JP2012065701A - 移動補助装置及び移動補助制御用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】膝疾患の患者等の回復訓練等における補助を安全に行うことが自立的に可能な移動補助装置を提供する。
【解決手段】患者の身体に装着され、その歩行を補助する移動補助装置Ｓにおいて、動力源を用いて補助を行う駆動ユニット１０と、方向の方向をＸ軸とし、鉛直方向をＺ軸とし、Ｘ軸及びＺ軸に対して垂直な方向をＹ軸としたとき、Ｘ軸を中央として患者から見たＸ−Ｙ平面内の角度を方位角度として検出し、Ｙ−Ｚ平面内におけるＺ軸からの患者の身体の傾斜角度を左右傾斜角度として検出し、Ｘ−Ｚ平面内におけるＺ軸からの患者の身体の傾斜角度を前後傾斜角度として検出し、且つ患者の身体に装着されたジャイロセンサ４３と、各検出された方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度に基づいて駆動ユニット１０の動作を制御するＣＰＵ４２と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動補助装置及び移動補助制御用プログラムの技術分野に属する。より詳細には、例えば膝疾患の患者の回復訓練等に用いられる移動補助装置及び当該移動補助装置において用いられる移動補助制御用プログラムの技術分野に属する。

膝疾患の患者が行う回復訓練等（いわゆるリハビリテーション）において、従来は、例えば理学療法士等の補助を受けつつ、その患者が自力で必要な回復訓練等を行っていた。一方近年では、ＤＣ（直流）モータ等の駆動源を使用する他動的な回復訓練等（外力を用いて行う回復訓練等）が行われ始めている。このような他動的な回復訓練等には、その患者の身体に装着されて歩行における膝関節部の動きを補助する、いわゆる装着型の歩行アシストロボットが用いられる。この歩行アシストロボットは、患者の膝関節部を含む上腿部及び下腿部にハーネス等を用いて装着され、当該上腿部及び下腿部の動きを補助する（換言すれば強制的に動かす）ように動作する。即ち、適切な歩行パターンにおける膝関節部としての動きが実現されるように歩行アシストロボットが動作して、当該膝関節部を含む上腿部及び下腿部を動かす。これにより患者は、歩行アシストロボットによる動きに追随するように自立歩行することで、必要な回復訓練等を行える。

他方、回復訓練等において歩行アシストロボットの動きに患者が追随できない場合や種々の原因で患者がふらついた場合、その患者は不安定な歩行状態になり、最悪の場合は転倒に至って思わぬ怪我をする可能性がある。また従来の歩行アシストロボットは、例えば充電池、ＣＰＵ、各種センサ及びアクチュエータ等を備えるものであり、下肢部全体を含んで装着されるべき大型の装置になることが多いため、上述した転倒等の危険性は更に増す。そこで通常は、上記理学療法士等が患者の回復訓練等に付き添い、転倒を未然に防ぐことが行われている。或いは、歩行アシストロボットごと転倒した患者が受けるダメージを少なくするため、訓練室の床や患者が着る服装をクッション性のある柔らかい材料にすることも行われる。なおこのような人保護のための従来技術としては、例えば下記特許文献１に記載されているエアバッグシステムがある。

特開２００７−１１１０８４公報（第１図、第２図及び第５図乃至第９図等）

しかしながら、上述した回復訓練等においては、訓練室の床としては適度な硬さが必要なものであり、患者の服装も軽量化されるべきものである。また、付き添いを行う理学療法士等の負担も大きなものとなり、複数の患者の面倒を同時に見ることが困難になりつつある。更にこれらにより、従来の歩行アシストロボットは患者の転倒に関して安全性が欠けたものとの認識もあり、その普及の妨げとなっている場合がある。

そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、上述したような患者の回復訓練等における補助を自立的且つ安全に行うことが可能な移動補助装置及び当該移動補助装置において用いられる移動補助制御用プログラムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被補助者の身体に装着され、当該被補助者の下肢部を用いた移動を補助する移動補助装置において、動力源を用いて前記移動の補助を行う駆動ユニット等の補助手段と、前記移動の方向をＸ軸とし、鉛直方向をＺ軸とし、前記Ｘ軸及び前記Ｚ軸に対して垂直な方向をＹ軸としたとき、前記Ｘ軸を中央として前記被補助者から見たＸ−Ｙ平面内の角度を方位角度として検出する方位角度検出手段であって、前記身体に装着されたジャイロセンサ等の方位角度検出手段と、Ｙ−Ｚ平面内における前記Ｚ軸からの前記身体の傾斜角度を左右傾斜角度として検出する左右傾斜角度検出手段であって、前記身体に装着されたジャイロセンサ等の左右傾斜角度検出手段と、Ｘ−Ｚ平面内における前記Ｚ軸からの前記身体の傾斜角度を前後傾斜角度として検出する前後傾斜角度検出手段であって、前記身体に装着されたジャイロセンサ等の前後傾斜角度検出手段と、各前記検出された方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度に基づいて、前記補助手段の動作を制御するＣＰＵ等の制御手段と、を備える。

請求項１に記載の発明によれば、方位角度検出手段、左右傾斜角度検出手段及び前後傾斜角度検出手段が被補助者の身体に装着されており、これらにより検出された方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度に基づいて補助手段の動作を制御するので、被補助者の姿勢に応じた的確な補助手段の制御ができる。

上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の移動補助装置において、前記方位角度検出手段、前記左右傾斜角度検出手段及び前記前後傾斜角度検出手段は、前記身体に装着され且つ前記方位角度、前記左右傾斜角度及び前記前後傾斜角度を夫々検出する一つの三次元センサであるように構成される。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、方位角度検出手段、左右傾斜角度検出手段及び前後傾斜角度検出手段が、身体に装着された一つの三次元センサであるので、移動補助装置自体を小型軽量化して被補助者における装着の負荷等を軽減することができる。

上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の移動補助装置において、前記補助手段は表示部等の告知手段を備え、前記制御手段は、前記検出された方位角度の絶対値が予め設定された第１角度より大きくなったとき、前記告知手段を用いて前記移動の方向からコースアウトした旨を前記被補助者に告知させるように前記補助手段を制御するように構成される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、方位角度の絶対値が第１角度より大きくなったときコースアウトした旨を被補助者に告知させるので、自身の移動がコースアウトしていることを被補助者が迅速に認識することができる。

上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の移動補助装置において、前記補助手段は表示部等の告知手段を備え、前記制御手段は、前記検出された左右傾斜角度の絶対値又は前記検出された前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が予め設定された第１角度より大きくなったとき、前記告知手段を用いて前記被補助者がふらついている旨を当該被補助者に告知させるように前記補助手段を制御するように構成される。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、左右傾斜角度の絶対値又は前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が第１角度より大きくなったときふらついている旨を被補助者に告知させるので、自身がふらつきながら移動していることを被補助者が迅速に認識することができる。

上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の移動補助装置において、前記補助手段は、前記被補助者の下肢部に装着されて当該下肢部の動きを補助するクラッチ部等の駆動手段を備え、前記制御手段は、前記検出された左右傾斜角度の絶対値又は前記検出された前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が前記第１角度より大きく且つ予め設定された第２角度より大きくなったとき、前記駆動手段の動作を停止させ且つ前記下肢部の動きを自由とさせるように前記補助手段を制御するように構成される。

請求項５に記載の発明によれば、請求項３又は４に記載の発明の作用に加えて、左右傾斜角度の絶対値又は前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が第２角度より大きくなったとき、被補助者の下肢部に装着されている駆動手段の動作を停止させて下肢部の動きを自由とさせるので、転倒による事故から被補助者を有効に保護することができる。

上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の移動補助装置において、前記補助手段は、転倒の際の衝撃から前記被補助者を保護するエアバッグ等の保護手段を更に備え、前記制御手段は、前記少なくともいずれか一方が前記第２角度より大きくなったとき、前記保護手段を動作させるように前記補助手段を制御するように構成される。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の作用に加えて、左右傾斜角度の絶対値又は前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が第２角度より大きくなったとき保護手段を動作させるので、転倒による事故から被補助者を更に有効に保護することができる。

上記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の移動補助装置に前記制御手段として備えられたコンピュータを、当該制御手段として機能させるように構成される。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１から６のいずれか一項に記載の移動補助装置に制御手段として備えられたコンピュータを当該制御手段として機能させるので、被補助者の姿勢に応じた的確な動作手段の制御ができる。

本発明によれば、方位角度検出手段、左右傾斜角度検出手段及び前後傾斜角度検出手段が被補助者の身体に装着されており、これらにより検出された方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度に基づいて補助手段の動作を制御する。よって、被補助者の姿勢に応じた的確な補助手段の制御ができるので、自立的且つ安全に被補助者の移動を補助することができる。

実施形態に係る歩行補助装置を患者に装着した際の状態図である。 実施形態に係る駆動ユニットを患者の両脚に装着した際の状態図である。 実施形態に係るエアバッグを説明する図であり、（ａ）は膨張前の装着状態を示す背面図であり、（ｂ）は膨張状態を例示する図である。 実施形態に係る歩行補助装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る歩行補助装置における保護動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る歩行補助装置における保護動作を示すタイミングチャートである。

次に、本発明を実施するための形態について、図１乃至図６を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えば膝疾患を持つ患者の回復訓練等としての歩行における膝関節の動作を補助する歩行補助装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。また図１は実施形態に係る歩行補助装置を患者に装着した際の状態図であり、図２は実施形態に係る駆動ユニットを患者の両脚に装着した際の状態図である。また図３は実施形態に係るエアバッグを説明する図であり、図４は当該歩行補助装置の構成を示すブロック図である。更に図５は当該歩行補助装置における実施形態に係る保護動作を示すフローチャートであり、図６は当該保護動作を示すタイミングチャートである。

図１及び図２に示すように、実施形態に係る歩行補助装置Ｓは、患者の下肢部（両脚）に着脱自在のテープ状固定具やバンド等の固定具６によって夫々取り付けられる補助手段の一例としての一対の駆動ユニット１０を備えている。なお以下の説明では、左脚用の駆動ユニット１０を駆動ユニット１１とし、右脚用の駆動ユニット１０を駆動ユニット１２として説明する。また駆動ユニット１１及び駆動ユニット１２に共通する説明を行う場合は、一般に駆動ユニット１０として説明する。

一つの（即ち、右脚又は左脚いずれか一方用の）駆動ユニット１０には、図１に示すように、患者の膝部５の関節部分に取り付けられ、膝関節を屈曲及び伸展させるリンク機構部３と、患者の股部９の関節部分に取り付けられ、股関節を屈曲及び伸展させるリンク機構部８と、が取り付けられている。

先ずリンク機構部３は、図１に示すように、例えば患者の大腿部に巻きつけられる上部脚当て４の側面に取り付けられる第一リンク３ａと、患者の下腿部に巻きつけられる下部脚当て７の側面に取り付けられる第二リンク３ｂと、駆動ユニット１０から動力を得て第一リンク３ａに対して第二リンク３ｂを歩行の前後方向に揺動させる第三リンク３ｃと、を含んで構成される。第一リンク３ａは、患者の腰部側から膝部５側に延びるように取り付けられ、第二リンク３ｂは患者の膝部５側から脚の先端（地面）側に延びるように取り付けられている。そして第一リンク３ａと第二リンク３ｂとは、患者の膝部５近傍で回動可能に連結されている。この連結部には、第一リンク３ａと第二リンク３ｂとの成す角度を示す膝関節角度データを出力する膝関節角度センサが内蔵されている。この膝関節角度センサは、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現される。また、第三リンク３ｃの端部が、第二リンク３ｂの中央近傍に連結されている。上部脚当て４及び下部脚当て７は、夫々が図示しない一対の脚当て部材を含んで構成されており、当該脚当て部材は患者の大腿部及び下腿部の周囲を覆うように配置され、固定具６によって着脱可能に取り付けられる。また、上部脚当て４及び下部脚当て７は、例えばポリプロピレン樹脂等を成形して形成されており、ユーザの大腿部と接する部分には、伸縮自在の図示しないスポンジ部材等が取り付けられている。

一方リンク機構部８は、図１に示すように、上記した上部脚当て４の側面に取り付けられる第一リンク８ａと、患者の腰部に巻きつけられるベルト２３の側部に取り付けられる第二リンク８ｂと、を含んで構成される。第一リンク８ａは、患者の臀部側から膝部５側に延びるように取り付けられ、第二リンク８ｂは患者の腰部側から臀部側に延びるように取り付けられている。そして第一リンク８ａと第二リンク８ｂとは、患者の股部９近傍で回動可能に連結されている。この連結部にも、第一リンク８ａと第二リンク８ｂとの成す角度を示す股関節角度データを出力する股関節角度センサが内蔵されている。この股関節角度センサも、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現される。

更に図２に示すように、両脚に夫々取り付けられる駆動ユニット１１及び駆動ユニット１２には、当該駆動ユニット１１及び駆動ユニット１２間でデータ通信するための通信ユニット２０が着脱可能に取り付けられる。この通信ユニット２０は、ケーブル２１と、そのケーブル２１の途中に配置される通信用基板及び制御用基板並びに電池等が収容された中継ボックス２２と、を備え、上記ベルト２３によって患者の腰部に取り付けられる。また通信ユニット２０は、ケーブル２１の両端に非接触でデータを通信可能な通信端子を備えた通信ヘッド２５を備えている。一方、駆動ユニット１０の筐体１０ａには、当該通信ヘッド２５を挿入可能な孔部１０ｂを有しており、孔部１０ｂに対して当該通信ヘッド２５が着脱可能になっている。なお、上記中継ボックス２２内の制御用基板には、実施形態に係る歩行補助装置Ｓとしての動作を制御する後述のＣＰＵ等が装着されている。更に駆動ユニット１０は、電力を受電又は所定のデータを通信可能な図示しない通信ヘッドを筐体１０ａの内部に備えている。そして、駆動ユニット１０の筐体１０ａに有する孔部１０ｂには、通信ヘッド２５が挿入されて、非接触で上記図示しない通信ヘッドに電気的に接続され、データ通信可能となっている。

一方、実施形態に係る歩行補助装置Ｓには、図３（ａ）に背面図を示すように、当該歩行補助装置Ｓを用いる患者が装着するベスト状の保護装具３０が含まれている。この保護装具３０は、患者の頸部の下辺りに設けられて患者の後頭部を保護する保護手段の一例としてのエアバッグ３１と、患者の腰部後ろ側に設けられて患者の腰部及び臀部を保護する保護手段の一例としてのエアバッグ３２と、を備えている。これらエアバッグ３１及び３２は、例えば少量の火薬やガスを用いた後述する制御動作により、図３（ｂ）に例示するような形状の保護バッグ３３及び３４が夫々膨張して展張される構成となっている。この保護バッグ３３により後頭部が患者の転倒から保護され、また同様に保護バッグ３４により腰部及び臀部が当該転倒から保護される。

次に、実施形態の歩行補助装置Ｓの構成について、より具体的に図４を用いて説明する。

実施形態の歩行補助装置Ｓは、図４に示すように、右足駆動系Ｒと、左足駆動系Ｌと、中継ボックス２２内の上記制御用基板に備えられた制御手段の一例としてのＣＰＵ４２と、同じく中継ボックス２２内に備えられた方位角度検出手段、左右傾斜角度検出手段及び前後傾斜角度検出手段夫々の一例としてのジャイロセンサ４３と、患者又は理学療法士等が操作可能な位置に備えられ且つＣＰＵ４２に対する指令操作を行うための操作ボタン等を備える操作部４１と、ＣＰＵ４２に接続され且つ患者又は理学療法士等が視認可能な位置に備えられた液晶ディスプレイ等からなる告知手段の一例としての表示部４０と、ＣＰＵ４２に接続された上記エアバッグ３１（３２）と、を備えている。なお以下の説明では、エアバッグ３１及び３２を纏めてエアバッグ３１と称する。また各脚の駆動系（右足駆動系Ｒ及び左足駆動系Ｌ）には、夫々、上記駆動ユニット１０と、上記固定具６並びに上部脚当て４及び下部脚当て７と、膝関節角度センサ１６を含むリンク機構部３と、股関節角度センサ１５を含むリンク機構部８と、足裏センサ１７と、が含まれている。駆動ユニット１０には、駆動手段の一例としてのＤＣモータ５０と、各リンクに接続されているギア部５２と、ＤＣモータ５０からの駆動力をギア部５２を介して各リンクに伝達する駆動手段の一例としてのクラッチ部５１と、が含まれている。

以上の構成において、ＤＣモータ５０の回転方向及び回転速度の制御及びクラッチ部５１における開放／接続の制御は、夫々ＣＰＵ４２により行われる。更に足裏センサ１７は、図１に例示するように右足及び左足の足裏に夫々装着されており、各脚が床又は地面から離れたこと及びそれらに接地したことを夫々示す信号をＣＰＵ４２に出力する。また膝関節角度センサ１６は上記膝関節角度データを生成してＣＰＵ４２に出力し、更に股関節角度センサ１５は上記股関節角度データを生成してＣＰＵ４２に出力する。一方、ジャイロセンサ４３はいわゆる三次元センサであり、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸夫々の方向の加速度を検出することにより、方位角度（ヨー角度）を示す方位角度データ、左右傾斜角度（ロール角度）を示す左右傾斜角度データ及び前後傾斜角度（ピッチ角度）を示す前後傾斜角度データをＣＰＵ４２に夫々出力する。実施形態のジャイロセンサ４３は、上述したように患者の腰部に装着される中継ボックス２２内に備えられる。このときジャイロセンサ４３は、当該患者がその歩行により移動すべき方向を上記Ｘ軸とし、鉛直方向を上記Ｚ軸とし、Ｘ軸及びＺ軸に対して垂直な方向を上記Ｙ軸とするように中継ボックス２２内に備えられる。そしてジャイロセンサ４３は、Ｘ軸（患者の進行すべき方向）を中央として患者から見たＸ−Ｙ平面（通常は水平平面）内の角度を上記方位角度として検出する。また、Ｙ−Ｚ平面（通常は鉛直左右平面）内におけるＺ軸からの患者の身体の傾斜角度を上記左右傾斜角度として検出する。更にＸ−Ｚ平面（通常は鉛直前後平面）内におけるＺ軸からの患者の身体の傾斜角度を前後傾斜角度として検出する。検出された各角度は、夫々、方位角度データ、左右傾斜角度データ及び前後傾斜角度データとしてＣＰＵ４２に出力される。

次に、図１乃至図４を用いて説明した構成を備える歩行補助装置Ｓにおける実施形態に係る保護動作について、具体的に図５及び図６を用いて説明する。

実施形態に係る保護動作は、歩行補助装置Ｓの全体動作としてのメインルーチンに含まれるサブルーチンとして、主としてＣＰＵ４２を中心として、例えば予め設定された一定間隔毎に実行される。より具体的には、当該サブルーチンとして、図５に示すステップＳ１乃至Ｓ４の動作と、ステップＳ１０乃至Ｓ１６の動作と、ステップＳ２０乃至Ｓ２６の動作と、が同時並行的に実行される。そして各動作が終了した後には、夫々元のメインルーチンの動作に移行する。

即ち、先ずステップＳ１の動作としてＣＰＵ４２は、ジャイロセンサ４３からの上記方位角度データにより示される方位角度と予め設定されている閾値角度θyとを常に比較している（ステップＳ１）。この閾値角度θyは、方位角度が当該閾値角度θyを越えたときに患者に対して進行すべき方向からずれて移動していること（即ちコースアウトしていることであり、「左右への方向変換」及び「Ｕターン」は除かれる）を警告表示すべき閾値角度として、予め設定されてＣＰＵ４２内の図示しないメモリに記憶されている方位角度である。閾値角度θyの具体的な値は、例えば実験的或いは経験的に予め設定されるものであるが、例えば上記進行すべき方向（即ち、ジャイロセンサ４３におけるＸ軸方向）から左右に３０度程度とされる。なおこの閾値角度θyを、例えば患者の状態等により当該患者又は理学療法士等が操作部４１を用いて手動で設定するように構成することもできる。或いは種々の設定条件等により当該閾値角度θyが自動的に設定変更されるように構成することもできる。ステップＳ１の判定において方位角度が閾値角度θyを越えていない場合（ステップＳ１；ＮＯ）、ＣＰＵ４２はそのまま歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。

一方、ステップＳ１の判定において方位角度が閾値角度θyを越えた場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２は表示部４０を用いてコースアウトしている旨を患者及び理学療法士等に警告するように当該表示部４０を制御する（ステップＳ２）。この警告は、例えば表示部４０において視認可能に行うと共に、例えばブザー音等を用いて音による警告を並行して用いてもよい。次にＣＰＵ４２は、ステップＳ２の警告を実行中において、上記方位角度が閾値角度θy以下となったか否かを監視する（ステップＳ３）。ステップＳ３の監視において依然として上記方位角度が閾値角度θyを越えている場合（ステップＳ３；ＮＯ）、ＣＰＵ４２は引き続きステップＳ２の警告動作を行うように表示部４０等を制御する。他方ステップＳ３の監視において上記方位角度が閾値角度θy以下になった場合、即ち、患者のコースアウト状態が改善された場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２はステップＳ２の警告動作を停止し（ステップＳ４）、その後、歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。

次に、上記ステップＳ１の動作と並行してＣＰＵ４２は、ジャイロセンサ４３からの上記左右傾斜角度データにより示される左右傾斜角度と予め設定されている閾値角度θr1とを常に比較している（ステップＳ１０）。この閾値角度θr1は、左右傾斜角度が当該閾値角度θr1を越えたときに患者に対して進行方向左右のふらつきによる転倒の恐れがあることを警告表示すべき閾値角度として、予め設定されてＣＰＵ４２内の上記メモリに記憶されている左右傾斜角度である。閾値角度θr1の具体的な値は、例えば実験的或いは経験的に予め設定されるものであるが、例えばＺ軸の方向（即ち、患者が直立した場合の鉛直方向）から左右に３０度程度とされる。なおこの閾値角度θr1を、例えば患者の状態等により当該患者又は理学療法士等が操作部４１を用いて手動で設定するように構成することもできる。或いは種々の設定条件等により当該閾値角度θr1が自動的に設定変更されるように構成することもできる。ステップＳ１０の判定において左右傾斜角度が閾値角度θr1を越えていない場合（ステップＳ１０；ＮＯ）、ＣＰＵ４２はそのまま歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。

一方、ステップＳ１０の判定において左右傾斜角度が閾値角度θr1を越えた場合（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２は表示部４０を用いて左右方向のふらつきによる転倒の可能性がある旨を患者及び理学療法士等に警告するように当該表示部４０を制御する（ステップＳ１１）。この警告も、表示部４０において視認可能に行うと共にブザー音等を用いて行ってもよい。次にＣＰＵ４２は、ステップＳ１１の警告を実行中において、上記左右傾斜角度と予め設定されている閾値角度θr2とを比較する（ステップＳ１２）。この閾値角度θr2は上記閾値角度θr1より大きい左右傾斜角度であり、且つ上記左右傾斜角度データにより示される左右傾斜角度が当該閾値角度θr2を越えたときに患者が転倒すると判定すべき閾値角度として、予め設定されてＣＰＵ４２内の上記メモリに記憶されている左右傾斜角度である。閾値角度θr2の具体的な値は、例えば実験的或いは経験的に予め設定されるものであるが、例えばＺ軸の方向から左右に４５度程度とされる。なおこの閾値角度θr2も、閾値角度θr1と同様に例えば患者の状態等により当該患者又は理学療法士等が操作部４１を用いて手動で設定するように構成することもできる。或いは種々の設定条件等により当該閾値角度θr2が自動的に設定変更されるように構成することもできる。ステップＳ１２の判定において左右傾斜角度が閾値角度θr2を越えていない場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、次にＣＰＵ４２は、上記左右傾斜角度が上記閾値角度θr1以下となったか否か（即ち患者の左右方向のふらつきが改善されたか否か）を判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の判定において依然として左右傾斜角度が閾値角度θr1を越えている場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、ＣＰＵ４２は引き続きステップＳ１１の警告動作を行うように表示部４０等を制御する。他方ステップＳ１３の監視において左右傾斜角度が閾値角度θr1以下になった場合、即ち患者の左右方向のふらつきが改善された場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２はステップＳ１１の警告動作を停止し（ステップＳ１４）、その後、歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。

一方、ステップＳ１２の判定において左右傾斜角度が閾値角度θr2を越えた場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２は患者が転倒するものと判定し、クラッチ部５１を開放して下肢部の動きを患者の随意とし（ステップＳ１５）、更にエアバッグ３１を動作させて転倒による衝撃等からの保護を行う（ステップＳ１６。図３（ｂ）参照）。その後ＣＰＵ４２は、歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。なお、実施形態に係るエアバッグ３１が膨張した後は、その場で実施形態に係る回復訓練等を一旦終了し、新たな（動作前の）エアバッグを装着した後、回復訓練等を再開する。

最後に、上記ステップＳ１及びＳ１０の動作と並行してＣＰＵ４２は、ジャイロセンサ４３からの上記前後傾斜角度データにより示される前後傾斜角度と予め設定されている閾値角度θp1とを常に比較している（ステップＳ２０）。この閾値角度θp1は、前後傾斜角度が当該閾値角度θp1を越えたときに患者に対して進行方向前後のふらつきによる転倒の恐れがあることを警告表示すべき閾値角度として、予め設定されてＣＰＵ４２内の上記メモリに記憶されている前後傾斜角度である。閾値角度θp1の具体的な値は、例えば実験的或いは経験的に予め設定されるものであるが、例えばＺ軸の方向から前後に３０度程度とされる。なおこの閾値角度θp1を、例えば患者の状態等により当該患者又は理学療法士等が操作部４１を用いて手動で設定するように構成することもできる。或いは種々の設定条件等により当該閾値角度θp1が自動的に設定変更されるように構成することもできる。なお、通常のいわゆる立位状態では腰を含めた股関節は垂直状態にあるが、例えば腰の曲がった高齢者の場合、前後傾斜角度の初期値は当該腰が曲がった状態に対応する値となる。よってこの場合の閾値角度θp1に対しては、当該腰の曲がり具合に対応した補正が必要となる。ステップＳ２０の判定において前後傾斜角度が閾値角度θp1を越えていない場合（ステップＳ２０；ＮＯ）、ＣＰＵ４２はそのまま歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。

一方、ステップＳ２０の判定において前後傾斜角度が閾値角度θp1を越えた場合（ステップＳ２０；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２は表示部４０を用いて前後方向のふらつきによる転倒の可能性がある旨を患者及び理学療法士等に警告するように当該表示部４０を制御する（ステップＳ２１）。この警告も、表示部４０において視認可能に行うと共にブザー音等を用いて行ってもよい。次にＣＰＵ４２は、ステップＳ２１の警告を実行中において、上記前後傾斜角度と予め設定されている閾値角度θp2とを比較する（ステップＳ２２）。この閾値角度θp2は上記閾値角度θp1より大きい前後傾斜角度であり、且つ上記前後傾斜角度データにより示される前後傾斜角度が当該閾値角度θp2を越えたときに患者が転倒すると判定すべき閾値角度として、予め設定されてＣＰＵ４２内の上記メモリに記憶されている前後傾斜角度である。閾値角度θp2の具体的な値は、例えば実験的或いは経験的に予め設定されるものであるが、例えばＺ軸の方向から前後に４５度程度とされる。なおこの閾値角度θp2も、閾値角度θp1と同様に例えば患者の状態等により当該患者又は理学療法士等が操作部４１を用いて手動で設定するように構成することもできる。或いは種々の設定条件等により当該閾値角度θp2が自動的に設定変更されるように構成することもできる。ステップＳ２２の判定において前後傾斜角度が閾値角度θp2を越えていない場合（ステップＳ２２；ＮＯ）、次にＣＰＵ４２は、上記前後傾斜角度が上記閾値角度θp1以下となったか否か（即ち患者の前後方向のふらつきが改善されたか否か）を判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の判定において依然として前後傾斜角度が閾値角度θp1を越えている場合（ステップＳ２３；ＮＯ）、ＣＰＵ４２は引き続きステップＳ２１の警告動作を行うように表示部４０等を制御する。他方ステップＳ２３の監視において前後傾斜角度が閾値角度θp1以下になった場合、即ち患者の前後方向のふらつきが改善された場合（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２はステップＳ２１の警告動作を停止し（ステップＳ２４）、その後、歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。

一方、ステップＳ２２の判定において前後傾斜角度が閾値角度θp2を越えた場合（ステップＳ２２；ＹＥＳ）、ＣＰＵ４２は患者が転倒するものと判定し、クラッチ部５１を開放して下肢部の動きを患者の随意とし（ステップＳ２５）、更にエアバッグ３１を動作させて転倒による衝撃等からの保護に備える（ステップＳ２６。図３（ｂ）参照）。なお、上記ステップＳ１５の動作とステップＳ２５の動作との関係については、いずれか一方の動作が開始される条件（図５ステップＳ１２；ＹＥＳ又はステップＳ２２；ＹＥＳ）となった場合には、他方の動作が開始される条件となっていなくとも、当該いずれか一方の動作は実行される。この点は、上記ステップＳ１６の動作とステップＳ２６の動作との関係についても、同様である。その後ＣＰＵ４２は、歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの動作に移行する。

次に、図５により説明した動作を、歩行補助装置Ｓとしてのメインルーチンの中における動作として、時系列に沿って図６を用いて更に説明する。なお図６において、「立脚期」とは、歩行において左右いずれか一方の脚に患者の体重がかかっている期間を示す。また「遊脚期」とは、歩行において当該いずれか一方の脚に患者の体重がかかっていない期間（換言すれば、次の立脚期に移行するためにその脚を床又は地面から離して（浮かせて）前に移動させている期間）を示す。

実施形態に係る足裏センサ１７は、それが備えられている脚が遊脚期において床又は地面から浮いたときに「Ｌ」から「Ｈ」に変化し、次に脚が着地したときに「Ｈ」から「Ｌ」に変化する信号をＣＰＵ４２に出力する。これにより、ＣＰＵ４２は、図６最上段及び上から二段目に例示するように、脚が床又は地面から浮いている期間において、浮いている脚に対応するＤＣモータ５０を正転させてその脚を後方に移動させる。一方、実施形態に係る膝関節角度センサ１６は、それが備えられている脚の膝関節が例えば７０度屈曲したときに「Ｌ」から「Ｈ」に変化し、更に７０度以上屈曲している期間「Ｈ」の信号をＣＰＵ４２に出力し続ける。その信号は、その後に当該膝関節の屈曲が７０度未満となったときに「Ｈ」から「Ｌ」に変化する。これによりＣＰＵ４２は、図６上から四段目に例示するように、膝関節が７０度以上屈曲している期間に対応する期間だけ、浮いている脚に対応するＤＣモータ５０を反転させてその下腿部を前方に移動させる。以上の動作が左右の脚について繰り返されることにより、患者の回復訓練等としての歩行動作が補助される。

以上の動作がメインルーチンとして実行されている間において、実施形態に係るＣＰＵ４２は、図６上から五段目に例示するようにジャイロセンサ４３からの上記方位角度データにより示される方位角度が閾値角度θyを越えた場合（図５ステップＳ１；ＹＥＳ参照）、図６下から三段目に例示するように表示部４０における例えば点滅表示により、コースアウトしている旨の警告を患者及び理学療法士等に対して行う（図５ステップＳ２参照）。そして、上記方位角度データにより示される方位角度が閾値角度θy以下になった場合（図５ステップＳ３；ＹＥＳ参照）、その警告表示を停止する。

一方、上記メインルーチンの動作が実行されている間において実施形態に係るＣＰＵ４２は、図６上から六段目及び七段目に例示するように、ジャイロセンサ４３からの上記左右傾斜角度データにより示される左右傾斜角度又は上記前後傾斜角度データにより示される前後傾斜角度の少なくともいずれか一方が閾値角度θr1又はθp1を越えた場合（図５ステップＳ１０；ＹＥＳ又はステップＳ２０；ＹＥＳ参照）、図６下から三段目に例示するように表示部４０における例えば点滅表示により、左右又は前後にふらついている旨の警告を患者及び理学療法士等に対して行う（図５ステップＳ１１又はステップＳ２１参照）。そしてそのふらつきが改善された場合には（図５ステップＳ１３；ＹＥＳ又はステップＳ２３；ＹＥＳ参照）、その警告表示を停止する。更に当該ＣＰＵ４２は、図６上から六段目及び七段目に例示するように、上記左右傾斜角度又は上記前後傾斜角度の少なくともいずれか一方が閾値角度θr2又はθp2を越えた場合（図５ステップＳ１２；ＹＥＳ又はステップＳ２２；ＹＥＳ参照）、図６下から二段目及び最下段に例示するようにクラッチ部５１を開放すると共にエアバッグ３１を動作させる（図５ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ２５及びステップＳ２６参照）。以上の通り、実施形態に係る歩行補助装置Ｓでは、ジャイロセンサ４３により検出された方位角度等に基づいて、当該歩行補助装置Ｓによる保護動作が制御される。

以上説明したように、実施形態に係る歩行補助装置Ｓによる保護動作によれば、患者の進行方向に対する方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度を検出するジャイロセンサ４３が患者の身体に装着されており、これにより検出された方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度に基づいて保護動作を制御するので、患者の姿勢に応じて的確に歩行補助装置Ｓを動作させることができる。

また、方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度が、身体に装着された一つのジャイロセンサ４３により検出されるので、歩行補助装置Ｓ自体を小型軽量化して患者における装着の負荷等を軽減することができる。

更に、方位角度の絶対値が閾値角度θyより大きくなったときコースアウトした旨を患者及び理学療法士等に告知するので、自身の移動がコースアウトしていることを患者及び理学療法士等が迅速に認識することができる。

更にまた、左右傾斜角度の絶対値又は前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が閾値角度θr1又はθp1より大きくなったときふらついている旨を患者及び理学療法士等に告知するので、自身がふらつきながら移動していることを患者及び理学療法士等が迅速に認識することができる。

また、左右傾斜角度の絶対値又は前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が閾値角度θr2又はθp2より大きくなったとき、クラッチ部５１を開放して下肢部の動きを自由とさせると共にエアバッグ３１を動作させるので、転倒による事故から患者を有効に保護することができる。

なお、上述した実施形態では、膝疾患を有する患者の回復訓練等としての歩行を補助する歩行補助装置Ｓに対して本発明を適用した場合について説明したが、これ以外に、回復訓練等との一環としての駆け足等の移動を補助する移動補助装置に対して本発明を適用することもできる。

更に、図５に示すフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスク又はハードディスク等の記録媒体に記録しておき、又はインターネット等のネットワークを介して取得して記憶しておき、それを汎用のマイクロコンピュータで読み出して実行することにより、当該マイクロコンピュータを実施形態に係るＣＰＵ４２として動作させることも可能である。

以上夫々説明したように、本発明は移動補助装置の分野に利用することが可能であり、特に患者の歩行又は駆け足等の回復訓練等を補助する移動補助装置の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。

３、８ リンク機構部
３ａ、８ａ 第一リンク
３ｂ、８ｂ 第二リンク
３ｃ 第三リンク
４ 上部脚当て
５ 膝部
６ 固定具
７ 下部脚当て
９ 股部
１０、１１、１２ 駆動ユニット
１０ａ 筐体
１０ｂ 孔部
１５ 股関節角度センサ
１６ 膝関節角度センサ
１７ 足裏センサ
２０ 通信ユニット
２１ ケーブル
２２ 中継ボックス
２３ ベルト
２５ 通信ヘッド
３０ 保護装具
３１、３２ エアバッグ
３３、３４ 保護バッグ
４０ 表示部
４１ 操作部
４２ ＣＰＵ
４３ ジャイロセンサ
５０ ＤＣモータ
５２ ギア部
５１ クラッチ部
Ｓ 歩行補助装置
Ｒ 右足駆動系
Ｌ 左足駆動系

Claims (7)

1. 被補助者の身体に装着され、当該被補助者の下肢部を用いた移動を補助する移動補助装置において、
   動力源を用いて前記移動の補助を行う補助手段と、
   前記移動の方向をＸ軸とし、鉛直方向をＺ軸とし、前記Ｘ軸及び前記Ｚ軸に対して垂直な方向をＹ軸としたとき、前記Ｘ軸を中央として前記被補助者から見たＸ−Ｙ平面内の角度を方位角度として検出する方位角度検出手段であって、前記身体に装着された方位角度検出手段と、
   Ｙ−Ｚ平面内における前記Ｚ軸からの前記身体の傾斜角度を左右傾斜角度として検出する左右傾斜角度検出手段であって、前記身体に装着された左右傾斜角度検出手段と、
   Ｘ−Ｚ平面内における前記Ｚ軸からの前記身体の傾斜角度を前後傾斜角度として検出する前後傾斜角度検出手段であって、前記身体に装着された前後傾斜角度検出手段と、
   各前記検出された方位角度、左右傾斜角度及び前後傾斜角度に基づいて、前記補助手段の動作を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする移動補助装置。
2. 請求項１に記載の移動補助装置において、
   前記方位角度検出手段、前記左右傾斜角度検出手段及び前記前後傾斜角度検出手段は、前記身体に装着され且つ前記方位角度、前記左右傾斜角度及び前記前後傾斜角度を夫々検出する一つの三次元センサであることを特徴とする移動補助装置。
3. 請求項１又は２に記載の移動補助装置において、
   前記補助手段は告知手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出された方位角度の絶対値が予め設定された第１角度より大きくなったとき、前記告知手段を用いて前記移動の方向からコースアウトした旨を前記被補助者に告知させるように前記補助手段を制御することを特徴とする移動補助装置。
4. 請求項１又は２に記載の移動補助装置において、
   前記補助手段は告知手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出された左右傾斜角度の絶対値又は前記検出された前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が予め設定された第１角度より大きくなったとき、前記告知手段を用いて前記被補助者がふらついている旨を当該被補助者に告知させるように前記補助手段を制御することを特徴とする移動補助装置。
5. 請求項３又は４に記載の移動補助装置において、
   前記補助手段は、前記被補助者の下肢部に装着されて当該下肢部の動きを補助する駆動手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出された左右傾斜角度の絶対値又は前記検出された前後傾斜角度の絶対値の少なくともいずれか一方が前記第１角度より大きく且つ予め設定された第２角度より大きくなったとき、前記駆動手段の動作を停止させ且つ前記下肢部の動きを自由とさせるように前記補助手段を制御することを特徴とする移動補助装置。
6. 請求項５に記載の移動補助装置において、
   前記補助手段は、転倒の際の衝撃から前記被補助者を保護する保護手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記少なくともいずれか一方が前記第２角度より大きくなったとき、前記保護手段を動作させるように前記補助手段を制御することを特徴とする移動補助装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の移動補助装置に前記制御手段として備えられたコンピュータを、当該制御手段として機能させることを特徴とする移動補助制御用プログラム。