(57)【要約】      （修正有）【課題】杖を操作する人が転倒しそうになる場合などにより、杖に負荷をかけた場合でも、杖と地面の接触を保つための方法及び装置を提供する。【解決手段】ユニバーサルジョイントを用いた人の転倒抑止方法及び装置は、杖２と、ユニバーサルジョイント１、人が加えた力を計測するための力覚センサ３から構成され、人が加えた力に応じて、杖と地面の角度を調整することで、杖が地面の設置状態を保つことができ、人の転倒を抑止することができる。【選択図】図１
2014050663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杖と、
地面の角度を
調整可能なユニバーサルジョイントを、
装着した杖。
【請求項２】
ユニバーサルジョイントの角度を調整するために
人が加えた力を計測するための
力覚センサを備えた、
杖。
【請求項３】
請求項２記載の力覚センサの情報に基づいて、
請求項１記載のユニバーサルジョイントの角度を
調整するための制御方法。
【請求項４】
請求項２記載の力覚センサの情報に基づいて、
請求項１記載のユニバーサルジョイントの角度を
調整するための制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載のユニバーサルジョイントと、
請求項２に記載の力覚センサを備え、
また、
請求項３に記載の制御方法と、
請求項４に記載の制御装置を備え、
人の転倒を抑止するための方法及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、杖のユニバーサルジョイントによる転倒抑止方法及び装置と呼ぶ、ユニバーサルジョイントにより、杖に地面の角度を持たせることで、杖と同軸方向の力を増大させることで、杖が地面と接触を保つことができ、杖の転倒が抑止され、杖を操作する人が転倒することを抑止することができる方法及び装置に関する。
このユニバーサルジョイントは、地面に対して、杖の角度を調整することができる機構を有する。
従来まで、杖には地面の角度を調整する機構はなく、ユニバーサルジョイントにより杖の角度を調整される機能を持たせることで、杖が地面との接触を保つことができる。
【背景技術】
【０００２】特許文献１では、自立式の歩行支援装置が提案された。この発明では、装置の転倒抑止のため、装置のフレームの周囲に転倒抑止用のストッパーを取り付ける必要性が生じている。本発明では、杖自身に地面との角度を調整する機構を組み込むものであり、異なる。【０００３】特許文献２では、杖を立てかけるときに、杖を安定して自立させることができ、なおかつ、歩行の際の杖の使用感に影響を与えないような、杖装着型の転倒抑止機構が提案された。この発明では、杖を歩行に使用せず、一時的に保管しておくような状態での転倒抑止について述べられているため、杖を用いた歩行時において転倒を抑止する本発明とは異なる。【０００４】特許文献３では、高齢者が外出中に転倒した際、内臓のセンサで転倒を検出し、予め設定された番号へ救助連絡を行うという杖が提案された。この発明は、杖使用者が転倒した後に機能するものであり、転倒抑止を目的とした本発明とは異なる。【０００５】  特許文献４では、杖の使用と連動して杖に取り付けられた補助版を開閉させることで、杖使用者に前記補助版を跨ごうという歩行のきっかけを与える機能が提案された。この発明は、パーキンソン病の患者を対象としており、転倒抑止の機能も歩き始めの最初の一歩に焦点をあてているが、実際に使用者が転倒しかけた時、その転倒を抑止する機能は備わっていない。【０００６】特許文献５では、杖に車輪と石突部を取り付けることで使用者の歩行時における転倒を抑止する機構が提案された。この発明では、石突部を取り付けることで転倒を抑止しており、杖と地面との傾きを制御することで転倒を抑止する本研究とは異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２９８３８
【特許文献２】特開２０００−３２５１１９
【特許文献３】特開２００２−３０６２１８
【特許文献４】特平１１−３０９１８７
【特許文献５】特開２００７−２４４５３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】これまで、人の歩行、特に高齢者、障ガイ者などにとって、また山道、不整地などの環境において、歩行による体への負荷を低減し、より安定した歩行を実現するために、杖が用いられている。
ただし、一般的に、杖は、地面と点接触しており、場合に寄っては、例えば人が障害物につまずいた場合などにおいて、杖に大きな負荷、つまり力が加わったり、外乱が加わったりした場合に、杖が地面と接触を保つことが困難となり、操作している人が転倒する危険があるといった問題がある。
そこで、杖と地面の接触をより保つことができるようにするために、例えば接触面を広く設けたり、接触点を複数設けたりことで、より杖が地面と接触を保つ工夫がされてきた。しかし、この場合でも、杖に対して過大な負荷が加わった場合、杖が地面との接触を保つことが出来ず、転倒を抑止することができないことが課題であった。
したがって、杖に対して過大な負荷が加わった場合であっても、杖と地面の接触を保つための方法及び装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた結果、次なる構成の本発明に想到した。
本発明の杖のユニバーサルジョイント機構を用いた人の転倒抑止方法及び装置は、杖と、ユニバーサルジョイント、人が加えた力を計測するための力覚センサから構成され、人が加えた力に応じて、杖と地面の角度を調整することが可能である。【００１０】  本発明のユニバーサルジョイントは、杖に装着され、地面と杖の角度を調整させることが可能である。【００１１】  本発明の力覚センサは、杖に装着され、人が杖に加える力を計測することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】上記のように構成された装置及び方法によれば、人が杖に加えた力に応じて、ユニバーサルジョイントにより、地面と杖の角度を調整させることが可能となり、地面に並行に加わる力成分を、杖の角度を調整することにより、杖の軸方向の力成分として増大させることができるため、結果として、杖が地面から離れるために作用するモーメントを低減化することができ、ユニバーサルジョイントがない場合と比較して、使用者である人から杖に対して大きな負荷が加わった場合にでも、地面と杖が接触を保つことができるため、上記で述べた、杖に対して過大な負荷が加わった場合であっても、杖と地面の接触を保つことができない、ことを解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】この発明の、ユニバーサルジョイント（１）を搭載した杖（２）の使用の様子を図１に示す。杖（２）の下端部にはユニバーサルジョイント（１）が取り付けられ、その下の台座（５）と連結されている。このユニバーサルジョイント（１）は、モータ（１６）で駆動され、地面（４）に垂直な状態にある杖（２）を地面（４）に平行な進行方向の向きの軸まわりと前記軸に直行する軸周りに傾斜させる機能を有する。また、杖（２）の上端部には３軸の力覚センサ（３）が取り付けられている。力覚センサにより、杖が垂直方向に直立した場合の、地面と水平な平面上の力を計測し、進行方向と判別する。【００１４】図１（ｂ）は使用者（６）が杖（２）を持って正常に歩行している様子を表している。使用者（６）の手から杖（２）にかかる合力（７）を３軸力覚センサ（３）を用いて計測する。この合力（７）は、使用者（６）が転倒しかけた時、転倒に寄与する成分（８）と、転倒に寄与せず地面（４）方向にかかる成分（９）に分解する。【００１５】図１（ｃ）は使用者（６）が進行方向に転倒しかけている状態を表している。
使用者（６）が転倒しかけると、杖にかかる合力（７）が増加し、その分合力の転倒に寄与する地面と水平な平面上の力成分（８）も増加する。この合力の進行方向成分が一定値を超えると、杖（２）は使用者（６）を支えきれずに転倒に至る。【００１６】本発明では、ユニバーサルジョイント（１）によって杖（２）は使用者（６）の進行方向とは逆の方向に傾く。これによって、杖（２）にかかる合力（７）のうち、地面方向にかかる成分（９）が増加し、その分転倒に寄与する成分（８）が減少する。そのため、杖（２）の使用者（６）が転倒しかけ、杖（２）にかかる合力（７）が増加しても転倒を抑止することができる。
【実施例】
【００１７】上記発明装置の実施例を図２に示す。
本発明のユニバーサルジョイント（１）は、一辺約２０ｃｍの六角形構造をした台座（５）と３輪のオムニホイール（１４）からなる台車に連結され、±２５度までまで地面に対して傾斜させる機能を有し、高齢者の歩行補助などを目的とした杖型歩行補助装置として使用される。
杖型歩行補助装置の安定状態は、「杖型歩行補助装置の移動時または停止時において、３輪のオムニホイールが地面に接している状態」と定義する。
使用者（６）が杖型歩行補助装置を大きな負荷を加えた場合、１つ又は２つのオムニホイールが地面（４）から離れ、最後に杖型歩行補助装置は転倒する。
この場合、杖型歩行補助装置は、転倒抑止ができない。【００１８】杖型歩行補助装置は、オムニホイールのうちの１つ、もしくは２つを支点（１２）として転倒する。
図２（ａ）は、杖（２）が地面（４）と垂直に立っている状態を示す。
この時、杖型歩行補助装置にかかる合力（７）によるモーメントは、前記合力（７）のうち、転倒に寄与する成分（８）と転倒支点から３軸力覚センサ（３）までの距離の積で表され、杖型歩行補助装置の自重（１１）によるモーメントは、杖型歩行補助装置の自重（１１）のうち、転倒を防止する方向に働く成分（１３）と、転倒支点から杖型歩行補助装置の重心（１０）までの距離の積で表される。杖型歩行補助装置にかかる合力（７）によるモーメントが杖型歩行補助装置の自重（１１）によるモーメントを超えた時、杖型歩行補助装置は転倒する。
図２（ｂ）はユニバーサルジョイント（１）を制御して、杖（２）を合力（７）方向と逆向きに傾斜させた状態を表す。
この時、合力（７）のうち、転倒に寄与する成分（８）は、杖（２）の傾きによって減少する。従って、杖（２）はより大きな合力（７）を受けても転倒を防止できる。【００１９】実際に、ユニバーサルジョイント（１）を搭載した杖型歩行補助装置の画像を図３に示す。図３（ｃ）は、杖型歩行補助装置の台車部分の図である。六角形の台座（５）にオムニホイール（１４）が取り付けられ、その上に制御用のコンピュータ（１５）が搭載されている。その上部には、ユニバーサルジョイント（１）が取り付けられ、さらにその先には杖（２）、３軸力覚センサ（３）が搭載されている。この時、杖（２）から上の部分の傾きは、ユニバーサルジョイント（１）を支点として、２つのＤＣモータ（１６）によって制御される。【００２０】本発明を利用した転倒抑止実験の様子を図５に示す。図５の（ａ）は実験開始前の３軸力覚センサ（３）に、使用者（６）が手を乗せているだけの状態を示している。この状態から、使用者（６）は３軸力覚センサ（３）に合力（７）を加える。杖型歩行補助装置台座（５）に取り付けられたオムニホイール（１４）のうち、一つでも地面（４）から離れた時点で、杖型歩行補助装置は転倒したものと評価する。【００２１】図５の（ｂ）はユニバーサルジョイント（１）を稼働させずに、合力（７）を加えた様子を示している。オムニホイール（１４）のうち、使用者（６）側の一つが地面（４）から離れており、杖型歩行補助装置は転倒した。【００２２】図５の（ｃ）はユニバーサルジョイント（１）を稼働させて、合力（７）を加えた様子を示している。杖型歩行補助装置の全てのオムニホイール（１４）は地面（４）から離れておらず、転倒を抑止できた。【００２３】図４で行った転倒防止実験において、縦軸に杖型歩行補助装置にかかった合力（７）をとり、横軸に時間（ｓ）をとったグラフを図５に示す。ユニバーサルジョイント（１）による制御を使用しなかった場合、杖型歩行補助装置は１０〜２０Ｎの合力で転倒したが、ユニバーサルジョイント（１）による制御を行った場合、前者と同等かそれ以上の約６０Ｎ以上の合力を加えても転倒しなかった。このことから、ユニバーサルジョイント（１）の制御によって転倒を防止できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユニバーサルジョイントを搭載した杖の使用の概略図  （ａ）ユニバーサルジョイントを搭載した杖の概略図  （ｂ）（ａ）使用時の歩行図  （ｃ）（ａ）使用時の転倒図  （ｄ）（ｂ）を真上から見た図  （ｅ）（ｃ）を真上から見た図
【図２】ユニバーサルジョイントを搭載した杖型歩行補助装置の概略図  （ａ）ユニバーサルジョイント非稼働時  （ｂ）ユニバーサルジョイント稼働時  （ｃ）（ｂ）を真上から見た図
【図３】ユニバーサルジョイントを搭載した杖型歩行補助装置の詳細図  （ａ）全体図  （ｂ）ユニバーサルジョイント拡大図  （ｃ）杖型歩行補助装置台座部拡大図
【図４】ユニバーサルジョイントを搭載した杖による転倒抑止実験図  （ａ）転倒実験開始前の図  （ｂ）ユニバーサルジョイント非使用時の転倒実験図  （ｃ）ユニバーサルジョイント使用時の転倒実験図
【図５】ユニバーサルジョイント使用・非使用時の転倒抑止実験結果
【符号の説明】１    ユニバーサルジョイント
２    杖
３    力覚センサ
４    地面
５    台座
６    杖使用者
７    杖にかかる合力
８    ７のうち、転倒に寄与する力成分
９    ７のうち、地面に向かう力成分
１０  杖型歩行補助装置の重心
１１  杖型歩行補助装置の自重
１２  転倒の支点
１３  １１のうち、転倒を防止する方向に働く成分
１４  オムニホイール
１５  制御用コンピュータ
１６  モータ
【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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