KR101917421B1 - 보행 훈련 장치 및 그 보행 훈련 방법 - Google Patents
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Abstract
보행 훈련 장치는, 유저의 각부에 장착된 보행 보조 장치와, 각부를 직접적으로 또는 보행 보조 장치를 통해, 상방이면서 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과, 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단과, 보행 보조 장치에 설치된 관절 각도 검출 수단, 또는 유저의 각부를 촬상하는 촬상 수단을 구비한다. 제어 수단은, 관절 각도 검출 수단 및 촬상 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 제1 인장 수단에 인장력에 더해서 추가의 인장력을 발생시킨다.
Description
본 발명은 유저가 보행 훈련을 행하기 위한 보행 훈련 장치 및 그 보행 훈련 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 본 출원인에 의해 유저의 각부(脚部)에 장착되어, 당해 유저의 보행을 보조하는 보행 보조 장치를 구비하는 보행 훈련 장치가 제안되고 있다(일본 특허 공개 제2015-223294호 참조).
그런데, 보행 보조 장치 및 유저의 각부 중 적어도 한쪽을 상방이면서 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과, 보행 보조 장치 및 유저의 각부 중 적어도 한쪽을 상방이면서 또한 후방으로 인장하는 제2 인장 수단을 더 추가하고, 제1 및 제2 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 보행 보조 장치의 중량과 대략 동등하게 하고, 각부에 가해지는 보행 보조 장치의 중력의 부하를 경감시키는 구성을 취하기로 한다. 이 경우, 다음의 과제가 발생하는 것을 발명자들은 발견했다. 즉, 보행에 있어서의 각부의 스윙 개시는, 후방 이동하고 있는 각부를 전방 이동으로 반전시키는 타이밍이기도 하다. 이로 인해, 보행 보조 장치가 장착된 각부는, 이 반전의 타이밍에서, 보행 보조 장치로부터 후방으로의 관성력을 받게 된다. 그러나, 상기 보행 훈련 장치는 유저의 보행에 대한 보행 보조 장치의 중력의 부하를 경감시키는 것이지만, 상기 관성력의 부하도 경감시키는 것은 아니다. 이로 인해, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시에 있어서 그 각부에 과잉의 부담이 가해진다.
한편, 이러한 부담을 경감시키기 위하여, 간단히 인장 수단의 인장력을 증가시키는 것을 생각할 수 있지만, 이 경우, 각부가 뜨기 쉬워져, 족부의 접지가 불안정해져 안정된 보행 훈련을 방해한다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에, 그 각부에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있는 보행 훈련 장치 및 그 보행 훈련 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태는, 유저의 각부에 장착되어, 당해 유저의 보행을 보조하는 보행 보조 장치와, 상기 각부를 직접적으로 또는 상기 보행 보조 장치를 통해, 상방이면서 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과, 상기 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 보행 훈련 장치이며, 상기 보행 보조 장치에 설치된 관절 각도 검출 수단, 또는 유저의 각부를 촬상하는 촬상 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 관절 각도 검출 수단 및 상기 촬상 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 장치이다. 이 일 형태에 의하면, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에, 그 각부에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있다.
이 일 형태에 있어서, 상기 각부를 직접적으로 또는 보행 보조 장치를 통해, 상방이면서 또한 후방으로 인장하는 제2 인장 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 제1 및 제2 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 및 제2 인장 수단을 제어하고 있으며, 상기 관절 각도 검출 수단 및 촬상 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 합력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키도록 상기 제1 및 제2 인장 수단을 제어해도 된다. 이 일 형태에 의하면, 제1 및 제2 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분과 수평 전방 성분을 독립적으로 정밀하게 제어할 수 있다. 이로 인해, 보행 보조 장치의 중력의 부하를 경감시키면서, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서 그 각부에 가해지는 부담을 보다 최적으로 경감시킬 수 있다.
이 일 형태에 있어서, 유저가 탑승하여 보행 훈련을 실시하기 위한 트레드 밀과, 상기 트레드 밀의 속도를 검출하는 속도 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 관절 각도 검출 수단, 상기 촬상 수단 및 상기 속도 검출 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더해서 추가의 인장력을 발생시켜도 된다. 이 일 형태에 의하면, 관절 각도 검출 수단, 촬상 수단 및 속도 검출 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간을 검출할 수 있고, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에, 그 각부에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있다.
이 일 형태에 있어서, 유저가 탑승하여 보행 훈련을 실시하기 위한 트레드 밀과, 상기 트레드 밀의 속도를 검출하는 속도 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 관절 각도 검출 수단, 상기 촬상 수단 및 상기 속도 검출 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 합력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키도록 상기 제1 및 제2 인장 수단을 제어해도 된다. 이 일 형태에 의하면, 관절 각도 검출 수단, 촬상 수단 및 속도 검출 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간을 검출할 수 있고, 또한, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에, 제1 및 제2 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분과 수평 전방 성분을 독립적으로 정밀하게 제어하여, 그 각부에 가해지는 부담을 보다 경감시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태는, 유저의 각부에 장착되어, 당해 유저의 보행을 보조하는 보행 보조 장치와, 상기 각부를 직접적으로 또는 상기 보행 보조 장치를 통해, 상방이면서 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과, 상기 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 보행 훈련 장치의 보행 훈련 방법이며, 상기 보행 보조 장치에 설치된 관절 각도 검출 수단, 또는 유저의 각부를 촬상하는 촬상 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 방법이어도 된다. 이 일 형태에 의하면, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에, 그 각부에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 보행 보조 장치가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에, 그 각부에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있는 보행 훈련 장치 및 그 보행 훈련 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 특징, 목적, 장점은, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아닌 예로서의 부수되는 도면에의 참조와 함께 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 분명해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 보행 훈련 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도.
도 2는 보행 보조 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컴퓨터의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 각부의 스윙 개시 시에 있어서의 인장력 명령값의 변동을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 보행 훈련 방법의 플로우를 나타내는 흐름도.
도 7은 각부의 스윙 개시 시에 있어서의 인장력 명령값의 변동을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 보행 보조 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 컴퓨터의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 각부의 스윙 개시 시에 있어서의 인장력 명령값의 변동을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 보행 훈련 방법의 플로우를 나타내는 흐름도.
도 7은 각부의 스윙 개시 시에 있어서의 인장력 명령값의 변동을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 보행 훈련 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이다. 본 실시 형태에 관한 보행 훈련 장치(1)는 예를 들어 뇌졸중 편마비 환자 등의 유저의 보행 훈련을 행하기 위한 장치이다. 보행 훈련 장치(1)는 유저의 각부에 장착된 보행 보조 장치(2)와, 유저의 보행 훈련을 행하는 훈련 장치(3)를 구비하고 있다.
보행 보조 장치(2)는 예를 들어 보행 훈련을 행하는 유저의 환각(患脚)에 장착되어, 유저의 보행을 보조한다(도 2). 보행 보조 장치(2)는 상퇴 프레임(21)과, 상퇴 프레임(21)에 슬관절부(22)를 개재하여 연결된 하퇴 프레임(23)과, 하퇴 프레임(23)에 발목 관절부(24)를 개재하여 연결된 족평 프레임(25)과, 슬관절부(22)를 회전 구동하는 모터 유닛(26)과, 발목 관절부(24)의 가동 범위를 조정하는 조정 기구(27)를 갖고 있다. 또한, 상기 보행 보조 장치(2)의 구성은 일례이며, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보행 보조 장치(2)는 발목 관절부(24)를 회전 구동하는 모터 유닛을 구비하고 있어도 된다.
상퇴 프레임(21)은, 유저의 각부의 상퇴부에 설치되고, 하퇴 프레임(23)은 유저의 각부의 하퇴부에 설치된다. 상퇴 프레임(21)에는, 예를 들어 상퇴부를 고정하기 위한 상퇴 장구(212)가 설치되어 있다. 상퇴 장구(212)는 예를 들어 매직 테이프(등록 상표) 등을 사용하여, 상퇴부에 고정된다. 이에 의해, 보행 보조 장치(2)가 유저의 각부로부터 좌우 방향 혹은 상하 방향으로 어긋나는 것을 방지할 수 있다. 상퇴 프레임(21)에는, 후술하는 제1 인장부(33)의 와이어(36)를 접속하기 위한, 좌우 방향으로 연장되는 가로로 긴 제1 프레임(211)이 설치되어 있다.
또한, 상기 제1 인장부(33)의 접속부는 일례이며, 이것에 제한하지 않는다. 예를 들어, 제1 인장부(33)의 와이어(36)를 상퇴 장구(212)에 접속해도 되고, 제1 인장부(33)의 인장점을 보행 보조 장치(2)의 임의의 위치에 설치할 수 있다.
모터 유닛(26)은 유저의 보행 동작에 따라 슬관절부(22)를 회전 구동함으로써 유저의 보행을 보조한다. 또한, 상기 보행 보조 장치(2)의 구성은 일례이며, 이것에 한정되지 않는다. 유저의 각부에 장착되고, 그 보행을 보조할 수 있는 임의의 보행 보조 장치가 적용 가능하다.
훈련 장치(3)는 트레드 밀(31)과, 프레임 본체(32)와, 제1 및 제2 인장부(33, 34)와, 제어 장치(35)를 갖고 있다. 트레드 밀(31)은 링 형상의 벨트(311)를 회전시킨다. 유저는 벨트(311) 위에 타고 해당 벨트(311)의 이동에 따라 보행을 행하여, 그 보행 훈련을 행한다.
프레임 본체(32)는 트레드 밀(31) 위에 기립 설치된 2쌍의 기둥 프레임(321)과, 각 기둥 프레임(321)에 접속되어 전후 방향으로 연장되는 1쌍의 전후 프레임(322)과, 각 전후 프레임(322)에 접속되어 좌우 방향으로 연장되는 3개의 좌우 프레임(323)을 갖고 있다. 또한, 상기 프레임 본체(32)의 구성은, 이것에 한정되지 않는다. 후술하는 제1 및 제2 인장부(33, 34)를 적절하게 고정할 수 있으면, 프레임 본체(32)는 임의의 프레임 구성이어도 된다.
전방의 좌우 프레임(323)에는, 와이어(36)를 상방이면서 또한 전방으로 인장하는 제1 인장부(33)가 설치되어 있다. 제1 인장부(33)는 제1 인장 수단의 일 구체예이다. 제1 인장부(33)는 예를 들어 와이어(36)를 권취 및 되감는 기구, 해당 기구를 구동하는 모터 등으로 구성되어 있다. 제1 인장부(33)가 인장하는 와이어(36)의 일단부는 보행 보조 장치(2)에 접속되어 있다. 제1 인장부(33)는 와이어(36)를 개재하여 보행 보조 장치(2)를 상방이면서 또한 전방으로 인장한다.
제1 인장부(33)에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지한다. 제1 인장부(33)에 의한 인장력의 수평 전방 성분에 의해 각부의 스윙를 보조한다. 이에 의해, 보행 훈련 시에 있어서의 유저의 보행 부하를 경감시킬 수 있다.
제2 인장부(34)는 후방의 좌우 프레임(323)에 설치되고, 와이어(37)를 상방으로 인장한다. 와이어(37)의 일단부는, 예를 들어 유저의 요부 부근에 장착된 벨트에 접속되어 있다. 제2 인장부(34)는 예를 들어 와이어(37)를 권취 및 되감는 기구, 해당 기구를 구동하는 모터 등으로 구성되어 있다. 제2 인장부(34)는 와이어(37)를 개재하여 유저의 요부를 상방으로 인장한다. 이에 의해, 유저의 자중에 의한 부하를 경감시킬 수 있다. 제1 및 제2 인장부(33, 34)는 배선 등을 통하여 제어 장치(35)에 각각 접속되어 있다.
제어 장치(35)는 제어 수단의 일 구체예이다. 제어 장치(35)는 제1 및 제2 인장부(33, 34)의 인장력과, 트레드 밀(31)의 구동과, 보행 보조 장치(2)를 각각 제어한다. 제어 장치(35)는 예를 들어 연산 처리, 제어 처리 등을 행하는 CPU(Central Processing Unit), CPU에 의해 실행되는 연산 프로그램, 제어 프로그램 등이 기억된 ROM(Read Only Memory), 각종 데이터 등을 기억하는 RAM(Random Access Memory), 외부와 신호의 입출력을 행하는 인터페이스부(I/F) 등을 포함하는 마이크로컴퓨터를 중심으로 하여, 하드웨어를 구성되어 있다. CPU, ROM, RAM 및 인터페이스부는 데이터 버스 등을 통하여 서로 접속되어 있다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도이다.
제어 장치(35)는 예를 들어 제1 인장부(33)를 제어하는 각부 면하(免荷) 제어 유닛(351)과, 제2 인장부(34)를 제어하는 인간부 면하 제어 유닛(352)과, 보행 보조 장치(2)를 제어하는 각부 제어 유닛(353)과, 트레드 밀(31)을 제어하는 트레드 밀 제어 유닛(354)과, 이들 유닛을 제어하는 컴퓨터(Personal Computer)(355)와, 컴퓨터(355)를 조작하기 위한 조작 패널(356)로 구성되어 있다. 조작 패널(356)은 훈련 지시, 훈련 메뉴, 훈련 정보(보행 속도, 생체 정보 등) 등의 정보를 표시한다. 조작 패널(356)은, 예를 들어 터치 패널로서 구성되어 있고, 유저는 조작 패널(356)을 통하여 각종 정보(제1 및 제2 인장부(33, 34)의 인장력 등)를 입력할 수 있다.
그런데, 보행에 있어서의 각부의 스윙 개시는, 후방 이동하고 있는 각부를 전방 이동으로 반전시키는 타이밍이기도 하다. 이로 인해, 보행 보조 장치가 장착된 각부는, 이 반전의 타이밍에서, 보행 보조 장치로부터 후방으로의 관성력을 받게 된다. 그러나, 종래의 보행 훈련 장치는, 유저의 보행에 대한 보행 보조 장치의 중력의 부하를 경감시키는 것이지만, 상기 관성력의 부하도 경감시키는 것은 아니다. 이로 인해, 보행에 있어서의 각부의 스윙 개시 시에 있어서 유저(특히, 뇌졸중 편마비 환자 등)의 각부에 과잉의 부담이 가해진다. 한편, 이러한 부담을 경감시키기 위하여, 간단히 인장부의 인장력을 증가시키는 것을 생각할 수 있지만, 이 경우, 각부가 뜨기 쉬워져, 족부의 접지가 불안정해져 안정된 보행 훈련의 방해가 될 수 있다.
이에 대하여, 본 실시 형태에 관한 제어 장치(35)는 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치의 중력을 저감시키도록 제1 인장부(33)를 제어한다. 또한, 제어 장치(35)는 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시켜 추가의 인장력을 발생시키도록 제1 인장부(33)를 제어한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f1이 보행 보조 장치의 중력을 저감시키도록 제1 인장부(33)를 제어함으로써, 유저의 보행에 대한 보행 보조 장치(2)의 중력의 부하를 경감시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따르면, 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시켜, 그 수평 전방 성분 f1을 증가시킴으로써, 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서의 보행 보조 장치(2)로부터의 관성력의 부하를 경감시킬 수 있다. 즉, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 스윙 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서 그 각부에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 컴퓨터의 개략적인 시스템 구성을 도시하는 블록도이다. 본 실시 형태에 관한 컴퓨터(355)는 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출하는 동작 검출부(357)와, 제1 인장부(33)에 대한 인장력 명령값을 계산하는 인장력 계산부(358)를 갖고 있다.
예를 들어, 동작 검출부(357)는 카메라(촬상 수단의 일 구체예)를 사용하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부 혹은 족부의 동작 또는 위치에 관한 정보를 검출한다. 동작 검출부(357)는 검출한 정보에 기초하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출한다. 혹은, 동작 검출부(357)는 카메라를 사용하여, 보행 보조 장치(2)의 동작 또는 위치에 관한 정보를 검출하고, 검출된 정보에 기초하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출한다.
동작 검출부(357)는 보행 보조 장치(2)의 슬관절부(22)에 설치된 각도 센서(관절 각도 검출 수단의 일 구체예)로 검출한 슬관절부의 각도의 시간 변화에 기초하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출한다. 보다 구체적으로는, 동작 검출부(357)는 각도 센서로 검출한 슬관절부의 각도의 시간 변화에 기초하여, 검출한 각도가 스윙 개시 동작에 대응하는 변화 영역에 들어갔다고 판단했을 때, 스윙 개시를 검출한다.
동작 검출부(속도 검출 수단의 일 구체예)(357)는 트레드 밀(31)의 벨트(311)의 이동 속도를 검출하고, 검출된 이동 속도에 기초하여 유저의 보행 주기를 산출한다. 그리고, 동작 검출부(357)는 산출한 유저의 보행 주기에 기초하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출한다. 보행 주기와 트레드 밀(31)의 벨트(311)의 이동 속도의 관계는 미리 실험적으로 구할 수 있다(예를 들어, 보행 주기는, 트레드 밀(31)의 벨트(311)의 이동 속도를 변수로 하는 단조 현상 함수가 됨). 또한, 상기 스윙 개시된 검출 방법은 일례이며, 이것에 한정되지 않고 임의의 검출 방법이 적용 가능하다. 동작 검출부(357)는 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출하면, 검출 신호를 인장력 계산부(358)에 출력한다.
인장력 계산부(358)는 제1 인장부(33)에 대한 인장력 명령값을 계산하고, 계산된 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 출력한다. 제1 인장부(33)는 인장력 계산부(358)로부터의 출력되는 인장력 명령값에 따라, 보행 보조 장치(2)의 와이어(36)를 인장한다. 이때의 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지한다. 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 수평 전방 성분 f1에 의해, 각부의 스윙를 보조한다. 즉, 인장력 명령값은, 유저의 통상의 보행 동작에 대하여, 그 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지하고, 그 인장력 f의 수평 전방 성분 f1에 의해, 각부의 스윙를 최적으로 보조하도록 설정되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 보행에 있어서의 각부의 스윙 개시 시에, 보행 보조 장치(2)로부터 후방으로의 관성력을 받게 되어, 이 스윙 개시 시에는 통상의 보행 동작 이상의 부하가 각부에 가해진다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 관한 인장력 계산부(358)는 동작 검출부(357)로부터 검출 신호를 받으면, 소정 시간, 인장력 명령값을 통상의 인장력 명령값으로부터 증가시킨다(도 5). 이와 같이, 각부의 스윙 개시 시의 관성력을 받을 때만 제1 인장부(33)의 인장력 f를 증가시킨다. 이에 의해, 각부의 스윙 개시 시에 있어서의 관성력의 부하를 경감시킬 수 있다.
인장력 계산부(358)는 동작 검출부(357)로부터 검출 신호를 받으면, 인장력 명령값을 예를 들어, 펄스 형상으로 단시간이면서 또한 급격하게 증가시킨다. 또한, 인장력 명령값의 증가량은, 예를 들어 트레드 밀(31)의 벨트(311)의 이동 속도로부터 산출되는 보행 보조 장치(2)의 관성력에 기초하여 설정되어도 된다. 인장력 계산부(358)는 각부의 스윙 개시 후, 소정 시간 경과하면, 통상의 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 대하여 출력한다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 보행 훈련 방법의 플로우를 나타내는 흐름도이다.
동작 검출부(357)는 예를 들어 발바닥의 하중 분포의 시간 변화에 기초하여, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출한다(스텝 S101).
동작 검출부(357)는 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출하면(스텝 S101의 "예"), 인장력 계산부(358)는 인장력 명령값을 증가시키고, 증가시킨 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 출력한다(스텝 S102). 한편, 동작 검출부(357)는 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출하지 않을 때(스텝 S101의 "아니오"), 인장력 계산부(358)는 통상의 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 출력하고(스텝 S103), 상기 (스텝 S101)의 처리로 되돌아간다.
인장력 계산부(358)는 스윙 개시 검출 후, 소정 시간 경과하면, 통상의 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 출력한다(스텝 S104).
이상, 본 실시 형태에 관한 보행 훈련 장치에 있어서, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2가 보행 보조 장치의 중력을 저감시키도록 제1 인장부(33)를 제어한다. 예를 들어, 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f의 연직 상방 성분 f2를 보행 보조 장치(2)의 중력과 동등하게 하거나, 혹은 보행 보조 장치(2)의 중력 1/2로 동등하게 한다.
또한, 스윙 개시 시에 제1 인장부(33)에 의한 인장력 f를 증가시킨다. 이에 의해, 스윙 개시 시에 있어서의 보행 보조 장치(2)로부터의 관성력의 부하를 경감시키고, 그 스윙 개시 시에 있어서의 각부의 부담을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정된 것이 아니고, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
상기 실시 형태에 있어서, 컴퓨터(355)의 동작 검출부(357)가, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 전방으로의 스윙 개시를 검출하면, 인장력 계산부(358)는 인장력 명령값을 증가시키고, 그 후, 서서히 감소시켜도 된다(도 7). 예를 들어, 인장력 계산부(358)는 스윙 개시가 검출되면, 펄스 형상으로 인장력 명령값을 증가시킨다. 인장력 계산부(358)는 그 후 인장력 명령값을 서서히 감소시켜, 스윙 기간이 종료되면(족평 프레임(25)이 착지하면), 통상의 인장력 명령값으로 되돌아간다. 이 경우, 인장력 계산부(358)는 이 스윙 기간 중에 있어서, 보행 보조 장치(2)의 와이어(36)에 가해지는 인장력이 증가함에 따라 인장력 명령값을 증가시키도록 해도 된다.
이에 의해, 스윙 기간(스윙되고 있는 기간)에 있어서, 그 스윙 방향으로 계속하여 통상보다도 큰 인장력을 부가할 수 있다. 따라서, 관성력에 부하뿐만 아니라, 스윙 동작 전체의 부담을 경감시킬 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 프레임 본체(32)의 좌우 프레임(323)에는, 와이어(39)를 개재하여 보행 보조 장치를 상방이면서 또한 후방으로 인장하는 제3 인장부(38)가 설치되는 구성이어도 된다(도 8). 제3 인장부(38)는 제2 인장 수단의 일 구체예이다. 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 보행 보조 장치(2)의 무게를 지지한다. 그리고, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 수평 성분의 합력에 의해, 각부의 스윙를 보조한다.
인장력 계산부(358)는 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 보행 보조 장치(2)의 중력과 동등해지는 인장력 명령값을 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 출력한다. 또한, 인장력 계산부(358)는 동작 검출부(357)로부터 검출 신호를 받으면, 소정 시간, 인장력 명령값을 증가시키고, 증가시킨 인장력 명령값을 제1 인장부(33)에 출력한다. 이때, 인장력 계산부(358)는 통상의 인장력 명령값(인장력 명령값=일정)을 제3 인장부(38)에 출력하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 제1 인장부(33)에 대한 인장력 명령값과 마찬가지로 변동시키도록 해도 된다. 즉, 인장력 계산부(358)는 스윙 개시 시에, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 대한 인장력 명령값을 변동시켜, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 수평 전방 성분을 증가시킨다. 이에 의해, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 연직 상방 성분과 수평 전방 성분을 독립적으로 정밀하게 제어할 수 있다. 이로 인해, 보행 보조 장치(2)의 중력의 부하를 경감시키면서, 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 스윙 개시 시에 있어서 그 각부에 가해지는 부담을 보다 최적으로 경감시킬 수 있다.
또한, 제어 장치(35)는 보행 보조 장치(2)가 장착된 각부의 후방으로의 스윙백 개시가 검출되었을 때에, 제1 및 제3 인장부(33, 38)에 의한 인장력의 수평 성분을 증가시키도록 제1 및 제3 인장부(33, 38)를 제어해도 된다. 이에 의해, 스윙백 개시 시에 있어서의 보행 보조 장치(2)로부터의 관성력의 부하도 경감시킬 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 훈련 장치(3)는 프레임 본체(32)를 갖지 않는 구성이어도 된다. 이 경우, 제1 및 제2 인장부는, 예를 들어 벽면 혹은 천장에 설치되어 있어도 된다.
상기 실시 형태에 있어서, 제1 인장부(33)의 와이어(36)는 보행 보조 장치(2)에 접속되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 인장부(33)의 와이어(36)는 유저의 각부에 벨트, 링 등의 장착구를 개재하여 접속되는 구성이어도 된다. 또한, 제1 인장부(33)의 와이어(36)는 보행 보조 장치(2) 및 유저의 각부에 접속되는 구성이어도 된다.
상기 실시 형태에 있어서, 보행 보조 장치(2)를 장착한 유저는 트레드 밀(31) 위를 보행하는 구성이지만, 이것에 한정되지 않는다. 보행 보조 장치(2)를 장착한 유저가 정지된 노면 위를 보행하고, 유저의 이동에 따라 제1 인장부(33)를 이동시키는 구성이어도 된다.
이상의 본 발명의 설명으로부터, 본 발명을 다양하게 변형할 수 있음은 명확하다. 그러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈하는 것으로 간주되는 것이 아니고, 또한, 모든 당업자에게 있어서 자명한 그러한 개량은 이하의 청구범위에 포함되는 것이다.
Claims (5)
- 유저의 각부에 장착되어, 당해 유저의 보행을 보조하는 보행 보조 장치와,
상기 각부를 직접적으로 또는 상기 보행 보조 장치를 통해, 상방이면서 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과,
상기 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 보행 훈련 장치이며,
상기 보행 보조 장치에 설치된 관절 각도 검출 수단, 또는 유저의 각부를 촬상하는 촬상 수단을 더 구비하고,
상기 제어 수단은,
상기 관절 각도 검출 수단 및 상기 촬상 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 장치. - 제1항에 있어서, 상기 각부를 직접적으로 또는 보행 보조 장치를 통해, 상방이면서 또한 후방으로 인장하는 제2 인장 수단을 더 구비하고,
상기 제어 수단은,
상기 제1 및 제2 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분의 합력이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 및 제2 인장 수단을 제어하고 있으며,
상기 관절 각도 검출 수단 및 촬상 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 합력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키도록 상기 제1 및 제2 인장 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 장치. - 제1항에 있어서, 유저가 탑승하여 보행 훈련을 실시하기 위한 트레드 밀과,
상기 트레드 밀의 속도를 검출하는 속도 검출 수단을 더 구비하고,
상기 제어 수단은,
상기 관절 각도 검출 수단, 상기 촬상 수단 및 상기 속도 검출 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 장치. - 제2항에 있어서, 유저가 탑승하여 보행 훈련을 실시하기 위한 트레드 밀과,
상기 트레드 밀의 속도를 검출하는 속도 검출 수단을 더 구비하고,
상기 제어 수단은,
상기 관절 각도 검출 수단, 상기 촬상 수단 및 상기 속도 검출 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 합력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키도록 상기 제1 및 제2 인장 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 장치. - 유저의 각부에 장착되어, 당해 유저의 보행을 보조하는 보행 보조 장치와,
상기 각부를 직접적으로 또는 상기 보행 보조 장치를 통해, 상방이면서 또한 전방으로 인장하는 제1 인장 수단과,
상기 제1 인장 수단에 의한 인장력의 연직 상방 성분이 상기 보행 보조 장치의 중량을 저감시키도록 상기 제1 인장 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 보행 훈련 장치의 보행 훈련 방법이며,
상기 보행 보조 장치에 설치된 관절 각도 검출 수단, 또는 유저의 각부를 촬상하는 촬상 수단의 적어도 어느 하나에 의해 검출된 정보를 사용하여, 유저의 보행 동작에 있어서의 상기 각부의 전방으로의 스윙의 개시 시 또는 스윙되고 있는 기간에 있어서, 상기 제1 인장 수단에 상기 인장력에 더해서 추가의 인장력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 보행 훈련 방법.
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