JP2022147919A - 歩行支援器及びその管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】年齢・性別・身長・体重・ハンディ状況等の身体状況の異なる様々なユーザーが安全に使用することができる、転倒防止機能を備えた歩行支援器及びその管理システムを提供する。【解決手段】本体１０の左右に、個別のモーター１２により駆動される車輪１３を備えた歩行支援器である。本体１０には、ユーザーとの間隔を検出するセンサ１６と、各モーターの電流値の変化及び前記センサの出力に基づいてユーザーの歩行状態を演算する演算装置が搭載されている。演算装置は、演算されたユーザーの歩行状態と、ユーザー別に設定されたパラメータとを用いて歩行中の危険の有無を判断し、車輪１３を制御する。また歩行支援器の演算装置と通信可能な管理用コンピュータを用い、各歩行支援器をユーザー別に、使用状況に応じて管理することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、モーターで駆動される車輪を備えた歩行支援器及びその管理システムに関するものである。

モーターで駆動される車輪を備え、ユーザーの歩行を支援する歩行支援器は、特許文献１～３に示されるように従来から知られている。これらの特許文献１～３の歩行支援器は、ユーザーが誘導経路に沿って歩けるように支援する機能を有するものであるが、ハンドルに荷重センサを配置し、ユーザーが誘導経路を外れようとしたときにはそれをハンドルに掛かる荷重に基づいて判断し、車輪の回転を制御する機能を備えている。しかし特許文献１～３の歩行支援器は、転倒防止機能を備えたものではなかった。

また本出願人の出願に係る特許文献４には、車輪の回転速度を検出して危険と判断したときには車輪にブレーキを掛け、ユーザーの転倒を防止する機能を備えた歩行支援器が記載されている。しかしユーザーの年齢・性別・身長・体重・ハンディ状況は様々であり、体力のある若者にとっては安全である車輪回転速度も、高齢者にとっては危険であるなどの違いがある。このため安全と判定する閾値を若者に合わせて設定した歩行支援器は老人にとっては危険であり、老人に合わせて設定した歩行支援器は若者にとっては走行速度が遅すぎる等の問題があった。

特開２０１８－３８２号公報 特開２０１８－８０１９号公報 特開２０１８－１３４３３４号公報 特開２０２０－９９３７９号公報

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、年齢・性別・身長・体重・ハンディ状況等の身体状況の異なる様々なユーザーが安全に使用することができる、転倒防止機能を備えた歩行支援器及びその管理システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、本体の左右に、個別のモーターにより駆動される車輪を備えた歩行支援器であって、本体には、本体とユーザーとの間隔を検出する距離センサと、各モーターの電流値の変化及び前記距離センサの出力に基づいてユーザーの歩行状態を演算する演算装置が搭載されており、この演算装置は、演算されたユーザーの歩行状態と、ユーザー別に設定されたパラメータとを用いて歩行中の危険の有無を判断し、車輪を制御することを特徴とするものである。

また、本体の左右のハンドルに、ユーザーがハンドルに加える荷重を検出して演算装置に出力するハンドルセンサを設けることができる。

また、前記パラメータが、少なくとも転倒閾値と、ハンドルセンサの検出閾値とを含むものであることが好ましい。また、本体に、ユーザーの足元と床面を撮影するカメラを搭載することが好ましい。

上記の課題を解決するためになされた本発明の歩行支援器の管理システムは、上記した各歩行支援器の演算装置と通信できる管理用コンピュータを備え、この管理用コンピュータは、ユーザー個人ごとの歩行状態のデータを蓄積・解析し、各ユーザーの歩行支援器の使用状況別に、前記パラメータを変更することを特徴とするものである。歩行支援器の使用状況を、通路の中での使用、洗面所の中での使用、トイレの中での使用に区分し、各使用状況に応じて前記パラメータを変更することが好ましい。

本発明の歩行支援器は、左右の車輪を駆動する各モーターの電流値の変化及び距離センサの出力に基づいてユーザーの歩行状態を演算し、演算されたユーザーの歩行状態と、ユーザー別に設定されたパラメータとを用いて歩行中の危険の有無を判断する。このため、同一の歩行支援器を多数のユーザーが使用する場合にも、各ユーザーの特性に合わせた歩行支援を行うことができるとともに、歩行中の安全を確保することができる。ユーザー別のパラメータは手動で設定することができるほか、各ユーザーの歩行状態に関するデータを蓄積すれば、ＡＩを利用してパラメータの最適化を図ることもできる。また本発明の歩行支援器の管理システムによれば、ユーザー個人ごとに使用状況に応じた最適なパラメータを設定し、データを蓄積して行くことでよりきめの細かい値に変更して行くことができる。

実施形態の歩行支援器の側面図である。 実施形態の歩行支援器の上面図である。 ユーザーが反転した状態を示す側面図である。 センサの取付け位置を示す平面図である。 ハンドルセンサの取付け位置を示す平面図である。 加速・転倒の場合の各センサの出力を示す図である。 若者と老人の転倒モードの違いを示すグラフである。 旋回、ひねり転倒の場合の各センサの出力を示す図である。 各センサと演算装置とのつながりを示す説明図である。 各部分への信号の流れを示すブロック図である。 施設内へのビーコンの配置例を示す平面図である。 遠隔操作の説明図である。 管理システムの実施形態を示すフロー図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は実施形態の歩行支援器の全体図、図２はその上面図である。１０は左右の側枠１１を上方から見てＵ字状に連結した本体であり、左右の側枠１１にはそれぞれ個別のモーター１２により駆動される車輪１３が設けられている。車輪１３は床面でスリップしないゴムタイヤとすることが好ましい。各側枠１１の車輪１３の前後位置には、転倒防止用の補助輪１４が配置されている。各側枠１１の上部左右には前後方向に延びるハンドル１５が設けられている。図１に示すように、ユーザーは左右の側枠１１の間に立ち、左右のハンドル１５を手で握った状態で歩行する。なお、この歩行支援器は病院や介護施設などの施設内での使用に適したものであるが、屋外での使用も可能である。

各モーター１２には電流値に基づいてトルクを検出するトルクセンサが内蔵されており、モーター１２が車輪１３に加えるトルクと、逆に車輪１３からモータ１２に加えられるトルクの値と方向を検出する。本体１０の内部には小型のコンピュータである演算装置が搭載されており、トルクセンサが検出したトルクが入力される。左右の車輪１３のトルクの値及び方向が同一であるときには、演算装置は直進していると判断し、左右のトルクの値が異なるときには右または左に旋回しているものと判断し、左右のトルクの方向が逆であるときはその場で旋回しているものと判断する。また各モーター１２の回転速度から、歩行支援器の進行速度も同時に検出される。このように車輪１３に取付けられたモーター１２の電流値の変化に基づいてユーザーの意思を検出することにより、構造の簡素化と低コスト化を図ることができる。

図４に示すように、本体１０の中央には本体１０とユーザーとの間隔を検出する距離センサ１６が設けられている。この距離センサ１６は好ましくは赤外線センサであり、図１、図３に示すように本体１０とユーザーとの間隔を検出している。また、本体１０の左右には左前障害物センサ１７、右前障害物センサ１８、左横障害物センサ１９、右横障害物センサ２０が設けられており、歩行支援器が障害物に接近した場合には演算装置に危険信号を送っている。これらも赤外線センサとすることができる。また音声ガイダンスによりユーザーに危険を知らせることが好ましい。

図５に示すように、左右のハンドル１５の前後位置に、ユーザーがハンドル１５に加える荷重を検出して演算装置に出力するハンドルセンサが設けられている。ハンドルセンサは左前ハンドルセンサ２１、右前ハンドルセンサ２２、左後ハンドルセンサ２３、右後ハンドルセンサ２４からなり、ユーザーがハンドル１５に加える荷重が左右前後にどのように分布しているかを検出し、演算装置に入力する。前進の際には左前ハンドルセンサ２１と右前ハンドルセンサ２２の出力が大きくなり、後退のときには左後ハンドルセンサ２３、右後ハンドルセンサ２４の出力が大きくなる。さらに、ハンドル１５を握る力が急激に大きくなったり、手がハンドル１５から離れた時には異常状態である可能性があり、演算装置に危険信号を送る。

さらに本体１０には、ユーザーの足元と床面を撮影するカメラ２５と、足元を照らす照明手段２６とが搭載されている。この歩行支援器は床面に貼り付けたテープをカメラ２５で検出し、テープに沿って進行するように制御することができる。またこのカメラ２５は、ユーザーの足の位置を検出し、足の位置が大きく外れたときには演算装置に危険信号を送ることができる。このようにテープに沿って走行する構造とすれば、施設全体の地図を記憶させておく必要がなく、低コストでシンプルな構造となるうえ、テープを張り替えるだけで設定を変えることができるので、施設の管理者にとっても便利である。

このほか、図１０に示すように、本体１０には走行用のバッテリー５０、現在位置を発信する発信器、それらの制御手段、走行モード切替スイッチ２７等が搭載されている。

次に、上記の各センサの出力に基づいて演算装置がユーザーの挙動をどのように判断するか、説明する。
ユーザーが歩行を開始するとき、あるいはより速く歩行したい場合には、モーター１２のトルクセンサは車輪１３が加速されたことを検知する。図６の「加速」欄に示すように、左右ほぼ同一の加速が検知され、距離センサ１６がユーザーが本体１０の中央に居ることを検知し、カメラ２５がユーザーの足を検知している場合には、演算装置はユーザーの歩行状態が通常の加速であると判断する。

しかしユーザーが何かに躓いて前方に転倒した場合には、歩行支援器が前向きに強く押されるので加速の程度が大きくなる。これとともに、ユーザーの位置が本体１０の中央から離れ、カメラ２５がユーザーの足を検知できなくなった場合には、演算装置は前方転倒であると判断し、車輪１３に緊急ブレーキを掛ける。これにより歩行支援器は停止するので、転倒したユーザーは床面に達する前に歩行支援器に掴まり、骨折事故等を防止することができる。後方転倒の場合も同様である。

しかしユーザーによって転倒モードは異なると想定される。例えば図７に示すように若いＡさんが歩行中に転倒する場合と、お年寄りのＢさんが歩行中に転倒する場合とを比較すると、Ａさんの方が歩行速度が速いため転倒速度が高く、Ｂさんは歩行速度が遅いため転倒速度が低い可能性が高い。このため、転倒発生と判断する閾値（転倒閾値）をＡさんとＢさんとで異ならせておくことが合理的である。そこで本発明では、危険と判断する閾値などのパラメータをユーザー別に設定する。

図８に左右旋回、左右反転、ひねり転倒のそれぞれの場合の各センサの出力を示す。左右旋回、左右反転の場合には左右のハンドルセンサの出力が図示のように変化するが、ひねり転倒の場合にはユーザーの手がハンドル１５から離れるので、転倒と判断することができる。ひねり転倒とは旋回時に回転しながら転倒することを意味し、旋回速度も若者と老人では異なるので、ひねり転倒の判断となるハンドルセンサの検出閾値についても、個人差を設定することが好ましい。

このほか、距離センサ１６が検出するユーザーの位置にも、個人差を設定することが好ましい。例えば太った人と華奢な人では距離センサ１６からの距離が異なる。また、床面に傾斜がある場合には歩行速度が速くなりすぎて、足が付いて行けなくなることがあるため、車輪１３の回転速度にも閾値を設定し、危険な場合には車輪１３にブレーキを掛けることが好ましい。この場合にも危険と判断するパラメータをユーザー別に設定する。

このように、本発明の歩行支援器は各種センサからのデータに基づいて演算装置がユーザーの歩行状態を演算するとともに、演算されたユーザーの歩行状態と、ユーザー別に設定されたパラメータとを用いて歩行中の危険の有無を判断する。従来の歩行支援器はセンサの感度を切り替えることができる程度であって、ユーザーの年齢・性別・身長・体重・ハンディ状況等に応じた調整機能はなく、平均的なユーザーの挙動を想定した設定がなされていたため、扱いにくく、危険回避能力に問題があった。これに対して本願明の歩行支援器はユーザー別にパラメータを設定することができるため、安全である。このようなユーザー別のパラメータの設定はユーザーＩＤとデータベースを用いて行うことができ、パラメータの初期値は手動で入力するか、年齢・性別等による平均値を入力することができる。また後述するように各ユーザーの使用状態に関するデータを蓄積し、ＡＩを利用して最適なパラメータを設定することもできる。

図９、図１０に示すように、各センサの検出値は演算装置３０に入力される。演算装置３０は無線通信部３１を備えており、施設側に設けられた管理システムの管理用コンピュータ３２との間で通信を行うことができる。無線通信部３１と管理用コンピュータ３２との間の通信経路は、直接またはルーター機器等を介した通信、無線通信または有線通信に限定しない。上記した異常の判断およびそれに基づく歩行支援器の駆動制御は歩行支援器の演算装置３０が行うが、異常を読み取った時には管理用コンピュータ３２に異常発生を知らせる通信を送る。

図１１に示すように施設内には多数の無線通信機器４０が配置されており、固有のＩＤを持つ信号を発信している。各歩行支援器は受信した無線通信機器のＩＤを判別することにより、どの無線通信機器４０の近傍に居るかを把握することができる。管理用コンピュータ３２には各無線通信機器４０のＩＤと設置位置が登録されているため、異常信号とともに近傍の無線通信機器４０のＩＤを送信することにより、管理室では異常発生信号を発した歩行支援器の位置を知ることができ、迅速に介助に向かうことができる。

屋内における位置検出方式にはRFIDタグ方式、RFIDアンテナ方式、UWB方式等も知られているが、これらに比べてBLEビーコン方式は電池式の無線通信機器４０を置くだけでよいため、低コストかつ設置・変更・拡張が容易である利点がある。位置検出精度は他の方式に劣るが、歩行支援器が施設内のどの付近にいるかを把握するためには十分である。なお、トイレ内で異常が発生することも想定されるため、トイレ内にも無線通信機器４０を配置しておくことが好ましい。なお、歩行支援器の現在位置検出方式については、例に挙げたBLEビーコン方式に限定しない。

なお、歩行支援器をトイレや洗面所の内部で使用する場合、あるいはベッドの直ぐ横で使用するような場合には、障害物センサが作動して車輪１３にブレーキがかかってしまうこととなる。このため、これらの場合には障害物センサの検出閾値を切り替えることにより、狭い場所でも使用可能とすることが望ましい。

この歩行支援器は床に張られたテープに沿って自走可能であるため、ユーザーはスマートフォンにインストールした遠隔操作アプリケーションを操作して、自分のベッドまで歩行支援器を呼びだすことができる。また使用後に歩行支援器がベッドの脇にあると邪魔であるので、遠隔操作アプリケーションを操作して歩行支援器を待機位置まで返すこともできる。図１２にそれらの様子を示した。管理用コンピュータ３２の画面３３には、各ユーザーが歩行支援器を使用しているか否かや歩行支援器の各種状態等が表示されており、管理者が確認することができる。なお、上記情報の管理者への提示方法については、画面表示に限定しない。例えば音声やランプ等の出力機器であっても良い。

上記したように、本発明の管理システムは歩行支援器の演算装置３０と通信可能な管理用コンピュータ３２を備え、各歩行支援器を管理することができる。管理用コンピュータ３２は、ユーザー個人ごとの歩行状態のデータを蓄積・解析し、各ユーザーの歩行支援器の使用状況別に、前記パラメータを変更することができる。

各ユーザーは個人ＩＤを持っており、管理用コンピュータ３２はどの歩行支援器がどのユーザーにより使用されているかを認識している。ユーザーごとに歩行支援器の使い方に癖があるうえ、同一のユーザーであっても使用場所が通路の中であるか、洗面所の中であるか、トイレの中であるかによって使用状況が異なるから、各使用状況に応じてパラメータを変更する。

図１３はその具体例を示すフロー図である。ここではユーザーごとに設定値Ａ、Ｂ、Ｃが設定されており、管理用コンピュータ３２は選択した個人ＩＤによりユーザーを特定し、そのユーザーの設定値Ａ、Ｂ、Ｃを読み込む。ここで設定値Ａは歩行支援器を通路で使用する場合の値、設定値Ｂは洗面所で使用する場合の値、設定値Ｃはトイレで使用する場合の値である。歩行支援器の仕様されている場所は上記したビーコン等の無線通信機器４０によって把握できるので、使用状況に応じて設定値を変更することにより、どの場所でも安全に使用することができる。

図１３に示すように、歩行支援器が通路を走行中の場合にはパラメータの設定値Ａが設定される。その内容は、例えば進行速度は2～4.5km/H、障害物センサーの干渉距離を50cmとしておく。これらの値により使用状況が安全であるか否かの判断が行われる。洗面所エリアに入ったうえ、洗面台に進んだ場合にはパラメータの設定値Ｂが設定される。その内容は、例えば進行速度は0～2km/H、障害物センサーの干渉距離を10cmとしておく。さらにトイレに進入したことが検出された場合には、パラメータの設定値Ｃが設定される。この場合には例えば進行速度は0～1km/H、障害物センサーはオフとする。さらにユーザーと背もたれとの距離は0～50cmとする。このようにユーザー毎に、しかも使用状況毎にパラメータの値を変更して安全か否かの判断を行い、異常が検出された外れた場合にはブレーキを掛けるとともに、管理者に知らせる。

上記のように設定値Ａ、Ｂ、Ｃの中には様々なセンサの値等が含まれている。そして管理用コンピュータ３２は、ユーザー個人ごとの歩行状態のデータを蓄積・解析し、各ユーザーの歩行支援器の使用状況別に、前記パラメータを最適な値に変更することができるので、使用を重ねるほど各ユーザーにとって最適な歩行支援器となって行く利点がある。

このように、この歩行支援器はユーザーが使用中の危険判断やそれに伴うブレーキ操作などを車体１０に搭載した小型のコンピュータである演算装置３０によって行うが、管理用コンピュータ３２は演算装置３０からデータを取得し、各歩行支援器の仕様状況や使用履歴をユーザー別に蓄積し、その傾向を解析して各ユーザー毎にパラメータの最適化を図ることができる。例えば、各ユーザー毎に歩行の平均速度を演算し、危険と想定される速度をパラメータとして設定することができる。また、各ユーザー毎に左右の車輪１３の回転速度をモニタリングすれば、歩行中のふらつきの程度を把握することができ、左右の車輪に係るトルク差をモニタリングすれば、歩行中にユーザーの重心が左右に偏っているか否かを把握することができる。このようにして管理者がユーザー毎にパラメータを修正することができる。またＡＩを用いて、各ユーザーに最適のパラメータを自動的に設定することができる。

以上に説明した実施形態の歩行支援器は、次の通りの作用効果を発揮するものである。
（１）ユーザーの年齢・性別・身長・体重・ハンディ状況等に応じてパラメータを設定することができ、歩行中の速度、加減速、旋回等を各ユーザー毎に最適化することができる。
（２）転倒などの異常発生時の状況を分析し、安全な状態と危険な状態とを区別する閾値となるパラメータを、各ユーザー毎に最適に設定することができる。
（３）歩行支援器を自走させ、呼び寄せたり、返却する操作を遠隔操作アプリケーションを操作して簡単に行うことができる。
（４）ユーザーが使用中に異常事態が発生したときには、管理者がその場所とユーザーを把握し、直ちに介助に向かうことができる。

１０ 本体
１１ 側枠
１２ モーター
１３ 車輪
１４ 補助輪
１５ ハンドル
１６ センサ
１７ 左前障害物センサ
１８ 右前障害物センサ
１９ 左横障害物センサ
２０ 右横障害物センサ
２１ 左前ハンドルセンサ
２２ 右前ハンドルセンサ
２３ 左後ハンドルセンサ
２４ 右後ハンドルセンサ
２５ カメラ
２６ 照明手段
２７ モード切替スイッチ
３０ 演算装置
３１ 無線通信部
３２ 管理用コンピュータ
３３ 画面
４０ 無線通信機器
５０ バッテリー

Claims (6)

1. 本体の左右に、個別のモーターにより駆動される車輪を備えた歩行支援器であって、
   本体には、本体とユーザーとの間隔を検出する距離センサと、各モーターの電流値の変化及び前記距離センサの出力に基づいてユーザーの歩行状態を演算する演算装置が搭載されており、
   この演算装置は、演算されたユーザーの歩行状態と、ユーザー別に設定されたパラメータとを用いて歩行中の危険の有無を判断し、車輪を制御することを特徴とする歩行支援器。
2. 本体の左右のハンドルに、ユーザーがハンドルに加える荷重を検出して演算装置に出力するハンドルセンサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の歩行支援器。
3. 前記パラメータが、少なくとも転倒閾値と、ハンドルセンサの検出閾値とを含むものであることを特徴とする請求項２に記載の歩行支援器。
4. 本体に、ユーザーの足元と床面を撮影するカメラを搭載したことを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の歩行支援器。
5. 請求項１～４の何れかに記載の歩行支援器の管理システムであって、各歩行支援器の演算装置と通信できる管理用コンピュータを備え、
   この管理用コンピュータは、ユーザー個人ごとの歩行状態のデータを蓄積・解析し、各ユーザーの歩行支援器の使用状況別に、前記パラメータを変更することを特徴とする歩行支援器の管理システム。
6. 歩行支援器の使用状況を、通路の中での使用、洗面所の中での使用、トイレの中での使用に区分し、各使用状況に応じて前記パラメータを変更することを特徴とする請求項５に記載の歩行支援器の管理システム。

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