(57)【要約】【課題】遊脚状態終了タイミングを誤判断なく決定し、ユーザの歩行に応じて適切に制御を切り替えることができる歩行補助装置を提供する。【解決手段】歩行補助装置は、遊脚の接地センサが接地を検出したときに、接地の足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚制御モードを継続し、相対速度が速度閾値以下の場合には制御モードを接地脚用モードに切り替える。この歩行補助装置は、遊脚状態終了タイミングを判定するのに、接地センサの出力に加えて、立脚の足に対する遊脚の足の相対速度を参照する。接地センサが接地を検知しても、足の相対速度が速度閾値を超えている場合には、遊脚状態終了タイミングと判断しない。そのような構成によって、遊脚状態終了タイミングの誤判断を防止し、適切なタイミングで遊脚制御モードから接地脚制御モードへ切り替えることができる。【選択図】図１
2010148637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの脚にトルクを加えて歩行動作を補助する歩行補助装置であり、
ユーザの脚の動きを検出する脚センサと、
ユーザの足裏に配置されている接地センサと、
遊脚の接地センサが接地を検出したときに、接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚状態が継続していると判断し、前記相対速度が速度閾値以下の場合には遊脚状態が終了したと判断するコントローラと、
を備えることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
ユーザの脚にトルクを加えるアクチュエータを備えており、
コントローラは、遊脚制御モードと接地脚制御モードを切り替え可能であり、遊脚状態が継続していると判断した場合には遊脚制御モードを継続し、遊脚状態が終了したと判断した場合に遊脚制御モードから接地脚制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときの両足の前後方向の距離が距離閾値以上の場合に歩行継続用の接地脚制御モードに切り替え、当該距離が距離閾値を下回っている場合に歩行停止用の接地脚制御モードに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚の関節にトルクを与えることによってユーザの歩行を補助する歩行補助装置に関する。本明細書では、ユーザが自由に動かすことのできる脚を健常脚（ｓｏｕｎｄ  ｌｅｇ）と称し、自由に動かすことできない脚を患脚（ａｆｆｅｃｔｅｄ  ｌｅｇ）と称する。
【背景技術】
【０００２】
患脚の関節にトルクを与えることによってユーザの歩行を補助する歩行補助装置が研究されている。例えば、特許文献１には、健常脚の動きと同じになるように患脚の関節にトルクを与える歩行補助装置が開示されている。
また、本明細書は、ユーザの脚が遊脚状態から接地状態に移行するタイミングを検出する技術を提供するが、従来、そのようなタイミングを検出するために、足裏に接地センサが備えられていた（例えば、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１６８９３号公報
【特許文献２】特開平７−１６３６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歩行補助装置は、ユーザの脚が遊脚状態にあるか接地状態にあるかで制御則（制御モード）を切り替えることがある。従って、歩行補助装置は、ユーザの脚が遊脚状態から接地脚状態に移行するタイミングを検知する必要がある。以下では、遊脚状態から接地脚状態に移行するタイミングを遊脚状態終了タイミングと称する。前述したように、従来は、足裏に備えられた接地センサの信号に基づいて遊脚状態終了タイミングを検知していた。
【０００５】
しかしながら、ユーザが意図せずに、揺動中の遊脚の足が床を掠ることがある。遊脚の足が床を掠るとき、接地センサが接地を検知する。遊脚の足が床を掠っても遊脚状態は続いているので、このタイミングを遊脚状態終了タイミングと判断することは好ましくない。接地センサのみの情報から遊脚状態終了タイミングを決定すると、誤判断が発生する虞がある。本発明は上記の課題に鑑みて創作された。本発明の目的は、遊脚状態終了タイミングの誤判断を防止する技術、及び、その技術を適用してユーザの歩行に応じて適切に制御を切り替えることができる歩行補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の歩行補助装置は、脚センサ、接地センサ、アクチュエータ、及びコントローラを備える。脚センサは、ユーザの脚の動きを検出する。接地センサは、ユーザの足裏に配置されている。アクチュエータは、ユーザの脚にトルクを加える。コントローラは、ユーザの脚が遊脚状態か否かに応じてアクチュエータの制御モードを切り替える。コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときに、接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚状態が継続していると判断し、前記相対速度が速度閾値以下の場合には遊脚状態が終了したと判断する。即ち、コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときに、接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚制御モードを継続し、相対速度が速度閾値以下の場合には制御モードを接地脚制御モードに切り替える。速度閾値は予め与えられている。ここで、「接地していた足」とは「後側の足」と換言してもよい。
【０００７】
本発明の歩行補助装置は、遊脚状態終了タイミングを判定するのに、接地センサの出力に加えて、立脚の足に対する遊脚の足の相対速度を参照する。接地センサが接地を検知しても、足の相対速度が速度閾値を超えている場合には、遊脚状態終了タイミングと判断しない。そのような構成によって、遊脚状態終了タイミングの誤判断を防止し、適切なタイミングで遊脚制御モードから接地脚制御モードへ切り替えることができる。なお、相対速度が速度閾値に等しい場合に遊脚制御モードを継続するか制御モードを切り替えるかは、任意に選択してよい。本発明では、接地が検知されているにも関わらずに、遊脚制御モードを継続するための速度閾値を設けた点に特徴がある。
【０００８】
遊脚の足の相対速度だけでなく、接地センサが作動したときの接地脚の足に対する遊脚の足の前後方向の相対位置を測定すると、さらに歩行終了のタイミングを決定することができる。歩行終了のタイミングを決定することができると、ユーザが歩行停止を意図したときにユーザの行動にさらにすばやく応じることのできる歩行補助装置を実現することができる。即ち、コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときの両足の前後方向の距離が距離閾値以上の場合に歩行継続用の接地脚制御モードに切り替え、当該距離が距離閾値を下回っている場合に歩行停止用の接地脚制御モードに切り替えることが好ましい。なお、両足の前後後方の距離が距離閾値に等しい場合に歩行継続用の接地脚制御モードに切り替えるか否かは、任意に選択してよい。本発明では、歩行停止用の制御モードに切り替えるための距離閾値を設けた点に特徴がある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の歩行補助装置は、遊脚状態終了タイミングを誤判断なく決定し、ユーザの歩行に応じて適切に制御を切り替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施例の装置の技術的特徴を述べる。接地脚制御モードは、体重を支えるためのトルクを脚に加える制御である。遊脚制御モードは、例えば、脚を前へ振り出す動作を補助するトルクを脚に加える制御である。従って、遊脚制御モードでは、接地脚制御モードの場合よりもアクチュエータの角度制御の角度ゲインが小さい。なお、「角度ゲイン」は、脚の関節角を目標関節角に追従させるためのゲインに相当する。即ち、実施例の歩行補助装置は、遊脚の接地センサが接地を検出し、かつ、接地していた足（後ろ側の足）に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値以下の場合に、制御モードを遊脚制御モード時の角度ゲインよりも大きい角度ゲインを有する接地脚制御モードに切り替える。端的に表現すると、実施例の歩行補助装置は、遊脚の接地センサが接地を検出し、かつ、接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値以下の場合に、アクチュエータ制御の角度ゲインを変更する。
【実施例】
【００１１】
図面を参照して実施例の歩行補助装置を説明する。図１に、ユーザが装着した歩行補助装置１０の模式図を示す。図１（Ａ）は正面図を示し、図１（Ｂ）は側面図を示す。本実施例では、ユーザは、左脚の膝関節を自由に動かすことができないとする。歩行補助装置１０は、ユーザの左膝関節に適切なトルクを加え、ユーザの歩行動作を補助する。
【００１２】
歩行補助装置１０は、右脚装具１２Ｒと左脚装具１２Ｌからなる。右脚装具１２Ｒは、ユーザの大腿部から下腿部に沿って脚の外側に装着される。右脚装具１２Ｒは、上部リンク１４Ｒ、下部リンク１６Ｒ、及び足リンク２６Ｒを有する。左右の脚装具１２Ｒ、１２Ｌは、支持バー３０によって連結されている。支持バー３０は、ユーザの背中側に配置され、右脚装具１２Ｒの上端と左脚装具１２Ｌの上端を連結している。
【００１３】
上部リンク１４Ｒの上端が腰ジョイントを介して支持バー３０に連結されている。上部リンク１４Ｒの角度を検出する腰エンコーダ２２Ｒが、腰ジョイントに取り付けられている。下部リンク１６Ｒは、膝の外側に位置する膝ジョイントによって、上部リンク１４Ｒに連結されている。下部リンク１６Ｒの角度を検出する膝エンコーダ２０Ｒが、膝ジョイントに取り付けられている。足リンク２６Ｒは、足首の外側に位置する足首回転ジョイントによって、下部リンク１６Ｒに揺動可能に連結されている。足リンク２６Ｒの角度を検出する足首エンコーダ２４Ｒが、足首回転ジョイントに取り付けられている。
【００１４】
上部リンク１４Ｒは、ベルトでユーザの大腿部に固定される。下部リンク１６Ｒは、ベルトでユーザの下腿部に固定される。足リンク２６Ｒは、ベルトでユーザの足に固定される。なお、図１では、足リンク２６Ｒを固定するベルトの図示を省略している。
【００１５】
足リンク２６Ｒの足底には、接地センサ２８Ｒが取り付けられている。図１（Ｂ）に示すように、接地センサは、足リンクの前方と後方に夫々取り付けられている。
【００１６】
左脚装具１２Ｌの構造は、右脚装具１２Ｒの構造と同じであるので説明を省略する。ただし、左脚装具１２Ｌは、モータ３２を備える。モータ３２は、左脚装具１２Ｌの膝ジョイントに備えられており、ユーザの膝関節の外側に位置する。モータ３２は、上部リンク１４Ｌに対して下部リンク１６Ｌを回転させることができる。即ちモータ３２は、ユーザの左膝関節にトルクを加えることができる。
【００１７】
支持バー３０にはコントローラ４０が取り付けられている。コントローラ４０の内部には、傾斜センサ２７が備えられている。傾斜センサ２７は、ユーザの体幹の絶対的な傾斜角を検出する。即ち、傾斜センサ２７は、体幹の鉛直方向に対する傾斜角（絶対傾斜角）を検出する。各ジョイントに取り付けられているエンコーダ群を脚センサ２０と総称する場合がある。また、左右の足リンク２６Ｌ、２６Ｒの夫々に取り付けられている接地センサ群を接地センサ２８と総称する場合がある。
【００１８】
コントローラ４０は、傾斜センサ２７、脚センサ２０、及び接地センサ２８の出力に基づいて、モータ３２を制御する。具体的には、コントローラ４０は、左脚が浮いているときにユーザの下肢の揺動方向と同じ回転方向のトルクをユーザの膝関節に加え、左脚が接地しているときには膝を伸ばす方向のトルクを加える。
【００１９】
脚の状態について説明する。図２に脚の状態遷移図を示す。図２に示すように、歩行動作は、次の５種の状態に分けられる。即ち、歩行停止、患脚遊脚（健常脚接地）、両脚接地（患脚前）、患脚接地（健常脚遊脚）、両脚接地（健常脚前）の５種類である。図２の英字は、状態の移行を示している。状態は、次のタイミングで移行する。即ち、歩行停止状態は、患脚の離床タイミングで患脚遊脚状態に移行する（移行Ａ）。或いは歩行停止状態は、健常脚の離床タイミングで患脚接地（健常脚遊脚）状態に移行する（移行Ｂ）。患脚遊脚状態は、患脚の接地タイミングで両脚接地状態（患脚前）に移行する（移行Ｄ）。両脚接地状態（患脚前）は、健常脚の離床タイミングで患脚接地状態（健常脚遊脚）に移行する（移行Ｅ）。患脚接地状態（健常脚遊脚）は、健常脚の接地タイミングで両脚接地状態（健常脚前）に移行する（移行Ｆ）。両脚接地状態（健常脚前）は、患脚の離床タイミングで患脚遊脚状態に移行する（移行Ｃ）。患脚遊脚状態（健常脚接地）は、健常脚の接地タイミングで歩行停止状態に移行する場合もある（移行Ｇ）。同様に、患脚接地状態（健常脚遊脚）は、健常脚の接地タイミングで歩行停止状態に移行する場合もある（移行Ｈ）。患脚遊脚状態が両脚接地状態と歩行停止状態のいずれに移行するかの判断については後述する。移行Ｄと移行Ｆのタイミングが、遊脚状態終了タイミングに相当する。
【００２０】
コントローラ４０は、脚の状態に応じて制御モードを切り替える。図３に、コントローラ４０のブロック図を示す。コントローラ４０は、データベース４２、管理モジュール４４、ＰＩＤモジュール４６を備える。データベース４２には、目標歩幅と目標歩行速度のデータが記憶されている。管理モジュール４４は、データベース４２からデータを読み出すとともに、脚センサ２０と接地センサ２８の検出値に基づいて、膝目標角、即ち、モータ３２の目標値を生成する。より詳しくは、目標歩幅と目標歩行速度は、歩行動作における両足先の位置と腰の位置の目標軌道のパラメータとして記述されている。目標軌道は歩行パターン、あるいは歩容データと呼ばれる場合もある。管理モジュール４２は、歩行パターンにおけるサンプリング時毎の足位置と腰位置から、逆運動学によってサンプリング時毎の膝目標角を決定する。
【００２１】
管理モジュール４４は、膝目標角の生成に際して、脚センサ２０と接地センサ２８の出力から、歩行状態を決定し、制御モードを歩行状態に応じた制御モードへ切り替える。歩行状態の決定と制御モードについては後述する。ＰＩＤモジュール４６は、膝目標角と実際の膝角度（膝計測角）の差分がゼロとなるようにモータ３２を制御する。即ち、コントローラ４０は、ユーザの膝角度（膝計測角）が膝目標角に追従するようにモータ３２を制御する。
【００２２】
制御モードについて説明する。コントローラ４０は、次の制御モードを有している。即ち、（１）遊脚制御モード、（２）接地脚制御モード、及び（３）歩行停止モード。遊脚制御モードと接地制御モードは、いずれも歩行動作中の制御モードであり、経時的に変化する膝目標角にモータ３２を追従させる制御である。遊脚制御モードと接地脚制御モードの相違点は、次のとおりである。接地脚制御モードにおけるＰＩＤモジュールの角度偏差ゲインが、遊脚制御モードにおける角度偏差ゲインよりも大きい。また接地脚制御モードにおけるモータトルク上限値が、遊脚制御モードにおけるモータトルク上限値よりも大きい。これらの相違は、遊脚はユーザの意思で自由に動かせることが好ましいため弱い補助トルクで十分であり，他方、接地脚は重力に抗して体重を支えるために強い補助トルクが必要であるという知見に基づいている。歩行停止モードは、予め決められた一定の膝目標角を維持するようにモータ３２を制御する制御モードである。
【００２３】
コントローラ４０の制御ルールについて説明する。図４に、制御のフローチャートを示す。まずコントローラ４０は各種センサのデータを取得する（Ｓ１０）。次にコントローラ４０は、取得したセンサデータをローパスフィルタに通してノイズを除去する（Ｓ１２）。脚センサ２０の出力は各関節の角度データであるので、コントローラ４０は角度データを足の位置と速度に変換する（Ｓ１４）。関節角度と角速度から足の位置と速度への変換は、良く知られたロボットの順運動学のアルゴリズムを利用して計算することができる。ここでは、同時に、立脚の足の位置と速度を基準とした遊脚の足の相対位置と相対速度が求められる。コントローラ４０は、足の位置と速度、及び接地センサの出力に基づいて歩行状態を決定する（Ｓ１６）。決定された歩行状態が前回の歩行状態と異なる場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、コントローラ４０は制御モードを切り替える（Ｓ２０）。次にコントローラ４０は、足の目標位置のデータを取得する（Ｓ２２）。足の目標位置は、データベース４２に予め記憶されている。そしてコントローラ４０は、ロボットの逆運動学に基づいて足の目標位置を膝目標角に変換する（Ｓ２４）。こうして得られた膝目標角にユーザの膝角度が一致するようにモータへ指令値を出力する（Ｓ２６）。以上の処理が、制御サイクル毎に繰り返される。
【００２４】
歩行状態の決定処理を説明する。図５に、状態移行の条件を示す。図５の左欄の英字は、図２に示した各状態移行に相当する。なお、図５における「ＯＮ」は、接地センサが接地を検知していることを表し、「ＯＦＦ」は接地を検知していないことを表す。別言すれば、「ＯＮ」は足が接地していることを表しており、「ＯＦＦ」は足が浮いていることを表している。従って図５の「ＯＮ→ＯＦＦ」は、足が地面に接触したタイミングを意味し、「ＯＦＦ→ＯＮ」は、離床タイミングを意味する。また、前述したように、図４のステップＳ１４において、立脚の足の位置と速度を基準とした遊脚の足の相対位置と相対速度が求められる。以下では、「相対位置」と「相対速度」は、ユーザの前後方向の相対位置と相対速度を意味する。図５の「足間距離」は、両足の前後の相対距離を示し、「遊脚足速度」は、接地脚の足（後ろ側の足）に対する遊脚の足の前後方向の相対速度を示す。なお、接地脚の足の速度はゼロであるので、遊脚の足の相対速度は絶対速度に等しい。また、距離閾値と速度閾値は、事前にデータベース４２に記憶されている。
【００２５】
左脚（患脚）接地センサ２８Ｌが患脚の離床を検知するとともに遊脚足位置が距離閾値以上の場合に、コントローラ４０は、歩行停止状態から患脚遊脚状態への移行を判断する（移行Ａ）。右脚（健常脚）の接地センサ２８Ｒが健常脚の離床を検知するとともに足間距離が距離閾値以上の場合に、コントローラ４０は、歩行停止状態から患脚接地脚（健常脚遊脚）状態への移行を判断する（移行Ｂ）。
【００２６】
現在の状態が両脚接地状態にあるとき、接地センサ２８Ｌが患脚の離床を検知した場合には、足間距離や遊脚足速度に関わらずに、コントローラ４０は両脚接地状態から患脚遊脚状態への移行を判断する（移行Ｃ）。接地センサ２８Ｌが遊脚（患脚）の接地を検知するとともに、足間距離が距離閾値以上であり、かつ足速度が速度閾値以下の場合、コントローラ４０は、患脚遊脚状態から両脚接地状態への移行を判断する（移行Ｄ）。すなわち、コントローラ４０は、このとき、遊脚状態終了タイミングを特定する。他方、接地センサ２８Ｌが遊脚（患脚）の接地を検知したにも関わらずに、足間距離が距離閾値を下回っているか、あるいは、足速度が速度閾値を超えている場合には、コントローラ４０は、患脚の遊脚状態が継続していると判断する。現在の状態が両脚接地状態にあるとき、接地センサ２８Ｒが健常脚の離床を検知した場合には、足間距離や遊脚足速度に関わらずに、コントローラ４０は両脚接地状態から患脚接地（健常脚遊脚）への移行を判断する（移行Ｅ）。
【００２７】
接地センサ２８Ｒが遊脚（健常脚）の接地を検知するとともに、足間距離が距離閾値以上、かつ足速度が速度閾値以下の場合、コントローラ４０は、患脚接地（健常脚遊脚）状態から両脚接地状態への移行を判断する（移行Ｆ）。すなわち、コントローラ４０は、このとき、遊脚状態終了タイミングを特定する。他方、接地センサ２８Ｒが遊脚（健常脚）の接地を検知しているにも関わらずに、足間距離が距離閾値を下回っているか、あるいは、足速度が速度閾値を超えている場合には、コントローラ４０は、患脚接地状態（健常脚遊脚）が継続していると判断する。
【００２８】
左脚（患脚）が遊脚状態にあるとき、接地センサ２８Ｌが接地を検知するとともに、足間距離が距離閾値を下回っており、かつ、遊脚足速度が速度閾値以下の場合、コントローラ４０は、患脚遊脚（健常脚接地）状態から停止状態への移行を判断する（移行Ｇ）。右脚（健常脚）が遊脚状態にあるとき、接地センサ２８Ｒが接地を検知するとともに、足間距離が距離閾値を下回っており、かつ、遊脚足速度が速度閾値以下の場合、コントローラ４０は、患脚接地（健常脚遊脚）状態から停止状態への移行を判断する（移行Ｈ）。
【００２９】
上記の判断で留意すべき点を述べる。コントローラ４０は、遊脚の接地を検知しても、遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚制御モードを継続する。そのような構成によって、ユーザが意図せずに足が地面を掠った場合に制御が接地脚制御モードに切り替わることが防止される。また、患脚遊脚状態において患脚の接地が検知された場合、コントローラ４０は、足間距離が距離閾値以上であれば歩行中であると判断して歩行用の制御を継続し、足間距離が距離閾値を下回っている場合には、停止制御モードに切り替える。
【００３０】
実施例の歩行補助装置は、次のとおり表現してもよい。歩行補助装置は、ユーザの脚の動きを検出する脚センサと、ユーザの足裏に配置されている接地センサと、ユーザの脚にトルクを加えるアクチュエータと、脚が遊脚状態か否かに応じてアクチュエータの制御モードを切り替えるコントローラを備える。そのコントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときに、接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚制御モードを継続し、前記相対速度が速度閾値以下の場合には制御モードを接地脚制御モードに切り替える。
【００３１】
本実施例の歩行補助装置では、状態移行の判断は、接地センサが接地を検知したときの足間距離や遊脚足速度に基づいて行われる。従って、接地センサの接地検知と同時に上記の判断が行われる。このように状態移行の判断が迅速に行える点も、本実施例の歩行補助装置の特徴である。
【００３２】
実施例の好適な変形例をいくつか説明する。実施例では、接地脚制御モードと遊脚制御モードは角度ゲインが相違する。接地脚制御モードは、遊脚制御モードにおいて参照される歩行パターン（膝角度、或いは足先位置と腰位置の軌道）が異なるものであってもよい。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例の歩行補助装置の概略図を示す。
【図２】歩行状態の遷移図を示す。
【図３】コントローラのブロック図を示す。
【図４】コントローラが実行する処理のフローチャートを示す。
【図５】状態遷移判断の条件を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０：歩行補助装置
１２Ｒ、１２Ｌ：装具
１４Ｒ、１４Ｌ：上部リンク
１６Ｒ、１６Ｌ：下部リンク
２０Ｒ、２０Ｌ：膝エンコーダ
２２Ｒ、２２Ｌ：腰エンコーダ
２４Ｒ、２４Ｌ：足首エンコーダ
２６Ｒ、２６Ｌ：足リンク
２７：傾斜センサ
２８Ｒ、２８Ｌ：接地センサ
３０：支持バー
４０：コントローラ
４２：データベース
４４：管理モジュール
４６：ＰＩＤモジュール
【図１】
2010148637.tif 000003
【図２】
2010148637.tif 000004
【図３】
2010148637.tif 000005
【図４】
2010148637.tif 000006
【図５】
2010148637.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの歩行動作を補助する歩行補助装置であり
ユーザの脚にトルクを加えるアクチュエータと、
ユーザの脚の動きを検出する脚センサと、
ユーザの足の接地を検出する接地センサと、
脚センサの出力に基づいてアクチュエータを制御するコントローラと、を備えており、
コントローラは、
脚センサの出力に基づいて接地脚の足に対する遊脚の足の相対速度を算出し、
遊脚の接地センサが接地を検出したときの前記相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚状態が継続していると判断し、前記相対速度が速度閾値以下の場合には遊脚状態が終了したと判断することを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
コントローラは、アクチュエータの制御モードを遊脚制御モードと接地脚制御モードに切り替え可能であり、遊脚状態が継続していると判断した場合には遊脚制御モードを継続し、遊脚状態が終了したと判断した場合に遊脚制御モードから接地脚制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
コントローラは、脚センサの出力に基づいて、遊脚の接地センサが接地を検出したときの両足の前後方向の距離を算出し、当該距離が距離閾値以上の場合に歩行継続用の接地脚制御モードに切り替え、当該距離が距離閾値を下回っている場合に歩行停止用の接地脚制御モードに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の歩行補助装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の歩行補助装置は、脚センサ、接地センサ、アクチュエータ、及びコントローラを備える。脚センサは、ユーザの脚の動きを検出する。接地センサは、ユーザの足裏に配置されている。アクチュエータは、ユーザの脚にトルクを加える。コントローラは、ユーザの脚が遊脚状態か否かに応じてアクチュエータの制御モードを切り替える。コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときの接地していた足（接地脚の足）に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚状態が継続していると判断し、前記相対速度が速度閾値以下の場合には遊脚状態が終了したと判断する。即ち、コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときの接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚制御モードを継続し、相対速度が速度閾値以下の場合には制御モードを接地脚制御モードに切り替える。速度閾値は予め与えられている。ここで、「接地していた足」とは「後側の足」と換言してもよい。
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月2日(2010.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの歩行動作を補助する歩行補助装置であり
ユーザの脚にトルクを加えるアクチュエータと、
ユーザの脚の動きを検出する脚センサと、
ユーザの足の接地を検出する接地センサと、
脚センサの出力に基づいてアクチュエータを制御するコントローラと、を備えており、
コントローラは、
脚センサの出力に基づいて接地脚の足に対する遊脚の足の相対速度を算出し、
遊脚の接地センサが接地を検出したときの前記相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚状態が継続していると判断し、遊脚の接地センサが接地を検出するとともに前記相対速度が速度閾値以下の場合には遊脚状態が終了したと判断することを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
コントローラは、アクチュエータの制御モードを遊脚制御モードと接地脚制御モードに切り替え可能であり、遊脚状態が継続していると判断した場合には遊脚制御モードを継続し、遊脚状態が終了したと判断した場合に遊脚制御モードから接地脚制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
コントローラは、脚センサの出力に基づいて、遊脚の接地センサが接地を検出したときの両足の前後方向の距離を算出し、当該距離が距離閾値以上の場合に歩行継続用の接地脚制御モードに切り替え、当該距離が距離閾値を下回っている場合に歩行停止用の接地脚制御モードに切り替えることを特徴とする請求項２に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
コントローラは、ユーザの脚関節の角度が目標角に追従するようにアクチュエータを制御するものであり、ユーザの脚関節の角度と目標角との偏差に乗じる接地脚制御モード時の角度ゲインが、遊脚制御モード時の角度ゲインよりも大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の歩行補助装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の歩行補助装置は、脚センサ、接地センサ、アクチュエータ、及びコントローラを備える。脚センサは、ユーザの脚の動きを検出する。接地センサは、ユーザの足裏に配置されている。アクチュエータは、ユーザの脚にトルクを加える。コントローラは、ユーザの脚が遊脚状態か否かに応じてアクチュエータの制御モードを切り替える。コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときに、接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚状態が継続していると判断し、遊脚の接地センサが接地を検出するとともに前記相対速度が速度閾値以下の場合には遊脚状態が終了したと判断する。即ち、コントローラは、遊脚の接地センサが接地を検出したときに接地していた足に対する遊脚の足の相対速度が速度閾値を超えている場合には遊脚制御モードを継続し、接地センサが接地を検出するとともに相対速度が速度閾値以下の場合には制御モードを接地脚制御モードに切り替える。速度閾値は予め与えられている。ここで、「接地していた足」とは「後側の足」と換言してもよい。