JP6970050B2 - 歩行補助装置、および歩行補助装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、歩行補助装置、および歩行補助装置の制御プログラムに関する。

怪我等により一時的に歩行が困難となった患者や、身体能力の低下により慢性的に歩行が困難となった高齢者等の歩行を支援するための歩行補助装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。歩行補助装置は、例えば、使用者の踵部までの距離が予め設定された範囲内に収まるように移動制御を行う。

特開２０１５−２４１６０号公報

人間の歩行は、足裏が歩行面から離れる離地から足裏が歩行面に着く着地までの遊脚期と、着地から次の離地までの立脚期とを繰り返す。このような歩行周期において、歩行困難者がいずれの時点で健常者とは異なる動作を現すかは、疾患の状態やコンディションによってさまざまである。歩行補助装置は、使用者の疾患の状態やコンディション等の変化に伴う歩行能力の変化によって、その移動速度が使用者にとって適度なものでなくなると、適度なリハビリ効果およびリハビリ負荷を十分に維持できなくなる可能性がある。

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、使用者の安全性を高めると共に、使用者の歩行能力の変化に合わせて、適度なリハビリ効果および負荷を長期的に維持しながら歩行補助を実現する歩行補助装置を提供するものである。

本発明の第１の態様における歩行補助装置は、使用者の歩行を補助して自立移動する歩行補助装置であって、歩行時に歩行補助装置に対する使用者の足の着地位置及び離地位置の少なくとも何れかの種類の位置を検出する検出部と、検出された複数の位置の統計量としての位置を算出し、検出部の検出対象となる種類の位置に対応付けて予め定められた基準範囲に、算出した位置が含まれるか否かに基づいて、歩行補助装置の移動速度を増減させる移動制御部とを備える。

このように、使用者の運脚の特徴が特に現れる着地位置および離地位置の少なくとも何れかの位置を観察対象とし、この位置の統計値に基づいて移動速度を増減させるので、歩行補助装置は、使用者の運脚の長期的な変化を適切に把握して、使用者に適した速度に滑らかに移行することができる。すなわち、使用者は、歩行補助装置を安全に利用でき、また、適度なリハビリ効果および負荷を維持しながら歩行を続けることができる。

上記の歩行補助装置において検出部は、歩行時に歩行補助装置に対する使用者の足の着地位置と離地位置の両方の種類の位置を検出し、移動制御部は、検出された複数の着地位置の統計量としての着地位置が予め定められた基準着地範囲に含まれるか否か、および検出された複数の離地位置の統計量としての離地位置が予め定められた基準離地範囲に含まれるか否かに基づいて、歩行補助装置の移動速度を増減させても良い。

このように、使用者の運脚の特徴が特に現れる着地位置と離地位置を観察対象とし、これに基づいて移動速度を増減させるので、歩行補助装置は、使用者の運脚の異常や変化を適切に把握して、使用者に適した速度に滑らかに移行することができる。すなわち、使用者は、歩行補助装置を安全に利用でき、また、自身の歩行感覚に合致する歩行を続けることができる。

上記の歩行補助装置において、移動制御部は、歩行補助装置の進行方向に対して、着地位置が基準着地範囲よりも前方に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲よりも前方に検出された場合には、移動速度を増速させても良い。また、歩行補助装置の進行方向に対して、着地位置が基準着地範囲よりも後方に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲よりも後方に検出された場合には、移動速度を減速させても良い。すなわち、使用者の方が先行しがちであれば、歩行補助装置の速度を上げると使用者の歩行速度に合わせることができる。一方、使用者が遅れがちであれば、歩行補助装置の速度を下げると使用者の歩行速度に合わせることができる。

この場合に、移動制御部は、着地位置と基準着地範囲の距離および離地位置と基準離地範囲の距離の少なくともいずれかに基づいて増速させる度合または減速させる度合いを変更しても良い。このように増速度合、減速度合を変更することで、歩行補助装置の速度を使用者の歩行速度に同調させることができる。

あるいは、移動制御部は、着地位置が基準着地範囲の内部に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲の内部に検出された場合以外の場合には、移動速度を減速させるようにしても良い。例えばリハビリ訓練において、着地位置および離地位置がそれぞれの基準範囲から外れる場合には、好ましい運脚ではないと判断することもできる。そのような場合には、歩行補助装置の移動速度を落とすことにより、使用者に好ましい運脚を促すことができる。

この場合に、移動制御部は、着地位置と基準着地範囲の距離および離地位置と基準離地範囲の距離の少なくともいずれかに基づいて減速させる度合いを変更しても良い。このように減速度合を変更することで、歩行補助装置の速度を使用者の歩行速度に同調させることができる。

また、移動制御部は、複数歩である予め定められた基準数歩に亘って、着地位置が基準着地範囲の内部に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲の内部に検出された場合には、移動速度を増速させても良い。リハビリ訓練として歩行補助装置を利用する場合には、使用者に適度な負荷を与えることが好ましいので、順調に運脚できていると判断される場合には、負荷を高めるべく歩行補助装置の速度を上げると良い。

また、上記の歩行補助装置は、基準着地範囲および基準離地範囲の少なくともいずれかの調整を受け付ける受付部を備えると良い。使用者によって好ましい着地範囲、離地範囲は異なり得るので、歩行補助装置の移動が開始される前に使用者や補助者が基準範囲を調整できれば、使用者の歩行感覚により合致させることができる。

本発明の第２の態様における歩行補助装置の制御プログラムは、使用者の歩行を補助して自立移動する歩行補助装置の制御プログラムであって、歩行時に歩行補助装置に対する使用者の足の着地位置および離地位置の少なくとも何れかの種類の位置を検出する検出ステップと、検出された複数の位置の統計量として位置を算出し、検出ステップにおける検出対象となる種類の位置に対応付けて予め定められた基準範囲に、当該算出した位置が含まれるか否かに基づいて、歩行補助装置の移動速度を増減させる移動制御ステップとをコンピュータに実行させる。このような制御プログラムによって制御された歩行補助装置は、上記と同様に、使用者の運脚の異常や変化を適切に把握して、使用者に適した速度に滑らかに移行することができる。

本発明により、使用者の安全性を高めると共に、使用者の歩行感覚に合う滑らかな移動を実現する歩行補助装置を提供することができる。

歩行補助装置の側面概観図である。 歩行補助装置の上面概観図である。 歩行補助装置の制御ブロック図である。 基準着地範囲と基準離地範囲を説明する図である。 移動速度を増減させる第１の制御について説明する図である。 移動速度を増減させる第２の制御について説明する図である。 移動速度を増減させる第３の制御について説明する図である。 移動速度を増減させる第４の制御について説明する図である。 歩行補助装置の制御フロー図である。 変形例に係る歩行補助装置の上面概観図である。

以下、発明の実施の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。

図１は、本実施形態に係る歩行補助装置１００を側方から観察した側面概観図である。図２は、図１の状態における歩行補助装置１００を上方から観察した上面概観図である。歩行補助装置１００は、怪我等により一時的に歩行が困難となった患者のリハビリ訓練に用いられたり、身体能力の低下により慢性的に歩行が困難となった高齢者等の歩行を支援するために用いられたりする。歩行補助装置１００は、そのような使用者からの荷重を支えつつ、その歩行をリードして併走する。

歩行補助装置１００は、移動方向に沿って２つの前輪１１１と１つの後輪１１３を備える。前輪１１１は、台車基台１１０に配設され、台車基台１１０に収容された不図示のモータと減速機構によって駆動されて、駆動輪として機能する。後輪１１３は、台車基台１１０から後方へ伸延する台車フレーム１１２の後端近傍に配設され、歩行補助装置１００の移動方向に倣うように追従する従動輪として機能する。歩行補助装置１００は、３つの車輪によって３点で接地しており、使用者９００が使用していない待機状態でも自立する、静的安定車輌である。

支柱１１４は、台車基台１１０に対して立設され、使用者９００からの荷重を台車基台１１０へ伝達するための支持部材である。支柱１１４は、台車基台１１０に支持される一端側とは反対の他端側近傍で、水平方向へ突出するハンドル１１５を支持している。ハンドル１１５の先端部には、使用者９００が把持しやすいように、例えばウレタンのグリップ１１６が設けられている。グリップ１１６は、使用者９００が把持する把持部であり、使用者９００から荷重を受けて、ハンドル１１５、更には支柱１１４へその荷重を伝達する。

制御ユニット１２０は、後述の移動制御部とメモリ等を含む。制御ユニット１２０は、前輪１１１を駆動するモータの他にも、制御対象となる種々の要素と電気的に接続されている。それらの要素には、歩行補助装置１００の状態や周辺環境の状況、使用者９００の動作を観察する各種センサが含まれる。

本実施例における各種センサは、測距センサ１３０および荷重センサ１３４を含む。測距センサ１３０は、支柱１１４に固定されており、使用者９００の脚までの距離を計測する。より具体的には、測距センサ１３０は、例えばレーザレンジファインダであり、図２で示す破線で囲まれる水平面内の範囲Ｒをスキャンしてそれぞれの方向における検出距離を継続的に取得することにより、使用者９００の歩行動作を検出する。なお、図１および図２において歩行補助装置１００は、使用者９００の右側方で移動するように使用されているが、使用者の左側方で移動するようにも使用され得る。そこで、範囲Ｒは、使用者が歩行補助装置１００のどちら側に立って使用する場合であっても使用者の歩行動作を検出できるように、移動方向に対して対称な範囲が設定されている。

荷重センサ１３４は、例えば歪みセンサが用いられる。ハンドル１１５は、支柱１１４に支持されている端とグリップ１１６が配設されている箇所との間に、起歪体として形成された狭小部１１５ａを有し、荷重センサ１３４は、この狭小部１１５ａに貼着されている。したがって、使用者９００がグリップ１１６を把持すると、グリップ１１６が受ける使用者９００からの荷重に応じて狭小部１１５ａが歪み、荷重センサ１３４は、その歪み量に応じた荷重信号を出力する。

図３は、歩行補助装置１００の制御ブロック図である。移動制御部２００は、例えばＣＰＵであり、制御ユニット１２０に収容されている。移動制御部２００は、歩行補助装置１００の全体を統括的に制御する。

駆動輪ユニット２１０は、駆動輪である前輪１１１を駆動するための駆動回路やモータを含み、台車基台１１０に収容されている。移動制御部２００は、駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送ることにより、前輪１１１の回転制御を実行する。車速センサ２２０は、前輪１１１の回転量を監視して、歩行補助装置１００の速度を検出する。車速センサ２２０は、移動制御部２００の要求に応じて、検出結果を速度信号として移動制御部２００へ送信する。移動制御部２００は、設定された速度と車速センサ２２０の出力から計算された現在の速度との差が０となるように、駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送信する。

メモリ２３０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２３０は、歩行補助装置１００を制御するための制御プログラムの他にも、制御に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶している。

測距センサ１３０は、上述のように、使用者９００の脚までの距離を検出する。測距センサ１３０は、移動制御部２００の要求に応じて、検出結果を測距信号として移動制御部２００へ送信する。荷重センサ１３４は、上述のように、使用者がグリップに加える荷重を検出する。荷重センサ１３４は、移動制御部２００の要求に応じて、検出結果を荷重信号として移動制御部２００へ送信する。

歩行補助装置１００は、使用者９００がグリップ１１６を掴んだら、前進移動を開始する。移動制御部２００は、荷重センサ１３４からの荷重信号が何らかの荷重を検出した値となった場合に、使用者９００がグリップ１１６を掴んだと判断する。移動制御部２００は、移動を開始すると、予め定められた目標速度となるように加速する。目標速度は、訓練補助者が使用者９００のコンディションを判断して入力したり、前回の訓練終了時の目標速度が引き継がれたり、標準的な基準値が自動的に設定されたりする。

歩行補助装置１００が目標速度の一定速度で移動すると、使用者９００は、付いていくことが大変であったり、一歩一歩の運脚の周期性に対して不一致感を覚えたりすることがある。使用者９００のコンディションは、その時々において異なり、歩行中にも刻々と変化し得る。したがって、移動制御部２００は、使用者９００のコンディションに合わせて移動速度を調整することが望ましい。

ところで、人間の歩行は、足裏が歩行面から離れる離地から足裏が歩行面に着く着地までの遊脚期と、着地から次の離地までの立脚期とを繰り返す。このような歩行周期において、歩行困難者がいずれの時点で健常者とは異なる動作を現すかは、疾患の状態やコンディションによってさまざまである。歩行補助装置は、使用者の脚の動きを逐次追跡してリアルタイムに速度を変更すると移動の安定性が損なわれてしまい、逆に脚の動きを監視する間隔が空き過ぎると運脚の異常や変化を見落としてしまう場合もある。

そこで、本実施形態における歩行補助装置１００は、使用者９００の運脚の特徴が特に現れる着地位置と離地位置を観察対象として、これに基づいて移動速度を増減させる。図４は、基準着地範囲Ｒｃと基準離地範囲Ｒｄを説明する図である。基準着地範囲Ｒｃは、好ましい運脚において足裏の基準点が着地する歩行面上の範囲であり、歩行補助装置１００に対して相対的に定められる。同様に、基準離地範囲Ｒｄは、好ましい運脚において足裏の基準点が離地する歩行面上の範囲であり、歩行補助装置１００に対して相対的に定められる。基準着地範囲Ｒｃ及び基準離地範囲Ｒｄの少なくとも何れかを基準範囲として総称する。

座標系は、図示するように、移動方向へｘ軸方向を定め、ｘ軸と直交する方向へｙ軸方向を定める。このように座標系を定めると、基準着地範囲Ｒｃは、｛ｘ_ｃ１＞ｘ＞ｘ_ｃ２，ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２｝で表され、基準離地範囲Ｒｄは、｛ｘ_ｄ１＞ｘ＞ｘ_ｄ２，ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２｝で表される。なお、図の例は、歩行補助装置１００が使用者９００の右側方で移動するように使用された場合の基準着地範囲Ｒｃと基準離地範囲Ｒｄを示す。歩行補助装置１００が使用者９００の左側方で移動するように使用される場合には、それぞれの範囲は、台車フレーム１１２に対して対称に設定される。

移動制御部２００は、着地時および離地時の少なくとも何れかにおいて、使用者９００の足裏の基準点Ｆｐのｘ座標値およびｙ座標値を検出する。具体的には、移動制御部２００は、移動制御中には測距センサ１３０から測距信号を逐次取得しており、観察対象となる脚（図の例では移動制御部２００側の右脚）までの距離と方向を認識している。そして、認識された距離と方向の変化における周期性を運脚の周期性として認識し、その最近点を着地に対応する点と推定し、最遠点を離地に対応する点と推定する。実際には、測距センサ１３０は、接地位置をスキャンしているのではなくある高さの脚部をスキャンしているので、移動制御部２００は、スキャンによって得られた座標値を、脚部と足裏の相対的な位置関係を利用して、基準点Ｆｐの座標値に変換する。基準点Ｆｐは、使用者の少なくとも１歩行動作前の過去の歩行において検出された基準点Ｆｐを含む複数の基準点Ｆｐを用いて算出し直される統計量としての基準点Ｆｐとすることができる。統計量としての基準点Ｆｐは、例えば、過去の基準点Ｆｐを含む複数の基準点Ｆｐの平均値として算出し直される基準点Ｆｐや、中央値として算出し直される基準点Ｆｐとすることができる。過去の基準点Ｆｐを含む複数の基準点Ｆｐの選び方は、例えば、最も新しく検出された基準点Ｆｐと、そこから過去に所定歩行回数（設定歩行回数）または所定期間（設定期間）遡った期間に検出された少なくとも１つの基準点Ｆｐと、から成るように選ぶようにしても良い。あるいは、最も新しく検出された基準点Ｆｐを除き、そこから過去に所定歩行回数（設定歩行回数）または所定期間（設定期間）遡った期間に検出された少なくとも１つの基準点Ｆｐとして選ぶようにしても良い。

そして、移動制御部２００は、着地時および離地時のそれぞれにおいて、使用者９００の足裏の基準点Ｆｐを算出する場合は、着地位置である着地時点の基準点Ｆｐが基準着地範囲Ｒｃに含まれるか否か、および離地位置である離地時点の基準点Ｆｐが基準着地範囲Ｒｄに含まれるか否かに基づいて、移動速度を増減させる制御を実行する。以下に、移動開始後に移動速度を増減させる制御の例についていくつか説明する。

図５は、移動速度を増減させる第１の制御について説明する図である。図５の上図は、測距センサ１３０の測距信号から算出される、基準点Ｆｐの着地位置と離地位置におけるｘ座標値の時間推移の例を表す。図５の中図は、測距センサ１３０の測距信号から算出される、基準点Ｆｐの着地位置と離地位置におけるｙ座標値の時間推移の例を表す。共に、四角で示されるプロットが離地位置を表し、三角で示されるプロットが着地位置を表す。図４の下図は、速度Ｖの時間推移を示す。いずれも、横軸は時間経過を表し、相互の図において時間の推移は上下で一致している。

上図において、四角で示されるプロットがｘ_ｄ１とｘ_ｄ２の間に示されるドットの帯部分に存在すれば、ｘ座標については離地位置が基準離地範囲Ｒｄに含まれていることがわかる。同様に、三角で示されるプロットがｘ_ｃ１とｘ_ｃ２の間に示されるドットの帯部分に存在すれば、ｘ座標については着地位置が基準着地範囲Ｒｃに含まれていることがわかる。また、中図において、四角で示されるプロットがｙ_１とｙ_２の間に示されるドットの帯部分に存在すれば、ｙ座標については離地位置が基準離地範囲Ｒｄに含まれていることがわかる。同様に、三角で示されるプロットがｙ_１とｙ_２の間に示されるドットの帯部分に存在すれば、ｙ座標については着地位置が基準着地範囲Ｒｃに含まれていることがわかる。

移動制御部２００は、第１の制御において、着地位置が基準着地範囲Ｒｃの内部に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲Ｒｄの内部に検出された場合以外の場合に、移動速度を減速させる。そこで、移動制御部２００は、連続する離地と着地の組を判断の対象と定め、それぞれが基準離地範囲Ｒｄ、基準着地範囲Ｒｃの内部に検出されたか否かを判断する。

歩行補助装置１００は、時刻ｔ_１１の時点で、速度Ｖ_１で移動しているとする。移動制御部２００は、時刻ｔ_１１で、離地を検出すると共にその位置を算出し、基準離地範囲Ｒｄに含まれるか否かを判断する。そして続く時刻ｔ_１２で、着地を検出すると共にその位置を算出し、基準着地範囲Ｒｃに含まれるか否かを判断する。この連続する離地と着地の周期ａｕ_１においては、離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれているので、移動制御部２００は、時刻ｔ_１２後に速度調整を行わず、速度Ｖ_１を維持する。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_２において、周期ａｕ_１と同様に離地（時刻ｔ_１３）と着地（時刻ｔ_１４）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_２においては、離地位置は基準離地範囲Ｒｄに含まれているものの、着地位置は基準着地範囲Ｒｃからｘ軸方向にはみ出している。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_１４後にΔｖだけ速度を下げる減速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_１からＶ_２へ減速する。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_３において、離地（時刻ｔ_１５）と着地（時刻ｔ_１６）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_３においては、離地位置は基準離地範囲Ｒｄに含まれているものの、着地位置は基準着地範囲Ｒｃからｙ軸方向にはみ出している。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_１６後に再度Δｖだけ速度を下げる減速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_２からＶ_３へ減速する。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_４において、離地（時刻ｔ_１７）と着地（時刻ｔ_１８）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_４においては、周期ａｕ_１にと同様に離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれているので、移動制御部２００は、時刻ｔ_１８後に速度調整を行わず、速度Ｖ_３を維持する。

以上のような制御を行えば、例えばリハビリ訓練において、移動速度が早いために余裕がなく好ましくない運脚となっている場合に、減速することにより使用者９００に好ましい運脚を促すことができる。また、無理な運脚を継続させることを回避できるので、使用者９００の安全性を高めることも期待できる。

図６は、移動速度を増減させる第２の制御について説明する図である。図６の上図、中図、下図は、それぞれ図５の上図、中図、下図と同様の形式により、基準点Ｆｐのｘ座標値、ｙ座標値と歩行補助装置１００の速度Ｖの時間推移を表す。

移動制御部２００は、第２の制御において、歩行補助装置１００の進行方向に対して、着地位置が基準着地範囲Ｒｃよりも前方に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲Ｒｄよりも前方に検出された場合に、移動速度を増速させる。また、着地位置が基準着地範囲Ｒｃよりも後方に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲Ｒｄよりも後方に検出された場合に、移動速度を減速させる。ただし、上記の増速の条件を満たす場合であっても、進行方向に直交する方向に基準範囲から外れる場合は増速しない。そこで、移動制御部２００は、連続する離地と着地の組を判断の対象と定め、それぞれが基準離地範囲Ｒｄ、基準着地範囲Ｒｃに対して上記の条件を満たすか否かを判断する。

歩行補助装置１００は、時刻ｔ_２１の時点で、速度Ｖ_２で移動しているとする。移動制御部２００は、周期ａｕ_１において、離地（時刻ｔ_２１）と着地（時刻ｔ_２２）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_１において、離地位置は、ｘ方向に基準離地範囲Ｒｄより前方であり（ｘ＞ｘ_ｄ１）、ｙ方向は基準離地範囲Ｒｄの幅に収まっている（ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２）。また、着地位置は、ｘ方向に基準着地範囲Ｒｃより前方であり（ｘ＞ｘ_ｃ１）、ｙ方向は基準着地範囲Ｒｃの幅に収まっている（ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２）。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_２２後にΔｖだけ速度を上げる増速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_２からＶ_１へ増速する。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_２において、離地（時刻ｔ_２３）と着地（時刻ｔ_２４）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_２において、離地位置は、ｘ方向に基準離地範囲Ｒｄより前方であるが（ｘ＞ｘ_ｄ１）、ｙ方向は基準離地範囲Ｒｄの幅から外れている（ｙ＞ｙ_１）。着地位置は、ｘ方向に基準着地範囲Ｒｃより前方であり（ｘ＞ｘ_ｃ１）、ｙ方向は基準着地範囲Ｒｃの幅に収まっている（ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２）。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_２４後もそれまでの速度Ｖ_１を維持する。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_３において、離地（時刻ｔ_２５）と着地（時刻ｔ_２６）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_３において、離地位置は、ｘ方向に基準離地範囲Ｒｄより後方である（ｘ_ｄ２＞ｘ）。また、着地位置は、ｘ方向に基準着地範囲Ｒｃより後方である（ｘ_ｃ２＞ｘ）。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_２６後にΔｖだけ速度を下げる減速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_１からＶ_２へ減速する。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_４において、離地（時刻ｔ_２７）と着地（時刻ｔ_２８）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_４においては、離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれているので、移動制御部２００は、時刻ｔ_２８後に速度調整を行わず、速度Ｖ_２を維持する。

以上のような制御を行えば、使用者９００の歩行が先行しがちであれば、歩行補助装置１００の速度を上げることにより使用者９００の歩行速度に合わせることができる。一方、使用者９００が遅れがちであれば、歩行補助装置１００の速度を下げることにより使用者９００の歩行速度に合わせることができる。すなわち、使用者９００の歩行感覚に合う滑らかな移動を実現することができる。また、運脚が乱れたと推定されるような場合には増速しないので、使用者９００の安全性を高めることも期待できる。

図７は、移動速度を増減させる第３の制御について説明する図である。図７の上図、中図、下図は、それぞれ図５の上図、中図、下図と同様の形式により、基準点Ｆｐのｘ座標値、ｙ座標値と歩行補助装置１００の速度Ｖの時間推移を表す。

第２の制御においては、増速する場合も、減速する場合も、その変化量はΔｖの一定とした。移動制御部２００は、第３の制御において、着地位置と基準着地範囲Ｒｃの距離および離地位置と基準離地範囲Ｒｄの距離の少なくともいずれかに基づいて増速させる度合または減速させる度合いを変更する。

歩行補助装置１００は、時刻ｔ_３１の時点で、速度Ｖ_３で移動しているとする。移動制御部２００は、周期ａｕ_１において、離地（時刻ｔ_３１）と着地（時刻ｔ_３２）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_１において、離地位置は、ｘ方向に基準離地範囲Ｒｄより前方であり（ｘ＞ｘ_ｄ１）、ｙ方向は基準離地範囲Ｒｄの幅に収まっている（ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２）。また、着地位置は、ｘ方向に基準着地範囲Ｒｃより前方であり（ｘ＞ｘ_ｃ１）、ｙ方向は基準着地範囲Ｒｃの幅に収まっている（ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２）。また、着地位置は、ｘ方向において基準着地範囲Ｒｃから距離ｈ_１だけ離れている。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_３２後に距離ｈ_１に比例する大きさであるΔｖ_１だけ速度を上げる増速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_３からＶ_２へ増速する。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_２において、離地（時刻ｔ_３３）と着地（時刻ｔ_３４）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_２において、離地位置は、ｘ方向に基準離地範囲Ｒｄより前方であり（ｘ＞ｘ_ｄ１）、ｙ方向は基準離地範囲Ｒｄの幅に収まっている（ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２）。また、着地位置は、ｘ方向に基準着地範囲Ｒｃより前方であり（ｘ＞ｘ_ｃ１）、ｙ方向は基準着地範囲Ｒｃの幅に収まっている（ｙ_１＞ｙ＞ｙ_２）。また、着地位置は、ｘ方向において基準着地範囲Ｒｃから距離ｈ_２だけ離れている。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_３４後に距離ｈ_２に比例する大きさであるΔｖ_２だけ速度を上げる増速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_２からＶ_１へ増速する。なお、図示するように、ｈ_１＞ｈ_２であるので、Δｖ_１＞Δｖ_２の関係を満たす。すなわち、離間距離が大きいほど、増速の度合を大きくしている。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_３において、離地（時刻ｔ_３５）と着地（時刻ｔ_３６）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_３において、離地位置は、ｘ方向に基準離地範囲Ｒｄより後方である（ｘ_ｄ２＞ｘ）。また、着地位置は、ｘ方向に基準着地範囲Ｒｃより後方である（ｘ_ｃ２＞ｘ）。また、着地位置は、ｘ方向において基準着地範囲Ｒｃから距離ｈ_３だけ離れている。そこで、移動制御部２００は、時刻ｔ_３６後に距離ｈ_３に比例する大きさであるΔｖ_３だけ速度を下げる減速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_１からＶ_４へ減速する。なお、減速の場合も増速の場合に倣って、離間距離が大きいほど、減速の度合を大きくする。

移動制御部２００は、続く周期ａｕ_４において、離地（時刻ｔ_３７）と着地（時刻ｔ_３８）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_４においては、離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれているので、移動制御部２００は、時刻ｔ_３８後に速度調整を行わず、速度Ｖ_４を維持する。

以上のような制御を行えば、使用者９００の歩行が先行しがちであれば、その先行する度合に応じて歩行補助装置１００の速度を上げることにより、使用者９００の歩行速度により合致させることができる。一方、使用者９００が遅れがちであれば、その遅れる度合に応じて歩行補助装置１００の速度を下げることにより、使用者９００の歩行速度により合致させることができる。すなわち、使用者９００の歩行感覚に合うより滑らかな移動を実現することができる。なお、上記の制御においては、着地位置がｘ方向において基準着地範囲Ｒｃからどれだけ離れているかを基準に増速量、減速量を決定したが、離地位置がｘ方向において基準離地範囲Ｒｄからどれだけ離れているかを基準に増速量、減速量を決定しても良い。あるいは、両者の平均を取るなどして基準を定め、増速量、減速量を決定しても良い。

図８は、移動速度を増減させる第４の制御について説明する図である。図８の上図、中図、下図は、それぞれ図５の上図、中図、下図と同様の形式により、基準点Ｆｐのｘ座標値、ｙ座標値と歩行補助装置１００の速度Ｖの時間推移を表す。

第１から第３の制御においては、着地位置と離地位置がそれぞれ基準範囲に含まれる場合には、それまでの速度を維持した。移動制御部２００は、第４の制御において、複数歩である予め定められた基準数歩に亘って、着地位置が基準着地範囲Ｒｃの内部に検出され、かつ、離地位置が基準離地範囲Ｒｄの内部に検出された場合には、移動速度を増速させる。

歩行補助装置１００は、時刻ｔ_４１の直前の周期で減速して速度Ｖ_２で移動しているとする。移動制御部２００は、周期ａｕ_１において、離地（時刻ｔ_４１）と着地（時刻ｔ_４２）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_１においては、離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれている。続いて、周期ａｕ_２において、離地（時刻ｔ_４３）と着地（時刻ｔ_４４）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_２においても、離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれている。続いて、周期ａｕ_３において、離地（時刻ｔ_４４）と着地（時刻ｔ_４５）についてそれぞれ判断を行う。周期ａｕ_３においても、離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれている。ここで、３周期に亘って離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれていたことになるので、移動制御部２００は、時刻ｔ_４６後にΔｖだけ速度を上げる増速調整を行う。この調整により、歩行補助装置１００の移動速度は、Ｖ_２からＶ_１へ増速する。移動制御部２００は、周期ａｕ_３後に増速処理を行ったら、続く周期ａｕ_４からは、更に３周期に亘って離地位置も着地位置もそれぞれの基準範囲に含まれるか判断する。

以上のような制御を行えば、使用者９００の運脚が一定期間に亘って順調であるときには、使用者９００に与える負荷を増して、リハビリ訓練としての効果を高めることができる。なお、上記の例では３周期分の歩数を基準歩数としたが、基準歩数は、使用者９００の状態や期待する訓練効果等を考慮して設定される。

歩行補助装置１００は、以上説明した第１の制御から第４の制御のいずれも採用することができるが、いずれの制御を採用するかを状況に応じて選択できるようにしても良い。また、例えば第１の制御と第４の制御のように、組み合わせられるものについては、組み合わせて採用しても良い。例えば第１の制御と第３の制御を組み合わせる場合には、減速するΔｖを、基準着地範囲Ｒｃと着地位置との距離ｈに比例する値に設定することができる。どのような制御を採用するかについては、補助者等が、使用開始時に使用者の状態やコンディションを判断して、それに適した制御をメニュー画面から選択できるようにしても良い。

また、歩行補助装置１００は、基準着地範囲Ｒｃおよび基準離地範囲Ｒｄの少なくともいずれかの調整を受け付ける受付部を備えても良い。使用者９００等が、例えばディスプレイに表示された基準着地範囲Ｒｃおよび基準離地範囲Ｒｄのイラストの大きさや位置を変更すれば、移動制御部２００は、その変更に合わせて基準着地範囲Ｒｃおよび基準離地範囲Ｒｄを調整する。

次に、歩行補助装置１００の速度制御に関する制御フローを説明する。図９は、歩行補助装置１００の制御フロー図である。ここでは、上述の第１の制御と第４の制御を組み合わせて採用した場合の制御フローについて説明する。

移動制御部２００は、使用者９００がグリップ１１６を把持したことを検出したら、ステップＳ１０１で、フラグ変数ｋ_１とカウンタ変数ｋ_２をリセットし、現在の目標速度Ｖ_ｎｏｗに初期目標速度Ｖ_０を代入する。移動制御部２００は、移動速度が目標速度Ｖ_ｎｏｗに追従するように、車速センサ２２０の出力に応じて駆動輪ユニット２１０へ駆動信号を送信する。

移動制御部２００は、ステップＳ１０２へ進み、測距センサ１３０の出力信号を取得して離地位置（ｘ，ｙ）を検出する。そして、ステップＳ１０３で、離地位置（ｘ，ｙ）が基準離地範囲Ｒｄに含まれるか否かを判断する。移動制御部２００は、ｘ_ｄ１＞ｘ＞ｘ_ｄ２とｙ_１＞ｙ＞ｙ_２が同時に満たされる場合に、離地位置（ｘ，ｙ）が基準離地範囲Ｒｄに含まれると判断する。含まれると判断した場合は、ステップＳ１０５へ進み、含まれないと判断した場合は、ステップＳ１０４でフラグ変数ｋ_１を１にした後にステップＳ１０５へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１０５へ進み、測距センサ１３０の出力信号を取得して着地位置（ｘ，ｙ）を検出する。そして、ステップＳ１０６で、着地位置（ｘ，ｙ）が基準着地範囲Ｒｃに含まれるか否かを判断する。移動制御部２００は、ｘ_ｃ１＞ｘ＞ｘ_ｃ２とｙ_１＞ｙ＞ｙ_２が同時に満たされる場合に、着地位置（ｘ，ｙ）が基準着地範囲Ｒｃに含まれると判断する。含まれると判断した場合は、ステップＳ１０８へ進み、含まれないと判断した場合は、ステップＳ１０７でフラグ変数ｋ_１を１にした後にステップＳ１０８へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１０８へ進むと、フラグ変数ｋ_１が１であるか否かを確認する。１であると確認した場合は、ステップＳ１０９へ進み、１でないと確認した場合は、ステップＳ１１０でカウンタ変数ｋ_２をインクリメントしてステップＳ１１１へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１０９へ進むと、移動速度をΔｖだけ減速する。具体的には、現在設定されている目標速度Ｖ_ｎｏｗからΔｖだけ差し引いて新たな目標速度に設定する。駆動輪ユニット２１０は、実際の移動速度が新たな目標速度に追従するように駆動輪の駆動を調整する。また、移動制御部２００は、フラグ変数ｋ_１とカウンタ変数ｋ_２をリセットする。これらの処理が完了したらステップＳ１１１へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１１１へ進むと、カウンタ変数ｋ_２が３であるか否かを確認する。３であると確認した場合は、ステップＳ１１２へ進み、３でないと確認した場合は、ステップＳ１１３へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１１２へ進むと、移動速度をΔｖだけ増速する。具体的には、現在設定されている目標速度Ｖ_ｎｏｗにΔｖだけ加えて新たな目標速度に設定する。駆動輪ユニット２１０は、実際の移動速度が新たな目標速度に追従するように駆動輪の駆動を調整する。また、移動制御部２００は、カウンタ変数ｋ_２をリセットする。これらの処理が完了したらステップＳ１１３へ進む。

移動制御部２００は、ステップＳ１１３で、停止指令があったか否かを確認する。停止指令は、荷重センサ１３４からの荷重信号により使用者９００がグリップ１１６を離したことを検出した場合等に生成される。移動制御部２００は、停止指令がないと確認すればステップＳ１０２へ戻り、停止指令があったと確認すれば、歩行補助装置１００の移動を停止させて、一連の処理を終了する。

次に、歩行補助装置１００の変形例について説明する。図１０は、変形例に係る歩行補助装置１０１の上面概観図である。

歩行補助装置１００は、左脚が患脚である使用者であれば、歩行補助装置１００の左側に立って右手でグリップ１１６を把持し、右脚が患脚である使用者であれば、歩行補助装置１００の右側に立って左手でグリップ１１６を把持することを想定していた。しかし、歩行補助装置１０１は、およそ歩行補助装置１００を移動方向に対して左右に２つ並べてこれらを連結バー１１８で連結した構造を有する。測距センサ１３０は、連結バー１１８の中央付近に配設される。

このような構造であれば、使用者９００が右脚を患う患者であっても左脚を患う患者であっても歩行補助装置１０１の中央に立つことができる。使用者９００は、自身の状態に応じて右手グリップ１１６Ｒを把持しても良いし、左手グリップ１１６Ｌを把持しても良い。また、歩行途中で持ち替えても良い。

また、このような構造であれば、測距センサ１３０は、右脚も左脚も良好に検出できる。したがって、移動制御部２００は、右足の着地位置と離地位置を基準としても良いし、左足の着地位置と離地位置を基準としても良い。

以上説明した実施形態においては、使用者９００の足裏の基準点Ｆｐのｘ座標値およびｙ座標値を検出するために、測距センサ１３０を用いたが、他のセンサであっても構わない。例えば、足元を撮影するカメラを設置すれば、取得される映像を処理して、離地位置および着地位置を演算することができる。

なお、歩行補助装置を、歩行時に前記歩行補助装置に対する前記使用者の足の着地位置と離地位置を検出する検出部と、前記着地位置が予め定められた基準着地範囲に含まれるか否か、および前記離地位置が予め定められた基準離地範囲に含まれるか否かに基づいて、前記歩行補助装置の移動速度を増減させる移動制御部とを備えるように構成しても良い。このような構成の歩行補助装置であっても、使用者の安全性を高めると共に、使用者の歩行感覚に合う滑らかな移動を実現することができる。すなわち、従来の歩行補助装置が、使用者の脚の動きを逐次追跡してリアルタイムに速度を変更するために移動の安定性が損なわれたり、逆に脚の動きを監視する間隔が空き過ぎて運脚の異常や変化を見落したりするという課題を克服することができる。

１００、１０１ 歩行補助装置、１１０ 台車基台、１１１ 前輪、１１２ 台車フレーム、１１３ 後輪、１１４ 支柱、１１５ ハンドル、１１５ａ 狭小部、１１６ グリップ、１１８ 連結バー、１２０ 制御ユニット、１３０ 測距センサ、１３４ 荷重センサ、１３６ 測距センサ、２１０ 駆動輪ユニット、２２０ 車速センサ、２３０ メモリ、９００ 使用者

Claims (10)

1. 使用者の歩行を補助して自立移動する歩行補助装置であって、
   歩行時に前記歩行補助装置に対する前記使用者の足の着地位置及び離地位置の少なくとも何れかの種類の位置を検出する検出部と、
   前記検出された複数の位置の統計量としての位置を算出し、前記検出部の検出対象となる種類の位置に対応付けて予め定められた基準範囲に、当該算出した位置が含まれるか否かに基づいて、前記歩行補助装置の移動速度を増減させる移動制御部と
   を備える歩行補助装置。
2. 前記検出部は、歩行時に前記歩行補助装置に対する前記使用者の足の着地位置と離地位置の両方の種類の位置を検出し、
   移動制御部は、前記検出された複数の着地位置の統計量としての着地位置が予め定められた基準着地範囲に含まれるか否か、および前記検出された複数の離地位置の統計量としての離地位置が予め定められた基準離地範囲に含まれるか否かに基づいて、前記歩行補助装置の移動速度を増減させる請求項１に記載の歩行補助装置。
3. 前記移動制御部は、前記歩行補助装置の進行方向に対して、前記着地位置が前記基準着地範囲よりも前方に検出され、かつ、前記離地位置が前記基準離地範囲よりも前方に検出された場合には、前記移動速度を増速させる請求項２に記載の歩行補助装置。
4. 前記移動制御部は、前記歩行補助装置の進行方向に対して、前記着地位置が前記基準着地範囲よりも後方に検出され、かつ、前記離地位置が前記基準離地範囲よりも後方に検出された場合には、前記移動速度を減速させる請求項２または３に記載の歩行補助装置。
5. 前記移動制御部は、前記着地位置と前記基準着地範囲の距離および前記離地位置と前記基準離地範囲の距離の少なくともいずれかに基づいて増速させる度合または減速させる度合いを変更する請求項３または４に記載の歩行補助装置。
6. 前記移動制御部は、前記着地位置が前記基準着地範囲の内部に検出され、かつ、前記離地位置が前記基準離地範囲の内部に検出された場合以外の場合には、前記移動速度を減速させる請求項２に記載の歩行補助装置。
7. 前記移動制御部は、前記着地位置と前記基準着地範囲の距離および前記離地位置と前記基準離地範囲の距離の少なくともいずれかに基づいて減速させる度合いを変更する請求項６に記載の歩行補助装置。
8. 前記移動制御部は、複数歩である予め定められた基準数歩に亘って、前記着地位置が前記基準着地範囲の内部に検出され、かつ、前記離地位置が前記基準離地範囲の内部に検出された場合には、前記移動速度を増速させる請求項２、６および７のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
9. 前記基準着地範囲および前記基準離地範囲の少なくともいずれかの調整を受け付ける受付部を備える請求項２から８のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
10. 使用者の歩行を補助して自立移動する歩行補助装置の制御プログラムであって、
    歩行時に前記歩行補助装置に対する前記使用者の足の着地位置および離地位置の少なくとも何れかの種類の位置を検出する検出ステップと、
    前記検出された複数の位置の統計量として位置を算出し、前記検出ステップにおける検出対象となる種類の位置に対応付けて予め定められた基準範囲に、当該算出した位置が含まれるか否かに基づいて、前記歩行補助装置の移動速度を増減させる移動制御ステップと
    をコンピュータに実行させる歩行補助装置の制御プログラム。

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