(57)【要約】      （修正有）【課題】ユーザーが歩行あるいは荷物の上げ下ろしを行う際、アシスト力を付与することで補助する歩行補助装置の人体の足部の前と後にて形成されるつま先角度を検出する。【解決手段】つま先角度検出装置は、ユーザーの足部に装着される足リンク１７ａ，１７ｂと、足リンク１７ａ，１７ｂの裏面に配置され、可撓性を有する足底部と、足底部に生じた歪量を検出可能な歪みセンサ６４３と、歪みセンサ６４３の検出する歪量に基づいて、前記足底部の前と後で形成するつま先角度を算出するつま先角度算出部と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図６
2014068873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーの足部に装着される足リンクと、
前記足リンクの裏面に配置され、可撓性を有する足底部と、
前記足底部に生じた歪量を検出可能な歪みセンサと、
前記歪みセンサの検出する歪量に基づいて、前記足底部の前と後で形成するつま先角度を算出するつま先角度算出部と、を備えたことを特徴とする
つま先角度検出装置。
【請求項２】
前記歪みセンサは、前記足底部の前後方向における中央付近に配置されることを特徴とする
請求項１に記載のつま先角度検出装置。
【請求項３】
ユーザーの足部に装着される足リンクと、
前記足リンクの裏面に配置され、可撓性を有する足底部と、
前記足底部に生じた床反力を検出する床反力センサと、
前記足底部に生じた歪量を検出可能な歪みセンサと、
前記床反力センサの検出する床反力と前記歪みセンサの出力する歪量に基づいて、ユーザーの足関節近傍に作用する脚部関節モーメントを算出する脚部関節モーメント算出部と、を有することを特徴とする
脚部関節モーメント検出装置。
【請求項４】
前記床反力センサは、前記足底部の前後方向における前方に配置されることを特徴とする
請求項３に記載の脚部関節モーメント検出装置。
【請求項５】
ユーザーの脚部に装着されアシスト力を加えることでユーザーの歩行を補助する歩行補助装置において、
ユーザーの脚部に装着される左右の脚パーツと、脚パーツに対してアシスト力を加えるアクチュエータと、制御部と、を備え、
前記脚パーツは、ユーザーの足部に装着される足リンクと、
前記足リンクの裏面に配置され、可撓性を有する足底部と、
前記足底部に生じた床反力を検出する床反力センサと、
前記足底部に生じた歪量を検出可能な歪みセンサと、を備え、
前記制御部は、前記床反力センサの検出する床反力と前記歪みセンサの出力する歪量に基づいて、ユーザーの足関節近傍に作用する脚部関節モーメントを算出し、算出した前記脚部関節モーメントに基づいて前記アクチュエータを駆動することを特徴とする
歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザーの歩行などに伴って変化するつま先角度を検出する検出装置、並びに、つま先角度の変化に伴い変化が予想される脚部関節モーメントを検出する装置、そして、ユーザーが歩行あるいは荷物の上げ下ろしを行う際、アシスト力を付与することで補助する歩行補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ユーザーの体に装着して、ユーザーの脚部、腕部などの可動部に対してアシスト力を付与する補助装置が開発されている。このような補助装置では、高齢者や身障者の歩行、動作を補助する装置として利用されることが期待されている。また高齢者などに限らず、宅配業者など重い荷物を運ぶ作業者に対する補助装置としても利用することで、作業者に対する負担を軽減することが期待されている。
【０００３】
このような補助装置として特許文献１には、生態信号検出手段が検出した筋電位信号に基づいてモーターなどのアクチュエーターを駆動することで、装着者の意志によってアシスト力を付与する動作補助装置が開示されている。
【０００４】
このような動作補助装置においては、装着者のとる体勢に基づいて制御を行う必要があるため、物理現象検出手段により関節角度の検出が行われている。検出した関節角度、そして、装着者の筋電位信号に基づいて駆動源（モータ）を駆動してアシスト力が加えられる。
【０００５】
一方、特許文献２には、リハビリ回復具合の調査、人体の運動解析を目的として関節がどのような動きをしているのかを測定する検出装置が開示されている。この検出装置では、角速度を検出するジャイロスコープが、人体の特定位置に位置決めされることで、人体の動作、位置を検出可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５０５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４８６３８号公報
【特許文献３】特許第４８７２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように人体の動きの正確な取得は、歩行にアシスト力を加える歩行補助装置においても重要となる。また、コンピュータグラフィックスの分野では、人体に取り付けたセンサーに基づいて、人体の動きを取得し、コンピュータグラフィックスの動きに適用することも行われている。このようなモーションキャプチャー装置においても、人体の動きを正確に取得することは重要である。
【０００８】
本発明は、このような状況を鑑みたものであって、人体の動き、特に、歩行などに伴って変化するつま先角度を正確に取得することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そのため本発明に係るつま先角度検出装置は、
ユーザーの足部に装着される足リンクと、
前記足リンクの裏面に配置され、可撓性を有する足底部と、
前記足底部に生じた歪量を検出可能な歪みセンサと、
前記歪みセンサの検出する歪量に基づいて、前記足底部の前と後で形成するつま先角度を算出するつま先角度算出部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明に係るつま先角度検出装置において、
前記歪みセンサは、前記足底部の前後方向における中央付近に配置されることを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る脚部関節モーメント検出装置は、
ユーザーの足部に装着される足リンクと、
前記足リンクの裏面に配置され、可撓性を有する足底部と、
前記足底部に生じた床反力を検出する床反力センサと、
前記足底部に生じた歪量を検出可能な歪みセンサと、
前記床反力センサの検出する床反力と前記歪みセンサの出力する歪量に基づいて、ユーザーの足関節近傍に作用する脚部関節モーメントを算出する脚部関節モーメント算出部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明に係る脚部関節モーメント検出装置は、
前記床反力センサは、前記足底部の前後方向における前方に配置されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係る歩行補助装置は、
ユーザーの脚部に装着されアシスト力を加えることでユーザーの歩行を補助する歩行補助装置において、
ユーザーの脚部に装着される左右の脚パーツと、脚パーツに対してアシスト力を加えるアクチュエータと、制御部と、を備え、
前記脚パーツは、ユーザーの足部に装着される足リンクと、
前記足リンクの裏面に配置され、可撓性を有する足底部と、
前記足底部に生じた床反力を検出する床反力センサと、
前記足底部に生じた歪量を検出可能な歪みセンサと、を備え、
前記制御部は、前記床反力センサの検出する床反力と前記歪みセンサの出力する歪量に基づいて、ユーザーの足関節近傍に作用する脚部関節モーメントを算出し、算出した前記脚部関節モーメントに基づいて前記アクチュエータを駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るつま先角度検出装置によれば、歩行などユーザーの動作に伴って変化するつま先角度を検出可能とし、ユーザーの動作を正確に取得することが可能となる。また、取得されたつま先角度は、脚部関節モーメントの算出、そして、歩行補助装置のアシスト力調整に使用することが可能となる。
【００１５】
さらに本発明に係るつま先角度検出装置では、ユーザーの動作に伴って伸縮率が大きく変化する足底部の前後方向における中央付近に歪みセンサを配置することで、つま先角度の検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００１６】
また本発明に係る脚部関節モーメント検出装置は、床反力センサの検出する床反力と歪みセンサの出力する歪量に基づいて、ユーザーの足関節近傍に作用する脚部関節モーメントを算出することが可能となる。
【００１７】
さらに本発明に係る脚部関節モーメント検出装置において、足底部の前後方向における
前方に床反力センサを配置することで、ユーザーが歩行する際の脚部関節モーメントを正確に算出することが可能となっている。
【００１８】
さらに本発明に係る歩行補助装置では、床反力センサの検出する床反力と歪みセンサの出力する歪量に基づいて、ユーザーの足関節近傍に作用する足関節モーメントを算出し、算出した脚部関節モーメントに基づいて、アクチュエータを駆動することで、脚パーツに対して適切なアシスト力を加えることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る歩行補助装置の側面図、正面図
【図２】本発明の実施形態に係る歩行補助装置の制御構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施形態に係る歩行補助装置を装着する様子を示した図
【図４】本発明の実施形態に係る歩行補助装置を装着時の様子を示した図
【図５】本発明の実施形態に係る足リンクの構成を示す図
【図６】本発明の実施形態に係るつま先角度検出に基づく足関節モーメント算出について説明するための図
【図７】本発明の実施形態に係る歪みセンサの検出値（歪量）とつま先角度の関係を示す図
【図８】本発明の実施形態に係る足関節モーメント算出処理を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
では、本発明に係るつま先角度検出装置、脚部関節モーメント検出装置について、歩行補助装置１に適用した場合について説明する。本発明に係るつま先角度検出装置は、このように歩行補助装置１に適用する以外に、人体の動きを検出するモーションキャプチャ技術において、つま先角度の検出に利用することも可能である。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る歩行補助装置１の構成を示す図である。図１（Ａ）は歩行補助装置１の左側面図であり、図１（Ｂ）は歩行補助装置１の正面図であり、両図ともユーザーが装着していない状態で示されている。
【００２２】
この実施形態の歩行補助装置１は、左右の脚パーツ１９Ｒ、Ｌ、左右脚パーツ１９Ｒ、Ｌを接続するサドルリンク１１、制御部３０を備えて構成される。サドルリンク１１には、左右の脚パーツ１９Ｒ、Ｌを摺動可能に接続する摺動レール１１１Ｒ、Ｌ、ユーザーが着座するためのサドルシート１１２が設けられている。ユーザーは、この歩行補助装置１を跨ぐようにサドルシート１１２に着座して歩行補助装置１を装着する。以下、脚パーツ１９Ｒ、Ｌなど各種構成について説明を行うが、左右の構成は略同じであるため、添え字のＲ、Ｌを省略して説明を行う。
【００２３】
このように本実施形態では、ユーザーが跨ぐ形態で利用する歩行補助装置であるが、歩行補助装置としては、このような形態のみならず、特許文献１、特許文献２のような脚部側方に装着する歩行補助装置など各種形態とすることが可能である。
【００２４】
脚パーツ１９は、図の上から順に、摺動部１２、上腿リンク１３、膝関節１４、下腿リンク１５、足関節１６、足リンク１７を備えて構成されている。なお、本明細書中、「足」は足首よりも先の部分を意味する用語として、また「脚」は上腿部、下腿部、足部などを含む用語として使い分けている。
【００２５】
サドルリンク１１は、歩行補助装置１の装着時、ユーザーの股間に位置する。アシスト時には、アクチュエータを利用し、少なくとも膝関節１４を回動させることで、このサド
ルリンク１１に対して、ユーザーを持ち上げる方向にアシスト力を加え、ユーザーの体重を軽減し、ユーザーの歩行時あるいは立っている時の負担を軽減する。
【００２６】
摺動部１２は、サドルリンク１１と上腿リンク１３を摺動可能に接続する。本実施形態の摺動部１２は、サドルリンク１１側に設けられている摺動レール１１１上を摺動することで、上腿リンク１３をユーザーの動きに追従させることが可能となっている。この摺動レール１１１は、下方に円弧を描くように形成されている。このような形状により、摺動中心位置をユーザーの腰部付近、すなわち、歩行補助装置１を装着したユーザーの上腿の回動中心に略一致させることとしている。これは、歩行補助装置１がユーザーの股下で装着されるため、上腿リンク１３の回動中心をユーザーの腰部付近に位置させることが出来ないことを１つの理由としている。
【００２７】
また、本実施形態では、摺動部１２を摺動レール１１１上で移動させるためのアクチュエータ（第２アクチュエータ）が設けられている。本実施形態では、この第２アクチュエータを、歩行補助装置１を装着する装着処理時に、サドルシート１１２を含むサドルリンク１１が傾くことを防止するために用いている。ユーザーの歩行などをアシストするアシスト処理時、摺動部１２は、摺動レール１１１上を自由に摺動可能となるが、この第２アクチュエータを使用して、上腿リンク１３に対してアシスト力を付与する構成としてもよい。なお、摺動部１２は、歩行を行う時の摺動（図１（Ａ）の紙面上での回動）に加え、左右の回動（図２の紙面上での回動）を加えることとしてもよい。ユーザーが股を開く動作に対応することが可能となる。
【００２８】
膝関節１４は、上腿リンク１３と下腿リンク１５を回動可能に接続する。膝関節１４は、歩行を行う時の前後方向に回動可能としている。足関節１６は、下腿リンク１５と足リンク１７を回動可能に接続する。この足関節１６も、歩行を行う時の前後方向に回動可能としている。
【００２９】
図２には、本発明の実施形態に係る歩行補助装置の制御構成が示されている。本実施形態の歩行補助装置１は、ユーザーが跨ぐとともに、ユーザーの足部と足リンク１７を固定することで装着される形態となっている。このような装着形態において、左右の膝関節１４に設けられた第１アクチュエータ５１に対し、上腿リンク１３と下腿リンク１５を伸張する方向にアシスト力を加えることで、ユーザーの歩行時、あるいは、及びユーザーが立っているときの体重の一部を補助する。
【００３０】
また、本実施形態では、装着処理時、サドルリンクが前傾、後傾することを防止するため、摺動部１２に第２アクチュエータ５２が設けられている。アシスト処理時には、この第２アクチュエータ５２を使用して、アシスト力を加えることとしてもよい。また、本実施形態では、足関節１６にはアクチュエータを設けることなく自由に回動可能としているが、足関節１６に第３アクチュエータを設けることも可能である。第３アクチュエータにて足関節１６を回動を制御することで、アシスト処理時にはアシスト力を加えることが可能となる。また、この第３アクチュエータを装着処理に使用することも可能である。
【００３１】
主な制御構成としては、歩行補助装置全体を統括制御する制御ＥＣＵ１０１、左右の膝関節１４に設けられた第１アクチュエータ５１、第１角度検出センサ６１、左右の摺動部１２に設けられた第２アクチュエータ５２、摺動位置検出センサ６２、左右の足関節１６に設けられた第３角度検出センサ６３、左右の足裏センサ６４、歩行の際の外界の情報などを取得するための各種センサ、動作状態など指示可能とする入力手段を備えて構成されている。
【００３２】
足リンク１７は、ユーザーの足部を固定可能な部材であって、例えば、靴、サンダル、
スリッパなどのような構造を有し、ユーザーが履くことでユーザーの足部と固定可能される。なお、後で説明するつま先角度θを精度よく検出するには、足リンク１７においてユーザーの踵部分をしっかり固定可能とする形態が好ましい。足リンク１７並びに足リンクに設けられている足裏センサ６４Ｒの詳細については、後ほど詳しく説明する。
【００３３】
また、脚パーツ１９には、ユーザーの脚部の状態を検出するための各種センサが設けられている。本実施形態では、膝関節１４に設けられ、上腿リンク１３と下腿リンク１５が形成する角度を検出する第１角度検出センサ６１と、摺動部１２に設けられ、サドルリンク１１に対する摺動部１２の位置を検出可能な摺動位置検出センサ６２、そして、足関節１６に設けられ、下腿リンク１５と足リンク１７が形成する角度を検出する第３角度検出センサ６３が設けられている。これら各種センサ６１〜６３によって検出された情報は、制御ＥＣＵ１０１に送信される。制御ＥＣＵ１０１は、受信した検出情報に基づいて体躯の動きを予測し、少なくとも第１アクチュエータ５１に対してアシスト力を加える。アシスト力の制御には、このような各種センサ６１〜６３以外に、ユーザーの筋電位を計測するセンサを使用することとしてもよい。
【００３４】
さらに足リンク１７には、足裏センサ６４が設けられている。この足裏センサ６４は、足の裏が地面についた立脚状態であるか、地面から浮いた遊脚状態などを検知することが可能である。足裏センサ６４は、さらに、足裏の荷重分布などを取得することとしてもよい。この足裏センサ６４を使用することで、足リンク１７の装着状態を判別することも可能である。
【００３５】
また、本実施形態の制御部３０には、歩行補助装置を装着したユーザーの周囲を検出する各種センサが設けられている。各種センサとしては、ユーザーの前方、後方の様子をそれぞれ撮影する前方カメラ６５、後方カメラ６６、衛星からのＧＰＳ信号を受信し、歩行位置を検出するとともに、地図情報を参照することでユーザーを目的地に導くナビモジュール６７、インターネットなどの通信網に接続し、各種情報を取得する無線通信モジュール６８等である。この他、ユーザーから障害物までの距離を計測する測距センサを設けることとしてもよい。このような測距センサは、２つのカメラを使用して外界を立体的に撮像することで実現することも可能であり、前方カメラ６５、後方カメラ６６と兼用することも可能である。
【００３６】
また、本実施形態ではサドルリンク１１における重力方向を検知可能な加速度センサ６９が設けられている。この加速度センサ６９は、アシスト処理を行う際は、ユーザーの歩行方向などの各種状態を検出するセンサとして機能する。一方、歩行補助装置１を装着する装着処理時には、重力方向を検知し、サドルリンク１１を適切な方向に向かせるセンサとして機能する。
【００３７】
また、本実施形態の制御部３０には、歩行補助装置に対して各種指示や設定を行うための入力手段が設けられている。本実施形態では、サドルシート１１２の前方には把持検出手段８１、動作指示手段８２が設けられている。本実施形態では、装着処理時、第１アクチュエータ５１に対して駆動力を加えることで、脚パーツ１９を伸ばし、歩行補助装置１を適切な装着位置に位置させることが可能となる。また、脚パーツ１９を縮めることで歩行補助装置１を容易に取り外すことが可能となる。これら把持検出手段８１、動作指示手段８２は、装着処理時において第１アクチュエータ５１に駆動力を加える指示を入力するためのユーザーインターフェイスとして機能する。
【００３８】
入力手段には、この他、歩行補助装置に対して各種指示や設定を行うための入力部８３が設けられている。この入力部８３は、スイッチなどの各種ユーザーインターフェイスによって構成されており、歩行補助装置の電源のオン／オフや、アシスト処理、装着処理の
実行などを指示、あるいは、設定することが可能である。
【００３９】
以上、本実施形態では、歩行補助装置に対して、このような各種センサーを設けたことで、安全な歩行補助を行うことのみならず、目的地までのルート案内や、各種情報をユーザーに提供することが可能となる。なお、各種情報の確認は、制御ＥＣＵ１０１に接続されるスピーカ、ディスプレイなどの告知手段を用いて音声、画像出力することとしてもよい。
【００４０】
では、本実施形態の歩行補助装置の装着について図を用いて説明する。図３は、歩行補助装置の装着の一形態を示した図である。歩行補助装置１は、装着前、図に示されるように折り畳まれた状態となっている。本実施形態では、ユーザーはサドルシート１１２の前方を掴み、前述した把持検出手段８１、動作指示手段８２からなるユーザインターフェイスを操作することで、第１アクチュエータ５１に駆動力を付加し、脚パーツ１９を伸張させることとしている。本実施形態では、歩行補助装置１を装着する際、加速度センサ６９が検出する重力方向に基づいてサドルリンク１１の傾き調整を自動で行っており、装着動作に伴い、サドルリンク１１が前傾、後傾することを抑制している。このサドルリンク１１の傾き調整は、サドルリンク１１に対して摺動部１２を移動させる第２アクチュエータ５２を駆動することで実行される。
【００４１】
図４には、本発明の実施形態に係る歩行補助装置を装着時の様子について、左側面図（図４（Ａ））、正面図（図４（Ｂ））が示されている。ユーザーが歩行する、あるいは、立ち上がっているときに、図４（Ａ）に示されるように膝関節１４の第１アクチュエータ５１にて、脚パーツ１９を伸張する方向にアシスト力を加えることで、サドルシート１１２にてユーザーを持ち上げ、ユーザーの脚部にかかる負担を軽減することが可能となっている。
【００４２】
では、本実施形態の足リンク１７の構成について図を用いて説明する。図５には本発明の実施形態に係る足リンク１７を側面から観察したときの構成を示したものである。本実施形態の足リンク１７は、靴状の部材にてユーザーの足部を固定可能としている。足リンク１７の底面には、足底部１７１が設けられている。この足底部１７１はゴムや革など可撓性を有する部材で構成され、ユーザーの動作（歩行など）に追従して曲げられる。
【００４３】
この足底部１７１の前方、後方には、それぞれ、床反力前センサ６４１、床反力後センサ６４２が設けられている。床反力前センサ６４１は、感圧センサ６４１ａと剛体６４１ｂにて構成されている。感圧センサ６４１ａは、剛体６４１ｂと足底部１７１の間で挟持され、ユーザーの体重負荷に伴う床反力（つま先付近）を検出可能としている。また、床反力後センサ６４２も同様の構成を有し、ユーザーのかかと付近での床反力を検出可能としている。
【００４４】
また、足底部１７１の中央付近には、歪みセンサ６４３が設けられている。この歪みセンサは、足底部１７１の曲がり度合いを、歪みセンサ６４３に生じた歪量として検出可能なセンサである。本実施形態では、歪みセンサ６４３に生じた歪みにより変化する抵抗値にて歪量を検出している。ユーザーが動作した際、足底部１７１は屈曲することとなるが、特に、中央付近（ユーザーの土踏まず部分）にて屈曲量が大きくなる。本実施形態では、屈曲量が大きい足底部１７１の中央付近に歪みセンサ６４３を設けたことで、歪量の検出精度の向上が図られている。
【００４５】
本実施形態では、床反力前センサ６４１、床反力後センサ６４２、歪みセンサ６４３は足底部１７１の外側に設けているが、これらセンサの配置位置は、足リンク１７の内部、あるいは、足底部１７１に内蔵するなど適宜形態を採用することが可能である。
【００４６】
では、このような足リンク１７の構成によるつま先角度の検出、並びに、脚部関節モーメントの算出について説明する。なお、本実施形態では、ユーザーの足関節付近に作用する足関節モーメントの算出に適用した場合について説明するが、検出されたつま先角度は、ユーザーの膝関節付近に作用する膝関節モーメント、あるいは、腰関節付近に作用する腰関節モーメントといった脚部関節モーメントの算出あるいは補正に使用することが可能であり、脚部の各種関節付近に作用する脚部関節モーメントの精度向上を図ることが可能である。
【００４７】
図６は本発明の実施形態に係るつま先角度検出に基づく足関節モーメント算出について説明するための図である。図６（Ａ）、図６（Ｂ）ともに、ユーザーの歩行などに伴って、足リンク１７の前部分が地面に接地した状態となっている。また、図６（Ａ）はつま先角度を考慮しない場合において足関節１６にかかるモーメント（足関節モーメント）を算出する形態であり、図６（Ｂ）は、つま先角度を考慮可能な本実施形態である。
【００４８】
歩行補助装置において歩行アシストを行う場合、実際に足関節１６にかかる足関節モーメントを取得することが、アシスト力を適切に付加する上で重要となることを、本出願の発明者は見い出したことに、本発明は起因するものである。この足関節モーメントは図６（Ａ）に示されるように前床反力センサ６４１で検出した床反力Ｆに対して、この床反力Ｆの方向に対し足関節１６から垂直に下ろした線分Ｌ’と床反力Ｆの積にて算出することが可能である。しかしながらこの線分Ｌ’は、ユーザーの動作状態（歩行など）によってその長さが変化する。この変化する線分Ｌ’の長さを求めるには、つま先角度θを取得する必要がある。
【００４９】
図では、足リンク１７を前部１７ａと後部１７ｂに分けて説明しているが、前部１７ａと後部１７ｂは一体構成であってもよい。本明細書でいう「つま先角度θ」とは、図に示されるように、前部１７ａと後部１７ｂの底面によって形成される角度である。このつま先角度が取得できれば、予め分かっている人体パラメータＬによって線分Ｌ’の長さを算出することが可能となる。この人体パラメータＬは、足関節１６の回動中心から、前床反力センサ６４１の計測重心位置までの平行距離であり、足リンク１７の構成、あるいは、人体の計測により取得することが可能である。
【００５０】
この人体パラメータＬとつま先角度θを取得できれば、前述した線分Ｌ’の長さを容易に求めることが可能である。具体的には線分Ｌ’の長さは下記式（１）にて求められる。
Ｌ’＝Ｌ×ｃｏｓθ      ・・・（１）
したがって、足関節モーメントＭは、下記式（２）にて算出することが可能となる。
Ｍ＝Ｆ×Ｌ’＝Ｌ×ｃｏｓθ      ・・・（２）
【００５１】
上記式（１）、（２）は足関節モーメントＭを簡易に求める場合の式であり、実際にはより詳細な人体パラメータ、重心位置の移動などを考慮して足関節モーメントＭを算出することとしてもよい。図６（Ｂ）には、上述したつま先角度θ、足関節モーメントＭを算出するため、前部１７ａと後部１７ｂにわたって歪みセンサ６４３を設けた形態が示されている。この歪みセンサ６４３に生じた歪量に基づいて、つま先角度θを取得し、線分Ｌ’の算出、並びに、足関節モーメントＭを算出することが可能となる。
【００５２】
図６では、主としてユーザーが歩行する際に有効に作用する、足リンク前部１７ａのみ接地した場合の足関節モーメントＭの算出について説明したが、足リンク後部１７ｂのみが接地した場合に作用する足関節モーメントＭ’についても足関節モーメントＭと同様、歪みセンサ６４３によって検出されるつま先角度θと、後床反力センサ６４２によって計測される床反力Ｆによって算出することが可能である。
【００５３】
図７には、本発明の実施形態に係る歪みセンサの検出値（歪量）とつま先角度の関係を示す図が示されている歪みセンサ６４３は、それ自体に生じた歪量を抵抗値として出力することが可能となっている。歪みセンサ６４３にて取得される歪量を、つま先角度θの関係が予め分かっていれば、歪量に基づいてつま先角度θを計測することが可能となる。このような関係は、テーブル、あるいは、条件式として制御部内のメモリなどに記憶される。
【００５４】
歪量とつま先角度θの関係は、予め標準的なものを使用してもよいが、使用するユーザーによって異なる場合もあるため、使用の際、補正（キャリブレーション）を行うことが好ましい。何点かのつま先角度状態において歪量を検出し、制御部にて使用可能なテーブルにその関係を記憶させておくことで、ユーザーに対応して正確なつま先角度θを取得することが可能となる。
【００５５】
図８は、本発明の実施形態に係る足関節モーメント算出処理を示すフロー図であり、歩行補助装置１の制御部にて実行さえる処理である。処理が開始されると、足リンク１７に負荷を与えていないときの、足関節１６から前反力センサ６４１までの距離Ｌ（人体パラメータ）を取得する（Ｓ１０１）。次に歪みセンサ６４３にて抵抗値（歪量に相当）を取得（Ｓ１０２）し、抵抗値に対応するつま先角度θがテーブルから読み出される（Ｓ１０３）。そして、上述した式（２）を使用することで足関節モーメントＭが算出される（Ｓ１０４）。算出された足関節モーメントＭは、歩行補助装置１の第１アクチュエータ５１などにおけるアシスト力の算出に使用される。
【００５６】
このように本実施形態の歩行補助装置１では、足リンク１７のつま先角度θを検出することで、これに基づいて変化する足関節モーメントＭを正確に把握することが可能となり、歩行補助装置１において、ユーザーに対してアシスト力を適切に加えることが可能となる。本実施形態では、つま先角度検出装置、脚部関節モーメント検出装置について、歩行補助装置における足関節に適用した形態を説明したが、つま先角度検出装置、脚部関節モーメント検出装置は、モーションキャプチャ装置など、人体の動きを検出する各種装置に適用することが可能である。
【００５７】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１…歩行補助装置
１１…サドルリンク
１１１Ｒ、Ｌ…摺動レール
１１２…サドルシート
１２Ｒ、Ｌ…摺動部
１３Ｒ、Ｌ…上腿リンク
１４Ｒ、Ｌ…膝関節
１５Ｒ、Ｌ…下腿リンク
１６Ｒ、Ｌ…足関節
１７Ｒ、Ｌ…足リンク
１９Ｒ、Ｌ…脚パーツ
５１Ｒ、Ｌ…第１アクチュエータ
５２Ｒ、Ｌ…第２アクチュエータ
６１Ｒ、Ｌ…第１角度検出センサ
６２Ｒ、Ｌ…摺動位置検出センサ
６３Ｒ、Ｌ…第３角度検出センサ
６４Ｒ、Ｌ…足裏センサ
６４１…前床反力前センサ
６４２…床反力後センサ
６４１ａ、６４２ａ…感圧センサ
６４１ｂ、６４１ｂ…剛体
６４３…歪みセンサ
６５…前方カメラ
６６…後方カメラ
６７…ナビモジュール
６８…無線通信モジュール
６９…加速度センサ
８１…把持検出手段
８２…動作指示手段
８３…入力部
１０１…制御ＥＣＵ
【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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