JP2009207840A - 歩行動作補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】健常脚の動きに対して適切な動作を行うように、患脚の動作補助が可能な歩行動作補助装置を提供すること。
【解決手段】左右の脚部に各々装着するための左右一対の装着部材を備え、これらの装着部材の動きにより脚部の関節駆動の動作補助を行う歩行動作補助装置において、一方の装着部材が、装着する脚部の関節駆動量を計測する計測部を設けるとともに、他方の装着部材が、装着する脚部の関節を駆動する駆動部を設け、前記計測部により計測された脚部の関節駆動量に基づいて、前記駆動部の目標駆動量を決定し、決定された目標駆動量に基づいて駆動部を作用させることにより脚部の関節駆動の動作補助を行うようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人間の脚部の関節駆動を補うような力を付与し、歩行動作を補助するための歩行動作補助装置に関するものである。

近年、ロボットの研究が進むにつれて、人間の形状を模したヒューマノイド型のロボットや、人間の脚部の形状を模擬して作成された脚体を有する脚式歩行型の移動体が開発されつつある。このような歩行による移動を行う脚体構造として、関節部に設けられたベルトとプーリにより、モータの回転駆動力を脚部に伝えるものや、モータによってワイヤーの張力を変化させるもの、または伸縮する複数のシリンダ等のリンク機構を用いて脚部を駆動するもの構造が知られている。

このような脚体構造は、例えば人間の歩行を補助するための歩行動作を行うための補助装置として用いられる。歩行動作を行うための補助装置の一例として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この補助装置は、膝関節を曲げるための駆動量を、多様な歩行条件に基づいて決定し、このような歩行条件に適した歩行動作の補助を行うものである。
また、特許文献２に記載の歩行用補助装置は、関節を曲げるための構造として、空気圧により伸縮する支柱を用いており、この支柱の伸縮により関節を曲げる動作を補助するものである。

一方、このような歩行動作を補助するための補助装置として、病気や事故などの要因により、左右の脚のうち一方のみが麻痺した片麻痺患者の動作を補助するために用いられるものも知られている（例えば特許文献３）。このような補助装置は、健常脚側に設けられた圧力スイッチからの信号を受け、歩行動作を行うために必要なタイミングで他方の脚（患脚）に機能的電気刺激パルスを送ることで、患脚側の歩行動作に必要な関節駆動動作を補助するものである。

特開２００３−７９６８４号公報 特許第３０３２０３９号公報 特開２００４−３１３５５５号公報

しかしながら、前述のような歩行動作用の補助装置においては、患脚の動作を補助するための力を付与することによって、患脚の動作が健常脚の動作と矛盾したものとなる場合がある。そのため、これらの両脚の動作を矛盾させないために、各々の脚部の動作状態を監視することで行われる複雑な制御や、特別な構造が必要となる。

一方、前述のような患脚の動作を補助するために付与する力を、予め生成した動作プログラムにしたがって決定することも考えられる。しかしながら、このような予め生成した動作プログラムにしたがった動作補助では、装着した人間の意志に従った動作補助が実現できないため、補助装置の使用時に違和感が生じやすい。

すなわち、このような従来の歩行動作補助装置においては、健常脚の動きに対して適切な動作となるように、患脚の動作を補助できない場合があり、装着者が使用時に違和感を覚えることとなる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、健常脚の動きに対して適切な動作を行うように、患脚の動作補助が可能な歩行動作補助装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる歩行動作補助装置は、左右の脚部に各々装着する一対の装着部材を備え、これらの装着部材の動きにより脚部の関節駆動の動作補助を行う歩行動作補助装置であって、一方の装着部材を装着する脚部の関節駆動量を計測する計測部を備えるとともに、他方の装着部材を装着する脚部の関節を駆動する駆動部を備えており、前記計測部により計測された脚部の関節駆動量に基づいて、前記駆動部の目標駆動量を決定し、決定された目標駆動量に基づいて駆動部を作用させることにより、他方の装着部材を装着する脚部の関節駆動の動作補助を行うことを特徴としている。

このように構成された歩行動作補助装置によれば、一方の脚（健常脚）の動きに基づいて、他方の脚（患脚）の動作を推定し、推定された動作を実現するように他方の脚（患脚）の関節駆動を補助することができるため、健常脚の動きに対して適切な動作を行うように患脚の動作補助を行うことができる。

また、このような歩行動作補助装置において、前記他方の装着部材が、脚部に装着するための固定部と、前記固定部と一体的に構成され、脚部に沿って伸びる複数の支持部材と、装着される脚部の付け根部分の関節部分、および膝部分の関節部分、および足首部分の関節部分について、前記支持部材を少なくとも１自由度を有するように回動自在に接続する接続部と、を備え、前記駆動部が、複数の支持部材の相対的な姿勢を、前記接続部を介して変化させるような力を出力することで、脚部の関節駆動の動作補助を行うように構成されていてもよい。このようにすると、他方の脚（患脚）側の歩行に必要な関節駆動動作を全て補助するように、力を付与することができるため、好適である。

また、前記駆動部は、支持部材の位置制御を行いつつ力を付与することで、脚部の関節駆動の動作補助を行うものであってもよい。このようにすると、付与する力の大きさを制御するように動作補助を行う場合に比して、他方の脚（患脚）の歩行動作を確実に実現することができるため、好適である。

また、前述の接続部を介した支持部材同士のなす角度を検出する、角度検出部をさらに備えていることが好ましい。すなわち、このような角度検出部が、一方の脚（健常脚）側に設けられている場合は、検出した角度に基づいて、一方の脚（健常脚）側の歩行時の姿勢（関節駆動量）を簡単に推定することができる。さらに、このような角度検出部が、他方の脚（患脚）側に設けられている場合は、この他方の脚（患脚）の姿勢を検出しつつ患脚の歩行動作を補助する際に必要な力を付与することができるため、フィードバック制御を含む位置制御を用いた力の付与を容易に行うことが可能となる。

なお、前記接続部としては、脚部の付け根の関節について３自由度、および膝関節について１自由度、および足首の関節について２自由度を有するように回動自在に構成されていることが好ましい。このような自由度が確保されることによって、人間の歩行動作における、脚部の取り得る姿勢に制限がなくなるため、好適である。

また、前記支持部材は、長さを調整可能となるように伸縮自在に構成されていることが好ましい。このように構成することで、装着者の身体の大きさに関わらず、この歩行動作補助装置を装着することが可能となる。

また、前記固定部は、腰部などの脚部の付け根の関節付近と、足首の関節付近とにおいて装着部材を固定するように構成されていることが好ましい。このような位置に支持部材を固定することによって、駆動部から付与される力が脚部に効率的に伝わり、歩行動作の補助を容易に行うことが可能となる。

また、前記装着部材において、装着する脚部の足裏が地面に接地したことを検出する接触センサがさらに設けられていると、より好適である。この場合、脚部（足裏）が地面に接地したタイミングを検出することで、接地前と接地後の駆動部から脚部に付与する力を変化させることが可能となるため、患脚側の歩行動作の補助がより適切に制御しやすくなる。なお、このような接触センサは、装着される脚部の足裏の長さ方向について複数設けられていてもよい。この場合、足裏が接地してから離床するまでに変化する、検出パターンによって、現在の足裏の接地状態を判別することができる。なお、接触センサを設ける位置としては、踵、母指球、つま先など、歩行時に地面に接触しやすい箇所に相当する位置が好ましい。

以上、説明したように、本発明に係る歩行動作補助装置によると、健常脚の動きに対して、患脚の動作を適切に補助することができる。

発明の実施の形態１．
以下に、図１から図５を参照しつつ本発明に係る歩行動作補助装置の１実施形態について説明する。図１においては、人間（装着者）が装着する歩行動作補助装置１の全体を左前方から斜視的に見た様子を表しており、図２においては、図１に示す歩行動作補助装置１を正面から見た様子を示すものとする。なお、この歩行動作補助装置１を装着する装着者は、右脚が健常脚で、左脚が患脚であるものとし、この歩行動作補助装置１の備える一対の装着部材は、装着者の右脚に装着される右側装着部材１００，および装着者の左脚に装着される左側装着部材２００であるものとする。

図１および図２に示すように、歩行動作補助装置１は、装着者の腰部後面に装着されるベース部１０と、このベース部１０の下端に接続される右側装着部材１００および左側装着部材２００と、を備えている。なお、ベース部１０には、後述する駆動部の動きにより支持部材を駆動する動作を制御する、小型コンピュータを組み込んだ制御部（図示せず）と、駆動部や制御部に電力を供給するためのバッテリー（図示せず）が固定されている。この制御部の詳細な説明については後述する。

ベース部１０は、装着者１の腰部の背面形状に対応する平面視で略半円弧形状に形成されており、この円弧形状の内側に腰部が位置するように、腰部の背面に接触させた状態で、図示しないベルト等の装着手段で腰部に固定することで、歩行動作補助装置１の装着者に対する位置を変化させないようにしている。また、ベース部１０には、装着者の腰部の姿勢を検出するための姿勢角センサ（図示せず）が組み込まれており、これらの３方向について変化した姿勢を、前述の３方向についてした回動角度を表す信号を後述する制御部に送信する。これによって、装着者の姿勢が特別な姿勢（例えば前屈みの状態）などであることが検出され、かつ健脚側で検出された角度が歩行動作を目的としたものでないと判断された場合には、歩行動作の補助を行わないようにする。尚、この際に検出された情報を基に立ち上がり動作や着座動作の補助を行うように制御を切り換えることは可能である。

右側装着部材１００は、板状の第１支持部材１１１がベース部１０の底面に対して鉛直方向について回動自在に接続されることで、ベース部１０から吊り下げられるように接続される。さらに、この第１支持部材１１１に対して、第２支持部材１１２、第３支持部材１１３、第４支持部材１１４、第５支持部材１１５、第６支持部材１１６が直列に接続されており、これらの各々の支持部材は、後述する接続部としてのリンク機構を介して接続される。以下、詳細に説明する。

第２支持部材１１２は、第１の支持部材に対して鉛直方向に伸びる平面上において左右方向に回動自在に接続可能となるように、第１リンク機構１２１を介して、第１支持部材に対して接続される、略Ｌ字型の部材である。すなわち、第２支持部材１１２が第１支持部材に対して回動自在となることによって、装着者の右脚を左脚に対して近接離間させる動作について制約がなくなる。なお、第１リンク機構１２１は、第２支持部材を第１支持部材に対して回動自在に接続するような、１自由度を有するヒンジ等の構成からなる機構が用いられる。

第３支持部材１１３および第４の支持部材１１４は、直線状の略板形状を有しており、第２支持部材１１２に対して直列に接続される。それらの接続は、各々第２リンク機構１２２、第３リンク機構１２３を介して行われており、これらのリンク機構により、各支持部材は前後方向に回動自在に接続される。すなわち、第２リンク機構１２２では右脚の付け根部分を屈曲する動作について、第３リンク機構１２３では右脚の膝関節部分を屈曲する動作について、制約をなくすように各支持部材の回動動作を可能とする。なお、第２リンク機構１２２および第３リンク機構１２３は、一方向に回動する動きに自由に追従することができるような、１自由度を有するヒンジ等の回動自在な構成を備えている。このような構成により、装着者の右脚について、膝関節を屈曲させる動作に対して制約をなくすことができる。

このように、第１支持部材１１１の接続と、第１リンク機構および第２リンク機構とによって、右側装着部材１００はベース部１０に対して少なくともピッチ軸、ロール軸、ヨー軸の３方向についての自由度を有するように構成される。

第５の支持部材１１５は、略Ｌ字型に構成された部材であり、第４の支持部材１１５の端部に第４リンク機構１２４を介して、装着される右脚の足首付近の前方から後方に向かって伸びるように接続される。そして、第４リンク機構１２４によって、第５支持部材１１５は第４支持部材に対して前後方向について回動自在に構成され、右脚の足首の前後方向に動く動作に対して制約をなくしている。

第６支持部材１１６は、第５リンク機構１２５を介して第５の支持部材に対して左右方向に回動自在に接続される板状部材１１６ａと、この板状部材１１６ａに対して固定される底板部１１６ｂと、底板部１１６ｂの上面に設けられた、装着者の右脚足先を２箇所について固定するためのベルト部１１６ｃと、を有する。すなわち、装着した右脚が、足裏を底板部１１６ｂに載置した状態で、ベルト部１１６ｃを用いて足先を底板部１１６ｂに固定することで、右側装着部材１００を右脚に対して一体的に装着させる。このように、第４リンク１２４と第５リンク１２５とによって、装着者の足首部は、少なくとも２方向について自由度を有する。

このように構成された右側装着部材１００は、右脚の屈曲動作の自由度を実現するために、各々の回動軸は、右脚の各関節の回動軸と略一致しており、装着者が歩行動作を行う際に、前述の支持部材が脚部の動作に追従して回動しやすいように構成される。そのため、各リンク機構は、装着者が歩行動作において脚部の関節部分において抵抗を感じないように、イナーシャが最小となるように構成されることが好ましい。このようにすることで、健常脚である右脚の動作が制約を受けず、自由な動作が可能になる。

また、右側装着部材における各リンク機構には、図示を省略するが、接続する支持部材の相対的な角度変化を計測する、角度検出部としての角度センサが各々組み込まれている。これらの角度センサは、装着者の脚部に固定された一方の支持部材の位置を基準位置とし、その基準位置から他方の支持部材のなす傾斜角度の変化度合いを検出することで、脚部の関節駆動量を計測し、後述する制御部に前述の関節駆動量を表す信号を送信する、計測部として作用する。このような角度センサとしては、小型のポテンショメータなどが好適に用いられる。

次に、左側装着部材２００の構成について説明する。なお、左側装着部材２００において、右側装着部材１００に含まれるものと同様の構成部については、同一または同様の名称を付して詳細な説明を省略するものとする。

左側装着部材２００においても、板状の第１支持部材２１１がベース部１０の底面に対して鉛直方向に回動自在に接続されることで、ベース部１０から吊り下げられるように接続される。さらに、この第１支持部材２１１に対して、第２支持部材２１２、第３支持部材２１３、第４支持部材２１４、第５支持部材２１５、第６支持部材２１６が直列に接続されており、これらの各々の支持部材は、接続部としてのリンク機構を介して回動自在に接続される。

第２支持部材２１２は、第１の支持部材に対して鉛直方向に伸びる平面上において左右方向に回動自在に接続可能となるように、第１リンク機構２２１を介して、第１支持部材に対して接続される。なお、第１リンク機構２２１は、第２支持部材を第１支持部材に対して回動自在に接続するような、１自由度を有するヒンジ等の構成からなる機構が用いられる。

第３支持部材２１３および第４支持部材２１４は、各々第２リンク機構２２２、第３リンク機構２２３を介して直列に接続されている。これらのリンク機構は、１自由度を有するヒンジ構造からなり、各支持部材は前後方向ついて回動自在に接続される。すなわち、第２リンク機構２２２では左脚の付け根部分を屈曲する動作について、第３リンク機構１２３では左脚の膝関節部分を屈曲する動作について、制約をなくすように各支持部材の回動動作を可能とする。

このように、第１支持部材２１１の接続と、第１リンク機構および第２リンク機構とによって、左側装着部材２００はベース部１０に対して少なくともピッチ軸、ロール軸、ヨー軸の３方向についての自由度を有する。

第２支持部材２１２と第３支持部材２１３が第２リンク機構２２２を介して回動自在に連結される。アクチュエータ２４２の動力は、ベルトボックス２４１内部のタイミングベルトによって、第２リンク機構２２２を構成するギア２３１ｂに伝達される。押さえ部２４０は、ベルトボックス２４１によって、第３支持部材２１３に固定されているため、アクチュエータ２４２の動力によって第３支持部材２１３は第２支持部材２１２に対して相対回転運動をする。

メカストッパ２３１は、第２支持部材２１２に固定されている。メカストッパ２３１上の凸部と第３支持部材２１３上の凸部が当たることで第２支持部材２１２と第３支持部材２１３の回転運動に制限が加えられる。この制限によって、装着者の関節可動範囲を越えた動作を防止する。

第３支持部材２１３と第４支持部材２１４が第３リンク機構２２３を介して回動自在に連結される。アクチュエータ２５２の動力は、ベルトボックス２５１内部のタイミングベルトによって、第３リンク機構２３２を構成するギア２３２ｂに伝達される。押さえ部２５０は、ベルトボックス２５１によって、第３支持部材２１３に固定されているため、アクチュエータ２５２の動力によって第３支持部材２１３は第４支持部材２１４に対して相対回転運動をする。

メカストッパ２３２は、第４支持部材２１４に固定されている。メカストッパ２３２上の凸部と第３支持部材２１３上の凸部が当たることで第３支持部材２１３と第４支持部材２１４の回転運動に制限が加えられる。この制限によって、装着者の関節可動範囲を越えた動作を防止する。

これらのアクチュエータは、後述する制御部からの指令信号により、各支持部材の相対的な姿勢を変化させるものであり、駆動量を正確に制御可能なＡＣサ−ボモータなどが好適に用いられる。なお、本実施形態においては、このアクチュエータにより駆動される動作は各関節部分のピッチ軸周りの回転方向についてのみである。

第５支持部材２１５は、第４支持部材２１４の端部で、装着される右脚の足首付近の前方から後方に向かって伸びるように第４リンク機構２２４を介して接続され、第４リンク機構２２４によって、第５支持部材２１５は第４支持部材に対して前後方向について回動自在に構成されている。

第６支持部材２１６は、第５リンク機構２２５を介して第５支持部材２１５に対して左右方向に回動自在に接続される板状部材２１６ａと、この板状部材２１６ａに対して固定される底板部２１６ｂと、底板部２１６ｂの上面に設けられた、装着者の右脚足先を２箇所について固定するためのベルト部２１６ｃと、を有する。このように、第４リンク２２４と第５リンク２２５とによって、装着者の足首部は、少なくとも２方向について自由度を有する。なお、これらの自由度を実現するためのリンク機構における回動軸は、装着時において、足首部の関節の回動軸と略一致しており、装着者が歩行動作を行う際に、前述の支持部材が脚部の動作に追従して回動しやすいように構成されている。

また、底板部２１６ｂの裏面においては、図３に示すように、接触センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が設けられており、装着者が歩行動作を行う際に、足裏が地面に接触するタイミングを検出して制御部へ送信する。この接触センサＳ１〜Ｓ３は、足裏の長手方向について直列となるように、各々足先、母指球、および足裏の踵部分に相当する位置に配置されており、装着者が歩行動作を行う際に、足裏が地面に徐々に接触するタイミングを正確に検出することができる。なお、接触センサとしては、前述のような数や位置に限られるものではなく、歩行時に地面に対して接触しやすい場所であれば、その数や位置は必要に応じて適宜変更することができる。例えば、配置する接触センサの数を増やすことで、足裏が接地するタイミングをより詳細に取得するようにすることもできる。

以上、説明したように、本実施形態においては、装着者の腰部および足先を固定するような構成により、装着部材を装着者の脚部に固定する固定部を構成している。

なお、本実施形態においては、足首部を支持する構造として、２つのヒンジ構造のリンク機構を組み合わせることにより、２自由度を実現する構造を採用しているが、本発明はこれに限られるものではなく、少なくとも前後および左右の２つの自由度を有するような、ユニバーサルジョイントなどの構造を用いることもできる。

また、本実施形態に用いられる支持部材は、ある程度の強度を有した材質により形成されており、特に棒状の支持部材については、装着者の身体の大きさに併せて長さが調整できるように、ネジ機構などの構造により長さ調整が可能となるように構成されることが好ましい。このように、支持部材の長さを調整し、膝関節付近に設けられたリンク機構の回動軸を、装着者の膝関節の回動軸に一致させると、これらの支持部材の傾斜と装着者の脚部の動きとがほぼ一致するため、歩行動作を補助するための支持部材の駆動量が簡単に計算できるため、好適である。

さらに、左側装着部材においても、前述したリンク機構に、接続する支持部材同士のなす相対的な角度変化を計測する角度検出部としての角度センサを組み込まれている。これらの角度センサは、装着者の脚部に固定された一方の支持部材の位置を基準位置とし、その基準位置から他方の支持部材のなす傾斜角度の変化度合いを検出することで、脚部の関節駆動量を計測し、後述する制御部に前述の関節駆動量を表す信号を送信する、計測部として作用する。このような角度センサとしては、モータに内蔵されたエンコーダ又は小型のポテンショメータなどが好適に用いられる。

次に、第１のベース部１０に組み込まれた制御部の詳細について説明する。図４は、制御部の内部構成を概略的に示すブロック図である。
図４に示すように、制御部４０は、装着者が歩行動作を行う際の右脚の関節駆動動作を演算処理により算出する計測部４１と、計測部４１により推測される右脚の駆動動作から左脚側の支持部材を駆動するための駆動パターンを作成する駆動パターン作成部４２と、作成された駆動パターンから左脚側のアクチュエータ２４２，２５２を駆動するための目標駆動量を算出する目標駆動量算出部４３と、を備えている。

計測部４１は、右側装着部材のリンク機構１２２，１２３に組み込まれた角度センサと、左側装着部材の第６支持部材の底板部２１６ｂに組み込まれた接触センサからの信号を受けて、装着者が歩行動作を行う際の右脚の関節駆動動作を演算処理により算出する。詳細には、角度センサからの信号で右脚の動作パターンを生成するとともに、接触センサからの信号により、足裏が接地するタイミングを取得する。そして、これらの動作パターンおよび接地タイミングから、装着者の行った歩行動作における、右脚の関節駆動動作を特定するためのデータを作成する。

駆動パターン作成部４２は、計測部４１により算出された右脚の関節駆動動作を特定するデータから、装着者の歩行動作に必要な左脚の関節駆動動作の駆動パターンを作成する。この駆動パターンは、左脚の各関節における動作（関節駆動量や関節駆動速度など）や、左脚の足裏の接地タイミングなどに基づいてニューラルネットワークによって算出される。

目標駆動量算出部４３は、駆動パターン作成部４２により作成された左脚の駆動パターンから、左側装着部材のリンク機構２２２および２２３に組み込まれたアクチュエータ２４２，２５２の目標駆動量を決定する駆動信号を算出する。この駆動信号は、具体的には、前述の目標駆動量は作成された駆動パターンにより定められる支持部材の位置に関する位置指令値を満足するように定められる。そして、この算出された駆動信号を送信することでアクチュエータ２４２，２５２を駆動させる。そして、各アクチュエータに内蔵された角度センサからの信号のフィードバックを受けて、アクチュエータにより駆動された実際の関節駆動量を取得した後に、実際の関節駆動量が目標駆動量に一致するように駆動信号を修正する。このように、支持部材２１３および２１４を正確な位置制御により駆動し、装着者の左脚の関節駆動を補助する。

次に、このように構成された歩行動作補助装置１を用いて、装着者１の歩行動作を補助するまでのステップを、図５に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、歩行動作補助装置１を装着した後、電源ＯＮなどの動作を経て、図示しないバッテリーにより歩行動作補助装置１全体に電流を供給する（ＳＴＥＰ１０１）。そして、装着者１が歩行動作を開始すると、右脚の角度センサにより右脚の関節駆動量が検出されることにより、装着者の行った歩行動作における、右脚の関節駆動動作が計測される（ＳＴＥＰ１０２）。

次に、制御部４０においては、右脚の関節駆動動作に基づいて歩行動作に必要な左脚の関節駆動動作の駆動パターンを作成する（ＳＴＥＰ１０３）。そして、この駆動パターンに基づいて左脚の関節駆動に必要な、リンク機構に組み込まれたアクチュエータの目標駆動量を決定する（ＳＴＥＰ１０４）。

目標駆動量が決定されると、決定した目標駆動量に基づいてアクチュエータを駆動し、歩行動作に必要な左脚の関節駆動を補助する（ＳＴＥＰ１０５）。その際に、左脚側の角度センサからの関節駆動量を検出し（ＳＴＥＰ１０６）、検出した実際の左脚の関節駆動量と、目標駆動量との差を所定の閾値（Δｓ）と比較する（ＳＴＥＰ１０７）。そして、この目標駆動量と、実際の関節駆動量との比較において、実際の関節駆動量と目標駆動量との差が所定の閾値に満たない場合は、その差を小さくするように目標関節駆動量を修整し（ＳＴＥＰ１０８）、その後、修整した目標関節駆動量に基づいて関節駆動を補助するようにアクチュエータを駆動する（ＳＴＥＰ１０９）。

次に、右脚の関節駆動量に追従した左脚の歩行動作の補助を行った後に、歩行動作を停止するか否かの信号が入力された否かを判断し（ＳＴＥＰ１１０）、信号が入力されていない場合はＳＴＥＰ１０２に戻ってさらに歩行動作の補助を継続する。なお、ＳＴＥＰ１１０において、歩行動作を停止する信号が入力されたと判断された場合は、各リンク機構のアクチュエータの駆動を停止し、リンク機構における支持部材の駆動を解除して回動自由な状態にして（ＳＴＥＰ１１１）、電源ＯＦＦなどの動作を経て、所定の終了処理を行う（ＳＴＥＰ１１２）。

また、ＳＴＥＰ１０７において、実際の関節駆動量と目標駆動量との差が所定の閾値よりも大きい場合は、行っている歩行動作が異常状態であると判断して、ＳＴＥＰ１１１に進んでアクチュエータの駆動を停止する。この際、音声発声手段などを別に設けて、アクチュエータの駆動を停止する旨を装着者に告知するようにしてもよい。

上述したように、本発明の実施形態の一例である、装着者が歩行動作に必要な力を補助するように動作する歩行動作補助装置によると、健常脚である右脚の動作を推測し、推測した右脚動作に基づいた左脚の関節駆動量を用いて患脚である左脚の動作の補助を行うことができる。

なお、前述の実施形態においては、腰部に固定されたベース部に接続された支持部材は６自由度を有するように接続されているが、歩行動作に特に支障がない場合は、これに限られるものではない。また、各関節部に相当する回動軸が、単一の回動軸構造では自由度が確保できない場合は、二重関節などの構造を用いてもよい。また、前述のリンク構造は、必ずしも全ての方向について自由な回動動作を可能とするフリージョイントなどに限られるものではなく、装着者が動作時に違和感を覚えない程度の部分的な粘弾性特性を持たせた、弾性的に回動するようなものであってもよい。このような粘弾性特性は、支持部材の可動範囲内にバネや弾性体などのダンパ要素を組み込むことで実現することができる。

また、前述の実施形態においては、歩行動作補助装置は、大腿部と膝下部分の動作を補助するような構造を備えているが、装着者の麻痺している箇所が特定の場所の場合は、その部分のみの動作を補助するように構成してもよい。例えば、足首部分のみの関節駆動のみの補助を行うような構造であってもよいし、脚全体の関節駆動の補助を行うように、全てのリンク機構において駆動部としてのアクチュエータを設けてもよい。このような、装着者の動作しにくい場所（麻痺している箇所）を、健常脚の対応する箇所の動作に対応させて動作補助を行うことで、適切な歩行動作の補助を実現することができる。

また、支持部材を駆動する駆動部としてのアクチュエータは、前述の実施形態において示したような、ＡＣサーボモータに限定されるものではない。このようなアクチュエータの例としては、支持部材同士をヒンジ構造により接続し、それらの中間部分に伸縮自在のシリンダ端部を固定するとともに、このシリンダを伸縮させることで支持部材同士のなす角度を変化させるような構成により、関節動作の補助を行うものであってもよい。このようなシリンダは、空圧や油圧により伸縮動作を行うものであると、強い力により歩行動作の補助が可能となるため、好適である。

また、支持部材を固定する場所としても、腰部や足首部（足先）付近などに限定されるものではなく、脚部の歩行動作を補助するために適切な固定場所であれば、例えば、大腿、膝関節付近や脛など、適宜固定場所を変更してもよい。

また、足裏部が接地するタイミングを検出するセンサは、接触センサに限られるものではなく、例えば加速度センサなどの他の検出手段を用いることもできる。

また、前述の実施形態においては、制御部や電源をベース部に備えられた実施形態を説明しているが、これらの制御部や電源を別体に構成してもよい。このようにすると、歩行動作補助装置の全体重量が低下するため、装着者がこの装置を装着した際に、身体への負担が低減する。このように構成した場合、電源の容量を大きいものを選択することができるため、長時間の歩行動作の補助を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態である歩行動作補助装置の全体を概略的に示す斜視図である。 図１に示す歩行動作補助装置の全体を正面から見た様子を示す正面図である。 図１に示す歩行動作補助装置の底板部に備えられた接触センサの配置された様子を示す図である。 図１に示す歩行動作補助装置に含まれる制御部の構造を概念的に示すブロック図である。 図１に示す歩行動作補助装置を用いて、装着者の歩行動作を補助するまでのステップを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・歩行動作補助装置
１０・・・ベース部
１００，２００・・・装着部材
１１１，２１１・・・第１支持部材
１１２，２１２・・・第２支持部材
１１３，２１３・・・第３支持部材
１１４，２１４・・・第４支持部材
１１５，２１５・・・第５支持部材
１１６，２１６・・・第６支持部材
２１６ａ・・・板状部材
２１６ｂ・・・底板部
２１６ｃ・・・ベルト部
１２１，１２２，１２３，１２４，１２５・・・接続部（リンク機構）
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５・・・接続部（リンク機構）
２３１，２３２・・・メカストッパ
２３１ｂ，２３２ｂ・・・ギア
２４０・・・押さえ部
２４１，２５１・・・ベルトボックス
２４２，２５２・・・アクチュエータ（駆動部）
４０・・・制御部
４１・・・計測部
４２・・・駆動パターン作成部
４３・・・目標駆動量算出部
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・接触センサ

Claims (9)

1. 左右の脚部に各々装着する一対の装着部材を備え、これらの装着部材の動きにより脚部の関節駆動の動作補助を行う歩行動作補助装置であって、
   一方の装着部材を装着する脚部の関節駆動量を計測する計測部を備えるとともに、
   他方の装着部材を装着する脚部の関節を駆動する駆動部を備えており、
   前記計測部により計測された脚部の関節駆動量に基づいて、前記駆動部の目標駆動量を決定し、
   決定された目標駆動量に基づいて駆動部を作用させることにより、他方の装着部材を装着する脚部の関節駆動の動作補助を行うことを特徴とする歩行動作補助装置。
2. 前記他方の装着部材が、
   脚部に装着するための固定部と、
   前記固定部と一体的に構成され、脚部に沿って伸びる複数の支持部材と、
   装着される脚部の付け根部分の関節部分、および膝部分の関節部分、および足首部分の関節部分について、前記支持部材を少なくとも１自由度を有するように回動自在に接続する接続部と、
   を備えており、前記駆動部が、複数の支持部材の相対的な姿勢を、前記接続部を介して変化させるような力を出力することで、脚部の関節駆動の動作補助を行うことを特徴とする請求項１に記載の歩行動作補助装置。
3. 前記駆動部が、支持部材の位置制御を行いつつ、力を付与することで、脚部の関節駆動の動作補助を行うことを特徴とする請求項２に記載の歩行動作補助装置。
4. 前記接続部を介した支持部材同士のなす角度を検出する角度検出部をさらに備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の歩行動作補助装置。
5. 前記接続部が、脚部の付け根の関節について３自由度、および膝関節について１自由度、および足首の関節について２自由度を有するように回動自在に構成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の歩行動作補助装置。
6. 前記支持部材が、長さを調整可能となるように伸縮自在に構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の歩行動作補助装置。
7. 前記固定部が、脚部の付け根の関節付近と、足首の関節付近とにおいて装着部材を固定するものであることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の脚体構造。
8. 前記装着部材が、装着される脚部の足裏が地面に接地したことを検出する接触センサを備え、前記接触センサにより検出された足裏の接地状態により、駆動部の出力を変化させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の歩行動作補助装置。
9. 前記接触センサが、足裏の長さ方向について複数設けられていることを特徴とする請求項８に記載の歩行動作補助装置。