JP2009112447A - 筋力補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本装置の装着者に対して筋力補助を行うだけでなく、仮に装着者が危険状態に晒されてもこの危険状況を回避することができる筋力補助装置を提供する。
【解決手段】筋力補助装置２は、アクチュエータ４により装置装着者に補助筋力を発生して動作力をアシストする装置である。この筋力補助装置２に、装置装着者が危険状態に晒された際にこれを自動で回避する自動危険回避機能を設ける。この自動危険回避機能は、周辺監視カメラ９で装置装着者周囲に接近物があるか否かを監視し、もし仮に接近物が存在するのであれば、レーダセンサ１１を用いてこの接近物の移動速度と移動方向とを算出する。このとき、筋力補助装置２が装置装着者の動作意志に沿って動作しても接近物が装置装着者に衝突するか否かを予測し、接近物が衝突物になる場合には、アクチュエータ４を動作意志に基づき駆動するのではなく装置装着者を安全な場所に位置させるように駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、人間等の生物の動作に対して補助筋力を発生することにより動作をアシストする筋力補助装置に関する。

近年、人口が急速に高齢化し、多くの都市や地域で人口全体に占める高齢者の割合が増えてきている。人は年齢を経ると筋力が低下する傾向にあることから、高齢化した際には動作が鈍くなったり、或いは重量の重いものが持てなくなったりするなどの不便さが生じる。よって、この不便さを解消する一技術として、高齢者が腕や脚を動かして動作する際においてモータ等のアクチュエータにより腕や脚の筋力を補助して高齢者の各種動作をアシストする筋力補助装置が開発されている。この種の筋力補助装置の一例は、例えば特許文献１等に開示されている。
特開２００７−８９６３４号公報

ところで、人が筋力補助装置を装着して動作している際に、例えば衝突物が人に接近してきたり、或いは障害物の存在に気付かずに障害物に接触したりするなどの不慮の危険に巻き込まれる状況も想定される。しかし、特許文献１の開示技術は、人に動作に対してただ単に補助筋力を付与して動作をアシストするのみの技術であるから、先に述べた衝突物の接近や障害物への接触などの危険から人を守ることは事実上できない。よって、筋力補助装置を装着して動作している際に、衝突物が接近してきたり障害物に接触したりするような危険状態に晒されても、このような危険から人を守ることができる技術の開発が要望されていた。

本発明の目的は、本装置の装着者に対して筋力補助を行うだけでなく、仮に装着者が危険状態に晒されてもこの危険状況を回避することができる筋力補助装置を提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明では、装置装着者が体を動作させる際の動作意志を読み取る動作意志検出手段で当該動作意志を検出し、当該動作意志に沿う状態に駆動手段を駆動することで補助筋力を発生して前記装置装着者の動作を補助する筋力補助装置において、前記装置装着者の周囲状況を検出する周囲状況検出手段と、前記周囲状況検出手段の検出情報を基に、前記装置装着者が危険な状況に晒されるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段が危険有りと判定した際、前記装置装着者を安全な状態に導くように前記駆動手段を駆動制御する制御手段とを備えたことを要旨とする。

この構成によれば、筋力補助装置においては、装置装着者が腕や脚等を動かす際に人体内に発生する動作意志を動作意志検出手段で検出し、その動作意志に基づき装置装着者が行う腕や脚等を動かす各種動作を、駆動手段で補助筋力を発生することによって補助する。この筋力補助装置は、人体に装着されたその装着状態において、装置装着者の周囲がどのような状況にあるのかを周囲状況検出手段で検出可能である。そして、周囲状況検出手段から取得した検出情報を基に、装置装着者が危険状態に晒されるか否かが判定手段により判定される。このとき、判定手段が危険有りと判定すれば、制御手段は駆動手段を動作意志に沿って駆動するのではなく、装置装着者を安全な状態に導くように駆動手段を駆動する。従って、装置装着者が危険状態に晒された際には、装置装着者の安全状態を確保するように駆動手段が駆動するので、装置装着者を危険状態から安全状態に自動で回避させることが可能となる。

本発明では、前記判定手段は、前記周囲状況検出手段から得た前記検出情報を基に、前記装置装着者に近づく接近物の有無を判定する接近物有無判定手段と、前記接近物有りの際、前記駆動手段が前記動作意志に基づき前記筋力補助を行って前記装置装着者の位置状態が変わることも考慮に入れて、前記接近物が前記装置装着者に衝突し得るか否かを予測する衝突予測手段とを備え、前記制御手段は、衝突物有りと前記予測手段が予測した際、前記装置装着者を安全な状態に導くように前記駆動手段を駆動することを要旨とする。

この構成によれば、装置装着者に近づく接近物の有無が接近物有無判定手段によって判定される。そして、接近物有無判定手段が接近物有りと判定すると、衝突予測手段は接近物と装置装着者のこの後の動きを類推し、接近物が装置装着者に衝突するか否かを予測する。このとき、衝突予測手段が衝突物有りと判定すると、制御手段は装置装着者を安全な状態に導くように駆動手段を駆動する。このため、もし仮に接近物が装置装着者に接近してこれが衝突物として衝突する状況となっても、駆動手段は接近物が装置装着者に衝突しないように例えば装置装着者を安全な場所に待避させるように駆動されるので、装置装着者に衝突物が衝突するという危険状態を自動で回避することが可能となる。

本発明では、前記判定手段は、前記周囲状況検出手段から得た前記検出情報を基に、前記装置装着者が障害物に接触する可能性があるか否かを判定する接触可能性有無判定手段と、前記接触の可能性がある際に、前記装置装着者が前記接触を回避するような動作意志をとったか否かを、前記動作意志検出手段の検出情報を基に判定する回避動作有無判定手段とを備え、前記制御手段は、接触有りと前記接触可能性有無判定手段が判定した状況下にあっても、接触回避の動作意志無しと前記回避動作有無判定手段が判定した際、前記装置装着者を安全な状態に導くように前記駆動手段を駆動することを要旨とする。

この構成によれば、装置装着者が障害物（壁、側溝等）に接触する可能性があるか否かが接触可能性有無判定手段によって判定される。そして、接触可能性有無判定手段が障害物接触有りと判定すると、回避動作有無判定手段は装置装着者がこの接触を回避するような動作意志をとったか否かを、動作意志検出手段の検出情報を基に判定する。このとき、回避動作有無判定手段が回避動作の意志無しと判定すると、制御手段は装置装着者を安全な状態に導くように駆動手段を駆動する。このため、もし仮に装置装着者が障害物に接触する状況となっても、駆動手段は装置装着者が障害物に接触しないように例えば装置装着者を安全な場所に待避させるように駆動されるので、装置装着者が障害物に接触するという危険状態を自動で回避することが可能となる。

本発明によれば、本装置の装着者に対して筋力補助を行うだけでなく、仮に装着者が危険状態に晒されてもこの危険状況を回避することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した筋力補助装置の第１実施形態を図１〜図６に従って説明する。

図１に示すように、人体（以下、装置装着者と記す）１には、装置装着者１が腕や脚等を動かして動作する際に装置装着者１に補助筋力を発生してこの動作を補助する筋力補助装置２が装着されている。この筋力補助装置２は、装置装着者１の動作意志を読み取る生体信号検出部３で動作意志を検出し、同装置２の駆動源となる複数のアクチュエータ４をこの動作意志に沿って駆動することで、装置装着者１に補助筋力を付与する。筋力補助装置２は、高齢者が日常生活の際に支障を感じ難いレベルまで力を復元するリハビリテーション機能の役割や、装置装着者１が重いものを持ち上げる際にその時の力を増強するオーギュメンテーション機能の役割を果たす装置として使用される。なお、生体信号検出部３が動作意志検出手段に相当し、アクチュエータ４が駆動手段に相当する。

生体信号検出部３は、装置装着者１が腕や脚等を動作させる際に人体内に発生する動作意志を読み取る検出系であって、例えば筋肉の動きを読み取る筋電センサ等が使用されている。この種の筋電センサは、装置装着者１が腕や脚等を動作させた際に筋肉に発生する微弱な電気を検出するものであって、例えば力の強さ、運動状態、柔らかさ、しなやかさに応じた検出信号（電気信号）Ｓscを出力する。生体信号検出部３は、腕や脚等において筋肉が位置する箇所に複数設けられ、筋力補助装置２に電源が投入されると起動して、動作意志を検出する度に検出信号Ｓscを出力する。

アクチュエータ４は、例えば複数のモータからなり、装置装着者１の腕や脚等の各部位を支持するフレーム５，５…の各々の接続箇所に配置されている。即ち、アクチュエータ４は、装置装着者１の関節箇所に対応する位置に配置されている。アクチュエータ４も、筋力補助装置２に電源が投入されると起動を開始し、生体信号検出部３で検出された装置装着者１の動作意志に基づく駆動状態で駆動する。

図２に示すように、筋力補助装置２には、この筋力補助装置２のコントロールユニットとして制御ＥＣＵ６が設けられている。制御ＥＣＵ６は、例えばＣＰＵ７やメモリ８等の素子群からなるとともに、入力側が生体信号検出部３が接続され、出力側がアクチュエータ４に接続されている。制御ＥＣＵ６は、自身がマスターとなって補助筋力発生処理を統括制御するＥＣＵであって、生体信号検出部３から取得する検出信号Ｓscを基に装置装着者１の動作意志を監視し、動作意志があった際にはこの意志に沿った駆動状態にアクチュエータ４を動作することにより、装置装着者１に補助筋力を付与する。

メモリ８には、筋力補助装置２のメインプログラムデータとして制御プログラムＰmaが格納されている。本例の制御プログラムＰmaは、生体信号検出部３で装置装着者１の動作意志を検出した際、この時に装置装着者１が発生し得る筋力よりも大きな動作力を装置装着者１が発生できるように、人体発生筋力の大きさ（動作意志の大小）に基づく値の補助筋力を発生して、装置装着者１の動作をアシストする。ＣＰＵ７は、メモリ８内の制御プログラムＰmaに従って動作することにより、補助筋力発生処理を実行する。

また、筋力補助装置２には、装置装着者１が危険状態に晒された際にこれを自動で回避する自動危険回避機能が設けられている。この自動危険回避機能を説明すると、筋力補助装置２には、装置装着者１の周辺を撮影可能な周辺監視カメラ９が設けられている。周辺監視カメラ９は、装置装着者１の３６０度周囲を撮影すべく筋力補助装置２に複数搭載され、各々がケーブルを介して制御ＥＣＵ６に接続されている。周辺監視カメラ９は、撮像面の箇所に並設された複数のイメージセンサの１つひとつの各画素が検出単位として働き、検出した光の輝度に動じた値を持つ電気信号を画像データＤdtとして出力する。周辺監視カメラ９がカラー式の場合には、プリズム光をＲＧＢに分ける３板式や、１つのイメージセンサごとにカラーフィルタを並べる単板式等がある。また、周辺監視カメラ９は、映像出力方式として、画像データＤdtの出力形式がアナログ信号であるアナログビデオ出力方式となっている。

周辺監視カメラ９は、筋力補助装置２に電源が投入されると起動開始状態をとり、制御ＥＣＵ６によって撮影動作が制御される。周辺監視カメラ９は、制御ＥＣＵ６から撮影要求信号Ｒssを入力すると、その信号入力タイミングをシャッタタイミングとして画像撮影を行う。そして、周辺監視カメラ９は、制御ＥＣＵ６から指令を受けて画像撮影を行うと、その撮影画像Ｄpiを制御ＥＣＵ６に出力し、撮影要求信号Ｒssを入力する度に画像撮影及びその撮影画像出力を行って、撮影画像Ｄpiを連続的に出力することにより動画映像Ｄtvを制御ＥＣＵ６に出力する。なお、撮影画像Ｄpiというのは、画像データＤdtを画面表示した際の１枚の画像として表現された画像データＤdt群のことを便宜上言う。

また、周辺監視カメラ９は、装置装着者周囲を撮影する時に人工照明を照射して画像撮影を行うが、本例は照明のオンオフがカメラシャッタタイミングに対応して切り換わるパルス照明を用いて画像撮影を実行する。より具体的に言うと、画像撮影をインターレース方式で行う場合、そのインターレース方式における偶奇フィールドごとにオンオフを切り換えることで、装置装着者周囲に人工照射を行って画像撮影を行う。周辺監視カメラ９が撮影の際に行う人工照明の照明強さは、太陽が出ている日中において人工照射を行っても、その明るさが気にならない程度の強度に設定されている。なお、周辺監視カメラ９が周囲状況検出手段を構成する。

筋力補助装置２には、装置装着者１の周囲に存在する接近物１０（図４参照）を検出可能なレーダセンサ１１が設けられている。レーダセンサ１１は、例えば電波センシングを用いて測定対象物までの距離を測ることが可能なセンサであって、測定物有無や測定物までの距離に応じた距離測定情報Ｄdsを出力可能となっている。レーダセンサ１１は、装置装着者１の３６０度周囲において接近物１０を検出できるように複数設けられ、ケーブルを介して制御ＥＣＵ６に接続されている。レーダセンサ１１も、筋力補助装置２に電源が投入されると起動開始状態をとり、制御ＥＣＵ６によってその動作が管理される。レーダセンサ１１は、無線波としてレーザ光を用いる赤外線レーザレーダや、無線波としてミリ波（電波）を用いるミリ波レーダ等がある。なお、レーダセンサ１１が周囲状況検出手段を構成する。

制御ＥＣＵ６のメモリ８には、補助筋力発生処理のプログラムデータとして自動危険回避プログラムＰkkが格納されている。この自動危険回避プログラムＰkkは、筋力補助装置２の装置装着者１が危険状態に晒されているか否かを監視しつつ、装置装着者１が危険状態に陥った際にはアクチュエータ４を装置装着者の意志によらず駆動して、装置装着者１を安全な場所に待避させるプログラムである。制御ＥＣＵ６は、筋力補助装置２に電源が投入されている際、この自動危険回避プログラムＰkkを実行し、装置装着者１が危険状態に晒されてしまうことから回避する。

制御ＥＣＵ６が自動危険回避プログラムＰkkを実行する際、図３に示すように、制御ＥＣＵ６には、周辺監視カメラ９から得る撮影画像Ｄpiを基に装置装着者１に近づく接近物１０の有無を判定する接近物有無判定部１２と、接近物１０が存在する際にアクチュエータ４が動作意志に基づき動作することも考慮に入れて接近物１０が装置装着者１に衝突するか否かを予測する衝突予測部１３と、衝突予測部１３が衝突有りと予測した際に装置装着者１を安全な場所に待避させるようにアクチュエータ４を駆動する衝突回避実行部１４とが設けられている。なお、接近物有無判定部１２、衝突予測部１３及び衝突回避実行部１４は、ＣＰＵ７が自動危険回避プログラムＰkkを実行する際に機能的に生成されるものであって、図３ではこれをブロック図で表現している。

接近物有無判定部１２は、周辺監視カメラ９から取得した撮影画像Ｄpiを基に、装置装着者１に近づく接近物１０の有無を判定する。この接近物有無判定としては、例えば図４に示すように、連続する２つの撮影画像Ｄpi，Ｄpiを取得するとともに、この画像Ｄpi，Ｄpiに映り込んだ撮影物体の大小関係を比較することにより、接近物１０の有無を判定する。例えば、撮影画像Ｄpiに映り込んだ撮影物体が１画像目よりも２画像目において大きく映り込むのであれば、この画像抽出を以て接近物１０有りと判定する。接近物有無判定部１２は、周辺監視カメラ９から連続する２撮影画像を取り込む度に接近物１０の有無判定を行い、その判定結果を衝突予測部１３に出力する。

衝突予測部１３は、接近物有無判定部１２が接近物有りと判定した際、レーダセンサ１１から取得した距離測定情報Ｄdsを基に、図５に示すように、レーダセンサ１１と接近物１０との間の前後方向距離Ｌａと横方向距離Ｌｂとを演算し、これら距離Ｌａ，Ｌｂから接近物１０の二次元位置Ｐaxを算出する。衝突予測部１３は、この二次元位置Ｐaxを連続的に算出し、これら２つの二次元位置Ｐa1，Ｐa2を基に接近物１０の移動速度Ｖ及び移動方向Ｂを算出する。衝突予測部１３は、これら移動速度Ｖと移動方向Ｂとを基に所定時間後における接近物１０の位置を類推するとともに、筋力補助装置２が装置装着者１の動作意志に沿い動作した際の所定時間後における位置を類推し、接近物１０が装置装着者１に衝突するか否かを予測する。衝突予測部１３は、連続する２つの二次元位置Ｐa1，Ｐa2を算出する度に衝突有無の予測を行い、その予測結果を衝突回避実行部１４に出力する。

衝突回避実行部１４は、衝突予測部１３から衝突無しの予測通知を受け付けた際、通常通りに装置装着者１に補助筋力を付与すべく、動作意志に基づく駆動状態でアクチュエータ４を駆動する。また、衝突回避実行部１４は、衝突予測部１３から衝突有りの予測通知を受け付けた際、周辺監視カメラ９から取得した撮影画像Ｄpiから安全な場所がどこであるのかを確認し、この時は生体信号検出部３から得た動作意志によるのではなく、装置装着者１がその安全場所に位置するようにアクチュエータ４を駆動して、装置装着者１を安全な場所に待避させる。なお、接近物有無判定部１２が判定手段（接近物有無判定手段）を構成し、衝突予測部１３が判定手段（衝突予測手段）を構成し、衝突回避実行部１４が制御手段を構成する。

次に、本例の筋力補助装置２の動作を図６に示すフローチャートに従って説明する。制御ＥＣＵ６は、このフローチャートを所定サイクルで繰り返し実行することにより、自動危険回避処理を実行する。

ステップ１００では、周辺監視カメラ９から連続する２枚の撮影画像Ｄpi，Ｄpiを取得する。
ステップ１０１では、これら撮影画像Ｄpiに映り込んだ撮影物体の大小関係を比較する。

ステップ１０２では、撮影画像Ｄpiに映り込んだ撮影物体の大小関係比較結果を基に接近物１０の有無を判定する。例えば、撮影物体の大きさが１枚目よりも２枚目の撮影画像Ｄpiの方が大きければ、接近物有りと判定してステップ１０３に移行し、撮影物体の大きさが１枚目と２枚目で同一、若しくは２枚目が１枚目よりも小さくなるのであれば、接近物無しと判定して処理を終了する。

ステップ１０３では、周辺監視カメラ９で接近物１０の存在を確認した際、接近物１０の監視を周辺監視カメラ９から今度はレーダセンサ１１に切り換え、連続する２つの距離測定情報Ｄdsをレーダセンサ１１から取得する。即ち、レーダセンサ１１が所定タイミングで検出した距離測定情報Ｄdsを取得するとともに、レーダセンサ１１が続く次の検出タイミングで検出した距離測定情報Ｄdsを取得する。

ステップ１０４では、連続する２つの距離測定情報Ｄdsの各々において、装置装着者１と接近物１０との間の二次元位置Ｐax（前後方向距離Ｌａ及び横方向距離Ｌｂ）を演算する。即ち、レーダセンサ１１が所定タイミングで接近物１０を確認した時の二次元位置Ｐａ1を演算するとともに、次の検出タイミングでレーダセンサ１１が接近物１０を確認した時の二次元位置Ｐa2を演算する。

ステップ１０５では、２つの二次元位置Ｐa1，Ｐa2から、接近物１０の移動速度Ｖ及び移動方向Ｂを算出する。即ち、２次元平面において２座標が分かれば、これらパラメータから速度及び方向が算出可能であるので、この原理を用い、２つの二次元位置Ｐa1，Ｐa2から接近物１０の速度及び方向を算出する。

ステップ１０６では、演算した接近物１０の移動方向Ｂを用い、接近物１０の移動経路Ｙ（図５参照）上に装置装着者１が位置しているか否かを判定する。接近物１０の移動経路Ｙ上に装置装着者１が位置しているか否かの判定は、図５に示すように、装置装着者１の露出面範囲Ｘに移動経路Ｙの軌跡が重なるか否かを見ることで行う。ここで、接近物１０の移動経路Ｙ上に装置装着者１が位置していれば、衝突有りと認識してステップ１０７に移行し、接近物１０の移動経路Ｙ上に装置装着者１が位置していなければ、衝突無しと認識して処理を終了する。

ステップ１０７では、演算した接近物１０の移動速度Ｖを用い、接近物１０が装置装着者１に至るまでに要する到達時間Ｔを演算する。
ステップ１０８では、生体信号検出部（筋電センサ）３から検出信号Ｓscを取得する。

ステップ１０９では、生体信号検出部３から得た検出信号Ｓscを基に、装置装着者１に動作意志があるか否かを判定する。ここで、装置装着者１に動作意志がなければステップ１１０に移行し、装置装着者１に動作意志があればステップ１１１に移行する。

ステップ１１１では、装置装着者１を安全な場所に待避させるべく危険回避処理動作を実行する。このとき、制御ＥＣＵ６は、周辺監視カメラ９から撮影画像Ｄpiを取得し、この撮影画像Ｄpiを解析して安全な場所を抽出する。そして、制御ＥＣＵ６は、この時のアクチュエータ４の駆動を動作意志によるのではなく、装置装着者１を安全場所に移動させるようにアクチュエータ４を駆動する。これにより、装置装着者１は衝突物が衝突するという危険状態から自動で回避することが可能となる。

ステップ１１２では、通常の動作意志に基づくアクチュエータ４の動作で接近物１０の衝突が回避されるか否かを判定する。即ち、アクチュエータ４が動作意志に基づき装置装着者１に補助筋力を付与した際、到達時間Ｔ後における装置装着者１の位置を予測し、その予測位置が移動経路Ｙから外れれば衝突が回避されると判定し、予測位置が移動経路Ｙ上に未だ位置していれば衝突が回避されないと判定する。そして、衝突物の衝突が回避されると判定されれば処理を終了し、衝突物の衝突が回避されないと判定されればステップ１１０に移行して危険動作回避処理を実行する。

従って、本例においては、筋力補助装置２を装着した装置装着者１に、例えば落下物、自動車、自転車等の接近物１０が接近してこのままでは避けられないと判定された際には、この時は動作意志によるのではなく、装置装着者１が安全な場所に位置するようにアクチュエータ４を駆動する。これにより、装置装着者１に予期しない接近物１０が接近してきてこれが装置装着者１に衝突する可能性が発生したとしても、装置装着者１を安全状態に導くように筋力補助装置２（アクチュエータ４）が動作するので、装置装着者１を危険状態から自動で安全状態に導くことが可能となる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）筋力補助装置２の装置装着者１に落下物、自動車、自転車等の接近物１０が接近した際、もし仮にこれが装置装着者１に衝突するような状況下となっても、この時は筋力補助装置２が装置装着者１の動作意志に沿って動くのではなく自動危険回避機能に則って動作して、装置装着者１を接近物１０が衝突しない安全な位置に移動させる。このため、装置装着者１に接近物１０が衝突するような状況下に陥っても、この衝突が自動で回避されることになるので、装置装着者１の安全を確保することができる。

（２）接近物１０が装置装着者１に衝突するか否かの判定は、装置装着者１の筋電の動作意志に基づく位置変化も考慮に入れて行うので、この衝突有無の判定をより正確に行うことができる。

（３）筋力補助装置２に自動危険回避機能を設けたので、装置装着者１に補助筋力を付与できる効果と、しかもこの筋力補助装置２を装着している際の安全性を確保できる効果との両立を図ることができる。特に、この筋力補助装置２を高齢者のリハビリテーション装置として使用する場合、高齢者は注意力等の感覚が低下している懸念があり、この種の自動危険回避機能を搭載することは、この点からも効果が高いと言える。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図７〜図１１に従って説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態と比較して、検出対象とする危険が接近物の衝突ではなく、壁や側溝等の障害物への接触であることに変更したのみの構成であるので、第１実施形態と同様の箇所には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。

図７に示すように、筋力補助装置２には、装置装着者１が壁や側溝等の障害物２０（図１０参照）に接近したか否かを検出する近接センサ２１が設けられている。この近接センサ２１は、装置装着者１の３６０度周囲において障害物の有無を検出すべく筋力補助装置２に複数搭載され、各々がケーブルを介して制御ＥＣＵ６に接続されている。本例の近接センサ２１は、図９に示すように、例えば前後、左右、右斜め前後、左斜め前後において障害物２０を検出すべく合計８つ搭載されている。近接センサ２１は、障害物２０との間の距離Ｌsgを逐次監視し、この距離Ｌsgに応じた検出信号Ｓsgを制御ＥＣＵ６に出力する。近接センサ２１は、筋力補助装置２に電源が投入されると起動開始状態をとり、制御ＥＣＵ６によって動作が管理されている。

また、筋力補助装置２には、装置装着者１の進行方向を検出するジャイロセンサ２２が設けられている。この種のジャイロセンサ２２は、地磁気を検出対象とするセンサであって、地磁気の変化を見ることによって装置装着者１の進行方向Ｆｂ（図１０参照）を検出可能となっている。ジャイロセンサ２２は、ケーブルを介して制御ＥＣＵ６に接続され、装置装着者１の進行方向に応じた検出信号Ｓfbを制御ＥＣＵ６に出力する。ジャイロセンサ２２も、筋力補助装置２に電源が投入されると起動開始状態をとり、制御ＥＣＵ６によって動作が管理されている。なお、近接センサ２１及びジャイロセンサ２２が周囲状況検出手段を構成する。

図８に示すように、制御ＥＣＵ６には、近接センサ２１から得る検出信号Ｓsgを基に装置装着者１が障害物２０に接近状態にあるか否かを判定する接触可能性有無判定部２３と、装置装着者１が障害物２０に接近状態にある際に装置装着者１がその障害物２０との接触を回避する動作意志を持って衝突回避動作を行ったか否かを判定する回避動作有無判定部２４と、回避動作有無判定部２４が回避動作無しと判定した際に装置装着者１を安全な場所に待避させるようにアクチュエータ４を駆動する接触回避実行部２５とが設けられている。なお、接触可能性有無判定部２３、回避動作有無判定部２４及び接触回避実行部２５は、ＣＰＵ７が自動危険回避プログラムＰkkを実行する際に機能的に生成されるものであって、図８ではこれをブロック図で表現している。

接触可能性有無判定部２３は、近接センサ２１から取得した検出信号Ｓsgを基に、装置装着者１と障害物２０との間の距離Ｌsgを演算し、この距離Ｌsgと閾値とを比較することによって、装置装着者１が障害物に接触する可能性があるか否かを判定する。この時に使用する閾値は、距離Ｌsgがこの値を下回れば装置装着者１が障害物２０に接触する可能性が生じる値に設定されている。接触可能性有無判定部２３は、演算距離Ｌsgと閾値との比較することで障害物２０への接触有無を判定し、その判定結果を回避動作有無判定部２４に出力する。

回避動作有無判定部２４は、接触可能性有無判定部２３から接触可能性有りと判定した際、ジャイロセンサ２２から取得した検出信号Ｓfbを基に装置装着者１の進行方向Ｆｂを演算し、この進行方向Ｆｂと、図１０に示すように障害物２０の検出方向、即ち障害物２０を検出した近接センサ２１の配置方向とが略同一方向を向くか否かを見ることで、装置装着者１が障害物２０に向かって進んでしまっているか否かを判定する。回避動作有無判定部２４は、装置装着者１が障害物２０に向かう方向に進行している際、装置装着者１が障害物２０を避ける動作意志、即ち障害物２０に対して反対側に動く動作意志をとったか否かを判定し、この判定結果を接触回避実行部２５に出力する。

接触回避実行部２５は、回避動作有無判定部２４から回避動作有りの判定通知を受け付けた際、通常通りに装置装着者１に補助筋力を付与すべく、動作意志に基づく駆動状態でアクチュエータ４を駆動する。また、接触回避実行部２５は、回避動作有無判定部２４から回避動作無しの判定通知を受け付けた際、周辺監視カメラ９から取得した撮影画像Ｄpiから安全な場所がどこであるのかを確認し、この時は生体信号検出部３から得た動作意志によるのではなく、装置装着者１が安全場所に位置するようにアクチュエータ４を駆動して、装置装着者１を安全な場所に待避させる。なお、接触可能性有無判定部２３が判定手段（接触可能性有無判定手段）を構成し、回避動作有無判定部２４が判定手段（回避動作有無判定手段）を構成し、接触回避実行部２５が制御手段を構成する。

次に、本例の筋力補助装置２の動作を図１１に示すフローチャートに従って説明する。制御ＥＣＵ６は、このフローチャートを所定サイクルで繰り返し実行することにより、自動危険回避処理を実行する。

ステップ２００では、近接センサ２１から検出信号Ｓsgを取得する。
ステップ２０１では、近接センサ２１の検出信号Ｓsgを閾値と比較する。
ステップ２０２では、近接センサ２１の検出信号Ｓsgの値が閾値を下回って、装置装着者１が障害物２０に接近したか否かを判定する。このとき、装置装着者１が障害物２０に接近していればステップ２０３に移行し、装置装着者１が障害物２０に接近していなければこの処理を終了する。

ステップ２０３では、ジャイロセンサ２２から検出信号Ｓfbを取得する。
ステップ２０４では、ジャイロセンサ２２の検出信号Ｓfbを基に、装置装着者１の進行方向を演算する。

ステップ２０５では、装置装着者１が障害物２０に向かって進行しているか否かを判定する。即ち、ジャイロセンサ２２の検出信号Ｓfbから求まる装置装着者１の進行方向と、障害物２０を検出した近接センサ２１の配置方向とが一致するか否かを見ることで、装置装着者１が障害物２０に向かって進行しているか否かを判定する。ここで、装置装着者１が障害物２０に向かって進行していなければ、障害物２０に接触する可能性は低いと判定してこの処理を終了し、装置装着者１が障害物２０に向かって進行していれば、障害物２０に接触する可能性があると判定してステップ２０６に移行する。

ステップ２０６では、生体信号検出部（筋電センサ）３から検出信号Ｓscを取得する。
ステップ２０７では、生体信号検出部３から得た検出信号Ｓscを基に、障害物２０に対して反対側に動く動作意志が装置装着者１にあるか否かを判定する。このとき、障害物２０に対して反対側に動く動作意志が装置装着者１にあるのであれば、装置装着者１が障害物２０に気が付いて接触を避ける動作をとっていると判定してこの処理を終了し、障害物２０に対して反対側に動く動作意志が装置装着者１になければ、装置装着者１が障害物２０に気付かずに障害物２０に接触する可能性があると判定してステップ２０８に移行する。

ステップ２０８では、装置装着者１が障害物２０に接触しないように、装置装着者１を安全な場所に移動させる危険回避処理動作を実行する。これにより、装置装着者１は障害物２０に接触するという危険状態から自動で回避することが可能となる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（４）筋力補助装置２の装置装着者１が壁、側溝等の障害物２０に接触する可能性が高くなったとしても、この時は筋力補助装置２が装置装着者１の動作意志に沿って動くのではなく自動危険回避機能に則って動作して、装置装着者１が障害物２０に接触しないように筋力補助装置２が動作する。このため、装置装着者１が障害物２０に接触する状況下に陥っても、この接触が自動で回避されることになるので、装置装着者１の安全を確保することができる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・ 第１実施形態において、接近物１０が所定時間後において装置装着者１に衝突するか否かの判定は、必ずしも接近物１０の検出タイミングでそれが装置装着者１に衝突する移動経路上にあるか否かを判断基準として持つ必要はない。例えば、接近物１０を確認した時点でこの時は衝突物になり得なくても、接近物１０の今後の移動経路と、筋力補助装置２が動作意志に基づいて動作する際の移動経路とを予測し、同一時間に接近物１０と筋力補助装置２とが同一位置に位置するか否かを見ることにより、衝突有無を判定してもよい。

・ 第１及び第２実施形態において、生体信号検出部３は、必ずしも筋電センサに限定されず、例えば脳波を検出する脳波検出センサを採用してもよい。
・ 第１及び第２実施形態において、アクチュエータ４は、必ずしもモータに限らず、例えば空圧シリンダ、油圧シリンダ等を採用してもよい。

・ 第１実施形態において、接近物１０の検出は、必ずしも周辺監視カメラ９とレーダセンサ１１との両方を使用して行うことに限らず、例えばこれらのうちの一方のみを使用して行ってもよい。また、接近物１０の検出は、この種のカメラやレーダを用いて行うことに限らず、種々のセンサ機器類を使用できることは言うまでもない。なお、この事は第２実施形態において、障害物２０を検出する際の検出方式についても同様に言えることである。

・ 第１及び第２実施形態において、自動危険回避機能は、必ずしも装置装着者１に接近物１０が衝突することを回避することや、装置装着者１が障害物２０に接触することを自動で回避することに限定されず、検出対象とする危険は特に限定されないものとする。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（１）請求項２において、前記衝突予測手段は、前記接近物有無判定手段が接近物有りと判定したその判定タイミングにおいて当該接近物が前記装置装着者に衝突する移動経路をとるか否かを演算するとともに、当該接近物が前記移動経路をとるのであれば該接近物が前記装置装着者まで至るのに要する到達時間を算出しつつ、前記判定タイミングから前記駆動手段が前記動作意志に沿って動作した時の前記到達時間後における前記装置装着者の動作位置を割り出すとともに、前記装置装着者が該動作位置をとる際に前記接近物が当該装置装着者に衝突するか否かを見ることにより前記衝突有無を予測する。この構成によれば、接近物が装置装着者に衝突する移動経路をとる場合に装置装着者が衝突を回避できるか否かを見るという簡単な演算方式によって、接近物が衝突物になり得るか否かを判定することが可能となる。

（２）請求項２又は前記技術的思想（１）において、前記衝突予測手段は、前記動作位置を割り出した際、前記装置装着者が前記動作位置をとった際に当該装置装着者が前記移動経路から外れて前記接近物の衝突が回避されるのであれば、前記接近物が前記装置装着者に衝突しない衝突物無しと判定し、前記装置装着者が前記動作位置をとっても当該装置装着者が前記移動経路上に位置して前記衝突が回避できなのであれば、前記接近物が前記装置装着者に衝突する衝突物有りと判定する。

（３）請求項２において、前記衝突予測手段は、前記接近物有無判定手段が接近物有りと判定したその判定タイミングにおいて当該接近物の移動経路を割り出すとともに、前記判定タイミングから前記駆動手段が前記動作位置に沿って動作した時の移動経路も割り出すとともに、これら移動経路を比較して前記接近物が前記装置装着者に衝突するか否かを見ることにより前記衝突有無を予測する。この構成によれば、装置装着者が動き出す前は接近物が衝突しないが、装置装着者が動いたことによって接近物が衝突する状況となっても、これを衝突物有りと判定することが可能となるので、接近物が装置装着者に衝突するか否かをより精度良く予測することが可能となる。

（４）請求項２又は前記技術的思想（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記制御手段は、衝突無しと前記衝突予測手段が予測した際、前記装置装着者を安全な状態に導く動作を行わずに前記駆動手段を前記動作意志に沿って通常通りに駆動し、衝突有りと前記衝突予測手段が予測した際、前記動作意志を無視して、前記装置装着者を安全な状態に導くように前記駆動手段を駆動する。

第１実施形態における筋力補助装置の装着状態を示す模式図。 筋力補助装置の概略構成を示すブロック図。 筋力補助装置の機能構成を示すブロック図。 撮影画像から接近物を抽出する時の抽出の仕方を説明する画面図。 接近物が衝突物になり得るか否かを判定する際のその判定の仕方の説明図。 自動危険回避処理時に実行されるフローチャート。 第２実施形態における筋力補助装置の概略構成を示すブロック図。 筋力補助装置の機能構成を示すブロック図。 近接センサの取り付き状態を示す模式図。 障害物への接触を回避する際のその回避の仕方を説明する説明図。 自動危険回避処理時に実行されるフローチャート。

符号の説明

１…装置装着者（人体）、２…筋力補助装置、３…動作意志検出手段としての生体信号検出部、４…駆動手段としてのアクチュエータ、９…周囲状況検出手段を構成する周辺監視カメラ、１０…接近物、１１…周囲状況検出手段を構成するレーダセンサ、１２…判定手段（接近物有無判定手段）を構成する接近物有無判定部、１３…判定手段（衝突予測手段）を構成する衝突予測部、１４…制御手段を構成する衝突回避実行部、２０…障害物、２１…周囲状況検出手段を構成する近接センサ、２２…周囲状況検出手段を構成するジャイロセンサ、２３…判定手段（接触可能性有無判定手段）を構成する接触可能性有無判定部、２４…判定手段（回避動作有無判定手段）を構成する回避動作有無判定部、２５…制御手段を構成する接触回避実行部。

Claims (3)

1. 装置装着者が体を動作させる際の動作意志を読み取る動作意志検出手段で当該動作意志を検出し、当該動作意志に沿う状態に駆動手段を駆動することで補助筋力を発生して前記装置装着者の動作を補助する筋力補助装置において、
   前記装置装着者の周囲状況を検出する周囲状況検出手段と、
   前記周囲状況検出手段の検出情報を基に、前記装置装着者が危険な状況に晒されるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段が危険有りと判定した際、前記装置装着者を安全な状態に導くように前記駆動手段を駆動制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする筋力補助装置。
2. 前記判定手段は、
   前記周囲状況検出手段から得た前記検出情報を基に、前記装置装着者に近づく接近物の有無を判定する接近物有無判定手段と、
   前記接近物有りの際、前記駆動手段が前記動作意志に基づき前記筋力補助を行って前記装置装着者の位置状態が変わることも考慮に入れて、前記接近物が前記装置装着者に衝突し得るか否かを予測する衝突予測手段とを備え、
   前記制御手段は、衝突物有りと前記予測手段が予測した際、前記装置装着者を安全な状態に導くように前記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
3. 前記判定手段は、
   前記周囲状況検出手段から得た前記検出情報を基に、前記装置装着者が障害物に接触する可能性があるか否かを判定する接触可能性有無判定手段と、
   前記接触の可能性がある際に、前記装置装着者が前記接触を回避するような動作意志をとったか否かを、前記動作意志検出手段の検出情報を基に判定する回避動作有無判定手段とを備え、
   前記制御手段は、接触有りと前記接触可能性有無判定手段が判定した状況下にあっても、接触回避の動作意志無しと前記回避動作有無判定手段が判定した際、前記装置装着者を安全な状態に導くように前記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。

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