(57)【要約】【課題】コスト上昇やロジックの複雑化を抑制しつつ膝折れ動作を検出する。【解決手段】膝関節部で回動する回動部を有し、脚部において少なくとも膝関節部に装着される歩行状態検出装置であって、回動部において膝関節部にかかる膝関節トルクを検出する第１の検出手段１１と、脚部の姿勢に応じた値を検出する第２の検出手段１２と、予め設定した第１の検出手段１１用の閾値に対して、第１の検出手段１１により検出した前記膝関節トルクを比較した結果と、予め設定した第２の検出手段１２用の閾値に対して、第２の検出手段１２により検出した脚部の姿勢に応じた値を比較した結果と、を少なくとも含む複数の結果の組み合わせに応じて、１歩行サイクル期間に含まれる歩行状態と膝折れ状態を検出する演算部１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膝関節部で回動する回動部を有し、脚部において少なくとも前記膝関節部に装着される歩行状態検出装置であって、
前記回動部において前記膝関節部にかかる膝関節トルクを検出する第１の検出手段と、
前記脚部の姿勢に応じた値を検出する第２の検出手段と、
予め設定した第１の検出手段用の閾値に対して、前記第１の検出手段により検出した前記膝関節トルクを比較した結果と、予め設定した第２の検出手段用の閾値に対して、前記第２の検出手段により検出した前記脚部の姿勢に応じた値を比較した結果と、を少なくとも含む複数の結果の組み合わせに応じて、１歩行サイクル期間に含まれる歩行状態と膝折れ状態を検出する演算部と、を備える、
歩行状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行訓練を行う際に、歩行訓練装置を用いて患者の歩行をアシストすることが行われている。歩行訓練装置は、脚に体重が乗っているときには膝折れを支え、脚を振り上げるときにはその動作を阻害しないようにアクチュエータを起動することができる。なお、この膝折れを支える間を補助期、動作を阻害しない状態の間をフリー期とする。
【０００３】
このアシストの補助期とフリー期の切替期は、足裏の接地期と微妙に異なることが知られている。そのため、足裏センサではなく、脚の姿勢信号を複数検出し、この検出結果をあらかじめ設定した閾値と比較することによって、切替期を設定する手法が知られている。
【０００４】
このような分野の技術として、特開２０１３−１２３５３２号公報がある。この公報に記載された歩行状態検出装置では、脚部に取り付けられたセンサを用いて、１歩行サイクル期間に含まれる歩行状態を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２３５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の方向訓練装置では、歩行訓練者に対して補助期である動作と、フリー期である動作を想定しているが、膝折れ動作を起こす状況を想定しているものではない。また、歩行訓練者の膝折れを検出するためにセンサを追加すると、コストの上昇やロジックの複雑化が想定される。
本発明は、コスト上昇やロジックの複雑化を抑制しつつ、膝折れ動作の検出が可能である歩行状態検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる歩行状態検出装置は、膝関節部で回動する回動部を有し、脚部において少なくとも前記膝関節部に装着される歩行状態検出装置であって、前記回動部において前記膝関節にかかる膝関節トルクを検出する第１の検出手段と、前記脚部の姿勢に応じた値を検出する第２の検出手段と、予め設定した第１の検出手段用の閾値に対して、前記第１の検出手段により検出した前記膝関節トルクを比較した結果と、予め設定した第２の検出手段用の閾値に対して、前記第２の検出手段により検出した前記脚部の姿勢に応じた値を比較した結果と、を少なくとも含む複数の結果の組み合わせに応じて、１歩行サイクル期間に含まれる歩行状態と膝折れ状態を検出する演算部と、を備える。
これにより、第１の検出手段と第２の検出手段の検出結果の組み合わせにより、膝折れ状態を含めた歩行状態を検出することができる。
【発明の効果】
【０００８】
これにより、コスト上昇やロジックの複雑化を抑制しつつ、膝折れ動作を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】歩行状態検出装置の構成を示す図である。
【図２】歩行者の歩行状態を示した図である。
【図３】第１及び第２のセンサで取得される値とアシスト状態の関係を示した図である。
【図４】下腿の角度を示す図である。
【図５】歩行状態を判定するフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、歩行状態検出装置１は、膝関節のトルク（以下、膝関節トルク）を検出する第１のセンサ（第１の検出手段）１１と、脚の姿勢を検出する第２のセンサ（第２の検出手段）１２と、第１のセンサ１１及び第２のセンサを歩行訓練者の脚部に搭載させるウェアラブル装置１３と、第１のセンサ１１及び第２のセンサ１２のセンサデータを演算処理し、アシスト状態の切り替え判定を行う演算部１４と、を備える。なお、ウェアラブル装置１３は、歩行訓練者の膝関節部で回動する回動部を有し、脚部において少なくとも膝関節部に装着されるものとして説明する。
【００１１】
ここで、図２に示すように、歩行訓練者の歩行状態は、Initial Contact、Lodaing Response、Mid Stance、Terminal Stance、Pre Swing、Initial swingと変化していくものとして説明する。なお健脚を基準として、Lodaing ResponseからTerminal Stanceまでの状態では、脚の振り上げを阻害しないフリー期とし、Pre SwingとInitial Swingでは、膝折れを支える補助期とする。膝折れ期では、補助期から膝折れ状態に移行するものとする。ウェアラブル装置１３を装着した患脚を基準に見た場合には、Pre SwingとInitial Swingのときがフリー期、Lodaing Resonseからterminal Stanceまでが補助期となる。
【００１２】
図３は、第１のセンサ１１及び第２のセンサにより取得される値が、歩行訓練者の歩行状態に応じてどのような値となるかを示した一例である。なお図３では、一例として、演算部１４に予め記憶されている第１のセンサ用の閾値と、第２のセンサ用の閾値と、誤判定を除去するために設定した閾値と、が設定された状態を示している。
【００１３】
第１のセンサ１１は、例えば回動部に設けられ、膝関節にかかる膝関節トルクＴを検出するトルクセンサである。第１のセンサ１１は、検出した膝関節トルクの値を、演算部１４に出力する。
【００１４】
第２のセンサ１２は、脚の姿勢を検出するセンサである。例えば図４に示すように、第２のセンサ１２は、歩行訓練者の膝関節の位置から地面に向けて下ろした垂線を基準として、下腿部が傾いている角度θを検出する。なお、歩行状態検出装置１では、この角度θが脚の姿勢を示しているものとして扱う。第２のセンサ１２は、検出した下腿部の姿勢を表す角度θの値を、演算部１４に出力する。
【００１５】
ウェアラブル装置１３は、第１のセンサ１１と第２のセンサ１２と、を歩行訓練者の脚部に搭載させて固定する。なお例えば、ウェアラブル装置１３に搭載された回動部が膝関節部近傍に配置されており、この回動部の動作状態が、演算部１４の演算結果に応じて変化することにより、歩行訓練者に対するアシスト状態を変更することができる。
【００１６】
演算部１４は、第１のセンサ１１と、第２のセンサ１２と、から入力された値の演算処理を行い、ウェアラブル装置１３の回動部のアシスト状態の切り替え判定を行う。演算部１４では、予め、第１のセンサ１１で取得した値に対して比較判定を行うための第１のセンサ用の閾値と、第２のセンサ１２で取得した値に対して比較判定を行うための第２のセンサ用の閾値と、が記憶されている。
【００１７】
ここで演算部１４が記憶している第１のセンサ用の閾値は、膝折れ状態を検出するトルク閾値T_Thrである。具体的には、予め歩行者が歩容を実行する際に膝関節部のトルクをモニタし、その最大値以上の値を、膝折れ状態を検出するためのトルク閾値T_Thrとして設定する。
【００１８】
さらに、演算部１４が記憶している第２のセンサ用の閾値は、補助期になる閾値SW2ST_thrと、補助期になる直前の閾値SWflag_thrと、フリー期になる閾値ST2SW_thrと、フリー期になる直前の閾値SWflag_thrである。具体的には、予め歩行者が歩容を実行し、その歩容状態からフリー期及び補助期となるタイミングに応じて、これらの第２のセンサ用の閾値を設定する。さらに演算部１４では、この第２のセンサ用の閾値から、チャタリングによる誤判定を除去する誤判定除去フラグ閾値を設定する。
【００１９】
なお図３に示すように、誤判定除去フラグ閾値は、補助期に移行したと判定するための閾値が、フリー期に移行したと判定する閾値に対して近い値で設定された場合に、チャタリング等に起因して誤判定が発生することを抑制するように設定される。また、誤判定除去フラグ閾値についてはこの設定に限られるものではなく、他の誤判定を除去するために、複数の誤判定除去フラグ閾値が設定されてもよい。
【００２０】
さらに演算部１４では、歩行訓練者の歩行状態ｓｔを記憶する。言い換えると、演算部１４では、歩行訓練者の歩行状態ｓｔにあわせてアシスト状態を変更する判定を行うが、現在のアシスト状態の変更を行うために、直前に判定されたアシスト状態の判定を行った際の歩行状態ｓｔを記憶しているものとする。例えば、フリー期の初期では歩行状態ｓｔを１とし、フリー期の後期では歩行状態ｓｔを２とし、補助期の初期では歩行状態ｓｔを３とし、補助期の後期では歩行状態ｓｔを４とする。なお後述するように、現在の歩行状態ｓｔが３又は４の場合に、膝折れ状態と判定される場合があるものとする。
【００２１】
次に図５を参照して、歩行状態検出装置１が、フリー期であるか、補助期であるか、膝折れ状態であるかの判定を行い、アシスト状態を切り替える方法について説明する
【００２２】
第１のセンサ１１及び第２のセンサ１２により、歩行訓練者の状態を取得する（Ｓ１）。すなわち、第１のセンサ１１により、膝関節にかかるトルクである膝関節トルクＴを取得する。また、第２のセンサ１２により、下腿部が傾いている角度θを取得する。膝関節トルクＴ及び角度θの情報は、それぞれ、演算部１４に入力される。
【００２３】
演算部１４は、信号処理を行う（Ｓ２）。例えば、膝関節トルクＴ及び角度θには、ノイズ等により異常値が記録される場合があり、これらの取得した値を時刻に沿って連続的に並べた場合に高周波成分となってあらわれる。したがって演算部１４では、高周波成分を除去する信号処理を行う。
【００２４】
演算部１４では、直前に判定された歩行状態ｓｔを確認する（Ｓ３）。歩行状態ｓｔが１であればＳ１１に進み、歩行状態ｓｔが２であればＳ２１に進み、歩行状態ｓｔが３であればＳ３１に進み、歩行状態ｓｔが４であればＳ４１に進む。
【００２５】
直前の歩行状態ｓｔが１である場合には、角度θが、補助期になる直前の閾値STflag_thrを跨いだか否かを判定する（Ｓ１１）。角度θが閾値STflag_thrを跨いでいなければ（Ｓ１１でＮｏ）、現在の歩行状態ｓｔを１のままとし（Ｓ１２）、フリー期であるもの判定する（Ｓ１３）。角度θが閾値STflag_thrを跨いでいれば（Ｓ１１でＹｅｓ）、現在の歩行状態ｓｔを２に変更し（Ｓ１４）、フリー期であるものと判定する（Ｓ１５）。
【００２６】
直前の歩行状態ｓｔが２である場合には、角度θが、フリー期になる閾値ST2SW_thrを跨いだか否かを判定する（Ｓ２１）。角度θが閾値ST2SW_thrを跨いでいなければ（Ｓ２１でＮｏ）、現在の歩行状態ｓｔを２のままとし（Ｓ２２）、フリー期であるもの判定する（Ｓ２３）。角度θが閾値ST2SW_thrを跨いでいれば（Ｓ２１でＹｅｓ）、現在の歩行状態ｓｔを３に変更し（Ｓ２４）、膝関節トルクＴが、膝折れ状態を検出するトルク閾値T_Thrを越えるか否かを判定する（Ｓ２５）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていなければ（Ｓ２５でＮｏ）、補助期であるものと判定する（Ｓ２６）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていれば（Ｓ２５でＹｅｓ）、膝折れ状態であると判定する（Ｓ２７）。
【００２７】
なお、Ｓ２１の処理が開始する際には、直前に判定された歩行状態ｓｔは２であってフリー期であるが、Ｓ２４において歩行状態ｓｔが補助期を示す３に変更された後に、Ｓ２７において膝折れ状態であると判定している。したがって、補助期と判定されている状態において、膝折れ状態と判定されるものとして扱うことができる。
【００２８】
直前の歩行状態ｓｔが３である場合には、角度θが、フリー期になる直前の閾値STflag_thrを跨いだか否かを判定する（Ｓ３１）。角度θが閾値STflag_thrを跨いでいなければ（Ｓ３１でＮｏ）、現在の歩行状態ｓｔを３のままとし（Ｓ３２）、膝関節トルクＴが、膝折れ状態を検出するトルク閾値T_Thrを越えるか否かを判定する（Ｓ３３）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていなければ（Ｓ３３でＮｏ）、補助期であるものと判定する（Ｓ３４）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていれば（Ｓ３３でＹｅｓ）、膝折れ状態であると判定する（Ｓ３５）。
【００２９】
角度θが閾値STflag_thrを跨いでいれば（Ｓ３１でＹｅｓ）、現在の歩行状態ｓｔを４に変更し（Ｓ３６）、膝関節トルクＴが、膝折れ状態を検出するトルク閾値T_Thrを越えるか否かを判定する（Ｓ３７）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていなければ（Ｓ３７でＮｏ）、補助期であるものと判定する（Ｓ３８）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていれば（Ｓ３７でＹｅｓ）、膝折れ状態であると判定する（Ｓ３９）。
【００３０】
直前の歩行状態ｓｔが４である場合には、角度θが、補助期になる閾値SW2ST_thrを跨いだか否かを判定する（Ｓ４１）。角度θが閾値SW2ST_thrを跨いでいなければ（Ｓ４１でＮｏ）、現在の歩行状態ｓｔを４のままとし（Ｓ４２）、膝関節トルクＴが、膝折れ状態を検出するトルク閾値T_Thrを越えるか否かを判定する（Ｓ４３）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていなければ（Ｓ４３でＮｏ）、補助期であるものと判定する（Ｓ４４）。膝関節トルクＴがトルク閾値T_Thrを越えていれば（Ｓ４３でＹｅｓ）、膝折れ状態であると判定する（Ｓ４５）。
【００３１】
角度θが閾値SW2ST_thrを跨いでいれば（Ｓ４１でＹｅｓ）、現在の歩行状態ｓｔを１に変更し（Ｓ４６）、フリー期であると判定する（Ｓ４７）。
【００３２】
このようにして、閾値を跨いだときに歩行状態ｓｔの値を変更しながら、補助期において膝折れ状態となったか否かを判定することができる。また、第１のセンサ１１により検出された膝関節トルクＴが膝折れ状態を検出するための閾値を超えたか否かと、第２の検出手段１２により検出された値が所定の閾値を跨いだか否かと、に基づいて、歩行状態を判定し、アシスト状態を変更することができる。
【００３３】
フリー期と補助期を判定するためのセンサを用い、センサを増設することなく膝折れ状態を判定することができることから、コストを低減することができる。また、フリー期と補助期の切り替え判定を角度θにより行い、膝折れ状態の判定を膝関節トルクＴにより行うという２段階での判定処理であるため、アシスト状態を変更するロジックは直感的にわかりやすいものといえる。
【００３４】
以上のことから、歩行状態検出装置１では、１歩行サイクル期間に含まれるだけでなく、膝折れ状態も簡易な構成で検出することができる。
【００３５】
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。
【００３６】
例えば、膝関節トルクＴを検出することに代えて、ウェアラブル装置１３にダンパー機構を搭載しておき、ダンパー内の圧力を判定することによって、膝折れ状態を判定することとしてもよい。
【００３７】
また、膝関節トルクＴの検出として、第１のセンサ１１を用いることに代えて、ウェアラブル装置１３のフレーム歪みを検出することとしてもよい。
【００３８】
また、膝関節トルクＴを検出するために、ウェアラブル装置１３に、第１のセンサ１１としてロードセルを搭載することとしてもよい。
【００３９】
また、第２のセンサ１２による脚の姿勢の検出は、下腿部の状態を検出することによって行うことに限られず、大腿部の状態を検出することによって行うこととしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１            歩行状態検出装置
１１            第１のセンサ（第１の検出手段）
１２            第２のセンサ（第２の検出手段）
１３            ウェアラブル装置
１４            演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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