(57)【要約】【課題】精度よく立脚状態および遊脚状態を判定することができる動作支援装置および動作支援方法を提供する。【解決手段】動作支援装置１００は、人の下半身に装着され、下半身の動作を支援する動作支援装置１００であって、人の足部に配置され、屈曲または伸展における足部の回転方向の回転加速度を検出するジャイロセンサ５１と、ジャイロセンサ５１の検出結果に応じて動作支援装置１００を制御する制御部８０と、を備え、制御部８０は、人の歩行中において、ジャイロセンサ５１の検出値が０となっている０期間を含む第一期間において足部が立脚状態であると判定し、第一期間以外の第二期間において足部が遊脚状態であると判定し、判定結果に応じて動作支援装置１００を制御する。【選択図】図２
2020110332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の下半身に装着され、前記下半身の動作を支援する動作支援装置であって、
前記人の足部に配置され、屈曲または伸展における前記足部の回転方向の回転加速度を検出するジャイロセンサと、
前記ジャイロセンサの検出結果に応じて前記動作支援装置を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記人の歩行中において、前記ジャイロセンサの検出値が０となっている０期間を含む第一期間において前記足部が立脚状態であると判定し、前記第一期間以外の第二期間において前記足部が遊脚状態であると判定し、判定結果に応じて前記動作支援装置を制御する
動作支援装置。
【請求項２】
さらに、
前記足部に配置され、互いに異なる３方向それぞれの加速度を検出する加速度センサを備え、
前記制御部は、さらに、前記人の歩行中において、前記０期間における前記加速度センサの検出結果を用いて、前記足部が立脚している地面の傾きを算出する
請求項１に記載の動作支援装置。
【請求項３】
前記制御部は、
予め記憶部に記憶されている、水平面に対する角度が既知である基準面に立脚している場合の前記加速度センサの検出結果と、前記０期間における前記加速度センサの検出結果との差を用いて、前記基準面からの前記地面の傾きの差を算出し、
前記基準面の角度に前記傾きの差を加算することで、前記地面の傾きを算出する
請求項２に記載の動作支援装置。
【請求項４】
前記０期間は、前記ジャイロセンサの検出値が０を含む所定範囲内となっている期間であり、
前記制御部は、前記０期間よりも第一時間前の第一タイミングから、前記０期間よりも第二時間後の第二タイミングまでの期間を、前記第一期間として算出する
請求項１または２に記載の動作支援装置。
【請求項５】
前記第一時間および前記第二時間は、予め定められた固定時間である
請求項４に記載の動作支援装置。
【請求項６】
前記第一時間および前記第二時間は、前記動作支援装置を装着する人に応じて異なる時間に設定される
請求項４または５に記載の動作支援装置。
【請求項７】
前記第一時間および前記第二時間は、前記０期間が短いほど短い時間に設定される
請求項４から６のいずれか１項に記載の動作支援装置。
【請求項８】
人の下半身に装着され、前記下半身の動作を支援する動作支援装置における動作支援方法であって、
前記人の足部に配置されるジャイロセンサの検出結果を取得し、
前記人が歩行中において、前記ジャイロセンサの検出値が０を含む所定範囲内になっている０期間を含む第一期間において前記足部が立脚状態であると判定し、前記第一期間以外の第二期間において前記足部が遊脚状態であると判定し、
判定結果に応じて前記動作支援装置を制御する
動作支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作支援装置および動作支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、足裏部に設けられた圧力センサの検出結果から脚部が遊脚状態であるか立脚状態であるかを判定する歩行訓練装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０９３９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、足裏に設けられた圧力センサが、立脚の度に装着者によって踏まれるため、破損しやすく、また、圧力センサからの出力信号が同じ条件であっても変化しやすい。このため、圧力センサを頻繁に交換しないと、精度よく立脚状態および遊脚状態を判定できないという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、精度よく立脚状態および遊脚状態を判定することができる動作支援装置および動作支援方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る動作支援装置は、人の下半身に装着され、前記下半身の動作を支援する動作支援装置であって、前記人の足部に配置され、屈曲または伸展における前記足部の回転方向の回転加速度を検出するジャイロセンサと、前記ジャイロセンサの検出結果に応じて前記動作支援装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記人の歩行中において、前記ジャイロセンサの検出値が０となっている０期間を含む第一期間において前記足部が立脚状態であると判定し、前記第一期間以外の第二期間において前記足部が遊脚状態であると判定し、判定結果に応じて前記動作支援装置を制御する。
【０００７】
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の動作支援装置は、精度よく立脚状態および遊脚状態を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る動作支援装置を前方から見た斜視図である。
【図２】図２は、動作支援装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、立脚状態における、地面に対する足部材の角度について説明するための図である。
【図４】図４は、遊脚状態における、地面に対する足部材の角度について説明するための図である。
【図５】図５は、上り坂において、足部材が静止している状態を示す図である。
【図６】図６は、下り坂において、足部材が静止している状態を示す図である。
【図７】図７は、上り坂を歩行しているときのジャイロセンサおよび加速度センサの検出結果を示す図である。
【図８】図８は、図７の立脚状態の第一期間を拡大した図である。
【図９】図９は、下り坂を歩行しているときのジャイロセンサおよび加速度センサの検出結果を示す図である。
【図１０】図１０は、動作支援装置の動力制御部による下肢への動力制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記動作支援装置の実現のため、本発明の一態様に係る動作支援装置は、人の下半身に装着され、前記下半身の動作を支援する動作支援装置であって、前記人の足部に配置され、屈曲または伸展における前記足部の回転方向の回転加速度を検出するジャイロセンサと、前記ジャイロセンサの検出結果に応じて前記動作支援装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記人の歩行中において、前記ジャイロセンサの検出値が０となっている０期間を含む第一期間において前記足部が立脚状態であると判定し、前記第一期間以外の第二期間において前記足部が遊脚状態であると判定し、判定結果に応じて前記動作支援装置を制御する。
【００１１】
これによれば、歩行が行われても検出値が劣化しにくいジャイロセンサの検出結果に応じて、人の歩行中における人の足部の立脚状態および遊脚状態を判定するため、精度よく足部の立脚状態および遊脚状態を判定することができる。
【００１２】
また、さらに、前記足部に配置され、互いに異なる３方向それぞれの加速度を検出する加速度センサを備え、前記制御部は、さらに、前記人の歩行中において、前記０期間における前記加速度センサの検出結果を用いて、前記足部が立脚している地面の傾きを算出してもよい。
【００１３】
このため、人が歩行している地面の傾きを、精度よく、かつ、容易に算出することができる。
【００１４】
また、前記制御部は、予め記憶部に記憶されている、水平面に対する角度が既知である基準面に立脚している場合の前記加速度センサの検出結果と、前記０期間における前記加速度センサの検出結果との差を用いて、前記基準面からの前記地面の傾きの差を算出し、前記基準面の角度に前記傾きの差を加算することで、前記地面の傾きを算出してもよい。
【００１５】
このため、人が歩行している地面の傾きを、精度よく、かつ、容易に算出することができる。
【００１６】
また、前記０期間は、前記ジャイロセンサの検出値が０を含む所定範囲内となっている期間であり、前記制御部は、前記０期間よりも第一時間前の第一タイミングから、前記０期間よりも第二時間後の第二タイミングまでの期間を、前記第一期間として算出してもよい。
【００１７】
このため、立脚状態の第一期間をより精度よく特定することができる。
【００１８】
また、前記第一時間および前記第二時間は、予め定められた固定時間であってもよい。
【００１９】
このため、立脚状態の第一期間をより精度よく特定することができる。
【００２０】
また、前記第一時間および前記第二時間は、前記動作支援装置を装着する人に応じて異なる時間に設定されてもよい。
【００２１】
このため、立脚状態の第一期間を、人に応じてより精度よく特定することができる。
【００２２】
また、前記第一時間および前記第二時間は、前記０期間が短いほど短い時間に設定されてもよい。
【００２３】
このため、立脚状態の第一期間を、歩行速度に応じてより精度よく特定することができる。
【００２４】
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００２５】
以下、本発明の一態様に係る動作支援装置１００について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２６】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２７】
（実施の形態）
図１〜図１０を用いて、動作支援装置について説明する。
【００２８】
［１−１．構成］
本実施の形態では、装着者に動作支援装置が装着された状態において、装着者の左右方向をＸ軸方向とし、装着者の前後方向をＹ軸方向とし、装着者の上下方向をＺ軸方向とする。また、装着者の左側をＸ軸方向プラス側とし、装着者の右側をＸ軸方向マイナス側とする。また、装着者の前側をＹ軸方向プラス側とし、装着者の後ろ側をＹ軸方向マイナス側とする。また。装着者の上側をＺ軸方向プラス側とし、装着者の下側をＺ軸方向マイナス側とする。なお、各図において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれを示す矢印が示す方向を、それぞれの方向におけるプラス側とし、矢印とは反対側の方向を、それぞれの方向におけるマイナス側とする。なお、装着者は、人の一例である。
【００２９】
図１は、実施の形態に係る動作支援装置を前方から見た斜視図である。
【００３０】
図１に示すように、動作支援装置１００は、胴体部材１０と、上脚部材２０と、下脚部材３０と、足部材４０と、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）５０と、アクチュエータ６０とを備える。
【００３１】
胴体部材１０は、装着者の胴体に装着される部材である。胴体部材１０は、２つの本体部１１と、本体部１１の間に固定される長尺板状の腰部１２と、装着者の腰の左右方向の両外側に、それぞれ２つの本体部１１が位置するように装着者の腰を腰部１２の所定の位置に固定するための腰ベルト１３とを有する。本体部１１には、動力制御部８３を実現するためのコンピュータと、コンピュータおよびアクチュエータ６０を動作させる電力を供給するバッテリが設けられていてもよい。本体部１１および腰部１２は、例えば、金属、樹脂などにより構成される。腰ベルト１３は、ナイロン、シリコーンなどの樹脂、金属、革（人工皮革を含む）などにより構成される。
【００３２】
なお、上脚部材２０、下脚部材３０、足部材４０、ＩＭＵ５０およびアクチュエータ６０は、２つの本体部１１のそれぞれに１つずつ設けられる（つまり、１つの動作支援装置１００に対して２つずつ設けられる）が、それぞれの形状が左右対称で異なる以外は、同様の構成であるので、以下では、片側の構成について主に説明する。
【００３３】
アクチュエータ６０は、胴体部材１０に設けられ、上脚部材２０を胴体部材１０に対して回転させる。アクチュエータ６０は、例えば、モータである。
【００３４】
上脚部材２０は、装着者の大腿部に装着される、長尺板状の部材である。上脚部材２０は、具体的にはバンド２１により大腿部のＸ軸方向外側の位置に、大腿部に対して略平行に装着される。上脚部材２０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が胴体部材１０の本体部１１に対して回転自在に接続され、Ｚ軸方向マイナス側の端部が下脚部材３０に対して回転自在に接続されている。具体的には、上脚部材２０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が胴体部材１０に対して、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸を軸として回転自在に接続されている。つまり、上脚部材２０は、装着者の股関節に対応する位置で、本体部１１に対して回転自在に接続されている。また、上脚部材２０は、Ｚ軸方向マイナス側の端部が下脚部材３０に対してＸ軸方向に沿った方向に延びる回転軸を軸として回転自在に接続されている。つまり、上脚部材２０は、装着者の膝関節に対応する位置で、下脚部材３０に対して回転自在に接続されている。上脚部材２０は、例えば、金属、樹脂などにより構成される。
【００３５】
下脚部材３０は、装着者の下腿部に装着される、長尺板状の部材である。下脚部材３０は、具体的には、装着者の下腿部の前側を支持する支持部３１により、下腿部のＸ軸方向外側の位置に、下腿部に対して略平行に装着される。下脚部材３０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が上脚部材２０に対して、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸３２を軸として回転自在に接続されている。下脚部材３０は、Ｚ軸方向マイナス側の端部が足部材４０に対して、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸３３を軸として回転自在に接続されている。つまり、下脚部材３０は、装着者の足関節に対応する位置で、足部材４０に対して回転自在に接続されている。また、下脚部材３０は、上端からＹ軸方向マイナス側に突出する突出部３４を有する。下脚部材３０は、例えば、金属、樹脂などにより構成される。
【００３６】
足部材４０は、装着者の足部に装着される部材である。足部材４０は、装着者の足が載置されるソール部４１と、ソール部４１から上方に突出している柱状部４２と、柱状部４２に固定され装着者の踵の後側を支持する踵支持部４３と、ソール部４１の前側の部分に配置され、装着者のつま先を覆うカバー部４４とを有する。足部材４０は、ソール部４１、踵支持部４３、およびカバー部４４により装着者の足部に装着される。柱状部４２は、上端が下脚部材３０の下端と回転自在に接続されている。足部材４０は、例えば、金属、樹脂などにより構成される。
【００３７】
ＩＭＵ５０は、足部材４０に配置されているセンサ機器である。ＩＭＵ５０は、例えば、足部材４０の柱状部材４２に固定されている。ＩＭＵ５０の詳細については後述する。
【００３８】
なお、胴体部材１０、上脚部材２０、下脚部材３０および足部材４０の各部材を、装着者に装着するための構成は、胴体部材１０、上脚部材２０、下脚部材３０および足部材４０を、それぞれ装着者の胴体、大腿部、下腿部および足部に装着できれば上記に限るものではなく、従来用いられる公知の技術を用いて構成することができる。
【００３９】
次に、動作支援装置の機能的な構成について説明する。
【００４０】
図２は、動作支援装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【００４１】
図２に示すように、１００は、機能的には、ＩＭＵ５０と、制御部８０と、記憶部７０と、アクチュエータ６０とを備える。
【００４２】
ＩＭＵ５０は、ジャイロセンサ５１および加速度センサ５２を含むセンサ機器である。ジャイロセンサ５１は、足部材４０の異なる３方向を軸とした３軸周りそれぞれの回転における角速度を検出するセンサである。つまり、ジャイロセンサ５１は、人の足部に配置され、屈曲または伸展における当該足部の回転方向（図１におけるＸ軸方向周りの回転方向）の回転加速度を検出する。ジャイロセンサ５１は、動作支援装置１００が図１の状態で静止している場合において、Ｘ軸方向に一致するｘ軸方向周りのｘ回転方向と、Ｙ軸方向に一致するｙ軸方向周りのｙ回転方向と、Ｚ軸方向に一致するｚ軸方向周りのｚ回転方向とのそれぞれの回転か速度を検出する。
【００４３】
加速度センサ５２は、足部材４０の異なる３方向のそれぞれの加速度を検出するセンサである。加速度センサ５２は、動作支援装置１００が図１の状態で静止している場合において、Ｘ軸方向に一致するｘ軸方向と、Ｙ軸方向に一致するｙ軸方向と、Ｚ軸方向に一致するｚ軸方向とのそれぞれの加速度を検出する。
【００４４】
記憶部７０は、予め計測された、水平面に対する角度が既知である基準面に装着者の足部が立脚している場合の加速度センサ５２の検出結果を記憶していてもよい。
【００４５】
制御部８０は、ジャイロセンサ５１の検出結果に応じて動作支援装置１００を制御する。制御部８０は、具体的には、ジャイロセンサ５１の検出結果を用いて、装着者が立脚状態であるか遊脚状態であるかを判定し、判定結果に応じてアクチュエータ６０の動作を制御する。制御部８０は、装着者が歩行中において、ジャイロセンサ５１の検出値が０となっている０期間（後述する図８参照）を含む第一期間において当該装着者の足部が立脚状態であると判定する。また、制御部８０は、装着者が歩行中において、第一期間以外の第二期間において当該足部が遊脚状態であると判定する。
【００４６】
ここで、立脚状態および遊脚状態について説明する。
【００４７】
図３は、立脚状態における、地面に対する足部材の角度について説明するための図である。図４は、遊脚状態における、地面に対する足部材の角度について説明するための図である。
【００４８】
図３の（ａ）〜（ｅ）は、遊脚状態から立脚状態に移行する直前のタイミングから、立脚状態から遊脚状態に移行する直前のタイミングまでの装着者の姿勢および動作支援装置１００の姿勢を複数のタイミングで時系列に示した図である。
【００４９】
図３の（ａ）および（ｂ）に示すタイミングで、装着者は、遊脚状態から立脚状態となる。このタイミングでは、動作支援装置１００の足部材４０のソール部４１は、ソール部４１の全体が地面と接した状態となっておらず、地面に対して傾いている。
【００５０】
次に、図３の（ｃ）に示すタイミングで、動作支援装置１００の足部材４０のソール部４１は、ソール部４１の全体が地面と接した状態となり、地面と平行になる。このように、このタイミングでは足部材４０は、地面に対して接した状態となり静止した状態となるため、ジャイロセンサ５１の検出結果は、０に近い値となる。なお、実際には、足部材４０は、完全に静止する訳ではないため、ジャイロセンサ５１の検出結果は、０を基準とした所定範囲内の値となる。
【００５１】
次に、図３の（ｄ）および（ｅ）のタイミングで、動作支援装置１００の足部材４０のソール部４１は、かかと側が地面から離れることで、地面に対して傾いている状態に回転するため、ジャイロセンサ５１の検出結果は、所定範囲から外れた値となる。
【００５２】
図４の（ａ）〜（ｅ）は、立脚状態から遊脚状態に移行する直前のタイミングから、遊脚状態から立脚状態に移行する直前のタイミングまでの装着者の姿勢および動作支援装置１００の姿勢を複数のタイミングで時系列に示した図である。
【００５３】
動作支援装置１００の足部４０は、遊脚状態においては、常に動いており、静止した状態とはならない。このため、ジャイロセンサ５１の検出結果は、変化が大きくなる。
【００５４】
図３および図４で説明したように、立脚状態では、図３の（ｃ）のタイミングで、動作支援装置１００の足部材４０がある一定の期間以上静止した状態となるため、ジャイロセンサ５１の検出結果は０を基準とした所定範囲内の値となる。つまり、制御部８０は、ジャイロセンサ５１の検出結果が、０を基準とし、かつ、０を含む所定範囲内の値となっていることを検出することで、図３の（ｃ）のように立脚状態において足部材４０が静止している状態を検出できる。足部材４０が静止している状態は、数秒間程度継続されるため、制御部８０は、ジャイロセンサ５１の検出値が０を含む所定範囲内となっている期間を、足部材４０が静止している状態である０期間であることを検出する。
【００５５】
また、立脚状態である第一期間は、図３の（ｂ）、（ｄ）および（ｅ）に示すように、足部材４０が静止している状態の前後の期間も含む。このため、制御部８０は、０期間よりも第一時間前の第一タイミングｔ１から、０期間よりも第二時間後の第二タイミングｔ２までの期間を、第一期間として算出してもよい（後述する図８参照）。第一時間および第二時間は、互いに異なる時間であってもよい。第一時間および第二時間は、予め定められた固定時間であってもよい。
【００５６】
制御部８０は、立脚状態において、上脚部材２０の下端が前方から後方に向かって旋回する方向（順回転方向）にアクチュエータ６０を回転させ、遊脚状態において、上脚部材２０の下端が後方から前方に向かって旋回する方向（逆回転方向）にアクチュエータ６０を回転させる。これにより、動力制御部８０は、装着者の歩行を支援する。なお、動力制御部８０は、脚部が立脚状態および遊脚状態であるかに応じて装着者の歩行を支援できればどのようにアクチュエータ６０を回転させてもよく、上記の説明の動作に限るものではない。
【００５７】
また、制御部８０は、さらに、装着者が歩行中において、０期間における加速度センサ５１の検出結果を用いて、装着者の足部が立脚している地面の傾きを算出する。制御部８０は、具体的には、予め記憶部７０に記憶されている、水平面に対する角度が既知である基準面に装着者の足部が立脚している場合の加速度センサ５２の検出結果と、０期間における加速度センサ５２の検出結果との差を用いて、基準面からの地面の傾きの差を算出する。そして、制御部８０は、基準面の角度に算出した傾きの差を加算することで、地面の傾きを算出する。制御部８０は、ジャイロセンサ５１の検出値が０を含む所定範囲内にある場合に、動作支援装置１００の足部材４０のソール部４１全体が地面に接しており、静止状態であることを特定することができる。このため、制御部８０は、この場合の加速度センサ５２の検出結果を用いることで、足部が立脚している地面の傾きを算出することができる。
【００５８】
図５は、上り坂において、足部材が静止している状態を示す図である。図６は、下り坂において、足部材が静止している状態を示す図である。
【００５９】
図５に示すように、足部材４０が静止している０期間では、ＩＭＵ５０が有する加速度センサ５２の検出結果を用いることで、重力加速度ＧのＩＭＵ５０に対する方向を特定することができる。具体的には、加速度センサ５２は、重力加速度Ｇを検出することで、加速度センサ５２のｙ軸方向における検出値ｙ１と、加速度センサ５２のｚ軸方向における検出値ｚ１とを検出する。このため、制御部８０は、これらの検出値ｙ１およびｚ１を用いることで、図５における重力加速度Ｇの、加速度センサ５２のｚ軸方向に対する傾きθ１を算出することができる。そして、制御部８０は、算出した傾きθ１から記憶部７０に記憶されている基準の角度を減じて得られた差を用いて、基準面からの地面の傾きの差を算出する。基準面が水平面である場合、水平面に対する地面２０１の傾きθ１１は、算出した傾きθ１１と等しい（つまり、水平面である基準面装着者の足部が立脚している場合の加速度センサ５２の検出結果がｚ軸方向における重力加速度Ｇと等しい）ため、算出した傾きθ１１を地面２０１の傾きとすることができる。基準面が水平面から傾いた傾斜面である場合、傾斜面の傾きに対して算出した、基準面からの地面の傾きの差を傾斜面の傾きに加算することで、地面２０１の傾きを算出することができる。なお、面の傾きを示す角度は、Ｘ軸方向プラス方向にみた場合のＸ軸方向周りの回転方向において、右回転方向をプラスとし、左回転方向をマイナスとして算出してもよい。上記のプラスおよびマイナスは、反対であってもよい。
【００６０】
図６に示す下り坂の地面２０２の場合についても、上記と同様に、足部材４０が静止している０期間では、ＩＭＵ５０が有する加速度センサ５２の検出結果を用いることで、重力加速度ＧのＩＭＵ５０に対する方向を特定することができる。具体的には、加速度センサ５２は、重力加速度Ｇを検出することで、加速度センサ５２のｙ軸方向における検出値ｙ２と、加速度センサ５２のｚ軸方向における検出値ｚ２とを検出する。このため、制御部８０は、これらの検出値ｙ２およびｚ２を用いることで、図６における重力加速度Ｇの、加速度センサ５２のｚ軸方向に対する傾きθ２を算出することができる。そして、制御部８０は、算出した傾きθ２から記憶部７０に記憶されている基準の角度を減じて得られた差を用いて、基準面からの地面の傾きの差を算出する。基準面が水平面である場合、水平面に対する地面２０２の傾きθ１２は、算出した傾きθ２と等しい（つまり、水平面である基準面装着者の足部が立脚している場合の加速度センサ５２の検出結果がｚ軸方向における重力加速度Ｇと等しい）ため、算出した傾きθ２を地面２０２の傾きとすることができる。基準面が水平面から傾いた傾斜面である場合、傾斜面の傾きに対して算出した、基準面からの地面の傾きの差を傾斜面の傾きに加算することで、地面２０２の傾きを算出することができる。
【００６１】
図７は、上り坂を歩行しているときのジャイロセンサおよび加速度センサの検出結果を示す図である。図８は、図７の立脚状態の第一期間を拡大した図である。図７および図８では、上のグラフはジャイロセンサにより検出された回転加速度の時間経過による変化を示し、下のグラフは加速度センサにより検出された結果を用いて算出された地面の傾きの時間経過による変化を示す。
【００６２】
図７に示すように、立脚状態においては、ジャイロセンサ５１により検出された回転加速度が０付近となり、遊脚状態においては、回転加速度が大きく変化することが分かる。これにより、図８に示すように、ジャイロセンサ５１により検出される回転加速度は、検出値が０を基準としてプラス側およびマイナス側のそれぞれに所定値ｄ１の範囲である所定範囲ｄ２内となる０期間を含む第一期間において立脚状態であることがわかる。また、立脚状態となる第一期間は、０期間の前後に、所定範囲ｄ２から外れる値を含む第一時間および第二時間を含む。第一期間は、所定範囲ｄ２内に含まれる連続した値のうち所定時間よりも長い時間であってもよい。
【００６３】
第一時間および第二時間は、動作支援装置１００を装着する装着者に応じて異なる時間に設定されてもよい。つまり、第一装着者が動作支援装置１００を装着したときに設定される第一時間および第二時間と、第二装着者が動作支援装置１００を装着したときに設定される第一時間および第二時間とは、それぞれ、互いに異なる時間に設定されてもよい。このため、異なる装着者の歩行の癖に応じて第一時間および第二時間を最適な値に設定することができ、精度よく立脚状態を判定することができる。
【００６４】
また、第一時間および第二時間は、０期間が短いほど短い時間に設定されてもよい。これは、０期間が短いほど、装着者が速く歩行していると判定することができるためであり、速く歩行しているほど第一時間および第二時間も短くなると推定できるからである。
【００６５】
また、第一時間および第二時間は、制御部８０に算出された地面の傾きについて、上り坂が急であるほど長い時間に設定され、下り坂が急であるほど短い時間に設定されてもよい。これは、上り坂が急であるほど装着者の歩行速度が遅くなり、下り坂が急であるほど装着者の歩行速度が速くなるからである。
【００６６】
図９は、下り坂を歩行しているときのジャイロセンサおよび加速度センサの検出結果を示す図である。下り坂の場合も、上り坂の場合と同様のことが言える。
【００６７】
［１−２．動作］
次に、動作支援装置の動力制御部による動力制御について説明する。
【００６８】
図１０は、動作支援装置の動力制御部による下肢への動力制御を示すフローチャートである。
【００６９】
動作支援装置１００の制御部８０は、立脚状態であるか、遊脚状態あるかを判定する（Ｓ１１）。
【００７０】
制御部８０は、立脚状態であると判定した場合（Ｓ１１でＹｅｓ）、アクチュエータ１４を順回転方向に回転させる（Ｓ１２）。
【００７１】
一方で、制御部８０は、遊脚状態であると判定した場合（Ｓ１１でＮｏ）、アクチュエータ１４を逆回転方向に回転させる（Ｓ１３）。
【００７２】
［１−３．効果など］
上記実施の形態に係る動作支援装置１００によれば、人の下半身に装着され、下半身の動作を支援する動作支援装置であって、ジャイロセンサ５１と、制御部８０とを備える。ジャイロセンサ５１は、人の足部に配置され、屈曲または伸展における当該足部の回転方向の回転加速度を検出する。制御部８０は、ジャイロセンサ５１の検出結果に応じて動作支援装置１００を制御する。制御部８０は、人の歩行中において、ジャイロセンサ５１の検出値が０となっている０期間を含む第一期間において足部が立脚状態であると判定し、第一期間以外の第二期間において前記足部が遊脚状態であると判定し、判定結果に応じて動作支援装置１００を制御する。
【００７３】
これによれば、歩行が行われても検出値が劣化しにくいジャイロセンサ５１の検出結果に応じて、人の歩行中における人の足部の立脚状態および遊脚状態を判定するため、精度よく足部の立脚状態および遊脚状態を判定することができる。このため、人の歩行中において適切なタイミングで、動作支援装置１００が動作するように制御することができる。
【００７４】
また、動作支援装置１００において、さらに、加速度センサ５２を備える。加速度センサ５２は、足部に配置され、互いに異なる３方向それぞれの加速度を検出する。制御部８０は、さらに、人の歩行中において、０期間における加速度センサ５２の検出結果を用いて、足部が立脚している地面の傾きを算出する。
【００７５】
また、動作支援装置１００において、制御部８０は、予め記憶部７０に記憶されている、水平面に対する角度が既知である基準面に立脚している場合の加速度センサ５２の検出結果と、０期間における加速度センサ５２の検出結果との差を用いて、基準面からの地面の傾きの差を算出する。制御部８０は、基準面の角度に傾きの差を加算することで、地面の傾きを算出する。
【００７６】
このため、人が歩行している地面の傾きを、精度よく、かつ、容易に算出することができる。
【００７７】
（その他の実施の形態）
上記実施の形態では、上脚部材２０と下脚部材３０とは、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸３２を軸として回転自在に接続されているとしたが、これに限らずに、２軸以上の自由度で回転自在に接続されていてもよい。同様に、下脚部材３０と足部材４０とは、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸３２を軸として回転自在に接続されているとしたが、これに限らずに、２軸以上の自由度で回転自在に接続されていてもよい。
【００７８】
上記実施の形態では、動作支援装置１００は、人の下半身の動作を支援する構成だけでなく、さらに、人の上半身の動作（例えば、上腕または前腕の動作）を支援する構成を含んでいてもよい。
【００７９】
以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る動作支援装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、装着者の膝関節または足関節にかかる負担を低減できる下肢支援装具などとして有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１０    胴体部材
１１    本体部
１２    腰ベルト
２０    上脚部材
２１    バンド
３０    下脚部材
３１    支持部
３２    回転軸
３３    回転軸
４０    足部材
４１    ソール部
４２    柱状部
４３    踵支持部
４４    カバー部
５０    ＩＭＵ
５１    ジャイロセンサ
５２    加速度センサ
６０    アクチュエータ
７０    記憶部
８０    制御部
１００    動作支援装置
【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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