JP2019005556A - アシスト装置及びアシスト方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】目的とする方向に進行するようにユーザの動作にアシスト力を付与するアシスト装置等を提供する。
【解決手段】アシスト装置は、ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルト及び前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトとを接続するワイヤと、モータとを備える。前記モータは、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの右脚が立脚期にあるときに、同じタイミングで、第２のワイヤ、第４のワイヤ、第６のワイヤ及び第８のワイヤのそれぞれに対して、第１の閾値以上の張力を発生させる。前記モータは、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの左脚が立脚期にあるときに、同じタイミングで、第１のワイヤ、第３のワイヤ、第５のワイヤ及び第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させる。
【選択図】図１

Description

本開示は、装着者の歩行を支援するアシスト装置及びアシスト方法に関する。
特許文献１には、経由地点を考慮して、現在地から目的地までの経路を決定し、当該経路を誘導する歩行者誘導装置が開示されている。また、特許文献２には、作動部材を有するアクチュエータを備える軟性外骨格スーツ（ｓｏｆｔ ｅｘｏｓｕｉｔ）が開示されている。アクチュエータの動作により、軟性外骨格スーツを装着するユーザの関節周りのモーメントが発生し、ユーザの動作を補助している。
特開２００９−２２９２０５号公報 特表２０１６−５２８９４０号公報
特許文献１に開示される従来技術は、表示部に表示される表示画面等によりユーザを誘導している。よって、ユーザは歩きながら、且つ、表示画面を見ているため、表示画面を見ることに集中して、外部環境に対する注意が散漫になる可能性がある。また、特許文献２に開示される従来技術は、アクチュエータを用いて作動部材を動かすことにより、ユーザの動作を補助しているが、ユーザが歩行する方向などの誘導をしていない。
そこで、本開示は、目的とする方向に進行するようにユーザの動作にアシスト力を付与するアシスト装置及びアシスト方法を提供する。
本開示の非限定的で例示的な一態様に係るアシスト装置は、ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと、前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルトと、前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトと、前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第１のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第１のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第２のワイヤと、前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第３のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第３のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第４のワイヤと、前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第５のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第５のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第６のワイヤと、前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第７のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第７のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第８のワイヤと、モータとを備え、前記第１のワイヤ及び前記第４のワイヤは、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記第２のワイヤ及び前記第３のワイヤは、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第５のワイヤ及び前記第８のワイヤは、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第６のワイヤ及び前記第７のワイヤは、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させる。
本開示の非限定的で例示的な一態様に係るアシスト方法は、ユーザに取り付けられた複数のワイヤを用いて、前記ユーザの移動をアシストするアシスト方法であって、前記複数のワイヤは、前記ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと、前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルトとを接続する第１〜第４のワイヤと、前記上半身ベルトと、前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトとを接続する第５〜第８のワイヤとを含み、前記第１のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記第２のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、且つ前記第１のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記第３のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第４のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、且つ前記第３のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記第５のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第６のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、且つ前記第５のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記第７のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記第８のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、且つ前記第７のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記第１〜第８のワイヤの張力は、少なくとも１つの制御回路が制御するモータによって調節される。
なお、上記の包括的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含む。
本開示によるアシスト装置等によれば、ユーザが目的とする方向に進行するようにユーザの動作にアシスト力を付与することが可能になる。本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び／又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その１以上を得るために全てが必要ではない。
図１は、実施の形態に係るアシスト装置がユーザに装着された例を斜め前方から見た斜視図である。 図２は、図１のアシスト装置及びユーザの正面図である。 図３は、図１のアシスト装置及びユーザの背面図である。 図４は、図１のアシスト装置を拡大した斜視図である。 図５は、実施の形態に係るアシスト装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図６は、図４のアシスト装置の各構成要素の配置を模式的に示す図である。 図７は、図６のアシスト装置におけるワイヤの配置の一変形例を示す図である。 図８は、図６のアシスト装置におけるワイヤの配置の一変形例を示す図である。 図９は、図６のアシスト装置におけるワイヤの配置の一変形例を示す図である。 図１０は、図６のアシスト装置におけるワイヤの配置の一変形例を示す図である。 図１１Ａは、アシスト装置を装着したユーザが、アシスト装置によって誘導を受ける進行方向の例を示す図である。 図１１Ｂは、ユーザの出発地から目的地までの経路の例を示す図である。 図１２は、実施の形態に係るアシスト装置がユーザの歩行方向を誘導する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１３Ａは、アシスト装置がアシストするユーザの右脚の動作例を示す図である。 図１３Ｂは、アシスト装置がアシストするユーザの右脚の動作例を示す図である。 図１３Ｃは、アシスト装置がアシストするユーザの右脚の動作例を示す図である。 図１４Ａは、アシスト装置がユーザの左脚の股関節の屈曲をアシストするケースを示す図である。 図１４Ｂは、アシスト装置がユーザの右脚の股関節の屈曲をアシストするケースを示す図である。 図１５Ａは、アシスト装置がユーザの左脚の股関節の伸展をアシストするケースを示す図である。 図１５Ｂは、アシスト装置がユーザの右脚の股関節の伸展をアシストするケースを示す図である。 図１６Ａは、アシスト装置がユーザの左脚の股関節の外転をアシストするケースを示す図である。 図１６Ｂは、アシスト装置がユーザの右脚の股関節の外転をアシストするケースを示す図である。 図１７Ａは、アシスト装置がユーザの左脚の股関節の内転をアシストするケースを示す図である。 図１７Ｂは、アシスト装置がユーザの右脚の股関節の内転をアシストするケースを示す図である。 図１８Ａは、アシスト装置がユーザの左脚の股関節の外旋をアシストするケースを示す図である。 図１８Ｂは、アシスト装置がユーザの右脚の股関節の外旋をアシストするケースを示す図である。 図１９Ａは、アシスト装置がユーザの左脚の股関節の内旋をアシストするケースを示す図である。 図１９Ｂは、アシスト装置がユーザの右脚の股関節の内旋をアシストするケースを示す図である。 図２０Ａは、アシスト装置が、交差点においてユーザが直角に曲がるように歩行方向を誘導する例を示す図である。 図２０Ｂは、図２０Ａにおいてアシスト装置が行う歩行方向の誘導の順序を示す図である。 図２１は、アシスト装置を用いた場合の複数のユーザにおける歩数と距離との関係の例を示す図である。 図２２Ａは、アシスト装置が、曲がり角においてユーザが複数回にわたって曲がることで直角に方向転換するように歩行方向を誘導する例を示す図である。 図２２Ｂは、図２２Ａにおいてアシスト装置が行う歩行方向の誘導の順序を示す図である。 図２３Ａは、アシスト装置が、互いの間の距離が短い２つの曲がり角を含む経路に沿って、ユーザの歩行方向を誘導する例を示す図である。 図２３Ｂは、図２３Ａにおいてアシスト装置が行う歩行方向の誘導の順序を示す図である。 図２４Ａは、アシスト装置が、図２３Ａのケースにおいて、経路の再設定を行う場合の例を示す図である。 図２４Ｂは、図２４Ａにおいてアシスト装置が行う歩行方向の誘導の順序を示す図である。 図２５は、第一のパターンの動作に関して、ユーザを左方向に方向転換させる例を示す図である。 図２６は、第一のパターンの動作に関して、ユーザを右方向に方向転換させる例を示す図である。 図２７は、第一のパターンの動作に関して、ユーザを右方向に方向転換させる別例を示す図である。 図２８は、第二のパターンの動作に関して、ユーザを左方向に方向転換させる例を示す図である。 図２９は、第二のパターンの動作に関して、ユーザを右方向に方向転換させる例を示す図である。 図３０Ａは、アシスト装置が、ユーザの片脚にアシスト力を付与して、ユーザを左方向に誘導する例を示す図である。 図３０Ｂは、アシスト装置が、ユーザの片脚にアシスト力を付与して、ユーザを左方向に誘導する別の例を示す図である。 図３１Ａは、アシスト装置が、ユーザの片脚にアシスト力を付与して、ユーザを右方向に誘導する例を示す図である。 図３１Ｂは、アシスト装置が、ユーザの片脚にアシスト力を付与して、ユーザを右方向に誘導する別の例を示す図である。 図３２Ａは、遊脚期の右脚に外転するアシスト力を受けたユーザの動作の例を示す図である。 図３２Ｂは、遊脚期の右脚に内転するアシスト力を受けたユーザの動作の例を示す図である。 図３３Ａは、立脚期の左脚に外転するアシスト力を受けたユーザの動作の例を示す図である。 図３３Ｂは、立脚期の左脚に内転するアシスト力を受けたユーザの動作の例を示す図である。 図３４は、アシスト装置が、外転及び内転のアシストを用いてユーザを右方向に方向転換させる例を示す図である。 図３５は、アシスト装置を用いて歩行方向の誘導を受けたユーザＡの歩行軌跡を上方から見た図である。 図３６は、アシスト装置を用いて歩行方向の誘導を受けたユーザＢの歩行軌跡を上方から見た図である。 図３７は、図３５の各歩行軌跡上の各点での歩行軌跡の曲率と、各点においてアシスト装置がワイヤに付与した張力との関係を示す図である。 図３８は、図３６の各歩行軌跡上の各点での歩行軌跡の曲率と、各点においてアシスト装置がワイヤに付与した張力との関係を示す図である。 図３９Ａは、アシスト装置がユーザに左方向への方向転換を誘導する場合におけるアシストに使用されない左脚のワイヤの例を示す図である。 図３９Ｂは、アシスト装置がユーザに左方向への方向転換を誘導する場合におけるアシストに使用されない右脚のワイヤの例を示す図である。 図４０は、実施の形態に係るアシスト装置の変形例の機能的な構成を示すブロック図である。
［本開示の基礎となる知見］
本開示に関わる発明者ら、つまり、本発明者らは、「背景技術」で挙げた特許文献１及び２に記載される技術を検討し、ユーザの歩行を支援つまりアシストする技術を検討した。特許文献１は、現在地から目的地までの最適な歩行経路を決定し、表示画面を介して当該歩行経路をユーザに提示する技術を開示している。特許文献２は、作動部材を介してアクチュエータの動力をユーザに付与することによって、ユーザの動作を補助する技術を開示している。そこで、本発明者らは、例えば、経路に沿ってユーザが歩行し進行することができるように、目的とする方向にユーザを進行させるためのアシスト力をユーザに付与するアシスト装置等を検討した。
具体的には、本発明者らは、ユーザが装着するアシスト装置を検討した。そして、本発明者らは、ワイヤを介して、モータによる力をユーザに与えることで、直感的に歩行方向を誘導するアシスト装置を検討した。本発明者らは、このアシスト装置を、ユーザの左右の脚それぞれの股関節に対して、延びる方向が互いに交差するワイヤのペアを複数備える構成とした。さらに、本発明者らは、アシスト装置において、現在地から目的地までの経路に応じて、ワイヤを引っ張る方法を変化させることで、直進方向だけでなく、左右方向にユーザが方向転換する動作もアシストする構成を検討した。さらに、本発明者らは、ユーザによって曲がるための能力が異なるため、アシスト装置において、ユーザに合わせてワイヤを引っ張る力を変更することで、各ユーザに適合した歩行方向の誘導を直感的に行うことを可能にする構成を検討した。
例えば、特許文献１及び２には、ワイヤを用いてアシスト力を付与することによって、ユーザの歩行方向を誘導する装置は開示されていない。本発明者らは、従来技術によると、ユーザが右方向に回転（旋回とも呼ぶ）する移動、又は、左方向に回転する移動をアシストする場合、ワイヤを用いて、ユーザにどのようなアシスト力を与えることでユーザの歩行方向を誘導できるのかが分からないという見解に至った。アシストのための具体的なパラメータとして、アシストのタイミング、駆動させるワイヤの選択方法、選択したワイヤの張力の大きさ等が考えられるが、歩行方向を誘導するための最適なパラメータは、未だ分かっていないため、これらのパラメータを特定することは新しい技術であるといえると、本発明者らは認識した。そこで、本発明者らは、目的とする方向に進行するようにユーザの動作にアシスト力を付与するアシスト装置等として、以下のようなアシスト装置等を考案した。
本開示の一態様に係るアシスト装置は、ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと、前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルトと、前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトと、前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第１のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第１のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第２のワイヤと、前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第３のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第３のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第４のワイヤと、前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第５のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第５のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第６のワイヤと、前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第７のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第７のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第８のワイヤと、モータとを備え、前記第１のワイヤ及び前記第４のワイヤは、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記第２のワイヤ及び前記第３のワイヤは、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第５のワイヤ及び前記第８のワイヤは、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第６のワイヤ及び前記第７のワイヤは、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させる。
上記態様において、第２のワイヤ及び第４のワイヤの張力は、左脚に外旋動作させるように作用する。第６のワイヤ及び第８のワイヤの張力は、右脚に内旋動作させるように作用する。よって、アシスト装置は、これら４つのワイヤを介して、左方向に回転する移動をさせるように、ユーザをアシストすることができる。また、第１のワイヤ及び第３のワイヤの張力は、左脚に内旋動作させるように作用する。第５のワイヤ及び第７のワイヤの張力は、右脚に外旋動作させるように作用する。よって、アシスト装置は、これら４つのワイヤを介して、右方向に回転する移動をさせるように、ユーザをアシストすることができる。さらに、ユーザは、同じタイミングで張力が発生する４つのワイヤを介して、左脚及び右脚に同時にアシスト力を受ける。よって、ユーザは、左脚及び右脚の間でバランスがとられたアシスト力を感じつつ、アシストを受ける。従って、ユーザの円滑なアシストが可能になる。なお、第１の閾値は、ユーザが、ワイヤに発生した張力により、左方向又は右方向に回転する移動のための脚の外旋又は内旋動作が促されていると認知できるような張力であってもよく、例えば、４０Ｎ（ニュートン）であってもよい。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させてもよい。
上記態様において、左脚の第１の歩行フェーズの６５％の時点では、左脚は遊脚期にあり、右脚は立脚期にある。ユーザの左方向の回転の移動の際、上述のように４つのワイヤに張力が発生することによって、回転の内側に位置するユーザの左脚が、遊脚期に外旋動作のアシスト力を受ける。よって、ユーザは、左方向に進行方向を容易に変更することができる。同様に、右脚の第１の歩行フェーズの６５％の時点では、左脚は立脚期にあり、右脚は遊脚期にある。ユーザの右方向の回転の移動の際、上述のように４つのワイヤに張力が発生することによって、回転の内側に位置するユーザの右脚が、遊脚期に外旋動作のアシスト力を受ける。よって、ユーザは、右方向に進行方向を容易に変更することができる。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記左脚の第１の歩行フェーズの５０％の時点は、前記右脚の第１の歩行フェーズの０％の時点に対応してもよい。
本開示の一態様に係るアシスト装置は、さらに、制御回路及びメモリを備え、前記メモリは、前記モータを制御するためのプログラムを記録し、前記制御回路は、前記プログラムに基づいて、前記モータを制御してもよい。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にし、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にしてもよい。
上記態様によると、アシスト装置は、アシストの対象とする左脚及び右脚の外旋又は内旋動作と関係のないワイヤに対して、第１の閾値以上の張力を発生させない。これにより、当該ワイヤの張力によって、外旋及び内旋動作のアシストが妨げられることが抑えられる。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記左脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第２のワイヤ及び前記第４のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第６のワイヤ及び前記第８のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記左脚の前記第２の歩行フェーズは、前記左脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズであってもよい。
上記態様において、左脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間は、左脚の遊脚期に含まれ、左脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間は、左脚の立脚期に含まれる。また、右脚の第１の歩行フェーズの１５％以上６０％以下の期間は、右脚の立脚期に含まれ、右脚の第１の歩行フェーズの６０％以上７０％以下の期間は、右脚の遊脚期に含まれる。アシスト装置は、遊脚期の左脚を左方向へ容易に外旋動作させることができ、さらに、着地後の左足の足先を左方向へ向けることができる。また、アシスト装置は、立脚期の右脚を左方向へ内旋動作させることができ、さらに、地面から離れた右足の足先を左方向へ向けることができる。よって、アシスト装置のアシストを受けるユーザは、左方向に回転する移動を容易に且つ確実に行うことができる。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第１のワイヤ及び前記第３のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記右脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第５のワイヤ及び前記第７のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記右脚の前記第２の歩行フェーズは、前記右脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズであってもよい。
上記態様において、左脚の第１の歩行フェーズの１５％以上６０％以下の期間は、左脚の立脚期に含まれ、左脚の第１の歩行フェーズの６０％以上７０％以下の期間は、左脚の遊脚期に含まれる。また、右脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間は、右脚の遊脚期に含まれ、右脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間は、右脚の立脚期に含まれる。よって、アシスト装置は、ユーザの左方向に回転する移動と同様に、右方向に回転する移動においても、ユーザを容易に且つ確実に移動させることができる。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させてもよい。
上記態様によると、ユーザは、アシスト装置によるワイヤを介したアシスト力を、左右の脚に、バランスよく均等に感じつつ、アシスト装置のアシストを受けることができる。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少してもよい。
上記態様によると、ユーザは、アシスト装置によるワイヤを介したアシスト力を、左右の脚に、バランスよく均等に感じつつ、アシスト装置のアシストを受けることができる。
本開示の一態様に係るアシスト装置において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少してもよい。
上記態様によると、ユーザは、アシスト装置によるワイヤを介したアシスト力を、左右の脚に、バランスよく均等に感じつつ、アシスト装置のアシストを受けることができる。
本開示の一態様に係るアシスト方法は、ユーザに取り付けられた複数のワイヤを用いて、前記ユーザの移動をアシストするアシスト方法であって、前記複数のワイヤは、前記ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと、前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルトとを接続する第１〜第４のワイヤと、前記上半身ベルトと、前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトとを接続する第５〜第８のワイヤとを含み、前記第１のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記第２のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、且つ前記第１のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記第３のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第４のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、且つ前記第３のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記第５のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、前記第６のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、且つ前記第５のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記第７のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、前記第８のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、且つ前記第７のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記第１〜第８のワイヤの張力は、少なくとも１つの制御回路が制御するモータによって調節される。上記態様によると、本開示の一態様に係るアシスト装置と同様の効果が得られる。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させてもよい。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記左脚の第１の歩行フェーズの５０％の時点は、前記右脚の第１の歩行フェーズの０％の時点に対応してもよい。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にし、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にしてもよい。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記ユーザの左脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第２のワイヤ及び前記第４のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第６のワイヤ及び前記第８のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記左脚の前記第２の歩行フェーズは、前記左脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズであってもよい。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第１のワイヤ及び前記第３のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記右脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第５のワイヤ及び前記第７のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記右脚の前記第２の歩行フェーズは、前記右脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズであってもよい。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させてもよい。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少してもよい。
本開示の一態様に係るアシスト方法において、前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少してもよい。
本開示の別の一態様に係るアシスト装置は、ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと、前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルトと、前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトと、前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第１のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第１のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第２のワイヤと、前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第３のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第３のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第４のワイヤと、前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第５のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第５のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第６のワイヤと、前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第７のワイヤと、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第７のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第８のワイヤと、モータと、前記ユーザの進行方向を決定する歩行方向決定部とを備え、前記モータは、前記ユーザの歩行方向が右向きである場合に、前記第１のワイヤ及び前記第３のワイヤ、又は、前記第５のワイヤ及び前記第７のワイヤに、異なるタイミングで第１の閾値以上の張力を加え、前記モータは、前記ユーザの歩行方向が左向きである場合に、前記第２のワイヤ及び前記第４のワイヤ、又は、前記第６のワイヤ及び前記第８のワイヤに、異なるタイミングで第１の閾値以上の張力を加える。上記態様によれば、アシスト装置は、ユーザが目的とする方向に進行するようにユーザの動作にアシスト力を付与することができる。
本開示の別の一態様に係るアシスト装置において、前記歩行方向決定部は、前記ユーザの右又は左の歩行方向と逆方向の脚において、かかとが接地するタイミングからつま先が接地するタイミングまでの時間区間で、前記逆方向の脚を内旋方向に回転させるように前記ワイヤに張力を加えてもよい。上記態様によれば、アシスト装置からアシストを受けるユーザは、自身が進む方向に、当該方向と逆方向の脚の足先を向けて歩行するため、当該方向へ方向転換をすることができる。
本開示の別の一態様に係るアシスト装置において、前記モータは、前記ユーザの右又は左の歩行方向と同方向の脚において、かかと接地を０％とした歩行フェーズにおける９０％以上１００％未満のタイミングで、前記同方向の脚を外旋方向に回転させるように前記ワイヤに張力を加えてもよい。上記態様によれば、アシスト装置からアシストを受けるユーザは、自身が進む方向に、当該方向と同方向の脚の足先を向けて歩行するため、当該方向へ方向転換をすることができる。
本開示の別の一態様に係るアシスト装置は、前記上半身ベルトに加速度センサ、ジャイロセンサ及び地磁気センサを備え、前記歩行方向決定部は、前記加速度センサ、前記ジャイロセンサ及び前記地磁気センサから、ユーザが方向転換する際の歩行軌跡の曲率を算出し、前記曲率の算出位置で前記ワイヤに加えた張力を前記曲率によって評価してもよい。上記態様によれば、歩行方向決定部は、上記評価によって、ユーザが方向転換できる曲率とワイヤの張力との関係を求めることができる。よって、歩行方向決定部は、個々のユーザの方向転換角度及びワイヤ張力の関係に基づき、個々のユーザに適切な歩行経路を算出することができる。
本開示の別の一態様に係るアシスト装置において、前記歩行方向決定部は、前記曲率の変化が緩やかになる張力を、前記ユーザの歩行方向誘導におけるワイヤ張力として決定してもよい。上記態様によれば、曲率の変化が緩やかになる張力の領域では、ワイヤの張力を変化させても、ユーザが曲がることができる方向転換角度が変化しない。よって、このような張力の領域の中で、小さい張力を、ユーザのアシストのためにワイヤに加える張力に決定することによって、アシスト装置の省エネルギー化が可能になる。
本開示の別の一態様に係るアシスト装置において、前記歩行方向決定部は、方向転換が必要な場所での方向転換角度と、前記場所までの歩数とから、前記ユーザが進行する経路を設定してもよい。
なお、上記の包括的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の不揮発性の記録媒体を含む。
［実施の形態］
以下、本開示の実施の形態に係るアシスト装置１００等について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ（工程）、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
本実施の形態において、アシスト装置１００を体に装着したユーザが目的地を選択すると、アシスト装置１００が、目的地への経路上でのユーザが曲がるべき方向等を判定し、当該経路に沿ってユーザが歩行する支援を行うものとして、アシスト装置１００を説明する。具体的には、曲がるべき方向へユーザが曲がるために、ユーザの身体へ回転動作（旋回動作とも呼ぶ）を能動的に支援するものとして、実施の形態に係るアシスト装置１００を説明する。本実施の形態において、能動的支援とは、ユーザが進行方向を変更するために回転動作を行っているときに身体に必要な回転力を補助することだけでなく、回転動作を起こすための力を付与すること、及び、所望の方向へのユーザの身体の回転量を物理的に制御すること、つまり、ユーザの身体の向きを物理的に制御することを含み得る。本明細書において、アシスト装置１００がユーザをアシストすることは、ユーザの動作を能動的に支援すること、及び、ユーザの動作を補助的に支援することのいずれをも含む。
［１，アシスト装置の構成］
図１〜図６を参照して、実施の形態に係るアシスト装置１００を説明する。なお、図１は、ユーザ１に装着されたアシスト装置１００を斜め前方から見た斜視図である。図２は、図１のアシスト装置１００及びユーザ１の正面図である。図３は、図１のアシスト装置１００及びユーザ１の背面図である。図４は、図１のアシスト装置１００を拡大した斜視図である。図５は、実施の形態に係るアシスト装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。図６は、図４のアシスト装置１００の各構成要素の配置を模式的に示す図である。
図１〜図５に示されるように、アシスト装置１００は、ユーザ１の上半身に装着される上半身ベルト１１１と、ユーザ１の左右の膝近傍に装着される膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂと、上半身ベルト１１１と膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂとを繋ぐ複数のワイヤ１１０とを備える。さらに、アシスト装置１００は、複数のワイヤ１１０のそれぞれに繋がれた複数のモータ１１４と、複数のワイヤ１１０それぞれに設けられた力センサ（ｆｏｒｃｅ ｓｅｎｓｏｒ）１１５と、複数のモータ１１４の動作を制御する制御部１２０とを備えている。また、アシスト装置１００は、モータ１１４等に電力を供給する電源２００を備えてもよい。電源２００は、例えば、一次電池又は二次電池等であってもよい。
上半身ベルト１１１は、ユーザ１の上半身に装着される。上半身ベルト１１１の例は、帯状の形状を有する。上半身ベルト１１１は、端部付近に、固定具を備える。固定具の例は、ベルクロ（登録商標）などの面ファスナ、フック、バックルなどの留め具、又は、テープ（ｈｏｏｋ ａｎｄ ｌｏｏｐ ｆａｓｔｅｎｅｒ、ｖｅｌｃｒｏ（登録商標） ｔａｐｅ）である。例えば、上半身ベルト１１１は、ユーザ１の腰部に巻回され、固定具により巻回された状態が維持されることにより、ユーザ１の腰に装着される。固定具の固定位置を調節することによって、巻回された上半身ベルト１１１の内径が変化する。これにより、上半身ベルト１１１の長さが調整できるため、腰部の周囲の長さが異なる様々なユーザ１が装着可能である。上半身ベルト１１１の材料の例は、非伸縮性の材料である。これにより、上半身ベルト１１１は、複数のワイヤ１１０により引っ張られても変形しにくい。ここで、「上半身」とは、ユーザの身体の肩から腰までの領域を含む。図１〜図５に示す上半身ベルト１１１は、ユーザ１の腰に装着される腰ベルトの構成を有しているが、ユーザ１の腰に加えて、又は、ユーザ１の腰とは別に、ユーザ１の肩及び／又は胸部等に装着される構成であってもよい。
なお、上半身ベルト１１１は、筒状の形状を有していてもよく、この場合、筒状の形状の周長はユーザ１の腰部の周囲の長さよりも長い。上半身ベルト１１１は、上半身ベルト１１１の長さを、ユーザ１の腰の周囲の長さに調整するための調整機構を有する。調整機構は、例えば、面ファスナであり、面ファスナのフック面を有する部位が筒状の外周に当該外周から分岐するように配置され、筒状の外周面に面ファスナのループ面が配置される構成により実現されてもよい。つまり、面ファスナの部分で上半身ベルト１１１が折り返され、折り返し量に応じて、上半身ベルト１１１が形成する筒の内径が変化する。
膝ベルト１１２ａは、ユーザ１の左脚における左膝近傍に装着され、膝ベルト１１２ｂは、ユーザ１の右脚における右膝近傍に装着される。膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂはそれぞれ、例えば、帯状の形状を有しており、端部付近に、固定具を備える。固定具の例は、ベルクロ（登録商標）などの面ファスナ、フック、バックルなどの留め具、又はテープである。膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂはそれぞれ、ユーザの大腿部、又は膝上に装着される。例えば、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、ユーザ１の大腿部等に巻回され、固定具により巻回された状態が維持されることにより、ユーザ１の大腿部等に装着される。固定具の固定位置を調節することによって、巻回された膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂの内径が変化する。これにより、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂの長さが調整できるため、脚の周囲の長さが異なる様々なユーザ１が装着可能である。膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、股関節に装着されなくてもよい。人間の大腿部は、膝から尻にかけて、次第に太くなるという特徴がある。そのため、大腿部の中でも膝上に膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂを装着することで、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、きつく締まっている場合、ワイヤ１１０から引っ張り力を受けてもその滑りが小さくなる。また、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂの材料の例は、非伸縮性の材料である。これにより、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、複数のワイヤ１１０により引っ張られても変形しにくい。ここで、膝ベルト１１２ａは、第１の膝ベルトの一例であり、膝ベルト１１２ｂは、第２の膝ベルトの一例である。本明細書において、「膝」とは、膝下から大腿部にわたる領域を含んでもよい。
なお、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、筒状の形状を有していてもよく、この場合、筒状の形状の周長はユーザの大腿部の周囲の長さよりも長い。膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂの長さを、ユーザ１の大腿部等の周囲の長さに調整するための調整機構を有する。調整機構は、例えば、面ファスナであり、面ファスナのフック面を有する部位が筒状の外周に当該外周から分岐するように配置され、筒状の外周面に面ファスナのループ面が配置される構成により実現されてもよい。つまり、面ファスナの部分で膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂがそれぞれ折り返され、折り返し量に応じて、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂが形成する筒の内径が変化する。
モータ１１４は、上半身ベルト１１１に固定されて配置されている。本実施の形態では、モータ１１４は、８つのモータ１１４ａ１〜１１４ａ８で構成されている。例えば、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８は、上半身ベルト１１１が備える中空の収容部１１１ａ１〜１１１ａ４内に収容されてもよい。収容部１１１ａ１〜１１１ａ４は、上半身ベルト１１１と一体化されていてもよく、上半身ベルト１１１に着脱可能であってもよい。図１〜図４に示すように、複数の収容部１１１ａ１〜１１１ａ４が設けられてもよい。図１〜図４の例では、収容部１１１ａ１、１１１ａ２、１１１ａ３及び１１１ａ４はそれぞれ、ユーザ１の前部、左側部、背部及び右側部に配置されている。モータ１１４ａ１及び１１４ａ８が、収容部１１１ａ１に収容され、モータ１１４ａ２及び１１４ａ３が、収容部１１１ａ２に収容され、モータ１１４ａ４及び１１４ａ５が、収容部１１１ａ３に収容され、モータ１１４ａ６及び１１４ａ７が、収容部１１１ａ４に収容されている。そして、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８は、上半身ベルト１１１と膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂとの間のワイヤ１１０の長さを変更し、ワイヤ１１０の張力を調節する。
本実施の形態では、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８はそれぞれ、ワイヤ１１０が巻き付けられるプーリと、プーリを回転させるための駆動軸と、駆動軸を回転駆動する電動モータとを備える。しかしながら、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８はそれぞれ、電動モータのみを備えてもよい。そして、上半身ベルト１１１がプーリ及び駆動軸を備えてもよい。この場合、電動モータの回転軸が、プーリの駆動軸と回転駆動力を伝達可能に接続される。なお、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８の代わりに、例えば、リニアアクチュエータ、又は空気圧式若しくは液圧式のピストン等の、上半身ベルト１１１と膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂとの間のワイヤ１１０の長さを調節できる装置が用いられてもよい。
本実施の形態では、ワイヤ１１０は、８本のワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８で構成されている。そして、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の長さを個別に調節するように、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８それぞれに、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８が接続されている。
ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ４それぞれの一方の端部は、左脚用の膝ベルト１１２ａに固定され、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ４それぞれの他方の端部は、モータ１１４ａ１〜１１４ａ４に接続されている。つまり、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ４のそれぞれは、左脚用の膝ベルト１１２ａとモータ１１４ａ１〜１１４ａ４との間を接続している。ワイヤ１１０ａ５〜１１０ａ８それぞれの一方の端部は、右脚用の膝ベルト１１２ｂに固定され、ワイヤ１１０ａ５〜１１０ａ８それぞれの他方の端部は、モータ１１４ａ５〜１１４ａ８に接続されている。つまり、ワイヤ１１０ａ５〜１１０ａ８のそれぞれは、右脚用の膝ベルト１１２ｂとモータ１１４ａ５〜１１４ａ８との間を接続している。本実施の形態では、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８はそれぞれ、プーリを正回転又は逆回転させることによって、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８それぞれをプーリに巻き付ける又は巻き戻す。上述のようなワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８は、上半身ベルト１１１によってユーザ１の腰に固定され、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂによってユーザの左右の大腿部等に固定される。なお、１つのモータ１１４ａ１〜１１４ａ８が、２つ以上のワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８を駆動するように構成されてもよい。
また、力センサ１１５は、８つの力センサ１１５ａ１〜１１５ａ８で構成されている。力センサ１１５ａ１〜１１５ａ８はそれぞれ、膝ベルト１１２ａ又は１１２ｂにおいて、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８それぞれに設けられる。力センサ１１５ａ１〜１１５ａ８は、上半身ベルト１１１に配置されてもよい。力センサ１１５ａ１〜１１５ａ８はそれぞれ、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の張力を検出し、制御部１２０に出力する。力センサ１１５ａ１〜１１５ａ８は、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の張力を検出できるものであればよく、例えば、ひずみゲージ式力センサ、圧電式力センサ等であってもよい。
また、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８は、金属製のワイヤであってもよく、非金属ワイヤであってもよい。非金属ワイヤの例は、繊維ワイヤ又は繊維ベルトである。繊維ワイヤ又は繊維ベルトの材料の例は、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、パラ型アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ＰＢＯ（ポリ−パラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ポリアリレート繊維又は炭素繊維等である。本実施の形態では、８つの連結ベルト１１１ｂ１〜１１１ｂ８が、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８それぞれに沿い且つ上半身ベルト１１１から膝ベルト１１２ａ又は１１２ｂにわたって延びるように設けられている。これに限定するものではないが、連結ベルト１１１ｂ１〜１１１ｂ８は、上半身ベルト１１１及び膝ベルト１１２ａ又は１１２ｂと一体化されており、これらと同様の材料で形成されている。例えば、上半身ベルト１１１、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂ、並びに、連結ベルト１１１ｂ１〜１１１ｂ８は、ユーザ１が装着する１つのアシスト機能付きのスーツを形成し得る。連結ベルト１１１ｂ１〜１１１ｂ８はそれぞれ、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８を内部に含み、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８を被覆している。連結ベルト１１１ｂ１〜１１１ｂ８をまとめて、連結ベルト１１１ｂと記載する場合もある。
図２〜図４及び図６を参照して、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の配置構成の詳細を説明する。ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２は、ユーザ１の前部で互いに交差する方向に延びるように配置され、具体的には、互いに交差して配置されている。ワイヤ１１０ａ３及び１１０ａ４は、ユーザ１の背部（後部とも呼ぶ）で互いに交差する方向に延びるように配置され、具体的には、互いに交差して配置されている。ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ６は、ユーザ１の背部で互いに交差する方向に延びるように配置され、具体的には、互いに交差して配置されている。ワイヤ１１０ａ７及び１１０ａ８は、ユーザ１の前部で互いに交差する方向に延びるように配置され、具体的には、互いに交差して配置されている。
なお、２つのワイヤが互いに交差する方向に延びるとは、２つのワイヤが延びる方向が交差することである。さらに、２つのワイヤの延びる方向が交差するとは、２つのワイヤが延びる方向が平行でないことであり、交点において交差していてもよく、交点を有さずに交差していなくてもよい。よって、２つのワイヤは、実際に、交点において交差していてもよく、交差していなくてもよい。このような互いに交差する方向に延びる２つのワイヤは、ユーザ１の外方からユーザ１を見たときに、図２〜図４に示すように交わっていてもよく、交わっていなくてもよい。当該２つのワイヤが交わっていない場合、後述するように、当該２つのワイヤは、例えば、Ｖ字状の形状を形成するように延びてもよく、互いから離れて延びてもよい。
ここで、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８に対して、ワイヤが取り付けられる左右の脚と、ワイヤの配置位置であるユーザ１の前部又は背部と、上半身ベルト１１１における当該脚のワイヤの左右の取り付け位置とを表すように名称を付け、各ワイヤを区別する。これらの名称では、「左右の脚−ユーザ１の前後＿上半身ベルトの左右取付位置」という順で位置に関する特徴を表している。例えば、名称「ＲＦ＿ｒｉｇｈｔ」の場合、右脚（Ｒｉｇｈｔ）のユーザ１の前部（Ｆｒｏｎｔ）のワイヤのうちの上半身ベルト上で右側（ｒｉｇｈｔ）に取り付けられているワイヤということを意味している。名称「ＬＲ＿ｌｅｆｔ」の場合、左脚（Ｌｅｆｔ）のユーザ１の背部（Ｒｅａｒ）のワイヤのうちの上半身ベルト上で左側（ｌｅｆｔ）に取り付けられているワイヤということを意味している。
このような要領によって、第一ワイヤ１１０ａ１は、「ＬＦ＿ｒｉｇｈｔ」とも呼ばれ、第二ワイヤ１１０ａ２は、「ＬＦ＿ｌｅｆｔ」とも呼ばれる。第三ワイヤ１１０ａ３は、「ＬＲ＿ｌｅｆｔ」とも呼ばれ、第四ワイヤ１１０ａ４は、「ＬＲ＿ｒｉｇｈｔ」とも呼ばれる。第五ワイヤ１１０ａ５は、「ＲＲ＿ｌｅｆｔ」とも呼ばれ、第六ワイヤ１１０ａ６は、「ＲＲ＿ｒｉｇｈｔ」とも呼ばれる。第七ワイヤ１１０ａ７は、「ＲＦ＿ｒｉｇｈｔ」とも呼ばれ、第八ワイヤ１１０ａ８は、「ＲＦ＿ｌｅｆｔ」とも呼ばれる。このように、ユーザ１の左右の脚それぞれに、２組のクロスした、つまり交差する方向に延びるワイヤが配置される。ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８を個別に引張することによって、左右の脚に様々な方向の力を付与することができる。上述のようなワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８とそれぞれの名称との関係は、下記の表１のようにまとめられる。
また、これに限定するものではないが、本実施の形態では、ユーザ１の背部から前部に向かって見たとき、第一ワイヤ１１０ａ１及び第四ワイヤ１１０ａ４は、左脚の膝ベルト１１２ａの左半分の領域と接続されており、第二ワイヤ１１０ａ２及び第三ワイヤ１１０ａ３は、膝ベルト１１２ａの右半分の領域と接続されている。同様に、ユーザ１の背部から前部に向かって見たとき、第六ワイヤ１１０ａ６及び第七ワイヤ１１０ａ７は、右脚の膝ベルト１１２ｂの左半分の領域と接続されており、第五ワイヤ１１０ａ５及び第八ワイヤ１１０ａ８は、膝ベルト１１２ｂの右半分の領域と接続されている。
膝ベルト１１２ａにおける左半分の領域及び右半分の領域はそれぞれ、ユーザ１の矢状面（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｐｌａｎｅ）に略平行且つ膝ベルト１１２ａを通る境界面に関して、左側の領域及び右側の領域としてもよい。同様に、膝ベルト１１２ｂにおける左半分の領域及び右半分の領域はそれぞれ、ユーザ１の矢状面に略平行且つ膝ベルト１１２ｂを通る境界面に関して、左側の領域及び右側の領域としてもよい。矢状面は、ユーザ１の身体の正中に対して平行に延び、身体を左右に分ける面である。
上記境界面は、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂの中央付近を通り、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂそれぞれにおける左半分の領域の面積と右半分の領域の面積とを同一にする面であってもよく、膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂの中央付近を通らない面であってもよい。例えば、後者の場合、境界面は、ユーザ１の脚が外旋又は内旋の動作する場合の中心軸を通る面であってもよい。脚の外旋及び内旋の動作の詳細は、後述する。
また、第一ワイヤ１１０ａ１及び第四ワイヤ１１０ａ４は、膝ベルト１１２ａから上方に且つユーザ１の右方に向かって延びる。具体的には、第一ワイヤ１１０ａ１及び第四ワイヤ１１０ａ４は、膝ベルト１１２ａから上方に向かって延びつつユーザ１の右方に向かって延び、例えば、膝ベルト１１２ａから右斜め上方に向かって延びる。第二ワイヤ１１０ａ２及び第三ワイヤ１１０ａ３は、膝ベルト１１２ａから上方に且つユーザ１の左方に向かって延びる。具体的には、第二ワイヤ１１０ａ２及び第三ワイヤ１１０ａ３は、膝ベルト１１２ａから上方に向かって延びつつユーザ１の左方に向かって延び、例えば、膝ベルト１１２ａから左斜め上方に向かって延びる。第五ワイヤ１１０ａ５及び第八ワイヤ１１０ａ８は、膝ベルト１１２ｂから上方に且つユーザ１の左方に向かって延びる。具体的には、第五ワイヤ１１０ａ５及び第八ワイヤ１１０ａ８は、膝ベルト１１２ｂから上方に向かって延びつつユーザ１の左方に向かって延び、例えば、膝ベルト１１２ｂから左斜め上方に向かって延びる。第六ワイヤ１１０ａ６及び第七ワイヤ１１０ａ７は、膝ベルト１１２ｂから上方に且つユーザ１の右方に向かって延びる。具体的には、第六ワイヤ１１０ａ６及び第七ワイヤ１１０ａ７は、膝ベルト１１２ｂから上方に向かって延びつつユーザ１の右方に向かって延び、例えば、膝ベルト１１２ｂから右斜め上方に向かって延びる。
本実施の形態では、互いに交差する方向に延びる２つのワイヤのペアに関して、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２がＸ字状に交差し、第三ワイヤ１１０ａ３及び第四ワイヤ１１０ａ４がＸ字状に交差し、第五ワイヤ１１０ａ５及び第六ワイヤ１１０ａ６がＸ字状に交差し、第七ワイヤ１１０ａ７及び第八ワイヤ１１０ａ８がＸ字状に交差する。しかしながら、ワイヤの配置構成は、これに限定されない。
図７に示すように、例えば、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２が、Ｖ字状に配置されてもよい。この場合、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２は、膝ベルト１１２ａから上方に、末広がりのテーパ形状を形成し得る。さらに、膝ベルト１１２ａ上において、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２は、図７に示すように互いに接近していてもよく、図８示すように互いから離れていてもよい。他のワイヤのペアについても同様である。なお、図７及び図８は、図６のアシスト装置１００におけるワイヤ１１０の配置の変形例を示す図である。
又は、図９に示すように、例えば、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２が、Ｖ字形状を上下反対にした形状に配置されてもよい。この場合、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２は、膝ベルト１１２ａから上方に、先細のテーパ形状を形成し得る。さらに、上半身ベルト１１１上において、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２は、図９に示すように互いに接近していてもよく、図１０に示すように互いから離れていてもよい。他のワイヤのペアについても同様である。なお、図９及び図１０は、図６のアシスト装置１００におけるワイヤ１１０の配置の変形例を示す図である。
図２〜図４では、上半身ベルト１１１上において、第一ワイヤ１１０ａ１及び第八ワイヤ１１０ａ８の巻き取り部分、つまりプーリが、収容部１１１ａ１に集められ、第二ワイヤ１１０ａ２及び第三ワイヤ１１０ａ３の巻き取り部分が、収容部１１１ａ２に集められ、第四ワイヤ１１０ａ４及び第五ワイヤ１１０ａ５の巻き取り部分が、収容部１１１ａ３に集められ、第六ワイヤ１１０ａ６及び第七ワイヤ１１０ａ７の巻き取り部分が、収容部１１１ａ４に集められている。つまり、収容部１１１ａ１〜１１１ａ４それぞれから延びる２つのワイヤは、Ｖ字形状を上下反対にした形状を形成する。
しかしながら、上半身ベルト１１１上でのワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の配置は、上記配置に限定されない。例えば、第一ワイヤ１１０ａ１及び第八ワイヤ１１０ａ８の間、第二ワイヤ１１０ａ２及び第三ワイヤ１１０ａ３の間、第四ワイヤ１１０ａ４及び第五ワイヤ１１０ａ５の間、並びに、第六ワイヤ１１０ａ６及び第七ワイヤ１１０ａ７の間において、２つのワイヤの巻き取り部分は、当該２つのワイヤが交差しないように離れて配置されてもよく、当該２つのワイヤがＸ字状に交差するように配置されてもよい。
また、上半身ベルト１１１並びに膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８が引っ張ることによりワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８に付与する張力を、ユーザ１の左右の脚に伝達する。このような上半身ベルト１１１並びに膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂは、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８に張力が発生した場合に、張力を効果的に伝達するために、変形しないような剛性を有し、伸長しないような伸縮性を有してもよい。上半身ベルト１１１並びに膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂを形成する材料の一例は、非伸縮性の材料である。このような上半身ベルト１１１並びに膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂが、緩みなくユーザ１に装着されユーザ１の身体にフィットしていると、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８の駆動力は、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８を介してユーザ１の脚に効率的に伝達し、ユーザ１の脚の動作を効果的にアシストする。
上述のようなアシスト装置１００において、例えば、モータ１１４ａ１及び１１４ａ２が駆動されて、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２の長さが短くされることで、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２に作用する張力が大きくなる。その結果、アシスト装置１００は、膝と踵との距離を短くする方向に、ユーザ１の脚に力を作用させ、歩行時のユーザ１の足首の動きをアシストする、つまり補助及び誘導することができる。なお、本明細書において、アシストするとは、所定の方向にユーザが動作するために、ユーザの動作自体を補助することと、所定の方向への動作をユーザの身体に強いて身体の動きを誘導することとを含む。
また、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２に対してそれぞれ、独立したモータ１１４ａ１及び１１４ａ２が、張力を発生させる。例えば、第一ワイヤ１１０ａ１及び第二ワイヤ１１０ａ２の張力を異なる値に設定することで、アシスト装置１００は、ユーザ１の踵の左右の傾きに関するモーメント力を発生させることができ、ユーザ１の歩行時の足首の動きをアシストできる。
次いで、図５を参照して、アシスト装置１００の制御部１２０及びその周辺の構成を説明する。図５に示すように、アシスト装置１００は、制御部１２０に加え、ユーザ１が進む目的地の位置情報を取得する目的地取得部１３０と、ユーザ１の現在の位置情報を取得する現在地取得部１４０と、記憶部１５０と、位置情報検出部１６０とを有している。
（記憶部１５０）
記憶部１５０は、情報を格納することができ、且つ、格納した情報の取り出しを可能にする。記憶部１５０は、半導体メモリ又はハードディスク等であってもよい。
（位置情報検出部１６０）
位置情報検出部１６０は、アシスト装置１００を装着したユーザ１の位置に関する情報を検出する。ユーザ１の位置に関する情報の例は、ユーザ１の位置、及び位置を特定するための情報を含む。ユーザ１の位置の例は、地図等の地球を基準とする座標に基づく位置、特定のエリア内で設定された座標に基づく位置、及び基準点に対する相対的な位置等を含む。位置を特定するための情報の例は、ユーザ１の向き、進行方向、直線速度、角速度、及び加速度等を含む。上述のような位置を特定するための情報を用いることによって、ユーザ１の移動方向及び移動距離が算出可能であり、それにより、ユーザ１の位置の特定が可能である。
位置情報検出部１６０は、検出結果を、制御部１２０及び現在地取得部１４０に出力する。位置情報検出部１６０は、検出結果をそのまま出力してもよく、検出結果に基づき、ユーザ１の現在位置を算出し、算出した現在位置を出力してもよい。例えば、位置情報検出部１６０は、加速度センサ及びジャイロセンサ（角速度センサとも呼ばれる）を含んでもよい。加速度センサは、一軸加速センサ、二軸加速度センサ及び三軸加速度センサのいずれであってもよい。加速度センサ及びジャイロセンサの計測結果から、ユーザ１の移動方向及び移動距離の検出が可能である。また、位置情報検出部１６０は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信器及び／又は地磁気センサを含んでもよい。ＧＰＳ受信器及び地磁気センサそれぞれの計測結果から、ユーザ１の現在位置の検出が可能である。これに限定するものではないが、本実施の形態では、加速度センサ、ジャイロセンサ、ＧＰＳ受信器及び地磁気センサ等は、上半身ベルト１１１に配置される。
（制御部１２０）
制御部１２０は、アシスト装置１００全体の動作を制御する。制御部１２０は、歩行方向決定部１２１と、駆動制御部１２２と、歩行タイミング検出部１２３とを、構成要素として有する。制御部１２０の構成要素、目的地取得部１３０及び現在地取得部１４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などからなるコンピュータシステム（図示せず）により構成されてもよい。制御部１２０の構成要素、目的地取得部１３０及び現在地取得部１４０の一部又は全部の機能は、ＣＰＵがＲＡＭを作業用のメモリとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、制御部１２０の構成要素、目的地取得部１３０及び現在地取得部１４０の一部又は全部の機能は、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。プログラムは、アプリケーションとして、インターネット等の通信網を介した通信、モバイル通信規格による通信、その他の無線ネットワーク、有線ネットワーク、又は放送等で提供されるものであってもよい。
制御部１２０、目的地取得部１３０及び現在地取得部１４０は、個別に、コンピュータシステム又はハードウェア回路を構成してもよく、これらの少なくとも２つが一緒に、１つのコンピュータシステム又はハードウェア回路を構成してもよい。制御部１２０、目的地取得部１３０及び現在地取得部１４０が構成するコンピュータシステム又はハードウェア回路は、例えば、上半身ベルト１１１に搭載され、モータ１１４と共に収容部１１１ａ１〜１１１ａ４内に収容されてもよく、別の場所で、上半身ベルト１１１に埋め込まれてもよい。
（目的地取得部１３０）
目的地取得部１３０は、ユーザ１の目的地の情報を取得する。目的地の情報の例は、目的地の位置、及び目的地の位置を特定するための情報を含む。目的地の位置の例は、地図上で決定される目的地の位置、並びに、現在位置から目的地までの距離及び方角等を含む。目的地の位置を特定するための情報の例は、目的地の住所、目的地に位置する施設の名称、及び目的地の場所の地名を含む。目的地の位置を特定するための情報と地図情報等とを用いることによって、目的地の位置が特定可能である。
目的地取得部１３０は、アシスト装置１００に設けられた入力装置、又は、アシスト装置１００の外部の端末装置５００から、ユーザ１等により入力された目的地の情報を取得する。端末装置５００は、アシスト装置１００を装着するユーザ１が携帯する端末装置であってよく、例えば、スマートフォン、スマートウオッチ、タブレット又はパーソナルコンピュータであってもよい。目的地取得部１３０は、取得した目的地の情報から、目的地の位置を特定して決定し、目的地の位置情報を制御部１２０に出力する。上述したように、目的地の情報は、目的地の位置を含んでいてもよく、目的地の位置を特定するための情報を含んでいてもよい。後者の場合、目的地取得部１３０は、地図情報等を参照し、目的地の位置を特定するための情報に基づき、目的地の位置を特定してもよい。地図情報は、例えば、記憶部１５０に格納されていてもよいし、アシスト装置１００の外部から取得されてもよい。
アシスト装置１００の入力装置は、ボタン、スイッチ、キー、タッチパッド又は音声認識装置のマイク等であってもよい。目的地取得部１３０は、アシスト装置１００の入力装置と有線通信してもよく無線通信してもよい。目的地取得部１３０は、端末装置５００と有線通信してもよく無線通信してもよい。上記無線通信には、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）等の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が適用されてもよく、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線通信が適用されてもよい。このような目的地取得部１３０は、有線又は無線の通信回路を備えてもよく、アシスト装置１００が備える有線又は無線の通信回路を通じて、有線通信又は無線通信を行ってもよい。
例えば、目的地取得部１３０が、アシスト装置１００の入力装置から目的地の情報を取得する場合、当該入力装置は、アシスト装置１００に設けられた目的地設定ボタン及び音声認識装置のマイクで構成されてもよい。そして、目的地取得部１３０が、音声認識装置を構成してもよく、制御部１２０が、音声認識装置を構成してもよい。このような場合、ユーザ１等が目的地設定ボタンを押すことで、アシスト装置１００では「音声認識モード」となる。そして、ユーザ１等が目的地の名称を発声することで、目的地取得部１３０等が音声情報から目的地を特定し、目的地を設定してもよい。これにより、目的地を設定する際に、ユーザ１等は、アシスト装置１００以外のものを取り出す必要がなくなり、簡易に目的地を設定することができるようになる。また、例えば、当該入力装置は、アシスト装置１００に設けられた特定位置ボタンを備えてもよい。特定位置ボタンに関して、ユーザ１の自宅又はユーザ１等が設定した施設等の毎度決まって訪れる場所の位置情報が、記憶部１５０等に登録されてもよい。この場合、ユーザ１等が特定位置ボタンを押すことで、目的地取得部１３０は、登録された場所を目的地に決定する。これにより、ユーザ１等は、簡易に目的地を設定でき、さらに、ユーザ１が頻繁に訪れる場所、例えば、自宅等を目的地として簡易に選択することができる。
なお、本実施の形態において、目的地取得部１３０は、ユーザ１又はユーザ１以外の他者であるユーザ１等が入力した目的地の情報を取得し、目的地を決定していたが、これに限定されない。例えば、目的地取得部１３０は、目的地を常に一地点に設定していてもよい。この場合、現在地取得部１４０が、取得するユーザ１の現在位置の情報に基づき、ユーザ１が目的地から所定の距離を離れたことを認識すると、この認識情報を目的地取得部１３０に出力する。そして、目的地取得部１３０は、起動し、設定されている目的地の位置情報を制御部１２０へ出力してもよい。例えば、認知症患者がアシスト装置１００のユーザである場合、アシスト装置１００を装着した認知症患者自身が徘徊し、目的地から所定の距離を超えた場所に移動すると、アシスト装置１００は、認知症患者が入所している施設等の目的地に認知症患者を誘導する。これにより、認知症患者の行方不明等が防がれ得る。
（現在地取得部１４０）
現在地取得部１４０は、アシスト装置１００を装着しているユーザ１の現在地を取得し、制御部１２０に出力する。さらに、現在地取得部１４０は、取得した現在地つまり現在位置と、目的地取得部１３０が特定した目的地の位置情報とから、現在地から目的地までの経路情報を算出し、制御部１２０に出力してもよい。現在地取得部１４０は、位置情報検出部１６０からユーザ１の現在位置の情報を取得する、又は、アシスト装置１００を装着するユーザ１が携帯する端末装置５００から、ユーザ１の現在位置の情報を取得する。現在地取得部１４０は、取得した現在位置の情報がユーザ１の現在位置である場合、当該情報をそのまま使用してもよい。現在地取得部１４０は、取得した現在位置の情報がユーザ１の現在位置を特定するための情報である場合、当該情報に基づきユーザ１の現在位置を算出してもよい。
現在地取得部１４０は、端末装置５００から現在位置の情報を取得する場合、端末装置５００が備え得るＧＰＳ受信器、地磁気センサ、加速度センサ及びジャイロセンサ等の計測結果を用いて、ユーザ１の現在位置の情報を取得してもよい。現在地取得部１４０は、端末装置５００と有線通信してもよく無線通信してもよい。無線通信は、目的地取得部１３０に関して上述した無線通信が適用されてもよい。このような現在地取得部１４０は、有線又は無線の通信回路を備えてもよく、アシスト装置１００が備える有線又は無線の通信回路を通じて、有線通信又は無線通信を行ってもよい。
本実施の形態において、現在地取得部１４０は、位置情報検出部１６０又は端末装置５００のＧＰＳ受信器を用いて、ユーザ１の現在位置の情報を常に取得するが、これに限ったものではない。例えば、現在地取得部１４０は、ＧＰＳ受信器から取得した現在位置の情報と、加速度センサ及びジャイロセンサの検知結果とを併用して、ユーザ１の現在位置の情報を取得してもよい。例えば、現在地取得部１４０は、ユーザ１による所定の動作が起こるたびに、ＧＰＳ受信器で現在位置の情報を取得してもよい。それ以外の場合は、現在地取得部１４０は、加速度センサ及びジャイロセンサの検知結果を用いて、ユーザ１の移動方向及び移動量を検出してもよい。さらに、現在地取得部１４０は、検出した移動方向及び移動量をＧＰＳ受信器から取得した位置情報に随時加算することで、ユーザ１の現在位置を算出してもよい。
アシスト装置１００は、ユーザ１が交差点などで方向転換を行う動作等もアシストするため、ユーザ１が一歩進行する毎の細かい精度で、ユーザ１の現在位置、移動量及び移動方向を取得する必要がある。上述のように、アシスト装置１００は、ＧＰＳ受信器からの現在位置の情報だけを用いるのでなく、ユーザ１の実際の動きから算出した移動量及び移動方向をＧＰＳ受信器の位置情報に加算して得られるユーザ１の現在位置を用いる。これにより、アシスト装置１００は、ユーザ１が方向転換する際の移動方向及び移動量を高い精度で認識し、その認識結果をユーザ１へのアシストに対応させることができる。つまり、アシスト装置１００は、同じ経路を進む場合であっても、個々のユーザに応じたアシストの違いを調整すること等も可能にする。また、現在地取得部１４０がＧＰＳ受信器を介して現在位置の情報を取得するタイミングは、例えば、アシスト装置１００を装着しているユーザ１が立ち止まる毎、又は、５分間毎等の所定の時間間隔としてもよい。
（制御部１２０）
制御部１２０は、アシスト装置１００の全体を制御する。制御部１２０は、目的地取得部１３０及び現在地取得部１４０と、互いに情報を送受信できる。例えば、制御部１２０は、目的地取得部１３０から取得する目的地の位置情報と、現在地取得部１４０から取得するユーザ１の現在位置及び／又は経路の情報とに基づき、各ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８に与える動作を決定し、ユーザ１の股関節のアシストを制御する。各ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８に与える動作は、各ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８へ張力を付与するタイミング、張力の大きさ及び張力の付与期間を含むワイヤの動作パターンである。
制御部１２０の歩行方向決定部１２１は、目的地までの経路に応じて、ユーザ１を誘導する方向である歩行方向を決定する。なお、歩行方向決定部１２１は、目的地の位置情報とユーザ１の現在位置とに基づき、ユーザ１の経路を決定してもよい。制御部１２０の歩行タイミング検出部１２３は、ユーザ１にアシストを行うタイミングを決定するために、歩行のタイミングを検出する。歩行のタイミングは、歩行中におけるユーザ１にアシストを開始するタイミング、並びに、１歩の中での立脚期及び遊脚期などの相（フェーズ）を決めるタイミングを含み得る。例えば、歩行方向決定部１２１は、交差点等の方向転換ポイントに対して現在位置が何歩前の位置であるかを算出し、歩行タイミング検出部１２３が検出する歩行のタイミングに基づき、ユーザ１にアシストを開始するタイミングを決定する。制御部１２０の駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１が決定した歩行方向と、歩行タイミング検出部１２３が検出した歩行のタイミングとから、上半身ベルト１１１に備え付けられたワイヤ１１０のモータ１１４の動作を制御する。各構成の詳細については、後述する。
（歩行方向決定部１２１）
歩行方向決定部１２１は、目的地取得部１３０から目的地の位置情報を取得し、現在地取得部１４０からユーザ１の現在位置を取得する。さらに、歩行方向決定部１２１は、記憶部１５０から目的地及び現在位置を含む地図情報を取得する。歩行方向決定部１２１は、目的地取得部１３０及び現在地取得部１４０と情報を送受信できる。歩行方向決定部１２１は、取得した目的地の位置情報及び現在位置と地図情報とを用いて、目的地までの経路を算出し、算出した経路におけるユーザ１の進行方向である歩行方向を決定する。そして、歩行方向決定部１２１は、決定した歩行方向の情報を駆動制御部１２２に出力する。
具体的には、歩行方向決定部１２１は、算出した経路上において、ユーザ１が方向転換を行う場所、例えば、交差点等を探し出し、その場所までの距離及び時間と、その場所における方向転換を行う角度である方向転換角度とを算出する。そして、歩行方向決定部１２１は、算出した距離、時間及び方向転換角度の情報を駆動制御部１２２に出力する。さらに、歩行方向決定部１２１は、方向転換を行う場所までの距離から、ユーザ１がその場所に到着するまでに要する歩数を予測し、予測した歩数の情報を上記の方向転換角度の情報と共に駆動制御部１２２に出力する。このような情報を取得することにより、駆動制御部１２２は、予定する方向転換を行うために必要なユーザ１へのアシストの量と、当該方向転換のためのアシストを開始するタイミングとを決定することができる。このようにして、アシスト量及びアシストタイミングを決定することで、駆動制御部１２２は、交差点等において、ワイヤ１１０を介したユーザ１に対して違和感のない歩行誘導を可能にする。なお、駆動制御部１２２の詳細は後述する。
（歩行タイミング検出部１２３）
歩行タイミング検出部１２３は、アシスト装置１００を装着するユーザ１の歩行周期を推定し、推定結果に基づき次の歩行フェーズを予測し、駆動制御部１２２に、予測した歩行フェーズに基づくアシストタイミングを出力する。歩行周期は、一方の脚のかかとが接地し、次に同じ脚のかかとが接地するまでの動作の時間の間隔又は連続動作である。歩行周期は、立脚期及び遊脚期からなる。
歩行タイミング検出部１２３は、位置情報検出部１６０又は端末装置５００の加速度センサのセンサ値、ジャイロセンサのセンサ値、又はユーザ１のかかと付近に設置された圧力センサのセンサ値に基づいて、ユーザ１のかかとが接地するタイミングを検出し、ユーザ１の１歩毎の歩行フェーズつまり歩行周期をリアルタイムで推定する。なお、ユーザ１の１歩とは、左右の脚のいずれかが１歩進むことである。例えば、ユーザ１の１歩は、左脚が接地してから次に左脚が接地するまでの期間である。そして、歩行タイミング検出部１２３は、推定した歩行周期に基づき、次の１歩における歩行フェーズ、立脚期及び遊脚期それぞれの開始時期及び継続時間を予測し、駆動制御部１２２に出力する。
ここで、歩行フェーズ（ｇａｔｅ ｐｈａｓｅ）は、ユーザ１が１歩進む過程における歩行状態の時間的なタイミングを表す。歩行フェーズでは、ユーザ１の一方の脚が地面に着地したときが０％とされ、且つ、次にユーザ１の同じ脚が地面に着地したときが１００％とされる。そして、歩行フェーズは、ユーザ１の歩行状態のタイミングを０％〜１００％で表す。例えば、歩行フェーズの０％〜１００％の値は、ユーザ１の一方の脚が地面に着地したときから次にユーザ１の同じ脚が地面に着地するときまでの経過時間に対応させてもよい。具体的には、ユーザ１の一方の脚が地面に着地したときから、次にユーザ１の同じ脚が地面に着地したときまでの時間が１ｓｅｃ（秒）の場合、ユーザ１の脚が地面に着地したときから０．５ｓｅｃ経過した時刻における歩行フェーズは、５０％と表される。
より具体的には、歩行タイミング検出部１２３は、加速度センサの情報に基づいて、ユーザ１の脚が地面に着地した時点を決定する。加速度センサに基づく脚の着地時点の推定方法は、例えば、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＢＩＯＭＥＤＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ，ＶＯＬ．５２，ＮＯ．３，２００５年，ｐ．４８８，Ｆｉｇ．１，ｐ．４８９，Ｆｉｇ．２を参照されたい。センサの他の例は、角度センサ（傾斜センサとも呼ばれる）である。例えば、ユーザ１の大腿部に角度センサを取り付け、歩行タイミング検出部１２３は、ユーザ１の股関節の角度を歩行情報として取得する。歩行タイミング検出部１２３は、ユーザ１の股関節の角度変化の周期に基づいて、歩行フェーズを算出する。
なお、歩行タイミング検出部１２３は、加速度センサ及びジャイロセンサのセンサ値に基づいて歩行周期を推定する場合、加速度センサ及びジャイロセンサの信号波形から、歩行周期を推定してもよい。また、歩行タイミング検出部１２３は、ユーザ１のかかと付近の圧力センサのセンサ値に基づいて歩行周期を推定する場合、例えば、ユーザ１の靴底に取り付けられた圧力センサのセンサ値を用いてもよい。この場合、歩行タイミング検出部１２３は、圧力センサのセンサ値に対応する電圧値が所定の値以下になる時点をかかとの接地タイミングとして検出する。つまり、圧力センサにより所定値以上の圧力値が計測されている期間は、かかとが接地されていることを意味する。歩行タイミング検出部１２３は、上半身ベルト１１１等に配置された加速度センサ及びジャイロセンサに基づくタイミングよりも、靴そのものが接地したタイミングを取得することによって、より確実に歩行周期を推定することができる。
上記のセンサのいずれを使用する場合であっても、歩行タイミング検出部１２３は、例えば、ユーザ１の直近の３歩のセンサ値から、１歩毎の歩行フェーズの０％〜１００％の経過時間を推定し、３つの経過時間の平均値を算出してもよい。そして、歩行タイミング検出部１２３は、経過時間の平均値から次の１歩での歩行フェーズ１００％の時刻を予測してもよい。さらに、歩行タイミング検出部１２３は、センサの信号波形から、１歩毎の歩行フェーズにおける立脚期及び遊脚期の開始タイミングを推定し、３歩の間で開始タイミングの平均値を算出してもよい。そして、歩行タイミング検出部１２３は、平均値に基づき、次の１歩での立脚期及び遊脚期の開始タイミングを予測してもよい。
又は、歩行タイミング検出部１２３は、ユーザ１の直近の１歩のセンサ値から、１歩の歩行フェーズの０％〜１００％の経過時間を推定し、推定した経過時間に基づき、次の１歩での歩行フェーズ１００％の時刻を予測してもよい。さらに、歩行タイミング検出部１２３は、センサの信号波形から、１歩の歩行フェーズにおける立脚期及び遊脚期の開始タイミングを推定し、次の１歩での立脚期及び遊脚期の開始タイミングを予測してもよい。
（駆動制御部１２２）
駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１から取得する経路上におけるユーザ１の歩行方向の情報と、歩行タイミング検出部１２３から取得するユーザ１の予測された歩行フェーズの情報とを基に、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の張力を調節するモータ１１４ａ１〜１１４ａ８の制御を行う。駆動制御部１２２は、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８の起動及び停止、並びに、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８それぞれによるワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の引張量及び引張力を制御する。このとき、駆動制御部１２２は、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８の起動及び停止、並びに、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８の回転量及び回転トルクを制御する。
具体的には、駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１より、ユーザ１の現在地から目的地までの経路において、次の方向転換地点までの距離及び時間、並びに、方向転換地点における方向転換角度の情報を得る。
歩行方向決定部１２１は、現在地から方向転換地点までに要するユーザ１の歩数と距離との比率からなる係数Ｃａを算出し、方向転換地点での方向転換に要するユーザ１の歩数と方向転換角度との比率からなる係数Ｃｂを算出する。係数Ｃａは、（現在地から方向転換地点までにユーザ１が直進する距離）／（現在地から方向転換地点までにユーザ１が直進する歩数）で示される。係数Ｃｂは、（方向転換地点におけるユーザ１の方向転換角度）／（方向転換に要するユーザ１の歩数）で示される。方向転換地点におけるユーザ１の方向転換角度は、方向転換地点の前後の間でのユーザ１の進行方向の方向角の差異である。駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１から係数Ｃａ及びＣｂを取得する。
また、歩行タイミング検出部１２３は、ユーザ１の歩行中におけるかかとの接地タイミングを推定し、ユーザ１の次のかかと接地からその次のかかと接地までの時間を予測する。そして、駆動制御部１２２は、歩行タイミング検出部１２３の予測結果を取得する。
駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１及び歩行タイミング検出部１２３から取得した情報に基づき、ユーザ１に行うアシストの種類を決定する。アシストの種類には、後述する屈曲、伸展、外転、内転、外旋及び内旋のような、ユーザ１に対してアシストする脚の動作が含まれる。さらに、駆動制御部１２２は、アシストの種類に応じて、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の中から、ユーザ１への動作のアシストを行うために引っ張るべきワイヤと、当該ワイヤに与える張力と、当該ワイヤを引っ張るタイミングとを決定する。なお、アシストの種類の決定は、歩行方向決定部１２１が行ってもよい。
歩行方向決定部１２１及び歩行タイミング検出部１２３から取得される情報とアシストの種類との関係であるアシスト対応関係は、予め設定され、例えば、記憶部１５０に格納されている。引っ張られるワイヤと、ワイヤの張力と、ワイヤを引っ張るタイミングとの関係であるワイヤ−張力関係は、アシストの種類に応じて予め設定され、例えば、記憶部１５０に格納されている。また、ワイヤ−張力関係は、アシスト装置１００のアシストでの制御実績に基づき、更新されてもよい。駆動制御部１２２は、記憶部１５０に格納されたアシスト対応関係及びワイヤ−張力関係の情報に基づき、ユーザ１に行うアシストの種類を決定し、決定したアシストの種類に対応するワイヤの制御を決定する。
また、駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１及び歩行タイミング検出部１２３から取得した情報、年齢、性別、体格及び体力等のユーザ１の情報、並びに脚へのアシストの介入程度等に基づき、ワイヤ−張力関係を変更して用いてもよい。ワイヤ−張力関係の詳細は、後述する。また、駆動制御部１２２は、決定したワイヤに与える張力及び引っ張るタイミングに応じて、当該ワイヤに繋がれたモータ１１４ａ１〜１１４ａ８の制御を行う。
［２．アシスト装置の動作］
［２−１．アシスト装置の概略的な動作］
次に、実施の形態に係るアシスト装置１００の概略的な動作を説明する。まず、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して、アシスト装置１００が、アシスト装置１００を装着するユーザを出発地から目的地に歩行誘導する例を説明する。なお、図１１Ａは、アシスト装置１００を装着したユーザが、アシスト装置１００によって誘導を受ける進行方向の例を示す図である。図１１Ａに示すように、本例では、ユーザは、例えば、（Ｉ）右方向、（ＩＩ）直進方向、及び（ＩＩＩ）左方向の３つの誘導パターンを用いた進行の誘導を受ける。また、図１１Ｂは、ユーザの出発地から目的地までの経路の例を示す図である。図１１Ｂには、経路上においてユーザがアシスト装置１００から受ける誘導パターンが示されている。ユーザは、経路上の現在位置に応じて、図１１Ａに示すような３つの誘導パターンのいずれかを用いた誘導を、アシスト装置１００から受ける。（Ｉ）右方向又は（ＩＩＩ）左方向の誘導パターンでは、アシスト装置１００は、ユーザの進行方向を右向き又は左向きに曲げるように、ユーザを右又は左に旋回させるアシスト力を、ワイヤ１１０を介してユーザに与える。（ＩＩ）直進方向の誘導パターンでは、アシスト装置１００は、ユーザに直進方向に歩行動作させるアシスト力をワイヤ１１０を介して与えてもよく、アシスト力を与えずに、ユーザに自律的に歩行させてもよい。後者の場合、アシスト装置１００は、ユーザの進行方向が直進方向から逸脱した場合に、方向修正のためのアシスト力を付与してもよい。このように、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０を介したアシスト力による物理的な歩行誘導をユーザに与える。なお、アシスト力は、所定の動作をする際のユーザの身体の動きを補助する力であってもよく、所定の動作をすることをユーザの身体に半強制的又は強制的に強いる力であってもよい。
上述の歩行誘導の際、例えば、アシスト装置１００の歩行方向決定部１２１は、目的地取得部１３０から目的地の位置情報を取得し、現在地取得部１４０から出発地の位置情報つまりユーザの現在位置を取得する。また、歩行方向決定部１２１は、記憶部１５０から出発地から目的地までにわたる地図を取得する。歩行方向決定部１２１は、出発地の位置情報と目的地の位置情報と地図とを用いて、出発地から目的地までの経路を算出する。さらに、歩行方向決定部１２１は、経路上においてユーザに適用する誘導パターン（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）を決定する。
歩行誘導において、例えば、図１１Ｂに示すように、地図が交差点の情報を含む場合、経路上にある交差点で、ユーザに方向転換させる必要がある。このとき、アシスト装置１００は、ユーザが交差点に進入するよりも前から、（Ｉ）右方向又は（ＩＩＩ）左方向の所望の方向にユーザを方向転換させる、つまり旋回させるアシスト力の付与を開始する。そして、アシスト装置１００は、ユーザが交差点を曲がり終えるまで、アシスト力を変化させつつ付与を継続する。旋回中にユーザに付与するアシスト力の詳細は後述する。よって、アシスト装置１００は、出発地であるユーザの現在位置に基づき、経路上に設定した誘導パターンを選択し、選択した誘導パターンに従ってユーザの進行方向を物理的に誘導する。
［２−２．アシスト装置の処理の流れ］
次いで、図１２を参照して、上述のようなアシスト装置１００が行う経路の決定から経路に沿った歩行誘導までの処理の流れを説明する。図１２は、実施の形態に係るアシスト装置１００がユーザの歩行方向を誘導する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ００１）
目的地取得部１３０は、アシスト装置１００を装着したユーザを誘導する目的地の情報を取得し、制御部１２０の歩行方向決定部１２１に目的地の位置情報を出力する。目的地取得部１３０は、アシスト装置１００に設けられた入力装置、又はユーザが携帯する端末装置５００へのユーザ等による入力を介して、目的地の情報を取得する。
（ステップＳ００２）
歩行方向決定部１２１は、現在地取得部１４０から、アシスト装置１００の現在地情報、つまり、ユーザの現在位置を取得する。現在地取得部１４０は、アシスト装置１００の位置情報検出部１６０、又は、端末装置５００からユーザの現在位置を取得する。
（ステップＳ００３）
歩行方向決定部１２１は、目的地の位置情報と、ユーザの現在位置と、記憶部１５０に格納された目的地及び現在位置周辺の地図とから、現在位置から目的地までの経路を算出し、さらに、算出した経路におけるユーザの歩行方向の情報を決定する。歩行方向の情報は、経路上においてユーザが方向転換を行う場所までの距離及び時間、並びに、方向転換場所における方向転換角度等を含む。そして、歩行方向決定部１２１は、歩行方向の情報と、アシストモードＯＮの信号とを、制御部１２０の駆動制御部１２２に出力する。アシストモードＯＮの信号は、アシスト装置１００がユーザの歩行をアシストする制御を実行する状態であることを示す信号である。アシストモードＯＦＦの信号は、アシスト装置１００がユーザの歩行をアシストする制御を実行しない状態であることを示す信号である。
（ステップＳ００４）
駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１からアシストモードＯＮの信号を受けとると、モータ１１４を制御して、ワイヤ１１０に張力を付与する。具体的には、駆動制御部１２２は、歩行タイミング検出部１２３が予測する歩行フェーズにおけるアシストタイミング情報を、歩行タイミング検出部１２３から受け取る。アシストタイミング情報は、歩行フェーズにおける立脚期及び遊脚期等の歩行状態の時間的なタイミング情報を含む。駆動制御部１２２は、アシストタイミング情報と、歩行方向決定部１２１から受け取った歩行方向の情報とに基づき、ユーザを直進させるようにワイヤ１１０の張力を制御するアシスト制御信号を、モータ１１４に出力する。
（ステップＳ００５）
歩行方向決定部１２１は、現在位置からの目的地までの経路上に方向転換が必要な場所である方向転換ポイントがあるか否かを判定する。歩行方向決定部１２１は、方向転換ポイントがある場合（ステップＳ００５でＹｅｓ）、ステップＳ００６へ進み、方向転換ポイントが無い場合（ステップＳ００５でＮｏ）、ステップＳ００４に戻る。
（ステップＳ００６）
歩行方向決定部１２１は、ユーザの現在位置と経路情報とに基づき、次にユーザが到達する方向転換ポイントにおいて、ユーザが方向転換する、つまり、曲がる方向が左方向であるか否かを判定する。歩行方向決定部１２１は、曲がる方向が左方向である場合（ステップＳ００６でＹｅｓ）、ステップＳ００７へ進み、曲がる方向が右方向である場合（ステップＳ００６でＮｏ）、ステップＳ００８へ進む。
（ステップＳ００７）
歩行方向決定部１２１は、ステップＳ００３で決定した歩行方向の情報に基づき、左方向にユーザを誘導するための信号を、駆動制御部１２２に出力する。駆動制御部１２２は、受け取った信号にしたがって、モータ１１４を制御することによって、ユーザに左方向に方向転換させるようにワイヤ１１０の張力を制御する。なお、歩行方向の情報は、歩行転換ポイントにおいて、ユーザの左右の脚が１歩毎に行う動作に関する情報、つまり、左方向の方向誘導パターンの情報も含む。これにより、駆動制御部１２２は、ユーザの左右の脚の動作を１歩毎に制御する。
（ステップＳ００８）
歩行方向決定部１２１は、ステップＳ００３で決定した歩行方向の情報に基づき、右方向にユーザを誘導するための信号を、駆動制御部１２２に出力する。駆動制御部１２２は、受け取った信号にしたがって、モータ１１４を制御することによって、ユーザに右方向に方向転換させるようにワイヤ１１０の張力を制御する。なお、歩行方向の情報は、歩行転換ポイントにおいて、ユーザの左右の脚が１歩毎に行う動作に関する情報、つまり、右方向の方向誘導パターンの情報も含む。これにより、駆動制御部１２２は、ユーザの左右の脚の動作を１歩毎に制御する。
（ステップＳ００９）
ステップＳ００７及びステップＳ００８のそれぞれで、アシスト装置１００による方向転換ポイントでのユーザの方向転換の誘導が完了した後、歩行方向決定部１２１は、現在位置及び目的地の位置情報に基づき、ユーザが目的地に到達したか否かを判定する。歩行方向決定部１２１は、ユーザが目的地に到達していなければ（ステップＳ００９でＮｏ）、ステップＳ００４へ進み、ユーザが目的地に到達していれば（ステップＳ００９でＹｅｓ）、ユーザを目的地にまで誘導する処理を終了する。
［２−３．アシスト装置がアシストする基本的な動作］
次いで、アシスト装置１００がアシストする基本的な動作を説明する。具体的には、アシスト装置１００が、アシスト装置１００を装着するユーザに付与するアシスト力と、ユーザの動作との関係を説明する。アシスト装置１００は、８つのモータ１１４ａ１〜１１４ａ８を用いて８つのワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の張力を個別に変更することによって、アシスト装置１００を装着するユーザの左右の脚にアシスト力を与え、左右の脚に種々の動作をさせる。
例えば、図１３Ａ〜図１３Ｃには、アシスト装置１００がアシストするユーザの右脚の動作例が示されている。なお、図１３Ａ〜図１３Ｃは、アシスト装置１００が遊脚期の右脚にアシスト力を与える例を示しているが、アシスト装置１００は、立脚期の右脚にアシスト力を与えてもよい。また、アシスト装置１００は、ユーザの左脚に対しても、右脚と同様の動作をさせることができる。
アシスト装置１００は、図１３Ａに示すように、ユーザの右脚股関節に対して、屈曲及び伸展させるアシスト力を付与することができる。また、アシスト装置１００は、図１３Ｂに示すように、ユーザの右脚股関節に対して、外転及び内転させるアシスト力を付与することができる。また、アシスト装置１００は、図１３Ｃに示すように、ユーザの右脚股関節に対して、外旋及び内旋させるアシスト力を付与することができる。屈曲及び伸展のアシスト力は、ユーザの直進方向の歩行をアシストすることができ、これにより、ユーザのエネルギー代謝を下げるという効果をもたらす。外転、内転、外旋及び内旋のアシスト力は、ユーザの方向転換をアシストすることができる。
なお、股関節の屈曲は、大腿部を前方向に動かす動きであり、股関節の伸展は、大腿部を後方向に動かす動きである。外転は、大腿部をユーザの体幹の中心から左右方向の外側（右脚であれば右側、左脚であれば左側）に動かす動きであり、脚を開くように股関節を基点に脚を回動させる動作である。内転は、大腿部をユーザの体幹の中心に向かって左右方向の内側（右脚であれば左側、左脚であれば右側）に動かす動きであり、脚を閉じるように股関節を基点に脚を回動させる動作である。外旋は、大腿部をユーザの外側（右脚であれば右回転方向、左脚であれば左回転方向）に回転させる動きであり、足のつま先を外側に向けるように股関節を中心に大腿部を外向きに回転させる動作である。内旋は、大腿部をユーザの内側（右脚であれば左回転方向、左脚であれば右回転方向）に回転させる動きであり、足のつま先を内側に向けるように股関節を中心に大腿部を内向きに回転させる動作である。このように、アシスト装置１００は、３自由度６方向の動作を誘導することができるアシスト力を、左右の脚に付与することができる。
さらに、図１４Ａ〜図１９Ｂを参照して、アシスト装置１００が誘導するつまりアシストするユーザの動作と、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８を介してユーザに与えられるアシスト力との関係を説明する。
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、アシスト装置１００がユーザの左脚及び右脚の股関節の屈曲をアシストするケースが示されている。図１４Ａでは、駆動制御部１２２は、左脚を屈曲させるために、モータ１１４ａ１及び１１４ａ２を駆動し、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２の張力を増加させる。図１４Ｂでは、駆動制御部１２２は、右脚を屈曲させるために、モータ１１４ａ７及び１１４ａ８を駆動し、ワイヤ１１０ａ７及び１１０ａ８の張力を増加させる。本実施の形態では、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２の張力は同等とされ、ワイヤ１１０ａ７及び１１０ａ８の張力は同等とされるが、互いに異なっていてもよい。駆動制御部１２２は、ワイヤの張力の制御を、力センサ１１５ａ１〜１１５ａ８の検出結果に基づき、行ってもよく、モータ１１４ａ１〜１１４ａ８の駆動量に基づき、行ってもよい。
これに限定するものではないが、本実施の形態では、屈曲前の平常時にも、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８それぞれに張力がかけられており、その張力は、ワイヤがたるまない程度、例えば、１０Ｎ（ニュートン）以下、より好ましくは、５Ｎ以下である。そして、左脚及び右脚を屈曲させるために、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２の張力、並びに、ワイヤ１１０ａ７及び１１０ａ８の張力がそれぞれ、例えば、４０Ｎ以上１００Ｎ以下の値に引き上げられる。左脚を例に説明する。健康的な２０歳代〜４０歳代の成人男性であるユーザに対して、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２に４０Ｎ以上の張力を作用させる。このとき、ユーザは、左脚に屈曲方向の力が作用し、且つ左脚の屈曲が促されていることを明確に自覚することができる。ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２に８０Ｎ超の張力が作用すると、ユーザの左脚は、屈曲方向に持ち上げられる。また、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２に作用する張力が、２０Ｎ以下である場合、ユーザは、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ２の張力による抵抗をほとんど感じずに現状の動作を継続する。なお、上記の張力の数値は、一例であり、ユーザの年齢、性別、体格、体力、脚の動作の種類、脚へのアシストの介入程度等に応じて、適宜変更され得る。
図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すると、アシスト装置１００がユーザの左脚及び右脚の股関節の伸展をアシストするケースが示されている。図１５Ａでは、駆動制御部１２２は、左脚に伸展させるために、ワイヤ１１０ａ３及び１１０ａ４の張力を増加する。図１５Ｂでは、駆動制御部１２２は、右脚に伸展させるために、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ６の張力を増加する。この伸展時のワイヤの張力は、屈曲時のワイヤの張力と同様であってもよい。
図１６Ａ及び図１６Ｂに、アシスト装置１００がユーザの左脚及び右脚の股関節の外転をアシストするケースが示されている。図１６Ａでは、駆動制御部１２２は、左脚に外転させるために、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ３の張力を増加する。図１６Ｂでは、駆動制御部１２２は、右脚に外転させるために、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ７の張力を増加する。この外転時のワイヤの張力は、屈曲時又は伸展時のワイヤの張力と同様であってもよい。
図１７Ａ及び図１７Ｂに、アシスト装置１００がユーザの左脚及び右脚の股関節の内転をアシストするケースが示されている。図１７Ａでは、駆動制御部１２２は、左脚を内転させるために、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ４の張力を増加する。図１７Ｂでは、駆動制御部１２２は、右脚を内転させるために、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ８の張力を増加する。この内転時のワイヤの張力は、屈曲時、伸展時又は外転時のワイヤの張力と同様であってもよい。
図１８Ａ及び図１８Ｂに、アシスト装置１００がユーザの左脚及び右脚の股関節の外旋をアシストするケースが示されている。図１８Ａでは、駆動制御部１２２は、左脚を外旋させるために、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力を増加する。図１８Ｂでは、駆動制御部１２２は、右脚を外旋させるために、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を増加する。この外旋時のワイヤの張力は、屈曲時、伸展時、外転時又は内転時のワイヤの張力と同様であってもよい。
図１９Ａ及び図１９Ｂに、アシスト装置１００がユーザの左脚及び右脚の股関節の内旋をアシストするケースが示されている。図１９Ａでは、駆動制御部１２２は、左脚を内旋させるために、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３の張力を増加する。図１９Ｂでは、駆動制御部１２２は、右脚を内旋させるために、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を増加する。この内旋時のワイヤの張力は、屈曲時、伸展時、外転時、内転時又は外旋時のワイヤの張力と同様であってもよい。
上述のような各脚へのアシスト動作とワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８の張力との関係は、下記の表２のようにまとめられる。
上述では、駆動制御部１２２は、１つの脚の動作をアシストするために、２つのワイヤの張力を増加させた。このとき、駆動制御部１２２は、他の６つのワイヤの張力を現状に維持するように、ユーザの動作に合わせてモータ１１４を制御しワイヤの張力を調整してもよく、６つのワイヤに張力が作用しないように、６つワイヤのモータ１１４を停止してもよい。
また、上述の例では、駆動制御部１２２は、１つの脚の動作をアシストするために選択した２つのワイヤの張力を、同等としたが、これに限ったものではない。例えば、外転、内転、外旋及び内旋の動作のアシスト時、駆動制御部１２２は、脚の前部に位置するワイヤの張力をよりも、脚の後部に位置するワイヤの張力を小さくしてもよい。このように脚が回動又は旋回する場合、脚の前部と後部とでは、アシスト力の作用ラインと股関節の回転軸との距離である股関節のモーメントアームが異なる。このため、脚の前部のワイヤ及び後部のワイヤに同等の張力を与えると、想定しているトルクが脚に出力されないことがある。また、筋肉又は贅肉のつきかたなどにより脚及び腰の形状に個人差もあるため、個人に応じて、前部のワイヤ及び後部のワイヤの張力のバランスを調整してもよい。
上述のようなアシスト装置１００は、ユーザの歩行中、ユーザが立脚期及び遊脚期に生じるトルクに合わせて、屈曲及び伸展方向のアシスト力であるアシストトルクをメインに、ユーザに付与し、ユーザの歩行動作をアシストすることができる。さらに、アシスト装置１００は、ユーザの歩行方向を誘導する場合、外転、内転、外旋又は内旋方向のアシストトルクをユーザに付与し、それにより、ユーザを所望の方向に誘導することを可能にする。
［２−４．アシスト装置の歩行方向誘導動作］
アシスト装置１００におけるユーザの歩行方向の誘導動作の詳細を説明する。図２０Ａ及び図２０Ｂを参照すると、アシスト装置１００が、交差点においてユーザが直角に曲がるように歩行方向を誘導する例が示されている。図２０Ａでは、ユーザの現在位置である計測地点から曲がるべき交差点までの間の距離及びユーザの歩数の例が示されている。アシスト装置１００の歩行方向決定部１２１は、計測地点の位置と経路情報とから、計測地点から交差点までの距離を算出し、算出した距離から当該交差点までに要する歩数を算出する。本例では、計測地点から交差点までの距離は、６ｍであり、計測地点から交差点までの歩数は、６歩である。また、歩行方向決定部１２１は、経路情報から、交差点でユーザが右方向に９０度で曲がる必要があることを決定する。
そして、歩行方向決定部１２１は、図２０Ｂに示すように、直進方向のアシスト、右方向のアシスト及び直進方向のアシストを順次実施することを決定し、駆動制御部１２２に出力する。具体的には、歩行方向決定部１２１は、各アシストについて、タイミング、期間、アシストの程度等を、１歩毎に決定する。例えば、ユーザが左右の脚で１歩ずつ進む間に４５度曲がるようにアシストする場合、歩行方向決定部１２１は、左右の脚で２歩ずつ、計４歩で交差点を曲がれるように、例えば、交差点の２歩分手前の位置を右方向のアシスト開始タイミングに決定する。駆動制御部１２２は、歩行方向決定部１２１が決定した右方向のアシスト開始タイミングと、歩行タイミング検出部１２３が検出する歩行のタイミングとから、ワイヤ１１０の張力を制御し、ユーザに右方向に曲がるアシスト力を付与する。こうすることで、ユーザは、交差点に差し掛かる前の２歩と交差点通過後の２歩とで、９０度曲がることが可能である。
なお、歩数と距離との関係については、ユーザが直進歩行を行っている際に、例えば、上半身ベルト１１１に配置された位置情報検出部１６０の加速度センサが検知する進行方向の加速度に基づき、歩行方向決定部１２１が算出してもよい。具体的には、歩行方向決定部１２１は、進行方向の加速度波形からユーザの１歩毎の時間を検出する。さらに、歩行方向決定部１２１は、対象とする歩数に対応する時間と、進行方向の加速度の変化とから、当該時間におけるユーザの移動距離を算出してもよい。又は、歩行方向決定部１２１は、ＧＰＳ受信器から当該時間におけるユーザの移動距離を取得してもよい。歩行方向決定部１２１は、同一時間内の歩数及び移動距離に基づき、ユーザの歩数と距離との関係を算出する。例えば、図２１に示すように、ユーザによって、歩数と距離との関係は異なる。このため、歩行方向決定部１２１は、上述したような方法により、直進歩行中に算出を行う。なお、図２１は、アシスト装置１００を用いた場合の複数のユーザにおける歩数と距離との関係の例を示す図である。また、歩行方向決定部１２１は、ユーザが直進歩行中であるか否かを、位置情報検出部１６０の加速度センサ及びジャイロセンサの計測結果から判定してもよく、ＧＰＳ受信器の計測結果から判定してもよい。
また、歩数と方向転換角度との関係についても、歩数と距離との関係と同様である。例えば、歩行方向決定部１２１は、ユーザが曲がる動作を開始するタイミング及び終了するタイミングを、位置情報検出部１６０の加速度センサ及びジャイロセンサ、又は、ＧＰＳ受信器の計測結果から判定する。さらに、歩行方向決定部１２１は、加速度センサ及びジャイロセンサ、又は、ＧＰＳ受信器の計測結果から、ユーザが方向転換した角度も算出する。さらにまた、歩行方向決定部１２１は、加速度センサの加速度波形から、ユーザが方向転換するのに要した歩数を算出する。そして、歩行方向決定部１２１は、歩数と方向転換角度との関係を対応づける。上述の関係付けは、アシスト装置１００によるアシストがある状態での計測結果から求められてもよく、アシスト装置１００によるアシストがない状態での計測結果から求められてもよい。
ユーザに応じて、１歩で曲がることができる方向転換角度には差がある。このため、例えば、歩数に対する方向転換角度が小さい、例えば、２歩で１０度しか曲がることができないユーザの場合、歩行方向決定部１２１は、９０度曲がるために、交差点の９歩手前からアシストを開始するように決定してもよい。又は、現在地から交差点までに９歩分の距離が取れない場合、歩行方向決定部１２１は、ワイヤ１１０の張力つまりアシスト力を強めて、１歩でユーザが方向転換する角度を大きくすることもできる。
次に、図２２Ａ及び図２２Ｂを参照すると、アシスト装置１００が、曲がり角においてユーザが複数回にわたって曲がることで直角に方向転換するように歩行方向を誘導する例が示されている。図２２Ａでは、ユーザは、図２０Ａと同様に右方向に直角な方向に向かって曲がるが、１つの曲がり動作での方向転換角度が小さい。図２２Ａに示すように、例えば、ユーザが、最終的には９０度曲がるが、４５度の方向転換を行ったあと、再度４５度の方向転換する場合、アシスト装置１００は、図２０Ａの例よりも方向転換地点に近い開始地点で、右方向のアシストを開始する。又は、アシスト装置１００は、アシストするためにワイヤ１１０に付与する張力を、図２０Ａの例よりも低く抑える。これにより、ユーザは自然に方向を転換することができる。
そして、図２２Ａに示すような経路に沿ってユーザが進行するようにアシストする場合、アシスト装置１００は、図２２Ｂに示すように、直進方向のアシスト、右方向のアシスト、直進方向のアシスト、右方向のアシスト及び直進方向のアシストを順次実施する。例えば、ユーザが左右の脚で１歩ずつ進む間に４５度曲がるようにアシストする場合、アシスト装置１００は、１つめの方向転換地点の１歩前から右方向のアシストを開始し、その後、再度直進方向のアシストを行った後、再度次の方向転換地点の１歩前から右方向のアシストを開始する。これにより、アシスト装置１００は、最終的に、ユーザを９０度曲がるようにアシストする。
なお、上述の例では、アシスト装置１００は、歩数と曲がることができる角度との関係のユーザによる違いから、アシスト開始タイミングを前後に調整し、それにより、様々なユーザの方向転換を可能にしたが、これに限ったものではない。アシスト装置１００は、ユーザに応じてアシスト開始タイミングを変えず、アシストのためにワイヤ１１０に付与する張力を変えてもよい。
例えば、図２３Ａ及び図２３Ｂを参照すると、アシスト装置１００が、互いの間の距離が短い２つの曲がり角を含む経路に沿って、ユーザの歩行方向を誘導する例が示されている。図２３Ａに示すように、目的地までの経路において、９０度の方向転換の後、すぐに、例えば、２歩から４歩の距離で、９０度の方向転換がある場合、アシスト装置１００が、アシスト開始タイミングを早くしても、ユーザが２つめの方向転換を行うことができない可能性がある。
例えば、アシスト装置１００がアシストする場合、ユーザは通常、片脚の１歩で、約５〜３０度の方向転換角度で曲がることができる。この場合、２つめの方向転換を行うためのユーザの歩数が不足する場合がある。また、図２３Ａでは、図２３Ｂに示すように、ユーザは、右方向のアシストを受けた後、すぐに左方向のアシストを受けることになる。ユーザには、右方向にアシストを受けた直後、右方向にアシストされている感覚が残り、ユーザは、このような感覚を有したまま、左方向のアシストを受けることになる。このような場合、ユーザは、自身の感覚に混乱を生じ、左方向のアシストに対応できない場合がある。このため、アシスト装置１００は、アシストにおけるワイヤ１１０の張力を通常よりも大きくすることで、ユーザの１歩における方向転換角度を大きくしてもよい。これにより、アシスト装置１００は、経路に沿ってユーザの歩行方向を誘導する。
しかしながら、アシスト装置１００は、ユーザの１歩における方向転換角度を大きくしても、ユーザが曲がりきれないと判定する場合、経路を変更してもよい。例えば、歩行方向決定部１２１は、上記の判定を行い、その結果、図２４Ａ及び図２４Ｂに示す例のように、方向転換の回数を減らし、方向転換地点までの距離を大きくするように経路を再度設定してもよい。この例では、アシスト装置１００は、図２４Ｂに示すように、直進方向のアシスト、右方向のアシスト及び直進方向のアシストを順次行う。なお、方向転換の回数を減らすことによって、アシスト装置１００のエネルギー消費量が低減するという効果も得られる。
［２−５．アシスト装置の方向転換アシスト動作の詳細］
さらに、アシスト装置１００がユーザの方向転換をアシストする動作の詳細を説明する。具体的には、ユーザの方向転換の際、アシスト装置１００が張力を増加させるワイヤ１１０と、当該ワイヤ１１０の張力を増加させるタイミングとの関係を説明する。上述したように、アシスト装置１００の駆動制御部１２２は、アシストの種類に応じたワイヤ−張力関係に基づき、張力を増加させるワイヤ１１０と、当該ワイヤ１１０の引張力と、当該ワイヤ１１０の張力を増加させるタイミングとを決定し、ユーザの動作をアシストする。以下で説明する動作は、このワイヤ−張力関係に基づく動作の例である。
［２−５−１．方向転換アシストの第一のパターンの動作］
まず、アシスト装置１００がユーザの方向転換をアシストする動作の第一のパターンの動作を説明する。図２５には、第一のパターンの動作に関して、ユーザを左方向に方向転換させる場合のアシスト装置１００におけるワイヤ１１０の張力を増加させるタイミングと、張力が増加されるワイヤ１１０との組み合わせ例が示されている。図２５には、ユーザの各状態及びその位置が上面図及び側面図で示されている。さらに、図２５には、張力が増加されるワイヤが示されている。さらにまた、図２５では、ユーザの左右の脚の状態と、上記ワイヤの張力の状態つまりワイヤ張力の入力プロフィールと、歩行フェーズとが関係付けて示されている。ワイヤ張力の入力プロフィールは、各ワイヤに与えられる最大張力（張力ゲインとも呼ばれる）に対するワイヤ張力の割合を示す。例えば、各ワイヤの張力ゲインが１００Ｎである場合、実際に付与される張力は、入力プロフィール×張力ゲインで表される。そして、歩行フェーズ０〜１００％の間において、アシスト装置１００は、最大張力を１００Ｎとして、ワイヤ張力を変化させながら生み出す。
図２５には、ユーザを左方向に誘導するために、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８の張力が増加される例が示されている。つまり、アシスト装置１００は、左脚を外旋し、且つ右脚を内旋するためのアシストを行う。図２５において、左脚の歩行フェーズを基準とし、左脚の歩行フェーズにおいて、左脚のかかとの接地を０％とし、右脚のかかとの接地を５０％としている。つまり、これに限定するものではないが、本実施の形態では、左脚の歩行フェーズの０％は、右脚の歩行フェーズの５０％と同時期である。
左脚の歩行フェーズにおいて、左脚の立脚期は０％以上６０％以下の期間であり、遊脚期は６０％超１００％未満の期間である。また、右脚の歩行フェーズにおいて、右脚の遊脚期は６０％超１００％未満の期間であり、立脚期は１００％以上１６０％以下の期間である。言い換えると、左脚の歩行フェーズにおいて、右脚の遊脚期は１０％超５０％未満の期間であり、立脚期は５０％以上１１０％以下の期間である。
なお、右脚の歩行フェーズにおいて、右脚の遊脚期の６０％超１００％未満の期間は、第１の歩行フェーズに含まれ、立脚期の１００％以上１６０％以下の期間は、第１の歩行フェーズの次の第２の歩行フェーズに含まれる。つまり、１００％以上１６０％以下の期間は、第２の歩行フェーズの０％以上６０％以下の期間である。このように、以下の説明において、１００％以上の数値を用いて表す歩行フェーズは、０％〜１００％の数値を用いて表す歩行フェーズの次の歩行フェーズを意味する。
ユーザを左方向へと誘導する場合、アシスト装置１００は、右脚の歩行フェーズの１１５％付近のタイミングで、右脚に内旋のアシスト力を与える。上記タイミングは、ユーザの右足のかかとが接地した後、右足のつま先が接地するまでの区間に含まれるタイミングである。このタイミングは、右脚の立脚期に含まれる。このとき、アシスト装置１００により、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８に、同じタイミングで、第１の閾値以上の張力を加える。ここでのワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力の一例は、１００Ｎである。なお、第１の閾値は、ユーザが、ワイヤに発生した張力により、左方向に回転する移動のための脚の動作が促されていると認知できるような張力であってもよく、例えば、１００Ｎの４０％である４０Ｎである。
さらに、アシスト装置１００は、左脚の歩行フェーズが１００％になる直前の期間に、左脚に対して外旋のアシスト力を加える。１００％になる直前の期間の例は、６５％から９０％の期間に含まれるいずれかのタイミングである。このとき、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４に、同じタイミングで、例えば１００Ｎの張力を加える。アシスト装置１００は、左脚の遊脚期において、左脚にアシスト力を加える。
具体的には、アシスト装置１００は、右脚の歩行フェーズの１１５％以上１４０％以下の期間の全体において、右脚の内旋をアシストするために、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を連続的に増加し、右脚のその他のワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を増加しない。なお、歩行フェーズの１１５％以上１４０％以下の期間は、歩行フェーズを０〜１００％を用いて表す場合、１５％以上４０％以下の期間である。
さらに、アシスト装置１００は、左脚の歩行フェーズの６５％以上９０％以下の期間の全体において、左脚の外旋をアシストするために、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力を連続的に増加し、左脚のその他のワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３の張力を増加しない。図２５において、各ワイヤの張力が増加される際の張力のプロフィールは、台形の波形を形成する。これは、急激な張力の増加及び急激な張力の減少がユーザに与える負荷を低減するためである。
右脚の歩行フェーズの１１５％は、左脚の歩行フェーズの６５％に相当する。よって、図２５の例では、アシスト装置１００は、ユーザを左方向へと誘導する場合、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８のそれぞれに対して、同じタイミングで第１の閾値以上の張力を発生させる。さらに、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ１、１１０ａ３、１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を、第１の閾値未満とする。
なお、同じタイミングとは、複数のタイミングが全く同じであるケースだけでなく、複数のタイミングに差異つまり時間差があるケースも含む。上記差異は、歩行フェーズの値で１０％未満であることが好ましく、５％以内であってもよい。例えば、差異が５％以内である場合の例は、複数のタイミングの歩行フェーズの値の平均値から±５％以内の歩行フェーズの値の範囲内に、全てのタイミングの歩行フェーズの値が含まれることである。
また、アシスト装置１００は、右脚の歩行フェーズの１１５％以上１４０％以下の期間、及び、左脚の歩行フェーズの６５％以上９０％以下の期間において、張力の増加を一時的に中断してもよい。このような場合、アシスト装置１００がユーザの脚に与える負荷が低減し、ユーザがアシスト装置１００の作用により感じる負担が低減する。
図２５に示すワイヤ張力の入力プロフィールは、駆動制御部１２２がモータ１１４に信号を出力してから、実際にワイヤ１１０に張力が発生するまでの時間の遅れを考慮して、所望の時点よりも、歩行フェーズで数％早めに、ワイヤ１１０の張力が立ち上がるように設定されている。例えば、右脚へのアシストに関して、右足のつま先が接地するタイミングは、右脚の歩行フェーズにおいて、実際には１２０％程度のタイミングである。しかしながら、ワイヤ１１０の張力の出力の遅れを考慮して、約５％程度早いタイミングでワイヤ１１０の張力が立ち上がるように、右脚に関するワイヤ張力の入力プロフィールが作成されている。また、左脚へのアシストに関して、左足のかかとが接地する直前に左脚の股関節が外旋するように、アシスト装置１００はアシストを行う。そこで、ワイヤの張力の出力の遅れを考慮し、アシストの終了が左脚の歩行フェーズでおおよそ１００％のタイミングになるように、左脚に関するワイヤ張力の入力プロフィールは、左脚の歩行フェーズの６５％以上９０％以下の期間で外旋を連続的にアシストするように作成されている。
図２６を参照すると、ユーザを右方向に方向転換させる場合のアシスト装置１００におけるワイヤ１１０の張力を増加させるタイミングと、張力が増加されるワイヤ１１０との組み合わせ例が、図２５と同様に示されている。図２６は、ユーザを右方向に誘導するために、ワイヤ１１０ａ１、１１０ａ３、１１０ａ５及び１１０ａ７の張力が増加される例である。つまり、アシスト装置１００は、左脚を内旋し、右脚を外旋するアシストを行う。図２６は、右脚の歩行フェーズを基準とし、右脚の歩行フェーズにおいて、右脚のかかとの接地を０％とし、左脚のかかとの接地を５０％としている。右脚の歩行フェーズにおいて、右脚の立脚期は０％以上６０％以下の期間であり、遊脚期は６０％超１００％未満の期間である。また、左脚の歩行フェーズにおいて、左脚の遊脚期は６０％超１００％未満の期間であり、左脚の立脚期は１００％以上１６０％以下の期間である。ユーザを右方向へと誘導する場合、アシスト装置１００は、左脚の歩行フェーズの１１５％付近のタイミングで、左脚に内旋のアシスト力を与える。上記タイミングは、ユーザの左足のかかとが接地した後、左足のつま先が接地するまでの区間に含まれるタイミングである。このとき、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３に、同じタイミングで、例えば１００Ｎの張力を加える。
さらに、アシスト装置１００は、右脚の歩行フェーズが１００％になる直前の期間に、例えば、６５％から９０％の期間に含まれるいずれかのタイミングで、右脚に対して外旋のアシスト力を加える。このとき、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７に、同じタイミングで、例えば１００Ｎの張力を加える。
具体的には、アシスト装置１００は、左脚の歩行フェーズの１１５％以上１４０％以下の期間の全体において、左脚の内旋をアシストするために、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３の張力を連続的に増加し、左脚のその他のワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力を増加しない。なお、歩行フェーズの１１５％以上１４０％以下の期間は、歩行フェーズを０〜１００％を用いて表す場合、１５％以上４０％以下の期間である。
さらに、アシスト装置１００は、右脚の歩行フェーズの６５％以上９０％以下の期間の全体において、右脚の外旋をアシストするために、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を連続的に増加し、右脚のその他のワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を増加しない。これに限定するものではないが、本実施の形態では、図２６における左脚及び右脚に関するワイヤ張力の入力プロフィールは、図２５における左脚及び右脚に関するワイヤ張力の入力プロフィールを左右で入れ替えたものと同等である。図２６におけるワイヤ張力の入力プロフィールも、図２５の場合と同様に、アシスト装置１００における張力の出力の遅れを考慮して、作成されている。
左脚の歩行フェーズの１１５％は、右脚の歩行フェーズの６５％に相当する。よって、図２６の例では、アシスト装置１００は、ユーザを右方向へと誘導する場合、ワイヤ１１０ａ１、１１０ａ３、１１０ａ５及び１１０ａ７のそれぞれに対して、同じタイミングで第１の閾値以上の張力を発生させる。さらに、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を、第１の閾値未満とする。
なお、本実施の形態において、方向転換のアシストを行う際のワイヤ１１０の張力はどのワイヤであっても１００Ｎとしたが、これに限ったものではない。ユーザによって、股関節のモーメントアーム及び脚の長さが異なるため、同じワイヤ１１０に同じ張力を与えた場合でも、股関節が受けるアシストトルクがユーザによって異なる。なお、アシストトルクは、ワイヤ張力×モーメントアームで求められる。したがって、ユーザに応じて異なる張力をワイヤ１１０に与えてもよい。痩せているユーザよりも太っているユーザの方が、股関節のモーメントアームが大きくなる。このため、例えば、腹囲１００ｃｍ以上のような太ったユーザの場合、張力を６０Ｎとし、腹囲７０ｃｍ以下のような痩せたユーザの場合、張力を１２０Ｎとしてもよい。これにより、太ったユーザ及び痩せたユーザが受けるアシストトルクが同等になり得る。
また、ユーザの脚の長さに応じて、張力を変更してもよい。例えば、上半身ベルト１１１並びに膝ベルト１１２ａ及び１１２ｂがユーザの身体の同じ部位に取り付けられた場合、ユーザの脚の長さ、具体的には大腿部の長さが短くなるほど、ユーザの冠状面におけるワイヤ１１０の傾きが大きくなる。このため、ワイヤ１１０に同じ張力を与えた場合でも、大腿部の長さが短い程、外旋及び内旋の方向であるねじり方向のアシストトルクが大きくなる。よって、脚が長いユーザに対して、外旋及び内旋でのワイヤ１１０の張力を大きくすることによって、脚が長いユーザも脚が短いユーザと同等のアシストを受けることができる。また、屈曲及び伸展方向のアシストでは、脚が長いユーザの方が、ワイヤ１１０の張力の縦方向つまり上下方向の力成分を大きく受けるため、脚が長いユーザに対するワイヤ１１０の張力を小さくしてもよい。このように、ユーザ毎の体型及び脚の長さに応じて、ワイヤ張力を調整することで、ユーザに無理のないアシストトルクを与えることが可能となる。
また、内旋及び外旋の各アシストにおいて、ユーザの脚の前後におけるワイヤ張力を同じとしたが、これに限ったものではない。例えば、脚の前側に配置されているワイヤの張力を、脚の後側に配置されているワイヤの張力よりも大きくしてもよい。後側のワイヤはユーザの臀部を経由するため、ユーザの後側のモーメントアームは、前側と比較して大きくなり、これにより、ユーザの後側で股関節に作用するアシストトルクは、ユーザの前側よりも大きくなる。したがって、前側のワイヤの張力をより大きくすることで、アシスト装置１００は、方向誘導における内旋及び外旋のアシストを、ユーザの前後でバランスよく行うことができる。
なお、図２５及び図２６では、ワイヤ張力の入力プロフィールの波形は、シンプルな四角形、具体的には台形としているが、これに限ったものではない。三角波又はガウシアン波形を用いて、入力プロフィールの波形を作成してもよい。例えば、矩形及び台形等の四角形の波形で入力プロフィールを作成した場合、ワイヤ張力の急な立ち上がり又は急な降下が起こることがある。このような張力変化は、ユーザに対してアシストの違和感を与える可能性がある。そこで、例えば、入力プロフィールの波形を三角波とした場合、最大張力までのワイヤ張力の立ち上がりを、徐々に変化する緩やかなものにしてもよい。これにより、アシスト装置１００は、ユーザの脚を慎重に回転させることができ、急なワイヤ張力の変化によるユーザの転倒等の危険性も減らすことができる。
また、実際のヒト歩行において、脚が生み出す屈曲及び伸展トルク、並びに、内旋及び外旋トルクは、なめらかに連続的に変化する。このため、入力プロフィールの波形は、ガウシアン波形が適用されてもよい。ガウシアン波形は、例えば、下記の式１に示されるようなガウス関数を用いて、複数のガウス関数を足し合わせる、つまり重ね合わせることで作成した波形であってもよい。このとき、複数のガウス関数の重ね合わせ方法のうち、実際のヒトの歩行時の脚のトルクの波形に最も近い重ね合わせ方法が見つけ出され、入力プロフィールの波形の生成に適用される。このような方法を見つけ出すことは、ガウスフィッティングとも呼ばれる。これにより、ヒトの歩行に近い形でアシストトルクを付与することができるため、より自然なアシストが可能になる。
具体的には、ガウス関数は、μ，σの変数（パラメータとも呼ぶ）のペアを持ち、これらの２つのパラメータによって、ガウス関数の波形が決まる。μにより、ガウス関数の波のピークを示す時間が決まり、σにより、ガウス関数の波の幅が決まる。よって、２つのパラメータの様々な組み合わせにより、様々なガウス関数が生成され得る。
ヒトの歩行時の脚に生じるトルクの振幅をガウス関数に乗じた関数は、横軸を時間（単位：秒）とし、縦軸をトルク（単位：Ｎｍ）とする波形を形成する。振幅の例は、ヒトの歩行時の脚の最大トルクであり、例えば２０Ｎｍ等である。そして、複数のガウス関数を重ね合わせて、実際のヒトの歩行時の脚のトルク及び時間の波形に最も近い重ね合わせ方法が見つけ出される。このとき、様々な２つのパラメータμ，σを有するｎ個のガウス関数ｆ１（ｘ），ｆ２（ｘ），・・・，ｆｎ（ｘ）を用いて、実際のヒトの歩行データに対してガウスフィッティングを行うことによって、ガウス関数が得られる。さらに、得られた複数のガウス関数を重ね合わせることによって、新たなガウス関数が得られる。この新たなガウス関数の２つのパラメータμ，σを調整することで、アシストの入力プロフィールを作成することができる。
また、各アシストにおけるワイヤ張力の入力プロフィールの付与期間は、各歩行フェーズを０〜１００％を用いて表す場合、各脚の立脚期では当該脚の歩行フェーズの１５％以上４０％以下の期間とし、各脚の遊脚期では当該脚の歩行フェーズの６５％以上９０％以下の期間としたが、これに限ったものではない。例えば、左方向への誘導時の左脚の外旋のアシスト、及び右方向への誘導時の右脚の外旋のアシストにおいて、前述した期間での入力プロフィールでは、ユーザによっては、遊脚期終了時に外旋状態の脚が元の状態に戻ってしまう場合ある。この場合、外旋のアシストが方向誘導へ与える影響力が小さくなる可能性がある。そのようなユーザに対しては、遊脚期における外旋のアシスト期間を長くして、例えば、かかとの接地後も外旋のアシストが続くようにしてもよい。こうすることで、ユーザは、必然的に足が外側に開いた状態で接地することになり、より方向転換を行いやすくなる。アシスト装置１００は、上記ユーザに対するアシストの実績から、アシスト期間の延長を判定してもよく、予め入力されたユーザの情報により、アシスト期間の延長を判定してもよい。
例えば、図２７を参照すると、ユーザを右方向に方向転換させる場合のアシスト装置１００におけるワイヤ１１０の張力を増加させるタイミングと、張力が増加されるワイヤ１１０との組み合わせの別例が、図２６と同様に示されている。図２７は、右脚の外旋のアシストが、かかとの接地後も行われる場合のワイヤ張力の入力プロフィールを示す。図２７の例では、アシスト装置１００は、右脚に外旋のアシスト力を与え、このとき、右脚の歩行フェーズにおいて、６５％以上１１０％以下の期間の全体において、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を連続的に増加する。これにより、ユーザは、遊脚期を超えて右脚の外旋のアシストを受け、右足が完全に接地するまで右脚の外旋状態を維持し、目的の方向に向けた状態で右足を着地させる。よって、方向転換誘導の効果が少ないユーザであっても、アシスト装置１００による方向転換誘導の効果が向上する。
［２−５−２．方向転換アシストの第二のパターンの動作］
アシスト装置１００がユーザの方向転換をアシストする動作の第二のパターンの動作を説明する。アシスト装置１００は、第二のパターンの動作では、第一のパターンの動作と同様に、左脚の遊脚期及び右脚の立脚期に左脚及び右脚にアシスト力を付与する、又は、左脚の立脚期及び右脚の遊脚期に左脚及び右脚にアシスト力を付与する。しかしながら、第二のパターンの動作では、アシスト装置１００は、第一のパターンの動作よりも長い期間、アシスト力を付与する。
図２８を参照すると、第二のパターンの動作に基づき、ユーザを左方向に方向転換させる場合のアシスト装置１００におけるワイヤ１１０の張力を増加させるタイミングと、張力が増加されるワイヤ１１０との組み合わせ例が、図２５と同様に示されている。アシスト装置１００は、ユーザを左方向に誘導するために、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を増加し、左脚を外旋し、右脚を内旋するアシストを行う。
ユーザを左方向へと誘導する際、アシスト装置１００は、同じタイミングで、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８それぞれに、第１の閾値以上の張力を加え、例えば１００Ｎの張力を加える。上記第１の閾値は、第一のパターンの動作の第１の閾値と同じである。張力を加えるタイミングは、図２８の例では、左脚の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、右脚の歩行フェーズの１１５％のタイミングである。なお、左脚の歩行フェーズの６５％は、右脚の歩行フェーズの１１５％に相当する。上記タイミングは、左脚の遊脚期及び右脚の立脚期に含まれ、ユーザの右足のかかとが接地してから、右足のつま先が接地するまでの間のタイミングでもある。上述のようにワイヤに張力を加えることによって、アシスト装置１００は、左脚に外旋のアシスト力を与え、右脚に内旋のアシスト力を与える。
アシスト装置１００は、左脚の歩行フェーズの６５％以上１２０％以下の期間の全体において、左脚に外旋のアシスト力を連続的に与える。同時に、アシスト装置１００は、右脚の歩行フェーズの１１５％以上１７０％以下の期間の全体において、右脚に内旋のアシスト力を連続的に与える。
なお、左脚の歩行フェーズの６５％以上１２０％以下の期間のうち、６５％以上１００％以下の期間は、１つの歩行フェーズ（第１の歩行フェーズと呼ぶ）に含まれ、１００％以上１２０％以下の期間は、第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズに含まれる。歩行フェーズを０〜１００％の値で表現する場合、左脚の歩行フェーズの６５％以上１２０％以下の期間は、第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間及び第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間である。右脚の歩行フェーズの１１５％以上１７０％以下の期間は、１５％以上７０％以下の期間である。
また、左脚への外旋のアシストにおいて、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力は、左脚の歩行フェーズの約６８％以上１１０％以下の期間の全体において、１００Ｎの最大値を連続的にとる。そして、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力は、左脚の歩行フェーズの１１０％超１２０％以下の期間全体にわたって、張力が付与される前の状態に向かって減少する。
また、右脚への内旋のアシストにおいて、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力は、右脚の歩行フェーズの約１１８％以上１６０％以下の期間の全体において、１００Ｎの最大値を連続的にとる。そして、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力は、右脚の歩行フェーズの１６０％超１７０％以下の期間全体にわたって、張力が付与される前の状態に向かって減少する。
よって、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８それぞれに対して、左脚の歩行フェーズの６５％及び右脚の歩行フェーズの１１５％において、同じタイミングで第１の閾値以上の張力を加える。さらに、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８それぞれに対して、左脚の歩行フェーズの１１０％及び右脚の歩行フェーズの１６０％において、同じタイミングで、加えている張力の減少を開始する。上記張力の減少は、第１の閾値以上の張力から第１の閾値未満の張力への減少であり、張力付与前の状態への減少である。
さらに、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８間において、張力付与の開始時の張力の増加勾配を同じとし、張力付与の終了時の張力の減少勾配を同じとしている。なお、張力の増加勾配は、歩行フェーズ当たりの張力の増加勾配であり、言い換えれば、歩行フェーズに対する張力の増加割合である。さらに言い換えれば、張力の増加勾配は、単位時間当たりの張力の増加量である。同様に、張力の減少勾配は、歩行フェーズ当たりの張力の減少勾配であり、言い換えれば、歩行フェーズに対する張力の減少割合である。さらに言い換えれば、張力の減少勾配は、単位時間当たりの張力の減少量である。
これにより、左脚でのワイヤ張力の入力プロフィールは、右脚でのワイヤ張力の入力プロフィールと同じである。このため、ユーザは、左右の脚に、バランスがとれた均等なアシスト力を感じつつ、アシスト装置１００からアシストを受ける。なお、アシスト装置１００は、第一のパターンの動作と同様に、ワイヤ１１０ａ１、１１０ａ３、１１０ａ５及び１１０ａ７に対して、その張力を増加しない。よって、ワイヤ１１０ａ１、１１０ａ３、１１０ａ５及び１１０ａ７の張力は、第１の閾値未満である。
なお、複数の張力の増加勾配又は減少勾配が同じであることは、複数の張力の増加勾配又は減少勾配が全く同じであるケースだけでなく、複数の張力の増加勾配又は減少勾配に差異があるケースも含む。上記差異は、勾配の値の１０％未満であることが好ましく、５％以内であってもよい。増加勾配の差異が５％以内である場合の例は、複数の増加勾配の値の平均値から±５％以内の勾配の値の範囲内に、全ての増加勾配の値が含まれることである。
また、アシスト装置１００が左脚に外旋のアシスト力を与える期間は、左脚の遊脚期だけでなく立脚期に至る。ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力は、立脚期においても最大値を維持した後に減少する。このため、アシスト装置１００は、左方向の方向転換の際の回転の内側に位置し且つ遊脚期にあるユーザの左足の足先を、方向転換の方向に容易に向けることができ、これにより、ユーザは、身体の進行方向を方向転換の方向へ容易に向けることができる。さらに、アシスト装置１００は、ユーザの左足のかかとの接地後も外旋のアシスト力を加えるため、ユーザは、左足を外側に開いた状態で接地する。よって、ユーザは、着地した左足の足先を、方向転換の方向に向けて維持することができるため、スムーズに方向転換することが可能になる。
また、アシスト装置１００が右脚に内旋のアシスト力を与える期間は、右脚の立脚期だけでなく遊脚期に至る。ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ６の張力は、立脚期の終了時まで最大値を維持し、遊脚期において減少する。このため、アシスト装置１００は、立脚期の終了時までにわたって、ユーザの右足の足先を内側に向けるようにアシストする。さらに、アシスト装置１００は、右足が地面から離れた後も、足先を内側に向けるようにアシストする。よって、ユーザは、立脚期から遊脚期にわたって、右足の足先を方向転換の方向に向けることができるため、スムーズに方向転換することが可能になる。なお、右脚の歩行フェーズが遊脚期に入ると、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ６の張力が減少するため、ユーザは、右足が地面から離れた後に右脚へのアシスト力が急に増加する感覚を受けることが抑えられる。例えば、右足が地面から離れた後もワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力が最大値を維持すると、ユーザは右脚へのアシスト力が増加した感覚を受け、違和感を持つ可能性がある。
また、図２８の例では、ワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８の張力の減少が開始するタイミングが同じであったが、異なっていてもよい。例えば、遊脚期終了時に外旋状態の脚が元の状態に戻りにくいユーザの場合、左脚のワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力を減少するタイミングを早めてもよい。例えば、遊脚期の終了時点を、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力の減少を開始するタイミングとしてもよい。
また、上述では、アシスト装置１００は、第二のパターンの動作によりユーザを左方向へ方向転換させたが、左方向と同様に、ユーザを右方向へ方向転換させることができる。例えば、第二のパターンの動作での右方向への方向転換に関連するワイヤ及びワイヤ張力の入力プロフィールは、図２９のように示すことができる。
この場合、アシスト装置１００は、左脚の歩行フェーズの１１５％及び右脚の歩行フェーズの６５％において、同じタイミングで、ワイヤ１１０ａ１、１１０ａ３、１１０ａ５及び１１０ａ７に第１の閾値以上の張力を加える。アシスト装置１００は、左脚の歩行フェーズの１１５％以上１７０％以下の期間の全体において、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３の張力を増加させて、左脚に内旋のアシスト力を連続的に与える。左脚への内旋のアシストにおいて、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３の張力は、左脚の歩行フェーズの約１１８％以上１６０％以下の期間の全体において、最大値を連続的にとる。
同時に、アシスト装置１００は、右脚の歩行フェーズの６５％以上１２０％以下の期間の全体において、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を増加させて、右脚に外旋のアシスト力を連続的に与える。右脚への外旋のアシストにおいて、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力は、右脚の歩行フェーズの約６８％以上１１０％以下の期間の全体において、最大値を連続的にとる。左脚の歩行フェーズの１１５％は、右脚の歩行フェーズの６５％に相当する。
よって、ユーザを右方向へ方向転換させる場合における左脚及び右脚のワイヤ張力の入力プロフィールは、ユーザを左方向へ方向転換させる場合における左脚及び右脚に関するワイヤ張力の入力プロフィールを左右で入れ替えたものと同等である。なお、張力が増加されないワイヤ１１０ａ２、１１０ａ４、１１０ａ６及び１１０ａ８の張力は、第１の閾値未満である。
［２−５−３．方向転換アシストの変形例］
アシスト装置１００は、ユーザの１つの方向転換を誘導する際、ユーザの左脚及び右脚のそれぞれに対して、内旋、外旋等の動作をアシストしていたが、これに限ったものではない。アシスト装置１００は、ユーザの１つの方向転換を誘導する際、ユーザの片脚をアシストしてもよい。例えば、内旋のアシストと外旋のアシストとの間で、ユーザが受ける効果の大きさが、ユーザによって異なる。このため、アシスト装置１００は、ユーザに応じて、より高いアシストの効果が見込める脚を選択してもよい。この場合、アシスト装置１００は、ユーザによる通知に基づき、より高いアシストの効果が見込める脚を選択してもよい。例えば、左方向への誘導の場合、ユーザが、左脚の外旋のアシストの方が右脚の内旋のアシストよりも効果があると感じた場合、ユーザは、アシスト装置１００の図示しない入力装置、又は、アシスト装置１００の外部の端末装置５００を用いて、「左脚の外旋のアシストの選択」を決定してもよい。つまり、ユーザが自身にとって効果が大きいと感じる方の脚を選択してもよい。
図３０Ａ及び図３０Ｂを参照すると、アシスト装置１００が、ユーザの片脚にアシスト力を付与して、ユーザを左方向に誘導する例が示されている。図３０Ａは、ユーザを左方向に方向転換させる場合にアシスト装置１００がワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力を増加させる例を示す。図３０Ｂは、ユーザを左方向に方向転換させる場合にアシスト装置１００がワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を増加させる例を示す。なお、本例は、第一のパターンの動作をベースとする。本例の場合、アシスト装置１００は、図３０Ａに示すように、左脚の遊脚期にワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力を増加する、又は、図３０Ｂに示すように、右脚の立脚期にワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を増加する。
また、図３１Ａ及び図３１Ｂを参照すると、アシスト装置１００が、ユーザの片脚にアシスト力を付与して、ユーザを右方向に誘導する例が示されている。図３１Ａは、ユーザを右方向に方向転換させる場合にアシスト装置１００がワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３の張力を増加させる例を示す。図３１Ｂは、ユーザを右方向に方向転換させる場合にアシスト装置１００がワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を増加させる例を示す。なお、本例も、第一のパターンの動作をベースとする。本例の場合、アシスト装置１００は、図３１Ａに示すように、左脚の立脚期にワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３の張力を増加する、又は、図３１Ｂに示すように、右脚の遊脚期にワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７の張力を増加する。
上述から、ユーザの方向転換を誘導する際、アシスト装置１００が張力を付与するワイヤの数量が、第一及び第二のパターンの動作と比較して半分になる。このため、アシスト装置１００の電力消費量が低減し、例えば、アシスト装置１００が備える一次電池又は二次電池等の電源２００の長時間の使用が可能となる。さらに、アシスト装置１００は、１つのワイヤに張力を付与することによって方向転換の誘導が可能であるユーザに対して、例えば、ユーザの前部のワイヤに張力を付与することによって、方向転換を誘導してもよい。一般的に、ユーザの前部のワイヤへの張力の付与は、ユーザの後部のワイヤへの張力の付与よりも、ユーザの方向転換の誘導に効果的である。１つのワイヤへの張力の付与により、電源２００のさらなる長時間の使用が可能となる。
なお、上述のように、アシスト装置１００は、張力を付与するワイヤの数量を減少しても、ユーザの方向転換を誘導することができるが、ユーザを所定の方向へ確実に誘導するためには、張力を付与するワイヤの数量が多くてもよい。つまり、アシスト装置１００は、ユーザの片脚をアシストするよりも、両脚をアシストすることによって、効果的なユーザの誘導を可能にする。
また、アシスト装置１００は、第一及び第二のパターンの動作によりユーザの方向転換を誘導する際、ユーザの左脚及び右脚に対して、内旋又は外旋するようにアシストしたが、これに限ったものではない。アシスト装置１００は、例えば、ユーザの左脚及び右脚に対して、内転又は外転するようにアシストしてもよい。
図３２Ａ及び図３２Ｂを参照すると、遊脚期の右脚を外転及び内転するアシスト力を受けたユーザの動作の例が示されている。図３２Ａに示すように、ユーザが、アシスト装置１００から遊脚期の右脚を外転するアシスト力、つまりトルクを受けると、ユーザの重心は、右方向、つまり、アシスト力を受ける右脚の方向に移動する。これにより、ユーザは、重心の移動方向である右方向へ方向転換するように誘導される。図３２Ｂに示すように、ユーザが、アシスト装置１００から遊脚期の右脚を内転するアシスト力を受けると、ユーザの重心は、左方向、つまり、アシスト力を受ける右脚と反対の方向に移動する。これにより、ユーザは、左方向へ方向転換するように誘導される。また、ユーザが、遊脚期の左脚に外転又は内転するアシスト力を受けた場合、上述の右脚の場合と逆方向に、つまり、左方向又は右方向に誘導される。
図３３Ａ及び図３３Ｂを参照すると、立脚期の左脚を外転及び内転するアシスト力を受けたユーザの動作の例が示されている。図３３Ａに示すように、ユーザが、アシスト装置１００から立脚期の左脚を外転するアシスト力を受けると、ユーザの重心は、右方向、つまり、アシスト力を受ける左脚と反対の方向に移動する。これにより、ユーザは、右方向へ方向転換するように誘導される。図３３Ｂに示すように、ユーザが、アシスト装置１００から立脚期の左脚を内転するアシスト力を受けると、ユーザの重心は、左方向、つまりアシスト力を受ける左脚の方向に移動する。これにより、ユーザは、左方向へ方向転換するように誘導される。また、ユーザが、立脚期の右脚に外転又は内転するアシスト力を受けた場合、上述の左脚の場合と逆方向に、つまり、左方向又は右方向に誘導される。
上述から、アシスト装置１００は、例えば、ユーザを右方向に方向転換するように誘導する場合、右脚に対して、遊脚期に外転のアシストを行い、立脚期には内転のアシストを行う。また、アシスト装置１００は、左脚に対して、遊脚期に内転のアシストを行い、立脚期には外転のアシストを行う。これにより、アシストを受けている間、ユーザの体の重心が常に右方向に移動するため、ユーザは、右方向へ方向転換するように誘導される。左方向への方向転換についても、ユーザの体の重心が常に左方向に移動するように、アシスト装置１００は、右脚に対して、遊脚期に内転のアシストを行い、立脚期には外転のアシストを行う。また、アシスト装置１００は、左脚に対して、遊脚期に外転のアシストを行い、立脚期には内転のアシストを行う。
例えば、図３４には、外転及び内転のアシストを用いてユーザを右方向に方向転換させる場合のアシスト装置１００におけるワイヤ１１０の張力を増加させるタイミングが示されている。図３４に示すように、アシスト装置１００は、右脚の立脚期にワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ８の張力を増加することで、ユーザの右脚に内転のアシスト力を与える。さらに、アシスト装置１００は、右脚の遊脚期にワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ７の張力を増加することで、ユーザの右脚に外転のアシスト力を与える。また、アシスト装置１００は、左脚の遊脚期にワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ４の張力を増加することで、ユーザの左脚に内転のアシスト力を与える。さらに、アシスト装置１００は、左脚の立脚期にワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ３の張力を増加することで、ユーザの左脚に外転のアシスト力を与える。これにより、ユーザの重心が右方向に移動する。図３４の例では、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ４と、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ８とは、同じタイミングで張力が与えられ、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ３と、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ７とは、同じタイミングで張力が与えられるが、異なっていてもよい。
なお、上述では、アシスト装置１００は、各脚に対して、立脚期及び遊脚期の間で、外転方向及び内転方向の互いに異なる方向にトルクをかけたが、これに限ったものではない。例えば、上述では、アシスト装置１００は、左脚及び右脚に対して、４種類のアシスト力、つまりアシストトルクを加えたが、４種類のアシストトルクの一部を加えてもよい。例えば、右方向への方向転換の誘導であれば、アシスト装置１００は、遊脚期の右脚を外転させるアシストトルクと、立脚期の左脚を外転させるアシストトルクとを加えてもよい。又は、アシスト装置１００は、遊脚期の右脚を外転させるアシストトルクと、遊脚期の左脚を内転させるアシストトルクとを加えてもよい。ユーザが４種類のアシストトルクを受ける場合、左脚及び右脚が一緒に外転又は内転のアシストトルクを受ける。これにより、ユーザが体感する信号が多くなるため、ユーザによっては、混乱を生み、逆効果となる可能性がある。したがって、アシスト装置１００は、特定のタイミング、又は、各脚において特定の期間にアシストトルクをかけてもよい。
また、第一及び第二のパターンの動作によるユーザの脚の外旋及び内旋をアシストするケースと、上述のユーザの脚の外転及び内転をアシストするケースとを組み合わせてもよい。この場合、アシスト装置１００は、脚の外旋及び内旋のためのワイヤ張力の入力プロフィールと、脚の外転及び内転のためのワイヤ張力の入力プロフィールとを足し合わせたワイヤ張力の入力プロフィールを用いてもよい。アシスト装置１００は、外旋及び内旋のアシストトルクを与えることにより、ユーザの足先の向きを変更し、外転及び内転のアシストトルクを与えることにより、ユーザの重心を移動させ、これにより、ユーザの方向転換の誘導を効果的にすることができる。
［３．実施例］
実施の形態に係るアシスト装置１００を用いて、ユーザの歩行方向を誘導した実施例の結果を、図３５〜図３８に示す。実施例１では、アシスト装置１００は、ユーザＡに対して、第一のパターンの動作により歩行方向を誘導した。実施例２では、アシスト装置１００は、ユーザＢに対して、第一のパターンの動作により歩行方向を誘導した。図３５及び図３６を参照すると、アシスト装置１００を用いて歩行方向の誘導を受けたユーザＡ及びＢそれぞれの歩行軌跡を上方から見た図が示されている。図３５は実施例１の結果を示し、図３６は実施例２の結果を示す。図３５及び図３６において、横軸のＸ方向位置は、ユーザＡ及びＢの進行方向である直進方向に沿う位置であり、縦軸のＹ方向位置は、当該直進方向に垂直な方向の位置である。アシスト装置１００を装着したユーザＡ及びＢは、目隠しをした状態でＸ方向の正方向へ歩き、その歩行過程においてアシスト装置１００を用いた歩行方向の誘導を受けた。図３５及び図３６では、Ｘの値が０の位置にユーザが到達した時点から、アシスト装置１００による歩行方向の誘導が開始された。
図３５及び図３６において、破線で示す軌跡は、図２５に示されるような左方向への方向転換の誘導を受けたユーザの歩行軌跡である。一点鎖線で示す軌跡は、図２６に示されるような右方向への方向転換の誘導を受けたユーザの歩行軌跡である。実線で示す軌跡は、進行方向へ直進する誘導を受けたユーザの歩行軌跡である。進行方向へ直進する誘導では、立脚期の脚に、伸展のアシストが行われた。また、各歩行軌跡は、複数回の歩行を試行して得られた歩行軌跡の平均歩行軌跡である。図３５及び図３６より、アシスト装置１００を装着したユーザは、アシスト装置１００が入力する方向、つまり、誘導する方向へと曲がって歩行することが示されている。さらに、図３５及び図３６においてユーザＡ及びＢを比較すると、ユーザＢの方が、大きく曲がって歩行していることから、個人に応じてアシスト装置１００によるアシスト効果が異なることが示されている。
また、図３７及び図３８を参照すると、図３５及び図３６の各歩行軌跡上の各点での歩行軌跡の曲率と、この点においてアシスト装置１００がワイヤ１１０に付与した張力との関係が、示されている。図３７及び図３８において、縦軸は、歩行軌跡の曲率を示し、横軸は、ワイヤの張力を示す。なお、曲率１／ｒは、歩行軌跡上の各点において、この点での歩行軌跡の線形を円で近似し、その円の半径ｒの逆数を算出することによって求められる。
図３７及び図３８において、図３５及び図３６と同様に、破線は、左方向への誘導のケースを示し、一点鎖線は、右方向への誘導のケースを示し、実線は、直進方向への誘導のケースを示す。図３７及び図３８によると、左方向への方向転換の誘導を示す破線と、右方向への方向転換の誘導を示す一点鎖線とについて、直進方向への誘導を示す実線と比較して、ユーザＡ及びＢの両方での曲率が大きくなっている。これにより、アシスト装置１００による方向転換の誘導の効果があることが示されている。
また、図３７及び図３８を比較すると、ユーザＢの方が、ユーザＡよりも曲率が大きくなっている。さらに、ユーザＡ及びＢのいずれにおいても、特に、ワイヤ張力が４０Ｎ以上であると、方向転換の誘導効果が大きいことが示されている。したがって、各ユーザに付与するワイヤ張力と、方向転換における各ユーザの曲率とを対応づけることで、各ユーザの方向転換の方向及び方向転換角度に必要なワイヤ張力を決定することが可能になる。このため、アシスト装置１００は、経路の途中地点で、あらゆる方向及び方向転換角度でのユーザの歩行方向の誘導を行うことができる。
［４．アシスト装置の動作の変形例］
図３７及び図３８に関して上述したように、実施の形態に係るアシスト装置１００は、ユーザの歩行軌跡の曲率と当該曲率に対応するワイヤ張力との関係を、ユーザ毎に算出してもよい。そして、アシスト装置１００は、算出した関係に基づき、ユーザにアシスト力を付与するタイミングと、アシスト力の付与のためのワイヤ張力とを決定してもよい。この場合、アシスト装置１００は、ユーザに対して複数回の歩行方向の誘導を行う。そして、アシスト装置１００は、誘導の際、上半身ベルト１１１に配置された位置情報検出部１６０の加速度センサ、ジャイロセンサ及び地磁気センサ等からなる慣性計測装置（ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれる）から計測結果を取得する。なお、アシスト装置１００は、ユーザが携帯する端末装置５００から加速度、角速度及び地磁気等の計測結果を取得してもよい。そして、アシスト装置１００の歩行方向決定部１２１は、計測結果からユーザの歩行軌跡を算出し、歩行軌跡上の各点での曲率を算出する。歩行方向決定部１２１は、算出した曲率を、当該曲率を算出した点において張力が付与されたワイヤ１１０及び付与された張力と対応付けて、記憶部１５０に記録する。
アシスト装置１００がユーザを経路に沿って誘導する場合、歩行方向決定部１２１は、経路データ及び地図情報に基づき、経路上の方向転換点での方向転換角度つまり曲がる角度と、方向転換点の前後の経路長とを取得する。さらに、歩行方向決定部１２１は、ユーザが方向転換点を曲がりきるために必要な歩数と、ユーザがたどる歩行軌跡の曲率とを算出する。アシスト装置１００の駆動制御部１２２は、記憶部１５０に記憶されるワイヤ張力及び曲率の関係のデータベースと算出された曲率とを照合することによって、張力を付与するワイヤ１１０、ワイヤ１１０に張力を付与するタイミング、及びワイヤ１１０に付与する張力を決定する。この場合、駆動制御部１２２は、照合結果に基づき、記憶部１５０に記憶されるワイヤ−張力関係を変更することによって、上記決定をしてもよい。
例えば、図３７及び図３８を参照すると、ユーザＡの場合、付与するワイヤ張力が６０Ｎ以上の領域では、曲率の増加量が小さいため、アシスト装置１００によるアシスト効果がほぼ変わらないことが示される。また、ユーザＢの場合、付与するワイヤ張力が８０Ｎ以上の領域では、曲率が減少するため、このような領域にワイヤ張力を増加しても、アシスト装置１００によるアシスト効果の向上に、ほぼ効果がないことが示される。このため、アシスト装置１００は、ユーザに関するワイヤ張力と歩行軌跡の曲率との関係のデータベースを事前に構築する際に、各ユーザにおける有効なワイヤ張力の上限を決定することができ、例えば、ユーザＡの場合に６０Ｎ、ユーザＢの場合に８０Ｎ等に決定する。よって、アシスト装置１００は、歩行方向の誘導におけるアシスト効果を大きくするために、付与するワイヤ張力を大きくするだけでなく、ユーザ毎のワイヤ張力の上限を考慮して、ワイヤ張力を決定することができる。これにより、アシスト装置１００は、より省電力であっても、そうでない場合と同等のアシスト効果を生み出すことができる。また、アシスト装置１００は、付与するワイヤ張力の上限に対応する歩行軌跡の曲率を記録し用いることで、各ユーザが経路中の方向転換を行うために要する歩数を算出することができ、最適な歩行方向の誘導を可能にする。
なお、本変形例において、アシスト装置１００は、歩行軌跡の曲率を算出するために、上半身ベルト１１１に配置された位置情報検出部１６０の慣性計測装置の計測結果を用いたが、これに限ったものではない。アシスト装置１００は、方向転換のアシストのために張力を増加させていないワイヤ、つまりアシストに使用しないワイヤ１１０の長さ変化から、ユーザの股関節の角度変化を推定し、ユーザの方向転換角度を推定してもよい。アシスト装置１００は、ワイヤ１１０の長さ変化を、ワイヤ１１０に接続されたモータ１１４の動作量から算出してもよい。なお、ワイヤ１１０の長さとは、ワイヤ１１０において、モータ１１４と膝ベルト１１２ａ又は１１２ｂとの間に存在する部分の長さである。
例えば、図３９Ａ及び図３９Ｂに示すように、アシスト装置１００は、ユーザに左方向への方向転換を誘導する場合、第一のパターンの動作では、ワイヤ１１０ａ２及び１１０ａ４の張力を増加することで遊脚期の左脚の外旋をアシストする。さらに、アシスト装置１００は、ワイヤ１１０ａ６及び１１０ａ８の張力を増加することで立脚期の右脚の内旋をアシストする。このとき、左脚の周りに配置された他のワイヤ、つまりアシストに使用しないワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３は、ユーザの左脚が外旋方向に曲がる際にモータ１１４ａ１及び１１４ａ３から引き出され、ワイヤ１１０ａ１及び１１０ａ３が長くなる。また、右脚の周りに配置された他のワイヤ、つまりアシストに使用しないワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７は、ユーザの右脚が内旋方向に曲がる際にモータ１１４ａ５及び１１４ａ７から引き出され、ワイヤ１１０ａ５及び１１０ａ７が長くなる。なお、アシスト装置１００が、ユーザを右方向への方向転換を誘導する場合も、アシスト装置１００がユーザの脚の動作をアシストする際に、アシストに使用しないワイヤ１１０が長くなる。
アシスト装置１００は、モータ１１４を用いて、アシストに使用しないワイヤ１１０を、ユーザが負荷を感じないほどの張力、例えば、５Ｎ程度の張力で常に引っ張っている。このため、脚の動作によりユーザの股関節の角度が変化すると、各ワイヤ１１０は、モータ１１４に引き込まれる又は引き出されることによって、その長さを変化させる。このとき、各モータ１１４は、各ワイヤ１１０の長さの変化に同調して動作する。よって、アシスト装置１００は、各モータ１１４の動作量から、各ワイヤ１１０の長さの変化量を取得することができる。
また、ユーザの股関節が回転すると、ユーザの歩行方向が変化する。このため、アシスト装置１００のアシストを受けている脚におけるアシストに使用していないワイヤ１１０の長さの変化と、ユーザの方向転換の歩行軌跡における曲率との間には、相関がある。したがって、歩行軌跡における曲率は、当該歩行軌跡上の各点においてアシストを受けている脚におけるアシストに使用していないワイヤ１１０の長さ変化から、算出可能である。これにより、アシスト装置１００は、慣性計測装置等のセンサを上半身ベルト１１１等に余分に取り付けることなく、ユーザの歩行軌跡の曲率を算出することができる。
また、実施の形態に係るアシスト装置１００は、図４０に示すように、パターン記憶部１５１をさらに備えてもよい。なお、図４０は、実施の形態に係るアシスト装置１００の変形例の機能的な構成を示すブロックである。パターン記憶部１５１は、記憶部１５０と同様に、半導体メモリ又はハードディスク等で構成されてもよく、記憶部１５０に含まれてもよい。
パターン記憶部１５１は、駆動制御部１２２から情報を受け取って格納し、パターン記憶部１５１に格納した情報が駆動制御部１２２によって取り出されることが可能であるように構成されている。具体的には、パターン記憶部１５１は、ユーザがアシスト装置１００を使用するたびに、ユーザ情報と、駆動制御部１２２が出力した制御情報とを対応付けて記憶する。駆動制御部１２２は、ユーザがアシスト装置１００を使用する場合、当該ユーザに対応する制御情報をパターン記憶部１５１から取得し、取得した制御情報を使用してモータ１１４を制御する。例えば、駆動制御部１２２は、制御情報として、ユーザの歩行方向を誘導する際にワイヤ１１０に付与したワイヤ張力と、ユーザを誘導した際の歩行軌跡の曲率との関係式を、ワイヤ張力を付与したワイヤ１１０と対応付けてパターン記憶部１５１に記憶する。また、駆動制御部１２２は、制御情報として、ユーザを誘導する経路上の方向転換点での方向転換に対して、アシストを行った歩数、アシスト開始地点から方向転換点までの距離等を、方向転換点でのユーザの方向転換角度と対応付けて、パターン記憶部１５１に記憶する。さらに、アシスト装置１００による歩行方向の誘導では曲がりきれない方向転換点が経路上に発生した場合、駆動制御部１２２は、制御情報として、方向転換点での方向転換角度と、方向転換のためのアシストの開始地点から方向転換点までの距離とを対応付けて、パターン記憶部１５１に記憶する。
例えば、アシスト装置１００を使ったユーザＵが、前回使用時に、９０度の方向転換を要する方向転換点を右方向に曲がるのに左右の脚で６歩必要とし、左方向に曲がるのに左右の脚で８歩必要としたとする。駆動制御部１２２は、前回の使用時でユーザＵの方向転換のアシストのために制御したワイヤ１１０、当該ワイヤ１１０に付与したワイヤ張力、及び当該ワイヤ張力の付与タイミングを、パターン記憶部１５１に記憶させる。そして、歩行方向決定部１２１が、ユーザＵの次回使用時に、例えば、図２３Ａに示すように、ユーザＵが、第１の方向転換点で右方向に９０度方向転換した後、第２の方向転換点で左方向に９０度方向転換する経路を決定する。この経路において、アシスト装置１００により誘導されるユーザＵは、第１の方向転換点での方向転換を６歩で完了すると、第２の方向転換点での方向転換を、第１の方向転換点での方向転換直後の４歩で完了する必要がある。この歩数は、左方向への方向転換にユーザＵが必要とする歩数の８歩に対して不足する。このような場合、歩行方向決定部１２１は、パターン記憶部１５１にあるデータから、ユーザＵは第２の方向転換点で左方向に曲がることができないと判定し、経路を修正する。このように、前回のデータをパターン記憶部１５１に記憶し、再利用することで、アシスト装置１００は、歩行の誘導のエラーを抑えることができ、ユーザのより安全な使用を可能にする。
また、アシスト装置１００は、同一のユーザに対して行うアシストの方法を、一定に固定しなくてもよい。アシスト装置１００のようなヒトの身体に対してアクティブに作用する装置は、使用回数が増えるにつれ、当該装置から受ける作用の慣れがユーザに発生するという特徴を持つ。このため、駆動制御部１２２は、パターン記憶部１５１に制御情報を記憶させる際、記憶されている制御情報のデータを、新しい制御情報で毎回更新し、最新のユーザの状態にあったデータに制御情報のパラメータを調整してもよい。これにより、アシスト装置１００は、各ユーザの最新の状態に最適なアシスト方法を構築することができ、それにより、より確実に、ユーザを経路に沿って目的地まで誘導することができる。
また、パターン記憶部１５１は、ユーザ情報及び制御情報だけでなく、ユーザがアシスト装置１００を装着した時期、及び、その時のユーザの服装も記憶してもよい。例えば、ユーザが薄着である夏期では、ユーザが厚着である冬期と比較して、ユーザのモーメントアームが小さくなる。これにより、アシスト装置１００が、ワイヤ１１０に同一の張力を付与しても、夏期にユーザの脚が受けるトルクは、冬期よりも小さくなる。したがって、例えば、アシスト装置１００は、冬期と比較して、夏期に各ワイヤ１１０に付与する張力を、１．２倍等に割り増ししてもよい。
［５．効果］
上述したように、本開示の実施の形態に係るアシスト装置１００は、ユーザの股関節の動作をアシストする。アシスト装置１００は、股関節の３方向の動作のアシストを行うために、延びる方向が互いに交差する２つのワイヤによるペアを複数備える。具体的には、各脚に、２つのペアのワイヤが配置されている。そして、各ペアのワイヤが延びる方向が互いに交差することから、アシスト装置１００は、屈曲及び伸展方向だけでなく、外旋及び内旋方向、外転及び内転方向に脚の動作をアシストすることが可能である。アシスト装置１００は、ユーザの歩行中に、所定のタイミングで所定のワイヤを引っ張ることで、ユーザの脚に外旋、内旋、外転又は内転方向のアシストトルクを発生させ、ユーザの歩行方向を誘導することができる。そして、アシスト装置１００を装着したユーザが、アシスト装置１００に目的地を設定すると、アシスト装置１００は自動的に、ユーザを動かし、目的地まで誘導することができる。これにより、ユーザは、手に何を持たない手軽な状態で、アシスト装置１００によって、行くべき方向に誘導されるため、例えば、ユーザが、認知症患者であっても、行方不明になることなく、元の場所に帰ってくることができる。
［６．その他］
以上、１つ又は複数の態様に係るアシスト装置等について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及び変形例に施したものや、異なる実施の形態及び変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
例えば、実施の形態及び変形例に係るアシスト装置１００において、制御部１２０がモータ１１４を動作させてワイヤ１１０に張力を発生させるタイミング、及び、張力の入力プロフィールに関する歩行フェーズの数値は、実施の形態及び変形例に記載した数値に限定されない。上記タイミング及び張力の入力プロフィールに関する歩行フェーズの数値は、実施の形態及び変形例に記載した数値に対して差異を有してよく、例えば、歩行フェーズで数％の差異を有していてもよい。
実施の形態及び変形例に係るアシスト装置１００において、ワイヤ１１０ａ１〜１１０ａ８のそれぞれにモータ１１４ａ１〜１１４ａ８が設けられていたが、これに限定されず、１つのモータが複数のワイヤに接続されてもよい。例えば、アシスト装置１００は、左脚の外旋動作をアシストする場合、ワイヤ１１０ａ２及び１０４ａ４に張力を発生させた。このような場合、１つのモータが、ワイヤ１１０ａ２及び１０４ａ４を引っ張ってもよい。つまり、アシスト装置は、２つのワイヤに対して１つのモータが設けられるように、例えば、４つのモータを備えてもよい。
本開示は、ユーザの方向転換動作をアシストする装置に適用可能である。
１００ アシスト装置
１１０、１１０ａ１〜１１０ａ８ ワイヤ
１１１ 上半身ベルト
１１２ａ、１１２ｂ 膝ベルト
１１４、１１４ａ１〜１１４ａ８ モータ
１２０ 制御部
１２１ 歩行方向決定部
１２２ 駆動制御部
１２３ 歩行タイミング検出部
１３０ 目的地取得部
１４０ 現在地取得部
１５０ 記憶部
１５１ パターン記憶部
１６０ 位置情報検出部
２００ 電源
５００ 端末装置

Claims (19)

  1. ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと、
    前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルトと、
    前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトと、
    前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第１のワイヤと、
    前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第１のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第２のワイヤと、
    前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続する第３のワイヤと、
    前記上半身ベルト及び前記第１の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第３のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第４のワイヤと、
    前記ユーザの後部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第５のワイヤと、
    前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの後部において、前記第５のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第６のワイヤと、
    前記ユーザの前部において、前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続する第７のワイヤと、
    前記上半身ベルト及び前記第２の膝ベルトを接続し、且つ前記ユーザの前部において、前記第７のワイヤが延びる方向と交差する方向に延びる第８のワイヤと、
    モータとを備え、
    前記第１のワイヤ及び前記第４のワイヤは、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、
    前記第２のワイヤ及び前記第３のワイヤは、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、
    前記第５のワイヤ及び前記第８のワイヤは、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、
    前記第６のワイヤ及び前記第７のワイヤは、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、
    前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの右脚が立脚期にあるときに、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの左脚が立脚期にあるときに、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させる、
    アシスト装置。
  2. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させる、
    請求項１に記載のアシスト装置。
  3. 前記左脚の第１の歩行フェーズの５０％の時点は、前記右脚の第１の歩行フェーズの０％の時点に対応する、
    請求項２に記載のアシスト装置。
  4. さらに、制御回路及びメモリを備え、
    前記メモリは、前記モータを制御するためのプログラムを記録し、
    前記制御回路は、前記プログラムに基づいて、前記モータを制御する、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載のアシスト装置。
  5. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にし、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にする、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載のアシスト装置。
  6. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、
    前記モータは、
    前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記左脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第２のワイヤ及び前記第４のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第６のワイヤ及び前記第８のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記左脚の前記第２の歩行フェーズは、前記左脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズである、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載のアシスト装置。
  7. 前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、
    前記モータは、
    前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第１のワイヤ及び前記第３のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記右脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第５のワイヤ及び前記第７のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記右脚の前記第２の歩行フェーズは、前記右脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズである、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載のアシスト装置。
  8. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させる、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載のアシスト装置。
  9. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少する、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載のアシスト装置。
  10. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記モータは、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少する、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のアシスト装置。
  11. ユーザに取り付けられた複数のワイヤを用いて、前記ユーザの移動をアシストするアシスト方法であって、
    前記複数のワイヤは、前記ユーザの上半身に装着される上半身ベルトと、前記ユーザの左膝に装着される第１の膝ベルトとを接続する第１〜第４のワイヤと、前記上半身ベルトと、前記ユーザの右膝に装着される第２の膝ベルトとを接続する第５〜第８のワイヤとを含み、
    前記第１のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、
    前記第２のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、且つ前記第１のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、
    前記第３のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、
    前記第４のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第１の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、且つ前記第３のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、
    前記第５のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、
    前記第６のワイヤは、前記ユーザの後部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、且つ前記第５のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、
    前記第７のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの右方に向かって延び、
    前記第８のワイヤは、前記ユーザの前部において、前記第２の膝ベルトから上方に且つ前記ユーザの左方に向かって延び、且つ前記第７のワイヤが延びる方向と交差する方向に延び、
    前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの右脚が立脚期にあるときに、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの左脚が立脚期にあるときに、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記第１〜第８のワイヤの張力は、少なくとも１つの制御回路が制御するモータによって調節される、
    アシスト方法。
  12. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％のタイミングであり、且つ、同じタイミングで、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、前記第１の閾値以上の張力を発生させる、
    請求項１１に記載のアシスト方法。
  13. 前記左脚の第１の歩行フェーズの５０％の時点は、前記右脚の第１の歩行フェーズの０％の時点に対応する、
    請求項１２に記載のアシスト方法。
  14. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にし、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれの張力を、前記第１の閾値よりも小さい張力にする、
    請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のアシスト方法。
  15. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、
    前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記ユーザの左脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第２のワイヤ及び前記第４のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第６のワイヤ及び前記第８のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記左脚の前記第２の歩行フェーズは、前記左脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズである、
    請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のアシスト方法。
  16. 前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、
    前記ユーザの左脚の第１の歩行フェーズの１５％以上７０％以下の期間において、前記第１のワイヤ及び前記第３のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右脚の第１の歩行フェーズの６５％以上１００％以下の期間、及び前記右脚の第２の歩行フェーズの０％以上２０％以下の期間において、前記第５のワイヤ及び前記第７のワイヤに、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記右脚の前記第２の歩行フェーズは、前記右脚の前記第１の歩行フェーズの次の歩行フェーズである、
    請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のアシスト方法。
  17. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させ、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の増加割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を発生させる、
    請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のアシスト方法。
  18. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、歩行フェーズに対する張力の減少割合が同じになるように、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少する、
    請求項１１〜１７のいずれか一項に記載のアシスト方法。
  19. 前記ユーザの左方向の回転の移動をアシストするとき、前記第２のワイヤ、前記第４のワイヤ、前記第６のワイヤ、及び前記第８のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少し、
    前記ユーザの右方向の回転の移動をアシストするとき、前記第１のワイヤ、前記第３のワイヤ、前記第５のワイヤ、及び前記第７のワイヤのそれぞれに対して、同じタイミングで、前記第１の閾値以上の張力を前記第１の閾値よりも小さい張力へ減少する、
    請求項１１〜１８のいずれか一項に記載のアシスト方法。
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