(57)【要約】【課題】歩行の立脚期においても、安定的に膝の補助し、十分な歩行補助をする動作補助装置の制御方法等を提供する。【解決手段】歩行面上を歩行中における被補助者６０の脚の膝関節部に装着されており、当該歩行に伴う当該膝関節部の動作を補助する動作補助装置（歩行補助ロボットＳ）制御する制御方法において、被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、動作補助装置の駆動源（２１）により、膝関節部（５）の伸展動作を補助し続け（Ｓ３）、駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、立脚期において、所定時間前に伸展動作の補助を一時的に低減する（Ｓ５）。【選択図】図５
2014023738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行面上を歩行中における被補助者の脚の膝関節部に装着されており、当該歩行に伴う当該膝関節部の動作を補助する動作補助装置を制御する制御方法において、
前記被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、前記動作補助装置の駆動源により、前記膝関節部の伸展動作を補助し続ける伸展動作ステップと、
前記駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、前記駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、前記立脚期において、前記所定時間前に前記伸展動作の補助を一時的に低減する伸展動作低減ステップと、
を含むことを特徴とする制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の制御方法において、
前記伸展動作低減ステップにおいて、前記伸展動作の補助を一時的に無くすことを特徴とする制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制御方法において、
前記伸展動作の補助を一時的に低減する時間を、前記歩行の周期に基づき設定する設定ステップを更に含むことを特徴とする制御方法。
【請求項４】
歩行面上を歩行中における被補助者の脚の膝関節部に装着されており、当該歩行に伴う当該膝関節部の動作を補助する動作補助装置において、
前記被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、前記動作補助装置の駆動源により、前記膝関節部の伸展動作を補助し続ける伸展動作手段と、
前記駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、前記駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、前記立脚期において、前記所定時間前に前記伸展動作の補助を一時的に低減する伸展動作低減手段と、
を備えたことを特徴とする動作補助装置。
【請求項５】
歩行面上を歩行中における被補助者の脚の膝関節部に装着されており、当該歩行に伴う当該膝関節部の動作を補助する動作補助装置を制御する動作補助装置用プログラムにおいて、
コンピュータを、
前記被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、前記動作補助装置の駆動源により、前記膝関節部の伸展動作を補助し続ける伸展動作手段、および、
前記駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、前記駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、前記立脚期において、前記所定時間前に前記伸展動作の補助を一時的に低減する伸展動作低減手段として機能させる動作補助装置用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被補助者の動作を補助する動作補助装置、および、動作補助装置を制御する制御方法、および、動作補助装置用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膝疾患の被補助者が行う回復訓練等（いわゆるリハビリテーション）において、従来は、例えば理学療法士等の補助を受けつつ、その被補助者が自力で必要な回復訓練等を行っていた。一方近年では、モータ等の駆動源を使用する他動的な回復訓練等（外力を用いて行う回復訓練等）が行われ始めている。このような他動的な回復訓練等には、その被補助者の身体に装着されて歩行における膝関節部の動きを補助する、いわゆる装着型の歩行アシストロボットが用いられる。この歩行アシストロボットは、被補助者の膝関節部を含む上腿部及び下腿部にハーネス等を用いて装着され、膝関節部の動きを補助する（換言すれば強制的に動かす）ように動作する。即ち、適切な歩行パターンにおける膝関節部としての動きが実現されるように歩行アシストロボットが動作して、当該膝関節部を動かす。これにより被補助者は、歩行アシストロボットによる動きに追随するように自立歩行することで、必要な回復訓練等を行える。なお上記回復訓練等に用いることが可能な人の歩行の補助のための装置としては、例えば下記特許文献１に記載されている歩行補助ロボットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した歩行補助ロボットを用いた回復訓練等においては、リハビリ効果を高めるため、歩行の遊脚期における補助を行っていた。一方、歩行アシスト動作時の立脚期は、補助を行わず、フリーとしていることが多かった。また、立脚期における膝を安定させるため、歩行補助ロボットのモータ軸につながるメカ部までの減速比を高め、モータ駆動していない時をほぼロック状態にする方法も考えられるが、歩行動作としては、回転速度が十分でないため、歩行速度の低下、膝関節角度の可動範囲の狭まり等があり、十分な歩行補助にならない場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、歩行の立脚期においても、安定的に膝の補助し、十分な歩行補助をする動作補助装置、および、動作補助装置を制御する制御方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、歩行面上を歩行中における被補助者の脚の膝関節部に装着されており、当該歩行に伴う当該膝関節部の動作を補助する動作補助装置を制御する制御方法において、
前記被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、前記動作補助装置の駆動源により、前記膝関節部の伸展動作を補助し続ける伸展動作ステップと、前記駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、前記駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、前記立脚期において、前記所定時間前に前記伸展動作の補助を一時的に低減する伸展動作低減ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御方法において、前記伸展動作低減ステップにおいて、前記伸展動作の補助を一時的に無くすことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の制御方法において、前記伸展動作の補助を一時的に低減する時間を、前記歩行の周期に基づき設定する設定ステップを更に含むことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、歩行面上を歩行中における被補助者の脚の膝関節部に装着されており、当該歩行に伴う当該膝関節部の動作を補助する動作補助装置において、前記被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、前記動作補助装置の駆動源により、前記膝関節部の伸展動作を補助し続ける伸展動作手段と、前記駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、前記駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、前記立脚期において、前記所定時間前に前記伸展動作の補助を一時的に低減する伸展動作低減手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、歩行面上を歩行中における被補助者の脚の膝関節部に装着されており、当該歩行に伴う当該膝関節部の動作を補助する動作補助装置を制御する動作補助装置用プログラムにおいて、コンピュータを、前記被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、前記動作補助装置の駆動源により、前記膝関節部の伸展動作を補助し続ける伸展動作手段、および、前記駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、前記駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、前記立脚期において、前記所定時間前に前記伸展動作の補助を一時的に低減する伸展動作低減手段として機能させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、動作補助装置の駆動源により、膝関節部の伸展動作を補助し続け、駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、立脚期において、所定時間前に伸展動作の補助を一時的に低減することにより、伸展動作の補助が一時的に緩み、膝関節部が一時的に動くことで駆動源が動き、駆動源保護ステップがリセットされ、駆動源への電力の供給が遮断されることが防止され、立脚期において、膝関節部を支える力が喪失することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る歩行補助ロボットを被補助者に装着した際の状態の一例を示す模式図である。
【図２】図１の歩行補助ロボットの構成を示すブロック図である。
【図３】図１の歩行補助ロボットにおけるセンサのデータと制御パターンの一例を示す模式図である。
【図４】図１の歩行補助ロボットにおける膝部の屈曲角度の一例を示す模式図である。
【図５】図１の歩行補助ロボットの遊脚期における動作例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】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態について、図１から図５を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えば膝疾患を持つ被補助者の回復訓練等としての歩行における膝関節の動作を補助する歩行補助ロボットに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【００１５】
［１．歩行補助ロボットの構成および機能概要］
まず、本発明の一実施形態に係る歩行補助ロボットの構成および概要機能について、図１および図２を用いて説明する。
【００１６】
図１に示すように、実施形態に係る歩行補助ロボットＳ（動作補助ロボットの一例、測定装置の一例）は、膝関節を屈曲及び伸展させる第１リンク機構部１０と、股関節を屈曲及び伸展させると第２リンク機構部１５と、第１リンク機構部１０を駆動させる駆動部２０と、膝関節および股関節の角度等を検出するセンサ部３０と、センサ部３０からのデータを入力し、駆動部２０の動きを制御する制御部４０と、歩行補助ロボットＳを被補助者に固定する固定部５０と、を備えている。歩行補助ロボットＳは、被補助者の左脚Ｌ用および右脚Ｒ用に、第１リンク機構部１０、第２リンク機構部１５、および、センサ部３０を各々備えている。
【００１７】
第１リンク機構部１０は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１１と、被補助者の下腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１２と、駆動部２０から動力を得てリンク１１に対してリンク１２を歩行の前後方向に揺動させるリンク（図示せず）と、を有する。リンク１１は、被補助者の腰部側から膝部（膝関節部）５側に延びるように取り付けられ、リンク１２は被補助者の膝部５側から脚の先端（地面）側に延びるように取り付けられている。そしてリンク１１とリンク１２とは、被補助者の膝部５近傍で回動可能に連結されている。
【００１８】
第２リンク機構部１５は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１６と、被補助者の腰部６に巻き付けられる固定部５０のベルトの側部に取り付けられるリンク１７と、を有する。リンク１６は、被補助者の臀部側から膝部５側に延びるように取り付けられ、リンク１７は被補助者の腰部側から臀部側に延びるように取り付けられている。そしてリンク１６とリンク１７とは、リンクボール１８により、被補助者の股部７近傍で回動可能に連結されている。
【００１９】
なお、図１中の矢印で示すように、リンク１２およびリンク１６は、伸縮機構を有し、被補助者の体型に合わせて、長さが調整できるようになっている。また、リンク１１とリンク１７との間に伸縮機構があり、被補助者の体型に合わせて、長さが調整できるようになっている。
【００２０】
駆動部２０は、図１および図２に示すように、電源（図示せず）により駆動力させる発生させるＤＣモータ２１と、各リンクに接続されているギア部２３と、ＤＣモータ２１からの駆動力を、ギア部２３を介して各リンクに伝達するクラッチ部２２と、を有する。一つの（即ち、右脚Ｒまたは左脚Ｌいずれか一方用の）駆動部２０には、図１に示すように、被補助者の膝部５の関節部分に取り付けられ、第１リンク機構部１０と、第２リンク機構部１５と、が取り付けられている。
【００２１】
また、駆動部２０は、駆動源の一例のＤＣモータ２１を保護するためのリミッタ機能（駆動源保護機能の一例）を有する。ＤＣモータ２１には、モータの回転を検出するホール素子が複数個設置されている（例えば、マグネットが２極で３個のホール素子）。ホール素子からの出力に基づき、駆動部２０は、リミッタ機能により、所定時間の一例の遮断設定時間（例えば、０．４秒）以上、ＤＣモータ２１の軸の回転が無ければ、ロック状態とみなし、ＤＣモータ２１への電流を遮断して、電力の供給を遮断する。そして、電力の供給が遮断された後、自動復帰には、例えば、６秒ほどかかる。
【００２２】
また、ギア部２３は、被補助者の膝部５を補助する高トルクを得るための減速機の機能を有する。ギア部２３は、２段で構成され、減速比（ギア比）は、例えば、１：４０程である。従って、被補助者の膝部５が、僅かでも動くと、ＤＣモータ２１のホール素子は、ＤＣモータ２１の回転軸の回転を検出する。例えば、１．５度程度の回転で検出できるように、ギア比やホール素子の数が構成される。なお、ホール素子が複数あるので、ホール素子は、ＤＣモータ２１の回転軸の回転を検出しやすい。
【００２３】
センサ部３０は、図１および図２に示すように、リンク１１とリンク１２との成す角度を示すロボット膝関節角度データを出力するロボット膝関節角度センサ３１と、リンク１６とリンク１７との成す角度を示すロボット股関節角度データを出力するロボット股関節角度センサ３２と、足が地面から離れたか否かを検出する足裏センサ３３と、を有する。
【００２４】
ロボット膝関節角度センサ３１は、リンク１１とリンク１２とが連結する部分に内蔵されている。ロボット股関節角度センサ３２は、リンク１６とリンク１７とが連結する部分に内蔵されている。ロボット膝関節角度センサ３１およびロボット股関節角度センサ３２は、例えば、いわゆるポテンショメータ等により実現され、センサの出力信号を制御部４０に出力する。ロボット股関節角度センサ３２は、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度（ポテンショ角）を検出する。
【００２５】
足裏センサ３３は、図１に例示するように右足及び左足の足裏に夫々装着されていて、各脚が床または地面から離れたこと及びそれらに接地したことを夫々示す信号を制御部４０に出力する。制御部４０は、足裏センサ３３の信号により、被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期にあるか、または、被補助者の脚が歩行面から離れている遊脚期にあるかを判定する。
【００２６】
なお、第１リンク機構部１０、第２リンク機構部１５、駆動部２０、および、センサ部３０は、カバー１９に覆われている。
【００２７】
制御部４０は、図２に示すように、センサ部３０からの信号に基づき、駆動部２０を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、被補助者または理学療法士等が操作可能な位置に備えられ、かつ、ＣＰＵ４１に対する指令操作を行うための操作ボタン等を備える操作部４２と、ＣＰＵ４１に接続され、かつ、被補助者または理学療法士等が視認可能な位置に備えられた液晶ディスプレイ等からなる表示部４３と、を備えている。図１および図２に示すように、制御部４０は、ケーブル４５により、駆動部２０とセンサ部３０とに電気的に接続され、データ通信可能となっている。制御部４０は、ＰＷＭ（pulse width modulatio）のデューティー比を変化させることにより、ＤＣモータ２１の回転を制御する。
【００２８】
ＣＰＵ４１は、ＤＣモータ２１の回転方向及び回転速度の制御及びクラッチ部２２における開放／接続の制御を行う。なお、ＣＰＵ４１は、オペレーティングシステムや歩行補助ロボットＳを制御する制御プログラムや、制御パターンを生成するための制御パターン生成プログラム等のソフトウェアや、検出したデータや、生成した制御パターン等のデータを記憶する記憶部（図示せず）を有している。この記憶部は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクまたはシリコンディスク等により構成されている。
【００２９】
また、図１に示すように、制御部４０は、被補助者が装着するベスト４５に設置されている。駆動部２０や制御部４０に電力を供給する電源もベスト４５に設置されている。
【００３０】
固定部５０は、着脱自在のテープ状固定具を有するベルト部材から構成されている。
固定部５０のベルト部材は、第２リンク機構部１５のリンク１６に固定するように被補助者の腰部に巻き付けられ、第１リンク機構部１０のリンク１１に固定するように被補助者の大腿部に巻き付けられ、第１リンク機構部１０のリンク１２に固定するように被補助者の下腿部に巻き付けられる。
【００３１】
［２．歩行補助ロボットの動作例］
次に、歩行補助ロボットＳの動作例について、図３から図５を用いて説明する。
【００３２】
まず、歩行補助ロボットＳが被補助者６０に固定部５０により装着される。被補助者６０の姿勢等が測定され、これらのデータが制御部４０に入力される。
【００３３】
そして、クラッチ部２２を開放した状態で、被補助者６０が歩行している状態で、センサ部３０からのデータに基づき、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、補助に必要な制御パターンの生成等を行う。
【００３４】
次に、歩行補助ロボットＳは、図３に示すように、歩行補助ロボットＳは、歩行の制御パターンＣに従い、歩行補助ロボットＳを装着した被補助者６０の動作を補助する。
【００３５】
まず、遊脚期の制御について説明し、次に立脚期の制御について説明する。
【００３６】
（２．１  遊脚期の制御）
歩行補助ロボットＳは、センサ部３０からデータを取得する。具体的には、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、図３に示すように、左右の足裏センサ３３から、脚が床又は地面等の歩行面から離れたこと及びそれらに接地したことを示すデータＳｈを取得する。さらに、図３および図４に示すように、制御部４０は、左右のロボット膝関節角度センサ３１から、リンク１１とリンク１２との成す角度（膝関節角度）θｋを示す膝関節角度データを取得する。制御部４０は、左右のロボット股関節角度センサ３２は、リンク１６とリンク１７との成す角度を示す股関節角度データを取得する。
【００３７】
次に、被補助者６０が片方の脚（例えば、右脚）を上げ、右脚駆動系Ｒの足裏センサ３３のデータが足裏センサＯＮ閾値以上になったときに（補助開始トリガが感知されたとき）、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、制御パターンに従い、右脚駆動系ＲのＤＣモータ２１を駆動させ始める（ｔ＝ｔａ）。そして、ギア部２３およびクラッチ部２２を介して、第１リンク機構部１０に駆動力が伝達し、被補助者６０の右脚の膝が屈曲され始める。
【００３８】
次に、図３に示すように、駆動開始から時間ｔ１経過したら、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、ＰＷＭのデューティー比を１００％にする。
【００３９】
次に、駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２）経過したら、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、ＰＷＭのデューティー比を減少し始める。そして、被補助者６０の右脚の膝にかかる駆動力が減少し始める。駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）経過したら、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、ＰＷＭのデューティー比を０％にする。
【００４０】
次に、駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）経過したら、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、遊脚期における屈曲動作の補助制御から、伸展動作の補助制御に切り替える。ＰＷＭのデューティー比がマイナスとなる。
【００４１】
次に、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５）経過したら、ＰＷＭのデューティー比を−８０％にし、伸展動作開始から時間（ｔ５＋ｔ６）経過したら、ＰＷＭのデューティー比を−３０％まで増加し始める。なお、ＰＷＭのデューティー比は−８０％に限らず、被補助者６０の膝が、伸展できればよく、例えば、ＰＷＭのデューティー比は−１００％でもよい。
【００４２】
次に、ｔ＝ｔｂのとき、すなわち、伸展動作開始から時間（ｔ５＋ｔ６＋ｔ７）（遊脚期の期間）経過したら、または、右脚駆動系Ｒの足裏センサ３３のデータが足裏センサＯＦＦ閾値以下になったときに（補助終了トリガが感知されたとき）、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、補助を終了する。そして、制御部４０は、立脚期の制御を開始する。なお、このときのＰＷＭのデューティー比は、−３０％であり、立脚期における伸展延長の制御となる。
【００４３】
なお、左脚駆動系Ｌが装着されている場合には、歩行補助ロボットＳは、右脚駆動系Ｒの遊脚期の終了後、左脚駆動系Ｌに関しても同様に遊脚期の制御を行う。
【００４４】
（２．２  立脚期の制御）
次に、遊脚期の後の立脚期の制御について、図を用いて説明する。
【００４５】
図５に示すように、歩行補助ロボットＳは、足裏センサ３３のデータを取得する（ステップＳ１）。具体的には、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、図３に示すように、足裏センサ３３から、脚が床又は地面等の歩行面から離れたこと及びそれらに接地したことを示すデータＳｈ（例えば、右脚のＳｈ（Ｒ））を取得する。
【００４６】
次に、歩行補助ロボットＳは、足裏センサ３３からのデータが閾値以下か否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、足裏センサ３３のデータＳｈがＯＦＦ閾値以下の場合、制御部４０は、立脚期と判定する。また、足裏センサ３３のデータＳｈがＯＦＦ閾値以下でない場合、制御部４０は、遊脚期と判定する。
【００４７】
閾値以下の場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）、歩行補助ロボットＳは、伸展動作を補助する（ステップＳ３）。具体的には、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、遊脚期における補助の制御（特に伸展動作の補助制御）を開始する。制御部４０は、図３に示すように、遊脚期における伸展延長の制御を行うために、ＰＷＭのデューティー比を−３０％に維持する。なお、伸展延長の制御におけるＰＷＭのデューティー比は、−３０％の値に限らず、−５０％でもよく、ＤＣモータ２１の性能、被補助者の状態によって変えてもよい。
【００４８】
ここで、本来、立脚期において、基本的に膝関節角度θｋ＝０であるが、遊脚期において、被補助者によっては、膝が伸びきらず、膝関節角度θｋ＝０でない場合があり、膝を伸ばすため、歩行補助ロボットＳは、伸展延長の制御を行う必要がある。また、膝関節角度θｋ＝０であっても、立脚している脚の膝を安定的に補助するため、歩行補助ロボットＳは、伸展延長の制御を行う必要がある。
【００４９】
このように、歩行補助ロボットＳは、被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、動作補助装置の駆動源により、膝関節部の伸展動作を補助し続ける伸展動作手段の一例として機能する。
【００５０】
次に、歩行補助ロボットＳは、一時低減の設定時間Ｔ１を経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、ＤＣモータ２１のホール素子からの信号に基づき、ＤＣモータ２１が動いていないと検出してから、一時的に伸展動作の補助を低減するための一時低減の設定時間Ｔ１を経過した否かを判定する。
【００５１】
ここで、一時低減の設定時間Ｔ１は、所定時間の一例の遮断設定時間（例えば、０．４秒）より短く、予め設定されている。例えば、一時低減の設定時間Ｔ１は、０．３秒である。なお、制御部４０は、一時的に伸展動作の補助を低減してから、一時低減の設定時間Ｔ１を経過した否か、を判定してもよい。また、ｔ＝ｔｂからの１回目の一時低減の設定時間Ｔ１は、伸展延長により、膝関節角度θｋ＝０となる時間以上が好ましい。また、被補助者の状態に応じ、遮断設定時間より前に、膝関節角度θｋ＝０になるように、ＰＷＭのデューティー比を−３０％より低く（伸展動作の補助の強さを強く）してもよい。また、一時低減の設定時間Ｔ１は、固定値とは限らず、１回目の一時低減の設定時間と、２回目の一時低減の設定時間とを変えてもよい。
【００５２】
一時低減の設定時間Ｔ１を経過した場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、歩行補助ロボットＳは、一時的に伸展動作の補助を低減する（ステップＳ５）。具体的には、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、図３に示すように、一時的の一例としてｔｓ秒間（例えば、０．１秒間）、ＰＷＭのデューティー比を０％に設定する。そして、制御部４０は、ｔｓ秒後、ＰＷＭのデューティー比を−３０％に戻す。
【００５３】
伸展動作の補助の強さを低減したことにより、膝部５の軸部が一時的にフリーになり、人体の自然な膝の屈曲で膝関節を開放し、膝関節角度が０度以上になる。そして、ＤＣモータ２１のモータ軸部のロック状態を回避し、再度、ＰＷＭ信号を入れ、伸展延長動作を行い、膝関節角度をほぼ０度とする。これらの一連の伸展延長動作を次の遊脚期の直前まで継続し、モータ軸部のロック状態が、遮断設定時間よりも長くなることを回避する。
【００５４】
なお、ＰＷＭのデューティー比を−３０％から０％に低減させる際、または、ＷＭのデューティー比を０％から−３０％に戻す際、図３に示すように、デューティー比の変化の傾斜を設けてもよい。また、一時的に低減させる時間は、例えば、歩行周期（遊脚期＋立脚期）の１／５から１／１０ぐらいが好ましい。また、一時的に低減させる際、ＰＷＭのデューティー比は０％に限らず、−５％のように、このとき、一時的に低減させる時間は、０．１秒間より長くしてもよい。さらに、ＰＷＭのデューティー比を−３０％に戻さず、−４０％のように伸展を強めにしてもよいし、−２０％のように伸展を弱めにしてもよい。
【００５５】
次に、制御部４０は、ＰＷＭのデューティー比を−３０％に戻した後、ステップＳ１の処理に戻る。そして、制御部４０は、再度、遮断設定時間よりも前に、ステップＳ５において、一時的に伸展動作の補助を低減する。立脚期の終了まで、以上の処理を繰り返す。
【００５６】
また、一時低減の設定時間Ｔ１を経過していない場合も（ステップＳ４；ＮＯ）、歩行補助ロボットＳは、ステップＳ１の処理に戻る。
【００５７】
閾値以上でない場合（ステップＳ２；ＮＯ）、制御部４０は、立脚期の制御を終了し（ｔ＝ｔｃ）、遊脚期の制御を開始する。
【００５８】
このように、歩行補助ロボットＳは、駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、立脚期において、前定時間前に伸展動作の補助を一時的に低減する伸展動作低減手段の一例として機能する。
【００５９】
なお、左脚駆動系Ｌが装着されている場合には、歩行補助ロボットＳは、左脚駆動系Ｌに関しても同様に立脚期の制御を行う。
【００６０】
以上、本実施形態によれば、被補助者の脚が歩行面に立脚している立脚期において、動作補助装置の駆動源により、膝関節部の伸展動作を補助し続け、駆動源の動きが止まった時から所定時間後に、駆動源への電力の供給を遮断する駆動源保護機能を解除するために、立脚期において、所定時間前に伸展動作の補助を一時的に低減することにより、伸展動作の補助が一時的に緩み、膝関節部が一時的に動くことで駆動源が動き、駆動源保護ステップがリセットされ、駆動源への電力の供給が遮断されることが防止され、立脚期において、膝関節部を支える力が喪失することを防止できる。また、膝関節部を支える力が喪失すること、いわゆる膝折れを防止できるので、リハビリ効果を上げることができる。
【００６１】
このような制御により、モータ減速比を低目にできるため、被補助者への負荷が小さくなり、歩行速度も上がり、通常歩行に近い動作ができ、リハビリ効果を上げることができる。
【００６２】
また、伸展動作の補助を一時的に低減することにより、駆動源への負荷が一時的に軽減し、電池の消耗を低減することができる。
【００６３】
伸展動作の補助を一時的に無くす場合、一時的に電力の供給の必要が無くなるので、省電力化となり、電池の消耗を更に低減できる。
【００６４】
伸展動作の補助を一時的に低減する時間を、歩行の周期に基づき設定する場合、歩行の周期に合わせた、効率的な一時的に低減する時間を設定できる。
【００６５】
また、被補助者のリハビリの状態に合わせて、一時的に低減する時間を設定してもよい。例えば、リハビリが進んで、脚が体重を支える力が強くなっている場合、一時的に低減する時間を長く目に設定しもよい。この場合、省電力化となり、電池の消耗を更に低減できる。
【００６６】
なお、上述した実施形態では、膝疾患を有する被補助者の回復訓練等としての歩行を補助する歩行補助ロボットＳに対して本発明を適用した場合について説明したが、これ以外に、回復訓練等との一環としての駆け足等の移動を補助する移動補助装置に対して本発明を適用することもできる。
【００６７】
更に、図４に示すフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスクまたはハードディスク等の記録媒体に記録しておき、または、インターネット等のネットワークを介して取得して記憶しておき、それを汎用のマイクロコンピュータで読み出して実行することにより、当該マイクロコンピュータを実施形態に係るＣＰＵ４１として動作させることも可能である。
【００６８】
また、駆動源としてＤＣモータに限らず、交流モータでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上夫々説明したように、本発明は動作補助ロボットの分野に利用することが可能であり、特に被補助者の歩行または駆け足等の回復訓練等を補助する動作補助ロボットの分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。
【符号の説明】
【００７０】
２０：駆動部
２１：ＤＣモータ（駆動源）
３０：センサ部
３３：足裏センサ
４０：制御部
５０：固定部
Ｓ：歩行補助ロボット（動作補助装置）
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図４】
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