JP2022039192A - 歩行補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】階段や坂道のように歩行の際に脚部に大きな外力が発生し、センサによる歩行状態の推定に誤差を生じ得る場合であっても、意図したようにダンパを作動させることができる歩行補助装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る歩行補助装置１は、ユーザＵの脚部Ｕ１０に装着される歩行補助装置１であって、脚部Ｕ１０の膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパ１５と、ダンパ１５を作動させる制御部１８と、ユーザＵの加速度を検出する加速度センサ２０とを備え、制御部１８は、加速度センサ２０の出力に基づいて、ダンパ１５を作動させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、歩行補助装置に関し、例えば、ユーザの脚部に装着される歩行補助装置に関する。

特許文献１には、ユーザに装着される歩行補助装置が記載されている。特許文献１の歩行補助装置は、大腿リンク及び下腿リンク、並びに、センサ、モータ及びコントローラを備え、下腿リンクの膝屈曲方向の回転に対して抵抗力を発生するダンパを備える。

特許第５３１６７０８号公報

歩行補助装置は、歩行状態に応じて膝に抵抗力となるトルクを付加するが、例えば、階段や坂道のように、歩幅が短くなる、膝屈曲角度の範囲が大きくなる等の平地とは異なる歩容の場合や、鉛直線に対する角度を出力するセンサにより平地とは異なる出力値を出力する場合、脚部に大きな外力が発生し得る場合には、センサによる歩行状態の推定に誤差を生じ、意図したようにトルクを付加することができないことがある。

本発明は、そのような課題を解決するためになされたものであり、階段や坂道のように、歩行の際に脚部に大きな外力が発生し、センサによる歩行状態の推定に誤差を生じ得る場合であっても、意図したようにダンパを作動させることができる歩行補助装置を提供する。

本実施形態に係る歩行補助装置は、ユーザの脚部に装着される歩行補助装置であって、前記脚部の膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパと、前記ダンパを作動させる制御部と、前記ユーザの加速度を検出する加速度センサと、を備え、前記制御部は、前記加速度センサの出力に基づいて、ダンパを作動させる。このような構成により、例えば、階段や坂道のように歩行の際に脚部に大きな外力が発生し、センサによる歩行状態の推定に誤差を生じ得る場合であっても、意図したようにダンパを作動させることができる。

本実施形態によれば、階段や坂道のように歩行の際に脚部に大きな外力が発生し、センサによる歩行状態の推定に誤差を生じ得る場合であっても、意図したようにダンパを作動させることができる歩行補助装置を提供することができる。

比較例に係る歩行補助装置を例示した正面図である。 比較例に係る歩行補助装置を例示した側面図である。 比較例に係る歩行補助装置の制御系を例示したブロック図である。 比較例に係る歩行補助装置を用いた歩行サイクルにおいて、歩行動作及びモード切替のタイミングを例示した図である。 実施形態１に係る歩行補助装置を例示した図である。 実施形態１に係る歩行補助装置の制御系を例示したブロック図である。 実施形態１に係る歩行補助装置において、加速度センサが出力した加速度を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、加速度を示す。 実施形態２に係る歩行補助装置の制御系を例示したブロック図である。

以下、発明の実施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。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

実施形態に係る歩行補助装置を説明する前に、比較例に係る歩行補助装置を説明する。そして、比較例の歩行補助装置における課題を説明した後に、実施形態の歩行補助装置を説明する。これにより、実施形態の歩行補助装置をより明確にする。

（比較例）
図１は、比較例に係る歩行補助装置を例示した正面図である。図２は、比較例に係る歩行補助装置を例示した側面図である。図３は、比較例に係る歩行補助装置の制御系を例示したブロック図である。図１～図３に示すように、歩行補助装置１０１は、上腿サポータ１１、下腿サポータ１２、上腿フレーム１３、下腿フレーム１４、ダンパ１５、センサ１７、及び、制御部１８を備えている。歩行補助装置１０１の下側には、短下肢装具が取り付けられてもよい。歩行補助装置１０１は、ユーザの脚部に装着される。以下で、歩行補助装置１０１の各構成を説明する。

＜上腿サポータ及び下腿サポータ＞
上腿サポータ１１は、ユーザの脚部の上腿に巻き付けるように装着され、下腿サポータ１２は、ユーザの脚部の下腿に巻き付けるように装着される。よって、上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、膝関節の周辺、具体的には、上腿及び下腿に渡って配置されている。なお、上腿は股関節から膝関節までの部分を示し、下腿は、膝関節から足首関節までの部分を示す。下腿は、すねを含む。足首関節から下側、つまり、脚部の先端側の部分を足平とする。

上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、樹脂材料や繊維材料などの伸縮可能な材料により形成されている。上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、それぞれ、上腿及び下腿に巻き付けて歩行補助装置１０１を装着させる。上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、上腿及び下腿に装着するための面ファスナ１１ａ及び１２ａを有してもよい。ユーザは、上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２を、脚部の周りに巻き回して、面ファスナ１１ａ及び１２ａで固定する。

面ファスナ１１ａは、上腿の前側に設けられている。面ファスナ１２ａは、下腿の前側に設けられている。面ファスナ１１ａ及び１２ａを用いることで、ユーザは、歩行補助装置１０１を容易に脱着することができる。さらに、歩行補助装置１０１がユーザの膝関節からずれるのを防止できる。面ファスナ１１ａ及び１２ａにより、ユーザは、圧迫度合いを調整することができる。さらに、面ファスナ１１ａ及び１２ａが外れたり、上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２がずれたりするのを防止するために、固定バンドを設けてもよい。

なお、歩行補助装置１０１の脚部への固定は、面ファスナ１１ａ及び１２ａに限られるものではない。例えば、ベルト、ボタン、ピン、バンドなどの固定手段を用いて、歩行補助装置１０１を、上腿及び下腿に固定してもよい。このような固定手段を用いても、ユーザが歩行補助装置１０１を装着することができる。

＜上腿フレーム及び下腿フレーム＞
上腿サポータ１１の側部には上腿フレーム１３が取り付けられている。上腿フレーム１３は、上腿に沿って配置されている。下腿サポータ１２の側部には下腿フレーム１４が取り付けられている。下腿フレーム１４は、下腿に沿って配置されている。上腿フレーム１３と下腿フレーム１４とが、ダンパ１５を介して連結されている。具体的には、ダンパ１５の回転軸Ａｘが膝関節の軸とほぼ一致するように、膝関節の高さにダンパ１５が配置される。上腿フレーム１３及び下腿フレーム１４は、ダンパ１５の回転軸Ａｘ周りに回転可能なリンク機構を構成している。

＜ダンパ＞
ダンパ１５は、ユーザの脚部における膝関節の屈曲方向に抵抗力を与える。屈曲方向は、膝関節の回転方向において、膝関節が屈曲する向きである。ダンパ１５は、例えば、ロータリーダンパであり、膝関節の側部に位置する。ダンパ１５は、例えば、オイル等の流体の粘性抵抗、バネ等の弾性抵抗、ディスク等の摩擦抵抗等を利用して、膝関節の屈曲方向の回転を減速させる。ダンパ１５は、抵抗を可変とすることにより、抵抗力を切替えることができる。ダンパ１５は、抵抗力を徐々に変化させることができる。

ダンパ１５は、一方向にのみ抵抗力を与える一方向ダンパとすることが好ましい。よって、ダンパ１５は、膝関節の伸展方向には抵抗力を与えないようにフリーとなっている。伸展方向は、膝関節の回転方向において、膝関節が伸展する向きである。後述するように、ダンパ１５は、制御部１８によって、第１屈曲モードと、第１屈曲モードよりも屈曲方向の抵抗力を大きくする第２屈曲モードとに切替可能となっている。第１屈曲モードは、屈曲方向に抵抗力を与えないフリーモードでもよい。第１屈曲モードがフリーモードの場合には、第２屈曲モードをダンパモードと呼ぶ。第２屈曲モードは、第１屈曲モードの抵抗力から徐々に抵抗力が増加する期間を含む。

ダンパ１５は、有線または無線の通信回線により制御部１８に接続されている。ダンパ１５は、通信回線を介した制御部１８からの信号により、作動を制御される。

＜センサ＞
センサ１７は、ユーザの歩行動作におけるタイミングを検出する。具体的には、センサ１７は、ユーザの歩行サイクル（歩行周期）における切替タイミングを検出するために設けられている。センサ１７は、有線または無線の通信回線により制御部１８に接続されている。例えば、センサ１７は、鉛直線と下腿との角度を検出し、検出した角度を検出結果として制御部１８に出力する。制御部１８は、センサ１７での検出結果に基づいて、モードを切替える。

具体的には、制御部１８は、例えば、鉛直線と下腿との角度に基づいて、ダンパ１５のモードを切替える。つまり、制御部１８は、センサ１７から出力されるタイミング信号に基づいて、ダンパ１５のモードを切替える。これにより、歩行サイクルにおける一定のタイミングで、制御部１８は、ダンパ１５のモードの切替を行う。センサ１７及び制御部１８には、歩行補助装置１０１に搭載されたバッテリ（図示せず）により電源が供給されている。

センサ１７は、例えば、鉛直線に対する下腿（すね）の角度を検出する姿勢角センサでもよい。また、センサ１７は、脚部の角度、すなわち、膝関節を挟んだ上腿と下腿との間の角度を検出する角度センサでもよい。さらに、センサ１７は、上腿と下腿とが直線状に伸びて膝関節が伸展した状態から、下腿が屈曲した屈曲角度を検出する角度センサでもよい。センサ１７は、下腿の角度、脚部の角度及び屈曲角度の角速度を検出する角速度センサでもよい。

センサ１７は、脚部の所定の位置と地面との間の距離を検出する測距センサでもよい。脚部の所定の位置は、例えば、靴、足平、足裏等である。例えば、靴、足平またはその近傍に取り付けられた測距センサをセンサ１７として用いることができる。歩行動作に応じて、靴、足平、足裏等から地面までの距離が変わるため、歩行サイクルに応じた波形を検出することができる。なお、測距センサとしては、光学式のセンサを用いることができる。また、地面は、床面を含む。

センサ１７は、検出した角度、角速度、距離等から、歩行サイクルに応じた波形を検出する。つまり、検出した角度、角速度、距離等は、歩行サイクルに応じて周期的に変化する。センサ１７は、検出した角度、角速度、距離等に基づいて、歩行タイミングを検出する。

例えば、制御部１８は、センサ１７の出力値と閾値とを比較して、その比較結果に応じて、ダンパ１５のモードを切替えればよい。例えば、制御部１８は、センサ１７の出力値が閾値を超えたタイミング、または、閾値を下回ったタイミングを示すタイミング信号に応じて、モード切替を行う。

＜制御部＞
制御部１８は、ダンパ１５及びセンサ１７と、有線または無線の通信回線により接続されている。制御部１８は、ダンパ１５及びセンサ１７とともに歩行補助装置１０１の本体に取付けられてもよいし、ダンパ１５及びセンサ１７を含む歩行補助装置１０１の本体から分離され、通信回線のみ接続されて配置されてもよい。

制御部１８は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）またはサーバ（Ｓｅｒｖｅｒ）等の情報処理装置である。制御部１８は、演算処理、制御処理等を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェアで構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

制御部１８は、センサ１７から出力された切替タイミングに基づいて、ダンパ１５を作動させる。具体的には、制御部１８は、ダンパ１５のモードを切替える。

制御部１８は、第１屈曲モードと第２屈曲モードとが交互に繰り返されるように、切替タイミングに応じてダンパ１５のモードを切替える。例えば、第１屈曲モードでは、ダンパ１５がオフして、屈曲方向に抵抗力を与えないフリーモードとなる。第２屈曲モードでは、ダンパ１５がオンして、屈曲方向に抵抗力を与えるダンパモードとなる。あるいは、例えば、第１屈曲モードでは、ダンパ１５は、小さい抵抗力を与えるように切替えられ、第２屈曲モードでは、ダンパ１５は、大きい抵抗力を与えるように切替えられる。

図４は、比較例に係る歩行補助装置１０１を用いた歩行サイクルにおいて、歩行動作及びモード切替のタイミングを例示した図である。まず、図４を参照して、遊脚期及び立脚期を含む１歩行サイクルを説明する。次に、比較例の歩行動作及びモード切替のタイミングを説明する。

＜１歩行サイクル＞
図４に示すように、１歩行サイクルは、左脚の一歩と右脚の一歩との合計２歩を含んでいる。図４では、１歩行サイクルが（ａ）～（ｍ）の順番で示されている。（ｍ）のタイミングの後に、（ａ）のタイミングに戻り、次の歩行サイクルとなる。図４では、（ａ）～（ｇ）のタイミングで遊脚期となり、（ｈ）～（ｍ）のタイミングで立脚期となる。

遊脚期は、歩行補助装置１０１が装着された脚部の足裏が離地した状態であり、立脚期は、歩行補助装置１０１が装着された脚部の足裏が接地した状態である。（ｇ）のタイミングと（ｈ）の間で、足裏が着地しており、（ｍ）から（ａ）に戻るタイミングで足裏が離地している。（ａ）～（ｃ）のタイミングは膝関節の屈曲角度が大きくなる屈曲期となり、（ｄ）～（ｇ）のタイミングは、膝関節の屈曲角度が小さくなる伸展期となっている。なお、遊脚期、立脚期、屈曲期、及び、伸展期は、歩行補助装置１０１を装着した患脚を基準としている。

＜歩行動作及びモード切替のタイミング＞
次に、上記１歩行サイクルにおける比較例の歩行動作（歩行状態ともいう。）及びモード切替のタイミングを説明する。まず、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパ１５の動作を説明する。比較例では、伸展期において、具体的には、（ｆ）のタイミングにおいて、第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わっている。また、立脚期から遊脚期に変わるタイミング、具体的には、（ｍ）のタイミングと（ａ）のタイミングとの間で、第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わっている。

第１屈曲モードは、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えないフリーモード、または、第２屈曲モードよりも小さい抵抗力を与えるモードを含む。第２屈曲モードは、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパモード、または、第１屈曲モードよりも大きい抵抗力を与えるモードを含む。

遊脚期においては、患脚は、ユーザの体重を支える必要がない。このため、遊脚期においては、ダンパ１５によって膝関節に対する抵抗力を発生する必要が無いか、発生させたとしても小さい抵抗力でよい。よって、遊脚期のほぼ全体において、制御部１８は、屈曲方向に対して、フリーモードを含む第１屈曲モードにすることができる。一方、立脚期の全体において、制御部１８は、第２屈曲モードにし、ダンパ１５に対して屈曲方向に抵抗力を発生させる。

さらに、１歩行サイクルにおいて、第１屈曲モード及び第２屈曲モードのみが設けられており、歩行動作中に制御部１８が第１屈曲モードと第２屈曲モードとを交互に切替えている。つまり、制御部１８がタイミング信号に基づいて、ダンパ１５を制御している。例えば、フリーモードとダンパモードとをオンオフ制御している。このようにすることで、簡便な構成により、適切な制御を行うことができる。例えば、歩行サイクル毎に歩行動作がばらついた場合、センサ１７で検出される切替タイミングがばらつくおそれがある。このような場合でも遊脚期から立脚期に切り替わる前のタイミング、つまり、伸展期における任意のタイミングにおいて、ダンパ１５が第１屈曲モードから第２屈曲モードへと切り替わっていればよい。

具体的には、（ｄ）～（ｇ）の間の所定のタイミングにおいて、制御部１８がモードを切替えていればよい。センサ１７で検出される切替タイミングの誤差に対するマージンを広くすることができるため、適切に制御することができる。また、伸展期においては、膝関節が屈曲している状態から徐々に伸展方向に回転していく。このため、ダンパ１５が第２屈曲モードとなっていたとしても、抵抗力が発生しない。よって、ダンパ１５がユーザの歩行動作を妨げることなく、モード切替を行うことができる。

また、ダンパ１５は、伸展方向に抵抗力を発生させないフリーとしている。このため、ユーザは、膝関節を自由に伸展させることができる。また、ダンパモードを含む第２屈曲モードと、フリーモードを含む第１屈曲モードとの間に、ダンパ１５がロックするロックモードがないため、ダンパ１５が歩行動作の妨げとなることを防ぐことができる。ロックモードを介さずに第２屈曲モードから第１屈曲モードに移行するため、容易に適切な制御を行うことができる。

センサ１７の出力により、遊脚期と立脚期との切替タイミングを検出して、遊脚期を第１屈曲モード、立脚期を第２屈曲モードとしてもよい。つまり、遊脚期から立脚期に変わるタイミングと、立脚期から遊脚期に切り替わるタイミングとを、ダンパ１５のモードの切替タイミングとしてもよい。

また、第１屈曲モードと第２屈曲モードとの切替えは、急峻でもなめらかでもよい。すなわち、第２屈曲モードは、第１屈曲モードの抵抗力から徐々に抵抗力が増加する期間を含んでもよいし、第１屈曲モードの抵抗力まで徐々に抵抗力が減少する期間を含んでもよい。

次に、比較例の歩行補助装置１０１における課題を説明する。図４に示すように、比較例の歩行補助装置１０１は、歩行状態に応じてダンパ１５を作動させる。これにより、歩行状態に応じて膝にダンパ１５による抵抗力を付加している。平地を歩行中は、センサ１７による歩行状態の推定に誤差が生じることが少ない。よって、歩行補助装置１０１は、ユーザの歩行を補助することができる。

しかしながら、例えば、階段や坂道のように、歩行の際に、脚部に大きな外力が発生し得る場所では、センサ１７による歩行状態の推定に誤差が生じる場合がある。また、そのような場所では、ユーザの身体が不安定にあり、センサ１７による歩行状態の推定に誤差が生じる場合もある。そのような場合には、意図したようにダンパ１５が動作しないことが起こり得る。このように、比較例の歩行補助装置１０１では、階段や坂道において、センサ１７による歩行状態の推定に誤差が生じ、意図したようにダンパ１５が動作しないという課題を有している。

（実施形態１）
次に、実施形態１に係る歩行補助装置を説明する。本実施形態の歩行補助装置は、歩行状態を推定してダンパ１５を作動させずに、ユーザの身体が不安定になったことを検知してダンパ１５を作動させる。

図５は、実施形態１に係る歩行補助装置を例示した図である。図６は、実施形態１に係る歩行補助装置の制御系を例示したブロック図である。図５及び図６に示すように、歩行補助装置１は、歩行補助部１０と、加速度センサ２０と、を備えている。歩行補助部１０は、ユーザＵの脚部Ｕ１０に装着されるものであり、例えば、比較例の歩行補助装置１０１と同様の構成を有している。すなわち、歩行補助部１０は、上腿サポータ１１、下腿サポータ１２、上腿フレーム１３、下腿フレーム１４、ダンパ１５、センサ１７、及び、制御部１８を備えてもよい。なお、歩行補助部１０は、ユーザＵの脚部Ｕ１０における膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパ１５と、ダンパ１５を作動させる制御部１８とが設けられていれば、比較例の歩行補助装置１０１の構成に、他の部材が付加されてもよいし、いくつかの部材が省かれてもよい。例えば、歩行補助部１０は、センサ１７を省き、歩行状態を推定しなくてもよい。

加速度センサ２０は、ユーザＵの加速度を検出する。加速度センサ２０は、例えば、ユーザＵの胴体部Ｕ２０に配置され、胴体部Ｕ２０の鉛直方向の線加速度を検出する。なお、加速度センサ２０は、ユーザＵの加速度を検出することができれば、ユーザＵの胴体部Ｕ２０に限らず、ユーザＵの頭部、ユーザＵの脚部Ｕ１０、ユーザＵの下腿等に配置されてもよいし、外部からユーザＵの加速度を検出するように、ユーザＵと切り離されて配置されてもよい。

加速度センサ２０は、有線または無線の通信回線により、制御部１８に接続されている。加速度センサ２０は、ユーザＵの加速度を検出し、検出した加速度を制御部１８に出力する。制御部１８は、加速度センサ２０の出力に基づいて、ダンパ１５を作動させる。例えば、制御部１８は、加速度の閾値に基づいて、ダンパ１５を作動させる。具体的には、制御部１８は、加速度センサ２０によって下方向に閾値より大きい加速度を検出された場合にダンパ１５を作動させる。

図７は、実施形態１に係る歩行補助装置において、加速度センサ２０が出力した加速度を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、胴体部Ｕ２０の鉛直方向の線加速度を示す。図７の前半では、通常歩行時が示され、図７の後半では、膝折れの発生時が示されている。加速度は、胴体部Ｕ２０が沈み込む方向をプラスの値となるように縦軸をとっている。また、加速度は、通常歩行時の平均値が－１となるように、規格化されている。

図７に示すように、通常歩行時では、加速度センサ２０が検出する加速度は、－１を中心として、所定の値の範囲内となっている。例えば、－１を中心値として、－１．５～－０．５の範囲の値となっている。例えば、閾値として、－０．４と設定する。－０．４以下を閾値以下の値とする。

膝折れが発生した場合には、加速度センサ２０が検出する線加速度は、閾値を超える値となる。そこで、制御部１８は、加速度センサ２０が所定の閾値を超えた場合に、ダンパ１５を作動させる。これにより、ユーザＵは、膝折れを起こした場合に、作動されたダンパ１５により、膝の屈曲方向の回転に対して発生された抵抗力によって、膝を支えることができる。

なお、制御部１８は、加速度センサ２０が所定の閾値を超えた場合に、ダンパ１５を作動させることに限らず、加速度センサ２０が所定の振幅の幅を超えた場合に、ダンパ１５を作動させるようにしてもよい。例えば、制御部１８は、検出する加速度の極大値と極小値との差に基づいて、すなわち、所定の振幅の幅を超えた場合にダンパ１５を作動させてもよい。

例えば、加速度の値がドリフトを起こし、－１．５よりも小さい値や、－０．５よりも大きい値となっても通常歩行の場合がある。そこで、加速度の閾値ではなく、所定の振幅を超えた場合にダンパ１５を作動させることにより、膝折れのタイミングで、ダンパ１５を作動させ、膝を支えることができる。

制御部１８は、ダンパ１５を作動させた後で、一定期間Ｄ経過後に、ダンパ１５の動作を停止する。具体的には、制御部１８は、一定期間Ｄ後に、ダンパ１５の抵抗力を発生しないように解除させる。よって、膝折れや転倒のタイミングのみダンパ１５で支えることができる。そして、膝折れが発生していない場合には、ユーザＵは、ダンパ１５の作動なしで歩行することができる。

ダンパの作動を停止するタイミングは、一定期間Ｄとして、時間で設定してもよいし、加速度を検出するサンプリング回数（フレーム数）のうち、例えば、１０フレームの平均値が所定の範囲に収まって落ち着いた時としてもよい。また、膝関節が進展していることを検出できた時としてもよい。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の歩行補助装置１は、脚部Ｕ１０の膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパ１５と、ダンパ１５を作動させる制御部１８と、ユーザＵの加速度を検出する加速度センサ２０と、を備えている。そして、制御部１８は、加速度センサ２０の出力に基づいて、ダンパ１５を作動させる。これにより、階段や坂道のように、歩行の際に脚部Ｕ１０に大きな外力が発生し、歩行状態の推定に誤差を生じ得る場合であっても、ダンパ１５を的確に作動させることができる。

また、ユーザＵの歩行状態を推定するのではなく、ユーザＵの身体が不安定になったことを加速度センサ２０で検出し、加速度センサ２０の出力に基づいて、ダンパ１５を作動させる。よって、ユーザＵに加速度が生じる膝折れ等のタイミングでのみダンパ１５で支えることが可能になる。これにより、ユーザＵが歩行補助装置１に頼りきることがなくなり、歩行補助装置１によるトレーニング効果を向上させることができる。

さらに、ダンパ１５が作動しないフリー期間が長くなるので、駆動用の電池を小型・軽量にすることができる。

（変形例）
次に、実施形態１の変形例に係る歩行補助装置を説明する。本変形例の歩行補助装置１において、加速度センサ２０は、ユーザＵの鉛直方向の線加速度を検出する代わりに、膝関節の角速度／角加速度を検出する。角速度／角加速度センサとしての加速度センサ２０は、例えば、歩行補助部１０の膝関節の回転軸上に設けられ、回転軸の周りで回転する膝関節の角速度または角加速度を検出する。なお、加速度センサ２０は、回転軸の周りで回転する膝関節の角速度または角加速度を検出することができれば、膝関節の回転軸上に限らず、上腿、下腿、足平または外部に配置されてもよい。また、センサ１７が加速度センサ２０として、膝関節の角速度または角加速度を検出してもよい。

制御部１８は、加速度センサ２０が検出した膝関節の角速度または角加速度に基づいて、ダンパ１５を作動させる。このような構成でも、階段や坂道のように、歩行の際に、脚部に大きな外力が発生し、歩行状態の推定に誤差を生じ得る場合に、ダンパ１５を作動させることができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る歩行補助装置を説明する。本実施形態の歩行補助装置は、比較例の歩行補助装置１０１の第１及び第２屈曲モードにおけるダンパ１５の作動と、実施形態１の加速度センサ２０の出力に基づいたダンパ１５の作動とを併用する。すなわち、制御部１８は、加速度センサ２０の出力に基づくダンパ１５の作動の補正を行い、ダンパ１５を作動させる。

図８は、実施形態２に係る歩行補助装置の制御系を例示したブロック図である。図８に示すように、実施形態２の歩行補助装置２において、制御部１８は、ダンパ１５、センサ１７及び加速度センサ２０と、有線または無線の通信回線により接続されている。制御部１８は、センサ１７から出力された切替タイミングに基づいて、ダンパ１５を作動させるとともに、加速度センサ２０の出力に基づいて、ダンパ１５を作動させる。

制御部１８は、加速度センサ２０の出力が通常歩行時の加速度を示す場合には、センサ１７から出力された切替タイミングに基づいて、ダンパ１５を作動させる。すなわち、加速度センサ２０が閾値以内の加速度、所定の振幅の幅内の加速度等、通常歩行時の加速度を検出する場合には、センサ１７から出力された切替タイミングに基づいて、ダンパ１５を作動させる。

一方、制御部１８は、加速度センサ２０の出力が閾値を超える加速度、所定の振幅の幅を超える加速度等、膝折れした場合の加速度を検出した場合には、ダンパ１５の作動に対して、加速度センサ２０の出力に基づく補正を行い、ダンパ１５を作動させる。

例えば、歩行補助部１０を装着したユーザＵの脚部Ｕ１０が立脚期であり、ダンパモードとして、所定の抵抗力がダンパ１５に作用されている場合であっても、加速度センサ２０の出力に基づく補正を行い、さらなる抵抗力をダンパ１５に付加してもよい。これにより、階段または坂道等の着地時において、脚部Ｕ１０に大きな外力が発生しても、ユーザＵの膝を支えることができる。

また、歩行補助部１０を装着したユーザＵの脚部Ｕ１０が遊脚期であっても、加速度センサ２０の出力に基づいて、ダンパ１５を作動させてもよい。例えば、階段または坂道等において、大きな外力が発生し、ユーザＵの身体が不安定になった場合には、歩行補助部１０を装着したユーザＵの脚部Ｕ１０を着地させ、歩行補助部１０を装着していない方のユーザＵの膝を支えることができる。

このように、本実施形態の歩行補助装置２は、ダンパ１５と、センサ１７と、制御部１８と、加速度センサ２０と、を備えている。そして、制御部１８は、加速度センサ２０の出力に基づく補正を行い、ダンパ１５を作動させる。よって、階段や坂道のように、歩行の際に、脚部Ｕ１０に大きな外力が発生し、センサ１７による歩行状態の推定に誤差を生じ得る場合であっても、ダンパ１５の作動が補正され、意図したようにダンパ１５を作動させることができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態１及び２の各構成を組み合わせたものも、本実施形態の技術的思想の範囲に含まれる。また、本実施形態１及び２の歩行補助装置１及び２を、震戦に適用してもよい。

１、２、１０１ 歩行補助装置
１０ 歩行補助部
１１ 上腿サポータ
１１ａ、１２ａ 面ファスナ
１２ 下腿サポータ
１３ 上腿フレーム
１４ 下腿フレーム
１５ ダンパ
１７ センサ
１８ 制御部
２０ 加速度センサ
Ａｘ 回転軸
Ｄ 一定期間
Ｕ ユーザ
Ｕ１０ 脚部
Ｕ２０ 胴体部

Claims (1)

1. ユーザの脚部に装着される歩行補助装置であって、
   前記脚部の膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパと、
   前記ダンパを作動させる制御部と、
   前記ユーザの加速度を検出する加速度センサと、
   を備え、
   前記制御部は、前記加速度センサの出力に基づいて、ダンパを作動させる、
   歩行補助装置。

Images