(57)【要約】【課題】使用者の意思に応じて的確に動作し、意思に反した動きを防止した安全性に優れた歩行支援器を提供する。【解決手段】アーム１２を備えた本体１１の下部の左右のフレーム１０に、それぞれモータ付きの駆動輪１３を備えた自走可能な歩行支援器である。各駆動輪１３のモータのトルクを検出するトルクセンサーと、アーム１２に加えられる力の方向を検出するロードセンサーと、障害物センサーと、フレームの下部の床面及び使用者の足を撮影するカメラ２２と、走行演算制御部１４とを備える。走行演算制御部１４はこれらのトルクセンサーと、ロードセンサーと、障害物センサーと、カメラ２２の画像とに基づいて使用者の意思を判断し、左右の駆動輪１３を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の手が置かれるアームを備えた本体の下部の左右のフレームに、それぞれモータ付きの駆動輪を備えた自走可能な歩行支援器であって、各駆動輪のモータのトルクを検出するトルクセンサーと、アームに加えられる力の方向を検出するロードセンサーと、障害物センサーと、フレームの下部の床面及び使用者の足を撮影するカメラと、走行演算制御部とを備え、走行演算制御部が、これらのトルクセンサーと、ロードセンサーと、障害物センサーと、カメラの画像とに基づいて使用者の意思を判断し、左右の駆動輪を制御することを特徴とする歩行支援器。
【請求項２】
左右のフレームは、駆動輪の他に転倒防止用の補助車輪を備え、使用者を中心とした３６０度の回転可能としたことを特徴とする請求項１に記載の歩行支援器。
【請求項３】
左右のフレームの前部は開放されており、便器の直上位置まで進入可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載の歩行支援器。
【請求項４】
走行演算制御部は、床面に貼り付けたテープを前記カメラで読み取り、左右の駆動輪を制御して、テープに沿って無人走行を可能としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の歩行支援器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動輪を備えた歩行支援器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自力歩行が困難な年配者や身体障害者等の歩行支援手段として、手押し型の歩行器が用いられている。しかし使用者の体力によっては、勾配がある床面では歩行が困難となることがある。そこで特許文献１に示されるような、駆動輪を備えた電動式の歩行支援器が提案されている。しかしこのような従来の電動式の歩行支援器には、次のような問題があった。
【０００３】
特許文献１の歩行支援器は、使用者からハンドル状の保持手段に加えられる並進力や旋回力を検出し、それに応じて左右の駆動輪の回転を制御している。すなわち、使用者がより早く前進したい場合には、保持手段に加えられる並進力が大きくなるため、駆動輪の回転速度を増加させる。また旋回したい場合には、使用者からハンドル状の保持手段に加えられる旋回力が増加するため、左右の駆動輪を個別に制御して旋回運動を生じさせる。
【０００４】
しかし、通常の前進歩行中に使用者がつまずいた場合にも、保持手段に加えられる並進力が大きくなるため、駆動輪を増速すると却って危険な状態となる。また、ベッドへの移乗時には保持手段の片側に大きい反力が発生するが、それを旋回や後退と誤認識し、使用者の意図しない動きとなって危険な状態となる。これらの危険を避けるために駆動輪の回転速度の上限を低く制限しており、低速でしか前進できないのが実態である。
【０００５】
またトイレの便器への移乗時にも問題がある。すなわち、特許文献１の歩行支援器は前方が塞がっているため、便器の近傍にまで到着した後は、歩行支援器を離れて移乗する必要があり、最も頻度の高い排泄行為が困難となる。
【０００６】
また特許文献１の歩行支援器は大型であるために病室等のベッドの側方に置くことができず、室外の廊下や待機場所に待機させておくこととなる。このためトイレに行きたい場合には、昼夜を問わずに介助者を呼んで歩行支援器をベッドの側方まで移動させてもらわねばならない。このため介助者を呼ぶことを躊躇して自分だけでトイレに行こうとし、転倒する事態も頻発している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６３１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の主な目的は上記した従来の問題点を解決し、使用者の意思に応じて的確に動作するのみならず、意思に反した動きを防止した安全性に優れた歩行支援器を提供することである。また本発明の他の目的は、トイレの便器への移乗が容易であり、ベッド脇まで自走させることもできる歩行支援器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するためになされた本発明の歩行支援器は、使用者の手が置かれるアームを備えた本体の下部の左右のフレームに、それぞれモータ付きの駆動輪を備えた自走可能な歩行支援器であって、各駆動輪のモータのトルクを検出するトルクセンサーと、アームに加えられる力の方向を検出するロードセンサーと、障害物センサーと、フレームの下部の床面及び使用者の足を撮影するカメラと、走行演算制御部とを備え、走行演算制御部が、これらのトルクセンサーと、ロードセンサーと、障害物センサーと、カメラの画像とに基づいて使用者の意思を判断し、左右の駆動輪を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
好ましい実施形態においては、左右のフレームは、駆動輪の他に転倒防止用の補助車輪を備え、使用者を中心とした３６０度の回転が可能となっている。また、左右のフレームの前部は開放されており、便器の直上位置まで進入可能となっている。さらに、走行演算制御部は、床面に貼り付けたテープを前記カメラで読み取り、左右の駆動輪を制御して、テープに沿って無人走行が可能となっている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の歩行支援器は、使用者の手が置かれるアームを備えた本体の下部の左右のフレームに、それぞれモータ付きの駆動輪を備えた自走可能な歩行支援器であって、各駆動輪のモータのトルクを検出するトルクセンサーと、アームに加えられる力の方向を検出するロードセンサーと、フレームの下部の床面及び使用者の足を撮影するカメラとの画像とに基づいて使用者の意思を判断し、左右の駆動輪を制御する。このため、使用者がつまづいたり、移乗のために片手をついたりした場合にも、歩行支援器が意思に反した動きをすることがない。
【００１２】
また本発明の歩行支援器は、便器の直上位置まで進入したり、使用者を中心とした３６０度の回転をしたりすることもできるので、便器への移乗も容易となる。さらに廊下等に置かれた歩行支援器をベッド脇まで自走させることもできるので、最も頻度の高い排泄行為を容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の歩行支援器を示す３面図である。
【図２】便器に座った状態を示す側面図である。
【図３】オムニホイールの斜視図である。
【図４】歩行支援器の様々な使用状況を模式的に示す図である。
【図５】代表的な５種類の状況における各センサーの情報を示すグラフである。
【図６】代表的な他の５種類の状況における各センサーの情報を示すグラフである。
【図７】トイレにおける歩行支援器の動きの説明図である。
【図８】様々な状況における信号の流れを概念的に示したブロック図である。
【図９】システム構成図である。
【図１０】自走モードの処理フロー図である。
【図１１】画像認識と走行補正の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（全体構成）
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は実施形態の歩行支援器を示す３面図であり、１０は左右のフレーム、１１は左右のフレーム１０の上方に設けられた本体部、１２は本体部１１の上面に配置されたアームである。アーム１２は使用者が手を置く部分であり、左右に分割されている。本体部１１の下部は前方が開放されているので、図２のように便器２６の直近位置まで進み、座ることができる。なお、アーム１２はＵ字状であり、使用者は左右のフレーム１０の中央に立つことができる。
【００１５】
左右のフレーム１０の前後方向の中央部には、それぞれ駆動輪１３が設けられている。駆動輪１３は図示を略したモータを備えており、本体部１１に搭載された走行演算制御部１４がモータの回転を制御し、左右の駆動輪１３の動きを個別に制御できるようになっている。また左右のフレーム１０の前後には、転倒防止用の補助車輪１５、１６が配置されている。
【００１６】
これらの補助車輪１５、１６は、任意の方向に移動できる機能を持つものであることが好ましく、この実施形態では図３に示すオムニホイールが用いられている。オムニホイールは回転軸１７の周囲のブラケット１８の外周に３個以上の樽型ローラ１９を配置した構造を持ち、回転軸１７と直交する方向のみならず、回転軸１７と同一方向にも、斜交する方向にも移動可能なホイールである。このように使用者が立つ位置を駆動輪１３と同じ位置とし、その前後に任意の方向に移動できる補助車輪１５、１６を配置したので、この歩行支援器は使用者を中心として３６０度の旋回が可能である。
【００１７】
この歩行支援器には多くのセンサーが取り付けられている。先ず左右の駆動輪１３の近傍には、各駆動輪１３のモータのトルクを検出するトルクセンサー２０が設けられている。これらのトルクセンサー２０によって、各駆動輪１３の回転状態を検出することができる。
【００１８】
また左右のアーム１２には、使用者の手からアーム１２に加えられる力の方向を検出するロードセンサー２１が設けられている。ロードセンサー２１としてはロードセルを使用することができる。直進時には左右のアーム１２に均等な力が加えられるが、使用者が右に曲がりたい場合には左側のアーム１２により大きい前向きの力が加わる。またアーム１２に加えられる力の方向によって、使用者が前進したいのか、後退したいのかの区別も付けることができる。
【００１９】
本体部１１の中央部には、カメラ２２が下向きに取り付けられている。このカメラ２２は駆動輪１３の中心の床面２３及び使用者の足２４を撮影している。後述するように、床面２３に誘導用のテープが貼られている場合には、テープの方向も撮影することができる。このほか、床面に置かれた物体や壁などを検出する障害物センサー２５を取り付けておくものとする。
【００２０】
これらのトルクセンサー２０の情報、ロードセンサー２１の情報、カメラ２２からの床面２３及び使用者の足２４の情報、障害物センサー２５の情報は本体部１１に搭載された走行演算制御部１４に送られ、走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて、使用者の意思を判断し、左右の駆動輪１３の動きを制御する。以下にその詳細を説明する。
【００２１】
（動作説明）
図４に、この歩行支援器の様々な使用状況を模式的に示した。また図５と図６に、代表的な１０種類の状況における各センサーからの情報をグラフ化して示した。
【００２２】
一定速度で前進している状況においては、左右のトルクセンサー２０の出力は一定であり、左右のロードセンサー２１の出力も一定である。しかし使用者が加速しようとしてアーム１２を押す力を増加すると、左右の駆動輪１３は加速されるので、トルクセンサー２０の出力は図５の（Ａ）に示すように一時的に増加し、ロードセンサー２１の出力も増加する。またカメラは使用者の足の存在を検出し、障害物センサー２５は障害物がないことを検出している。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて使用者の加速の意思を判断し、左右の駆動輪１３の回転速度を上昇させる。このようにして歩行支援器の走行速度を高めることができる。
【００２３】
次に図５の（Ｂ）に示す前側転倒の状況を説明する。この場合にはアーム１２により大きい力が作用し、駆動輪１３も強く前方に押されるので、トルクセンサー２０とロードセンサー２１に加速の場合よりも大きい出力が生じる。しかも転倒すると所定の位置に足がなくカメラ２２の足検出出力も変動する。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて使用者が前側転倒したと判断し、左右の駆動輪１３を停止させて完全に転倒することを防止する。
【００２４】
これらの単なる加速と転倒との区別は、トルクセンサー２０の出力がしきい値aを超えるか否か、またロードセンサー２１の出力がしきい値ｂを超えるか否かによって付けることができる。このほか、出力が平常値から最大値まで増加する時間ｃ１、ｃ２の長さによっても見分けることができる。転倒の場合は単なる加速よりも大きい加速度が作用するからである。
【００２５】
次に図５の（Ｃ）に示すスロープ登りの状況を説明する。この場合にも通常の前進よりもトルクセンサー２０及びロードセンサー２１の出力は増加するが、加速の場合とは異なり増加した状態が維持される。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいてスロープ登りであると判断し、左右の駆動輪１３の回転速度を一定に保つ。
【００２６】
次に図５の（Ｄ）に示す段差越えの状況を説明する。この場合にはトルクセンサー２０及びロードセンサー２１の出力は一時的に増加し、直ぐに平常値に復帰する。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて段差越えであると判断し、左右の駆動輪１３の回転速度を一定に保つ。
【００２７】
次に図５の（Ｅ）に示すトイレ先進の状況を説明する。この場合には使用者は便器の位置で停止し、歩行支援器のみを奥の壁に向けてさらに前進させる。このためトルクセンサー２０及びロードセンサー２１の出力はなくなり、カメラ２２は足に続いて便器を検出する。また障害物センサー２５が前方の壁を検出する。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいてトイレに来たと判断し、左右の駆動輪１３を停止し、ブレーキを掛ける。
【００２８】
次に図６の（Ｆ）に示す左右旋回の状況を説明する。この場合には旋回方向の外側となるトルクセンサー２０及びロードセンサー２１の出力が増加するため、走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて使用者の意思が旋回であると判断し、外側の駆動輪１３の回転速度を増加させる。なお、旋回の完了もトルクセンサー２０及びロードセンサー２１の出力により判断することができる。
【００２９】
次に図６の（Ｇ）に示す左右反転の状況を説明する。この場合には反転方向の片側ではトルクセンサー２０及びロードセンサー２１の出力が増加し、反対側ではトルクセンサー２０及びロードセンサー２１の出力が減少する。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて使用者の意思がその場での反転であると判断し、左右の駆動輪１３を互いに逆方向に駆動する。
【００３０】
次に図６の（Ｈ）に示す左右反転の状況を説明する。この場合には図５の（Ｄ）に示す段差越えとは異なり、ロードセンサー２１の出力のみが一時的に変動している。しかし直ぐに平常値に復帰しているため、走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて段差越えであると判断し、左右の駆動輪１３の回転速度を一定に保つ。
【００３１】
次に図６の（Ｉ）に示す走行干渉の状況を説明する。この例では歩行支援器が前方の壁に衝突しており、障害物センサー２５が前方の壁を検出するとともに、トルクセンサー２０の出力は低下し、ロードセンサー２１の出力が変動する。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて走行干渉であると判断し、左右の駆動輪１３を停止させる。
【００３２】
次に図６の（Ｊ）に示す走行接触の状況を説明する。この例では歩行支援器の片側が壁などに接触しており、片側のトルクセンサー２０の出力が低下するとともに、ロードセンサー２１の出力が変動する。また障害物センサー２５が壁を検出している。走行演算制御部１４はこれらの情報に基づいて走行接触であると判断し、左右の駆動輪１３を停止させる。
【００３３】
図４に示したその他の状況についても同様に、走行演算制御部１４は各センサー及びカメラ２２からの信号に基づいて使用者の意思及びアクシデントの発生を判断し、左右の駆動輪１３を制御する。
【００３４】
図７に、使用頻度の高いトイレにおける歩行支援器の動きを示す。
先ず図７の（１）のように歩行支援器が前進し、（２）のように障害物センサー２５及びカメラ２２が便器２６を検出すると歩行支援器はいったん停止したうえ、（３）のように前進端まで移動する。使用者は（４）、（５）のように向きを変えて服を下ろし（６）のようにアーム１２で体重を支えながら便器２６に座る。その後、（７）のように服を上げて、（８）のようにアーム１２で体重を支えながら立ち上がる。その後、（９）のように便器２６から離れる位置まで後退したうえで（１０）のように使用者は振り返り、（１１）（１２）のように反転し、前進する。
【００３５】
このように、本実施形態の歩行支援器は左右のフレーム１０の前部は開放されて便器２６の直上位置まで進入可能となっているので、座ったり立ったりするときにも体重を支えることができる。また後退したうえで反転させることができるので、トイレの内部に広いスペースがない場合にも支障がない。
【００３６】
図８は以上に説明した様々な状況における信号の流れを概念的に示したブロック図である。使用者からアーム１２に加えられる操作力はロードセンサー２１からの信号として出力され、閾値を越えているか否かの判断が行われ、閾値を越えている場合にはカメラ２２からの信号と併せて、異常状況であるか否かが判断される。左右の駆動輪１３のトルクセンサー２０からのトルク信号も同様である。異常状況であると判断された場合には左右の駆動輪１３を停止させる。また異常状況ではないと判断された場合には、左右の駆動輪１３に個別に駆動指令を送り、各種の動作を行わせる。なお、これらの判断はプログラムにより行わせることができるが、判断の精度をより高めるために、走行演算制御部１４にＡＩを利用した学習機能を組み込むこともできる。
【００３７】
（無人走行機能）
本発明の歩行支援器は車椅子のように折り畳んでベッド脇に置いておくことができないため、廊下などのベッドから離れた位置で待機させておく可能性が高い。そのためベッド脇まで無人で自走できる機能を持たせることが好ましい。このために図９のシステム構成図に示すように、歩行支援器に無人走行モードへの切替可能なモード切替スイッチ３０を設けるとともに、遠隔操作可能な無線通信部３１を搭載した。
【００３８】
床面には走行経路を示すテープを貼り付けておき、カメラ２２でこのテープを撮影しながら、歩行支援器をテープに沿って自走させる。テープを用いる利点は、だれでも簡単に走行経路の設定や変更ができる点である。
【００３９】
図１０に自走モードの処理フローを示す。自走モードにおいて走行開始指示を受けたときには、本体部１１に取り付けた照明を点灯し、床面を照らし、カメラ２２が床面に貼られたテープの線の撮影を開始する。図９に示される画像処理部３２が撮影された画像を２値化処理し、線の欠落部分を補間処理する。撮影された線パターンが画像の中心にあるときには直進と判断し、走行演算制御部１４が駆動制御部３３に直進信号を送り、駆動部が左右の駆動輪１３を同一速度で回転させて直進させる。
【００４０】
しかし撮影された線パターンが図１１の（Ａ）のように画像の左側に寄っているときには、車体が右にずれていると判断し、右側の駆動輪１３を左側の駆動輪１３よりも少し多く回転させて車体を左方向に走行させる。逆に撮影された線パターンが図１１の（Ｂ）のように画像の右側に寄っているときには、車体が左にずれていると判断し、左側の駆動輪１３を右側の駆動輪１３よりも少し多く回転させて車体を右方向に走行させる。
【００４１】
また、撮影された線パターンが図１１の（Ｃ）のように画像の中心線に対して時計方向に傾いているときには、進行方向が左向きに偏っていると判断し、左側の駆動輪１３を右側の駆動輪１３よりも少し多く回転させて車体を右方向に戻す。逆に撮影された線パターンが図１１の（Ｄ）のように画像の中心線に対して反時計方向に傾いているときには、進行方向が右向きに偏っていると判断し、右側の駆動輪１３を左側の駆動輪１３よりも少し多く回転させて車体を左方向に戻す。
【００４２】
またテープが直角に貼られている位置では、撮影された線パターンが図１１の（Ｅ）や（Ｆ）のように折れ曲がる。このときにはその位置で、車体を折れ曲がった方向に左回転、または右回転させる。
【００４３】
このようにして床のテープの方向に車体を自走させることができる。なお自走は後向きに行うことが好ましい。障害物を検出したときには停止する。またテープの端部を検出したとき、あるいは停止標識を検出したときにも、走行を停止する。このようにして、歩行車椅子を待機位置からベッド脇まで無人走行させることができる。
【００４４】
上記の自走機能を円滑に行わせるために、図９に示すように遠隔操作・表示部４０と統括管理部５０が組み込まれている。遠隔操作・表示部４０は使用者の手元に置かれる操作端末に組み込まれ、指示入力部４１からの指示を遠隔処理部４２で処理し、無線通信部４３を介して統括管理部５０と通信する。
【００４５】
統括管理部５０は遠隔操作・表示部４０から受信した情報を総合処理部５１で処理し、駆動部５２に送信する。またシステム全体の情報を集約し、状態表示ＬＥＤ５３に表示する。モード切替部５４はモード切替スイッチ３０の選択状態により、通常の電動モードのほか、自走モードと歩行器モードへの切り替えも行う。歩行器モードの場合にはクラッチを切って駆動輪１３をモータから切り離し、フリーな状態とする。この歩行器モードにおいては、従来と同様の手押し式の歩行支援器として使用することができる。
【００４６】
以上に説明したように、本発明の歩行支援器は、使用者の意思に応じて的確に動作し、意思に反した動きを防止した安全性に優れたものである。また本発明の歩行支援器は、トイレの便器への移乗が容易であり、ベッド脇まで自走させることもできるなどの多くの利点がある。
【符号の説明】
【００４７】
１０  本体部
１１  フレーム
１２  アーム
１３  駆動輪
１４  走行演算制御部
１５  補助車輪
１６  補助車輪
１７  回転軸
１８  ブラケット
１９  樽型ローラ
２０  トルクセンサー
２１  ロードセンサー
２２  カメラ
２３  床面
２４  使用者の足
２５  障害物センサー
２６  便器
３０  モード切替スイッチ
３１  無線通信部
３２  画像処理部
４０  遠隔操作・表示部
４１  指示入力部
４２  遠隔処理部
４３  無線通信部
５０  統括管理部
５１  総合処理部
５２  駆動部
５３  状態表示ＬＥＤ
５４  モード切替部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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