本發(fā)明涉及一種步行訓(xùn)練設(shè)備，步行訓(xùn)練者通過該步行訓(xùn)練設(shè)備進(jìn)行步行訓(xùn)練。特別地，本發(fā)明涉及用于在步行訓(xùn)練設(shè)備中確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)的技術(shù)。

背景技術(shù)：

已知步行訓(xùn)練者在機(jī)械腿(legrobot)附接到他的/她的腿部的情況下進(jìn)行步行訓(xùn)練的步行訓(xùn)練設(shè)備。然而，當(dāng)步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或處于僵化狀態(tài)時(shí)，即使步行訓(xùn)練者進(jìn)行了步行訓(xùn)練，也不能獲得滿意的訓(xùn)練效果。痙攣狀態(tài)和僵化狀態(tài)是肌肉緊張和僵硬的狀態(tài)，并且它們對于具有由中風(fēng)等引起的麻痹腿的偏癱者是常見的。另外，雖然痙攣是一種自主運(yùn)動(dòng)失調(diào)，但僵化是非自主運(yùn)動(dòng)失調(diào)。

近年來，已提出了用于確定人是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)的技術(shù)。例如，rienerr等人的2004年9月的國際fes學(xué)會(huì)第九屆年會(huì)(9thannualconferenceoftheinternationalfessociety)的“機(jī)器人支持的痙攣評(píng)估(robot-supportedspasticityevaluation)”(在下文中被稱作“非專利文獻(xiàn)1”)提出了用于確定患者是否處于痙攣狀態(tài)的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

順便提及，最近已要求在步行訓(xùn)練者正在進(jìn)行步行訓(xùn)練時(shí)確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)。

然而，在非專利文獻(xiàn)1中公開的技術(shù)在患者抬起雙腿的狀態(tài)下確定患者是否處于痙攣狀態(tài)。換言之，在非專利文獻(xiàn)1中公開的技術(shù)確定患者是否處于與患者(或者他/她的腿部)受到來自地板的反作用力的普通步行不同的痙攣狀態(tài)，因此，無法在當(dāng)他/她進(jìn)行步行訓(xùn)練時(shí)確定患者的痙攣狀態(tài)。

本發(fā)明是鑒于上述狀況而做出的，并且提供了能夠在步行訓(xùn)練者進(jìn)行步行訓(xùn)練時(shí)確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是僵化狀態(tài)的步行訓(xùn)練設(shè)備以及狀態(tài)確定方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一示例性方面是：

一種步行訓(xùn)練設(shè)備包括：

機(jī)械腿，其附接到步行訓(xùn)練者的腿部；

電機(jī)，其被配置成旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)機(jī)械腿的膝關(guān)節(jié)部；

控制裝置，其用于在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段內(nèi)控制電機(jī)，使得電機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部；

電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測裝置，其用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)矩，該電機(jī)轉(zhuǎn)矩是由電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；以及

確定裝置，其用于通過使用在腿部空閑時(shí)段內(nèi)由電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測裝置檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值來確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的另一示例性方面是：

一種狀態(tài)確定方法，其用于在步行訓(xùn)練設(shè)備中確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)，步行訓(xùn)練者通過步行訓(xùn)練設(shè)備在機(jī)械腿附接到步行訓(xùn)練者的腿部的情況下進(jìn)行步行訓(xùn)練，該狀態(tài)確定方法包括：

在訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段內(nèi)控制電機(jī)，使得電機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)機(jī)械腿的膝關(guān)節(jié)部；以及

檢測在腿部空閑時(shí)段內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，并且通過使用在腿部空閑時(shí)段內(nèi)檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值來確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)，該電機(jī)轉(zhuǎn)矩是由電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

根據(jù)上述方面中的每個(gè)方面，在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段內(nèi)檢測由被配置為旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)機(jī)械腿的膝關(guān)節(jié)部的電機(jī)產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，并且通過使用所檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值來確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)。以這種方式，能夠在步行訓(xùn)練者進(jìn)行步行訓(xùn)練時(shí)確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)。

根據(jù)上述方面中的每個(gè)方面，能夠提供能夠在步行訓(xùn)練者進(jìn)行步行訓(xùn)練時(shí)確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)的步行訓(xùn)練設(shè)備和狀態(tài)確定方法。

從下文中給出的詳細(xì)描述以及僅作為圖示而給出并且因此并不被認(rèn)為限制本發(fā)明的附圖中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將被更充分地理解。

附圖說明

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備的示意性配置的示例的透視圖；

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二示例性實(shí)施例的機(jī)械腿的示意性配置的示例的透視圖；

圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備的示意性功能塊配置的示例的框圖；

圖4是示出了步行訓(xùn)練中的步行數(shù)據(jù)的示例的曲線圖；

圖5是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二示例性實(shí)施例的機(jī)械腿的示例的透視圖；

圖6是示出了用于推導(dǎo)痙攣模型中的系數(shù)的方法的示例的曲線圖；

圖7是示出了用于推導(dǎo)僵化模型中的系數(shù)的方法的示例的曲線圖；

圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備的狀態(tài)確定方法的示意性流程的示例的流程圖；

圖9是示出了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備的示意性功能塊配置的示例的框圖；并且

圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備中的狀態(tài)確定方法的示意性流程的示例的流程圖。

具體實(shí)施方式

下文中參照附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。應(yīng)注意的是，在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記被賦予相同或?qū)?yīng)的部件，并且適當(dāng)?shù)厥÷灾貜?fù)說明。

(1)第一示例性實(shí)施例

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1的示意性配置的示例的透視圖。例如，根據(jù)第一示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1是諸如患有偏癱的患者的步行訓(xùn)練者進(jìn)行步行訓(xùn)練的設(shè)備。步行訓(xùn)練設(shè)備1包括附接到訓(xùn)練者的腿部的機(jī)械腿2以及步行訓(xùn)練者進(jìn)行步行訓(xùn)練的訓(xùn)練設(shè)備3。

機(jī)械腿2附接到訓(xùn)練者的腿部，并且?guī)椭叫杏?xùn)練者行走(圖2)。機(jī)械腿2包括上部大腿框架21、通過膝關(guān)節(jié)部22連接到上部大腿框架21的下部大腿框架23、通過踝關(guān)節(jié)部24連接到下部大腿框架23的腳底框架25、旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部22的電機(jī)單元26以及調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)部24的可移動(dòng)范圍的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)27。應(yīng)注意的是，機(jī)械腿2的上述配置僅為示例，并且機(jī)械腿2的配置并不限于這樣的示例。例如，機(jī)械腿2可包括旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)踝關(guān)節(jié)部24的另一電機(jī)單元。

在腳底框架25中，設(shè)置有檢測步行訓(xùn)練者的腳底接受的負(fù)荷(或壓力)的腳底負(fù)荷檢測單元28。腳底負(fù)荷檢測單元28包括檢測步行訓(xùn)練者的腳底接受的垂直負(fù)荷(或垂直壓力)的多個(gè)負(fù)荷傳感器28a。在圖2中，一對負(fù)荷傳感器28a設(shè)置在腳底的腳趾側(cè)，而另一對負(fù)荷傳感器28a設(shè)置在腳底的腳后跟側(cè)。應(yīng)注意的是，只要可以準(zhǔn)確地獲得在腳底上的中心負(fù)荷(或中心壓力)，就可以任意地確定負(fù)荷傳感器28a的數(shù)量和位置。另外，設(shè)置腳底負(fù)荷檢測單元28的地方并不限于腳底框架25。例如，腳底負(fù)荷檢測單元28可設(shè)置在腳底框架25的下側(cè)。

上部大腿框架21附接到訓(xùn)練者的腿部的上部大腿，并且下部大腿框架23附接到訓(xùn)練者的腿部的下部大腿。上部大腿框架21配備有用于將上部大腿框架21固定到步行訓(xùn)練者的上部大腿的上部大腿裝具(harness)212。通過這種結(jié)構(gòu)，可以防止大腿機(jī)器人2從步行訓(xùn)練者的腿部沿橫向方向或垂直方向移位。

上部大腿框架21配備有用于將第一牽引單元35(稍后描述)的牽線(wire)34連接到上部大腿框架21的水平延伸(即，沿橫向方向延伸)且在水平方向上較長的第一框架211。下部大腿框架23配備有用于將第二牽引單元37(稍后描述)的牽線36連接到下部大腿框架23的水平延伸(即，沿橫向方向延伸)且水平方向上較長的第二框架231。

應(yīng)注意的是，第一牽引單元35和第二牽引單元37的上述連接僅為示例，并且連接并不限于這樣的示例。例如，第一牽引單元35和第二牽引單元37的牽線34和36可連接到上部大腿裝具212。

電機(jī)單元26旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部22。電機(jī)單元26包括電機(jī)261、電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262以及電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元263(將稍后描述這些部件)。

應(yīng)注意的是，機(jī)械腿2的上述配置僅為示例，并且機(jī)械腿2的配置不限于這樣的示例?？梢詰?yīng)用能夠附接到訓(xùn)練者的腿部且?guī)椭?她行走的任何機(jī)械腿。

訓(xùn)練設(shè)備3包括踏板(treadmill)31、框架主體32、控制裝置33以及第一牽引單元35和第二牽引單元37。踏板31使環(huán)形帶311旋轉(zhuǎn)。當(dāng)步行訓(xùn)練者進(jìn)行步行訓(xùn)練時(shí)，步行訓(xùn)練者上到帶311上，并且根據(jù)帶311的移動(dòng)而在帶331上行走。

框架主體32包括垂直地設(shè)置在踏板31上的兩對立柱框架321、沿縱向方向延伸且連接到各個(gè)立柱框架321的一對縱向框架322以及沿橫向方向延伸且連接到每個(gè)縱向框架322的三個(gè)橫向框架323。應(yīng)注意的是，框架主體32的上述配置不限于該示例。只要框架主體可以適當(dāng)?shù)毓潭ǖ谝粻恳龁卧?5和第二牽引單元37(稍后將描述)，框架主體32就可具有任意框架結(jié)構(gòu)。

將牽線34向上和向前牽引的第一牽引單元35設(shè)置在前方橫向框架323中。將牽線36向上和向后牽引的第二牽引單元37設(shè)置在后方橫向框架323中。

例如，第一牽引單元35和第二牽引單元37包括用于卷繞和卷回牽線34和36的機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)等。被第一牽引單元35和第二牽引單元37分別牽引的牽線34的一端和牽線36的一端連接到機(jī)械腿2。第一牽引單元35通過牽線34將機(jī)械腿2向上和向前牽引。第二牽引單元37通過牽線36將機(jī)械腿2向上和向后牽引。

盡管第一牽引單元35和第二牽引單元37通過控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩來控制牽線34和36的牽引力，但是牽引力的控制并不限于這樣的示例。例如，彈簧構(gòu)件可連接到牽線34和36中的每一條，并且可通過調(diào)節(jié)彈簧構(gòu)件的彈力來調(diào)節(jié)牽線34和36的牽引力。

由第一牽引單元35和第二牽引單元37施加的牽引力的垂直向上分量減輕(或減少)了機(jī)械腿2的負(fù)荷。另外，由第一牽引單元35和第二牽引單元37施加的牽引力的水平分量幫助步行訓(xùn)練者開始擺動(dòng)他的/她的腿部。以這種方式，能夠減少在步行訓(xùn)練期間步行訓(xùn)練者的行走負(fù)荷。

另外，框架主體32配備有顯示單元331，該顯示單元331顯示諸如訓(xùn)練指示、訓(xùn)練菜單以及訓(xùn)練信息(諸如行走速度和生物特征信息)的信息。

控制裝置33控制由第一牽引單元35和第二牽引單元37施加的各牽引力、踏板31的驅(qū)動(dòng)以及機(jī)械腿2?？刂蒲b置33包括cpu(中央處理單元)和存儲(chǔ)單元。另外，控制裝置33通過使cpu執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的程序來執(zhí)行作為根據(jù)第一示例性實(shí)施例的控制裝置33的處理。即，存儲(chǔ)在控制裝置33的存儲(chǔ)單元中的程序包括用于使cpu執(zhí)行根據(jù)第一示例性實(shí)施例的控制裝置33中的處理的代碼。應(yīng)注意的是，存儲(chǔ)單元由能夠存儲(chǔ)用于由cpu執(zhí)行的處理的上述程序和各種信息項(xiàng)的存儲(chǔ)裝置形成。作為存儲(chǔ)裝置，例如，可使用諸如存儲(chǔ)器和硬盤驅(qū)動(dòng)器的至少一個(gè)給定的存儲(chǔ)裝置。

第一示例性實(shí)施例的特征在于用于控制機(jī)械腿2的配置，而眾所周知的技術(shù)可以用于控制第一牽引單元35和第二牽引單元37以及踏板31的配置。因此，下文中僅說明用于控制機(jī)械腿2的配置，并且省略了對用于控制第一牽引單元35和第二牽引單元37以及踏板31的配置的說明。

圖3是示出了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1的示意性功能塊配置的示例的框圖。機(jī)械腿2包括上述的電機(jī)單元26和腳底負(fù)荷檢測單元28。另外，電機(jī)單元26包括電機(jī)261、電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262以及電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元263?？刂蒲b置33包括控制單元332和確定單元333?？刂茊卧?32和確定單元333由執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的程序的cpu等來實(shí)現(xiàn)。

電機(jī)261旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部22。

電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262檢測電機(jī)轉(zhuǎn)矩[nm]，該電機(jī)轉(zhuǎn)矩[nm]是由電機(jī)261產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262通過線纜或無線地連接到控制裝置33，并且將檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值輸出到控制裝置33。

電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元263檢測電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度[度(deg)]，電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度[度]是電機(jī)261的旋轉(zhuǎn)角度。電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元263通過線纜或無線地連接到控制裝置33，并且將檢測到的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的值輸出到控制裝置33。

腳底負(fù)荷檢測單元28檢測腳底負(fù)荷[n]，該腳底負(fù)荷[n]是步行訓(xùn)練者的腳底接受的負(fù)荷。腳底負(fù)荷檢測單元28通過線纜或無線地連接到控制裝置33，并且將檢測到的腳底負(fù)荷的值輸出到控制裝置33。

應(yīng)注意的是，盡管在上述說明中電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262、電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元263和腳底負(fù)荷檢測單元28中的每一個(gè)將其檢測到的值輸出到控制裝置33，但是步行訓(xùn)練設(shè)備1的配置并不限于這樣的示例。例如，無線地或通過線纜連接到控制裝置33的通信單元可設(shè)置在機(jī)械腿2中，并且該通信單元可將由電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262、電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元263和腳底負(fù)荷檢測單元28檢測到的值輸出到控制裝置33。

確定單元333通過使用由腳底負(fù)荷檢測單元28檢測到的腳底負(fù)荷的值來確定步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)中的腿部空閑時(shí)段。腿部空閑時(shí)段是機(jī)械腿2所附接的訓(xùn)練者的腿部懸空于地板之上的時(shí)段。在第一示例性實(shí)施例中，確定單元333將一個(gè)閾值設(shè)定為針對腳底負(fù)荷的閾值。另外，確定單元333將從腳底負(fù)荷減小到閾值以下的定時(shí)(第一定時(shí))到腳底負(fù)荷超過閾值的定時(shí)(第二定時(shí))的時(shí)段確定(定義)為腿部空閑時(shí)段。

另外，確定單元333計(jì)算由電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)矩作為膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩[nm]，該膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩[nm]為驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部22的轉(zhuǎn)矩。另外，確定單元333基于由電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元263檢測到的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度來計(jì)算膝旋轉(zhuǎn)角度[度]，該膝旋轉(zhuǎn)角度[度]是膝關(guān)節(jié)部22的旋轉(zhuǎn)角度。在第一示例性實(shí)施例中，以如下這樣的方式定義膝旋轉(zhuǎn)角度：當(dāng)膝蓋處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，膝旋轉(zhuǎn)角度為0[度]，并且隨著膝蓋彎曲，膝旋轉(zhuǎn)角度在負(fù)方向上增大。例如，當(dāng)膝蓋彎曲成直角時(shí)，膝旋轉(zhuǎn)角度是-90[度]。使用任何給定方法來根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算膝旋轉(zhuǎn)角度。例如，預(yù)先獲得當(dāng)電機(jī)261進(jìn)行一次旋轉(zhuǎn)時(shí)膝關(guān)節(jié)部22旋轉(zhuǎn)的角度。然后，可以通過使用該角度來根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算膝旋轉(zhuǎn)角度。另外，確定單元333通過使用所計(jì)算出的膝旋轉(zhuǎn)角度來計(jì)算膝旋轉(zhuǎn)角速度[度/秒]，該膝旋轉(zhuǎn)角速度[度/秒]是膝關(guān)節(jié)部22的旋轉(zhuǎn)角速度?？梢酝ㄟ^將膝旋轉(zhuǎn)角度除以單位時(shí)間來計(jì)算膝旋轉(zhuǎn)角速度。

另外，確定單元333通過線纜或無線地接收來自操作單元(未示出)的操作信號(hào)，該操作單元由步行訓(xùn)練者或在步行訓(xùn)練者附近的物理治療師等操作。然后，確定單元333基于所接收到的操作信號(hào)來確定步行訓(xùn)練開始、步行訓(xùn)練停止等。

在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)中的腿部空閑時(shí)段內(nèi)，控制單元332控制電機(jī)261，使得電機(jī)261旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部22以幫助步行訓(xùn)練者行走。

具體地，在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)中的腿部空閑時(shí)段內(nèi)，控制單元332控制電機(jī)261，使得膝旋轉(zhuǎn)角度在空閑腿部彎曲時(shí)段內(nèi)單調(diào)地增大，該空閑腿部彎曲時(shí)段在當(dāng)空閑腿部狀態(tài)開始時(shí)開始且在當(dāng)膝旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值時(shí)結(jié)束。另外，在腿部空閑時(shí)段內(nèi)，控制單元332控制電機(jī)261，使得膝旋轉(zhuǎn)角度在空閑腿部伸展時(shí)段內(nèi)單調(diào)地減小，該空閑腿部伸展時(shí)段緊接空閑腿部彎曲時(shí)段，并且在當(dāng)膝旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值時(shí)開始且在空閑腿部狀態(tài)結(jié)束時(shí)結(jié)束。為此，在腿部空閑時(shí)段內(nèi)，控制單元332從確定單元333不斷地獲取膝旋轉(zhuǎn)角度，并且控制電機(jī)261，從而實(shí)現(xiàn)期望的膝旋轉(zhuǎn)角度。應(yīng)注意的是，關(guān)于訓(xùn)練者的腿部是否處于步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)中的腿部空閑時(shí)段內(nèi)，可由確定單元333通知控制單元332。替選地，控制單元332可接收由腳底負(fù)荷檢測單元28檢測到的腳底負(fù)荷的值，并且從而，其自身可確定訓(xùn)練者的腿部是否處于腿部空閑時(shí)段內(nèi)。

圖4是示出了在步行訓(xùn)練期間的步行數(shù)據(jù)的示例的曲線圖。首先，關(guān)注腳底負(fù)荷。確定單元333將從腳底負(fù)荷減小到閾值以下的定時(shí)到腳底負(fù)荷超過閾值的定時(shí)的時(shí)段確定(或定義)為在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段。接下來，關(guān)注膝旋轉(zhuǎn)角度。在腿部空閑時(shí)段內(nèi)，控制單元332控制電機(jī)261，使得從當(dāng)空閑腿部狀態(tài)開始時(shí)到當(dāng)膝旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，膝旋轉(zhuǎn)角度單調(diào)地增加。結(jié)果，膝旋轉(zhuǎn)角度從0[度]逐漸地增大。另外，在腿部空閑時(shí)段內(nèi)，控制單元332控制電機(jī)261，使得在膝旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值之后膝旋轉(zhuǎn)角度單調(diào)地減小。結(jié)果，膝旋轉(zhuǎn)角度逐漸地減小，并且最終返回到0[度]。應(yīng)注意的是，認(rèn)為對于膝旋轉(zhuǎn)角度適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值可根據(jù)不同的步行訓(xùn)練者而不同。因此，可為每位步行訓(xùn)練者設(shè)定不同的設(shè)定值。

在第一示例性實(shí)施例中，確定單元333通過使用在被確定為步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段的時(shí)段內(nèi)的膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的值、膝旋轉(zhuǎn)角度的值和膝旋轉(zhuǎn)角速度的值來確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)。

在下文中將具體地說明用于在確定單元333中確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)的確定方法。

已知的是，痙攣程度根據(jù)速度而改變。例如，在患者處于痙攣狀態(tài)的情況下，他們越快地通過使用外力來移動(dòng)患者的肌肉，患者的肌肉的阻力就變得越大。

通過利用這個(gè)事實(shí)，可以通過下面示出的表達(dá)式(1)來估計(jì)痙攣模型。

在表達(dá)式(1)中，tspasticity[nm]是膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且是膝旋轉(zhuǎn)角速度[度/秒]。

在該表達(dá)式中，d是相當(dāng)于膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的值是被除數(shù)且膝旋轉(zhuǎn)角速度的值是除數(shù)的除法的商的系數(shù)。為該系數(shù)d設(shè)定作為用于確定步行訓(xùn)練者是否處于痙攣狀態(tài)的閾值的痙攣閾值(正值)。當(dāng)該系數(shù)d的值的絕對值超過痙攣閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元333確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)。

同時(shí)，僵化程度并不根據(jù)速度而改變。即，已知的是，不論肌肉通過外力而移動(dòng)的速度如何，患者的肌肉都展現(xiàn)均勻的阻力。例如，當(dāng)患者處于僵化狀態(tài)時(shí)，不論他們是否嘗試通過使用外力來快速或緩慢地移動(dòng)肌肉，患者肌肉的阻力都基本上不變。

通過利用這個(gè)事實(shí)，可以通過下面所示的表達(dá)式(2)來對僵化模型進(jìn)行近似。

trigidity＝kθ+θoffset(2)

在該表達(dá)式中，trigidity[nm]是膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且θ是膝旋轉(zhuǎn)角度[度]。

在該表達(dá)式中，k是相當(dāng)于膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的值是被除數(shù)且膝旋轉(zhuǎn)角度的值是除數(shù)的除法的商的系數(shù)。另外，θoffset是相當(dāng)于上述除法的余數(shù)的系數(shù)。為上述系數(shù)k設(shè)定作為用于確定步行訓(xùn)練者是否處于僵化狀態(tài)的閾值的第一僵化閾值(正值)。另外，為上述系數(shù)θoffset設(shè)定也作為用于確定步行訓(xùn)練者是否處于僵化狀態(tài)的閾值的第二僵化閾值(正值)。當(dāng)系數(shù)k的值的絕對值超過第一僵化閾值時(shí)或者當(dāng)系數(shù)θoffset的值的絕對值超過第二僵化閾值時(shí)，確定單元333確定步行訓(xùn)練者處于僵化狀態(tài)。

應(yīng)注意的是，例如，可以如下所示的那樣確定痙攣閾值以及第一和第二僵化閾值。

通過參考在步行訓(xùn)練者過去進(jìn)行的步行訓(xùn)練中發(fā)生了僵化或痙攣的時(shí)間所獲得的步行數(shù)據(jù)，可以確定在步行訓(xùn)練者在該時(shí)刻要進(jìn)行的步行訓(xùn)練中使用的這些閾值。

替選地，可以通過參考在多個(gè)步行訓(xùn)練者過去進(jìn)行的步行訓(xùn)練中發(fā)生了僵化或痙攣的時(shí)間所獲得的步行數(shù)據(jù)來確定這些閾值。

替選地，在步行訓(xùn)練者附近的物理治療師等可以適當(dāng)?shù)禺?dāng)場設(shè)定期望值。

然而，用于確定痙攣閾值以及第一和第二僵化閾值的上述方法僅為示例。即，這些方法并不限于上述示例。

在下文中具體地說明用于推導(dǎo)在由表達(dá)式(1)表達(dá)的痙攣模型中的系數(shù)d以及由表達(dá)式(2)表達(dá)的僵化模型中的系數(shù)k和θoffset的方法。

首先，說明用于推導(dǎo)由表達(dá)式(1)表達(dá)的痙攣模型中的系數(shù)d的方法。

步驟1：

例如，采用圖5所示的簡化的機(jī)械腿2。在圖5中，θ是膝旋轉(zhuǎn)角度；是下肢相對于重力方向的角度；m是在下肢的重心處下肢的質(zhì)量；以及l(fā)是膝關(guān)節(jié)部與下肢的重心之間的距離。

應(yīng)注意的是，機(jī)械腿2在其未附接到步行訓(xùn)練者時(shí)的阻力模型可以通過下面所示的表達(dá)式(3)來表達(dá)。

在表達(dá)式(3)中，t是驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部的轉(zhuǎn)矩；i是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；r是粘性阻力；f是動(dòng)摩擦系數(shù)；以及g是重力加速度。另外，k1和k2滿足以下關(guān)系。

確定單元333通過確認(rèn)(或確定)上述的i、d、f、k1和k2來預(yù)先獲得表達(dá)式(3)中的轉(zhuǎn)矩t。

步驟2：

接下來，確定單元333通過從轉(zhuǎn)矩t1中減去轉(zhuǎn)矩t2來計(jì)算轉(zhuǎn)矩t3(t3＝t1-t2)，其中，t1表示在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段期間所獲得的膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且t2表示以表達(dá)式(3)獲得的轉(zhuǎn)矩t。該轉(zhuǎn)矩t3是用于計(jì)算痙攣模型的轉(zhuǎn)矩。

步驟3：

接下來，如圖6所示，在橫軸表示并且縱軸表示t3的曲線圖上，確定單元333繪制的值和t3的值，這兩者都是在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段期間獲得的。結(jié)果，獲得了被表達(dá)為如下所示的表達(dá)式(4)的近似表達(dá)式。

由于膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩是反作用力，因此確定單元333用下面所示的表達(dá)式(5)來替換表達(dá)式(4)。

確定單元333推導(dǎo)表達(dá)式(5)中的“-d”作為在由表達(dá)式(1)表達(dá)的痙攣模型中的系數(shù)d。

另外，當(dāng)由表達(dá)式(1)表達(dá)的痙攣模型中的系數(shù)d的值的絕對值超過痙攣閾值時(shí)，確定單元333確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)。因此，系數(shù)d的值的絕對值變得越大，就越可能確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)。

接下來，說明用于推導(dǎo)由表達(dá)式(2)表達(dá)的僵化模型中的系數(shù)k和θoffset的方法。

步驟1：

與痙攣模型的步驟1相似，確定單元333預(yù)先獲得表達(dá)式(3)中的轉(zhuǎn)矩t。

步驟2：

接下來，與痙攣模型的步驟2相似，確定單元333通過從轉(zhuǎn)矩t1中減去轉(zhuǎn)矩t2來計(jì)算轉(zhuǎn)矩t3(t3＝t1-t2)。該轉(zhuǎn)矩t3是用于計(jì)算僵化模型的轉(zhuǎn)矩。

步驟3：

接下來，如圖7所示，在橫軸表示θ且縱軸表示t3的曲線圖上，確定單元333繪制θ的值和t3的值，這兩者都是在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段期間獲得的。結(jié)果，獲得了被表達(dá)為如下所示的表達(dá)式(6)的近似表達(dá)式。

t3＝k′θ+θ′offset(6)

由于膝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩是反作用力，因此確定單元333用下面所示的表達(dá)式(7)來替換表達(dá)式(6)。

trigidity＝-k′θ-θ′offset(7)

確定單元333推導(dǎo)表達(dá)式(7)中的“-k”和“-θ'offset”分別作為由表達(dá)式(2)表達(dá)的僵化模型中的系數(shù)k和θoffset。

另外，當(dāng)由表達(dá)式(2)表達(dá)的僵化模型中的系數(shù)k的值的絕對值超過第一僵化閾值、或者由表達(dá)式(2)表達(dá)的僵化模型中的系數(shù)θoffset的值的絕對值超過第二僵化閾值時(shí)，確定單元333確定步行訓(xùn)練者處于僵化狀態(tài)。因此，系數(shù)k的值的絕對值變得越大，就越可能確定步行訓(xùn)練者處于僵化狀態(tài)。另外，系數(shù)θoffset的值的絕對值變得越大，就越有可能確定步行訓(xùn)練者處于僵化狀態(tài)。

圖8是示出了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的用于在步行訓(xùn)練設(shè)備1中確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)的狀態(tài)確定方法的示例的流程圖。

步行訓(xùn)練者、物理治療師等通過操作操作單元(未示出)來開始步行訓(xùn)練。當(dāng)開始步行訓(xùn)練時(shí)，確定單元333確定訓(xùn)練者的腿部是否處于步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段內(nèi)(步驟s11)。當(dāng)訓(xùn)練者的腿部未處于腿部空閑時(shí)段內(nèi)(在步驟s11中為否)時(shí)，處理進(jìn)行至下述的步驟s14。

在步驟11中，當(dāng)訓(xùn)練者的腿部處于步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段內(nèi)時(shí)(在步驟s11中為是)，控制單元332控制電機(jī)261，使得電機(jī)261旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)部22，以幫助步行訓(xùn)練者行走(步驟s12)。

接下來，確定單元333通過使用在腿部空閑時(shí)段期間由電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值來確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)(步驟s13)。

接下來，確定單元333確定步行訓(xùn)練是否停止(步驟s14)。當(dāng)步行訓(xùn)練者或在步行訓(xùn)練者附近的物理治療師等停止步行訓(xùn)練時(shí)，他/她通過操作操作單元(未示出)來停止步行訓(xùn)練。因此，確定單元333可基于是否已執(zhí)行用于停止步行訓(xùn)練的操作來確定步行訓(xùn)練是否停止。

在步驟s14中，當(dāng)步行訓(xùn)練停止時(shí)(在步驟s14中為是)，處理結(jié)束。另一方面，當(dāng)步行訓(xùn)練未停止時(shí)(在步驟s14中為否)，該處理返回至步驟s11中的處理。

如上所述，根據(jù)第一示例性實(shí)施例，確定單元333通過使用在步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段期間由電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測單元262檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值來確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是僵化狀態(tài)。結(jié)果，能夠在步行訓(xùn)練者進(jìn)行步行訓(xùn)練時(shí)確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)。

另外，用于確定患者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值的使用限于步行訓(xùn)練者的步態(tài)運(yùn)動(dòng)的腿部空閑時(shí)段，并且在腿部站立時(shí)段期間不使用電機(jī)轉(zhuǎn)矩的值。結(jié)果，能夠確定患者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)，而不受訓(xùn)練者的腿部由于當(dāng)腿部處于腿部站立狀態(tài)時(shí)發(fā)生的著陸而從地板接受的負(fù)荷影響，從而使得能夠高度準(zhǔn)確地確定患者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)。

第二示例性實(shí)施例

根據(jù)第二示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1'的外觀與圖1和圖2所示的根據(jù)第一示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1的外觀相似，但其功能塊配置與根據(jù)第一示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1的功能塊配置不同。

圖9是示出了根據(jù)第二示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1'的示意性功能塊配置示例的框圖。在根據(jù)第二示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1'中，在控制裝置33中添加了通知單元334。

當(dāng)確定單元333確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)時(shí)，通知單元334向步行訓(xùn)練者或在步行訓(xùn)練者附近的物理治療師等通知步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)。可以使用任意通知方法作為通知方法。例如，通知單元334可在顯示單元331中顯示表示步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)的圖像等。另外，通知單元334可從諸如揚(yáng)聲器的語音輸出單元輸出表示步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)的語音消息。另外，通知單元334可輸出諸如蜂鳴聲的警報(bào)來代替輸出語音消息。

圖10是示出了用于在根據(jù)第二示例性實(shí)施例的步行訓(xùn)練設(shè)備1'中確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)的狀態(tài)確定方法的示例的流程圖。

首先，執(zhí)行與圖8所示的第一示例性實(shí)施例中的步驟相似的步驟s11至s13。

接下來，通知單元334確定確定單元333是否在前一步驟s13中已確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)(步驟s21)。當(dāng)確定單元333尚未確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)時(shí)(在步驟s21中為否)，處理進(jìn)行至步驟s14(稍后描述)。

當(dāng)在步驟s21中確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)時(shí)(在步驟21中為是)，通知單元334提供步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)的通知(步驟s22)。如上所述，可想到的通知方法的示例包括在顯示單元331中顯示圖像等、從諸如揚(yáng)聲器的語音輸出單元輸出語音消息、輸出諸如蜂鳴聲的警告等。

此后，執(zhí)行與圖8中所示的第一示例性實(shí)施例的步驟相似的步驟s14。

如上所述，根據(jù)第二示例性實(shí)施例，當(dāng)確定單元333確定步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)時(shí)，通知單元334提供關(guān)于該確定的通知。結(jié)果，步行訓(xùn)練者或在步行訓(xùn)練者附近的物理治療師等會(huì)意識(shí)到步行訓(xùn)練者處于痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)。

應(yīng)注意，第二示例性實(shí)施例的其他效果與第一示例性實(shí)施例的效果相似。

應(yīng)注意，本發(fā)明并不限于上述示例實(shí)施例，并且可以在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下進(jìn)行各種修改。

例如，在上述示例性實(shí)施例中，僅設(shè)定一個(gè)針對腳底負(fù)荷的閾值，并且將從腳底負(fù)荷減小到閾值以下的第一定時(shí)到腳底負(fù)荷超過閾值的第二定時(shí)的時(shí)段確定(或定義)為腿部空閑時(shí)段。然而，用于確定腿部空閑時(shí)段的方法并不限于該示例。

例如，兩個(gè)閾值(即，第一閾值和比第一閾值小的第二閾值)可被定義為針對腳底負(fù)荷的閾值。隨后，從腳底負(fù)荷減小到第一閾值以下的第一定時(shí)到腳底負(fù)荷超過第二閾值的第二定時(shí)的時(shí)段可被確定為腿部空閑時(shí)段。當(dāng)確定腿部空閑時(shí)段的結(jié)束的第二閾值增大時(shí)，除非步行訓(xùn)練者比他/她用腿部站立時(shí)稍微強(qiáng)力一點(diǎn)地在地板上踏步，否則不會(huì)確定腿部空閑時(shí)段結(jié)束。然而，如果步行訓(xùn)練者比他/她用腿部站立時(shí)稍微強(qiáng)力一點(diǎn)地在地板上踏步，則腳底負(fù)荷可能由于其反作用等而被測量為較小值。結(jié)果，即使腿部實(shí)際上處于腿部站立狀態(tài)，也可能錯(cuò)誤地確定腿部空閑時(shí)段開始。因此，步行訓(xùn)練設(shè)備可能發(fā)生故障，并且啟動(dòng)幫助步行訓(xùn)練者在錯(cuò)誤的腿部空閑時(shí)段期間行走的過程。為了防止這種狀況，確定腿部空閑時(shí)段結(jié)束的第二閾值優(yōu)選地被設(shè)定為較小值。

替選地，如在上述示例性實(shí)施例的情況下一樣可僅使用一個(gè)針對腳底負(fù)荷的閾值。然后，可將從腳底負(fù)荷減小到閾值以下的第一定時(shí)到為在第一定時(shí)之后預(yù)定時(shí)間的第二定時(shí)確定(或定義)為腿部空閑時(shí)段。預(yù)定時(shí)間對應(yīng)于從步行訓(xùn)練者開始彎曲他的/她的膝蓋的定時(shí)到在膝旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值之后步行訓(xùn)練者伸展他的/她的膝蓋的定時(shí)的時(shí)間段。當(dāng)即使在預(yù)定時(shí)間過去之后腳底負(fù)荷也比閾值低時(shí)，推測步行訓(xùn)練者不處于腿部站立狀態(tài)，并且在預(yù)定時(shí)間過去之后使他的/她的腿部處于伸展?fàn)顟B(tài)。然而，即使當(dāng)獲得了在該狀態(tài)下的步行數(shù)據(jù)時(shí)，也無法確定步行訓(xùn)練者是處于痙攣狀態(tài)還是處于僵化狀態(tài)，因此，步行數(shù)據(jù)是無意義的。因此，僅上述的預(yù)定時(shí)間段被確定為腿部空閑時(shí)段，并且在該腿部空閑時(shí)段中確定痙攣狀態(tài)或僵化狀態(tài)。

另外，盡管在上述示例性實(shí)施例中步行訓(xùn)練設(shè)備被配置為能夠確定步行訓(xùn)練者的痙攣狀態(tài)和僵化狀態(tài)這二種狀態(tài)，但是步行訓(xùn)練設(shè)備的配置并不限于該示例。根據(jù)本發(fā)明的步行訓(xùn)練設(shè)備可被配置為能夠確定步行訓(xùn)練者的痙攣狀態(tài)和僵化狀態(tài)中的僅一種狀態(tài)。

根據(jù)這樣描述的本發(fā)明，顯而易見的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以許多方式變化。這些變化并不被認(rèn)為背離了本發(fā)明的主旨和范圍，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的所有這樣的修改旨在包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。