JP7363552B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、歩行補助装置に関する。

特許文献１には、歩行動作を補助する歩行補助装置が開示されている。特許文献１の歩行補助装置は、平地、昇段、降段等を含む歩行シーン毎に、脚がどの区分の歩行動作状態にあるかを検出し、歩行シーンに対応する締付力で各装着部を締め付けることが記載されている。

特開２０１３－０７０７８７号公報

歩行補助装置を装着したユーザは、階段を一足一段、通常歩行で歩行する場合に、歩行補助装置の制御タイミングが合わず、違和感を感じる場合がある。

本発明は、そのような課題を解決するためになされたものであり、制御タイミングの不整合により生じる違和感を抑制することができる歩行補助装置を提供する。

本実施形態にかかる歩行補助装置は、ユーザの脚部に装着される歩行補助装置であって、前記脚部の膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパと、前記ユーザの歩行サイクルにおける切替タイミングを検出するセンサと、第１屈曲モードと、前記第１屈曲モードよりも前記抵抗力を大きくする第２屈曲モードと、が交互に繰り返されるように、前記切替タイミングに応じて前記ダンパのモードを切り替える制御部と、を備え、前記制御部は、階段の上りの場合には、平地の場合よりも小さい屈曲角度で前記第２屈曲モードから前記第１屈曲モードへ切替え、階段の下りの場合には、前記平地の場合よりも大きい前記屈曲角度で前記第２屈曲モードから前記第１屈曲モードへ切替え、前記屈曲角度は、前記膝関節が伸展して上腿及び下腿が伸びた状態から前記下腿が屈曲した角度である。

本実施形態によれば、制御タイミングの不整合により生じる違和感を抑制することができる歩行補助装置を提供することができる。

（ａ）～（ｃ）は、歩行補助装置を装着したユーザの平地及び階段での動作を例示した図であり、（ａ）は、平地での動作を示し、（ｂ）は、階段の上りでの動作を示し、（ｃ）は、階段の下りでの動作を示す。 実施形態に係る歩行補助装置を例示した正面図である。 実施形態に係る歩行補助装置を例示した側面図である。 実施形態に係る歩行補助装置の制御系を示すブロック図である。 実施形態にかかる歩行補助装置の別の制御系を示すブロック図である。 実施形態に係る歩行補助装置を用いた歩行サイクルにおいて、歩行動作及びモード切替のタイミングを例示した図である。

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。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

まず、発明者が見出した課題を説明する。図１（ａ）～（ｃ）は、歩行補助装置を装着したユーザの階段での動作を例示した図であり、（ａ）は、平地での動作を示し、（ｂ）は、階段の上りでの動作を示し、（ｃ）は、階段の下りでの動作を示す。

図１（ａ）に示すように、平地において、歩行補助装置は、装着された脚部の足裏が離地した遊脚期及び足裏が接地した立脚期における所定のタイミングに基づいて、ダンパを作動させる。図１では、歩行補助装置を装着した脚部を斜線で示し、歩行補助装置を省略している。また、ダンパは、脚部の膝関節が屈曲する屈曲方向に抵抗力を与える。

例えば、歩行補助装置は、立脚時から遊脚期の直前まで、ダンパによって、脚部の膝関節の屈曲方向に抵抗力を与える。そして、歩行補助装置は、遊脚期の直前のタイミングにおいて、ダンパをオフにする。例えば、歩行補助装置は、図１（ａ）に示す下腿の屈曲角度で、ダンパをオフにする。屈曲角度は、膝関節が伸展して上腿及び下腿が伸びた状態から、下腿が屈曲した角度を呼ぶ。ダンパを作動するモードをダンパモードと呼ぶ。ダンパをオフにするモードをフリーモードと呼ぶ。

このように、歩行補助装置は、立脚時から遊脚期に切り替わる切替タイミングを下腿の屈曲角度で検出する。そして、歩行補助装置は、検出した切替タイミングに応じて、ダンパをオフにして、フリーモードに切り替える。このような制御タイミングにより、歩行補助装置を装着されたユーザは、平地において、歩行訓練を行うことができる。

しかしながら、図１（ｂ）に示すように、階段の上りでは、足裏が離地する遊脚期の直前のタイミングにおいて、下腿の屈曲角度は、平地に比べて小さい。よって、平地の場合に、ダンパがオフされるように設定した屈曲角度まで下腿が屈曲しないので、ダンパがオフにされない場合がある。そうすると、足が階段に引っ掛かる恐れがある。

また、図１（ｃ）に示すように、階段の下りでは、足裏が離地する遊脚期の直前のタイミングにおいて、下腿の屈曲角度は、平地に比べて大きい。よって、まだ、脚部にユーザの体重がかかっている時に、ダンパがオフにされる場合がある。そうすると、脚部がユーザの体重を支えられない恐れがある。

そこで、本実施形態の歩行補助装置は、ダンパをオフするタイミングを、平地、階段の上り及び階段の下りで変更させる。具体的には、例えば、階段の上りの場合には、平地の場合よりも小さい屈曲角度でダンパをオフする。一方、下りの場合には、平地の場合よりも大きい屈曲角度でダンパをオフする。以下、実施形態において、歩行補助装置の構成を説明する。その後、歩行補助装置の動作を詳細に説明する。

（実施形態）
実施形態に係る歩行補助装置を説明する。本実施形態に係る歩行補助装置は、例えば、歩行訓練を行う訓練者に装着される。ユーザである訓練者が歩行補助装置を装着した状態で歩行訓練を行う。

図２は、実施形態に係る歩行補助装置を例示した正面図である。図３は、実施形態に係る歩行補助装置を例示した側面図である。図４は、実施形態に係る歩行補助装置１の制御系を示すブロック図である。図２～図４に示すように、歩行補助装置１は、上腿サポータ１１、下腿サポータ１２、上腿フレーム１３、下腿フレーム１４、ダンパ１５、センサ１７、制御部１８を備えている。歩行補助装置１は、平地の歩行の際に使用する伸展アシスト手段１６をさらに備えてもよい。歩行補助装置１の下側には、短下肢装具が取り付けられていてもよい。歩行補助装置１は、ユーザの脚部に装着される。以下で、歩行補助装置１の各構成を説明する。

＜上腿サポータ及び下腿サポータ＞
上腿サポータ１１は、ユーザの脚部の上腿に巻き付けるように装着され、下腿サポータ１２は、ユーザの脚部の下腿に巻き付けるように装着される。よって、上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、膝関節の周辺、具体的には、上腿及び下腿に渡って配置されている。なお、上腿は股関節から膝関節までの部分を示し、下腿は、膝関節から足首関節までの部分を示す。下腿は、すねを含む。足首関節から下側、つまり、脚部の先端側の部分を足平とする。

上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、樹脂材料や繊維材料などの伸縮可能な材料により形成されている。上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、それぞれ、上腿及び下腿に巻き付けて歩行補助装置１を装着させる。上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２は、上腿及び下腿に装着するための面ファスナ１１ａ及び１２ａを有してもよい。ユーザは、上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２を、脚部の周りに巻き回して、面ファスナ１１ａ及び１２ａで固定する。

面ファスナ１１ａは、上腿の前側に設けられている。面ファスナ１２ａは、下腿の前側に設けられている。面ファスナ１１ａ及び１２ａを用いることで、ユーザは、歩行補助装置１を容易に脱着することができる。さらに、歩行補助装置１がユーザの膝関節からずれるのを防止できる。面ファスナ１１ａ及び１２ａにより、ユーザは、圧迫度合いを調整することができる。さらに、面ファスナ１１ａ及び１２ａが外れたり、上腿サポータ１１及び下腿サポータ１２がずれたりするのを防止するために、固定バンドを設けてもよい。

なお、歩行補助装置１の脚部への固定は、面ファスナ１１ａ及び１２ａに限られるものではない。例えば、ベルト、ボタン、ピン、バンドなどの固定手段を用いて、歩行補助装置１を、上腿及び下腿に固定してもよい。このような固定手段を用いても、ユーザが歩行補助装置１を装着することができる。

＜上腿フレーム及び下腿フレーム＞
上腿サポータ１１の側部には上腿フレーム１３が取り付けられている。上腿フレーム１３は、上腿に沿って配置されている。下腿サポータ１２の側部には下腿フレーム１４が取り付けられている。下腿フレーム１４は、下腿に沿って配置されている。上腿フレーム１３と下腿フレーム１４とが、ダンパ１５を介して連結されている。具体的には、ダンパ１５の回転軸Ａｘが膝関節の軸とほぼ一致するように、膝関節の高さにダンパ１５が配置される。上腿フレーム１３及び下腿フレーム１４は、ダンパ１５の回転軸Ａｘ周りに回転可能なリンク機構を構成している。

なお、ダンパ１５と同様に、膝関節に伸展アシスト手段１６が配置されてもよい。その場合には、伸展アシスト手段１６の回転軸Ａｘが膝関節の軸とほぼ一致するように、膝関節の高さに伸展アシスト手段１６が配置される。

＜ダンパ＞
ダンパ１５は、ユーザの脚部における膝関節の屈曲方向に抵抗力を与える。屈曲方向は、膝関節の回転方向において、膝関節が屈曲する向きである。ダンパ１５は、例えば、ロータリーダンパであり、膝関節の側部に位置する。ダンパ１５は、例えば、オイル等の流体の粘性抵抗、バネ等の弾性抵抗、ディスク等の摩擦抵抗等を利用して、膝関節の屈曲方向の回転を減速させる。ダンパ１５は、抵抗を可変とすることにより、抵抗力を切替えることができる。ダンパ１５は、抵抗力を徐々に変化させることができる。

ダンパ１５は、一方向にのみ抵抗力を与える一方向ダンパとすることが好ましい。よって、ダンパ１５は、膝関節の伸展方向には抵抗力を与えないようにフリーとなっている。伸展方向は、膝関節の回転方向において、膝関節が伸展する向きである。後述するように、ダンパ１５は、制御部１８によって、第１屈曲モードと、第１屈曲モードよりも屈曲方向の抵抗力を大きくする第２屈曲モードとに切替可能となっている。第１屈曲モードは、屈曲方向に抵抗力を与えないフリーモードでもよい。第１屈曲モードがフリーモードの場合には、第２屈曲モードをダンパモードと呼ぶ。第２屈曲モードは、第１屈曲モードの抵抗力から徐々に抵抗力が増加する期間を含む。

＜進展アシスト手段＞
伸展アシスト手段１６は、例えば、平地を歩行する場合に、脚部の膝関節の伸展方向にアシスト力を与える。アシスト力は、上腿と下腿とが直線状に伸びるように、膝関節に対して伸展方向に作用する力である。伸展アシスト手段１６は、例えば、アクチュエータであり、膝関節の側部に位置する。よって、伸展アシスト手段１６は、膝伸展を行える位置に配置されている。伸展アシスト手段１６は、ダンパと同様に膝関節の軸の近傍に配置されている。なお、伸展アシスト手段１６は、膝関節に対して伸展方向に力を作用できれば、アクチュエータに限らず、バネ等の弾性体を含んでもよい。伸展アシスト手段１６は、アシスト力を可変とすることにより、アシスト力を切替えることができる。伸展アシスト手段１６は、アシスト力を徐々に変化させることができる。

伸展アシスト手段１６は、後述するように、制御部１８によって、第１伸展モードと、第１伸展モードよりも伸展方向のアシスト力を大きくする第２伸展モードとに切替可能となっている。第１伸展モードは、伸展方向にアシスト力を与えないフリーモードでもよい。第１伸展モードがフリーモードの場合には、第２伸展モードを伸展アシストモードと呼ぶ。第２伸展モードは、第１伸展モードのアシスト力から徐々にアシスト力が増加する期間を含む。

＜制御系＞
次に、歩行補助装置１の制御系を説明する。図４に示すように、歩行補助装置１の制御系は、センサ１７及び制御部１８によって、ダンパ１５を制御する。なお、平地を歩行する場合には、センサ１７及び制御部１８は、伸展アシスト手段１６を制御してもよい。ダンパ１５、伸展アシスト手段１６及びセンサ１７は、有線または無線の通信回線により制御部１８に接続されている。制御部１８は、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６を含む歩行補助装置１の本体から分離され、通信回線のみ接続されて配置されてもよいし、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６とともに本体に取付けられてもよい。

＜センサ＞
センサ１７は、ユーザの歩行動作におけるタイミングを検出する。具体的には、センサ１７は、歩行サイクル（歩行周期）における切替タイミングを検出するために設けられている。例えば、センサ１７は、地面と下腿との角度を検出し、検出した角度を検出結果として制御部１８に出力する。制御部１８は、センサ１７での検出結果に基づいて、モードを切替える。

具体的には、制御部１８は、例えば、地面と下腿との角度に基づいて、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードを切替える。つまり、制御部１８は、センサ１７から出力されるタイミング信号に基づいて、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードを切替える。これにより、歩行サイクルにおける一定のタイミングで、制御部１８は、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードの切替を行う。センサ１７及び制御部１８には、歩行補助装置１に搭載されたバッテリ（不図示）により電源が供給されている。

センサ１７としては、種々のタイプのセンサを用いることができる。以下、センサ１７の具体例について説明する。

センサ１７は、例えば、地面に対する下腿（すね）の角度を検出するジャイロセンサでもよい。また、センサ１７は、脚部の角度、すなわち、膝関節を挟んだ上腿と下腿との間の角度を検出する角度センサでもよい。さらに、センサ１７は、上腿と下腿とが直線状に伸びて膝関節が伸展した状態から、下腿が屈曲した屈曲角度を検出する角度センサでもよい。センサ１７は、下腿の角度、脚部の角度及び屈曲角度の角速度を検出する角速度センサでもよい。

センサ１７は、脚部の所定の位置と地面との間の距離を検出する測距センサでもよい。脚部の所定の位置は、例えば、靴、足平、足裏等である。例えば、靴、足平またはその近傍に取り付けられた測距センサをセンサ１７として用いることができる。歩行動作に応じて、靴、足平、足裏等から地面までの距離が変わるため、歩行サイクルに応じた波形を検出することができる。なお、測距センサとしては、光学式のセンサを用いることができる。また、地面は、床面を含む。

センサ１７は、検出した角度、角速度、距離等から、歩行サイクルに応じた波形を検出する。つまり、検出した角度、角速度、距離等は、歩行サイクルに応じて周期的に変化する。センサ１７は、検出した角度、角速度、距離等に基づいて、歩行タイミングを検出する。

例えば、制御部１８は、センサ１７の出力値と閾値とを比較して、その比較結果に応じて、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードを切替えればよい。例えば、制御部１８は、センサ１７の出力値が閾値を超えたタイミング、または、閾値を下回ったタイミングを示すタイミング信号に応じて、モード切替を行う。

なお、ダンパ１５において、第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わる切替タイミングを検出するための第１閾値（例えば、下腿の第１角度）と、第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わる切替タイミングを検出するための第２の閾値（例えば、下腿の第２角度）が設定されていてもよい。また、伸展アシスト手段１６において、第１伸展モードから第２伸展モードに切り替わる切替タイミングを検出するための第３閾値（例えば、下腿の第３角度）と、第２伸展モードから第１伸展モードに切り替わる切替タイミングを検出するための第４閾値（例えば、下腿の第４角度）が設定されていてもよい。

また、センサ１７は、足裏の接地タイミングを検出する接地タイミングセンサでもよい。センサ１７は、検出した接地タイミングに基づいて、歩行タイミングを検出することができる。例えば、接地タイミングから各モード切替のタイミングまでの時間を予め加算または減算することにより、センサ１７は、切替タイミングを検出する。

さらに、センサ１７は、脚部を撮像する撮像センサでもよい。その場合には、センサ１７は、歩行補助装置１の外部から脚部の状態を撮像する。撮像した脚部の状態から、歩行タイミングを検出することができる。なお、センサ１７が外部に配置されている場合には、歩行補助装置１が、外部のセンサ１７から切替タイミングを示す信号を受信する受信部を備えていればよい。

また、複数のセンサ１７を組み合わせて、切替タイミングを検出してもよい。例えば、センサ１７は、下腿の角度を検出するために設けられた第１センサと、足裏から床面までの距離を検出するために設けられた第２センサの両方を備えていてもよい。もちろん、センサ１７の具体例は上記の例に限られるものではない。センサ１７は、歩行補助装置１に実装されていることが好ましい。あるいは、センサ１７は、歩行補助装置１の外部に実装されていてもよい。

センサ１７は、平地、階段の上り及び階段の下り等の地面の情報を検出してもよい。例えば、ジャイロセンサは、角速度等により、地面の情報を検出してもよい。また、測距センサは、靴、足平、足裏等から地面までの距離から地面の情報を検出してもよい。センサ１７は、検出した地面の情報を制御部１８に出力する。

＜制御部＞
制御部１８は、センサ１７から出力された切替タイミングに基づいて、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６を制御する。制御部１８は、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードを切替える。

また、制御部１８は、地面の情報に基づいて、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６の切替タイミングを変更する。地面の情報は、センサ１７から出力されたものでもよいし、予め歩行補助装置１に入力されたものでもよい。制御部１８は、センサ１７から出力された地面の情報または予め入力された地面の情報に基づいた切替タイミングに応じて、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードを切替える。

制御部１８は、平地、階段の上り及び階段の下り等の地面の情報に基づいて、第１屈曲モードと第２屈曲モードとが交互に繰り返されるように、切替タイミングに応じてダンパ１５のモードを切替える。例えば、第１屈曲モードでは、ダンパ１５がオフして、屈曲方向に抵抗力を与えないフリーモードとなる。第２屈曲モードでは、ダンパ１５がオンして、屈曲方向に抵抗力を与えるダンパモードとなる。あるいは、例えば、第１屈曲モードでは、ダンパ１５は、小さい抵抗力を与えるように切替えられ、第２屈曲モードでは、ダンパ１５は、大きい抵抗力を与えるように切替えられる。

また、制御部１８は、例えば、平地の歩行の場合において、第１伸展モードと第２伸展モードとが交互に繰り返されるように、切替タイミングに応じて伸展アシスト手段１６のモードを切替える。例えば、第１伸展モードでは、伸展アシスト手段１６がオフして、伸展方向にアシスト力を与えないフリーモードとなる。第２伸展モードでは、伸展アシスト手段１６がオンして、伸展方向にアシスト力を与える伸展アシストモードとなる。あるいは、例えば、第１伸展モードでは、伸展アシスト手段１６は、小さいアシスト力を与えるように切替えられ、第２伸展モードでは、伸展アシスト手段１６は、大きいアシスト力を与えるように切替えられる。

図５は、実施形態にかかる歩行補助装置１の別の制御系を示すブロック図である。図５では、図４の構成に加えて、歩行補助装置１は、メモリ１９、送信部２０、受信部２１を備えている。また、制御部１８は、切替器１８ａ及び演算装置１８ｂを有している。なお、ダンパ１５、伸展アシスト手段１６及びセンサ１７については、図４と同様であるため、説明を省略する。

演算装置１８ｂは、例えば、演算処理、制御処理等を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェアで構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

演算装置１８ｂには、センサ１７からの出力値が入力されている。演算装置１８ｂは、センサ１７の出力値に対して所定の演算処理を行うことで、歩行サイクルにおける切替タイミングを取得する。例えば、演算装置１８ｂは、センサの出力値と閾値を比較することで、切替タイミングを取得する。演算装置１８ｂが取得した切替タイミングを切替器１８ａに出力すると、切替器１８ａがダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードを切替える。メモリ１９は、歩行訓練中におけるセンサ１７からの出力値のデータを記憶する。

演算装置１８ｂには、切替器１８ａからのモード切替を行ったことを示す切替信号が入力されてもよい。演算装置１８ｂは、切替信号に基づいて切替器１８ａの切替動作をカウントする。演算装置１８ｂは、切替器１８ａの切替動作をカウントして、切替回数をメモリ１９に書き込む。切替器１８ａの切替回数は、歩数に対応する。このようにすることで、万歩計（登録商標）などを別途装着せずとも、歩行訓練中の歩数を計数することができる。よって、利便性を向上することができる。さらに、歩数カウント用のセンサを別途追加することなく歩行訓練中の歩数を計数することができる。よって、歩数カウント用のセンサを別途追加する構成と比較して、歩行補助装置１の低コスト化、軽量化を図ることができる。

送信部２０は、外部機器、例えば、外部サーバ等にデータを送信する。受信部２１は、外部機器からのデータを受信する。送信部２０及び受信部２１は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信規格に従って、データを送受信する。送信部２０及び受信部２１による通信は、無線通信であってもよく、有線通信であってもよい。

送信部２０は、歩行補助装置１が取得したデータ、例えば、歩行訓練中におけるセンサ１７の出力値、及び切替器１８ａの切替回数などのデータを外部機器に送信する。これにより、外部機器がデータを収集することができる。よって、外部機器との連携や、メモリ１９の容量の削減が可能となる。また、訓練中に、送信部２０がセンサ１７の出力を自動的に送信するようにしてもよい。

受信部２１は、外部機器、例えば、外部サーバ等からのデータを受信する。これにより、歩行タイミングの検出条件を変更することができる。具体的には、切替タイミングを検出するための閾値などの設定を変更することができる。例えば、閾値の設定を変更する場合には、外部機器が閾値の設定を変えるための指令を送信すればよい。受信部２１が設定変更の指令を受信すると、演算装置１８ｂが閾値を変更する。利用者毎に最適な検出条件を設定することができる。これによって、ユーザ毎に最適な検出条件を設定することができる。

＜動作＞
次に、歩行補助装置１の動作を説明する。本実施形態の歩行補助装置１は、平地の歩行、並びに、階段の上り及び階段の下りを含む歩行を補助する。図６は、実施形態に係る歩行補助装置１を用いた歩行サイクルにおいて、歩行動作及びモード切替のタイミングを例示した図である。図６には、平地の歩行、並びに、階段の上り及び階段の下りを含む歩行についてのモード切替のタイミングを示している。まず、図６を参照して、遊脚期及び立脚期を含む１歩行サイクルを説明する。その後、平地を歩行する場合の歩行動作及びモード切替のタイミングを説明する。次に、階段の上りの歩行動作及びモード切替のタイミングを説明する。そして、階段の下りの歩行動作及びモード切替のタイミングを説明する。

＜１歩行サイクル＞
図６に示すように、１歩行サイクルは、左脚の一歩と右脚の一歩との合計２歩を含んでいる。図６では、１歩行サイクルが（ａ）～（ｍ）の順番で示されている。（ｍ）のタイミングの後に（ａ）のタイミングに戻り、次の歩行サイクルとなる。図６では、（ａ）～（ｇ）のタイミングで遊脚期となり、（ｈ）～（ｍ）のタイミングで立脚期となる。

遊脚期は、歩行補助装置１が装着された脚部の足裏が離地した状態であり、立脚期は、歩行補助装置１が装着された脚部の足裏が接地した状態である。（ｇ）のタイミングと（ｈ）の間で、足裏が着地しており、（ｍ）から（ａ）に戻るタイミングで足裏が離地している。（ａ）～（ｃ）のタイミングは膝関節の屈曲角度が大きくなる屈曲期となり、（ｄ）～（ｇ）のタイミングは、膝関節の屈曲角度が小さくなる伸展期となっている。なお、遊脚期、立脚期、屈曲期、及び、伸展期は、歩行補助装置１を装着した患脚を基準としている。

＜平地の歩行動作：屈曲方向＞
次に、平地を歩行する場合の、上記１歩行サイクルにおける歩行動作及びモード切替のタイミングを説明する。まず、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパ１５の動作を説明する。平地の歩行動作では、伸展期において、具体的には、（ｆ）のタイミングにおいて、第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わっている。また、立脚期から遊脚期に変わるタイミング、具体的には、（ｍ）のタイミングと（ａ）のタイミングとの間で、第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わっている。

第１屈曲モードは、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えないフリーモード、または、第２屈曲モードよりも小さい抵抗力を与えるモードを含む。第２屈曲モードは、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパモード、または、第１屈曲モードよりも大きい抵抗力を与えるモードを含む。

遊脚期においては、患脚は、ユーザの体重を支える必要がない。このため、遊脚期においては、ダンパ１５によって膝関節に対する抵抗力を発生する必要が無いか、発生させたとしても小さい抵抗力でよい。よって、遊脚期のほぼ全体において、制御部１８は、屈曲方向に対して、フリーモードを含む第１屈曲モードにすることができる。一方、立脚期の全体において、制御部１８は、第２屈曲モードにし、ダンパ１５に対して屈曲方向に抵抗力を発生させる。

さらに、１歩行サイクルにおいて、第１屈曲モード及び第２モードのみが設けられており、歩行動作中に制御部１８が第１屈曲モードと第２屈曲モードとに交互に切替えている。つまり、制御部１８がタイミング信号に基づいて、ダンパ１５を制御している。例えば、フリーモードとダンパモードとをオンオフ制御している。このようにすることで、簡便な構成により、適切な制御を行うことができる。例えば、歩行サイクル毎に歩行動作がばらついた場合、センサ１７で検出される切替タイミングがばらつくおそれがある。このような場合でも遊脚期から立脚期に切り替わる前のタイミング、つまり、伸展期における任意のタイミングにおいて、ダンパ１５が第１屈曲モードから第２屈曲モードへと切り替わっていればよい。

具体的には、（ｄ）～（ｇ）の間の所定のタイミングにおいて、制御部１８がモードを切替えていればよい。センサ１７で検出される切替タイミングの誤差に対するマージンを広くすることができるため、適切に制御することができる。また、伸展期においては、膝関節が屈曲している状態から徐々に伸展方向に回転していく。このため、ダンパ１５が第２屈曲モードとなっていたとしても、抵抗力が発生しない。よって、ダンパ１５がユーザの歩行動作を妨げることなく、モード切替を行うことができる。

また、ダンパ１５は、伸展方向に抵抗力を発生させないフリーとしている。このため、ユーザは、膝関節を自由に伸展させることができる。また、ダンパモードを含む第２屈曲モードと、フリーモードを含む第１屈曲モードとの間に、ダンパ１５がロックするロックモードがないため、ダンパ１５が歩行動作の妨げとなることを防ぐことができる。ロックモードを介さずに第２屈曲モードから第１屈曲モードに移行するため、容易に適切な制御を行うことができる。

センサ１７の出力により、遊脚期と立脚期との切替タイミングを検出して、遊脚期を第１屈曲モード、立脚期を第２屈曲モードとしてもよい。つまり、遊脚期から立脚期に変わるタイミングと、立脚期から遊脚期に切り替わるタイミングとを、ダンパ１５のモードの切替タイミングとしてもよい。

また、第１屈曲モードと第２屈曲モードとの切替えは、急峻でもなめらかでもよい。すなわち、第２屈曲モードは、第１屈曲モードの抵抗力から徐々に抵抗力が増加する期間を含んでもよいし、第１屈曲モードの抵抗力まで徐々に抵抗力が減少する期間を含んでもよい。

＜平地の歩行動作：伸展方向＞
次に、平地を歩行する場合の、膝関節の伸展方向の動作を説明する。平地の歩行動作では、伸展方向の動作は、歩行サイクルの全体において、フリーモードでもよい。なお、伸展方向の動作は、第１伸展モード及び第２伸展モードを含んでもよい。例えば、制御部１８は、伸展アシスト手段１６を用いて、第１伸展モードと第２伸展モードとが交互に切替わるように制御してもよい。具体的には、制御部１８は、伸展期において、例えば、（ｅ）のタイミングにおいて、第１伸展モードから第２伸展モードに切り替えてもよい。また、制御部１８は、遊脚期から立脚期に変わるタイミング、具体的には、（ｇ）のタイミングと（ｈ）のタイミングとの間で、第２伸展モードから第１伸展モードに切り替えてもよい。

このようにすることによって、膝屈曲位歩行をする人、または、立脚初期にすでに膝が曲がっている人等に対して、伸展期に伸展アシストするので、過度な膝折れを抑制することができる。

＜階段の上りの歩行動作：屈曲方向＞
次に、階段の上りを歩行する場合の、上記１歩行サイクルにおける歩行動作及びモード切替のタイミングを説明する。まず、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパ１５の動作を説明する。

階段の上りの歩行サイクルは、（ｊ）～（ｍ）及び（ａ）～（ｄ）のタイミングで遊脚期となり、（ｅ）～（ｈ）のタイミングで立脚期となる。そして、階段の上りの歩行サイクルは、（ｅ）のタイミングにおいて、第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わっている。平地の場合に、第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わるタイミングは、例えば、（ｆ）～（ｈ）のタイミングである。よって、下腿の屈曲角度を比べると、階段の上りの場合には、平地の場合よりも大きい屈曲角度で第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わっている。

一方、階段の上りの歩行サイクルは、（ｊ）のタイミングにおいて、第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わっている。平地の場合に、第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わるタイミングは、例えば、（ａ）のタイミングである。よって、下腿の屈曲角度を比べると、階段の上りの場合には、平地の場合よりも小さい屈曲角度で第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わっている。

このように、制御部１８は、階段の上りの場合には、平地の場合よりも大きい屈曲角度で第１屈曲モードから第２屈曲モードへ切替える。また、制御部１８は、階段の上りの場合には、平地の場合よりも小さい屈曲角度で第２屈曲モードから第１屈曲モードへ切替える。階段の上りでは、足裏が離地する遊脚期の直前のタイミングにおいて、下腿の屈曲角度は、平地に比べて小さい。そこで、階段の上りの場合には、ダンパ１５をオフまたは低減する屈曲角度を平地の場合よりも小さくする。これにより、足裏が離地する遊脚期にダンパ１５をオフまたは低減することができる。よって、脚部が階段に引掛かかる恐れを低減し、制御タイミングの不整合により生じる違和感を抑制することができる。

＜階段の上りの歩行動作：伸展方向＞
次に、階段の上りを歩行する場合の、膝関節の伸展方向の動作を説明する。階段の上りの歩行動作では、伸展アシスト手段１６を作用させていない。また、ダンパ１５は伸展方向に抵抗力を発生させない。よって、階段の上りの歩行動作では、伸展方向の動作は、歩行サイクルの全体において、フリーモードである。階段の上りの歩行動作において、伸展アシスト手段１６を用いると、接地タイミングがずれることにより、制御タイミングの不整合により違和感が生じる可能性がある。よって、制御部１８は、伸展方向をフリーモードとすることが望ましい。

＜階段の下りの歩行動作：屈曲方向＞
次に、階段の下りを歩行する場合の、上記１歩行サイクルにおける歩行動作及びモード切替のタイミングを説明する。まず、膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパ１５の動作を説明する。

階段の下りの歩行サイクルは、（ｃ）～（ｇ）のタイミングで遊脚期となり、（ｈ）～（ｍ）及び（ａ）～（ｂ）のタイミングで立脚期となる。そして、階段の下りの歩行サイクルは、（ｈ）のタイミングにおいて、第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わっている。平地の場合に、第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わるタイミングは、例えば、（ｆ）～（ｈ）のタイミングである。よって、下腿の屈曲角度を比べると、階段の下りの場合には、平地の場合よりも小さい屈曲角度で第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わってもよいし、平地の場合と同じ屈曲角度で第１屈曲モードから第２屈曲モードに切り替わってもよい。

一方、階段の下りの歩行サイクルは、（ｃ）のタイミングにおいて、第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わっている。平地の場合に、第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わるタイミングは、例えば、（ａ）のタイミングである。よって、下腿の屈曲角度を比べると、階段の下りの場合には、平地の場合よりも大きい屈曲角度で第２屈曲モードから第１屈曲モードに切り替わっている。

このように、制御部１８は、階段の下りの場合には、平地の場合よりも小さいか、または、平地の場合と同じ屈曲角度で第１屈曲モードから第２屈曲モードへ切替える。また、制御部１８は、階段の下りの場合には、平地の場合よりも大きい屈曲角度で第２屈曲モードから第１屈曲モードへ切替える。階段の下りでは、足裏が離地する遊脚期の直前のタイミングにおいて、下腿の屈曲角度は、平地に比べて大きい。そこで、階段の下りの場合には、ダンパ１５をオフまたは低減する屈曲角度を平地の場合よりも大きくする。これにより、脚部にユーザの体重がかかっている時にダンパ１５がオフまたは低減されないようにすることができる。よって、脚部がユーザの体重を支えることができるので、制御タイミングの不整合により生じる違和感を抑制することができる。

＜階段の下りの歩行動作：伸展方向＞
次に、階段の下りを歩行する場合の、膝関節の伸展方向の動作を説明する。階段の下りの歩行動作では、伸展アシスト手段１６を作用させていない。また、ダンパ１５は伸展方向に抵抗力を発生させない。よって、階段の下りの歩行動作では、伸展方向の動作は、歩行サイクルの全体において、フリーモードである。階段の下りの歩行動作において、伸展アシスト手段１６を用いると、接地タイミングがずれることにより、制御タイミングの不整合により違和感が生じる可能性がある。よって、制御部１８は、伸展方向をフリーモードとすることが望ましい。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の歩行補助装置１では、階段の上りの場合には、平地の場合よりも小さい屈曲角度で第２屈曲モードから第１屈曲モードへ切替える。また、制御部１８は、階段の下りの場合には、平地の場合よりも大きい屈曲角度で第２屈曲モードから第１屈曲モードへ切替える。これにより、足裏が離地する遊脚期にダンパをオフすることができるとともに、脚部にユーザの体重がかかっている時にダンパがオフされないようにすることができる。よって、制御タイミングの不整合により生じる違和感を抑制することができる。

第１屈曲モードと第２屈曲モードとのモード切替の制御は、オンオフ制御に限られるものではない。モード切替のタイミングにおいて、ダンパ１５の抵抗力を徐々に増加又は減少させるようにしてもよい。例えば、第２屈曲モードは、抵抗力が徐々に変化するような期間を含んでもよい。例えば、フリーモードとダンパモードとの切替え時において、抵抗力が段階的に増加、又は減少するようにしてもよい。なお、上記第１屈曲モードと第２屈曲モードとのモード切替の制御は、第１伸展モードと第２伸展モードとの段階的なモード切替にも適用可能である。

また、歩行補助装置１は、電源を供給するためのバッテリを搭載していてもよい。バッテリは、充放電可能な二次電池であってもよく、一次電池であってもよい。また、バッテリは、太陽電池であってもよい。この場合、歩行補助装置１の表面に太陽電池の受光部を設けられていればよい。また、制御部１８は、ソレノイドスイッチ、半導体スイッチ等の切替器１８ａを有していてもよい。制御部１８は、電子回路を含み、電子回路からの制御信号によって、切替器１８ａのＯＮ／ＯＦＦの切替を制御することで、ダンパ１５及び伸展アシスト手段１６のモードを切り替える構成であってもよい。

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することが可能である。

１ 歩行補助装置
１１ 上腿サポータ
１２ 下腿サポータ
１３ 上腿フレーム
１４ 下腿フレーム
１５ ダンパ
１６ 伸展アシスト手段
１７ センサ
１８ 制御部
１８ａ 切替器
１８ｂ 演算装置
１９ メモリ
２０ 送信部
２１ 受信部

Claims (1)

1. ユーザの脚部に装着される歩行補助装置であって、
   前記脚部の膝関節の屈曲方向に抵抗力を与えるダンパと、
   前記ユーザの歩行サイクルにおける切替タイミングを検出するセンサと、
   第１屈曲モードと、前記第１屈曲モードよりも前記抵抗力を大きくする第２屈曲モードと、が交互に繰り返されるように、前記切替タイミングに応じて前記ダンパのモードを切り替える制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、所定のユーザにおける階段の上りの場合には、平地の場合よりも小さい屈曲角度で前記第２屈曲モードから前記第１屈曲モードへ切替え、前記所定のユーザにおける階段の下りの場合には、前記平地の場合よりも大きい前記屈曲角度で前記第２屈曲モードから前記第１屈曲モードへ切替え、
   前記屈曲角度は、前記膝関節が伸展して上腿及び下腿が伸びた状態から前記下腿が屈曲した角度である、
   歩行補助装置。

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