測步器和行走輔助裝置的制造方法
【專利說明】測步器和行走輔助裝置
[0001]如下日本專利申請的內(nèi)容援引加入于此作為參考:2014年6月19日遞交的日本專利 2014-126168 號(hào)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種測步器、行走輔助裝置及測步程序。
【背景技術(shù)】
[0003]已知有搭載了加速度傳感器的測步器(例如，專利文獻(xiàn)1)。另外，也已知有可以測量步伐數(shù)的行走輔助裝置(例如，專利文獻(xiàn)2)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2010-71779號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本專利公開2012-205826號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題:
[0008]關(guān)于使用加速度傳感器的測步器，或者是檢測腳底接地的測步器，如果是身體健康的人使用則可以比較好地測定出步伐數(shù)，如果是步調(diào)不規(guī)則的人使用則無法正確地測定出步伐數(shù)。例如，對于正在使用行走輔助裝置進(jìn)行行走輔助的康復(fù)患者，則很難準(zhǔn)確地測定出其步伐數(shù)。
[0009]解決問題的方案:
[0010]本發(fā)明第一方式中的測步器包括:輸出表示使用者右股關(guān)節(jié)角度的右股關(guān)節(jié)角度信號(hào)的右角度傳感器、輸出表示使用者左股關(guān)節(jié)角度的左股關(guān)節(jié)角度信號(hào)的左角度傳感器、從右股關(guān)節(jié)信號(hào)和左股關(guān)節(jié)信號(hào)生成表示右股關(guān)節(jié)角度與左股關(guān)節(jié)角度的角度差的時(shí)序變化的角度差信號(hào)的生成部、以及基于在角度差信號(hào)上使用了至少兩個(gè)不同的濾波器后得到的各個(gè)濾波信號(hào)之差而生成的差分信號(hào)來計(jì)算使用者步伐數(shù)的運(yùn)算部。
[0011]本發(fā)明第二方式中的行走輔助裝置包括:為使用者的行走動(dòng)作給予輔助力的給予部、及上述測步器。
[0012]本發(fā)明第三方式中的測步程序使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下步驟:基于右角度傳感器所輸出的表示使用者右股關(guān)節(jié)角度的右股關(guān)節(jié)角度信號(hào)和左角度傳感器所輸出的表示使用者左股關(guān)節(jié)角度的左股關(guān)節(jié)角度信號(hào)，生成表示右股關(guān)節(jié)角度與左股關(guān)節(jié)角度的角度差的時(shí)序變化的角度差信號(hào)的步驟；以及基于對角度差信號(hào)使用了至少兩個(gè)不同的濾波器后得到的各個(gè)濾波信號(hào)之差而生成的差分信號(hào)來計(jì)算使用者步伐數(shù)的計(jì)算步驟。
[0013]另外，上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并未列舉出本發(fā)明的全部可能特征，所述特征組的子組合也有可能構(gòu)成發(fā)明。
【附圖說明】
[0014]圖1是說明行走輔助裝置使用狀況的說明圖。
[0015]圖2是行走輔助裝置的外觀立體圖。
[0016]圖3是說明使用者的動(dòng)作和旋轉(zhuǎn)角度的定義的說明圖。
[0017]圖4是說明構(gòu)成行走輔助裝置的各控制元件的元件框圖。
[0018]圖5是說明各種與測步相關(guān)的處理的功能框圖。
[0019]圖6(a)?圖6(f)是說明信號(hào)波形變化的說明圖。
[0020]圖7(a)?圖7(c)是說明典型的行走類型和各自的檢測信號(hào)的說明圖。
[0021 ] 圖8是表示測步處理整體流程的流程圖。
[0022]圖9是表示極值判定處理的流程的子流程圖。
[0023]圖10是表示行走模式判定處理的流程的子流程圖。
[0024]附圖標(biāo)記說明:
[0025]100行走輔助裝置、101啟動(dòng)按鈕、102電池、103腰部框架、104腰帶、121左馬達(dá)、122右馬達(dá)、131左角度傳感器、132右角度傳感器、141左大腿框架、142右大腿框架、151左大腿帶、152右大腿帶、201系統(tǒng)控制部、211操作部、212存儲(chǔ)器、213輸入輸出接口、221左控制電路、222右控制電路、230檢測部、231左檢測電路、232右檢測電路、301第一差分電路、310濾波部、311第一低通濾波器、312第二低通濾波器、313第二差分電路、314極值判定部、315行走模式判定部、316步伐數(shù)計(jì)數(shù)部、321左步伐數(shù)存儲(chǔ)器、322右步伐數(shù)存儲(chǔ)器、331左積分器、332右積分器、350運(yùn)算部、900使用者、901左大腿、902右大腿、910上身。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下通過發(fā)明實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行說明，但以下實(shí)施方式并非對權(quán)利要求書所涉及的發(fā)明進(jìn)行限定。并且，實(shí)施方式中說明的特征組合也并非全部為本發(fā)明的必要特征。
[0027]圖1是說明本實(shí)施方式所述行走輔助裝置100的使用狀況的說明圖。使用者900將行走輔助裝置100裝在腰部和腿部并加以固定。人類的行走動(dòng)作一般分為支撐腳的蹬出動(dòng)作和另外一只腳的踏出動(dòng)作，兩個(gè)動(dòng)作交替進(jìn)行。如圖所示，在右腳為支撐腳踏出左腳的情況下，行走輔助裝置100可以為右大腿902提供向后的輔助力，輔助其完成蹬出動(dòng)作，為左大腿901提供向前的輔助力，輔助其完成踏出動(dòng)作。相反，在左腳為支撐腳踏出右腳的情況下，行走輔助裝置100可以為左大腿901提供向后的輔助力，輔助其完成蹬出動(dòng)作，為右大腿902提供向前的輔助力，輔助其完成踏出動(dòng)作。像這樣，行走輔助裝置100通過反復(fù)地提供輔助動(dòng)作從而提供向前方向的推進(jìn)力，由此使用者900可以輕快地行走。
[0028]行走輔助裝置100不限于在身體健康的人身上使用。也可以在做步態(tài)恢復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)患者身上使用。例如，針對由中風(fēng)而導(dǎo)致偏癱的康復(fù)患者，在腳部踏出的邁步期，由于膝蓋彎曲角度下降導(dǎo)致其容易摔倒，這個(gè)時(shí)期也容易出現(xiàn)骨盤吊起等步態(tài)異常狀況。行走輔助裝置100可以通過輔助踏出來增加膝蓋的彎曲角度，因此對中風(fēng)的康復(fù)訓(xùn)練也同樣適用。因此，行走輔助裝置100可以順應(yīng)康復(fù)患者的狀態(tài)，在合適且早期的時(shí)候矯正患者的步態(tài)。從另外一個(gè)角度上來說，之前的康復(fù)處置需要理療人員支撐康復(fù)患者的腳部來進(jìn)行，而采用了行走輔助裝置100后則可減輕理療人員的體力勞動(dòng)。
[0029]更進(jìn)一步地說，行走輔助裝置100不僅可以適用于人類，在動(dòng)物、機(jī)械上也同樣適用。同時(shí)，行走輔助裝置100不僅可以提供輔助作用，還能提供抵抗作用。也就是說，行走輔助裝置100產(chǎn)生如下的抵抗力:對使用者900的踏出動(dòng)作給予向后的輔助力，對于蹬出動(dòng)作給予向前的輔助力。因此，行走輔助裝置100也可以作為運(yùn)動(dòng)員的肌肉增強(qiáng)訓(xùn)練器具使用。
[0030]在本實(shí)施方式中說明了輔助力提供輔助作用的情況。以下通過行走輔助裝置100進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0031]圖2是行走輔助裝置100的外觀立體圖。行走輔助裝置100含有安裝在使用者900的腰部背面到腰部側(cè)面的腰部框架103。腰部框架103由鋁等輕量合金、聚碳酸脂等樹月旨、碳纖維等高剛性材料形成。在腰部框架103的背面中央附近設(shè)置有啟動(dòng)按鈕101，使用者900按壓該按鈕即可啟動(dòng)行走輔助裝置100。并且，再次按壓該按鈕即可停止行走輔助裝置 100。
[0032]同時(shí)，腰部框架103的背面可裝卸地設(shè)置有為行走輔助裝置100提供電力的電池102。電池102可以使用具有20V左右的輸出電壓的鋰離子電池。
[0033]腰部框架103的兩端連接有腰帶104。腰帶104與腰部框架103共同圍繞著使用者900的腰部，在腹部面?zhèn)仍o。腰帶104由纖維材料等柔軟材料形成。通過這種方式，行走輔助裝置100利用腰部框架103和腰帶104穩(wěn)定地裝設(shè)在使用者900身上。
[0034]腰部框架103的腰部兩側(cè)面?zhèn)确謩e設(shè)置有左馬達(dá)121和右馬達(dá)122。左馬達(dá)121和右馬達(dá)122使用的是同一規(guī)格的馬達(dá)，例如可以使用具有最大扭矩為4N.m左右的輸出能力的直流(DC)馬達(dá)。左馬達(dá)121能夠使左大腿框架141相對于腰部框架103轉(zhuǎn)動(dòng)。左大腿框架141上設(shè)置有檢測左馬達(dá)121輸出轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的左角度傳感器131。同樣地，右馬達(dá)122能夠使右大腿框架142相對于腰部框架103轉(zhuǎn)動(dòng)。右大腿框架142上設(shè)置有檢測右馬達(dá)122輸出轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的右角度傳感器132。左角度傳感器131及右角度傳感器132可以使用旋轉(zhuǎn)編碼器等。
[0035]左大腿框架141及右大腿框架142與腰部框架103 —樣，由鋁等輕量合金、聚碳酸脂等樹脂、碳纖維等高剛性材料形成。在左大腿框架141的與左馬達(dá)121連接側(cè)相反的另一側(cè)安裝有左大腿帶151。使用者900可以將左大腿帶151纏繞在左腳大腿部內(nèi)膝蓋附近并固定。同樣地，在右大腿框架142的與右馬達(dá)122連接側(cè)相反的另一側(cè)安裝有右大腿帶152。使用者900可以將右大腿帶152纏繞在右腳大腿部內(nèi)膝蓋附近并固定。左大腿帶151及右大腿帶152由纖維材料等柔軟材料形成。
[0036]通過這種方式構(gòu)成的行走輔助裝置100在左馬達(dá)121沒有通電的情況下，左角度傳感器131可以測定出在使用者900自力行走動(dòng)作下的左大腿901的旋轉(zhuǎn)角度。在左馬達(dá)121通電并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，左馬達(dá)121使左大腿框架141向踏出方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由此可以為左腳的大腿部提供向前的抬腳輔助力。在左馬達(dá)121通電并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，左馬達(dá)121使左大腿框架141向蹬出方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由此可以為左腳的大腿部提供向后的壓腳輔助力。左角度傳感器13