(57)【要約】【課題】重力補償を行うとともに、特殊な機構を設けることなく、段差乗り越え補償の要否を判定し、かつ、当該補償を実現する。【解決手段】歩行支援機１の重力補償を実行する指令を出力するとともに、歩行支援機１に対する操作から段差乗り越え補償の要否を判定し、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、当該補償を実行する指令を出力するアシスト指令部３と、アシスト指令部３から出力された指令の実行に必要となる、モータ６に発生させるトルクを演算する指令トルク演算部４と、指令トルク演算部４で演算されたトルクを、モータ６に発生させるモータ制御部５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行支援機の重力補償を実行する指令を出力するとともに、前記歩行支援機に対する操作から段差乗り越え補償の要否を判定し、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、当該補償を実行する指令を出力するアシスト指令部と、
前記アシスト指令部から出力された指令の実行に必要となる、モータに発生させるトルクを演算する指令トルク演算部と、
前記指令トルク演算部で演算された前記トルクを、前記モータに発生させるモータ制御部と
を備える歩行支援機。
【請求項２】
前記歩行支援機の傾斜角度を検出する角度センサを備え、
前記アシスト指令部は、前記操作に伴い、前記角度センサから出力される前記歩行支援機の傾斜角度の変化量と、第１の閾値とを比較し、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１記載の歩行支援機。
【請求項３】
前記歩行支援機の車速を検出する車速検出部を備え、
前記アシスト指令部は、前記車速検出部が検出した前記歩行支援機の車速が０である場合に、前記操作に伴い、前記角度センサから出力される前記歩行支援機の傾斜角度の変化量と、前記第１の閾値とを比較し、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する
ことを特徴とする請求項２記載の歩行支援機。
【請求項４】
前輪および後輪を備える前記歩行支援機の後輪側に取り付けられる踏み込み部と
前記踏み込み部に対する操作力を算出する操作力算出部とを備え、
前記アシスト指令部は、前記操作に伴い、前記操作力算出部から出力される前記操作力と、第２の閾値と比較し、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１記載の歩行支援機。
【請求項５】
前記歩行支援機の車速を検出する車速検出部を備え、
前記アシスト指令部は、前記車速検出部が検出した前記歩行支援機の車速が０である場合に、前記操作に伴い、前記操作力算出部から出力される前記操作力と、前記第２の閾値とを比較し、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する
ことを特徴とする請求項４記載の歩行支援機。
【請求項６】
前記車速検出部は、前記歩行支援機に搭載されたエンコーダで計測された車輪の回転数を用いて、前記歩行支援機の車速を検出する
ことを特徴とする請求項３または請求項５記載の歩行支援機。
【請求項７】
前記操作力算出部は、前記踏み込み部に取り付けられた圧力センサで検出された負荷を用いて、前記操作力を算出する
ことを特徴とする請求項４記載の歩行支援機。
【請求項８】
前記アシスト指令部は、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、前記歩行支援機の段差乗り越え走行距離と、第３の閾値とを比較し、段差乗り越え補償が完了したか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の歩行支援機。
【請求項９】
前記歩行支援機の傾斜角度を検出する角度センサを備え、
前記アシスト指令部が段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、前記指令トルク演算部は、前記傾斜角度が第４の閾値より大きくなると、前記モータに発生させる前記トルクを減算する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の歩行支援機。
【請求項１０】
前記歩行支援機の車速を検出する車速検出部を備え、
前記アシスト指令部が段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、前記指令トルク演算部は、前記車速が第５の閾値より大きくなると、前記モータに発生させる前記トルクを減算する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の歩行支援機。
【請求項１１】
前記歩行支援機の傾斜角度を検出する角度センサを備え、
前記アシスト指令部は、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、段差乗り越え補償の開始時点の前記傾斜角度を第１の傾斜角度として記憶し、前記傾斜角度と前記第１の傾斜角度を比較して、段差乗り越え補償が完了したか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の歩行支援機。
【請求項１２】
前記歩行支援機の車速を検出する車速検出部を備え、
前記アシスト指令部は、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、前記車速と第６の閾値を比較して、段差乗り越え補償が完了したか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の歩行支援機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高齢者などの歩行を支援する歩行支援機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、歩行支援機の傾斜角度に基づき、トルクを演算し、当該トルクをモータに発生させ、重力補償を行う歩行支援機が開示されている。また、特許文献２には、車輪をモータで回転可能に構成し、段差においてモータを回転させることで、段差を乗り越える機構を備えた歩行器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１２３２９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の歩行支援機は、坂道などの傾斜面において重力補償を行うものであり、歩行支援機の車体の一部を持ち上げるためのトルクを発生させ、段差を乗り越える補償を行うものではない。また、特許文献２には、段差を乗り越える機構を備えた歩行器が開示されているが、当該機構を備えることで、部品数が増加する、歩行器の重量が増加する、歩行器の外観が変化する、という課題があった。また、当該機構を備えることで、歩行器の剛性、挙動などの特性が、従来のものと変わってしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、重力補償を行うとともに、特殊な機構を設けることなく、段差乗り越え補償の要否を判定し、かつ、当該補償を実現できる歩行支援機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る歩行支援機は、歩行支援機の重力補償を実行する指令を出力するとともに、歩行支援機に対する操作から段差乗り越え補償の要否を判定し、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、当該補償を実行する指令を出力するアシスト指令部と、アシスト指令部から出力された指令の実行に必要となる、モータに発生させるトルクを演算する指令トルク演算部と、指令トルク演算部で演算されたトルクを、モータに発生させるモータ制御部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、重力補償を行うとともに、特殊な機構を設けることなく、段差乗り越え補償の要否を判定し、かつ、当該補償を実現できる歩行支援機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る歩行支援機の構成図である。
【図２】歩行支援機走行制御装置の搭載位置を示す図である。
【図３】閾値ｄＳＬｓｔｈの求め方の説明図である。
【図４】アシスト指令部の動作を説明するフローチャートである。
【図５】指令トルク演算部の動作を説明するフローチャートである。
【図６】閾値Ｄｅｔｈの求め方の説明図である。
【図７】アシスト指令部の動作を説明するフローチャートである。
【図８】アシスト指令部の動作を説明するフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２に係る歩行支援機の構成図である。
【図１０】アシスト指令部の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】指令トルク演算部の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】アシスト指令部の動作を説明するフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態３に係る歩行支援機の構成図である。
【図１４】圧力センサの搭載位置を示す図である。
【図１５】アシスト指令部の動作を説明するフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態４に係る歩行支援機の構成図である。
【図１７】アシスト指令部の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る歩行支援機１の構成図である。歩行支援機１は、歩行支援機走行制御装置２、モータ６、および角度センサ７を備える。歩行支援機走行制御装置２は、アシスト指令部３、指令トルク演算部４、モータ制御部５を備える。歩行支援機走行制御装置２、モータ６、および角度センサ７は、歩行支援機１に搭載される。また、歩行支援機走行制御装置２には、モータ６および角度センサ７が接続される。
【００１１】
図２は、歩行支援機走行制御装置２の搭載位置の一例を示す図である。歩行支援機１は前輪および後輪を備え、歩行支援機走行制御装置２は、歩行支援機１の後輪側に搭載される。また、歩行支援機１の後輪側に、踏み込み部１２を取り付けてもよい。踏み込み部１２は、ステップやバーなどで構成される。歩行支援機１の使用者は、路面などの段差を乗り越える際に、踏み込み部１２に対して踏み込みなどの操作をし、歩行支援機１の前輪を浮かせる。なお、ハンドル１１を持ち上げて、歩行支援機１の前輪を浮かせてもよい。
【００１２】
角度センサ７は、歩行支援機１の任意の箇所に搭載され、歩行支援機１の傾斜角度を検出する。歩行支援機１の傾斜角度は、路面が水平である場合に０°であり、坂道などの傾斜面で角度を持つ値となる。角度センサ７は、検出した傾斜角度を歩行支援機走行制御装置２に出力する。
【００１３】
以下、段差のない面での歩行支援機１の使用を、歩行支援機１の通常使用という。アシスト指令部３は、歩行支援機１の通常使用時に、歩行支援機１に対して、後述する重力補償を行う指令を、指令トルク演算部４に出力する。また、アシスト指令部３は、歩行支援機１が段差に差し掛かった場合に、重力補償に加え、後述する段差乗り越え補償を行う指令を指令トルク演算部４に出力する。
【００１４】
指令トルク演算部４は、取得した指令に従い、補償に必要となる、モータ６に発生させるトルクを算出する。指令トルク演算部４は、算出したトルクをモータ制御部５に出力する。
【００１５】
モータ制御部５は、指令トルク演算部４から取得したトルクを、モータ６に発生させる。モータ６は、モータ制御部５から取得したトルクで駆動する。
【００１６】
坂道などの傾斜面において、歩行支援機１には、歩行支援機１の重力により、傾斜を下る方向に力が働く。指令トルク演算部４は、重力補償を行う指令を取得した場合、当該力を打ち消すために必要となる、モータ６に発生させるトルク（重力補償トルク）を、角度センサ７から取得した傾斜角度に基づき算出する。
【００１７】
また、指令トルク演算部４は、重力補償に加え、段差乗り越え補償を行う指令を取得した場合、重力補償トルクに加え、歩行支援機１の前輪を持ち上げ、段差を乗り越えるために必要なトルク（段差乗り越え補償トルク）を算出する。
【００１８】
次に、アシスト指令部３が、重力補償に加え、段差乗り越え補償を行うと判定する方法について説明する。歩行支援機１が段差に差し掛かった場合、使用者は踏み込み部１２を踏み込む。これにより、歩行支援機１の傾斜角度は変化する。ただし、踏み込み部１２の踏み込みに限定されるものではなく、ハンドルの持ち上げなどによっても歩行支援機１の傾斜角度は変化する。アシスト指令部３は、角度センサ７から取得した傾斜角度の変化量に基づいて、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する。
【００１９】
アシスト指令部３は、角度センサ７から取得した傾斜角度の変化量が、閾値ｄＳＬｓｔｈより大きい値となった場合に、段差乗り越え補償を行うと判定する。閾値ｄＳＬｓｔｈは、坂道などで歩行支援機１を通常使用している場合の傾斜角度の変化量によっては、段差乗り越え補償を行うと誤判定しないように設定される。
【００２０】
図３を用いて、閾値ｄＳＬｓｔｈの求め方を説明する。閾値ｄＳＬｓｔｈは、歩行支援機１が、想定される最大降坂の傾斜面から、想定される最大登坂の傾斜面に移動する際の角度変化量（以下、最大傾斜角度変化量という）よりも大きい値とする。
【００２１】
まず、最大傾斜角度変化量ｄＳＬｓｍａｘを以下の式（１）により求める。
ｄＳＬｓｍａｘ＝（２×ＳＬｍａｘ）／ＷＢ    ［ｄｅｇ．／ｍ］      （１）
ＷＢ［ｍ］：前後輪間距離
ＳＬｍａｘ［ｄｅｇ．］：最大降坂角度（最大登坂角度）
【００２２】
そして、最大傾斜角度変化量に安全率Ｋｓを乗算した、以下の式（２）により閾値ｄＳＬｓｔｈを求める。
ｄＳＬｓｔｈ＝（２×Ｋｓ×ＳＬｍａｘ）／ＷＢ    ［ｄｅｇ．／ｍ］      （２）
【００２３】
例えば、ＷＢ＝０．６［ｍ］、ＳＬｍａｘ＝２０［ｄｅｇ．］、Ｋｓ＝２とすると、ｄＳＬｓｔｈ＝１３３．３３［ｄｅｇ．／ｍ］となる。また、角度センサ７の信号精度、安定性などに応じてスケールを変更してもよい。例えば、角度センサ７の検出精度が±０．５°程度であれば、判定処理を１ｃｍ単位（ｄＳＬｓｔｈ＝１．３３［ｄｅｇ．／ｃｍ］）としてもよい。
【００２４】
次に、アシスト指令部３の処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。まず、アシスト指令部３は、角度センサ７から歩行支援機１の傾斜角度を取得する（ステップＳＴ１１）。次に、アシスト指令部３は、角度センサ７から取得した傾斜角度の変化量が、閾値ｄＳＬｓｔｈより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。アシスト指令部３は、傾斜角度の変化量が閾値ｄＳＬｓｔｈより大きい値である場合（ステップＳＴ１２の“ＹＥＳ”の場合）、段差乗り越え補償を行うと判定し、段差乗り越え補償を行う指令を、指令トルク演算部４に出力する（ステップＳＴ１３）。一方、傾斜角度の変化量が閾値ｄＳＬｓｔｈ以下の値である場合（ステップＳＴ１２の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ１１に戻る。
【００２５】
指令トルク演算部４は、重力補償に加え、段差乗り越え補償を行う指令を取得した場合、モータ６に発生させるトルク（以下、アシスト力Ｆａという）を算出し、モータ制御部５に出力する。段差乗り越え補償を行う際には、段差乗り越え初期の段階から前輪を持ち上げるのに一定のアシスト力Ｆａが必要になる。すなわち、歩行支援機１の傾斜角度に比例して、大きなアシスト力Ｆａが必要となるわけではない。ただし、アシスト力Ｆａの大きさを、歩行支援機１の傾斜角度に比例して大きくなるように設定することも有効である。特に、段差が大きな場合、より大きなアシスト力、および、より長い時間の前輪の持ち上げが必要となるが、アシスト力Ｆａの大きさを、歩行支援機１の傾斜角度に比例して大きくなるように設定することで、段差の乗り越えに要する時間を短縮することができるからである。
【００２６】
指令トルク演算部４は、モータ６に発生させるアシスト力Ｆａを算出する際、歩行支援機１の傾斜角度が、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍより大きい値である（超過角度がある）場合には、アシスト力Ｆａを減算する。
【００２７】
指令トルク演算部４は、まず、角度センサ７から取得された傾斜角度から、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍを減算し、超過角度を算出する。次に、指令トルク演算部４は、以下の式（３）に超過角度を代入し、アシスト力Ｆａを算出する。
アシスト力Ｆａ＝（重力補償トルク＋段差乗り越え補償トルク）
−（ＫＳＬｌｉｍ×超過角度）                （３）
ＫＳＬｌｉｍは制御ゲインであり、歩行支援機１の挙動を安定させるために定められる係数である。
【００２８】
超過角度がある場合、（ＫＳＬｌｉｍ×超過角度）の項が減算される。ＫＳＬｌｉｍ（係数）は、角度制限がかかった状態で、歩行支援機１が安定に停止するように調整する。この制限により、過剰なアシスト力Ｆａの発生が抑制され、使用者が歩行支援機１から手を離したり、歩行支援機１が転倒するのを防ぐことができる。
【００２９】
次に、指令トルク演算部４の処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。
まず、指令トルク演算部４は、角度センサ７から取得した歩行支援機１の傾斜角度が、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ２１）。次に、指令トルク演算部４は、傾斜角度が制限値ＳＬｌｉｍより大きい値であると判定した場合（ステップＳＴ２１の“ＹＥＳ”の場合）、超過角度を算出する（ステップＳＴ２２）。次に、指令トルク演算部４は、算出した超過角度を用いてアシスト力Ｆａを算出する（ステップＳＴ２４）。一方、指令トルク演算部４は、角度センサ７から取得した歩行支援機１の傾斜角度が、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍ以下の値であると判定した場合（ステップＳＴ２１の“ＮＯ”の場合）、超過角度＝０と判定する（ステップＳＴ２３）。次に、指令トルク演算部４は、超過角度＝０を用いてアシスト力Ｆａを算出する（ステップＳＴ２４）。
【００３０】
次に、段差乗り越え補償による段差乗り越えが完了したか否かを検知する方法について説明する。アシスト指令部３は、前輪が段差上に乗り上がった時点で、段差乗り越えが完了したと判定する。歩行支援機１が、段差に差し掛かってから段差上に乗り上がるまでの段差乗り越え走行距離をＳとする。アシスト指令部３は歩行支援機１の段差乗り越え走行距離Ｓを求め、当該段差乗り越え走行距離Ｓを閾値Ｄｅｔｈと比較する。アシスト指令部３は、段差乗り越え走行距離Ｓが閾値Ｄｅｔｈより大きい値である場合に、段差乗り越えが完了したと判定し、段差乗り越え補償を終了する指令を、指令トルク演算部４に出力する。
【００３１】
アシスト指令部３が求める段差乗り越え走行距離Ｓ、および閾値Ｄｅｔｈについて、図６を用いて説明する。歩行支援機１の前輪が、段差に差し掛かってから段差上に乗り上がるまでの段差乗り越え走行距離Ｓは、車輪半径をＲ［ｍ］、段差高さをＨ［ｍ］とし、以下の式（４）となる。
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段差高さＨは、予め定められた乗り越え可能最大段差高さｈに、安全率Ｋｈを乗算して求められる。
なお、アシスト指令部３が、角度センサ７から車輪の回転角度Ａ［ｒａｄ］を取得するように構成し、以下の式（４´）により段差乗り越え走行距離Ｓを求めることもできる。
Ｓ＝（２πＲ）×Ａ／（２π）＝ＲＡ  ［ｍ］    （４´）
【００３２】
ここで、歩行支援機１の前後輪間距離をＷＢ［ｍ］とすると、歩行支援機１が段差乗り越え走行距離Ｓを走行後、後輪が段差に差し掛かるまでの距離は、ＷＢ［ｍ］である。閾値Ｄｅｔｈには、前輪が段差上に乗り上がった後、後輪が段差に差し掛かるまでの間の走行距離が設定される。閾値Ｄｅｔｈは、過剰な段差乗り越え補償によって後輪が段差にぶつかり、使用者に不快感を与えることがないように設定される。
【００３３】
閾値Ｄｅｔｈは、例えば、以下の式（５）により算出する。
Ｄｅｔｈ＝１．５×Ｓ  ［ｍ］      （５）
例えば、上記式（４）においてＲ＝０．１［ｍ］、Ｈ＝０．０５［ｍ］とし、算出されたＳを式（５）に代入すると、Ｄｅｔｈ≒０．１３［ｍ］となる。
【００３４】
次に、アシスト指令部３の処理について図７のフローチャートを用いて説明する。まず、アシスト指令部３は、取得した段差乗り越え走行距離Ｓが、閾値Ｄｅｔｈより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ３１）。次に、アシスト指令部３は、段差乗り越え走行距離Ｓが閾値Ｄｅｔｈより大きい値であると判定した場合（ステップＳＴ３１の“ＹＥＳ”の場合）、段差乗り越えが完了したと判定し、段差乗り越え補償を終了する指令を、指令トルク演算部４に出力する（ステップＳＴ３２）。一方、アシスト指令部３は、段差乗り越え走行距離Ｓが閾値Ｄｅｔｈ以下の値であると判定した場合（ステップＳＴ３１の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ３１の処理を繰り返す。
【００３５】
上記では、段差乗り越え走行距離Ｓが、閾値Ｄｅｔｈより大きい値となった場合に、アシスト指令部３が、段差乗り越え補償による段差乗り越えが完了したと判定する場合について説明した。ただし、段差乗り越え補償中であり、段差乗り越え走行距離Ｓが、閾値Ｄｅｔｈ以下の値である場合であっても、アシスト指令部３が段差乗り越え補償を中断するように構成してもよい。例えば、使用者により段差乗り越え補償がキャンセルされた場合などが考えられる。
【００３６】
上記構成について、図８のフローチャートを用いて説明する。ステップＳＴ３１は、図７と同様であるため、説明を省略する。アシスト指令部３は、段差乗り越え補償の開始時点において、歩行支援機１の傾斜角度ＳＬｂを記憶する。アシスト指令部３は、段差乗り越え走行距離Ｓが閾値Ｄｅｔｈ以下の値であると判定した場合（ステップＳＴ３１の“ＮＯ”の場合）、歩行支援機１の傾斜角度がＳＬｂと等しいか否かを判定する（ステップＳＴ３３）。このとき、歩行支援機１の傾斜角度は、ＳＬｂと等しい値に限定されるものではなく、略等しい値であればよい。次に、アシスト指令部３は、歩行支援機１の傾斜角度がＳＬｂと等しいと判定した場合（ステップＳＴ３３の“ＹＥＳ”の場合）、段差の乗り越えが完了したと判定し、段差乗り越え補償を終了する指令を、指令トルク演算部４に出力する（ステップＳＴ３２）。一方、アシスト指令部３は、歩行支援機１の傾斜角度がＳＬｂと等しくないと判定した場合（ステップＳＴ３３の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ３１に戻る。
【００３７】
以上のように、実施の形態１に係る歩行支援機１によれば、歩行支援機１の重力補償を実行する指令を出力するとともに、歩行支援機１に対する操作から段差乗り越え補償の要否を判定し、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、当該補償を実行する指令を出力するアシスト指令部３と、アシスト指令部３から出力された指令の実行に必要となる、モータ６に発生させるトルクを演算する指令トルク演算部４と、指令トルク演算部４で演算されたトルクを、モータ６に発生させるモータ制御部５とを備えるようにしたので、重力補償を行うとともに、特殊な機構を設けることなく、段差乗り越え補償の要否を判定し、当該補償を実現することができる。
【００３８】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る歩行支援機１の構成図である。
実施の形態２に係る歩行支援機１は、歩行支援機走行制御装置２ａ、モータ６、および角度センサ７を備える。実施の形態２に係る歩行支援機走行制御装置２ａは、図１に示した実施の形態１に係る歩行支援機走行制御装置２に、車速検出部８を追加して構成する。実施の形態２では、歩行支援機走行制御装置２ａ、モータ６、角度センサ７、およびエンコーダ９が歩行支援機１に搭載される。また、歩行支援機走行制御装置２ａに、モータ６、角度センサ７およびエンコーダ９が接続される。
以下、実施の形態１で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００３９】
エンコーダ９は、車輪の回転数を計測し、車速検出部８に出力する。車速検出部８は、取得した車輪の回転数に基づき、歩行支援機１の車速を検出する。車速検出部８は、検出した歩行支援機１の車速をアシスト指令部３に出力する。
【００４０】
実施の形態２では、実施の形態１と同様に、アシスト指令部３が、歩行支援機１の傾斜角度の変化量に基づいて、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する。ただし、実施の形態２では、当該判定を、歩行支援機１が停止していること、すなわち、車速が０であることを検知した上で行う。なお、車速は０に限定されるものではなく、略０であればよい。
【００４１】
次に、アシスト指令部３の処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、アシスト指令部３は、車速検出部８から取得した車速が０であるか否かを判定する（ステップＳＴ４１）。次に、アシスト指令部３は、車速が０である場合（ステップＳＴ４１の“ＹＥＳ”の場合）、角度センサ７から歩行支援機１の傾斜角度を取得する（ステップＳＴ４２）。一方、アシスト指令部３は、車速が０でない場合（ステップＳＴ４１の“ＮＯ”の場合）、ＳＴ４１の処理を繰り返す。
【００４２】
次に、アシスト指令部３は、角度センサ７から取得した傾斜角度の変化量が、閾値ｄＳＬｓｔｈより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ４３）。次に、アシスト指令部３は、傾斜角度の変化量が閾値ｄＳＬｓｔｈより大きい値である場合（ステップＳＴ４３の“ＹＥＳ”の場合）、段差乗り越え補償を行うと判定し、段差乗り越え補償を行う指令を、指令トルク演算部４に出力する（ステップＳＴ４４）。一方、アシスト指令部３は、傾斜角度の変化量が閾値ｄＳＬｓｔｈ以下の値である場合（ステップＳＴ４３の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ４１に戻る。
【００４３】
実施の形態２では、歩行支援機１の車速が０になった時点からの傾斜角度の変化量に基づいて、段差乗り越え補償を行うか否かを判定するので、坂道などの傾斜面で歩行支援機１を使用し、段差に差し掛かった場合でも、より正確に段差乗り越え補償を行うか否かを判定することができる。これにより、段差乗り越え補償を行うと誤判定する可能性を低減することができる。
【００４４】
実施の形態１では、指令トルク演算部４が、アシスト力Ｆａを算出する際、歩行支援機１の傾斜角度が、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍより大きい値である（超過角度がある）場合に、アシスト力Ｆａを減算した。実施の形態２では、さらに、歩行支援機１の車速が、車速の制限値ＳＰｌｉｍより大きい値である（超過速度がある）場合にも、アシスト力Ｆａを減算する。
【００４５】
指令トルク演算部４は、まず、角度センサ７から取得された傾斜角度から、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍを減算し、超過角度を算出する。次に、車速検出部８から取得された車速から、車速の制限値ＳＰｌｉｍを減算し、超過速度を算出する。
指令トルク演算部３は、以下の式（６）に超過角度、超過速度を代入し、アシスト力Ｆａを算出する。
アシスト力Ｆａ＝（重力補償トルク＋段差乗り越え補償トルク）
−（ＫＳＬｌｉｍ×超過角度）
−（ＫＳＰｌｉｍ×超過速度）            （６）
ＫＳＬｌｉｍ、ＫＳＰｌｉｍは制御ゲインであり、歩行支援機１の挙動を安定させるために定められる係数である。
【００４６】
超過角度がある場合、（ＫＳＬｌｉｍ×超過角度）の項が減算される。また、超過速度がある場合、（ＫＳＰｌｉｍ×超過速度）の項が減算される。ＫＳＬｌｉｍ（係数）は、角度制限がかかった状態で、歩行支援機１が安定に停止するように調整する。ＫＳＰｌｉｍ（係数）は、車速制限がかかった状態で、歩行支援機１が安定して定速走行するように調整する。これらの制限により、過剰なアシスト力の発生が抑制され、使用者が歩行支援機１から手を離したり、歩行支援機１が転倒するのを防ぐことができる。
【００４７】
次に、指令トルク演算部４の処理について、図１１のフローチャートを用いて説明する。まず、指令トルク演算部４は、角度センサ７から取得した歩行支援機１の傾斜角度が、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ５１）。次に、指令トルク演算部４は、傾斜角度が制限値ＳＬｌｉｍより大きい値であると判定した場合（ステップＳＴ５１の“ＹＥＳ”の場合）、超過角度を算出する（ステップＳＴ５２）。一方、指令トルク演算部４は、角度センサ６から取得した傾斜角度が、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍ以下の値であると判定した場合（ステップＳＴ５１の“ＮＯ”の場合）、超過角度＝０と判定する（ステップＳＴ５３）。
【００４８】
次に、指令トルク演算部４は、歩行支援機１の車速が、車速の制限値ＳＰｌｉｍより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ５４）。指令トルク演算部４は、歩行支援機１の車速が、車速の制限値ＳＰｌｉｍより大きい値であると判定した場合（ステップＳＴ５４の“ＹＥＳ”の場合）、超過速度を算出する（ステップＳＴ５５）。一方、指令トルク演算部４は、歩行支援機１の車速が、車速の制限値ＳＰｌｉｍ以下の値であると判定した場合（ステップＳＴ５４の“ＮＯ”の場合）、超過速度＝０と判定する（ステップＳＴ５６）。次に、指令トルク演算部４は、超過角度および超過速度の判定結果を用いてアシスト力を算出する（ステップＳＴ５７）。
なお、上記では、超過角度および超過速度の判定結果をいずれも考慮する場合について説明したが、いずれか一方のみとしてもよい。
【００４９】
実施の形態１の図７、図８では、アシスト指令部３が、段差乗り越え補償による段差の乗り越えが完了したか否かを判定する場合について、段差乗り越え走行距離Ｓが、閾値Ｄｅｔｈより大きい値であるか否かを判定する場合、および、当該判定に加え、歩行支援機１の傾斜角度が、段差乗り越え補償の開始時点の歩行支援機１の傾斜角度ＳＬｂと等しいか否かを判定する場合について説明した。実施の形態２では、それらの判定に加え、さらに、歩行支援機１の車速が上昇したか否かを判定する。
【００５０】
段差乗り越え前には、歩行支援機１の前輪が段差に突き当たるため、車速は０となる。そして、段差乗り越え補償により、歩行支援機１の前輪が段差上に乗り上がると、再び歩行支援機１の車速は上昇する。段差乗り越えに必要となる最小移動距離は、実施の形態１の式（４）と同様である。段差乗り越えに要する最短時間をＴｓｔｍｉｎ［ｓ］とすると、段差乗り越え時の歩行支援機１の最大車速は、以下の式（７）となる。
2018007710.tif 000004
【００５１】
ここで、最小歩行速度をＳＰｗ［ｍ／ｓ］とすると、段差乗り越えが完了したか否かを判定する閾値ＳＰｅｔｈには、最小歩行速度ＳＰｗと、式（７）により算出される段差乗り越え時の歩行支援機１の最大車速の間の値を設定するのがよい。
【００５２】
ここで、Ｒ＝０．１［ｍ］、Ｈ＝０．０５［ｍ］、Ｔｓｔｍｉｎ＝２［ｓｅｃ．］とすると、式（７）より最大車速は、０．０４３３［ｍ／ｓ］となる。そして、ＳＰｗ＝０．２［ｍ／ｓ］とすると、ＳＰｅｔｈ≒０．１２［ｍ／ｓ］とするのがよい。
【００５３】
アシスト指令部３の処理について、図１２のフローチャートを用いて説明する。ステップＳＴ３１およびステップＳＴ３３は、実施の形態１の図８と同様であるため、説明を省略する。アシスト指令部３は、歩行支援機１の傾斜角度がＳＬｂと等しいと判定した場合（ステップＳＴ３３の“ＹＥＳ”の場合）、次に、歩行支援機１の車速が、閾値ＳＰｅｔｈより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ６４）。次に、アシスト指令部３は、歩行支援機１の車速が、閾値ＳＰｅｔｈより大きい値であると判定した場合（ステップＳＴ６４の“ＹＥＳ”の場合）、段差の乗り越えが完了したと判定し、段差乗り越え補償を終了する指令を、指令トルク演算部４に出力する（ステップＳＴ３２）。一方、アシスト指令部３は、歩行支援機１の車速が閾値ＳＰｅｔｈ以下の値であると判定した場合（ステップＳＴ６４の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ３１に戻る。
【００５４】
以上のように、実施の形態２に係る歩行支援機１によれば、歩行支援機１の重力補償を実行する指令を出力するとともに、歩行支援機１に対する操作から段差乗り越え補償の要否を判定し、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、当該補償を実行する指令を出力するアシスト指令部３と、アシスト指令部３から出力された指令の実行に必要となる、モータ６に発生させるトルクを演算する指令トルク演算部４と、指令トルク演算部４で演算されたトルクを、モータ６に発生させるモータ制御部５とを備えるようにしたので、重力補償を行うとともに、特殊な機構を設けることなく、段差乗り越え補償の要否を判定し、当該補償を実現することができる。
【００５５】
また、歩行支援機１の車速を検出する車速検出部８を備え、アシスト指令部３は、車速検出部８が検出した歩行支援機１の車速が０である場合に、踏み込み部１２に対する操作に伴い、角度センサ７から出力される歩行支援機１の傾斜角度の変化量と、閾値ｄＳＬｓｔｈとを比較し、段差乗り越え補償を行うか否かを判定するようにしたので、アシスト指令部３が、段差乗り越え補償を実行すると誤判定する可能性を低減することができる。
【００５６】
実施の形態３．
図１３は、実施の形態３に係る歩行支援機１の構成図である。実施の形態３に係る歩行支援機１は、歩行支援機走行制御装置２ｂ、モータ６、角度センサ７、および圧力センサ１３を備える。実施の形態３に係る歩行支援機走行制御装置２ｂは、図１に示した実施の形態１に係る歩行支援機走行制御装置２に、操作力検出部１０を追加して構成する。実施の形態３では、歩行支援機走行制御装置２ｂ、モータ６、角度センサ７、および圧力センサ１３が、歩行支援機１に搭載される。また、歩行支援機走行制御装置２ｂには、モータ６、角度センサ７、および圧力センサ１３が接続される。
以下、実施の形態１で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００５７】
図１４は、圧力センサ１３の搭載位置を示す図である。圧力センサ１３は、踏み込み部１２に取り付けられる。
歩行支援機１の使用者は、路面などの段差を乗り越える際に、踏み込み部１２を踏み込み、歩行支援機１の前輪を浮かせる。圧力センサ１３は、踏み込み部１２の踏込みによって受ける負荷を検出し、操作力検出部１０に出力する。操作力検出部１０は、圧力センサ１３から取得した負荷に基づき、操作力を算出する。操作力算出部１０は、算出した操作力を、アシスト指令部３に出力する。
【００５８】
次に、アシスト指令部３が、重力補償に加え、段差乗り越え補償を行うと判定する方法について説明する。実施の形態１では、アシスト指令部３は、角度センサ７から取得した傾斜角度の変化量に基づいて、段差乗り越え補償を行うか否かを判定したが、実施の形態３では、アシスト指令部３は、操作力検出部１０から取得した操作力に基づいて、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する。
【００５９】
アシスト指令部３は、操作力検出部１０から取得した操作力が、閾値Ｆｓｔｈより大きい値となった場合に、段差乗り越え補償を行うと判定する。
【００６０】
次に、閾値Ｆｓｔｈの求め方を説明する。
閾値Ｆｓｔｈは、誤判定を防ぐこと、および踏み込みの操作性を損なわないことを考慮し、以下のように定める。まず、操作力の最小値Ｆｍｉｎ［Ｎ］は、重力加速度をｇ、使用者の体重をＷｕ［ｋｇ］とし、使用者の片足による操作（体重の約２０％）を想定すると、以下の式（８）により求まる。
Ｆｍｉｎ＝０．２×ｇ×Ｗｕ［Ｎ］    （８）
また、操作力の最大値Ｆｍａｘ［Ｎ］は、使用者が踏み込むことのできる力の最大であり、体重Ｗｕ［ｋｇ］の半分であると想定すると、以下の式（９）により求まる。
Ｆｍａｘ＝０．５×ｇ×Ｗｕ［Ｎ］    （９）
上記式（８）および式（９）を用いて、以下の式（１０）により閾値Ｆｓｔｈを求める。
Ｆｓｔｈ＝（Ｆｍｉｎ＋Ｆｍａｘ）／２＝０．３５×ｇ×Ｗｕ［Ｎ］  （１０）
【００６１】
例えば、Ｗｕ＝６０［ｋｇ］とすると、Ｆｓｔｈは、２０５．８Ｎ（＝２１ｋｇｗ）となる。
【００６２】
上記では圧力センサ１３を用いたが、これに限定されるものではなく、マイクロスイッチのようなＯＮ／ＯＦＦスイッチを用いてもよい。その場合、マイクロスイッチに適切な硬度のカバーを取り付け、踏み込みによりマイクロスイッチが受ける負荷を調整する。
【００６３】
次に、アシスト指令部３の処理について、図１５のフローチャートを用いて説明する。まず、アシスト指令部３は、操作力検出部１０から操作力を取得する（ステップＳＴ７１）。次に、アシスト指令部３は、操作力検出部１０から取得した操作力が、閾値Ｆｓｔｈより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ７２）。アシスト指令部３は、操作力検出部１０から取得した操作力が、閾値Ｆｓｔｈより大きい値である場合（ステップＳＴ７２の“ＹＥＳ”の場合）、段差乗り越え補償を行うと判定し、段差乗り越え補償を行う指令を、指令トルク演算部４に出力する（ステップＳＴ７３）。一方、操作力が閾値Ｆｓｔｈ以下の値である場合（ステップＳＴ７２の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ７１に戻る。
【００６４】
指令トルク演算部４は、段差乗り越え補償を行う指令を取得した場合、モータ６に発生させるトルク（アシスト力Ｆｂとする）を算出し、モータ制御部５に出力する。段差乗り越え補償を行う際には、段差乗り越え初期の段階から前輪を持ち上げるのに一定のアシスト力Ｆｂが必要になる。ここで、歩行支援機１を傾斜させるために必要な力Ｆｔｉｌｔは、使用者が踏み込み部１２を踏み込む力をＦとすると、以下の式（１１）となる。
Ｆｔｉｌｔ＝Ｆ＋Ｆｂ      （１１）
ここで、使用者の踏み込む力Ｆが、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する閾値Ｆｓｔｈであるとすると、上記式（１１）は、以下の式（１２）となる。
Ｆｔｉｌｔ＝Ｆｓｔｈ＋Ｆｂ      （１２）
【００６５】
圧力センサ１３のように、使用者の踏み込む力Ｆを連続的に検出できるデバイスを使用する場合、アシスト力Ｆｂを踏み込む力Ｆに比例するように設定することも有効である。段差が大きいほど、前輪を大きく持ち上げる必要があるからである。この場合、アシスト力Ｆｂは以下の式（１３）により求めることができる。
アシスト力Ｆｂ＝｛（Ｆｔｉｌｔ−Ｆｓｔｈ）／Ｆｓｔｈ｝×Ｆ  
（Ｆｔｉｌｔ＞Ｆｓｔｈ）                    （１３）
使用者の踏み込む力Ｆ＝０の時に、アシスト力Ｆｂ＝０になるように設定する場合、閾値Ｆｓｔｈを０とすることもできる。
【００６６】
指令トルク演算部４は、アシスト力Ｆｂを算出する際、歩行支援機１の傾斜角度が、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍより大きい値である（超過角度がある）場合には、アシスト力Ｆｂを減算する。指令トルク演算部４は、まず、角度センサ７から取得された傾斜角度から、傾斜角度の制限値ＳＬｌｉｍを減算し、超過角度を算出する。
【００６７】
次に、指令トルク演算部４は、以下の式（１４）に超過角度を代入し、アシスト力Ｆｂを算出する。ＫＳＬｌｉｍは係数である。
アシスト力Ｆｂ＝（重力補償トルク＋段差乗り越え補償トルク）
−（ＫＳＬｌｉｍ×超過角度）                    （１４）
ＫＳＬｌｉｍは制御ゲインであり、歩行支援機１の挙動を安定させるために定められる係数である。
【００６８】
超過角度がある場合、（ＫＳＬｌｉｍ×超過角度）の項が減算される。ＫＳＬｌｉｍ（係数）は、角度制限がかかった状態で、歩行支援機１が安定に停止するように調整する。この制限により、過剰なアシスト力Ｆｂの発生が抑制され、使用者が歩行支援機１から手を離したり、歩行支援機１が転倒するのを防ぐことができる。上記構成とする場合の指令トルク演算部４の処理については、実施の形態１の図５のフローチャートと同様である。
【００６９】
また、アシスト指令部３が、段差乗り越え補償による段差の乗り越えが完了したか否かを検知する方法は、実施の形態１の図７のフローチャートまたは図８のフローチャートと同様である。
【００７０】
以上のように、実施の形態３に係る歩行支援機１によれば、歩行支援機１の重力補償を実行する指令を出力するとともに、歩行支援機１に対する操作から段差乗り越え補償の要否を判定し、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、当該補償を実行する指令を出力するアシスト指令部３と、アシスト指令部３から出力された指令の実行に必要となる、モータ６に発生させるトルクを演算する指令トルク演算部４と、指令トルク演算部４で演算されたトルクを、モータ６に発生させるモータ制御部５とを備えるようにしたので、重力補償を行うとともに、特殊な機構を設けることなく、段差乗り越え補償の要否を判定し、当該補償を実現することができる。
【００７１】
実施の形態４．
図１６は、実施の形態４に係る歩行支援機１の構成図である。実施の形態４に係る歩行支援機１は、歩行支援機走行制御装置２ｃ、モータ６、角度センサ７、エンコーダ９、および圧力センサ１３を備える。
実施の形態４に係る歩行支援機走行制御装置２ｃは、図１３に示した実施の形態３に係る歩行支援機走行制御装置２ｂに、車速検出部８を追加して構成する。実施の形態４では、歩行支援機走行制御装置２ｃ、モータ６、角度センサ７、エンコーダ９、および圧力センサ１３が、歩行支援機１に搭載される。また、歩行支援機走行制御装置２ｃには、モータ６、角度センサ７、エンコーダ９、および圧力センサ１３が接続される。
以下、実施の形態１、２、３で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００７２】
実施の形態２と同様に、エンコーダ９は、車輪の回転数を計測し、車速検出部８に出力する。車速検出部８は、取得した車輪の回転数に基づき、歩行支援機１の車速を検出する。車速検出部８は、検出した歩行支援機１の車速を、アシスト指令部３に出力する。
【００７３】
実施の形態４では、実施の形態３と同様に、アシスト指令部３が、操作力検出部１０から取得した操作力に基づいて、段差乗り越え補償を行うか否かを判定する。ただし、実施の形態４では、当該判定を、歩行支援機１が停止していること、すなわち、車速が０であることを検知した上で行う。なお、車速は０に限定されるものではなく、略０であればよい。
【００７４】
次に、アシスト指令部３の処理について、図１７のフローチャートを用いて説明する。まず、アシスト指令部３は、車速検出部８から取得した車速が０であるか否かを判定する（ステップＳＴ８１）。次に、アシスト指令部３は、車速が０である場合（ステップＳＴ８１の“ＹＥＳ”の場合）、アシスト指令部３は、操作力検出部１０から操作力を取得する（ステップＳＴ８２）。一方、車速が０でない場合（ステップＳＴ８１の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ８１の処理を繰り返す。次に、アシスト指令部３は、操作力検出部１０からから取得した操作力が閾値Ｆｓｔｈより大きい値であるか否かを判定する（ステップＳＴ８３）。アシスト指令部３は、操作力検出部１０から取得した操作力が、閾値Ｆｓｔｈより大きい値である場合（ステップＳＴ８３の“ＹＥＳ”の場合）、段差乗り越え補償を行うと判定し、段差乗り越え補償を行う指令を、指令トルク演算部４に出力する（ステップＳＴ８４）。一方、操作力が閾値Ｆｓｔｈ以下の値である場合（ステップＳＴ８３の“ＮＯ”の場合）、ステップＳＴ８１に戻る。
【００７５】
上記のように、歩行支援機１の車速が０であることを確認した後に、操作力が閾値Ｆｓｔｈより大きい値であるか否かを判定するように構成することで、アシスト指令部３は、歩行支援機１の車速が０でないときには、段差乗り越え補償を行う指令を出力しない。
【００７６】
アシスト指令部３が、段差乗り越え補償により、段差の乗り越えが完了したか否かを判定する方法は、実施の形態２の図１２のフローチャートと同様に構成することができる。
【００７７】
以上のように、実施の形態４に係る歩行支援機１によれば、歩行支援機１の重力補償を実行する指令を出力するとともに、歩行支援機１に対する操作から段差乗り越え補償の要否を判定し、段差乗り越え補償を実行すると判定した場合に、当該補償を実行する指令を出力するアシスト指令部３と、アシスト指令部３から出力された指令の実行に必要となる、モータ６に発生させるトルクを演算する指令トルク演算部４と、指令トルク演算部４で演算されたトルクを、モータ６に発生させるモータ制御部５とを備えるようにしたので、重力補償を行うとともに、特殊な機構を設けることなく、段差乗り越え補償の要否を判定し、当該補償を実現することができる。
【００７８】
また、歩行支援機１の車速を検出する車速検出部８を備え、アシスト指令部３は、車速検出部８が検出した歩行支援機１の車速が０である場合に、踏み込み部１２に対する操作に伴い、操作力算出部１０から出力される操作力と、閾値Ｆｓｔｈとを比較し、段差乗り越え補償を行うか否かを判定するようにしたので、アシスト指令部３が、段差乗り越え補償を実行すると誤判定する可能性を低減することができる。
【００７９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  歩行支援機
２，２ａ，２ｂ，２ｃ  歩行支援機走行制御装置
３  アシスト指令部
４  指令トルク演算部
５  モータ制御部
６  モータ
７  角度センサ
８  車速検出部
９  エンコーダ
１０  操作力検出部
１１  ハンドル
１２  踏み込み部
１３  圧力センサ
【図１】
2018007710.tif 000005
【図２】
2018007710.tif 000006
【図３】
2018007710.tif 000007
【図４】
2018007710.tif 000008
【図５】
2018007710.tif 000009
【図６】
2018007710.tif 000010
【図７】
2018007710.tif 000011
【図８】
2018007710.tif 000012
【図９】
2018007710.tif 000013
【図１０】
2018007710.tif 000014
【図１１】
2018007710.tif 000015
【図１２】
2018007710.tif 000016
【図１３】
2018007710.tif 000017
【図１４】
2018007710.tif 000018
【図１５】
2018007710.tif 000019
【図１６】
2018007710.tif 000020
【図１７】
2018007710.tif 000021