JP6134680B2 - 歩行支援装置、歩容計測装置、方法及びプログラム - Google Patents

Description

この発明は、例えば高齢や傷病等の理由により歩行動作に難がある歩行者の歩行動作を支援するために使用する、歩行支援装置、歩容計測装置、方法およびプログラムに関する。

正しい歩き方の要素として、一定の歩行周期で歩くことや左右に重心の偏りがないように左右バランスを整えて歩くことが挙げられる。そこで、歩行支援の方法の一つとして、歩行周期のばらつきが大きい歩行者の歩行周期を整えるために、メトロノームや音楽を利用した聴覚刺激による歩行周期制御の研究が行われている。例えば、パーキンソン病患者の歩行訓練の例として、非特許文献１に示すように音刺激を利用した歩行周期制御方法が提案されている。

鈴木一輝、内富寛隆、Michael J. Hove、織茂智之、三宅美博、"リズム音刺激がパーキンソン病患者の歩行周期ゆらぎの自己相似特性に与える影響"、自律分散システム・シンポジウム資料、第23回、pp163-168(2011)

ところが、非特許文献１に記載された技術では、改善可能な歩容パラメータが歩行周期に限られ、歩行時の左右バランスについては考慮されていない。このため、歩行者の歩き方を改善するには、依然として医師や介護士などの専門家が歩行者の歩き方の状態（歩容）を観察し、その観察結果に基づいて歩行者の歩行を指導するという方法に頼らざるを得なかった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、歩行者が専門家の助けを借りずに歩行時の左右バランスを改善できるようにした歩行支援装置とその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に、この発明に係る歩行支援装置は以下のような各種態様を備える。
（１）歩行者の歩行動作を支援する歩行支援装置であって、上記歩行者の歩容を表す計測データを計測装置から取得する計測データ取得手段と、上記取得された計測データに基づいて上記歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する手段と、上記算出された半歩行周期をもとに、一方の足が着地してから当該足が次に着地するまでの時間を表す全歩行周期の変動状態を表す第１の変動情報を算出する手段と、上記算出された半歩行周期をもとに、上記歩行者の左右バランスの変動状態を表す第２の変動情報を算出する手段と、上記算出された第１の変動情報と第２の変動情報の少なくとも一方に基づいて、上記歩行者に対し当該変動を減少させるための知覚刺激を与える手段とを具備し、上記知覚刺激を与える手段は、知覚刺激として上記歩行者の聴覚に対する刺激を用いる場合に、歩行中には第１の刺激量を与え、静止中には上記第１の刺激量より大きい第２の刺激量を与える。

（２）歩行者の歩行動作を支援する歩行支援装置であって、上記歩行者の歩容を表す計測データを計測装置から取得する計測データ取得手段と、上記取得された計測データに基づいて上記歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する手段と、上記算出された半歩行周期をもとに、一方の足が着地してから当該足が次に着地するまでの時間を表す全歩行周期の変動状態を表す第１の変動情報を算出する手段と、上記算出された半歩行周期をもとに、上記歩行者の左右バランスの変動状態を表す第２の変動情報を算出する手段と、上記算出された第１の変動情報と第２の変動情報の少なくとも一方に基づいて、上記歩行者に対し当該変動を減少させるための知覚刺激を与える手段とを具備し、上記知覚刺激を与える手段は、上記歩行者の左右バランスの変動を減少させるために、上記歩行者に対しその左右方向に刺激差を有する第１の知覚刺激を与え、当該第１の知覚刺激を与えた後に算出された上記第２の変動情報をもとに上記歩行者の左右バランスの変動が減少したか否かを判定し、減少していないと判定された場合には上記第１の知覚刺激とは刺激差の付与パターンが異なる第２の知覚刺激を上記歩行者に与える。

（３）歩行者の歩行動作を支援する歩行支援装置であって、上記歩行者の歩容を表す計測データを計測装置から取得する計測データ取得手段と、上記取得された計測データに基づいて上記歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する手段と、上記算出された半歩行周期をもとに、一方の足が着地してから当該足が次に着地するまでの時間を表す全歩行周期の変動状態を表す第１の変動情報を算出する手段と、上記算出された半歩行周期をもとに、上記歩行者の左右バランスの変動状態を表す第２の変動情報を算出する手段と、上記算出された第１の変動情報と第２の変動情報の少なくとも一方に基づいて、上記歩行者に対し当該変動を減少させるための知覚刺激を与える手段と、上記歩行者の動きの加速度を計測する加速度センサと、上記歩行者の動きの角速度を計測する角速度センサとを備える上記計測装置をさらに具備する。また上記計測データ取得手段は、上記計測装置を上記歩行者の体幹に装着したか又は四肢に装着したかを表す装着位置情報を取得する手段と、上記取得した装着位置情報に基づいて、上記計測装置の装着位置が体幹の場合には上記加速度センサを、一方四肢の場合には上記角速度センサをそれぞれ選択し、当該選択されたセンサから計測データを取得する手段とを備える。

（４）（３）において、上記歩行支援装置は、上記加速度センサと、上記角速度センサと、上記知覚刺激を与える手段としての振動デバイス及び音響デバイスの少なくとも一方を備えた携帯端末により構成される。

上記目的を達成するために、この発明の歩容計測装置は以下のような各種態様を備える。
（５）歩行者の動きの加速度を計測する加速度センサと、上記歩行者の動きの角速度を計測する角速度センサと、上記加速度センサ及び角速度センサを上記歩行者の体幹に装着したか又は四肢に装着したかを表す装着位置情報を取得する手段と、計測データ出力手段とを備える。そして、この計測データ出力手段により、上記取得した装着位置情報に基づいて上記各センサの装着位置が体幹の場合には上記加速度センサを、一方四肢の場合には上記角速度センサをそれぞれ選択し、当該選択されたセンサの計測データを出力する。

（６）（５）において、上記歩容計測装置は、上記加速度センサ、上記角速度センサ、上記装着位置情報を取得する入力デバイスを備えた携帯端末により構成される。

上記目的を達成するために、この発明に係る歩容計測方法は以下のような態様を備える。
（７）上記歩行者の歩容を計測する装置が実行する歩容計測方法であって、上記歩行者の動きの加速度を加速度センサにより計測する過程と、上記歩行者の動きの角速度を角速度センサにより計測する過程と、上記加速度センサ及び角速度センサを上記歩行者の体幹に装着したか又は四肢に装着したかを表す装着位置情報を取得する過程と、計測データを出力する過程を備える。そして、計測データを出力する過程により、上記取得した装着位置情報に基づいて、上記各センサの装着位置が体幹の場合には上記加速度センサを、一方四肢の場合には上記角速度センサをそれぞれ選択し、当該選択されたセンサの計測データを出力する。

上記目的を達成するために、この発明に係るプログラムは以下のような態様を備える。
（８）（１）乃至（４）のいずれかに記載された歩行支援装置のコンピュータに、当該歩行支援装置が具備する各手段が行う処理を実行させるプログラム。

（９）（５）又は（６）に記載された歩容計測装置のコンピュータに、当該歩容計測装置が備える各手段が行う処理を実行させるプログラム。

（１）計測データから算出した歩行者の半歩行周期をもとに、全歩行周期の変動状態と、左右バランスの変動状態がそれぞれ算出され、この算出された変動状態に基づいて歩行者に対し当該変動を減少させるための知覚刺激が与えられる。したがって、歩行時の左右のバランスがとれていない歩行者は、自身の左右バランスのずれを専門家に頼らず知覚刺激に従い修正することが可能となる。
また、歩行者に知覚刺激を与える際に、歩行中には例えば通常の大きさの刺激が与えられ、静止中にはそれよりも大きな刺激が与えられる。このため、歩行者は歩行中には刺激により歩行に対する注意力が散漫にならないようにすることができる。

（２）知覚刺激を行っても歩行の左右バランスが修正されない場合には、左右方向の刺激差の付与パターンが変えられてそれまでとは異なる刺激が与えられる。このため、歩行者は徐々に歩容が改善されるような刺激を知覚することが可能となる。

（３）計測装置に加速度センサと角速度センサの両方を設け、歩行者に対する計測装置の装着位置に応じて、加速度センサと角速度センサのうち装着位置の動きに適したセンサが選択される。このため、体に対する計測装置の装着位置がどこであっても、常に適切な歩容計測を行うことが可能となり、その計測データを利用することで高精度の歩行支援が可能になる。

（４）スマートフォンやスマートウォッチ（登録商標）等の携帯端末が備える既存のセンサ機能や報知機能を利用することで、１台の携帯端末を用いるだけでこの発明に係る歩容計測から歩行支援までの一連の処理を実現することができる。

（５）歩行者に対する計測装置の装着位置に応じて、加速度センサと角速度センサのうち装着位置の動きに適したセンサが選択される。このため、体に対する計測装置の装着位置がどこであっても、常に適切な歩容計測を行うことが可能となり、その計測データを利用することで高精度の歩行支援が可能になる。

（６）スマートフォンやスマートウォッチ等の携帯端末が備える既存のセンサ機能や報知機能を利用することで、１台の携帯端末を用いるだけでこの発明に係る歩容計測を実現することができる。

（７）（５）と同様に、歩行者に対する計測装置の装着位置に応じて、加速度センサと角速度センサのうち装着位置の動きに適したセンサが選択される。このため、歩行者の身体に対する計測装置の装着位置がどこであっても、常に適切な歩容計測を行うことが可能となる。

（８）歩行支援に係る種々の処理を、歩行支援装置のコンピュータにプログラムを実行させることにより実現できる。

（９）歩容計測に係る種々の処理を、歩容計測装置のコンピュータにプログラムを実行させることにより実現できる。

すなわち、この発明によれば歩行者が専門家の助けを借りずに歩行時の左右バランスを改善できるようにした歩行支援装置とその方法及びプログラムを提供することが可能となる。

この発明の一実施形態に係る歩行支援装置の構成を示す回路ブロック図。 ３軸加速度センサにより得られる加速度検出信号の一例を示す図。 角速度センサにより得られる角速度計測信号から算出される角速度検出信号の一例を示す図。 触覚刺激として振動刺激を用いる場合の歩行支援制御の処理手順と処理内容を示すフローチャート。 聴覚刺激として音刺激を用いる場合の歩行支援制御の処理手順と処理内容を示すフローチャート。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［一実施形態］
（構成）
図１は、この発明の一実施形態に係る歩行支援装置の機能構成を示すブロック図である。
この実施形態の歩行支援装置は、例えばスマートフォンやスマートウォッチ等の携帯端末からなり、センサユニット１と、刺激提示ユニット２と、クロック発生部３と、インタフェースユニット４と、制御ユニット５と、記憶ユニット６を備えている。

センサユニット１は、加速度センサ１１と、角速度センサ１２を有し、さらにセンサ選択部１３を有している。加速度センサ１１は、３軸加速度センサからなり、上記クロック発生部３から発生されるクロックに同期して一定の計測周期で歩行者の動きの加速度を３軸に分けて計測し、その各計測信号を出力する。角速度センサ１２はジャイロセンサからなり、上記クロック発生部６から発生されるクロックに同期して、上記加速度センサ１１の計測タイミングと同一のタイミングで歩行者の動きの角速度を３軸に分けて計測し、その各計測信号を出力する。

センサ選択部１３は、歩行者に対する歩行支援装置（携帯端末）の装着位置を表す情報を図示しない入力デバイスからインタフェースユニット４を介して受け取り、装着位置が体幹部に近い位置（例えば腰部や頭部）の場合には加速度センサ１１を、に近い位置（例えば大腿部や手首）の場合には角速度センサ１２をそれぞれ選択させるための選択信号をインタフェースユニットへ出力する。

刺激提示ユニット２は、聴覚刺激提示部２１と、触覚刺激提示部２２を備える。聴覚刺激提示部２１は、例えばステレオ音声を出力するイヤホン又はヘッドホンからなり、後述する制御ユニット５から与えられる刺激制御信号に応じて左右の各チャネルから異なる音量の音を出力する。触覚刺激提示部２２は、例えばバイブレータからなり、後述する制御ユニット５から与えられる刺激制御信号に応じて振動を発生する。

インタフェースユニット４は、上記センサユニット１の各センサ１１，１２から出力された計測信号をディジタルデータに変換して制御ユニット３に供給する機能と、制御ユニット５から出力された刺激制御信号を刺激提示ユニット２に供給する機能と、図示しない入力デバイスから入力された操作データを受信して制御ユニット５に供給する機能と、制御ユニット５から出力された表示データを図示しない表示デバイスに供給する機能を有する。

記憶ユニット６は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の随時書込み読出しが可能な不揮発性メモリを用いたもので、この発明の実施形態を実現するために必要な記憶領域として、センサデータ記憶部６１と、半歩行周期記憶部６２と、歩容記憶部６３を備えている。

センサデータ記憶部６１は、上記加速度センサ１１及び角速度センサ１２により計測された各センサデータを時系列に従い記憶するために用いられる。半歩行周期記憶部６２は、制御ユニット５の後述する半歩行周期算出部５３により算出された半歩行周期の値を時系列に従い記憶するために用いられる。歩容データ記憶部６３は、制御ユニット５の後述する歩容算出部５４により算出された歩容データを格納するために用いられる。

制御ユニット５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、この実施形態を実施する上で必要な制御機能として、センサデータ取得部５１と、歩行状態検出部５２と、半歩行周期算出部５３と、歩容算出部５４と、刺激提示判定部５５を有している。なお、これらの制御機能部はいずれも図示しないプログラムメモリに格納されたプログラムを上記ＣＰＵに実行させることにより実現される。

センサデータ取得部５１は、上記加速度センサ１１及び角速度センサ１２により計測された３軸加速度データ及び角速度データをインタフェースユニット４から取り込み、この取り込んだ３軸加速度データ及び角速度データを、相互に時間的に対応付けた状態でセンサデータ記憶部６１に格納する処理を行う。

歩行状態検出部５２は、上記センサデータ記憶部６１に記憶された３軸加速度データ又は角速度データをもとに、歩行者が歩行中であるか又は静止中であるかを判定する処理を行う。

半歩行周期算出部５３は、上記歩行状態検出部５２により歩行中と判定された期間に含まれる３軸加速度計測データ又は３軸角速度計測データをもとに、歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する。そして、この算出された半歩行周期の値をその計測時刻と関連付けて半歩行周期記憶部６２に格納する。

歩容算出部５４は、歩行周期および左右バランスの乱れを算出する。歩行周期の乱れは歩行周期変動率により表される。左右バランスの乱れは左右バランス変動率により表される。そして、算出された歩行周期変動率及び左右バランス変動率を歩容記憶部６３に格納する。

刺激提示判定部５５は、上記歩容記憶部６３に記憶された歩行周期変動率及び左右バランス変動率を予め設定した閾値と比較し、歩行周期変動率及び左右バランス変動率が閾値以上の場合は歩容改善のための刺激を提示すべきだと判定する。そして、歩容改善のための刺激提示が必要であると判定された場合に、インタフェースユニットを介して刺激提示ユニット２に対し刺激制御信号を出力し、聴覚刺激提示部２１又は触覚刺激提示部２２を動作させる。

（動作）
次に、以上のように構成された歩行支援装置の動作を説明する。
図２及び図３は加速度計測信号及び角速度計測信号の波形の一例を示す図である。また、図４及び図５は制御ユニット５の処理手順と処理内容を示すフローチャートであり、図４は知覚刺激として触覚刺激を用いる場合を、図５は聴覚刺激を用いる場合をそれぞれ示す。

＜第１の実施例＞
先ず図４を用いて、知覚刺激として触覚刺激を使用する場合の動作を説明する。
（１）センサデータの取得
先ず、上記歩行支援装置の機能を備えたスマートフォンを、例えば歩行者のズボンの脇ポケットに収容するか、又は腰部のベルトに取着する。また、装着に先立ち歩行者は、スマートフォンをポケットに収容するのか、或いは腰部に取着するのかを予めスマートフォンに入力しておく、この入力された装着位置を表す情報はセンサ選択部１３に格納され、センサ選択部１３はこの装着位置を表す情報に応じて以下のような選択信号を出力する。

すなわち、スマートフォンが体幹部に近い位置（腰部や頭部）に設置されている場合には加速度センサ１１を、四肢に近い位置（大腿部や手首）に設置されている場合には角速度センサ１２をそれぞれ選択するための選択信号をインタフェースユニット４へ出力する。

装着位置情報が事前に入力されていない場合には、例えばスマートフォンの表示部に歩行者に対するガイダンスメッセージを表示させ、このガイダンスメッセージに従い歩行者に一定時間歩行させたり手足を振らせたりし、このときの３軸加速度データ又は角速度データを取得してその振幅値又は軸角度を検出する。そして、この検出された振幅値又は軸角度を予め設定した閾値と比較することにより、装着位置が体幹部に近い位置であるのか又は四肢に近い位置であるのかを判定することが可能である。

また、スマートフォンの装着位置を判定する他の方法として、歩行中の加速度センサ１１の計測信号の振幅値を利用する方法がある。この方法は、歩行中に加速度センサ１１により得られた加速度計測信号の振幅値を予め設定した閾値と比較し、振幅値が閾値よりも小さければ体幹部に、大きければ四肢に装着されているとそれぞれ判定するもので、装着位置の自動判定が可能である。

なお、歩行者が予め決められた位置にセンサを装着していなかった場合には、他の利用可能なセンサの有無が判定され、見つかれば当該センサが代替手段として使用される。

以上の事前設定が終了すると、制御ユニット５では先ずステップＳ１１によりセンサデータ取得部５１が起動され、このセンサデータ取得部５１の制御の下、センサの計測信号の取り込み処理が以下のように行われる。すなわち、加速度センサ１１により計測された３軸の加速度信号、及び角速度センサ１２により計測された角速度信号は、インタフェースユニット４によりそれぞれディジタルデータに変換されて３軸加速度データａ_x，ａ_y，ａ_z及び角速度データ、ｇ_x，ｇ_y，ｇ_zとなり、その上で制御ユニット５に取り込まれてセンサデータ記憶部６１に記憶される。

（２）歩行状態の判定
次に、ステップＳ１２において歩行状態検出部５２が起動され、この歩行状態検出部５２において、上記センサデータ記憶部６１に記憶された３軸加速度データａ_x，ａ_y，ａ_z、又は角速度データ、ｇ_x，ｇ_y，ｇ_zをもとに、歩行者が歩行中であるか又は静止中であるかが次のように判定される。

すなわち、３軸加速度データａ_x，ａ_y，ａ_zを利用する場合には、先ずそのスカラー値ａ＝√（ａ_x ²＋ａ_y ²＋ａ_z ²）が算出される。そして、当該スカラー値ａが予め設定した閾値と比較され、スカラー値ａが閾値の範囲内であれば「静止中」、それ以外は「歩行中」とそれぞれ判定される。具体的には、スカラー値ａの値が一定時間（例えば１０秒間）連続して閾値の範囲内（例えば９．５＜ａ＜１０．５）であれば歩行者は「静止中」であると判定され、それ以外は「歩行中」と判定される。図２は、歩行中の３軸加速度データのスカラー値を示したものである。同図の例では、Ｔ(1) Ｔ(2) Ｔ(3) Ｔ(4) の期間においてスカラー値ａが上記閾値の範囲を超えるため、「歩行中」と判定される。

一方、角速度データｇ_x，ｇ_y，ｇ_zを利用する場合には、次のように判定処理が行われる。すなわち、先ず角速度データｇ_x，ｇ_y，ｇ_zを積分して、角度θ_x＝∫ｇ_xdt、θ_y＝∫ｇ_ydt、θ_z＝∫ｇ_zdt、を算出する。続いて、センサ装着位置から矢状面、つまり歩行者を左右対称となるように垂直方向に両断したときの面に対し垂直に交わる軸を決定し、この軸の回転角度θを算出する。θ_x，θ_y，θ_zの値からθを算出する方法としては、矢状面と垂直に交わる軸とＸ，Ｙ，Ｚのいずれかの軸が一致するようにスマートフォンを歩行者に装着することで一致した軸の角度をθとするか、或いは歩行時のθ_x，θ_y，θ_zのうち振幅が最も大きい角度をθとする方法が用いられる。図３はこのようにして得られた角度θの例である。

次に、角速度ｇ_x，ｇ_y，ｇ_zの絶対値を予め設定した閾値と比較し、角速度ｇ_x，ｇ_y，ｇ_zの絶対値が一定時間（例えば１０秒間）連続して閾値の範囲内、例えば｜ｇ_x｜＜１かつ｜ｇ_y｜＜１かつ｜ｇ_z｜＜１ならば、歩行者は「静止中」と判定する。

（３）半歩行周期の算出
次に、ステップＳ１３において、半歩行周期算出部の制御の下、上記歩行状態検出部５２により「歩行中」と判定された期間に含まれる３軸加速度計測データ又は角速度計測データをもとに半歩行周期が算出される。この半歩行周期は、先に述べたように歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間であり、以下のように算出される。

すなわち、先ず３軸加速度データを利用する場合には、スカラー値ａの各ピーク値の間隔から半歩行周期Ｔ(n) を算出し、この算出した半歩行周期Ｔ(n) を半歩行周期記憶部６２に格納する。ここで、ｎとは、図２に示したように算出された周期に付与したサンプリング番号であり、加速度を計測した時刻と対応付けできるように付与される。

一方、角速度データを利用する場合には、上記算出された角度θが極大値（もしくは極小値）を取る周期的間隔から半歩行周期Ｔ(n) を算出し、この算出された半歩行周期Ｔ(n) を半歩行周期記憶部６２に格納する。ここでｎとは、図３に示したように算出された周期に付与したサンプリング番号であり、角速度を計測した時刻と対応付けできるように付与される。

（４）歩容の算出
次に制御ユニット５では、歩容算出部５４の制御の下、歩行周期の乱れを表す歩行周期変動率と、左右バランスの乱れを表す左右バランス変動率の算出が行われる。
先ず歩行周期変動率を算出する場合には、ステップＳ１６において、ｎ番目の半歩行周期の値Ｔ(n)と、(n-1)番目の半歩行周期の値Ｔ(n-1)の和（全歩行周期）が算出され、一定区間内の歩行周期（例えば１０歩分）の標準偏差が算出される。歩行周期変動率として標準偏差を算出する理由は、標準偏差が小さい値を取れば歩行周期が一定値で安定していることを意味し、大きい値を取れば歩行周期が変動していることを意味するからである。この算出された歩行周期変動率は、センサの計測時刻を表す情報と関連付けられて歩容記憶部６３に格納される。

一方、左右バランス変動率を算出する場合には、ステップＳ１４においてｎ番目の半歩行周期の値Ｔ(n)と、(n-1)番目の半歩行周期の値Ｔ(n-1)との差が算出され、一定区間内（例えば１０歩分）の半歩行周期の差の絶対値の平均値が算出される。左右バランス変動率として、半歩行周期の差の絶対値の平均値を求める理由は、半歩行周期の差の絶対値の平均値が小さい値を取れば左右バランスが整っていることを意味し、大きい値を取れば左右バランスが乱れていることを意味するからである。上記算出された左右バランス変動率は、センサの計測時刻を表す情報と関連付けられて歩容記憶部６３に格納される。

（５）触覚刺激の提示
制御ユニット５では、次に刺激提示判定部５５の制御の下、歩行者に対し触覚刺激（振動刺激）を与えるための処理が行われる。

先ずステップＳ１７では、上記算出した歩行周期変動率が閾値より大きいか否かが判定される。閾値は、例えば平均的な成人における歩行周期変動率の一定数倍（例えば２倍）に設定される。そして、歩行周期変動率が閾値より大きければ、ステップＳ１８により一定区間内の歩行周期（例えば１０歩分）の平均値が算出され、ステップＳ１９による触覚刺激（振動刺激）の提示処理へ移行する。なお、歩行周期変動率が閾値以下の場合には、触覚刺激（振動刺激）を与える必要がないと判断され、そのまま処理は終了する。

一方、ステップＳ１５では、上記算出した左右バランス変動率が閾値より大きいか否かが判定される。ここでも閾値は、例えば平均的な成人における左右バランス変動率の一定数倍（例えば２倍）に設定される。そして、左右バランス変動率が閾値より大きければ、ステップＳ１９による触覚刺激（振動刺激）を与える提示するための処理へ移行する。なお、左右バランス変動率が閾値以下の場合には、触覚刺激（振動刺激）を与える必要がないと判断され、そのまま処理は終了する。

ステップＳ１９では、振動制御信号が生成されて刺激提示ユニット２の触覚刺激提示部２２に与えられる。振動刺激は、歩行者が歩行中であっても感じにくいため、歩行者の注意力を大きく阻害することはないと考えられる。このため振動刺激は、歩行者が歩行中の場合にも、また静止中の場合にも使用可能である。

刺激提示のタイミングは、半歩行周期ごとに刺激のＯＮ／ＯＦＦを切り替える方法と、踵接地の前後に刺激を提示する方法が考えられる。踵接地のタイミングは加速度のピーク値もしくは角速度の積分値の極値を取るタイミングに等しい。振動刺激によって歩行周期変動率を改善するには、歩行者の一定区間内の平均半歩行周期と同じ間隔で刺激を提示すればよい。歩きやすい歩行周期は個人差があるため、各歩行者特有の平均半歩行周期を利用する。歩容算出部５４において歩行周期の標準偏差の算出時に同時に求めておいた歩行周期の平均値の半分の値を平均半歩行周期とする。

また、振動刺激によって左右バランスを改善する方法には以下の２通りが考えられる。第１の方法は、半歩行周期ごとに刺激のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、左右どちらかの足の遊脚期のみ刺激を加え、左右の偏りを変化させる方法である。偶数回目の踵接地と奇数回目の踵接地は、それぞれ左右の足の踵接地を意味している。例えば、偶数回目を左足の踵接地、奇数回目を右足の踵接地と仮定すると、偶数回目の踵接地から奇数回目の踵接地までの期間を右足の遊脚期と近似できる。したがって、偶数回目の踵接地時に刺激をＯＮにし、奇数回目の踵設置時に刺激をＯＦＦにすることで、右足の遊脚期のみ刺激を加えることが可能となる。

第２の方法は、体の左右にリモートコントロールが可能な２個の振動刺激提示部２２を装着し、これらの振動刺激提示部２２において異なる強さの振動刺激を提示することで、左右バランスの改善を行うものである。半歩行周期をＴ(n-1) ，Ｔ(n) とおいたとき、左右の振動子の振幅の強さの比をＴ(n) ：Ｔ(n-1) 又はＴ(n-1) ：Ｔ(n) とすることで、触錯覚の一つであるファントムセンセーションを生起させ、振動刺激の知覚位置を左右に偏らせることで、歩行者の歩行時の重心を知覚位置によって変化させる。ただし、各刺激の強さの上限を一般的な成人が不快にならない程度に予め定めておき、過大な刺激を提示されないようにする。

また刺激提示判定部５５は、ステップＳ２０において、歩容記憶部６３に保存された左右バランス変動率を刺激提示前と後で比較し、一定時間の刺激提示後に左右バランス変動率が予め設定した値以上改善されたか否かを判定する。そして、改善されない場合には、ステップＳ２１により左右の刺激の強さの比を反転させる。

例えば、左右バランスが乱れている歩行者に対して、最初に左側の刺激の強さを大きくしたときに、刺激提示の契機とした閾値との比較の結果、左右バランス変動率が小さくなった場合にはそのままの刺激の強さで提示する。これに対し、左右バランス変動率が変化しないか又は大きくなった場合には、刺激の強さを反転させ、右側の刺激の強さを大きくする。

＜第２の実施例＞
次に図５を用いて、知覚刺激として聴覚刺激を使用する場合の動作を説明する。なお、図５においてステップＳ２１〜ステップＳ２８の処理は、図４で説明したステップＳ１１〜ステップＳ１８の処理と同一であるため、ここでの説明は省略する。

ステップＳ２７において歩行周期変動率が閾値より大きいと判定されるか、又はステップＳ２５において左右バランス変動率が閾値より大きいと判定されたとする。この場合制御ユニット５は、ステップＳ２９において最新の３軸加速度センサ又は角速度データをセンサデータ記憶部６１から読み出し、この読み出されたデータをもとに歩行者が「歩行中」であるか「静止中」であるかを判定する。この歩行状態の判定は、歩行状態検出部５２により、先に（２）歩行状態の判定において述べた処理と同一の処理により行われる。

上記歩行状態の判定の結果、歩行者が「歩行中」と判定されると、刺激提示判定部５５はステップＳ３１により次のように聴覚刺激の提示制御を行う。
先ず、歩行周期を改善させる場合は、聴覚刺激提示部２１のスピーカまたはイヤホンを通して、平均半歩行周期と等しい周期でメトロノームのようなリズム音を出力させる。

一方、左右バランスを改善させる場合には、左右のイヤホンから出力する音の音量を調整することで音の定位を変化させ、これにより左右バランスの改善を図る。例えば、左右の半歩行周期をＴ(n) ，Ｔ(n-1) とおいたとき、左右のイヤホンの音量の比をＴ(n) ：Ｔ(n-1) またはＴ(n-1) ：Ｔ(n) とする。これにより音の定位を左右に偏らせ、歩行者の歩行時の重心を変化させる。ただし、この場合も、各刺激の強さの上限を一般的な成人が不快にならない程度に予め定めておき、過大な刺激を提示されないようにする。

さらに刺激提示判定部５５は、ステップＳ３２において、歩容記憶部６３に保存された左右バランス変動率を刺激提示前と後で比較し、一定時間の刺激提示後に左右バランス変動率が予め設定した値以上改善されたか否かを判定する。そして、改善されない場合には、ステップＳ３３により左右の刺激の強さの比を反転させる。

例えば、左右バランスが乱れている歩行者に対して、最初に左側の刺激の強さを大きくしたときに、刺激提示の契機とした閾値との比較の結果、左右バランス変動率が小さくなった場合にはそのままの刺激の強さで提示する。これに対し、左右バランス変動率が変化しないか又は大きくなった場合には、刺激の強さを反転させ、右側の刺激の強さを大きくする。

（実施形態の効果）
以上詳述したように一実施形態では、加速度センサ１１及び角速度センサ１２により計測された３軸加速度データと角速度データのいずれか一方を用いて、歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する。そして、この算出された半歩行周期をもとに歩行周期変動率と左右バランス変動率を算出し、この算出された歩行周期変動率及び左右バランス変動率をそれぞれ閾値と比較することで改善の要否を判定する。そして、改善が必要な場合には、歩行者に対し触覚刺激又は聴覚刺激を与えるようにしている。

したがって、歩行者は、歩行時の歩行周期の変動が大きい場合や、左右のバランスがとれていない場合に、自身の歩行周期の変動や左右バランスのずれを専門家に頼らず触覚刺激又は聴覚刺激に従い修正することが可能となる。

また、触覚刺激と聴覚刺激を選択的に使用できることにより、例えば耳が不自由な歩行者に対しては触覚刺激を用いて歩行周期又は左右バランスの修正指示を確実に知らせることができ、また腰部や四肢にコルセット等を装着している歩行者に対しては聴覚刺激により歩行周期又は左右バランスの修正指示を確実に知らせることが可能となる。

さらに、音刺激を用いる場合、歩行中には音量を抑えるか消音し、静止中には歩行中よりも大きな音を出力するように制御すると、音刺激により歩行時の注意力が散漫にならないようにして、転倒などの事故を未然に防止することが可能となる。

さらに、知覚刺激を行っても歩行の左右バランスが修正されない場合には、左右方向の刺激差の付与パターンが変えられてそれまでとは異なる刺激が与えられる。このため、歩行者は徐々に歩容が改善されるような刺激を知覚することが可能となる。

［他の実施形態］
前記実施形態では、聴覚刺激としてメトロノーム音などの電子音を発生させるようにしたが、録音した音声又は合成音声を用いて音声メッセージを出力するようにしてもよい。また、知覚刺激の種類として、他に温度刺激や光の点滅などを使用した刺激を用いてもよい。

その他、センサの種類やその計測データの取得処理手段、半歩行周期算出手段と、歩容の算出手段、刺激提示制御の内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…センサユニット、２…刺激提示ユニット、３…クロック発生部、４…インタフェースユニット、５…制御ユニット、６…記憶ユニット、１１…加速度センサ、１２…角速度センサ、１３…センサ選択部、２１…聴覚刺激提示部、２２…触覚刺激提示部、５１…センサデータ取得部、５２…歩行状態検出部、５３…半歩行周期算出部、５４…歩容算出部、５５…刺激提示判定部、６１…センサデータ記憶部、６２…半歩行周期記憶部、６３…歩容記憶部。

Claims (9)

1. 歩行者の歩容を表す計測データを外部の計測装置から取得する計測データ取得手段と、
   前記取得された計測データに基づいて、前記歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する手段と、
   前記算出された半歩行周期をもとに、一方の足が着地してから当該足が次に着地するまでの時間を表す全歩行周期の変動状態を表す第１の変動情報を算出する手段と、
   前記算出された半歩行周期をもとに、前記歩行者の左右バランスの変動状態を表す第２の変動情報を算出する手段と、
   前記算出された第１の変動情報と第２の変動情報の少なくとも一方に基づいて、前記歩行者に対し当該変動を減少させるための知覚刺激を与える手段と
   を具備し、
   前記知覚刺激を与える手段は、知覚刺激として前記歩行者の聴覚に対する刺激を用いる場合に、歩行中には第１の刺激量を与え、静止中には前記第１の刺激量より大きい第２の刺激量を与えることを特徴とする歩行支援装置。
2. 歩行者の歩容を表す計測データを外部の計測装置から取得する計測データ取得手段と、
   前記取得された計測データに基づいて、前記歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する手段と、
   前記算出された半歩行周期をもとに、一方の足が着地してから当該足が次に着地するまでの時間を表す全歩行周期の変動状態を表す第１の変動情報を算出する手段と、
   前記算出された半歩行周期をもとに、前記歩行者の左右バランスの変動状態を表す第２の変動情報を算出する手段と、
   前記算出された第１の変動情報と第２の変動情報の少なくとも一方に基づいて、前記歩行者に対し当該変動を減少させるための知覚刺激を与える手段と
   を具備し、
   前記知覚刺激を与える手段は、前記歩行者の左右バランスの変動を減少させるために、前記歩行者に対しその左右方向に刺激差を有する第１の知覚刺激を与え、当該第１の知覚刺激を与えた後に算出された前記第２の変動情報をもとに前記歩行者の左右バランスの変動が減少したか否かを判定し、減少していないと判定された場合には前記第１の知覚刺激とは刺激差の付与パターンが異なる第２の知覚刺激を前記歩行者に与えることを特徴とする歩行支援装置。
3. 歩行者の歩容を表す計測データを外部の計測装置から取得する計測データ取得手段と、
   前記取得された計測データに基づいて、前記歩行者の一方の足が着地してから他方の足が着地するまでの時間を表す半歩行周期を算出する手段と、
   前記算出された半歩行周期をもとに、一方の足が着地してから当該足が次に着地するまでの時間を表す全歩行周期の変動状態を表す第１の変動情報を算出する手段と、
   前記算出された半歩行周期をもとに、前記歩行者の左右バランスの変動状態を表す第２の変動情報を算出する手段と、
   前記算出された第１の変動情報と第２の変動情報の少なくとも一方に基づいて、前記歩行者に対し当該変動を減少させるための知覚刺激を与える手段と、
   前記歩行者の動きの加速度を計測する加速度センサと、前記歩行者の動きの角速度を計測する角速度センサとを備える前記計測装置と
   を具備し、
   前記計測データ取得手段は、
   前記計測装置を前記歩行者の体幹に装着したか又は四肢に装着したかを表す装着位置情報を取得する手段と、
   前記取得した装着位置情報に基づいて、前記計測装置の装着位置が体幹の場合には前記加速度センサを、四肢の場合には前記角速度センサをそれぞれ選択し、当該選択されたセンサから計測データを取得する手段と
   を備えることを特徴とする歩行支援装置。
4. 前記歩行支援装置は、前記加速度センサと、前記角速度センサと、前記知覚刺激を与える手段としての振動デバイス及び音響デバイスの少なくとも一方を備えた携帯端末により構成されることを特徴とする請求項３記載の歩行支援装置。
5. 歩行者の動きの加速度を計測する加速度センサと、
   前記歩行者の動きの角速度を計測する角速度センサと、
   前記加速度センサ及び角速度センサを前記歩行者の体幹に装着したか又は四肢に装着したかを表す装着位置情報を取得する手段と、
   前記取得した装着位置情報に基づいて、前記各センサの装着位置が体幹の場合には前記加速度センサを、一方四肢の場合には前記角速度センサをそれぞれ選択し、当該選択されたセンサの計測データを出力する手段と
   を具備することを特徴とする歩容計測装置。
6. 前記歩容計測装置は、前記加速度センサ、前記角速度センサ、前記装着位置情報を取得する入力デバイスを備えた携帯端末により構成されることを特徴とする請求項５記載の歩容計測装置。
7. 歩行者の動きの加速度を加速度センサにより計測する過程と、
   前記歩行者の動きの角速度を角速度センサにより計測する過程と、
   前記加速度センサ及び角速度センサを前記歩行者の体幹に装着したか又は四肢に装着したかを表す装着位置情報を取得する過程と、
   前記取得した装着位置情報に基づいて、前記各センサの装着位置が体幹の場合には前記加速度センサを、一方四肢の場合には前記角速度センサをそれぞれ選択し、当該選択されたセンサの計測データを出力する過程と
   を具備することを特徴とする歩容計測方法。
8. 請求項１乃至４のいずれかに記載の歩行支援装置が具備する各手段が行う処理を、前記歩行支援装置が備えるコンピュータに実行させるプログラム。
9. 請求項５又は６に記載の歩容計測装置が具備する各手段が行う処理を、前記歩容計測装置が備えるコンピュータに実行させるプログラム。

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