JP2021154061A - 杖、杖の制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】車輪の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、杖を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能な杖を提供する。【解決手段】杖３は、車輪１４付きの第１杖１と、車輪２４付きの第２杖２と、を備え、第１杖１と第２杖２とが連動して、第１杖１及び第２杖２の双方に備えられた車輪１４，２４の駆動制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、杖、杖の制御方法、及びプログラムに関する。

特許文献１には、歩行の補助又は訓練に使用するための杖であって、支持時に路面に共に接地する車輪部と石突部を有する杖が記載されている。

特開２００７−２４４５３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の杖では、使用者の動力のみで杖を移動させる必要がある。よって、車輪の動力によって歩行を補助することが可能な杖が望まれ、特に、杖を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能な杖を実現することが望まれる。

そこで、本発明の目的は、車輪の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、杖を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能な杖、その制御方法、及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様に係る杖は、車輪付きの第１杖と、車輪付きの第２杖と、を備え、前記第１杖と前記第２杖とが連動して、前記第１杖及び前記第２杖の双方に備えられた車輪の駆動制御を行う、ものとする。この一態様によれば、２本の杖での安定化が図れるだけでなく、車輪の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、連動した制御により杖を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になる。

また、前記第１杖は、使用者が把持する第１把持部を有し、前記第２杖は、使用者が把持する第２把持部を有し、前記杖は、前記第１把持部及び前記第２把持部の一方に配設された、使用者が把持時に押すことでオンされるスイッチを備え、前記スイッチがオンされた場合に前記駆動制御を開始する、ことを特徴とすることができる。これにより、スイッチがオンされることで車輪が駆動制御されることになるため、使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になる。
ここで、前記杖は、前記スイッチがオンされている期間中、前記駆動制御を行う、ことが好ましい。これにより、スイッチのオフによる停止制御を採用することができ、使用者が転ぶなどの何らかのアクシデントでスイッチがオフされた場合に、双方の車輪の駆動を停止させることができ、より安全に杖を使用することができるようになる。さらに、これにより、とっさの停止制御を行うことができるだけでなく、ブレーキを別途設けた場合に比べ大型化を避けることができる。

また、前記第１杖は、使用者が把持する第１把持部と、前記第１把持部に配設され、使用者が把持時に押すことでオンされる第１スイッチと、を有し、前記第２杖は、使用者が把持する第２把持部と、前記第２把持部に配設され、使用者が把持時に押すことでオンされる第２スイッチと、を有し、前記杖は、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオン状態に応じて、前記駆動制御を開始する、ことを特徴とすることもできる。これにより、スイッチのオン状態に基づき車輪の駆動制御が開始されることになるため、使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になる。

ここで、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの双方がオンされた場合に、前記駆動制御を開始する、ことが好ましい。これにより、双方のスイッチがオンされることで車輪が駆動制御されることになるため、使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になる。
さらに、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの双方がオンされている期間中、前記駆動制御を行う、ことが好ましい。これにより、使用者が転ぶなどの何らかのアクシデントで一方のスイッチがオフされた場合に、双方の車輪の駆動を停止させることができ、より安全に杖を使用することができるようになる。さらに、これにより、とっさの停止制御を行うことができるだけでなく、ブレーキを別途設けた場合に比べ大型化を避けることができる。

また、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの一方を無効にする設定部を備え、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち有効なスイッチの全てがオンされた場合に、前記駆動制御を開始する、ことを特徴とすることもできる。これにより、有効なスイッチがオンされることで車輪が駆動制御されることになるため、使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になり、また、使用者の脚部の状態などに応じて適切に杖を利用できるようになる。
さらに、前記有効なスイッチの全てがオンされている期間中、前記駆動制御を行う、ことが好ましい。これにより、使用者が転ぶなどの何らかのアクシデントで有効なスイッチがオフされた場合に、双方の車輪の駆動を停止させることができ、より安全に杖を使用することができるようになる。さらに、これにより、とっさの停止制御を行うことができるだけでなく、ブレーキを別途設けた場合に比べ大型化を避けることができる。

また、前記第１杖は、前記第１杖の傾きを検出する第１センサを有し、前記第２杖は、前記第２杖の傾きを検出する第２センサを有し、前記駆動制御は、前記第１センサで検出された傾き及び前記第２センサで検出された傾きに基づいて行われる、ことが好ましい。これにより、杖をより安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になる。

また、前記第１杖と前記第２杖とは、有線ケーブル又は無線通信により接続される、ことを特徴とすることができる。これにより、様々な形態や用途の杖を提供することができる。

本発明の他の態様に係る杖の制御方法は、前記杖は、車輪付きの第１杖と車輪付きの第２杖とを備え、前記第１杖と前記第２杖とを連動させて、前記第１杖及び前記第２杖の双方に備えられた車輪の駆動制御を行う、ものとする。この一態様によれば、２本の杖での安定化が図れるだけでなく、車輪の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、連動した制御により杖を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になる。

本発明の他の態様に係るプログラムは、杖に備えるコンピュータに、車輪駆動処理を実行させるためのプログラムであって、前記杖は、車輪付きの第１杖と車輪付きの第２杖とを備え、前記車輪駆動処理は、前記第１杖と前記第２杖とを連動させて、前記第１杖及び前記第２杖の双方に備えられた車輪の駆動制御を行う、ものとする。この一態様によれば、２本の杖での安定化が図れるだけでなく、車輪の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、連動した制御により杖を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能になる。

本発明によれば、車輪の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、杖を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪を駆動させることが可能な杖、その制御方法、及びプログラムを提供することができる。

実施形態１に係る杖の一構成例を示す概略斜視図である。 実施形態１に係る杖の制御系の一例を示すブロック図である。 図１の杖において使用者が左手を右手より前方に位置させる場合の様子を示す概略斜視図である。 図２の杖における処理例を説明するためのフロー図である。 実施形態２に係る杖における処理例を説明するためのフロー図である。 実施形態３に係る杖の一構成例を示す概略斜視図である。 車輪付きの杖のハードウェア構成の一例を示す図である。

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。以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。

（実施形態１）
実施形態１について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る杖の一構成例を示す概略斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る車輪付きの杖３は、車輪１４付きの第１杖１と、車輪２４付きの第２杖２と、を備える。第１杖１と第２杖２とは基本的に同じ構造であり、左右対称になるように用いられるか、或いは、第１杖１が左右対称で且つ第２杖２も左右対称であり、左右いずれの杖を用いるように構成しておくこともできる。杖３は、杖セット又は２本杖と称することもできる。

第１杖１は、制御部１０、本体フレーム１１、把持部１２、スイッチ１３、車輪１４、駆動部１５、センサ１６、及び通信部１７を備えることができる。第２杖２は、制御部２０、本体フレーム２１、把持部２２、スイッチ２３、車輪２４、駆動部２５、センサ２６、及び通信部２７を備えることができる。

なお、把持部１２、把持部２２はそれぞれ杖３が備える第１把持部、第２把持部であり、スイッチ１３、スイッチ２３はそれぞれ杖３が備える第１スイッチ、第２スイッチであり、センサ１６、センサ２６はそれぞれ杖３が備える第１センサ、第２センサである。また、駆動部１５、駆動部２５はそれぞれ杖３が備える第１駆動部、第２駆動部であり、車輪１４、車輪２４はそれぞれ杖３が備える第１車輪、第２車輪である。また、本体フレーム１１，２１や通信部１７，２７についても同様である。

以下、主に第１杖１の各構成要素のみについて説明するが、第２杖２の各構成要素についても基本的に同様である。

本体フレーム１１は、例えば円柱状の部材などとすることができるが、その形状は問わず、図１に示すように屈曲した形状を採用することもできるが、直線状の形状を有することもでき、またその断面形状も円形に限らない。把持部１２は、使用者が把持することが可能な部分であり、本体フレーム１１の上方に配設されることができ、本体フレーム１１と把持部１２とは一体で構成することもできる。把持部１２は、基本的に使用者が片手で把持できるような形状を有するが、場合によっては両手で把持することも可能である。なお、把持部１２の形状は問わない。本体フレーム１１が直線状の形状であった場合、把持部１２はその上部に取り付けられることもでき、本体フレーム１１と把持部１２とでＴ字状とすることができる。

スイッチ１３は、把持部１２に配設されるスイッチであり、機械的なスイッチでもよいが、圧力センサなどの電子スイッチであってもよい。スイッチ１３は、使用者が把持部１２を把持したときに押下（又はタッチ）できるような位置に配設しておくことが好ましい。無論、実際に第１杖１を使用する際の把持方法は使用者によって異なることになるが、少なくとも一般的な使用者が押下又はタッチできるような位置にスイッチ１３が配設されていればよい。スイッチ１３の用途については後述する。

駆動部１５は、車輪１４を駆動する部分であり、その機構などは問わないが、例えばモータを有することができる。以下、駆動部１５の主要部としてモータを備えた例を挙げて説明する。駆動部１５は、例えば本体フレーム１１の下方に配設することができ、符号１５で示す部分はその駆動軸部分を示している。

車輪１４は、地面に沿って回動させることが可能な車輪であり、駆動部１５の駆動軸に取り付けておくことができる。つまり、車輪１４は駆動部１５により駆動される駆動輪とすることができる。車輪１４はその接地部分にゴムや軟質の鉄等のタイヤを有することができる。車輪１４は、第１杖１に１つ設けられていればよいが、図１における本体フレーム１１を挟んで２つ設けるなど、第１杖１に複数設けておくこともできる。車輪１４を２輪以上で構成することで、使用者が安定した歩行を行うことができるようになる。例えば、車輪１４を左右に２輪設けていた場合には、右輪と左輪とでトルク量を調整することで進行方向を変化させるような制御を行うこともできる。

センサ１６は、第１杖１の傾きを検出するセンサであり、例えば本体フレーム１１の内部などに配設しておくことができる。センサ１６としては、例えば加速度センサ、光学的なセンサなどが挙げられるが、これに限ったものではない。スイッチ１３は、上述したように把持部１２に配設され、使用者が把持時に押すことでオンされる。また、使用者が認識可能なように、スイッチ１３としては目立つ形状を採用するか、スイッチ１３の部分の色を変えるなどしておくこともできる。なお、スイッチ１３とは別に制御系を機能させるための電源スイッチを別途備えておくこともできる。

制御部１０，２０での制御について、図２及び図３を併せて参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る杖３の制御系の一例を示すブロック図である。図３は、図１の杖３において使用者が右手より左手を前方に位置させる場合の様子を示す概略斜視図である。

図２に示すように、制御部１０は、スイッチ１３、駆動部１５、及びセンサ１６に接続され、第１杖１の全体を制御するように構成することができる。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、作業用メモリ、及び不揮発性の記憶装置などによって、或いは集積回路（Integrated Circuit）によって実現される。この記憶装置にプロセッサによって実行される制御用のプログラムを格納しておき、プロセッサがそのプログラムを作業用メモリに読み出して実行することで、制御部１０の機能を果たすことができる。制御部２０についても制御部１０と同様の構成とすることができ、第２杖２の全体を制御するように構成することができる。

そして、本実施形態に係る杖３では、第１杖１と第２杖２とが連動して、第１杖及び第２杖２の双方に備えられた車輪１４，２４の駆動制御を行う。上述のような連動は、制御部１０が、車輪１４と車輪２４とが連動して駆動されるように（これにより杖３の傾きも連動して制御される）、駆動部１５，２５を制御することで実現させることができる。

また、この連動は、通信部１７，２７での有線又は無線の通信により実現することができ、その場合、通信部１７，２７間で通信を行いながら制御部１０，２０のいずれか一方がマスタとなり他方がスレーブとなって制御を行うことができる。但し、マスタとスレーブは、設定により入れ替えること、或いは制御タイミング毎に入れ替える（例えばスイッチがオンされた方をその時点でのマスタとする）こともできる。以下では、説明の簡略化のため、制御部１０がマスタ、制御部２０がスレーブとして常に制御がなされる例を挙げて説明する。

なお、通信部１７，２７が有線通信部である場合には、図示しない有線ケーブルを第１杖１と第２杖２との間に繋いでおけばよい。通信部１７，２７が無線通信部である場合には第１杖１と第２杖２とが無線通信により接続可能であるため、このような有線ケーブルが不要である。

本実施形態に係る杖３は、スイッチ１３，２３のオン状態に応じて、駆動制御を開始することが好ましい。この場合、制御部１０がスイッチ１３からの入力を得るとともに、通信部１７，２７を介して制御部２０からスイッチ２３のオン／オフの状態を得、それらのオン状態に応じて駆動制御を開始する。なお、ここでのオン状態とは双方がオンである場合、一方のみがオンである場合などがあり、より好ましい例については後述する。

また、上記の駆動制御は、センサ１６で検出された傾き及びセンサ２６で検出された傾きに基づいて行われることが好ましい。この場合、制御部１０がセンサ１６からの入力を得るとともに、通信部１７，２７を介して制御部２０からセンサ２６の入力を得、それらの傾き（検出値）に基づき、駆動部１５，２５の制御を行う。制御部１０は、駆動部２５の制御を、通信部１７，２７及び制御部２０を介して実行する。

好ましい例として、制御部１０は、スイッチ１３，２３の双方がオンされた場合に、上記の駆動制御を開始する。特に、制御部１０は、スイッチ１３，２３の双方がオンされた場合に、センサ１６で検出された傾き及びセンサ２６で検出された傾きに基づき駆動部１５、２５を制御する。つまり、制御部１０は、スイッチ１３，２３の双方がオンされた場合に、センサ１６，２６で検出された傾きに基づき駆動部１５，２５を制御することで、車輪１４，２４の駆動を制御する。具体的な制御の方法は問わないが、使用者の歩行を考慮した制御アルゴリズムを採用することができる。例えば、制御部１０は、センサ１６，２６のうちセンサ１６からの検出値に重みをおいて駆動部１５を制御することができ、センサ２６からの検出値に重みをおいて駆動部２５を制御することができる。

例えば、図１に示すようにセンサ１６，２６で検出された傾きθ１，θ２が同じ状態から、図３で示すように右手より左手を前方（前進方向）に出す方向に変化するように使用者が力を加えて第１杖１及び第２杖２を移動させた場合について説明する。この場合、制御部１０は、駆動部１５を制御し車輪１４の回転数を上げるように制御を行い、駆動部２５を制御し車輪２４の回転数を下げるような制御を行う。

このような場合、その後又は同時に、前方に手が位置する側の脚（この場合は左脚）を起点として後方に手が位置する側の脚（この場合は右脚）を前に進めることが通常であるため、このような制御がなされる。なお、図３では便宜上、θ１を本体フレーム１１が前方に倒れたように且つθ２を本体フレーム２１が後方に倒れたように図示しているが、使用者によってはいずれも前方又は後方に倒れている場合もある。

ここで、θ１，θ２はいずれも鉛直方向に対する角度と定義して説明しているが、これに限らず、無論、方位角についても考慮することが好ましい。方位角まで考慮することで、例えば第１杖１と第２杖２との間の前進方向に垂直な左右方向の距離、つまり幅を一定に保つような制御を行うこともできる。以下の他の角度の定義も同様である。

また、左手より右手を前方に出す場合には上述した制御と逆の制御を行えばよい。また、車輪１４，２４の回転数の変化は、例えば、それぞれ車輪１４，２４の回転の角速度又は角加速度の変化により生じさせることができ、どのように変化させるかは実装される制御系に応じて異なる。

また、制御部１０は、車輪１４，２４の回転を実際の地面に対する進行速度を目標として、進行速度を制御することもできる。例えば、制御部１０は、単純に地面に対して一定速度で進行できるように制御を行うこともできる。その場合、制御部１０は、双方の傾きが一致した場合や逆に或る大きな閾値を超えるような差が生じた場合には、それぞれ通常の歩行停止、転倒とみなして、その進行を停止させるように制御を停止させることもできる。また、いずれの制御方法においても、制御部１０は、左右の車輪１４，２４のトルク量を調整することで進行方向を変化させるような制御を行うこともできる。

なお、図１，図３においては、白抜き矢印で前進方向を示しているが、制御部１０，２０、車輪１４，２４、及び駆動部１５，２５は後進も可能に構成しておくこともできる。但し、後進時には、傾きθ１，θ２による制御を停止するなどの制御方法を採用することが好ましい。

また、制御部１０は、センサ１６，２６で検出されたθ１，θ２に基づき杖１の倒立状態を維持させるように駆動部１５，２５を制御すること（つまり倒立制御を行うこと）もできる。これにより、杖１の本体フレーム１１の角度を一定に保った状態で安定に歩行させることができる。このような倒立制御も、傾きθ１，θ２に基づき駆動部１５，２５を連動させて制御する一例であり、他の制御と組み合わせることもできる。また、倒立状態としては、鉛直方向に本体フレーム１１，２１が向いた状態とすることができるが、所定角度だけ前方又は後方に傾けた角度を基準とすることもできる。

特に、センサ１６，２６は、図１で例示したように把持部１２の近隣に配設しておくか、或いは、把持部１２に配設しておくことが好ましい。このように使用者の手元にくるようにセンサ１６，２６を配置させることにより、使用者の力（又は移動させる量）に応じて傾きθ１，θ２の変化が大きくなり、傾きθ１，θ２の変化が検出し易く制御を細かくすることができる。さらに、これにより、進行方向の加速度がセンサ１６，２６で検出され難くすることができ、センサ１６，２６にジャイロ機能を設けなくて済む。

以下、杖３において実施されることが可能な、本実施形態に係る制御方法（以下、本方法）について説明する。本方法は、杖３を制御する方法、より具体的には駆動部１５，２５を制御する方法であり、第１杖１と第２杖２とを連動させて、第１杖１及び第２杖２の双方に備えられた車輪１４，２４の駆動制御を行う。この制御方法は、例えば、杖３の制御部１０，２０のマスタ側（一方又は双方）に備えるコンピュータに、次の車輪駆動処理を実行させるための上記プログラムを用いて実現させることができるが、これに限ったものではない。上記車輪駆動処理は、第１杖１と第２杖２とを連動させて、第１杖１及び第２杖２の双方に備えられた車輪１４，２４の駆動制御を行う処理である。制御方法及びプログラムについてのその他の例は、上述した通り、又は後述する通りである。

このような制御方法の好適な例について図４を参照しながら説明する。図４は、杖３における処理例を説明するためのフロー図である。

まず、制御部１０は、スイッチ１３，２３の状態及びセンサ１６，２６からの出力値である検出値（傾きθ１，θ２）を監視しておくものとする。制御部１０は、スイッチ１３，２３の双方で使用者による把持が検出されたか否かを判定し（ステップＳ１１）、検出された時点で次の処理に進む。

ステップＳ１１でＹＥＳとなった場合（双方の把持が検出された場合）、制御部１０は、センサ１６，２６の検出値に基づく駆動部１５，２５の制御を開始する（ステップＳ１２）。次いで、制御部１０は、スイッチ１３，２３の少なくとも一方で把持が未検出になったか否かを判定し（ステップＳ１３）、未検出になった場合（ＹＥＳとなった場合）に駆動部１５，２５の制御を停止する（ステップＳ１４）。これにより、使用者が少なくとも一方の杖を把持しなくなった時点で車輪１４，２４の駆動が停止されることになる。

このような処理は、繰り返される。即ち、ステップＳ１４の後は、再度、ステップＳ１１から処理が開始されることになる。

ステップＳ１３及びその後の処理で例示したように、スイッチ１３，２３は、使用者が把持を止めることでオフされるスイッチとすることが好ましい。その場合、制御部１０は、スイッチ１３，２３の少なくとも一方がオフされた場合に、車輪１４，２４の駆動を停止させるように駆動部１５，２５を制御することが好ましい。つまり、スイッチ１３，２３は、使用者が手を離すことで非常停止するスイッチとして機能させることができる。

換言すれば、制御部１０は、スイッチ１３，２３の双方がオンされている期間中、駆動制御を行うことが好ましい。これにより、使用者が転ぶなどの何らかのアクシデントで一方のスイッチがオフされた場合に、双方の車輪１４，２４の駆動を停止させることができ、より安全に杖３を使用することができる。

以上、本実施形態に係る杖３によれば、２本の杖での安定化が図れるだけでなく、車輪１４，２４の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、杖３を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪１４，２４を駆動させることが可能になる。特に、杖３では、一対の杖１，２の使用者の左右位置することで、使用者は左右方向の姿勢も安定させながら安定した杖姿勢状態で利用することができる。

ここで、杖３は、スイッチ１３，２３のオン／オフにより駆動を開始／停止させることで、使用者の進行の意思を反映させながら（意思に沿って）進行／停止させることができる。少なくとも、杖３は、スイッチ１３，２３の双方のオンにより駆動を開始させることで、使用者が進行させたいときに進行させることができるようになる。また、杖３は、傾きθ１，θ２による駆動制御を行うことで、安定した杖姿勢状態で利用することができるようになる。このように、杖３では、例えば、使用者が進行したい方向に向かうように進行させたい速度（歩きたい速度）で車輪１４，２４を駆動させることや、使用者が停止したい場合に停止できるように車輪１４，２４を駆動停止させることなどが可能である。

スイッチ１３又はスイッチ２３のオフによる停止制御の効果について補足する。
単に車輪と本体フレームと把持部とを有するような杖では、制動力を発生させようとすると、ブレーキをつける方法があるが、ブレーキにかかる荷重を大きくするために、車輪とブレーキの距離を離す必要があり、大型化してしまう。これに対し、本実施形態のようにスイッチ１３又はスイッチ２３のオフによる停止制御を採用することで、このような大型化を避けることができ、さらにはとっさの停止制御を行うことができる。また、モータを設ける場合には、モータの制御により車輪で制動力を発生することは可能であるが、モータの制御が何らかのエラーにより不能となった場合には、非常に危険である。これに対し、本実施形態のようにスイッチ１３又はスイッチ２３のオフによる停止制御を採用することで、このような危険を避けることができる。

傾きθ１，θ２による駆動制御の効果について補足する。
単に車輪と本体フレームと把持部とを有するような杖では、使用者は歩行期間のうち一部の期間（杖を突きなおす動作の期間）において杖を運ぶのに力を要する。また、杖を使用した歩行において、歩行に合わせて杖を突きなおす動作は杖を突いていない時間が生まれ、動作中の膝への負担も大きく、バランスを崩しやすい。

これに対し、本実施形態に係る杖３は、２つの杖１，２を用いて安定化が図れるだけでなく、その力をアシストして杖３が自身の歩行についてきているかのように進行させることができる。つまり、杖３では、歩行者が杖３の走行速度を操作する必要なく、歩行に合わせて杖が進行してくれる。また、杖３では、特別に複雑なセンシングや複雑な制御を行わなくてもこのような動作が可能になる。これは、次のような理由による。即ち、杖３を持った状態で使用者の体が移動した場合には手首がヒンジ構造、杖や腕がリンク構造に相当し、第１杖１の傾きθ１及び第２杖２の傾きθ２が変化することになる。よって、その傾きθ１，θ２を補正する制御を行うことで、使用者は自動的に体との距離を保って移動しているように感じることができる。

また、単に車輪と本体フレームと把持部とを有するような杖において、駆動力を発生させようとすると、受動輪で構成することが考えられる。受動輪を採用した場合には、使用者の力で前進するために、杖が手前に傾くような状態での歩行となる。このような構造で歩く場合、杖へ荷重をかけることで、杖が滑ってしまう可能性が高いために、制動力の発生方法を工夫しなくては危険となる。これに対し、本実施形態に係る杖３では、車輪１４，２４がそれぞれ駆動部１５，２５により駆動される構成、つまり駆動輪を有する構成であるため、このような危険性を考慮する必要がなくなる。

また、単に車輪と本体フレームと把持部とを有するような杖において、駆動力を発生させようとした場合において、モータなどで駆動する場合には、モータの速度を操作スイッチなどにより使用者が歩行しながら杖の走行を制御する（運転を行う）ことが考えられる。よって、使用者は、このような運転に慣れない場合、危険が伴う。これに対し、本実施形態に係る杖３では、傾きθ１，θ２に基づき車輪１４，２４が駆動制御されるため、このような危険性を考慮する必要がなくなる。

また、モータで大きな駆動力を長い時間必要とする場合には、搭載すべきバッテリの容量が大きくなり、バッテリのサイズも大きくなってしまう。しかし、本実施形態に係る杖３では、駆動部１５，２５としてモータを用いる場合でもそれらのモータにより速度制御を行うが、傾きθ１，θ２に基づく駆動制御に限るためモータの駆動を最小限に抑えることができる。これにより、本実施形態では、バッテリなどの動力源を必要最小限にすることができる。

また、本実施形態において、駆動部１５，２５はそれぞれ、バックドライバビリティがない伝達機構により車輪１４，２４を駆動させることが好ましい。バックドライバビリティがない伝達機構としては、ウォームギヤを有する機構などが挙げられる。例えば、ウォームギヤを用いることでモータから駆動は可能であるが、タイヤ側からの逆駆動はできない構造とすることができる。但し、上述の伝達機構としては、ウォームギヤに限ったものではなく、既知の技術を用いることができる。但し、ウォームギヤは簡易な構造でバックドライバビリティをなくすことができるため、その点で好ましいと言える。無論、ここでのバックドライバビリティがないとはないとみなせる程度であればよい。

このようにバックドライバビリティがない伝達機構を採用することで、使用者が急に歩行を中断したい場合にもそれに合わせて車輪１４，２４の回転を即停止させることができる。つまり、バックドライバビリティがない伝達機構を採用することで、歩行時以外（もしくは歩行中に大きな外力が掛かった場合）はタイヤを自動でロックさせることができ、これにより使用者の転倒などの危険を予防することができる。特に、このような伝達機構は、スイッチ１３又はスイッチ２３を使用者が把持を止めることでオフされるように機能させる例と併用することで、より効果を奏する。

また、本実施形態では、第１杖１又は第２杖２を手前に傾けた状態で荷重をかけた場合、モータは回生側の力を受けることになるが、ウォームギヤ等の上記伝達機構を採用することでロックすることができるため、モータ駆動をしていない状態では動かない。そして、この状態からモータを駆動すると、ロックを外すことができ駆動力のみで第１杖１又は第２杖２が前進することになる。よって、本実施形態において上記伝達機構を採用することで、停止時のエネルギーの消費を少なくすること、より上手く制御することで停止時のエネルギーの消費をゼロにすることが可能になる。

なお、本実施形態に係る杖３は、バックドライバビリティがない伝達機構により車輪１４，２４をそれぞれ駆動する駆動部１５，２５を備えているだけでもよく、例えばスイッチ１３，２３及びセンサ１６，２６のいずれか一方又は双方を備えなくてもよい。このような車輪１４，２４及び駆動部１５，２５を備えるだけで、車輪１４，２４の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、使用者の歩行の意思に沿って車輪１４，２４を駆動させることができるといった効果を奏する。無論、駆動部１５，２５として低バックドライバビリティを有する伝達機構を有するだけでも、ある程度の効果は得られる。

また、杖３は、スイッチ１３，２３の一方を無効にする設定部を備え、スイッチ１３，２３のうち有効なスイッチの全てがオンされた場合に、駆動制御を開始するように構成することもできる。この設定部は、制御部１０に備えること、或いは制御部１０，２０の双方にそれぞれスイッチ１３，２３用に備えることができ、後者の場合には制御部１０はスイッチ２３の有効／無効の設定を通信部１７，２７経由で得ることができる。このような設定部を備えることで、使用者の脚部の状態などに応じて適切に杖３を利用できるようになる。また、有効なスイッチの全てがオンされた場合に駆動制御が開始されるため、使用者の歩行の意思に沿って車輪１４，２４を駆動させることが可能になる。

このように、少なくとも一方のスイッチを無効にする機能を備える場合、制御部１０は、有効なスイッチの全てがオンされている期間中、駆動制御を行うようにすることが好ましい。つまり、この場合、制御部１０は、有効なスイッチが全てオフとなった時点（有効なスイッチの一方がオフとなった時点は図４の制御と同様になる）で駆動制御を停止することになる。

また、杖３は第１杖１及び第２杖２を備えるが、第１杖１、第２杖２は、それぞれ単独で１本の車輪付き杖として使用することもできる。そのため、１本使用する方法を採用する場合、その方法を内部メモリに設定可能にしておくことが好ましい。また、例えば通信部１７，２７間での通信ができなかった場合に、１本での使用と判定し、１本での使用のための制御を行うこともできる。

以上、本実施形態では、把持部１２及び把持部２２の双方にスイッチ（それぞれスイッチ１３，２３）が配設された例を挙げたが、スイッチはいずれか一方にのみ配設されることもできる。

この例について、スイッチ２３が配設されず、スイッチ１３のみが配設される例を挙げて簡単に説明する。その場合には、杖３は、スイッチ１３がオンされた場合に駆動制御を開始する。この駆動制御及びその開始は、制御部１０によってなされ、制御部１０は、駆動部１５の駆動制御を行うことで車輪１４を駆動させるとともに、通信部１７，２７を介して制御部２０に駆動部２５の駆動制御を実行させて車輪２４を駆動させる。また、この場合、杖３は、スイッチ１３がオンされている期間中、このような駆動制御を行うように構成することもできる。その他の例については、双方にスイッチを設けた場合と基本的に同様に制御されることができる。

（実施形態２）
実施形態２について、図５を参照しながら主に実施形態１との相違点を中心に説明するが、杖３の基本的な構造など、実施形態１で説明した様々な応用例が適用できる。図５は、本実施形態に係る杖における処理例を説明するためのフロー図である。

本実施形態に係る杖３は、図１で説明したような構成とすることができる。但し、本実施形態に係る杖３は、マスタとなる制御部の例である制御部１０による制御が実施形態１と異なり、またスイッチ１３，２３は必須ではなく、制御系としては、制御部１０，２０、駆動部１５，２５、及びセンサ１６，２６を備えていればよい。

本実施形態における制御部１０は、センサ１６で検出された傾きθ１が所定範囲の角度（θ１ａ〜θ１ｂとする）を保ち且つセンサ２６で検出された傾きθ２が他の所定範囲の角度（θ２ａ〜θ２ｂとする）を保つように駆動部１５及び駆動部２５を制御する。このような制御は、実施形態１で倒立制御として説明したものである。例えば、鉛直方向を基準とする（鉛直方向に本体フレーム１１，２１が向くように制御する）のであれば、θ１ａ＝−θ１ｂ（θ１ａとθ１ｂとの中間の角度を０°）且つθ２ａ＝−θ２ｂ（θ２ａとθ２ｂとの中間の角度を０°）とすることができる。

また、θ１ａ＝θ２ａ、θ１ｂ＝θ２ｂとすることが好ましいが、片脚だけ健常でない使用者の場合を考慮すれば、これらの値も内部メモリに設定可能に構成しておくことが好ましい。つまり、本実施形態に係る杖３は、上記所定範囲の角度を設定する設定部を備えることが好ましい。この設定部は制御部（制御部１０、或いは制御部１０，２０の双方）に備えることができる。この設定部は、使用者からの操作を受け付ける操作部を杖３（第１杖１及び第２杖２のいずれか一方又は双方）に設け、その操作情報を制御部に入力し、制御時に制御部が読み出せるように内部メモリに記憶させるように構成することができる。

設定部はこのような操作部からの入力で上記所定範囲の角度を設定する構成に限らない。設定部は、使用者が把持部１２，２２を把持したときに最初にセンサ１６，２６で検出された傾きθ１，θ２に基づいて、上記所定範囲の角度を設定することが好ましい。

設定部での設定は次の値に基づくことができる。即ち、この値は、センサ１６，２６で検出された傾きθ１，θ２であって、使用者が把持部１２，２２の双方を把持してから最初に所定時間連続して許容誤差範囲内（それぞれδ１ａ〜δ１ｂ，δ２ａ〜δ２ｂ）に維持された傾き（連続検出された傾き）である。つまり、設定部はこのような連続検出された傾きに基づいて上記所定範囲の角度を設定することが好ましい。

また、使用者によっては脚の症状が異なるため、δ１ａ，δ１ｂ，δ２ａ，δ２ｂの値も内部メモリに設定可能に構成しておくことが好ましい。このように、上記所定範囲の角度を使用者が把持した際の最初にスイッチ１３，２３の双方オン時で且つ連続検出角度に基づいて決定することで、把持部１２，２２を把持して立ち上がる途中の角度で上記所定の範囲を設定してしまうことを避けることができる。また、δ１ａ＝δ２ａ、δ１ｂ＝δ２ｂとすることが好ましいが、片脚だけ健常でない使用者の場合を考慮すれば、これらの値も内部メモリに設定可能に構成しておくことが好ましい。

本実施形態に係る杖１の制御方法は、検出ステップ及び次の制御ステップを備えることとなる。上記検出ステップは、センサ１６，２６が杖３の傾きθ１，θ２を検出するステップである。上記制御ステップは、制御部１０が、センサ１６，２６で検出された傾きθ１，θ２がそれぞれ角度θ１ａ〜θ１ｂ，θ２ａ〜θ２ｂの間を保つように駆動部１５及び駆動部２５を制御する。

この制御方法は、例えば、例えば、杖３の制御部１０，２０のマスタ側（一方又は双方）に備えるコンピュータに、次のような処理を実行させるための上記プログラムを用いて実現させることができるが、これに限ったものではない。上記処理は、センサ１６，２６で検出された傾きθ１，θ２を入力するステップと、入力された傾きθ１，θ２がそれぞれの所定範囲の角度を保つように駆動部１５及び駆動部２５を制御するステップと、を有する。

このような制御方法の好適な例について図５を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る杖３における処理例を説明するためのフロー図である。

まず、制御部１０は、スイッチ１３，２３の状態及びセンサ１６，２６からの出力値である検出値（傾きθ１，θ２）を監視しておくものとする。制御部１０は、スイッチ１３，２３の双方で使用者による把持が検出されたか否かを判定し（ステップＳ２１）、検出された時点で次の処理に進む。

ステップＳ２１でＹＥＳとなった場合（双方で把持が検出された場合）、制御部１０は、それらの検出値を取得し（ステップＳ２２）、一定期間（上記所定時間）、それらの検出値が一定（それぞれの許容誤差範囲内）であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３でＮＯの場合、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２３でＹＥＳの場合、制御部１０は、そのセンサの検出値θ１，θ２（又は上記所定時間内の中央値又は平均値など）に基づき、上記所定範囲の角度を決定し、その角度を設定する（ステップＳ２４）。

このような初期設定がなされた後、制御部１０は、センサ１６，２６の検出値θ１，θ２に基づく駆動部１５及び駆動部２５の制御を開始し、それぞれを上記所定範囲の角度に保つように駆動部１５及び駆動部２５を制御する（ステップＳ２５）。次いで、制御部１０は、スイッチ１３，２３の少なくとも一方で把持が未検出になったか否かを判定し（ステップＳ２６）、ＹＥＳとなった場合に駆動部１５，２５の制御を停止する（ステップＳ２７）。これにより、使用者が少なくとも一方を把持しなくなった時点で車輪１４，２４の駆動が停止されることになる。

このような処理は、繰り返される。即ち、ステップＳ２７の後は、再度、ステップＳ２１から処理が開始されることになる。

以上、本実施形態に係る杖３によれば、車輪１４，２４の動力によって歩行を補助することが可能で、且つ、杖３を安定した姿勢に維持させながら使用者の歩行の意思に沿って車輪１４，２４を駆動させることが可能になる。特に、杖３では、一対の杖１，２の使用者の左右位置することで、使用者は左右方向の姿勢も安定させながら安定した杖姿勢状態で利用することができる。さらに、本実施形態では、上記所定範囲の角度を設定することで、使用者の操作設定又は最初の姿勢に合うように、杖３を安定した姿勢に維持させながら車輪１４，２４を駆動させることができるようになる。

（実施形態３）
実施形態３について、図６を併せて参照しながら説明する。本実施形態に関し、主に実施形態１との相違点を中心に説明するが、実施形態１，２で説明した様々な応用例が適用できる。図６は、本実施形態に係る杖の一構成例を示す概略斜視図である。

本実施形態に係る杖３ａは、図６で示すように、実施形態１における２本の杖１，２が繋がったもの（第１杖１と第２杖２とを連結する連結部を備えるもの）である。に関しては、少なくともいずれか一方の出願に含めておく。つまり、本実施形態に係る杖３ａは、第１杖１に相当する第１杖と第２杖２に相当する第２杖との間を繋ぐ結合部３０を備える。

結合部３０は、例えば、上側の結合フレーム３１、下側の結合フレーム３２、及びそれらを繋ぐように固定される補強板３３を備えることができ、さらに制御部１０，２０を共通化した制御部３０ａを備えることができる。制御部３０ａを備えることにより、通信部１７，２７を備える必要がなくなる。結合フレーム３１，３２はいずれも本体フレーム１１と本体フレーム２１との間を繋ぐように固定されることができる。

なお、結合部３０の形状は問わず、また、制御部３０ａの代わりに実施形態１のような制御部１０，２０を結合部３０内又はそれぞれ本体フレーム１１，２１内に備えることもできる。

また、本実施形態においては、結合部３０に応力センサを備え、制御部３０ａが結合部３０に発生する応力（応力センサの出力値）に基づき駆動制御を行うこともできる。制御部３０ａは、例えば、応力センサの出力値が大きい場合に応力値を少なくする方向で駆動部１５，２５を駆動制御することができる。

もしくは、本実施形態においては、制御部３０ａが、杖間の角度差（θ１−θ２）に基づき駆動制御を行うこともできる。なお、図６ではθ１，θ２を図示していないが図１及び図３に示した角度とすることができ、この場合にも方位角も含むことができる。制御部３０ａは、例えば、角度差が大きい場合に角度差を少なくする方向で駆動部１５，２５を駆動制御することができる。

また、結合部３０は、使用者が歩行する場合における、前後方向に比べて左右方向に大きい剛性をもつことが好ましい。これにより、上述した応力や角度差が発生し易くなり、制御を細かくすることができる。

以上、本実施形態に係る杖３ａは、実施形態１，２の効果に加え、特に結合部３０を有することから、より脚が弱い使用者に向けた歩行器として使用されることができる。

（代替例）
次に、上述した実施形態１〜３における代替例について説明する。
上述した各実施形態に係る杖３，３ａは、図１〜図６で例示した形状や構造や制御例のものに限ったものではなく、各部の機能が果たせればよい。また、各実施形態に係る杖３，３ａにおいて実行される処理（主に駆動部１５，２５の駆動制御）は、適宜組み合わせることができる。

また、実施形態１〜３に係る第１杖１、第２杖２は、いずれも、例えば次のようなハードウェア構成を有することができる。図７は、車輪付きの杖のハードウェア構成の一例を示す図である。

図７に示す車輪付きの杖１００は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、及びインタフェース１０３を有することができる。インタフェース１０３は、駆動部１５とのインタフェース、センサ１６とのインタフェース、スイッチ１３とのインタフェース、及び通信部に相当する通信インタフェースを含むことができる。但し、実施形態に応じてインタフェース１０３の構成が異なってもよい。

プロセッサ１０１は、例えば、マイクロプロセッサ、ＭＰＵ(Micro Processor Unit)、又はＣＰＵなどであってもよい。プロセッサ１０１は、複数のプロセッサを含んでもよい。メモリ１０２は、例えば、揮発性メモリ及び不揮発性メモリの組み合わせによって構成される。実施形態１〜３で説明した第１杖１、第２杖２における機能は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み込んで、インタフェース１０３を介して必要な情報をやり取りしながら実行することにより実現される。このプログラムは、各実施形態で説明したようなプログラムとすることができる。その他の応用例については上述した通りであり、その説明を省略する。

このプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）を含む。さらに、この例は、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリを含む。この半導体メモリとしては、例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）などが挙げられる。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 第１杖
２ 第２杖
３、３ａ、１００ 杖
１０、２０、３０ａ 制御部
１１、２１ 本体フレーム
１２、２２ 把持部
１３、２３ スイッチ
１４、２４ 車輪
１５、２５ 駆動部
１６、２６ センサ
１７、２７ 通信部
３０ 結合部
３１ 上側の結合フレーム
３２ 下側の結合フレーム
３３ 補強板
１０１ プロセッサ
１０２ メモリ
１０３ インタフェース

Claims (12)

1. 車輪付きの第１杖と、車輪付きの第２杖と、を備え、
   前記第１杖と前記第２杖とが連動して、前記第１杖及び前記第２杖の双方に備えられた車輪の駆動制御を行う、
   杖。
2. 前記第１杖は、使用者が把持する第１把持部を有し、
   前記第２杖は、使用者が把持する第２把持部を有し、
   前記杖は、
   前記第１把持部及び前記第２把持部の一方に配設された、使用者が把持時に押すことでオンされるスイッチを備え、
   前記スイッチがオンされた場合に前記駆動制御を開始する、
   請求項１に記載の杖。
3. 前記杖は、前記スイッチがオンされている期間中、前記駆動制御を行う、
   請求項２に記載の杖。
4. 前記第１杖は、使用者が把持する第１把持部と、前記第１把持部に配設され、使用者が把持時に押すことでオンされる第１スイッチと、を有し、
   前記第２杖は、使用者が把持する第２把持部と、前記第２把持部に配設され、使用者が把持時に押すことでオンされる第２スイッチと、を有し、
   前記杖は、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオン状態に応じて、前記駆動制御を開始する、
   請求項１に記載の杖。
5. 前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの双方がオンされた場合に、前記駆動制御を開始する、
   請求項４に記載の杖。
6. 前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの双方がオンされている期間中、前記駆動制御を行う、
   請求項５に記載の杖。
7. 前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの一方を無効にする設定部を備え、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうち有効なスイッチの全てがオンされた場合に、前記駆動制御を開始する、
   請求項４に記載の杖。
8. 前記有効なスイッチの全てがオンされている期間中、前記駆動制御を行う、
   請求項７に記載の杖。
9. 前記第１杖は、前記第１杖の傾きを検出する第１センサを有し、
   前記第２杖は、前記第２杖の傾きを検出する第２センサを有し、
   前記駆動制御は、前記第１センサで検出された傾き及び前記第２センサで検出された傾きに基づいて行われる、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の杖。
10. 前記第１杖と前記第２杖とは、有線ケーブル又は無線通信により接続される、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の杖。
11. 杖の制御方法であって、
    前記杖は、車輪付きの第１杖と車輪付きの第２杖とを備え、
    前記第１杖と前記第２杖とを連動させて、前記第１杖及び前記第２杖の双方に備えられた車輪の駆動制御を行う、
    杖の制御方法。
12. 杖に備えるコンピュータに、車輪駆動処理を実行させるためのプログラムであって、
    前記杖は、車輪付きの第１杖と車輪付きの第２杖とを備え、
    前記車輪駆動処理は、前記第１杖と前記第２杖とを連動させて、前記第１杖及び前記第２杖の双方に備えられた車輪の駆動制御を行う、
    プログラム。

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