JP2019177052A

JP2019177052A - 歩行補助装置、および歩行補助装置の制御プログラム

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Publication number: JP2019177052A
Application number: JP2018068987A
Authority: JP
Inventors: 雄平山口; Yuhei Yamaguchi; 洋一藤範; Yoichi Fujinori
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP7006456B2

Abstract

【課題】訓練者にとって安全でリハビリ効果が得られる適切な目標速度を自動的に設定することができる歩行補助装置を提供する。
【解決手段】歩行補助装置は、歩行訓練を行う使用者の歩行を補助して自律移動する歩行補助装置であって、使用者が把持する把持部と、使用者が把持部を歩行補助装置の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量を検出する検出部と、使用者の複数歩の歩行動作期間に亘って検出部により繰り返し検出された物理量に基づいて、それまでに設定されている目標速度を再設定する再設定部と、歩行補助装置を目標速度で移動させる移動制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、歩行補助装置、および歩行補助装置の制御プログラムに関する。

怪我等により一時的に歩行が困難となった患者や、身体能力の低下により慢性的に歩行が困難となった高齢者等の歩行を支援するための歩行補助装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。歩行補助装置は、例えば、使用者が把持部を把持すると、予め設定された速度で前進するように制御される。

特開２０１５−２４１６０号公報

歩行補助装置を歩行訓練のリハビリ装置として利用する場合には、訓練者にとって適度な負荷となるように歩行補助装置の速度を設定することが肝要である。訓練者は、そのように速度が設定された歩行補助装置に追行することにより、歩行訓練の効果を得ることができる。しかし、訓練者のコンディションはその時々において大きく異なり、訓練補助者がその都度適切な速度を判断して設定することは、難しくもあり、煩雑でもあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、訓練者にとって安全でリハビリ効果が得られる適切な目標速度を自動的に設定することができる歩行補助装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様における歩行補助装置は、歩行訓練を行う使用者の歩行を補助して自律移動する歩行補助装置であって、使用者が把持する把持部と、使用者が把持部を歩行補助装置の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量を検出する検出部と、使用者の複数歩の歩行動作期間に亘って検出部により繰り返し検出された物理量に基づいて、それまでに設定されている目標速度を再設定する再設定部と、歩行補助装置を目標速度で移動させる移動制御部とを備える。

すなわち、使用者の状態と意思が直接的に現われる把持部の押引き荷重を監視し、所定の押引き荷重の傾向が複数歩の動作期間に亘って繰り返し検出された場合に、現在の目標速度が使用者にとって適していないと判断して、目標速度を再設定している。このように突発的な変化によって安易に目標速度を変更せず、一方で使用者にコンディションを超える無理な訓練をさせたり張り合いのない訓練を継続させたりすることがない歩行補助装置を提供することができる。

上記の歩行補助装置において、検出部は、使用者が把持部を歩行補助装置の進行方向に対して後向きに引っ張る荷重によって変化する物理量を検出し、再設定部は、物理量に応じて積算される積算値が閾値を超えた場合に目標速度を引き下げると良い。使用者は、歩行補助装置の進行に付いていけない場合に把持部を引っ張る傾向が強いので、これを検出して目標速度を引き下げれば、歩行補助装置の使用に対する安全性も向上する。特に、検出される物理量を積算値として監視すれば、複数歩の歩行動作期間における傾向を判断しやすい。

このとき、積算値は、歩行動作期間に物理量が所定量を超えた回数であると良い。回数で判断を行うことにより、繰り返しの傾向を正確に判断できる。または、積算値は、歩行動作期間における物理量の積分値であっても良い。積分値で判断を行うことにより、目標速度が使用者の現在のコンディションと大きく乖離する場合に、いち早く目標速度を修正することができる。または、積算値は、歩行動作期間における物理量の高周波成分を除去した濾波量が所定量を上回る継続時間であっても良い。継続時間で判断することにより、障害の軽重に応じて目標速度を調整することができる。

上記の歩行補助装置において、再設定部は、積算値が閾値を超えるまでの到達時間を計測し、到達時間が短いほど目標速度を大きく引き下げて再設定しても良い。このように、目標速度の引き下げ度合いを変化させることにより、使用者のコンディションにより適した目標速度を設定することができる。

また、再設定部は、物理量に応じて積算される積算値が閾値を超えない時間が所定時間継続した場合に、目標速度を引き上げて再設定しても良い。使用者が訓練を継続するうちに運脚のコツを掴むような状況を想定して、このように目標速度を引き上げる調整も行えば、訓練効果を高めることができる。

また、再設定部は、目標速度を再設定する条件が満たされるごとに段階的に目標速度を変更しても良い。使用者のコンディションは訓練中にも変化し得るので、状況に応じて目標速度を変更すると良い。

本発明の第２の態様における歩行補助装置の制御プログラムは、歩行訓練を行う使用者の歩行を補助して自律移動する歩行補助装置の制御プログラムであって、歩行補助装置を目標速度で移動させる第１移動制御ステップと、使用者が把持する把持部を歩行補助装置の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量を検出する検出ステップと、使用者の複数歩の歩行動作期間に亘って繰り返し実行された検出ステップにより検出された物理量に基づいて、目標速度を再設定する再設定ステップと、歩行補助装置を再設定ステップで再設定された目標速度で移動させる第２移動制御ステップとをコンピュータに実行させる。

このような制御プログラムを実行することによっても、荷重の突発的な変化によって安易に目標速度を変更せず、一方で使用者にコンディションを超える無理な訓練をさせたり張り合いのない訓練を継続させたりすることがない歩行補助装置を実現することができる。

本発明により、訓練者にとって安全でリハビリ効果が得られる適切な目標速度を自動的に設定することができる歩行補助装置を提供することができる。

歩行補助装置の側面概観図である。歩行補助装置の上面概観図である。歩行補助装置の制御ブロック図である。目標速度の再設定に係る第１の制御について説明する図である。目標速度の再設定に係る第２の制御について説明する図である。目標速度の再設定に係る第３の制御について説明する図である。歩行補助装置の制御フロー図である。変形例に係る把持部の構造を示す概略図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る歩行補助装置１００を側方から観察した側面概観図である。図２は、図１の状態における歩行補助装置１００を上方から観察した上面概観図である。歩行補助装置１００は、怪我等により一時的に歩行が困難となった患者が歩行訓練のリハビリを行うための装置である。歩行補助装置１００は、そのような患者である使用者からの荷重を支えつつ、その歩行をリードして併走する。

歩行補助装置１００は、移動方向に沿って２つの前輪１１１と１つの後輪１１３を備える。前輪１１１は、台車基台１１０に配設され、台車基台１１０に収容された不図示のモータと減速機構によって駆動されて、駆動輪として機能する。後輪１１３は、台車基台１１０から後方へ伸延する台車フレーム１１２の後端近傍に配設され、歩行補助装置１００の移動方向に倣うように追従する従動輪として機能する。歩行補助装置１００は、３つの車輪によって３点で接地しており、使用者９００が使用していない待機状態でも自立する、静的安定車輌である。

支柱１１４は、台車基台１１０に対して立設され、使用者９００からの荷重を台車基台１１０へ伝達するための支持部材である。支柱１１４は、台車基台１１０に支持される一端側とは反対の他端側近傍で、水平方向へ突出するハンドル１１５を支持している。ハンドル１１５の先端部には、使用者９００が把持しやすいように、例えばウレタンのグリップ１１６が設けられている。グリップ１１６は、使用者９００が把持する把持部であり、使用者９００から荷重を受けて、ハンドル１１５、更には支柱１１４へその荷重を伝達する。

制御ユニット１２０は、後述の移動制御部とメモリ等を含む。制御ユニット１２０は、前輪１１１を駆動するモータの他にも、制御対象となる種々の要素と電気的に接続されている。それらの要素には、歩行補助装置１００の状態や周辺環境の状況、使用者９００の動作を観察する各種センサが含まれる。

本実施例における各種センサは、測距センサ１３０および荷重センサ１３４を含む。測距センサ１３０は、支柱１１４に固定されており、使用者９００の脚までの距離を計測する。より具体的には、測距センサ１３０は、例えばレーザレンジファインダであり、図２で示す破線で囲まれる水平面内の範囲Ｒをスキャンしてそれぞれの方向における検出距離を継続的に取得することにより、使用者９００の歩行動作を検出する。なお、図１および図２において歩行補助装置１００は、使用者９００の右側方で移動するように使用されているが、使用者の左側方で移動するようにも使用され得る。そこで、範囲Ｒは、使用者が歩行補助装置１００のどちら側に立って使用する場合であっても使用者の歩行動作を検出できるように、移動方向に対して対称な範囲が設定されている。

荷重センサ１３４は、例えば歪みセンサが用いられる。ハンドル１１５は、支柱１１４に支持されている端とグリップ１１６が配設されている箇所との間に、板バネ状に形成された狭小部１１５ａを有し、荷重センサ１３４は、この狭小部１１５ａに貼着されている。したがって、使用者９００がグリップ１１６を把持すると、グリップ１１６が受ける使用者９００からの進行方向の荷重に応じて狭小部１１５ａが歪み、荷重センサ１３４は、その歪み量に応じた荷重信号を出力する。荷重センサ１３４は、使用者９００がグリップ１１６を歩行補助装置１００の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量（本実施例では歪み量）を検出する検出部としての機能を担う。

図３は、歩行補助装置１００の制御ブロック図である。移動制御部２００は、例えばＣＰＵであり、制御ユニット１２０に収容されている。移動制御部２００は、歩行補助装置１００の全体を統括的に制御する。

駆動輪ユニット２１０は、駆動輪である前輪１１１を駆動するための駆動回路やモータを含み、台車基台１１０に収容されている。移動制御部２００は、駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送ることにより、前輪１１１の回転制御を実行する。車速センサ２２０は、前輪１１１の回転量を監視して、歩行補助装置１００の速度を検出する。車速センサ２２０は、移動制御部２００の要求に応じて、検出結果を速度信号として移動制御部２００へ送信する。移動制御部２００は、設定された目標速度と車速センサ２２０の出力から計算された現在の速度との差が０となるように、駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送信する。

メモリ２３０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２３０は、歩行補助装置１００を制御するための制御プログラムの他にも、制御に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶している。

測距センサ１３０は、上述のように、使用者９００の脚までの距離を検出する。測距センサ１３０は、移動制御部２００の要求に応じて、検出結果を測距信号として移動制御部２００へ送信する。荷重センサ１３４は、上述のように、使用者がグリップに加える荷重を検出する。荷重センサ１３４は、移動制御部２００の要求に応じて、検出結果を荷重信号として移動制御部２００へ送信する。

歩行補助装置１００は、使用者９００がグリップ１１６を掴んだら、前進移動を開始する。移動制御部２００は、荷重センサ１３４からの荷重信号が何らかの荷重を検出した値となった場合に、使用者９００がグリップ１１６を掴んだと判断する。移動制御部２００は、移動を開始すると、目標速度になるまで加速する。使用開始時における目標速度は、訓練補助者が使用者のコンディションを判断して入力したり、前回の訓練終了時の目標速度が引き継がれたり、標準的な基準値が自動的に設定されたりする。

歩行補助装置１００を歩行訓練のリハビリ装置として利用する場合には、使用者９００にとって適度な負荷となるように目標速度を設定することが肝要である。使用者９００は、そのように目標速度が設定された歩行補助装置１００に追行することにより、歩行訓練の効果を得ることができる。しかし、使用者９００のコンディションは、その時々において大きく異なり、訓練中にも変化し得る。したがって、移動制御部２００は、使用開始時に設定された目標速度を、使用者９００のコンディションに併せて、移動開始後に再設定することが望ましい。そこで、移動開始後に目標速度を再設定する制御の例についていくつか説明する。

図４は、目標速度の再設定に係る第１の制御について説明する図である。図４の上図は、荷重センサ１３４の出力信号から換算される、使用者９００がグリップ１１６を進行方向に押引きする押引荷重Ｆの時間推移の例を表す。図４の中図は、カウンタ変数Ｃの値の時間推移を示す。図４の下図は、目標速度Ｖの時間推移を示す。いずれも、横軸は時間経過を表し、相互の図において時間の推移は上下で一致している。

上図において、押引荷重Ｆが正の値の場合は、グリップ１１６が進行方向へ押されていることを示す。押引荷重Ｆが負の値の場合は、グリップ１１６が後方へ引っ張られていることを示す。図示するように、押引荷重Ｆの推移には、周期性が現れる。すなわち、使用者９００は、一歩一歩の運脚においてグリップ１１６の押引きを繰り返すので、運脚の周期性が押引荷重Ｆの周期性となって現れる。

このとき、歩行補助装置１００の移動速度が、使用者９００にとって苦にならない速度であれば、使用者９００は、それほど大きな力でグリップ１１６を引っ張ることはない。しかし、歩行補助装置１００の移動速度が、使用者９００にとって速い、つまり、付いて歩くことが難しい場合には、使用者９００がグリップ１１６を引っ張る力は大きくなる。そこで、移動制御部２００は、使用者９００の運脚の一歩一歩において、押引荷重Ｆが閾値Ｆ_０を下回るか否かを監視する。

具体的には、移動制御部２００は、各周期の引張期間（およそ微分値が負となる期間）において押引荷重Ｆが閾値Ｆ_０をクロスして推移するかを監視する。カウンタ変数Ｃは、押引荷重Ｆが閾値Ｆ_０を下回った歩数をカウントする変数であり、移動制御部２００は、押引荷重Ｆが各周期の引張期間において閾値Ｆ_０を下回った時にカウンタ変数Ｃをインクリメントする。

図においては、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５で押引荷重Ｆが閾値Ｆ_０をクロスして下回り、そのタイミングでカウンタ変数Ｃがインクリメントされている様子を示している。なお、カウンタ変数Ｃは、時刻ｔ_４で予め定められた閾値Ｃ_０を超えたので、その時点でリセットされている。

カウンタ変数Ｃが予め定められた期間内に閾値Ｃ_０を超えたら、移動制御部２００は、目標速度ＶをΔｖだけ引き下げる。図の例では、時刻ｔ_４でカウンタ変数Ｃが閾値Ｃ_０を超えたので、移動制御部２００は、この時点で目標速度Ｖを、使用開始時の速度Ｖ_０からΔｖだけ引き下げた速度Ｖ_１に再設定する。移動制御部２００は、実際の移動速度が再設定された目標速度Ｖ_１に収束するように減速制御を行う。

すなわち、移動制御部２００は、使用者９００の複数歩の歩行動作期間に亘って、使用者９００がグリップ１１６を繰り返し大きな力で引っ張ることを検出した場合に、目標速度Ｖを遅く再設定する。このように、複数歩の歩行動作期間を判断対象とすることにより、リハビリ効果の最適化とリハビリ訓練の安全化を図っている。つまり、一歩一歩の変動に合わせて速度を増減させたのでは、リハビリ効果が期待される負荷を使用者９００に与えることができない。また、目標速度を不変とすると、過度な負荷を使用者９００に与えたり、使用者９００が歩行補助装置１００に付いていけずに手放したりしてしまう。歩行補助装置１００は、このような不都合を回避して目標速度を再設定している。すなわち、移動制御部２００は、このように繰り返し検出された閾値Ｆ_０を下回る押引荷重Ｆに基づいて、それまでに設定されている目標速度を再設定する再設定部としての機能を担う。

また、第１の制御のようにカウンタＣを用いて閾値Ｆ_０を下回る回数で判断を行うことにより、使用者９００が呈する運脚の繰り返し傾向を正確に判断できる。なお、上記の例では、カウンタ変数Ｃが所定期間内に閾値Ｃ_０を超えた場合を説明したが、所定期間内に閾値Ｃ_０を超えなかった場合には、移動制御部２００は、当該所定期間が経過した時点でカウンタ変数Ｃをリセットする。あるいは、歩行周期よりも長い一定期間ごとにデクリメントしても良い。また、カウンタ変数Ｃをリセットするタイミングを、例えば、「所定歩数の間インクリメントされなかった場合」などのように、使用者９００の運脚を基準として規定しても良い。

図５は、目標速度の再設定に係る第２の制御について説明する図である。図５の上図は、荷重センサ１３４の出力信号から換算される、使用者９００がグリップ１１６を進行方向に押引きする押引荷重Ｆの時間推移の例であり、図４の上図と同様である。図５の中図は、上図で示す押引荷重Ｆを積分した積分値ｆの時間推移を表す。図５の下図は、目標速度Ｖの時間推移の例を示す。いずれも、横軸は時間経過を表し、相互の図において時間の推移は上下で一致している。

上述のように、歩行補助装置１００の移動速度が、使用者９００にとって速い、つまり、付いて歩くことが難しい場合には、使用者９００がグリップ１１６を引っ張る力は大きくなる。使用者９００がグリップ１１６を引っ張る力が継続的に大きく、かつ、歩行周期を通じてグリップ１１６を押す力が大きくなる時点もあまり存在しないのであれば、積分値ｆは、時間の経過と共に小さくなってゆく。そこで、移動制御部２００は、積分値ｆが閾値ｆ_０を下回ってから閾値ｆ_０以上に回復せずにいる継続時間Ｔを監視する。

具体的には、移動制御部２００は、積分値ｆが閾値ｆ_０を下回った時点でタイマーを起動させ、継続時間Ｔの計時を開始する。そして、積分値ｆが閾値ｆ_０を下回っている間は継続時間Ｔの計時を継続し、予め設定された閾値Ｔ_０を超えたか否かを監視する。図においては、時刻ｔ_７で積分値ｆが閾値ｆ_０を下回っているので、この時点から継続時間Ｔの計時を開始し、時刻ｔ_８で継続時間Ｔは閾値Ｔ_０を超えている。

継続時間Ｔが閾値Ｔ_０を超えたら、移動制御部２００は、目標速度ＶをΔｖだけ引き下げる。図の例では、時刻ｔ_８で継続時間Ｔが閾値Ｔ_０を超えたので、移動制御部２００は、この時点で目標速度Ｖを、使用開始時の速度Ｖ_０からΔｖだけ引き下げた速度Ｖ_１に再設定する。移動制御部２００は、実際の移動速度が再設定された目標速度Ｖ_１に収束するように減速制御を行う。

閾値Ｔ_０は複数歩の歩行動作期間に対応する時間として設定される。すなわち、移動制御部２００は、使用者９００がグリップ１１６を継続的に大きな力で引っ張る場合に、目標速度Ｖを遅く再設定する。換言すると、移動制御部２００は、このように繰り返し検出された閾値ｆ_０を下回る積分値ｆに基づいて、それまでに設定されている目標速度を再設定する再設定部としての機能を担う。このように、複数歩の歩行動作期間を判断対象とすることにより、リハビリ効果の最適化とリハビリ訓練の安全化を図っている。

また、第２の制御のように積分値ｆと継続時間Ｔを用いて判断を行うことにより、目標速度Ｖが使用者９００の現在のコンディションと大きく乖離する場合に、いち早く目標速度Ｖを修正することができる。なお、継続時間Ｔは、例えば積分値ｆが閾値ｆ_１（＞ｆ_０）よりも大きくなった時点でリセットされる。このとき、一旦閾値ｆ_０を下回った積分値ｆが閾値ｆ_０とｆ_１の間まで回復した場合には、継続時間Ｔの計時を中断しても良い。再び積分値ｆが閾値ｆ_０を下回った場合には継続時間Ｔの計時を再開する。

第２の制御については、簡易化した変形例として、継続時間Ｔを用いずに、積分値ｆが閾値ｆ_０を下回った時点で目標速度ＶをΔｖだけ引き下げるように構成することもできる。この場合、上記の例では、時刻ｔ_７の時点で目標速度をＶ_０からＶ_１に再設定する。このように簡易化する場合は、閾値ｆ_０の値を、使用者９００が複数歩に亘ってグリップ１１６を大きな力で引っ張ったときの積分値に相当する値に調整すると良い。

図６は、目標速度の再設定に係る第３の制御について説明する図である。図６の上図は、荷重センサ１３４の出力信号から換算される、使用者９００がグリップ１１６を進行方向に押引きする押引荷重Ｆの絶対値｜Ｆ｜の時間推移の例を表す。図６の中図は、上図で示す絶対値｜Ｆ｜に対して高周波成分を取り除くべくローパスフィルタをかけた後の時間推移を表す。ここで、適用されるローパスフィルタのカットオフ周波数は、使用者９００の運脚の周期性が除去される程度の周波数に設定されている。図６の下図は、目標速度Ｖの時間推移の例を示す。いずれも、横軸は時間経過を表し、相互の図において時間の推移は上下で一致している。

上述のように、歩行補助装置１００の移動速度が、使用者９００にとって速い、つまり、付いて歩くことが難しい場合には、使用者９００がグリップ１１６を引っ張る力は大きくなる。特に、使用者９００が重度の麻痺を患うような患者である場合には、グリップ１１６を押す力も大きくなり、全体として押引きの振幅が大きくなる傾向が見受けられる。したがって、使用者９００が重度の麻痺を患う患者である場合には、無理を強いないようにいち早く目標速度を下げることが望ましい。そこで、移動制御部２００は、濾波後の絶対値｜Ｆ｜を監視する。

具体的には、移動制御部２００は、濾波後の絶対値｜Ｆ｜が閾値Ｆ_０を上回った時点でタイマーを起動させ、継続時間Ｔの計時を開始する。そして、濾波後の絶対値｜Ｆ｜が閾値Ｆ_０を上回っている間は継続時間Ｔの計時を継続し、予め設定された閾値Ｔ_０を超えたか否かを監視する。図においては、時刻ｔ_９で濾波後の絶対値｜Ｆ｜が閾値Ｆ_０を上回っているので、この時点から継続時間Ｔの計時を開始し、時刻ｔ_１０で継続時間Ｔは閾値Ｔ_０を超えている。

継続時間Ｔが閾値Ｔ_０を超えたら、移動制御部２００は、目標速度ＶをΔｖだけ引き下げる。図の例では、時刻ｔ_１０で継続時間Ｔが閾値Ｔ_０を超えたので、移動制御部２００は、この時点で目標速度Ｖを、使用開始時の速度Ｖ_０からΔｖだけ引き下げた速度Ｖ_１に再設定する。移動制御部２００は、実際の移動速度が再設定された目標速度Ｖ_１に収束するように減速制御を行う。

閾値Ｔ_０は複数歩の歩行動作期間に対応する時間として設定される。すなわち、移動制御部２００は、使用者９００がグリップ１１６を継続的に大きな力で押引きする場合に、目標速度を遅く再設定する。換言すると、移動制御部２００は、このように繰り返し検出された閾値Ｆ_０を上回る濾波後の絶対値｜Ｆ｜に基づいて、それまでに設定されている目標速度を再設定する再設定部としての機能を担う。このように、複数歩の歩行動作期間を判断対象とすることにより、リハビリ効果の最適化とリハビリ訓練の安全化を図っている。

また、第３の制御のように濾波後の絶対値｜Ｆ｜と継続時間Ｔを用いて判断を行うことにより、障害の軽重に応じて目標速度を調整することができる。すなわち、使用者が軽度の障害を患っているのであれば、すぐには目標速度が引き下げられず、より訓練効果を高めることができる。一方で使用者が重度の障害を患っているのであれば、比較的早く目標速度が引き下げられ、より安全性を高めることができる。

なお、継続時間Ｔは、例えば濾波後の絶対値｜Ｆ｜が閾値Ｆ_１（＜Ｆ_０）を下回った時点でリセットされる。このとき、一旦閾値Ｆ_０を上回った濾波後の絶対値｜Ｆ｜が閾値Ｆ_０とＦ_１の間まで回復した場合には、継続時間Ｔの計時を中断しても良い。再び濾波後の絶対値｜Ｆ｜が閾値Ｆ_０を上回った場合には継続時間Ｔの計時を再開する。

以上説明した第１の制御から第３の制御の例では、使用開始時の速度Ｖ_０からΔｖだけ引き下げた速度Ｖ_１に再設定する場合を説明した。速度Ｖ_１に再設定された後に、それぞれの制御において再び目標速度を引き下げる条件が満たされれば、目標速度を更にΔｖだけ引き下げても良い。すなわち、目標速度を引き下げる条件が満たされるごとに、Δｖずつ目標速度を段階的に引き下げても良い。このように目標速度を継続的に調整すれば、使用者にとって最適の移動速度に調整することができ、また、リハビリ訓練中に変化する使用者のコンディションにも対応することができる。

また、目標速度を段階的に引き下げる場合には、予め下限値を設定しておいても良い。段階的に引き下げた結果、目標速度が下限値に到達したら、それ以上は目標速度を引き下げない。このように制御すれば、使用者９００がリハビリ訓練として効果のない歩行動作を継続することを回避できる。あるいは、段階的に引き下げた結果、目標速度が下限値に到達したら、歩行補助装置１００を停止させても良い。このように停止させれば、効果の薄いリハビリ訓練を中断させることができると共に、使用者９００を安全に停止させることにも寄与する。

また、以上説明した第１の制御から第３の制御の例では、引き下げる速度をΔｖの固定値を用いたが、状況に応じて可変値を採用しても良い。例えば、使用開始時または目標速度を変更してから目標速度を引き下げる条件を満たすまでの到達時間を計測し、到達時間が短いほど引き下げる速度Δｖを大きくすることができる。第１の制御の例では、カウンタ変数Ｃが０にリセットされた時点から閾値Ｃ_０を超えるまでの時間を計測し、その時間が短いほど速度Δｖを大きくする。このように、目標速度の引き下げ度合いを変化させることによっても、使用者のコンディションにより適した目標速度を設定することができる。

また、以上説明した第１の制御から第３の制御の例では、目標速度を引き下げる場合について説明したが、一旦引き下げた目標速度を状況に応じて再び引き上げても良い。例えば、目標速度がＶ_１に再設定された後に、それぞれの制御において目標速度を引き下げる条件が所定時間以上に満たされなければ、目標速度をΔｖ’だけ引き上げて再設定する。このとき、Δｖ＞Δｖ’であると良い。使用者がリハビリ訓練を継続するうちに運脚のコツを掴むような状況を想定して、このように目標速度を引き上げる調整も行えば、訓練効果をより高めることができる。

また、歩行補助装置１００は、以上説明した第１の制御から第３の制御のいずれも採用することができるが、いずれの制御を採用するかを状況に応じて選択できるようにしても良い。例えば、訓練補助者が、使用開始時に使用者の状態を判断して、その状態に適した制御をメニュー画面から選択できるようにしても良い。また、目標速度を引き上げる制御を有効とするか無効とするかを、訓練補助者等が選択できるようにしても良い。また、引き下げる速度Δｖの大きさや、速度Δｖを固定値とするか可変値とするかについても、訓練補助者等が選択できるようにしても良い。

次に、歩行補助装置１００の速度制御に関する制御フローを説明する。図７は、歩行補助装置１００の制御フロー図である。ここでは、上述の第１の制御を基本として、目標速度を繰り返し引き下げる制御、および目標速度を再度引き上げる制御も合わせて採用した場合の制御フローについて説明する。

移動制御部２００は、使用者９００がグリップ１１６を把持したことを検出したら、ステップＳ１０１で、カウンタ変数Ｃを０にリセットし、参照時刻Ｔ_ｒｅｆに現在の時刻Ｔ_ｎｏｗを代入し、現在の目標速度Ｖ_ｎｏｗに初期目標速度Ｖ_０を代入する。移動制御部２００は、移動速度が目標速度Ｖ_ｎｏｗに追従するように、車速センサ２２０の出力に応じて駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送信する。

移動制御部２００は、ステップＳ１０２で、荷重センサ１３４からの荷重信号を用いて押引荷重Ｆを計測する。ステップＳ１０２は、以下に説明するループ処理において、およそ１００ｍｓｅｃごとに実行される。すなわち、押引荷重Ｆは、およそ１００ｍｓｅｃごとにサンプリングされる。移動制御部２００は、ステップＳ１０３で、計測された押引荷重Ｆが閾値Ｆ_０を負方向へクロスしたか否かを判断する。すなわち、前回の計測値が閾値Ｆ_０より大きく、かつ、今回の計測値が閾値Ｆ_０より小さいか否かを判断する。クロスしたと判断したらステップＳ１０４へ進み、クロスしていないと判断したらステップＳ１０９までスキップする。

移動制御部２００は、ステップＳ１０４へ進むと、カウンタ変数Ｃをインクリメントする。そして、ステップＳ１０５で、カウンタ変数Ｃが閾値Ｃ_０を超えたか否かを判断する。超えていると判断したらステップＳ１０６へ進み、超えていないと判断したらステップＳ１０９までスキップする。

移動制御部２００は、ステップＳ１０６へ進んだら、現在の目標速度Ｖ_ｎｏｗをΔｖだけ引き下げることにより目標速度の再設定を行い、現在の速度が再設定されたＶ_ｎｏｗに追従するように速度制御を開始する。そして、ステップＳ１０７で、カウンタ変数Ｃをリセットする。さらに、ステップＳ１０８で、参照時刻Ｔ_ｒｅｆに現在の時刻Ｔ_ｎｏｗを代入する。その後、ステップＳ１０９へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１０９で、現在の時刻Ｔ_ｎｏｗと参照時刻Ｔ_ｒｅｆの差が予め定められた所定期間Ｔ_０より大きいか否かを判断する。大きいと判断したらステップＳ１１０へ進み、大きくないと判断したらステップＳ１１３へスキップする。

移動制御部２００は、ステップＳ１１０へ進んだら、現在の目標速度Ｖ_ｎｏｗをΔｖだけ引き上げることにより目標速度の再設定を行い、現在の速度が再設定されたＶ_ｎｏｗに追従するように速度制御を開始する。そして、ステップＳ１１１で、カウンタ変数Ｃをリセットする。さらに、ステップＳ１１２で、参照時刻Ｔ_ｒｅｆに現在の時刻Ｔ_ｎｏｗを代入する。その後、ステップＳ１１３へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１１３で、停止指令があったか否かを確認する。停止指令は、荷重センサ１３４からの荷重信号により使用者９００がグリップ１１６を離したことを検出した場合や、測距センサ１３０からの測距信号により使用者９００の脚が歩行補助装置１００から所定距離以上離れたことを検出した場合等に生成される。移動制御部２００は、停止指令がないと確認すればステップＳ１０２へ戻り、停止指令があったと確認すれば、歩行補助装置１００の移動を停止させて、一連の処理を終了する。

以上の処理においては、所定期間Ｔ_０の間に目標速度が引き下げられなければ、目標速度を引き上げている。すなわち、目標速度は、初期目標速度Ｖ_０から一度も引き下げられなくても、引き上げられる場合もあり得る。このような制御フローを採用した場合には、リハビリ訓練の開始後に、使用者９００のコンディションに応じて、当初の想定よりも負荷の大きいリハビリ訓練に自動的に移行させることができる。一方、負荷の大きいリハビリ訓練に移行させないように、ステップＳ１１０の処理を、Ｖ_ｎｏｗがＶ_０を下回っている場合にのみ許容するように条件を加えても良い。

以上説明した実施例においては、グリップ１１６を歩行補助装置１００の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量として、ハンドル１１５の狭小部１１５ａの歪み量を計測した。しかし、上述の処理を実行するには、押引荷重Ｆが検出できれば良いので、検出する物理量は歪み量に限らない。他の物理量を検出する変形例について説明する。

図８は、変形例に係る把持部の構造を示す概略図である。変形例に係る把持部は、ハンドル１１５とグリップ１１６の間にショックアブソーバ１３５を備える。ショックアブソーバ１３５は、使用者９００がグリップ１１６を押引きする荷重に応じて伸縮する。

ハンドル１１５の端には測距センサ１３６が設けられており、グリップ１１６側には、反射板１１５ｂが設けられている。測距センサ１３６は、反射板１１５ｂまでの距離を検出する。すなわち、変形例においては、使用者９００がグリップ１１６を歩行補助装置１００の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量として、ショックアブソーバ１３５の伸縮量を計測する。移動制御部２００は、ショックアブソーバ１３５の伸縮量を押引荷重Ｆに換算して、上述の制御を実行する。

１００歩行補助装置、１０１台車基台、１１１前輪、１１２台車フレーム、１１３後輪、１１４支柱、１１５ハンドル、１１５ａ狭小部、１１６反射板、１１６グリップ、１２０制御ユニット、１３０測距センサ、１３４荷重センサ、１３５ショックアブソーバ、１３６測距センサ、２１０駆動輪ユニット、２２０車速センサ、２３０メモリ、９００使用者

Claims

歩行訓練を行う使用者の歩行を補助して自律移動する歩行補助装置であって、
前記使用者が把持する把持部と、
前記使用者が前記把持部を前記歩行補助装置の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量を検出する検出部と、
前記使用者の複数歩の歩行動作期間に亘って前記検出部により繰り返し検出された前記物理量に基づいて、それまでに設定されている目標速度を再設定する再設定部と、
前記歩行補助装置を前記目標速度で移動させる移動制御部と
を備える歩行補助装置。
前記検出部は、前記使用者が前記把持部を前記歩行補助装置の進行方向に対して後向きに引っ張る荷重によって変化する物理量を検出し、
前記再設定部は、前記物理量に応じて積算される積算値が閾値を超えた場合に前記目標速度を引き下げて再設定する請求項１に記載の歩行補助装置。
前記積算値は、前記歩行動作期間に前記物理量が所定量を超えた回数である請求項２に記載の歩行補助装置。
前記積算値は、前記歩行動作期間における前記物理量の積分値である請求項２に記載の歩行補助装置。
前記積算値は、前記歩行動作期間における前記物理量の高周波成分を除去した濾波量が所定量を上回る継続時間である請求項２に記載の歩行補助装置。
前記再設定部は、前記積算値が前記閾値を超えるまでの到達時間を計測し、前記到達時間が短いほど前記目標速度を大きく引き下げて再設定する請求項２から５のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
前記再設定部は、前記物理量に応じて積算される積算値が閾値を超えない時間が所定時間継続した場合に、前記目標速度を引き上げて再設定する請求項２から６のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
前記再設定部は、目標速度を再設定する条件が満たされるごとに段階的に前記目標速度を変更する請求項１から７のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
歩行訓練を行う使用者の歩行を補助して自律移動する歩行補助装置の制御プログラムであって、
前記歩行補助装置を目標速度で移動させる第１移動制御ステップと、
前記使用者が把持する把持部を前記歩行補助装置の進行方向に押引きする荷重によって変化する物理量を検出する検出ステップと、
前記使用者の複数歩の歩行動作期間に亘って繰り返し実行された前記検出ステップにより検出された前記物理量に基づいて、前記目標速度を再設定する再設定ステップと、
前記歩行補助装置を前記再設定ステップで再設定された目標速度で移動させる第２移動制御ステップと
をコンピュータに実行させる歩行補助装置の制御プログラム。