步行輔助裝置及步行輔助方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輔助、改善人類的步行運動的技術。
【背景技術】
[0002]為對步行運動有障礙的高齡者或殘疾人、傷病患者的步行運動進行輔助、或者通過康復使其改善，采用步行輔助裝置。以往，作為對步行進行輔助、改善的方法，有直接輔助腿部運動的方法。具體來說，已提出有通過義足或助力機器人(促動器，actuator)等，對腿部運動直接、力學地介入的方法。作為輔助、改善步行的另一方法，已提出有通過計測步行的節律、并對步行者給予與步行協調控制的節律刺激，來間接地輔助腿部運動的方法等(例如參照專利文獻I?3)。
[0003][在先技術文獻]
[0004][專利文獻]
[0005][專利文獻I]日本特開號公報
[0006][專利文獻2]日本特開號公報
[0007][專利文獻3]日本特開號公報

【發明內容】

[0008]〔發明所要解決的課題〕
[0009]然而，若采用對腿部運動直接介入的方法，則由于是從外部對腿部進行力學地作用來促進步行運動的，故存在在事故發生時會引發摔倒等安全性上的問題。另外，由于要強制性地使步行存在障礙或問題的步行者的腿部運動，故也有時會給步行者帶來痛苦。此外，若步行者習慣于被步行輔助裝置助力的狀態，則還有可能導致腿部的運動能力退化，反而在沒有步行輔助裝置時無法步行了，從學習效果的觀點來說也還存在問題。
[0010]本發明是鑒于這樣的狀況而研發的，其一個方案的例示性目的之一在于，提供一種能改善以往的步行輔助方法的至少一個問題點的步行輔助裝置。
[0011]〔用于解決課題的手段〕
[0012]本發明的一個方案涉及步行輔助裝置。步行輔助裝置包括:測定步行者的步行信息的測定部；根據測定部所測定的步行信息，對步行者的臂部進行作用的穿戴設備。
[0013]本發明人認識到在步行運動時，腿部運動和臂部運動是介由大腦相互密切關聯的。通過該方案，并非介入腿部運動，而是介入與大腦相關聯的臂部運動，從而能從內部改善步行運動。由此，與直接介入腿部運動時相比，能實現安全性的改善、對步行者的痛苦的降低、運動能力下降的抑制、以及學習效果中的至少一者。
[0014]所謂“步行信息”，是指與步行相關的信息，可包括(i)表示臂部或腿、胸部、腰部、腹部、頸部、頭部、重心等各部位的軌跡的信息、(ii)表示步行時的姿勢的信息、(iii)臂部揮動運動的頻率、腿的運動的頻率、它們的相位關系等與步行的節律相關聯的信息。另外，在本說明書中，“臂部”表示從肩到指尖的部位。
[0015]穿戴設備可以被構成為能根據測定部的測定結果調節步行者的肘關節的彎曲角。穿戴設備可以被構成為能根據測定部的測定結果限制步行者的肘關節的可動范圍。
[0016]通過使肘關節的彎曲角變化，能改變臂部的慣性力矩，能控制步行運動的姿勢。
[0017]穿戴設備可以被構成為能根據測定部的測定結果調節步行者的肩關節的角度。穿戴設備可以被構成為能根據測定部的測定結果限制步行者的肩關節的可動范圍。
[0018]穿戴設備可以被構成為能與步行運動相協調地控制肘關節的彎曲角。穿戴設備可以被構成為能與步行運動相協調地控制肩關節的彎曲角。
[0019]測定部可以包含被裝配于步行者的腰部或腹部的傳感器。步行信息可以包括腰部或腹部的軌跡。
[0020]穿戴設備可以被調節使得軌跡變得左右對稱。
[0021]此外，將以上構成要素任意組合、或者將本發明的表現形式在方法、裝置等間變換后的實施方式，作為本發明的方案也是有效的。
[0022]〔發明效果〕
[0023]通過本發明的一個方案，能實現安全性的改善、給步行者帶來的痛苦的減少、運動能力的下降的抑制、以及學習效果中的至少一者。
【附圖說明】
[0024]圖1是表示實施方式的步行輔助裝置的圖。
[0025]圖2是表示由測定部測定的、步行者的腰部的軌跡的圖。
[0026]圖3的(a)、(b)是表示穿戴設備的圖。
[0027]圖4的(a)、(b)是表示沒有穿戴設備的拘束的狀態、和僅對右肘用穿戴設備進行拘束的狀態下各自腰部的擺動軌跡的圖。
[0028]圖5的(a)、(b)是表示沒有穿戴設備的拘束的狀態、和對兩肘都用穿戴設備進行拘束的狀態下各自腰部的擺動軌跡的圖。
[0029]圖6的(a)是表示實驗對象的右膝關節被固定的樣子的圖；圖6的(b)是表示通過穿戴設備固定右膝關節的樣子的圖。
[0030]圖7的(a)?(C)是表示模擬的偏癱步行運動被步行輔助裝置改善的情況的圖。
【具體實施方式】
[0031]以下基于優選實施方式，參照【附圖說明】本發明。對各附圖所示的相同或等同的構成要素、部件、處理標注相同的標號，并適當省略重復的說明。此外，實施方式僅是例示，并非限定發明，并非實施方式所描述的所有特征及其組合都是發明的本質內容。
[0032]圖1是表示實施方式的步行輔助裝置2的圖。步行輔助裝置2對步行者(實驗對象)4的步行進行輔助。步行輔助裝置2以高齡者或殘疾人、傷病患者等不能隨心地進行自由步行的步行者4為對象。
[0033]步行輔助裝置2主要具備測定部10及穿戴設備20。測定部10測定步行者4的步行信息。測定部10例如可采用專利文獻I所記載的步態評價系統。測定部10包括加速度傳感器12及計算機(也稱控制部)14。加速度傳感器12被裝配于步行者4的腰部或者腹部，輸出表示步行者的左右方向(X軸)、鉛直方向(y軸)、行進方向(前后方向、z軸)各自的加速度的數據SI。計算機14對來自加速度傳感器12的數據SI進行信號處理，生成表示步行信息的數據(以下稱作步行信息數據)S2。在本實施方式中，步行信息數據S2是表示步行者4的三維的腰或者腹部的運動軌跡的數據。
[0034]圖2是表示由測定部10測定的步行者4的腰部的軌跡的圖。圖2的4a表示右腿的腳跟接地的狀態，4b表示接下來左腿腳跟接地的狀態，4c表示接下來右腿腳跟接地的狀態。人類的步行動作可以理解為從右腿腳跟接地起至左腿腳跟接地的第I期間Tl (4a?4b)、和從左腿腳跟接地起至右腿腳跟接地的第2期間T2(4b?4c)的反復。
[0035]例如測定部10可以取得將圖2所示的腰部的運動投影到XY平面上的軌跡(以下稱作擺動軌跡)作為步行信息數據S2。或者，也可以取得XYZ空間上的軌跡作為步行信息數據S2，還可以取得包含時間軸的四維空間上的軌跡作為步行信息數據S2，還可以取得包含投影到XY平面上的坐標和時間軸的三維空間上的軌跡作為步行信息數據S2。
[0036]回到圖1。計算機14生成用于控制穿戴設備20的控制信息S3，使得步行者4的腰或者腹部的擺動軌跡趨近于理想的步行狀態下的擺動軌跡(稱作目標軌跡)。控制信息S3可包括穿戴設備20應作用于右臂部、左臂部的哪一者，應怎樣作用，應怎樣程度地作用，什么時候作用等信息。
[0037]穿戴設備20被裝配于步行者4的臂部6，根據測定部10的測定結果，對步行者4的臂部6進行作用。本發明人研宄后發現，臂部運動與腿部運動密切關聯，若對臂部運動進行作用，則并不僅僅是所作用的臂部運動，對步行運動整體都會有影響。因此，穿戴設備20只要被構成使得對步行信息、更具體來說對測定部10所測定的數據SI產生某種影響即可，關于給予臂部6的作用，并不特別限定。
[0038]所謂臂部6，是指從肩部到指尖的部分，所謂“對臂部6進行作用”，具體來說包括對臂部的關節、即肩關節、肘關節、手腕部的關節、指關節的任一者或者任意組合進行作用。另外，所謂對關節進行作用，包括將該關節的彎曲角控制成預定值、將關節的可動范圍限制到預定范圍、對關節運動給予阻抗(負荷)等。
[0039]在本實施方式中，穿戴設備20對步行者4的肘關節進行作用。圖3的(a)、(b)是表示穿戴設備20的圖。在本實施方式中，穿戴設備20對肘關節的彎曲角Θ進行作用。
[0040]例如穿戴設備20可以包括被固定于上臂部的第I部分22、被固定于前臂部的第2部分24、以及使第I部分22與第2部分24的距離L變化的調節部件26。調節部件26可以采用電動促動器來構成，進而還可以使得能基于計算機14所生成的控制信息S3，自動地控制彎曲角Θ。
[0041]或者，調節部件26也可以能通過手動來調節其長度L。此時，步行者4本身或者護理者可以基于計算機14所生成的控制信息S3，手動地改變彎曲角Θ。
[0042]需要說明的是，穿戴設備20的具體構成并不特別限定，只要能調節肘關節的角度Θ即可。
[0043]另外，穿戴設備20根據需要、具體來說基于計算機14所生成的控制信息S3，僅被裝配于步行者4的右臂部、僅被裝配于步行者4的左臂部、或者被裝配于步行者4的兩臂部。在被裝配于兩臂部的情況下，各肘關節的角度Θ1、ΘΓ可以是不同的。
[0044]以上是實施方式的步行輔助裝置2的構成。
[0045]本發明人為驗證步行輔助裝置2的有效性，進行了以下實驗。
[0046]在實驗中，以正常人為對象，分別針對沒有穿戴設備20的拘束的狀態、僅將右肘用穿戴設備20進行拘束的狀態、將兩肘都用穿戴設備20進行拘束的狀態測定了腰部的擺動軌跡。
[0047]圖4的(a)、(b)分別是表示沒有穿戴設備20的拘束的狀態和僅將右肘用穿戴設備20進行拘束的狀態下各自腰部的擺動軌跡的圖。軌跡中所示的圓圈標記表示接地點時的腰部的坐標。
[0048]將圖4的(a)和(b)的軌跡進行比較可知，通過固定右肘的角度ΘΓ，左右方向的振幅變小了，且右側最下點(右腿接地點)的高度變高，左右腿的運動發生了非對稱性。
[0049]圖5的(a)、(b)分別是表示沒有穿戴設備20的拘束的狀態和將兩肘用穿戴設備20拘束的狀態下各自腰部的擺動軌跡的圖。將圖5的(a)和(b)的軌跡比較可知，通過分別固定兩肘的彎曲角Θ1、Θγ，左右方向的振幅與圖4的(b)的僅固定右肘時相比進一步變小了。
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