JP5692125B2 - 歩行補助システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は歩行補助システム及びその制御方法に関する。

従来、脚部のリハビリにおいては、訓練者が手摺り棒を支えとして歩行を行ったり、車輪が設けられた歩行器を用いて歩行を行ったりすることにより、歩行の訓練を行っていた。このような歩行訓練においては、訓練者の姿勢が突然崩れた場合に備えて、訓練者に対して常に介護者が付き添っていた。

特許文献１に記載の歩行支援装置においては、訓練者を歩行支援装置本体に吊り上げて支持する支持部材（ロープ）を備える。ロープの端部は回転軸に巻きつけられている。そして、エンコーダが回転軸の回転角等を検出する。つまり、エンコーダが検出する回転角等に基づいて、訓練者の体の崩れ落ちを検出する。

特開２００９−１９５６３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の歩行支援装置においては、エンコーダにて訓練者の崩れ落ちを検出している。そのため、ロープに弛みが生じている場合、適切に崩れ落ちを検出することができない。言い換えると、常にロープを張った状態にしておく必要がある。そのため、ロープが訓練者の動作（例えば、着座や起立等）の妨げとなってしまうという問題があった。

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、ユーザの動作を妨げることなく歩行動作を補助することができる歩行補助システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる歩行補助システムは、ベルト支持部材から垂れ下がり、前記ユーザを吊り上げて支持するベルト部材と、前記ユーザの所定部位の地面に対する高さを検出する高さ検出手段と、前記高さ検出手段の検出結果に基づいて、前記ベルト部材の前記ベルト支持部材からの垂れ下がり長さの目標値を算出し、前記ベルト部材の垂れ下がり長さを調節するベルト制御手段と、を備えるものである。これにより、ユーザの腰の高さ変化に応じて、免荷ベルトの垂れ下がり長さが調節される。このため、免荷ベルトが常に張った状態となることを回避できる。したがって、免荷ベルトがユーザの動作を妨げることなく、歩行補助システムは、ユーザの歩行を補助することができる。

また、前記ユーザの脚部に装着され、前記ユーザの姿勢情報を検出する姿勢情報検出手段を有し、前記姿勢情報に基づいて、前記ユーザの歩行を補助する歩行補助装置をさらに備え、前記高さ検出手段は、前記姿勢情報に基づいて、前記ユーザの所定部位の前記地面に対する高さを検出してもよい。これにより、歩行補助装置が検出可能な検出結果を用いて、ユーザの所定部位の高さを検出できる。そのため、ユーザの所定部位の高さを検出するための装置を別途用意する必要がない。

また、前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの大腿部の姿勢を検出する大腿部姿勢検出手段と、前記ユーザの膝角度を検出する膝関節角度検出手段とが含まれ、前記高さ検出手段は、前記大腿部姿勢検出手段及び前記膝関節角度検出手段の検出結果に基づいて、前記ユーザの所定部位の前記地面に対する高さを検出してもよい。

また、前記姿勢情報に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定する姿勢判定手段をさらに備え、前記ベルト制御手段は、前記姿勢判定手段の判定結果に基づいて、前記垂れ下がり長さの目標値を算出してもよい。これにより、歩行補助システムは、ユーザの姿勢の崩れに応じた長さに免荷ベルトを調節できる。

また、前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの大腿部の姿勢を検出する大腿部姿勢検出手段と、前記ユーザの膝角度を検出する膝関節角度検出手段とが含まれ、前記姿勢判定手段は、前記大腿部姿勢検出手段及び前記膝関節角度検出手段の検出結果のうち、少なくとも一方の検出結果に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定してもよい。

また、前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの大腿部の加速度を検出する大腿部加速度検出手段が含まれ、前記姿勢判定手段は、前記大腿部加速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定してもよい。

また、前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの足裏荷重を検出する足裏荷重検出手段が含まれ、前記姿勢判定手段は、前記足裏荷重検出手段の検出結果に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定してもよい。

また、前記ベルト制御手段は、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記垂れ下がり長さの目標値を固定してもよい。これにより、姿勢を崩したユーザの身体が沈むことを防止できる。

また、前記ベルト制御手段は、前記ユーザの起立動作中において、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記ユーザを支持しつつ、前記垂れ下がり長さの目標値を短くしてもよい。これにより、姿勢を崩したユーザを起立状態へ促すことができる。

また、前記ベルト制御手段は、前記ユーザの着座動作中において、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記ユーザを支持しつつ、前記垂れ下がり長さの目標値を長くしてもよい。これにより、姿勢を崩したユーザを着座状態へ促すことができる。

また、前記ベルト制御手段は、前記ユーザの着座動作中において、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記ユーザの大腿部の重力方向に対する速度変化に応じて、前記垂れ下がり長さを調節してもよい。これにより、ユーザの身体が急に沈むことを防止でき、ユーザにかかる負担を軽減することができる。

また、前記ユーザの前記所定部位の近傍に前記ベルト部材が固定されており、前記ベルト制御手段は、前記ベルト部材の端部の前記地面に対する高さの目標値が、前記所定部位の前記地面に対する高さよりも低くなるように、前記垂れ下がり長さの目標値を算出してもよい。これにより、免荷ベルトは弛んだ状態でユーザに固定されるため、免荷ベルトがユーザの動作の妨げになることを更に防止できる。

また、前記ベルト部材は、前記ユーザの腰部に固定されていてもよい。

また、前記所定部位は、前記ユーザの腰部であってもよい。

本発明の一態様にかかる歩行補助システムの制御方法は、ベルト支持部材から垂れ下がり、前記ユーザを吊り上げて支持するベルト部材を備える歩行補助システムの制御方法であって、前記ユーザの所定部位の地面に対する高さを検出し、検出結果に基づいて、前記ベルト部材の前記ベルト支持部材からの垂れ下がり長さの目標値を算出し、前記垂れ下がり長さの目標値に基づいて、前記ベルト部材の垂れ下がり長さを調節するものである。これにより、ユーザの腰の高さ変化に応じて、免荷ベルトの垂れ下がり長さが調節される。このため、免荷ベルトが常に張った状態となることを回避できる。したがって、免荷ベルトがユーザの動作を妨げることなく、歩行補助システムは、ユーザの歩行を補助することができる。

本発明により、ユーザの動作を妨げることなく歩行動作を補助することができる歩行補助システム及びその制御方法を提供することができる。

実施の形態にかかる歩行補助システムの構成例を示す図である。 実施の形態にかかる歩行補助システムのブロック図である。 実施の形態にかかる歩行補助装置の構成例を示す図である。 実施の形態にかかる歩行補助システムの動作を示すフローチャートである。 実施の形態にかかる腰部の高さと免荷ベルト端部の高さの時間変化を示すグラフ（姿勢を崩していない状態）である。（ａ）は、訓練者が起立動作を行う場合のグラフである。（ｂ）は、訓練者が着座動作を行う場合のグラフである。 実施の形態にかかる腰部の高さと免荷ベルト端部の高さの時間変化を示すグラフ（姿勢を崩した状態）である。（ａ）は、訓練者が起立動作を行う場合のグラフである。（ｂ）は、訓練者が着座動作を行う場合のグラフである。 関連する歩行補助システムの構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる歩行補助システム全体の構成例を図１に示す。また、システム全体のブロック図を図２に示す。図１に示す歩行補助システムは、例えば、脚部が不自由な患者の歩行リハビリ等に用いられる。歩行補助システムは、歩行補助装置１と、免荷装置２と、を備える。なお、図１に示すように、歩行訓練を行う際には、訓練者（ユーザ）９の両側に手摺り９１を設けてもよい。

まず、歩行補助装置１の構成について説明する。歩行補助装置１は、膝関節角度センサ１１と、大腿部姿勢角センサ１２と、足裏荷重センサ１３と、腰高計算部１４と、姿勢判断部１５と、歩行補助装置側通信部１６と、を備える。なお、図３に歩行補助装置１の外観図を示す。また、歩行補助装置１は、ケーブル（図１の破線）を介して、歩行補助装置操作者９２のＰＣ（Personal Computer）と接続されている。勿論、歩行補助装置１と歩行補助装置操作者９２とは無線通信を用いて接続されていてもよい。歩行補助装置操作者９２は、歩行補助に必要なデータ入力や、歩行動作から得られるデータの監視等を行う。具体的には、歩行補助装置操作者９２は、訓練者９が行う訓練動作（起立動作、着座動作、または歩行動作）を動作モードとして歩行補助装置１に入力する。これにより、歩行補助装置１は、動作モードに応じた制御を行う。

膝関節角度センサ１１は、訓練者９の膝関節の角度（膝角度）を検出する。具体的には、膝関節角度センサ１１は、大腿部を支持する大腿部リンク１０１と下腿部を支持する下腿部リンク１０２との連結部に設けられている（図３参照）。膝関節角度センサ１１は、大腿部リンク１０１及び下腿部リンク１０２がなす角に基づいて、膝角度を検出する。なお、大腿部リンク１０１と下腿部リンク１０２との連結部にはアクチュエータ１０３が設けられている。アクチュエータ１０３は、膝関節角度センサ１１が検出した膝角度に基づいて、大腿部リンク１０１及び下腿部リンク１０２がなす角を制御し、訓練者９の歩行を補助する。

大腿部姿勢角センサ１２は、訓練者９の大腿部の姿勢角度（床面に対する大腿部の角度）を検出する。また、大腿部姿勢角センサ１２は、訓練者９の大腿部の加速度を検出する。大腿部姿勢角センサ１２は、例えばジャイロセンサ、加速度センサを含む。

足裏荷重センサ１３は、訓練者９の足が載置される載置部１０４内部に配置されている。足裏荷重センサ１３は、訓練者９の足裏の荷重（載置部１０４上面にかかる荷重）を検出する。上記膝関節角度センサ１１、大腿部姿勢角センサ１２、及び足裏荷重センサ１３が、訓練者９の姿勢情報を検出するための姿勢情報検出手段となる。

腰高計算部１４（高さ検出手段）は、膝角度、大腿部姿勢角度、及び歩行補助装置１のリンク長情報に基づいて、訓練者９の腰部（脚の付け根部分）の床面に対する高さ（腰高値）を算出する。具体的には、大腿部リンク１０１及び下腿部リンク１０２の長さと、大腿部リンク１０１と下腿部リンク１０２とがなす角と、大腿部リンク１０１の床面に対する角度と、を用いて、訓練者９の腰部の床面に対する高さを算出する。

姿勢判定部１５は、膝角度や、大腿部姿勢角度、大腿部加速度、足裏荷重値等を用いて、訓練者９が姿勢を崩したか否かを判定する。このとき、訓練者９が姿勢を崩すとは、例えば、歩行訓練中に訓練者９の膝折れ等が生じて、訓練者９がバランスを崩し、自らの脚部で上半身の荷重を支えるのが困難な状態をいう。

姿勢判定部１５による姿勢の崩れの判定方法としては、様々な方法を用いることができる。例えば、姿勢判定部１５は、大腿部姿勢角度のロール角が、起立や着座の動作で取り得る範囲を超えた場合、姿勢が崩れたと判定してもよい。また、姿勢判定部１５は、大腿部姿勢角度のピッチ角が、起立や着座の動作で取り得る範囲を超えた場合、姿勢が崩れたと判定してもよい。また、姿勢判定部１５は、足裏荷重値が起立や着座動作で取り得る範囲を超えた場合、姿勢が崩れたと判定してもよい。また、姿勢判定部１５は、大腿部加速度が起立や着座動作で取り得る範囲を超えた場合、つまり、重力加速度方向に急激な加速度変化が検出された場合、姿勢が崩れたと判定してもよい。勿論、上記の判定方法を複数組み合わせて、姿勢の崩れを判定してもよい。

歩行補助装置側通信部１６は、免荷装置２の免荷装置側通信部２４と通信を行う。歩行補助装置側通信部１６は、腰高計算部１４が算出した腰部の高さ（腰高値）、姿勢判定部１５の判定結果、及び歩行補助装置操作者９２により入力された動作モードを、免荷装置２に送信する。なお、歩行補助装置側通信部１６と免荷装置側通信部２４との通信は、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。本実施の形態においては、腰高計算部１４、姿勢判定部１５、及び歩行補助装置側通信部１６は、歩行補助装置１の制御ユニット１０５に設けられている。なお、腰高計算部１４及び姿勢判定部１５を免荷装置２側に設けて、膝関節角度センサ１１、大腿部姿勢角センサ１２、及び足裏荷重センサ１３の検出結果に基づいて、免荷装置２側において腰部の高さの算出及び姿勢崩れの判定を行ってもよい。

次に、免荷装置２の構成について説明する。免荷装置２は、ベルト支持部材２１と、免荷ベルト２２と、ベルト制御部２３と、免荷装置側通信部２４と、を備える。免荷装置２は、訓練者９が姿勢を崩した際に、訓練者９の上半身を支持することにより、脚部にかかる荷重を軽減する。

ベルト支持部材２１は、例えば、訓練者９の頭上（上方）に設けられ、天井や壁等に固定されている。勿論、ベルト支持部材２１が固定される部材は、天井や壁に限られず、訓練者９が姿勢を崩した場合でも位置が変化しない部材であればよい。ベルト支持部材２１は、免荷ベルト２２を支持すると共に、免荷ベルト２２を介して、訓練者９の荷重を支持する。

免荷ベルト２２の一端は、訓練者９の腰部に固定されている。以下の説明では、免荷ベルト２２が訓練者９に対して固定された部分を固定部と称す。免荷ベルト２２の一端は、ベルト支持部材２１から垂れ下がっており、固定部に固定されている。免荷ベルト２２の他端は、ベルト支持部材２１に支持され、図示しないドラム等に巻きつけられている。免荷ベルト２２が巻きつけられたドラムには、図示しないモータが設けられている。モータがドラムを回転駆動させることにより、免荷ベルト２２の巻き取り又は送り出しが行われる。これにより、ベルト支持部材２１から免荷ベルト２２の一端までの免荷ベルト２２の長さ（以下、垂れ下がり長さと称す）を調節することができる。勿論、垂れ下がり長さの調節が可能であれば、他の駆動機構や調節機構を用いてもよい。

免荷ベルト２２は、姿勢を崩した訓練者９を吊り上げて支持する。具体的には、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さを調節するモータのトルク調整により、免荷ベルト２２の送り出しが制限される。これにより、訓練者９が姿勢を崩しても、免荷ベルト２２によって腰部を吊り上げて支持できる。そのため、訓練者９の脚部にかかる荷重を軽減することができる。そして、姿勢を崩した訓練者９は、姿勢を立て直し、再度バランスを取ることができる。

ベルト制御部２３は、訓練者９の所定部位の床面に対する高さに基づいて、垂れ下がり長さの目標値を算出する。そして、ベルト制御部２３は、垂れ下がり長さが算出された目標値となるように、ドラムを駆動させるモータに対して制御信号を出力する。これにより、垂れ下がり長さの調節が行われる。なお、本実施の形態においては、所定部位は、免荷ベルト２２の固定部と同様の位置、すなわち腰部である。

免荷装置側通信部２４は、歩行補助装置側通信部１６と通信を行い、訓練者９の腰部の高さ情報、姿勢判定部１５の判定結果、及び動作モードを受信する。

続いて、本実施の形態にかかる歩行補助システムの動作例について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。まず、歩行補助装置１が、歩行中における訓練者９の姿勢情報を検出する（ステップＳ１０１）。具体的には、歩行補助装置１の膝関節角度センサ１１、大腿部姿勢角センサ１２、及び足裏荷重センサ１３が、訓練者９の膝角度、大腿部姿勢角度、大腿部加速度、及び足裏荷重値をそれぞれ検出する。

次に、腰高計算部１４が、膝角度、大腿部姿勢角度、及び歩行補助装置１のリンク長情報に基づいて、訓練者９の腰部の床面に対する高さを算出する（ステップＳ１０２）。腰高計算部１４は、算出した腰部の高さ情報を歩行補助装置側通信部１６に出力する。

また、歩行補助装置側通信部１６は、歩行補助装置操作者９２から入力された動作モードを取得する（ステップＳ１０３）。

また、姿勢判定部１５が、膝角度や、大腿部姿勢角度、大腿部加速度、足裏荷重値等を用いて、訓練者９が姿勢を崩したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。姿勢判定部１５は、判定結果を歩行補助装置側通信部１６に出力する。

歩行補助装置側通信部１６は、入力された腰部の高さ情報、動作モード情報、及び姿勢崩れ判定結果を、免荷装置側通信部２４に送信する。免荷装置側通信部２４は、受信した情報を、ベルト制御部２３に出力する。

入力された判定結果が姿勢崩れなしの場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ベルト制御部２３は、腰部の高さに基づいて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出する（ステップＳ１０６）。

免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値算出の一例について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、訓練者９の起立動作中における腰部の高さ（実線）と、免荷ベルト２２の端部の高さ（免荷ベルト２２の垂れ下がっている方の端部の地面に対する高さ）の目標値（破線）とを示すグラフである。同様に、図５（ｂ）は、訓練者９の着座動作中における腰部の高さと、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値とを示すグラフである。なお、図５（ａ）（ｂ）の縦軸は、地面からの高さを示し、横軸は時間を示す。

ベルト制御部２３は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、訓練者９の腰部の高さの変化に合わせて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を変化させる。言い換えると、訓練者９の腰部の高さに、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値が沿うように、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出する。そして、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さが算出した目標値となるように、モータに対して制御信号を出力することにより、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さを調節する（ステップＳ１０７）。なお、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値は、地面からベルト支持部材２１までの高さから、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を減算すること等により算出できることは言うまでもない。

例えば、図５（ａ）においては、訓練者９の姿勢は、着座姿勢から起立姿勢へ変化するため、腰部の高さは徐々に高くなっていく。ベルト制御部２３は、腰部の高さが高くなるにつれて、免荷ベルト２２の端部の高さ目標値を高くする。言い換えると、ベルト制御部２３は、腰部の高さが高くなるにつれて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を短くする。

より詳細には、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値が、訓練者９の腰部の高さ丁度ではなく、腰部の高さよりも若干低い位置となるように、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出する。このため、免荷ベルト２２は、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値よりも、若干高い位置にある腰部に固定される。つまり、免荷ベルト２２は、張った状態ではなく、少し緩んだ状態で、ベルト支持部材２１と訓練者９の腰部とを連結する。その結果、免荷ベルト２２の張力により訓練者９の腰部の動きが制限されることを回避できる。したがって、訓練者９は、違和感なく歩行訓練を行うことができる。その後、再度ステップＳ１０１に戻り、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さが所定の頻度で調節される。

一方、入力された判定結果が姿勢崩れありの場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を現状の値に固定する（ステップＳ１０８）。

免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値固定の一例について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、訓練者９の起立動作中における腰部の高さ（実線）と、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値（破線）とを示すグラフである。同様に、図６（ｂ）は、訓練者９の着座動作中における腰部の高さと、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値とを示すグラフである。なお、図６（ａ）（ｂ）の縦軸は、地面からの高さを示し、横軸は時間を示す。

図６（ａ）（ｂ）に示すように、ベルト制御部２３は、訓練者９の姿勢が崩れる前においては、図５（ａ）（ｂ）と同様に、腰部の高さの変化に合わせて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出する。

その後、時刻ｔにおいて、訓練者９が姿勢を崩したとする。すると、歩行補助装置１の姿勢判定部１５により、姿勢の崩れが判定され、判定結果がベルト制御部２３に送信される。そして、ベルト制御部２３は、腰部の高さに拘らず、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値を固定する。つまり、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さが変化しないように、免荷ベルト２２の長さの目標値を固定する。そして、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さが変化しないように、モータに対して制御信号を出力する。これにより、免荷装置２は、姿勢を崩した訓練者９の腰部を吊り上げて支持することができる。

例えば、図６（ａ）においては、訓練者９の姿勢は、着座姿勢から起立姿勢へ変化するため、腰部の高さは徐々に高くなっていく。このとき、訓練者９が姿勢を崩すと、腰部の高さは急激に変動する。それと共に、姿勢が崩れた旨の判定結果がベルト制御部２３に入力される。ベルト制御部２３は、訓練者９の姿勢が崩れたと判定されると、腰部の高さの変動に拘らず、免荷ベルト２２の端部の高さ目標値が固定されるように、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を固定する。これにより、訓練者９の腰部の高さは固定されるため、訓練者９の上半身を支持することができる。その結果、訓練者９は、崩れた姿勢から姿勢を立て直し、正常な姿勢に戻ることができる。その後の動作については、訓練を中止してもよいし、正常な姿勢に戻った場合は、ステップＳ１０１に戻ってもよい。

このとき、急な姿勢の変化により、訓練者９の腰部が重力方向に大きな加速度で沈んだ場合、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さが全く変化しないように固定してしまうと、姿勢を崩した訓練者９の腰部に与える衝撃が強くなってしまう。そのため、訓練者９が急に姿勢を崩した場合、つまり免荷ベルト２２に所定の大きさ以上の負荷が加わった場合、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さ目標値は固定しつつ、負荷の大きさに応じて免荷ベルト２２を送り出してもよい。これにより、姿勢を崩した訓練者９を滑らかに受け止めることができ、訓練者９の腰部に与える衝撃を軽減することができる。

なお、訓練者９が姿勢を崩した状態においては、膝関節角度センサ１１及び大腿部姿勢角センサ１２は、正常な膝角度や大腿部姿勢角度を検出できない。そのため、腰高計算部１４は、正しい腰部の高さを算出できない。

以上のように、本実施の形態にかかる歩行補助システムの構成によれば、訓練者９が姿勢を崩した際に、免荷ベルト２２が、訓練者９を吊り上げて支持する。また、腰高計算部１４が、訓練者９の腰部の地面に対する高さを検出する。そして、ベルト制御部２３が、算出された腰部の高さに基づいて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出し、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さを調節する。つまり、免荷ベルト２２の一端は、訓練者９の腰部の高さに合わせた高さにあるため、訓練者９の姿勢が大きく変動する前に、即座に訓練者９を支持することができ、訓練者９への負担を軽減することができる。さらに、訓練者９の姿勢崩れを判定するためには、訓練者９の腰部の高さが検出できればよく、免荷ベルト２２を常に張っている必要は無い。したがって、訓練者９は、腰部の動きを妨げられることなく歩行訓練をすることができる。

また、歩行補助装置１においては、歩行の補助を行うために検出する値（膝角度や大腿部姿勢角度等）を用いて、腰部の高さ及び姿勢の崩れを判定している。そのため、腰部の高さを検出するための装置を別途設ける必要が無く、歩行補助システムのコスト削減を図ることができる。勿論、訓練者９の腰部に所定のマーカを設け、当該マーカの高さを別の装置において画像処理等を用いて検出してもよい。

ここで、関連する歩行補助システムについて説明する。関連する歩行補助システムの構成例を図７に示す。図７示す歩行補助システムにおいても、訓練者９の脚部には歩行補助装置３が装着されている。しかし、当該歩行補助装置３は、訓練者９の歩行を補助するのみであり、訓練者９の腰部の高さ算出や、訓練者９の姿勢崩れの判定は行わない。そのため、訓練者９が姿勢を崩した瞬間に、訓練者９を支える補助者９３が必要となる。

さらに、補助者９３が訓練者９を支える際の身体的負担を軽減するために、免荷ベルト２２が設けられている。しかし、免荷装置操作者９４が、免荷ベルト２２のたわみや訓練者９の姿勢等を目視しながら、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さを調節する。加えて、着座動作中及び起立動作中においては、免荷装置操作者９４が、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの調節をリアルタイムで適切に行うことが困難である。そのため、着座動作中及び起立動作中においては、免荷ベルト２２を緩めておき、姿勢の崩れに備えて、訓練者９に補助者９３が付き添う必要が生じる。このように、関連する歩行補助システムにおいては、免荷ベルト２２を用いたとしても、補助者９３、免荷装置操作者９４が必要となっていた。

これに対して、本実施の形態にかかる歩行補助システムにおいては、訓練者９の腰部の高さに基づいて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さがリアルタイムで自動的に調節されるため、免荷装置操作者９４は不要となる。また、着座動作中及び起立動作中においても、訓練者９の腰部の高さ変化に合わせて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さは適切な長さに調節される。そのため、着座動作中及び起立動作中においても姿勢を崩した訓練者９を支持することができ、補助者９３も不要となる。その結果、歩行リハビリの運用に必要な人員を削減することができる。したがって、リハビリの効率的運営及びリハビリ費用の低減を実現することができる。加えて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの調節が、人の手ではなく、訓練者９の腰部の高さに応じて自動的に行われるため、垂れ下がり長さの調節の操作ミスを回避することができる。

（変形例１）
本実施の形態にかかる歩行補助システムの変形例１について説明する。変形例１にかかる歩行補助システムにおいては、姿勢判定部１５により姿勢崩れありと判定された場合の動作が、上述した実施の形態とは異なる。

ベルト制御部２３は、訓練者９の起立動作中において、姿勢判定部１５から訓練者９の姿勢が崩れた旨の判定結果を受信すると、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さ目標値が長くならないようにモータを制御する。加えて、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値が、訓練者９の起立完了時における腰部の高さとなるように、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出する。そして、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さが算出した目標値となるように、モータに対して制御信号を出力する。つまり、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さを短くすることにより、訓練者９の上半身を引き上げ、訓練者９の姿勢が起立姿勢となるように促す。

また、ベルト制御部２３は、訓練者の着座動作中において、姿勢判定部１５から訓練者９の姿勢が崩れた旨の判定結果を受信すると、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さ目標値が長くならないようにモータを制御する。加えて、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の端部の高さの目標値が、訓練者９の着座完了時における腰部の高さとなるように、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出する。つまり、ベルト制御部２３は、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さを長くすることにより、訓練者９の上半身を引き下げ、訓練者９の姿勢が着座姿勢となるように促す。勿論、ベルト制御部２３は、訓練者９が起立動作中に姿勢を崩した場合においても、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さを長くすることにより、訓練者９の上半身を引き下げ、訓練者９の姿勢が着座姿勢となるように促すことも可能である。

このような構成により、歩行補助システムは、姿勢を崩した訓練者９を支持するだけではなく、支持した後に、訓練者９が目的とする姿勢（起立完了姿勢または着座完了姿勢）となるように、訓練者９の姿勢変化のサポートをする。その結果、訓練者９がリハビリに不慣れな場合であっても、容易に起立動作及び着座動作の訓練をすることができる。なお、起立動作中及び着座動作中の判別は動作モードにより判別可能である。

（変形例２）
本実施の形態にかかる歩行補助システムの変形例２について説明する。変形例２にかかる歩行補助システムにおいては、訓練者９の姿勢の崩れが判定された場合の動作が、上述した実施の形態及び変形例１とは異なる。

ベルト制御部２３は、訓練者の着座動作中において、姿勢判定部１５から訓練者９の姿勢が崩れた旨の判定結果を受信すると、大腿部姿勢角センサにより検出される大腿部の重力方向への速度変化に応じて、粘性抵抗が働くように、モータに対してトルクアシストを行う。つまり、ベルト制御部２３は、大腿部の重力方向への速度変化に応じて、免荷ベルト２２の送り出し量を調整する。そして、ベルト制御部２３は、大腿部の重力方向への速度が一定時間変化しない場合、モータに対してトルクアシストを停止させる。

このような構成により、歩行補助システムは、姿勢を崩した訓練者９を支持するだけではなく、支持した後に、訓練者９の急な着座動作を抑制し、ゆっくりした着座動作となるように、訓練者９をサポートすることができる。その結果、訓練者９自身による着座動作を継続させながら、安定した着座訓練をすることができる。

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及び組み合わせをすることが可能である。例えば、上述の実施の形態においては、訓練者９の腰部に免荷ベルト２２を固定していたがこれに限れられるものではない。例えば、免荷ベルト２２の固定部は、訓練者９の胸や肩等でもよい。また、所定部位の高さとして腰部の高さを検出していたが、これに限られるものではない。所定部位の高さと免荷ベルト２２の固定部の高さとの相対的な関係が算出できれば、ベルト制御部２３は、所定部位の高さに応じて、免荷ベルト２２の垂れ下がり長さの目標値を算出できる。

１、３ 歩行補助装置
２ 免荷装置
９ 訓練者
１１ 膝関節角度センサ
１２ 大腿部姿勢角センサ
１３ 足裏荷重センサ
１４ 腰高計算部
１５ 姿勢判定部
１６ 歩行補助装置側通信部
２１ ベルト支持部材
２２ 免荷ベルト
２３ ベルト制御部
２４ 免荷装置側通信部
９１ 手摺り
９２ 歩行補助装置操作者
９３ 補助者
９４ 免荷装置操作者
１０１ 大腿部リンク
１０２ 下腿部リンク
１０３ アクチュエータ
１０４ 載置部
１０５ 制御ユニット

Claims (15)

1. ベルト支持部材から垂れ下がり、前記ユーザを吊り上げて支持するベルト部材と、
   前記ユーザの所定部位の地面に対する高さを検出する高さ検出手段と、
   前記高さ検出手段の検出結果に基づいて、前記ベルト部材の前記ベルト支持部材からの垂れ下がり長さの目標値を算出し、前記ベルト部材の垂れ下がり長さを調節するベルト制御手段と、
   を備える歩行補助システム。
2. 前記ユーザの脚部に装着され、前記ユーザの姿勢情報を検出する姿勢情報検出手段を有し、前記姿勢情報に基づいて、前記ユーザの歩行を補助する歩行補助装置をさらに備え、
   前記高さ検出手段は、前記姿勢情報に基づいて、前記ユーザの所定部位の前記地面に対する高さを検出する請求項１に記載の歩行補助システム。
3. 前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの大腿部の姿勢を検出する大腿部姿勢検出手段と、前記ユーザの膝角度を検出する膝関節角度検出手段とが含まれ、
   前記高さ検出手段は、前記大腿部姿勢検出手段及び前記膝関節角度検出手段の検出結果に基づいて、前記ユーザの所定部位の前記地面に対する高さを検出する請求項２に記載の歩行補助システム。
4. 前記姿勢情報に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定する姿勢判定手段をさらに備え、
   前記ベルト制御手段は、前記姿勢判定手段の判定結果に基づいて、前記垂れ下がり長さの目標値を算出する請求項２または３に記載の歩行補助システム。
5. 前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの大腿部の姿勢を検出する大腿部姿勢検出手段と、前記ユーザの膝角度を検出する膝関節角度検出手段とが含まれ、
   前記姿勢判定手段は、前記大腿部姿勢検出手段及び前記膝関節角度検出手段の検出結果のうち、少なくとも一方の検出結果に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定する請求項４に記載の歩行補助システム。
6. 前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの大腿部の加速度を検出する大腿部加速度検出手段が含まれ、
   前記姿勢判定手段は、前記大腿部加速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定する請求項４または５に記載の歩行補助システム。
7. 前記姿勢情報検出手段には、前記ユーザの足裏荷重を検出する足裏荷重検出手段が含まれ、
   前記姿勢判定手段は、前記足裏荷重検出手段の検出結果に基づいて、前記ユーザの姿勢の崩れを判定する請求項４〜６のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
8. 前記ベルト制御手段は、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記垂れ下がり長さの目標値を固定する請求項４〜７のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
9. 前記ベルト制御手段は、前記ユーザの起立動作中において、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記ユーザを支持しつつ、前記垂れ下がり長さの目標値を短くする請求項４〜８のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
10. 前記ベルト制御手段は、前記ユーザの着座動作中において、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記ユーザを支持しつつ、前記垂れ下がり長さの目標値を長くする請求項４〜９のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
11. 前記ベルト制御手段は、前記ユーザの着座動作中において、前記姿勢判定手段により前記ユーザが姿勢を崩したと判定された場合、前記ユーザの大腿部の重力方向に対する速度変化に応じて、前記垂れ下がり長さを調節する請求項４〜１０のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
12. 前記ユーザの前記所定部位の近傍に前記ベルト部材が固定されており、
    前記ベルト制御手段は、前記ベルト部材の端部の前記地面に対する高さの目標値が、前記所定部位の前記地面に対する高さよりも低くなるように、前記垂れ下がり長さの目標値を算出する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
13. 前記ベルト部材は、前記ユーザの腰部に固定されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
14. 前記所定部位は、前記ユーザの腰部である請求項１〜１３のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
15. ベルト支持部材から垂れ下がり、前記ユーザを吊り上げて支持するベルト部材を備える歩行補助装置の制御方法であって、
    前記ユーザの所定部位の地面に対する高さを検出し、
    検出結果に基づいて、前記ベルト部材の前記ベルト支持部材からの垂れ下がり長さの目標値を算出し、
    前記垂れ下がり長さの目標値に基づいて、前記ベルト部材の垂れ下がり長さを調節する歩行補助システムの制御方法。