミングT4から、目標パターンに基づくモータ制御を開始する。
 目標パターンはまた、目標パターン生成モジュールから報知モジュール32へ送られる。報知モジュール32には、タイミング検知条件が予め記憶されている。このタイミング検知条件は、目標パターンの波形が極値(極大値又は極小値)となるタイミング、及び、目標パターンの開始タイミングを特定する。図3の例では、タイミングT1(開始タイミング)、タイミングT2(極大値となるタイミング)、及びタイミングT3(極小値をとるタイミング)が特定される。なお、報知モジュール32では、タイミングT2、およびT3は、目標パターンの開始タイミングT1からの経過時間として特定される。これらのタイミングは、目標パターンの波形が大きく変化するタイミングであり、変化タイミングに相当する。さらに厳密には、これらの変化タイミングは、目標関節角の回転方向(経時的変化方向)が反転するタイミングに相当する。
 報知モジュール32は、モータドライバ36と同期して動作する。報知モジュール32は、モータドライバ36が目標パターンに従ってモータ26を制御している間、特定された変化タイミングに先立って、そのタイミングの到来を告げる音をヘッドフォン40を介して出力する。以下、図4を参照して、報知モジュール32が音を出力するタイミング(報知タイミング)を説明する。
 図4の符号(B)は、2周期分の目標パターンを模式的に示すグラフ(波形)を示している。図4の符号(A)は、各変化タイミングにおける左脚の姿勢を示している。図4の(A)における符号102、104、及び106はそれぞれ、股関節、膝関節、及び足首関節を示す。図4の符号(C)は、出力する音の波形を示している。なお、図4は、脚の動作を模式的に示しているのであり、実際の膝関節角の経時的変化を正確には表していないことに留意されたい。
 タイミングT11は、第1周期の開始タイミングを示しており、膝関節角が極小値θ1となるタイミングでもある。タイミングT12は、第1周期において膝関節角が極大値θ2となるタイミングを示している。タイミングT13は、第2周期の開始タイミングを示しており、膝関節角が極小値θ1となるタイミングでもある。タイミングT14は、第2周期において膝関節角が極大値θ2となるタイミングを示している。タイミングT15は、第3周期の開始タイミングを示している。報知モジュールは、目標パターンからこれらのタイミングを特定する。このようにコントローラ30は、目標パターンが極小値と極大値の少なくともいずれか一方となるタイミングを変化タイミングとして特定する。他方、モータドライバ36は、左膝の関節角が目標パターンに追従するようにモータ26を制御する。
 図4の符号(C)のグラフが示すように、報知モジュール32は、特定されたタイミングよりも時間Wだけ先立つ報知タイミングでヘッドフォン40から音を出力する。即ち、報知モジュール32が音を出力した直後に、特定された変化タイミングが到来することになる。別言すれば、報知モジュール32は、特定された変化タイミングでモータが制御されるのに先立って、その変化タイミングの到来をユーザに報知する。
 図4(C)で音が出力されることの効果を説明する。歩行補助装置10は、タイミングT11よりも時間Wだけ先立って音を出力する。タイミングT11は、変化タイミングの一つである動作開始タイミングに相当する。この音を聞いたユーザは、まもなく歩行補助装置10のモータ26が駆動し始めることを知る。歩行補助装置10は、タイミングT12よりも時間Wだけ先立つ報知タイミングに音を出力する。タイミングT12は、変化タイミングの一つである膝関節角が極大となるタイミングに相当する。この音を聞いたユーザは、まもなくモータ26が逆転し始めることを知る。このように、歩行補助装置10のユーザは、装置が駆動するのに先立って、駆動パターン、特に駆動パターンが大きく変化するタイミングを知ることができる。従って、ユーザは、歩行補助装置10によって自身の脚がどのように動かされるかを前もってイメージするこができ、不安を感じることが少なくなる。
 特定された変化タイミングの到来を知らせる音のパターンは、図4(C)のパターンに限られるものではない。音のパターンの変形例を図5に示す。図5の符号(A)と(B)は、図4のそれらと同一である。図5の符号(C)は、第1の変形例を示している。図5の符号(D)は、第2の変形例を示している。図5の(C)が示す音パルス列110は、特定された変化タイミングが近づくにつれてピッチが短くなる。図5の(D)が示す音パルス112は、特定された変化タイミングが近づくにつれて音量が大きくなることを表している。これらの変形例も、前述した実施例と同様に、特定された変化タイミングの到来をユーザに知らせることができる。
 報知タイミングは次のとおり別言することもできる。図4、図5に示すように、歩行補助装置10は、目標関節角が単調増加又は単調減少している間に、次の極値(変化タイミング)の到来を告げる音を出力する。さらに好ましくは、歩行補助装置10は、特定された変化タイミングが到来する直前に、変化タイミングの到来を告げる音を出力する。
 次に第2実施例を説明する。この実施例の歩行補助装置の構成は、前の実施例の構成と同じである。報知モジュール32の処理のみが異なる。従って、第2実施例の歩行補助装置の構成については説明を省略する。
 本実施例の歩行補助装置は、目標パターンにおける報知すべきタイミングを特定しない。代わりに、目標パターンの経時的波形と相似な経時的波形を有する音パターンを生成する。この音パターンを「報知パターン」と称する。報知パターンの例を、図6を参照して説明する。
 図6の符号(A)と(B)が示す図は、図5の符号(A)(B)が示す図と同じである。図6の符号(C)が、報知パターンのグラフ114を示している。グラフ114は、報知パターンの波形も示している。図6の符号(C)が示すグラフの縦軸は、音の周波数を示している。即ち、図6の(C)のグラフは、グラフが上にシフトするほど高いトーンの音を意味している。図6の(B)と(C)を比較すると理解されるように、報知パターンの波形は、目標パターンの波形に相似である。報知モジュール32は、モータドライバ36が目標パターンに従ってモータを駆動するのに先立って、報知パターンに基づく音を出力する。別言すれば、報知パターンに基づく音の出力が終了してから、歩行補助装置10は歩行補助を開始する。
 歩行補助装置10を用いると、ユーザは、補助に先立って、目標パターンの波形と相似な波形の音を聞く。ユーザは、音の波形から、目標パターン、即ち、自身の脚がどのように動かされるかを前もってイメージするこができる。
 図1に示した歩行補助装置10が備える腕動作センサ42の機能について説明する。腕動作センサ42は、HMI(Human Machine Interfece)として機能する。例えば、腕動作センサ42が連続2回の腕の振りを検出すると、歩行補助装置10は作動を開始する。また、腕動作センサ42が再度連続2回の腕の振りを検出すると、歩行補助装置10は作動を停止する。即ち、腕動作センサ42が歩行補助装置10の電源スイッチの役割を果す。
 また、腕動作センサ42は、腕の振りの速さを検出する。コントローラ30は、腕動作センサ42が検出する早さに応じて、目標パターンの周期Tdを修正する。例えば、ユーザが腕を速く振ると、目標パターンの周期Tdが小さくなる。ユーザが腕をゆっくり振ると、目標パターンの周期Tdが大きくなる。そのような機能は、徐々に歩行速度を上げる(或いは下げる)場合に有効である。歩行速度を上げる場合、健常脚一歩の速さよりも次に続く非健常脚の一歩の速さがわずかに速くなる。健常脚の一歩の速さと非健常脚の一歩の速さが異なる場合に、腕動作センサ42の機能は有効である。なお、腕動作センサ42によって目標パターンを修正する場合、報知モジュール32は、修正後の目標パターンに基づいて報知タイミング、或いは報知パターンを特定する。
 上記した実施例の特徴を列記する。
(1)装着型デバイスは、脚の一つの関節の近位側部位に固定される上部リンクと、その関節の遠位側部位に固定される下部リンクがその関節の回転軸と同軸に位置する回転関節で連結されている2リンク機構を有する。実施例における左膝関節が「一つの関節」の一例であり、大腿が「近位側部位」の一例であり、下腿が「遠位側部位」の一例である。
(2)目標パターンの経時的波形は、健常脚(一方の脚)の関節角の経時的波形と同じである。
(3)歩行補助装置は、健常脚(一方の脚)の離床から着床までの関節角の経時的波形を示す目標パターンを生成する。アクチュエータを備えた装着型デバイスは、非健常脚(他方の脚)に取り付けられ、健常脚の一歩に続く非健常脚の一歩の動作を、目標パターンに従って補助する。歩行補助装置は、一方の脚の一歩の動作から目標パターンを生成し、他方の脚を補助するサイクルを繰り返す。
 以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
 例えば、歩行補助装置は、一方の脚の動作に基づいて目標パターンを生成するかわりに、予め定められた目標パターンを記憶していてもよい。また、歩行補助装置10は、両脚のそれぞれの関節を補助するものであってもよい。例えば、本明細書が開示する技術は、両脚が自由に動かせないユーザの歩行訓練装置にも好適である。歩行訓練装置は、ユーザの夫々の脚に装着されたモータ付装着型デバイスによって、予め決められた歩行パターン(目標パターン)でユーザの両脚の関節角を調整する。本技術を適用した歩行訓練装置は、両脚の動作パターン(目標パターン)を、アクチュエータの駆動に先立ってユーザに報知することができる。ユーザはアクチュエータの駆動に先立ってアクチュエータの動作を知ることができるので安心して歩行補助装置を使うことができる。
 実施例の歩行補助装置は、音で使用者に予告刺激を与えた。歩行補助装置は、音に代えて振動によって予告刺激を与えてもよい。或いは、歩行補助装置は、ヘッドマウントディスプレイを備え、そのディスプレイに図6の(C)が示す波形を表示するものであってもよい。このように、歩行補助装置は、音刺激、視覚刺激、あるいは触覚刺激のいずれかで変化パターンあるいは報知パターンを使用者に伝えればよい。
 本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10:歩行補助装置
12R、12L:装着型デバイス
14R、14L:上部リンク
16R、16L:下部リンク
20R、20L:エンコーダ
22R、22L:傾斜角センサ
24R、24L:接地センサ
26:モータ
30:コントローラ
32:報知モジュール
40:ヘッドフォン
42:腕動作センサ

Claims (6)

  1.  使用者の歩行を補助する歩行補助装置であり、
     使用者の脚に取り付けて当該脚の関節角を調整する装着型デバイスと、
     目標関節角の経時的変化を示す目標パターンに使用者の関節角が追従するように装着型デバイスを制御するように構成されているコントローラと、を備えており、
     コントローラは、目標パターンにおける目標関節角の経時的変化が予め定められている条件を満たす変化タイミングを特定し、特定された変化タイミングに先立って変化タイミングの到来を使用者に報知するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
  2.  一方の脚の動きを検出する脚動作センサを備えており、
     コントローラは、一方の脚の動きから他方の脚の目標パターンを生成し、他方の脚の関節角を調整する装着型デバイスを、生成された目標パターンに基づいて制御することを特徴とする請求項1に記載の歩行補助装置。
  3.  コントローラは、目標パターンが極小値と極大値の少なくともいずれか一方となるタイミングを前記変化タイミングとして特定することを特徴とする請求項1に記載の歩行補助装置。
  4.  使用者の腕の動きを検出する腕動作センサを備えており、
    コントローラは、腕動作センサの検出結果に基づいて目標パターンを補正し、補正された目標パターンに基づいて変化タイミングを特定することを特徴とする請求項1に記載の歩行補助装置。
  5.  使用者の歩行を補助する歩行補助装置であり、
     使用者の脚に取り付けて当該脚の関節角を調整する装着型デバイスと、
     目標関節角の経時的変化を示す目標パターンに使用者の関節角が追従するように装着型デバイスを制御するコントローラと、を備えており、
     コントローラが、目標パターンの経時的変化に対応する波形の報知パターンを生成し、目標パターンに従って装着型デバイスを制御するのに先立って、報知パターンに基づく刺激を使用者に与えるように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
  6.  報知パターンの波形は、目標パターンの経時変化の波形と相似であることを特徴とする請求項5に記載の歩行補助装置。
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Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5724312B2 (ja) * 2010-11-15 2015-05-27 トヨタ自動車株式会社 リハビリ補助装置
KR101282859B1 (ko) * 2011-09-15 2013-07-05 대우조선해양 주식회사 보행보조로봇 및 제어 방법
US10185416B2 (en) * 2012-11-20 2019-01-22 Samsung Electronics Co., Ltd. User gesture input to wearable electronic device involving movement of device
US10551928B2 (en) 2012-11-20 2020-02-04 Samsung Electronics Company, Ltd. GUI transitions on wearable electronic device
US11372536B2 (en) 2012-11-20 2022-06-28 Samsung Electronics Company, Ltd. Transition and interaction model for wearable electronic device
US9030446B2 (en) 2012-11-20 2015-05-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Placement of optical sensor on wearable electronic device
US9477313B2 (en) 2012-11-20 2016-10-25 Samsung Electronics Co., Ltd. User gesture input to wearable electronic device involving outward-facing sensor of device
US10423214B2 (en) 2012-11-20 2019-09-24 Samsung Electronics Company, Ltd Delegating processing from wearable electronic device
US11237719B2 (en) 2012-11-20 2022-02-01 Samsung Electronics Company, Ltd. Controlling remote electronic device with wearable electronic device
US8994827B2 (en) 2012-11-20 2015-03-31 Samsung Electronics Co., Ltd Wearable electronic device
US11157436B2 (en) 2012-11-20 2021-10-26 Samsung Electronics Company, Ltd. Services associated with wearable electronic device
KR101394234B1 (ko) 2012-12-03 2014-05-14 한국과학기술원 항중력 보행 보조 장치
US11229789B2 (en) 2013-05-30 2022-01-25 Neurostim Oab, Inc. Neuro activator with controller
CA2913074C (en) 2013-05-30 2023-09-12 Graham H. Creasey Topical neurological stimulation
US10881572B2 (en) * 2013-12-13 2021-01-05 ALT Innovations LLC Natural assist simulated gait therapy adjustment system
US10315067B2 (en) * 2013-12-13 2019-06-11 ALT Innovations LLC Natural assist simulated gait adjustment therapy system
EP3079642A4 (en) * 2013-12-13 2017-11-01 Alt Innovations LLC Multi-modal gait-based non-invasive therapy platform
KR20150094427A (ko) 2014-02-11 2015-08-19 삼성전자주식회사 착용형 로봇 및 그 제어 방법
US10691332B2 (en) 2014-02-28 2020-06-23 Samsung Electronics Company, Ltd. Text input on an interactive display
JP2015177863A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 株式会社東芝 アシスト制御装置および方法
KR102342072B1 (ko) * 2014-10-14 2021-12-22 삼성전자주식회사 보행 보조를 제어하기 위한 장치 및 그 방법
JP6591744B2 (ja) * 2014-11-27 2019-10-16 トヨタ自動車株式会社 荷重検出装置、及び歩行補助装置
US10576619B2 (en) 2014-12-26 2020-03-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Assisting torque setting method and apparatus
EP3328091B1 (en) 2014-12-31 2020-04-08 Skullcandy, Inc. Methods of generating tactile user feedback utilizing headphone devices and related systems
KR101611474B1 (ko) * 2015-01-14 2016-04-12 재단법인차세대융합기술연구원 보행 시스템
US11077301B2 (en) 2015-02-21 2021-08-03 NeurostimOAB, Inc. Topical nerve stimulator and sensor for bladder control
KR102288886B1 (ko) * 2015-07-14 2021-08-12 현대자동차주식회사 착용식 로봇의 구동 제어 방법 및 시스템
JP6406187B2 (ja) * 2015-09-08 2018-10-17 トヨタ自動車株式会社 歩行訓練装置、及びその作動方法
CN105213156B (zh) * 2015-11-05 2018-07-27 京东方科技集团股份有限公司 一种动力外骨骼及其控制方法
KR101697958B1 (ko) * 2016-02-25 2017-01-19 재단법인차세대융합기술연구원 보행 시스템
JP6782086B2 (ja) 2016-03-25 2020-11-11 株式会社安川電機 動作補助装置の制御装置、動作補助装置、動作補助装置の制御方法、及び動作補助装置の制御プログラム
JP6501727B2 (ja) * 2016-06-02 2019-04-17 株式会社スペース・バイオ・ラボラトリーズ 歩行動作補助装置
KR102556924B1 (ko) * 2016-09-05 2023-07-18 삼성전자주식회사 보행 보조 방법 및 이를 수행하는 장치
JP6832530B2 (ja) * 2016-09-30 2021-02-24 パナソニックIpマネジメント株式会社 アシストシステム、アシスト方法及びコンピュータプログラム
JP6508167B2 (ja) * 2016-11-11 2019-05-08 トヨタ自動車株式会社 歩行訓練システム
FR3061653B1 (fr) * 2017-01-10 2019-05-31 Wandercraft Procede de mise en mouvement d'un exosquelette
US20200323727A1 (en) * 2017-04-11 2020-10-15 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Powered Walking Assistant and Associated Systems and Methods
JP2021510608A (ja) 2017-11-07 2021-04-30 ニューロスティム オーエービー インコーポレイテッド 適応回路を有する非侵襲性神経アクティベーター
WO2020056265A1 (en) 2018-09-14 2020-03-19 De Oro Devices, Inc. Cueing device and method for treating walking disorders
KR20220025834A (ko) 2019-06-26 2022-03-03 뉴로스팀 테크놀로지스 엘엘씨 적응적 회로를 갖는 비침습적 신경 활성화기
CN110561391B (zh) * 2019-09-24 2022-12-09 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 用于下肢外骨骼***的惯性信息前馈控制装置及控制方法
CN114728161A (zh) 2019-12-16 2022-07-08 神经科学技术有限责任公司 具有升压电荷输送的非侵入性神经激活器
US11737947B2 (en) 2020-10-09 2023-08-29 Muath Qasem Alsaedi Handheld electro-mechanical walking aid
US11883714B2 (en) 2020-12-24 2024-01-30 ALT Innovations LLC Upper body gait ergometer and gait trainer
WO2023048384A1 (ko) * 2021-09-25 2023-03-30 삼성전자 주식회사 토크를 출력하기 위한 웨어러블 장치, 방법, 및 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06296705A (ja) * 1993-04-15 1994-10-25 Nec San-Ei Instr Co Ltd 生体機能制御装置
JP2002345907A (ja) * 2001-05-24 2002-12-03 Yaskawa Electric Corp 歩行訓練装置および歩行訓練装置用載置台
JP2004504922A (ja) * 2000-08-14 2004-02-19 ネオプラクシス プロプライエタリイ リミテッド Fes制御システムへのインターフェイス
JP2004267624A (ja) * 2003-03-11 2004-09-30 Homuzu Giken:Kk 腰部運動装置
JP2005211328A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Yaskawa Electric Corp 歩行訓練装置
JP2006187348A (ja) * 2004-12-28 2006-07-20 Honda Motor Co Ltd 体重免荷アシスト装置および体重免荷アシストプログラム
JP2006314670A (ja) * 2005-05-16 2006-11-24 Kenichi Katsura 歩行補助装置及びリハビリテーションシステム
JP2006334200A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Honda Motor Co Ltd 肢体アシスト装置および肢体アシストプログラム
JP2007061527A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Honda Motor Co Ltd 運動誘導装置
JP2007130172A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Toyohashi Univ Of Technology 歩行補助制御方法とその歩行補助制御装置
JP2007520309A (ja) * 2004-02-05 2007-07-26 モトリカ インク 音楽によるリハビリテーション
JP2008012358A (ja) * 2005-10-11 2008-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 動作支援装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04133832U (ja) 1991-05-31 1992-12-14 川崎重工業株式会社 歩行補助装置のモニタ装置
US5861017A (en) * 1997-06-06 1999-01-19 Shriners Hospitals For Children Portable functional electrical stimulation (FES) system for upper or lower extremity applications
JP2002186653A (ja) * 2000-12-20 2002-07-02 Og Giken Co Ltd マッサージ手段規則付マッサージ機
US7651442B2 (en) * 2002-08-15 2010-01-26 Alan Carlson Universal system for monitoring and controlling exercise parameters
JP4129862B2 (ja) * 2002-08-30 2008-08-06 本田技研工業株式会社 義足の関節装置
JP3843317B2 (ja) * 2002-10-03 2006-11-08 独立行政法人産業技術総合研究所 マニピュレータの動作予告装置
JP2005006751A (ja) 2003-06-17 2005-01-13 Yaskawa Electric Corp 歩行訓練装置
JP4686681B2 (ja) 2004-10-05 2011-05-25 国立大学法人東京工業大学 歩行介助システム
AU2006206394B2 (en) * 2005-01-18 2011-10-13 The Regents Of The University Of California Low power lower extremity exoskeleton
KR100911269B1 (ko) * 2005-10-11 2009-08-11 파나소닉 주식회사 동작 지원 장치 및 동작 지원 방법
JP2007130234A (ja) 2005-11-10 2007-05-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 人体動作補助装置
WO2008124025A1 (en) * 2007-04-06 2008-10-16 University Of Delaware Powered orthosis
US20090306548A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 Bhugra Kern S Therapeutic method and device for rehabilitation
JP5101470B2 (ja) * 2008-08-25 2012-12-19 本田技研工業株式会社 アシスト装置
US8096965B2 (en) * 2008-10-13 2012-01-17 Argo Medical Technologies Ltd. Locomotion assisting device and method

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06296705A (ja) * 1993-04-15 1994-10-25 Nec San-Ei Instr Co Ltd 生体機能制御装置
JP2004504922A (ja) * 2000-08-14 2004-02-19 ネオプラクシス プロプライエタリイ リミテッド Fes制御システムへのインターフェイス
JP2002345907A (ja) * 2001-05-24 2002-12-03 Yaskawa Electric Corp 歩行訓練装置および歩行訓練装置用載置台
JP2004267624A (ja) * 2003-03-11 2004-09-30 Homuzu Giken:Kk 腰部運動装置
JP2005211328A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Yaskawa Electric Corp 歩行訓練装置
JP2007520309A (ja) * 2004-02-05 2007-07-26 モトリカ インク 音楽によるリハビリテーション
JP2006187348A (ja) * 2004-12-28 2006-07-20 Honda Motor Co Ltd 体重免荷アシスト装置および体重免荷アシストプログラム
JP2006314670A (ja) * 2005-05-16 2006-11-24 Kenichi Katsura 歩行補助装置及びリハビリテーションシステム
JP2006334200A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Honda Motor Co Ltd 肢体アシスト装置および肢体アシストプログラム
JP2007061527A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Honda Motor Co Ltd 運動誘導装置
JP2008012358A (ja) * 2005-10-11 2008-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 動作支援装置
JP2007130172A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Toyohashi Univ Of Technology 歩行補助制御方法とその歩行補助制御装置

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