WO2021145107A1

WO2021145107A1 - 歩行補助装置

Info

Publication number: WO2021145107A1
Application number: PCT/JP2020/045870
Authority: WO
Inventors: 弘北本; 健一上月; 秀哉大西; 恭輔磯貝
Original assignee: 株式会社ジェイテクト
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-07-22
Also published as: JP2021108986A

Abstract

歩行補助装置は、レールと、レールに沿って移動可能な移動体と、移動体に支持され、利用者の身体部分を支持するように構成された支持部材と、移動体をレールに沿って移動させる駆動装置と、移動体又は支持部材に設けられ、支持部材が利用者から受ける進行方向前方への荷重を検出するセンサと、利用者が支持部材に荷重を付与している状態において、センサにより検出される進行方向前方への荷重が目標荷重となるように、駆動装置を制御して支持部材をレールに沿って移動させる制御装置と、を備える。

Description

歩行補助装置

　本開示は、歩行補助装置に関する。

　階段や廊下等には、歩行者（平坦路歩行者や階段歩行者を含む）を補助する目的で、手すりが設置される場合が多い。しかし、高齢者等の歩行困難者には、一般的な手すりだけでは補助が不十分である。これに対し、日本国特開平１０－３１４２４７号公報に記載されるように、手すりから、進行方向の左右方向に対して突出した棒状の握り部を備え、駆動装置により駆動する歩行補助装置を利用することにより、サポート性能を向上させることができる。

　日本国特開２００５－１９２８３６号公報に記載の歩行補助装置には、握力操作により歩行中に移動速度を調節が可能な操作部が備えられている。日本国特開２００５－１９２８３６号公報の歩行補助装置によれば、利用者は、自分の意思により操作部を操作することで、移動速度を任意に調節することが可能となる。

　しかしながら、日本国特開平１０－３１４２４７号公報に記載の歩行補助装置は、あらかじめ設定された一定の速度で移動するため、利用者側が歩行補助装置の移動速度に合わせて歩行する必要があり、利用者の意思により移動速度をコントロールすることができない。利用者の歩行能力に合わない速度で歩行することにより、足がもつれたり、疲労により途中で休憩が必要になったりする場合がある。また、日本国特開２００５－１９２８３６号公報に記載の歩行補助装置は、移動速度を調節するためには、握力により操作部を操作する必要があるが、握力による操作は通常の歩行動作とは異なる動作であるため、操作に熟練を要する。また、日本国特開平１０－３１４２４７号公報、及び日本国特開２００５－１９２８３６号公報の歩行補助装置を用いた場合、通常の歩行時に、本来期待される筋力のトレーニング効果が損なわれる。

　ところで、安定している外部対象物、例えば、壁や手すり等に軽く触れると、立位姿勢が安定化するという「ライトタッチ効果」が知られている。特に高齢者にとってはライトタッチ効果が有効に作用する。歩行中においても、常時、ライトタッチ効果を実現できることが期待されている。ライトタッチ効果を実現するための外部対象物は、安定している物である。歩行中にライトタッチ効果を実現するためには、外部対象物を歩行に合わせて移動させる必要がある。しかしながら、上述した日本国特開平１０－３１４２４７号公報、及び日本国特開２００５－１９２８３６号公報に記載の装置を適用したとしても、歩行中においてライトタッチ効果を実現することはできない。

　本開示は、歩行中（平坦路歩行中又は階段歩行中）において、通常の歩行時に期待される筋力のトレーニング効果と同程度の筋力トレーニング効果を実現し、且つ、歩行時の危険性を低減し、ライトタッチ効果を実現可能な歩行補助装置を提供する。

　本開示の一態様によれば、歩行補助装置は、レールと、前記レールに設けられ、該レールに沿って移動可能な移動体と、前記移動体に支持され、利用者の身体部分を支持するように構成された支持部材と、前記移動体を前記レールに沿って移動させる駆動装置と、前記移動体又は前記支持部材に設けられ、前記支持部材が前記利用者から受ける進行方向前方への荷重を検出するセンサと、前記利用者が前記支持部材に前記荷重を付与している状態において、前記センサにより検出される前記進行方向前方への荷重が目標荷重となるように、前記駆動装置を制御して前記支持部材を前記レールに沿って移動させる制御装置とを備える。

　利用者が支持部材に触れた状態で歩行すると、支持部材には利用者から進行方向前方への荷重が付与される状態となる。そして、制御装置は、センサにより検出される進行方向前方への荷重が目標荷重となるように、支持部材を移動させている。

　ここで、利用者の進行方向前方への移動速度が支持部材の移動速度より遅くなると、支持部材が利用者から受ける進行方向前方への荷重は、小さくなっていく。つまり、センサにより検出される荷重が目標荷重よりも小さくなっていく。ここで、制御装置は、センサにより検出される荷重が目標荷重となるように移動させている。従って、支持部材の移動速度は、遅くなるように変化する。つまり、支持部材の移動速度は、利用者の移動速度に対応するように変化する。

　一方、利用者の進行方向前方への移動速度が支持部材の移動速度より速くなると、支持部材が利用者から受ける進行方向前方への荷重は、大きくなっていく。つまり、センサにより検出される荷重が目標荷重よりも大きくなっていく。ここで、制御装置は、上記のとおり、センサにより検出される荷重が目標荷重となるように移動させている。従って、支持部材の移動速度は、早くなるように変化する。つまり、支持部材の移動速度は、利用者の移動速度に対応するように変化する。

　利用者の歩行に伴って利用者の位置が移動するときに、支持部材は、利用者の位置に対応して移動する。つまり、支持部材は、利用者との距離を保った状態を維持することができる。この状態は、歩行している利用者にとって見ると、支持部材は、安定した位置に位置し続ける物体となる。そのため、利用者の触覚による立位姿勢の安定によるバランス性が向上し、転倒が防止され、安全な歩行を可能とする。つまり、利用者が歩行中（平坦路歩行中や階段歩行中）において、支持部材によるライトタッチ効果を実現可能となる。その結果、歩行時の危険性を低減することが可能となる。さらに、支持部材は、利用者に対して牽引することはない。つまり、利用者は、支持部材に触れた状態で、自身の力によって歩行することになる。その結果、通常の歩行時に基体される筋力のトレーニング効果と同程度の筋力トレーニング効果を実現できる。

図１は、歩行補助装置の全体構成図である。図２は、レール及び駆動力伝達装置の一部であるラックの一部分を示す斜視図である。図３は、移動体、支持部材、駆動装置の一部、センサを示す斜視図である。ただし、移動体のカバーは省略する。図４は、歩行補助装置について、レールを軸直角断面として示した図である。図５は、移動体の一部、支持部材、及び、センサを含む部分について、上方から見た図、すなわち図４のＶ方向矢視図である。図６は、センサの他の例を示す図である。図７は、支持部材の他の例を示す図である。図８は、制御装置の機能ブロック構成を示す図である。図９は、平坦路、上り路、下り路のそれぞれにおいて、目標荷重、移動開始閾値、通常停止閾値、緊急停止閾値を示す図である。図１０は、制御装置の演算部による処理を示すフローチャートである。図１１は、平坦路において、センサにより検出される荷重Ｆｓと重力分による荷重Ｆｇとの関係を示す図である。図１２は、平坦路において、初期状態である停止状態から移動開始して通常停止に至るまでにおける歩行補助装置の動作に関し、経過時間と荷重Ｆｓとの関係を示すグラフである。図１３は、平坦路において、初期状態である停止状態から移動開始して緊急停止に至るまでにおける歩行補助装置の動作に関し、経過時間と荷重Ｆｓとの関係を示すグラフである。図１４は、上り路において、センサにより検出される荷重Ｆｓと重力分による荷重Ｆｇとの関係を示す図である。図１５は、上り路において、初期状態である停止状態から移動開始して通常停止に至るまでにおける歩行補助装置の動作に関し、経過時間と荷重Ｆｓとの関係を示すグラフである。図１６は、下り路において、センサにより検出される荷重Ｆｓと重力分による荷重Ｆｇとの関係を示す図である。図１７は、下り路において、初期状態である停止状態から移動開始して通常停止に至るまでにおける歩行補助装置の動作に関し、経過時間と荷重Ｆｓとの関係を示すグラフである。

　（１．歩行補助装置の適用対象と目的）
　歩行補助装置は、利用者の歩行を補助し、歩行路は、平坦路、上り路、下り路の何れにも適用できる。上り路は、進行方向前方が上方に傾斜しており、上り階段や上り斜面を含む。下り路は、進行方向前方が下方に傾斜しており、下り階段や下り斜面を含む。

　歩行補助装置は、利用者の歩行中において、ライトタッチ効果を実現するための補助装置である。つまり、利用者を、牽引したり、後押ししたりするために用いられる装置ではない。ライトタッチ効果は、安定している対象物に軽く触れると、立位姿勢が安定化するという効果である。そこで、歩行補助装置は、歩行中の利用者に対して、安定している対象物を提供する。

　ライトタッチ効果を実現するために、利用者の身体部分の一部が軽く触れていればよく、触れる部位は限定されない。特に、利用者の手又は腕が安定している対象物に触れる状態とするとよい。

　（２．歩行補助装置１の例の基本構成）
　歩行補助装置１の例の基本構成について、図１を参照して説明する。本例では、歩行補助装置１は、階段を昇降する利用者に対する補助装置である。歩行補助装置１は、レール２と、移動体３と、支持部材４と、駆動装置５と、センサ６と、制御装置７とを備える。

　レール２は、歩行経路に沿って、床面又は壁面に固定される。レール２は、利用者の腰から鳩尾程度の高さに敷設され、利用者が歩行補助装置１を使用しないときには、手すりとして利用できる形態が好ましい。

　移動体３は、レール２に沿って移動可能に設けられている。移動体３は、レール２に対してブレーキ状態とブレーキ解除状態とを切替可能に構成されている。支持部材４は、基端部が移動体３に支持され、利用者の身体部分を支持可能な部材である。例えば、支持部材４は、利用者が歩行する通路側に延びている。支持部材４は、利用者の身体部分を支持可能な形状であれば、特に限定されない。支持部材４は、利用者の身体部分として手又は腕等を支持可能であることが好ましい。

　駆動装置５は、移動体３をレール２に沿って移動させる。駆動装置５は、例えば、モータ等の駆動源と、駆動源の駆動力を伝達し移動体３を移動させる駆動力伝達装置により構成される。駆動力伝達装置としては、レール２に沿って設けられたラックと駆動源に接続されるピニオンによる構成や、レール２に沿って設けられた送りねじと送りねじに螺合されるスライダによる構成等を用いることができる。駆動力伝達装置をラック及びピニオンにより構成すると、階段や斜面の傾斜の変化や、カーブ等に沿ってレール２を敷設した場合にも駆動源の駆動力を円滑に伝達することができる。図１においては、駆動源及び駆動力伝達装置の一部は、移動体３を構成する外側カバーの内部に収容される。

　センサ６は、移動体３又は支持部材４に設けられており、支持部材４が利用者から受ける進行方向前方への荷重Ｆｐを検出する。さらに、センサ６は、支持部材４が利用者から受ける進行方向後方への荷重Ｆｐを検出する。つまり、センサ６は、進行方向の前後両方向の荷重Ｆｐを検出可能である。

　ここで、センサ６が検出する荷重Ｆｓには、利用者が支持部材４に付与する荷重Ｆｐの他に、例えば、支持部材４等の重力の影響による荷重Ｆｇが含まれる場合がある。そこで、以下において、センサ６が検出する荷重Ｆｓ、利用者が支持部材４に付与する荷重Ｆｐ、重力の影響による荷重Ｆｇとを区別して説明する。

　制御装置７は、センサ６により検出される進行方向前方への荷重Ｆｓに基づいて、駆動装置５を制御することにより、移動体３及び支持部材４をレール２に沿って進行方向前方へ移動させる。制御装置７は、例えば、利用者が支持部材４に進行方向前方への荷重Ｆｐを付与している状態において、センサ６により検出される進行方向前方への荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetとなるように制御する。つまり、制御装置７は、荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetとなるように、駆動装置５を制御することにより、移動体３及び支持部材４をレール２に沿って移動させる。

　（３．歩行補助装置１による効果）
　歩行補助装置１は、以下の効果を奏する。利用者が支持部材４に触れた状態で歩行すると、支持部材４には利用者から進行方向前方への荷重Ｆｐが付与される状態となる。そして、制御装置７は、センサ６により検出される進行方向前方への荷重Ｆｓが目標荷重となるように、支持部材４を移動させている。

　ここで、利用者の進行方向前方への移動速度が支持部材４の移動速度より遅くなると、支持部材４が利用者から受ける進行方向前方への荷重Ｆｐは、小さくなっていく。つまり、センサ６により検出される荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetよりも小さくなっていく。ここで、制御装置７は、センサ６により検出される荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetとなるように移動させている。従って、支持部材４の移動速度は、遅くなるように変化する。つまり、支持部材４の移動速度は、利用者の移動速度に対応するように変化する。

　一方、利用者の進行方向前方への移動速度が支持部材４の移動速度より速くなると、支持部材４が利用者から受ける進行方向前方への荷重Ｆｐは、大きくなっていく。つまり、センサ６により検出される荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetよりも大きくなっていく。ここで、制御装置７は、上記のとおり、センサ６により検出される荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetとなるように移動させている。従って、支持部材４の移動速度は、早くなるように変化する。つまり、支持部材４の移動速度は、利用者の移動速度に対応するように変化する。

　利用者の歩行に伴って利用者の位置が移動するときに、支持部材４は、利用者の位置に対応して移動する。つまり、支持部材４は、利用者との距離を保った状態を維持することができる。この状態は、歩行している利用者にとって見ると、支持部材４は、安定した位置に位置し続ける物体となる。そのため、利用者の触覚による立位姿勢の安定によるバランス性が向上し、転倒が防止され、安全な歩行を可能とする。つまり、利用者が歩行中（平坦路歩行中や階段歩行中）において、支持部材４によるライトタッチ効果を実現可能となる。その結果、歩行時の危険性を低減することが可能となる。さらに、支持部材４は、利用者に対して牽引することはない。つまり、利用者は、支持部材４に触れた状態で、自身の力によって歩行することになる。その結果、通常の歩行時に基体される筋力のトレーニング効果と同程度の筋力トレーニング効果を実現できる。

　また、上述したように、利用者の進行方向前方への移動速度が支持部材４の移動速度より遅くなると、支持部材４が利用者から受ける進行方向前方への荷重は、小さくなっていく。仮に、利用者の進行方向前方への移動速度が支持部材４の移動速度よりも極めて遅くなると、支持部材４が利用者から受ける荷重は、進行方向後方への荷重となる場合がある。一方、利用者の進行方向前方への移動速度が支持部材４の移動速度より速くなると、支持部材４が利用者から受ける進行方向前方への荷重は、大きくなっていく。

　そして、センサ６は、支持部材４が利用者から受ける進行方向前方への荷重を検出すると共に、進行方向後方への荷重を検出している。つまり、センサ６によって、利用者がどのような状態であるかを把握することができる。

　そして、制御装置７は、センサ６により検出された進行方向前方への荷重に基づいて、移動体３をレール２に沿って移動させている。従って、利用者が進行方向前方へ適切に歩行している状態であれば、制御装置７は、支持部材４を適切な位置に位置させることができる。つまり、利用者が歩行中において、支持部材によるライトタッチ効果を実現可能となる。

　（４．歩行補助装置１の構成例）
　（４－１．歩行補助装置１の構成例）
　歩行補助装置１の構成例について、図２－図５を参照して説明する。図２に示すように、歩行補助装置１のレール２は、円筒状又は円柱状に形成されたレール本体２１と、レール本体２１の下方に延出した板状の補助レール２２と、補助レール２２の下端から水平方向に延出した駆動装置５のラック５１とを備える。レール２は、図示しない固定具により、壁面又は床面に固定される。レール本体２１は、歩行補助装置１を使用しないときには、通常の手すりとして使用することができる。

　移動体３は、レール本体２１に当接し且つ転動可能となるように設置されたローラ３１を備える。さらに、移動体３は、図示しない複数のローラを備えており、複数のローラが、レール２の延伸方向に相互に離間してレール本体２１及び補助レール２２に当接し且つ転動可能となる。そして、ローラ３１及び他の複数のローラによって、移動体３はレール２に安定した姿勢で支持される。また、移動体３は、レール２の延伸方向に延びるガイド３２を備える。

　支持部材４は、支持部４１とスライダ４２とを備える。支持部４１は、円柱状に形成されており、利用者が歩行する通路側に突出している。スライダ４２は、支持部４１の基端に一体に設けられており、ガイド３２に往復移動可能に支持されている。つまり、スライダ４２は、ガイド３２に対して、レール２の延伸方向に往復移動する。そして、スライダ４２がガイド３２に支持されている状態において、支持部４１は、水平な状態となる。

　駆動装置５は、レール２に固定されるラック５１、駆動源であるモータ５２、駆動力伝達装置の一部であるギヤボックス５３、ピニオン５４を備えて構成される。モータ５２は、例えば、支持部材４よりも上方に設けられており、例えば水平軸方向に回転軸を有するように配置されている。駆動力伝達装置の一部であるギヤボックス５３は、モータ５２の回転軸に連結されている。駆動力伝達装置の一部であるピニオン５４は、ギヤボックス５３に連結されている。ピニオン５４は、ローラ３１の下方に、ローラ３１と同軸上に配置されており、ラック５１に噛み合う。ピニオン５４が回転しながら、ラック５１に噛み合うことにより、移動体３がレール２に沿って移動する。

　センサ６は、第一センサ６１ａ及び第二センサ６１ｂを備える。第一センサ６１ａ及び第二センサ６１ｂは、荷重センサである。第一センサ６１ａ及び第二センサ６１ｂは、支持部材４を、進行方向前後の両側から挟むように配置されている。

　第一センサ６１ａは、支持部材４が移動体３に対してレール２の延伸方向の一方（図３の右側）へ移動する場合に、支持部材４から受ける荷重Ｆｓを検出する。そして、センサ６は、支持部材４の基端に配置されている。第一センサ６１ａは、移動体３に固定されており、且つ、スライダ４２におけるスライド方向の一方側に配置されている。第一センサ６１ａは、予圧縮されており、スライダ４２が移動したとしても、スライダ４２におけるスライド方向の一方側の端面に当接した状態を維持する。第一センサ６１ａは、スライダ４２がレール２の延伸方向の一方へ移動することによって、スライダ４２から受ける荷重Ｆｓを検出する。

　第二センサ６１ｂは、支持部材４が移動体３に対してレール２の延伸方向の他方（図３の左側）へ移動する場合に、支持部材４から受ける荷重Ｆｓを検出する。具体的には、第二センサ６１ｂは、移動体３に固定されており、且つ、スライダ４２におけるスライド方向の他方側に配置されている。第二センサ６１ｂは、予圧縮されており、スライダ４２が移動したとしても、スライダ４２におけるスライド方向の他方側の端面に当接した状態を維持する。第二センサ６１ｂは、スライダ４２がレール２の延伸方向の他方へ移動することによって、スライダ４２から受ける荷重Ｆｓを検出する。

　第一センサ６１ａ及び第二センサ６１ｂを予圧縮状態で配置することにより、スライダ４２が一方へ移動した際には、一方のセンサはプラスの荷重を検出し、他方のセンサでは、マイナスの荷重が検出される。これにより、センサ６による荷重Ｆｓの検出精度が向上する。

　（４－２．センサ６の他の例）
　センサ６の他の例について、図６を参照して説明する。上記においては、センサ６は、荷重センサであって、スライダ４２のスライド方向（進行方向前後方向）の両端面のそれぞれに配置した。

　図６に示すように、支持部材４の基端付近にひずみセンサである第一センサ６２ａ及び第二センサ６２ｂが配置されている。支持部材４の支持部４１が利用者から荷重を受けると、支持部４１の基端側はわずかではあるが、荷重により変形する。第一センサ６２ａ及び第二センサ６２ｂは、その変形量を検出することにより、支持部４１が受けた荷重を検出することができる。

　また、図示しないが、支持部４１の表面に、支持部４１にかかる荷重を検出する荷重センサ、又は、支持部４１表面の変形量を検出するひずみセンサを配置してもよい。また、支持部４１と移動体３との間に荷重センサを組み込むこともできる。ただし、センサ６としては、荷重の検出精度や、支持部材４の交換が容易である点から、支持部材４の基端に配置した第一センサ６１ａ及び第二センサ６１ｂが好ましい。このとき、荷重センサである第一センサ６１ａ及び第二センサ６１ｂに代えて、スライダ４２のガイド３２に対する移動を検出する変位センサを用いることもできる。

　（４－３．支持部材４の他の例）
　支持部材４の他の例について、図７を参照して説明する。上記においては、支持部材４の支持部４１は、断面円形の棒状とした。この他に、図７に示すように、支持部材４は、枠を有する形態としてもよい。当該枠形状は、多角形、円形、楕円形等、種々の形状を採用することができる。利用者は、自動車のステアリングホイールのように、支持部材４を把持することも可能となる。また、支持部材４は、利用者の胴体部分の腹部側又は背面側を支持する面状の支持部４１を備える形態であってもよい。

　（５．歩行補助装置１の制御装置７）
　（５－１．制御装置７の機能ブロック構成）
　制御装置７の機能ブロック構成について、図８を参照して説明する。図８に示すように、制御装置７は、荷重取得部７１、記憶部７２、及び、演算部７３を備える。荷重取得部７１は、センサ６により検出される荷重Ｆｓを取得する。詳細には、荷重取得部７１は、第一センサ６１ａにより検出される進行方向の一方への荷重を取得し、第二センサ６１ｂにより検出される進行方向の他方への荷重を取得する。記憶部７２は、制御に用いる、目標荷重Ｆtarget、閾値Ｆth1，Ｆth2，Ｆth3等を記憶する。目標荷重Ｆtarget、閾値Ｆth1，Ｆth2，Ｆth3等は、複数の利用者に対して、それぞれに適切な異なる値として記憶してもよく、利用時に各利用者に適した設定を選択して使用することができる。

　演算部７３は、荷重取得部７１が取得した荷重Ｆｓ、及び、記憶部７２に記憶される情報に基づいて、移動体３の移動を制御する。つまり、演算部７３は、駆動装置５のモータ５２を制御するための出力信号を生成する。演算部７３は、駆動装置５の制御によって、移動体３の移動を開始させたり、移動を停止させたり、移動速度を変化させたりする。

　（５－２．対象路に応じた目標荷重及び閾値）
　歩行補助装置１は、上述したように、平坦路、上り路、下り路の任意の対象路に適用可能である。そして、制御装置７に用いる目標荷重Ｆtarget及び閾値Ｆth1，Ｆth2，Ｆth3は、対象路によって異なる。対象路に応じた目標荷重Ｆtarget及び閾値Ｆth1，Ｆth2，Ｆth3について、図９を参照して説明する。

　目標荷重Ｆtargetは、利用者が支持部材４に触れた状態で歩行しているときに、センサ６により検出される荷重Ｆｓの目標値である。移動開始閾値Ｆth1は、移動体３が停止している状態において、利用者が支持部材４に荷重をかけたときに、移動体３が停止状態から移動開始に移行するための荷重Ｆｓである。つまり、移動体３が停止している状態において、荷重Ｆｓが移動開始閾値Ｆth1を超えた時に、移動体３の移動を開始する。

　通常停止閾値Ｆth2は、移動体３が移動している状態において、利用者が支持部材４にかける荷重を小さくしていくときに、移動状態から停止状態に移行するための荷重Ｆｓである。つまり、移動体３が移動している状態において、荷重Ｆｓが通常停止閾値Ｆth2を下回った時に、移動体３の移動が停止される。緊急停止閾値Ｆth3は、移動体３が移動している状態において、利用者又は外部物体によって支持部材４が大きな負荷を受けたときに、移動状態から緊急停止状態に移行するための荷重Ｆｓである。

　平坦路においては、目標荷重は、Ｆtarget(1)であり、開始閾値は、Ｆth1(1)であり、通常停止閾値は、Ｆth2(1)であり、緊急停止閾値は、Ｆth3(1)である。上り路においては、目標荷重は、Ｆtarget(2)であり、開始閾値は、Ｆth1(2)であり、通常停止閾値は、Ｆth2(2)であり、緊急停止閾値は、Ｆth3(2)である。下り路においては、目標荷重は、Ｆtarget(3)であり、開始閾値は、Ｆth1(3)であり、通常停止閾値は、Ｆth2(3)であり、緊急停止閾値は、Ｆth3(3)である。

　ここで、上り路における目標荷重Ｆtarget(2)、移動開始閾値Ｆth1(2)、通常停止閾値Ｆth2(2)、及び、緊急停止閾値Ｆth3(2)は、平坦路における目標荷重Ｆtarget(1)、移動開始閾値Ｆth1(1)、通常停止閾値Ｆth2(1)、及び、緊急停止閾値Ｆth3(1)と同一値である。なお、上り路の歩行中において、利用者が支持部材４に進行方向前方（上方）への荷重Ｆｐをかけている場合に、センサ６が検出する進行方向前方（上方）の荷重Ｆｓは、「Ｆｐ－Ｆｇ」となる。上り路における目標荷重Ｆtarget(2)等と平坦路における目標荷重Ｆtarget(1)とが同一値である場合、利用者は、荷重Ｆｇに相当する分だけ進行方向前方（上方）への荷重Ｆｐを大きくする必要がある。通常、荷重Ｆｐが増大したとしても歩行に支障はないため、上り路における目標荷重Ｆtarget(2)等と平坦路における目標荷重Ｆtarget(1)とを同一値としてもよい。

　一方、上り路の傾斜角が大きい場合や利用者の歩行能力が低い場合等には、荷重Ｆｇの分の負荷を軽減する目的から、上り路における目標荷重Ｆtarget(2)等を平坦路における目標荷重Ｆtarget(1)に対して小さい値としてもよい。具体的には、上り路における目標荷重Ｆtarget(2)、移動開始閾値Ｆth1(2)、通常停止閾値Ｆth2(2)、及び、緊急停止閾値Ｆth3(2)を、平坦路における目標荷重Ｆtarget(1)、移動開始閾値Ｆth1(1)、通常停止閾値Ｆth2(1)に対してΔａだけ小さな値としてもよい。調整量Δａは、主として、支持部材４の重力分を考慮するための値であり、荷重Ｆｇ以下とすることが好ましい。

　下り路における目標荷重Ｆtarget(3)、移動開始閾値Ｆth1(3)、通常停止閾値Ｆth2(3)、緊急停止閾値Ｆth3(3)は、平坦路における目標荷重Ｆtarget(1)、移動開始閾値Ｆth1(1)、通常停止閾値Ｆth2(1)、緊急停止閾値Ｆth3(1)に対して、Δｂだけ大きな値としている。調整量Δｂは、主として、支持部材４の重力分を考慮するための値である。さらに、調整量Δｂは、上り路に比べて下り路における安定性・安全性を考慮した値とすることもできる。

　ここで、歩行経路が階段や斜面のように傾斜がある場合、上り路に比べて下り路は、下方への恐怖心が湧きやすく、転倒等の事故も起こりやすい。そこで、下り路における目標荷重Ｆtarget(3)（下方目標荷重）は、上り路の目標荷重Ｆtarget(2)（上方目標荷重）以上の値に設定されていることが好ましい。

　ライトタッチ効果を実現するために、それぞれの目標荷重Ｆtargetは、以下を目安として設定される。例えば、平坦路及び上り路における目標荷重Ｆtarget(1)(2)は、例えば、０．１Ｎ～１Ｎとする。この値は、利用者にとっては、非常に小さな値である。また、下り路における目標荷重Ｆtarget(3)は、例えば、１Ｎ～４Ｎとする。下り路における目標荷重Ｆtarget(3)は、平坦路及び上り路における目標荷重Ｆtarget(1)(2)と同一値でもよいが、目標荷重Ｆtarget(3)を大きな値とすると、ブレーキ効果が得られ、利用者は、恐怖心を軽減することができ、安心して降りることができる。

　（５－３．制御装置７の演算部７３の処理）
　制御装置７の演算部７３の処理について、図１０を参照して説明する。演算部７３の処理において、初期状態は、移動体３が停止している状態とする。

　演算部７３は、荷重取得部７１がセンサ６から取得した荷重Ｆｓが進行方向前方への荷重であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、演算部７３は、予め、利用者の進行方向に関する情報を有している。従って、演算部７３は、荷重Ｆｓの方向が進行方向前方であるか進行方向後方であるかの判定は可能である。演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが進行方向後方の荷重である場合には（Ｓ１：Ｎ）、再び、Ｓ１に戻り、処理を繰り返す。

　演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが進行方向前方の荷重である場合には（Ｓ１：Ｙ）、取得した荷重Ｆｓが移動開始閾値Ｆth1より大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。移動開始閾値Ｆth1を超えていなければ（Ｓ２：Ｎ）、再び、Ｓ１に戻り、処理を繰り返す。

　一方、演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが進行方向前方の荷重であって（Ｓ１：Ｙ）、且つ、移動開始閾値Ｆth1より大きい場合には（Ｓ２：Ｙ）、移動体３の移動を開始する（ステップＳ３）。

　移動体３の移動開始後においては、演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetとなるように制御される。そこで、演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetより大きい場合であって（ステップＳ４：Ｙ）、取得した荷重Ｆｓが緊急停止閾値Ｆth3未満である場合には（ステップＳ５：Ｙ）は、移動体３の移動速度を増速させる（ステップＳ６）。この状態とは、利用者の移動速度が支持部材４の移動速度よりも早い状態であって、利用者の移動速度が緊急停止速度未満である状態である。増速後には、Ｓ４に戻り処理を繰り返す。

　演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtargetより大きい場合であって（ステップＳ４：Ｙ）、取得した荷重Ｆｓが緊急停止閾値Ｆth3以上である場合には（ステップＳ５：Ｎ）は、移動体３を停止させて（ステップＳ７）、Ｓ１から再び処理を繰り返す（Ｓ７）。移動体３の移動開始後においては、演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtarget以下である場合であって（ステップＳ４：Ｎ）、取得した荷重Ｆｓが通常停止閾値Ｆth2未満である場合には（ステップＳ８：Ｙ）は、移動体３を停止させて（ステップＳ９）、Ｓ１から再び処理を繰り返す。

　また、演算部７３は、取得した荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtarget以下である場合であって（ステップＳ４：Ｎ）、取得した荷重Ｆｓが通常停止閾値Ｆth2以上である場合には（ステップＳ８：Ｎ）は、移動体３を減速させる（ステップＳ１０）。この状態とは、利用者の移動速度が支持部材４の移動速度よりも遅い状態であって、利用者の移動速度が通常停止速度以上である状態である。減速後には、Ｓ４に戻り処理を繰り返す。

　（６．平坦路歩行中の歩行補助装置１の動作）
　利用者が平坦路を歩行中において、歩行補助装置１の動作について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１に示すように、平坦路の歩行中において、利用者が支持部材４に進行方向前方への荷重Ｆｐをかけている場合に、センサ６が検出する進行方向前方の荷重Ｆｓは、荷重Ｆｐに等しくなる。

　図１２に示すように、移動体３が停止している状態において、利用者が支持部材４に進行方向前方への荷重Ｆｐをかけると、センサ６が検出する荷重Ｆｓは徐々に大きくなる。そうすると、荷重Ｆｓが移動開始閾値Ｆth1(1)より大きくなり（点Ａ）、制御装置７は、移動体３及び支持部材４を進行方向前方へ移動開始する。

　移動体３及び支持部材４が移動開始することで、荷重Ｆｓは小さくなっていく。そして、利用者が適切に歩行している間は、荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtarget(1)となるように、制御装置７は、移動体３及び支持部材４を進行方向前方へ移動させ続ける。このとき、利用者の移動速度が変化すれば、利用者の移動速度に応じて、移動体３及び支持部材４を移動させることになる。この間、支持部材４は、利用者との距離を保った状態を維持する。従って、利用者は、歩行中において、支持部材４によるライトタッチ効果を実現できる。

　そして、移動体３及び支持部材４が移動している状態で、荷重Ｆｓが通常停止閾値Ｆth2を下回ると、制御装置７は、移動体３及び支持部材４の移動を停止する（点Ｂ）。移動体３及び支持部材４が停止するタイミングにおいても、支持部材４は、利用者との距離を保った状態となる。従って、利用者にとって、違和感なく支持部材４が停止することになる。

　また、図１３を参照して、緊急停止の状態について説明する。移動体３及び支持部材４が移動開始して、荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtarget(1)となるように制御されているとする。この状態において、利用者が躓いたりして、荷重Ｆｓが急激に大きくなる場合がある。このような場合には、図１３に示すように、荷重Ｆｓが急激に大きくなり、緊急停止閾値Ｆth3(1)を超えると（点Ｃ）、制御装置７は、移動体３及び支持部材４の移動を緊急停止する。

　（７．上り路歩行中の歩行補助装置１の動作）
　利用者が上り路を歩行中において、歩行補助装置１の動作について、図１４及び図１５を参照して説明する。図１４に示すように、上り路の歩行中において、利用者が支持部材４に進行方向前方（上方）への荷重Ｆｐをかけている場合に、センサ６が検出する進行方向前方（上方）の荷重Ｆｓは、「Ｆｐ－Ｆｇ」となる。

　ここで、上り路において、Ｆｇは、移動体３及び支持部材４等の重力分による進行方向後方（下方）への荷重である。つまり、センサ６には、初期状態、利用者が支持部材４に触れていない状態において、既に重力分による荷重Ｆｇが作用している。

　図１５に示すように、移動体３が停止している状態において、利用者が支持部材４に進行方向前方（上方）への荷重Ｆｐをかけると、センサ６が検出する荷重Ｆｓが大きくなる。そして、荷重Ｆｓが移動開始閾値Ｆth1(2)より大きくなり（点Ａ）、制御装置７は、移動体３及び支持部材４を進行方向前方（上方）へ移動開始する。上り路における移動開始閾値Ｆth1(2)は、平坦路における移動開始閾値Ｆth1(1)と同一値である。つまり、平坦路に比べると、上り路においては、重力分の荷重Ｆｇが影響するため、利用者は重力分の荷重Ｆｇより大きな荷重を支持部材４にかけたときに、移動体３及び支持部材４が移動開始する。ただし、上り路における移動開始閾値Ｆth1(2)は、平坦路における移動開始閾値Ｆth1(1)よりもΔａだけ小さな値に設定してもよい。

　一旦移動開始した後には、移動体３が支持部材４を進行方向前方（上方）へ力を付与する状態となる。従って、一旦移動開始した後には、先の重力分の荷重Ｆｇは考慮する必要がなくなる。そこで、荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtarget(2)（上方目標荷重）となるように、制御装置７は、移動体３及び支持部材４を進行方向前方（上方）へ移動させ続ける。このときの目標荷重Ｆtarget(2)は、平坦路の目標荷重Ｆtarget(1)と同一値である。ただし、目標荷重Ｆtarget(2)は、平坦路の目標荷重Ｆtarget(1)よりもΔａだけ小さな値に設定してもよい。

　また、上り路における緊急停止閾値Ｆth3(2)は、平坦路における緊急停止閾値Ｆth3(1)と同一値である。ただし、緊急停止閾値Ｆth3(2)は、平坦路における緊急停止閾値Ｆth3(1)よりもΔａだけ小さな値に設定してもよい。

　（８．下り路歩行中の歩行補助装置１の動作）
　利用者が下り路を歩行中において、歩行補助装置１の動作について、図１６及び図１７を参照して説明する。図１６に示すように、下り路の歩行中において、利用者が支持部材４に進行方向前方（下方）への荷重Ｆｐをかけている場合に、センサ６が検出する進行方向前方（下方）の荷重Ｆｓは、「Ｆｐ＋Ｆｇ」となる。

　ここで、下り路において、Ｆｇは、移動体３及び支持部材４等の重力分による進行方向前方（下方）への荷重である。つまり、センサ６には、初期状態、利用者が支持部材４に触れていない状態において、既に重力分による荷重Ｆｇが作用している。そこで、下り路における移動開始閾値Ｆth1(3)が、平坦路における移動開始閾値Ｆth1(1)よりも、重力分による荷重Ｆｇに対応するΔｂだけ大きな値に設定されている。

　さらに、下り路においては、利用者に対する安心感を確保するために、例えば、支持部材４に手を置いたはずみ等で動作を開始しない程度に、感度を鈍くするとよい。つまり、下り路における移動開始閾値Ｆth1(3)が、平坦路における移動開始閾値Ｆth1(1)よりも、重力分による荷重Ｆｇ及び感度を鈍くする荷重分に対応するΔｂだけ大きな値に設定してもよい。この場合、下り路における移動開始閾値Ｆth1(3)は、上り路における移動開始閾値Ｆth1(2)よりも、感度を鈍くする荷重分だけ大きな値に設定されることになる。感度を鈍くすることの意味は、換言すると、移動体３及び支持部材４に対して動きにくくすることを意味する。

　一旦移動開始した後には、荷重Ｆｓが目標荷重Ｆtarget(3)（下方目標荷重）となるように、制御装置７は、移動体３及び支持部材４を進行方向前方（下方）へ移動させ続ける。このときの目標荷重Ｆtarget(3)は、利用者の身体を安定させることを目的として、平坦路及び上り路における目標荷重Ｆtarget(1)(2)より大きな値に設定されている。

　同様の主旨で、下り路における通常停止閾値Ｆth2(3)も、平坦路及び上り路における通常停止閾値Ｆth2(1)(2)よりも大きな値に設定されている。また、下り路における緊急停止閾値Ｆth3(3)は、平坦路における緊急停止閾値Ｆth3(1)よりΔｂだけ大きな値に設定されている。ただし、両者は、同一値にしてもよい。

　本出願は、２０２０年１月１３日出願の日本特許出願特願２０２０-００３３１０に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims

　レールと、
　前記レールに設けられ、該レールに沿って移動可能な移動体と、
　前記移動体に支持され、利用者の身体部分を支持するように構成された支持部材と、
　前記移動体を前記レールに沿って移動させる駆動装置と、
　前記移動体又は前記支持部材に設けられ、前記支持部材が前記利用者から受ける進行方向前方への荷重を検出するセンサと、
　前記利用者が前記支持部材に前記荷重を付与している状態において、前記センサにより検出される前記進行方向前方への荷重が目標荷重となるように、前記駆動装置を制御して前記支持部材を前記レールに沿って移動させる制御装置と、
　を備える、歩行補助装置。
　前記制御装置は、前記支持部材が停止する状態において前記センサにより検出される前記進行方向前方への荷重が前記目標荷重より大きな移動開始閾値を超える場合に、前記駆動装置を制御して前記支持部材の前記進行方向前方への移動を開始させる、請求項１に記載の歩行補助装置。
　前記制御装置は、前記支持部材が移動する状態において前記センサにより検出される前記進行方向前方への荷重が前記目標荷重より小さな停止閾値を下回る場合に、前記駆動装置を制御して前記支持部材の移動を停止させる、請求項１又は２に記載の歩行補助装置。
　前記制御装置は、前記センサが進行方向後方への荷重を検出する場合に、前記駆動装置を停止させる、請求項１－３の何れか１項に記載の歩行補助装置。
　前記進行方向前方に下方に傾斜した下り路における前記目標荷重である下方目標荷重と、前記進行方向前方に上方に傾斜した上り路における前記目標荷重である上方目標荷重とは、異なる値に設定されている、請求項１－４の何れか１項に記載の歩行補助装置。
　前記下方目標荷重は、前記上方目標荷重以上の値に設定されている、請求項５に記載の歩行補助装置。
　前記センサは、前記支持部材の基端に配置されている、請求項１－６のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
　前記支持部材は、前記移動体に対して前記レールの延伸方向に往復移動可能に設けられ、
　前記センサは、
　前記支持部材が前記移動体に対して前記レールの延伸方向の一方へ移動する場合に前記支持部材から受ける荷重を検出する第一センサと、
　前記支持部材が前記移動体に対して前記レールの延伸方向の他方へ移動する場合に前記支持部材から受ける荷重を検出する第二センサと、
　を備える、請求項１－７の何れか１項に記載の歩行補助装置。
　前記移動体は、前記レールの延伸方向に延びるガイドを備え、
　前記支持部材は、該支持部材の基端に、前記ガイドに往復移動可能に支持されたスライダを備え、
　前記第一センサは、前記スライダの往復移動方向の一方側の位置に配置され、前記スライダが前記移動体に対して前記レールの延伸方向の一方へ移動する場合に前記支持部材から受ける前記荷重を検出し、
　前記第二センサは、前記スライダの往復移動方向の他方側の位置に配置され、前記スライダが前記移動体に対して前記レールの延伸方向の他方へ移動する場合に前記支持部材から受ける前記荷重を検出する、請求項８に記載の歩行補助装置。
　前記支持部材は、前記利用者の前記身体部分として手又は腕を支持可能である、請求項１－９の何れか１項に記載の歩行補助装置。