(57)【要約】  歩行アシスト装置は、ユーザの一方の脚の膝に装着される膝固定具（１０２ａ、１０２ｂ）と、ユーザの一方の脚の踵に装着される踵固定具（１０３ａ、１０３ｂ）と、膝固定具と踵固定具とに接続される第１のワイヤ（１０４）及び第２のワイヤ（１０５）と、第１のワイヤに接続される第１のモータ（２０６）と、第２のワイヤに接続される第２のモータ（２０７）と、第１のモータ及び第２のモータの動作を制御する制御回路（２０８）を備え、第１のワイヤは、踵固定具の右半分の領域に含まれる第１の位置と接続され、第２のワイヤは、踵固定具の左半分の領域に含まれる第２の位置と接続され、制御回路は、ユーザの歩行情報を取得し、歩行情報に基づいて、所定のタイミングにおいて、第１のワイヤの長さを短くするように、第１のモータを制御し、かつ、第２のワイヤの長さを短くするように、第２のモータを制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの一方の脚の膝に装着される膝固定具と、
前記ユーザの一方の脚の踵に装着される踵固定具と、
前記膝固定具と前記踵固定具とに接続され、前記ユーザの後面に位置する第１のワイヤと、
前記膝固定具と前記踵固定具とに接続され、前記ユーザの後面に位置する第２のワイヤと、
前記第１のワイヤに接続される第１のモータと、
前記第２のワイヤに接続される第２のモータと、
前記第１のモータ及び前記第２のモータの動作を制御する制御回路とを備え、
前記第１のワイヤは、前記踵固定具の右半分の領域に含まれる第１の位置と接続され、
前記第２のワイヤは、前記踵固定具の左半分の領域に含まれる第２の位置と接続され、
前記制御回路は、
前記ユーザの歩行情報を取得し、
前記歩行情報に基づいて、所定のタイミングにおいて、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御する、
歩行アシスト装置。
【請求項２】
前記ユーザの歩行情報は、前記ユーザの歩行周期の情報を含み、
前記制御回路は、前記所定のタイミングとして、前記ユーザの歩行周期の４０％以上６０％以下の期間において、前記第１のモータ及び前記第２のモータを制御し、
前記歩行周期は、前記ユーザの一方の足が地面に着地したときを０％とし、かつ、次に前記ユーザの前記一方の足が地面に着地したときを１００％としたときの割合である、
請求項１に記載の歩行アシスト装置。
【請求項３】
前記第１のワイヤは、前記一方の脚の内側に配置され、
前記第２のワイヤは、前記一方の脚の外側に配置され、
前記第１のワイヤの伸び強さは、前記第２のワイヤの伸び強さより大きい
請求項１または２に記載の歩行アシスト装置。
【請求項４】
前記第１のワイヤは、前記一方の脚の内側に配置され、
前記第２のワイヤは、前記一方の脚の外側に配置され、
前記第１のモータの最大トルクは、前記第２のモータの最大トルクよりも大きい
請求項１または２に記載の歩行アシスト装置。
【請求項５】
前記第１のワイヤは、前記一方の脚の内側に配置され、
前記第２のワイヤは、前記一方の脚の外側に配置され、
前記第１のワイヤの最大移動速度は、前記第２のワイヤの最大移動速度よりも速い
請求項１または２に記載の歩行アシスト装置。
【請求項６】
前記第１の位置及び前記第２の位置の間は、２０ｍｍ以上である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項７】
前記第１のワイヤは、前記膝固定具の左半分の領域に含まれる第３の位置と接続され、
前記第２のワイヤは、前記膝固定具の右半分の領域に含まれる第４の位置と接続される、
請求項１から６のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項８】
前記制御回路は、
さらに、
前記歩行情報を用いて、前記ユーザの歩行周期の情報を取得し、
前記歩行周期の情報を用いて、前記ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項９】
前記制御回路は、
さらに、
前記第１のモータ及び前記第２のモータによって、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの巻き取り量を取得し、
歩行周期毎に第１のワイヤの長さ及び第２のワイヤの長さを規定する第１の基準と、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの巻き取り量との差に応じて、前記ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項１０】
さらに、
前記第１のワイヤと前記踵固定具との間に配置される第１のバネと、
前記第２のワイヤと前記踵固定具との間に配置される第２のバネとを備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、
前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの張力を取得し、
歩行周期毎に、第１のワイヤの長さ及び第２のワイヤの張力を規定する第２の基準と、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの張力との差に応じて、前記ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御する、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項１２】
さらに、
前記第１のワイヤに配置される第１の力センサと
前記第２のワイヤに配置される第２の力センサとを備える、
請求項１１に記載の歩行アシスト装置。
【請求項１３】
さらに、
前記ユーザの回転方向を検知する回転検知部を備え、
前記制御回路は、
前記ユーザの回転方向と前記歩行情報に基づいて、所定のタイミングにおいて、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御する、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、
前記第１のモータ及び前記第２のモータを動作させておらず、かつ前記ユーザが歩行しているときに、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも長い場合には、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも長くなるように、前記第１のモータ及び前記第２のモータを制御し、
前記第１のモータ及び前記第２のモータを動作させておらず、かつ前記ユーザが歩行しているときに、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも短い場合には、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも短くなるように、前記第１のモータ及び前記第２のモータを制御する、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の歩行アシスト装置。
【請求項１５】
第１端と第２端を含む第１ワイヤと、
第３端と第４端を含む第２ワイヤと、
前記第１端に接続される第１モータと、
前記第３端に接続される第２モータと、
センサと、
制御器を含み、
（ａ-１）前記第１モータ、前記第２モータは、ユーザの第１の脚の膝周囲に装着される第１ベルトに含まれ、かつ、前記第２端と前記第４端は、前記第１の脚の足首周囲に装着される第２ベルト、または、前記第１の脚に装着される靴に固定され、または、
（a−２）前記第１モータ、前記第２モータは、前記第２ベルト、または、前記靴に含まれ、かつ、前記第２端と前記第４端は前記第１ベルトに固定され、
（ｂ）前記センサは、前記第１の脚が地面から離れた第１状態から地面に接触する第２状態に変化する接地を、第ｉ時間、前記第ｉ時間後の第（ｉ＋１）時間に検出し、
前記センサは、前記第ｉ時間と第（ｉ＋１）時間の間には前記接地を検出せず、
１≦ｉ≦ｎ、前記ｉは自然数、前記ｎは２以上の自然数であり、
（ｃ）前記センサが前記第（ｉ＋１）時間に前記接地を検出すると、
（ｃ-１）前記制御器は前記第（ｉ＋１）時間から平均歩行期間の４０％以上６０％以下の期間における前記第１端と前記第１モータ間の前記第１ワイヤの第１張力を、前記第（ｉ＋１）時間における前記第１端と前記第１モータ間の前記第１ワイヤの第２張力より大きくするため、前記第１モータに、前記第１ワイヤを巻き取らせ、かつ、
（ｃ-２）前記制御器は前記第（ｉ＋１）時間から前記平均歩行期間の４０％以上６０％以下の期間における前記第３端と前記第２モータ間の前記第２ワイヤの第３張力を、前記第（ｉ＋１）時間における前記第３端と前記第２モータ間の前記第２ワイヤの第４張力より大きくするため、前記第２モータに、前記第２ワイヤを巻き取らせ、
（ｄ）前記前記平均歩行期間は、前記第（ｉ＋１）時間と前記第ｉ時間の差異に基づいて決定される
歩行アシスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、歩行運動をアシストする歩行アシスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、ユーザが足首に装置を装着し、モータの駆動力を利用した足首アシスト装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２６１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来までの足首のアシスト装置においては、片足に対して１つのモータでアシストを行うため、所定の回転方向へのアシストしかできない。【０００５】
本開示の非限定的で例示的な一態様は、足首の屈曲運動を複数のワイヤを用いて支援することで、人間の歩行スタイルにおける足首の運動に応じて、ワイヤの長さを調整しながら張力を発生させることで、自然なアシストを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る歩行アシスト装置は、ユーザの一方の脚の膝に装着される膝固定具と、前記ユーザの一方の脚の踵に装着される踵固定具と、前記膝固定具と前記踵固定具とに接続され、前記ユーザの後面に位置する第１のワイヤと、前記膝固定具と前記踵固定具とに接続され、前記ユーザの後面に位置する第２のワイヤと、前記第１のワイヤに接続される第１のモータと、前記第２のワイヤに接続される第２のモータと、前記第１のモータ及び前記第２のモータの動作を制御する制御回路とを備え、前記第１のワイヤは、前記踵固定具の右半分の領域に含まれる第１の位置と接続され、前記第２のワイヤは、前記踵固定具の左半分の領域に含まれる第２の位置と接続され、前記制御回路は、前記ユーザの歩行情報を取得し、前記歩行情報に基づいて、所定のタイミングにおいて、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御する。【０００７】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性の記録媒体を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、人間の歩行スタイルにおける足首の運動に応じて、ワイヤの長さを調整しながら張力を発生させることで、自然なアシストを実現することを可能にする。本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び／又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その１以上を得るために全てが必要ではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１における、外観図
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１における、外観図
【図２】図２は、実施の形態１における、ハードウエア構成を説明する図
【図３】図３は、足首アシストのタイミングを説明する図
【図４】図４は、被験者によって歩行スタイルの差を説明する図
【図５】図５は、被験者によって歩行スタイルの差を説明する図
【図６】図６は、被験者Ａのワイヤの長さの変化を示す図
【図７】図７は、被験者Ｂのワイヤの長さの変化を示す図
【図８】図８は、モータ制御部の機能ブロック図
【図９】図９は、フットセンサからの信号履歴を説明する図
【図１０Ａ】図１０Ａは、ワイヤ長さ制御の目標軌道を示す図
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ワイヤ長さ制御の目標軌道を示す図
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、ワイヤ長さ制御の目標軌道を示す図
【図１１】図１１は、実施の形態１のフローチャートを示す図
【図１２】図１２は、踵固定具のワイヤ装着位置を示す図
【図１３】図１３は、実施の形態２における、外観図
【図１４】図１４は、クロス型ワイヤ配置の利点を示す図
【図１５Ａ】図１５Ａは、直進歩行時のトルクパターンを示す図
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、直進歩行時のトルクパターンを示す図
【図１６】図１６は、モータ制御部の機能ブロック図
【図１７】図１７は、実施の形態２のフローチャートを示す図
【図１８】図１８は、曲がる方向を検知するセンサの装着位置を示す図
【図１９】図１９は、モータ制御部の機能ブロック図
【図２０Ａ】図２０Ａは、方向転換時のトルクパターンを示す図
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、方向転換時のトルクパターンを示す図
【図２１】図２１は、力センサを装着したときの外観図
【図２２】図２２は、バネを装着したときの外観図
【図２３】図２３は、３本のワイヤでアシストをする外観図
【図２４】図２４は、モータが踵に設けられたときを示す外観図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、足首アシスト装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１１】
人間の歩行における足首の運動は、足首の関節の各角度に応じて回転方向が変化する。特許文献１に記載の足首アシスト装置のように１自由度のモータでは、自然なアシストができなくなる。また、個人の歩行方式によって、足首の回転軸の角度が異なるため、１自由度のモータでは対応することが困難である。
【００１２】
このような問題を解決するために、本開示の一態様に係る歩行アシスト装置は、ユーザの一方の脚の膝に装着される膝固定具と、前記ユーザの一方の脚の踵に装着される踵固定具と、前記膝固定具と前記踵固定具とに接続され、前記ユーザの後面に位置する第１のワイヤと、前記膝固定具と前記踵固定具とに接続され、前記ユーザの後面に位置する第２のワイヤと、前記第１のワイヤに接続される第１のモータと、前記第２のワイヤに接続される第２のモータと、前記第１のモータ及び前記第２のモータの動作を制御する制御回路とを備え、前記第１のワイヤは、前記踵固定具の右半分の領域に含まれる第１の位置と接続され、前記第２のワイヤは、前記踵固定具の左半分の領域に含まれる第２の位置と接続され、前記制御回路は、前記ユーザの歩行情報を取得し、前記歩行情報に基づいて、所定のタイミングにおいて、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御する。
【００１３】
これによれば、ユーザの一方の脚の左右に並んで配置される第１のワイヤ及び第２のワイヤのそれぞれによって、ユーザの歩行をアシストできるため、ユーザの足首を屈曲させる方向、及び、外回転させる方向にもアシストのためのトルクを発生させることができる。このため、人間の歩行スタイルにおける足首の運動に応じて、ワイヤの長さを調整しながら張力を発生させることで、自然なアシストを実現することができる。
【００１４】
また、前記ユーザの歩行情報は、前記ユーザの歩行周期の情報を含み、前記制御回路は、前記所定のタイミングとして、前記ユーザの歩行周期の４０％以上６０％以下の期間において、前記第１のモータ及び前記第２のモータを制御し、前記歩行周期は、前記ユーザの一方の足が地面に着地したときを０％とし、かつ、次に前記ユーザの前記一方の足が地面に着地したときを１００％としたときの割合であっても良い。
【００１５】
このため、ユーザが足首を屈曲させるタイミングにおいて、ユーザが足首を屈曲させる動作をアシストすることができる。
【００１６】
また、前記第１のワイヤは、前記一方の脚の内側に配置され、前記第２のワイヤは、前記一方の脚の外側に配置され、前記第１のワイヤの伸び強さは、前記第２のワイヤの伸び強さより大きくても良い。
【００１７】
これによれば、外側に配置される第２のワイヤよりも負荷がかかりやすい、内側に配置される第１のワイヤの伸び強さが第２のワイヤの伸び強さよりも大きいため、第１のワイヤが破損することを効果的に低減することができる。また、第２のワイヤの伸び強さは、第１のワイヤの伸び強さよりも小さいため、第２のワイヤにかかるコストを低減できる。
【００１８】
また、前記第１のワイヤは、前記一方の脚の内側に配置され、前記第２のワイヤは、前記一方の脚の外側に配置され、前記第１のモータの最大トルクは、前記第２のモータの最大トルクよりも大きくても良い。
【００１９】
これによれば、外側に配置される第２のワイヤよりも負荷がかかりやすい、内側に配置される第１のワイヤに接続される第１のモータの最大トルクが第２のモータの最大トルクよりも大きいため、第１のワイヤにかかる張力を第２のワイヤにかかる張力よりも容易に大きくできる。また、第２のモータの最大トルクは、第１のモータの最大トルクよりも小さいため、第２のモータにかかるコストを低減できる。
【００２０】
また、前記第１のワイヤは、前記一方の脚の内側に配置され、前記第２のワイヤは、前記一方の脚の外側に配置され、前記第１のワイヤの最大移動速度は、前記第２のワイヤの最大移動速度よりも速くても良い。
【００２１】
これによれば、外側に配置される第２のワイヤよりもアシスト量が多い、内側に配置される第１のワイヤの最大移動速度が第２のワイヤの最大移動速度よりも速いため、ユーザの足首の内側へのアシストの応答速度を速くすることができる。このため、効果的にユーザの歩行をアシストすることができる。
【００２２】
また、前記第１の位置及び前記第２の位置の間は、２０ｍｍ以上であっても良い。
【００２３】
このため、効果的に左右の傾きのモーメントの力を生成することができる。
【００２４】
また、前記第１のワイヤは、前記膝固定具の左半分の領域に含まれる第３の位置と接続され、前記第２のワイヤは、前記膝固定具の右半分の領域に含まれる第４の位置と接続されても良い。
【００２５】
このため、左右の回転方向のモーメントを生成することが容易にできる。
【００２６】
また、前記制御回路は、さらに、前記歩行情報を用いて、前記ユーザの歩行周期の情報を取得し、前記歩行周期の情報を用いて、前記ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御しても良い。
【００２７】
このため、ユーザの歩行周期に応じて、タイミングよくユーザの歩行をアシストすることができる。
【００２８】
また、前記制御回路は、さらに、前記第１のモータ及び前記第２のモータによって、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの巻き取り量を取得し、歩行周期毎に第１のワイヤの長さ及び第２のワイヤの長さを規定する第１の基準と、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの巻き取り量との差に応じて、前記ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御しても良い。
【００２９】
このため、適切な足首の回転量でユーザの歩行をアシストすることができる。
【００３０】
また、さらに、前記第１のワイヤと前記踵固定具との間に配置される第１のバネと、前記第２のワイヤと前記踵固定具との間に配置される第２のバネとを備えても良い。
【００３１】
このため、剛性をもたせた制御を行うことができる。
【００３２】
また、前記制御回路は、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの張力を取得し、歩行周期毎に、第１のワイヤの長さ及び第２のワイヤの張力を規定する第２の基準と、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの張力との差に応じて、前記ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御しても良い。
【００３３】
このため、適切な力でユーザの歩行をアシストすることができる。
【００３４】
また、さらに、前記第１のワイヤに配置される第１の力センサと前記第２のワイヤに配置される第２の力センサとを備えても良い。
【００３５】
また、さらに、前記ユーザの回転方向を検知する回転検知部を備え、前記制御回路は、前記ユーザの回転方向と前記歩行情報に基づいて、所定のタイミングにおいて、前記第１のワイヤの長さを短くするように、前記第１のモータを制御し、かつ、前記第２のワイヤの長さを短くするように、前記第２のモータを制御しても良い。
【００３６】
このため、ユーザが歩行時に右または左に方向転換する場合であっても、適切にユーザの歩行をアシストすることができる。
【００３７】
また、前記制御回路は、前記第１のモータ及び前記第２のモータを動作させておらず、かつ前記ユーザが歩行しているときに、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも長い場合には、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも長くなるように、前記第１のモータ及び前記第２のモータを制御し、前記第１のモータ及び前記第２のモータを動作させておらず、かつ前記ユーザが歩行しているときに、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも短い場合には、前記第１のワイヤが前記第２のワイヤよりも短くなるように、前記第１のモータ及び前記第２のモータを制御しても良い。
【００３８】
このため、ユーザの歩行の傾向に応じて、適切にユーザの歩行をアシストすることができる。
【００３９】
本開示の他の一態様に係る歩行アシスト装置は、第１端と第２端を含む第１ワイヤと、第３端と第４端を含む第２ワイヤと、前記第１端に接続される第１モータと、前記第３端に接続される第２モータと、センサと、制御器を含み、（ａ-１）前記第１モータ、前記第２モータは、ユーザの第１の脚の膝周囲に装着される第１ベルトに含まれ、かつ、前記第２端と前記第４端は、前記第１の脚の足首周囲に装着される第２ベルト、または、前記第１の脚に装着される靴に固定され、または、（a−２）前記第１モータ、前記第２モータは、前記第２ベルト、または、前記靴に含まれ、かつ、前記第２端と前記第４端は前記第１ベルトに固定され、（ｂ）前記センサは、前記第１の脚が地面から離れた第１状態から地面に接触する第２状態に変化する接地を、第ｉ時間、前記第ｉ時間後の第（ｉ＋１）時間に検出し、前記センサは、前記第ｉ時間と第（ｉ＋１）時間の間には前記接地を検出せず、１≦ｉ≦ｎ、前記ｉは自然数、前記ｎは２以上の自然数であり、（ｃ）前記センサが前記第（ｉ＋１）時間に前記接地を検出すると、（ｃ-１）前記制御器は前記第（ｉ＋１）時間から平均歩行期間の４０％以上６０％以下の期間における前記第１端と前記第１モータ間の前記第１ワイヤの第１張力を、前記第（ｉ＋１）時間における前記第１端と前記第１モータ間の前記第１ワイヤの第２張力より大きくするため、前記第１モータに、前記第１ワイヤを巻き取らせ、かつ、（ｃ-２）前記制御器は前記第（ｉ＋１）時間から前記平均歩行期間の４０％以上６０％以下の期間における前記第３端と前記第２モータ間の前記第２ワイヤの第３張力を、前記第（ｉ＋１）時間における前記第３端と前記第２モータ間の前記第２ワイヤの第４張力より大きくするため、前記第２モータに、前記第２ワイヤを巻き取らせ、（ｄ）前記前記平均歩行期間は、前記第（ｉ＋１）時間と前記第ｉ時間の差異に基づいて決定される。
【００４０】
（実施の形態１）
図１Ａに、歩行アシスト装置１００の外観図を示す。なお、図１Ａの（ａ）は、歩行アシスト装置１００のうちユーザの膝に装着される構成の外観図を示し、図１Ａの（ｂ）は、歩行アシスト装置１００のうちのユーザの踵に装着される構成の外観図を示す。
【００４１】
図１Ａに示す歩行アシスト装置１００は、膝ベルト１０１と、膝固定具１０２ａ、１０２ｂと、踵固定具１０３ａ、１０３ｂと、第１のワイヤ１０４と、第２のワイヤ１０５とを備える。
【００４２】
膝ベルト１０１は、ユーザの膝に巻きつけて、装着される。膝固定具１０２ａ、１０２ｂは、膝ベルト１０１の特定の位置に設けられる。したがって、ユーザが膝ベルト１０１を膝に装着した場合、膝固定具１０２ａ、１０２ｂはユーザの膝に対して固定される。膝固定具１０２ａ、１０２ｂは、ユーザの一方の脚の膝に装着される。
【００４３】
膝ベルト１０１は、いわゆるベルトであっても良いし、テープ（Ａ  ｈｏｏｋ  ａｎｄ  ｌｏｏｐ  ｆａｓｔｅｎｅｒ、ｖｅｌｃｒｏ  ｔａｐｅ）で固定されるベルトであっても良い。
【００４４】
踵固定具１０３ａ、１０３ｂは、ユーザの踵に装着される。図１Ａに示す踵固定具１０３ａ、１０３ｂは、靴の特定部分に設けられる。したがって、ユーザが靴を装着した場合、踵固定具１０３ａ、１０３ｂは、靴を装着するユーザの踵に対して固定される。
【００４５】
踵固定具１０３ａは第１バックルであってもよい。第１のワイヤ１０４の一端に設けられた開口部が第１バックルと繋ぎあわせることで、第１のワイヤ１０４を踵固定具１０３ａとを接続してもよい。踵固定具１０３ｂは第２バックルであってもよい。第２のワイヤ１０５の一端に設けられた開口部が第２バックルと繋ぎあわせることで、第２のワイヤ１０５を踵固定具１０３ｂと接続してもよい。
【００４６】
つまり、踵固定具１０３ａ、１０３ｂは、ユーザの踵に直接固定されていなくても良い。また、踵固定具１０３ａ、１０３ｂの他の一例は、ユーザの足首に直接巻きつけられてユーザの足首に固定される足首ベルトの特定の位置に設けられても良い。この場合、ユーザが足首ベルトを足首に装着した場合、踵固定具１０３ａ、１０３ｂはユーザの踵に対して固定される。
【００４７】
第１のワイヤ１０４は、膝固定具１０２ａと踵固定具１０３ａとを接続する。第２のワイヤ１０５は、膝固定具１０２ｂと踵固定具１０３ｂとを接続する。第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５は、ユーザの後面に位置する。
【００４８】
例えば、第１のワイヤ１０４の一端は、踵固定具１０３ａに固定され、第１のワイヤ１０４の他端は、後述されるモータ２０６に固定される。第１のワイヤ１０４は、第１のワイヤ１０４の一端及び他端の間において、膝固定具１０２ａに接続されれば良い。
【００４９】
第１のワイヤ１０４は、第１のワイヤ１０４の一端及び他端の間の部位において、膝固定具１０２ａに対して第１のワイヤ１０４の長さ方向にスライド可能に支持されている。第１のワイヤ１０４の一端を第１端とも表記し、第１のワイヤ１０４の他端を第２端とも表記する。膝固定具１０２ａは、第１滑車であってもよい。第１滑車を膝ベルト１０１の第１の所定の位置に糸で縫って、第１滑車を膝ベルト１０１に取り付けてもよい。第１滑車は、第１のワイヤ１０４を第１滑車上で自在にスライドさせて、支持してもよい。
【００５０】
同様に、第２のワイヤ１０５の一端は、踵固定具１０３ｂに固定され、第２のワイヤ１０５の他端は、後述されるモータ２０７に固定される。第２のワイヤ１０５は、第２のワイヤ１０５の一端及び他端の間において、膝固定具１０２ｂに接続されれば良い。第２のワイヤ１０５は、第２のワイヤ１０５の一端及び他端の間の部位において、膝固定具１０２ｂに対して第２のワイヤ１０５の長さ方向にスライド可能に支持されている。第２のワイヤ１０５の一端を第３端とも表記し、第２のワイヤ１０５の他端を第４端とも表記する。膝固定具１０２ｂは、第２滑車であってもよい。第２滑車を膝ベルト１０１の第２の所定の位置に糸で縫って、第２滑車を膝ベルト１０１に取り付けてもよい。第２滑車は、第２のワイヤ１０５を第２滑車上で自在にスライドさせて、支持してもよい。
【００５１】
図１Ｂは、歩行アシスト装置１００を装着したユーザの右足の背面図である。ユーザの背面から見たとき、第１のワイヤ１０４は、内側に配置される。つまり、ユーザの背面から見たとき、第１のワイヤ１０４は、踵固定具１０３ａ、１０３ｂのうち、左側、すなわち内側に位置する踵固定具１０３ａと接続されている。踵固定具１０３ａにおける第１のワイヤ１０４と接続される位置を、第１の位置とも表記する。なお、踵固定具１０３ａ、１０３ｂを含む領域を踵固定具１０３と考えた場合、第１のワイヤ１０４は踵固定具１０３の左半分の領域と接続されているともいえる。
【００５２】
また、ユーザの背面から見たとき、第２のワイヤ１０５は、外側に配置される。つまり、ユーザの背面から見たとき、第２のワイヤ１０５は、踵固定具１０３ａ、１０３ｂのうち、右側、すなわち外側に位置する踵固定具１０３ｂと接続されている。踵固定具１０３ｂにおける第２のワイヤ１０５と接続される位置を、第２の位置とも表記する。なお踵固定具１０３ａ、１０３ｂを含む領域を踵固定具１０３と考えた場合、第２のワイヤ１０５は踵固定具１０３の右半分の領域と接続されているともいえる。
【００５３】
膝ベルト１０１は、モータ２０６、２０７を有する。モータ２０６、２０７は、軸、または、軸に接続されたプーリを有する。第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５のそれぞれは、軸またはプーリ接続されており、回転トルクを制御される。モータ２０６の回転により、第１のワイヤ１０４を巻き取り、又は送り出し、第１のワイヤ１０４の長さを変えることができる。モータ２０７の回転により、第２のワイヤ１０５を巻き取り、又は送り出し、第２のワイヤ１０５の長さを変えることができる。
【００５４】
モータ２０６、回転によって、第１のワイヤ１０４が巻き取られることで、第１のワイヤ１０４に作用する張力が大きくなる。モータ２０７の回転によって、第２のワイヤ１０５が巻き取られることで、第２のワイヤ１０５に作用する張力が大きくなる。その結果、膝と踵との距離を短くする方向に、力を発生することにより、歩行時の足首の動きをアシストできる。
【００５５】
また、第１のワイヤ１０４と第２のワイヤ１０５とに対して、それぞれ独立したモータ２０６、２０７によって、張力を発生させる。例えば、第１のワイヤ１０４の張力と第２のワイヤ１０５の張力とを異なる値に設定することで、踵の左右の傾きに関するモーメント力を発生させることができ、歩行時の足首の動きをアシストできる。
【００５６】
図２は、歩行アシストシステム１０００の機能ブロック図の一例を示す図である。図２に示す歩行アシストシステム１０００は、膝ベルト１０１と、踵固定具１０３ａ、１０３ｂと、センサ２０９とを備える。また、歩行アシスト装置１００は、膝ベルト１０１と、踵固定具１０３ａ、１０３ｂとを備える。
【００５７】
膝ベルト１０１は、電池２０３と、モータ制御部２０８と、モータ２０６、２０７と、膝固定具１０２ａ、１０２ｂとを有する。電池２０３は、モータ制御部２０８及びモータ２０６、２０７と電気的に接続される。
【００５８】
第１のワイヤ１０４の一端は、踵固定具１０３ａに固定され、第１のワイヤ１０４の他端は、モータ２０６に固定される。第１のワイヤ１０４は、第１のワイヤ１０４の一端及び他端の間において、膝固定具１０２ａに接続される。また、第２のワイヤ１０５の一端は、踵固定具１０３ｂに固定され、第２のワイヤ１０５の他端は、モータ２０７に固定される。第２のワイヤ１０５は、第２のワイヤ１０５の一端及び他端の間において、膝固定具１０２ｂに接続される。
【００５９】
膝固定具１０２ａは、膝固定具１０２の左半分の領域において第１のワイヤ１０４と接続されている。膝固定具１０２ｂは、膝固定具１０２の右半分の領域において第２のワイヤ１０５と接続されている。
【００６０】
踵固定具１０３ａは、踵固定具１０３の左半分の領域において第１のワイヤ１０４と固定されている。踵固定具１０３ｂは、踵固定具１０３の右半分の領域において第２のワイヤ１０５と固定されている。
【００６１】
センサ２０９により、ユーザの歩行情報を取得する。例えば、センサ２０９は、人の踵付近に取り付けられている。センサ２０９の一例は、圧力センサである。圧力センサの信号により、踵が接地しているか否かわかる。圧力センサの信号は、測定される圧力値である。例えば、所定値以上の圧力値が計測されている期間は、踵が接地されていることを意味する。センサの他の例は、フットスイッチ、角速度センサ、角度センサである。
【００６２】
モータ制御部２０８は、センサ２０９からユーザの歩行情報を取得し、モータ２０６、２０７に、制御信号を出力する。歩行情報の例は、センサ２０９で測定したセンサ値、又は歩行周期の情報である。モータ制御部２０８は、歩行情報として、センサ２０９のセンサ値を取得して、後述する歩行周期を算出しても良い。または、モータ制御部２０８は、歩行情報として、センサ値を用いて算出された歩行周期の情報を取得しても良い。
【００６３】
モータ制御部２０８は、制御回路の一例である。
【００６４】
モータ２０６、２０７のそれぞれは、制御信号に基づいて、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の巻き取り及び送り出し、張力を制御する。制御信号の例は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の巻き取る量又は送り出す量と、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の動作を駆動するタイミングとを含む。
【００６５】
（歩行周期）
ここで、図３を用いて、歩行時における足首のアシストのタイミングを説明する。図３に、歩行周期の一例を示す。図３は、歩行周期毎に、ユーザの側面のモデルを示す。ここでは、ユーザの一方の足に着目した歩行周期を％で表している。
【００６６】
図３に示す０％において、ユーザの足は地面に着地している。ここで、図３において、０％から６０％の区間は立脚期３１とも表記され、６０％から０％までの区間は遊脚期３２とも表記される。つまり、歩行周期の一例とは、ユーザの足は地面に着地したときを０％とし、かつ、次にユーザの足は地面に着地したときを１００％とする場合の歩行状態を０〜１００％で表す値を意味する。例えば、ユーザの足は地面に着地したときから次にユーザの足は地面に着地したときまでの時間に対応させても良い。具体的には、ユーザの足は地面に着地したときから次にユーザの足は地面に着地したときまでの時間が１ｓｅｃの場合、ユーザの足は地面に着地したときから０．５ｓｅｃ経過した時刻における歩行周期は、５０％と表される。
【００６７】
より具体的には、ユーザの片足の踵が地面に着地した時点が０％である。その後、ユーザの足裏が設置し、次に、ユーザの足のつま先が接地する。次に、ユーザの踵が浮き、ユーザの足のつま先で地面を蹴り、ユーザの足が浮かぶ。再び、ユーザの踵が地面に接する時点が１００％である。
【００６８】
ユーザが歩行するとき、ユーザの踵が地面に設置した時点から、ユーザの足のつま先が地面から離れるまでの時点までの期間において、足首の屈曲運動がある。この足首の屈曲運動の期間３３において、膝と踵との距離が短くなるため、その運動をワイヤの張力を用いて、支援することで、ユーザの歩行をアシストすることが可能になる。なお、足首の回転運動は、伸展運動と屈曲運動とを含む。足首の屈曲運動とは、つま先が人の身体における下方を向く方向に、足首の関節を回転させる運動である。足首の伸展運動とは、つま先が人の身体における上方を向く方向に、足首の関節を回転させる運動である。
【００６９】
歩行アシスト装置１００は、足首が屈曲する区間において、膝と踵との距離が短くなる方向に、力を発生させることにより、ユーザの歩行アシストしている。足首が屈曲する区間の一例は、４０％以上６０％以下の歩行周期の区間、または５０％以上６０％以下の歩行周期の区間である。つまり、モータ制御部２０８は、歩行情報を用いて、ユーザの歩行周期の情報を取得する。モータ制御部２０８は、歩行周期の情報を用いて、ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、第１のワイヤ１０４の長さを短くするように、モータ２０６を制御し、かつ、第２のワイヤ１０５の長さを短くするように、モータ２０７を制御する。ここでの所定の歩行周期の一例は、つまり、４０％以上６０％以下の歩行周期の区間、または５０％以上６０％以下の歩行周期の区間である。このため、ユーザの歩行周期に応じて、タイミングよくユーザの歩行をアシストすることができる。
【００７０】
（実験結果）
ここで、ユーザ毎の歩き方に違いがあることを示す実験結果を説明する。
【００７１】
人間の歩行は、筋肉量、骨格の長さ、骨格の角度、及び歩行のくせ等に依存し、個人差が大きい。図４に、歩行中の人間の背面図を示す。図４の（ａ）に、被験者４０１を示し、図４の（ｂ）に被験者４０２を示す。被験者４０１及び被験者４０２を背面側から見たとき、被験者４０１の足首の角度４１１は、被験者４０２の足首の角度４１２と異なる。
【００７２】
具体的には、被験者４０１の足首の足関節における角度４１１は、おおよそ真っ直ぐに対して、被験者４０２の足関節における角度４１２は、外向きに曲がっている。ここでの外向きとは、足を外に開く向きを意味する。
【００７３】
被験者４０２の足首は、被験者４０１の足首よりも外転している。言い換えると、被験者４０１の足首の外転角度（ａｂｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｇｌｅ）は、被験者４０２の足首の外転角度よりも小さい。
【００７４】
つまり、人間は歩いているときに、脚が前後に動く方向と異なり、足首は、外転方向又は内転方向にも動いていることがわかる。
【００７５】
このため、１自由度のモータでは、ユーザ毎に歩行の差異があっても、１つの方向にしかアシストできない。例えば、図５に示す脚５０１に示す矢印のように、歩行時の脚が動く方向にアシストする。しかし、図４に示す被験者４０２のように、足首の外向き方向の力を加えることが難しい。そのため、１自由度のモータでは、ユーザにとって自然な歩行のアシストが困難である。
【００７６】
実施形態１に係る歩行アシスト装置１００は、ユーザの踵に固定される複数の第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５を有するため、各第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５の張力を変えることできる。よって、例えば、図５に示す脚５０２に示すように、内転（ａｄｄｕｃｔｉｏｎ）及び外転（ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）の方向、または外旋（ｅｖｅｒｓｉｏｎ）及び内旋（ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）の方向に、力を発生させることができる。このように、アシスト可能な方向の自由度を増やし、ユーザの歩行スタイルに応じて、自然な歩行アシストができる。
【００７７】
ワイヤを装着した被験者４０１及び被験者４０２の歩行時における、ワイヤの長さを測定した結果を示す。被験者Ａ及びＢは、内側及び外側にワイヤを装着していた。
【００７８】
図６に、被験者４０１の内側及び外側に設置されたワイヤの長さの変化を示す。また、図７に、被験者４０２の内側及び外側に設置されたワイヤの長さの変化を示す。図６及び図７の縦軸は、ワイヤの長さ（ｍｍ）であり、横軸は、歩行周期（％）である。図６及び図７は、左足を基準とした歩行周期を示す。
【００７９】
足首の屈曲時（区間６１１、区間７１１）に、ワイヤを巻き取り、歩行アシストを実行した。
【００８０】
長さの変化が正方向の場合には、脚を伸ばす方向の動きであり、長さの変化が負方向の場合には、脚を縮める方向の動きである。
【００８１】
図６に示す状態６０１から状態６１０は、ユーザの歩行時の状態を示す。図６の（ａ）に示す状態６０１〜状態６０５は、歩行時のユーザを側面から見た状態であり、図６の（ｃ）に示す状態６０６〜状態６１０は、歩行時のユーザを後方から見た状態である。また、状態６０１、６０２、６０３、６０４、６０５のそれぞれは、状態６０６、６０７、６０８、６０９、６１０に対応する。図７に示す状態７０１〜状態７１０についても同様である。
【００８２】
図６の（ｂ）に示すワイヤの長さは、被験者４０１の内側に設置されたワイヤ及び外側に設置されたワイヤのそれぞれについて、５周期の平均長さである。同様に、図７の（ｂ）に示すワイヤの長さは、被験者４０２の内側に設置されたワイヤ及び外側に設置されたワイヤのそれぞれについて、５周期の平均長さを示す。
【００８３】
図６及び図７に示すように、被験者に応じて、ワイヤの長さの変化が異なることがわかる。特に、図６に示す状態６０７から状態６０８までの区間における長さの変化は、図７に示す状態７０７から状態７０８までの区間における長さの変化と大きく異なる。
【００８４】
図６に示す被験者４０１において、状態６０７から状態６０８までの区間において、内側のワイヤの長さの変化と外側のワイヤの長さの変化とは大きく変わらない。一方、図７に示す状態７０７から状態７０８までの区間において、内側のワイヤの長さの変化は、外側のワイヤの長さの変化よりも小さい。
【００８５】
また、状態６０７から状態６０８までの区間において、内側のワイヤの長さの変化は、外側のワイヤの長さの変化よりも小さいが、状態６０８から状態６０９までの区間において、内側のワイヤの長さの変化は、外側のワイヤの長さの変化よりも大きい。
【００８６】
一方、図７に示す被験者４０２において、ほぼ全区間において、内側のワイヤの長さの変化は、外側のワイヤの長さの変化よりも小さい。
【００８７】
以上のように、被験者に応じて、歩行時における踵から膝までの距離の変化は異なっていることがわかる。
【００８８】
（モータ制御部２０８）
図８は、モータ制御部２０８の機能ブロック図である。図８に示すモータ制御部２０８は、取得部３０２と、履歴蓄積部３０３と、ワイヤ長さ計算部３０４と、目標長さ蓄積部３０５と、モータ制御量決定部３０６と、歩行分析部３０７と、目標長さ決定部３０８とを有する。
【００８９】
（取得部３０２）
取得部３０２は、センサ２０９からユーザの歩行情報を取得する。ユーザの歩行情報とは、ユーザの歩行周期を算出するための情報である。
【００９０】
センサ２０９の一例は、フットスイッチセンサである。フットスイッチセンサは、靴底に装着される。フットスイッチセンサは、ユーザの歩行中において、靴底が地面に設置しているときには、ＯＮの信号を出力し、靴底が地面に設置していないときには、ＯＦＦの信号を出力する。
【００９１】
取得部３０２は、フットスイッチセンサから出力される信号に応じて、ユーザの歩行中に足の状態を取得できる。
【００９２】
センサ２０９の他の例は、加速度センサである。加速度センサの情報に基づいて、ユーザの足が歩行中の状態を検出しても良い。例えば、ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＢＩＯＭＥＤＩＣＡＬ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ，  ＶＯＬ．  ５２，  ＮＯ．  ３，  ２００５，  ｐ．４８８  Ｆｉｇ．１，  ｐ．４８９，  Ｆｉｇ．２を参照されたい。
【００９３】
センサ２０９の他の例は、角度センサである。例えば、ユーザの大腿部に角度センサを取り付け、取得部３０２は、ユーザの股関節角度を歩行情報として取得する。歩行分析部３０７は、ユーザの股関節角度の周期の変化に基づいて、歩行周期を算出する。
【００９４】
（履歴蓄積部３０３）
履歴蓄積部３０３は、取得部３０２により取得されたユーザの歩行情報を蓄積する。
【００９５】
例えば、履歴蓄積部３０３は、歩行周期における現在の時点と、歩行情報の取得時刻とを対応付けて、蓄積する。例えば、歩行周期における現在の時点は０％である。
【００９６】
図９に、センサ２０９がフットセンサの場合の歩行情報の例を示す。例えば、履歴蓄積部３０３は、ＯＮ信号及びＯＦＦ信号と、信号の取得時刻とを対応付けて、蓄積する。
【００９７】
図９に示す歩行情報は、ＯＦＦ信号からＯＮ信号に変わった時点の時刻（センサ信号はＯＮと表記）、及びＯＮ信号からＯＦＦ信号に変わった時点の時刻（センサ信号はＯＦＦと表記）を有する。
【００９８】
（歩行分析部３０７）
歩行分析部３０７は、履歴蓄積部３０３に蓄積されるユーザの歩行情報に基づいて、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５に張力を発生させる期間を決定する。
【００９９】
最初に、歩行分析部３０７は、履歴蓄積部３０３に蓄積されるユーザの歩行情報に基づいて、ユーザの歩行周期の情報を取得する。
【０１００】
図９に示す歩行情報の例は、データ１（０時１０分３．１４３秒、ＯＮ）、データ２（０時１０分３．６２２秒、ＯＦＦ）、及びデータ３（０時１０分３．９５２秒、ＯＮ）の情報を有する。
【０１０１】
例えば、図９に示すデータ１からデータ３に基づいて計算されるユーザの一歩の周期は、８１０ｍｓｅｃであある。同様に、データ３からデータ５に基づくユーザの一歩の周期は、８４１ｍｓｅｃであり、データ５からデータ７に基づくユーザの一歩の周期は、８０９ｍｓｅｃであり、データ７からデータ９に基づくユーザの一歩の周期は、７８６ｍｓｅｃである。
【０１０２】
歩行分析部３０７は、歩行周期の情報に基づいて、次の歩行における所定の歩行周期の時間を推定する。
【０１０３】
ここでの歩行周期の情報は、例えば、所定歩数の歩行周期の平均が用いられる。人間は、同じように歩いているように見えても、一歩毎に、足の動き方は、全く同じにはならない。そこで、所定歩数の歩行周期の平均を用いることにより、歩行に関するユーザの個人内の誤差を低減することができる。
【０１０４】
図９に示す例では、３歩の平均時間は、８２０ｍｓｅｃ（（８１０ｍｓｅｃ＋８４１ｍｓｅｃ＋８０９ｍｓｅｃ）／３）である。
【０１０５】
一例として、５０％から６０％までの歩行周期の期間に、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の張力を大きくする場合を説明する。
【０１０６】
次の一歩において、５０％から６０％までの歩行周期の期間は、４歩目が開始されるデータ７の時刻を基準として、０時１０分６．０１２秒（５．６０２＋（０．８２０×０．５）＝６．０１２）から０時１０分６．０９４秒（５．６０２＋（０．８２０×０．６）＝６．０９４）と推定できる。この期間に、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５に張力を発生させることで、ユーザの歩行をアシストできる。
【０１０７】
また、歩行分析部３０７は、ユーザが定常歩行しているか否かを判定しても良い。例えば、所定回数の歩行周期が所定の時間範囲に含まれている場合に、ユーザは、定常歩行していると判定される。ユーザが定常歩行していると判定された場合、歩行分析部３０７は、その歩行情報を用いて、次の歩行における所定の歩行周期の時刻を推定する。
【０１０８】
例えば、歩行分析部３０７は、３歩の歩行周期の変化（３歩の歩行周期の最大値と最小値との差）が１００ｍｓｅｃ以内に含まれる場合に、ユーザが定常歩行していると判定する。図９に示す例において、３歩の歩行周期は、８１０ｍｓｅｃ、８４１ｍｓｅｃ、及び８０９ｍｓｅｃであり、３歩の歩行周期の変化が３２ｍｓｅｃ（８４１ｍｓｅｃ−８０９ｍｓｅｃ）であるため、ユーザは、定常歩行していると判定される。
【０１０９】
（ワイヤ長さ計算部３０４）
ワイヤ長さ計算部３０４は、モータ２０６、２０７により、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５に所定の張力をかけるために、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さを計算する。
【０１１０】
例えば、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５が弛まない状態を維持するために、モータ２０６、２０７により、常に、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５に所定の張力をかける。これにより、ワイヤ長さ計算部３０４は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の巻き取り量に基づいて、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さを計算できる。ここでの長さは、踵固定具１０３と膝固定具１０２との間における第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さである。
【０１１１】
例えば、ワイヤ長さ計算部３０４は、ユーザが起立した状態で、ユーザに、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５が弛んでいない状態に設定させる。
【０１１２】
ワイヤ長さ計算部３０４は、例えば、踵固定具１０３と膝固定具１０２とが装着される際に、ユーザに、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５が弛まないように装着させる。
【０１１３】
または、ワイヤ長さ計算部３０４は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の弛みを検出するセンサから、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の弛み情報を取得してもよい。
【０１１４】
第１のワイヤ１０４の弛み検出は、モータ２０６が第１のワイヤ１０４を巻き取る際、モータ２０６の駆動電流値の変化を測定することで検出してもよい。モータ２０６の駆動電流値はトルクに比例、すなわち、ワイヤに発生する張力に比例する。
【０１１５】
モータ２０６が第１のワイヤ１０４を巻き取る時、モータ２０６の駆動電流が増加すれば、第１のワイヤ１０４の張力が増加していること、すなわち、第１のワイヤア１０４は弛んでいないことを示す。一方、モータ２０６が第１のワイヤ１０４を巻き取る時、モータ２０６の駆動電流が変化しないことは、第１のワイヤ１０４の張力が変わらないこと、すなわち、第１のワイや１０４は弛んでいることを示す。
【０１１６】
モータ２０６が第１のワイヤ１０４を送り出す時、モータ２０６の駆動電流が減少すれば、第１のワイヤ１０４の張力が減少していること、すなわち、第１のワイや１０４は弛んでいない状態から、弛んでいる状態に変化したことを示す。言い換えれば、モータ２０６が第１のワイヤ１０４を送り出す前は、第１のワイや１０４は弛んでいない状態であったことがわかる。一方、モータ２０６が第１のワイヤ１０４を送り出す時、モータ２０６の駆動電流が変化しなければ、第１のワイヤ１０４の張力が低い状態が継続している、すなわち、第１のワイヤ１０４は弛でいる状態が継続していることを示す。言い換えれば、モータ２０６が第１のワイヤ１０４を送り出す前は、第１のワイヤ１０４は弛んでいる状態であることがわかる。
【０１１７】
なお、上記ではモータ２０６を用いたワイヤ１０４の弛み検出を説明したが、モータ２０７を用いたワイヤ１０５の弛み検出も同様に説明できる。
【０１１８】
なお、力センサ２１０１、２１０２を用いて第１のワイヤ１０４の張力及び第２のワイヤ１０５の張力を検出して、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の弛みを検出してもよい。
【０１１９】
ワイヤの弛み情報に、第１のワイヤ１０４または第２のワイヤ１０５の弛んでいる情報が含まれている場合には、例えば、外部の出力部からアラームを出力させて、ユーザに、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５が弛んでいない状態に設定させても良い。外部の出力部の例は、スピーカ又はディスプレイである。
【０１２０】
ワイヤの弛んでいない状態で、ワイヤ長さ計算部３０４は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５のそれぞれに、例えば、１Ｎ〜２Ｎの張力が発生するように、モータ２０６、２０７を制御させる。その結果、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５が弛まないようにした状態で、ユーザに直進歩行をさせて、ワイヤ長さ計算部３０４は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さ情報を取得する。具体的には、ワイヤ長さ計算部３０４は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の巻き取り量に基づいて、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さを計算する。
【０１２１】
（目標長さ決定部３０８）
目標長さ決定部３０８は、所定の基準と、歩行周期における第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さとに基づいて、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の目標長さを決定する。
【０１２２】
図６及び図７に示すように、アシストをしていないユーザの歩行時の踵と膝との距離が用いられる。より具体的には、第１のワイヤ１０４が配置される踵と膝との距離、第２のワイヤ１０５が配置される踵と膝との距離である。
【０１２３】
目標長さ決定部３０８は、この測定値と所定の基準とに基づいて、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さの目標値を設定し、目標長さ蓄積部３０５に蓄積する。ここでの測定値は、アシストをしていないユーザの歩行時における第１のワイヤ１０４が配置される踵と膝との距離、第２のワイヤ１０５が配置される踵と膝との距離である。
【０１２４】
所定の基準は、（ａ）アシストしていないときの第１のワイヤ１０４が配置される踵及び膝の距離と、アシストしていないときの第２のワイヤ１０５が配置される踵及び膝の距離との関係を維持し、かつ（ｂ）所定歩行周期において、第１のワイヤ１０４が配置される踵及び膝の距離と、第２のワイヤ１０５が配置される踵及び膝の距離とを短くすることである。
【０１２５】
より具体的には、モータ２０６、２０７を動作させておらず、かつユーザが歩行しているときに、第１のワイヤ１０４が第２のワイヤ１０５よりも長い場合には、第１のワイヤ１０４が第２のワイヤ１０５よりも長くなるように、モータ２０６、２０７を制御する。また、モータ２０６、２０７を動作させておらず、かつユーザが歩行しているときに、第１のワイヤ１０４が第２のワイヤ１０５よりも短い場合には、第１のワイヤ１０４が第２のワイヤ１０５よりも短くなるように、モータ２０６、２０７を制御される。このため、ユーザの歩行の傾向に応じて、適切にユーザの歩行をアシストすることができる。
【０１２６】
ここで、アシストしていないときの第１のワイヤ１０４が配置される踵と膝との距離を第１の距離とも表記し、アシストしていないときの第２のワイヤ１０５が配置される踵と膝との距離を第２の距離とも表記する。
【０１２７】
例えば、図６及び図７の例で示されるユーザの場合、第１の距離が第２の距離よりも小さいとき、第１のワイヤ１０４の目標値は、第２のワイヤ１０５の目標値よりも小さい。
【０１２８】
なお、目標長さ決定部３０８は、歩行周期の全てに亘って目標値を決定しても良いし、歩行周期の一部に目標値を決定しても良い。
【０１２９】
図１０Ａに、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さの目標値の具体例を示す。
【０１３０】
図１０Ａに示す目標値は、５０％以上６０％以下の歩行周期における値である。目標値の一例は、一点鎖線で示す第１のワイヤ１０４の目標値８０１と、二点鎖線で示す第２のワイヤ１０５の目標値８０２とである。
【０１３１】
図１０Ａに示す５０％以上６０％以下の歩行周期において、目標値８０１、８０２は、アシストしていないときの第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さに対して、１０ｍｍ〜２０ｍｍ短い長さである。また、図１０Ａに示す５０％以上６０％以下の歩行周期において、目標値８０１、８０２は、アシストしていないときの第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さよりも所定の割合（例えば５％）短い長さとしても良い。図１０Ｂは、図１０Ａにおける第１のワイヤ１０４の目標値を示す図であり、図１０Ｃは、図１０Ａにおける第２のワイヤ１０５の目標値を示す図である。
【０１３２】
歩行アシスト装置１００は、この目標値に基づいて、アシストすることにより、通常の歩行に比べ、足首の屈曲度合いが大きくなり、歩行において足の蹴りだしの力が大きくなる。その結果、ユーザの歩幅が大きくなり、歩行スピードを上昇させることができる。
【０１３３】
また、所定以上の歩幅を有し、かつ、所定以上に足首の屈曲運動が大きいユーザに対しては、目標長さ決定部３０８は、ワイヤの長さを所定値よりも短い目標値を設定しても良い。足首の屈曲運動が大きいユーザとは、ワイヤの長さの変化が大きいユーザである。
【０１３４】
また、アシスト効果を上げたい場合においても、目標長さ決定部３０８は、ワイヤ長さの目標値を、さらに短く設定しても良い。一方、アシスト量を必要としないユーザの場合には、目標長さ決定部３０８は、所定値よりも５ｍｍ〜１０ｍｍ長い目標値を設定しても良い。
【０１３５】
（目標長さ蓄積部３０５）
目標長さ蓄積部３０５は、目標長さ決定部３０８が決定した目標長さを蓄積する。具体的には、目標長さ蓄積部３０５は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５を巻き取る長さに対応するモータ２０６、２０７の回転量の目標値を蓄積している。
【０１３６】
（モータ制御量決定部３０６）
モータ制御量決定部３０６は、目標長さ蓄積部３０５の目標値を参照し、ワイヤ長さ計算部３０４で計算された第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さに基づいて、モータ２０６、２０７を制御する電圧を決定する。
【０１３７】
具体的には、５０％から６０％までの歩行周期において、ワイヤ長さ計算部３０４の長さが目標長さ蓄積部３０５の値よりも大きいときには、モータ制御量決定部３０６は、さらに、ワイヤを短くするためにモータ２０６、２０７に電圧を加え、ワイヤの巻き取り量を大きくする制御を行う。
【０１３８】
このように、モータ制御部２０８は、モータ２０６及びモータ２０７によって、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の巻き取り量を取得する。モータ制御部２０８は、歩行周期毎に第１のワイヤ１０４の長さ及び第２のワイヤの長さ１０５を規定する第１の基準と、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の巻き取り量との差に応じて、ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、第１のワイヤ１０４の長さを短くするように、モータ２０６を制御し、かつ、第２のワイヤ１０５の長さを短くするように、モータ２０７を制御する。このため、適切な足首の回転量でユーザの歩行をアシストすることができる。
【０１３９】
さらに、モータ制御量決定部３０６は、ワイヤ長さ計算部３０４で計算された第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さに基づいて、目標値に対するフィードバック制御を行っても良い。
【０１４０】
以上の動作により、各ユーザの歩行スタイルに応じて、５０％から６０％までの歩行周期における地面の蹴りだしのタイミングにおいて、モータ２０６、２０７による第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の巻き取りを行い、歩行をアシストすることが可能になる。
【０１４１】
（歩行アシスト装置１００のフローチャート）
次に、図１１のモータ制御部２０８による制御のフローチャートを用いて、歩行アシスト装置１００の動作を説明する。
【０１４２】
（ステップＳ９０１）
歩行分析部３０７は、ユーザの歩行情報を取得する。歩行分析部３０７は、歩行情報に基づいて、ユーザが定常歩行の状態か否かを判定する。例えば、歩行分析部３０７は、ユーザの歩行周期の時間が一定間隔になっている場合には、ユーザが定常歩行の状態であると判定される。
【０１４３】
歩行分析部３０７は、定常歩行になっていない場合には、本ステップを繰り返す。ユーザが定常歩行の状態である場合、ステップＳ９０２へ進む。
【０１４４】
（ステップＳ９０２）
ワイヤ長さ計算部３０４は、歩行アシストしていないときの第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さを計算する。ワイヤ長さ計算部３０４は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さを、当該長さを計測した時刻と対応付けて、メモリに記憶しても良い。
【０１４５】
ワイヤ長さ計算部３０４は、予め計算された、歩行アシストをしていないときの第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さを取得しても良い。
【０１４６】
（ステップＳ９０３）
歩行分析部３０７は、所定周期回数の歩行を行ったか否かを判断する。例えば、３周期分の歩行が行われた場合には、次のステップＳ９０５へ進む。所定回数に到達していない場合には、ステップＳ９０２に戻る。
【０１４７】
（ステップＳ９０４）
ワイヤ長さ計算部３０４は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さを計算する。例えば、ワイヤ長さ計算部３０４は、３周期分の歩行における第１のワイヤ１０４の長さの平均、及び第２のワイヤ１０５の長さの平均を計算する。これにより、図６に示す歩行時のワイヤ長さのグラフが生成される。
【０１４８】
（ステップＳ９０５）
目標長さ決定部３０８は、所定の基準と、歩行アシストしていないときの第１のワイヤ１０４の長さ及び第２のワイヤ１０５の長さとに基づいて、第１のワイヤ１０４の目標長さ及び第２のワイヤ１０５の目標長さを決定する。その結果、目標長さ決定部３０８は、例えば、図１０Ａ〜１０Ｃに示すようなワイヤ長さの目標軌道が生成される。目標軌道は、目標値の一例である。目標軌道は、目標長さ蓄積部３０５に蓄積される。
【０１４９】
（ステップＳ９０６）
モータ制御量決定部３０６は、定常歩行分析部３０７において推定された歩行周期に基づいて、現在時刻がアシスト制御を実行するタイミングか否かを判断する。例えば、歩行周期の５０％以上６０％以下であれば、張力を発生させ、歩行アシストを実行する。歩行周期の情報は、図９に示す歩行分析部３０７が取得した歩行情報が参照される。
【０１５０】
（ステップＳ９０７）
ワイヤ長さ計算部３０４は、現在の第１のワイヤ１０４の長さ及び第２のワイヤ１０５の長さを取得する。また、モータ制御量決定部３０６は、目標長さ蓄積部３０５で蓄積されている各ワイヤの目標長さと、計算された現在の第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さとを比較する。
【０１５１】
（ステップＳ９０８）
現在の第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さがそれぞれの目標値よりも長い場合には、次のステップＳ９０９に進む。現在の第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さが、それぞれの目標値よりも短い場合には、ステップＳ９０７へ戻る。
【０１５２】
（ステップＳ９０９）
モータ制御量決定部３０６は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５を目標値にするためのモータ２０６、２０７の駆動電圧値を決定して、モータ２０６、２０７に制御信号を送信する。例えば、モータ制御量決定部３０６は、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の長さと目標値との差に応じた電圧値を有する基準を参照して、電圧値を決定する。
【０１５３】
（ステップＳ９１０）
モータ制御量決定部３０６は、ユーザの歩行が停止したか否かを判断し、ユーザの歩行が停止していた場合には、処理を終了する。ユーザが歩行中の場合には、ステップＳ９０６に戻る。
【０１５４】
歩行分析部３０７は、ユーザが定常歩行していない情報を取得した場合、モータ制御量決定部３０６は、ユーザの歩行が停止したと判断する。
【０１５５】
以上の動作により、ユーザの歩行状態に応じたワイヤの長さの制御が実施され、歩行時の適切なタイミングで、ユーザの歩行を支援することが可能になる。
【０１５６】
（効果）
本実施の形態に係る歩行アシスト装置１００によれば、ユーザの一方の脚の左右に並んで配置される第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５のそれぞれによって、ユーザの歩行をアシストできるため、ユーザの足首を屈曲させる方向、及び、外回転させる方向にもアシストのためのトルクを発生させることができる。このため、人間の歩行スタイルにおける足首の運動に応じて、ワイヤの長さを調整しながら張力を発生させることで、自然なアシストを実現することができる。
【０１５７】
（実施の形態１の変形例１）
上記実施の形態１に係る歩行アシスト装置１００では、第１のワイヤ１０４の伸び強さ（elongation）は、第２のワイヤ１０５の伸び強さより大きくても良い。第１のワイヤ１０４の伸び強さとは、第１のワイヤ１０４にモータにより張力が加わったときに伸びる量とも表記できる。第１のワイヤ１０４の一例は、１５ｋＮの力が加わったときに、第１のワイヤ１０４の全体長さに対して１％伸びる。第１のワイヤ１０４のが１％伸びるために、１５ｋＮ以上の力が必要とされても良い。
【０１５８】
図６及び図７に示すように、内側に配置される第１のワイヤ１０４は、外側に配置される第２のワイヤ１０５よりも長さの変化が大きく、当該第１のワイヤ１０４には負荷がかかりやすい。このため、第１のワイヤ１０４の伸び強さを第２のワイヤ１０５の伸び強さよりも大きくすることで、第１のワイヤ１０４が破損することを効果的に低減することができる。また、第２のワイヤ１０５の伸び強さは、第１のワイヤ１０４の伸び強さよりも小さいため、第２のワイヤ１０５にかかるコストを低減できる。
【０１５９】
（実施の形態１の変形例２）
上記実施の形態１またはその変形例１に係る歩行アシスト装置１００では、また、第１のワイヤ１０４の最大移動速度は、第２のワイヤ１０５の最大移動速度よりも速くても良い。
【０１６０】
ここで、ワイヤの最大移動速度とは、ワイヤが対応するモータにより巻き取られる速さである移動速度のうちの最大の速度を意味する。ワイヤの最大移動速度の一例は、０．３５ｍ／ｓである。
【０１６１】
図６及び図７に示すように、内側に配置される第１のワイヤ１０４は、外側に配置される第２のワイヤ１０５よりも長さの変化が大きい。このため、第１のワイヤ１０４の最大移動速度を第２のワイヤ１０５の最大移動速度よりも速くすることで、ユーザの足首の内側へのアシストの応答速度を速くすることができる。よって、効果的にユーザの歩行をアシストすることができる。
【０１６２】
（実施の形態１の変形例３）
上記実施の形態１またはその変形例１、２に係る歩行アシスト装置１００では、モータ２０６の最大トルクは、モータ２０７の最大トルクよりも大きくても良い。
【０１６３】
図６及び図７に示すように、内側に配置される第１のワイヤ１０４は、外側に配置される第２のワイヤ１０５よりも長さの変化が大きく、当該第１のワイヤ１０４には負荷がかかりやすい。このため、第１のワイヤ１０４に接続されるモータ２０６を、モータ２０７よりも最大トルクが大きい構成とすることで、第１のワイヤ１０４への張力を第２のワイヤ１０５への張力よりも容易に大きくできる。また、モータ２０７の最大トルクは、モータ２０６の最大トルクよりも小さいため、モータ２０７にかかるコストを低減できる。
【０１６４】
（実施の形態１の変形例４）
上記実施の形態１またはその変形例１〜３に係る歩行アシスト装置１００では、図１２に示すように、第１のワイヤ１０４の固定位置及び第２のワイヤ１０５の固定位置の距離１２４は、２０ｍｍ以上離れていても良い。
【０１６５】
図１２は、ユーザの左足の後面図を示す。
【０１６６】
このように、踵固定具１０３ａ、１０３ｂは、踵の重心１２１を中心として、第１のワイヤ１０４の固定位置１２２及び第２のワイヤ１０５の固定位置１２３に接続される。これにより、図５の脚５０２のように、効果的に左右の傾きのモーメントの力を生成することができる。
【０１６７】
（実施の形態２）
実施の形態１における歩行アシスト装置１００では、図１の外観図に示していたように、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５は交差することなく、平行に近い形で固定されていた。
【０１６８】
実施の形態２における歩行アシスト装置２００は、ユーザの直進の歩行をアシストするし、ユーザの左右への方向転換の歩行をアシストする効果を向上させるために、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの配置が、歩行アシスト装置１００における第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５と異なる。
【０１６９】
第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａによる左右の回転方向のモーメントを生成するために、斜め方向に張力を発生させる装着方法が考えられる。図１３に示すように、第１のワイヤ１０４Ａの一端は、踵の右側に接続され、第１のワイヤ１０４Ａの一端及び他端の間は、膝の左側に接続される。つまり、第１のワイヤ１０４Ａは、膝固定具１０２の左半分の領域と接続される。膝固定具１０２における第１のワイヤ１０４Ａと接続される位置を、第３の位置とも表記する。
【０１７０】
また、図１３に示すように、第２のワイヤ１０５Ａの一端は、踵の左側に接続され、第２のワイヤ１０５Ａの一端及び他端の間は、膝の右側に接続される。つまり、第１のワイヤ１０４Ａは、膝固定具１０２の右半分の領域と接続される。膝固定具１０２における第２のワイヤ１０５Ａと接続される位置を、第４の位置とも表記する。
【０１７１】
これにより、左右の回転方向のモーメントを生成することができるようになる。
【０１７２】
図１４を用いて説明する。図１４の（ａ−１）は、ワイヤが平行に配置されたときの足（平行タイプ）を後ろから見た図であり、図１４の（ａ−２）は、ワイヤが平行に配置されたときの足（平行タイプ）を上から見た図である。図１４の（ｂ−１）は、ワイヤが交差して配置されたときの足（クロスタイプ）を後ろから見た図であり、図１４の（ｂ−２）は、ワイヤが交差して配置されたときの足（クロスタイプ）を上から見た図である。
【０１７３】
平行タイプのワイヤの配置の場合には、図１４の（ａ−１）に示すように、上下方向にワイヤが張られており、ワイヤの張力は上下方向に発生する。このため、図１４の（ａ−２）に示すように、上から見た場合、ユーザの足には回転方向のモーメントがほとんど生じない。
【０１７４】
一方、クロスタイプのワイヤ配置の場合には、図１４の（ｂ−１）に示すように、上下方向から少し左右に傾いた方向にワイヤが張られており、当該傾いた方向に、張力が発生する。その結果、上下方向の力以外にも左右方向に向かう力が発生する。つまり、クロスタイプのワイヤ配置の場合、図１４の（ｂ−２）に示すように、足の重心周りに回転方向のモーメントを発生させることができる。平行タイプのワイヤは、この回転方向の動きに対してワイヤでアシストできなかったが、クロスタイプのワイヤは、回転方向のモーメントでアシストできるようになる。
【０１７５】
実施の形態２における歩行アシスト装置２００の機能ブロック図は、実施形態１における歩行アシスト装置１００と同様である。歩行アシスト装置２００は、歩行アシスト装置１００と同様に、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの長さに基づいて、ユーザの歩行をアシストすることが可能である。
【０１７６】
実施の形態２における歩行アシスト装置２００は、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力に基づいて、歩行アシストを制御することが可能である。その方法について説明する。
【０１７７】
図１５Ａの（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ユーザが直進の歩行を行っているときの、屈曲トルクと外回転トルクとを示す図である。図１５Ｂの（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、ユーザが直進の歩行を行っているときの、屈曲トルク、外回転トルク、並びに第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力の歩行周期における変化を示すグラフである。
【０１７８】
ユーザの直進の歩行において、足の傾きがない理想的な歩行を想定しているため、外回転トルクが発生していない。このような歩行における人間のトルクに対して、例えば、人間のトルクに対して２０％のトルクが発生するように、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａでアシストする。
【０１７９】
第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力は、図１５Ｂの下図のようなパターンで表現できる。ここでの第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力は同じである。ただし、図４Ａの被験者４０２のように、足首が曲がっている場合には、外転角度が発生し、第１のワイヤ１０４Ａと第２のワイヤ１０５Ａとでアシストするトルクが異なる。
【０１８０】
つまり、第１のワイヤ１０４Ａの長さの変化及び第２のワイヤ１０５Ａの長さの変化が同じ場合には、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａに同じ張力を発生させる。
【０１８１】
第１のワイヤ１０４Ａの長さの変化及び第２のワイヤ１０５Ａの長さの変化が異なる場合には、第１のワイヤ１０４Ａの長さ及び第２のワイヤ１０５Ａの長さのうち、長さが短くなるほうのワイヤにかかる張力を大きくする。
【０１８２】
実施の形態２の歩行アシスト装置２００におけるモータ制御部２０８Ａは、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａにかかる張力に応じてモータ２０６及びモータ２０７を制御する。
【０１８３】
図１６は、モータ制御部２０８Ａの機能ブロック図である。図１６に示すモータ制御部２０８Ａは、取得部１６０２と、履歴蓄積部１６０３と、ワイヤ張力計算部１６０４と、目標張力蓄積部１６０５と、モータ制御量決定部１６０６と、歩行分析部１６０７と、目標張力決定部１６０８を有する。
【０１８４】
各部の動作について説明する。なお、取得部１６０２、履歴蓄積部１６０３、及び歩行分析部１６０７は、それぞれ、取得部３０２、履歴蓄積部３０３、及び歩行分析部３０７と同じであるため、説明を省略する。
【０１８５】
目標張力蓄積部１６０５は、図１５Ｂに示す第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の張力の目標パターンを蓄積している。
【０１８６】
（ワイヤ張力計算部１６０４）
ワイヤ張力計算部１６０４では、モータ２０６、２０７に与えられている電圧値と、そのときのモータ２０６、２０７の電流値とを、モータ２０６、２０７から取得する。ワイヤ張力計算部１６０４は、モータ２０６、２０７に与えられている電圧値と、モータ２０６、２０７の電流値とを用いて第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａにかかっている張力を計算する。
【０１８７】
（モータ制御量決定部１６０６）
モータ制御量決定部１６０６は、目標張力蓄積部１６０５で蓄積されている張力のパターンを目標値と、ワイヤ張力計算部１６０４で計算された現在の第１のワイヤ１０４Ａの張力値及び第２のワイヤ１０５Ａの張力値とを用いて、モータ２０６、２０７に与える電圧値を決定する。
【０１８８】
このように、モータ制御部２０８Ａは、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力を取得し、歩行周期毎に、第１のワイヤ１０４Ａの長さ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力を規定する第２の基準と、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力との差に応じて、ユーザの次の歩行における所定の歩行周期において、第１のワイヤ１０４Ａの長さを短くするように、モータ２０６を制御し、かつ、第２のワイヤ１０５Ａの長さを短くするように、モータ２０７を制御する。このため、適切な力でユーザの歩行をアシストすることができる。
【０１８９】
図１７に、張力を用いてモータを制御する歩行アシスト装置２００の動作のフローチャートを示す。
【０１９０】
（ステップＳ１７０１）から（ステップＳ１７０６）までの各ステップは、それぞれ、実施の形態１における（ステップＳ９０１）から（ステップＳ９０６）までの各ステップと同様の動作を実施するので説明を省略する。なお、実施の形態１では、ワイヤの長さの目標値を算出したが、本実施の形態ではワイヤの目標張力を算出する。
【０１９１】
（ステップＳ１７０７）
ワイヤ張力計算部１６０４は、現在の第１のワイヤ１０４Ａの張力及び第２のワイヤ１０５Ａの張力と、目標張力の値を比較する。
【０１９２】
（ステップＳ１７０８）
現在のワイヤの張力の方が小さい場合には、次のステップに進む。現在のワイヤの張力の方が大きいときには、ステップＳ１７０７へ戻る。
【０１９３】
（ステップＳ１７０９）
モータ制御量決定部３０６は、目標張力値まで、第１のワイヤ１０４Ａの張力及び第２のワイヤ１０５Ａの張力をあげるために、モータ２０６、２０７の電圧値を決定する。具体的には、目標張力値まで、第１のワイヤ１０４Ａの張力及び第２のワイヤ１０５Ａの張力値との差に応じて、モータ２０６、２０７の電圧値を高くする。
【０１９４】
（ステップＳ１７１０）
モータ制御量決定部１６０６は、ユーザの歩行が停止したか否かを判断し、ユーザの歩行が停止していた場合には、ステップＳ１７０６へ戻る。
【０１９５】
以上の動作を実施することで、ユーザの歩行を張力によってアシスト制御することが可能になる。
【０１９６】
（実施形態２の変形例１）
実施の形態２では、ユーザの直進の歩行の場合のアシストについて説明した。しかしなから、ユーザの左右への方向転換の歩行をアシストする場合には、さらに、左右のワイヤの張力を異なる張力に制御することが有効である。本変形例に係る歩行アシスト装置３００は、実施の形態２の歩行アシスト装置２００と比較して、モータ制御部２０８Ａがモータ制御部２０８Ｂに変わった点と、さらに、回転検知部１９０９を備える点とが異なる。
【０１９７】
図１８に示すように、歩行アシスト装置３００は、回転検知部１９０９をさらに備え、回転検知部１９０９により、ユーザの方向転換を検出する。
【０１９８】
回転検知部１９０９は、ユーザが左右に方向転換するときの回転を検知する。回転検知部１９０９の一例は、ジャイロセンサである。ジャイロセンサは、靴底、または踵固定具１０３に装着される。
【０１９９】
例えば、ジャイロセンサにより、踵固定具１０３の傾きが検出される。モータ制御部２０８Ｂは、ジャイロセンサにより傾きが検出されたとき、ユーザが左右のいずれかの方向に向かっていると判断する。
【０２００】
図１９は、モータ制御部２０８Ｂの機能ブロック図である。図１９に示すモータ制御部２０８Ｂは、取得部１９０２と、履歴蓄積部１９０３と、ワイヤ張力計算部１９０４と、目標張力蓄積部１９０５と、モータ制御量決定部１９０６と、歩行分析部１９０７と、回転検知部１９０９とを有する。
【０２０１】
なお、取得部１９０２と、履歴蓄積部１９０３と、ワイヤ張力計算部１９０４と、目標張力蓄積部１９０５と、モータ制御量決定部１９０６と、歩行分析部１９０７とは、それぞれ、取得部１６０２と、履歴蓄積部１６０３と、ワイヤ張力計算部１６０４と、目標張力蓄積部１６０５と、モータ制御量決定部１６０６と、歩行分析部１６０７と同じであるため、説明を省略する。モータ制御部２０８Ｂは、モータ制御部２０８Ａとほぼ同様の構成であるが、回転検知部１９０９をさらに有する。回転検知部１９０９によりユーザの方向転換が検知された場合には、モータ制御部２０８Ｂは、モータ２０６、２０７の制御パターンを変更する。
【０２０２】
より具体的に説明する。図２０Ａは、右足２００１、左足２００３、右足２００２、及び左足２００４の順に、ユーザが歩いている様子を示す。
【０２０３】
左足２００３の位置から、ユーザが右に曲がる場合、右足２００２及び左足２００４の順に移動する。このとき、右足には矢印２００５に示すように右回転する力が必要であり、左足には矢印２００６に示すように右回転する力を必要とする。
【０２０４】
図２０Ｂの（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ユーザの屈曲トルクと外回転トルクとを示す図である。図２０Ｂの（ｃ）〜（ｅ）は、それぞれ、ユーザが右側に方向転換するときの、屈曲トルク、外回転トルク、並びに第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力の歩行周期における変化を示すグラフである。図２０Ｂの（ｄ）に示すように、ユーザが右側に方向転換を行っているとき、図１５Ｂの（ｂ）に示す直進のときの外回転トルクと異なり、外回転トルクが発生している。
【０２０５】
それに伴い、図２０Ｂの（ｅ）に示すように、第１のワイヤ１０４Ａと第２のワイヤ１０５Ａの張力にも差が生じている。目標張力蓄積部１９０５は、目標張力パターンとして、左右で差を有するワイヤ張力を蓄積している。例えば、右回転用の目標張力パターンでは、第２のワイヤ１０５の張力は、第１のワイヤ１０４の張力よりも大きい。また、左回転用の目標張力パターンでは、第２のワイヤ１０５の張力は、第１のワイヤ１０４の張力よりも小さい。
【０２０６】
ユーザの左右の方向転換が検知された場合には、所定の目標張力パターンを選択し、制御を実行する。つまり、モータ制御部２０８Ｂは、右側への方向転換が回転検知部１９０９により検知された場合、目標張力蓄積部１９０５に蓄積されている右回転用の目標張力パターンを選択し、右回転用の目標張力パターンを用いてモータ２０６、２０７の制御を実行する。また、モータ制御部２０８Ｂは、左側への方向転換が回転検知部１９０９により検知された場合、目標張力蓄積部１９０５に蓄積されている左回転用の目標張力パターンを選択し、左回転用の目標張力パターンを用いてモータ２０６、２０７の制御を実行する。
【０２０７】
このように、モータ制御部２０８Ｂは、ユーザの回転方向と歩行情報に基づいて、所定のタイミングにおいて、第１のワイヤ１０４Ａの長さを短くするように、モータ２０６を制御し、かつ、第２のワイヤ１０５Ａの長さを短くするように、モータ２０７を制御する。このため、ユーザが歩行時に右または左に方向転換する場合であっても、適切にユーザの歩行をアシストすることができる。
【０２０８】
なお、実施の形態２では、ワイヤ張力計算部１６０４は、モータの電流値を用いて第１のワイヤ１０４Ａ、第２のワイヤ１０５Ａの張力を推定していた。しかし、図２１の（ｂ）に示すように、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａに力センサ２１０１、２１０２を配置し、第１のワイヤ１０４Ａ及び第２のワイヤ１０５Ａの張力を測定しても良い。力センサにより測定された第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の張力と目標張力値との差を計算し、モータ２０６、２０７の電圧が決定されても良い。
【０２０９】
なお、実施の形態１では、第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５の長さを基準として、モータ２０６、２０７の制御を行うとしたが、これに限らずに、実施の形態２と同様に、第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５にかかる張力を基準として、モータ２０６、２０７の制御を行っても良い。また、この場合、上記の図２１の（ｂ）と同様に、図２１の（ａ）に示すように、実施の形態１の歩行アシスト装置２００の第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５に力センサ２１０１、２１０２を配置し、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５の張力を測定しても良い。
【０２１０】
また、実施の形態２では、第１のワイヤ１０４Ａ、第２のワイヤ１０５Ａにかかる張力を基準として、モータ２０６、２０７の制御を行うとしたが、これに限らずに、実施の形態１と同様に、第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５の長さを基準として、モータ２０６、２０７の制御を行っても良い。
【０２１１】
実施の形態１及び２では、第１のワイヤ１０４及び第２のワイヤ１０５を踵固定具１０３に直接固定していたが、図２２に示すように、物理的なバネ２２０１、２２０２を各第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５と踵固定具１０３との間に設置しても良い。つまり、第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５を、バネ２２０１、２２０２を介して踵固定具１０３に固定しても良い。これにより、剛性をもたせた制御が可能になる。
【０２１２】
なお、実施の形態１及び２に係る歩行アシスト装置１００、２００、３００は、２本のワイヤを用いて歩行のアシストを実現した。さらに、図２３に示すように、３本のワイヤ２３０１、２３０２、２３０３を用いてアシストを実施してもよい。これにより、歩行時の屈曲トルクを大きくしつつ、外回転トルクを制御する自由度を増加させることができる。なお、この場合、３本のワイヤ２３０１、２３０２、２３０３は、それぞれ、図示しない３つのモータと固定されている。
【０２１３】
また、実施の形態１及びに係る歩行アシスト装置１００、２００、３００では、モータ２０６、２０７は、膝ベルト１０１に装着されていた。しかしながら、図２４に示すように、靴の踵、靴の中、又は踵固定具１０３に、各第１のワイヤ１０４、第２のワイヤ１０５と固定されているモータ２０６Ａ、２０７Ａが装着されていても良い。
【０２１４】
本開示において、ユニット、デバイスの全部又は一部、又は図２、図８、図１６および図１９に示されるブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（large scale integration）を含む一つ又は一つ以上の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩ又はＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ(very large scale integration)、若しくはＵＬＳＩ(ultra large scale integration)と呼ばれても良い。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array (FPGA)、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。
【０２１５】
さらに、ユニット、装置全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは、一つ以上のＲＯＭ、光学ディスク、又はハードディスクドライブを含む非一時的記録媒体に記録される。ソフトウエアが、処理装置（processor）によって実行された場合に、ソフトウエアは、ソフトウエア内の特定の機能を、処理装置（processor）と周辺のデバイスとに実行させる。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は一つ以上の非一時的記録媒体、処理装置（processor）、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えばインターフェース、を備えていても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２１６】
本開示の歩行アシスト装置は、ユーザの歩行又は走行動作のアシストなどに利用可能である。
【符号の説明】
【０２１７】
１００，２００，３００  歩行アシスト装置
１０１  膝ベルト
１０２，１０２ａ，１０２ｂ  膝固定具
１０３，１０３ａ，１０３ｂ  踵固定具
１０４，１０４Ａ  第１のワイヤ
１０５，１０５Ａ  第２のワイヤ
２０３  電池
２０６，２０６Ａ，２０７，２０７Ａ  モータ
２０８，２０８Ａ，２０８Ｂ  モータ制御部
２０９  センサ
３０２，１６０２，１９０２  取得部
３０３，１６０３，１９０３  履歴蓄積部
３０４  ワイヤ長さ計算部
３０５  目標長さ蓄積部
３０６，１６０６，１９０６  モータ制御量決定部
３０７，１６０７，１９０７  歩行分析部
３０８  目標長さ決定部
１６０４，１９０４  ワイヤ張力計算部
１６０５，１９０５  目標張力蓄積部
１６０８，１９０８  目標張力決定部
１９０９  回転検知部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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