JP7028104B2 - 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、使用者が把持部を把持すると予め設定された速度で前進するように制御される。

特開２０１５－２４１６０号公報

使用者が進行方向に対して側方に立って利用するタイプの歩行補助装置の場合、歩行補助装置が旋回するときに、使用者は大きく歩幅を広げたり、場合によっては退歩しなければならなかったりすることがあった。

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、旋回時において使用者に不自然な運脚を強いることのない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、脚を患う使用者の歩行を補助する歩行補助装置であって、歩行補助装置を駆動する駆動部と、旋回の指示操作を受け付ける操作受付部と、操作受付部が受け付けた指示操作に基づいて旋回半径を決定する決定部と、決定部によって決定された旋回半径で旋回するように駆動部を制御する駆動制御部とを備え、決定部が決定する旋回半径の下限値は、進行方向に沿って使用者が立つ側へ旋回する場合よりも反対側へ旋回する場合の方が小さく設定されている。このように旋回半径の下限値が制限されることにより、歩行補助装置が進行方向に沿ってどちら側へ旋回する場合であっても、使用者は不自然な運脚を強いられることなく歩行補助装置に随行することができる。

上記の歩行補助装置において、決定部が決定する旋回半径の下限値は、進行方向に沿って使用者が立つ側へ旋回する場合には、歩行補助装置から使用者の外側の脚の着地地点までの距離を基準として定められると良い。このように下限値が設定されると、使用者は旋回時に退歩を強いられることがない。また、決定部は、操作受付部が受け付けた指示操作における操作量に応じて旋回半径を決定すると良い。最小の旋回半径で旋回するばかりでなく様々な旋回半径で旋回できれば、多様なリハビリ訓練を行うことができる。

また、上記の歩行補助装置において操作受付部は、使用者に随行する介助者が把持する把持部に設けられていると良い。介助者が旋回の操縦を行うことにより、効果的で安全なリハビリ訓練を行うことができる。

さらに、上記の歩行補助装置において駆動部は、進行方向に対して両側にそれぞれ配置され互いに独立して駆動される独立駆動輪であり、駆動制御部は、決定部によって決定された旋回半径で旋回するように、かつ、いずれの独立駆動輪も旋回前の回転速度を上回らないように、独立駆動輪のそれぞれの回転速度を調整すると良い。このような独立駆動輪を採用すると、旋回半径を自在に調整しやすい。また、旋回時の速度が旋回前の速度を上回らないように調整すると、使用者は、歩行の連続性を確保できるので、より自然な運脚を行える。

また、上記の歩行補助装置において駆動制御部は、進行方向に沿って使用者が立つ側へ旋回する場合と反対側へ旋回する場合とで使用者が体感する速度差を軽減するための独立駆動輪の回転速度調整を行うことができる。旋回する方向によって旋回半径の下限値を異ならせると、旋回する方向によって使用者が体感する速度感に差を生じさせ得るが、このように独立駆動輪の回転速度を調整すれば、その違和感を軽減することができる。

また、上記の歩行補助装置において決定部は、操作受付部が受け付けた指示操作に基づかない旋回信号を受信した場合は、下限値の設定に関わらず旋回半径を決定しても良い。緊急事態の発生や、周辺障害物の存在によっては円滑な運脚よりも急な旋回を優先した方が良い場合もあるので、このような構成を採用することにより、様々な状況に対処し得る。

本発明の第２の態様における制御プログラムは、脚を患う使用者の歩行を補助する歩行補助装置の制御プログラムであって、旋回の指示操作を受け付ける受付ステップと、受付ステップで受け付けた指示操作に基づいて旋回半径を決定する決定ステップと、決定ステップで決定された旋回半径で旋回するように歩行補助装置を駆動する駆動部を制御する駆動制御ステップとをコンピュータに実行させ、決定ステップが決定する旋回半径の下限値は、進行方向に沿って使用者が立つ側へ旋回する場合よりも反対側へ旋回する場合の方が小さく設定されている。このような制御プログラムが実行されて動作する歩行補助装置によれば、進行方向に沿ってどちら側へ旋回する場合であっても、使用者は不自然な運脚を強いられることなく歩行補助装置に随行することができる。

本発明により、旋回時において使用者に不自然な運脚を強いることのない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。 使用者が立つ側とは反対側へ歩行補助装置が旋回する様子を示す上面概観図である。 使用者が立つ側へ歩行補助装置が旋回する様子を示す上面概観図である。 旋回半径の下限値を説明する図である。 ジョイスティックの操作量と旋回半径の関係を示す図である。 ジョイスティックの操作量と速度調整係数の関係を示す図である。 歩行補助装置の制御フロー図である。 変形例に係るジョイスティックの操作量と旋回速度の関係を示す図である。

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９００からの荷重を支えつつ、その歩行をリードして併走する。本実施形態においては、脚を患う患者である使用者９００が、使用者に随行する介助者９１０の介助を受けてリハビリ訓練を行う利用例について説明する。

歩行補助装置１００は、進行方向に対して両側にそれぞれ配置された２つの前輪１１１（右駆動輪１１１ａ、左駆動輪１１１ｂ）と、１つの後輪１１３を備える。具体的には、２つの前輪１１１は、台車基台１１０に設けられており、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互いに独立して駆動される独立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の進行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。

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。換言すると、使用者９００は、進行方向に対して歩行補助装置１００の左側方に立っている。

本実施形態においては、使用者９００がこのように立って歩行補助装置１００を利用する場合について説明するが、使用者９００は、進行方向に対して歩行補助装置１００の右側方に立って使用することもできる。そこで、範囲Ｒは、使用者９００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９００の歩行動作を検出できるように、進行方向に対して対称な範囲が設定されている。なお、測距センサ１３０は、使用者９００の歩行動作を検出すると共に、使用開始時においては、使用者９００が歩行補助装置１００のどちら側に立っているかを検出する立脚検出器としての機能も担う。

補助支柱１４４は、台車フレーム１１２に対して立設されている。補助支柱１４４は、台車フレーム１１２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補助ハンドル１４５を支持している。補助ハンドル１４５の先端部には、介助者９１０が把持しやすいように、例えばウレタンの補助グリップ１４６が設けられている。介助者９１０は、使用者９００を介助するにあたり、歩行補助装置１００を前進、旋回、停止させるために補助グリップ１４６を把持する。

補助グリップ１４６には、歩行補助装置１００を旋回させる指示操作を介助者９１０から受け付ける操作受付部としてのジョイスティック１４７が設けられている。ジョイスティック１４７は、進行方向に対して左右に傾けることができるように構成されており、介助者９１０が右へ傾けると進行方向に沿って右へ旋回させる旋回信号を出力し、左へ傾けると進行方向に沿って左へ旋回させる旋回信号を出力する。

また、補助ハンドル１４５には、例えば歪みセンサである荷重センサ１３４が埋め込まれており、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。歩行補助装置１００は、介助者９１０が補助グリップ１４６を前方へ押し出せば、その押出力に応じて出力される荷重信号により、前進駆動制御を実行する。また、歩行補助装置１００が前進中に介助者９１０が補助グリップ１４６を後方へ引き戻せば、その引戻力に応じて出力される荷重信号により、停止制御を実行する。

制御ユニット１２０は、後述のシステム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。

図３は、歩行補助装置１００の制御ブロック図である。システム制御部２００は、例えばＣＰＵであり、制御ユニット１２０に収容されている。システム制御部２００は、歩行補助装置１００の全体を統括的に制御する。システム制御部２００は、制御や処理に関わる様々な演算を実行する機能演算部としての役割も担う。決定部２０１は、具体的には後述するが、ジョイスティック１４７が受け付けた旋回の指示操作に基づいて旋回半径を決定する。駆動制御部２０２は、荷重センサ１３４が出力する荷重信号に基づいて前進、停止するように、また、決定部２０１が決定した旋回半径で旋回するように駆動信号を生成して、駆動輪ユニット２１０へ送信する。

駆動輪ユニット２１０は、駆動輪である前輪１１１と、前輪１１１を駆動するための駆動回路やモータを含み、歩行補助装置１００を駆動する駆動部としての機能を担う。右駆動輪１１１ａは、駆動制御部２０２が生成する右輪駆動信号に従って回転し、左駆動輪１１１ｂは、駆動制御部２０２が生成する左輪駆動信号に従って回転する。

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、システム制御部２００の要求に応じて、検出結果を速度信号としてシステム制御部２００へ送信する。駆動制御部２０２は、受信した速度信号と目標速度を比較して、駆動信号を調整する。

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。また、歩行補助装置１００の進行方向に対して使用者９００が、どちらの側に立っているかを検出する。測距センサ１３０は、システム制御部２００の要求に応じて、検出結果を測距信号としてシステム制御部２００へ送信する。ジョイスティック１４７は、上述のように、介助者９１０から旋回の操作指示を受け付ける。ジョイスティック１４７は、左右のどちらにどれくらい傾倒されたかを示す傾倒信号をシステム制御部２００へ出力する。荷重センサ１３４は、上述のように、介助者９１０がグリップに加える荷重を検出する。荷重センサ１３４は、システム制御部２００の要求に応じて、検出結果を荷重信号としてシステム制御部２００へ出力する。

次に、本実施形態における旋回制御について説明する。図４は、使用者９００が立つ側とは反対側へ歩行補助装置１００が旋回する様子を示す上面概観図である。使用者９００は、一般的に、麻痺を患わない健脚側の手でグリップ１１６を把持する。図の例では、使用者９００は、歩行補助装置１００の進行方向に対して左側に立って右手でグリップ１１６を把持しているので、右脚が麻痺を患わない健脚であり、左脚が麻痺を患う患脚である。なお、介助者９１０は、使用者９００の非常時に即座に支えられるように、使用者９００と同じ側である進行方向に対して左側に立っている。

このような状況において、介助者９１０がジョイスティック１４７を右側へ傾倒すると、歩行補助装置１００は進行方向に沿って右方向へ旋回する。使用者９００にとって右脚は健脚であるので、右方向への旋回を健側旋回と称する。使用者９００にとって左脚が健脚であり、使用者９００が歩行補助装置１００の進行方向に対して右側に立つ場合には、左方向への旋回が健側旋回となる。すなわち、健側旋回は、進行方向に対して使用者９００が立つ側とは反対側への旋回である。

図示する例では、健側旋回における旋回半径ｒｓは、ジョイスティック１４７の右側への傾き量に応じて、決定部２０１によって決定される。歩行補助装置１００の基準点Ｐ_０は、右駆動輪１１１ａと左駆動輪１１１ｂの中間に設定され、旋回中心Ｃｐは、進行方向に直交する駆動輪軸上であって基準点Ｐ_０から右側に旋回半径ｒｓだけ離れた地点に設定される。なお、旋回開始から旋回した角度を旋回角θと表す。

図５は、使用者９００が立つ側へ歩行補助装置１００が旋回する様子を示す上面概観図である。図４の例と同様に、使用者９００は、歩行補助装置１００の進行方向に対して左側に立って右手でグリップ１１６を把持しているので、右脚が麻痺を患わない健脚であり、左脚が麻痺を患う患脚である。

このような状況において、介助者９１０がジョイスティック１４７を左側へ傾倒すると、歩行補助装置１００は進行方向に沿って左方向へ旋回する。使用者９００にとって左脚は患脚であるので、左方向への旋回を患側旋回と称する。使用者９００にとって右脚が患脚であり、使用者９００が歩行補助装置１００の進行方向に対して右側に立つ場合には、右方向への旋回が患側旋回となる。すなわち、患側旋回は、進行方向に対して使用者９００が立つ側への旋回である。

図示する例では、患側旋回における旋回半径ｒｔは、ジョイスティック１４７の左側への傾き量に応じて、決定部２０１によって決定される。旋回中心Ｃｐは、進行方向に直交する駆動輪軸上であって基準点Ｐ_０から左側に旋回半径ｒｔだけ離れた地点に設定される。

上述のように、健側旋回における旋回半径ｒｓ、患側旋回における旋回半径ｒｔは、ジョイスティック１４７の傾き量に応じて決定されるが、それぞれには下限値ｒｓ_ｍｉｎ、ｒｔ_ｍｉｎが設定されている。図６は、旋回半径の下限値を説明する図である。ここで、ｘ軸は、進行方向に直交する駆動輪軸であり、基準点Ｐ_０をｘ＝０とし、進行方向に対して右向きを正の方向とする。健側旋回の場合も患側旋回の場合も、旋回中心Ｃｐはｘ軸上に設定され、その座標をｘ＝ξで表すものとする。なお、右駆動輪１１１ａと左駆動輪１１１ｂの間隔はＬであり、右駆動輪１１１ａはｘ＝Ｌ／２に位置し、左駆動輪１１１ｂはｘ＝－Ｌ／２に位置する。

図のように使用者９００が歩行補助装置１００の進行方向に対して左側に立つ場合において、健側旋回は、歩行補助装置１００を右側へ向ける旋回である。歩行補助装置１００を右側へ向ける旋回としては、それまでの進行に沿って時計回りに旋回させる方法と、それまでの進行を一旦停止させ、後退させながら時計回りに旋回させる方法とがある。後者の方法は、いわゆる切り返し動作となるが、狭い範囲で方向転換を実現できる。このときの旋回中心Ｃｐは、ξ＜０に設定される。

健側旋回において旋回中心Ｃｐがξ＜０の範囲で設定されると、使用者９００は、一旦立ち止まり、退歩する必要がある。このような円滑でない運脚は、脚を患う患者である使用者９００にとって好ましくない。すなわち、円滑な運脚のためには、それまでの進行に沿って旋回させる方法が好ましい。換言すると、旋回中心Ｃｐは、ξ≧０であることが好ましい。したがって、本実施形態においては、下限値ｒｓ_ｍｉｎ＝０と設定する。すなわち、健側旋回における旋回中心Ｃｐは、斜線で示す範囲に設定される。このように設定されていると、使用者９００は、健側旋回する場合において、歩行補助装置１００の外側（図の例では左側）を、それまでの運脚に連続して円滑に運脚することができる。

図のように使用者９００が歩行補助装置１００の進行方向に対して左側に立つ場合において、患側旋回は、歩行補助装置１００を左側へ向ける旋回である。歩行補助装置１００を左側へ向ける旋回としては、それまでの進行に沿って反時計回りに旋回させる方法と、それまでの進行を一旦停止させ、後退させながら反時計回りに旋回させる方法とがある。後者の方法は、旋回中心Ｃｐがξ＞０に設定される旋回方法であるが、退歩を伴う円滑でない運脚を強いられるため、脚を患う患者である使用者９００にとって好ましくない。すなわち、円滑な運脚のためには、それまでの進行に沿って旋回させる方法が好ましい。換言すると、旋回中心Ｃｐは、ξ≦０であることが好ましい。

患側旋回の場合は、使用者９００が立つ側へ向かってくる旋回であるので、例えばξ＝０である超信地旋回の場合であっても、使用者９００は、一旦は退歩を強いられる。すなわち、ξ≦０であっても、患脚である外側の脚が位置する座標ξ＝αまでの範囲では、使用者９００は退歩を強いられ、円滑な運脚が困難である。そこで、本実施形態においては、下限値ｒｔ_ｍｉｎ＝｜α｜と設定する。すなわち、患側旋回における旋回中心Ｃｐは、網線で示す範囲に設定される。このように設定されていると、使用者９００は、患側旋回する場合において、歩行補助装置１００の内側（図の例では左側）を、それまでの運脚に連続して円滑に運脚することができる。

なお、αの値は、標準的な体型から決定される固定値として予め設定されていても良いし、介助者９１０等が歩行補助装置１００の使用に先立って入力装置を介して入力した入力値が用いられても良い。また、歩行補助装置１００の使用開始時における測距センサ１３０の測距結果から定めても良い。

図７は、ジョイスティック１４７の操作量と旋回半径の関係を示す図である。本実施形態においては、介助者９１０がジョイスティック１４７を右側へ傾倒させれば歩行補助装置１００は健側旋回し、左側へ傾倒させれば歩行補助装置１００は患側旋回する。介助者９１０による操作量として、ジョイスティック１４７の傾倒比率ηを導入する。傾倒比率ηは、直立する場合を０、右側へ１００％傾けられた場合を＋１．０、左側へ１００％傾けられた場合を－１．０とし、－１．０≦η≦１．０の値を取り得る。

図のグラフは、横軸が傾倒比率ηを表し、縦軸が旋回中心位置ξを表す。図示するように、－β＜η＜βの範囲は、不感帯である。不感帯は、ジョイスティック１４７が傾けられても旋回しない範囲である。不感帯を設けることにより、介助者９１０がジョイスティック１４７に意図せず触れてしまった程度では旋回しないように調整されている。

健側旋回においては、傾倒比率ηがβを上回ってから１．０に近づくにつれて旋回中心位置ξが徐々に小さくなり（プラス無限遠から歩行補助装置１００へ寄ってくる）、η＝１．０でξ＝０となる。すなわち、健側旋回の半径であるｒｓは、β＜ξ≦１．０の範囲でｒｓ＝ξと表され、ｒｓ_ｍｉｎ＝０である。

患側旋回においては、傾倒比率ηが－βを下回ってから－１．０に近づくにつれて旋回中心位置ξが徐々に大きくなり（マイナス無限遠から歩行補助装置１００へ寄ってくる）、η＝－１．０でξ＝α（＜０）となる。すなわち、患側旋回の半径であるｒｔは、－１．０≦ξ＜－βの範囲でｒｔ＝｜ξ｜と表され、ｒｓ_ｍｉｎ＝｜α｜である。

決定部２０１は、図７に示す関係に従って、ジョイスティック１４７が受け付けた旋回指示における操作量（傾倒比率）に応じた旋回半径を決定する。このように様々な旋回半径で旋回可能であれば、歩行補助装置１００は、使用者９００に多様なリハビリ訓練を提供することができる。なお、図の例では、旋回中心位置ξが傾倒比率ηの二乗に反比例する曲線を用いたが、採用し得る関数はこれに限らない。

また、決定部が決定する旋回半径の下限値が、進行方向に沿って使用者９００が立つ側へ旋回する場合（患側旋回）よりも反対側へ旋回する場合（健側旋回）の方が小さく設定されているので、いずれの方向へ旋回する場合も使用者９００の運脚が滑らかになる。また、患側旋回の運脚と健側旋回の運脚との間に大きな違いが生じないので、使用者９００は、違和感なく訓練を行うことができる。さらには、患側旋回における旋回半径の下限値を、歩行補助装置１００から使用者９００の外側の脚の着地地点までの距離を基準として定めているので、使用者９００の円滑な運脚と歩行補助装置１００の小回りとを両立できる。

次に、駆動制御部２０２による、右駆動輪１１１ａと左駆動輪１１１ｂの回転制御について説明する。右駆動輪１１１ａの回転角速度をω_Ｒ、左駆動輪１１１ｂの回転角速度をω_Ｌとする。また、共通の駆動輪半径をＲとする。
健側旋回において、歩行補助装置１００のそれまでの速度Ｖ_ｒｅｆを患脚が継続することを目標とすると、ω_Ｒおよびω_Ｌは、

と表される。

患側旋回において、歩行補助装置１００のそれまでの並進速度Ｖ_ｒｅｆを右駆動輪１１１ａが継続することを目標とすると、ω_Ｒおよびω_Ｌは、

と表される。駆動制御部２０２は、決定部２０１が決定した旋回半径に対応する旋回中心座標値ξを用いてこのようにω_Ｒおよびω_Ｌを演算し、それぞれに対応する右輪駆動信号および左輪駆動信号を生成して、右駆動輪１１１ａおおび左駆動輪１１１ｂの回転を制御する。

なお、速度Ｖ_ｒｅｆは、歩行補助装置１００の動作開始時点（＝速度０）から漸増させ、所定時間をかけて一定値に到達させてからは当該一定値を保つようにしても良い。また、歩行補助装置１００のそれまでの速度Ｖ_ｒｅｆを上記のように利用することにより、右駆動輪１１１ａも左駆動輪１１１ｂも、旋回前の回転速度を上回らないように調整することができる。このような調整により、使用者９００は、歩行の連続性を確保できるので、より自然な運脚を行える。また、旋回時に増速することがないので、使用者９００が歩行補助装置１００に随行できなくなる虞がない。

このように回転角速度ω_Ｒとω_Ｌを算出すると、傾倒比率の絶対値が等しい場合に、患側旋回よりも健側旋回の方が旋回中心からより遠い軌跡を経由することから、運脚速度が大きくなってしまう。そこで、両者を調整するために、回転角速度ω_Ｒとω_Ｌのそれぞれに速度調整係数ｆ（η）を乗ずることとする。図８は、ジョイスティック１４７の操作量と速度調整係数ｆ（η）の関係を示す図である。横軸は、傾倒比率ηを表し、縦軸は速度調整係数ｆ（η）を表す。

速度調整係数ｆ（η）は、患側旋回では、傾倒比率ηの値に依らず１であり、健側旋回では、傾倒比率ηがβのときに１であり、ηが大きくなるに従って漸減し、η＝１．０のときにｆ（η）＝γ（＞０）の値を取る。このように、調整されたω_Ｒ’およびω_Ｌ’は、

と表される。

駆動制御部２０２は、このように速度調整されたω_Ｒ’およびω_Ｌ’を演算し、それぞれに対応する右輪駆動信号および左輪駆動信号を生成して、右駆動輪１１１ａおおび左駆動輪１１１ｂの回転を制御する。このように、健側旋回と患側旋回とで使用者９００が体感する速度差を軽減するための回転速度調整を行えば、旋回半径が同程度の場合に、健側旋回時の速度と患側旋回時の速度との間の差が小さくすることができ、使用者９００が覚える違和感をさらに軽減できる。

次に、歩行補助装置１００の走行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。フローは、介助者９１０が補助グリップ１４６を押し出して並進移動が開始された時点から始まる。

駆動制御部２０２は、ステップＳ１０１で、並進駆動制御を実行する。具体的には、荷重センサ１４８から受け取る荷重信号に応じて右駆動輪１１１ａおよび左駆動輪１１１ｂの駆動信号を生成し、駆動輪ユニット２１０を制御して歩行補助装置１００を並進させる。並進制御中は、停止指令が発生したか否かを継続的に確認する（ステップＳ１０２）。停止指令は、介助者９１０が補助グリップ１４６を後方へ引き戻した場合や、停止ボタンが押下げられた場合に発生する。停止指令の発生を確認したら、ステップＳ１０６へ進む。発生していなければステップＳ１０３へ進む。

システム制御部２００は、ステップＳ１０３で、ジョイスティック１４７から傾倒信号を受信したか否かを確認する。受信していなければ、ステップＳ１０１へ戻り、駆動制御部２０２は、並進駆動制御を継続する。受信した場合は、ステップＳ１０４へ進む。

決定部２０１は、ステップＳ１０４で、受信した傾倒信号から傾倒比率を抽出して、図７を用いて説明したように旋回半径を決定する。そして、ステップＳ１０５へ進み、駆動制御部２０２は、決定部２０１が決定した旋回半径に従って、図７および図８を用いて説明したように右輪駆動信号および左輪駆動信号を生成し、歩行補助装置１００を旋回させる。

旋回制御中は、並進制御中と同様に、停止指令が発生したか否かを継続的に確認する（ステップＳ１０６）。停止指令の発生を確認したら、ステップＳ１０６へ進む。発生していなければステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７へ進むと、システム制御部２００は、ジョイスティック１４７の傾倒が解除されたか否かを確認する。引き続き傾倒されていなければ、ステップＳ１０４へ戻って旋回制御を継続する。傾倒が解除されていれば、並進制御に移行すべく、ステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０８へ進んだ場合には、駆動制御部２０２は、停止駆動制御を実行する。具体的には右駆動輪１１１ａと左駆動輪１１１ｂの回転速度を漸減させて歩行補助装置１００を停止させる。歩行補助装置１００が停止したら一連の処理を終了する。

次に、旋回速度の定め方に関する変形例を説明する。図１０は、変形例に係るジョイスティック１４７の操作量と旋回速度の関係を示す図である。横軸は、傾倒比率ηを表し、縦軸は歩行補助装置１００の旋回速度を表す。本変形例においては、健側旋回における旋回半径ｒｓはｒｓ＝０とし、患側旋回における旋回半径はｒｓ＝｜α｜とする。

健側旋回においては、傾倒比率ηがβを上回ってから１．０に近づくにつれて徐々に大きくなり１.０で最大値を取る。このときω_Ｒおよびω_Ｌは、

と表される。

患側旋回においては、傾倒比率ηが－βを下回ってから－１．０に近づくにつれて徐々に小さくなり－１.０で最小値を取る。このときω_Ｒおよびω_Ｌは、

と表される。このような旋回速度の定め方は、歩行補助装置１００が停止した状態から旋回させる場合に有効である。したがって、歩行補助装置１００が停止した状態、あるいは停止した状態に近い状態である場合に本変形例に従って旋回制御を行い、基準速度を超えてからは図７または図８を用いて説明した旋回制御を行っても良い。

以上本実施形態を説明したが、歩行補助装置の駆動部は、車輪でなくても良く、クローラ等の他の駆動形式を採用することもできる。また、旋回の指示操作を受け付ける操作受付部は、ジョイスティックでなくても良い。スライダー形式であっても良いし、ボタン形式であっても良い。また、補助グリップに設けられていない、ワイヤレスリモコンのような形式であっても構わない。また、本実施形態においては、介助者９１０が旋回の指示操作を行うこととしたが、使用者９００が操作できるように、操作受付部をグリップ１１６に設けても良い。

また、以上説明した本実施形態においては、健側旋回における下限値をｒｓ_ｍｉｎ＝０と設定し、患側旋回における下限値をｒｔ_ｍｉｎ＝｜α｜と設定した。しかし、０≦ｒｓ_ｍｉｎ＜ｒｔ_ｍｉｎを満たせば、それぞれの旋回時において使用者に違和感を生じさせる不自然な運脚を強いることがないので、それぞれの下限値はこの制限のもと適宜設定すれば良い。また、旋回中心位置ξは旋回半径ｒｓ、ｒｔと一対一に対応するので、決定部２０１は、実質的に旋回半径ｒｓ、ｒｔを算出していれば良い。すなわち、決定部２０１は、旋回半径ｒｓ、ｒｔを算出することなく演算した旋回中心位置ξを直接的に駆動制御部２０２へ引き渡しても良い。

また、以上説明した本実施形態に加え、例外処理を追加することも可能である。例えば、ジョイスティック１４７以外に緊急用の操作部材が設けられており、この緊急用の操作部材によって旋回信号が生成された場合には、決定部２０１は、上記の下限値の設定に関わらず旋回半径を決定しても良い。このように構成することにより、急遽回避しなければならない障害物に対しても対応することができる。また、このような緊急回避は、使用者９００や介助者９１０の操作に依らず、歩行補助装置１００が、検知した障害物等に応じて、自発的に行っても良い。緊急事態の発生や、周辺障害物の存在によっては円滑な運脚よりも急な旋回を優先した方が良い場合もあるので、このような構成を採用することにより、様々な状況に対処し得る。

１００ 歩行補助装置、１１０ 台車基台、１１１ 前輪、１１ａ 右駆動輪１、１１ｂ 左駆動輪１、１１２ 台車フレーム、１１３ 後輪、１１４ 支柱、１１５ ハンドル、１１６ グリップ、１２０ 制御ユニット、１３０ 測距センサ、１４４ 補助支柱、１４５ 補助ハンドル、１４６ 補助グリップ、１４７ ジョイスティック、１４８ 荷重センサ、２００ システム制御部、２０１ 決定部、２０２ 駆動制御部、２１０ 駆動輪ユニット、２２０ 車速センサ、２３０ メモリ、９００ 使用者、９１０ 介助者

Claims (7)

1. 脚を患う使用者の歩行を補助する歩行補助装置であって、
   前記歩行補助装置を駆動する駆動部と、
   旋回の指示操作を受け付ける操作受付部と、
   前記操作受付部が受け付けた前記指示操作に基づいて旋回半径を決定する決定部と、
   前記決定部によって決定された前記旋回半径で旋回するように前記駆動部を制御する駆動制御部と
   を備え、
   前記決定部が決定する前記旋回半径の下限値は、進行方向に沿って前記使用者が立つ側へ旋回する場合よりも反対側へ旋回する場合の方が小さく設定され、
   前記決定部が決定する前記旋回半径の下限値は、進行方向に沿って前記使用者が立つ側へ旋回する場合には、前記歩行補助装置から前記使用者の外側の脚の着地地点までの距離を基準として定められ、
   前記使用者の外側の脚は、麻痺を患う患脚である歩行補助装置。
2. 前記決定部は、前記操作受付部が受け付けた前記指示操作における操作量に応じて前記旋回半径を決定する請求項１に記載の歩行補助装置。
3. 前記操作受付部は、前記使用者に随行する介助者が把持する把持部に設けられている請求項１または２に記載の歩行補助装置。
4. 前記駆動部は、進行方向に対して両側にそれぞれ配置され互いに独立して駆動される独立駆動輪であり、
   前記駆動制御部は、前記決定部によって決定された前記旋回半径で旋回するように、かつ、いずれの前記独立駆動輪も旋回前の回転速度を上回らないように、前記独立駆動輪のそれぞれの回転速度を調整する請求項１から３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
5. 前記駆動制御部は、進行方向に沿って前記使用者が立つ側へ旋回する患側旋回の場合と反対側へ旋回する健側旋回の場合とで前記使用者が体感する速度差を軽減するための前記独立駆動輪の回転速度調整を行う際に、
   前記進行方向に対して前記反対側の第１駆動輪の回転角速度をω _Ｒ 、
   前記進行方向に対して前記使用者が立つ側の第２駆動輪の回転角速度をω _Ｌ 、
   前記歩行補助装置のそれまでの速度をＶ _ｒｅｆ 、
   前記第１駆動輪及び前記第２駆動輪の半径をＲ、
   前記進行方向に直交し前記第１駆動輪及び前記第２駆動輪の軸をｘ軸とし、前記第１駆動輪及び前記第２駆動輪の中間をｘ＝０とし、旋回中心をｘ＝ξとし、
   前記第１駆動輪と前記第２駆動輪の間隔をＬとし、前記第１駆動輪はｘ＝Ｌ／２に位置し、前記第２駆動輪はｘ＝－Ｌ／２に位置し、
   前記患側旋回の場合の前記旋回半径の下限値をαとすると、
   前記健側旋回する場合には、
   

   

   
   

   

   
   であり、
   前記患側旋回する場合には、
   

   

   
   

   

   
   であり、
   前記操作受付部が受け付けた前記指示操作における操作量として、傾倒比率ηを導入し、前記傾倒比率ηは、前記反対側へ１００％傾けられた場合を＋１．０、前記使用者が立つ側へ１００％傾けられた場合を－１．０とし、－１．０≦η≦１．０の値であって、η＝０の近傍の－β＜η＜βの範囲を除外した値をとり、
   －１．０≦η≦－βにおいては１、β≦η≦１．０においては、ηがβのときに１であり、ηが大きくなるに従って漸減し、η＝１．０のときに０より大きい値を取る速度調整係数のｆ（η）を用いて、下記の式のように前記健側旋回及び前記患側旋回の場合の前記回転角速度を調整する、
   

   

   
   

   

   
   請求項４に記載の歩行補助装置。
6. 前記決定部は、前記操作受付部が受け付けた前記指示操作に基づかない旋回信号を受信した場合は、前記下限値の設定に関わらず旋回半径を決定する請求項１から５のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
7. 脚を患う使用者の歩行を補助する歩行補助装置の制御プログラムであって、
   旋回の指示操作を受け付ける受付ステップと、
   前記受付ステップで受け付けた前記指示操作に基づいて旋回半径を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップで決定された前記旋回半径で旋回するように前記歩行補助装置を駆動する駆動部を制御する駆動制御ステップと
   をコンピュータに実行させ、
   前記決定ステップが決定する前記旋回半径の下限値は、進行方向に沿って前記使用者が立つ側へ旋回する場合よりも反対側へ旋回する場合の方が小さく設定されている制御プログラムであって、
   前記決定ステップが決定する前記旋回半径の下限値は、進行方向に沿って前記使用者が立つ側へ旋回する場合には、前記歩行補助装置から前記使用者の外側の脚の着地地点までの距離を基準として定められ、
   前記使用者の外側の脚は、麻痺を患う患脚である制御プログラム。

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