JP6459137B2 - 歩行アシスト装置、及び制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、歩行運動をアシストする歩行アシスト装置、及び制御方法に関する。

特許文献１に、股関節の屈伸を補助するための関節運動補助具が開示されている。特許文献１に開示の関節運動補助具は、股関節を跨いで伸びる補助力伝達帯と、補助力伝達帯の一端に配置される第１の装着具と、助力伝達帯の他端に配置される第２の装着具とを備える。

国際公開第２０１２／１２４３２８号

従来技術では、歩行時のアシストにおいて、より効果的なアシストをするためのアシストのタイミングについては、議論されていなかった。

本開示の非限定的で例示的な一態様は、ユーザの膝及び腰に装着されるスーツと、前記スーツにおける、前記ユーザの膝上に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第１のワイヤと、前記スーツにおける、前記ユーザの膝裏に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第２のワイヤと、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤに接続される複数のモータを含み、前記第複数のモータは、前記第１ワイヤと前記第２ワイヤと各々対応し、前記ユーザの第一の歩行周期における歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、前記第一の歩行周期の次の第二の歩行周期における歩行周期の位相が０％以上５０％以下の期間とを含む第一期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍより大きい剛性を有するように、張力を発生させる歩行アシスト装置である。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性の記録媒体を含む。

本開示によれば、歩行時のアシストをより効果的に実行することができる。本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び／又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その１以上を得るために全てが必要ではない。

図１は、実施の形態に係る歩行アシスト装置の構成を示す図 図２Ａは、実施の形態に係るスーツを装着したユーザを前から見た前面図 図２Ｂは、実施の形態に係るスーツを装着したユーザを後ろから見た後面図 図３は、実施の形態に係るスーツを装着したユーザを側面から見た側面図 図４は、実施の形態に係るモータ制御部の機能ブロック図 図５は、実施の形態に係る圧力センサの配置図 図６は、実施の形態に係る圧力センサと歩行間隔設定部の一例を示すブロック図 図７は、歩行周期における歩行周期の位相の変化の一例を示す図 図８Ａは、第２のワイヤの装着実験におけるワイヤの張力の実験結果を示す図 図８Ｂは、第２のワイヤの装着実験におけるワイヤの張力の実験結果を示す図 図９は、実施の形態に係る歩行アシスト装置の動作を示すフローチャート 図１０は、実施の形態に係る第１のワイヤ及び第２のワイヤの剛性の時間的変化を示すタイミング図 図１１は、実施の形態の変形例１に係る歩行アシスト装置を示す図 図１２は、実施の形態の変形例２に係る歩行アシスト装置を示す図 図１３は、第２のワイヤの装着実験における人のエネルギー代謝率の結果を示す図 図１４は、目標トルク決定部が記憶している関節目標トルクの一例を示す図

人間の関節を駆動する筋肉の働きには２種類ある。１つは、動的な動作を作り出す関節トルクを生み出す働きであり、もう１つは、静的な動作、すなわち踏ん張りを作る剛性を生む働きである。

従来の歩行アシスト装置は、筋肉の働きのうち、関節トルクを生み出す働きのアシストを行うものであり、剛性を生む働きのアシストについては議論されていない。

そこで、人間の股関節の前側と後側の両方に引っ張り力を発生させるモータとワイヤを配置することで、人間の股関節の剛性をアシストすることにより、歩行のアシストを行う歩行アシスト装置が検討されている。

本開示の一態様に係る歩行アシスト装置は、ユーザの膝及び腰に装着されるスーツと、前記スーツにおける、前記ユーザの膝上に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第１のワイヤと、前記スーツにおける、前記ユーザの膝裏に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第２のワイヤと、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤに接続される複数のモータを含み、前記第複数のモータは、前記第１ワイヤと前記第２ワイヤと各々対応し、前記複数のモータは前記ユーザの第一の歩行周期における歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、前記第一の歩行周期の次の第二の歩行周期における歩行周期の位相が０％以上５０％以下の期間とを含む第一期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍより大きい剛性を有するように、張力を発生させる。

上記態様によれば、歩行アシスト装置は、第一期間においてワイヤ（第１のワイヤ及び第２のワイヤ）の剛性を高めることで、ユーザの着地している方の脚がユーザの体重を支える力をアシストする。これにより、ユーザの歩行時にユーザが自身の体重を支えることが比較的容易になる。このようにして、歩行アシスト装置は、歩行時のアシストをより効果的に実行することができる。

例えば、さらに、制御回路を備え、前記制御回路は、前記第一の歩行周期及び前記第二の歩行周期を取得し、取得した前記第一の歩行周期及び前記第二の歩行周期に含まれる前記第一期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍより大きい剛性を有するように、張力を発生させる制御信号を、前記複数のモータに出力する。

上記態様によれば、歩行アシスト装置は、制御回路が制御信号を複数のモータに出力することで、より具体的な構成に基づいてユーザの歩行をアシストすることができる。

例えば、前記複数のモータは、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤを巻き取り又は送り出すことにより、前記張力を発生させる。

上記態様によれば、歩行アシスト装置は、複数のモータによるワイヤの巻き取り又は送り出しによって、より具体的な構成に基づいてユーザの歩行をアシストすることができる。

例えば、前記複数のモータは、前記ユーザの第一の歩行周期における歩行周期の位相が５０％以上９５％以下の第二期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍ以下の剛性を有するように、張力を発生させる。

上記態様によれば、歩行アシスト装置は、ユーザの脚が着地しておらず宙に浮いているときに、ワイヤの剛性を低くする。ワイヤの剛性が高いと、ユーザが脚を前方に運ぶ動作が妨げられる。そこで、ワイヤの剛性を低くすることで、ユーザが脚を宙に浮かせて前方に運ぶときの動作を比較的容易にする。このようにして、歩行アシスト装置は、歩行時のアシストをより効果的に実行することができる。

例えば、前記複数のモータは、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの剛性が、前記ユーザの第一の歩行周期における歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、前記第一の歩行周期の次の第二の歩行周期における歩行周期の位相が０％以上３０％以下の期間とを含む第三期間より、前記第二の歩行周期における歩行周期の位相が３０％以上５０％以下の第四期間において小さくなるように、前記張力を発生させる。

上記態様によれば、歩行アシスト装置は、ユーザの着地している方の脚を比較的高い剛性によりアシストしている状態（第三期間）から、ユーザが脚を宙に浮かせている状態（第二期間）への遷移の際の剛性の変化をなだらかにすることができる。ユーザにとっては、歩行アシスト装置から受ける力の変化がなだらかになることで、歩行がしやすくなる効果がある。

また、本開示の一態様に係る歩行アシスト装置の制御方法において、前記歩行アシスト装置は、ユーザの膝及び腰に装着されるスーツと、前記スーツにおける、前記ユーザの膝上に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第１のワイヤと、前記スーツにおける、前記ユーザの膝裏に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第２のワイヤと、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤに接続された複数のモータと、制御回路とを備え、前記複数のモータは、前記第１ワイヤと前記第２ワイヤと各々対応し、前記制御方法は、前記第一の歩行周期と、前記第一の歩行周期の次の第二の歩行周期とを、前記制御回路により取得し、前記第一の歩行周期における歩行周期の位相が９５％以上から１００％以下までの期間と、前記第二の歩行周期における歩行周期の位相が０％以上から５０％以下までの期間とを含む第一期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍより大きい剛性を有するように、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤに張力を前記複数のモータにより発生させための制御信号を、前記制御回路により前記複数のモータに出力する。

例えば、前記制御方法は、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤを巻き取り又は送り出すことにより、前記複数のモータにより前記張力を発生させる。

例えば、前記制御方法は、前記ユーザの第一の歩行周期における歩行周期の位相が５０％以上９５％以下の第二期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍ以下の剛性を有するように、前記複数のモータにより張力を発生させる。

例えば、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの剛性が、前記ユーザの第一の歩行周期における歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、前記第一の歩行周期の次の第二の歩行周期における歩行周期の位相が０％以上３０％以下の期間とを含む第三期間より、前記第二の歩行周期における歩行周期の位相が３０％以上５０％以下の第四期間において小さくなるように、前記複数のモータにより前記張力を発生させる。

これにより、上記歩行アシスト装置と同様の効果を奏する。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る歩行アシスト装置１００の構成を示す図である。図１に示す歩行アシスト装置１００は、スーツ２００と、第１のワイヤ３００ａ及び第１のワイヤ３００ｂと、第２のワイヤ３０１ａ及び第２のワイヤ３０１ｂと、モータ４００と、制御部５００とを備える。なお、モータ４００は複数のモータを意味する。

なお、第１のワイヤ３００ａ及び第１のワイヤ３００ｂを総称して、第１のワイヤ３００とも表記する。また、第２のワイヤ３０１ａ及び第２のワイヤ３０１ｂを総称して、第２のワイヤ３０１とも表記する。

（スーツ２００）
スーツ２００は、腰ベルト２０１と、右膝ベルト２０２ａと左膝ベルト２０２ｂを含む膝ベルト２０２と、モータ４００と、制御部５００とを有する。例えば、腰ベルト２０１に、モータ４００と、制御部５００とが配置される。

スーツ２００は、ユーザ１に装着される。図２Ａは、スーツ２００を装着したユーザ１を前から見た前面図であり、図２Ｂは、スーツ２００を装着したユーザ１を後ろから見た後面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、腰ベルト２０１は、ユーザ１の腰に巻きつけられることにより、装着される。膝ベルト２０２に含まれる右膝ベルト２０２ａ、左膝ベルト２０２ｂの各々は、対応するユーザ１の膝上に巻きつけられることにより、装着される。ここで、「膝上」とは、ユーザ１の脚のうち腰より膝に近い位置であって、ユーザ１の身体の前面に属する部分である。また、膝上は、太腿も含む概念である。以降でも同様とする。腰ベルト２０１は、結ぶ、又は、バックルで留めるなどにより腰周りを締める帯であっても良いし、テープ（Ａ ｈｏｏｋ ａｎｄ ｌｏｏｐ ｆａｓｔｅｎｅｒ、ｖｅｌｃｒｏ ｔａｐｅ）で固定する帯であってもよい。膝ベルト２０２に含まれる右膝ベルト２０２ａ、左膝ベルト２０２ｂの各々も同様に、結ぶ、又は、バックルで留めるなどにより膝上の周りを締める帯であってもよいし、テープで固定する帯であってもよい。

なお、より一般的には、腰ベルト２０１の装着位置は、股関節より頭に近い側の位置（腰部、胸部、腹部など）、膝ベルト２０２に含まれる右膝ベルト２０２ａ、左膝ベルト２０２ｂの各々の装着位置は、股関節より対応する膝に近い側の位置（大腿部）とであればよい。

（第１のワイヤ３００、第２のワイヤ３０１）
第１のワイヤ３００の各々は、スーツ２００におけるユーザ１の膝上に接触する位置（第１の位置）のち対応する位置と、ユーザ１の腰に接触する位置（第２の位置）のち対応する位置とを接続する。なお、第１のワイヤ３００は、ユーザの身体の前面に位置している。

第１の位置は右脚の第１の位置と左脚の第１の位置を含む。第１のワイヤ３００に含まれる第１のワイヤ３００ａは右脚の第１の位置に対応し、第１のワイヤ３００に含まれる第１のワイヤ３００ｂは左脚の第１の位置に対応する。

第２の位置は右腰の第２の位置と左腰の第２の位置を含む。第１のワイヤ３００に含まれる第１のワイヤ３００ａは右腰の第２の位置に対応し、第１のワイヤ３００に含まれる第１のワイヤ３００ｂは左腰の第２の位置に対応する。

第１のワイヤ３００の各々は、所定値以上の張力がかかるように配置される。言い換えると、第１のワイヤ３００の各々は、対応する第１の位置及び対応する第２の位置の間で撓まないように配置される。

第２のワイヤ３０１の各々は、スーツ２００におけるユーザ１の膝裏に接触する位置（第３の位置）と、ユーザ１の腰に接触する位置（第４の位置）とを接続する。なお、第２のワイヤ３０１は、ユーザの身体の後面に位置している。

第３の位置は右脚の第３の位置と左脚の第３の位置を含む。第２のワイヤ３０１に含まれる第２のワイヤ３０１ａは右脚の第３の位置に対応し、第２のワイヤ３０１に含まれる第２のワイヤ３０１ｂは左脚の第３の位置に対応する。

第４の位置は右腰の第４の位置と左腰の第４の位置を含む。第２のワイヤ３０１に含まれる第２のワイヤ３０１ａは右腰の第４の位置に対応し、第２のワイヤ３０１に含まれる第２のワイヤ３０１ｂは左腰の第４の位置に対応する。

ここで、「膝裏」とは、ユーザ１の脚のうち膝関節と股関節の間の位置であって、ユーザ１の身体の後面に属する部分である。「膝裏」は、「膝上」に背向する部分であるともいえる。なお、第３の位置は、言い換えれば、大腿部のうちユーザ１の身体の後面に属する部分である。また、第４の位置は、言い換えれば、第２の位置同様、ユーザ１の腰部のうちユーザ１の身体の後面（腰背部ともいう）に属する部分である。

第１のワイヤ３００の各々と同様に、第２のワイヤ３０１の各々は、所定値以上の張力がかかるように配置される。言い換えると、第２のワイヤ３０１の各々は、対応する第３の位置及び対応する第４の位置の間で撓まないように配置される。

図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、第１のワイヤ３００ａは、ユーザ１の右脚の前側（前面側）に配置され、第２のワイヤ３０１ａは、ユーザ１の右脚の後側（後面側）に配置される。また、第１のワイヤ３００ｂは、ユーザ１の左脚の前側に配置され、第２のワイヤ３０１ｂは、ユーザ１の左脚の後側に配置される。

第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、及び第２のワイヤ３０１ｂの一端は、それぞれ、ワイヤ固定部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、及び２１０ｄに固定される。第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、及び第２のワイヤ３０１ｂの一端は、それぞれ、第１のワイヤ３００ａの第１端、第１のワイヤ３００ｂの第１端、第２のワイヤ３０１ａの第１端、及び第２のワイヤ３０１ｂの第１端とも表記される。

ワイヤ固定部２１０ａ、ワイヤ固定部２１０ｃは、右膝ベルト２０２ａ上に位置し、ワイヤ固定部２１０ｂ、２１０ｄは、左膝ベルト２０２ｂ上に位置する。ユーザ１の膝上に接触する位置は、ワイヤ固定部２１０ａ及び２１０ｂに相当し、ユーザ１の膝裏に接触する位置は、ワイヤ固定部２１０ｃ及び２１０ｄに相当する。

また、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、及び第２のワイヤ３０１ｂの他端は、それぞれ、モータ４００に含まれる対応するモータに接続される。第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、及び第２のワイヤ３０１ｂの他端は、それぞれ、第１のワイヤ３００ａの第２端、第１のワイヤ３００ｂの第２端、第２のワイヤ３０１ａの第２端、及び第２のワイヤ３０１ｂの第２端とも表記される。

ここで、スーツ２００におけるユーザ１の膝上に接触する位置、及び、ユーザ１の腰に接触する位置をより詳細に説明する。図３に、スーツ２００を装着するユーザ１を側面からみた側面図を示す。ここでは、ユーザ１の右脚に着目し、ユーザの右脚に装着される右膝ベルト２０２ａを例にあげて説明する。

図３において、右膝ベルト２０２ａ上にある第１の位置２１１は、ユーザ１の膝上に接触する位置のうち、右脚の膝上に接触する位置（右脚の第１の位置）に対応し、腰ベルト２０１上にある第２の位置２１２は、ユーザ１の腰に接触する位置のうち、右腰に接触する位置（右腰の第２の位置）に対応する。

ここで、右脚の膝上に接触する位置とは、右脚の膝関節と股関節との間、すなわち、右脚の大腿部のうちユーザ１の身体の前面に属する範囲であればどこでもよい。右腰に接触する位置とは、おおむね骨盤の右付近、すなわち、股関節から右ウエスト間の範囲で、かつ、ユーザ１の身体の前面に属する範囲であればどこでもよい。

図３において、右膝ベルト２０２a上にある第３の位置２１３は、ユーザ１の膝裏に接触する位置のうち右脚の膝裏に接触する位置（右脚の第３の位置）に相当し、腰ベルト２０１上にある第４の位置２１４は、ユーザ１の腰に接触する位置のうち右腰に接触する位置（右腰の第４の位置）に相当する。

これにより、ユーザ１の股関節が、第２の位置２１２（第１のワイヤ３００ａにおける腰ベルト２０１との接続位置）と、第１の位置２１１（第１のワイヤ３００ａにおける右膝ベルト２０２ａとの接続位置）との間に位置する。また、ユーザ１の股関節が、第４の位置２１４（第２のワイヤ３０１ａにおける腰ベルト２０１との接続位置）と、第３の位置２１３（第２のワイヤ３０１ａにおける右膝ベルト２０２ａとの接続位置）との間に位置する。その結果、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの張力により発生するトルクならびに剛性によって、歩行時のユーザ１の股関節の動作を効果的にアシストすることができる。

言い換えれば、上記の配置により、第２の位置２１２と第１の位置２１１との間にはユーザ１の股関節が位置し、ユーザ１の他の関節は位置しない。同様に、第４の位置２１４と第３の位置２１３との間には、ユーザ１の股関節が位置し、ユーザ１の他の関節は位置しない。これにより、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの張力により発生するトルクがより直接的にユーザ１の股関節に付与され、ユーザ１の歩行のアシストをすることができる。また、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの張力により発生する剛性が、より直接的にユーザ１の股関節に付与され、ユーザ１の歩行のアシストをすることができる。

右膝ベルト２０２ａ上にある第３の位置２１３は、スーツ２００におけるユーザ１の膝裏に接触する位置に相当し、腰ベルト２０１上にある第４の位置２１４は、ユーザ１の腰に接触する位置に相当する。

第１のワイヤ３００ａは、第１の位置２１１及び第２の位置２１２に、少なくとも固定されていればよい。また、同様に、第２のワイヤ３０１ａも、第３の位置２１３及び第４の位置２１４に、少なくとも固定されていればよい。

以上、ユーザの右脚を例にあげて説明した。なお、ユーザの左脚に装着される左膝ベルト２０２ｂ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ｂの説明は、上記した内容に沿って説明し得る。

（モータ４００）
モータ４００のそれぞれは、軸、または、軸に接続されたプーリを有する。第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、第２のワイヤ３０１ｂのそれぞれは、対応するモータの軸またはプーリに接続されている。モータ４００の一例は、位置制御を行う電磁モータである。モータ４００のそれぞれは、制御部５００から制御信号を取得し、制御信号に基づいて動作する。

モータ４００のうち対応するモータが、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、第２のワイヤ３０１ｂのそれぞれを巻き取ることにより、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、第２のワイヤ、第２のワイヤ３０１ｂの長さが短くなる。その結果、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、第２のワイヤ３０１ｂの張力が強くなる。ここでの第１のワイヤ３００ａの長さとは、モータ４００のうち対応するモータから、第１のワイヤ３００ａと右膝ベルト２０２ａとの接続位置までを意味する。言い換えると、ここでの第１のワイヤ３００ａの長さは、第１のワイヤ３００ａの全体の長さからモータ４００のうち対応するモータのプーリに巻き付いている長さを引いた長さを意味する。第１のワイヤ３００ｂについても同様である。

また、ここでの第２のワイヤ３０１ａの長さとは、第２のワイヤ３０１ａの全体の長さからモータ４００のうち対応するモータのプーリに巻き付いている長さを引いた長さを意味する。第２のワイヤ３０１ｂについても同様である。

以下で、図３を用いて、第１のワイヤ３００ａの張力、第２のワイヤ３０１ａの張力について説明する。

また、図３に示す第１の位置２１１及び第２の位置２１２の間の距離と、第３の位置２１３及び第４の位置２１４の間の距離とは、ユーザ１の身体の部位の形状及び寸法に応じた最小の距離が定められる。第１の位置２１１及び第２の位置２１２の間の距離が最小の距離に等しい場合に、第１のワイヤ３００ａを巻き取る方向にモータトルクを増加するようにモータ４００のうち対応するモータを動作することにより、第１のワイヤ３００ａの長さは変わらないが、第１のワイヤ３００ａの張力が強くなる。同様に、第３の位置２１３及び第４の位置２１４の間の距離が最小の距離に等しい場合に、第２のワイヤ３０１ａを巻き取る方向にモータトルクを増加するようモータ４００のうち対応するモータを動作することにより、第２のワイヤ３０１ａの長さは変わらないが、第２のワイヤ３０１ａの張力が強くなる。

つまり、第１のワイヤ３００ａが第１の位置２１１及び第２の位置２１２の間で撓んでいない状態で、第１のワイヤ３００ａを巻き取る方向にモータトルクを増加するようモータ４００のうち対応するモータを動作させることにより、第１のワイヤ３００ａの張力が強くなる。第２のワイヤ３０１ａが第３の位置２１３及び第４の位置２１４の間で撓んでいない状態で、第２のワイヤ３０１ａを巻き取る方向にモータトルクを増加するようモータ４００のうち対応するモータを動作させることにより、第２のワイヤ３０１ａの張力が強くなる。

また、モータ４００のうち対応するモータが、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、第２のワイヤ３０１ｂのそれぞれを送り出すことにより、第１のワイヤ３００ａ、３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、３０１ｂの長さが長くなる。その結果、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、第２のワイヤ３０１ｂの張力が弱くなる。ここでの第１のワイヤ３００ａの長さは、第１のワイヤ３００ａの全体の長さからモータ４００のうち対応するモータのプーリに巻き付いている長さを引いた長さを意味する。第１のワイヤ３００ｂについても同様である。また、ここでの第２のワイヤ３０１ａの長さとは、第２のワイヤ３０１ａの全体の長さからモータ４００のうち対応するモータのプーリに巻き付いている長さを引いた長さを意味する。第２のワイヤ３０１ｂについても同様である。

また、第１の位置２１１及び第２の位置２１２の間の距離が最小の距離に等しい場合に、第１のワイヤ３００ａを巻き取る方向のモータトルクが減少するようモータ４００のうち対応するモータを動作することにより、第１のワイヤ３００のａ長さは変わらないが、第１のワイヤ３００ａの張力が弱くなる。同様に、第３の位置２１３及び第４の位置２１４の間の距離が最小の距離に等しい場合に、第２のワイヤ３０１ａを巻き取る方向のモータトルクが減少するようモータ４００のうち対応するモータを動作することにより、第２のワイヤ３０１ａの長さは変わらないが、第２のワイヤ３０１ａの張力が弱くなる。

つまり、第１のワイヤ３００ａが第１の位置２１１及び第２の位置２１２の間で撓んでいない状態で、第１のワイヤ３００ａを巻き取る方向のモータトルクが減少するようモータ４００のうち対応するモータを動作させることにより、第１のワイヤ３００ａの張力が弱くなる。第２のワイヤ３０１ａが第３の位置２１３及び第４の位置２１４の間で撓んでいない状態で、第２のワイヤ３０１ａを巻き取る方向のモータトルクが減少するようモータ４００のうち対応するモータを動作させることにより、第２のワイヤ３０１ａの張力が弱くなる。

以上、図３を用いて、第１のワイヤ３００ａの張力、第２のワイヤ３０１ａの張力について説明した。なお、第１のワイヤ３００ｂの張力、第２のワイヤ３０１ｂの張力にいての説明は省略するが、上記説明、すなわち、「図３を用いた、第１のワイヤ３００ａの張力、第２のワイヤ３０１ａの張力についての説明」に沿って説明し得る。

（制御部５００）
制御部５００は、モータ４００を制御するための制御装置である。制御部５００は、制御回路５０１と、入出力ＩＦ（インターフェース）５０２と、電源５０３とを有する。具体的には、制御部５００は、モータ４００による第１のワイヤ３００ａおよび第２のワイヤ３０１ａ、第１のワイヤ３００ｂおよび第２のワイヤ３０１ｂの巻き取り、及び、モータ４００による第１のワイヤ３００ａおよび第２のワイヤ３０１ａ、第１のワイヤ３００ｂおよび第２のワイヤ３０１ｂの送り出しを制御する。

例えば、制御部５００は、モータ４００の動作を、第１のワイヤ３００ａおよび第２のワイヤ３０１ａ、第１のワイヤ３００ｂおよび第２のワイヤ３０１ｂの巻き取りの量の情報と、第１のワイヤ３００ａおよび第２のワイヤ３０１ａ、第１のワイヤ３００ｂおよび第２のワイヤ３０１ｂの送り出しの量の情報と、第１のワイヤ３００ａおよび第２のワイヤ３０１ａ、第１のワイヤ３００ｂおよび第２のワイヤ３０１ｂの巻き取りのタイミングの情報、第１のワイヤ３００ａおよび第２のワイヤ３０１ａ、第１のワイヤ３００ｂおよび第２のワイヤ３０１ｂの送り出しのタイミングの情報とを含む情報によって制御する。

制御部５００は、一例として、一般的なマイコンにより構成される制御回路５０１と、入出力ＩＦ５０２と、電源５０３とを有する。

入出力ＩＦ５０２は、マイコンのＰＣＩバスなどの拡張スロットに接続されたインタフェースボードである。インタフェースボードの例は、Ｄ／Ａボードと、Ａ／Ｄボードと、カウンタボードとなどを有する。

制御回路５０１は、入出力ＩＦ５０２を介して、モータ４００に制御信号を送る。入出力ＩＦ５０２は、モータ４００の位置情報、モータ４００のトルク情報、及び外部センサの信号を受け付ける。

図４に、制御回路５０１の機能ブロック図を示す。制御回路５０１は、歩行間隔設定部２０と、歩行周期設定部１１と、目標剛性決定部１２と、目標トルク決定部１３と、仮想バネ自然長計算部１４と、力制御部１５とを有する。詳細は後述される。

制御回路５０１は、右脚の歩行周期の情報、左脚の歩行周期の情報を取得し、取得した右脚の歩行周期の情報、左脚の歩行周期の情報に基づいてモータ４００に制御信号を出力する。

制御信号は、右脚の歩行周期における右脚の第一期間に、第１のワイヤ３００a及び第２のワイヤ３０１ａが所定値以上の剛性を有するように、張力を発生させ、左脚の歩行における左脚の第一期間に、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａが所定値以上の剛性を有するように、張力を発生させるための信号である。

以下、右脚の歩行アシストついて述べる。右脚の第一期間とは、右脚の第一の歩行周期（＝右脚の第ｎ歩（ｎは自然数））において、歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、右脚の第一の歩行周期の次の右脚の歩行周期である右脚の第二の歩行周期（＝右脚の第（ｎ＋１）歩）において、歩行周期の位相が０％以上５０％以下の期間とを意味する。右脚の第一の歩行周期と右脚の第二の歩行周期とは、連続した右脚の歩行の周期である。つまり、右脚の第一の歩行周期における歩行周期の位相が１００％の時刻と右脚の第二の歩行周期における歩行周期の位相が０％の時刻は同じ時刻を意味する。ここで、所定値の一例は、２００Ｎ／ｍである。なお、２００Ｎ／ｍは、歩行アシスト装置１００によって歩行を適切にアシストするために必要な最低限の数値として導き出された数値である。

なお、制御信号は、右脚の歩行周期（右脚の第ｎ歩）おいて、歩行周期の位相が５０％以上９５％以下の期間（第二期間に相当）において、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａが上記所定値以下の剛性を有するように、張力を発生させるための信号を含んでもよい。

なお、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの剛性が、右脚の第一の歩行周期（＝右脚の第ｎ歩）において、歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、右脚の第一の歩行周期の次の右脚の歩行周期である右脚の第二の歩行周期（＝右脚の第（ｎ＋１）歩）において、歩行周期の位相が０％以上３０％以下の期間とを合わせた連続した期間（第三期間に相当）より、右脚の第二の歩行周期（＝右脚の第（ｎ＋１）歩）において、歩行周期の位相が３０％以上５０％以下の期間（第四期間に相当）において小さくなるように、張力を発生させる信号を含んでもよい。

以上、右脚の歩行アシストついて述べた。左脚の歩行アシストについても上記と同様に説明され得る。

歩行間隔設定部２０は、センサ又は外部デバイスにより計測されたユーザ１の歩行情報を取得する。ここで、歩行情報とは、ユーザ１の歩行の特徴を示す情報であり、例えば、歩行中に足を着地させるタイミング、又は、足の角度変化などを示す情報を含む。

歩行間隔設定部２０は、取得したユーザ１の歩行情報を用いて歩行間隔Ｔを設定し、歩行周期設定部１１に出力する。歩行間隔Ｔは、ユーザ１の右脚が接地した後、次に再び右脚が接地するまでの時間、または、ユーザ１の左脚が接地した後、次に再び左脚が接地するまでの時間を意味する。

図５に、センサの一例である圧力センサ３０ａ及び３０ｂ（以降、これらを総称して圧力センサ３０ともいう）を示す。圧力センサ３０は、人の踵付近に取り付けられている。圧力センサ３０から取得する信号により、踵が接地しているか否かが判別され得る。圧力センサ３０の信号は、測定される圧力値である。例えば、圧力センサ３０により所定値以上の圧力値が計測されている期間は、踵が接地されていることを意味する。

圧力センサ３０の信号は、入出力ＩＦ５０２を介して、制御回路５０１に入力される。

図６に、歩行間隔設定部２０の一例を示す。歩行間隔設定部２０は、圧力センサ３０から取得する信号に基づいて、歩行間隔Ｔを出力する。歩行間隔設定部２０は、歩行間隔計算部２１を有する。

例えば、歩行間隔計算部２１は、圧力センサ３０ａから取得した信号において所定以上の圧力値の増加変化を検出した第１のタイミングを歩行情報としてメモリに記録する。歩行間隔計算部２１は、次に、圧力センサ３０ａから取得した信号において所定以上の圧力値の増加変化を検出した第２のタイミングを歩行情報としてメモリに記録する。なお、歩行間隔計算部２１は、第１のタイミングと第２のタイミングの間の期間には、圧力センサ３０ａから取得した信号において所定以上の圧力値の増加変化は検出しない。例えば、ユーザ１の右脚の踵が接地したタイミングを取得する場合、所定以上の圧力値の増加変化は、圧力値がおおよそ０から所定以上の大きさの圧力値にまで変化することである。歩行間隔計算部２１は、第１のタイミングから第２のタイミングまでの時間を、歩行間隔Ｔとして出力する。上記では、圧力センサ３０ａから取得した信号を用いて、歩行間隔Ｔとして出力することを説明した。圧力センサ３０ｂから取得した信号を用いて、歩行間隔Ｔと決定してもよい。すなわち、歩行間隔計算部２１は、圧力センサ３０ｂから取得した信号において所定以上の圧力値の増加変化を検出した第３のタイミングを歩行情報としてメモリに記録する。歩行間隔計算部２１は、次に、圧力センサ３０ｂから取得した信号において所定以上の圧力値の増加変化を検出した第４のタイミングを歩行情報としてメモリに記録する。なお、歩行間隔計算部２１は、第３のタイミングと第４のタイミングの期間には、圧力センサ３０ａから取得した信号において所定以上の圧力値の増加変化は検出しない。例えば、ユーザ１の左脚の踵が接地したタイミングを取得する場合、所定以上の圧力値の変化は、圧力値がおおよそ０から所定以上の大きさの圧力値にまで増加変化することである。歩行間隔計算部２１は、第３のタイミングから第４のタイミングまでの時間を、歩行間隔Ｔとして出力する。

例えば、ユーザ１の右脚の踵が新たに接地するタイミングで歩行間隔計算部２１が歩行間隔Ｔを出力する場合、ユーザ１の右脚の踵が接地するタイミングで歩行間隔Ｔが更新される。例えば、ユーザ１の左脚の踵が新たに接地するタイミングで歩行間隔計算部２１が歩行間隔Ｔを出力する場合、ユーザ１の左脚の踵が接地するタイミングで歩行間隔Ｔが更新される。

図６に示す例におけるセンサは、圧力センサ３０であったが、その代わりに例えば角度センサを採用することも可能である。センサが角度センサの場合、一例としてユーザ１の大腿部に角度センサを取り付ける。制御部５００は、ユーザ１の股関節角度を取得する。歩行間隔設定部２０は、ユーザ１の股関節角度に基づいて、歩行間隔Ｔを算出する。

歩行周期設定部１１は、歩行間隔Ｔから現時点における歩行周期における位相（Ｇａｉｔ Ｐｈａｓｅ）πを推定する。なお、以降において、歩行周期における位相πを、単に歩行周期πということもある。歩行周期πは歩行間隔Ｔを１とした場合の現時点における進捗を割合（％）で示した値である。

図７は、歩行周期（Gait phase）における歩行周期の位相(Percentage of gait phase)の変化の一例を示す。図７において、ユーザ１の右脚に着目した歩行周期の位相を％で表している。以下においては、右脚の歩行アシストについて説明する。

図７に示す右脚の歩行周期の位相が０％の時点において、ユーザ１の右足は地面に着地している。ここで、図７において右脚の歩行周期の位相が０％以上６０％以下の期間は立脚期とも表記され、６０％以上１００％以下の期間は遊脚期とも表記される。

図４に示す歩行周期設定部１１は、歩行間隔設定部２０から右脚の歩行間隔Ｔを取得する。歩行周期設定部１１は、現時点までの所定期間内の複数の歩行間隔をメモリに記憶しており、現時点までの所定期間内の複数の右脚の歩行間隔の平均値を用いて、現在の右脚の歩行間隔Ｔ_ｎｅｗを計算する。

例えば、歩行周期設定部１１は、あらかじめ実験等で決められた回数の右脚の歩行間隔Ｔをメモリに記憶する。例えば、３周期の歩行間隔を用いる場合、歩行周期設定部１１は、直近の過去２回分の右脚の歩行間隔Ｔをメモリに記憶し、新たに右脚の歩行間隔Ｔが入力されたタイミングで、上記２回分の右脚の歩行間隔Ｔと、今回入力された歩行間隔Ｔとの計３回分の歩行間隔Ｔの平均値を計算して、Ｔ_ｎｅｗとする。

右脚の歩行間隔Ｔが更新されたタイミングが、歩行周期の位相が０％のタイミングであるため、現在時刻をｔ、右脚の歩行周期Ｔが新たに入力された時刻をｔ_０とすると、以下の（式１）で右脚の歩行周期の位相（＝右脚の歩行周期π）を計算することができる。右脚の歩行間隔Ｔが更新されたタイミングとは、歩行間隔計算部２１が、圧力センサ３０ａから取得した信号において所定以上の圧力値の増加変化を検出した第２のタイミングと考えてもよい。歩行間隔計算部２１は、第１のタイミングから第２のタイミングまでの時間を用いて右脚の歩行間隔Ｔを出力する時間は、歩行間隔Ｔに比べて短いからである。

(式１）では歩行間隔の平均値よりも、現在の歩行間隔が長かった時に１を超えないようにしている。これ以外にも、圧力センサ３０の信号値から脚が立脚期であると考えられる時（＝圧力センサ３０が所定以上の圧力値であるとき）は０．６を超えないなどの応用が可能である。

歩行周期設定部１１は、目標剛性決定部１２と目標トルク決定部１３とに、右脚の歩行周期の位相を出力する。

目標剛性決定部１２は、あらかじめ記憶している規則に基づき、右脚の歩行周期の位相に対応するワイヤ目標剛性値Ｋ_１、Ｋ_２を出力する。規則の一例は、歩行周期の位相毎に、Ｋ_１、及びＫ_２を有する表である。ここで、Ｋ_１は第１のワイヤ３００ａの剛性値であり、Ｋ_２は第２のワイヤ３０１ａの剛性値である。

目標剛性決定部１２は、右脚の歩行周期の位相が９５％の時点で、所定値以上のワイヤの目標剛性値を出力する。これは、立脚期になる直前に、高剛性の仮想バネ（後述）を模擬した張力をワイヤに発生させることに対応する。

また、目標剛性決定部１２は、右脚の歩行周期の位相が５０％以上９５％以下の期間では、所定値以下のワイヤの目標剛性値を出力する。

目標トルク決定部１３は、右脚の歩行周期の位相の値に基づいて、第１のワイヤ３００ａと第２のワイヤ３０１ａとによって発生させる股関節に対するトルクの値を決定する。目標トルク決定部１３は、例えば、関節目標トルクτに基づいて、あらかじめ記憶している規則を参照して、トルクの値を決定する。

図１４に、規則の一例を示す。図１４は、目標トルク決定部１３が記憶している関節目標トルクの一例を示す図である。この規則は、歩行周期の位相毎に、トルクの値を有する表である。図１４の値に基づき、歩行周期の位相に対して線形補間等を行い、各歩行周期の位相に対する目標トルクを定めることが出来る。

歩行アシスト装置１００は、ユーザ１の脚の加速度と同じ方向にトルクを発生させる。これにより、ユーザ１が歩行しているときに、ユーザ１が右脚にかけているトルクを、歩行アシスト装置１００によりアシストすることができる。その結果、ユーザ１の歩行の適切なアシストがなされる。

仮想バネ自然長計算部１４は、関節目標トルク値τ及びワイヤ目標剛性値Ｋ_１、Ｋ_２に基づいて、ワイヤが模擬する仮想バネの自然長、より具体的にはワイヤ仮想バネ自然長Ｎ_１、Ｎ_２を計算する。

ここで、仮想バネとは、第１のワイヤ３００ａの張力、第２のワイヤ３０１ａの張力を算出するための仮想的なバネを意味する。第１のワイヤ３００ａ、第２のワイヤ３０１ａは、モータ４００のうち対応するモータによって巻き取られ又は送り出されることで、所定の剛性（換言すれば復元力）を有する仮想バネを模擬した張力を有する。

第１のワイヤ３００ａと第２のワイヤ３０１ａとによって発生させるユーザ１の股関節に対するトルクは、第１のワイヤ３００ａが股関節に与えるトルクと第２のワイヤ３０１ａが股関節に与えるトルクとの差で決まる。

第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａが発生するトルクは、第１のワイヤ３００ａの目標剛性値Ｋ_１、第２のワイヤ３０１ａの目標剛性値Ｋ_２、第１のワイヤ３００ａの仮想バネの長さの変化量、第２のワイヤ３０１ａの仮想バネの長さの変化量とに比例する。それらから第１のワイヤ３００ａの仮想バネの長さの変化量及び第２のワイヤ３０１ａの仮想バネの長さの変化量が決まる。仮想バネ自然長計算部１４は、あらかじめ仮想バネの取り付け長さに相当する値に基づいて、仮想バネの取り付け長さから仮想バネの変化量を引いて、各ワイヤの仮想バネ自然長Ｎ_１、Ｎ_２を求める。

力制御部１５は、ワイヤ目標剛性値Ｋ_１、Ｋ_２と、ワイヤ仮想バネ自然長Ｎ_１、Ｎ_２および、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータのそれぞれから取得されたモータトルクτ_ｍとを用いて、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ｂのそれぞれが仮想バネを模擬した張力を有するように力制御の計算を行い、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するそれぞれのモータにモータ目標位置ｘ_ｒ＝［ｘ_ｒ１，ｘ_ｒ２］を出力する。

力制御の計算の一例は次の通りである。なお、以降において、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ｂを、単にワイヤということもある。

モータトルクをτ_ｍ＝［τ_ｍ１，τ_ｍ２］、そのときのワイヤの張力をＦ_ｍ＝［Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２］、とすると、ワイヤの張力は以下の式で求めることができる。

ここで、Ｇはギア比及びプーリ径から決まる変換係数である。このときのモータ目標位置は、以下のように決定される。

このように力制御部１５は、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータのそれぞれの目標位置ｘ_ｒ＝［ｘ_ｒ１，ｘ_ｒ２］を算出し、入出力ＩＦ５０２を介して、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータのそれぞれに出力する。

モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータのそれぞれは、入力されたモータ目標位置ｘ_ｒに移動する。それにより、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータに接続された第１のワイヤ３００ａ及びモータ４００のうち第２のワイヤ３０１ｂに対応するモータうち対応するモータに接続された第２のワイヤ３０１ａのそれぞれは、仮想バネを模擬した張力を有する。つまり、第１のワイヤ３００ａ、及び第２のワイヤ３０１ａは、それぞれ、ワイヤ目標剛性値Ｋ_１、Ｋ_２の仮想バネが発生させる張力と同等の張力を発生させる。

以上、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータが位置制御で動作している場合の例であるが、トルク制御で動作している場合も同様に実現することが可能である。

モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータがトルク制御で動作している場合、力制御部１５は、目標剛性決定部１２から出力されたワイヤ目標剛性値Ｋ_１、Ｋ_２と、ワイヤ仮想バネ自然長Ｎ_１、Ｎ_２と、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータのそれぞれから取得したモータの位置情報ｘ_ｍとを用いて、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａが仮想バネを模擬した張力を有するように力制御の計算を行う。その結果、力制御部１５は、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するそれぞれのモータ目標トルクτ_ｍ＝［τ_ｍ１，τ_ｍ２］を算出し、対応するモータ４００に出力する。

モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３０１ａに対応するモータは、それぞれモータ目標トルクτ_ｍ＝［τ_ｍ１，τ_ｍ２］を発生させるように動作することで、モータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータに接続された第１のワイヤ３００及びモータ４００のうち第２のワイヤ３０１ａに対応するモータに接続された第２のワイヤ３０１は仮想バネを模擬した張力を有する。つまり、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ｂは、それそれ、ワイヤ目標剛性値Ｋ_１、Ｋ_２のバネが発生させる張力と同等の張力を発生させることができる。

以上、図７などを用いて、右脚の歩行アシストについて説明した。左脚の歩行アシストについても同様に説明し得る。なお、図１４に示す規則は、右脚の歩行アシスト制御と左脚の歩行アシスト制御で共通に使用しもよいし、別々に設けてもよい。

（実験結果）
図８Ａ、図８Ｂ及び図１３に、発明者らの実験結果を示す。

スーツを装着したユーザ１に、時速４．５ｋｍで、歩行をさせた。スーツは第１のワイヤ３００及び第２のワイヤ３０１を有する。第１のワイヤ３００は、ユーザの身体の前面に位置し、第２のワイヤ３０１は、ユーザの身体の後面に位置していた。第２のワイヤ３０１は、スーツにおけるユーザ１の膝上に接触する位置と、ユーザ１の腰に接触する位置とを接続していた。第１のワイヤ３００及び第２のワイヤ３０１に接続されたモータ４００は、第２のワイヤ３０１が仮想バネと同等の張力を有するように力制御部１５により動作制御を行った。

図８Ａは、歩行周期の位相毎の第１のワイヤ３００の張力を示す実験結果である。図８Ｂは、歩行周期の位相毎の第２のワイヤ３０１の張力を示す実験結果である。図８の縦軸は、張力（Ｎ）であり、図８Ａ及び図８Ｂの横軸は、歩行周期の位相（％）である。

図８Ａに示す実線は、歩行周期の位相に関わらず２００Ｎ／ｍよりも高い剛性（例えば１０００Ｎ／ｍ）を有する高剛性のバネを模擬した張力を第１のワイヤ３００が有するように、モータ制御を行った時（以下Ｃｏｎｔａｎｔと表記）の結果である。

同様に、図８Ｂに示す実線は、歩行周期の位相に関わらず２００Ｎ／ｍよりも高い剛性（例えば１０００Ｎ／ｍ）を有する高剛性のバネを模擬した張力を第１のワイヤ３０１が有するように、モータ制御を行った時（以下Ｃｏｎｔａｎｔと表記）の結果である。

図８Ａに示す点線は、歩行周期の位相が５０％以上８５％以下の期間のみ２００Ｎ／ｍの剛性のバネを模擬して動作し、それ以外の期間ではＣｏｎｓｔａｎｔの条件の実験と同じ高剛性のバネを模擬した張力を第１のワイヤ３００が有するようにモータ制御を行った時（以下Ｖａｒｉａｂｌｅと表記）の結果である。

図８Ｂに示す点線は、歩行周期の位相が５０％以上８５％以下の期間のみ２００Ｎ／ｍの剛性のバネを模擬して動作し、それ以外の期間ではＣｏｎｓｔａｎｔの条件の実験と同じ高剛性のバネを模擬した張力を第２のワイヤ３０１が有するようにモータ制御を行った時（以下Ｖａｒｉａｂｌｅと表記）の結果である。

そのため、図８Ａ及び図８Ｂに示すグラフにおいて、歩行周期の位相が５０％以上８５％以下の期間において、実線と破線とにおける差が相対的に大きいことがわかる。

また、あわせて行ったユーザ１の官能評価の結果、Ｃｏｎｓｔａｎｔの条件でのモータ制御（図８Ａ及び図８Ｂの実線）による歩行アシストと、Ｖａｒｉａｂｌｅの条件でのモータ制御（図８Ａ及び図８Ｂの破線）による歩行アシストとのユーザ１の感覚の差が最も大きいのは、遊脚期の領域であった。

図１３に、ユーザ１の呼気を用いて、ユーザ１の歩行中のエネルギー代謝率を計測した結果を示す。図１３においてエネルギー代謝率が高いことは、より大きなエネルギーを消費したことを示している。図１３では、Ｖａｒｉａｂｌｅの条件、及び、Ｃｏｎｓｔａｎｔの条件でのモータ制御の下でのユーザ１の歩行中のエネルギー代謝を、Ｃｏｎｓｔａｎｔの条件でのエネルギー代謝を１００％として示している。

Ｃｏｎｓｔａｎｔの条件でのエネルギー代謝率は、１００％であったことに対して、Ｖａｒｉａｂｌｅの条件でのエネルギー代謝率は、８２．６％であった。このことから、Ｖａｒｉａｂｌｅの条件の実験時の消費エネルギーは、Ｃｏｎｓｔａｎｔの条件での実験時の消費エネルギーよりも少ないことがわかった。

Ｖａｒｉａｂｌｅの条件の実験の歩行アシストによって、Ｃｏｎｓｔａｎｔの条件の実験の歩行アシストよりも、ユーザ１は、小さなエネルギーで歩行することができている。このことから、Ｖａｒｉａｂｌｅの条件の実験の歩行アシストの効果が高いことがわかった。

以上の実験結果から、歩行周期の位相が５０％以上８５％以下の期間では、それ以外の期間に比べて小さい剛性のバネを模擬した張力を発生させるように歩行アシストをすると、適切な歩行アシストを行うことができると言える。

図９は、歩行アシスト装置１００の動作を示すフローチャートである。これは、右脚の歩行アシストの動作を示す。左脚の歩行アシストの動作もこれと同様に説明し得る。

（ステップＳ１０１）
制御部５００は、センサから歩行情報を取得し、歩行情報に基づき右脚の歩行間隔Ｔを設定し、出力する。

（ステップＳ１０２）
制御部５００は、右脚の歩行間隔Ｔの情報に基づいて、現時点における右脚の歩行周期の位相を推定する。

（ステップＳ１０３）
制御部５００は、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの目標剛性を決定する。目標剛性は、右脚の第一の歩行周期における右脚の歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、右脚の第一の歩行周期の次の右脚の歩行周期である右脚の第二の歩行周期における右脚の歩行周期の位相が０％以上５０％以下の期間とを含む期間（第一期間に相当）に、所定値（例えば２００Ｎ／ｍ）以上となるよう決定する。

（ステップＳ１０４）
制御部５００は、右脚の歩行周期の位相に基づいて、目標トルク決定部１３において第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａにより発生させる関節目標トルク値τを決定する。

（ステップＳ１０５）
制御部５００は、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａにより発生させるそれぞれの関節目標トルク値τと、ワイヤ目標剛性値Ｋ_１、Ｋ_２とに基づいて、仮想バネ自然長計算部１４により、第１のワイヤ３００ａが模擬するワイヤ仮想バネ自然長Ｎ_１及び第２のワイヤ３０１ａが模擬するワイヤ仮想バネ自然長Ｎ_２を決定する。

（ステップＳ１０６）
制御部５００は、ステップＳ１０３で決定した第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの目標剛性と、ステップＳ１０５で決定したワイヤ仮想バネ自然長、及び、現時点におけるモータ４００のうち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３００ｂに対応するモータのそれぞれのモータトルクに基づいて、力制御の計算を行い、モータの位置指令値信号を含む制御信号を決定する。

（ステップＳ１０７）
モータ４００うち第１のワイヤ３００ａに対応するモータと第２のワイヤ３００ｂに対応するモータのそれぞれは、ステップＳ１０６で制御部５００が決定したモータの制御信号に基づいて、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの張力を変更する。

（ステップＳ１０８）
制御部５００は、歩行アシストを継続するか否かを判定する。歩行アシストを継続すると判定した場合（ステップＳ１０８でＹｅｓ）には、ステップＳ１０１に進み、そうでない場合（ステップＳ１０８でＮｏ）には歩行アシストを終了する。

以下、ステップＳ１０３について、より具体的に説明する。図１０は、本実施の形態に係る第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａの剛性の時間的変化を示すタイミング図である。

制御部５００は、右脚の歩行周期の位相が９５％の時に剛性の設定値を２００Ｎ／ｍよりも大きくする。これは、人がもっとも脚の剛性を高めている時である、足の着地時のアシストを目的としたものである。

次に、右脚の歩行周期の位相が３０％の時に、制御部５００は、２００Ｎ／ｍより大きく、かつ、９５％の時の値より小さい剛性を設定する。これにより、遊脚時の剛性（２００Ｎ／ｍ以下）への変化をなだらかにし、かつ、立脚時の剛性のアシストの効果を損なわない程度に設定することができる。

最後に、制御部５００は、右脚の歩行周期の位相が５０％の時に剛性を２００Ｎ／ｍ以下の値に設定する。このタイミングで剛性を小さくする理由は、５０％において反対側の足である左足（すなわち接地していなかった方の足）が接地し、片足のみで体重を支える必要がなくなるためであり、また、遊脚期（右脚の歩行周期の位相が６０％以上１００％以下の期間）にスムーズに脚を前に移動させるためである。

ワイヤが模擬する仮想バネの剛性の値は、右脚の歩行周期の位相が９５％以上１００％以下の期間と、０％以上３０％以下の期間とを合わせた期間でもっとも大きく、右脚の歩行周期の位相が３０％以上５０％以下の期間で、その次に大きい。また、ワイヤが模擬する仮想バネの剛性の値は、右脚の歩行周期の位相が５０％以上９５％以下の間は、最も小さい（２００Ｎ／ｍ以下の値）。制御部５００は、それぞれの剛性の値に基づいて、モータ４００を制御することで、第１のワイヤ３００ａ及び第２のワイヤ３０１ａによりそれぞれの剛性値を模擬した張力を発生させることができ、人の歩行を効果的にアシストすることが可能となる。

（実施の形態の変形例１）
本変形例において、歩行アシスト装置の外部に制御部が配置される形態を説明する。

図１１は、実施の形態における制御部５００に相当する処理部が、歩行アシスト装置１０１の外部のデバイス（外部デバイス）にある例を示した図である。外部デバイスの一例はスマートフォン５１５である。スマートフォン５１５は、センサを用い歩行間隔を計測する。

スマートフォン５１５は、実施の形態の制御回路５０１の機能を、プロセッサにより所定のプログラムを実行することで発揮する。スマートフォン５１５は、無線または有線の通信によって、モータ４００を制御するための制御信号を制御部５１０に出力する。

歩行アシスト装置１０１は、スーツ２００と、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂ、第２のワイヤ３０１ａ、第２のワイヤ３０１ｂと、モータ４００と、制御部５１０とを備える。

制御部５１０は、入出力ＩＦ５０２と、電源５０３と、通信デバイス５１１とを有する。制御回路５０１は、外部デバイスから取得した制御信号に基づいて、モータ４００を制御する。

より具体的には、スマートフォン５１５から出力されたモータ４００の制御信号を通信デバイス５１１により受信し、入出力ＩＦ５０２を経由して、モータ４００を制御する。一方、モータ４００の位置情報及びトルク情報は、入出力ＩＦ５０２から入力され、通信デバイス５１１を経由し、スマートフォン５１５へ出力される。

すなわち、スマートフォン５１５と通信デバイス５１１とが、実施の形態における制御回路５０１として機能する。このような構成により、本変形例に係る歩行アシスト装置１０１は、実施の形態の歩行アシスト装置１００と同様の機能を発揮する。また、制御がスマートフォン５１５上のプログラムによって規定されることで、プログラムの更新等の保守作業が容易になる利点もある。

（実施の形態の変形例２）
図１２は、スーツ２００の一例である。図１２のスーツ２００は、腰ベルト２０１と膝ベルト２０２a、膝ベルト２０２ｂとの機能を兼ねたパンツ形状を有する。

パンツ形状のスーツ２００の場合も、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂは、第１の位置２１１及び第２の位置２１２に固定されていればよく、第１のワイヤ３００ａ、第１のワイヤ３００ｂは、スーツ２００に縫いこまれていてもよい。また、第２のワイヤ３０１ａ、３０１ｂも同様に、第３の位置２１３及び第４の位置２１４を接続されていればよく、第２のワイヤ３０１ａ、３０１ｂは、スーツ２００に縫いこまれていてもよい。また、第１のワイヤ３００や第２のワイヤ３０１は、１本だけとは限らず、図１２に示すように、複数本のワイヤで実現してもよい。図１２に示される例では、スーツ２００は、４本の第１のワイヤ３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ、及び３００ｈを備える。

本変形例に係るスーツ２００によれば、ユーザ１は、通常の衣類を着用するのと同じ要領で、歩行アシスト装置のスーツ２００を着用することができ、利便性が高いという利点がある。また、ワイヤがスーツ２００に縫い込まれる場合には、ワイヤが外部に露出することがなく、ワイヤにユーザ１の身体、衣類その他の物体が干渉したり接触したりすることが防がれる利点がある。

なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

以上、一つまたは複数の態様に係る歩行アシスト装置などについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本開示の歩行アシスト装置は、傷病を有するユーザの歩行アシスト、疲労時の歩行アシスト、または高齢者の歩行アシストなどに利用可能である。

１ ユーザ
１１ 歩行周期設定部
１２ 目標剛性決定部
１３ 目標トルク決定部
１４ 仮想バネ自然長計算部
１５ 力制御部
２０ 歩行間隔設定部
２１ 歩行間隔計算部
３０，３０ａ，３０ｂ 圧力センサ
１００，１０１，１０２ 歩行アシスト装置
２００ スーツ
２０１ 腰ベルト
２０２，２０２ａ，２０２ｂ 膝ベルト
２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄ ワイヤ固定部
２１１ 第１の位置
２１２ 第２の位置
２１３ 第３の位置
２１４ 第４の位置
３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｅ，３００ｆ，３００ｇ，３００ｈ 第１のワイヤ
３０１，３０１ａ，３０１ｂ 第２のワイヤ
４００ モータ
５００ 制御部
５０１ 制御回路
５０２ 入出力ＩＦ
５０３ 電源
５１０ 制御部
５１１ 通信デバイス
５１５ スマートフォン

Claims (9)

1. ユーザの膝及び腰に装着されるスーツと、
   前記スーツにおける、前記ユーザの膝上に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第１のワイヤと、
   前記スーツにおける、前記ユーザの膝裏に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第２のワイヤと、
   前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤに接続される複数のモータを含み、前記複数のモータは、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤと各々対応し、
   歩行周期は、前記ユーザの一方の足が地面に着地した時を０％とし、次に前記ユーザの前記一方の足が地面に着地した時を１００％とした場合の、０％から１００％までの期間であり、
   前記複数のモータは前記ユーザの前記歩行周期における０％以上５０％以下の期間、及び９５％以上１００％以下の期間である第一期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍより大きい剛性を有するように、張力を発生させる、
   歩行アシスト装置。
2. さらに、制御回路を備え、
   前記制御回路は、
   前記歩行周期を取得し、
   取得した前記ユーザの前記歩行周期に含まれる前記第一期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍより大きい剛性を有するように、張力を発生させる制御信号を、前記複数のモータに出力する、
   請求項１に記載の歩行アシスト装置。
3. 前記複数のモータは、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤを巻き取り又は送り出すことにより、前記張力を発生させる、
   請求項１又は２に記載の歩行アシスト装置。
4. 前記複数のモータは、
   前記ユーザの前記歩行周期における５０％以上９５％以下の期間である第二期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍ以下の剛性を有するように、張力を発生させる、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
5. 前記複数のモータは、
   前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの剛性が、前記ユーザの前記歩行周期における９５％以上１００％以下の期間、及び、前記ユーザの前記歩行周期における０％以上３０％以下の期間である第三期間より、前記ユーザの前記歩行周期における３０％以上５０％以下の期間である第四期間において小さくなるように、前記張力を発生させる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
6. 歩行アシスト装置の制御方法であって、
   前記歩行アシスト装置は、
   ユーザの膝及び腰に装着されるスーツと、
   前記スーツにおける、前記ユーザの膝上に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第１のワイヤと、
   前記スーツにおける、前記ユーザの膝裏に接触する位置と、前記ユーザの腰に接触する位置とを接続する第２のワイヤと、
   前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤに接続された複数のモータと、
   制御回路とを備え、
   前記複数のモータは、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤと各々対応し、
   歩行周期は、前記ユーザの一方の足が地面に着地した時を０％とし、次に前記ユーザの前記一方の足が地面に着地した時を１００％とした場合の、０％から１００％までの期間であり、
   前記制御方法は、
   前記ユーザの前記歩行周期を、前記制御回路により取得し、
   前記ユーザの歩行周期における０％以上から５０％以下までの期間、及び、９５％以上から１００％以下までの期間である第一期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍより大きい剛性を有するように、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤに張力を前記複数のモータにより発生させための制御信号を、前記制御回路により前記複数のモータに出力する
   制御方法。
7. 前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤを巻き取り又は送り出すことにより、前記複数のモータにより前記張力を発生させる、
   請求項６に記載の制御方法。
8. 前記ユーザの前記歩行周期における５０％以上９５％以下の期間である第二期間において、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの両方が２００Ｎ／ｍ以下の剛性を有するように、前記複数のモータにより張力を発生させる、
   請求項６又は７に記載の制御方法。
9. 前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの剛性が、前記ユーザの前記歩行周期における９５％以上１００％以下の期間、及び、前記ユーザの前記歩行周期における０％以上３０％以下の期間である第三期間より、前記ユーザの前記歩行周期における３０％以上５０％以下の期間である第四期間において小さくなるように、前記複数のモータにより前記張力を発生させる
   請求項６〜８のいずれか１項に記載の制御方法。

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