JP2021090513A - Walking state determination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行状態判定装置に関する。 The present invention relates to a walking state determination device.
訓練者が歩行訓練を行うのに用いられる歩行訓練システムでは、訓練者の歩行状態に合わせて適切な補助を行う必要があるため、訓練中における訓練者の歩行状態(例えば、歩行訓練をしている脚の状態が遊脚か立脚か)を正確に判定する必要がある。例えば、特許文献1には、足部及び足裏部に取り付けられた加速度センサ及び圧力センサによる検出結果に基づいて訓練者の歩行状態を判定する技術が記載されている。 In the walking training system used by the trainee to perform walking training, it is necessary to provide appropriate assistance according to the walking state of the trainee. Therefore, the walking state of the trainee during the training (for example, walking training is performed). It is necessary to accurately determine whether the state of the leg is a free leg or a standing leg. For example, Patent Document 1 describes a technique for determining the walking state of a trainee based on the detection results of an acceleration sensor and a pressure sensor attached to the foot and the sole of the foot.
しかしながら、特許文献1の構成では、特に靴を履いている場合などにおいて足部(即ち、くるぶしから先の部分)へのセンサの取り付けが困難な場合がある。また、仮に足部にセンサが取り付けられた場合でも、配線構造が煩雑になってしまうおそれがある。 However, in the configuration of Patent Document 1, it may be difficult to attach the sensor to the foot (that is, the portion beyond the ankle), especially when wearing shoes. Further, even if the sensor is attached to the foot, the wiring structure may become complicated.
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、取り付けが容易な歩行状態判定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a walking state determination device that can be easily attached.
本発明の一実施態様に係る歩行状態判定装置は、人の歩行状態を判定する歩行状態判定装置であって、前記人の下肢の一方の所定の部位に取り付けられ、前記下肢の一方からの前記下肢の他方の位置及びその変化を検出する超音波センサと、前記超音波センサによる検出結果に基づいて前記人の歩行状態を判定する演算部と、を備えるものである。この歩行状態判定装置は、足部に取り付けられる必要はなく、下肢の任意の部位に容易に取り付け可能である。また、足部に取り付けられる必要がないため、配線構造の煩雑さが解消される。 The walking state determination device according to an embodiment of the present invention is a walking state determination device that determines a person's walking state, and is attached to a predetermined portion of one of the lower limbs of the person and said from one of the lower limbs. It includes an ultrasonic sensor that detects the position of the other lower limb and its change, and a calculation unit that determines the walking state of the person based on the detection result of the ultrasonic sensor. This walking state determination device does not need to be attached to the foot, and can be easily attached to any part of the lower limbs. Moreover, since it is not necessary to attach it to the foot, the complexity of the wiring structure is eliminated.
本発明によれば、取り付けが容易な歩行状態判定装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a walking state determination device that is easy to attach.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the claims is not limited to the following embodiments. Moreover, not all of the configurations described in the embodiments are indispensable as means for solving the problem. In order to clarify the explanation, the following description and drawings have been omitted or simplified as appropriate. In each drawing, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted as necessary.
<実施の形態1>
実施の形態1に係るに係る歩行状態判定装置は、歩行訓練システムに適用されるもので、人(訓練者)の歩行状態を判定する。まず、本実施の形態に係る歩行状態判定装置を適用する歩行訓練システムの構成について説明する。
<Embodiment 1>
The walking state determination device according to the first embodiment is applied to a walking training system, and determines the walking state of a person (trainee). First, the configuration of the walking training system to which the walking state determination device according to the present embodiment is applied will be described.
図1は、実施の形態1に係る歩行状態判定装置を適用する歩行訓練システムの構成について説明する模式図である。図1に示すように、歩行訓練システム1は、訓練者Uの脚部に装着された歩行補助装置2と、訓練者Uの歩行訓練を行う訓練装置3と、歩行状態判定装置4と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a walking training system to which the walking state determination device according to the first embodiment is applied. As shown in FIG. 1, the walking training system 1 includes a
歩行補助装置2は、例えば、歩行訓練を行う訓練者Uの患脚に装着され、訓練者Uの歩行を補助する。訓練者Uは、膝関節に歩行補助装置2を装着した状態で歩行訓練を行う。歩行補助装置2は、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与える。
The
図2及び図3を用いて、歩行補助装置2についてさらに詳細に説明する。図2は、歩行補助装置2の正面図である。図3は、訓練者Uが歩行補助装置2を装着した状態を示す斜視図である。図3では、訓練者Uが左脚に歩行補助装置2を装着した例を示している。
The
歩行補助装置2は、サポータ21と、ダンパ22と、上腿フレーム23と、下腿フレーム24、を備えている。歩行補助装置2の下側には短下肢装具25(図2では一部省略)が取り付けられていてもよい。サポータ21は、樹脂材料や繊維材料などの伸縮可能な材料により形成されている。サポータ21は、膝関節及びその周辺、具体的には、上腿ULから下腿LLに渡って配置される。なお、上腿ULは、股関節から膝関節までの部分を示し、下腿LLは、膝関節から足首関節までの部分を示す。上腿UL、下腿LL、及び足平FTをまとめて下肢とする。
The
サポータ21は、歩行補助装置2を膝関節に装着するための面ファスナ21aを有している。訓練者Uは、サポータ21を脚部の周りに巻き回して、面ファスナ21aで固定する。面ファスナ21aは、膝関節の上下、具体的には、上腿ULの前側、及び下腿LLの前側にそれぞれ設けられている。面ファスナ21aを用いることにより、歩行補助装置2の着脱が容易になる。また、面ファスナ21aを用いることにより、歩行補助装置2が訓練者Uの膝関節からずれるのを防ぐことができる。さらに、面ファスナ21aを用いることにより、訓練者Uに膝関節にかかる圧迫度合いの調節が可能になる。なお、面ファスナ21aが外れたり、サポータ21がずれたりするのを防止するために、固定バンド21bがさらに設けられても良い。
The
サポータ21の側部には、上腿フレーム23及び下腿フレーム24が取り付けられている。上腿フレーム23は、上腿ULに沿って配置されている。下腿フレーム24は、下腿LLに沿って配置されている。上腿フレーム23と下腿フレーム24とが、ダンパ22を介して連結されている。ダンパ22は、例えば、ロータリーダンパであり、膝関節の側部に位置する。具体的には、ダンパ22の回転軸Axが膝関節の軸とほぼ一致するように膝関節の高さにダンパ22が配置される。上腿フレーム23と下腿フレーム24は、ダンパ22の回転軸Ax周りに回転可能なリンク機構を構成している。
An
ダンパ22は、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与える。例えば、ダンパ22は、オイル等の流体の粘性抵抗を利用して、膝関節の屈曲方向の回転を減速させる。ダンパ22は、一方向にのみ抵抗力を与える一方向ダンパとすることが好ましい。ダンパ22は、膝関節の伸展方向の抵抗力を与えないようにフリーとなっている。ダンパ22は、後述する制御部28により抵抗力を調整する。
The
サポータ21の下側には、短下肢装具25が設けられている。図3に示すように、短下肢装具25は、訓練者Uの下腿LLに沿って配置されている。短下肢装具25の下端には、足平フレーム25aが設けられている。足平フレーム25aは、面ファスナや固定バンドなどで訓練者Uの足平FTに固定される。
An
なお、上述した歩行補助装置2の構成は一例であり、これに限られない。歩行補助装置2は、訓練者Uの脚部に装着され、その歩行を補助できるものであれば良い。
The configuration of the walking assist
図1の説明に戻る。訓練装置3は、トレッドミル31と、フレーム本体32と、制御装置35と、表示部36と、を有している。トレッドミル31、制御装置35、及び表示部36は、フレーム本体32に固定されている。表示部36は、訓練者Uの前方に配置されている。
Returning to the description of FIG. The training device 3 includes a
トレッドミル31は、訓練者Uが歩行するための回転可能なリング状のベルトコンベア311を有し、設定速度Vsでベルトコンベア311を回転させる。訓練者Uは、ベルトコンベア311上に乗り、ベルトコンベア311の移動に応じて歩行を行う。表示部36は、訓練者Uに対する訓練指示、訓練メニュー、訓練情報(設定速度、生体情報等)などの情報を表示する。例えば、表示部36はタッチパネルを備えていてもよく、この場合、訓練者Uは表示部36を介して各種の情報を入力できる。また、訓練装置3は訓練者Uを撮像するカメラなどを有していてもよい。これにより、表示部36は、訓練中の訓練者Uの歩行動作の映像を表示することができる。
The
制御装置35は、例えば、演算処理、制御処理等と行うCPU(Central Processing Unit)、CPUによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)、各種のデータなどを記憶するRAM(Random Access Memory)、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU、ROM、RAM及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
The
図4は、歩行訓練システム1のブロック図である。図4に示すように、制御装置35は、配線などを介して、歩行補助装置2及びトレッドミル31と接続されている。制御装置35は、歩行補助装置2の制御部28から送信されてくる訓練者Uの歩行状態に関する情報に基づいて、トレッドミル31の駆動を制御する。また、制御装置35は、歩行補助装置2の制御部28から送信されてくる訓練者Uの歩行状態に関する情報に基づいて、表示部36に訓練者Uに対する訓練指示、訓練メニュー、訓練情報などの情報を表示させる。歩行補助装置2と歩行状態判定装置4とは、配線などを介して接続されている。歩行補助装置2の制御部28には、歩行状態判定装置4から訓練者の歩行状態が送信されてくる。歩行補助装置2の制御部28は、歩行状態判定装置4から送信されてきた訓練者Uの歩行状態に応じてダンパ22の抵抗力を調節する。
FIG. 4 is a block diagram of the walking training system 1. As shown in FIG. 4, the
図5は、訓練者Uの脚部に装着された歩行状態判定装置4の構成を示す模式図である。なお、図5では、説明の便宜上、歩行訓練システム1のうち、歩行補助装置2及び歩行状態判定装置4以外の構成要素については、省略されている。
FIG. 5 is a schematic view showing the configuration of the walking
歩行状態判定装置4は、訓練者Uの下肢の所定の部位に取り付け可能に構成されている。図5の例では、歩行状態判定装置4が、歩行補助装置2が装着された左脚U1とは逆の右脚U2の足首に取り付けられている。
The walking
具体的には、歩行状態判定装置4は、超音波センサ4aと、演算部4bと、固定部4cと、を備える。超音波センサ4aは、例えば訓練者Uの右脚U2の足首に取り付けられ、右脚U2からの左脚U1の位置(距離L及び角度θ)を検出する。
Specifically, the walking
超音波センサ4aは、送波器から対象物である左脚U1の周辺に超音波を送信し、受波器によってその反射波を受信する。そして、超音波センサ4aは、その反射波の強度、及び、超音波の送受信にかかった時間などに基づいて、超音波センサ4aからの対象物の距離及び角度、即ち、超音波センサ4aが取り付けられた右脚U2からの、歩行補助装置2が装着された左脚U1の距離L及び角度θを算出する。
The
固定部4cは、超音波センサ4aを訓練者Uの所定の部位に固定するためのものであり、例えば医療サポータなどのバンドである。
The fixing portion 4c is for fixing the
演算部4bは、超音波センサ4aによる検出結果に基づいて訓練者Uの歩行状態を判定する。演算部4bは、例えば、演算処理、制御処理等を行うCPU(Central Processing Unit)、CPUによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)、各種のデータなどを記憶するRAM(Random Access Memory)、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU、ROM、RAM及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
The calculation unit 4b determines the walking state of the trainee U based on the detection result of the
≪歩行状態の判定方法の説明≫
続いて、訓練者Uの歩行状態の判定方法について説明する。
歩行訓練システム1では、訓練者Uの歩行状態に合わせて適切な補助を行うために、訓練中の訓練者Uの歩行状態を判定する必要がある。ここで、歩行動作において、歩行補助装置2が装着された患脚が立脚状態である場合には、当該患脚にかかる負荷は相対的に大きくなり、患脚が遊脚状態である場合には、当該患脚にかかる負荷は相対的に小さくなる。そのため、歩行補助装置2は、少なくとも、歩行補助装置2が装着された患脚が立脚状態である期間中には、歩行補助装置2に設けられたダンパ22の抵抗値を相対的に大きくすることによって、訓練者Uの歩行を補助する必要がある。
≪Explanation of walking condition judgment method≫
Subsequently, a method of determining the walking state of the trainee U will be described.
In the walking training system 1, it is necessary to determine the walking state of the trainee U during training in order to provide appropriate assistance according to the walking state of the trainer U. Here, in the walking motion, when the affected leg to which the walking assist
図6は、訓練者Uの歩行状態と、超音波センサ4aが取り付けられた一方の脚部からの他方の脚部の位置と、の関係を示す図である。また、図7は、訓練者Uの各歩行状態における、超音波センサ4aが取得する信号強度dBの分布を示す図である。なお、図6及び図7の例では、歩行補助装置2が患脚である左脚U1に装着され、歩行状態判定装置4が右脚U2の足首に装着されている。以下で説明する歩行状態は、特に断りが無い限り、患脚である左脚U1の歩行状態を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the walking state of the trainee U and the position of the other leg from one leg to which the
図6に示すように、訓練者Uの歩行動作は、1歩行周期当たり8つの歩行状態T1〜T8に区分される。歩行状態T1は、初期接地(Initial Contact)の状態を表している。歩行状態T2は、荷重応答期(Loadeing Response)の状態を表している。歩行状態T3は、立脚中期(Mid Stance)の状態を表している。歩行状態T4は、立脚終期(Terminal Stance)の状態を表している。歩行状態T5は、前遊脚期(Pre−Swing)の状態を表している。歩行状態T6は、遊脚初期(Initial Swing)の状態を表している。歩行状態T7は、遊脚中期(Mid Swing)の状態を表している。歩行状態T8は、遊脚終期(Terminal Stance)の状態を表している。 As shown in FIG. 6, the walking motion of the trainee U is divided into eight walking states T1 to T8 per walking cycle. The walking state T1 represents a state of initial contact. The walking state T2 represents a state of a load response period (Loading Response). The walking state T3 represents a state in the middle stage of stance (Mid State). The walking state T4 represents a state of the terminal stage (Terminal Stance). The walking state T5 represents a state of the pre-swing period (Pre-Swing). The walking state T6 represents the state of the initial swing. The walking state T7 represents the state of the mid-swinging leg (Mid Swing). The walking state T8 represents a state of the end of the swing leg (Terminal Stance).
なお、歩行状態T1から歩行状態T2までの期間を纏めて立脚前期と称し、歩行状態T3から歩行状態T4までの期間を纏めて立脚後期と称し、歩行状態T5から歩行状態T6までの期間を纏めて遊脚前期と称し、歩行状態T7から歩行状態T8までの期間を纏めて遊脚後期と称す。 The period from the walking state T1 to the walking state T2 is collectively referred to as the early stance phase, the period from the walking state T3 to the walking state T4 is collectively referred to as the late stance phase, and the period from the walking state T5 to the walking state T6 is summarized. The period from the walking state T7 to the walking state T8 is collectively referred to as the early swing leg.
図6及び図7に示すように、立脚前期の開始時t11では、右脚U2から見た左脚U1は進行方向の前方に位置している。つまり、右脚U2から見た左脚U1の角度θは、進行方向に垂直な方向を0度とするとプラスの値を示している。また、このとき、右脚U2から左脚U1までの距離Lは、比較的長くなっている。その後、歩行が進むにつれて、左脚U1が右脚U2に近づくため、角度θはプラスの値から0度に近づいていき、かつ、距離Lは短くなっていく。そこで、歩行状態判定装置4の演算部4bは、角度θの変化量をΔθ、距離Lの変化量をΔLとすると、超音波センサ4aによってΔθ<0,ΔL<0が検出された場合に、患脚である左脚U1の歩行状態が立脚前期であると判定する。
As shown in FIGS. 6 and 7, at t11 at the start of the early stance phase, the left leg U1 seen from the right leg U2 is located forward in the traveling direction. That is, the angle θ of the left leg U1 as seen from the right leg U2 shows a positive value when the direction perpendicular to the traveling direction is 0 degrees. Further, at this time, the distance L from the right leg U2 to the left leg U1 is relatively long. After that, as the walking progresses, the left leg U1 approaches the right leg U2, so that the angle θ approaches 0 degrees from the positive value and the distance L becomes shorter. Therefore, assuming that the amount of change in the angle θ is Δθ and the amount of change in the distance L is ΔL, the calculation unit 4b of the walking
また、立脚後期の開始時t12では、右脚U2及び左脚U1は進行方向に対して垂直に並んだ状態となっている。つまり、右脚U2から見た左脚U1の角度θは0度を示している。また、このとき、右脚U2から左脚U1までの距離Lは、比較的短くなっている。その後、歩行が進むにつれて、右脚U2から見た左脚U1が進行方向の後方に遠ざかるため、角度θが0度からマイナスの値になり、かつ、距離Lは長くなっていく。そこで、歩行状態判定装置4の演算部4bは、超音波センサ4aによってΔθ<0,ΔL>0が検出された場合に、患脚である左脚U1の歩行状態が立脚後期であると判定する。
Further, at the start t12 of the latter stage of stance, the right leg U2 and the left leg U1 are in a state of being aligned perpendicular to the traveling direction. That is, the angle θ of the left leg U1 as seen from the right leg U2 indicates 0 degrees. Further, at this time, the distance L from the right leg U2 to the left leg U1 is relatively short. After that, as the walking progresses, the left leg U1 seen from the right leg U2 moves away from the rear in the traveling direction, so that the angle θ becomes a negative value from 0 degrees and the distance L becomes longer. Therefore, when the calculation unit 4b of the walking
遊脚前期の開始時t13では、右脚U2から見た左脚U1は進行方向の後方に位置している。つまり、右脚U2から見た左脚U1の角度θは、進行方向に垂直な方向を0度とするとマイナスの値を示している。また、このとき、右脚U2から左脚U1までの距離Lは、比較的長くなっている。その後、歩行が進むにつれて、左脚U1が右脚U2に近づくため、角度θはマイナスの値から0度に近づいていき、かつ、距離Lは短くなっていく。そこで、歩行状態判定装置4の演算部4bは、超音波センサ4aによってΔθ>0,ΔL<0が検出された場合に、患脚である左脚U1の歩行状態が遊脚前期であると判定する。
At t13 at the start of the first half of the swing leg, the left leg U1 seen from the right leg U2 is located behind in the traveling direction. That is, the angle θ of the left leg U1 as seen from the right leg U2 shows a negative value when the direction perpendicular to the traveling direction is 0 degrees. Further, at this time, the distance L from the right leg U2 to the left leg U1 is relatively long. After that, as the walking progresses, the left leg U1 approaches the right leg U2, so that the angle θ approaches 0 degrees from a negative value and the distance L becomes shorter. Therefore, when the calculation unit 4b of the walking
遊脚後期の開始時t14では、右脚U2及び左脚U1は進行方向に対して垂直に並んだ状態となっている。つまり、右脚U2から見た左脚U1の角度θは0度を示している。また、このとき、右脚U2から左脚U1までの距離Lは、比較的短くなっている。その後、歩行が進むにつれて、右脚U2から見た左脚U1が進行方向の前方に遠ざかるため、角度θが0度からプラスの値になり、かつ、距離Lは長くなっていく。そこで、歩行状態判定装置4の演算部4bは、超音波センサ4aによってΔθ>0,ΔL>0が検出された場合に、患脚である左脚U1の歩行状態が遊脚後期であると判定する。
At the start t14 of the late swing leg, the right leg U2 and the left leg U1 are aligned perpendicular to the traveling direction. That is, the angle θ of the left leg U1 as seen from the right leg U2 indicates 0 degrees. Further, at this time, the distance L from the right leg U2 to the left leg U1 is relatively short. After that, as the walking progresses, the left leg U1 seen from the right leg U2 moves away from the front in the traveling direction, so that the angle θ becomes a positive value from 0 degrees and the distance L becomes longer. Therefore, when the calculation unit 4b of the walking
遊脚後期の終了時t15は、立脚前期の開始時t11と同様であるため、その説明を省略する。 Since t15 at the end of the late swing leg is the same as t11 at the start of the early stance phase, the description thereof will be omitted.
≪フローチャート≫
続いて、図8を用いて、訓練者Uの歩行状態の判定方法の流れを説明する。図8は、歩行状態判定装置4による歩行状態判定方法を示すフローチャートである。なお、図8の例では、図6及び図7の場合と同じく、歩行補助装置2が患脚である左脚U1に装着され、歩行状態判定装置4が右脚U2の足首に装着されている。
≪Flowchart≫
Subsequently, the flow of the method of determining the walking state of the trainee U will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a walking state determination method by the walking
まず、超音波センサ4aによって、右脚U2からの左脚U1の位置(角度θ及び距離L)が検出される(ステップS101)。
First, the
角度θの変化量Δθ>0、かつ、距離Lの変化量ΔL>0の場合(ステップS102のYES→ステップS103のYES)、歩行状態判定装置4の演算部4bは、患脚である左脚U1の歩行状態が遊脚後期であると判定する(ステップS104)。
When the change amount Δθ> 0 of the angle θ and the change amount ΔL> 0 of the distance L (YES in step S102 → YES in step S103), the calculation unit 4b of the walking
角度θの変化量Δθ>0、かつ、距離Lの変化量ΔL<0の場合(ステップS102のYES→ステップS103のNO)、歩行状態判定装置4の演算部4bは、患脚である左脚U1の歩行状態が遊脚前期であると判定する(ステップS105)。
When the change amount Δθ> 0 of the angle θ and the change amount ΔL <0 of the distance L (YES in step S102 → NO in step S103), the calculation unit 4b of the walking
角度θの変化量Δθ<0、かつ、距離Lの変化量ΔL>0の場合(ステップS102のNO→ステップS106のYES→ステップS107のYES)、歩行状態判定装置4の演算部4bは、患脚である左脚U1の歩行状態が立脚後期であると判定する(ステップS108)。
When the change amount Δθ <0 of the angle θ and the change amount ΔL> 0 of the distance L (NO in step S102 → YES in step S106 → YES in step S107), the calculation unit 4b of the walking
角度θの変化量Δθ<0、かつ、距離Lの変化量ΔL<0の場合(ステップS102のNO→ステップS106のYES→ステップS107のNO)、歩行状態判定装置4の演算部4bは、患脚である左脚U1の歩行状態が立脚前期であると判定する(ステップS109)。
When the change amount Δθ <0 of the angle θ and the change amount ΔL <0 of the distance L (NO in step S102 → YES in step S106 → NO in step S107), the calculation unit 4b of the walking
なお、角度θの変化量Δθ=0の場合(ステップS102のNO→ステップS106のNO)、歩行状態判定装置4の演算部4bは、停止状態であると判定する(ステップS110)。
When the amount of change of the angle θ is Δθ = 0 (NO in step S102 → NO in step S106), the calculation unit 4b of the walking
その後、歩行状態の判定を継続する場合には(ステップS111のYES)、ステップS101の処理に戻り、歩行状態の判定を継続しない場合には(ステップS111のNO)、処理は終了する。 After that, when the determination of the walking state is continued (YES in step S111), the process returns to the process of step S101, and when the determination of the walking state is not continued (NO in step S111), the process ends.
患脚である左脚U1に装着された歩行補助装置2において、制御部28は、歩行状態判定装置4によって左脚U1が立脚状態であると判定された場合(より好ましくは、左脚U1が遊脚状態から立脚状態に切り替わったことが検出された場合)、歩行補助装置2のダンパ22の抵抗値を相対的に大きくする。それにより、歩行補助装置2は、患脚である左脚U1に大きな負荷がかかる立脚期間において、訓練者Uの歩行を補助することができる。
In the walking assist
他方、歩行補助装置2において、制御部28は、歩行状態判定装置4によって左脚U1が遊脚状態であると判定された場合(より好ましくは、左脚U1が立脚状態から遊脚状態に切り替わったことが検出された場合)、歩行補助装置2のダンパ22の抵抗値を相対的に小さくする。それにより、歩行補助装置2は、患脚である左脚U1にかかる負荷が小さくなる遊脚期間では、訓練者Uの歩行の補助を軽減させる。
On the other hand, in the walking assist
なお、図6、図7及び図8の例では、歩行補助装置2が患脚である左脚U1に装着され、歩行状態判定装置4が右脚U2の足首に装着された場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、右脚U2が患脚である場合、歩行補助装置2が患脚である右脚U2に装着され、歩行状態判定装置4が左脚U1の足首に装着されてもよい。
In the examples of FIGS. 6, 7 and 8, the case where the walking assist
このように、本実施の形態にかかる歩行状態判定装置4は、足裏部に取り付ける必要のある圧力センサ等の場合と異なり、下肢の任意の部位に容易に取り付け可能に構成されている。また、本実施の形態にかかる歩行状態判定装置4は、下肢の任意の部位に容易に取り付け可能に構成されているため、配線構造が煩雑になるのを防ぐことができる。
As described above, the walking
さらに、本実施の形態にかかる歩行状態判定装置4は、一方の脚部からの他方の脚部の位置及びその変化に基づいて当該他方の脚部の歩行状態を判定しているため、地面と脚部との間の距離や、脚部が地面から受ける圧力などが不安定になるような異常な歩行であっても、立脚状態であるか遊脚状態であるかの判定を行うことができる。
Further, since the walking
<実施の形態2>
実施の形態2に係る歩行状態判定装置5は、歩行状態判定装置4の場合と比較して、第2の超音波センサ4dをさらに備える。第2の超音波センサ4dは、例えば患脚の足首に取り付けられ、患脚の地面からの高さを検出する。演算部4bは、超音波センサ4aによる検出結果のみならず、超音波センサ4dによる検出結果に基づいて、患脚の歩行状態を判定する。歩行状態判定装置5のその他の構成については、歩行状態判定装置4の場合と同様であるため、その説明を省略する。
<
The walking
図9は、訓練者Uの歩行状態と、歩行状態判定装置5の第2の超音波センサ4dが取り付けられた脚部の地面からの位置(高さ)と、の関係を示す図である。なお、図9の例では、第2の超音波センサ4dが、歩行補助装置2とともに、患脚である左脚U1の足首に装着されている。以下で説明する歩行状態は、特に断りが無い限り、患脚である左脚U1の歩行状態を示している。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the walking state of the trainee U and the position (height) of the leg to which the second ultrasonic sensor 4d of the walking
図9に示すように、立脚前期及び立脚後期では、左脚U1の地面からの高さHは値0を示す(高さHの変化量をΔHとすると、ΔH=0)。それに対し、遊脚前期では、左脚U1の地面からの高さHは徐々に高くなり(ΔH>0)、遊脚後期では、左脚U1の地面からの高さHは徐々に低くなる(ΔH<0)。歩行状態判定装置4の演算部4bは、Δθ、ΔLに加えて、ΔHに基づいて、患脚である左脚U1の歩行状態を判定する。
As shown in FIG. 9, in the early stance phase and the late stance phase, the height H of the left leg U1 from the ground shows a value of 0 (assuming that the amount of change in height H is ΔH, ΔH = 0). On the other hand, in the early stage of the swing leg, the height H of the left leg U1 from the ground gradually increases (ΔH> 0), and in the latter stage of the swing leg, the height H of the left leg U1 from the ground gradually decreases (). ΔH <0). The calculation unit 4b of the walking
このように、本実施の形態にかかる歩行状態判定装置5は、歩行状態判定装置4の場合と同等程度の効果を奏することができる。さらに、歩行状態判定装置5は、超音波センサ4aによって検出されるΔθ、ΔLに加えて、超音波センサ4dによって検出されるΔHに基づいて患脚の歩行状態を判定する。それにより、歩行状態判定装置5は、より正確に患脚の歩行状態を判定することができる。
As described above, the walking
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
例えば、上記実施の形態1,2では、センサ4a,4dとして超音波センサが用いられた場合を例に説明したが、これに限らず、同等の機能を実現可能な他の種類のセンサが用いられても良い。例えば、センサ4a,4dは、無線通信可能なセンサであっても良い。この場合、センサ4aは、無線の通信強度に応じてΔθ、ΔLを検出し、センサ4dは、無線の通信強度に応じてΔHを検出する。
For example, in the first and second embodiments, the case where an ultrasonic sensor is used as the
また、上記実施の形態1,2では、各歩行状態判定装置4,5が、歩行訓練システム1に組み込まれた歩行補助装置2に適用された場合について説明したが、これに限られない。当然ながら、各歩行状態判定装置4,5は、単体の歩行補助装置2に適用されても良い。
Further, in the first and second embodiments, the case where the walking
1 歩行訓練システム
2 歩行補助装置
3 訓練装置
4 歩行状態判定装置
4a 超音波センサ
4b 演算部
4c 固定部
4d 第2の超音波センサ
5 歩行状態判定装置
21 サポータ
21a 面ファスナ
21b 固定バンド
22 ダンパ
23 上腿フレーム
24 下腿フレーム
25 短下肢装具
25a 足平フレーム
28 制御部
31 トレッドミル
32 フレーム本体
35 制御装置
36 表示部
311 ベルトコンベア
FT 足平
LL 下腿
U 訓練者
U1 左脚
U2 右脚
UL 上腿
1 Walking
Claims (1)
前記人の下肢の一方の所定の部位に取り付けられ、前記下肢の一方からの前記下肢の他方の位置及びその変化を検出する超音波センサと、
前記超音波センサによる検出結果に基づいて前記人の歩行状態を判定する演算部と、
を備えた、歩行状態判定装置。 It is a walking state determination device that determines the walking state of a person.
An ultrasonic sensor attached to a predetermined part of one of the lower limbs of the person and detecting the position of the other of the lower limbs from one of the lower limbs and its change thereof.
An arithmetic unit that determines the walking state of the person based on the detection result of the ultrasonic sensor, and
A walking state determination device equipped with.
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