JP2012135486A - 装着式動作補助装置、そのインタフェース装置及びプログラム - Google Patents

装着式動作補助装置、そのインタフェース装置及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】パラメータ設定を容易に行うことのできる装着式動作補助装置、そのインタフェース装置及びプログラムの提供。
【解決手段】装着式動作補助装置は、動力を付与する駆動源１３２と、生体電位信号に応じた動力を前記駆動源に発生させる第１指令信号を生成する随意制御手段１１１と、装着者１のタスクのフェーズを特定し、このフェーズに応じた動力を前記駆動源に発生させる第２指令信号を生成する自律制御手段１１２と、前記第１及び第２指令信号に基づいて駆動電流を生成し、前記駆動源に供給する生成手段１３１と、前記動力の強弱に対応する座標軸を表示する画面を有する表示手段１４１と、前記画面内の指定された位置の座標を検出する検出手段１４３と、前記検出された座標に対応するパラメータを抽出し、抽出したパラメータを随意制御手段１１１に設定する設定手段１２１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は装着式動作補助装置に係り、特に装着者の動作を補助又は代行する装着式動作補助装置、そのインタフェース装置及びプログラムに関するものである。
身体障害者や高齢者にとっては、健常者であれば簡単に行える動作でも非常に困難である場合が多い。このため、今日では、これらの人達の動作を補助又は代行するために、種々のパワーアシスト装置の開発が進められている。
パワーアシスト装置としては、例えば、利用者（以下「装着者」という）に装着される装着式動作補助装置（以下、単に「動作補助装置」という）が知られている（例えば特許文献１、非特許文献１参照）。この動作補助装置は、装着者の筋活動に伴う筋電位信号を検出する筋電位センサ（生体信号検出手段）と、装着者の各関節の角変位を検出する関節角度検出手段と、装着者にアシスト力としてのトルクを付与する駆動モータ等の駆動源と、当該駆動源を制御する制御手段とを備える。
この動作補助装置では、筋電位センサによる検出結果と、関節角度検出手段による検出結果とに基づいて、制御手段が駆動モータを適宜制御することにより、装着者の意思に応じかつ現動作に適したトルクを当該装着者に付与することができる。
動作補助装置を装着者に装着させる際には、装着者に所望のアシスト力を付与するために、動作補助装置に種々のパラメータが設定される。パラメータの設定には、パラメータの変化量がアシスト力にどのように反映されるかといった専門的な知識が要求される。そのため、パラメータ設定作業が困難であるという問題があった。
特開２００５−２３００９９号公報
Takao Nakai, Suwoong Lee, Hiroaki Kawamoto and Yoshiyuki Sankai, "Development of Power Assistive Leg for Walking Aid using EMG and Linux", Second Asian Symposium on Industrial Automation and Robotics, BITECH, Bangkok, Thailand, May 17-18, 2001
本発明は、パラメータ設定を容易に行うことのできる装着式動作補助装置、そのインタフェース装置及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の一態様による装着式動作補助装置は、装着者に対して動力を付与する駆動源と、前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第１検出手段と、前記装着者の関節の角度を検出する第２検出手段と、前記生体電位信号に対してフィルタ処理及び増幅を含む信号処理を行い、前記信号処理後の前記生体電位信号に応じた動力を前記駆動源に発生させるための第１指令信号を生成する第１制御手段と、前記装着者の動作パターンを分類するタスクを構成するフェーズに対応する前記装着者の関節角度の基準パラメータを格納する第１格納手段と、前記第２検出手段により検出された関節角度と、前記基準パラメータとを比較して、前記装着者の動作パターンのフェーズを特定し、このフェーズに応じた動力を前記駆動源に発生させるための第２指令信号を生成する第２制御手段と、前記第１指令信号及び前記第２指令信号を合成して合成指令信号を生成する合成手段と、前記合成指令信号に基づいて駆動電流を生成し、前記駆動源に供給する生成手段と、前記駆動源が前記装着者に対して付与する動力の強弱又は前記生体電位信号の変化に対する前記装着者に付与される動力の変化の応答速度に対応する第１座標軸を表示する画面を有する表示手段と、前記画面内の任意の位置の指定を入力する入力手段と、前記指定された位置の座標を検出する第３検出手段と、前記画面内の座標と、前記第１制御手段における前記信号処理のパラメータとの対応関係を規定するパラメータテーブルを格納する第２格納手段と、前記パラメータテーブルから前記検出された座標に対応するパラメータを抽出し、抽出したパラメータを前記第１制御手段に設定する設定手段と、を備えるものである。
本発明の一態様による装着式動作補助装置のインタフェース装置は、装着者に対して動力を付与する駆動源と、前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第１検出手段と、前記装着者の関節の角度を検出する第２検出手段と、前記生体電位信号に対してフィルタ処理及び増幅を含む信号処理を行い、前記信号処理後の前記生体電位信号に応じた動力を前記駆動源に発生させるための第１指令信号を生成する第１制御手段と、前記装着者の動作パターンを分類するタスクを構成するフェーズに対応する前記装着者の関節角度の基準パラメータを格納する第１格納手段と、前記第２検出手段により検出された関節角度と、前記基準パラメータとを比較して、前記装着者の動作パターンのフェーズを特定し、このフェーズに応じた動力を前記駆動源に発生させるための第２指令信号を生成する第２制御手段と、前記第１指令信号及び前記第２指令信号を合成して合成指令信号を生成する合成手段と、前記合成指令信号に基づいて駆動電流を生成し、前記駆動源に供給する生成手段と、座標と前記第１制御手段における前記信号処理のパラメータとの対応関係を規定するパラメータテーブルを格納する第２格納手段と、与えられた座標に対応するパラメータを前記パラメータテーブルから抽出し、抽出したパラメータを前記第１制御手段に設定する設定手段と、を備える装着式動作補助装置に対する前記動力の調整指示を受け付けるインタフェース装置であって、前記駆動源が前記装着者に対して付与する動力の強弱に対応する座標軸を表示する画面を有する表示手段と、前記画面内の任意の位置の指定を入力する入力手段と、前記指定された位置の座標を検出する第３検出手段と、前記検出した座標を前記設定手段に送信する通信手段と、を備えるものである。
本発明の一態様による装着式動作補助装置のインタフェースプログラムは、装着者に対して動力を付与する駆動源と、前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第１検出手段と、前記装着者の関節の角度を検出する第２検出手段と、前記生体電位信号に対してフィルタ処理及び増幅を含む信号処理を行い、前記信号処理後の前記生体電位信号に応じた動力を前記駆動源に発生させるための第１指令信号を生成する第１制御手段と、前記装着者の動作パターンを分類するタスクを構成するフェーズに対応する前記装着者の関節角度の基準パラメータを格納する第１格納手段と、前記第２検出手段により検出された関節角度と、前記基準パラメータとを比較して、前記装着者の動作パターンのフェーズを特定し、このフェーズに応じた動力を前記駆動源に発生させるための第２指令信号を生成する第２制御手段と、前記第１指令信号及び前記第２指令信号を合成して合成指令信号を生成する合成手段と、前記合成指令信号に基づいて駆動電流を生成し、前記駆動源に供給する生成手段と、座標と前記第１制御手段における前記信号処理のパラメータとの対応関係を規定するパラメータテーブルを格納する第２格納手段と、与えられた座標に対応するパラメータを前記パラメータテーブルから抽出し、抽出したパラメータを前記第１制御手段に設定する設定手段と、を備える装着式動作補助装置に対する前記動力の調整指示を受け付けるインタフェース装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記駆動源が前記装着者に対して付与する動力の強弱に対応する座標軸を表示手段の画面に表示するステップと、前記画面内の任意の位置の指定を入力するステップと、前記指定された位置の座標を検出するステップと、前記検出した座標を前記設定手段に送信するステップと、をコンピュータに実行させるものである。
本発明によれば、装着式動作補助装置のパラメータ設定を容易に行うことができる。
本発明の実施形態に係る装着式動作補助装置のブロック図である。 タスク及びフェーズの一例を示す図である。 インタフェース装置の表示画面の一例を示す図である。 パラメータテーブルの一例を示す図である。 同実施形態に係る装着式動作補助装置を装着した状態を後側からみた斜視図である。 インタフェース装置の表示画面の一例を示す図である。 インタフェース装置の表示画面の一例を示す図である。 パラメータ設定方法を説明するフローチャートである。 パラメータテーブルの一例を示す図である。 パラメータテーブルの一例を示す図である。 変形例による装着式動作補助装置のブロック図である。 変形例による装着式動作補助装置を装着した状態を後側からみた斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る装着式動作補助装置の制御系システムを示すブロック図である。装着式動作補助装置１００は、生体電位信号検出手段１０１、関節角度検出手段１０３、重心位置検出手段１０４、制御装置１１０、パラメータ設定装置１２０、駆動信号生成手段１３１、駆動源（アクチュエータ）１３２及びインタフェース装置１４０を備える。装着者１は、この装着式動作補助装置１００を装着した人間である。
生体電位信号検出手段１０１は、装着者１が発生する筋力に応じた筋電位を検出する。人が動こうとした場合には、その意思は電気信号となり体内の神経を通じて脳から筋肉へ伝達される。このとき、生体電位信号検出手段１０１は、皮膚表面に生じる生体電位信号を検出する。
関節角度検出手段１０３は、装着者１の動作に応じた関節角度を検出し、制御装置１１０へ出力する。
重心位置検出手段１０４は、装着者１の動作に応じた重心位置を検出し、制御装置１１０へ出力する。
制御装置１１０は、随意制御手段１１１、自律制御手段１１２、データ格納手段１１３及び指令信号合成手段１１４を有する。
随意制御手段１１１は、生体電位信号検出手段１０１により検出された生体電位信号（筋電位信号）に対して、フィルタ処理（スムージング処理）及び増幅を含む信号処理を行う。そして、随意制御手段１１１は、信号処理を施した生体電位信号を用いて、装着者１の意思に従った動力を駆動源（アクチュエータ）１３２に発生させるための随意指令信号を生成する。なお、フィルタ処理のカットオフ周波数（時定数）及び増幅のゲイン等の信号処理のパラメータは、パラメータ設定装置１２０により設定される。パラメータの設定方法については後述する。
データ格納手段１１３は、装着者１のタスクのフェーズを特定するための基準パラメータデータベースと、特定されたフェーズに応じて装着者１の動きをアシストするためのアシストパラメータとを格納する。タスクとは、人間の主要な動作パターンを分類したものである。フェーズとは、各タスクを構成する一連の最小動作単位である。
図２に、基準パラメータデータベースに格納される各タスク及び各フェーズの一例を示す。
図２に示されるように、装着者１の動作を分類するタスクとしては、例えば、座位状態から立位状態に移行する立ち上がり動作データを有するタスクＡと、立ち上がった装着者１が歩行する歩行動作データを有するタスクＢと、立った状態から座位状態に移行する座り動作データを有するタスクＣと、立った状態から階段を昇り降りする階段昇降動作データを有するタスクＤとが、基準パラメータデータベースに格納されている。
そして、各タスクには、複数のフェーズデータが設定されており、例えば、歩行動作のタスクＢには、左脚に重心を置いて立脚した状態から右脚を前に振り出そうとするときの動作データ（関節角度や重心位置の軌跡、トルクの変動、生体電位信号の変化など）を有するフェーズＢ１と、右脚を前に出した状態から着地して重心を移すときの動作データを有するフェーズＢ２と、右脚に重心を置いて立脚した状態から左脚を前に振り出そうとするときの動作データを有するフェーズＢ３と、左脚を右脚の前に出した状態から着地して重心を移すときの動作データを有するフェーズＢ４と、が設定されている。
このように、人間の一般的な動作を分析すると、各フェーズにおける各関節の角度や重心の移動等の典型的な動作パターンが決まっていることが分かる。そこで、人間の多数の基本動作（タスク）を構成する各フェーズについて、典型的な関節角度の変位や重心移動の状態等を経験的に求め、それらを基準パラメータデータベースに格納しておく。
また、各フェーズについては、複数のパターンのアシストパターンが割り当てられており、同じフェーズでも各アシストパターンで異なったアシストがされる。
例えば、人間は体の大きさや、筋力の状態などにより、また、歩行速度などによって、異なる歩行パターンを有している。また、動作の目的（例えば、リハビリ目的、トレーニング目的、歩様の改善目的、動作（力の）補助目的等）によっても歩行パターンが異なる。そのため、各装着者によって最も自然に感じられるアシストが異なり、目的に適したアシストも異なる。そのため、目的とするアシストに応じて、複数のアシストパターンの中から、最適なアシストパターンを選択できるように、各フェーズについて多数のアシストパターンが割り当てられている。
自律制御手段１１２は、関節角度検出手段１０３により検出された関節角度及び重心位置検出手段１０４により検出された重心位置等の装着者の動作の状態をあらわすパラメータと、データ格納手段１１３に格納された基準パラメータとを比較して、装着者１の動作のタスク及びフェーズを特定する。自律制御手段１１２は、装着者の動作の状態に応じてフェーズを特定したら、そのフェーズに割り当てられたアシストパターンの中から、予め設定された目的に応じて、最適なアシストパターンを選択し、このアシストパターンに応じた動力を駆動源（アクチュエータ）１３２に発生させるための自律指令信号を生成する。
指令信号合成手段１１４は、随意制御手段１１１により生成された随意指令信号と、自律制御手段１１２により生成された自律指令信号とを合成し、合成指令信号を駆動信号生成手段１３１へ出力する。随意指令信号と自律指令信号との合成比を各タスクのフェーズ毎に予め設定してデータ格納手段１１３に格納しておいてもよい。
合成指令信号は、動作の開始から終了まで変化する随意的制御による動力と、フェーズ毎に自律的制御による動力とを加算した動力を駆動源１３２に発生させる波形を有する。
駆動信号生成手段１３１は、合成指令信号に応じた駆動信号（駆動電流）を生成し、駆動源１３２に供給することにより、駆動源１３２を駆動する。駆動源１３２は、駆動信号に応じたアシスト力（動力）を装着者１に付与する。
インタフェース装置１４０は、表示手段１４１、入力手段１４２、座標検出手段１４３及び通信手段１４４を有する。インタフェース装置１４０は、装着者１等から、アシスト力の強弱や応答速度についての指示を受け付ける。
例えば、表示手段１４１が、図３に示すような、縦軸（ｙ軸）がアシスト力に対応し、横軸（ｘ軸）が応答速度に対応する座標系（座標平面）を表示する。装着者１は、入力手段１４２を介して、アシスト力を大きくしたい場合は座標系における縦軸の値の大きい位置を指定し、アシスト力を小さくしたい場合は縦軸の値の小さい位置を指定する。
また、装着者１は、入力手段１４２を介して、応答速度を速くしたい（付与されるアシストの反応を俊敏にしたい）場合は座標系の横軸の値の小さい位置（図中左側）を指定し、応答速度を遅くしたい（付与されるアシストの反応を安定的にしたい）場合は横軸の値の大きい位置（図中右側）を指定する。
表示手段１４１及び入力手段１４２は、例えばタッチパネルで構成される。
座標検出手段１４３は、入力手段１４２を介して指定された位置の座標を検出する。通信手段１４４は、検出された座標をパラメータ設定装置１２０へ送信する。
パラメータ設定装置１２０は、パラメータ設定手段１２１、データ格納手段１２２及び通信手段１２３を有する。通信手段１２３は、インタフェース装置１４０の通信手段１４４から送信された座標を受信する。
データ格納手段１２２は、表示手段１４１に表示される座標平面における座標と、随意制御手段１１１における信号処理のパラメータ（増幅のゲイン及びフィルタ処理のカットオフ周波数）の設定値との対応関係を示すパラメータテーブルを格納する。
図４は、データ格納手段１２２に格納され、図３に示す座標系に対応するパラメータテーブルの一例を示す。Ｇｉｊは、入力座標が（ｘｉ、ｙｊ）の場合に随意制御手段１１１に設定する増幅のゲインを示す。また、Ｆｉｊは、入力座標が（ｘｉ、ｙｊ）の場合に随意制御手段１１１に設定するフィルタ処理のカットオフ周波数を示す。
例えば、ｘ座標の値が大きい程、随意制御手段１１１に設定するフィルタ処理のカットオフ周波数Ｆｉｊを低くする。カットオフ周波数が低い程、生体電位信号の変化は緩やかになり、装着者１に付与されるアシスト力の反応が安定的になる。また、ｙ座標の値が大きい程、随意制御手段１１１に設定する増幅のゲインＧｉｊを大きくする。ゲインが大きい程、生体電位信号の値は大きくなり、装着者１に付与されるアシスト力も大きくなる。
パラメータ設定手段１２１は、通信手段１２３が受信した座標に対応するパラメータをデータ格納手段１２２に格納されたパラメータテーブルから抽出する。そして、パラメータ設定手段１２１は、抽出したパラメータを随意制御手段１１１に設定する。
また、データ格納手段１２２は、インタフェース装置１４０の表示手段１４１に表示できる複数の座標系やタッチキーについての情報と、各座標系に応じたパラメータテーブルを記憶する。また、データ格納手段１２２は、座標上に表示する入力ガイドについての情報を記憶する。入力ガイドについては後述する。
通信手段１２３は、データ格納手段１２２から座標系についての情報を読み出し、通信手段１４４へ送信する。そのため、インタフェース装置１４０は、様々な座標系やタッチキーを表示することができる。
また、データ格納手段１２２は、前回使用時にインタフェース装置１４０の表示手段１４１に表示していた座標系や、装着者１に指定された座標を記憶することができる。通信手段１２３は、電源投入時等の設定開始時に、データ格納手段１２２から前回使用座標系の情報を読み出し、通信手段１４４へ送信する。そのため、インタフェース装置１４０は、表示手段１４１に前回使用していた座標系を表示することができる。
通信手段１４４と通信手段１２３との通信は、無線通信で行ってもよいし、有線通信で行ってもよい。
図５は、本実施形態に係る装着式動作補助装置１００を装着した状態を後側からみた斜視図である。
装着式動作補助装置１００は、例えば、骨格筋の筋力低下により歩行が不自由な下肢運動機能障害者、又は、歩行運動のリハビリを行う患者などのように自力歩行が困難な人の歩行動作を補助（アシスト）する装置であり、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号（表面筋電位）を検出し、検出した生体信号に基づいてアクチュエータからの駆動力を装着者１に付与するように作動する。
装着式動作補助装置１００を装着した装着者１は、自らの意思で歩行動作を行うと、その際に発生した生体信号に応じた駆動トルクがアシスト力として動作補助装置１００から付与される。これにより、例えば、通常歩行で必要とされる半分の力で歩行することが可能になる。従って、装着者１は、自身の筋力と、アクチュエータからの駆動トルクとの合力によって全体重を支えながら歩行することができる。
その際、動作補助装置１００は、歩行動作に伴う重心の移動に応じて付与されるアシスト力が装着者１の意思を反映するように制御している。そのため、動作補助装置１００のアクチュエータは、装着者１の意思に反するような負荷を与えないように制御されており、装着者１の動作を妨げない。
図５に示すように、動作補助装置１００は、腰部フレーム１０、脚部フレーム１１〜１４、締結ベルト２１〜２４、パワーユニット３１〜３４、筋電位センサ４１〜４４、靴５１、５２及びコントロールユニット６０を有する。また、動作補助装置１００は、パワーユニット３１〜３４やコントロールユニット６０等に電力を供給する電源（図示せず）を備える。電源は腰部フレーム１０に取り付けることができる。
腰部フレーム１０は、装着者１の腰回りを支持するためのフレームであり、装着者１の胴体に固定される。
腰部フレーム１０には、パワーユニット３１、３２が腰部フレーム１０に対して回動自在となるように連結されている。パワーユニット３１、３２は、脚部フレーム１１、１２を介してパワーユニット３３、３４に連結される。パワーユニット３３、３４は、脚部フレーム１１、１２に対して回動自在となるように連結されている。
靴５１、５２は、フレーム１３、１４を介してパワーユニット３３、３４に連結される。動作補助装置１００の荷重は全て靴５１、５２で支えられるため、装着者１にかかることはない。
パワーユニット３１〜３４は、大腿、下腿それぞれの関節（股関節、膝関節）に該当する部分に設けられる。フレーム１１、１２は装着者１の腿外側に沿うように設けられ、フレーム１３、１４は装着者１の脛外側に沿うように設けられる。従って、フレーム１１〜１４は、装着者１の脚と同じ動作を行えるように構成されている。
フレーム１１、１２は締結ベルト２１、２２により、装着者１の腿に締結される。また、フレーム１３、１４は締結ベルト２３、２４により、装着者１の膝下に締結される。
パワーユニット３１〜３４は、駆動モータを含み、駆動モータの回転軸が、ギヤを介して被駆動側となるフレーム１１〜１４に駆動トルクを伝達する。この駆動トルクは、締結ベルト２１〜２４を介して装着者１の脚にアシスト力として伝達される。
駆動モータは、関節角度を検出する角度センサを有する。角度センサは、例えば、関節角度に比例したパルス数をカウントするローカリエンコーダにより構成される。角度センサは検出した関節角度をコントロールユニット６０へ出力する。
パワーユニット３１〜３４は、図１における関節角度検出手段１０３、駆動信号生成手段１３１及び駆動源１３２に相当する。
筋電位センサ４１、４２は、装着者１の尻に貼着され、大殿筋の表面筋電位を検出する。これにより、例えば、後ろに蹴る力や階段を昇るときの筋力に応じた筋電位が検出される。
筋電位センサ４３、４４は、装着者１の膝上後側に貼着され、大腿二頭筋の表面電位を検出する。これにより、膝から下を後ろに戻す筋力に応じた筋電位が検出される。
また、図示していないが、装着者１の腿の付け根部分前側に貼着され、腸腰筋の表面筋電位を検出することにより、脚を前に出すときの筋力に応じた筋電位を検出する筋電位センサ、及び、装着者１の膝上前側に貼着され、大腿四頭筋の表面筋電位を検出し、膝から下を前に出す筋力に応じた筋電位を検出する筋電位センサも設けられている。
筋電位センサは、検出した筋電位をコントロールユニット６０へ出力する。筋電位センサ４１〜４４は、生体電位信号検出手段１０１に相当する。
靴５１、５２には中敷センサ（図示せず）が設けられている。中敷センサは、例えば、右脚、左脚の前側、後側に対する反力を検出する反力センサを含む。反力センサは、例えば、印加された荷重に応じた電圧を出力する圧電素子からなり、重心位置等を検出することができる。中敷センサは、検出結果をコントロールユニット６０へ出力する。中敷センサは、重心位置検出手段１０４に相当する。
装着者１は、上述したように、インタフェース装置１４０を用いて、アシスト力や応答速度が所望の値となるように調整することができる。コントロールユニット６０は、制御装置１１０及びパラメータ設定装置１２０に相当する。
次に、インタフェース装置１４０を用いたアシスト力等の調整方法について説明する。図６（ａ）にインタフェース装置１４０の表示手段１４１及び入力手段１４２に相当するタッチパネルに表示される画面の例を示す。図６（ａ）に示すように、タッチパネルには、縦軸がアシスト力に対応し、横軸が応答速度に対応する座標系（座標軸）が表示される。
装着者１が画面上の任意の位置を指定すると、その位置の座標が検出され、パラメータ設定装置１２０へ送信される。パラメータ設定装置は、上述したように、パラメータテーブルから、座標に対応したパラメータを抽出する。
タッチパネルには、座標切り換えキー６０１、入力ガイド切り換えキー６０２、動作選択キー６０３、膝関節選択キー６０４、股関節選択キー６０５及び決定キー６０６が表示される。
座標切り換えキー６０１を押圧することで、表示される座標軸を切り換えることができる。例えば、図６（ａ）の表示画面で座標切り換えキー６０１を押圧することで、図６（ｂ）に示すような座標系に切り換わる。図６（ｂ）に示す座標系は、縦軸（ｙ軸）がアシスト力に対応し、横軸（ｘ軸）がアシストの前後バランスに対応する。前後バランスは、前側（図中右側）を指示することで、関節を前方向に動かす力への反応を強くでき、後側（図中左側）を指示することで、関節を後方向に動かす力への反応を強くできる。
タッチパネルには、入力ガイドとして装着者１の症状や状態に適した領域が表示される。図６（ａ）、（ｂ）には症状Ａ〜Ｃの各々に好適な領域が示されている。
症状Ａの領域は、脚を前に振り出す筋肉が衰えている状態の人に適した領域であって、脚を前に振り出しやすいように、股関節の屈曲方向へのアシスト及び膝関節の伸展方向へのアシストを強く設定する。
症状Ｂの領域は、前後の別なく両方の筋肉が衰えている状態の人に適した領域であって、両脚の膝関節及び股関節のアシストを同程度のレベルに設定する。
症状Ｃの領域は、脚を後ろに蹴り出す力の衰えている状態の人に適した領域であって、脚を後ろに蹴り出しやすいように、股関節の伸展方向のアシスト及び膝関節の屈曲方向のアシストを強く設定する。
図６（ａ）、（ｂ）からわかるように、座標系の異なる図６（ａ）と図６（ｂ）とでは、同じ症状でも好適な領域の位置は異なる。装着者１は、自らの症状に合わせて、入力ガイドに示された領域を指定することで、適切なアシスト力が付与される。
膝関節選択キー６０４、股関節選択キー６０５を押圧することで、それぞれの関節に対するアシストの強さ等を個別に設定することができる。関節の指定がない場合は、膝関節／股関節のアシストは同程度のレベルに設定される。
決定キー６０６を押圧すると、上述したように、パラメータ設定手段１２１が、抽出したパラメータを随意制御手段１１１に設定する。
入力ガイド切り換えキー６０２を押圧することで、表示される入力ガイドを切り換えることができる。例えば、図７（ａ）は、入力ガイドとして、自力歩行の能力に応じた領域を示している。図７（ａ）の表示画面で入力ガイド切り換えキー６０２を押圧することで、図７（ｂ）に示すように、目的とする動作に応じた入力ガイドが示される。
動作選択キー６０３を押圧することで、パラメータの設定対象となる動作を選択することができる。例えば、図７（ｂ）の表示画面では、パラメータの設定対象の動作として、立ち上がり動作又は歩行動作を選択することができる。
このようなインタフェース装置１４０を用いたパラメータ設定方法を図８に示すフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ１０１）電源が投入され、パラメータ設定動作が開始されると、パラメータ設定装置１２０のデータ格納手段１２２に前回使用時のパラメータ等が保存されているか否かが検出される。保存されている場合はステップＳ１０２へ進み、保存されていない場合はステップＳ１０３へ進む。
（ステップＳ１０２）データ格納手段１２２から、前回使用時に、インタフェース装置１４０の表示手段１４１に表示されていた座標系、使用されていたパラメータテーブル、パラメータ等が読み出される。
（ステップＳ１０３）データ格納手段１２２から、予め保存されている標準の座標系、パラメータテーブル、パラメータ等が読み出される。
（ステップＳ１０４）表示手段１４１に座標系が表示される。
具体的には、通信手段１２３が、ステップＳ１０２又はＳ１０３においてデータ格納手段１２２から読み出された座標系、入力ガイド、タッチキー等の情報を、通信手段１４４へ送信する。そして、表示手段１４１が、通信手段１４４の受信した情報に基づいて、座標系、入力ガイド、タッチキー等の表示を行う。
（ステップＳ１０５）座標切り換えキー６０１が押圧された場合はステップＳ１０６へ進み、押圧されなかった場合はステップＳ１０７へ進む。
（ステップＳ１０６）表示手段１４１に異なる座標系が表示される。
具体的には、通信手段１４４が、座標切り換え指示があったことを通信手段１２３に通知する。通信手段１２３は、データ格納手段１２２から表示手段１４１に表示されている座標系とは異なる座標系の情報を読み出し、通信手段１４４に送信する。そして、表示手段１４１が、通信手段１４４の受信した情報に基づいて、異なる座標系の表示を行う。
ステップＳ１０５及びＳ１０６は、表示手段１４１に所望の座標系が表示されるまで繰り返される。
（ステップＳ１０７）パラメータ設定手段１２１が、表示手段１４１に表示されている座標系に対応したパラメータテーブルを読み込む。例えば、表示手段１４１に図６（ａ）に示すような座標系が表示されている場合、図４に示すようなパラメータテーブルが読み込まれる。
また、表示手段１４１に図６（ｂ）に示すような座標系が表示されている場合、図９に示すようなパラメータテーブルが読み込まれる。ＫＦｉｊは、入力座標が（ｘｉ、ｙｊ）の場合に、随意制御手段１１１における膝関節の屈曲に対応する筋電位の増幅（ゲイン）を示す。
また、ＫＥｉｊは、入力座標が（ｘｉ、ｙｊ）の場合に、随意制御手段１１１における膝関節の伸展に対応する筋電位の増幅（ゲイン）を示す。
また、ＨＦｉｊは、入力座標が（ｘｉ、ｙｊ）の場合に、随意制御手段１１１における股関節の屈曲に対応する筋電位の増幅（ゲイン）を示す。
また、ＨＥｉｊは、入力座標が（ｘｉ、ｙｊ）の場合に、随意制御手段１１１における股関節の伸展に対応する筋電位の増幅（ゲイン）を示す。
パラメータ設定手段１２１は、さらに、図１０に示すような、自律制御手段１１２のための複数のアシストパターンが記録されたパラメータテーブルを読み込んでもよい。このようなパラメータテーブルは各フェーズについて用意されている。図１０において、ｆ１１（ｘ、ｙ）〜ｆｎｎ（ｘ、ｙ）は、各アシストパターンを表す関数であって、トルクの出力パターンや、関節角度の軌跡のパターン等を表すものである。自律制御手段１１２がフェーズを特定すると、特定されたフェーズに対応するパラメータテーブルが読み込まれる。そして、入力座標に基づいて、読み込まれたパラメータテーブルからアシストパラメータが選択される。自律制御手段１１２は、選択されたアシストパラメータに応じた自律指令信号を生成する。
（ステップＳ１０８）入力ガイド切り換えキー６０２が押圧された場合はステップＳ１０９へ進み、押圧されなかった場合はステップＳ１１０へ進む。
（ステップＳ１０９）表示手段１４１に異なる入力ガイドが表示される。
具体的には、通信手段１４４が、入力ガイド切り換え指示があったことを通信手段１２３に通知する。通信手段１２３は、データ格納手段１２２から表示手段１４１に表示されている入力ガイドとは異なる入力ガイドの情報を読み出し、通信手段１４４に送信する。そして、表示手段１４１が、通信手段１４４の受信した情報に基づいて、異なる入力ガイドの表示を行う。
（ステップＳ１１０）膝関節選択キー６０４／股関節選択キー６０５が押圧された場合はステップＳ１１１へ進み、押圧されなかった場合はステップＳ１１２へ進む。
（ステップＳ１１１）ステップＳ１１０で選択された関節に対応する筋電位を処理する随意制御手段１１１の増幅のゲインやフィルタ処理のカットオフ周波数がパラメータ設定対象として指定される。
（ステップＳ１１２）動作選択キー６０３が押圧された場合はステップＳ１１３へ進み、押圧されなかった場合はステップＳ１１４へ進む。
（ステップＳ１１３）パラメータの設定対象となる動作が指定される。指定される動作は例えば歩行動作、立ち上がり動作、着席動作等である。
（ステップＳ１１４）表示手段１４１に表示された座標系の任意の座標が装着者１により指定される。
（ステップＳ１１５）座標検出手段１４３が、ステップＳ１１４で指定された座標を検出する。そして、通信手段１４４が、検出された座標を通信手段１２３へ送信する。
（ステップＳ１１６）パラメータ設定手段１２１が、ステップＳ１１５で検出された座標を通信手段１２３から受け取る。そして、パラメータ設定手段１２１は、パラメータテーブルを参照して、座標に対応するパラメータを抽出する。
（ステップＳ１１７）決定キー６０６が押圧された場合はステップＳ１１８へ進み、押圧されなかった場合はステップＳ１０５に戻る。
（ステップＳ１１８）パラメータ設定手段１２１が、ステップＳ１１６で抽出したパラメータを随意制御手段１１１に設定する。
装着者は、インタフェース装置１４０に表示された座標系の所望の座標を指定することで、アシスト力、アシストバランス、反応速度等を調整し、設定することができる。装着者は、パラメータの設定に際し、パラメータの変化量がアシスト力にどのように反映されるかといった専門的な知識を持たなくてもパラメータを設定できる。
このように、本実施形態に係る装着式動作補助装置のインタフェース装置を用いることで、装着式動作補助装置のパラメータ設定を容易に行うことができる。
上記実施形態では、インタフェース装置の表示手段１４１及び入力手段１４２がタッチパネルである例について説明したが、表示手段１４１である液晶画面等にカーソルを表示させ、入力手段１４２であるボタンを用いてカーソルを動かし、座標等を指定するようにしてもよい。
図１１に示すように、制御装置１１０と駆動信号生成手段１３１との間に、制御装置１１０から出力される合成指令信号を調節する調節手段１３３を設け、パラメータ設定装置１２０が調節手段１３３に含まれるアンプのパラメータを設定するようにしてもよい。このような構成でも、アシストの強弱を調整することができる。
上記実施形態では、データ格納手段１２２にパラメータテーブルが格納されていたが、パラメータを算出するための関数を格納していてもよい。パラメータ設定手段１２１は、インタフェース装置１４０から座標を受け取ると、座標のｘ、ｙの値を関数に入力し、随意制御手段１１１に設定するパラメータを算出する。
上記実施形態では、表示手段１４１は縦軸、横軸の２軸を表示していたが、１軸のみ表示してもよい。例えば、表示手段１４１は、アシスト力の強弱を調整する軸のみを表示する。その場合、データ格納手段１２２には、１軸のみの座標に対応したパラメータテーブルを格納しておくことが好適である。あるいはまた、表示手段１４１は、生体電位信号の変化に追従して装着者１に付与される動力が変化する際の応答速度を調整する軸のみを表示してもよい。
上述した実施形態で説明したインタフェース装置１４０の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、インタフェース装置１４０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、図１２に示すように、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
また、インタフェース装置１４０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１００ 装着式動作補助装置
１０１ 生体電位信号検出手段
１０３ 関節角度検出手段
１０４ 重心位置検出手段
１１０ 制御装置
１２０ パラメータ設定装置
１３１ 駆動信号生成手段
１３２ 駆動源（アクチュエータ）
１４０ インタフェース装置

Claims (9)

  1. 装着者に対して動力を付与する駆動源と、
    前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第１検出手段と、
    前記装着者の関節の角度を検出する第２検出手段と、
    前記生体電位信号に対してフィルタ処理及び増幅を含む信号処理を行い、前記信号処理後の前記生体電位信号に応じた動力を前記駆動源に発生させるための第１指令信号を生成する第１制御手段と、
    前記装着者の動作パターンを分類するタスクを構成するフェーズに対応する前記装着者の関節角度の基準パラメータを格納する第１格納手段と、
    前記第２検出手段により検出された関節角度と、前記基準パラメータとを比較して、前記装着者の動作パターンのフェーズを特定し、このフェーズに応じた動力を前記駆動源に発生させるための第２指令信号を生成する第２制御手段と、
    前記第１指令信号及び前記第２指令信号を合成して合成指令信号を生成する合成手段と、
    前記合成指令信号に基づいて駆動電流を生成し、前記駆動源に供給する生成手段と、
    前記駆動源が前記装着者に対して付与する動力の強弱又は前記生体電位信号の変化に対する前記装着者に付与される動力の変化の応答速度に対応する第１座標軸を表示する画面を有する表示手段と、
    前記画面内の任意の位置の指定を入力する入力手段と、
    前記指定された位置の座標を検出する第３検出手段と、
    前記画面内の座標と、前記第１制御手段における前記信号処理のパラメータとの対応関係を規定するパラメータテーブルを格納する第２格納手段と、
    前記パラメータテーブルから前記検出された座標に対応するパラメータを抽出し、抽出したパラメータを前記第１制御手段に設定する設定手段と、
    を備える装着式動作補助装置。
  2. 前記第１座標軸は、前記駆動源が前記装着者に対して付与する動力の強弱に対応し、
    前記パラメータテーブルは、前記画面内の座標と、前記第１制御手段における増幅のゲインとの対応関係を規定し、
    前記設定手段は、前記パラメータテーブルから前記検出された座標に対応するゲインを抽出し、抽出したゲインを前記第１制御手段に設定することを特徴とする請求項１に記載の装着式動作補助装置。
  3. 前記第１座標軸は、前記生体電位信号の変化に対する前記装着者に付与される動力の変化の応答速度に対応し、
    前記パラメータテーブルは、前記画面内の座標と、前記第１制御手段におけるフィルタ処理のカットオフ周波数との対応関係を規定し、
    前記設定手段は、前記パラメータテーブルから前記検出された座標に対応するカットオフ周波数を抽出し、抽出したカットオフ周波数を前記第１制御手段に設定することを特徴とする請求項１に記載の装着式動作補助装置。
  4. 前記表示手段は、前記生体電位信号の変化に対する前記装着者に付与される動力の変化の応答速度に対応する第２座標軸をさらに表示することができ、
    前記パラメータテーブルは、前記画面内の座標と、前記第１制御手段におけるフィルタ処理のカットオフ周波数との対応関係を規定し、
    前記設定手段は、前記パラメータテーブルから前記検出された座標に対応するカットオフ周波数を抽出し、抽出したカットオフ周波数を前記第１制御手段に設定することを特徴とする請求項２に記載の装着式動作補助装置。
  5. 前記表示手段は、前記装着者に付与される動力の前後バランスに対応する第２座標軸をさらに表示することができ、
    前記パラメータテーブルは、前記画面内の座標と、前記装着者の膝関節の伸展、膝関節の屈曲、股関節の伸展及び股関節の屈曲の各々に対応する前記生体電位信号の増幅のゲインとの対応関係を規定し、
    前記設定手段は、前記パラメータテーブルから前記検出された座標に対応する前記膝関節の伸展、膝関節の屈曲、股関節の伸展及び股関節の屈曲の各々についてのゲインを抽出し、抽出したゲインを前記第１制御手段に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装着式動作補助装置。
  6. 前記表示手段は、前記装着者に付与される動力の前後バランスに対応する第３座標軸を表示することができ、
    前記入力手段は、前記第１〜第３座標軸のうち、前記表示手段に表示する１つ又は２つの座標軸の切り換え指示を受け付けることができ、
    前記パラメータテーブルは、前記画面内の座標と、前記装着者の膝関節の伸展、膝関節の屈曲、股関節の伸展及び股関節の屈曲の各々に対応する前記生体電位信号の増幅のゲインとの対応関係を規定し、
    前記設定手段は、前記表示手段に前記第３座標軸が表示されている場合、前記パラメータテーブルから前記検出された座標に対応する前記膝関節の伸展、膝関節の屈曲、股関節の伸展及び股関節の屈曲の各々についてのゲインを抽出し、抽出したゲインを前記第１制御手段に設定することを特徴とする請求項４に記載の装着式動作補助装置。
  7. 前記第２格納手段は、複数の症状又は複数の目的動作に応じた領域を示す入力ガイド情報を格納し、
    前記表示手段は、前記座標軸と共に、前記入力ガイド情報に基づいた領域を表示することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の装着式動作補助装置。
  8. 装着者に対して動力を付与する駆動源と、前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第１検出手段と、前記装着者の関節の角度を検出する第２検出手段と、前記生体電位信号に対してフィルタ処理及び増幅を含む信号処理を行い、前記信号処理後の前記生体電位信号に応じた動力を前記駆動源に発生させるための第１指令信号を生成する第１制御手段と、前記装着者の動作パターンを分類するタスクを構成するフェーズに対応する前記装着者の関節角度の基準パラメータを格納する第１格納手段と、前記第２検出手段により検出された関節角度と、前記基準パラメータとを比較して、前記装着者の動作パターンのフェーズを特定し、このフェーズに応じた動力を前記駆動源に発生させるための第２指令信号を生成する第２制御手段と、前記第１指令信号及び前記第２指令信号を合成して合成指令信号を生成する合成手段と、前記合成指令信号に基づいて駆動電流を生成し、前記駆動源に供給する生成手段と、座標と前記第１制御手段における前記信号処理のパラメータとの対応関係を規定するパラメータテーブルを格納する第２格納手段と、与えられた座標に対応するパラメータを前記パラメータテーブルから抽出し、抽出したパラメータを前記第１制御手段に設定する設定手段と、を備える装着式動作補助装置に対する前記動力の調整指示を受け付けるインタフェース装置であって、
    前記駆動源が前記装着者に対して付与する動力の強弱に対応する座標軸を表示する画面を有する表示手段と、
    前記画面内の任意の位置の指定を入力する入力手段と、
    前記指定された位置の座標を検出する第３検出手段と、
    前記検出した座標を前記設定手段に送信する通信手段と、
    を備えることを特徴とする装着式動作補助装置のインタフェース装置。
  9. 装着者に対して動力を付与する駆動源と、前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第１検出手段と、前記装着者の関節の角度を検出する第２検出手段と、前記生体電位信号に対してフィルタ処理及び増幅を含む信号処理を行い、前記信号処理後の前記生体電位信号に応じた動力を前記駆動源に発生させるための第１指令信号を生成する第１制御手段と、前記装着者の動作パターンを分類するタスクを構成するフェーズに対応する前記装着者の関節角度の基準パラメータを格納する第１格納手段と、前記第２検出手段により検出された関節角度と、前記基準パラメータとを比較して、前記装着者の動作パターンのフェーズを特定し、このフェーズに応じた動力を前記駆動源に発生させるための第２指令信号を生成する第２制御手段と、前記第１指令信号及び前記第２指令信号を合成して合成指令信号を生成する合成手段と、前記合成指令信号に基づいて駆動電流を生成し、前記駆動源に供給する生成手段と、座標と前記第１制御手段における前記信号処理のパラメータとの対応関係を規定するパラメータテーブルを格納する第２格納手段と、与えられた座標に対応するパラメータを前記パラメータテーブルから抽出し、抽出したパラメータを前記第１制御手段に設定する設定手段と、を備える装着式動作補助装置に対する前記動力の調整指示を受け付けるインタフェース装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
    前記駆動源が前記装着者に対して付与する動力の強弱に対応する座標軸を表示手段の画面に表示するステップと、
    前記画面内の任意の位置の指定を入力するステップと、
    前記指定された位置の座標を検出するステップと、
    前記検出した座標を前記設定手段に送信するステップと、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
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