JP6168488B2 - Body motion detection device and electrical stimulation device including the same - Google Patents
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Description
本発明は、主に歩行状態を検出する体動検出装置及び該体動検出装置を用いた電気刺激装置に関するものである。 The present invention relates to a body motion detection device that mainly detects a walking state and an electrical stimulation device using the body motion detection device.
従来、体動検出装置として、例えば、使用者の身体に装着した加速度センサ等の検出部からの出力信号に基づいて歩行状態を検出するものがある(例えば、特許文献1参照)。そして、体動検出装置により検出された歩行状態に基づいて、例えば、左右脚の動作等の使用者の身体のバランスの評価や、検出された歩行状態に応じた物理刺激の付与などが行われる。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a body motion detection device, for example, there is a device that detects a walking state based on an output signal from a detection unit such as an acceleration sensor worn on a user's body (see, for example, Patent Document 1). Then, based on the walking state detected by the body motion detection device, for example, evaluation of the balance of the user's body, such as movement of the left and right legs, and application of physical stimulation according to the detected walking state are performed. .
ところで、上記した体動検出装置では、評価をより適切に行うために動作の詳細を検出できる装置が望まれている。そこで、例えば、人体の一方の脚に装着されたセンサの検出結果に基づいて、一方の脚の動作状態の判別を行うことも検討されている。しかし、歩行状態等の人体の動作を検出するにあたり、これだけの情報から判別精度を上げることにはそもそも無理がある。 By the way, in the above-described body motion detection device, a device capable of detecting the details of the operation is desired in order to perform evaluation more appropriately. Therefore, for example, it has been studied to determine the operating state of one leg based on the detection result of a sensor attached to one leg of a human body. However, in detecting the movement of the human body such as the walking state, it is impossible to increase the discrimination accuracy from this information.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、歩行状態を詳細に検出可能な体動検出装置及び該体動検出装置を用いた電気刺激装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a body motion detection device capable of detecting a walking state in detail and an electrical stimulation device using the body motion detection device. It is in.
上記課題を解決するために、本発明の体動検出装置は、人体の対称な動作の中心となる面である基準面に対して対称な位置に設けられ、人体の関節を跨ぐ部位に装着された複数のセンサを有して人体の体動を検出する検出部と、該検出部の出力信号に基づいて人体の歩行動作を判別する判別部と、前記複数のセンサが設けられた装着部と、を備えた装置であって、前記装着部は、大腿部に取り付けられる大腿装着部と、下腿部に取り付けられる下腿装着部と、前記大腿装着部及び前記下腿装着部を互いに連結する連結部と、を有し、前記判別部は、前記複数のセンサの出力信号を組み合わせることによって、1歩行周期における立脚期および複数の遊脚期を判別する。 In order to solve the above-described problems, the body motion detection device of the present invention is provided at a position symmetrical to a reference plane, which is a plane that is the center of the symmetric motion of the human body, and is attached to a part straddling the joint of the human body. A detection unit that detects a human body movement with a plurality of sensors, a determination unit that determines a walking motion of a human body based on an output signal of the detection unit, and a mounting unit provided with the plurality of sensors The mounting part includes a thigh attachment part attached to the thigh, a crus attachment part attached to the crus, and a connection for connecting the thigh attachment part and the crus attachment part to each other And the discriminating unit discriminates the stance phase and the plurality of swing leg phases in one walking cycle by combining the output signals of the plurality of sensors.
この体動検出装置においては、前記大腿装着部に設けられた前記センサは加速度センサであり、前記下腿装着部に設けられた前記センサは角速度センサであることが好ましい。
この体動検出装置においては、前記大腿装着部は、膝側部分に形成された凹部を有し、前記下腿装着部は、膝側部分に形成された凹部を有し、前記装着部は、前記大腿装着部の凹部、前記下腿装着部の凹部及び前記連結部により囲まれる装着孔を有することが好ましい。
In this body motion detection device, it is preferable that the sensor provided in the thigh wearing part is an acceleration sensor, and the sensor provided in the crus wearing part is an angular velocity sensor .
In this body motion detection device, the thigh attachment portion has a recess formed in the knee side portion, the crus attachment portion has a recess formed in the knee side portion, and the attachment portion It is preferable to have a mounting hole surrounded by a recess in the thigh mounting part, a recess in the crus mounting part and the connecting part .
この体動検出装置においては、前記基準面が、正面から見た人体を左右均等に分割する中心の面である正中面からなることが好ましい。 In this body movement detection device, it is preferable that the reference plane is a median plane that is a central plane that equally divides the human body viewed from the front .
この体動検出装置においては、前記基準面により分割された人体の一方に装着された1つ以上の前記センサの検出結果に基づいて人体の一方の脚の歩行動作判別を行う第1判別部と、前記基準面により分割された人体の他方に装着された1つ以上の前記センサの検出結果に基づいて人体の他方の脚の歩行動作判別を行う第2判別部と、をさらに備え、前記判別部は、前記第1判別部の判別結果を示す判別情報に前記第2判別部の判定結果を示す判別情報を加味して、人体の一方の脚の歩行動作を判別することが好ましい。 In this body motion detection device, a first determination unit that determines a walking motion of one leg of a human body based on detection results of one or more sensors attached to one of the human bodies divided by the reference plane A second discriminating unit that discriminates the walking motion of the other leg of the human body based on the detection result of one or more of the sensors attached to the other human body divided by the reference plane. The unit preferably discriminates the walking motion of one leg of the human body by adding discrimination information indicating the determination result of the second determination unit to determination information indicating the determination result of the first determination unit .
上記課題を解決するために、本発明の電気刺激装置は、人体に電気刺激を付与する電気刺激部と、人体の歩行動作に基づき前記電気刺激部を制御することにより人体に付与する電気刺激を制御する電気制御部とを備えた電気刺激装置であって、前記電気制御部は、体動検出装置により判定された前記人体の歩行動作に基づいて前記電気刺激の制御を行う。 In order to solve the above problems, an electrical stimulation device according to the present invention includes an electrical stimulation unit that applies electrical stimulation to a human body, and electrical stimulation that is applied to a human body by controlling the electrical stimulation unit based on walking motion of the human body. An electrical stimulation device including an electrical control unit to control, wherein the electrical control unit controls the electrical stimulation based on the walking motion of the human body determined by a body motion detection device.
(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
図1(a)に示すように、本実施形態の体動検出装置は、例えば使用者の大腿部及び膝部の物理量の変位を検出するセンサSL1,SL2,SR1,SR2を備える。そして、体動判定装置は、センサSL1,SL2,SR1,SR2の検出結果に基づいて使用者の歩行状態を検出するものである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1A, the body motion detection device of the present embodiment includes sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 that detect displacements of physical quantities of the user's thighs and knees, for example. And a body movement determination apparatus detects a user's walking state based on the detection result of sensor SL1, SL2, SR1, SR2.
図1(b)に示すように、体動検出装置10は、サポータ型の装置として使用者の左右の下肢に取り付けられる装着部11と、本体部12とを有する。なお、左右両足に取り付けられる体動検出装置10は、同一の構造であるため左足のみを図示して説明する。
As shown in FIG. 1B, the body
装着部11は、大腿部に取り付けられる大腿装着部21と、下腿部に取り付けられる下腿装着部22とを有している。また、装着部11は、大腿装着部21及び下腿装着部22を互いに連結する一対の連結部23a,23bとを有している。
The
図2に示すように、大腿装着部21は、大腿部の正面部分及び側面の一部を覆う大腿正面部24と、大腿正面部24の両端部分に形成された一対の大腿背面部25,26とを有している。大腿正面部24は、大腿部の形状に合わせて形成され膝側部分(図2において下端側)に凹部24aが形成されている。大腿背面部25,26は、大腿正面部24の両端から帯状に形成されて、各先端部25a,26aには接続部25b,26bが設けられている。接続部25b,26bは、例えばマジックテープ(登録商標)等の面ファスナーである。大腿装着部21は、各大腿背面部25,26の接続部25b,26bが大腿部の背面部分で互いに接続されて使用者の大腿部に装着される。
As shown in FIG. 2, the
下腿装着部22は、下腿部の正面部分及び側面の一部を覆う下腿正面部27と、下腿正面部27の両端部分(図2において左右両端)に形成された一対の下腿背面部28,29とを有している。下腿正面部27は、下腿部の形状に合わせて形成され膝側部分(図2において上端側)に凹部27aが形成されている。下腿背面部28,29は、下腿正面部27の両端から帯状に形成されて、各先端部28a,29aには接続部28b,29bが設けられている。接続部28b,29bは、例えばマジックテープ(登録商標)等の面ファスナーである。下腿装着部22は、各下腿背面部28,29の接続部28b,29bが下腿部の背面部分で互いに接続されて使用者の下腿部に装着される。
The
連結部23a,23bは、例えば伸縮性を有する部材から形成され、大腿装着部21及び下腿装着部22の左右両端部分をそれぞれ連結するように形成されている。連結部23a,23bにより一体化された装着部11には、大腿正面部24の凹部24a、下腿正面部27の凹部27a及び連結部23a,23bとで囲まれる装着孔31が形成される。体動検出装置10の装着時には、使用者の膝の正面部分がこの装着孔31から露出するようになっており、歩行動作の膝関節の曲げ動作が容易となる。
The connecting
大腿正面部24及び下腿正面部27には、略中央部分に挿入部32,33が設けられ、この挿入部32,33にはセンサSL1,SL2がそれぞれ配置されている。なお、右足においては、センサSL1,SL2と対称な位置にSR1,SR2がそれぞれ配置されている。大腿正面部24に設けられたセンサSL1,SR1は、例えば加速度センサである。下腿正面部27に設けられたセンサSL2,SR2は、例えば角速度センサである。例えば、センサSL1,SR1(加速度センサ)は、歩行動作において股関節を中心に回転する大腿部の加速度を出力する。また、例えば、センサSL2,SR2(角速度センサ)は、膝関節を中心に回転する下腿部の角速度を出力する。体動検出装置10は、このように構成されたセンサSL1,SL2(SR1,SR2)の出力信号を用いて歩行状態(膝関節の変位)を検出する。なお、センサSL1,SL2,SR1,SR2は、同じ種類のセンサを用いてもよい。また、各センサSL1,SL2,SR1,SR2は、ロータリーエンコーダ、ポテンショメータ、ゴニオメータ、加速度センサ、ジャイロセンサなどを用いてもよい。センサSL1,SL2,SR1,SR2は、接続ケーブル13を介して本体部12と電気的に接続されている。本体部12は、各種情報が表示される表示部43と、各種操作が行われる操作部44とを備えている。
The
図1(a)に示すように、左下股の上部に装着されるセンサSL1と右下股の上部に装着されるセンサSR1とは、基準面に対して対称な位置に配置される。基準面は、人体の対称的な動作の中心となる面である。詳述すると、基準面は、歩行方向から見た使用者の身体を左右均等に分割する身体の中心の面である正中面Oからなる。また、使用者の左下股の下部に装着されるセンサSL2と右下股の下部に装着されるセンサSR2とは、基準面に対して対称な位置に配置される。 As shown in FIG. 1A, the sensor SL1 attached to the upper part of the lower left crotch and the sensor SR1 attached to the upper part of the lower right crotch are arranged at positions symmetrical with respect to the reference plane. The reference plane is a plane that is the center of the symmetrical movement of the human body. More specifically, the reference plane is composed of a median plane O that is a plane of the center of the body that equally divides the user's body viewed from the walking direction. Further, the sensor SL2 attached to the lower part of the lower left crotch of the user and the sensor SR2 attached to the lower part of the lower right crotch are arranged symmetrically with respect to the reference plane.
左下股に装着された2つのセンサSL1,SL2は、使用者の左足の動作を検出する第1検出部SLを構成する。右下股に装着された2つのセンサSR1,SR2は、使用者の右足の動作を検出する第2検出部SRを構成する。なお、第1検出部SL,第2検出部SRによって、上記検出部が構成される。 The two sensors SL1 and SL2 mounted on the lower left crotch constitute a first detection unit SL that detects the movement of the user's left foot. The two sensors SR1 and SR2 attached to the lower right crotch constitute a second detection unit SR that detects the movement of the user's right foot. The first detection unit SL and the second detection unit SR constitute the detection unit.
図3に示すように、本体部12は、制御部41と、表示部43と、操作部44と、電源部45とを有する。
制御部41は、演算処理部46と、判別部47とを有している。演算処理部46は、センサSL1,SL2,SR1,SR2に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
The
センサSL1,SL2,SR1,SR2は、図4(a),(b)に示す立脚期及び遊脚期からなる1歩行周期の歩行動作を検出する。
図3に示すように、演算処理部46には、正中面Oにより分割された一方の領域の歩行動作の検出結果を示すセンサSL1の出力信号IL1,センサSL2の出力信号IL2が入力される。また、演算処理部46には、正中面Oにより分割された他方の領域の歩行動作の検出結果を示すセンサSR1の出力信号IR1,センサSR2の出力信号IR2が入力される。
Sensors SL1, SL2, SR1 and SR2 detect the walking motion of one walking cycle consisting of the stance phase and the free leg phase shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, the output signal IL1 of the sensor SL1 and the output signal IL2 of the sensor SL2 indicating the detection result of the walking motion of one region divided by the median plane O are input to the
演算処理部46は、入力された出力信号IL1,IL2,IR1,IR2に対して信号処理を行う。演算処理部46は、信号処理として、例えば、高周波成分等のノイス゛の除去、移動平均値の算出及び周波数解析などを行う。
The
演算処理部46は、正中面Oに対称なセンサSL1,SL2の出力信号IL1,IL2とセンサSR1,SR2の出力信号IR1,IR2とを組み合わせる処理を行う。演算処理部46は、組み合わせる処理として、例えば、出力信号IL1と出力信号IR1との減算処理(IL1−IR1)や加算処理(IL1+IR1)を実行する。演算処理部46は、組み合わせる処理として、例えば、出力信号IL2と出力信号IR2との減算処理(IL2−IR2)や加算処理(IL2+IR2)を実行する。
The
また、例えば、演算処理部46は、出力信号IL1,IL2,IR1,IR2を、以下の式(1)に基づき組み合わせることにより、信号Z1を生成する。
Z1=aX1+bX2+cX3+dX4+…+C
なお、変数X1〜X4には、出力信号IL1,IL2,IR1,IR2が代入される。また、変数X1〜X4には、第1検出部SLの出力信号IL1,IL2と第2検出部SRの出力信号IR1,IR2とが組み合わされた値等が代入される。また、変数X1〜X4の値は、各判別区間H1a〜H1cにおける出力信号IL1,IL2,IR1,IR2の特徴的な値である。この特徴的な値とは、例えば、移動平均値、微分値、他の特徴的な値と所定の演算を施して算出される値(例えば、X1−X4,X1+X2)などの連続的に得られる値である。また、判別式Z1は、各判別区間H2a〜H2dにおいて設定値(係数a〜d)が変更される。
In addition, for example, the
Z1 = aX1 + bX2 + cX3 + dX4 + ... + C
Note that the output signals IL1, IL2, IR1, and IR2 are substituted into the variables X1 to X4. Further, a value obtained by combining the output signals IL1 and IL2 of the first detection unit SL and the output signals IR1 and IR2 of the second detection unit SR is substituted into the variables X1 to X4. Further, the values of the variables X1 to X4 are characteristic values of the output signals IL1, IL2, IR1, and IR2 in the respective determination sections H1a to H1c. This characteristic value is continuously obtained, for example, a moving average value, a differential value, or a value calculated by performing a predetermined calculation with another characteristic value (for example, X1-X4, X1 + X2). Value. In addition, the discriminant Z1 is changed in set values (coefficients a to d) in the respective discrimination sections H2a to H2d.
係数a〜d及び定数Cの値は、例えば、多変数解析手法の1手法である判別分析法を用いて設定される。例えば、複数の被験者に対して事前に歩行テストを行って、各判別区間H1a〜H1cにおける変数X1〜X4を算出する。 The values of the coefficients a to d and the constant C are set using, for example, a discriminant analysis method that is one of the multivariable analysis methods. For example, a walking test is performed on a plurality of subjects in advance, and the variables X1 to X4 in the respective discrimination sections H1a to H1c are calculated.
この歩行テストにおける判別区間H1a〜H1cの検出には、例えば、センサSL1,SL2,SR1,SR2の他に別のセンサ(圧力センサ)が用いられる。そして、判別分析法に基づいて算出された判別式Z1に変数X1〜X4が代入されて、一つのグラフに全判別区間H1a〜H1cの特徴的な値が表される(グループ化される)。係数a〜dは、上記した判別式Z1が、このグラフにおいてグループ化された各判別区間H1a〜H1cの特徴的な値の境界を示すように設定される。つまり、判別区間H1a〜H1cが異なる場合に、異なる値の係数a〜dが設定される。なお、定数Cは、判別式Z1の値を調整する値である。このように設定された判別式Z1は、各判別区間H1a〜H1cの境界において所定の値(例えば、Z1=0)となる。 For example, another sensor (pressure sensor) is used in addition to the sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 to detect the discrimination sections H1a to H1c in the walking test. Then, the variables X1 to X4 are substituted into the discriminant Z1 calculated based on the discriminant analysis method, and characteristic values of all the discriminant sections H1a to H1c are represented (grouped) in one graph. The coefficients a to d are set so that the above-described discriminant Z1 indicates the characteristic value boundaries of the respective discrimination sections H1a to H1c grouped in this graph. That is, when the determination sections H1a to H1c are different, different values of coefficients a to d are set. The constant C is a value for adjusting the value of the discriminant Z1. The discriminant Z1 set in this way has a predetermined value (for example, Z1 = 0) at the boundary between the discriminant sections H1a to H1c.
比較部49は、各判別区間で異なる閾値で、Z1が閾値より大きい、又は小さいかで、演算処理部46により演算された信号の値がどの区間に属しているかを判定する。
演算処理部46は、処理結果を判別部47に出力する。また、演算処理部46は、組み合わせ処理を行う前の出力信号IL1,IL2,IR1,IR2も判別部47に出力する。
The
The
判別部47は、比較部49と、論理演算部50とを有する。判別部47は、比較部49及び論理演算部50を用いて、演算処理部46により処理された出力信号IL1,IL2,IR1,IR2等に対する判定を行う。これにより、判別部47は、図3に示した1歩行周期(立脚期及び遊脚期)の歩行動作から、図5示す複数の判別区間H1a〜H1cを検出する。そして、判別部47は、例えば、歩行動作に伴って判別区間H1aから判別区間H1bに切り替わったと判定した場合に、出力信号をハイレベルからローレベルに変更する制御を行う。
The
表示部43には、例えば、各判別区間H1a〜H1cにおける使用者の歩行状態の判定結果などが表示される。また、表示部43には、例えば、判別区間H1a〜H1cの左右の脚の動作の違いや、左右の脚の動作の違いに基づく歩行動作の評価結果が表示される。なお、表示部43に表示される判定対象とする動作は、操作部44を用いて使用者が変更可能となっている。
The
電源部45は、センサSL1,SL2,SR1,SR2、制御部41及び操作部44に対して駆動電流を供給する。電源部45は、例えば充電式バッテリー、乾電池及び商用電源の供給に基づいて所要の駆動電流を生成する電源回路などである。
The
次に、人体の歩行動作について図4を参照して説明する。
1歩行周期は、使用者の一方側の足の踵が接地して、次に同じ側の踵が再度接地するまでの動作(周期)を示す。また、1歩行周期における使用者の足が床に接している期間が立脚期、足が床から離れている期間が遊脚期となる。例えば図4,図5に歩行周期の各脚の状態が示されたように、歩行動作は、一方の脚が立脚期の場合、他方の脚の状態は遊脚期となる。そして、他方の脚は、一方の脚に経時的にずれて立脚期となる。そのため、基本的に1歩行周期中には、両方の足が地面に接する状態が発生する。
Next, the walking motion of the human body will be described with reference to FIG.
One walking cycle shows an operation (cycle) until the heel of one foot of the user is grounded and then the heel of the same side is grounded again. In addition, the period in which the user's foot is in contact with the floor in one walking cycle is the stance phase, and the period in which the foot is away from the floor is the swing phase. For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the state of each leg in the walking cycle is such that when one leg is in the stance phase, the other leg is in the swing phase. Then, the other leg shifts with time to one leg and enters the stance phase. Therefore, basically, during one walking cycle, a state in which both feet are in contact with the ground occurs.
次に、体動検出装置10の動作を図3,図5を参照して説明する。
制御部41は、使用者の歩行動作に伴うセンサSL1,SL2,SR1,SR2からの出力信号IL1,IL2,IR1,IR2を取得する。すると制御部41は、出力信号IL1,IL2,IR1,IR2に基づき、1歩行周期から立脚期及び複数の遊脚期である判別区間H1a〜H1cを検出する(図5参照)。そして、制御部41は、この判別区間H1a〜H1cに基づいて使用者の歩行状態を判定する。
Next, the operation of the body
The
次に、上記した動作の詳細を、図6に示すフローチャートに従って説明する。
センサSL1,SL2,SR1,SR2は、使用者が歩行動作を行うと、歩行動作に伴う使用者、すなわち人体の物理量の変位を検出する。センサSL1,SL2,SR1,SR2は、検出結果を示す出力信号IL1,IL2,IR1,IR2を、演算処理部46に出力する(ステップ51)。
Next, details of the above-described operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 detect the displacement of the physical quantity of the user, that is, the human body associated with the walking motion when the user performs the walking motion. The sensors SL1, SL2, SR1, SR2 output output signals IL1, IL2, IR1, IR2 indicating detection results to the arithmetic processing unit 46 (step 51).
次いで、演算処理部46は、例えば、正中面Oにより分割配置されたセンサSL1,SL2,SR1,SR2の出力信号IL1,IL2と出力信号IR1,IR2とを組み合わせる処理を行う。また、演算処理部46は、組み合わせた信号と組み合わされる以前の信号とに対する信号処理を行う(ステップ52)。演算処理部46は、信号処理を施した信号を判別部47に出力する。
Next, the
次いで、判別部47は、入力された信号と1歩行周期を歩行動作の特性毎に分割するための閾値とに基づいて、複数の判別区間H1a〜H1cを1歩行周期から検出する。判別部47は、1歩行周期を、図5に示す立脚期である判別区間H1aと複数の遊脚期である判別区間H1b,H1cとに判別する。判別部47は、例えば、出力信号IL1,IR1との減算結果として図5に推移IL1−IR1として示す信号と、規定された閾値TH1,TH2,TH3,TH4とを、比較部49に比較させる。判別部47は、比較結果に基づき、推移IL1−IR1が閾値TH1もしくはTH2を超えている期間を立脚期と判別する。比較部49は、各出力信号が閾値TH1,TH2より小さかった場合には、推移IL1−IR1を「1」(ハイレベル)とする。また、比較部49は、各出力信号が閾値以上であった場合には推移IL1−IR1を「0」(ローレベル)とする。そして、比較部49は、「1」もしくは「0」を示す信号を論理演算部50に出力する。なお、閾値TH1,TH2,TH3,TH4は、1歩行周期において一定の値である。
Next, the
次に、図6に示すステップ54において、論理演算部50は、比較部49から入力された判定信号の論理演算を行う。判別部47は、論理演算部50の出力結果から判別区間H1a〜H1cを検出する(ステップ55)。
Next, in
論理演算部50は、立脚期のうち、推移IL1−IR1が閾値TH1を超えている期間T12を立脚期前期と判別する。さらに、論理演算部50は、一旦閾値TH1以下となって以降の期間であって閾値TH2を超えている期間T23を、立脚期後期と判別する。そして、判別部47は、論理演算部50の判別結果に基づき、立脚期前期T12及び立脚期後期T23からなる期間を、判別区間H1aと規定する。なお、立脚期前期は、1歩行周期中に一方の足の踵で接地して、踵が地面から離れるまで状態(区間)である。また、立脚期後期は、1歩行周期中に一方の足の踵が地面から離れて、つま先が地面から離れるまで状態(区間)である。
The
論理演算部50は、立脚期後期に後続する期間であって閾値TH3以下となる期間T34を、遊脚期前期と判別する。また、論理演算部50は、遊脚期前期に後続する期間であり、閾値TH3を超えてかつ閾値TH4以下となる期間T40を、遊脚期後期と判別する。そして、判別部47は、論理演算部50の判別結果に基づき、遊脚期前期を判別区間H1b、遊脚期後期を判別区間H1cと規定する。
The
なお、閾値TH1,TH2,TH3,TH4に基づき判別された区間が、1歩行周期に立脚期前期が複数含まれるなど、1歩行周期において共通する複数の区間を示す場合も起こり得る。この場合、論理演算部50は、判別に用いた判別信号とは異なる判別信号を別途取得する。そして、論理演算部50は、この取得した判別信号を論理演算することにより判別区間H1a〜H1cを特定する。
Note that there may be a case where the sections determined based on the thresholds TH1, TH2, TH3, and TH4 indicate a plurality of sections that are common in one walking cycle, for example, a single walking cycle includes a plurality of early stance phases. In this case, the
なお、閾値TH1,TH2,TH3,TH4は、例えば、複数の被験者に対して事前に行われた歩行テストをもとに設定される。歩行テストは、例えば、被験者の身体にセンサSL1,SL2,SR1,SR2の他に別のセンサ(例えば、圧力センサ)が設けられて行われる。この別のセンサは、歩行テストにおいて、判別区間H1a〜H1cを検出するために設けられる。例えば、足裏に設けられた圧力センサにより、1歩行周期において足が地面に接地している期間を検出し、その期間が立脚期、即ち判別区間H1aとされる。このような別のセンサで検出した判別区間H1a〜H1cに応じて、各被験者の出力信号の値が取得される。そして、例えば、判別区間H1a〜H1cの境界における出力信号の値の平均値が算出され、その結果が閾値TH1,TH2,TH3,TH4として設定される。例えば、閾値TH2には、図5に示すように、出力信号に対して立脚期後期と、その前後の区間(立脚期前期と遊脚期前期)とを判定する値が設定されている。従って、閾値TH2は、歩行テストにおける複数の被験者の立脚期前期と、その前後の区間との境界における出力信号の値の平均値から設定される。なお、閾値TH1,TH2,TH3,TH4の設定は、境界の値に限らず、例えば、各判別区間H1a〜H1cのそれぞれの区間全体における各出力信号の値の平均値に基づいて設定されてもよい。 Note that the thresholds TH1, TH2, TH3, and TH4 are set based on, for example, a walking test performed in advance on a plurality of subjects. The walking test is performed, for example, by providing another sensor (for example, a pressure sensor) in addition to the sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 on the body of the subject. This other sensor is provided to detect the discrimination sections H1a to H1c in the walking test. For example, a pressure sensor provided on the sole of the foot detects a period in which the foot is in contact with the ground in one walking cycle, and this period is set as the stance phase, that is, the determination section H1a. The value of the output signal of each subject is acquired according to the discrimination sections H1a to H1c detected by such another sensor. Then, for example, the average value of the output signal values at the boundaries of the discrimination sections H1a to H1c is calculated, and the result is set as the threshold values TH1, TH2, TH3, TH4. For example, as shown in FIG. 5, the threshold TH2 is set to a value for determining the late stance phase and the preceding and succeeding sections (the early stance phase and the early stance phase) with respect to the output signal. Therefore, the threshold value TH2 is set from the average value of the output signal values at the boundary between the first stance phase of a plurality of subjects in the walking test and the section before and after that. Note that the threshold values TH1, TH2, TH3, and TH4 are not limited to the boundary values. For example, the threshold values TH1, TH2, TH3, and TH4 may be set based on the average value of the output signal values in the entire determination sections H1a to H1c. Good.
次に、体動検出装置10の作用について説明する。
上記した体動検出装置10は、使用者の基準面を跨ぐ領域に配置されたセンサSL1,SL2とセンサSR1,SR2とを備える。センサSL1,SL2,SR1,SR2は、左右対称な歩行動作を検出する。判別部47は、センサSL1,SL2,SR1,SR2によって検出された複数の出力信号IL1,IL2,IR1,IR2を組み合わせて使用者の歩行動作を判別する。従って、歩行動作の判別に用いられるデータ量が増加し、高精度な判別が可能となる。
Next, the operation of the body
The above-described body
また、正中面Oを跨いだ使用者の部位同士、例えば使用者の脚の左右のバランスが評価される場合にも、他方の脚の状態も含めた評価が可能となる。この評価としては例えば、一方の脚を評価する場合に他方の状態との交互作用を含めた評価が可能となる。 Further, even when the left and right balance of the user's legs across the median plane O is evaluated, for example, the evaluation including the state of the other leg is possible. As this evaluation, for example, when one leg is evaluated, an evaluation including an interaction with the other state is possible.
また、センサSL1,SL2とセンサSR1,SR2とが、左右対称に行われる歩行動作の境界となる正中面Oに対して対称な位置に配置された。つまり、人体の動作は、歩行方向から見た人体を均等に分割する正中面Oに対して平行な動きが多い。また、人体の動作は、正中面Oにより分割された部位(例えば、左肢、右肢)において同様なものとなる傾向が強い。例えば、椅子に座る動作は、主に立位の状態から左右の膝が伸展し、座面に近くになった場合に膝が屈曲するなど、左右の脚が同時に動作する。このため、センサSL1,SL2,SR1,SR2の検出結果が組み合わされることで、同時に動作する人体の各部位の動きを示す検出結果に基づいた動作判別が行われる。これにより、判別部47には、一方の脚に装着されたセンサSL1,SL2の出力信号IL1,IL2と他方の脚に装着されたセンサSR1,SR2の出力信号IR1,IR2とが入力される。従って、センサSL1,SL2の出力信号IL1,IL2のみが用いられる構成に対し、判別部47に入力される信号のデータ量が2倍になる。これにより、使用者の歩行動作がより正確に判別されることとなる。
In addition, the sensors SL1 and SL2 and the sensors SR1 and SR2 are disposed at positions symmetrical with respect to the median plane O serving as a boundary of the walking motion performed symmetrically. That is, the movement of the human body has many movements parallel to the median plane O that equally divides the human body viewed from the walking direction. In addition, the movement of the human body has a strong tendency to be similar in a portion (for example, the left limb and the right limb) divided by the median plane O. For example, when sitting on a chair, the left and right legs move simultaneously, for example, when the left and right knees extend from a standing position and the knees bend when they are close to the seating surface. For this reason, by combining the detection results of the sensors SL1, SL2, SR1, and SR2, operation determination is performed based on the detection results indicating the movement of each part of the human body that operates simultaneously. As a result, the
また、人体の動作は、正中面Oに対し、各部位の動きが類似する。しかし、動作のリズム、位相差が異なる場合、例えば歩行時の腰側面の動きは左右で位相差が約180度ずれた動きとなる。従って、一方のセンサSL1,SL2(SR1,SR2)の検出結果では動作の判別が困難な場合でも、他方のセンサSR1,SR2(SL1,SL2)の検出結果が利用される。これにより、従来では判別が困難であった動作も判別され易くなる。 The movement of the human body is similar to the movement of each part with respect to the median plane O. However, when the movement rhythm and phase difference are different, for example, the movement of the waist side surface during walking is a movement in which the phase difference is shifted by about 180 degrees on the left and right. Therefore, even if it is difficult to discriminate the operation from the detection results of one sensor SL1, SL2 (SR1, SR2), the detection result of the other sensor SR1, SR2 (SL1, SL2) is used. Thereby, it becomes easy to discriminate operations that have been difficult to discriminate conventionally.
体動検出装置10は、使用者(人体)の一方の肢部分に装着されたセンサSL1,SL2と使用者の一方の肢部分に装着されたセンサSR1,SR2とを備える。つまり、センサSL1等が人体の左右に共通して存在する肢に装着されると、例えばセンサSL1等が使用者の腰に装着された場合よりもセンサ値の変動が多くなる。このため、取得可能なデータ量が増大する。また、基本的に動作を判別する場合にセンサ値の基準となる姿勢状態を設けて判別を行う手法も存在する。しかし、この手法では、該姿勢状態のときに取得されるセンサ値と他の動作時のセンサ値の差が少ない。このため、こうした手法では、歩行動作を高精度に判別することは困難である。これに対し、左右の股に装着されるセンサSL1,SL2とセンサSR1,SR2との各センサ値は、十分な差分を有する。以上より、人体の左右に共通して存在する左右の肢にセンサSL1,SL2,SR1,SR2が装着されることで、動作判別がより高精度に行われることとなる。
The body
体動検出装置10は、正中面Oに対称な位置に装着されたセンサSL1,SL2,SR1,SR2の出力信号を組み合わせる。そして、体動検出装置10は、組み合わせることで得られる信号に基づいて人体の一方の肢の動作判別を行う。例えば、左右共通の人体の部位(例えば足、脚)が同時の動きをしている立位の状態、つまり両足裏が地面に接している状態を想定する。この想定では、一方の足裏が接している状態を判別できたとしても、他方の足裏が地面に接している状態を判別することは困難である。そこで例えば、一方の脚に装着されたセンサにより一方の脚の状態が取得され、他方の脚に装着されたセンサにより他方の脚の状態が取得される手法も想定される。この手法では、各センサのセンサ値をもとに左右の脚の状態が判別され、この判別結果をもとに人体の状態が判別される。しかし、この手法では、左右の脚のそれぞれの状態が個別に判別され、その後に人体全体の動作が判別されるため、人体全体の動作判別が迅速に行われない。一方、体動検出装置10は、組み合わせることで得られた信号に基づいて人体の一方の肢の動作判別を行うことで、立位の判別を高精度かつ迅速に行うことが可能である。
The body
体動検出装置10は、閾値TH1,TH2,TH3,TH4を用いて1歩行周期(立脚期及び遊脚期)を分割する判別部47を備える。この閾値TH1,TH2,TH3,TH4は、遊脚期を更に分割した所望の区間(判別区間H1b,H1c)が検出可能な値が設定されている。従って、1歩行周期を複数の判別区間H1a〜H1cに分割することで、その判別区間H1a〜H1cに基づいて身体のバランス等の評価を適切に行うことができる。
The body
また、体動検出装置10は、センサSL1,SL2,SR1,SR2が使用者の膝(関節)を跨ぐ位置に設けられ膝関節の回転位置(角速度等)を検出可能に構成されている。図7に示すように、例えば遊脚期の前期において、大腿部は、進行方向B1と同じ向きに股関節を中心に回転する(回転方向B2)。
The body
センサSL1,SR1(加速度センサ)は、回転方向B2に対する大腿部の加速度を検出して出力信号IL1,IR1として出力する。また、下腿部は、膝関節を中心に慣性力が働く方向B3に回転する(回転方向B4)。センサSL2,SR2(角速度センサ)は、回転方向B4に沿った下腿部の角速度を検出して出力信号IL2,IR2として出力する。遊脚期の後期では、両部位ともに前期とは逆方向に回転する(回転方向B5,B6)。そこで、上記した遊脚期における足の特徴的な動作を検出するように膝関節を跨ぐ部位にセンサSL1,SL2,SR1,SR2が設けられる。これにより、判別区間H1b,H1cの検出精度を向上させることができる。 Sensors SL1 and SR1 (acceleration sensors) detect thigh acceleration in the rotational direction B2 and output the detected signals as output signals IL1 and IR1. Further, the lower leg part rotates in a direction B3 in which an inertial force acts around the knee joint (rotation direction B4). Sensors SL2 and SR2 (angular velocity sensors) detect the angular velocity of the lower leg along the rotation direction B4 and output the detected signals as output signals IL2 and IR2. In the later stage of the swing leg period , both parts rotate in the opposite direction to the previous period (rotation directions B5 and B6). In view of this, sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 are provided at portions that straddle the knee joint so as to detect the characteristic motion of the foot during the above-described swing phase. Thereby, the detection accuracy of discrimination | determination area H1b and H1c can be improved.
この実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)体動検出装置10は、人体の基準面に対して対称な位置に装着されたセンサSL1,SL2,SR1,SR2を検出部として備える。また、体動検出装置10は、センサSL1,SL2,SR1,SR2の出力信号IL1,IL2,IR1,IR2を組み合わせることで人体の姿勢(動作)を判別する判別部47を備える。これにより、歩行動作の判別に用いられるデータ量が増加し、高精度な判別が可能となる。
This embodiment has the following effects.
(1) The body
(2)体動検出装置10は、歩行方向から見た人体を左右均等に分割する身体の中心の面(正中面O)を基準面とした。センサSL1,SL2とセンサSR1,SR2とがそれぞれ、正中面Oに対称に配置された。これにより、センサSL1,SL2の出力信号IL1,IL2のみが用いられる構成に対し、判別部47に入力される信号のデータ量が2倍になり、使用者の歩行動作がより正確に判別されることとなる。
(2) The body
(3)体動検出装置10の検出部が、人体の一方の肢部分と他方の肢部分に各々設けられた複数のセンサSL1,SL2,SR1,SR2により構成された。このため、体動検出装置10は、例えば歩行動作等の各種動作に伴う人体の変位を示す信号をより多く取得することが可能となる。これにより、体動検出装置10は、人体の動作を示す豊富なデータに基づいて動作判別を行うことが可能となり、動作判別をより詳細かつ高精度に行うことが可能となる。
(3) The detection unit of the body
(4)体動検出装置10は、正中面Oに対称な位置に装着されたセンサSL1,SL2,SR1,SR2の出力信号を組み合わせる。そして、体動検出装置10は、組み合わせることで得られる信号に基づいて人体の一方の肢の動作判別を行う。これにより、立位等をはじめとする各種動作の判別を高精度かつ迅速に行うことが可能である。
(4) The body
(第2の実施形態)
以下、本発明を具体化した第2実施の形態について図8,図9を参照して説明する。
なお、本実施形態にかかる体動検出装置及び電気刺激装置も、その基本的な構成は第1実施の形態と同等である。よって、図8,図9においても第1実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
(Second Embodiment)
A second embodiment embodying the present invention will be described below with reference to FIGS.
The basic configuration of the body motion detection device and the electrical stimulation device according to this embodiment is the same as that of the first embodiment. Therefore, in FIG. 8 and FIG. 9, elements that are substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
図8に示すように、本実施形態の体動検出装置10を構成する制御部41は、第1判別部60、第2判別部70、及び統合論理演算部80を有している。
第1判別部60は、正中面Oにより分割された使用者の一方の半身に装着されたセンサSL1,SL2からなる第1検出部SLの検出結果に基づいて、使用者の一方の肢の動作判別を行う。第1判別部60は、比較部61と論理演算部62とを有している。比較部61は、演算処理部46により演算された第1検出部SLの検出結果を示す信号の値が、1歩行周期のうちのどの判別区間に属しているかを判定する。論理演算部62は、比較部61が出力する判定信号の論理演算を行う。第1判別部60は、比較部61及び論理演算部62を用いて、演算処理部46により処理されたセンサSL1,SL2の出力信号IL1,IL2等に対する判定を行う。これにより、第1判別部60は、一方の半身の1歩行周期の歩行動作から、図5に示した複数の判別区間H1a〜H1cを検出する。そして、第1判別部60は、例えば、歩行動作に伴い使用者の歩行状態が判別区間H1aから判別区間H1bに切り替わったと判定した場合に、出力信号をハイレベルからローレベルに変更する制御を行う。第1判別部60は、判別結果を示す判別情報を統合論理演算部80に出力する。
As illustrated in FIG. 8, the
The first discriminating
第2判別部70は、正中面Oにより分割された使用者の他方の半身に装着されたセンサSR1,SR2からなる第2検出部SRの検出結果に基づいて使用者の他方の肢の動作判別を行う。第2判別部70は、比較部71と論理演算部72とを有している。比較部71は、演算処理部46により演算された第2検出部SRの検出結果信号の値が、1歩行周期のうちのどの判別区間に属しているかを判定する。論理演算部72は、比較部71が出力する判定信号の論理演算を行う。第2判別部70は、比較部71及び論理演算部72を用いて、演算処理部46により処理されたセンサSR1,SR2の出力信号IR1,IR2等に対する判定を行う。これにより、第2判別部70は、他方の半身の1歩行周期の歩行動作から、図5に示した複数の判別区間H1a〜H1cを検出する。そして、第2判別部70は、歩行動作に伴い使用者の歩行状態が判別区間H1aから判別区間H1bに切り替わったと判定した場合に、出力信号をハイレベルからローレベルに変更する制御を行う。第2判別部70は、判別結果を示す判別情報を統合論理演算部80に出力する。
The
統合論理演算部80は、第1判別部60から入力された判別情報と第2判別部70から入力された判別情報とに基づいて、使用者の動作を判定する処理を行う。統合論理演算部80は、例えば、正中面Oにより分割された使用者の左脚の動作を、第1判別部60の判別情報に第2判別部70の判別情報を加味して判定する。これにより、統合論理演算部80は、第1判別部60の判別結果を検証し、誤判別の有無を確認する。また、これにより、統合論理演算部80は、第1判別部60の判別結果のみでは判別が困難な使用者の動作の判別を行う。
The integrated logic operation unit 80 performs processing for determining the user's action based on the determination information input from the
また、統合論理演算部80は、例えば、正中面Oにより分割された使用者の右脚の動作を、第2判別部70の判別情報に第1判別部60の判別情報を加味して判定する。これにより、統合論理演算部80は、第2判別部70の判別結果を検証し、誤判別の有無を確認する。また、これにより、統合論理演算部80は、第2判別部70の判別結果のみでは判別が困難な使用者の動作の判別を行う。
For example, the integrated logic operation unit 80 determines the movement of the right leg of the user divided by the median plane O by adding the determination information of the
次に、体動検出装置10の動作の詳細を、図9に示すタイムチャートに従って説明する。
図9は、図5に例示した1歩行周期を立脚期前期、立脚期後期、遊脚期前期、及び遊脚期後期の四段階に分割して歩行動作の経過状況を示したものである。なお、図9(a)は、第1判別部60による使用者の左脚の歩行動作の判別結果を示している。また、図9(b)は、第2判別部70による使用者の右脚の歩行動作の判別結果を示している。さらに、図9(c)は、統合論理演算部80による使用者の歩行動作の判別結果を示している。なお、図9において、「判別番号1」は立脚期前期、「判別番号2」は立脚期後期、「判別番号3」は遊脚期前期、及び「判別番号4」は遊脚期後期をそれぞれ示している。
Next, the detail of operation | movement of the body
FIG. 9 shows the progress of walking motion by dividing one gait cycle illustrated in FIG. 5 into four stages, ie, the early stance phase, the late stance phase, the early swing phase, and the late swing phase. FIG. 9A shows the discrimination result of the walking motion of the left leg of the user by the
ここで、先の図7のように1歩行周期の下腿部の動きは、立脚期の動きに比べ遊脚期の方が大きい。このため、遊脚期では、第1検出部SL及び第2検出部SRが取得するセンサ値の変動が大きく他の判別区間よりも高精度に判別可能である。 Here, as shown in FIG. 7, the movement of the lower leg of one walking cycle is larger in the swing phase than in the stance phase. For this reason, in the swing phase, the sensor values obtained by the first detection unit SL and the second detection unit SR vary greatly and can be determined with higher accuracy than other determination sections.
また、先の図4に示したように、一方の脚の状態が立脚期前期から立脚期後期に遷移するタイミングは、他方の脚が遊脚期前期から遊脚期後期に遷移するタイミングと近似する。つまり、一方の脚の状態が立脚期前期から立脚期後期に遷移するとき、他方の脚は遊脚期前期から遊脚期後期に遷移する。 Also, as shown in FIG. 4 above, the timing at which one leg transitions from the early stance phase to the late stance phase is similar to the timing at which the other leg transitions from the early swing phase to the late swing phase. To do. That is, when the state of one leg transitions from the early stance phase to the late stance phase, the other leg transitions from the early swing phase to the late swing phase.
このため、第1判別部60の判別結果は、図9(a)のタイミングT18で、左の脚の状態が立脚期前期から立脚期後期に遷移したことを示す。また、第2判別部70の判別結果は、図9(b)のタイミングT18で、右の脚の状態が遊脚期前期から遊脚期後期に遷移したことを示す。
For this reason, the determination result of the
一方、図9(b)に示すように、タイミングT19では、第1判別部60の判別結果が左脚の立脚期前期の終了を示す以前に(図9(a):T20)、第2判別部70の判別結果は既に右足の遊脚期後期の開始を示している。そこで、統合論理演算部80は、図9(c)に示すように、タイミングT19にて左脚の立脚期前期が終了したと判定する。つまり、統合論理演算部80は、第1判別部60の判別結果が誤判別であるとして、その判別結果を第2判別部70の判別結果に基づいて訂正する。
On the other hand, as shown in FIG. 9B, at the timing T19, before the determination result of the
次に、体動検出装置10の作用について説明する。
上記した体動検出装置10は、使用者の一方の脚の動作状態を判別する第1判別部60を備える。また、体動検出装置10は、使用者の他方の脚の動作状態を判別する第2判別部70を備える。第1判別部60は、第1検出部SLの検出結果に基づき使用者の一方の脚の状態を判別する。また、第2判別部70は、第2検出部SRの検出結果に基づき使用者の他方の脚の状態を判別する。統合論理演算部80は、第1判別部60の判別結果に第2判別部70を加味して一方の脚の動作状態を判定した。また、統合論理演算部80は、第2判別部70の判別結果に第1判別部60を加味して他方の脚の動作状態を判定した。よって、統合論理演算部80は、第1判別部60もしくは第2判別部70の判別結果を、他方の判別部(70.60)の判別結果に基づき検証、是正することができる。これにより、歩行動作の判定精度がさらに高められることとなる。
Next, the operation of the body
The above-described body
上記した第1判別部60は、一方の脚の状態の立脚期前期から立脚期後期への遷移を判別した。また、第2判別部70は、他方の脚の状態の遊脚期前期から遊脚期後期への遷移を判別した。そして、統合論理演算部80は、一方の脚の状態の立脚期前期から立脚期後期への遷移の判別を、他方の脚の状態の遊脚期前期から遊脚期後期への判別結果を加味して行った。これにより、一方の脚の立脚期前期から立脚期後期への遷移と、他方の脚の状態の遊脚期前期から遊脚期後期への遷移といった関連性の高い動作に基づいて動作状態が判別される。よって、統合論理演算部80は、第1判別部60及び第2判別部70の双方の判別結果に基づく使用者の動作判別を高精度に行うことが可能となる。
The
この実施形態は、前記(1)〜(4)の効果に加え、さらに以下の効果を奏する。
(5)体動検出装置10は、正中面Oにより分割された左右の脚の動作状態を判別する第1判別部60及び第2判別部70を判別部として備える。また、体動検出装置10は、第1判別部60及び第2判別部70の各判別結果に基づき左右の脚の動作状態を判別する処理を行う統合論理演算部80を備える。これにより、一方の脚の状態の検出結果では判別することが困難な動作であっても、適正に判別することが可能となる。
This embodiment has the following effects in addition to the effects (1) to (4).
(5) The body
(第3実施の形態)
以下、本発明を具体化した第3実施の形態について図10〜図13を参照して説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、本実施形態にかかる体動検出装置及び電気刺激装置も、その基本的な構成は第1実施の形態と同等である。よって、図13においても第1実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。 The basic configuration of the body motion detection device and the electrical stimulation device according to this embodiment is the same as that of the first embodiment. Therefore, also in FIG. 13, elements that are substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
図10に示すように、本実施形態では、使用者の身体に電気刺激を付与するための電極部34,35が、大腿正面部24及び下腿正面部27に設けられている。電極部34は、一対の陽極34a及び陰極34bを有する。また、電極部35は、一対の陽極35a及び陰極35bを有する。陽極34a,35a及び陰極34b,35bは、その一部が大腿正面部24及び下腿正面部27の背面24b,27bから露出しており、皮膚と直接接触して電気刺激を付与するように構成されている。センサSL1,SL2,SR1,SR2及び電極部34,35は、接続ケーブル13を介して本体部12と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment,
図11に示すように、本実施形態の体動検出装置10は、使用者に電気刺激を付与する電気刺激部42を有している。また、制御部41は、電気刺激部42を制御する電気制御部48をさらに有している。
As shown in FIG. 11, the body
電気制御部48は、判別部47からの出力信号、即ち判別区間H1a〜H1cに基づいて電気刺激部42を制御する。電気刺激部42は、上記した電極部34,35と、電極部34,35と電気的に接続されたパルス発生部51とを有する。
The
電気刺激部42は、電気制御部48から入力される制御信号に基づいてパルス発生部51を駆動する。これにより、電気刺激部42は、所定のパルス信号を、各電極部34,35の陽極34a,35a及び陰極34b,35b間に発生させる。各電極部34,35は、パルス信号の発生により、使用者に対して電気刺激を付与する。
The
表示部43には、例えば、使用者の動作状態の判別結果の他、各判別区間H1a〜H1cにおける電気刺激の有無などの設定が表示される。また、この設定は、操作部44を用いて使用者が変更可能となっている。電源部45は、センサSL1,SL2,SR1,SR2、電気刺激部42、制御部41及び操作部44に対して駆動電流を供給する。そして、判別部47は、判別区間H1a〜H1cが切り替わった旨の信号を電気制御部48に出力する。
For example, in addition to the determination result of the user's operation state, the
次に、本実施形態の体動検出装置10の動作を、図12に示すフローチャートに従って説明する。
図12に示すように、まず、先の図6に示したステップ51〜55に相当するステップ61〜65の処理が実行される。これにより、判別部47は、論理演算部50の出力結果から判別区間H1a〜H1cを検出する。そして、判別部47は、各判別区間H1a〜H1cが切り替わった旨の信号を電気制御部48に出力する。
Next, the operation of the body
As shown in FIG. 12, first, processing of
次いで、電気制御部48は、入力された判別区間H1a〜H1cに基づいて、電気刺激部42のパルス発生部51を制御する(ステップ66)。図13に示すように、電気制御部48は、立脚期に対応する判別区間H1aにおいて、電極部34から電気刺激A及びBが付与されるように制御する。また、電気制御部48は、遊脚期前期に対応する判別区間H1bにおいては、パルス発生部51の駆動(電気刺激)を停止させる制御を行う。なお、電気制御部48は、各電極部34,35に発生させるパルス信号の電流の大きさ・周波数などの制御を所定のプログラム等に基づいて行う。
Next, the
次に、体動検出装置10の作用について説明する。
体動検出装置10は、判別区間H1a〜H1cに基づいて、電気制御部48が電気刺激部42を制御して使用者の身体に電気刺激を付与する。これにより、例えば1歩行周期において、筋肉が集中的に活動する区間を含む範囲で電気刺激を付与することで、筋肉を収縮させ下腿部の負担を効果的に軽減することが可能となる。つまり、立脚期及び遊脚期のみを用いて電気刺激を付与する場合に比べて、歩行状態に応じたより細かい区間で電気刺激を付与することができる。また、複数の判別区間H1a〜H1cを設定することで、電気刺激を付与する区間だけでなく、所定区間だけ電気刺激を停止することができる。これにより、歩行動作を妨げることなく電気刺激を付与することができる。よって、電気刺激を効率良く付与することができる。さらに、判別区間H1a〜H1cにおいては、電極部34,35の両方から電気刺激が付与される。つまり、電気刺激を付与する区間を、複数の判別区間H2a〜H2dを組み合わせて行うことができる。これにより、電気刺激の付与(フィードバック)を多様な区間(歩行状態)に応じて行うことができる。
Next, the operation of the body
In the body
この実施形態は、前記(1)〜(4)の効果に加え、さらに以下の効果を奏する。
(6)体動検出装置10は、電気刺激部42を備えており、電気制御部48が分割された各判別区間H1a〜H1cに基づいて使用者の身体に電気刺激を付与する。これにより、歩行状態に応じた細かい区間で電気刺激を付与することができる。また、電気刺激部42は、判別部47による高精度な判別結果に応じて、必要なタイミングで電気刺激の付与を行うことができる。これにより、電気刺激が人体に長時間付与されることによる使用者の疲労が軽減されることとなる。
This embodiment has the following effects in addition to the effects (1) to (4).
(6) The body
(7)体動検出装置10は、操作部44を備えており、電気刺激を付与する判別区間H1a〜H1cを使用者が変更可能となっている。これにより、使用者の好みや目的等に応じて電気刺激の付与を行うことができる。
(7) The body
(他の実施形態)
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・上記各実施形態では、センサSL1,SL2,SR1,SR2と本体部12とが、接続ケーブル13によって有線接続された。そして、センサSL1,SL2,SR1,SR2の検出結果を示す信号が、接続ケーブル13を介して本体部12に伝達された。これ以外に例えば、センサSL1,SL2,SR1,SR2及び本体部12に無線通信可能な通信部が設けられる構成であってもよい。
(Other embodiments)
In addition, each said embodiment can also be implemented with the following forms.
In each of the above embodiments, the sensors SL1, SL2, SR1, SR2 and the
・上記各実施形態では、センサSL1,SL2,SR1,SR2が、使用者の膝関節に装着された。これ以外に例えば、センサSL1,SL2,SR1,SR2が、使用者の例えば股関節回り、腰、肘、腕、足首などの他の部位に装着されてもよい。この場合には、センサSL1,SL2,SR1,SR2が、基準面を跨ぐ対称な部位に装着されることとなる。なお、センサSL1,SL2,SR1,SR2は、使用者の身体の関節を間に挟む位置に設けられることが好ましい。 In each of the above embodiments, the sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 are attached to the user's knee joint. In addition to this, for example, the sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 may be mounted on other parts of the user, such as around the hip joint, waist, elbow, arm, and ankle. In this case, the sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 are attached to symmetrical portions that straddle the reference plane. The sensors SL1, SL2, SR1, SR2 are preferably provided at positions that sandwich the joints of the user's body.
・上記各実施形態では、装着部11と操作部44とが別体として構成された。これ以外に例えば、操作部44が装着部11に内蔵される構成であってもよい。
・上記第2の実施形態では、他方の脚の状態が遊脚期前期から遊脚期後期に遷移したと判別されたとき、一方の脚の状態の立脚期前期が終了した旨判別された。これ以外に、統合論理演算部80は、基準面を跨ぐ対称な部位の動作に相関関係が存在する動作であれば、第1判別部60及び第2判別部70の判別結果を組み合わせて使用者の動作判別を行うことができる。
In each of the above embodiments, the mounting
In the second embodiment, when it is determined that the state of the other leg has transitioned from the early swing phase to the late swing phase, it is determined that the early stance phase of one leg has ended. In addition to this, the integrated logic operation unit 80 combines the determination results of the
・上記第2の実施形態では、一方の脚の動作判別が、第1判別部60及び第2判別部70の判別結果に基づき行われた。同様に、他方の脚の動作判別も、第1判別部60及び第2判別部70の判別結果に基づき行われた。これ以外に例えば、一方の脚の動作判別が、第1判別部60及び第2判別部70の判別結果に基づき行われてもよい。そして、他方の脚の動作判別は、第1判別部60及び第2判別部70のいずれかの判別結果のみに基づき行われてもよい。
In the second embodiment, the movement determination of one leg is performed based on the determination results of the
・上記第2の実施形態では、第1検出部SL及び第2検出部SRを構成するセンサとして、同種類のセンサSL1,SL2,SR1,SR2が用いられた。これに限らず、第1検出部SL及び第2検出部SRはそれぞれ異なる種類のセンサによって構成されてもよい。これによれば、第1判別部60及び第2判別部70は、異なるセンサの検出値を用いて使用者の動作判別を行うことができる。
In the second embodiment, the same type of sensors SL1, SL2, SR1, and SR2 are used as the sensors constituting the first detection unit SL and the second detection unit SR. Not only this but 1st detection part SL and 2nd detection part SR may be comprised by a different kind of sensor, respectively. According to this, the 1st discrimination |
・上記第3の実施形態において、電気制御部48は、電極部34,35に発生させる電流の発生態様を適宜変更してもよい。例えば、電流値を時間の経過とともに徐々に高くする構成としてもよい。また、例えば、電気制御部48が、別途設けられる遅延回路等に基づく処理が実行されてもよい。そして、電気制御部48は、こうした処理により、電流の発生タイミングを判別区間H1a〜H1cの境界から所定時間遅らせることとしてもよい。また、例えば、電気制御部48は、電流の周期(パルス波形の周期)を適宜変更してもよい。また、例えば、電気制御部48は、電流値を、電気刺激を開始してから徐々に高くしてもよい。同様に、電気制御部48は、電気刺激の終了時期に近づくにつれて徐々に低くしてもよい。さらに、電気制御部48は、こうした電流の発生態様を適宜組み合わせてもよい。
In the third embodiment, the
・上記各実施形態では、第1検出部SL及び第2検出部SRにより上記検出部が構成された。さらに、体動検出装置10が、第1検出部SL及び第2検出部SRの他、人体に装着される少なくとも1つのセンサからなる補助検出部を備える構成とされてもよい。これによれば、第1検出部SL及び第2検出部SRが共に誤検出を行ったとしても、補助検出部が第1検出部SL及び第2検出部SRに代替して人体の動作を検出する。これにより、人体の動作検出がより高い信頼性のもとに行われることとなる。
In each of the above embodiments, the detection unit is configured by the first detection unit SL and the second detection unit SR. Furthermore, the body
・上記第2の実施形態では、第1判別部60及び第2判別部70の2つの判別部が設けられた。さらに、第1判別部60及び第2判別部70の他、1以上の判別部が設けられる構成とされてもよい。これによれば、統合論理演算部80は、3つ以上の判別部の判別結果に基づき、使用者の動作状態を判別する。
In the second embodiment, two determination units, the
・上記第3の実施形態では、体動検出装置10が、判別部47、電気刺激部42、及び電気制御部48を有する構成とされた。これ以外に、上記第2の実施形態において、体動検出装置10が、電気刺激部42及び電気制御部48をさらに有する構成とされてもよい。これによれば、電気制御部48は、第1判別部60及び第2判別部70の双方の判別結果に基づき判別された使用者の動作状態に応じて電気刺激を制御することができる。これにより、電気刺激の付与がより適正なタイミングで行われることとなる。
In the third embodiment, the body
・上記各実施形態では、体動検出装置10が、使用者の歩行動作を判別した。これ以外にも体動検出装置10は、階段等の昇降動作や、座椅子等からの立ち上がり動作等であってもよい。
In each of the above embodiments, the body
10…体動検出装置、11…装着部、12…本体部、41…制御部、42…電気刺激部、43…表示部、44…操作部、45…電源部、46…演算処理部、47…判別部、48…電気制御部、49…比較部、50…論理演算部、51…パルス発生部、60…第1判別部、60…第2判別部、61…比較部、62…論理演算部、70…第2判別部、71…比較部、72…論理演算部、80…統合論理演算部、O…正中面、SL…第1検出部、SR…第2検出部、SL1、SL2、SR1、SR2…センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該検出部の出力信号に基づいて人体の歩行動作を判別する判別部と、
前記複数のセンサが設けられた装着部と、を備えた装置であって、
前記装着部は、大腿部に取り付けられる大腿装着部と、下腿部に取り付けられる下腿装着部と、前記大腿装着部及び前記下腿装着部を互いに連結する連結部と、を有し、
前記判別部は、前記複数のセンサの出力信号を組み合わせることによって、1歩行周期における立脚期および複数の遊脚期を判別する
ことを特徴とする体動検出装置。 A detecting unit that is provided at a position symmetrical to a reference plane that is a plane that is the center of a symmetric motion of the human body, and that has a plurality of sensors attached to a portion straddling the joint of the human body to detect body motion of the human body When,
A discriminator for discriminating the walking motion of the human body based on the output signal of the detector;
A mounting portion provided with the plurality of sensors,
The mounting portion includes a thigh mounting portion attached to the thigh, a crus mounting portion attached to the crus, and a connecting portion that connects the thigh mounting portion and the crus mounting portion to each other,
The said discrimination | determination part discriminate | determines the stance phase in one walk cycle and a some free leg phase by combining the output signal of these sensors. The body movement detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記大腿装着部に設けられた前記センサは加速度センサであり、前記下腿装着部に設けられた前記センサは角速度センサである
ことを特徴とする体動検出装置。 The body movement detection device according to claim 1,
The body motion detection device, wherein the sensor provided in the thigh attachment part is an acceleration sensor, and the sensor provided in the crus attachment part is an angular velocity sensor.
前記大腿装着部は、膝側部分に形成された凹部を有し、
前記下腿装着部は、膝側部分に形成された凹部を有し、
前記装着部は、前記大腿装着部の凹部、前記下腿装着部の凹部及び前記連結部により囲まれる装着孔を有する
ことを特徴とする体動検出装置。 The body movement detection device according to claim 1 or 2,
The thigh mounting part has a recess formed in the knee side part,
The lower leg mounting part has a recess formed in the knee side part,
The body movement detecting device, wherein the mounting portion includes a mounting hole surrounded by a concave portion of the thigh mounting portion, a concave portion of the crus mounting portion, and the connecting portion.
前記基準面が、正面から見た人体を左右均等に分割する中心の面である正中面からなる
ことを特徴とする体動検出装置。 In the body movement detection apparatus as described in any one of Claims 1-3,
The body motion detection device, wherein the reference plane is a median plane that is a central plane that equally divides a human body viewed from the front.
前記基準面により分割された人体の一方に装着された1つ以上の前記センサの検出結果に基づいて人体の一方の脚の歩行動作判別を行う第1判別部と、
前記基準面により分割された人体の他方に装着された1つ以上の前記センサの検出結果に基づいて人体の他方の脚の歩行動作判別を行う第2判別部と、をさらに備え、
前記判別部は、前記第1判別部の判別結果を示す判別情報に前記第2判別部の判定結果を示す判別情報を加味して、人体の一方の脚の歩行動作を判別する
ことを特徴とする体動検出装置。 In the body movement detection device according to any one of claims 1 to 4 ,
A first determination unit configured to determine a walking motion of one leg of the human body based on a detection result of one or more of the sensors attached to one of the human bodies divided by the reference plane;
A second discriminating unit that discriminates the walking motion of the other leg of the human body based on the detection results of one or more sensors attached to the other human body divided by the reference plane;
The discriminating unit discriminates the walking motion of one leg of the human body by adding discriminating information indicating the determination result of the second determining unit to the discriminating information indicating the discrimination result of the first discriminating unit. Body motion detection device.
前記電気制御部は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の体動検出装置により判定された前記人体の歩行動作に基づいて前記電気刺激の制御を行う
ことを特徴とする電気刺激装置。 An electrical stimulation device comprising: an electrical stimulation unit that applies electrical stimulation to the human body; and an electrical control unit that controls electrical stimulation applied to the human body by controlling the electrical stimulation unit based on walking motion of the human body,
The electrical control device controls the electrical stimulation based on the walking motion of the human body determined by the body movement detection device according to any one of claims 1 to 5. .
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