WO2014057619A1 - 体動検知装置、およびこの装置を有する人体用刺激付与装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a body motion detection device that detects body motion and a human body stimulus applying device that applies a stimulus to the human body.
- a conventional stimulus applying device for a human body using a body motion detection device includes an acceleration sensor, an electrical stimulus applying unit, and a control unit.
- the acceleration sensor is attached to the thigh.
- the control unit predicts the timing at which the user's foot leaves the floor based on the output signal of the acceleration sensor.
- the control unit supplies a signal for causing a current to flow from the electrical stimulation applying unit to the thigh at the predicted timing.
- the electrical stimulation applying unit applies electrical stimulation to the thigh according to the signal supplied from the control unit.
- Patent Document 1 discloses an example of a conventional stimulus applying apparatus for a human body.
- the control part of the conventional stimulus applying apparatus for human body predicts the timing at which the foot leaves the floor on the premise of periodic walking motion. For this reason, when the actual walking motion is different from the periodic walking motion, the predicted timing is greatly different from the actual foot motion. For this reason, there is a possibility of applying electrical stimulation to the leg while the walking motion is stationary.
- the present invention was created based on the above background, and a body motion detection device capable of appropriately determining whether or not the walking motion is stationary, and a human body stimulus application having this device
- An object is to provide an apparatus.
- a body motion detection device for detecting a motion of a human body, which is generated by a detection unit that generates a detection signal that changes according to a walking motion of the human body, and the detection unit. Based on the detected signal, the walking motion in one walking cycle is divided into a plurality of walking steps, and whether or not the walking motion is stationary based on the duration of at least one walking step of the plurality of walking steps.
- a body motion detection device including a determination unit.
- the one walking cycle includes a stance phase and a swing phase defined as a specific walking phase, and the determination unit divides the stance phase or the swing phase into a plurality of walking phases, and is classified Preferably, each of the plurality of walking stages is defined as a divided walking stage, and whether or not the walking motion is stationary is determined based on the duration of each of the plurality of divided walking stages.
- the determination unit determines that the walking motion is stationary when the duration of at least one of the plurality of divided walking stages is longer than the stationary determination time.
- the determination unit includes a measurement unit that measures a duration of each of the plurality of divided walking stages, and the determination unit includes at least a duration of the plurality of divided walking stages measured by the measurement unit. It is preferable to determine whether or not the walking motion is stationary based on a comparison between one duration and the stationary determination time.
- the body motion detection device may further include a time setting unit that sets the stationary determination time based on at least one duration among durations of the plurality of divided walking stages measured by the measurement unit. It is preferable to provide.
- the time setting unit sets the stillness determination time based on at least one duration of durations of the plurality of divided walking stages measured by the measurement unit before a current walking cycle. It is preferable.
- the time setting unit sets a relationship between the duration of each of the plurality of divided walking stages and the stillness determination time, and receives the duration of the divided walking stage from the measurement unit.
- a determination time defining unit that outputs the stillness determination time is included.
- the detection unit includes a first right body sensor that generates an output signal corresponding to the operation of the first right body part and a second right body sensor that generates an output signal corresponding to the operation of the second right body part.
- a right body detection unit including a first left body sensor that generates an output signal corresponding to the operation of the first left body part, and a second left body sensor that generates an output signal corresponding to the operation of the second left body part.
- a stimulation applying device for a human body that applies a stimulus to a human body, the stimulation applying unit based on the body movement detection device and a determination result of the body movement detection device.
- a stimulation applying device for a human body comprising: a control unit that transmits a command signal to the human body; and a stimulation applying unit that changes the magnitude of stimulation applied to the human body based on the command signal.
- the stimulus imparting unit includes a right half body stimulus imparting unit that imparts a stimulus to the right half body and a left half body stimulus imparting unit that imparts a stimulus to the left half body, and the determination unit includes the first right body sensor.
- a first determination unit for determining whether or not a walking motion is stationary based on an output signal and an output signal of the second right body sensor; an output signal of the first left body sensor; and a second left body sensor A second discriminating unit that determines whether or not the walking motion is stationary based on the output signal, and the control unit determines that the walking motion is stationary by the first discriminating unit
- the command signal is sent to the right half body stimulus applying unit, the stimulus is given to the human body, and when the second discriminating unit determines that the walking motion is stationary, the command signal is sent to the left half body stimulus applying unit.
- Send a stimulus to the human body Rukoto is preferable.
- control unit transmits a command signal to the stimulus applying unit after a walking stationary time that is an elapsed time from when it is determined that the walking motion is stationary exceeds a determination elapsed time.
- the stimulus applying unit applies electrical stimulation to the human body.
- the main body motion detection device and the human body stimulus applying device can appropriately detect the state where the walking motion is stationary.
- FIG. 1 is a schematic view of a human body stimulus applying apparatus according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. The front view of the human body with which the mounting part in 1st Embodiment of this invention was mounted
- walking motion of a human body (a) is a diagram showing movement of both legs in walking motion, (b) and (c) are diagrams showing one walking cycle, and (d) is a period of movement of the right leg.
- FIG. 5E is a diagram showing a period of left leg movement.
- 1 is a circuit block diagram of a human body stimulus applying apparatus according to a first embodiment of the present invention.
- the human body stimulation device 1 includes a stimulation device main body 40 and a first mounting portion 10L.
- the first mounting portion 10L is mounted on the left leg 210L of the user 200 (see FIG. 2).
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first mounting portion 10L and a second mounting portion 10R that are mounted on the left leg 210L and the right leg 210R of the user 200. Since the right leg 210R and the second mounting portion 10R have the same structure as the left leg 210L and the first mounting portion 10L, illustration and description of the right leg 210R and the second mounting portion 10R are omitted.
- the first wearing unit 10L and the second wearing unit 10R detect the movement of the user 200 in the walking motion of the user 200.
- the stimulation device main body 40 Based on the detection results of the first mounting unit 10L and the second mounting unit 10R, the stimulation device main body 40 divides the operation of the user 200 in one walking cycle into a plurality of operation stages and determines the operation at each operation stage. To do.
- the stimulation device main body 40 provides stimulation to the user 200 based on the operation determination result in the operation stage divided into a plurality of operations.
- the stimulator main body 40 determines whether the user 200 is still in a walking state (that is, determines that the walking motion is stationary), and performs control to stop applying the stimulus.
- the stimulation device main body 40 includes a display unit 43 and an operation unit 44.
- the connection cable 13 connects the stimulation device main body 40 and the first mounting portion 10L to each other, and connects the stimulation device main body 40 and the second mounting portion 10R to each other.
- the first mounting portion 10L includes a first left half sensor SL1 and a second left half sensor SL2. Each of the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2 detects displacement of physical quantities of the thigh and knee of the user 200.
- the first left body sensor SL1 and the second left body are placed on the left leg of the user 200 as the first part.
- the half body sensor SL2 is mounted, and the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 are mounted on the right leg of the user 200, which is the second part.
- the first mounting portion 10L includes a thigh mounting portion 21 attached to the thigh of the left leg 210L and a crus mounting portion 22 attached to the crus.
- the thigh mounting part 21 and the crus mounting part 22 are connected to each other by the first connecting part 23a and the second connecting part 23b.
- the thigh mounting part 21 includes a thigh front part 24, a first thigh back part 25, and a second thigh back part 26.
- the thigh front part 24 covers a front part and a part of the side face of the thigh of the left leg 210L.
- the 1st thigh back surface part 25 and the 2nd thigh back surface part 26 are formed in the 1st and 2nd edge part of the thigh front surface part 24, respectively.
- the thigh front part 24 has a recess 24a formed in the lower end part.
- tip part 25a have the 1st connection part 25b.
- the 2nd thigh back surface part 26 has the 2nd connection part 26b in the 2nd front-end
- the first connection part 25b and the second connection part 26b are detachably connected to each other.
- the thigh attachment portion 21 is attached to the thigh of the left leg 210L.
- the thigh mounting part 21 includes a left half body stimulus applying part 90La.
- the left half body stimulation applying unit 90La applies stimulation to the thigh of the user 200 under the control of the stimulation apparatus main body 40.
- the lower leg mounting part 22 includes a lower leg front part 27, a first lower leg back part 28, and a second lower leg back part 29.
- the lower leg front part 27 covers a front part and a part of the side surface of the lower leg part of the left leg 210L.
- the first lower leg back part 28 and the second lower leg back part 29 are formed at the first and second ends of the lower leg front part 27, respectively.
- the lower leg front portion 27 has a recess 27a formed in the upper end portion.
- the 1st lower leg back part 28 has the 3rd connection part 28b in the 3rd front-end
- the 2nd lower leg back part 29 has the 4th connection part 29b in the 4th front-end
- the third connection portion 28b and the fourth connection portion 29b are detachably connected to each other.
- the third connecting part 28b and the fourth connecting part 29b are connected to each other at the back part of the lower leg of the left leg 210L, whereby the lower leg attaching part 22 is attached to the lower leg of the left leg 210L.
- the lower leg mounting part 22 includes a left half body stimulus applying part 90Lb.
- the left half body stimulation applying unit 90 ⁇ / b> Lb applies stimulation to the lower leg of the user 200 under the control of the stimulation device main body 40.
- the first connecting portion 23a and the second connecting portion 23b are formed from, for example, a stretchable member.
- the first connecting portion 23 a connects the first end of the thigh mounting portion 21 to the first end of the crus mounting portion 22, and the second connecting portion 23 b connects the second end of the thigh mounting portion 21. It connects with the 2nd end of lower leg mounting part 22.
- the thigh mounting part 21 and the crus mounting part 22 are connected to each other, the mounting is surrounded by the recess 24a of the thigh front part 24, the recess 27a of the crus front part 27, the first connection part 23a, and the second connection part 23b.
- a hole 31 is formed in the first mounting portion 10L. When the first mounting portion 10L is mounted, the front portion of the knee of the left leg 210L is exposed from the mounting hole 31 to facilitate the bending operation of the knee joint during walking.
- the thigh front part 24 and the crus front part 27 have a first insertion part 32 and a second insertion part 33, respectively, in a substantially central part.
- the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2 are disposed in the first insertion portion 32 and the second insertion portion 33, respectively.
- the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 are disposed at positions symmetrical to the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2.
- the first left body sensor SL1 and the first right body sensor SR1 provided in the thigh front portion 24 of the first mounting portion 10L and the second mounting portion 10R are, for example, angular velocity sensors.
- the second left body sensor SL2 and the second right body sensor SR2 provided respectively on the lower leg front portion 27 of the first attachment portion 10L and the second attachment portion 10R are, for example, angular velocity sensors.
- the first left body sensor SL1 and the first right body sensor SR1 are angular velocity sensors
- the first left body sensor SL1 and the first right body sensor SR1 respectively perform the hip joints of the left leg 210L and the right leg 210R in walking motion.
- the acceleration of the thigh rotating around the center is output.
- the second left body sensor SL2 and the second right body sensor SR2 are angular velocity sensors
- the second left body sensor SL2 and the second right body sensor SR2 are centered on the knee joints of the left leg 210L and the right leg 210R, respectively. Outputs the angular velocity of the lower leg that rotates.
- the first wearing unit 10L detects the displacement of the knee joint in the walking state using the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2.
- 10 R of 2nd mounting parts detect the displacement of the knee joint in a walk state using 1st right body sensor SR1 and 2nd right body sensor SR2.
- the first left body sensor SL1 attached to the upper part of the lower left crotch and the first right body sensor SR1 attached to the upper part of the lower right crotch of the user 200 are relative to the reference plane 200C. They are arranged at symmetrical positions.
- the reference plane 200 ⁇ / b> C is a plane that is the center of the symmetrical operation of the user 200. More specifically, the reference plane 200C includes a median plane that is a plane of the center of the body that equally divides the body of the user 200 viewed from the walking direction (the body of the user 200 viewed from the front).
- the second left body sensor SL2 attached to the lower part of the lower left crotch of the user 200 and the second right body sensor SR2 attached to the lower part of the lower right crotch are symmetrically positioned with respect to the reference plane 200C. Be placed.
- the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2 mounted on the lower left crotch of the user 200 constitute a left leg detection unit SL that detects the operation of the left leg of the user 200.
- the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 mounted on the lower right crotch constitute a right leg detector SR that detects the movement of the user's right leg.
- the user 200 moves the leg shown in FIG. In FIG. 4A, the portion indicated by only a solid line indicates the movement of the right leg of the user 200. The portion indicated by hatching in FIG. 4A indicates the movement of the left leg of the user 200.
- the period of the walking motion is defined as shown in FIG. 4B to FIG. 4E.
- One walking cycle of the user 200 is a period from when the heel of one foot contacts the ground, and then the same heel contacts the ground again. In one walking cycle, a section where the user's foot is in contact with the floor is a stance phase, and a section where the foot is away from the floor is a swing phase.
- the right leg and the left leg alternately repeat the stance phase and the free leg phase.
- the other leg shifts in time and changes from the stance phase to the swing phase. For this reason, during one walking cycle, both feet have a section in contact with the ground.
- the human body stimulation device 1 discriminates between the stance phase and the free leg phase in one walking cycle shown in FIG.
- the human body stimulating device 1 defines the stance phase and the swing phase as a specific walking stage.
- the human body stimulation device 1 divides the stance phase and the swing phase defined as specific walking phases into a plurality of phases.
- the human body stimulus applying apparatus 1 defines a plurality of stages as divided walking stages, and performs motion discrimination including a stationary state.
- the human body stimulus applying apparatus 1 controls the stimulus applying unit based on the motion discrimination result of the divided walking stage divided into a plurality of parts.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first mounting portion 10L, a second mounting portion 10R, and a stimulation device main body 40.
- the first mounting unit 10L includes a left half body detection unit 50L and a left half body stimulus imparting unit 90L.
- the left half body detection unit 50L includes a left leg detection unit SL.
- the second wearing unit 10R includes a right half body detecting unit 50R and a right half body stimulus applying unit 90R.
- the right half body detection unit 50R includes a right leg detection unit SR.
- the stimulation device main body 40 includes a power supply unit 41, a display unit 43, an operation unit 44, and a control unit 60.
- the control unit 60 includes an arithmetic processing unit 61, a stimulus application control unit 62, a time setting unit 63, and a determination unit 70.
- the determination unit 70 includes a comparison unit 71, a measurement unit 72, a stationary determination unit 73, and a walking stage division unit 80.
- the walking stage division unit 80 includes a logical operation unit 81.
- Each of the output of the power supply unit 41 of the stimulation device main body 40 and the output signal of the stimulus application control unit 62 is supplied to the first mounting unit 10L and the second mounting unit 10R via the connection cable 13.
- Each of the detection signal from the left leg detection unit SL of the first mounting unit 10L and the detection signal from the right leg detection unit SR of the second mounting unit 10R is supplied to the stimulation device main body 40 via the connection cable 13. .
- the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2 included in the left leg detection unit SL detect the operation of the left leg 210L of the user 200 wearing the first wearing unit 10L and generate a detection signal.
- the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 included in the right leg detection unit SR detect the operation of the right leg 210R of the user 200 wearing the second wearing unit 10R and generate a detection signal. .
- the detection signal from the first left body sensor SL1 of the left leg detection unit SL is the first detection signal IL1, and is transmitted to the arithmetic processing unit 61.
- a detection signal from the second left body sensor SL2 of the left leg detection unit SL is a second detection signal IL2, and is transmitted to the arithmetic processing unit 61.
- a detection signal from the first right body sensor SR1 of the right leg detection unit SR is a third detection signal IR1, and is transmitted to the arithmetic processing unit 61.
- the detection signal from the second right body sensor SR2 of the right leg detection unit SR is the fourth detection signal IR2, and is transmitted to the arithmetic processing unit 61.
- the arithmetic processing unit 61 receives the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, the third detection signal IR1, and the fourth detection signal IR2, and performs signal processing on these signals.
- the arithmetic processing unit 61 performs, for example, noise removal such as a high frequency component, calculation of a moving average value, and frequency analysis as signal processing.
- the arithmetic processing unit 61 performs a process of combining the first detection signal IL1 and the third detection signal IR1 of the first left body sensor SL1 and the first right body sensor SR1 arranged symmetrically with respect to the reference plane 200C.
- the arithmetic processing unit 61 performs a process of combining the second detection signal IL2 and the fourth detection signal IR2 of the second left body sensor SL2 and the second right body sensor SR2 that are arranged symmetrically with respect to the reference plane 200C.
- the arithmetic processing unit 61 performs a subtraction process (IL1-IR1) and an addition process (IL1 + IR1) between the first detection signal IL1 and the third detection signal IR1 as the combination process.
- the arithmetic processing unit 61 performs, for example, a subtraction process (IL2-IR2) and an addition process (IL2 + IR2) between the second detection signal IL2 and the fourth detection signal IR2 as combination processing.
- the arithmetic processing unit 61 for example, combines the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, the third detection signal IR1, and the fourth detection signal IR2 according to the following expression (1) to thereby generate the combination signal Z1. Generate.
- Z1 aX1 + bX2 + cX3 + dX4 + ... + C (1)
- a, b, c, and d are coefficients.
- C in Formula (1) is a constant.
- the values of the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, the third detection signal IR1, and the fourth detection signal IR2 are substituted into the variables X1, X2, X3, and X4.
- the first detection signal IL1 and the second detection signal IL2 of the left leg detection unit SL and the third detection signal IR1 and the fourth detection signal IR2 of the right leg detection unit SR are combined with the variables X1 to X4. Value is substituted.
- the determination unit 70 performs operation determination by dividing one walking cycle into a plurality of operation stages based on the processing result of the arithmetic processing unit 61.
- the plurality of operation stages include, for example, a first operation stage OP1, a second operation stage OP2, and a third operation stage OP3.
- the values of the variables X1 to X4 in the equation (1) are the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, and the third detection signal IR1, respectively, in the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3. And a characteristic value of the fourth detection signal IR2.
- the characteristic value is a continuously obtained value such as a moving average value, a differential value, or a value calculated by performing a predetermined calculation with another characteristic value (for example, X1-X4, X1 + X2). is there.
- the values of the coefficients a to d in the equation (1) can be changed when setting different operation stages.
- the values of the coefficients a to d and the constant C are set using, for example, a discriminant analysis method that is one of the multivariable analysis methods.
- the variables X1 to X4 in each of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 are calculated based on the results of a walking test performed in advance on a plurality of subjects.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, 2 In addition to the right body sensor SR2, another sensor (such as a pressure sensor) is used.
- the combination signal Z1 is obtained by substituting the variables X1 to X4 into the equation (1) set based on the discriminant analysis method.
- characteristic values in all operation stages form a group.
- the coefficients a to d are such that the combination signal Z1 described above indicates the boundary of characteristic values of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2 and the third operation stage OP3 grouped in this graph. Is set. That is, when different operation stages are set, the coefficients a to d are set as different values.
- the constant C is used to adjust the value of the combination signal Z1.
- the arithmetic processing unit 61 outputs the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, the third detection signal IR1, the fourth detection signal IR2, and a combination signal obtained by combining these to the determination unit 70.
- FIG. 6 shows an operation stage in one walking cycle and signals used for discrimination of the operation stage.
- the determination unit 70 compares the combination signal Z1 shown in FIG. 6C with the predetermined first threshold value TH1, second threshold value TH2, third threshold value TH3, and fourth threshold value TH4 by the comparison unit 71. To do.
- the first threshold value TH1, the second threshold value TH2, the third threshold value TH3, and the fourth threshold value TH4 have different values at each operation stage.
- the determination unit 70 uses the comparison unit 71 and the logic operation unit 81 to process the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, the third detection signal IR1, the fourth detection signal IR2, and the like. Judgment is made for combination signals and the like. Thereby, the discriminating unit 70 performs a plurality of operation stages shown in FIG.
- the measuring unit 72 measures an operation stage duration tOP that is a duration of each of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 determined by the determination unit 70.
- the measurement unit 72 stores the measurement result.
- the stationary determination unit 73 stops the walking motion of the user 200 when the first motion phase OP1, the second motion phase OP2, and the third motion phase OP3 continue for a predetermined time or longer in the walking motion of the user 200. Is determined.
- the time setting unit 63 receives an input of a stillness determination time tREF used for determination of a walking still state.
- the stillness determination unit 73 compares the operation stage duration tOP stored in the measurement unit 72 with the stillness determination time tREF input to the time setting unit 63.
- the stationary determination unit 73 determines that the walking motion is stationary when the motion stage duration tOP is longer than the stationary determination time tREF of the time setting unit 63.
- the stillness determination unit 73 outputs the determination result to the stimulus application control unit 62.
- the stimulus application control unit 62 applies the left body stimulus applied to the left body stimulus applying unit 90L and the second attachment unit 10R attached to the first attachment unit 10L.
- the unit 90R is controlled.
- the display unit 43 displays, for example, the determination result of the walking state of the user 200 in the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3.
- the display unit 43 evaluates walking motion based on, for example, the difference between the left and right leg motions in the first motion stage OP1, the second motion stage OP2, and the third motion stage OP3, and the difference between the left and right leg motions. Display the results. Note that the operation target displayed on the display unit 43 can be changed by the user 200 using the operation unit 44.
- the power supply unit 41 supplies a driving current to the stimulation device main body 40.
- the power supply unit 41 supplies a drive current to the first mounting unit 10L and the second mounting unit 10R.
- the power supply unit 41 is a power supply circuit that generates a required drive current by supplying power from, for example, a rechargeable battery, a dry battery, and a commercial power supply.
- the first left half body sensor SL1, the second left half body sensor SL2, the first right half body sensor SR1, and the second right half body sensor SR2 are the users associated with the walking motion in step S11.
- the displacement of the physical quantity of the left leg 210L and the right leg 210R of 200 is detected.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 have a first detection signal IL1, a second detection signal IL2, and a third detection signal indicating detection results.
- IR1 and the fourth detection signal IR2 are generated and output to the arithmetic processing unit 61.
- step S12 the arithmetic processing unit 61 performs the first detection of the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 that are divided by the reference plane 200C.
- a process of combining the signal IL1 and the third detection signal IR1, and the second detection signal IL2 and the fourth detection signal IR2 is performed.
- the arithmetic processing unit 61 performs signal processing on the combined signal and the previous signal combined.
- the arithmetic processing unit 61 outputs a signal generated by the signal processing to the determination unit 70.
- step S13 the determination unit 70 compares a threshold for dividing one walking cycle for each characteristic of walking motion with a signal generated by signal processing. Based on the comparison result, the determination unit 70 detects a plurality of first operation stages OP1, second operation stages OP2, and third operation stages OP3 from one walking cycle. The determination unit 70 divides one walking cycle into a first operation stage OP1 included in the stance phase shown in FIG. 6, a second operation stage OP2 and a third operation stage OP3 included in the swing phase. In the example shown in FIG. 6, the stance phase includes only one section of the first operation stage OP1. For example, the determination unit 70 includes the combination signal Z1 shown in FIG.
- the comparison unit 71 is made to compare TH3 and the fourth threshold TH4. Based on the comparison result, the determination unit 70 determines a section in which the combination signal Z1 exceeds the first threshold value TH1 or the second threshold value TH2 as a stance phase. The comparison unit 71 outputs a comparison signal “1” (high level) when the combination signal Z1 is smaller than the first threshold value TH1 to the fourth threshold value TH4.
- the comparison unit 71 outputs a comparison signal “0” (low level) when the combination signal Z1 is larger than the first threshold value TH1 to the fourth threshold value TH4.
- Each of the first threshold value TH1, the second threshold value TH2, the third threshold value TH3, and the fourth threshold value TH4 has a constant value in one walking cycle.
- the logical operation unit 81 of the walking stage division unit 80 performs a logical operation on the comparison signal input from the comparison unit 71 in step S14.
- step S15 the determination unit 70 determines the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 based on the output result of the logic operation unit 81.
- the walking stage division unit 80 determines that the period from t11 to t12 in which the combination signal Z1 exceeds the first threshold value TH1 in the stance phase is the stance phase early period.
- the walking stage division unit 80 determines a period from t12 to t21 in which the combination signal Z1 is once less than or equal to the first threshold value TH1 and the combination signal Z1 exceeds the second threshold value TH2 as the late stance phase. Determine.
- the discriminating unit 70 determines the interval t11 to t21 including the segment t11 to t12 determined to be the early stance phase and the interval t12 to t21 determined to be the late stance phase. It is defined as one operation stage OP1. Note that the first half of the stance phase is a period from the ground contact with the heel of one foot during one walking cycle until the heel leaves the ground. In addition, the late stance phase is a section in which one heel's heel is separated from the ground and the toes are separated from the ground during one walking cycle.
- the walking stage division unit 80 determines a section between t21 and t22, which is a section subsequent to the late stance phase and in which the combination signal Z1 is equal to or less than the third threshold TH3, as the early stance phase.
- the walking stage division unit 80 determines a section following t22 to t31, which is a section following the first part of the swing leg period and in which the combination signal Z1 exceeds the third threshold value TH3 and is equal to or less than the threshold value TH4, as the latter part of the swing leg period.
- the determination unit 70 defines the first swing phase period as the second motion stage OP2 and the second swing phase period as the third motion phase OP3.
- the walking stage dividing unit 80 it is also possible to combine a plurality of divided sections after dividing one walking cycle into a plurality of sections.
- the target operation stage is the swing leg period
- the swing leg period can be divided into a plurality of sections, and then the divided sections can be combined.
- the stillness determination unit 73 determines the walking stationary state of the user 200 in step S16.
- the stationary determination unit 73 determines the stationary state of walking using the durations of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 determined by the determination unit 70.
- the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R impart stimulation to the user 200 at a predetermined timing when the stationary determination unit 73 does not determine that the walking motion is stationary.
- the left half body stimulation imparting unit 90L and the right half body stimulation imparting unit 90R change the magnitude of the stimulation imparted to the user 200.
- the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R weaken the stimulation force or stop applying the stimulus when the stationary determination unit 73 determines that the walking motion is stationary.
- the same motion stage may be discriminated multiple times within one walking cycle.
- the walking stage division unit 80 separately acquires a determination signal different from the determination signal used for the determination.
- the determination unit 70 performs a logical operation on the separately acquired determination signal to identify the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3.
- the first threshold value TH1, the second threshold value TH2, the third threshold value TH3, and the fourth threshold value TH4 are set based on, for example, the results of a walking test performed on a plurality of subjects in advance.
- the walking test for example, the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 other than the first left body sensor SL1, the second right body sensor SR2, and the like. This is done.
- This other sensor is provided for detecting the first movement stage OP1, the second movement stage OP2, and the third movement stage OP3 in the walking test.
- a pressure sensor provided on the sole detects a period during which the foot is in contact with the ground in one walking cycle.
- the tester defines the period during which the foot is detected as being in contact with the ground as the stance phase, that is, the first operation stage OP1.
- the tester uses the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 detected by another sensor, and the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, and the third detection of each subject.
- the value of the combination signal of the signal IR1 and the fourth detection signal IR2 is acquired. Thereby, for example, the average value of the combination signal value at the boundary between the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 is calculated, and the result is the first threshold value TH1 and the second threshold value TH2. , Third threshold TH3, and fourth threshold TH4.
- the second threshold value TH2 is set to a value for determining the late stance phase and the sections before and after (an early stance phase and an early stance phase) for the combination signal as shown in FIG. . That is, the second threshold value TH2 is set from the average value of the combination signals at the boundary between the first stance phase of a plurality of subjects in the walking test and the section before and after the second stance phase.
- the first threshold value TH1, the second threshold value TH2, the third threshold value TH3, and the fourth threshold value TH4 are not limited to boundary values. For example, it may be set based on the average value of the combination signals in the entire operation stages of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3.
- control unit 60 executes steps S21 to S23 which are initial setting steps.
- step S21 the time setting unit 63 sets the value of the determination time used for determining the walking still state to the still determination time tREF.
- the measuring unit 72 sets the operation stage duration tOP stored in the measuring unit 72 to 0 in step S22.
- step S23 the determination unit 70 sets the previous operation stage number OPN (n ⁇ 1) used for walking cycle time measurement to 0.
- step S24 the determination unit 70 determines the operation stage.
- the discriminating unit 70 sets the operation stage number OPN (n) of the determined operation stage in step S25.
- step S26 the measuring unit 72 determines whether the operation stage number OPN (n) determined in step S25 matches the previous operation stage number OPN (n-1). By executing step S26, the measuring unit 72 determines whether or not the operation determined as the same operation stage number is continued.
- step S26 when it is determined that the operation stage number OPN (n) matches the previous operation stage number OPN (n-1) (Yes), the measurement unit 72 causes the measurement unit 72 to 1 is added to the stored operation phase duration tOP.
- step S26 When it is determined in step S26 that the operation stage number OPN (n) does not match the previous operation stage number OPN (n-1) (No), the measurement unit 72 causes the measurement unit 72 to The stored operation phase duration tOP is reset and set to zero.
- step S29 the stationary determination unit 73 compares the operation stage duration tOP with the stationary determination time tREF.
- step S29 when it is determined that the operation stage duration tOP is longer than the stationary determination time tREF (Yes), the stimulus application control unit 62 sets the control flag FLG to 1 in step S30.
- step S29 When it is determined in step S29 that the operation stage duration tOP is not longer than the stationary determination time tREF (No), the stimulus application control unit 62 resets the control flag FLG to 0 in step S31.
- step S32 the determination unit 70 sets the determined operation stage number OPN (n) as OPN (n ⁇ 1) as the previous operation stage number.
- Control unit 60 sets a standby time of 10 ms in step 33.
- the standby time is a determination cycle for determining the operation stage in step S24.
- the determination unit 70 determines the operation stage at intervals of 10 ms.
- the waiting time is set to an optimum value according to the walking cycle.
- the control unit 60 repeats Steps 24 to 33 during the period in which the human body stimulus applying apparatus 1 is operating.
- the measuring unit 72 measures the duration of the operation stage determined by the determining unit 70 in step S27 as a time count in units of 10 ms.
- step S29 the stationary determination unit 73 determines that the walking motion is stationary when the motion stage duration tOP measured by the measuring unit 72 is longer than the stationary determination time tREF.
- step S28 the measurement unit 72 continues the operation phase stored in the measurement unit 72 when the operation phase number OPN (n) determined by the determination unit 70 changes from the previous operation phase number OPN (n-1). Set time tOP to zero.
- the stimulus applying control unit 62 controls the left half body stimulus applying unit 90L and the right half body stimulus applying unit 90R based on the value of the control flag FLG to change the magnitude of the stimulus applied to the user 200. That is, in step S29, it is determined that the walking motion is stationary. In step S30, while the control flag FLG is set to 1, the left half body stimulus applying unit 90L and the right half body stimulus applying unit 90R are The stimulation power to 200 is weakened or the stimulation is stopped.
- the above-described stimulus applying apparatus 1 for the human body includes the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2 that are disposed on the left leg 210L of the user 200, and the first right that is disposed on the right leg 210R of the user 200.
- a half body sensor SR1 and a second right body sensor SR2 are provided.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 detect bilaterally symmetric walking motions.
- the determination unit 70 includes a first detection signal IL1, a second detection signal IL2, and a second detection signal IL2, which are generated by the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2.
- the walking motion of the user 200 is determined by combining the third detection signal IR1 and the fourth detection signal IR2.
- the determination unit 70 includes a walking stage division unit 80. The walking motion is determined by dividing the stance phase and the swing phase in one walking cycle into a plurality of motion stages.
- the stillness determination unit 73 performs the walking still state determination based on the measurement result obtained by measuring the duration of the operation stage. Therefore, the human body stimulus applying apparatus 1 can determine the walking still state at each operation stage.
- the stimulus imparting control unit 62 controls the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R based on the determination result of the stillness determining unit 73. For this reason, appropriate stimulus application control can be performed.
- the measuring unit 72 measures the duration of the operation stage for each of the plurality of operation stages.
- the stationary determination unit 73 performs the walking stationary state determination for each of the plurality of operation stages.
- the stimulus imparting control unit 62 controls the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R based on the determination result of the stillness determining unit 73. Therefore, it is possible to determine the walking still state with high accuracy in a short time. For this reason, highly accurate stimulus application control can be performed.
- the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2, and the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 are respectively disposed in two regions on both sides of the reference plane 200C of the user.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 detect bilaterally symmetric walking motions.
- the determination unit 70 includes a first detection signal IL1, a second detection signal IL2, and a second detection signal IL2, which are generated by the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2.
- the walking motion of the user 200 is determined by combining the third detection signal IR1 and the fourth detection signal IR2.
- the determination unit 70 includes a walking stage division unit 80.
- the walking motion is determined by dividing the stance phase and the free leg phase within one walking cycle into a plurality of motion stages.
- the stillness determination unit 73 performs the walking still state determination based on the measurement result obtained by measuring the duration of the operation stage. Accordingly, it is possible to determine the walking still state with high accuracy.
- the evaluation including the state of the other leg is possible.
- this evaluation for example, when one leg is evaluated, an evaluation including an interaction with the other state is possible.
- first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are symmetrical with respect to the reference plane 200C serving as a boundary of the walking motion performed symmetrically. Placed in position. That is, the human body often moves parallel to the reference plane 200C that equally divides the human body viewed from the walking direction. In addition, the movement of the human body tends to be similar to each other in two parts (for example, the left limb and the right limb) divided by the reference plane 200C. For example, in an operation of sitting on a chair, the left and right legs operate simultaneously, such as when the left and right knees extend mainly from a standing position and the knees bend when approaching the seating surface.
- the discriminating unit 70 is based on the movement of a plurality of parts of the human body that operate simultaneously using a signal obtained by combining the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, the third detection signal IR1, and the fourth detection signal IR2. Determine the operation. Accordingly, the amount of data used by the determination unit 70 for operation determination is double that of the configuration using only the first detection signal IL1 and the second detection signal IL2 of the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2. . For this reason, the user's walking motion is more accurately determined, and the walking still state can be more accurately determined.
- the determination unit 70 in the human body stimulating device 1 is the other sensor.
- the detection results of the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 can be used. For this reason, even in an operation that is conventionally difficult to discriminate, discrimination becomes easy. For this reason, more accurate walking stationary state determination becomes possible.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first left body sensor SL1 and a second left body sensor SL2 worn on one limb portion of the user 200, and a first right body worn on the other limb portion of the user 200.
- a half body sensor SR1 and a second right body sensor SR2 are provided.
- the variation amount of the detection signal is determined by attaching the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 to the left and right limbs of the human body 200. It will be larger than when it is worn on the waist. For this reason, the amount of data that can be acquired increases.
- the signal used for motion discrimination is the sensor detection signal value between the reference posture state and the motion state. It is a difference and becomes a small value. For this reason, it is difficult for such a method to determine an operation with high accuracy.
- the sensor detection signals of the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 that are respectively attached to the left and right limbs are sufficiently sufficient. Difference. Thereby, the determination unit 70 can perform the operation determination with higher accuracy and can perform the walking stationary state determination with high accuracy.
- the human body stimulation device 1 is provided at a position where the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 straddle the knee of the user.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are configured to detect the rotational position (angular velocity, etc.) of the knee joint. For example, in the first half of the swing leg period, the thigh rotates about the hip joint in the same direction as the traveling direction.
- the first left body sensor SL1 and the first right body sensor SR1 detect the acceleration of the thigh with respect to the rotation direction, and generate a first detection signal IL1 and a third detection signal IR1 indicating the detected acceleration. Generate.
- the lower leg part rotates in a direction in which an inertial force acts around the knee joint.
- the second left body sensor SL2 and the second right body sensor SR2 detect the angular velocity of the lower leg along the rotation direction, and the second detection signal IL2 and the fourth detection signal indicating the detected angular velocity. IR2 is generated.
- the thigh and lower leg rotate in the opposite direction to the previous period of the swing phase.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 operate the knee joint so as to detect the characteristic movement of the foot during the above-described swing phase. It is provided at the straddle site. For this reason, the detection accuracy of the second operation stage OP2 and the third operation stage OP3 can be improved, and the walking still state determination with high accuracy can be performed.
- the human body stimulation device 1 has the following effects.
- the human body stimulation device 1 includes a first left body sensor SL1, a second left body sensor SL2, a first right body sensor SR1, and a second right body sensor SR2 as detection units.
- the human body stimulating device 1 includes a first detection signal IL1 and a second detection signal that are respectively generated in the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2.
- It includes a determination unit 70 that determines the action of the human body by combining the signal IL2, the third detection signal IR1, and the fourth detection signal IR2.
- the discriminating unit 70 includes a walking stage dividing unit 80, and performs motion discrimination by dividing the stance phase and the free leg phase within one walking cycle during the walking motion of the user 200 into a plurality of motion stages.
- the stationary discriminating unit 73 performs the walking stationary state discrimination by measuring the duration of the operation stage.
- the stimulus imparting control unit 62 controls the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R based on the determination result of the stillness determining unit 73. According to this configuration, it is possible to appropriately detect a state where the walking motion is stationary. In addition, the walking still state determination can be performed in a short time while suppressing the erroneous determination. For this reason, appropriate stimulus application control can be performed.
- the discriminating unit 70 includes a walking stage dividing unit 80, and performs motion discrimination by dividing the stance phase and the free leg phase within one walking cycle during the walking motion of the user 200 into a plurality of motion phases.
- the determination unit 70 includes a measurement unit 72.
- the measuring unit 72 measures the duration time in each operation stage.
- the measurement unit 72 stores the measurement result.
- the stationary determination unit 73 performs the walking stationary state determination for each of the plurality of operation stages.
- the stimulus imparting control unit 62 controls the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R based on the determination result of the stillness determining unit 73. According to this configuration, it is possible to determine the walking still state with high accuracy in a short time. For this reason, highly accurate stimulus application control can be performed.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first left body sensor SL1, a second left body sensor SL2, and a right leg that constitute the left leg detection unit SL at positions symmetrical to the reference plane 200C of the user 200. It has the 1st right body sensor SR1 and the 2nd right body sensor SR2 which comprise the detection part SR.
- the determination unit 70 combines the first detection signal IL1, the second detection signal IL2, the third detection signal IR1, and the fourth detection signal IR2 that indicate detection results by the left leg detection unit SL and the right leg detection unit SR.
- the operation of the user 200 is determined.
- the stillness determination unit 73 performs the walking still state determination based on the determination result of the determination unit 70. According to this configuration, the amount of data used for discrimination of walking motion increases, and it is possible to discriminate the walking still state with high accuracy.
- the center surface of the body that equally divides the human body viewed from the walking direction is the reference plane 200C.
- the first left body sensor SL1 and the first right body sensor SR1, and the second left body sensor SL2 and the second right body sensor SR2 are arranged symmetrically with respect to the reference plane 200C.
- the data amount of the signal input to the determination unit 70 is different from the configuration in which only the first detection signal IL1 of the first left body sensor SL1 and the second detection signal IL2 of the second left body sensor SL2 are used. Is doubled, and the walking motion of the user 200 is more accurately determined. For this reason, it is possible to accurately determine the walking still state.
- the left half body detection unit 50L of the stimulus applying apparatus 1 for a human body includes a first left body sensor SL1 and a second left body sensor SL2 provided on one limb portion of the human body.
- the right body detection unit 50R of the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first right body sensor SR1 and a second right body sensor SR2 provided on the other limb portion of the human body.
- the stimulus applying apparatus 1 for a human body can acquire more signals indicating the displacement of the human body accompanying various operations such as walking motion.
- the human body stimulus applying apparatus 1 can perform the operation determination based on abundant data indicating the movement of the human body. For this reason, it is possible to perform the operation determination in more detail and with high accuracy. For this reason, it becomes possible to perform the walking still state determination in more detail and with high accuracy.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first left body sensor SL1, a second left body sensor SL2, a first right body sensor SR1, and a second right body that are mounted at positions symmetrical to the reference plane 200C.
- the detection signal of the sensor SR2 is combined.
- the human body stimulus applying apparatus 1 determines the movement of one limb of the human body based on the combination signal. According to this configuration, it is possible to determine the operation with high accuracy and speed. For this reason, it becomes possible to perform walking still state discrimination at higher speed and with higher accuracy.
- the human body stimulus imparting apparatus 1 of the second embodiment has a different configuration in the following parts compared to the human body stimulus imparting apparatus 1 of the first embodiment, and has the same configuration in other parts.
- the components common to the human body stimulus applying apparatus 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a part or all of the description thereof is omitted.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a time setting unit 63 that receives an input of a stillness determination time tREF.
- the human body stimulus applying apparatus 1 according to the second embodiment includes a time setting unit 64 that sets the stillness determination time tREF based on the measurement value of the measurement unit 72.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a time setting unit 64.
- the measurement unit 72 measures the operation phase duration tOP of each of the first operation phase OP1, the second operation phase OP2, and the third operation phase OP3 determined by the determination unit 70.
- the measurement unit 72 stores the measurement result.
- the time setting unit 64 sets the stillness determination time tREF.
- the stillness determination unit 73 compares the operation stage duration tOP stored in the measurement unit 72 with the stillness determination time tREF set by the time setting unit 64.
- the stationary determination unit 73 determines that the walking motion is stationary when the motion stage duration tOP is longer than the stationary determination time tREF set by the time setting unit 64.
- the stillness determination unit 73 outputs the determination result to the stimulus application control unit 62.
- the time setting unit 64 includes a determination time defining unit.
- the determination time defining unit defines the stillness determination time tREF based on the results of a walking test performed in advance on a plurality of subjects.
- the time setting unit 64 sets the stillness determination time tREF based on the definition of the determination time defining unit.
- the stance phase in the walking motion of the human body is about 60% of one walking cycle, and there is a correlation between one walking cycle time and the duration of each motion stage.
- a person with a long walking cycle has a long duration of each operation stage. For this reason, in order to accurately determine the walking still state, the stationary determination time tREF needs to be changed according to the walking characteristics of the user 200 of the human body stimulus applying apparatus 1.
- FIG. 10A is a graph showing a method of setting the stillness determination time tREF by multiplying the operation stage duration tOP by a positive proportional coefficient.
- the determination time defining unit uses the proportional coefficient k shown in FIG. 10A based on at least one duration of the durations of the plurality of divided walking stages measured by the measuring unit 72 before the current walking cycle.
- the stillness determination time tREF is defined.
- the time setting unit 64 holds the results of the walking test performed in advance for a plurality of subjects in the storage unit.
- the determination time defining unit defines the still determination time tREF with reference to the result of the walking test from the measurement time of the measuring unit 72.
- the stillness determination unit 73 can determine the walking still state in a short time.
- FIG. 10B is a graph showing a method of setting the stillness determination time tREF by multiplying the operation stage duration tOP by a positive proportionality coefficient and adding the offset value t0.
- the stationary determination unit 73 can perform stable walking stationary state determination by suppressing malfunction due to noise or the like even when the operation stage duration tOP is short.
- FIG. 10C shows that the stationary determination time tREF is multiplied by a positive proportionality coefficient with respect to the operation stage duration time tOP, the offset value t0 is added, and the minimum determination time tREFmin and the maximum determination time tREFmax are used.
- the minimum duration tOPmin and the maximum duration tOPmax of the operation phase duration tOP are set based on the results of the walking test performed in advance on a large number of subjects.
- the minimum determination time tREFmin and the maximum determination time tREFmax of the stationary determination time tREF are set in correspondence with the minimum duration tOPmin and the maximum duration tOPmax.
- the determination time defining unit regards an operation stage having a duration equal to or shorter than the minimum duration tOPmin as a jumping operation other than the walking motion, and defines that the stationary determination time tREF is the minimum determination time tREFmin.
- the determination time defining unit regards all the operation stages having a duration equal to or longer than the maximum duration tOPmax as a walking stationary state, and defines that the stationary determination time tREF is the maximum determination time tREFmax.
- the stationary determination unit 73 can perform stable walking stationary state determination by suppressing malfunction due to noise or the like even when the operation stage duration tOP is short.
- the stationary determination unit 73 can suppress an increase in determination time even when the operation stage duration tOP is long.
- the human body stimulus applying apparatus 1 uses the setting method shown in FIGS. 10A to 10C or other setting methods according to the form of the walking motion performed by the user 200 in setting the stillness determination time tREF. It is configured to be selectable.
- the form of the walking motion includes walking on a flat road surface, walking on a sloped road surface, walking in ascending / descending stairs, or other walking modes.
- steps S41 to S45 operations similar to those in steps S21 to S25 described in FIG. 8 in the first embodiment are performed.
- step S46 the time setting unit 64 sets the stationary determination time tREF based on at least one duration of the durations of the plurality of divided walking stages measured by the measuring unit 72 before the current walking cycle.
- step S47 the measuring unit 72 determines whether or not the operation stage number OPN (n) determined in step S45 matches the previous operation stage number OPN (n ⁇ 1). By executing step S47, the measuring unit 72 determines whether the operation determined to be the same operation stage number continues.
- step S47 when it is determined that the operation stage number OPN (n) matches the previous operation stage number OPN (n ⁇ 1) (Yes), the measuring unit 72 is stored in the measuring unit 72 in step S48. 1 is added to the current operation phase duration tOP.
- step S47 When it is determined in step S47 that the operation stage number OPN (n) does not match (No) with the previous operation stage number OPN (n-1), the measuring unit 72 is stored in the measuring unit 72 in step S49.
- the operating phase duration tOP being reset is reset to zero.
- step S50 the stationary determination unit 73 compares the operation stage duration tOP with the stationary determination time tREF.
- step S50 When it is determined in step S50 that the operation phase duration tOP is longer than the stationary determination time tREF (Yes), the stimulus application control unit 62 sets the control flag FLG to 1 in step S51.
- step S50 When it is determined in step S50 that the operation phase duration tOP is not longer than the stationary determination time tREF (No), the stimulus application control unit 62 resets the control flag FLG to 0 in step S52.
- step S53 the determination unit 70 sets the determined operation stage number OPN (n) as OPN (n ⁇ 1) as the previous operation stage number.
- step 54 the control unit 60 sets the standby time to 10 ms.
- the standby time is a determination cycle in which the determination unit 70 performs determination.
- the waiting time is set to an optimum value according to the walking cycle.
- the control unit 60 repeats Step 44 to Step 54 during the period in which the human body stimulus applying apparatus 1 is operating.
- the measurement unit 72 measures the duration of the operation stage determined by the determination unit 70 as a count of time in units of 10 ms in step S48.
- step S50 the stationary determination unit 73 determines that the walking motion is stationary when the motion stage duration tOP measured by the measurement unit 72 is longer than the stationary determination time tREF.
- step S49 the measurement unit 72 continues the operation phase stored in the measurement unit 72 when the operation phase number OPN (n) determined by the determination unit 70 changes from the previous operation phase number OPN (n ⁇ 1). Set time tOP to zero.
- the stimulus applying control unit 62 controls the left half body stimulus applying unit 90L and the right half body stimulus applying unit 90R based on the value of the control flag FLG to change the magnitude of the stimulus applied to the user 200. That is, in step S29, the walking still state is determined, and while the control flag FLG is set to 1 in step S30, the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R are stimulating power to the user 200. Weaken or stop applying stimulation.
- the operation of the human body stimulating device 1 will be described.
- the discriminating unit 70 of the human body stimulating device 1 includes a walking stage dividing unit 80.
- the walking stage division unit 80 divides the stance phase and the free leg period within one walking cycle into a plurality of motion stages and performs motion discrimination.
- the measuring unit 72 measures the operation stage duration tOP for each of the operation stages divided into a plurality.
- the time setting unit 64 includes a determination time defining unit.
- the determination time defining unit defines the stillness determination time tREF based on at least one duration of the durations of the plurality of divided walking stages measured by the measuring unit 72 before the current walking cycle.
- the time setting unit 64 sets the stillness determination time tREF based on the definition of the determination time defining unit.
- the stillness determination unit 73 performs the walking still state determination based on the stillness determination time tREF set by the time setting unit 64.
- the stimulus imparting control unit 62 controls the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R based on the determination result of the stillness determining unit 73. For this reason, according to the walking characteristic of the user 200, exact walk stationary state determination can be performed. For this reason, appropriate stimulus application control can be performed.
- the stimulus applying apparatus 1 for a human body is configured to be able to select a setting method used when the measurement unit 72 sets the stationary determination time tREF. For this reason, the stillness determination part 73 can perform the exact walking still state determination according to the walking form of the user 200. For this reason, appropriate stimulus application control can be performed.
- the human body stimulus applying apparatus 1 according to the second embodiment has the same effects as the effects (1) to (6) exhibited by the human body stimulus applying apparatus 1 according to the first embodiment. That is, the effect of being able to perform appropriate stimulus application control, the effect of being able to perform highly accurate stimulus application control, by performing the walking still state determination in a short time while suppressing misidentification, And other various effects. Moreover, the stimulus applying apparatus 1 for a human body has the following effects.
- the discriminating unit 70 of the stimulus applying apparatus 1 for human body performs motion discrimination by dividing the stance phase and the free leg phase within one walking cycle into a plurality of motion stages.
- the measuring unit 72 measures the operation stage duration tOP for each of the operation stages divided into a plurality.
- the time setting unit 64 sets the stillness determination time tREF based on at least one duration of the durations of the plurality of divided walking stages measured by the measurement unit 72 before the current walking cycle.
- the stillness determination unit 73 performs the walking still state determination based on the stillness determination time tREF set by the time setting unit 64.
- the stimulus imparting control unit 62 controls the left half body stimulus imparting unit 90L and the right half body stimulus imparting unit 90R based on the determination result of the stillness determining unit 73. For this reason, according to the walking characteristic of the user 200, exact walk stationary state determination can be performed. For this reason, appropriate stimulus application control can be performed.
- the human body stimulus applying apparatus 1 is configured to be able to select a setting method used when the measurement unit 72 sets the stillness determination time tREF. For this reason, the measurement unit 72 measures the duration of the operation stage for each of the plurality of operation stages.
- the stillness determination unit 73 can accurately determine the walking still state according to the walking form of the user 200. For this reason, appropriate stimulus application control can be performed.
- the human body stimulus applying apparatus 1 of the third embodiment has a different configuration in the following parts compared to the human body stimulus applying apparatus 1 of the second embodiment, and has the same structure in the other parts. Constituent elements common to the human body stimulus applying apparatus 1 of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and a part or all of the description thereof is omitted.
- the first wearing unit 10L includes a left half body stimulating unit 90L
- the second wearing unit 10R includes a right half body stimulating unit 90R
- the first wearing unit 10L includes a left half electrical stimulation applying unit 140L
- the second wearing unit 10R includes a right half electrical stimulation applying unit 140R.
- the same elements as those of the first mounting portion 10 ⁇ / b> L in the first embodiment shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
- the second mounting portion 10R has the same configuration as the first mounting portion 10L, and a description thereof will be omitted.
- the first wearing unit 10L includes a left half electrical stimulation applying unit 140L for applying electrical stimulation to the user's body, and the left half electrical stimulation applying unit 140L includes an electrode unit 34L provided on the thigh front part 24, And an electrode portion 35 ⁇ / b> L provided on the lower leg front portion 27.
- the electrode portion 34L includes a pair of an anode 34La and a cathode 34Lb partially exposed from the back surface 24b of the thigh front portion 24.
- the electrode portion 35L includes a pair of an anode 35La and a cathode 35Lb partially exposed from the back surface 27b of the lower leg front portion 27.
- the exposed portions of the anodes 34La and 35La and the cathodes 34Lb and 35Lb are configured to directly contact the skin and apply electrical stimulation.
- the control unit 60 included in the stimulation device main body 40 of the stimulation applying device 1 for human body includes a first determination unit 100, a second determination unit 120, a first time setting unit 65, and a second time setting unit 66.
- 10 L of 1st mounting parts of the stimulus application apparatus 1 for human bodies contain the left-half-body electrical stimulus provision part 140L.
- the 2nd mounting part 10R of the stimulus application apparatus 1 for human bodies contains the right half body electrical stimulus provision part 140R.
- the first determination unit 100 is based on the detection result of the left leg detection unit SL including the first left body sensor SL1 and the second left body sensor SL2 attached to the left half of the user 200 divided by the reference plane 200C. The movement of one limb of the user is determined.
- the first determination unit 100 includes a first comparison unit 101, a first measurement unit 102, a first stationary determination unit 103, and a first walking stage division unit 110.
- the first walking stage division unit 110 includes a first logic operation unit 111.
- the arithmetic processing unit 61 performs arithmetic processing on the detection signal generated by the left leg detection unit SL.
- the first comparison unit 101 compares the calculation result of the calculation processing unit 61 with a threshold value.
- the first logical operation unit 111 performs a logical operation on the comparison result provided from the first comparison unit 101.
- the first determination unit 100 uses the first comparison unit 101 and the first logic operation unit 111 to detect the first detection signal IL1 and the second left body sensor SL2 of the first left body sensor SL1 processed by the operation processing unit 61.
- the second detection signal IL2 is determined. Accordingly, the first determination unit 100 performs a plurality of operation stages illustrated in FIG. 6 from the walking motion of the left leg of the user 200, that is, the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and The third operation stage OP3 is determined.
- the operation stage number OPN indicating the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3, and the operation stage is Provides a signal that indicates a switch.
- the first measurement unit 102 performs the operations shown in steps S47 to S49 of the walking stillness determination processing flow shown in FIG. 11, thereby determining the first operation stage OP1 and the second operation stage determined by the first determination unit 100.
- the duration of OP2 and the third operating phase OP3 is measured.
- the first time setting unit 65 sets the stillness determination time tREF in step S46 of the walking stillness determination processing flow shown in FIG. 11 using the stillness determination time setting method shown in FIG.
- the first stationary determination unit 103 compares the durations of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 measured by the first measurement unit 102 with the stationary determination time tREF.
- the first stationary determination unit 103 determines that the walking motion is stationary when the durations of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 are longer than the stationary determination time tREF.
- the second determination unit 120 is based on the detection result of the right leg detection unit SR including the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 attached to the right half of the user 200 divided by the reference plane 200C. The movement of the other limb of the user is determined.
- the second determination unit 120 includes a second comparison unit 121, a second measurement unit 122, a second stationary determination unit 123, and a second walking stage division unit 130.
- the second walking stage division unit 130 includes a second logic operation unit 131.
- the arithmetic processing unit 61 performs arithmetic processing on the detection signal generated by the right leg detection unit SR.
- the second comparison unit 121 compares the calculation result of the calculation processing unit 61 with a threshold value.
- the second logical operation unit 131 performs a logical operation on the comparison result provided from the second comparison unit 121.
- the second determination unit 120 uses the second comparison unit 121 and the second logical operation unit 131 to detect the third detection signal IR1 of the first right body sensor SR1 and the second right body sensor SR2 processed by the operation processing unit 61.
- the fourth detection signal IR2 is determined. Accordingly, the second determination unit 120 determines a plurality of operation stages shown in FIG. 6 from the walking motion of the right leg of the user 200, that is, the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and The third operation stage OP3 is determined.
- the operation stage number OPN indicating the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3, and the operation stage is Provides a signal that indicates a switch.
- the second measuring unit 122 performs the operations shown in steps S47 to S49 in the walking stillness determination processing flow shown in FIG. 11, thereby determining the first operation stage OP1 and the second operation stage that are determined by the second determination unit 120.
- the duration of OP2 and the third operating phase OP3 is measured.
- the second time setting unit 66 sets the stillness determination time tREF in step S46 of the walking stillness determination processing flow shown in FIG. 11 using the stillness determination time setting method shown in FIG.
- the second stationary determination unit 123 compares the durations of the first operation stage OP1, the second operation stage OP2, and the third operation stage OP3 measured by the second measurement unit 122 with the stationary determination time tREF.
- the second stationary determination unit 123 determines that the walking motion is stationary when the durations of the first motion stage OP1, the second motion stage OP2, and the third motion stage OP3 are longer than the stillness determination time tREF.
- the stimulus application control unit 62 receives the determination signals from the first stationary determination unit 103 and the second stationary determination unit 123, and based on the determination signal, the left half electrical stimulation applying unit that is mounted on the first mounting unit 10L. 140L and the right body electrical stimulus applying part 140R attached to the second attachment part 10R are controlled.
- the stimulus application control unit 62 receives the determination signals from the first stillness determination unit 103 and the second stillness determination unit 123, and changes the magnitude of stimulus application to the user 200 based on the determination signal.
- the first stationary determination unit 103 determines that the walking motion is stationary
- the left half electrical stimulation applying unit 140L weakens the stimulation force on the user 200 or stops applying the stimulation.
- the second stationary determination unit 123 determines that the walking motion is stationary
- the right half body electrical stimulus applying unit 140R weakens the stimulation force on the user 200 or stops applying the stimulus.
- the control unit 60 drives the pulse generation unit 67 based on the control signal from the stimulus application control unit 62 to generate an electrical stimulation pulse.
- the left half electrical stimulation applying unit 140L uses the electrical stimulation pulse generated in the pulse generating unit 67 to send a predetermined pulse signal between the anode 34La and the cathode 34Lb of the electrode unit 34L and the anode 35La of the electrode unit 35L. And the cathode 35Lb.
- Each of the electrode portions 34L and 35L applies electrical stimulation to the user 200 by generating a pulse signal.
- the right half electrical stimulation applying unit 140R performs the same operation as the left half electrical stimulation applying unit 140L and applies electrical stimulation to the user 200.
- FIG. 14 shows the operation of the user 200 in the right leg 210R.
- FIG. 14 (a) shows a walking motion.
- Each of the period from time t11 to t21 and the period from time t21 to t31 is one walking cycle period.
- the user 200 performs a walking motion in the section from time t21 to t31 with a walking cycle B shorter than the walking period A in the section from time t11 to t21.
- the user 200 is in a walking still state after time t31.
- FIG. 14B shows the operation stage determined by the first determination unit 100.
- FIG. 14B shows an example in which one walking cycle is divided into four types of operation stages indicated by a first operation stage OP1 to a fourth operation stage OP4.
- FIG. 14 (c) shows the value of the stationary determination time tREF set for determining the walking still state.
- the value of the stillness determination time tREF in the walking cycle B with a short walking cycle is set to a value smaller than the walking cycle A.
- FIG. 14D shows the operation stage duration tOP measured by the first measurement unit 102.
- the value of tOP is set to 0 when the operation stage is switched.
- FIG. 14 (e) shows the state of the electrical stimulation pulse generated by the pulse generator 67.
- the electrical stimulation pulse is controlled to turn on at time t12 and time t23 when the walking motion is switched from the second motion stage OP2 to the third motion stage OP3.
- the electrical stimulation pulse is controlled to be turned off at time t22 when the walking motion is switched from the first motion phase OP1 to the second motion phase OP2.
- the stimulus application control unit 62 performs control to turn off the electrical stimulation pulse.
- the motion stage duration tOP measured by the first measurement unit 102 increases with time.
- the second stationary determination unit 123 determines that the walking motion is stationary at time t32 when the motion stage duration tOP is greater than the stationary determination time tREF.
- the stimulus application control unit 62 controls to turn off the electrical stimulation pulse at time t32.
- the electrical stimulation pulse is kept off during the period when the walking motion after time t32 is stationary.
- the application of the electrical stimulation pulse to the left leg 210L of the user 200 is performed by the human body stimulation applying apparatus 1 at the same timing as the operation to the right leg 210R according to the operation of the left leg 210L of the user 200.
- the operation of the human body stimulating device 1 will be described.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first determination unit 100 that determines the movement state of one leg of the user 200.
- the first determination unit 100 includes a first walking stage division unit 110, a first measurement unit 102, a first time setting unit 65, and a first stationary determination unit 103.
- the first determination unit 100 determines the operation of one leg of the user 200 based on the detection signal generated by the left leg detection unit SL.
- the first walking stage division unit 110 divides the movement of one leg of the user 200 into a plurality of sections, and determines the movement of the legs in each section.
- the first measurement unit 102 measures the operation stage duration of the operation stage determined for each section.
- the first time setting unit 65 sets the stillness determination time tREF.
- the first stationary determination unit 103 determines the walking stationary state by comparing the operation stage duration with the stationary determination time tREF.
- the stimulus applying apparatus 1 for a human body includes a second determination unit 120 that determines the movement state of the other leg of the user 200.
- the second determination unit 120 includes a second walking stage division unit 130, a second measurement unit 122, a second time setting unit 66, and a second stationary determination unit 123.
- the second determination unit 120 determines the operation of the other leg of the user 200 based on the detection signal generated by the right leg detection unit SR.
- the second walking stage division unit 130 divides the movement of the other leg of the user 200 into a plurality of sections, and determines the movement of the legs in each section.
- the second measuring unit 122 measures the duration of the operation stage determined for each section.
- the second time setting unit 66 sets the stillness determination time tREF.
- the second stationary determination unit 123 determines the walking stationary state by comparing the operation stage duration with the stationary determination time tREF.
- the stimulus application control unit 62 changes the magnitude of stimulus application to the user 200 when it is determined that the walking motion is stationary based on the determination result of the first stationary determination unit 103.
- the stimulus application control unit 62 changes the magnitude of stimulus application to the user 200 when it is determined that the walking motion is stationary based on the determination result of the second stationary determination unit 123.
- the first wearing unit 10L of the stimulation applying device 1 for human body includes a left half electrical stimulation applying unit 140L
- the second wearing unit 10R of the stimulation applying device 1 for human body includes a right half electrical stimulation applying unit 140R.
- the left body electrical stimulation applying unit 140L changes the magnitude of the stimulation applied by the stimulation applying control unit 62.
- the right half body electrical stimulation applying unit 140R changes the magnitude of stimulation applied by the stimulation applying control unit 62. To be controlled. For this reason, the area which provides electrical stimulation can be made into appropriate time.
- the human body stimulating device 1 of the third embodiment has the effects (1) to (6) exhibited by the human body stimulating device 1 of the first embodiment and the human body stimulating device 1 of the second embodiment. In addition to (7) and (8), the following effects are provided.
- the human body stimulus applying apparatus 1 includes a first determination unit 100 and a second determination unit 120 that determine the movement states of the left and right legs of the user 200, respectively.
- determination part 100 discriminate
- the second determination unit 120 determines the walking still state of the other leg of the user 200 based on the operation stage duration and the stationary determination time.
- the stimulus application control unit 62 controls the application of the stimulus to the left and right legs of the user 200 based on the determination results of the first stillness determination unit 103 and the second stillness determination unit 123, respectively.
- the human body stimulus applying apparatus 1 discriminates the left and right leg motions by different discriminating units. For this reason, the human body stimulus applying apparatus 1 can perform the determination of the operation stage and the walking still state for each of the left and right legs. For this reason, appropriate stimulus imparting control can be performed even for a user who performs different left and right operations.
- the first mounting unit 10L and the second mounting unit 10R of the stimulation applying device 1 for human body include a left half electrical stimulation applying unit 140L and a right half electrical stimulation applying unit 140R, respectively.
- the left body electrical stimulation applying unit 140L changes the magnitude of the stimulation applied by the stimulation applying control unit 62.
- the right half body electrical stimulation applying unit 140R changes the magnitude of stimulation applied by the stimulation applying control unit 62.
- the stimulus applying apparatus 1 for a human body can set the section for applying electrical stimulation as an appropriate time. For this reason, the stimulus applying apparatus 1 for a human body can suppress fatigue caused by applying electrical stimulation to a user for a long time.
- the set value of the stationary determination time tREF in one walking cycle is different from the set value in the third embodiment.
- the stimulus application control unit 62 has passed a predetermined time after the walking stationary time, which is an elapsed time from when the first stationary determining unit 103 and the second stationary determining unit 123 determined walking stationary, exceeds the determination elapsed time. Later, a control signal is supplied to the pulse generator 67. Since the stimulus applying apparatus 1 for human body has the same configuration as that of the third embodiment, description of the operation thereof is omitted.
- FIG. 15 is used to explain the operation of applying an electrical stimulation pulse in the walking motion.
- FIG. 15 (a) shows a walking motion.
- Each of the period from time t11 to t21 and the period from time t21 to t31 is one walking cycle period.
- the user 200 performs a walking motion in the section from time t21 to t31 with a walking cycle B shorter than the walking period A in the section from time t11 to t21.
- the user 200 is in a walking still state after time t31.
- FIG. 15B shows the operation stage determined by the first determination unit 100.
- FIG. 15B shows an example in which one walking cycle is divided into four types of operation stages indicated by a first operation stage OP1 to a fourth operation stage OP4.
- FIG. 15 (c) shows the value of the stationary determination time tREF set for determining the walking still state.
- different stillness determination times tREF are set in accordance with the operation stage within one walking cycle.
- the stationary determination time tREF can be changed by changing the proportional coefficient k for the operation stage duration time tOP shown in FIG. 10 according to the operation stage.
- FIG. 15D shows the operation stage duration tOP measured by the first measurement unit 102.
- the value of the operation phase duration tOP is set to 0 when the operation phase is switched.
- FIG. 15E shows the state of the electrical stimulation pulse generated by the pulse generator 67.
- the electrical stimulation pulse is controlled to be turned on at time t12 and time t23 when the walking motion is switched from the second motion stage OP2 to the third motion stage OP3.
- the electrical stimulation pulse is controlled to be turned off at time t22 when the walking motion is switched from the first motion phase OP1 to the second motion phase OP2.
- the stimulus application control unit 62 performs control to turn off the electrical stimulation pulse.
- the motion stage duration tOP measured by the first measurement unit 102 increases with time.
- the second stationary determination unit 123 determines that the walking motion is stationary at time t32 when the motion stage duration tOP is greater than the stationary determination time tREF.
- the stimulus application control unit 62 performs control so that the electrical stimulation pulse is turned off at time t33 when a predetermined time has elapsed from time t32. The electrical stimulation pulse is maintained in the off state during the walking still state period after time t33.
- the human body stimulating device 1 of the fourth embodiment has the effects (1) to (6) exhibited by the human body stimulating device 1 of the first embodiment, and the human body stimulating device 1 of the second embodiment ( In addition to the effects (7) and (8) and the effects (9) and (10) exhibited by the human body stimulus applying apparatus 1 of the third embodiment, the following effects are exhibited.
- the set value of the stationary discrimination time tREF set for use in the walking stationary state discrimination is changed according to the operation stage within one walking cycle.
- the walking stationary state In walking motion, the walking stationary state is mostly standing. For this reason, in the stance phase, there are many cases in which a transition is made from a standing state to a walking stationary state. For this reason, the stationary stationary state determination can be performed earlier by setting the set value of the stationary determination time tREF in the motion stage in the stance phase to a small value.
- the stationary determination time tREF in the motion stage during the swing phase to a large value, the stationary determination time becomes longer and erroneous determination can be suppressed. For this reason, highly accurate stimulus application control is possible.
- the stimulus application control unit 62 performs control to turn off the electrical stimulation pulse after a lapse of a predetermined time after the first stationary determination unit 103 and the second stationary determination unit 123 perform the walking stationary state determination in the walking motion. . For this reason, application of electrical stimulation to the user 200 is stopped after the operation of the user 200 shifts from the walking state to the walking stationary state and becomes a stable walking stationary state. For this reason, the human body stimulus applying apparatus 1 can prevent the user 200 from falling due to the stimulus stoppage in an unstable walking stationary state. (Other embodiments)
- modifications of the first to fourth embodiments as other embodiments of the human body stimulus applying apparatus will be described. The following modifications can be combined with each other.
- the time setting unit 64, the first time setting unit 65, and the second time setting unit 66 have one walking cycle as a plurality of sections. Divide and set the still determination time tREF in each section.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the second to fourth embodiments.
- the time setting unit 64, the first time setting unit 65, and the second time setting unit 66 divide one walking cycle into a plurality of sections, and a plurality of sections The stationary determination time tREF integrated in is set.
- FIG. 16 is used to explain the operation of applying an electrical stimulation pulse in walking motion.
- the stillness determination time tREF in each walking cycle is set using the value of the operation stage duration tOP1 in the first operation stage OP1.
- the configuration of the time setting unit 64, the first time setting unit 65, and the second time setting unit 66 is simplified.
- the left half electrical stimulation applying unit 140L and the right half electrical stimulation applying unit 140R receive the signal from the pulse generating unit 67, and the electrical stimulation pulse Is given to the user 200.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the second to fourth embodiments.
- the left half electrical stimulation applying unit 140L and the right half electrical stimulation applying unit 140R apply electrical stimulation to the user 200 by a current that gradually increases over time. To do. Moreover, you may give an electric stimulus to the user 200 with the electric current which decreases gradually with progress of time.
- the determination time defining unit of the time setting unit 64 defines the stationary determination time tREF with reference to the result of a walking test performed in advance on a plurality of subjects.
- the configuration of the human body stimulus applying apparatus 1 is not limited to the content exemplified in the second embodiment.
- the determination time defining unit of the time setting unit 64 uses the calculation formula obtained from the result of the walking test performed on a plurality of subjects in advance to determine the stationary determination time. tREF is calculated.
- the first left half sensor SL1 and the first right half sensor SR1 are angular velocity sensors.
- the second left body sensor SL2 and the second right body sensor SR2 are angular velocity sensors.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the first to fourth embodiments.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are the same type of sensors. obtain.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 may be a rotary encoder, a potentiometer, a goniometer, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, or the like.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are:
- the stimulation device main body 40 is connected to the connection cable 13.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the first to fourth embodiments.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, the second right body sensor SR2, and the stimulator main body 40 are:
- a communication unit capable of wireless communication may be included.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are: Attached to the user's knee joint.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the first to fourth embodiments.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are arranged around the hip joint of the user. Can be attached to.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are attached to other parts such as the user's waist, elbow, arm, and ankle. May be.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are attached to portions that are symmetrical with respect to the reference plane.
- the first left body sensor SL1, the second left body sensor SL2, the first right body sensor SR1, and the second right body sensor SR2 are preferably provided at positions where the joints of the user's body are sandwiched therebetween.
- the first mounting portion 10L and the second mounting portion 10R are configured separately from the stimulation device main body 40.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the first to fourth embodiments.
- the stimulation device main body 40 can be incorporated in the first mounting unit 10L and the second mounting unit 10R.
- the first determination unit 100 determines the movement of one leg
- the second determination unit 120 determines the movement of the other leg.
- the movement determination of the other leg is also performed based on the determination results of the first determination unit 100 and the second determination unit 120.
- the configuration of the human body stimulating device 1 is not limited to the content exemplified in the third embodiment.
- the first determination unit 100 and the second determination unit 120 determine the operation of one leg, and the first determination unit 100 and the second determination unit 120 use the other leg. The operation can be determined.
- the left leg detection unit SL includes the same type of first left body sensor SL1 and first right body sensor SR1.
- the right leg detection unit SR includes the same type of second left body sensor SL2 and second right body sensor SR2.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the first to fourth embodiments.
- the left leg detection unit SL and the right leg detection unit SR may include different types of sensors. According to this, the 1st discrimination
- the stimulus imparting control unit 62 controls the pulse generating unit 67 to generate an electrical stimulus pulse.
- the configuration of the human body stimulating device 1 is not limited to the content exemplified in the third embodiment.
- the electrical stimulus is given by a current that gradually increases with time.
- the left leg detection unit SL is included in the left half body detection unit 50L
- the right leg detection unit SR is included in the right half body detection unit 50R.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the first to fourth embodiments.
- the detection unit includes an auxiliary detection unit including at least one sensor attached to the human body. According to this, even if both the left leg detection unit SL and the right leg detection unit SR perform erroneous detection, the auxiliary detection unit substitutes for the left leg detection unit SL and the right leg detection unit SR to detect the movement of the human body. To do. Thereby, the motion detection of the human body is performed with higher reliability.
- the human body stimulating device 1 divides the walking motion of the user 200 into a plurality of sections, and performs motion discrimination for each section.
- the configuration of the stimulus applying apparatus 1 for human body is not limited to the contents exemplified in the first to fourth embodiments.
- the human body stimulus applying apparatus 1 according to the modified example can perform the operation determination in the ascending / descending operation such as stairs and give the stimulus.
- the human body stimulus imparting apparatus 1 can perform the operation discrimination in the standing motion from the seat chair or the like, and can impart the stimulus.
- Embodiment-4th Embodiment comprises the stimulus imparting apparatus 1 for human bodies as an application example of a body movement detection apparatus.
- the application of the body motion detection device is not limited to the human body stimulus applying device.
- the body motion detection device according to the modification can be applied to a fall prevention device in medicine.
- the fall prevention device discriminates a walking state of a patient having a physical disorder and accumulates discrimination data.
- the fall prevention device discriminates the walking state when the patient walks and predicts the fall based on the accumulated discrimination data.
- the fall prevention device can predict with high accuracy by dividing the walking state into a plurality of motion stages and accumulating detailed motion determination data including stillness determination.
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Abstract
歩行動作の静止状態を適切に判定可能な体動検知装置、およびこの装置を有する人体用刺激付与装置を提供する。人体用刺激付与装置(1)は、左検知部(50L)、右検知部(50R)、判別部(70)、制御部(60)、右刺激付与部(90R)、および左刺激付与部(90L)を備える。検知部は、人体の歩行動作に応じて検知信号を生成する。判別部(70)は、検知信号に基づいて、1歩行周期の歩行動作を複数の歩行段階に区分する。判別部(70)は、歩行段階の少なくとも1つの継続時間に基づいて、歩行動作が静止していると判定する。制御部(60)は、判別部(70)の判定結果に基づいて右刺激付与部(90R)および左刺激付与部(90L)が人体に付与する刺激の大きさを制御する。
Description
本発明は、体動を検知する体動検知装置、および人体に刺激を付与する人体用刺激付与装置に関する。
従来の体動検知装置を用いた人体用刺激付与装置は、加速度センサー、電気刺激付与部、および制御部を有する。加速度センサーは、大腿部に取り付けられる。制御部は、加速度センサーの出力信号に基づいて、使用者の足が床から離れるタイミングを予測する。制御部は、予測されたタイミングにおいて電気刺激付与部から大腿に電流を流すための信号を供給する。電気刺激付与部は、制御部から供給された信号に応じて大腿に電気刺激を付与する。なお、特許文献1は、従来の人体用刺激付与装置の一例を開示している。
人体の歩行動作が静止している状態において、例えば脚に電気刺激が付与されたとき、脚に大きな負担がかかるおそれがある。一方、従来の人体用刺激付与装置の制御部は、周期的な歩行動作を前提として、足が床から離れるタイミングを予測する。このため、実際の歩行動作が周期的な歩行動作とは異なるとき、予測されたタイミングが実際の足の動作と大きく異なる。このため、歩行動作が静止している状態において脚に電気刺激を付与するおそれがある。
本発明は、以上の背景をもとに創作されたものであり、歩行動作が静止しているか否かを適切に判定することが可能な体動検知装置、およびこの装置を有する人体用刺激付与装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の一態様によれば、人体の動作を検知する体動検知装置であって、人体の歩行動作に応じて変化する検知信号を生成する検知部と、前記検知部により生成された検知信号に基づいて、1歩行周期における歩行動作を複数の歩行段階に区分し、前記複数の歩行段階の少なくとも1つの歩行段階の継続時間に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する判別部とを備える、体動検知装置が提供される。
(2)前記1歩行周期は、特定歩行段階と規定される立脚期および遊脚期を含み、前記判別部は、前記立脚期または前記遊脚期を複数の歩行段階に区分し、区分された前記複数の歩行段階のそれぞれを分割歩行段階と規定し、複数の前記分割歩行段階のそれぞれの継続時間に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定することが好ましい。
(3)前記判別部は、前記複数の分割歩行段階の少なくとも1つの前記分割歩行段階の継続時間が静止判定時間よりも長いとき、歩行動作が静止していると判定することが好ましい。
(4)前記判別部は、前記複数の分割歩行段階のそれぞれの継続時間を計測する計測部を含み、前記判別部は、前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間と前記静止判定時間との比較に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定することが好ましい。
(5)前記体動検知装置は、前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間のうちの少なくとも1つの継続時間に基づいて、前記静止判定時間を設定する時間設定部をさらに備えることが好ましい。
(6)前記時間設定部は、現在の歩行周期よりも前に前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、前記静止判定時間を設定することが好ましい。
(7)前記時間設定部は、前記複数の分割歩行段階の各々の継続時間と前記静止判定時間との関係を設定し、前記分割歩行段階の継続時間を前記計測部から受け取ると、前記関係に基づいて、前記静止判定時間を出力する判定時間規定部を含むことが好ましい。
(8)前記検知部は、第1右半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第1右半身センサーおよび第2右半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第2右半身センサーを含む右半身検知部と、第1左半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第1左半身センサーおよび第2左半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第2左半身センサーを含む左半身検知部とを含み、前記判別部は、前記第1右半身センサーの出力信号、前記第1左半身センサーの出力信号、前記第2右半身センサーの出力信号、および前記第2左半身センサーの出力信号の少なくとも1つに基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定することが好ましい。
(9)本発明の他の態様によれば、人体に刺激を付与する人体用刺激付与装置であって、前記体動検知装置と、前記体動検知装置の判定結果に基づいて前記刺激付与部に指令信号を送信する制御部と、人体に付与する刺激の大きさを前記指令信号に基づいて変化させる刺激付与部とを備える、人体用刺激付与装置が提供される。
(10)前記刺激付与部は、右半身に刺激を付与する右半身刺激付与部、および左半身に刺激を付与する左半身刺激付与部を含み、前記判別部は、前記第1右半身センサーの出力信号および前記第2右半身センサーの出力信号に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する第1判別部と、前記第1左半身センサーの出力信号および前記第2左半身センサーの出力信号に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する第2判別部とを含み、前記制御部は、前記第1判別部により歩行動作が静止していると判定されたとき、前記右半身刺激付与部に指令信号を送信して、人体に刺激を付与させ、前記第2判別部により歩行動作が静止していると判定されたとき、前記左半身刺激付与部に指令信号を送信して、人体に刺激を付与させることが好ましい。
(11)前記制御部は、歩行動作が静止していると判定したときからの経過時間である歩行静止時間が判定経過時間を超えた後、前記刺激付与部に指令信号を送信することが好ましい。
(12)前記刺激付与部は、人体に電気刺激を付与することが好ましい。
本体動検知装置および本人体用刺激付与装置は、歩行動作が静止した状態を適切に検知することができる。
(第1実施形態)
図1を参照して、体動検知装置を用いた人体用刺激付与装置1の概略構成について説明する。
図1を参照して、体動検知装置を用いた人体用刺激付与装置1の概略構成について説明する。
人体用刺激付与装置1は、刺激装置本体部40および第1装着部10Lを含む。第1装着部10Lは、使用者200(図2参照)の左脚210Lに装着される。人体用刺激付与装置1は、使用者200の左脚210Lおよび右脚210Rに装着される第1装着部10Lおよび第2装着部10Rを含む。右脚210Rおよび第2装着部10Rは、左脚210Lおよび第1装着部10Lとそれぞれ同一の構造を有するため、右脚210Rおよび第2装着部10Rの図示および説明を省略する。第1装着部10Lおよび第2装着部10Rは、使用者200の歩行動作において、使用者200の動きを検知する。刺激装置本体部40は、第1装着部10Lおよび第2装着部10Rの検知結果に基づいて、使用者200の1歩行周期における動作を複数の動作段階に分割して各動作段階の動作を判別する。刺激装置本体部40は、複数に分割された動作段階における動作判別結果に基づいて、使用者200に対する刺激付与を行う。刺激装置本体部40は、使用者200の歩行静止状態を判定して(すなわち、歩行動作が静止していると判定して)、刺激付与を停止する制御を行う。
刺激装置本体部40は、表示部43および操作部44を含む。接続ケーブル13は、刺激装置本体部40と第1装着部10Lとを互いに接続し、かつ刺激装置本体部40と第2装着部10Rとを互いに接続する。第1装着部10Lは、第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2を含む。第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2の各々は、使用者200の大腿部および膝部の物理量の変位を検知する。
図2に示されるように、使用者200が第1装着部10Lおよび第2装着部10Rを装着するとき、第1部位である使用者200の左脚に第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2が装着され、第2部位である使用者200の右脚に第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2が装着される。
図3を参照して、第1装着部10Lの構成について説明する。
第1装着部10Lは、左脚210Lの大腿部に取り付けられる大腿装着部21および下腿部に取り付けられる下腿装着部22を含む。大腿装着部21および下腿装着部22は、第1連結部23aおよび第2連結部23bにより互いに連結される。
大腿装着部21は、大腿正面部24、第1大腿背面部25、および第2大腿背面部26を含む。大腿正面部24は、左脚210Lの大腿部の正面部分および側面の一部分を覆う。第1大腿背面部25および第2大腿背面部26は、大腿正面部24の第1及び第2の端部にそれぞれ形成される。大腿正面部24は、下端部分に形成された凹部24aを有する。第1大腿背面部25、第1先端部25aに第1接続部25bを有する。第2大腿背面部26は、第2先端部26aに第2接続部26bを有する。第1接続部25bおよび第2接続部26bは、取り外し自在に互いに接続される。第1接続部25bおよび第2接続部26bが左脚210Lの大腿部の背面部分で互いに接続されることにより、大腿装着部21は、左脚210Lの大腿部に装着される。大腿装着部21は、左半身刺激付与部90Laを含む。左半身刺激付与部90Laは、刺激装置本体部40からの制御により使用者200の大腿部に刺激を付与する。
下腿装着部22は、下腿正面部27、第1下腿背面部28、および第2下腿背面部29を含む。下腿正面部27は、左脚210Lの下腿部の正面部分および側面の一部分を覆う。第1下腿背面部28および第2下腿背面部29は、下腿正面部27の第1及び第2の端部にそれぞれ形成される。下腿正面部27は、上端部分に形成された凹部27aを有する。第1下腿背面部28は、第3先端部28aに第3接続部28bを有する。第2下腿背面部29は、第4先端部29aに第4接続部29bを有する。第3接続部28bおよび第4接続部29bは、取り外し自在に互いに接続される。第3接続部28bおよび第4接続部29bが左脚210Lの下腿部の背面部分で互いに接続されることにより、下腿装着部22は、左脚210Lの下腿部に装着される。下腿装着部22は、左半身刺激付与部90Lbを含む。左半身刺激付与部90Lbは、刺激装置本体部40からの制御により使用者200の下腿部に刺激を付与する。
第1連結部23aおよび第2連結部23bは、例えば伸縮性を有する部材から形成される。第1連結部23aは、大腿装着部21の第1の端部を下腿装着部22の第1の端部に連結し、第2連結部23bは、大腿装着部21の第2の端部を下腿装着部22の第2の端部に連結する。大腿装着部21および下腿装着部22が相互に連結されるとき、大腿正面部24の凹部24a、下腿正面部27の凹部27a、第1連結部23a、および第2連結部23bとで囲まれる装着孔31が、第1装着部10Lにおいて形成される。第1装着部10Lの装着時に、左脚210Lの膝の正面部分が装着孔31から露出することにより、歩行動作の膝関節の曲げ動作を容易にしている。
大腿正面部24および下腿正面部27は、略中央部分に第1挿入部32および第2挿入部33をそれぞれ有する。第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2が、第1挿入部32および第2挿入部33にそれぞれ配置される。なお、第2装着部10Rにおいては、第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2と対称な位置に、第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2がそれぞれ配置される。第1装着部10Lおよび第2装着部10Rの大腿正面部24にそれぞれ設けられた第1左半身センサーSL1および第1右半身センサーSR1は、例えば角速度センサーである。第1装着部10Lおよび第2装着部10Rの下腿正面部27にそれぞれ設けられた第2左半身センサーSL2および第2右半身センサーSR2は、例えば角速度センサーである。第1左半身センサーSL1および第1右半身センサーSR1が角速度センサーである場合、第1左半身センサーSL1および第1右半身センサーSR1は、歩行動作において、それぞれ左脚210L および右脚210Rの股関節を中心に回転する大腿部の加速度を出力する。また、第2左半身センサーSL2および第2右半身センサーSR2が角速度センサーである場合、第2左半身センサーSL2および第2右半身センサーSR2は、それぞれ左脚210Lおよび右脚210Rの膝関節を中心に回転する下腿部の角速度を出力する。
第1装着部10Lは、第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2を用いて歩行状態における膝関節の変位を検知する。第2装着部10Rは、第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2を用いて歩行状態における膝関節の変位を検知する。
図2に示されるように、使用者200の左下股の上部に装着される第1左半身センサーSL1および右下股の上部に装着される第1右半身センサーSR1は、基準面200Cに対して相互に対称な位置に配置される。基準面200Cは、使用者200の対称的な動作の中心となる面である。詳述すると、基準面200Cは、歩行方向から見た使用者200の身体(正面から見た使用者200の身体)を左右均等に分割する身体の中心の面である正中面からなる。また、使用者200の左下股の下部に装着される第2左半身センサーSL2および右下股の下部に装着される第2右半身センサーSR2は、基準面200Cに対して相互に対称な位置に配置される。
使用者200の左下股に装着された第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2は、使用者200の左脚の動作を検知する左脚検知部SLを構成する。右下股に装着された第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2は、使用者の右脚の動作を検知する右脚検知部SRを構成する。
図4を参照して、使用者200の歩行動作を説明する。
使用者200は、歩行動作を行うとき、図4(a)に示される脚の動きを行う。図4(a)において実線のみで示される部分は、使用者200の右脚の動きを示している。図4(a)においてハッチングで示される部分は、使用者200の左脚の動きを示している。使用者200が図4(a)に示される脚の動きで歩行動作を行うとき、歩行動作における期間が図4(b)~図4(e)に示されるように規定される。使用者200の1歩行周期は、一方の足の踵が接地して、次に同じ踵が再度接地するまでの期間である。1歩行周期において、使用者の足が床に接している区間が立脚期、足が床から離れている区間が遊脚期である。歩行動作においては、右脚および左脚は、立脚期および遊脚期を交互に繰り返す。一方の脚が遊脚期から立脚期に変化すると、他方の脚は、時間的にずれて立脚期から遊脚期に変化する。このため、1歩行周期中には、両方の足がともに地面に接する区間を有する。
人体用刺激付与装置1は、図4に示される1歩行周期における立脚期および遊脚期を判別する。人体用刺激付与装置1は、立脚期および遊脚期を特定歩行段階と規定する。人体用刺激付与装置1は、特定歩行段階として規定した立脚期および遊脚期を複数の段階に区分する。人体用刺激付与装置1は、複数の段階をそれぞれ分割歩行段階と規定して、静止状態を含む動作判別をおこなう。人体用刺激付与装置1は、複数に分割された分割歩行段階の動作判別結果に基づいて、刺激付与部を制御する。
図5を参照して、人体用刺激付与装置1の回路ブロック構成について説明する。
人体用刺激付与装置1は、第1装着部10L、第2装着部10R、および刺激装置本体部40を含む。第1装着部10Lは、左半身検知部50Lおよび左半身刺激付与部90Lを含む。左半身検知部50Lは、左脚検知部SLを含む。第2装着部10Rは、右半身検知部50Rおよび右半身刺激付与部90Rを含む。右半身検知部50Rは、右脚検知部SRを含む。刺激装置本体部40は、電源部41、表示部43、操作部44、および制御部60を含む。制御部60は、演算処理部61、刺激付与制御部62、時間設定部63、および判別部70を含む。判別部70は、比較部71、計測部72、静止判別部73、および歩行段階分割部80を含む。歩行段階分割部80は、論理演算部81を含む。刺激装置本体部40の電源部41の出力および刺激付与制御部62の出力信号の各々は、接続ケーブル13を介して第1装着部10Lおよび第2装着部10Rに供給される。第1装着部10Lの左脚検知部SLからの検知信号および第2装着部10Rの右脚検知部SRからの検知信号の各々は、接続ケーブル13を介して刺激装置本体部40に供給される。
人体用刺激付与装置1における各回路ブロックの動作を以下に説明する。
左脚検知部SLに含まれる第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2は、第1装着部10Lを装着した使用者200の左脚210Lの動作を検知して、検知信号を生成する。右脚検知部SRに含まれる第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2は、第2装着部10Rを装着した使用者200の右脚210Rの動作を検知して、検知信号を生成する。
左脚検知部SLの第1左半身センサーSL1からの検知信号は、第1検知信号IL1であり、演算処理部61に送信される。左脚検知部SLの第2左半身センサーSL2からの検知信号は、第2検知信号IL2であり、演算処理部61に送信される。右脚検知部SRの第1右半身センサーSR1からの検知信号は、第3検知信号IR1であり、演算処理部61に送信される。右脚検知部SRの第2右半身センサーSR2からの検知信号は、第4検知信号IR2であり、演算処理部61に送信される。
演算処理部61は、第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を受信し、これらの信号に対する信号処理を行う。演算処理部61は、信号処理として、例えば、高周波成分等のノイズの除去、移動平均値の算出、および周波数解析などを行う。演算処理部61は、基準面200Cに対して対称に配置された第1左半身センサーSL1および第1右半身センサーSR1の第1検知信号IL1および第3検知信号IR1を組合せる処理を行う。演算処理部61は、基準面200Cに対して対称に配置された第2左半身センサーSL2および第2右半身センサーSR2の第2検知信号IL2および第4検知信号IR2を組合せる処理を行う。演算処理部61は、組合せ処理として、例えば、第1検知信号IL1と第3検知信号IR1との減算処理(IL1-IR1)および加算処理(IL1+IR1)を行う。演算処理部61は、組合せ処理として、例えば、第2検知信号IL2と第4検知信号IR2との減算処理(IL2-IR2)および加算処理(IL2+IR2)を行う。演算処理部61は、例えば、第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を、以下の式(1)に従って組合せることにより、組合せ信号Z1を生成する。
Z1=aX1+bX2+cX3+dX4+…+C …(1)
式(1)におけるa、b、c、およびdは、係数である。式(1)におけるCは、定数である。変数X1、X2、X3、およびX4には、例えば、第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2の値が代入される。また、変数X1~X4には、例えば、左脚検知部SLの第1検知信号IL1および第2検知信号IL2と右脚検知部SRの第3検知信号IR1および第4検知信号IR2とが組合された値等が代入される。また、例として、X1、X2、X3、およびX4の4つの変数が用いられているが、第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組み合わせることで、4つ以上の変数を用いることもできる。判別部70は、演算処理部61の処理結果に基づいて、1歩行周期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。複数の動作段階は、例えば、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を含む。式(1)における変数X1~X4の値は、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3における第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2の特徴的な値である。特徴的な値は、例えば、移動平均値、微分値、他の特徴的な値と所定の演算を施して算出される値(例えば、X1-X4,X1+X2)などの連続的に得られる値である。また、式(1)における係数a~dの値は、異なる動作段階を設定するときに変更され得る。
係数a~dおよび定数Cの値は、例えば、多変数解析手法の1手法である判別分析法を用いて設定される。例えば、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の各々における変数X1~X4は、複数の被験者に対して事前に行う歩行テストの結果に基づいて算出される。歩行テストにおける第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の検出においては、例えば、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、第2右半身センサーSR2の他に別のセンサ(圧力センサー等)が利用される。そして、組合せ信号Z1は、判別分析法に基づいて設定された式(1)に変数X1~X4を代入することにより求められる。組合せ信号Z1を一つのグラフ上に表すと、全動作段階における特徴的な値がグループを形成する。係数a~dは、上記した組合せ信号Z1が、このグラフにおいてグループ化された各第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の特徴的な値の境界を示すように設定される。つまり、異なる動作段階を設定する場合においては、係数a~dは、異なる値として設定される。なお、定数Cは、組合せ信号Z1の値を調整するのに用いられる。このようにして設定された組合せ信号Z1は、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の境界において所定の値(例えば、Z1=0)を示す。演算処理部61は、第1検知信号IL1と、第2検知信号IL2と、第3検知信号IR1と、第4検知信号IR2と、これらを組合せた組合せ信号とを判別部70に出力する。
図6に、1歩行周期における動作段階と、動作段階の判別に用いる信号とを示す。
判別部70は、各動作段階において、図6(c)に示す組合せ信号Z1と所定の第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4とを比較部71により比較する。第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4は、各動作段階で異なる値を有する。判別部70は、比較部71および論理演算部81を用いて、演算処理部61により処理された第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、第4検知信号IR2、および組合せ信号等に対する判定を行う。これにより、判別部70は、図4に示される1歩行周期の歩行動作から、図6に示される複数の動作段階、すなわち、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を検出する。判別部70は、歩行動作に伴って動作段階が切り替わったと判定したとき、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を示す動作段階番号OPNと、動作段階が切り替わったことを示す信号とを提供する。
計測部72は、判別部70により判別された第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3のそれぞれの継続時間である動作段階継続時間tOPを計測する。計測部72は、計測結果を格納する。
静止判別部73は、使用者200の歩行動作において第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3が所定時間以上継続したとき、使用者200の歩行動作が静止していると判別する。時間設定部63は、歩行静止状態判別に用いる静止判別時間tREFの入力を受け取る。静止判別部73は、計測部72に格納された動作段階継続時間tOPと、時間設定部63に入力された静止判別時間tREFとを比較する。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが時間設定部63の静止判別時間tREFよりも長いとき、歩行動作が静止していると判別する。静止判別部73は、判別結果を刺激付与制御部62に出力する。
刺激付与制御部62は、静止判別部73から供給された判別結果に基づいて、第1装着部10Lに装着された左半身刺激付与部90Lおよび第2装着部10Rに装着された右半身刺激付与部90Rを制御する。
表示部43は、例えば、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3における使用者200の歩行状態の判定結果などを表示する。また、表示部43は、例えば、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の左右の脚の動作の違いや、左右の脚の動作の違いに基づく歩行動作の評価結果を表示する。なお、表示部43に表示される動作の対象は、操作部44を用いて使用者200により変更可能である。
電源部41は、刺激装置本体部40に駆動電流を供給する。電源部41は、第1装着部10Lおよび第2装着部10Rに対して駆動電流を供給する。電源部41は、例えば充電式バッテリー、乾電池、および商用電源からの電力供給により所要の駆動電流を生成する電源回路である。
人体用刺激付与装置1の制御部60により実行される人体刺激付与処理の動作が、図7に示すフローチャートに従って説明される。
使用者200が歩行動作を行うと、第1左半身センサーSL1、第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、ステップS11において、歩行動作に伴う使用者200の左脚210Lおよび右脚210Rの物理量の変位を検知する。第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、検知結果を示す第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を生成し、演算処理部61に出力する。
演算処理部61は、ステップS12において、基準面200Cにより分割配置された第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2の第1検知信号IL1と第3検知信号IR1、および第2検知信号IL2と第4検知信号IR2とを組合せる処理を行う。また、演算処理部61は、組合せた信号と組合される以前の信号とに対する信号処理を行う。演算処理部61は、信号処理により生成された信号を判別部70に出力する。
判別部70は、ステップS13において、1歩行周期を歩行動作の特性毎に分割するための閾値と、信号処理により生成された信号とを比較する。判別部70は、比較結果に基づいて、複数の第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を1歩行周期から検出する。判別部70は、1歩行周期を、図6に示される立脚期に含まれる第1動作段階OP1と遊脚期に含まれる第2動作段階OP2および第3動作段階OP3とに区分する。図6に示される例においては、立脚期は、第1動作段階OP1の1区間のみを含む。判別部70は、例えば、第1検知信号IL1および第3検知信号IR1の減算結果として図6(c)に示す組合せ信号Z1と、規定された第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4とを、比較部71に比較させる。判別部70は、比較結果に基づき、組合せ信号Z1が第1閾値TH1もしくは第2閾値TH2を超えている区間を立脚期と判別する。比較部71は、組合せ信号Z1が第1閾値TH1~第4閾値TH4より小さいとき、比較信号「1」(ハイレベル)を出力する。また、比較部71は、組合せ信号Z1が第1閾値TH1~第4閾値TH4より大きいとき、比較信号「0」(ローレベル)を出力する。なお、第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4の各々は、1歩行周期において一定の値を有する。
歩行段階分割部80の論理演算部81は、ステップS14において、比較部71から入力された比較信号の論理演算を行う。
判別部70は、ステップS15において、論理演算部81の出力結果に基づいて第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を判別する。歩行段階分割部80は、立脚期のうち、組合せ信号Z1が第1閾値TH1を超えているt11~t12の区間を立脚期前期と判別する。歩行段階分割部80は、組合せ信号Z1が一旦第1閾値TH1以下となった以降の区間であって、組合せ信号Z1が第2閾値TH2を超えているt12~t21の区間を、立脚期後期と判別する。判別部70は、歩行段階分割部80の判別結果に基づき、立脚期前期と判別されたt11~t12の区間および立脚期後期と判別されたt12~t21の区間からなるt11~t21の区間を第1動作段階OP1と規定する。なお、立脚期前期は、1歩行周期中に一方の足の踵で接地して、踵が地面から離れるまでの区間である。また、立脚期後期は、1歩行周期中に一方の足の踵が地面から離れて、つま先が地面から離れるまでの区間である。
歩行段階分割部80は、立脚期後期に後続する区間であって、組合せ信号Z1が第3閾値TH3以下となるt21~t22の区間を、遊脚期前期と判別する。歩行段階分割部80は、遊脚期前期に後続する区間であって、組合せ信号Z1が第3閾値TH3を超えてかつ閾値TH4以下となるt22~t31の区間を、遊脚期後期と判別する。判別部70は、歩行段階分割部80の判別結果に基づき、遊脚期前期を第2動作段階OP2、遊脚期後期を第3動作段階OP3と規定する。また,歩行段階分割部80では,1歩行周期を複数の区間に分割した後、分割された複数の区間を結合することも可能である。例えば、対象の動作段階が遊脚期の場合に、遊脚期を複数の区間に分割した後に、分割された複数の区間を結合することが可能である。
静止判別部73は、ステップS16において、使用者200の歩行静止状態を判別する。静止判別部73は、判別部70により判別された第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3それぞれの継続時間を用いて歩行静止状態を判別する。
左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rは、静止判別部73が、歩行動作が静止していると判定していないとき、使用者200に対して所定のタイミングで刺激を付与する。左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rは、静止判別部73が、歩行動作が静止していると判定するとき、使用者200に対する刺激付与の大きさを変化させる。具体的には、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rは、静止判別部73が、歩行動作が静止していると判定するとき、刺激力を弱める、あるいは刺激付与を停止させる。
ステップS13~ステップS15での閾値による判別、論理演算、および動作段階判別において、1歩行周期内で同一の動作段階が複数回判別される場合も起こり得る。この場合、歩行段階分割部80は、判別に用いた判別信号とは異なる判別信号を別途取得する。判別部70は、この別途取得された判別信号を論理演算することにより第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を特定する。
第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4は、例えば、複数の被験者に対して事前に行われた歩行テストの結果に基づいて設定される。歩行テストは、例えば、被験者の身体に第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2の他に別のセンサー(例えば、圧力センサー)を設けて行われる。この別のセンサーは、歩行テストにおいて、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を検出するために設けられる。例えば、足裏に設けられた圧力センサーは、1歩行周期において足が地面に接地している期間を検出する。試験者は、足が地面に接地していると検出された期間を立脚期、即ち第1動作段階OP1と規定する。試験者は、別のセンサーで検出した第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を用いて、各被験者の第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2の組合せ信号の値を取得する。このことにより、例えば、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の境界における組合せ信号の値の平均値が算出され、その結果が第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4として設定される。例えば、第2閾値TH2は、図6に示されるような、組合せ信号に対して、立脚期後期と、その前後の区間(立脚期前期および遊脚期前期)とを判定する値が設定される。つまり、第2閾値TH2は、歩行テストにおける複数の被験者の立脚期前期と、その前後の区間との境界における組合せ信号の値の平均値から設定される。第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4は、境界の値に限られない。例えば、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3のそれぞれの動作段階全体における組合せ信号の値の平均値に基づいて設定されてもよい。
図8を参照して、歩行静止判別処理のフローについて説明する。
人体用刺激付与装置1の動作が開始されると、制御部60は、初期設定ステップであるステップS21~ステップS23を実行する。
時間設定部63は、ステップS21において、歩行静止状態判別に用いる判別時間の値を、静止判別時間tREFに設定する。
計測部72は、ステップS22において、計測部72に格納される動作段階継続時間tOPを0に設定する。
判別部70は、ステップS23において、歩行周期時間計測に用いる前動作段階番号OPN(n-1)を0に設定する。
判別部70は、ステップS24において、動作段階を判別する。
判別部70は、ステップS25において、判別された動作段階の動作段階番号OPN(n)を設定する。
計測部72は、ステップS26において、ステップS25で判別された動作段階番号OPN(n)と前動作段階番号OPN(n-1)との一致を判定する。このステップS26を実行することにより、計測部72は、同一動作段階番号と判定される動作が継続しているか否かを判定する。
ステップS26において、動作段階番号OPN(n)が、前動作段階番号OPN(n-1)と一致している(Yes)と判定されるとき、計測部72は、ステップS27において、計測部72に記憶する動作段階継続時間tOPに1を加算する。
ステップS26において、動作段階番号OPN(n)が、前動作段階番号OPN(n-1)と一致していない(No)と判定されるとき、計測部72は、ステップS28において、計測部72に記憶する動作段階継続時間tOPをリセットして0に設定する。
静止判別部73は、ステップS29において、動作段階継続時間tOPを静止判別時間tREFと比較する。
ステップS29において、動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも長い(Yes)と判定されるとき、刺激付与制御部62は、ステップS30において、制御フラグFLGを1に設定する。
ステップS29において動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも長くない(No)と判定されるとき、刺激付与制御部62は、ステップS31において、制御フラグFLGをリセットして0に設定する。
判別部70は、ステップS32において、判定された動作段階番号OPN(n)を、前動作段階番号としてOPN(n-1)に設定する。
制御部60は、ステップ33において、10msの待機時間を設定する。待機時間は、ステップS24で動作段階を判別する判別周期である。待機時間が10msに設定されると、判別部70は、10ms間隔で動作段階を判別する。待機時間は、歩行周期に応じて最適な値に設定される。
制御部60は、人体用刺激付与装置1が動作を行なっている期間において、ステップ24~ステップ33を繰り返す。
図8に示されるフローを実行することにより、計測部72は、ステップS27において、判別部70により判定された動作段階の継続時間を、10msを単位とした時間のカウント数として計測する。
静止判別部73は、ステップS29において、計測部72により計測された動作段階継続時間tOPが、静止判別時間tREFよりも長いとき、歩行動作が静止していると判定する。
計測部72は、ステップS28において、判別部70により判定された動作段階番号OPN(n)が前動作段階番号OPN(n-1)から変化したとき、計測部72に格納されている動作段階継続時間tOPを0にセットする。
刺激付与制御部62は、制御フラグFLGの値に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御して、使用者200に対して付与する刺激の大きさを変化させる。つまり、ステップS29において、歩行動作が静止していると判定され、ステップS30において、制御フラグFLGが1に設定されている間、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rは、使用者200に対する刺激力を弱める、あるいは刺激付与を停止させる。
次に、人体用刺激付与装置1の作用について説明する。
上記した人体用刺激付与装置1は、使用者200の左脚210Lに配置された第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2と、使用者200の右脚210Rに配置された第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2とを備える。第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、左右対称な歩行動作を検知する。判別部70は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2によって生成された第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組合せて使用者200の歩行動作を判別する。判別部70は、歩行段階分割部80を含む。歩行動作は、1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割することにより判別される。静止判別部73は、動作段階の継続時間を計測することにより得られた計測結果に基づいて歩行静止状態判別を行う。したがって、人体用刺激付与装置1は、各動作段階で歩行静止状態判別を行うことができる。このため、歩行動作が静止した状態を適切に検知することができる。また、誤判別を抑制しつつ歩行静止状態判別を短時間で行うことができる。刺激付与制御部62は、静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
また、計測部72は、複数の動作段階のそれぞれに対して動作段階の継続時間を計測する。静止判別部73は、複数の動作段階のそれぞれに対して歩行静止状態判別を行う。刺激付与制御部62は静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。したがって、短時間で高精度な歩行静止状態判別を行うことができる。このため、高精度な刺激付与制御を行うことができる。
また、第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2と第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2とは、使用者の基準面200Cの両側の2つの領域にそれぞれ配置される。第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、左右対称な歩行動作を検知する。判別部70は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2によって生成された第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組合せて使用者200の歩行動作を判別する。判別部70は、歩行段階分割部80を含む。歩行動作は、1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して判別される。静止判別部73は、動作段階の継続時間を計測することにより得られた計測結果に基づいて歩行静止状態判別を行う。従って、高精度な歩行静止状態判別が可能となる。
また、基準面200Cの両側の2つの領域に位置する使用者の部位同士、例えば使用者の左右の脚のバランスが評価される場合にも、他方の脚の状態も含めた評価が可能となる。この評価としては例えば、一方の脚を評価する場合に他方の状態との交互作用を含めた評価が可能となる。
また、第1左半身センサーSL1、第2左半身センサーSL2と第1右半身センサーSR1、第2右半身センサーSR2は、左右対称に行われる歩行動作の境界となる基準面200Cに対して対称な位置に配置される。つまり、人体は、歩行方向から見た人体を均等に分割する基準面200Cに対して平行に動くことが多い。また、人体の動作は、基準面200Cにより分割された2つの部位(例えば、左肢、右肢)において相互に同様である傾向が強い。例えば、椅子に座る動作においては、主に立位の状態から左右の膝が伸展し、座面に近くになった場合に膝が屈曲するなど、左右の脚が同時に動作する。判別部70は、第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2が組合された信号を用いて、同時に動作する人体の複数の部位の動きに基づいた動作判別を行う。従って、判別部70が動作判別に用いるデータ量は、第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2の第1検知信号IL1および第2検知信号IL2のみを用いる構成に対し、2倍になる。このため、使用者の歩行動作がより正確に判別され、より正確な歩行静止状態判別が可能となる。
また、人体の動作において、歩行時の腰側面の動きのように、左の部位と右の部位とで位相差が約180度ずれる場合がある。人体用刺激付与装置1における判別部70は、一方のセンサーである第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2の検知結果からでは動作の判別が困難な場合でも、他方のセンサーである第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2の検知結果を利用することができる。このため、従来では判別が困難な動作においても、判別が容易となる。このため、より正確な歩行静止状態判別が可能となる。
人体用刺激付与装置1は、使用者200の一方の肢部分に装着された第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2と、使用者200の他方の肢部分に装着された第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2とを備える。検知信号の変動量は、第1左半身センサーSL1、第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2を人体の左右の肢に装着することにより、使用者200の腰部に装着する場合よりも大きくなる。このため、取得可能なデータ量が増大する。また、基準姿勢状態と動作状態との間のセンサー検知信号値の差分により動作判別を行う手法においては、動作判別に用いられる信号は、基準姿勢状態と動作状態との間のセンサー検知信号値の差分であり、小さな値となる。このため、このような手法は、高精度な動作判別が困難である。これに対し、左右の肢部分にそれぞれ装着される第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2と第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2とのセンサー検知信号は、相互に十分な差分を有する。このことにより、判別部70は、動作判別をより高精度に行うことができ、高精度の歩行静止状態判別を行うことができる。
また、人体用刺激付与装置1は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2が使用者の膝を跨ぐ位置に設けられる。第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、膝関節の回転位置(角速度等)が検知可能なように構成されている。例えば遊脚期の前期において、大腿部は、進行方向と同じ向きで股関節を中心に回転する。
第1左半身センサーSL1および第1右半身センサーSR1(角速度センサー)は、回転方向に対する大腿部の加速度を検知して、検知された加速度を示す第1検知信号IL1および第3検知信号IR1を生成する。また、下腿部は、膝関節を中心に慣性力が働く方向に回転する。第2左半身センサーSL2および第2右半身センサーSR2(角速度センサー)は、回転方向に沿った下腿部の角速度を検知して、検知された角速度を示す第2検知信号IL2および第4検知信号IR2を生成する。遊脚期の後期において,大腿部および下腿部は、遊脚期の前期とは逆方向に回転する。第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、上記した遊脚期における足の特徴的な動作を検知するように膝関節を跨ぐ部位に設けられている。このため、第2動作段階OP2および第3動作段階OP3の検出精度を向上させることができ、高精度の歩行静止状態判別を行うことができる。
人体用刺激付与装置1は、以下の効果を奏する。
(1)人体用刺激付与装置1は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2を検知部として含む。人体用刺激付与装置1は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2においてそれぞれ生成される第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組合せることで人体の動作を判別する判別部70を含む。判別部70は、歩行段階分割部80を含み、使用者200の歩行動作時における1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。静止判別部73は、動作段階の継続時間を計測して歩行静止状態判別を行う。刺激付与制御部62は静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。この構成によれば、歩行動作が静止した状態を適切に検知することができる。また、誤判別を抑制しつつ、歩行静止状態判別を短時間で行うことができる。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
(2)判別部70は、歩行段階分割部80を含み、使用者200の歩行動作時における1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。判別部70は、計測部72を含む。計測部72は、それぞれの動作段階における継続時間を計測する。計測部72は、計測結果を格納する。静止判別部73は、複数の動作段階のそれぞれに対して歩行静止状態判別を行う。刺激付与制御部62は静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。この構成によれば、短時間で高精度な歩行静止状態判別を行うことができる。このため、高精度な刺激付与制御を行うことができる。
(3)人体用刺激付与装置1は、使用者200の基準面200Cに対して対称な位置に左脚検知部SLを構成する第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、および右脚検知部SRを構成する第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2を有する。判別部70は、左脚検知部SLおよび右脚検知部SRによる検知結果を示す第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組合せることで使用者200の動作を判別する。静止判別部73は、判別部70の判別結果に基づいて歩行静止状態判別を行う。この構成によれば、歩行動作の判別に用いられるデータ量が増加し、高精度な歩行静止状態判別が可能となる。
(4)人体用刺激付与装置1において、歩行方向から見た人体を左右均等に分割する身体の中心の面は、基準面200Cである。第1左半身センサーSL1と第1右半身センサーSR1、および第2左半身センサーSL2と第2右半身センサーSR2はそれぞれ、基準面200Cに対して相互に対称に配置される。この構成によれば、第1左半身センサーSL1の第1検知信号IL1および第2左半身センサーSL2の第2検知信号IL2のみが用いられる構成に対し、判別部70に入力される信号のデータ量が2倍になり、使用者200の歩行動作がより正確に判別される。このため、正確に歩行静止状態判別を行うことができる。
(5)人体用刺激付与装置1の左半身検知部50Lは、人体の一方の肢部分に設けられた第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2を含む。人体用刺激付与装置1の右半身検知部50Rは、人体の他方の肢部分に設けられた第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2を含む。この構成によれば、人体用刺激付与装置1は、例えば、歩行動作等の各種動作に伴う人体の変位を示す信号をより多く取得することが可能となる。このため、人体用刺激付与装置1は、人体の動作を示す豊富なデータに基づいて動作判別を行うことが可能となる。このため、動作判別をより詳細かつ高精度に行うことが可能となる。このため、歩行静止状態判別をより詳細かつ高精度に行うことが可能となる。
(6)人体用刺激付与装置1は、基準面200Cに対して対称な位置に装着された第1左半身センサーSL1、第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2の検知信号を組合せる。人体用刺激付与装置1は、組合せ信号に基づいて人体の一方の肢の動作判別を行う。この構成によれば、動作の判別を高精度かつ迅速に行うことが可能である。このため、歩行静止状態判別をより高速かつ高精度に行うことが可能となる。
(第2実施形態)
第2実施形態の人体用刺激付与装置1は、第1実施形態の人体用刺激付与装置1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第1実施形態の人体用刺激付与装置1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
第2実施形態の人体用刺激付与装置1は、第1実施形態の人体用刺激付与装置1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第1実施形態の人体用刺激付与装置1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
第1実施形態の人体用刺激付与装置1は静止判別時間tREFの入力を受け取る時間設定部63を有する。一方、第2実施形態の人体用刺激付与装置1は、計測部72の計測値に基づいて静止判別時間tREFを設定する時間設定部64を有する。
図9を参照して、人体用刺激付与装置1の構成について説明する。
人体用刺激付与装置1は、時間設定部64を含む。計測部72は、判別部70により判別された第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3のそれぞれの動作段階継続時間tOPを計測する。計測部72は、計測結果を格納する。時間設定部64は、静止判別時間tREFを設定する。静止判別部73は、計測部72に格納された動作段階継続時間tOPと時間設定部64により設定される静止判別時間tREFを比較する。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが、時間設定部64により設定される静止判別時間tREFよりも長いとき、歩行動作が静止していると判別する。静止判別部73は、判別結果を刺激付与制御部62に出力する。
時間設定部64は、判定時間規定部を含む。判定時間規定部は、複数の被験者に対して事前に行われた歩行テストの結果に基づいて静止判別時間tREFを規定する。時間設定部64は、判定時間規定部の規定に基づいて静止判別時間tREFを設定する。
図10を参照して、判定時間規定部による静止判別時間の規定について説明する。
人体の歩行動作における立脚期は、1歩行周期の約60%であり、1歩行周期時間と各動作段階の継続時間との間は相関関係があることが知られている。また、1歩行周期の長い人は,各動作段階の継続時間も長いことが知られている。このため、歩行静止状態判定を精度よく行うためには、静止判別時間tREFは、人体用刺激付与装置1の使用者200の歩行特性に応じて変更される必要がある。
図10(a)は、静止判別時間tREFを、動作段階継続時間tOPに対して正の比例係数を乗算することにより設定する手法を示すグラフである。判定時間規定部は、入力値である動作段階継続時間tOPに対して、比例係数kを用いて出力値である静止判別時間tREFを規定する。すなわち、静止判別時間tREFは、以下の式
tREF=k・tOP
により決定される。判定時間規定部は、現在の歩行周期以前に計測部72により計測された複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、図10(a)に示される比例係数kを用いて静止判別時間tREFを規定する。時間設定部64は、複数の被験者に対して事前に行った歩行テストの結果を記憶部に保有する。判定時間規定部は、計測部72の計測時間から歩行テストの結果を参照して静止判別時間tREFを規定する。静止判別部73は、短い時間で歩行静止状態判別が可能である。
tREF=k・tOP
により決定される。判定時間規定部は、現在の歩行周期以前に計測部72により計測された複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、図10(a)に示される比例係数kを用いて静止判別時間tREFを規定する。時間設定部64は、複数の被験者に対して事前に行った歩行テストの結果を記憶部に保有する。判定時間規定部は、計測部72の計測時間から歩行テストの結果を参照して静止判別時間tREFを規定する。静止判別部73は、短い時間で歩行静止状態判別が可能である。
図10(b)は、静止判別時間tREFを、動作段階継続時間tOPに対して正の比例係数を乗算し、かつオフセット値t0を加算することにより設定する手法を示すグラフである。
判定時間規定部は、動作段階継続時間tOPに対して、比例係数kおよびオフセット値t0を用いて静止判別時間tREFを規定する。すなわち、静止判別時間tREFは、以下の式
tREF=k・tOP+t0
により決定される。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが短い場合においても、ノイズ等による誤動作を抑制して、安定な歩行静止状態判別を行うことができる。
tREF=k・tOP+t0
により決定される。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが短い場合においても、ノイズ等による誤動作を抑制して、安定な歩行静止状態判別を行うことができる。
図10(c)は、静止判別時間tREFを、動作段階継続時間tOPに対して正の比例係数を乗算し、オフセット値t0を加算するとともに、判別最小時間tREFminおよび判別最大時間tREFmaxを用いることにより設定する手法を示すグラフである。多数の被験者に対して事前に行う歩行テスト結果に基づいて、動作段階継続時間tOPの最小継続時間tOPminおよび最大継続時間tOPmaxが設定される。静止判別時間tREFの判別最小時間tREFminおよび判別最大時間tREFmaxは、最小継続時間tOPminおよび最大継続時間tOPmaxに対応して設定される。判定時間規定部は、最小継続時間tOPmin以下の継続時間を有する動作段階は、歩行動作以外のジャンプ動作等とみなし、静止判別時間tREFが判別最小時間tREFminであると規定する。判定時間規定部は、最大継続時間tOPmax以上の継続時間を有する動作段階は、すべて歩行静止状態とみなして、静止判別時間tREFが判別最大時間tREFmaxであると規定する。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが短い場合においても、ノイズ等による誤動作を抑制して、安定な歩行静止状態判別を行うことができる。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが長い場合においても、判定時間の増加を抑制することができる。
人体用刺激付与装置1は、静止判別時間tREFの設定において、使用者200が行う歩行動作の形態に応じて、図10(a)~(c)に示される設定手法、あるいはその他の設定手法を選択可能であるように構成されている。歩行動作の形態は、平坦な路面の歩行、傾斜を有した路面の歩行、階段昇降における歩行、あるいはその他の歩行形態を含む。
図11を参照して、歩行静止判別処理のフローについて説明する。
ステップS41~ステップS45においては、第1実施形態において図8で説明したステップS21~ステップS25と同様の動作が行われる。
時間設定部64は、ステップS46において、現在の歩行周期以前に計測部72により計測された複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、静止判別時間tREFを設定する。
計測部72は、ステップS47において、ステップS45で判別された動作段階番号OPN(n)が、前動作段階番号OPN(n-1)と一致するか否かを判定する。このステップS47を実行することにより、計測部72は、同一動作段階番号と判定される動作が継続しているかを判定する。
ステップS47において、動作段階番号OPN(n)が、前動作段階番号OPN(n-1)と一致する(Yes)と判定されるとき、計測部72は、ステップS48において、計測部72に格納されている動作段階継続時間tOPに1を加算する。
ステップS47において、動作段階番号OPN(n)が、前動作段階番号OPN(n-1)と一致しない(No)と判定されるとき、計測部72は、ステップS49において、計測部72に格納されている動作段階継続時間tOPをリセットして0に設定する。
静止判別部73は、ステップS50において、動作段階継続時間tOPを静止判別時間tREFと比較する。
ステップS50において動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも長い(Yes)と判定されるとき、刺激付与制御部62は、ステップS51において、制御フラグFLGを1に設定する。
ステップS50において動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも長くない(No)と判定されるとき、刺激付与制御部62は、ステップS52において、制御フラグFLGをリセットして0に設定する。
判別部70は、ステップS53において、判定された動作段階番号OPN(n)を前動作段階番号としてOPN(n-1)に設定する。
制御部60は、ステップ54において、待機時間を10msに設定する。前述のように、待機時間は、判別部70が判別を実行する判別周期である。待機時間は、歩行周期に応じて最適な値が設定される。
制御部60は、人体用刺激付与装置1が動作を行なっている期間において、ステップ44~ステップ54を繰り返す。
図11に示されるフローを実行することにより、計測部72は、ステップS48において、判別部70により判定された動作段階の継続時間を、10msを単位とした時間のカウント数として計測する。
静止判別部73は、ステップS50において、計測部72により計測された動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも長いとき、歩行動作が静止していると判定する。
計測部72は、ステップS49において、判別部70により判定された動作段階番号OPN(n)が前動作段階番号OPN(n-1)から変化したとき、計測部72に格納されている動作段階継続時間tOPを0にセットする。
刺激付与制御部62は、制御フラグFLGの値に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御して、使用者200に対して付与する刺激の大きさを変化させる。つまり、ステップS29において、歩行静止状態が判定され、ステップS30において、制御フラグFLGが1に設定されている間、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rは、使用者200に対する刺激力を弱める、あるいは刺激付与を停止させる。
人体用刺激付与装置1の作用について説明する。
人体用刺激付与装置1の判別部70は、歩行段階分割部80を含む。歩行段階分割部80は、1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。計測部72は、複数に分割された動作段階のそれぞれに対して動作段階継続時間tOPを計測する。時間設定部64は、判定時間規定部を含む。判定時間規定部は、現在の歩行周期以前に計測部72により計測された複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、静止判別時間tREFを規定する。時間設定部64は、判定時間規定部の規定に基づいて静止判別時間tREFを設定する。静止判別部73は、時間設定部64により設定される静止判別時間tREFに基づいて歩行静止状態判別を行う。刺激付与制御部62は、静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。このため、使用者200の歩行特性に応じて、正確な歩行静止状態判別を行うことができる。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
また、人体用刺激付与装置1は、計測部72が静止判別時間tREFを設定する際に用いられる設定手法を選択可能に構成されている。このため、静止判別部73は、使用者200の歩行形態に応じて、正確な歩行静止状態判別を行うことができる。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
第2実施形態の人体用刺激付与装置1は、第1実施形態の人体用刺激付与装置1が奏する(1)~(6)と同様の効果を奏する。すなわち、誤判別を抑制しつつ、歩行静止状態判別を短時間で行うことにより、適切な刺激付与制御を行うことができる旨の効果、高精度な刺激付与制御を行うことができる旨の効果、およびその他の種々の効果を奏する。また、人体用刺激付与装置1は、以下の効果を奏する。
(7)人体用刺激付与装置1の判別部70は、1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。計測部72は、複数に分割された動作段階のそれぞれに対して動作段階継続時間tOPを計測する。時間設定部64は、現在の歩行周期以前に計測部72により計測された複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、静止判別時間tREFを設定する。静止判別部73は、時間設定部64が設定する静止判別時間tREFに基づいて歩行静止状態判別を行う。刺激付与制御部62は静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。このため、使用者200の歩行特性に応じて、正確な歩行静止状態判別を行うことができる。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
(8)人体用刺激付与装置1は、計測部72が静止判別時間tREFの設定する際に用いられる設定手法を選択可能に構成されている。このため、計測部72は、複数の動作段階のそれぞれに対して動作段階の継続時間を計測する。静止判別部73は、使用者200の歩行形態に応じて、正確な歩行静止状態判別を行うことができる。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
(第3実施形態)
第3実施形態の人体用刺激付与装置1は、第2実施形態の人体用刺激付与装置1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第2実施形態の人体用刺激付与装置1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
第3実施形態の人体用刺激付与装置1は、第2実施形態の人体用刺激付与装置1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第2実施形態の人体用刺激付与装置1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
第2実施形態の人体用刺激付与装置1において、第1装着部10Lは、左半身刺激付与部90Lを含み、第2装着部10Rは、右半身刺激付与部90Rを含む。一方、第3実施形態の人体用刺激付与装置1において、第1装着部10Lは、左半身電気刺激付与部140Lを含み、第2装着部10Rは、右半身電気刺激付与部140Rを含む。
図12を用いて、第1装着部10Lの構成について説明する。
図12において、図3に示す第1実施の形態における第1装着部10Lと同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。また、第2装着部10Rは、第1装着部10Lと同一の構成であり、説明を省略する。
第1装着部10Lは、使用者の身体に電気刺激を付与するための左半身電気刺激付与部140Lを含み、左半身電気刺激付与部140Lは、大腿正面部24に設けられた電極部34L、および下腿正面部27に設けられた電極部35Lを含む。電極部34Lは、大腿正面部24の背面24bから部分的に露出した一対の陽極34Laおよび陰極34Lbを含む。また、電極部35Lは、下腿正面部27の背面27bから部分的に露出した一対の陽極35Laおよび陰極35Lbを含む。陽極34La,35Laおよび陰極34Lb,35Lbの露出した部分は、皮膚と直接接触して電気刺激を付与するように構成されている。
図13を参照して人体用刺激付与装置1の回路ブロック構成について説明する。
人体用刺激付与装置1の刺激装置本体部40に含まれる制御部60は、第1判別部100、第2判別部120、第1時間設定部65、および第2時間設定部66を含む。人体用刺激付与装置1の第1装着部10Lは、左半身電気刺激付与部140Lを含む。人体用刺激付与装置1の第2装着部10Rは、右半身電気刺激付与部140Rを含む。
第1判別部100は、基準面200Cにより分割された使用者200の左半身に装着された第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2を含む左脚検知部SLの検知結果に基づいて、使用者の一方の肢の動作判別を行う。第1判別部100は、第1比較部101、第1計測部102、第1静止判別部103、および第1歩行段階分割部110を含む。第1歩行段階分割部110は、第1論理演算部111を含む。演算処理部61は、左脚検知部SLにより生成された検知信号に対しての演算処理を行う。第1比較部101は、演算処理部61の演算結果を閾値と比較する。第1論理演算部111は、第1比較部101から提供される比較結果に対して論理演算を行う。第1判別部100は、第1比較部101および第1論理演算部111を用いて、演算処理部61により処理された第1左半身センサーSL1の第1検知信号IL1および第2左半身センサーSL2の第2検知信号IL2等に対する判定を行う。これにより、第1判別部100は、使用者200の左脚の1歩行周期の歩行動作から、図6に示される複数の動作段階、すなわち、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を判別する。第1判別部100は、歩行動作に伴って動作段階が切り替わったと判定したとき、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を示す動作段階番号OPNと、動作段階が切り替わったことを示す信号を提供する。
第1計測部102は、図11に示される歩行静止判別処理フローのステップS47~ステップS49で示す動作を行うことにより、第1判別部100により判定される第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の継続時間を計測する。第1時間設定部65は、図10に示される静止判別時間設定手法を用いて、図11に示される歩行静止判別処理フローのステップS46において、静止判別時間tREFを設定する。第1静止判別部103は、第1計測部102により計測された第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の継続時間を静止判別時間tREFと比較する。第1静止判別部103は、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の継続時間が静止判別時間tREFよりも大きいとき、歩行動作が静止していると判別する。
第2判別部120は、基準面200Cにより分割された使用者200の右半身に装着された第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2を含む右脚検知部SRの検知結果に基づいて、使用者の他方の肢の動作判別を行う。第2判別部120は、第2比較部121、第2計測部122、第2静止判別部123、および第2歩行段階分割部130を含む。第2歩行段階分割部130は、第2論理演算部131を含む。演算処理部61は、右脚検知部SRにより生成された検知信号に対しての演算処理を行う。第2比較部121は、演算処理部61の演算結果を閾値と比較する。第2論理演算部131は、第2比較部121から提供される比較結果に対して論理演算を行う。第2判別部120は、第2比較部121および第2論理演算部131を用いて、演算処理部61により処理された第1右半身センサーSR1の第3検知信号IR1および第2右半身センサーSR2の第4検知信号IR2等に対する判定を行う。これにより、第2判別部120は、使用者200の右脚の1歩行周期の歩行動作から、図6に示される複数の動作段階、すなわち、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を判別する。第2判別部120は、歩行動作に伴って動作段階が切り替わったと判定したとき、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を示す動作段階番号OPNと、動作段階が切り替わったことを示す信号を提供する。
第2計測部122は、図11に示される歩行静止判別処理フローのステップS47~ステップS49で示す動作を行うことにより、第2判別部120により判定される第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の継続時間を計測する。第2時間設定部66は、図10に示される静止判別時間設定手法を用いて、図11に示される歩行静止判別処理フローのステップS46において、静止判別時間tREFを設定する。第2静止判別部123は、第2計測部122により計測された第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の継続時間を静止判別時間tREFと比較する。第2静止判別部123は、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3の継続時間が静止判別時間tREFよりも大きいとき、歩行動作が静止していると判別する。
刺激付与制御部62は、第1静止判別部103および第2静止判別部123からの判別信号を受信して、判別信号に基づいて、第1装着部10Lに装着される左半身電気刺激付与部140Lおよび第2装着部10Rに装着される右半身電気刺激付与部140Rを制御する。刺激付与制御部62は、第1静止判別部103および第2静止判別部123からの判別信号を受信して、判別信号に基づいて、使用者200に対する刺激付与の大きさを変化させる。第1静止判別部103が、歩行動作が静止していると判別するとき、左半身電気刺激付与部140Lは、使用者200に対する刺激力を弱める、あるいは刺激付与を停止させる。第2静止判別部123が、歩行動作が静止していると判別するとき、右半身電気刺激付与部140Rは、使用者200に対する刺激力を弱める、あるいは刺激付与を停止させる。
制御部60は、刺激付与制御部62からの制御信号に基づいてパルス発生部67を駆動し、電気刺激パルスを発生させる。左半身電気刺激付与部140Lは、パルス発生部67において生成された電気刺激パルスを用いて、所定のパルス信号を、電極部34Lの陽極34Laと陰極34Lbとの間、及び電極部35Lの陽極35Laと陰極35Lbとの間に発生させる。電極部34Lおよび35Lの各々は、パルス信号の発生により、使用者200に対して電気刺激を付与する。右半身電気刺激付与部140Rは、左半身電気刺激付与部140Lと同様の動作を行い、使用者200に対して電気刺激を付与する。
図14を用いて、歩行動作における電気刺激パルス付与の動作を説明する。
図14においては、使用者200の右脚210Rにおける動作を示している。
図14(a)は、歩行動作を示している。時刻t11~t21の期間および時刻t21~t31の期間の各々は、1歩行周期期間である。使用者200は、時刻t21~t31の区間において、時刻t11~t21の区間における歩行周期Aよりも短い歩行周期Bで歩行動作を行なっている。使用者200は、時刻t31以降は歩行静止状態にある。
図14(b)は、第1判別部100により判別された動作段階を示している。図14(b)においては、1歩行周期を第1動作段階OP1~第4動作段階OP4で示す4種類の動作段階に分割している例を示している。
図14(c)は、歩行静止状態判別のために設定される静止判別時間tREFの値を示している。図14(c)に示されるように、歩行周期が短い歩行周期Bにおける静止判別時間tREFの値は、歩行周期Aよりも小さな値に設定される。
図14(d)は、第1計測部102により計測される動作段階継続時間tOPを示している。tOPの値は、動作段階が切り替わると0に設定される。
図14(e)は、パルス発生部67において生成される電気刺激パルスの状態を示している。図14(e)で示される例においては、電気刺激パルスは、歩行動作が第2動作段階OP2から第3動作段階OP3に切り替る時刻t12および時刻t23でオンとなるよう制御される。電気刺激パルスは、歩行動作が第1動作段階OP1から第2動作段階OP2に切り替る時刻t22でオフとなるよう制御される。また、歩行動作が静止していると判別されると、刺激付与制御部62は、電気刺激パルスをオフとする制御を行う。
時刻t31以降で歩行動作が静止すると、第1計測部102により計測される動作段階継続時間tOPが時間とともに増加する。第2静止判別部123は、動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも大きくなる時刻t32で歩行動作が静止していることを判別する。刺激付与制御部62は、時刻t32において電気刺激パルスをオフとするよう制御する。電気刺激パルスは、時刻t32以降の歩行動作が静止している期間においてはオフ状態が維持される。
使用者200の左脚210Lに対する電気刺激パルス付与は、人体用刺激付与装置1により、使用者200の左脚210Lの動作に応じて、右脚210Rに対する動作と同様のタイミングで行われる。
人体用刺激付与装置1の作用について説明する。
人体用刺激付与装置1は、使用者200の一方の脚の動作状態を判別する第1判別部100を含む。第1判別部100は、第1歩行段階分割部110、第1計測部102、第1時間設定部65、および第1静止判別部103を含む。第1判別部100は、左脚検知部SLにより生成される検知信号に基づき使用者200の一方の脚の動作を判別する。第1歩行段階分割部110は、使用者200の一方の脚の動作を複数の区間に分割して、各区間における脚の動作を判別する。第1計測部102は、各区間に対して判別された動作段階の動作段階継続時間を計測する。第1時間設定部65は、静止判別時間tREFを設定する。第1静止判別部103は、動作段階継続時間を静止判別時間tREFと比較して、歩行静止状態を判別する。
また、人体用刺激付与装置1は、使用者200の他方の脚の動作状態を判別する第2判別部120を含む。第2判別部120は、第2歩行段階分割部130、第2計測部122、第2時間設定部66、および第2静止判別部123を含む。第2判別部120は、右脚検知部SRにより生成された検知信号に基づき使用者200の他方の脚の動作を判別する。第2歩行段階分割部130は、使用者200の他方の脚の動作を複数の区間に分割して、各区間における脚の動作を判別する。第2計測部122は、各区間に対して判別された動作段階の継続時間を計測する。第2時間設定部66は、静止判別時間tREFを設定する。第2静止判別部123は、動作段階継続時間を静止判別時間tREFと比較して、歩行静止状態を判別する。
刺激付与制御部62は、第1静止判別部103の判別結果に基づいて、歩行動作が静止していると判別されるとき、使用者200に対する刺激付与の大きさを変化させる。刺激付与制御部62は、第2静止判別部123の判別結果に基づいて、歩行動作が静止していると判別されるとき、使用者200に対する刺激付与の大きさを変化させる。これにより、左右の脚の動作に差がある使用者200の歩行動作において、人体用刺激付与装置1は、左右の脚の動作を異なる判別部により判別する。このため、人体用刺激付与装置1は、左右の脚それぞれに対して動作段階の判別および歩行静止状態判別を行うことができる。このため、左右で異なる動作を行う使用者に対しても、適切な刺激付与制御を行うことができる。
また、人体用刺激付与装置1の第1装着部10Lは、左半身電気刺激付与部140Lを含み、人体用刺激付与装置1の第2装着部10Rは、右半身電気刺激付与部140Rを含む。左半身電気刺激付与部140Lは、制御部60に含まれる第1静止判別部103が、歩行動作が静止していると判定するとき、刺激付与制御部62により、刺激付与の大きさを変化させるように制御される。右半身電気刺激付与部140Rは、制御部60に含まれる第2静止判別部123が、歩行動作が静止していると判定するとき、刺激付与制御部62により、刺激付与の大きさを変化させるように制御される。このため、電気刺激を付与する区間を適切な時間とすることができる。
第3実施形態の人体用刺激付与装置1は、第1実施形態の人体用刺激付与装置1が奏する(1)~(6)の効果、ならびに第2実施形態の人体用刺激付与装置1が奏する(7)および(8)に加えて以下の効果を奏する。
(9)人体用刺激付与装置1は、使用者200の左右の脚の動作状態をそれぞれ判別する第1判別部100および第2判別部120を含む。第1判別部100は、動作段階継続時間と静止判別時間とに基づいて使用者200の一方の脚の歩行静止状態を判別する。また、第2判別部120は、動作段階継続時間と静止判別時間とに基づいて使用者200の他方の脚の歩行静止状態を判別する。刺激付与制御部62は、第1静止判別部103および第2静止判別部123の判別結果に基づいて、使用者200の左右の脚への刺激付与をそれぞれ制御する。この構成によれば、左右の脚の動作に差がある使用者200の歩行動作において、人体用刺激付与装置1は、左右の脚の動作を異なる判別部により判別する。このため、人体用刺激付与装置1は、左右の脚それぞれに対して動作段階の判別および歩行静止状態判別を行うことができる。このため、左右異なる動作を行う使用者に対しても、適切な刺激付与制御を行うことができる。
(10)人体用刺激付与装置1の第1装着部10Lおよび第2装着部10Rは、それぞれ左半身電気刺激付与部140Lおよび右半身電気刺激付与部140Rを含む。左半身電気刺激付与部140Lは、制御部60に含まれる第1静止判別部103が、歩行動作が静止していると判定するとき、刺激付与制御部62により、刺激付与の大きさを変化させるように制御される。右半身電気刺激付与部140Rは、制御部60に含まれる第2静止判別部123が、歩行動作が静止していると判定するとき、刺激付与制御部62により、刺激付与の大きさを変化させるように制御される。このため、人体用刺激付与装置1は、電気刺激を付与する区間を適切な時間とすることができる。このため、人体用刺激付与装置1は、使用者に対して長時間電気刺激が付与されることによる疲労を抑制することができる。
(第4実施形態)
第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、1歩行周期における静止判別時間tREFの設定値が、第3実施形態における設定値と異なる。また、刺激付与制御部62は、第1静止判別部103および第2静止判別部123が歩行静止判別したときからの経過時間である歩行静止時間が判定経過時間を超えてから所定時間が経過した後に、パルス発生部67に制御信号を供給する。人体用刺激付与装置1は、第3実施形態と同一の構成を有するので、その動作の説明を省略する。
第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、1歩行周期における静止判別時間tREFの設定値が、第3実施形態における設定値と異なる。また、刺激付与制御部62は、第1静止判別部103および第2静止判別部123が歩行静止判別したときからの経過時間である歩行静止時間が判定経過時間を超えてから所定時間が経過した後に、パルス発生部67に制御信号を供給する。人体用刺激付与装置1は、第3実施形態と同一の構成を有するので、その動作の説明を省略する。
図15を用いて、歩行動作における電気刺激パルス付与の動作を説明する。
図15(a)は、歩行動作を示している。時刻t11~t21の期間および時刻t21~t31の期間の各々は、1歩行周期期間である。使用者200は、時刻t21~t31の区間において、時刻t11~t21の区間における歩行周期Aよりも短い歩行周期Bで歩行動作を行なっている。使用者200は、時刻t31以降は歩行静止状態にある。
図15(b)は、第1判別部100により判別された動作段階を示している。図15(b)においては、1歩行周期を第1動作段階OP1~第4動作段階OP4で示す4種類の動作段階に分割している例を示している。
図15(c)は、歩行静止状態判別のために設定される静止判別時間tREFの値を示している。図15(c)に示されるように、1歩行周期内において、動作段階に応じて異なる静止判別時間tREFの値が設定されている。静止判別時間tREFの変更は、図10に示される動作段階継続時間tOPに対する比例係数kを動作段階に応じて変更することにより可能である。
図15(d)は、第1計測部102により計測される動作段階継続時間tOPを示している。動作段階継続時間tOPの値は、動作段階が切り替わると0に設定される。
図15(e)は、パルス発生部67により生成される電気刺激パルスの状態を示している。図15(e)で示される例においては、電気刺激パルスは、歩行動作が第2動作段階OP2から第3動作段階OP3に切り替る時刻t12および時刻t23でオンとなるよう制御される。電気刺激パルスは、歩行動作が第1動作段階OP1から第2動作段階OP2に切り替る時刻t22でオフとなるよう制御される。また、歩行動作が静止していると判定されると、刺激付与制御部62は、電気刺激パルスをオフとする制御を行う。
時刻t31以降で歩行動作が静止していると、第1計測部102により計測される動作段階継続時間tOPが時間とともに増加する。第2静止判別部123は、動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも大きくなる時刻t32で歩行動作が静止していると判定する。刺激付与制御部62は、時刻t32から所定時間経過した時刻t33で電気刺激パルスをオフとするよう制御する。電気刺激パルスは、時刻t33以降の歩行静止状態期間においてはオフ状態が維持される。
第4実施形態の人体用刺激付与装置1は、第1実施形態の人体用刺激付与装置1が奏する(1)~(6)の効果、第2実施形態の人体用刺激付与装置1が奏する(7)および(8)の効果、ならびに第3実施形態の人体用刺激付与装置1が奏する(9)および(10)の効果に加えて以下の効果を奏する。
(11)歩行静止状態判別に用いるために設定される静止判別時間tREFの設定値は、1歩行周期内で動作段階に応じて変更される。歩行動作においては、歩行静止状態は立位である場合が大多数である。このため、立脚期において、立位状態を経て歩行静止状態へと推移する場合が多い。このため、立脚期における動作段階の静止判別時間tREFの設定値を小さな値とすることで、より早く歩行静止状態判定が可能となる。一方、遊脚期における動作段階の静止判別時間tREFの設定値を大きな値とすることで、静止判別時間が長くなり、誤判定を抑制することができる。このため、高精度の刺激付与制御が可能となる。
(12)刺激付与制御部62は、第1静止判別部103および第2静止判別部123が歩行動作における歩行静止状態判別をおこなってから、所定時間経過後に電気刺激パルスをオフとする制御を行う。このため、使用者200に対する電気刺激付与は、使用者200の動作が歩行状態から歩行静止状態へと移行し、安定な歩行静止状態となってから停止なされる。このため、人体用刺激付与装置1は、不安定な歩行静止状態での刺激付与停止による使用者200の転倒を防止することができる。
(その他の実施形態)
以下、人体用刺激付与装置のその他の実施形態としての第1~第4実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
(その他の実施形態)
以下、人体用刺激付与装置のその他の実施形態としての第1~第4実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
・第2実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、時間設定部64、第1時間設定部65、および、第2時間設定部66が、1歩行周期を複数の区間に分割し、それぞれの区間において静止判別時間tREFを設定する。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第2実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、時間設定部64、第1時間設定部65、および、第2時間設定部66が、1歩行周期を複数の区間に分割し、複数の区間において統合された静止判別時間tREFを設定する。
図16を用いて、歩行動作における電気刺激パルス付与の動作を説明する。
各歩行周期における静止判別時間tREFは、第1動作段階OP1における動作段階継続時間tOP1の値を用いて設定される。このような構成においては、時間設定部64、第1時間設定部65、および、第2時間設定部66の構成が簡略化される。
・第3実施形態および第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、左半身電気刺激付与部140Lおよび右半身電気刺激付与部140Rが、パルス発生部67の信号を受けて、電気刺激パルスを使用者200に付与する。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第2実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、左半身電気刺激付与部140Lおよび右半身電気刺激付与部140Rが、時間の経過とともに徐々に増大する電流により、電気刺激を使用者200に付与する。また、時間の経過とともに徐々に減少する電流により、電気刺激を使用者200に付与してもよい。
・第2実施形態の人体用刺激付与装置1においては、時間設定部64の判定時間規定部が、複数の被験者に対して事前に行った歩行テストの結果を参照して静止判別時間tREFを規定する。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第2実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、時間設定部64の判定時間規定部が、複数の被験者に対して事前に行った歩行テストの結果から求められる算出式を用いて静止判別時間tREFを算出する。
・第1実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、第1左半身センサーSL1および第1右半身センサーSR1は、角速度センサーである。また、第2左半身センサーSL2および第2右半身センサーSR2は、角速度センサーである。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第1実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、同じ種類のセンサーであり得る。または、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、ロータリーエンコーダ、ポテンショメータ、ゴニオメータ、加速度センサー、角速度センサーなどであり得る。
・第1実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2が、刺激装置本体部40と、接続ケーブル13によって接続される。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第1実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2および刺激装置本体部40が、無線通信可能な通信部を含み得る。
・第1実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2が、使用者の膝関節部に装着される。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第1実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2が、使用者の股関節の回りに装着され得る。または、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、使用者の腰、肘、腕、足首などの他の部位に装着されてもよい。この場合には、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、基準面に対して対称な部位に装着される。なお、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、使用者の身体の関節を間に挟む位置に設けられることが好ましい。
・第1実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、第1装着部10Lおよび第2装着部10Rが、刺激装置本体部40と、別体として構成される。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第1実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、刺激装置本体部40が、第1装着部10Lおよび第2装着部10Rに内蔵され得る。
・第3実施形態の人体用刺激付与装置1においては、第1判別部100が一方の脚の動作判別を行い、第2判別部120が他方の脚の動作判別を行う。同様に、他方の脚の動作判別も、第1判別部100および第2判別部120の判別結果に基づき行われる。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第3実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、第1判別部100および第2判別部120が一方の脚の動作判別を行い、第1判別部100および第2判別部120が他方の脚の動作判別を行い得る。
・第1実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、左脚検知部SLが、同種類の第1左半身センサーSL1および第1右半身センサーSR1を含む。右脚検知部SRが、同種類の第2左半身センサーSL2および第2右半身センサーSR2を含む。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第1実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、左脚検知部SLおよび右脚検知部SRはそれぞれ異なる種類のセンサーを含み得る。これによれば、第1判別部100および第2判別部120は、異なるセンサーの検知値を用いて使用者200の動作判別を行う。
・第3実施形態の人体用刺激付与装置1は、刺激付与制御部62が、パルス発生部67を制御して電気刺激パルスを発生させる。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第3実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、電気刺激は、時間の経過とともに徐々に増大する電流により与えられる。
・第1実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1においては、左脚検知部SLが左半身検知部50Lに含まれ、右脚検知部SRが右半身検知部50Rに含まれる。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第1実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1においては、検知部が、人体に装着される少なくとも1つのセンサーからなる補助検知部を備える。これによれば、左脚検知部SLおよび右脚検知部SRが共に誤検知を行ったとしても、補助検知部が左脚検知部SLおよび右脚検知部SRに代替して人体の動作を検知する。これにより、人体の動作検知がより高い信頼性のもとに行われる。
・第1実施形態~第4実施形態の人体用刺激付与装置1は、使用者200の歩行動作を複数の区間に分割して、各区間に対して動作判別を行う。ただし、人体用刺激付与装置1の構成は、第1実施形態~第4実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の人体用刺激付与装置1は、階段等の昇降動作において動作判別を行い、刺激を付与し得る。または、人体用刺激付与装置1は、座椅子等からの立ち上がり動作において動作判別を行い、刺激を付与し得る。
・第1実施形態~第4実施形態は、体動検知装置の適用例としての人体用刺激付与装置1を構成する。ただし、体動検知装置の適用は人体用刺激付与装置に限られない。例えば、変形例の体動検知装置は、医療における転倒予防装置に適用され得る。転倒予防装置は、身体に障害を有する患者の歩行状態を判別して判別データを蓄積する。転倒予防装置は、患者の歩行時に歩行状態を判別し、蓄積された判別データに基づいて転倒を予測する。
転倒予防装置は、歩行状態を複数の動作段階に分割して、静止判定を含む詳細な動作判別データを蓄積することにより、高精度な予測が可能となる。
Claims (12)
- 人体の動作を検知する体動検知装置であって、
人体の歩行動作に応じて変化する検知信号を生成する検知部と、
前記検知部により生成された検知信号に基づいて、1歩行周期における歩行動作を複数の歩行段階に区分し、前記複数の歩行段階の少なくとも1つの歩行段階の継続時間に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する判別部と
を備える、体動検知装置。 - 前記1歩行周期は、特定歩行段階と規定される立脚期および遊脚期を含み、
前記判別部は、前記立脚期または前記遊脚期を複数の歩行段階に区分し、区分された前記複数の歩行段階のそれぞれを分割歩行段階と規定し、複数の前記分割歩行段階のそれぞれの継続時間に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する、
請求項1に記載の体動検知装置。 - 前記判別部は、前記複数の分割歩行段階の少なくとも1つの前記分割歩行段階の継続時間が静止判定時間よりも長いとき、歩行動作が静止していると判定する、
請求項2に記載の体動検知装置。 - 前記判別部は、前記複数の分割歩行段階のそれぞれの継続時間を計測する計測部を含み、
前記判別部は、前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間と前記静止判定時間との比較に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する、
請求項3に記載の体動検知装置。 - 前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間のうちの少なくとも1つの継続時間に基づいて、前記静止判定時間を設定する時間設定部をさらに備える、
請求項4に記載の体動検知装置。 - 前記時間設定部は、現在の歩行周期よりも前に前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、前記静止判定時間を設定する、
請求項5に記載の体動検知装置。 - 前記時間設定部は、前記複数の分割歩行段階の各々の継続時間と前記静止判定時間との関係を設定し、前記分割歩行段階の継続時間を前記計測部から受け取ると、前記関係に基づいて、前記静止判定時間を出力する判定時間規定部を含む、
請求項5または6に記載の体動検知装置。 - 前記検知部は、
第1右半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第1右半身センサーおよび第2右半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第2右半身センサーを含む右半身検知部と、
第1左半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第1左半身センサーおよび第2左半身部位の動作に応じた出力信号を生成する第2左半身センサーを含む左半身検知部と
を含み、
前記判別部は、前記第1右半身センサーの出力信号、前記第1左半身センサーの出力信号、前記第2右半身センサーの出力信号、および前記第2左半身センサーの出力信号の少なくとも1つに基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する、
請求項1~7のいずれか一項に記載の体動検知装置。 - 人体に刺激を付与する人体用刺激付与装置であって、
請求項1~8のいずれか一項に記載の体動検知装置と、
前記体動検知装置の判定結果に基づいて前記刺激付与部に指令信号を送信する制御部と、
人体に付与する刺激の大きさを前記指令信号に基づいて変化させる刺激付与部と
を備える、人体用刺激付与装置。 - 前記刺激付与部は、右半身に刺激を付与する右半身刺激付与部、および左半身に刺激を付与する左半身刺激付与部を含み、
前記判別部は、
前記第1右半身センサーの出力信号および前記第2右半身センサーの出力信号に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する第1判別部と、
前記第1左半身センサーの出力信号および前記第2左半身センサーの出力信号に基づいて、歩行動作が静止しているか否かを判定する第2判別部と
を含み、
前記制御部は、前記第1判別部により歩行動作が静止していると判定されたとき、前記右半身刺激付与部に指令信号を送信して、人体に刺激を付与させ、前記第2判別部により歩行動作が静止していると判定されたとき、前記左半身刺激付与部に指令信号を送信して、人体に刺激を付与させる、
請求項9に記載の人体用刺激付与装置。 - 前記制御部は、歩行動作が静止していると判定したときからの経過時間である歩行静止時間が判定経過時間を超えた後、前記刺激付与部に指令信号を送信する、
請求項9または10に記載の人体用刺激付与装置。 - 前記刺激付与部は、人体に電気刺激を付与する、
請求項9~11のいずれか一項に記載の人体用刺激付与装置。
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WWE | Wipo information: entry into national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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