JP2003116893A - 歩行状態判定装置及び方法 - Google Patents
歩行状態判定装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚体の
長短に関わらず、歩行状態を簡易且つ的確に判定可能な
装置及び方法を提供する。 【解決手段】本装置１によれば、測定手段１２が歩行者
の脚体下端部の変位量を表すパラメータを測定する。ま
た、第１記憶手段１２１がパラメータに対応する判定空
間におけるプロットのパターンと歩行者の歩行状態とを
対応付けて記憶保持している。さらに、生成手段１３が
判定空間において測定手段１１により測定されたパラメ
ータにより特定されるプロットを生成する。そして、判
定手段１４が第１記憶手段１２１により歩行状態と対応
付けられて記憶保持されているプロットのパターンと生
成手段１３により生成されたプロットのパターンとに基
づき歩行者の歩行状態を判定する。
長短に関わらず、歩行状態を簡易且つ的確に判定可能な
装置及び方法を提供する。 【解決手段】本装置１によれば、測定手段１２が歩行者
の脚体下端部の変位量を表すパラメータを測定する。ま
た、第１記憶手段１２１がパラメータに対応する判定空
間におけるプロットのパターンと歩行者の歩行状態とを
対応付けて記憶保持している。さらに、生成手段１３が
判定空間において測定手段１１により測定されたパラメ
ータにより特定されるプロットを生成する。そして、判
定手段１４が第１記憶手段１２１により歩行状態と対応
付けられて記憶保持されているプロットのパターンと生
成手段１３により生成されたプロットのパターンとに基
づき歩行者の歩行状態を判定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の脚体を有す
る歩行者の歩行状態を判定する装置及び方法に関する。
る歩行者の歩行状態を判定する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】筋力が低下した者の歩行を補助する装置
が使用される場合、当該装置による適切な歩行補助のた
めにはその者が平地を歩行しているか階段を上り下りし
ているか等の歩行状態を的確に判定する必要がある。そ
こで、特開平７−１６３６０７号公報等において、圧力
センサにより測定される歩行者の足裏の圧力に基づいて
歩行状態を判定する方法が提案されている。また、特開
２０００−３２５３２９号公報等において、歩行者の脚
体の角度に基づいて歩行状態を判定する方法が提案され
ている。
が使用される場合、当該装置による適切な歩行補助のた
めにはその者が平地を歩行しているか階段を上り下りし
ているか等の歩行状態を的確に判定する必要がある。そ
こで、特開平７−１６３６０７号公報等において、圧力
センサにより測定される歩行者の足裏の圧力に基づいて
歩行状態を判定する方法が提案されている。また、特開
２０００−３２５３２９号公報等において、歩行者の脚
体の角度に基づいて歩行状態を判定する方法が提案され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、足裏の圧力に
基づく判定方法によれば、特に階段の上り下りに際して
生じがちな事態であるが、足裏のうち圧力センサが設け
られている部分が着床されず、歩行状態が誤判定される
おそれがある。例えば、踵部分に圧力センサが設けられ
ているにも関わらず爪先部分で着床するような場合であ
る。また、履物の底部の形状によって足裏への圧力の分
布が相違するため、同様に歩行状態が誤判定されるおそ
れがある。さらに、底部に圧力センサが設けられた履物
が使用される場合、この履物の着脱のたびに圧力センサ
と歩行状態判定用の演算処理装置等とを通信線や電線に
より接続したり、接続を解除する作業が必要となり、歩
行者に煩わしさを感じさせるおそれがある。
基づく判定方法によれば、特に階段の上り下りに際して
生じがちな事態であるが、足裏のうち圧力センサが設け
られている部分が着床されず、歩行状態が誤判定される
おそれがある。例えば、踵部分に圧力センサが設けられ
ているにも関わらず爪先部分で着床するような場合であ
る。また、履物の底部の形状によって足裏への圧力の分
布が相違するため、同様に歩行状態が誤判定されるおそ
れがある。さらに、底部に圧力センサが設けられた履物
が使用される場合、この履物の着脱のたびに圧力センサ
と歩行状態判定用の演算処理装置等とを通信線や電線に
より接続したり、接続を解除する作業が必要となり、歩
行者に煩わしさを感じさせるおそれがある。
【０００４】一方、脚体の角度に基づく判定方法によれ
ば、歩行者の脚体の長短のため歩行状態が的確に判定さ
れないおそれがある。例えば、同一の階段でも脚体の長
さにより歩行時の大腿部の上げ具合が相違するため、小
柄な歩行者については階段を歩行していると判定される
にも関わらず、長身の歩行者については平地を歩行して
いると誤判定されるおそれがある。
ば、歩行者の脚体の長短のため歩行状態が的確に判定さ
れないおそれがある。例えば、同一の階段でも脚体の長
さにより歩行時の大腿部の上げ具合が相違するため、小
柄な歩行者については階段を歩行していると判定される
にも関わらず、長身の歩行者については平地を歩行して
いると誤判定されるおそれがある。
【０００５】特に歩行補助装置においては、歩行状態の
誤判定は歩行者に付与される補助力の過大又は過少をも
たらし、当該歩行に支障をきたすことになる。
誤判定は歩行者に付与される補助力の過大又は過少をも
たらし、当該歩行に支障をきたすことになる。
【０００６】そこで、本発明は歩行者の足裏における着
床箇所の相違や脚体の長短に関わらず、歩行状態を簡易
且つ的確に判定可能な装置及び方法を提供することを解
決課題とする。
床箇所の相違や脚体の長短に関わらず、歩行状態を簡易
且つ的確に判定可能な装置及び方法を提供することを解
決課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の歩行状態判定装置は、前記歩行者の脚体下端
部の変位量を表すパラメータを測定する測定手段と、該
パラメータに対応する判定空間におけるプロットのパタ
ーンと、該歩行者の歩行状態とを対応付けて記憶保持す
る第１記憶手段と、該判定空間において、該測定手段に
より測定されたパラメータにより特定されるプロットを
生成する生成手段と、第１記憶手段により歩行状態と対
応付けられて記憶保持されているプロットのパターン
と、該生成手段により生成されたプロットのパターンと
の比較に基づいて該歩行者の歩行状態を判定する判定手
段とを備えていることを特徴とする。
の本発明の歩行状態判定装置は、前記歩行者の脚体下端
部の変位量を表すパラメータを測定する測定手段と、該
パラメータに対応する判定空間におけるプロットのパタ
ーンと、該歩行者の歩行状態とを対応付けて記憶保持す
る第１記憶手段と、該判定空間において、該測定手段に
より測定されたパラメータにより特定されるプロットを
生成する生成手段と、第１記憶手段により歩行状態と対
応付けられて記憶保持されているプロットのパターン
と、該生成手段により生成されたプロットのパターンと
の比較に基づいて該歩行者の歩行状態を判定する判定手
段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】前記課題を解決するための本発明の歩行状
態判定方法は、前記歩行者の脚体下端部の変位量を表す
パラメータを測定する測定ステップと、該パラメータに
対応する判定空間におけるプロットのパターンと、該歩
行者の歩行状態とを対応付ける対応付けステップと、該
判定空間において、該測定ステップにおいて測定された
パラメータにより特定されるプロットを生成する生成ス
テップと、該対応付けステップにおいて歩行状態と対応
付けられたプロットのパターンと、該生成ステップにお
いて生成されたプロットのパターンとの比較に基づいて
該歩行者の歩行状態を判定する判定ステップとを備えて
いることを特徴とする。
態判定方法は、前記歩行者の脚体下端部の変位量を表す
パラメータを測定する測定ステップと、該パラメータに
対応する判定空間におけるプロットのパターンと、該歩
行者の歩行状態とを対応付ける対応付けステップと、該
判定空間において、該測定ステップにおいて測定された
パラメータにより特定されるプロットを生成する生成ス
テップと、該対応付けステップにおいて歩行状態と対応
付けられたプロットのパターンと、該生成ステップにお
いて生成されたプロットのパターンとの比較に基づいて
該歩行者の歩行状態を判定する判定ステップとを備えて
いることを特徴とする。
【０００９】本発明において測定される脚体下端部の変
位量は、主として平地か階段であるか等の歩行場所に依
存し、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚体の長
短にはほとんど依存しない。このため、当該変位量を表
すパラメータにより特定される判定空間のプロットのパ
ターンは、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚体
の長短に関わらず同一歩行状態では略同一となる。ま
た、圧力測定のように特殊な履物の着脱に伴う配線の接
続・解除という煩雑さを伴わない。従って、本発明によ
れば、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚体の長
短に関わらず、判定空間におけるプロットのパターンに
基づいて歩行状態を簡易且つ的確に判定することができ
る。
位量は、主として平地か階段であるか等の歩行場所に依
存し、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚体の長
短にはほとんど依存しない。このため、当該変位量を表
すパラメータにより特定される判定空間のプロットのパ
ターンは、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚体
の長短に関わらず同一歩行状態では略同一となる。ま
た、圧力測定のように特殊な履物の着脱に伴う配線の接
続・解除という煩雑さを伴わない。従って、本発明によ
れば、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚体の長
短に関わらず、判定空間におけるプロットのパターンに
基づいて歩行状態を簡易且つ的確に判定することができ
る。
【００１０】また、第１記憶手段は前記プロットのパタ
ーンとして前記判定空間におけるプロットの形状パター
ンを記憶保持し、前記判定手段は第１記憶手段により記
憶保持されている形状パターンと、前記生成手段により
生成されたプロットの形状パターンとの同否又は類否判
断に基づいて前記歩行者の歩行状態を判定することを特
徴とする。
ーンとして前記判定空間におけるプロットの形状パター
ンを記憶保持し、前記判定手段は第１記憶手段により記
憶保持されている形状パターンと、前記生成手段により
生成されたプロットの形状パターンとの同否又は類否判
断に基づいて前記歩行者の歩行状態を判定することを特
徴とする。
【００１１】本発明によれば、「形状パターン」即ちプ
ロットが判定空間に描く形状のパターンに基づいて歩行
状態を判定することができる。
ロットが判定空間に描く形状のパターンに基づいて歩行
状態を判定することができる。
【００１２】さらに、第１記憶手段は前記プロットのパ
ターンとして前記判定空間におけるプロットの存在パタ
ーンを記憶保持し、前記判定手段は第１記憶手段により
記憶保持されている存在パターンと、前記生成手段によ
り生成されたプロットの存在パターンとの同否又は類否
判断に基づいて前記歩行者の歩行状態を判定することを
特徴とする。
ターンとして前記判定空間におけるプロットの存在パタ
ーンを記憶保持し、前記判定手段は第１記憶手段により
記憶保持されている存在パターンと、前記生成手段によ
り生成されたプロットの存在パターンとの同否又は類否
判断に基づいて前記歩行者の歩行状態を判定することを
特徴とする。
【００１３】本発明によれば、「存在パターン」即ちプ
ロットが判定空間のどの領域に存在するかというパター
ンに基づいて歩行状態を判定することができる。
ロットが判定空間のどの領域に存在するかというパター
ンに基づいて歩行状態を判定することができる。
【００１４】また、前記測定手段は前記歩行者の脚体の
長さと、脚体上端部及び脚体下端部の高低差との差を第
１パラメータとして測定する第１測定手段を備え、前記
判定手段は前記判定空間におけるプロットが、第１パラ
メータが所定閾値未満の低域にあるという存在パターン
のとき該歩行者が通常歩行状態であると判定し、第１パ
ラメータが該所定閾値以上の高域にあるという存在パタ
ーンのとき該歩行者が傾斜歩行状態にあると判定するこ
とを特徴とする。
長さと、脚体上端部及び脚体下端部の高低差との差を第
１パラメータとして測定する第１測定手段を備え、前記
判定手段は前記判定空間におけるプロットが、第１パラ
メータが所定閾値未満の低域にあるという存在パターン
のとき該歩行者が通常歩行状態であると判定し、第１パ
ラメータが該所定閾値以上の高域にあるという存在パタ
ーンのとき該歩行者が傾斜歩行状態にあると判定するこ
とを特徴とする。
【００１５】さらに、前記測定手段は前記歩行者の脚体
上端部に対する脚体下端部の前後位置を第２パラメータ
として測定する第２測定手段を備え、前記判定手段は該
歩行者が前記傾斜歩行状態にあると判定した場合、前記
判定空間におけるプロットが、第２パラメータが正閾値
以上の所定正域にあるという存在パターンのとき上昇歩
行状態であると判定し、第２パラメータが負閾値以下の
所定負域にあるという存在パターンのとき下降歩行状態
にあると判定することを特徴とする。
上端部に対する脚体下端部の前後位置を第２パラメータ
として測定する第２測定手段を備え、前記判定手段は該
歩行者が前記傾斜歩行状態にあると判定した場合、前記
判定空間におけるプロットが、第２パラメータが正閾値
以上の所定正域にあるという存在パターンのとき上昇歩
行状態であると判定し、第２パラメータが負閾値以下の
所定負域にあるという存在パターンのとき下降歩行状態
にあると判定することを特徴とする。
【００１６】本発明によれば、詳細は後述するが、第
１、第２パラメータにより表され、判定空間のプロット
の存在パターンに反映される脚体下端部の変位量の定性
的考察に基づき、歩行状態を的確に判定することができ
る。
１、第２パラメータにより表され、判定空間のプロット
の存在パターンに反映される脚体下端部の変位量の定性
的考察に基づき、歩行状態を的確に判定することができ
る。
【００１７】なお「通常歩行状態」とは平地、傾斜の緩
やかな坂道、又は段差の低い階段を歩行している状態を
意味する。また「傾斜歩行状態」とは傾斜の急な坂道、
又は段差が高い階段を歩行している状態を意味する。こ
こで坂道の傾斜の緩急又は階段の段差の高低の区分は
「所定閾値」の設定により決定される。
やかな坂道、又は段差の低い階段を歩行している状態を
意味する。また「傾斜歩行状態」とは傾斜の急な坂道、
又は段差が高い階段を歩行している状態を意味する。こ
こで坂道の傾斜の緩急又は階段の段差の高低の区分は
「所定閾値」の設定により決定される。
【００１８】また、本発明は、前記歩行者の脚体の関節
間距離を記憶保持する第２記憶手段と、該脚体の関節角
度を測定する角度センサとを備え、第１及び第２測定手
段は、第２記憶手段により記憶保持されている脚体の関
節間距離と、該角度センサにより測定される関節角度と
に基づいて第１及び第２パラメータを測定することを特
徴とする。
間距離を記憶保持する第２記憶手段と、該脚体の関節角
度を測定する角度センサとを備え、第１及び第２測定手
段は、第２記憶手段により記憶保持されている脚体の関
節間距離と、該角度センサにより測定される関節角度と
に基づいて第１及び第２パラメータを測定することを特
徴とする。
【００１９】本発明によれば、後述のように脚体の関節
間距離及び関節角度と、簡単な幾何学的考察に基づいて
第１、第２パラメータを測定することができる。
間距離及び関節角度と、簡単な幾何学的考察に基づいて
第１、第２パラメータを測定することができる。
【００２０】前記判定手段は前記歩行者の直前回の歩行
周期にわたり前記生成手段により生成された一連のプロ
ットに基づいて該歩行者の歩行状態を判定することを特
徴とする。
周期にわたり前記生成手段により生成された一連のプロ
ットに基づいて該歩行者の歩行状態を判定することを特
徴とする。
【００２１】前記歩行者の脚体の上部の鉛直加速度を測
定する加速度センサと、該加速度センサにより測定され
る鉛直加速度に基づいて該歩行者の歩行周期を測定する
歩行周期測定手段とを備えていることを特徴とする。
定する加速度センサと、該加速度センサにより測定され
る鉛直加速度に基づいて該歩行者の歩行周期を測定する
歩行周期測定手段とを備えていることを特徴とする。
【００２２】本発明によれば、判定空間において歩行周
期ごとに描かれるプロットのパターンに基づき、歩行者
の歩行状態を判定することができる。
期ごとに描かれるプロットのパターンに基づき、歩行者
の歩行状態を判定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の歩行状態判定装置及び方
法の実施形態について図面を用い説明する。図１は本実
施形態の歩行状態判定装置の構成説明図であり、図２は
本実施形態の歩行状態判定方法の手順説明図であり、図
３は本実施形態における第１、第２パラメータの測定方
法説明図であり、図４は本実施形態における判定空間と
歩行状態との対応関係説明図であり、図５は本実施形態
における歩行状態判定結果の説明図である。
法の実施形態について図面を用い説明する。図１は本実
施形態の歩行状態判定装置の構成説明図であり、図２は
本実施形態の歩行状態判定方法の手順説明図であり、図
３は本実施形態における第１、第２パラメータの測定方
法説明図であり、図４は本実施形態における判定空間と
歩行状態との対応関係説明図であり、図５は本実施形態
における歩行状態判定結果の説明図である。
【００２４】図１に示す歩行状態判定装置１は、歩行者
である人間に取り付けられて使用される歩行補助装置２
の一部を構成する。
である人間に取り付けられて使用される歩行補助装置２
の一部を構成する。
【００２５】歩行補助装置２は歩行者の腹部、大腿部、
脛部に装着されるサポーター２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
と、歩行者の腰部にあってサポーター２１ａ、２１ｂを
介して股関節回りのトルクを付与する第１アクチュエー
タ２２１と、歩行者の膝部にあってサポーター２１ｂ、
２１ｃを介して膝関節回りのトルクを付与する第２アク
チュエータ２２２と、歩行者の背中に担がれるバックパ
ック２３の中に収納され、アクチュエータ２２１、２２
２の作動等を制御する制御ユニット２４と、同じくバッ
クパック２３に収納され、アクチュエータ２２１、２２
２に電力を供給するバッテリ２５とを備えている。
脛部に装着されるサポーター２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
と、歩行者の腰部にあってサポーター２１ａ、２１ｂを
介して股関節回りのトルクを付与する第１アクチュエー
タ２２１と、歩行者の膝部にあってサポーター２１ｂ、
２１ｃを介して膝関節回りのトルクを付与する第２アク
チュエータ２２２と、歩行者の背中に担がれるバックパ
ック２３の中に収納され、アクチュエータ２２１、２２
２の作動等を制御する制御ユニット２４と、同じくバッ
クパック２３に収納され、アクチュエータ２２１、２２
２に電力を供給するバッテリ２５とを備えている。
【００２６】また、歩行補助装置２は歩行者の腰部にあ
って股関節角度θ1 を測定する第１角度センサ２６１
と、歩行者の膝部にあって膝関節角度θ2 を測定する第
２角度センサ２６２と、歩行者の腰部にあって鉛直加速
度を測定するＧセンサ（加速度センサ）２６３とを備え
ている。
って股関節角度θ1 を測定する第１角度センサ２６１
と、歩行者の膝部にあって膝関節角度θ2 を測定する第
２角度センサ２６２と、歩行者の腰部にあって鉛直加速
度を測定するＧセンサ（加速度センサ）２６３とを備え
ている。
【００２７】図３に示す脚体モデルに従い、股関節角度
θ1 は股関節Ｈを含む鉛直平面に対して長さｌ1 の大腿
部がなす角度であり、大腿部が当該平面より前方にある
ときを正、後方にあるときを負とする角度として定義さ
れる。また、膝関節角度θ2は大腿部を含む平面に対し
て長さｌ2 の脛部がなす角度であり、脛部が当該平面よ
り前方にあるときを負、後方にあるときを正とする角度
として定義される。
θ1 は股関節Ｈを含む鉛直平面に対して長さｌ1 の大腿
部がなす角度であり、大腿部が当該平面より前方にある
ときを正、後方にあるときを負とする角度として定義さ
れる。また、膝関節角度θ2は大腿部を含む平面に対し
て長さｌ2 の脛部がなす角度であり、脛部が当該平面よ
り前方にあるときを負、後方にあるときを正とする角度
として定義される。
【００２８】歩行状態判定装置１はそれぞれ制御ユニッ
ト２４の一部を構成する記憶手段１１と、測定手段１２
と、生成手段１３と、判定手段１４とを備えている。
ト２４の一部を構成する記憶手段１１と、測定手段１２
と、生成手段１３と、判定手段１４とを備えている。
【００２９】記憶手段１１はＲＯＭ、ＲＡＭ等により構
成され、判定空間におけるプロットの存在パターン（図
４参照）と、歩行状態とを対応付けて記憶保持する第１
記憶手段１１１と、予め測定された歩行者の股関節−膝
関節間距離ｌ1 、膝関節−足関節距離ｌ2 を記憶保持す
る第２記憶手段１１２とを備えている。
成され、判定空間におけるプロットの存在パターン（図
４参照）と、歩行状態とを対応付けて記憶保持する第１
記憶手段１１１と、予め測定された歩行者の股関節−膝
関節間距離ｌ1 、膝関節−足関節距離ｌ2 を記憶保持す
る第２記憶手段１１２とを備えている。
【００３０】測定手段１２は第１測定手段１２１と、第
２測定手段１２２と、歩行周期測定手段１２３とを備え
ている。
２測定手段１２２と、歩行周期測定手段１２３とを備え
ている。
【００３１】第１測定手段１２１は第１角度センサ２６
１、第２角度センサ２６２、及び第２記憶手段１１２を
構成要素として包含する。そして、第１、第２角度セン
サ２６１、２６２により測定される歩行者の股関節角度
θ1 、膝関節角度θ2 及び第２記憶手段１１２に記憶保
持されている関節間距離ｌ1 、ｌ2 に基づき、歩行者の
股関節から足関節に至るまでの脚体の長さｌ1 ＋ｌ
2 と、股関節及び足関節の高低差との差（第１パラメー
タ：図３参照）ｘ1 を測定する。
１、第２角度センサ２６２、及び第２記憶手段１１２を
構成要素として包含する。そして、第１、第２角度セン
サ２６１、２６２により測定される歩行者の股関節角度
θ1 、膝関節角度θ2 及び第２記憶手段１１２に記憶保
持されている関節間距離ｌ1 、ｌ2 に基づき、歩行者の
股関節から足関節に至るまでの脚体の長さｌ1 ＋ｌ
2 と、股関節及び足関節の高低差との差（第１パラメー
タ：図３参照）ｘ1 を測定する。
【００３２】第２測定手段１２２は同じく第１角度セン
サ２６１、第２角度センサ２６２、及び第２記憶手段１
１２を構成要素として包含する。そして、第１、第２角
度センサ２６１、２６２により測定される歩行者の股関
節角度θ1 、膝関節角度θ2及び第２記憶手段１１２に
記憶保持されている関節間距離ｌ1 、ｌ2 に基づき、歩
行者の股関節（脚体上端部）に対する足関節（脚体下端
部）の前後位置（第２パラメータ：図３参照）ｘ2 を測
定する。
サ２６１、第２角度センサ２６２、及び第２記憶手段１
１２を構成要素として包含する。そして、第１、第２角
度センサ２６１、２６２により測定される歩行者の股関
節角度θ1 、膝関節角度θ2及び第２記憶手段１１２に
記憶保持されている関節間距離ｌ1 、ｌ2 に基づき、歩
行者の股関節（脚体上端部）に対する足関節（脚体下端
部）の前後位置（第２パラメータ：図３参照）ｘ2 を測
定する。
【００３３】歩行周期測定手段１２３はＧセンサ２６３
を構成要素として包含し、Ｇセンサ２６３により測定さ
れる歩行者の腰部に生じる鉛直加速度の変化に基づき、
歩行者の歩行周期を測定する。
を構成要素として包含し、Ｇセンサ２６３により測定さ
れる歩行者の腰部に生じる鉛直加速度の変化に基づき、
歩行者の歩行周期を測定する。
【００３４】生成手段１３はＣＰＵ、信号入出力回路、
ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成され、第１パラメータ
ｘ1 、第２パラメータｘ2 に対応する２次元の「判定空
間」において後述の「プロット（プロットデータ）」を
生成する。
ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成され、第１パラメータ
ｘ1 、第２パラメータｘ2 に対応する２次元の「判定空
間」において後述の「プロット（プロットデータ）」を
生成する。
【００３５】判定手段１４は同様にＣＰＵ、信号入出力
回路、第１記憶手段１１１等により構成され、後述のよ
うに生成手段１３により生成されたプロットの存在パタ
ーン、第１記憶手段１１１により記憶保持されているプ
ロットの存在パターンとに基づき歩行者の歩行状態を判
定する。
回路、第１記憶手段１１１等により構成され、後述のよ
うに生成手段１３により生成されたプロットの存在パタ
ーン、第１記憶手段１１１により記憶保持されているプ
ロットの存在パターンとに基づき歩行者の歩行状態を判
定する。
【００３６】続いて歩行状態判定装置１の機能について
図２〜図５を用いて説明する。
図２〜図５を用いて説明する。
【００３７】まず、第１、第２測定手段１２１、１２２
が第１、第２パラメータｘ1 、ｘ2を測定する（図２ｓ
１）。当該測定は、第２記憶手段１１２により記憶保持
されている歩行者の股−膝、膝−足関節間距離ｌ1 、ｌ
2 と、第１、第２角度センサ２６１、２６２により測定
される股、膝関節角度θ1 、θ2 とを用い次式（１）、
（２）に従って行われる。
が第１、第２パラメータｘ1 、ｘ2を測定する（図２ｓ
１）。当該測定は、第２記憶手段１１２により記憶保持
されている歩行者の股−膝、膝−足関節間距離ｌ1 、ｌ
2 と、第１、第２角度センサ２６１、２６２により測定
される股、膝関節角度θ1 、θ2 とを用い次式（１）、
（２）に従って行われる。
【００３８】
ｘ1 ＝ｌ1 ＋ｌ2
−｛ｌ1 ｃｏｓθ1 ＋ｌ2 ｃｏｓ（θ1 −θ2 ）｝‥（１）
【００３９】
ｘ2 ＝ｌ1 ｓｉｎθ1 ＋ｌ2 ｓｉｎ（θ1 −θ2 ）‥（２）
【００４０】式（１）、（２）は図３に示す脚体モデル
における簡単な幾何学的考察に基づいている。第１パラ
メータｘ1 は関節Ｈ、Ｋ、Ａが鉛直線上にある直立状態
（図３中点線）との比較で股関節Ｈに対する足関節Ａの
高低差の変動量を表す。また、第２パラメータｘ2 は直
立状態（図３中点線）との比較で股関節Ｈに対する足関
節Ａの前後方向の変動量を表す。
における簡単な幾何学的考察に基づいている。第１パラ
メータｘ1 は関節Ｈ、Ｋ、Ａが鉛直線上にある直立状態
（図３中点線）との比較で股関節Ｈに対する足関節Ａの
高低差の変動量を表す。また、第２パラメータｘ2 は直
立状態（図３中点線）との比較で股関節Ｈに対する足関
節Ａの前後方向の変動量を表す。
【００４１】次に、生成手段１３が２次元の「判定空
間」において第１、第２測定手段１２１、１２２により
測定された第１、第２パラメータ（ｘ1 、ｘ2 ）により
特定される「プロット」を生成する（図２ｓ２）。
間」において第１、第２測定手段１２１、１２２により
測定された第１、第２パラメータ（ｘ1 、ｘ2 ）により
特定される「プロット」を生成する（図２ｓ２）。
【００４２】また、歩行周期測定手段１２３がＧセンサ
２６３により測定される腰部に生じる鉛直加速度の変化
に基づき直前回の歩行周期が終了したか否かを判断する
（図２ｓ３）。具体的には、一方の脚体の着床とこれに
続く他方の脚体の着床とに伴い離床時と比して鉛直加速
度が２回大きく増大するごとに、直前回の歩行周期が終
了したと判断される。当該判断があるまでの間（図２ｓ
３でＮＯ）、第１、第２パラメータｘ1 、ｘ2 の測定
（図２ｓ１）、及びプロット生成（図２ｓ２）が繰り返
される。１歩行周期にわたるプロット（ｘ1 、ｘ2 ）の
軌跡は図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すような曲線を描
く。
２６３により測定される腰部に生じる鉛直加速度の変化
に基づき直前回の歩行周期が終了したか否かを判断する
（図２ｓ３）。具体的には、一方の脚体の着床とこれに
続く他方の脚体の着床とに伴い離床時と比して鉛直加速
度が２回大きく増大するごとに、直前回の歩行周期が終
了したと判断される。当該判断があるまでの間（図２ｓ
３でＮＯ）、第１、第２パラメータｘ1 、ｘ2 の測定
（図２ｓ１）、及びプロット生成（図２ｓ２）が繰り返
される。１歩行周期にわたるプロット（ｘ1 、ｘ2 ）の
軌跡は図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すような曲線を描
く。
【００４３】直前回の歩行周期が終了したと判断された
とき（図２ｓ３でＹＥＳ）、判定手段１４が歩行状態を
判定する。この判定に際し、第１記憶手段１１１が歩行
状態と対応付けて記憶保持している存在パターン、即
ち、プロットが判定空間のどの領域に存在するかという
パターンが用いられる（図４参照）。この対応関係によ
れば判定空間は第１パラメータｘ1 が所定閾値ｃ（＞
０）未満の「低域」と、所定閾値ｃ以上の「高域」とに
区分されている。また、判定空間は第２パラメータｘ2
が正閾値ｃ+ （＞０）以上の「所定正域」と、負閾値ｃ
- （＜０）以下の「所定負域」とを含む。そして、プロ
ットが低域｛ｘ1 ＜ｃ｝にのみ存在するパターンが「通
常歩行状態」、高域と所定負域との重複領域｛ｘ1 ≧
ｃ、ｘ2 ≦ｃ-｝に存在するパターンが「下降歩行状
態」、高域と所定正域との重複領域｛ｘ1≧ｃ、ｘ2 ≧
ｃ+ ｝に存在するパターンが「上昇歩行状態」にそれぞ
れ対応付けられている。
とき（図２ｓ３でＹＥＳ）、判定手段１４が歩行状態を
判定する。この判定に際し、第１記憶手段１１１が歩行
状態と対応付けて記憶保持している存在パターン、即
ち、プロットが判定空間のどの領域に存在するかという
パターンが用いられる（図４参照）。この対応関係によ
れば判定空間は第１パラメータｘ1 が所定閾値ｃ（＞
０）未満の「低域」と、所定閾値ｃ以上の「高域」とに
区分されている。また、判定空間は第２パラメータｘ2
が正閾値ｃ+ （＞０）以上の「所定正域」と、負閾値ｃ
- （＜０）以下の「所定負域」とを含む。そして、プロ
ットが低域｛ｘ1 ＜ｃ｝にのみ存在するパターンが「通
常歩行状態」、高域と所定負域との重複領域｛ｘ1 ≧
ｃ、ｘ2 ≦ｃ-｝に存在するパターンが「下降歩行状
態」、高域と所定正域との重複領域｛ｘ1≧ｃ、ｘ2 ≧
ｃ+ ｝に存在するパターンが「上昇歩行状態」にそれぞ
れ対応付けられている。
【００４４】歩行状態判定に際してまず、判定空間の高
域｛ｘ1 ≧ｃ｝におけるプロット（ｘ1 、ｘ2 ）の有無
が判定される（図２ｓ４）。図５（ａ）に示すように全
てのプロット（ｘ1 、ｘ2 ）が高域｛ｘ1 ≧ｃ｝にな
く、低域｛ｘ1 ＜ｃ｝にある存在パターンであると判定
された場合（図２ｓ４でＮＯ）、歩行者は「通常歩行状
態」にあると判定される（図２ｓ６ａ）。
域｛ｘ1 ≧ｃ｝におけるプロット（ｘ1 、ｘ2 ）の有無
が判定される（図２ｓ４）。図５（ａ）に示すように全
てのプロット（ｘ1 、ｘ2 ）が高域｛ｘ1 ≧ｃ｝にな
く、低域｛ｘ1 ＜ｃ｝にある存在パターンであると判定
された場合（図２ｓ４でＮＯ）、歩行者は「通常歩行状
態」にあると判定される（図２ｓ６ａ）。
【００４５】一方、高域｛ｘ1 ≧ｃ｝にプロットがある
存在パターンであると判定された場合（図２ｓ４でＹＥ
Ｓ）、高域｛ｘ1 ≧ｃ｝にあるプロットのうち少なくと
も一部が所定負閾｛ｘ2 ≦ｃ- ｝にあるか、又は所定正
域｛ｘ2 ≧ｃ+ ｝にあるかが判定される（図２ｓ５）。
ここで所定負域｛ｘ2 ≦ｃ- ｝にプロットがある存在パ
ターンであると判定された場合、歩行者は「下降歩行状
態」にあると判定される（図２ｓ６ｂ）。また、所定正
域｛ｘ2 ≧ｃ+ ｝にプロットがある存在パターンである
と判定された場合、歩行者は「上昇歩行状態」にあると
判定される（図２ｓ６ｃ）。
存在パターンであると判定された場合（図２ｓ４でＹＥ
Ｓ）、高域｛ｘ1 ≧ｃ｝にあるプロットのうち少なくと
も一部が所定負閾｛ｘ2 ≦ｃ- ｝にあるか、又は所定正
域｛ｘ2 ≧ｃ+ ｝にあるかが判定される（図２ｓ５）。
ここで所定負域｛ｘ2 ≦ｃ- ｝にプロットがある存在パ
ターンであると判定された場合、歩行者は「下降歩行状
態」にあると判定される（図２ｓ６ｂ）。また、所定正
域｛ｘ2 ≧ｃ+ ｝にプロットがある存在パターンである
と判定された場合、歩行者は「上昇歩行状態」にあると
判定される（図２ｓ６ｃ）。
【００４６】歩行者の歩行が停止されない限り（図２ｓ
７でＮＯ）、その歩行状態が歩行周期ごとに判定される
（図２ｓ１〜ｓ６）。そして、歩行状態の判定に基づい
て制御ユニット２４が脚体に付与されるトルクを決定
し、第１、第２アクチュエータ２２１、２２２を介して
当該トルクが付与される。
７でＮＯ）、その歩行状態が歩行周期ごとに判定される
（図２ｓ１〜ｓ６）。そして、歩行状態の判定に基づい
て制御ユニット２４が脚体に付与されるトルクを決定
し、第１、第２アクチュエータ２２１、２２２を介して
当該トルクが付与される。
【００４７】上述のように第１パラメータｘ1 は図３に
おいて関節Ｈ、Ｋ、Ａが鉛直線上にある直立状態（点
線）を基準とした股関節（脚体上端部）Ｈに対する足関
節（脚体下端部）Ａの高低差の変動量を表す。また、第
２パラメータｘ2 は直立状態を基準とした股関節（脚体
上端部）Ｈに対する足関節（脚体下端部）Ａの前後方向
の変位量を表す。これら変位量は主として歩行者の脚体
の着床位置に依存し、歩行者の足裏における着床箇所の
相違や脚体の長短にはほとんど依存しない。
おいて関節Ｈ、Ｋ、Ａが鉛直線上にある直立状態（点
線）を基準とした股関節（脚体上端部）Ｈに対する足関
節（脚体下端部）Ａの高低差の変動量を表す。また、第
２パラメータｘ2 は直立状態を基準とした股関節（脚体
上端部）Ｈに対する足関節（脚体下端部）Ａの前後方向
の変位量を表す。これら変位量は主として歩行者の脚体
の着床位置に依存し、歩行者の足裏における着床箇所の
相違や脚体の長短にはほとんど依存しない。
【００４８】より詳細には、判定空間の高域｛ｘ1 ≧
ｃ｝におけるプロットの有無（図２ｓ４参照）は、階段
等の歩行のため脚体下端部が大きく変位しか否かに依存
し、足裏における着床箇所の相違や脚体の長短にはほと
んど依存しない。また、高域｛ｘ1 ≧ｃ｝と、所定負閾
｛ｘ2 ≦ｃ- ｝又は所定正域｛ｘ2 ≧ｃ+ ｝との重複領
域におけるプロットの有無は階段等の上り下りのため脚
体下端部が大きく変位したときに当該脚体下端部が前方
にあるか後方にあるかに依存し、足裏における着床箇所
の相違や脚体の長短にはほとんど依存しない。
ｃ｝におけるプロットの有無（図２ｓ４参照）は、階段
等の歩行のため脚体下端部が大きく変位しか否かに依存
し、足裏における着床箇所の相違や脚体の長短にはほと
んど依存しない。また、高域｛ｘ1 ≧ｃ｝と、所定負閾
｛ｘ2 ≦ｃ- ｝又は所定正域｛ｘ2 ≧ｃ+ ｝との重複領
域におけるプロットの有無は階段等の上り下りのため脚
体下端部が大きく変位したときに当該脚体下端部が前方
にあるか後方にあるかに依存し、足裏における着床箇所
の相違や脚体の長短にはほとんど依存しない。
【００４９】このため、本装置１によれば、第１、第２
パラメータｘ1 、ｘ2 により特定されるプロットの存在
パターンは、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚
体の長短に関わらず同一歩行状態で判定空間において略
同一となる（図５（ａ）〜図５（ｃ）参照）。また、歩
行状態判定にあたって圧力センサが組み込まれたような
特殊な履物の着脱、これに伴う種々の配線の接続・解除
という煩雑さを伴わない。従って、歩行者の足裏におけ
る着床箇所の相違や脚体の長短に関わらず、判定空間の
プロット（ｘ1 、ｘ2 ）に基づいて歩行状態を簡易且つ
的確に判定することができる。
パラメータｘ1 、ｘ2 により特定されるプロットの存在
パターンは、歩行者の足裏における着床箇所の相違や脚
体の長短に関わらず同一歩行状態で判定空間において略
同一となる（図５（ａ）〜図５（ｃ）参照）。また、歩
行状態判定にあたって圧力センサが組み込まれたような
特殊な履物の着脱、これに伴う種々の配線の接続・解除
という煩雑さを伴わない。従って、歩行者の足裏におけ
る着床箇所の相違や脚体の長短に関わらず、判定空間の
プロット（ｘ1 、ｘ2 ）に基づいて歩行状態を簡易且つ
的確に判定することができる。
【００５０】なお、本実施形態では歩行者は人間であっ
たが、他の実施形態として歩行者が二脚、四脚で歩行可
能な様々な動物、人間型ロボット、動物型ロボットであ
ってもよい。
たが、他の実施形態として歩行者が二脚、四脚で歩行可
能な様々な動物、人間型ロボット、動物型ロボットであ
ってもよい。
【００５１】本実施形態では股関節に対する足関節の位
置関係を表すパラメータとして２つのパラメータｘ1 、
ｘ2 が測定され、２次元の判定空間におけるプロットに
基づいて歩行状態が判定されたが、他の実施形態として
当該パラメータとして１つのパラメータ（例えばｘ1 ／
ｘ2 ）が測定され、１次元の判定空間におけるプロット
に基づいて歩行状態が判定されてもよく、３つ以上のパ
ラメータ（例えば、全ての脚体のｘ1 、ｘ2 ）が測定さ
れ、３次元以上の判定空間におけるプロットに基づいて
歩行状態が判定されてもよい。
置関係を表すパラメータとして２つのパラメータｘ1 、
ｘ2 が測定され、２次元の判定空間におけるプロットに
基づいて歩行状態が判定されたが、他の実施形態として
当該パラメータとして１つのパラメータ（例えばｘ1 ／
ｘ2 ）が測定され、１次元の判定空間におけるプロット
に基づいて歩行状態が判定されてもよく、３つ以上のパ
ラメータ（例えば、全ての脚体のｘ1 、ｘ2 ）が測定さ
れ、３次元以上の判定空間におけるプロットに基づいて
歩行状態が判定されてもよい。
【００５２】本実施形態ではプロットが判定空間のどの
領域にあるかという存在パターンに応じて歩行状態が判
定されたが、他の実施形態として１歩行周期等の所定周
期にわたり判定空間に描かれるプロットの形状パターン
に応じて歩行状態が判定されてもよい。
領域にあるかという存在パターンに応じて歩行状態が判
定されたが、他の実施形態として１歩行周期等の所定周
期にわたり判定空間に描かれるプロットの形状パターン
に応じて歩行状態が判定されてもよい。
【００５３】本実施形態では判定空間における３つの領
域に対応する３つの歩行状態の別が判定されたが（図２
ｓ６ａ〜６ｃ、図４参照）、他の実施形態として判定空
間がより多数の領域に区分され、各領域に対応するより
多くの歩行状態の別が判定されてもよい。例えば、坂道
の緩急や階段の高低差の程度をより多くの段階に区分し
て判定されれば、より緻密に歩行状態を判定することが
できる。そして、歩行補助装置２の制御ユニット２４
は、歩行者に対してどれだけのトルクを付与すべきかを
より緻密な歩行状態判定に基づいて適切に決定すること
ができる。
域に対応する３つの歩行状態の別が判定されたが（図２
ｓ６ａ〜６ｃ、図４参照）、他の実施形態として判定空
間がより多数の領域に区分され、各領域に対応するより
多くの歩行状態の別が判定されてもよい。例えば、坂道
の緩急や階段の高低差の程度をより多くの段階に区分し
て判定されれば、より緻密に歩行状態を判定することが
できる。そして、歩行補助装置２の制御ユニット２４
は、歩行者に対してどれだけのトルクを付与すべきかを
より緻密な歩行状態判定に基づいて適切に決定すること
ができる。
【００５４】本実施形態では１歩行周期が経過するごと
に歩行状態が判定されたが（図２ｓ３参照）、他の実施
形態として定常的に歩行状態が判定されてもよい。例え
ば、判定空間においてプロット（ｘ1 、ｘ2 ）が領域
｛ｘ1 ≧ｃ+ 、ｘ2 ≧ｃ｝にあると判定された直後に歩
行者が「上昇歩行状態」にあると判定されたり、領域
｛ｘ1 ≦ｃ- 、ｘ2 ≧ｃ｝にあると判定された直後に歩
行者が「下降歩行状態」にあると判定されてもよい。
に歩行状態が判定されたが（図２ｓ３参照）、他の実施
形態として定常的に歩行状態が判定されてもよい。例え
ば、判定空間においてプロット（ｘ1 、ｘ2 ）が領域
｛ｘ1 ≧ｃ+ 、ｘ2 ≧ｃ｝にあると判定された直後に歩
行者が「上昇歩行状態」にあると判定されたり、領域
｛ｘ1 ≦ｃ- 、ｘ2 ≧ｃ｝にあると判定された直後に歩
行者が「下降歩行状態」にあると判定されてもよい。
【図１】本実施形態の歩行状態測定装置の構成説明図
【図２】本実施形態の歩行状態測定方法の手順説明図
【図３】本実施形態における第１、第２パラメータの測
定方法説明図
定方法説明図
【図４】本実施形態における判定空間と歩行状態との対
応関係説明図
応関係説明図
【図５】本実施形態における歩行状態判定結果の説明図
１‥歩行状態判定装置、１１１‥第１記憶手段、１１２
‥第２記憶手段、１２１‥第１測定手段、１２２‥第２
測定手段、１２３‥歩行周期測定手段、１３‥生成手
段、１４‥判定手段、２６１、２６２‥角度センサ、２
６３‥Ｇセンサ
‥第２記憶手段、１２１‥第１測定手段、１２２‥第２
測定手段、１２３‥歩行周期測定手段、１３‥生成手
段、１４‥判定手段、２６１、２６２‥角度センサ、２
６３‥Ｇセンサ
Claims (9)
- 【請求項１】複数の脚体を有する歩行者の歩行状態を判
定する装置であって、 前記歩行者の脚体下端部の変位量を表すパラメータを測
定する測定手段と、 該パラメータに対応する判定空間におけるプロットのパ
ターンと、該歩行者の歩行状態とを対応付けて記憶保持
する第１記憶手段と、 該判定空間において、該測定手段により測定されたパラ
メータにより特定されるプロットを生成する生成手段
と、 第１記憶手段により歩行状態と対応付けられて記憶保持
されているプロットのパターンと、該生成手段により生
成されたプロットのパターンとの比較に基づいて該歩行
者の歩行状態を判定する判定手段とを備えていることを
特徴とする歩行状態判定装置。 - 【請求項２】第１記憶手段は前記プロットのパターンと
して前記判定空間におけるプロットの形状パターンを記
憶保持し、前記判定手段は第１記憶手段により記憶保持
されている形状パターンと、前記生成手段により生成さ
れたプロットの形状パターンとの同否又は類否判断に基
づいて前記歩行者の歩行状態を判定することを特徴とす
る請求項１記載の歩行状態判定装置。 - 【請求項３】第１記憶手段は前記プロットのパターンと
して前記判定空間におけるプロットの存在パターンを記
憶保持し、前記判定手段は第１記憶手段により記憶保持
されている存在パターンと、前記生成手段により生成さ
れたプロットの存在パターンとの同否又は類否判断に基
づいて前記歩行者の歩行状態を判定することを特徴とす
る請求項１記載の歩行状態判定装置。 - 【請求項４】前記測定手段は前記歩行者の脚体の長さ
と、脚体上端部及び脚体下端部の高低差との差を第１パ
ラメータとして測定する第１測定手段を備え、 前記判定手段は前記判定空間におけるプロットが、第１
パラメータが所定閾値未満の低域にあるという存在パタ
ーンのとき該歩行者が通常歩行状態であると判定し、第
１パラメータが該所定閾値以上の高域にあるという存在
パターンのとき該歩行者が傾斜歩行状態にあると判定す
ることを特徴とする請求項３記載の歩行状態判定装置。 - 【請求項５】前記測定手段は前記歩行者の脚体上端部に
対する脚体下端部の前後位置を第２パラメータとして測
定する第２測定手段を備え、 前記判定手段は該歩行者が前記傾斜歩行状態にあると判
定した場合、前記判定空間におけるプロットが、第２パ
ラメータが正閾値以上の所定正域にあるという存在パタ
ーンのとき上昇歩行状態であると判定し、第２パラメー
タが負閾値以下の所定負域にあるという存在パターンの
とき下降歩行状態にあると判定することを特徴とする請
求項４記載の歩行状態判定装置。 - 【請求項６】前記歩行者の脚体の関節間距離を記憶保持
する第２記憶手段と、該脚体の関節角度を測定する角度
センサとを備え、第１及び第２測定手段は、第２記憶手
段により記憶保持されている脚体の関節間距離と、該角
度センサにより測定される関節角度とに基づいて第１及
び第２パラメータを測定することを特徴とする請求項４
又は５記載の歩行状態判定装置。 - 【請求項７】前記判定手段は前記歩行者の直前回の歩行
周期にわたり前記生成手段により生成された一連のプロ
ットに基づいて該歩行者の歩行状態を判定することを特
徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の歩行状
態判定装置。 - 【請求項８】前記歩行者の脚体の上部の鉛直加速度を測
定する加速度センサと、 該加速度センサにより測定される鉛直加速度に基づいて
該歩行者の歩行周期を測定する歩行周期測定手段とを備
えていることを特徴とする請求項７記載の歩行状態判定
装置。 - 【請求項９】複数の脚体を有する歩行者の歩行状態を判
定する方法であって、 前記歩行者の脚体下端部の変位量を表すパラメータを測
定する測定ステップと、該パラメータに対応する判定空
間におけるプロットのパターンと、該歩行者の歩行状態
とを対応付ける対応付けステップと、 該判定空間において、該測定ステップにおいて測定され
たパラメータにより特定されるプロットを生成する生成
ステップと、 該対応付けステップにおいて歩行状態と対応付けられた
プロットのパターンと、該生成ステップにおいて生成さ
れたプロットのパターンとの比較に基づいて該歩行者の
歩行状態を判定する判定ステップとを備えていることを
特徴とする歩行状態判定方法。
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