(57)【要約】【課題】ユーザーが起立状態で後方に足を振り出しただけで、ユーザーが実際には歩行を開始していないにも拘わらず、歩行を開始したものとして、遊脚の膝関節角の制御を実行してしまうのを防止する技術を提供する。【解決手段】歩行補助装置１は、ユーザーUの股関節移動速度v_hip_fltを推定する歩行速度推定部５３と、右脚の膝関節にトルクを付与するアクチュエータ７ｂと、右脚の膝関節角θ_kneeの増減パターンｐを生成する増減パターン生成部５４と、右脚の床設置面に加わる床反力Frを検出する床反力センサ４ａと、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回ると共に、床反力センサ４ａによって検出された床反力Frが所定値Fr1を下回ったら、増減パターン生成部５４が生成した増減パターンｐに基づいて、アクチュエータ７ｂを制御するアクチュエータ制御部５５と、を備えている。【選択図】図１０
2014073227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、
前記ユーザーの進行方向に対する歩行速度を推定する歩行速度推定手段と、
前記下肢の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、
前記下肢の膝関節角の増減パターンを生成する増減パターン生成手段と、
前記下肢の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度が所定値を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を下回ったら、前記増減パターン生成手段が生成した前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、
を備えた、
歩行補助装置。
【請求項２】
請求項１に記載の歩行補助装置であって、
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンを生成する、
歩行補助装置。
【請求項３】
請求項２に記載の歩行補助装置であって、
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンの極値を設定する、
歩行補助装置。
【請求項４】
請求項３に記載の歩行補助装置であって、
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度と、前記増減パターンの前記極値と、の間に正の相関関係がある、
歩行補助装置。
【請求項５】
請求項２〜４の何れかに記載の歩行補助装置であって、
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンの時間軸長さを設定する、
歩行補助装置。
【請求項６】
請求項５に記載の歩行補助装置であって、
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度と、前記増減パターンの前記時間軸長さと、の間には負の相関関係がある、
歩行補助装置。
【請求項７】
ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、
前記ユーザーの歩行速度を推定する歩行速度推定手段と、
前記下肢の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、
前記下肢の膝関節角の増減パターンを記憶する増減パターン記憶手段と、
前記下肢の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度が所定値を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を下回ったら、前記増減パターン記憶手段に記憶されている前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、
を備えた、
歩行補助装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の歩行補助装置であって、
前記歩行速度は、前記股関節の移動速度である、
歩行補助装置。
【請求項９】
請求項８に記載の歩行補助装置であって、
前記歩行速度推定手段は、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を上回っているときの、前記下肢の足首に対する前記股関節の相対位置を時間微分することで、前記股関節の移動速度を求める、
歩行補助装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の歩行補助装置であって、
前記歩行速度推定手段は、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力がゼロを上回っているときの、前記下肢の足首に対する前記股関節の相対位置を時間微分することで、前記股関節の移動速度を求める、
歩行補助装置。
【請求項１１】
ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置の制御方法であって、
前記ユーザーの歩行速度が所定値を上回ると共に、前記下肢の床反力が所定値を下回ったら、膝関節角の増減パターンに基づいて、膝関節にトルクを付与する、
歩行補助装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行支援装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、特許文献１は、適切なタイミングで膝関節にトルクを加え始めることで、ユーザーが下肢を揺動させた際の違和感を軽減する技術を開示している。特許文献１では、ユーザーの腰位置に対する足首の相対位置や、床反力、足首の速度等に基づいて、ユーザーが停止状態から歩行状態へ切り替わったと判定するようにしている。必要であれば、特許文献１の段落番号００４４、００４５、図６を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第2011/058641号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の構成では、ユーザーが起立状態で後方に足を振り出すなどすると、ユーザーが実際には歩行を開始していないにも拘わらず、歩行を開始したものとして、遊脚の膝関節角の制御を実行してしまうことがあった。
【０００５】
本願発明の目的は、ユーザーが起立状態で後方に足を振り出しただけで、ユーザーが実際には歩行を開始していないにも拘わらず、歩行を開始したものとして、遊脚の膝関節角の制御を実行してしまうのを防止する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の第１の観点によれば、ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、前記ユーザーの進行方向に対する歩行速度を推定する歩行速度推定手段と、前記下肢の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、前記下肢の膝関節角の増減パターンを生成する増減パターン生成手段と、前記下肢の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度が所定値を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を下回ったら、前記増減パターン生成手段が生成した前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、を備えた、歩行補助装置が提供される。以上の構成によれば、前記ユーザーが起立状態で後方に足を振り出しただけで、前記ユーザーが実際には歩行を開始していないにも拘わらず、歩行を開始したものとして、遊脚の膝関節角の制御を実行してしまうのを防止することができる。
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンを生成する。以上の構成によれば、前記歩行補助装置は、前記ユーザーの前記歩行速度に合わせて、前記ユーザーの歩行を補助できるようになる。
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンの極値を設定する。
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度と、前記増減パターンの前記極値と、の間に正の相関関係がある。
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンの時間軸長さを設定する。
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度と、前記増減パターンの前記時間軸長さと、の間には負の相関関係がある。
本願発明の第２の観点によれば、ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、前記ユーザーの歩行速度を推定する歩行速度推定手段と、前記下肢の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、前記下肢の膝関節角の増減パターンを記憶する増減パターン記憶手段と、前記下肢の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度が所定値を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を下回ったら、前記増減パターン記憶手段に記憶されている前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、を備えた、歩行補助装置が提供される。
前記歩行速度は、前記股関節の移動速度である。
前記歩行速度推定手段は、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を上回っているときの、前記下肢の足首に対する前記股関節の相対位置を時間微分することで、前記股関節の移動速度を求める。
前記歩行速度推定手段は、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力がゼロを上回っているときの、前記下肢の足首に対する前記股関節の相対位置を時間微分することで、前記股関節の移動速度を求める。
本願発明の第３の観点によれば、ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置の制御方法であって、前記ユーザーの歩行速度が所定値を上回ると共に、前記下肢の床反力が所定値を下回ったら、膝関節角の増減パターンに基づいて、膝関節にトルクを付与する、歩行補助装置の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明によれば、前記ユーザーが起立状態で後方に足を振り出しただけで、前記ユーザーが実際には歩行を開始していないにも拘わらず、歩行を開始したものとして、遊脚の膝関節角の制御を実行してしまうのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図1は、歩行補助装置の正面図である。（第１実施形態）
【図２】図2は、歩行補助装置の側面図である。（第１実施形態）
【図３】図3は、制御装置の機能ブロック図である。（第１実施形態）
【図４】図4は、歩行速度推定部の機能ブロック図である。（第１実施形態）
【図５】図5は、足首に対する股関節の相対位置を算出するための概念図である。（第１実施形態）
【図６】図6は、遊脚状態にある患脚の膝関節角と床反力との対応関係を示すグラフである。（第１実施形態）
【図７】図7は、増減パターン生成部の機能ブロック図である。（第１実施形態）
【図８】図8は、股関節移動速度と増減パターンの極値との関係を示すグラフである。（第１実施形態）
【図９】図9は、股関節移動速度と増減パターンの時間軸長さとの関係を示すグラフである。（第１実施形態）
【図１０】図10は、制御装置の制御フローである。（第１実施形態）
【図１１】図11は、制御装置の機能ブロック図である。（第２実施形態）
【図１２】図12は、制御装置の制御フローである。（第２実施形態）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書において、「股関節角」とは、股関節のピッチ軸回りの角度を意味する。「膝関節角」とは、膝関節のピッチ軸回りの角度を意味する。「足首関節角」とは、足首関節のピッチ軸回りの角度を意味する。「健常脚」とは、ユーザーが膝関節角を自由に増減できる脚を意味する。「患脚」とは、ユーザーが膝関節角を自由に増減できない脚を意味する。「下肢」は、大腿と下腿によって構成されている。「立脚状態」とは、下肢の地面に接している状態を意味する。「遊脚状態」とは、下肢の地面から離れている状態を意味する。「下肢の膝関節角の増減パターン」とは、時間の経過と共に変化する、下肢の膝関節角の、変化の態様を意味している。
【００１０】
（第１実施形態）
以下、図１〜図１０を参照して、本願発明の第１実施形態を説明する。
【００１１】
図１及び図２には、右脚（下肢の一方）が患脚であるユーザーUが示されている。歩行補助装置１は、ユーザーUの歩行を補助するための装置であって、ユーザーUの患脚に取り付けられて用いられる。
【００１２】
歩行補助装置１は、大腿リンク２、下腿リンク３、足リンク４、床反力センサ４ａ（床反力検出手段）、支持リンク５、制御装置６、膝関節部７、膝関節角センサ７ａ、アクチュエータ７ｂ（トルク付与手段）、足首関節部８、足首関節角センサ８ａ、股関節部９、股関節角センサ９ａ、によって構成されている。
【００１３】
大腿リンク２は、ユーザーUの右脚の大腿U1の長手方向に沿って設けられ、大腿U1にベルト等で固定されている。
【００１４】
下腿リンク３は、ユーザーUの右脚の下腿U2の長手方向に沿って設けられ、下腿U2にベルト等で固定されている。
【００１５】
足リンク４は、ユーザーUの右脚の足U3に設けられ、足U3にベルト等で固定されている。足リンク４には、床反力センサ４ａが取り付けられている。床反力センサ４ａは、右脚の床反力を検出するためのものである。床反力センサ４ａから出力されるセンサ信号は、1bitである場合や複数bitである場合が考えられる。本実施形態の床反力センサ４ａから出力されるセンサ信号は、複数bitの形式である。
【００１６】
制御装置６は、ユーザーUの腰部U4に設けられ、腰部U4にベルト等で固定されている。
【００１７】
そして、大腿リンク２と下腿リンク３は、膝関節部７によって連結されている。膝関節部７において、大腿リンク２と下腿リンク３は相対的に回転可能である。膝関節部７における大腿リンク２と下腿リンク３の相対的な回転の回転軸は、ユーザーUの膝関節のピッチ軸と一致している。膝関節部７には、膝関節角センサ７ａが取り付けられている。膝関節角センサ７ａは、膝関節部７における大腿リンク２と下腿リンク３の相対的な角度を検出するためのものである。また、膝関節部７には、アクチュエータ７ｂが取り付けられている。アクチュエータ７ｂは、大腿リンク２に対して下腿リンク３を相対的に回転させるためのものである。即ち、アクチュエータ７ｂは、ユーザーUの右脚の膝関節にトルクを付与するものである。
【００１８】
下腿リンク３と足リンク４は、足首関節部８によって連結されている。足首関節部８において、下腿リンク３と足リンク４は相対的に回転可能である。足首関節部８における下腿リンク３と足リンク４の相対的な回転の回転軸は、ユーザーUの足首関節のピッチ軸と一致している。足首関節部８には、足首関節角センサ８ａが取り付けられている。足首関節角センサ８ａは、足首関節部８における下腿リンク３と足リンク４の相対的な角度を検出するためのものである。
【００１９】
大腿リンク２と制御装置６の間には、支持リンク５が介在している。
【００２０】
この支持リンク５と大腿リンク２は、股関節部９によって連結されている。股関節部９において、支持リンク５と大腿リンク２は相対的に回転可能である。股関節部９における支持リンク５と大腿リンク２の相対的な回転の回転軸は、ユーザーUの股関節のピッチ軸と一致している。股関節部９には、股関節角センサ９ａが取り付けられている。股関節角センサ９ａは、股関節部９における支持リンク５と大腿リンク２の相対的な角度を検出するためのものである。換言すれば、股関節角センサ９ａは、大腿リンク２の鉛直方向に対する姿勢角を検出するためのものである。
【００２１】
そして、床反力センサ４ａ、膝関節角センサ７ａ、足首関節角センサ８ａ、股関節角センサ９ａから出力されたセンサ信号は、制御装置６に入力されるようになっている。制御装置６は、床反力センサ４ａ等の各種センサから出力されたセンサ信号に基づいて、必要に応じてユーザーUの膝関節にトルクを付与して、ユーザーUの歩行を補助するようになっている。
【００２２】
図３に示すように、制御装置６は、CPU５０（Central Processing Unit）、ROM５１（Read Only Memory）、RAM５２（Random Access Memory）を備えて構成されている。ROM５１には、歩行補助プログラムが記憶されている。この歩行補助プログラムは、CPU５０に読み出され、CPU５０上で実行されることで、CPU５０等のハードウェアを、歩行速度推定部５３（歩行速度推定手段）、増減パターン生成部５４（増減パターン生成手段）、アクチュエータ制御部５５（トルク制御手段）として機能させる。また、制御装置６には、床反力センサ４ａや膝関節角センサ７ａ、足首関節角センサ８ａ、股関節角センサ９ａを含む角度センサ５６から出力されたセンサ信号が入力される。制御装置６は、アクチュエータ７ｂと接続されており、アクチュエータ７ｂを制御可能に構成されている。
【００２３】
（歩行速度推定部５３）
歩行速度推定部５３は、ユーザーUの歩行速度を推定するものである。図４に示すように、歩行速度推定部５３は、股関節移動速度算出部５７（股関節移動速度算出手段）、FIRフィルタリング部５８（FIRフィルタリング手段）によって構成されている。股関節移動速度算出部５７は、角度センサ５６からのセンサ信号に基づいて、ユーザーUの股関節の移動速度を算出する部分である。図５には、股関節移動速度算出部５７による股関節移動速度の算出原理を示している。図５において、符号D1は、股関節を示す。符号D2は、膝関節を示す。符号D3は、足首関節を示す。符号L1は、大腿リンク２の全長を意味する。符号L2は、下腿リンク３の全長を意味する。符号θ_hipは、股関節角を意味する。符号θ_kneeは、膝関節角を意味する。図５によれば、足首関節D3に対する股関節D1のX軸方向の相対位置x_hipは、下記式（１）によって求められる。なお、下記式（１）で、ｎは時系列で取得したセンサ信号に割り振られた添字である。
【００２４】
【数１】
2014073227.tif 000003
【００２５】
そして、上記式(1)で求められた相対位置x_hipを下記式（２）に示すように時間微分することで、股関節D1の移動速度である股関節移動速度v_hipが求められる。なお、下記式（２）で、Δｔはサンプリング周期である。ただし、下記式（２）は、床反力センサ４ａによって検出された床反力が所定値を上回っていることを前提とするものである。端的に言えば、下記式（２）は、右脚が接地していることを前提とするものである。
【００２６】
【数２】
2014073227.tif 000004
【００２７】
図４に戻り、FIR（Finite Impulse Response Filter）フィルタリング部５８は、上記式（２）で求めた股関節移動速度v_hipから外乱を除去するためのフィルタリングを行う部分である。FIRフィルタリング部５８で処理された股関節移動速度v_hipを、以後、股関節移動速度v_hip_fltと称する。本実施形態において、ユーザーUの歩行速度としては、股関節移動速度v_hip_fltが相当している。
【００２８】
（増減パターン生成部５４）
増減パターン生成部５４は、膝関節角の増減パターンｐを生成するものである。図６には、下肢の膝関節角の増減パターンｐの一例を示している。図６の上方のグラフは、膝関節角θ_kneeと時間tとの関係を示している。図６の下方のグラフは、床反力Frと時間tとの関係を示している。図６に示すように、立脚期は、床反力Frが０を上回っている期間を意味する。遊脚期は、床反力Frが０である期間を意味する。床反力Frが所定値Fr1を下回ると、膝関節角θ_kneeが上昇し、やがて極値θ_knee_maxを迎えた後、下降し、床反力Frが再び立ち上がると同時に、膝関節角θ_kneeは０となる。この増減パターンｐの時間軸長さを符号T_patternで示す。そして、増減パターン生成部５４は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、増減パターンｐを生成する。
【００２９】
詳しくは、図７に示すように、増減パターン生成部５４は、極値決定部５９（極値決定手段）、時間軸長さ決定部６０（時間軸長さ決定手段）によって構成されている。
【００３０】
極値決定部５９は、股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、図６に示す増減パターンｐの極値θ_knee_maxを決定する部分である。図８には、極値θ_knee_maxと股関節移動速度v_hip_fltとの関係を示している。図８に示すように、極値決定部５９は、股関節移動速度v_hip_fltが大きければ大きい程、極値θ_knee_maxを大きな値に設定する。即ち、極値決定部５９が決定する極値θ_knee_maxは、股関節移動速度v_hip_fltとの間において、正の相関関係がある。また、股関節移動速度v_hip_fltが所定値（例えば0.2m/s）に満たない場合は、極値決定部５９は、極値θ_knee_maxをゼロに設定する。また、股関節移動速度v_hip_fltが所定値（例えば0.4m/s）以上の場合は、極値決定部５９は、極値θ_knee_maxを一定の値（例えば30deg）に設定する。
【００３１】
時間軸長さ決定部６０は、股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、図６に示す増減パターンｐの時間軸長さT_patternを決定する部分である。図９には、時間軸長さT_patternと股関節移動速度v_hip_fltとの関係を示している。図９に示すように、時間軸長さ決定部６０は、股関節移動速度v_hip_fltが大きければ大きい程、時間軸長さT_patternを小さな値に設定する。即ち、時間軸長さ決定部６０が決定する時間軸長さT_patternは、股関節移動速度v_hip_fltとの間において、負の相関関係がある。また、股関節移動速度v_hip_fltが所定値（例えば0.2m/s）に満たない場合は、時間軸長さ決定部６０は、時間軸長さT_patternを一定の値（例えば0.8sec）に設定する。また、股関節移動速度v_hip_fltが所定値（例えば0.4m/s）以上の場合は、時間軸長さ決定部６０は、時間軸長さT_patternを一定の値（例えば0.6sec）に設定する。
【００３２】
こうして、極値決定部５９が極値θ_knee_maxを決定し、時間軸長さ決定部６０が時間軸長さT_patternを決定したら、増減パターン生成部５４は、下記式（３）に基づいて、増減パターンｐを生成する。
【００３３】
【数３】
2014073227.tif 000005
【００３４】
（アクチュエータ制御部５５）
アクチュエータ制御部５５は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回り、床反力センサ４ａよって検出された下肢の床反力Frが所定値Fr1を下回ったら、増減パターン生成部５４が生成した増減パターンｐに基づいて、アクチュエータ７ｂを制御するものである。
【００３５】
（作動）
次に、図１０を参照して、歩行補助装置１の作動を説明する。
【００３６】
先ず、歩行補助装置１の電源を投入すると（S300）、歩行速度推定部５３は、床反力センサ４ａから出力されるセンサ信号をモニタリングして、右脚の床反力Frが０を上回っているか判定する（S310）。右脚の床反力Frが０を上回っていたと判定したら(S310:YES)、歩行速度推定部５３は、股関節角センサ９ａ及び膝関節角センサ７ａから出力されたセンサ信号に基づいて、股関節移動速度v_hip_fltを推定する（S320）。次に、増減パターン生成部５４は、歩行速度推定部５３が推定した股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、増減パターンｐを生成する（S330）。次に、アクチュエータ制御部５５は、股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回っているか判定する（S34０）。股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回っていると判定したら（S340:YES）、アクチュエータ制御部５５は、床反力センサ４ａから出力されるセンサ信号をモニタリングして、右脚の床反力Frが所定値Fr1を下回っているか判定する（S350）。右脚の床反力Frが所定値Fr1を下回っていると判定したら（S350：YES）、アクチュエータ制御部５５は、増減パターン生成部５４が生成した増減パターンｐに基づいて、アクチュエータ７ｂの制御を開始する（S360）。そして、アクチュエータ制御部５５は、増減パターンｐに基づいたアクチュエータ７ｂの制御が完了したら（S70：YES）、処理をS310に戻す。
【００３７】
また、S310で、右脚の床反力Frが０を上回っていないと判定したら(S310:NO)、歩行速度推定部５３は、処理をS310に戻す。
【００３８】
また、S340で、股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回っていないと判定したら（S340:NO）、アクチュエータ制御部５５は、処理をS310に戻す。
【００３９】
また、S350で、右脚の床反力Frが所定値Fr1を下回っていないと判定したら（S350：NO）、アクチュエータ制御部５５は、処理をS310に戻す。
【００４０】
以上に本願発明の第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は、以下の特長を有している。
【００４１】
（１）ユーザーUの右脚（一方の下肢）に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置１は、ユーザーUの股関節移動速度v_hip_flt（進行方向に対する歩行速度）を推定する歩行速度推定部５３（歩行速度推定手段）と、右脚の膝関節にトルクを付与するアクチュエータ７ｂ（トルク付与手段）と、右脚の膝関節角θ_kneeの増減パターンｐを生成する増減パターン生成部５４（増減パターン生成手段）と、右脚の脚裏（床接地面）に加わる床反力Frを検出する床反力センサ４ａ（床反力検出手段）と、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回ると共に、床反力センサ４ａによって検出された床反力Frが所定値Fr1を下回ったら、増減パターン生成部５４が生成した増減パターンｐに基づいて、アクチュエータ７ｂを制御するアクチュエータ制御部５５（トルク制御手段）と、を備えている。以上の構成によれば、ユーザーUが起立状態で後方に足を振り出しただけで、ユーザーUが実際には歩行を開始していないにも拘わらず、歩行を開始したものとして、遊脚となった右脚の膝関節角θ_kneeの制御を実行してしまうのを防止することができる。
【００４２】
なお、上記第１実施形態では、床反力センサ４ａから出力されるセンサ信号が複数bitであるとしたが、これに代えて、1bitの床反力センサを採用してもよい。この場合、上記の「床反力Frが所定値Fr1を下回る」は、即ち、「床反力Frがゼロとなる」と解釈されることになる。
【００４３】
また、厳密に言えば、アクチュエータ制御部５５は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltに基づいてユーザーUの進行方向を判定する。アクチュエータ制御部５５は、ユーザーUが前進していると判定した場合に限り、増減パターン生成部５４が生成した増減パターンｐに基づいて、アクチュエータ７ｂを制御する。
【００４４】
（２）また、増減パターン生成部５４は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、増減パターンｐを生成する。以上の構成によれば、歩行補助装置１は、ユーザーUの股関節移動速度v_hip_fltに合わせて、ユーザーUの歩行を補助できるようになる。
【００４５】
（３）好ましくは、増減パターン生成部５４は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、増減パターンｐの極値θ_knee_maxを設定する。
【００４６】
（４）そして、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltと、増減パターンｐの極値θ_knee_maxと、の間に正の相関関係があることが好ましい。
【００４７】
（５）好ましくは、増減パターン生成部５４は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、増減パターンｐの時間軸長さT_patternを設定する。
【００４８】
（６）そして、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltと、増減パターンｐの時間軸長さT_patternと、の間には負の相関関係があることが好ましい。
【００４９】
（８）また、股関節移動速度v_hip_fltは、ユーザーUの股関節D1の移動速度である。
【００５０】
（９、１０）また、歩行速度推定部５３は、床反力センサ４ａによって検出された床反力Frがゼロ（所定値）を上回っているときの、右脚の足首関節D3（足首）に対する股関節D1の相対位置x_hipを時間微分することで、股関節D1の移動速度を求める。
【００５１】
（１１）ユーザーUの右脚（一方の下肢）に取り付けられてユーザーUの歩行を補助する歩行補助装置１の制御は、ユーザーUの股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回ると共に、右脚の床反力Frが所定値を下回ったら、膝関節角θ_kneeの増減パターンｐに基づいて、ユーザーUの膝関節にトルクを付与することによる。
【００５２】
なお、上記第１実施形態は、以下のように変更できる。
【００５３】
上記第１実施形態では、股関節部９に股関節角センサ９ａを取り付けることで、股関節角θ_hipを検出した。しかし、これに代えて、大腿リンク２に傾斜角センサを取り付けることで股関節角θ_hipを検出してもよいし、大腿リンク２に加速度センサを２つ、ジャイロセンサを１つ取り付けて、夫々のセンサ信号をカルマンフィルタにより演算することで股関節角θ_hipを検出してもよい。
【００５４】
また、膝関節角θ_kneeには、ロック状態というものが存在する。即ち、図６では、膝関節角θ_kneeはあたかも０を下回らないようになっているが、実際には、−０．０００８[rad]に至ることが可能である。しかし、このロック状態は、上記の技術にとって本質的ではないのでその説明を省略した。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、図１１及び図１２を参照しつつ、本願発明の第２実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
【００５６】
上記第１実施形態では、図３に示すように、制御装置６は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltに基づいて増減パターンｐを生成する増減パターン生成部５４を有するとした。しかし、本実施形態では、図１１に示すように、制御装置６は、所定の増減パターンｐを記憶する増減パターン記憶部５４A（増減パターン記憶手段）を有している。そして、アクチュエータ制御部５５は、歩行速度推定部５３によって推定された股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回ると共に、床反力センサ４ａによって検出された床反力Frが所定値Fr1を下回ったら、増減パターン記憶部５４Aに記憶されている増減パターンｐに基づいて、アクチュエータ７ｂを制御する。
【００５７】
次に、歩行補助装置１の作動を説明する。図１２に示すように、本実施形態では、図１０においてS330で示す増減パターン生成ステップが省略されている。この場合、股関節移動速度v_hip_fltに応じて増減パターンｐを生成する上記第１実施形態と比較して、計算ステップを短縮化することができる。
【００５８】
（付記）ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、前記ユーザーの前進方向（進行方向）に対する歩行速度を推定する歩行速度推定手段と、前記下肢の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、前記下肢の膝関節角の増減パターンを生成する増減パターン生成手段と、前記下肢の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度が所定値を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を下回ったら、前記増減パターン生成手段が生成した前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、を備えた、歩行補助装置。
【符号の説明】
【００５９】
１  歩行補助装置
２  大腿リンク
３  下腿リンク
４  足リンク
４ａ  床反力センサ
５  支持リンク
６  制御装置
７  膝関節部
７ａ  膝関節角センサ
７ｂ  アクチュエータ
８  足首関節部
８ａ  足首関節角センサ
９  股関節部
９ａ  股関節角センサ
５３  歩行速度推定部
５４  増減パターン生成部
５４A  増減パターン記憶部
５５  アクチュエータ制御部
５６  角度センサ
５７  股関節移動速度算出部
５８  FIRフィルタリング部
５９  極値決定部
６０  時間軸長さ決定部
【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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【図１２】
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