JP2020110611A - 補助力設定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 補助力設定方法及び装置を提供すること。【解決手段】 補助力設定方法及び装置が開示される。一実施形態に係る補助力設定装置は、ユーザの歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算して、評価値に基づいて安定補助力を設定し、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定して、安定補助力と基本補助力とに基づいて最終補助力を設定する。【選択図】 図２

Description

本発明は、補助力設定方法及び装置に関する。

最近、高齢化社会の深刻化に伴って関節に問題が生じ、これに対する痛みと不自由を訴える人が増加しており、関節の不自由な老人や患者の歩行を円滑にする歩行補助装置に対する関心が高まっている。また、軍事用などの目的で人体の筋力を強化させるための歩行補助装置が開発されている。

例えば、歩行補助装置は、ユーザの胴体に装着される胴体フレームと、胴体フレームの下側に結合してユーザの骨盤を取り囲む骨盤フレームと、ユーザの大腿部及びふくらはぎ、足部位に装着される大腿部フレーム、ふくらはぎフレーム、足フレームから構成される。骨盤フレームと大腿部フレームは股関節部によって回転可能に連結され、大腿部フレームとふくらはぎフレームは膝関節部により回転可能に連結され、ふくらはぎフレームと足フレームは足首関節部によって回転可能に連結される。

一実施形態は、安定補助力を設定する補助力設定装置及び方法を提供する。また、一実施形態は歩行データに基づいたインデックスの評価値を用いて補助力を設定する装置及び方法を提供する。

一実施形態に係る補助力設定装置は、ユーザの歩行データを受信する歩行データ受信部と、前記歩行データに基づく少なくとも１つのインデックスの評価値を用いて安定補助力を設定する安定補助力設定部と、前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定する基本補助力設定部と、前記安定補助力と前記基本補助力とに基づいて最終補助力を設定する最終補助力設定部とを含む。

前記安定補助力設定部は、前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算するインデックス評価部と、前記評価値及び前記少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて前記少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する重み演算部と、前記少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に前記重みを適用して前記安定補助力を演算する安定補助力演算部とを含んでもよい。

前記少なくとも１つのインデックスは、前記ユーザの両足が対称になる程度を示す歩行対称性（ｇａｉｔ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）、前記ユーザのストライドの長さ（ｓｔｒｉｄｅ ｌｅｎｇｔｈ）、ストライドの広さ（ｓｔｒｉｄｅ ｗｉｄｔｈ）、前記ユーザの足と地面との間隔を示すフットクリアランス（ｆｏｏｔ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）、前記ユーザの足が地面につく速度を示す着地速度（ｌａｎｄｉｎｇ ｓｐｅｅｄ）又は歩行比（ｗａｌｋ ｒａｔｉｏ）のうち少なくとも１つを含んでもよい。

前記インデックス評価部は、ストライドを基準として前記歩行データを分類し、前記ストライドを基準として分類された歩行データに基づいて前記少なくとも１つのインデックスの評価値を演算してもよい。

前記インデックス評価部は、前記評価値と前記閾値とを比較して前記少なくとも１つのインデックスを基準として前記ユーザの歩行が安定するか否かを判断してもよい。

前記インデックス評価部は、前記歩行データ中の前記ユーザの左腰関節の角度の軌跡と右腰関節の角度の軌跡との類似度を推定して、前記類似度を前記歩行対称性の評価値として決定してもよい。

前記インデックス評価部は、ダイナミックタイムワーピング（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｉｍｅ Ｗａｒｐｉｎｇ：ＤＴＷ）を用いて前記左腰関節の角度の軌跡と前記右腰関節の角度の軌跡との類似度を推定してもよい。

前記インデックス評価部は、複数のストライドに対して、前記歩行データ中の左腰関節の角度範囲の平均及び右腰関節の角度範囲の平均を算出して平均ストライドの長さを推定し、前記平均ストライドの長さを前記ストライドの長さに対する評価値として決定してもよい。

前記インデックス評価部は、複数のストライドに対して、前記歩行データから左腰関節の最大屈曲角度及び右腰関節の最大屈曲角度を抽出して、前記左腰関節の最大屈曲角度及び前記右腰関節の最大屈曲角度を前記フットクリアランスに対する評価値として決定してもよい。

前記重み演算部は、前記評価値と前記閾値との差を正規化して前記重みを演算してもよい。

前記重み演算部は、前記インデックス評価部で前記ユーザの歩行が安定すると判断されるインデックスに対する重みを０に設定してもよい。

前記安定補助力演算部は、前記歩行データに基づいて前記初期安定補助力を設定してもよい。

前記安定補助力演算部は、前記歩行データ中の左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡の差に基づいて前記歩行対称性に対する前記初期安定補助力を設定してもよい。

前記安定補助力演算部は、前記歩行データ中の左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡を用いて前記ユーザの左足及び右足が交差する交差時点を抽出し、前記交差時点から所定時間の間のピークトルク（ｐｅａｋ ｔｏｒｑｕｅ）を前記ストライドの長さに対する前記初期安定補助力に設定してもよい。

前記安定補助力演算部は、前記歩行データ中の左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡を用いて前記ユーザの振り上げられた足が地面に近付く時点を抽出し、前記振り上げられた足が地面に近付く時点から所定時間の間のピークトルクを前記フットクリアランスに対する前記初期安定補助力に設定してもよい。

一実施形態に係る補助力設定装置は、前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作を認識する歩行動作認識部をさらに含み、前記基本補助力設定部は、前記歩行動作認識部で前記ユーザが歩行動作しないと認識される場合、前記基本補助力を０に設定する。

前記基本補助力設定部は、適応的オシレータ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＡＯ）に前記歩行データを適用して前記ユーザの歩行動作の周期性を推定し、前記歩行動作の周期性に対応する補助力を前記基本補助力に設定してもよい。

前記基本補助力設定部は、前記ユーザの歩行動作を複数の状態でモデリングし、有限状態機械（Ｆｉｎｉｔｅ Ｓｔａｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅ：ＦＳＭ）に前記歩行データを適用して、前記モデリングされた複数の歩行状態のうち前記ユーザの歩行動作と対応する歩行状態を認識し、前記認識された歩行状態による補助力を前記基本補助力に設定してもよい。

前記最終補助力設定部は、前記安定補助力と前記基本補助力とを合わせて前記最終補助力を設定してもよい。

前記最終補助力設定部は、前記安定補助力及び前記基本補助力のうち絶対値が大きい値を前記最終補助力に設定してもよい。

一実施形態に係る補助力設定装置は、ユーザの歩行データに基づいて前記ユーザの歩行安定度を示す少なくとも１つのインデックスの評価値を演算するインデックス評価部と、前記評価値及び前記少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて前記少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する重み演算部と、前記少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に前記重みを適用して安定補助力を設定する補助力設定部とを含む。

前記安定補助力設定部は、前記歩行データに基づいて前記初期安定補助力を設定してもよい。

一実施形態に係る補助力設定装置は、前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定する基本補助力設定部をさらに含み、前記補助力設定部は、前記基本補助力と前記安定補助力とに基づいて最終補助力を設定する。

一実施形態に係る歩行補助装置は、ユーザの歩行データを受信する歩行データ受信部と、前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算して、前記評価値に基づいて安定補助力を設定する安定補助力設定部と、前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定する基本補助力設定部と、前記安定補助力と前記基本補助力とに基づいて最終補助力を設定する最終補助力設定部と、前記最終補助力に基づいて歩行補助装置の駆動を制御する駆動制御部とを含む。

一実施形態に係る補助力設定方法は、ユーザの歩行データを受信するステップと、前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算して、前記評価値に基づいて安定補助力を設定するステップと、前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定するステップと、前記安定補助力と前記基本補助力に基づいて最終補助力を設定するステップとを含む。

一実施形態に係る補助力設定方法は、ユーザの歩行データに基づいて前記ユーザの歩行安定度を示す少なくとも１つのインデックスの評価値を演算するステップと、前記評価値及び前記少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて前記少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算するステップと、前記少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に前記重みを適用して安定補助力を設定するステップとを含む。

一実施形態に係る歩行補助方法は、ユーザの歩行データを受信するステップと、前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算して、前記評価値に基づいて安定補助力を設定するステップと、前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定するステップと、前記安定補助力と前記基本補助力に基づいて最終補助力を設定するステップと、前記最終補助力に基づいて歩行補助装置の駆動を制御するステップとを含む。

本発明によると、安定補助力を設定する補助力設定装置及び方法を提供することができる。また、歩行データに基づいたインデックスの評価値を用いて補助力を設定する装置及び方法を提供することができる。

一実施形態に係る歩行補助装置を説明するための図である。 一実施形態に係る歩行補助装置を説明するための図である。 一実施形態に係る補助力設定装置を示すブロック図である。 他の一実施形態に係る補助力設定装置を示すブロック図である。 更なる一実施形態に係る補助力設定装置を示すブロック図である。 一実施形態に係る最終補助力の設定を説明するための動作フローチャートである。 一実施形態に係る基本補助力の設定を説明するための図である。 一実施形態に係る歩行対称性に対する評価値の演算を説明するための図である。 一実施形態に係る歩行対称性に対する評価値の演算を説明するための図である。 一実施形態に係る歩行対称性に対する初期安定補助力の設定を説明するための図である。 一実施形態に係る歩行対称性に対する初期安定補助力の設定を説明するための図である。 一実施形態に係るストライドの長さに対する初期安定補助力の設定を説明するための図である。 一実施形態に係るフットクリアランスに対する初期安定補助力の設定を説明するための図である。 一実施形態に係る補助力の設定を説明するための図である。 一実施形態に係る補助力の提供のためのインターフェースを説明するための図である。 一実施形態に係る歩行補助装置を示すブロック図である。 一実施形態に係る補助力設定方法を示した方法のフローチャートである。 他の一実施形態に係る補助力設定方法を示した方法のフローチャートである。 一実施形態に係る歩行補助方法を示した方法のフローチャートである。

以下、添付する図面を参照して実施形態を詳細に説明する。各図面で提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。

以下で説明する実施形態は様々な変更が加えられてもよい。以下で説明する実施形態は実施形態に対して限定しようとするものではなく、これに対する全ての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解しなければならない。

実施形態で用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、実施形態を限定しようとする意図は有しない。単数の表現は文脈上、明白にそうでないものと意味しない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。

そうでないものと定義されない限り、技術的であるか科学的な用語を含み、ここで用いられる全ての用語は、実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義されているような用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈するべきであって、本出願で明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味と解釈されることはない。

また、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に関係なく同一の構成要素は同一の参照符号を付与し、これに対する重複説明は省略することにする。実施形態の説明において関連の公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る歩行補助装置を説明するための図である。図１を参照すると、歩行補助装置１００は、ユーザに装着されてユーザの歩行を助ける。歩行補助装置１００は、駆動器１１０、センサ部１２０、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）センサ１３０、及びコントローラ１４０を含む。図１では、腰タイプの歩行補助装置が示されているが、ここで、制限されるものではなく、下肢全体をサポートする形態と下肢の一部をサポートする形態に全て適用される。また、下肢の一部をサポートする形態で膝までサポートする形態、足首までサポートする形態、全身をサポートする形態に全て適用される。

駆動器１１０は、ユーザの左右腰関節を駆動させ、ユーザの右及び左腰部分に位置する。

センサ部１２０は、歩行時のユーザの左右腰関節の角度情報を測定する。センサ部１２０でセンシングされた左右腰関節の角度情報は、左右腰関節の角度、左右腰関節の角度の差、及び左右腰関節の運動方向のうち少なくとも１つを含んでもよい。一実施形態におけるセンサ部１２０は、駆動器１１０内に位置する。

他の一実施形態におけるセンサ部１２０は、ポテンショメータを含む。ポテンショメータは、ユーザの歩行動作によるＲ軸、Ｌ軸の関節角度又はＲ軸、Ｌ軸の関節角速度のうち少なくとも１つをセンシングしてもよい。

ＩＭＵセンサ１３０は、ユーザが歩行する時の加速度情報と姿勢情報とを測定する。例えば、ＩＭＵセンサ１３０は、ユーザの歩行動作によるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度又はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の角速度のうち少なくとも１つをセンシングすることができる。歩行補助装置１００は、ＩＭＵセンサ１３０で測定された加速度情報に基づいてユーザの足の着地時点を検出してもよい。ただし、センサ部１２０に足の着地時点を検出できるセンサ（例えば、圧力センサ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ）、力センサ（ｆｏｒｃｅ ｓｅｎｓｏｒ））が含まれている場合、歩行補助装置１００は、足の着地時点を検出できるセンサを用いてユーザの足の着地時点を検出することができる。

また、歩行補助装置１００は、先に説明したセンサ部１２０及びＩＭＵセンサ１３０の他に、歩行動作によるユーザの運動量又は生体信号などの変化をセンシングできる他のセンサ（例えば、筋電図センサ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｙｏ Ｇｒａｍ ｓｅｎｓｏｒ：ＥＭＧ ｓｅｎｓｏｒ）を含んでもよい。

コントローラ１４０は、駆動器１１０がユーザの歩行を助けるための補助力（又は、補助トルク）を出力するよう、駆動器１１０を制御する。例えば、腰タイプの歩行補助装置１１０において、駆動器１１０は２つであってもよく、コントローラ１４０は駆動器１１０が駆動器１１０に対応する補助力を出力するよう、駆動器１１０に制御信号を出力してもよい。コントローラ１４０で出力された制御信号に基づいて、駆動器１１０は補助力を出力してもよい。ここで、補助力は、外部によって設定され得、コントローラ１４０が補助力を設定してもよい。

図２は、一実施形態に係る補助力設定装置を示すブロック図である。図２を参照すると、補助力設定装置２００は、歩行補助装置と物理的に独立した別個の装置であってもよく、歩行補助装置の内部で論理的なモデルとして実現されてもよい。以下、歩行の基本単位はステップ又はストライドとする。ステップは、１つのヒールストライク（ｈｅｅｌ ｓｔｒｉｋｅ）で区分される。ここで、ヒールストライクは、ユーザの足の裏が地面についた状態を示す。また、ストライドは、２つのステップで構成される。

補助力設定装置２００は、歩行データ受信部２１０、安定補助力設定部２２０、基本補助力設定部２３０、及び最終補助力設定部２４０を含む。

歩行データ受信部２１０は、センサから歩行動作によるユーザの運動量の変化をセンシングする歩行データを受信する。歩行データ受信部２１０は、ユーザの歩行動作を測定するセンサから歩行データを受信してもよく、外部装置から歩行データを受信してもよい。例えば、歩行データ受信部２１０は、ポテンショメータからユーザの左右腰関節に関する情報（例えば、Ｒ軸、Ｌ軸の関節角度又はＲ軸、Ｌ軸の関節角速度）を受信することができ、ＩＭＵセンサから左右腰関節の運動方向に関する情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度又はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の角速度）を受信することもできる。また、歩行データ受信部２１０は、複数のＩＭＵセンサ又は複数のポテンショメータから歩行データを受信することができる。一実施形態における歩行データ受信部２１０は、ＩＭＵセンサ、ポテンショメータ又は筋電図センサに限らず、歩行動作によるユーザの運動量の変化をセンシングできる全てのセンサから歩行データを受信する。例えば、歩行データ受信部２１０は、筋電図センサから歩行によるユーザの筋電図の変化を示す筋電図データを受信することができる。また、歩行データ受信部２１０は、圧力センサ又は力センサからユーザの歩行による圧力データ又は力データを受信することができる。

また、歩行データ受信部２１０は、ユーザの歩行動作を測定するセンサを含む外部装置から通信インターフェースを用いてユーザの歩行データを受信することもできる。以下、通信インターフェースは、ＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ）、ＷｉＦｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）Ｄｉｒｅｃｔ、ＤＬＮＡ（（登録商標）Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｖｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｉａｎｃｅ）、Ｗｉｂｒｏ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｂｒｏａｄｂａｎｄ）、Ｗｉｍａｘ（Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）などの無線インターネットインターフェースとブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、赤外線通信（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ；ＩｒＤＡ）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ）、ＺｉｇＢｅｅ、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などの近距離通信インターフェースを含む。それだけでなく、通信インターフェースは、外部装置と通信を行うことができる全てのインターフェース（例えば、有線インターフェース）をも示す。

安定補助力設定部２２０は、歩行データに基づく少なくとも１つのインデックスの評価値を用いて安定補助力を設定する。安定補助力設定部２２０は、インデックス評価部、重み演算部、及び安定補助力演算部を含む。

インデックス評価部は、ユーザの歩行データに基づいて、ユーザの歩行安定度を示す少なくとも１つのインデックスの評価値を演算する。ここで、少なくとも１つのインデックスは歩行対称性、ストライドの長さ、ストライドの広さ、フットクリアランス、着地速度又は歩行比のうち少なくとも１つを含んでもよい。

一実施形態におけるインデックス評価部は、ストライドを基準として歩行データを分類し、分類される歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算する。一例として、インデックス評価部は、ＩＭＵセンサから取得したＺ軸の加速度を用いてストライドを基準として歩行データを分類することができる。他の一例として、インデックス評価部は、ユーザの足下に付着の圧力センサ又は力センサからユーザの足が地面と接触する時のセンシング値を受信し、受信したセンシング値を用いてストライドを基準として歩行データを分類することができる。ただし、これに限らず、インデックス評価部は、ステップを基準として分類された歩行データを用いてもよく、他の単位を基準として分類された歩行データを用いてもよい。

歩行対称性は、ユーザの両足が対称になる程度を示す。ユーザが歩行する際に、ユーザの足が振り上げられたり、固定されたり、ユーザの筋肉にかかる負荷が不均衡になる場合、ユーザの両足のうちのどちらか一方が弱くなり、左足及び右足の釣合いが維持されない場合もある。左足と右足の釣合いを維持するために、インデックス評価部は、歩行対称性をインデックスに含んでもよい。

ストライドの長さ（又は、歩幅）は、ユーザの歩行動作において、１つのストライドの上下の長さを示す。例えば、ストライドの長さは、固定された左足／右足を基準として左足／右足が振り上げられた後、再び左足／右足が固定される時までの長さを示す。ユーザの筋力が低下した場合、ストライドの長さが縮まり、それにより、ユーザの身体の動的エネルギ（ｄｙｎａｍｉｃ ｅｎｅｒｇｙ）を歩行に十分に利用できなくなるため、筋肉に負担が誘発されて筋力の低下が加重され得る。このような悪循環を防止するために、インデックス評価部は、ストライドの長さをインデックスに含んでもよい。

ストライドの広さは、ユーザの歩行動作において、１つのストライドの左右幅を示す。ユーザの筋力が低下する場合、自ら均衡を維持するためにユーザは両足の幅を広く取ろうとする。この場合、身体の左右のバランスのために、腰関節の内転／外転筋に大きな負荷がかかり、腰関節の内転／外転筋が負荷に耐えられない場合、ユーザが転倒する可能性がある。このような危険を防止するために、インデックス評価部は、ストライドの広さをインデックスに含んでもよい。

フットクリアランスは、ユーザの足と地面との間隔（例えば、１つのストライドにおける足と地面との最大高さ、ユーザの足のつま先と地面との最大高さ）を示す。正常なユーザは、歩行時に振り上げた足の足首を十分に曲げることができる。一方、足首の筋肉の筋力が弱った場合、ユーザが歩行する際に、振り上げた足の足首を十分に曲げることができないため、足が垂れ下がり、そのために地面の障害物にユーザの足が衝突して転倒する可能性がある。このような危険を防止するために、インデックス評価部は、フットクリアランスをインデックスに含んでもよい。

着地速度は、ユーザの足が地面につく速度を示す。正常なユーザは、歩行時の振り上げた足が地面に着地する時点で速度を減速でき、それにより、地面に対する足の接触力が高まり、足が地面の衝撃を吸収できる。一方、筋力が低下したユーザは、足が地面に着地する時点で速度を十分に減速できず、それにより、滑って転倒する可能性がある。このような危険を防止するために、インデックス評価部は、着地速度をインデックスに含んでもよい。

また、歩行比は、ストライドの長さとケイデンス（ｃａｄｅｎｃｅ）との比率で定義される。ここで、ケイデンスは、所定の基準時間に対するストライドの個数を示す。歩行比は、ユーザがどれくらい効率的に歩行をするかを示す指標として用いられる。

また、インデックス評価部は、各インデックスを基準としてユーザの歩行が安定するか否かを判断するための閾値を予め設定してもよい。インデックス評価部は、各インデックスごとに評価値と閾値とを比較して、各インデックスを基準としてユーザの歩行が安定するか否かを判断してもよい。

一実施形態におけるインデックス評価部は、歩行データ中のユーザの左腰関節の角度の軌跡と右腰関節の角度の軌跡との類似度を推定し、推定された類似度を歩行対称性の評価値に決定することができる。ここで、左腰関節の角度の軌跡と右腰関節の角度の軌跡は１ステップの差であってもよい。

インデックス評価部は、下記の式（１）を用いて歩行対称性の評価値を決定する。

ここで、Ｉ_ｓｙｍ（ｎ）はｎ回目のストライドにおける歩行対称性の評価値を示し、ＤＴＷはダイナミックタイムワーピング方式を示し、θ_ｌ（ｎ）はｎ回目のストライドにおける左腰関節の角度の軌跡を示し、θ_ｒ（ｎ）はｎ回目のストライドにおける右腰関節の角度の軌跡を示し、Ｔ_ｓｙｍは歩行対称性に対応する閾値を示す。

左足及び右足が交代に振り上げられるため、θ_ｌ（ｎ）及びθ_ｒ（ｎ）がそれぞれ測定される時間の間には一回目のステップにかかる時間程の違いが生じる可能性がある。

インデックス評価部は、ダイナミックタイムワーピングを用いて左辺のｎ回目のストライドにおける左腰関節の角度の軌跡及び右辺のｎ回目の右腰関節の角度の軌跡の間の類似度を推定してもよい。インデックス評価部は、推定された類似度をｎ回目のストライドにおける歩行対称性の評価値として決定してもよい。また、インデックス評価部は、評価値Ｉ_ｓｙｍ（ｎ）が閾値Ｔ_ｓｙｍ以下である場合、インデックス評価部は、ｎ回目のストライドにおいて、歩行対称性を基準としてユーザの歩行が安定していると判断し、評価値Ｉ_ｓｙｍ（ｎ）が閾値Ｔ_ｓｙｍより大きい場合、インデックス評価部は、ｎ回目のストライドにおいて、歩行対称性を基準としてユーザの歩行が不安定であると判断する。

一実施形態におけるインデックス評価部は、左腰関節の角度範囲及び右腰関節の角度範囲を用いて平均ストライドの長さを推定して、平均ストライドの長さをストライドの長さに対する評価値として決定することができる。ここで、インデックス評価部は、正確性を高めるために、複数のストライドの間の左腰関節の角度範囲の平均及び右腰関節の角度範囲の平均を算出し、算出された平均を平均ストライドの長さで推定する。他の一実施形態におけるインデックス評価部は、ユーザの足下に装着された圧力センサ又は力センサからユーザの足が地面と接触する時のセンシング値を受信することができ、インデックス評価部は、受信したセンシング値を用いて平均ストライドの長さを推定することもできる。

インデックス評価部は、下記の式（２）を用いてストライドの長さの評価値を決定する。

ここで、Ｉ_{ｓｔｒ＿ｌ（ｒ）}（ｍ）は左足（右足）のストライドの長さのｍ回目の評価値を示し、Ｒ_ｌ（ｒ）（ｎ）はｎ個のストライドにおける左（右）腰関節の角度範囲を示し、Ｔ_{ｓｔｒ＿ｌ（ｒ）}は左足（右足）のストライドの長さに対応する閾値を示す。

例えば、ｎが１００の場合、インデックス評価部は１００個のストライドにおける左腰関節の角度範囲及び右腰関節の角度範囲の平均を算出することができる。ここで、インデックス評価部は、左腰関節の角度の最大値と最小値との間の範囲を左腰関節の角度範囲として推定し、右腰関節の角度の最大値と最小値との間の範囲を右腰関節の角度範囲として推定する。

また、評価値Ｉ_{ｓｔｒ＿ｌ（ｒ）}（ｍ）が閾値Ｔ_{ｓｔｒ＿ｌ（ｒ）}以上である場合、インデックス評価部はストライドの長さを基準としてユーザの歩行が安定していると判断し、評価値Ｉ_{ｓｔｒ＿ｌ（ｒ）}（ｍ）が閾値Ｔ_{ｓｔｒ＿ｌ（ｒ）}より小さい場合、インデックス評価部はストライドの長さを基準としてユーザの歩行が不安定であると判断する。

一実施形態におけるインデックス評価部は、歩行データから左腰関節の最大屈曲角度及び右腰関節の最大屈曲角度を抽出して、左腰関節の最大屈曲角度及び右腰関節の最大屈曲角度をフットクリアランスに対する評価値として決定することができる。正常なユーザは、歩行する際に、振り上げる足のつま先を足首の筋肉を用いて持ち上げるが、足首の筋肉の筋力が弱った歩行者は、腰関節の筋肉を用いて、振り上げる足全体を持ち上げるため、正常なユーザよりも振り上げる足のつま先を低く持ち上げる。それにより、左腰関節の最大屈曲角度及び右腰関節の最大屈曲角度は、足首の筋肉の筋力が正常であるか否かを示すことができるため、インデックス評価部は、左腰関節の最大屈曲角度及び右腰関節の最大屈曲角度をフットクリアランスの評価値として決定することができる。

インデックス評価部は、下記の式（３）を用いてフットクリアランスの評価値を決定する。

ここで、Ｉ_{ｃｌｒ＿ｌ（ｒ）}（ｍ）は左足（右足）のフットクリアランスのｍ回目の評価値を示し、Ｍ_ｌ（ｒ）（ｎ）はｎ個のストライドにおける左足（右足）の屈曲角度を示し、ｍａｘ（Ｍ_ｌ（ｒ）（ｎ））は左足（右足）の屈曲角度のうち最大屈曲角度を示し、Ｔ_{ｃｌｒ＿ｌ（ｒ）}は左足（右足）のフットクリアランスに対応する閾値を示す。

例えば、ｎが１００の場合、インデックス評価部は１００個のストライドにおける左腰関節の最大屈曲角度及び右腰関節の最大屈曲角度を抽出することができる。

また、評価値Ｉ_{ｃｌｒ＿ｌ（ｒ）}（ｍ）が閾値Ｔ_{ｃｌｒ＿ｌ（ｒ）}以上である場合、インデックス評価部はフットクリアランスを基準としてユーザの歩行が安定していると判断し、評価値Ｉ_{ｃｌｒ＿ｌ（ｒ）}（ｍ）が閾値Ｔ_{ｃｌｒ＿ｌ（ｒ）}より小さい場合、インデックス評価部はフットクリアランスを基準としてユーザの歩行が不安定であると判断する。

重み演算部は、少なくとも１つのインデックスの評価値及び少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する。重み演算部は、下記の式（４）のように、重み演算部は、少なくとも１つのインデックスの評価値と少なくとも１つのインデックスに対応する閾値との差を正規化して少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する。

ここで、ｗ_{ｉ＿ｌ（ｒ）}（ｋ）は左足（右足）のインデックスｉのｋ回目の重みを示し、Ｉ_{ｉ＿ｌ（ｒ）}（ｋ）は左足（右足）のインデックスｉのｋ回目の評価値を示し、Ｔ_{ｉ＿ｌ（ｒ）}（ｋ）は左足（右足）のｋ回目の閾値を示し、Ｖ_{ｉ＿ｌ（ｒ）}は左足（右足）のインデックスｉの正規化値（ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ｖａｌｕｅ）を示す。式（４）により、インデックスの評価値と閾値との差が大きいほど重みは増加され得る。一実施形態における重み演算部は、インデックス評価部において、ユーザの歩行が安定すると判断されたインデックスに対する重みを０に設定する。

安定補助力演算部は、少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を演算する。ここで、安定補助力はユーザが安定して歩行できるように歩行補助装置が提供する力を示し、初期安定補助力は安定補助力の初期値を示すものであって、少なくとも１つのインデックスそれぞれに対応される。初期安定補助力は、予め設定されてもよく、安定補助力演算部が歩行データを基に設定してもよい。

一実施形態における安定補助力演算部は、歩行データ中の左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡の差に基づいて歩行対称性に対する初期安定補助力を設定することができる。安定補助力演算部は、下記の式（５）〜式（７）により歩行対称性に対する初期安定補助力を設定する。

左足のストライド及び右足のストライドが始まる時点は、１ステップに要する時間程の差がある。前記の時間の差を考慮して左腰関節の角度及び右腰関節の角度の差が算出されてもよい。

一側面によると、前記の時間の差を考慮するために、変数ｐを用いることができる。変数ｐは、ストライドの軌跡を正規化した変数である。例えば、変数ｐは、ストライドの開始を０とし、ストライドの終わりを１とする全体ストライドの軌跡に対する位置を意味する。

変数ｐを用いてストライドが行われる時刻を正規化した時刻をＮＳＴ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｓｔｒｉｄｅ Ｔｉｍｅ）で定義する。

同一のＮＳＴで、左腰関節の角度と右腰関節の角度との間の差は下記の式（５）を用いて算出される。

θ_r(p)及びθ_l(p)は、ｐ ＮＳＴにおいて、右腰関節の角度及び左腰関節の角度をそれぞれ示す。

非対称を改善するための補助力は、下記の式（６）及び式（７）を用いて算出される。

ｔ_{ｓ＿ｒ（ｌ）}は右足（左足）のストライド開始時刻であり、ｔ_ｄは一回目のストライドの時間を示す。ｐ_ｒ（ｌ）はｔ_{ｓ＿ｒ（ｌ）}以後の時刻ｔに対して右足（左足）のストライド軌跡におけるＮＳＴを示す。

ここで、τ_{ｐｒｉ＿ｓｙｍ＿ｌ}（ｔ）は時刻ｔにより左足に提供される歩行対称性に対する初期安定補助力を示し、τ_{ｐｒｉ＿ｓｙｍ＿ｒ}（ｔ）は時刻ｔにより右足に提供される歩行対称性に対する初期安定補助力を示し、Ｋ_{ｓｙｍ＿ｌ}は左足に提供される歩行対称性に対する初期安定補助力のゲインを示し、Ｋ_{ｓｙｍ＿ｒ}は右足に提供される歩行対称性に対する初期安定補助力のゲインを示す。

式（７）を用いてｔ_{ｓ＿ｒ（ｌ）}以後の補助力が決定される。

一側面によると、一回目のストライドが終了された後、次のストライドが始まる時刻及びΔθ（ｐ）が更新され、歩行対称性に対する安定補助力が繰り返し算出され得る。

また、ゲインＫ_{ｓｙｍ＿ｌ}及びＫ_{ｓｙｍ＿ｒ}が予め設定されてもよい。式（７）により、左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡の差が発生する場合、安定補助力演算部は、左腰関節の角度の軌跡と右腰関節の角度の軌跡との差を相殺するように初期安定補助力を設定する。

一実施形態における安定補助力演算部は、ユーザの左足及び右足が交差する交差時点を抽出して、交差時点から所定時間の間のピークトルクをストライドの長さに対する初期安定補助力に設定することができる。ここで、所定時間及びピークトルクは予め設定される。安定補助力演算部は、下記の式（８）によりストライドの長さに対する初期安定補助力を設定する。

ここで、τ_{ｐｒｉ＿ｓｔｒ＿ｌ}（ｔ）は時刻ｔにより左足に提供されるストライドの長さに対する初期安定補助力を示し、τ_{ｐｒｉ＿ｓｔｒ＿ｒ}（ｔ）は時刻ｔにより右足に提供されるストライドの長さに対する初期安定補助力を示し、θ_ｌ（ｔ）は時刻ｔによる左腰関節の角度の軌跡を示し、θ_ｒ（ｔ）は時刻ｔによる右腰関節の角度の軌跡を示し、Ｉ_{ｓｔｒ＿ｌ}（ｎ）は左足のストライドの長さの評価値を示し、Ｉ_{ｓｔｒ＿ｒ}（ｎ）は右足のストライドの長さの評価値を示す。また、τ_{ｓｔｒ＿ｐｅａｋ＿ｌ}は左足に提供されるストライドの長さに対するピークトルクを示し、τ_{ｓｔｒ＿ｐｅａｋ＿ｒ}は右足に提供されるストライドの長さに対するピークトルクを示し、ｔ_{ｄｕｒ＿ｌ}は左足に提供されるストライドの長さに対する初期安定補助力を提供する所定時間を示し、ｔ_{ｄｕｒ＿ｒ}は右足に提供されるストライドの長さに対する初期安定補助力を提供する所定時間を示す。式（８）により、安定補助力演算部は、時刻ｔによる左腰関節の角度の軌跡θ_ｌ（ｔ）と時刻ｔによる右腰関節の角度の軌跡θ_ｒ（ｔ）とを用いて交差時点を抽出し、交差時点から所定時間ｔ_{ｄｕｒ＿ｌ}及びｔ_{ｄｕｒ＿ｒ}の間の左足と右足とが互いに広がるようにピークトルクτ_{ｓｔｒ＿ｐｅａｋ＿ｌ}及びτ_{ｓｔｒ＿ｐｅａｋ＿ｒ}を提供する。

一実施形態における安定補助力演算部は、ユーザの振り上げた足が地面に近付く時点を抽出し、振り上げた足が地面に近付く時点から所定時間の間のピークトルクをフットクリアランスに対する初期安定補助力に設定することができる。ここで、所定時間及びピークトルクは予め設定される。安定補助力演算部は、下記の式（９）によりフットクリアランスに対する初期安定補助力を設定する。

ここで、τ_{ｐｒｉ＿ｃｌｒ＿ｌ}（ｔ）は時刻ｔにより左足に提供されるフットクリアランスに対する初期安定補助力を示し、τ_{ｐｒｉ＿ｃｌｒ＿ｒ}（ｔ）は時刻ｔにより右足に提供されるフットクリアランスに対する初期安定補助力を示し、θ_ｌ（ｔ）は時刻ｔによる左腰関節の角度の軌跡を示し、θ_ｒ（ｔ）は時刻ｔによる右腰関節の角度の軌跡を示し、Ｉ_{ｃｌｒ＿ｌ}（ｎ）は左足のフットクリアランスの評価値を示し、Ｉ_{ｃｌｒ＿ｒ}（ｎ）は右足のフットクリアランスの評価値を示す。また、τ_{ｃｌｒ＿ｐｅａｋ＿ｌ}は左足に提供されるフットクリアランスに対するピークトルクを示し、τ_{ｃｌｒ＿ｐｅａｋ＿ｒ}は右足に提供されるフットクリアランスに対するピークトルクを示し、ｔ_{ｄｕｒ＿ｌ}は左足に提供されるフットクリアランスに対する初期安定補助力を提供する所定時間を示し、ｔ_{ｄｕｒ＿ｒ}は右足に提供されるフットクリアランスに対する初期安定補助力を提供する所定時間を示す。式（９）により、安定補助力演算部は、左腰関節の角度の軌跡θ_ｌ（ｔ）と時刻ｔによる右腰関節の角度の軌跡θ_ｒ（ｔ）とを用いてユーザの振り上げた足が地面に近付く時点を推定し、ユーザの振り上げた足が地面に近付く時点から所定時間ｔ_{ｄｕｒ＿ｌ}及びｔ_{ｄｕｒ＿ｒ}の間の左足及び右足をさらに高まるようにピークトルクτ_{ｃｌｒ＿ｐｅａｋ＿ｌ}及びτ_{ｃｌｒ＿ｐｅａｋ＿ｒ}を提供する。

また、安定補助力演算部は少なくとも１つのインデックスごとに、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定してもよい。一実施形態における安定補助力演算部は、下記の式（１０）を用いて安定補助力を決定する。

ここで、τ_{ｓｔａｂ＿ｌ（ｒ）}（ｎ）はｎ回目のストライドに左足（右足）に提供される安定補助力を示し、ｗ_{ｉ＿ｌ（ｒ）}（ｋ）は左足（右足）のインデックスｉのｋ回目の重みを示し、τ_{ｐｒｉ＿ｉ＿ｌ（ｒ）}（ｎ）は左足（右足）に提供されるインデックスｉに対する初期安定補助力を示す。

一実施形態における安定補助力演算部は、１つのストライドを周期で安定補助力を設定することができる。ここで、評価値及び重みが演算される周期はインデックスごとに相違する。例えば、安定補助力演算部は、歩行対称性に対する評価値及び重みを１つのストライドごとに演算し、ストライドの長さ及びフットクリアランスに対する評価値及び重みを１００ストライドごとに演算する。この場合、安定補助力演算部は、１つのストライドを周期で安定補助力を設定する時、歩行対称性に対する評価値及び重みは１つのストライドごとに演算して演算された値を用い、ストライドの長さ及びフットクリアランスに対する評価値及び重みは、先に演算された値を用いることができる。

基本補助力設定部２３０は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定する。ここで、基本補助力は、補助力設定装置２００が少なくとも１つのインデックスの評価値を考慮せずに、ユーザの歩行を補助するために基本的に設定する補助力を意味する。基本補助力設定部２３０は、ＡＯ（適応的オシレータ）ベースの基本補助力設定方式又はＦＳＭ（有限状態機械）ベースの基本補助力設定方式を用いて基本補助力を設定する。ここで、基本補助力設定部２３０がＡＯベースの基本補助力設定方式又はＦＳＭベースの基本補助力設定方式のうちいずれかの基本補助力設定方式を選択するか否かは、通信インターフェースを用いて外部から選択されてもよく、基本補助力設定部２３０がユーザの筋力水準又は歩行パターンを分析して選択してもよい。

ＡＯベースの基本補助力設定方式による場合、基本補助力設定部２３０は、ＡＯに歩行データを適用してユーザの歩行動作の周期性（例えば、周波数パターン、位相パターン）を推定することができ、歩行動作の周期性に対応する補助力を基本補助力に設定することができる。ここで、各周期性に対応する補助力は予め設定される。一例として、ＡＯベースの基本補助力設定方式により設定される基本補助力は、規則的に歩行を行うユーザ又は正常な歩行者の歩行速度で歩行を行うユーザに適合することができる。

ＦＳＭのベース補助力設定方式による場合、基本補助力設定部２３０は、複数の歩行状態を予めモデリングすることができ、ＦＳＭに歩行データを適用してモデリングされた複数の歩行状態のうちユーザの歩行動作と対応する歩行状態を認識することができる。また、基本補助力設定部２３０は、認識された歩行状態による補助力を基本補助力に設定してもよい。ここで、各歩行状態に対応する補助力は予め設定される。一例として、ＦＳＭベースの基本補助力設定方式により設定される基本補助力は、不規則的に歩行を行うユーザ又は正常な歩行者の歩行速度で歩行できないユーザに適合することができる。

また、補助力設定装置２００は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作を認識する歩行動作認識部をさらに含んでもよい。

歩行動作認識部は、歩行データに基づいてユーザが歩行動作を行うか否かを判断する。歩行動作認識部でユーザが歩行動作を行うと判断される場合、基本補助力設定部２３０は歩行データに基づいて基本補助力を設定する。また、歩行動作認識部でユーザが歩行動作を行わないと判断される場合、基本補助力設定部２３０は基本補助力を０に設定する。

最終補助力設定部２４０は、基本補助力と安定補助力とに基づいて最終補助力を設定する。一実施形態における最終補助力設定部２４０は、基本補助力と安定補助力とを合わせて最終補助力を設定する。また、最終補助力設定部２４０は、基本補助力及び安定補助力のうち絶対値が大きい値を最終補助力に設定する。また、他の一実施形態における最終補助力設定部２４０は、安定補助力だけを最終補助力に設定する。また、これに限らず、最終補助力設定部２４０は、基本補助力と安定補助力とを異なる方法で組合わせて最終補助力を設定する。

一実施形態における最終補助力設定部２４０は、通信インターフェースを用いて、安定補助力に関する情報、基本補助力に関する情報又は最終補助力に関する情報を外部装置（例えば、外部の歩行補助装置、サーバ）に送信することができる。

また、最終補助力設定部２４０は、歩行補助装置が安定補助力又は最終補助力を出力するよう歩行補助装置を制御してもよい。それにより、最終補助力設定部２４０によって制御される歩行補助装置は、安定補助力又は最終補助力によりユーザが安定して歩行するように補助して、ユーザが転倒する危険を防止することができる。

図３は、他の一実施形態に係る補助力設定装置を示すブロック図である。図３を参照すると、補助力設定装置３００は、インデックス評価部３１０、重み演算部３２０、及び補助力設定部３３０を含む。

インデックス評価部３１０は、ユーザの歩行データに基づいてユーザの歩行安定度を示す少なくとも１つのインデックスの評価値を演算してもよい。ここで、少なくとも１つのインデックスは、歩行対称性、ストライドの長さ、ストライドの広さ、フットクリアランス、着地速度又は歩行比のうち少なくとも１つを含んでもよい。

インデックス評価部３１０は、ストライドを基準として歩行データを分類し、分類された歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算してもよい。ここで、インデックス評価部３１０は、上述した式（１）を用いて歩行対称性の評価値を演算し、上述した式（２）を用いてストライドの長さの評価値を演算し、上述した式（３）を用いてフットクリアランスの評価値を演算する。また、インデックス評価部３１０は、各インデックスごとに評価値と閾値とを比較して、各インデックスを基準としてユーザの歩行が安定するか可かを判断する。

重み演算部３２０は、少なくとも１つのインデックスの評価値及び少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する。ここで、重み演算部３２０は、上述した式（４）のように、少なくとも１つのインデックスの評価値と少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差を正規化して少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する。

補助力設定部３３０は、少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。

補助力設定部３３０は、歩行データに基づいて初期安定補助力を設定し、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。一例として、補助力設定部３３０は、上述した式（７）を用いて歩行対称性に対する初期安定補助力を設定し、上述した式（８）を用いてストライドの長さに対する初期安定補助力を設定し、上述した式（９）を用いてフットクリアランスに対する初期安定補助力を設定する。

また、補助力設定部３３０は、少なくとも１つのインデックスごとに、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。一例として、補助力設定部３３０は、上述した式（１０）を用いて安定補助力を決定することができる。

また、補助力設定装置３００は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定する基本補助力設定部を含んでもよい。

基本補助力設定部は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定する。基本補助力設定部は、ＡＯベースの基本補助力設定方式又はＦＳＭベースの基本補助力設定方式を用いて基本補助力を設定する。ここで、基本補助力設定部がＡＯベースの基本補助力設定方式又はＦＳＭベースの基本補助力設定方式のうちいずれかの基本補助力設定方式を選択するか否かは、通信インターフェースを用いて外部から選択されてもよく、基本補助力設定部がユーザの筋力水準又は歩行パターンを分析して選択してもよい。

ＡＯベースの基本補助力設定方式による場合、基本補助力設定部は、ＡＯに歩行データを適用してユーザの歩行動作の周期性を推定し、歩行動作の周期性に対応する補助力を基本補助力に設定することができる。

ＦＳＭベースの補助力設定方式による場合、基本補助力設定部は、複数の歩行状態を予めモデリングすることができ、ＦＳＭに歩行データを適用してモデリングされた複数の歩行状態のうちユーザの歩行動作と対応する歩行状態を認識することができる。また、基本補助力設定部は、認識された歩行状態による補助力を基本補助力に設定してもよい。

また、補助力設定部３３０は、基本補助力と安定補助力とに基づいて最終補助力を設定する。一実施形態における補助力設定部３３０は、基本補助力と安定補助力とを合わせて最終補助力を設定することができる。また、補助力設定部３３０は、基本補助力及び安定補助力のうち絶対値が大きい値を最終補助力に設定する。また、他の一実施形態における補助力設定部３３０は、安定補助力だけを最終補助力に設定することができる。また、これに限らず、補助力設定部３３０は、基本補助力と安定補助力とを異なる方法で組合わせて最終補助力を設定する。

図４は、更なる一実施形態に係る補助力設定装置を示すブロック図である。図４を参照すると、補助力設定装置４００は、歩行データ抽出部４１０、動作推定部４２０、選択部４３０、基本補助力設定部４４０、安定補助力設定部４５０、及び最終補助力設定部４６０を含む。

歩行データ抽出部４１０は、腰関節推定部４１１及び方向推定部４１２を含む。腰関節推定部４１１は、左右腰関節の角度、左右腰関節の速度、左右腰関節の角速度に関する情報を推定する。例えば、腰関節推定部４１１は、ポテンショメータから２軸関節角度データ、２軸関節角速度データを受信することができる。他の例として、腰関節推定部４１１は、モータエンコーダ（ｍｏｔｏｒ ｅｎｃｏｄｅｒ）から左右腰関節の角度、速度又は角速度に関する情報を受信することができる。腰関節推定部４１１は、ポテンショメータ又はモータエンコーダから受信した情報を用いて腰関節に関する情報を推定する。

方向推定部４１２は、左右腰関節の運動方向に関する情報を推定する。例えば、方向推定部４２０は、ＩＭＵセンサからユーザの歩行動作によるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度データ及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の角速度データを受信して、ＩＭＵセンサから受信したデータを用いて左右腰関節の運動方向を推定することができる。

動作推定部４２０は、動作再構成部４２１、動作認識部４２２、及び環境認識部４２３を含む。動作再構成部４２１は、歩行データ抽出部４１０で取得した歩行データを用いてユーザの姿勢を推定してもよい。例えば、動作再構成部４２１は、腰関節推定部４１１で取得した腰関節に関する情報を用いて膝又は足首の姿勢を推定することができる。

動作認識部４２２は、歩行データ抽出部４１０で取得した歩行データを用いてユーザの動作（例えば、立っている動作、座っている動作、歩行する動作）を推定してもよい。

環境認識部４２３は、歩行データ抽出部４１０で取得した歩行データを用いてユーザの歩行環境を推定してもよい。例えば、環境認識部４２３は、歩行データ抽出部４１０で取得した歩行データを用いて平地環境、上り傾斜環境、下り傾斜環境、上り階段環境及び下り階段環境を認識することができる。また、これに限らず、環境認識部４２３は、上述した５つの歩行環境の他に他の歩行環境を認識することもできる。

選択部４３０は、基本補助力を設定するための方式を選択する。例えば、選択部４３０は、ＡＯベースの基本補助力設定方式又はＦＳＭベースの基本補助力設定方式を選択することができる。ここで、選択部４３０は、通信インターフェースを用いて外部から基本補助力設定方式を選択されてもよく、ユーザの筋力水準又は歩行パターンを分析して選択してもよい。

基本補助力設定部４４０は、歩行周期推定部４４１、第１基本補助力設定部４４２、歩行状態認識部４４３、及び第２基本補助力設定部４４４を含む。

選択部４３０でＡＯベースの基本補助力設定方式が選択される場合、歩行周期推定部４４１はＡＯに歩行データを適用してユーザの歩行動作の周期性を推定する。例えば、歩行周期推定部４４１は、ＡＯに歩行データを適用してユーザの歩行による周期的な周波数パターン又は位相パターンを抽出することができる。第１基本補助力設定部４４２は、歩行動作の周期性に対応する補助力を基本補助力に設定する。例えば、第１基本補助力設定部４４２は、複数の周波数（位相）パターン及び複数の周波数（位相）パターンそれぞれに対応する補助力を予め設定することができる。第１基本補助力設定部４４２は、複数の周波数（位相）パターンのうち歩行周期推定部４４１で推定された周波数（位相）パターンと対応する周波数（位相）パターンを抽出し、複数の周波数（位相）パターンそれぞれに対応する補助力から、抽出された周波数（位相）パターンと対応する補助力を抽出する。

選択部４３０において、ＦＳＭベースの基本補助力設定方式が選択される場合、歩行周期推定部４４１は、ＦＳＭに歩行データを適用してモデリングされた複数の歩行状態のうちユーザの歩行動作と対応される歩行状態を認識することができる。例えば、歩行状態認識部４４３は、複数の歩行状態を予めモデリングすることができる。一例として、歩行状態認識部４４３は、右足が振り上げられた状態、両足が交差する状態、左足が振り上げられた状態で歩行状態を分類し、分類された歩行状態をモデリングすることができる。歩行状態認識部４４３は、ＦＳＭに歩行データを適用してユーザの歩行状態を認識する。また、歩行状態認識部４４３は、動作再構成部４２１で推定されたユーザの姿勢を用いてユーザの歩行状態を認識する。歩行状態認識部４４３は、モデリングされた複数の歩行状態のうち認識された歩行状態と対応される歩行状態を抽出してもよい。

第２基本補助力設定部４４４は、モデリングされた複数の歩行状態のうち抽出された歩行状態と対応される補助力を基本補助力に設定する。ここで、各歩行状態に対応する補助力は予め設定される。

安定補助力設定部４５０は、インデックス評価部４５１、重み演算部４５２、及び安定補助力決定部４５３を含む。

インデックス評価部４５１は、ストライドを基準として歩行データを分類し、分類された歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算してもよい。ここで、インデックス評価部４５１は、上述した式（１）を用いて歩行対称性の評価値を演算し、上述した式（２）を用いてストライドの長さの評価値を演算し、上述した式（３）を用いてフットクリアランスの評価値を演算してもよい。また、インデックス評価部４５１は、各インデックスごとに評価値と閾値を比較し、各インデックスを基準としてユーザの歩行が安定するか否かを判断してもよい。

一実施形態では、動作認識部４２２でユーザが歩行しないと認識される場合、安定補助力を設定しなくてもよいため、インデックス評価部４５１は、少なくとも１つのインデックスに対する評価値を演算しなくてもよい。

重み演算部４５２は、少なくとも１つのインデックスの評価値及び少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する。ここで、重み演算部４５２は、上述した式（４）のように、少なくとも１つのインデックスの評価値と少なくとも１つのインデックスに対応する閾値との差を正規化して少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する。安定補助力決定部４５３は、歩行データに基づいて初期安定補助力を設定し、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。一例として、安定補助力決定部４５３は、上述した式（７）を用いて歩行対称性に対する初期安定補助力を設定し、上述した式（８）を用いてストライドの長さに対する初期安定補助力を設定し、上述した式（９）を用いてフットクリアランスに対する初期安定補助力を設定することができる。

安定補助力決定部４５３は、少なくとも１つのインデックスごとに、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を決定する。一例として、安定補助力決定部４５３は、上述した式（１０）を用いて安定補助力を決定することができる。

最終補助力設定部４６０は、基本補助力設定部４４０で設定される基本補助力と安定補助力設定部４５０で設定される安定補助力とに基づいて最終補助力を設定する。最終補助力設定部４６０は、基本補助力と安定補助力とを合わせて最終補助力として設定してもよく、基本補助力及び安定補助力のうち絶対値が大きい値を最終補助力として設定してもよい。また、最終補助力設定部４６０は安定補助力だけを最終補助力として設定してもよい。

図５は、一実施形態に係る最終補助力の設定を説明するための動作フローチャートである。

図５を参照すると、補助力設定装置は、ユーザの歩行動作を認識する（Ｓ５１０）。補助力設定装置は、ユーザの動きをセンシングするセンサから歩行データを取得し、取得した歩行データを用いてユーザの動作を推定する。

補助力設定装置は、ユーザが歩行中であるか否かを判断する（Ｓ５２０）。ユーザが歩行しないと判断される場合、補助力設定装置は、安定補助力を０に設定するＳ５６０。

ユーザが歩行すると判断される場合、補助力設定装置は少なくとも１つのインデックスの評価値を演算する（Ｓ５３０）。一例として、補助力設定装置は、上述した式（１）を用いて歩行対称性の評価値を演算し、上述した式（２）を用いてストライドの長さの評価値を演算し、上述した式（３）を用いてフットクリアランスの評価値を演算する。

また、補助力設定装置は、少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する（Ｓ５４０）。補助力設定装置は、少なくとも１つのインデックスの評価値及び少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算してもよい。ここで、補助力設定装置は、上述した式（４）のように、少なくとも１つのインデックスの評価値と少なくとも１つのインデックスに対応する閾値との差を正規化して少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する。

また、補助力設定装置は、安定補助力を設定する（Ｓ５５０）。補助力設定装置は、歩行データに基づいて初期安定補助力を設定し、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。一例として、補助力設定装置は、上述した式（７）を用いて歩行対称性に対する初期安定補助力を設定し、上述した式（８）を用いてストライドの長さに対する初期安定補助力を設定し、上述した式（９）を用いてフットクリアランスに対する初期安定補助力を設定することができる。また、補助力設定装置は、少なくとも１つのインデックスごとに、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。一例として、補助力設定装置は、上述した式（１０）を用いて安定補助力を決定することができる。

また、補助力設定装置は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定する（Ｓ５７０）。補助力設定装置は、ＡＯベースの基本補助力設定方式又はＦＳＭベースの基本補助力設定方式を用いて基本補助力を設定する。ＡＯベースの基本補助力設定方式による場合、補助力設定装置は、ＡＯに歩行データを適用してユーザの歩行動作の周期性を推定し、歩行動作の周期性に対応する補助力を基本補助力に設定することができる。ＦＳＭベースの補助力設定方式による場合、補助力設定装置は、複数の歩行状態を予めモデリングすることができ、ＦＳＭに歩行データを適用して、モデリングされた複数の歩行状態のうちユーザの歩行動作と対応する歩行状態を認識することができる。また、基本補助力設定部は、認識された歩行状態による補助力を基本補助力に設定する。

また、補助力設定装置は、安定補助力と基本補助力とを組合わせて最終補助力を設定する（Ｓ５８０）。補助力設定装置は、基本補助力と安定補助力最終補助力とを設定してもよく、基本補助力及び安定補助力のうち絶対値が大きい値を最終補助力として設定してもよい。また、補助力設定装置は安定補助力だけを最終補助力に設定してもよい。

図６は、一実施形態に係る基本補助力の設定を説明するための図である。図６を参照すると、図はユーザの歩行による歩行データの変化を示す。図の横軸は時間を示し、縦軸は腰関節の角度又は腰関節の速度を示す。

時点６１１で右足は振り上げを止めることができ、時点６１２で左足は振り上げられて右足と交差でき、時点６１３で左足は振り上げを止めることができ、時点６１４で右足は振り上げられて左足と交差でき、時点６１５で右足は時点６１１のように振り上げを止めることができる。つまり、時点６１１〜時点６１５における歩行動作はストライドを示し、時点６１１〜時点６１３における歩行動作は右足に関するステップを示し、時点６１３〜時点６１５における歩行動作は左足に関するステップを示す。点線６２１は左腰関節の角度を示し、実線６２２は右腰関節の角度を示し、点線６３１は左腰関節の速度を示し、実線６３２は右腰関節の速度を示す。

一実施形態における補助力設定装置は、時点６１１、６１２、６１３、及び６１４での４つの歩行状態それぞれを予めモデリングすることができる。補助力設定装置は、ＦＳＭベースの補助力設定方式により、ＦＳＭに左右腰関節の角度情報６２１、６２２及び左右腰関節の速度情報６３１、６３２を適用して、モデリングされた４つの歩行状態のうちユーザの歩行動作に対応する歩行状態を認識してもよい。また、補助力設定装置は、モデリングされた４つの歩行状態に対応する補助力を予め設定し、補助力設定装置は、モデリングされた４つの歩行状態のうちユーザの歩行動作と認識される歩行状態による補助力を基本補助力に設定する。

更なる一実施形態における補助力設定装置は、ＡＯベースの基本補助力設定方式により、ＡＯに左右腰関節の角度情報６２１、６２２及び左右腰関節の速度情報６３１、６３２を適用してユーザの歩行動作の周期性（例えば、位相パターン）を推定することができる。補助力設定装置は、各周期性に対応する補助力を予め設定し、推定された歩行動作の周期性に対応する補助力を基本補助力に設定する。

図７Ａ及び図７Ｂは、一実施形態に係る歩行対称性に対する評価値の演算を説明するための図である。図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、図７Ａはユーザの歩行による腰関節の角度の変化を示す。図７Ａの横軸は時間を示し、縦軸は腰関節の角度を示す。

時点７１１で左足は振り上げを止めることができ、時点７１２で右足は振り上げられて左足と交差でき、時点７１３で右足は振り上げを止めることができ、時点７１４で左足は振り上げられて右の足と交差でき、時点７１５で左足は振り上げを止めることができる。また、時点７１６で右足は振り上げられて左足と交差でき、時点７１７で右足は時点７１３のように振り上げを止めることができる。時点７１１〜時点７１５における歩行動作は右足に関する１つのストライドを示し、時点７１３〜時点７１７における歩行動作は左足に関する１つのストライドを示す。また、時点７１１〜時点７１３における歩行動作及び時点７１５〜時点７１７における歩行動作は左足のステップを示し、時点７１３〜時点７１５における歩行動作は右足のステップを示す。実線７２１は右腰関節の角度を示し、点線７２２は左腰関節の角度を示す。

補助力設定装置は、右腰関節の角度の軌跡７２１と左腰関節の角度の軌跡７２２との類似度を推定し、推定された類似度を歩行対称性の評価値として決定してもよい。補助力設定装置は、時点７１１〜時点７１５における右腰関節の角度の軌跡と時点７１３〜時点７１７における左腰関節の角度の軌跡との差を算出してもよい。ここで、時点７１１〜時点７１５における右腰関節の角度の軌跡と時点７１３〜時点７１７における左腰関節の角度の軌跡とは１つのステップ間隔である。

図７Ｂは、時点７１１〜時点７１５における右腰関節の角度の軌跡（実線７３１）と時点７１３〜時点７１７における左腰関節の角度の軌跡（点線７３２）との差７３３を示す。図７Ｂにおいて、横軸はＮＳＴを示し、縦軸は腰関節の角度を示す。

補助力設定装置は、上述した式（１）を用いて歩行対称性の評価値を演算する。補助力設定装置は、ダイナミックタイムワーピングを右腰関節の角度の軌跡７３１と左腰関節の角度の軌跡７３２との差７３３に適用して右腰関節の角度の軌跡７３１と左腰関節の角度の軌跡７３２との類似度を推定し、推定された類似度を時点７１１〜時点７１７における歩行対称性の評価値で算出してもよい。また、補助力設定装置は、評価値と歩行対称性に対する閾値とを比較して歩行対称性を基準としてユーザの歩行が安定するか否かを判断してもよい。

一実施形態に係る歩行対称性に対する初期安定補助力の設定を説明するための図である。

図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、図８Ａはユーザの歩行による腰関節の角度の変化を示し、図８Ｂはユーザの歩行による初期安定補助力を示す。図８Ａの横軸はＮＳＴを示し、縦軸は腰関節の角度を示す。図８Ｂの横軸はＮＳＴを示し、縦軸は初期安定補助力を示す。

時点８１１で右足は振り上げを止めることができ、時点８１２で左足は振り上げられて右足と交差でき、時点８１３で左足は振り上げを止めることができ、時点８１４で右足は振り上げられて左足と交差でき、時点８１５で右足は時点８１１のように振り上げを止めることができる。時点８１１〜時点８１５における歩行動作はストライドを示し、時点８１１〜時点８１３における歩行動作は右足に関するステップを示し、時点８１３〜時点８１５における歩行動作は左足に関するステップを示す。

図８Ａにおいて、実線８２１は右腰関節の角度を示し、点線８２２は左腰関節の角度を示し、図８Ｂにおいて、実線８６１は右足に提供される初期安定補助力を示し、点線８６２は左足に提供される初期安定補助力を示す。

補助力設定装置は、上述した式（５）〜式（７）によって、ＮＳＴ軸上に表れた右腰関節の角度の軌跡８２１と左腰関節の角度の軌跡８２２との差に予め決められたゲインをかけて初期安定補助力を設定する。右足に提供される初期安定補助力８６１を設定するために、補助力設定装置は、左腰関節の角度の軌跡８２２に右腰関節の角度の軌跡８２１を引いた値に右足に提供される初期安定補助力のゲインをかける。また、左足に提供される初期安定補助力８６２を設定するために、補助力設定装置は、右腰関節の角度の軌跡８２１に左腰関節の角度の軌跡８２２を引いた値に左足に提供される初期安定補助力のゲインをかける。

右足に対する初期安定補助力は、時点８１１から適用され、左足に対する初期安定補助力は、時点８１３から適用される。

それにより、補助力設定装置は左腰関節の角度の軌跡８２２と右腰関節の角度の軌跡８２１との差が相殺されるように右足に提供される初期安定補助力８６１及び左足に提供される初期安定補助力８６２を設定することができる。

一実施形態に係るストライドの長さに対する初期安定補助力の設定を説明するための図である。

図９を参照すると、図９はユーザの歩行による初期安定補助力を示す。図９の横軸はＮＳＴを示し、縦軸は初期安定補助力を示す。

時点９１１で右足は振り上げを止めることができ、時点９１２で左足は振り上げられて右足と交差でき、時点９１３で左足は振り上げを止めることができ、時点９１４で右足は振り上げられて左足と交差でき、時点９１５で右足は時点９１１のように振り上げを止めることができる。時点９１１〜時点９１５における歩行動作はストライドを示し、時点９１１〜時点９１３における歩行動作は右足に関するステップを示し、時点９１３〜時点９１５における歩行動作は左足に関するステップを示す。図９において、実線９２１は右足に提供される初期安定補助力を示し、点線９２２は左足に提供される初期安定補助力を示す。

補助力設定装置は、上述した式（８）によって、左腰関節の角度の軌跡と右腰関節の角度の軌跡を用いて右足と左足との交差時点を抽出し、交差時点から所定時間の間のピークトルクをストライドの長さに対する初期安定補助力に設定する。ここで、所定時間及びピークトルクは予め設定される。図９の例において、補助力設定装置は、時点９１２及び時点９１４を右足と左足の交差時点で抽出することができる。補助力設定装置は、時点９１２及び時点９１４から所定時間の間の左足及び右足にピークトルクを提供するように右足に提供される初期安定補助力９２１及び左足に提供される初期安定補助力９２２を設定する。それにより、補助力設定装置は、時点９１２及び時点９１４から所定時間の間の左足と右足が互いに広がるように右足に提供される初期安定補助力９２１及び左足に提供される初期安定補助力９２２を設定することができる。

図１０は、一実施形態に係るフットクリアランスに対する初期安定補助力の設定を説明するための図である。図１０を参照すると、図１０はユーザの歩行による初期安定補助力を示す。図１０の横軸はＮＳＴを示し、縦軸は初期安定補助力を示す。

時点１０１１で右足は振り上げを止めることができ、時点１０１２で左足は振り上げられて右足と交差でき、時点１０１３で左足は振り上げを止めることができ、時点１０１４で右足は振り上げられて左足と交差でき、時点１０１５で右足は時点１０１１のように振り上げを止めることができる。時点１０１１〜時点１０１５における歩行動作はストライドを示し、時点１０１１〜時点１０１３における歩行動作は右足に関するステップを示し、時点１０１３〜時点１０１５における歩行動作は左足に関するステップを示す。図１０において、実線１０２１は右足に提供される初期安定補助力を示し、点線１０２２は左足に提供される初期安定補助力を示す。

補助力設定装置は、上述した式（９）によって、左腰関節の角度の軌跡と右腰関節の角度の軌跡とを用いてユーザの振り上げる足が地面に近付く時点を抽出し、振り上げる足が地面に近付く時点から所定時間の間のピークトルクをフットクリアランスの初期安定補助力として設定する。ここで、所定時間及びピークトルクは予め設定される。図１０の例において、補助力設定装置は、時点１０１２と時点１０１３との間の時点を左足が地面に近付く時点で抽出することができ、時点１０１４と時点１０１５との間の時点を右足が地面に近付く時点で抽出することができる。

補助力設定装置は、時点１０１２と時点１０１３との間の時点から所定時間の間の左足にピークトルクを提供するよう左足に提供される初期安定補助力１０２２を設定し、時点１０１４と時点１０１５との間の時点から所定時間の間の右足にピークトルクを提供するよう右足に提供される初期安定補助力１０２１を設定する。それにより、補助力設定装置は、時点１０１２と時点１０１３との間の時点から所定時間の間の左足がより高くなるよう初期安定補助力１０２２を設定し、時点１０１４と時点１０１５との間の時点から所定時間の間の右足がより高くなるよう初期安定補助力１０２１を設定することができる。

図１１は、一実施形態に係る補助力の設定を説明するための図である。図１１を参照すると、補助力設定装置は、歩行補助装置１１１０又は外部装置（例えば、サーバ）１１２０内に含まれる。

一実施形態では、補助力設定装置が歩行補助装置１１１０に含まれる場合、補助力設定装置は、歩行補助装置１１１０に含まれるセンサから歩行動作によるユーザの運動量の変化をセンシングする歩行データを受信することができる。補助力設定装置は、歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算し、評価値及び少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算してもよい。ここで、補助力設定装置は、通信インターフェースを用いて、外部装置１１２０から少なくとも１つのインデックスに対応する閾値に関する情報を受信する。また、補助力設定装置は、歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力を設定し、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。補助力設定装置は、歩行データに基づいて基本補助力を設定し、基本補助力と安定補助力とを組合わせて最終補助力を設定する。補助力設定装置は、最終補助力を出力するように歩行補助装置１１１０を制御してもよい。また、補助力設定装置は、ユーザの歩行データ、少なくとも１つのインデックスの評価値、重み、初期安定補助力、基本補助力、及び最終補助力を通信インターフェースを用いて外部装置１１２０に送信してもよい。

他の一実施形態では、補助力設定装置が外部装置１１２０に含まれる場合、補助力設定装置は、通信インターフェースを用いて、歩行補助装置１１１０に含まれたセンサがユーザの運動量の変化をセンシングする歩行データを歩行補助装置１１１０から受信することができる。補助力設定装置は、受信した歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算し、評価値及び少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算してもよい。ここで、少なくとも１つのインデックスに対応する閾値は予め決められる。また、補助力設定装置は、歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力を設定し、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定する。補助力設定装置は、歩行データに基づいて基本補助力を設定し、基本補助力と安定補助力とを組合わせて最終補助力を設定する。補助力設定装置は、歩行補助装置１１１０が最終補助力により駆動されるよう、通信インターフェースを用いて歩行補助装置１１１０に制御信号を送信してもよい。歩行補助装置１１１０は、制御信号により最終補助力を出力してもよい。

図１２は、一実施形態に係る補助力の提供のためのインターフェースを説明するための図である。図１２を参照すると、歩行補助装置１２１０は、通信インターフェースを用いてウェアラブル装置１２２０又はモバイル装置１２３０から動作モードが選択される。

一側面によると、動作モードは、第１動作モード及び第２動作モードを含む。第１動作モードは、歩行補助装置１２１０がユーザに歩行に対する補助力を提供するモードである。第２動作モードは、歩行補助装置１２１０がユーザの転倒を防止するための補助力を提供するモードである。

例えば、第１動作モードが選択される場合、転倒防止のための補助力が考慮され得ない。他の例として、第２動作モードが選択される場合、歩行補助装置１２１０は、歩行のための補助力及び転倒防止のための補助力が全て考慮された最終補助力を算出することができる。

他の一側面によると、歩行補助装置１２１０は、センサ（図示せず）から歩行動作によるユーザの運動量の変化をセンシングする歩行データを受信する。センサは、歩行補助装置１２１０と有線通信又は無線通信とを用いて接続されてもよい。

歩行補助装置１２１０は、歩行データに基づいてインデックスの評価値を演算してもよい。歩行補助装置１２１０は、評価値及びインデックスに対応する閾値の差に基づいてインデックスに対する重みを演算してもよい。歩行補助装置１２１０は、歩行データに基づいてインデックスに対応する初期安定補助力を設定し、初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定してもよい。歩行補助装置１２１０は、歩行データに基づいて基本補助力を設定し、基本補助力と安定補助力とを組合わせて最終補助力を設定してもよい。歩行補助装置１２１０は、第１モードが選択される場合、設定された最終補助力を出力することができる。

更なる一側面によると、歩行補助装置１２１０は、通信インターフェースを用いてウェアラブル装置１２２０又はモバイル装置１２３０でインデックスの評価値、初期安定補助力、安定補助力、基本補助力又は最終補助力に関する情報を送信する。ウェアラブル装置１２２０又はモバイル装置１２３０は、歩行補助装置１１１０から受信する情報を表示してもよい。例えば、図１２の例のように、ウェアラブル装置１２２０又はモバイル装置１２３０は、最終補助力を設定するためにストライドの長さに対するインデックスが反映されたという情報を表示することができる。

図１３は、一実施形態に係る歩行補助装置を示すブロック図である。図１３を参照すると、歩行補助装置１３００は、歩行データ受信部１３１０、安定補助力設定部１３２０、基本補助力設定部１３３０、最終補助力設定部１３４０、及び駆動制御部１３５０を含む。

歩行データ受信部１３１０は、ユーザの歩行データを受信する。

安定補助力設定部１３２０は、歩行データに基づく少なくとも１つのインデックスの評価値を用いて安定補助力を設定する。

基本補助力設定部１３３０は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定する。

最終補助力設定部１３４０は、安定補助力と基本補助力に基づいて最終補助力を設定する。

歩行データ受信部１３１０、安定補助力設定部１３２０、基本補助力設定部１３３０、及び最終補助力設定部１３４０は、図２の歩行データ受信部２１０、安定補助力設定部２２０、基本補助力設定部２３０、及び最終補助力設定部２４０で説明された内容がそのまま適用されるため、より詳細な説明は省略する。

駆動制御部１３５０は、最終補助力に基づいて歩行補助装置の駆動を制御する。一実施形態における歩行補助装置は、ユーザの左右腰関節を駆動させる駆動器を含み、駆動器が最終補助力を出力するよう駆動器を制御する。例えば、駆動制御部１３５０は、駆動器が最終補助力に対応するゲインを出力するよう駆動器に制御信号を送信することができる。この場合、駆動器は、制御信号により最終補助力に対応するゲインを出力する。それにより、歩行補助装置は、最終補助力によりユーザが安定して歩行できるように補助して、ユーザの転倒の危険を防止することができる。

図１４は、一実施形態に係る補助力設定方法を示した方法のフローチャートである。図１４を参照すると、補助力設定装置は、ユーザの歩行データを受信する（Ｓ１４１０）。

また、補助力設定装置は、歩行データに基づく少なくとも１つのインデックスの評価値を用いて安定補助力を設定してもよい（Ｓ１４２０）。また、補助力設定装置は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定してもよい（Ｓ１４３０）。また、補助力設定装置は、安定補助力と基本補助力に基づいて最終補助力を設定してもよい（Ｓ１４４０）。

図１４に示された一実施形態に係る補助力設定方法は、図１〜図１３で説明された内容がそのまま適用されるため、より詳細な説明は省略する。

図１５は、他の一実施形態に係る補助力設定方法を示した方法のフローチャートである。図１５を参照すると、補助力設定装置は、ユーザの歩行データに基づいてユーザの歩行安定度を示す少なくとも１つのインデックスの評価値を演算する（Ｓ１５１０）。

また、補助力設定装置は、評価値及び少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算してもよい（Ｓ１５２０）。

また、補助力設定装置は、少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に重みを適用して安定補助力を設定してもよい（Ｓ１５３０）。

図１５に示された他の一実施形態に係る補助力設定方法は、図１〜図１３で説明された内容がそのまま適用されるため、より詳細な説明は省略する。

図１６は、一実施形態に係る歩行補助方法を示した方法のフローチャートである。図１６を参照すると、歩行補助装置は、ユーザの歩行データを受信する（Ｓ１６１０）。

また、歩行補助装置は、歩行データに基づく少なくとも１つのインデックスの評価値を用いて安定補助力を設定してもよい（Ｓ１６２０）。また、歩行補助装置は、歩行データに基づいてユーザの歩行動作による基本補助力を設定してもよい（Ｓ１６３０）。

また、歩行補助装置は、安定補助力と基本補助力とに基づいて最終補助力を設定してもよい（Ｓ１６４０）。また、歩行補助装置は、最終補助力に基づいて歩行補助装置の駆動を制御してもよい（Ｓ１６５０）。

図１６に示された他の一実施形態に係る歩行補助方法は、図１〜図１３で説明された内容がそのまま適用されるため、より詳細な説明は省略する。

上述のように、実施形態が所定の実施形態と図面によって説明されたとしても、該当技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記の記載から多様な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で行われるか、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組合わせるか、他の構成要素又は均等物によって代替、置換されても適切な結果が達成されてもよい。

１００ 歩行補助装置
１２０ センサ部
１４０ コントローラ
２１０ 歩行データ受信部
２２０ 安定補助力設定部
２３０ 基本補助力設定部
２４０ 最終補助力設定部
３１０ インデックス評価部
３２０ 重み演算部
３３０ 補助力設定部

Claims (28)

1. ユーザの歩行データを受信する歩行データ受信部と、
   前記歩行データに基づく少なくとも１つのインデックスの評価値を用いて安定補助力を設定する安定補助力設定部と、
   前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定する基本補助力設定部と、
   前記安定補助力と前記基本補助力とに基づいて最終補助力を設定する最終補助力設定部と、
   を含む、補助力設定装置。
2. 前記安定補助力設定部は、
   前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算するインデックス評価部と、
   前記評価値及び前記少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて前記少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する重み演算部と、
   前記少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に前記重みを適用して前記安定補助力を演算する安定補助力演算部と、
   を含む、請求項１に記載の補助力設定装置。
3. 前記少なくとも１つのインデックスは、前記ユーザの両足が対称になる程度を示す歩行対称性、前記ユーザのストライドの長さ、ストライドの広さ、前記ユーザの足と地面との間隔を示すフットクリアランス、前記ユーザの足が地面につく速度を示す着地速度又は歩行比のうち少なくとも１つを含む、
   請求項２に記載の補助力設定装置。
4. 前記インデックス評価部は、ストライドを基準として前記歩行データを分類し、前記ストライドを基準として分類された歩行データに基づいて前記少なくとも１つのインデックスの評価値を演算する、
   請求項２に記載の補助力設定装置。
5. 前記インデックス評価部は、前記評価値と前記閾値を比較して前記少なくとも１つのインデックスを基準として前記ユーザの歩行が安定するか否かを判断する、
   請求項４に記載の補助力設定装置。
6. 前記インデックス評価部は、前記歩行データ中の前記ユーザの左腰関節の角度の軌跡と右腰関節の角度の軌跡との類似度を推定して、前記類似度を前記歩行対称性の評価値として決定する、
   請求項３に記載の補助力設定装置。
7. 前記インデックス評価部は、
   ダイナミックタイムワーピング（ＤＴＷ）を用いて前記左腰関節の角度の軌跡と前記右腰関節の角度の軌跡との前記類似度を推定する、
   請求項６に記載の補助力設定装置。
8. 前記インデックス評価部は、
   複数のストライドに対して、前記歩行データ中の左腰関節の角度範囲の平均及び右腰関節の角度範囲の平均を算出して平均ストライドの長さを推定して、
   前記平均ストライドの長さを前記ストライドの長さに対する評価値として決定する、
   請求項４に記載の補助力設定装置。
9. 前記インデックス評価部は、
   複数のストライドに対して、前記歩行データから左腰関節の最大屈曲角度及び右腰関節の最大屈曲角度を抽出して、
   前記左腰関節の最大屈曲角度及び前記右腰関節の最大屈曲角度を前記フットクリアランスに対する評価値として決定する、
   請求項３に記載の補助力設定装置。
10. 前記重み演算部は、前記評価値と前記閾値との差を正規化して前記重みを演算する、
    請求項２に記載の補助力設定装置。
11. 前記重み演算部は、
    前記インデックス評価部で、前記ユーザの歩行が安定すると判断されたインデックスに対する重みを０に設定する、
    請求項５に記載の補助力設定装置。
12. 前記安定補助力演算部は、前記歩行データに基づいて前記初期安定補助力を設定する、
    請求項３に記載の補助力設定装置。
13. 前記安定補助力演算部は、前記歩行データ中の左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡の差に基づいて前記歩行対称性に対する前記初期安定補助力を設定する、
    請求項１２に記載の補助力設定装置。
14. 前記安定補助力演算部は、
    前記歩行データ中の左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡を用いて前記ユーザの左足及び右足が交差する交差時点を抽出して、
    前記交差時点から所定時間の間のピークトルクを前記ストライドの長さに対する前記初期安定補助力に設定する、
    請求項１２に記載の補助力設定装置。
15. 前記安定補助力演算部は、
    前記歩行データ中の左腰関節の角度の軌跡及び右腰関節の角度の軌跡を用いて前記ユーザの振り上げる足が地面に近付く時点を抽出して、
    前記振り上げる足が地面に近付く時点から所定時間の間のピークトルクを前記フットクリアランスに対する前記初期安定補助力に設定する、
    請求項１２に記載の補助力設定装置。
16. 前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作を認識する歩行動作認識部をさらに含み、
    前記基本補助力設定部は、前記歩行動作認識部で前記ユーザが歩行動作しないと認識される場合、前記基本補助力を０に設定する、
    請求項１乃至１５いずれか一項に記載の補助力設定装置。
17. 前記基本補助力設定部は、適応的オシレータ（ＡＯ）に前記歩行データを適用して前記ユーザの歩行動作の周期性を推定して、
    前記歩行動作の周期性に対応する補助力を前記基本補助力に設定する、
    請求項１乃至１５いずれか一項に記載の補助力設定装置。
18. 前記基本補助力設定部は、
    前記ユーザの歩行動作を複数の状態でモデリングし、
    有限状態機械（ＦＳＭ）に前記歩行データを適用して、前記モデリングされた複数の歩行状態中の前記ユーザの歩行動作と対応される歩行状態を認識し、
    前記認識された歩行状態による補助力を前記基本補助力に設定する、
    請求項１乃至１５いずれか一項に記載の補助力設定装置。
19. 前記最終補助力設定部は、前記安定補助力と前記基本補助力とを合わせて前記最終補助力を設定する、
    請求項１乃至１８いずれか一項に記載の補助力設定装置。
20. 前記最終補助力設定部は、前記安定補助力及び前記基本補助力のうち絶対値が大きい値を前記最終補助力に設定する、
    請求項１に記載の補助力設定装置。
21. ユーザの歩行データに基づいて前記ユーザの歩行安定度を示す少なくとも１つのインデックスの評価値を演算するインデックス評価部と、
    前記評価値及び前記少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて前記少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算する重み演算部と、
    前記少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に前記重みを適用して安定補助力を設定する安定補助力設定部と、
    を含む、補助力設定装置。
22. 前記安定補助力設定部は、前記歩行データに基づいて前記初期安定補助力を設定する、
    請求項２１に記載の補助力設定装置。
23. 前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定する基本補助力設定部をさらに含み、
    前記基本補助力と前記安定補助力に基づいて最終補助力を設定する、
    請求項２１または２２に記載の補助力設定装置。
24. ユーザの歩行データを受信する歩行データ受信部と、
    前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算して、前記評価値に基づいて安定補助力を設定する安定補助力設定部と、
    前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定する基本補助力設定部と、
    前記安定補助力と前記基本補助力とに基づいて最終補助力を設定する最終補助力設定部と、
    前記最終補助力に基づいて歩行補助装置の駆動を制御する駆動制御部と、
    を含む、歩行補助装置。
25. ユーザの歩行データを受信するステップと、
    前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算して、前記評価値に基づいて安定補助力を設定するステップと、
    前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定するステップと、
    前記安定補助力と前記基本補助力に基づいて最終補助力を設定するステップと、
    を含む、補助力設定方法。
26. ユーザの歩行データに基づいて前記ユーザの歩行安定度を示す少なくとも１つのインデックスの評価値を演算するステップと、
    前記評価値及び前記少なくとも１つのインデックスに対応する閾値の差に基づいて前記少なくとも１つのインデックスに対する重みを演算するステップと、
    前記少なくとも１つのインデックスに対応する初期安定補助力に前記重みを適用して安定補助力を設定するステップと、
    を含む、補助力設定方法。
27. ユーザの歩行データを受信するステップと、
    前記歩行データに基づいて少なくとも１つのインデックスの評価値を演算して、前記評価値に基づいて安定補助力を設定するステップと、
    前記歩行データに基づいて前記ユーザの歩行動作による基本補助力を設定するステップと、
    前記安定補助力と前記基本補助力とに基づいて最終補助力を設定するステップと、
    前記最終補助力に基づいて歩行補助装置の駆動を制御するステップと、
    を含む、歩行補助方法。
28. 請求項２５乃至請求項２７いずれか一項の方法を実行するプログラムが記録されたコンピュータで読取可能な記録媒体。

Images