(57)【要約】【課題】  従来のユーザが装着してユーザの歩行をアシストするアシスト装置とは異なり、歩行中のユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止できる歩行転倒防止装置、歩行転倒防止装置の制御装置及び制御方法、並びに、歩行転倒防止装置用制御プログラムを提供する。【解決手段】  入力インターフェース部２００で取得したユーザ自身のユーザ情報とユーザ１００の歩行動作の歩行情報とに基づいて、ユーザが装着可能な第１及び第２アシストウェア２ａ，２ｂ，２ｃの少なくとも１本の脚の股関節又は足首の左側面に対応する部分に配置されて流体を加減することにより伸縮する第１及び第３アクチュエータ１０ｈ，１０ｆ，１１ｈ，１１ｆと脚の股関節又は足首の右側面に対応する部分に配置されて流体を加減することにより伸縮する第２及び第４アクチュエータ１０ｅ，１０ｇ，１１ｅ，１１ｇとを夫々独立して夫々の流体供給量を制御することにより、股関節又は足首の左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性を剛性制御部２４で変更する。【選択図】図１
2018114278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置であって、
アシスト機構と、
前記アシスト機構の動作を制御する制御装置とを備え、
前記アシスト機構は、
前記ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する入力インターフェース部と、
前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と右側面とにおける剛性を変更するように制御する剛性制御部と
を備える、
歩行転倒防止装置。
【請求項２】
前記第１〜第４のアクチュエータは、それぞれ、中空を有する管状弾性体であり、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体を加減することにより前記管状弾性体が伸縮し、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体の供給量を制御することにより前記管状弾性体の剛性を変更する、
請求項１に記載の歩行転倒防止装置。
【請求項３】
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体を加圧することにより前記管状弾性体を伸張し、前記中空内へ供給される前記流体を減圧することにより前記管状弾性体を収縮し、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体の前記供給量を所定値以上に維持することにより、前記管状弾性体の前記剛性を高め、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体の前記供給量を前記所定値未満に減少させることで、前記管状弾性体の前記剛性を低める、
請求項２に記載の歩行転倒防止装置。
【請求項４】
前記入力インターフェース部は、前記ユーザの年齢、前記ユーザの前記脚のケガの状態、及び前記ユーザの疲労状態の情報のうちのいずれかを前記ユーザ情報として取得するユーザ情報入力部を備え、
前記剛性制御部は、前記ユーザ情報入力部で取得た前記ユーザ情報において、前記ユーザの前記年齢が高いほど、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、前記脚のケガがあれば、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、前記ユーザの疲労状態が大きいほど、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更するように制御する、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の歩行転倒防止装置。
【請求項５】
前記入力インターフェース部は、前記ユーザの歩行状態に関する情報を前記歩行情報として取得する歩行情報取得装置と、
前記歩行情報取得装置からの前記歩行情報を基に歩行周期情報を推定する歩行周期推定部と、
前記歩行周期推定部から出力されかつ前記ユーザの歩行時間を含む歩行周期情報から、前記ユーザ情報の例として、前記ユーザの経時的疲労度を推定する疲労度推定部とを備え、
前記剛性制御部は、前記疲労度推定部において前記ユーザの歩行時間が歩行時間用閾値より長いと判定された場合、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、前記疲労度推定部で推定された前記ユーザの経時的疲労度が経時的疲労度用閾値より大きいと判定された場合、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更するように制御する、
請求項１〜４のいずれか１つに記載の歩行転倒防止装置。
【請求項６】
前記入力インターフェース部は、前記ユーザの前記歩行情報を取得する歩行情報取得装置を備え、
前記剛性制御部は、前記歩行情報取得装置で取得した前記ユーザの前記歩行情報に基づいて、前記左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するタイミングを制御する、
請求項１〜５のいずれか１つに記載の歩行転倒防止装置。
【請求項７】
前記ユーザの前記歩行情報は、前記ユーザの歩行周期情報であり、
前記剛性制御部は、前記ユーザの前記歩行周期情報に基づいて、第１の剛性値よりも第２の剛性値を小さくするとともに、前記脚が接地する直前に前記第２の剛性値から前記第１の剛性値に変更して前記左側面と前記右側面とにおける剛性を大きくするように制御し、
ここで、前記第１の剛性値は、前記ユーザの前記脚が接地面に接触しているときの前記左側面と前記右側面とにおける剛性の大きさであり、前記第２の剛性値は、前記ユーザの前記脚が前記接地面に接触していないときの前記左側面と前記右側面とにおける剛性の大きさである、
請求項６に記載の歩行転倒防止装置。
【請求項８】
前記ユーザの前記歩行情報は、前記ユーザの歩行周期情報であり、
前記剛性制御部は、前記ユーザの前記歩行周期情報に基づいて、予想される接地時の所定時間前に、遊脚期間におけるある所定期間より前の剛性値よりも剛性値を大きくするように制御する、
請求項６に記載の歩行転倒防止装置。
【請求項９】
前記ユーザの歩行情報は、前記ユーザの歩行周期情報であり、
前記剛性制御部は、前記ユーザの前記脚が前記接地面に接触する直前に、前記左側面と前記右側面とにおける剛性を前記剛性値よりも大きくした後、前記ユーザの前記歩行周期情報に基づいて、前記ユーザの前記脚が前記接地面から離れているときに、前記変更された前記左側面と前記右側面とにおける剛性を前記剛性値に戻すように制御し、
請求項８に記載の歩行転倒防止装置。
【請求項１０】
前記アシスト機構は、さらに、
前記アシストウェアの、前記ユーザの少なくとも前記１本の脚の前記股関節又は前記足首の前面に対応する部分に配置されて、流体を加減することにより伸縮する第５アクチュエータと、
前記アシストウェアの、前記脚の前記股関節又は前記足首の後面に対応する部分に配置され、流体を加減することにより伸縮する第６アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第５アクチュエータと前記第６アクチュエータとをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は前記足首の前後方向のアシスト力を変更するように制御する、
請求項１〜９のいずれか１つに記載の歩行転倒防止装置。
【請求項１１】
ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結され、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結され、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備えるアシスト機構の動作を制御して、前記ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置の制御装置であって、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する入力インターフェース部と、
前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように制御する剛性制御部とを備える、
歩行転倒防止装置の制御装置。
【請求項１２】
ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結され、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結され、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備えるアシスト機構の動作を制御して、前記ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置の制御方法であって、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを入力インターフェース部で取得し、
前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように剛性制御部で制御する、
歩行転倒防止装置の制御方法。
【請求項１３】
ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結され、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結され、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備えるアシスト機構の動作を制御して、前記ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する情報取得部と、
前記情報取得部で取得した前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように制御する剛性制御部として機能させるための歩行転倒防止装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが装着して歩行動作をアシストするときユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止する歩行転倒防止装置、歩行転倒防止装置の制御装置及び制御方法、並びに、歩行転倒防止装置用制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーアシスト、高齢者又は障害者の動作補助、又は、リハビリ支援などを目的として人が装着するアシスト装置と呼ばれる機器が盛んに開発されるようになってきた。これらの機器は人が装着して動作するため、人と親和性の高い動作方法が求められる。一般的に人が関節を動作させる時、動作に必要な関節のトルクを発生させると同時に、拮抗した筋肉によって剛性を変化させていることがわかっている。そのため、人と親和性の高い動作方法として、人体に伝達する剛性を適切に設定可能な部材を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2015-2970号公報
【特許文献２】特許5259553号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特に人に装着して歩行補助を行う場合、人が安全に歩行を続けるためには歩行の動作方向である前後方向だけではなく、人の横方向すなわち人の左側及び右側の転倒を防止できることが望ましい。
【０００５】
しかし、一般的なアシスト装置においては、アシストが必要な方向、すなわち歩行の場合は、前後方向のアシスト方法のみが考えられていることが多い。
【０００６】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、歩行中のユーザの左側への転倒及び右側への転倒が防止できる歩行転倒防止装置、歩行転倒防止装置の制御装置及び制御方法、並びに、歩行転倒防止装置用制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の態様としては以下のように構成する。
【０００８】
本発明の１つの態様によれば、ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置であって、
アシスト機構と、
前記アシスト機構の動作を制御する制御装置とを備え、
前記アシスト機構は、
前記ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの各脚の股関節の（例えば各太腿の）左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記各脚の前記股関節の（例えば各太腿の）右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
各脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記各脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する入力インターフェース部と、
前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左右方向、すなわち、左側面と前記右側面とにおける剛性（例えば剛性目標値）を変更するように制御する剛性制御部と
を備える、
歩行転倒防止装置を提供する。
【０００９】
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コンピュータ読み取り可能な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】
【００１０】
本発明の前記態様によれば、ユーザ情報と歩行情報に基づいて歩行中のユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止できる。歩行中のユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止できる。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】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における歩行転倒防止装置のアシストパンツのアクチュエータの配置を示す図。
【図２】本発明の実施形態における歩行転倒防止装置の制御装置及び制御対象を示すブロック図。
【図３】実施形態における弾性体アクチュエータの一例である空気圧アクチュエータの構造及び動作を示す図。
【図４】本発明の実施形態におけるユーザ情報入力部の一例であるタッチパネルの表示の一例を示す図。
【図５】本発明の実施形態におけるフットセンサの配置の一例を示す図。
【図６】本発明の実施形態における歩行周期を示す図。
【図７】本発明の実施形態における疲労推定部の動作の一例を示す図。
【図８】ユーザの身体における前額面と矢状面とを示す斜視図。
【図９Ａ】本発明の実施形態におけるアシスト強度決定部の動作の一例を示す図。
【図９Ｂ】本発明の実施形態におけるアシスト強度決定部の動作の一例を示す図。
【図９Ｃ】本発明の実施形態におけるアシスト強度決定部の動作の一例を示す図。
【図９Ｄ】本発明の実施形態におけるアシスト強度決定部の動作の一例を示す図。
【図９Ｅ】本発明の実施形態におけるアシスト強度決定部の動作の一例を示す図。
【図１０】本発明の実施形態におけるタイミング判別部の動作の一例を示す図。
【図１１】本発明の実施形態における剛性目標値出力部の動作の一例を示す図。
【図１２】本発明の実施形態における剛性の目標値決定結果の一例を示す図。
【図１３】本発明の実施形態における空気圧アクチュエータの配置を示す図。
【図１４】本発明の実施形態における各アクチュエータの目標弾性係数のタイミングチャートの一例を示す図。
【図１５】本発明の実施形態における空気圧アクチュエータの位置関係を示す図。
【図１６】本発明の実施形態におけるアシストシステムの概要を示す図。
【図１７】本発明の実施形態におけるアシストパンツ内のアクチュエータの配置を示す図。
【図１８】本発明の実施形態における股関節及び足首関節のトルクの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置であって、
アシスト機構と、
前記アシスト機構の動作を制御する制御装置とを備え、
前記アシスト機構は、
前記ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの各脚の股関節の（例えば各太腿の）左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記各脚の前記股関節の（例えば各太腿の）右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
各脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記各脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する入力インターフェース部と、
前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左右方向、すなわち、左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように制御する剛性制御部と
を備える、
歩行転倒防止装置を提供する。
【００１５】
前記第１の態様によれば、ユーザ情報と歩行情報に基づいて歩行中のユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止できる。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、前記第１〜第４のアクチュエータは、それぞれ、中空を有する管状弾性体であり、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体を加減することにより前記管状弾性体が伸縮し、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体の供給量を制御することにより前記管状弾性体の剛性を変更する、
第１の態様に記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体を加圧することにより前記管状弾性体を伸張し、前記中空内へ供給される前記流体を減圧することにより前記管状弾性体を収縮し、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体の前記供給量を所定値以上に維持することにより、前記管状弾性体の前記剛性を高め、
前記剛性制御部で前記中空内へ供給される前記流体の前記供給量を前記所定値未満に減少させることで、前記管状弾性体の前記剛性を低める、
第２の態様に記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００１８】
本発明の第４の態様によれば、前記入力インターフェース部は、前記ユーザの年齢、前記ユーザの前記脚のケガの状態、及び前記ユーザの疲労状態の情報のうちのいずれかを前記ユーザ情報として取得するユーザ情報入力部を備え、
前記剛性制御部は、前記ユーザ情報入力部で取得た前記ユーザ情報において、前記ユーザの前記年齢が高いほど、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、前記脚のケガがあれば、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、前記ユーザの疲労状態が大きいほど、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更するように制御する、
第１〜３のいずれか１つの態様に記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００１９】
前記第４の態様によれば、ユーザが歩行に対して支障がある状態である場合により剛性を高め、転倒防止効果を高めることができる歩行転倒防止装置を提供することができる。
【００２０】
本発明の第５の態様によれば、前記入力インターフェース部は、前記ユーザの歩行状態に関する情報を前記歩行情報として取得する歩行情報取得装置と、
前記歩行情報取得装置からの前記歩行情報を基に歩行周期情報を推定する歩行周期推定部と、
前記歩行周期推定部から出力されかつ前記ユーザの歩行時間を含む歩行周期情報から、前記ユーザ情報の例として、前記ユーザの経時的疲労度を推定する疲労度推定部とを備え、
前記剛性制御部は、前記疲労度推定部において前記ユーザの歩行時間が歩行時間用閾値より長いと判定された場合、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、前記疲労度推定部で推定された前記ユーザの経時的疲労度が経時的疲労度用閾値より大きいと判定された場合、前記左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更するように制御する、
第１〜４のいずれか１つの態様に記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００２１】
前記第５の態様によれば、歩行時間が長くなったり又は経時的疲労が大きくなってユーザが転倒しやすい状態にあると判断した場合に、より剛性を高め、転倒防止効果を高めることができる歩行転倒防止装置を提供することができる。
【００２２】
本発明の第６の態様によれば、前記入力インターフェース部は、前記ユーザの前記歩行情報を取得する歩行情報取得装置を備え、
前記剛性制御部は、前記歩行情報取得装置で取得した前記ユーザの前記歩行情報に基づいて、前記左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するタイミングを制御する、
第１〜５の態様のいずれか１つに記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００２３】
前記第６の態様によれば、適切なタイミングで剛性を高めることで通常の歩行を阻害しない歩行転倒防止装置を提供することができる。
【００２４】
本発明の第７の態様によれば、前記ユーザの前記歩行情報は、前記ユーザの歩行周期情報であり、
前記剛性制御部は、前記ユーザの前記歩行周期情報に基づいて、第１の剛性値よりも第２の剛性値を小さくするとともに、前記脚が接地する直前に前記第２の剛性値から前記第１の剛性値に変更して前記左側面と前記右側面とにおける剛性を大きくするように制御し、
ここで、前記第１の剛性値は、前記ユーザの前記脚が接地面に接触しているときの前記左側面と前記右側面とにおける剛性の大きさであり、前記第２の剛性値は、前記ユーザの前記脚が前記接地面に接触していないときの前記左側面と前記右側面とにおける剛性の大きさである、
第６の態様に記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００２５】
前記第７の態様によれば、ユーザの前記脚が前記接地面に接触するときには、接地直前から左側面と前記右側面とにおける剛性を大きくして、転倒防止効果を奏することができる。
【００２６】
本発明の第８の態様によれば、前記ユーザの前記歩行情報は、前記ユーザの歩行周期情報であり、
前記剛性制御部は、前記ユーザの前記歩行周期情報に基づいて、予想される接地時の所定時間前に、遊脚期間におけるある所定期間より前の剛性値よりも剛性値を大きくするように制御し、
第６の態様に記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００２７】
前記第８の態様によれば、ユーザの前記脚が前記接地面に接触するときには、接地直前から左側面と前記右側面とにおける剛性を大きくして、転倒防止効果を奏することができる。
【００２８】
本発明の第９の態様によれば、前記ユーザの歩行情報は、前記ユーザの歩行周期情報であり、
前記剛性制御部は、前記ユーザの前記脚が前記接地面に接触する直前に、前記左側面と前記右側面とにおける剛性を前記剛性値よりも大きくした後、前記ユーザの前記歩行周期情報に基づいて、前記ユーザの前記脚が前記接地面から離れているときに、前記変更された前記左側面と前記右側面とにおける剛性を前記剛性値に戻すように制御し、
第８の態様に記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００２９】
前記第９の態様によれば、ユーザの前記脚が前記接地面から離れているときには左側面と前記右側面とにおける剛性を小さくすることにより、足の関節の動きを阻害しないようにすることができる。一方、ユーザの前記脚が前記接地面に接触するときには、接地直前から左側面と前記右側面とにおける剛性を大きくして、転倒防止効果を奏することができる。
【００３０】
本発明の第１０の態様によれば、前記アシスト機構は、さらに、
前記アシストウェアの、前記ユーザの少なくとも前記１本の脚の前記股関節（例えば各太腿）又は前記足首の前面に対応する部分に配置されて、流体を加減することにより伸縮する第５アクチュエータと、
前記アシストウェアの、前記脚の前記股関節（例えば各太腿）又は前記足首の後面に対応する部分に配置され、流体を加減することにより伸縮する第６アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第５アクチュエータと前記第６アクチュエータとをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は前記足首の前後方向のアシスト力を変更するように制御する、
第１〜９の態様のいずれか１つに記載の歩行転倒防止装置を提供する。
【００３１】
前記第１０の態様によれば、前記第１〜第４アクチュエータで股関節又は前記足首の左側への転倒または右側への転倒防止を行いつつ、第５及び第６アクチュエータで歩行アシストも行うことができる。
【００３２】
本発明の第１１の態様によれば、ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の（例えば各太腿の）左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の（例えば各太腿の）右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備えるアシスト機構の動作を制御して、前記ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置の制御装置であって、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する入力インターフェース部と、
前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように制御する剛性制御部とを備える、
歩行転倒防止装置の制御装置を提供する。
【００３３】
前記第１１の態様によれば、ユーザに装着して歩行アシストを行うアシスト装置において、ユーザ情報と歩行情報とに基づいて歩行中のユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止できる。
【００３４】
本発明の第１２の態様によれば、ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の（例えば各太腿の）左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の（例えば各太腿の）右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備えるアシスト機構の動作を制御して、前記ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置の制御方法であって、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを入力インターフェース部で取得し、
前記入力インターフェース部で取得した前記ユーザ情報と前記歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように剛性制御部で制御する、
歩行転倒防止装置の制御方法を提供する。
【００３５】
前記第１２の態様によれば、ユーザに装着して歩行アシストを行うアシスト装置において、ユーザ情報と歩行情報とに基づいて歩行中のユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止できる。
【００３６】
本発明の第１３の態様によれば、ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の（例えば各太腿の）左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の（例えば各太腿の）右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備えるアシスト機構の動作を制御して、前記ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する情報取得部と、
前記情報取得部で取得した前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように制御する剛性制御部として機能させるための歩行転倒防止装置の制御プログラムを提供する。
【００３７】
前記第１３の態様によれば、ユーザに装着して歩行アシストを行うアシスト装置において、ユーザ情報と歩行情報とに基づいて歩行中のユーザの左側への転倒または右側への転倒が防止できる。
【００３８】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
（実施形態）
図１は、本発明の１つの実施形態にかかる歩行転倒防止装置の一例としてのアシストシステム１の概要を示す図である。図２は、アシストシステム１の制御装置３及び制御対象を示すブロック図である。
【００４０】
アシストシステム１は、ユーザ１００の歩行時における転倒を防止する装置であって、ユーザ１００が装着するアシスト機構２と、アシスト機構２の動作を制御する制御装置３とを備えている。
【００４１】
アシスト機構２は、ユーザ１００の下半身の少なくとも一部に装着されるアシストウェア例えばアシストパンツ２ａ又はアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃ、又は、それらのいずれかとアシストソックス２ｊ，２ｋとの組み合わせ、又は、アシストパンツ２ａとアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃとアシストソックス２ｊ，２ｋとの組み合わせなどと、アシストパンツ用アクチュエータ又はアシストアンクルバンド用アクチュエータとで構成されている。アシストパンツ用アクチュエータは第１のアシストウェアの例として機能し、アシストアンクルバンド用アクチュエータは第２のアシストウェアの例として機能する。
【００４２】
アシストパンツ２ａは、ユーザ１００が下半身に着脱可能に装着するアシストパンツ本体２ｄと、腰部ベルト４と、左右の膝上ベルト５ａ、５ｂと、少なくとも腿アクチュエータ１０（１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ）とを備えている。制御装置３は、各腿アクチュエータ１０に供給する流体の供給量を加減することにより各腿アクチュエータ１０の伸縮をそれぞれ動作制御している。
【００４３】
腰部ベルト４は、アシストパンツ本体２ｄの上端縁に固定された、例えば布ベルトで構成されて、ユーザ１００の腰部を着脱可能に拘束している。左右の膝上ベルト５ａ、５ｂは、アシストパンツ本体２ｄの左右の下端縁（裾）に固定された、例えば布ベルトで構成されて、ユーザ１００の左右の膝部を着脱可能に拘束している。
【００４４】
各腿アクチュエータ１０は、アシストパンツ本体２ｄの腰部ベルト４と左右の膝上ベルト５ａ、５ｂとの間に長手方向沿いに配置されている。具体的には、腿アクチュエータ１０は、アシストパンツ本体２ｄにおいて、ユーザ１００の右太腿外側（右太腿右側面）に対応する部分に配置された右太腿右側の腿アクチュエータ１０ｅと、両太腿内側に対応する部分に配置された右太腿左側と左太腿右側との腿アクチュエータ１０ｆ、１０ｇと、左太腿外側（左太腿左側面）に対応する部分に配置された左太腿左側の腿アクチュエータ１０ｈとで構成されている。右太腿右側の腿アクチュエータ１０ｅと左太腿右側の腿アクチュエータ１０ｇとはそれぞれ第２アクチュエータの例として機能し、右太腿左側の腿アクチュエータ１０ｆと左太腿左側の腿アクチュエータ１０ｈとはそれぞれ第１アクチュエータの例として機能する。
【００４５】
また、アシストアンクルバンド２ｂ，２ｃには、ユーザ１００が左右の足首に着脱可能に装着するアンクルバンド本体２ｇ，２ｈと、左右の足首上ベルト６ａ、６ｂと、足首下ベルト７ａ、７ｂと、足首アクチュエータ１１（１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ）とを備えている。制御装置３は、各足首アクチュエータ１１を、腿アクチュエータ１０とは独立して、それぞれ動作制御している。
【００４６】
左右の足首上ベルト６ａ、６ｂは、アンクルバンド本体２ｇ，２ｈの上端縁に固定された、例えば布ベルトで構成されている。足首下ベルト７ａ、７ｂは、左右の足首の下端縁に固定された、例えば布ベルトで構成されている。左右の足首上ベルト６ａ、６ｂと足首下ベルト７ａ、７ｂとで、ユーザ１００の左右の足首を着脱可能に拘束している。
【００４７】
各足首アクチュエータ１１は、アンクルバンド本体２ｇ，２ｈの左右の足首上ベルト６ａ、６ｂと足首下ベルト７ａ、７ｂとの間に長手方向沿いに配置されている。具体的には、足首アクチュエータ１１は、ユーザ１００の右足首側面に対応する部分に配置された右足右側の足首アクチュエータ１１ｅと、両足首内側に対応する部分に配置された右足左側と左足右側との足首アクチュエータ１１ｆ、１１ｇと、左足首側面に対応する部分に配置された左足左側の足首アクチュエータ１１ｈとで構成されている。右足右側の足首アクチュエータ１１ｅと左足右側の足首アクチュエータ１１ｇとはそれぞれ第４アクチュエータの例として機能し、右足左側の足首アクチュエータ１１ｆと左足左側の足首アクチュエータ１１ｈとはそれぞれ第３アクチュエータの例として機能する。
【００４８】
右脚の外側と内側との腿アクチュエータ１０ｅと１０ｆとが拮抗の関係にあり、左脚の内側と外側との腿アクチュエータ１０ｇと１０ｈとが拮抗の関係にある。よって、制御装置３の動作制御により外側と内側との腿アクチュエータ１０ｅと１０ｆに対してそれぞれ独立して流体の供給量を制御して、拮抗関係のペアの右脚の外側と内側との腿アクチュエータ１０ｅと１０ｆとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、右脚の太腿に剛性及び右脚股関節の左右のトルクを発生することができる。また、制御装置３の動作制御により外側と内側との腿アクチュエータ１０ｇと１０ｈに対してそれぞれ独立して流体の供給量を制御して、拮抗関係のペアの左脚の内側と外側との腿アクチュエータ１０ｇと１０ｈとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、左脚の太腿に剛性及び左脚股関節の左右のトルクを発生することができる。
【００４９】
足首アクチュエータ１１も同様に、右足の外側と内側との足首アクチュエータ１１ｅと１１ｆとが拮抗の関係にあり、左足の内側と外側との足首アクチュエータ１１ｇと１１ｈとが拮抗の関係にある。よって、制御装置３の動作制御により、拮抗関係のペアの右足首アクチュエータ１１ｅと１１ｆとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、右足首関節の左右のトルクと剛性を発生することができる。また、制御装置３の動作制御により、拮抗関係のペアの左足首アクチュエータ１１ｇと１１ｈとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、左足首関節の左右のトルクと剛性を発生することができる。
【００５０】
各腿アクチュエータ１０及び各足首アクチュエータ１１は、それぞれ、一例として、弾性体アクチュエータの一種である空気圧アクチュエータ８０である。図３は空気圧アクチュエータ８０の構造及び動作を示す。
【００５１】
空気圧アクチュエータ８０は、図３に示すように、ゴム材料で構成された駆動部として機能する、中空を有する管状弾性体、すなわち、管状の中空弾性体８１の外表面に、材料的には伸びにくい樹脂又は金属の繊維コードで網目状に編んだ変形方向規制部材８２が配設される。変形方向規制部材８２は、管状の中空弾性体８１の膨張による半径方向の変形を規制し、半径方向と直交する軸方向の長さの収縮に変換する。その結果、管状の中空弾性体８１の収縮による半径方向の変形が、規制されて軸方向の長さの膨張に変換されるように構成される。管状の中空弾性体８１の両端部は、封止部材８３でそれぞれ気密封止する。空気圧アクチュエータ８０の一方の端部の封止部材８３に備えられた管状の流体通過部材８４は、内部に空気等の圧縮性流体が通過する流体の流路を有し、流体通過部材８４を通して、中空の管状弾性体８１の中空内部に対して流体の注入あるいは注出が可能となる。流体通過部材８４を通じての空気等の圧縮性流体が、中空の管状弾性体８１に供給される。なお、流体通過部材８４は、空気圧アクチュエータ８０の封止部材８３の両方の端部にそれぞれ備えられていてもよい。
【００５２】
供給された圧縮性流体により内圧を中空の管状弾性体８１の内部空間に与えると、中空の管状弾性体８１が主に半径方向に膨張しようとする。しかしながら、変形方向規制部材８２の規制作用により、中空の管状弾性体８１の中心軸方向の運動に変換され、全長が収縮するため、直動駆動の弾性体アクチュエータとして利用可能である。すなわち、制御装置３で中空内へ供給される流体を加圧することにより管状弾性体８１を伸張し、中空内へ供給される流体を減圧することにより管状弾性体８１を収縮するとともに、制御装置３で中空内へ供給される流体の供給量を所定値以上に維持することにより、管状弾性体８１の剛性を高め、制御装置３で中空内へ供給される流体の供給量を所定値未満に減少させることで、管状弾性体８１の剛性を低めるようにしている。
【００５３】
図２は、本発明の実施形態におけるアシストパンツ２ａ又はアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃの制御装置３及び制御対象であるアシストパンツ２ａ又はアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃのアクチュエータ１０及び制御装置３に対する入力側の入力インターフェース部２００を示すブロック図である。入力インターフェース部２００は取得器と呼んでもよい。
【００５４】
制御装置３は、この実施形態では、一例として、一般的なマイクロコンピュータにより構成されており、制御装置３は、剛性制御部の一例として機能する前額剛性目標値出力部２４を有する制御プログラム４０と、ユーザ１００自身に関するユーザ情報を取得する入力インターフェース部２００とで構成されている。よって、制御装置３で中空内へ供給される流体を加減することにより、管状弾性体の腿アクチュエータ１０又は足首アクチュエータ１１が伸縮し、制御装置３で中空内へ供給される前記流体の供給量を制御することにより、管状弾性体の腿アクチュエータ１０又は足首アクチュエータ１１の剛性を変更する。
【００５５】
前額剛性目標値出力部２４は、拮抗関係の腿アクチュエータ１０又は足首アクチュエータ１１にそれぞれ独立して圧縮性流体を給排して圧力を加減することにより、股関節又は足首のそれぞれの左側面と前記右側面との剛性を変更可能である。
【００５６】
入力インターフェース部２００は、ユーザ情報取得部の一例として機能するユーザ情報入力部１２と、ユーザ１００の歩行動作の歩行情報を取得する歩行情報取得装置の一例としてのフットセンサ８ａ，８ｂとを少なくとも備えている情報取得部の一例として機能している。具体的な例として、入力インターフェース部２００は、入出力ＩＦ４１と、ユーザ情報入力部１２と、ユーザ１００が歩行するときの歩行状態などに関する歩行情報を取得するフットセンサ８ａ、８ｂとを備えている。
【００５７】
入出力ＩＦ（インターフェース）４１は、マイクロコンピュータのＰＣＩバスなどの拡張スロットに接続された、例えば、Ｄ／Ａボードと、Ａ／Ｄボードと、カウンタボードとなどを備えるように構成されている。
【００５８】
制御装置３は、出力部の一例としての入出力ＩＦ４１を介して、アクチュエータ１０、１１に制御信号を送る。また入力部としてフットセンサ８ａ、８ｂからの信号とユーザ情報入力部１２からの情報とを入出力ＩＦ４１を介してそれぞれ制御装置３が受け付ける。制御装置３は、具体的な例としては、歩行周期推定部２０と、アシスト強度決定部２１と、タイミング判別部２３と、前額剛性目標値出力部２４と、トルク目標値設定部２５と、アクチュエータ設定値設定部２６と、アクチュエータ制御部２７と、矢状剛性目標値出力部２８とで構成されている。
【００５９】
ユーザ情報入力部１２は、一例として、アシストパンツ２ａ又はアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃに備えられた、又は、それらとは独立して構成されてユーザ１００が使用する、例えばタッチパネル又はスマートフォンなどの携帯機器などで構成されている。ユーザ１００は、使用前にユーザ情報入力部１２を使用して、ユーザ１００自身の年齢、障害度（例えば、脚のケガの状態）、及び／又は、疲労度（すなわち、疲労状態の情報）をユーザ情報の例としてアシスト強度決定部２１に入力する。
【００６０】
図４は、ユーザ情報入力部１２の一例としてのタッチパネル１２ａでの表示及び動作を示した図である。
【００６１】
まず、ユーザ１００は、初めに、タッチパネル１２ａにおいて、年齢の選択肢のボタンの中から１つ選び、「次へ」のボタンを押す。
【００６２】
次に、ケガ又は障害など歩行の問題があるかどうかについて、問題がある場合には、「右足のみ」か、「左足のみ」か、「両足」かのいずれか１つのボタンを選択し、「次へ」のボタンを押す。問題がない場合には、「特になし」のボタンを選択し、「次へ」のボタンを押す。
【００６３】
最後に、現在（すなわち、アシストする前）の疲労度を選択し、「完了」のボタンを押す。ここでの疲労度の一例としては、「元気」、「少し疲れている」、「歩きたくない程」のボタンのうちのいずれか１つのボタンを選択する。
【００６４】
図４の例では、選択していないボタンにハッチングを施し、選択したボタンは白いままとして表すように、年齢は「６０代」のボタン、歩行の問題は「特になし」のボタン、疲労度は「少し疲れている」のボタンを選択している。
【００６５】
ユーザ情報入力部１２は、このようにして選択した選択肢の情報のすべてを、ユーザ情報として入出力ＩＦ４１を介して、アシスト強度決定部２１に出力する。詳しくは、後述するが、前額剛性目標値出力部２４は、アシスト強度決定部２１を介してユーザ情報入力部１２から取得したユーザ１００の情報とフットセンサ８ａ，８ｂからの歩行情報とに基づいて、左側面と前記右側面とにおける剛性を変更することになる。
【００６６】
また、フットセンサ８ａ、８ｂは、アシストパンツ２ａに備えられている。具体的には、フットセンサ８ａ、８ｂは、アシストソックス２ｊ，２ｋの足裏面などに備えられている。フットセンサ８ａ、８ｂは、ユーザ１００の両足の接地状態を、歩行状態に関する情報である歩行情報としてそれぞれ検出して、入出力ＩＦ４１を介して歩行周期推定部２０に接地状態情報を歩行情報の一例として出力する。フットセンサ８ａ、８ｂをアシストシステム１に備える場合には、フットセンサ８ａ、８ｂを設けたアシストソックス２ｊ，２ｋを、アシストパンツ２ａ又はアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃとは別個に備えるか、アシストアンクルバンド２ｂ，２ｃと一体的にアシストソックス２ｊ，２ｋを備えることができる。
【００６７】
図５は左足のアシストソックス２ｋの足裏面の多数のフットセンサ８ｂの配置の一例を示す図である。右足のアシストソックス２ｊの足裏面にも、図５の左足と同様に、多数のフットセンサ８ａが配置されている。
【００６８】
フットセンサ８ａ、８ｂとしては、左足のみでＬ１〜Ｌ２６までの２６個が配置され、右足には対称に同じくＲ１〜Ｒ２６までの２６個が配置されており（図示せず）、フットセンサ８ａ、８ｂの配置されている部分が接地面と接地していると、フットセンサ８ａ、８ｂからＯＮの信号がそれぞれ出力され、フットセンサ８ａ、８ｂの配置されている部分が接地していないと、フットセンサ８ａ、８ｂからＯＦＦの信号がそれぞれ出力される。５２個のフットセンサ８ａ、８ｂの識別情報と５２個のフットセンサ８ａ、８ｂのＯＮ／ＯＦＦの情報とのすべてをまとめて、接地状態情報と呼ぶ。接地状態情報とは、フットセンサ８ａ、８ｂの識別情報とフットセンサ８ａ、８ｂのＯＮ／ＯＦＦの情報とを含むため、例えば、足の踵が接地しているか否かの情報などが抽出可能となっている。
【００６９】
歩行周期推定部２０は、歩行情報取得装置の一例としてのフットセンサ８ａ，８ｂからの歩行情報を基に歩行周期情報を推定する。具体的には、歩行周期推定部２０には、フットセンサ８ａ、８ｂからの左右の足の接地状態情報が、それぞれ入出力ＩＦ４１を介して入力される。歩行周期推定部２０は、フットセンサ８ａ、８ｂからの接地状態情報に基づき、アシストパンツ２ａ又はアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃを着用しているユーザ１００の歩行周期を算出する。一例として、図６に示すように、歩行周期推定部２０は、右足の踵接地時を歩行周期が０％として、左足が接地面から完全に離れた時を歩行周期が１０％であり、右足の踵が接地面から離れた時を歩行周期が３０％であり、左足踵の接地時が歩行周期が５０％であり、右足が接地面から完全に離れた時を歩行周期が６０％であり、左足踵が接地面から離れた時を歩行周期が８０％であり、右足踵が再び接地した時を歩行周期が１００％＝０％であると、それぞれ定義する。一般的に、歩行周期が０％〜６０％、すなわち足が一部でも接地している期間を立脚期（Stance Phase）と呼び、歩行周期が６０％〜１００％、すなわち足が全く接地していない期間を遊脚期（Swing  Phase）と呼ぶ。そして、歩行周期推定部２０は、ユーザ１００の歩行が現時点で何％の状態にあるかの情報とユーザ１００の歩行時間とを、歩行周期情報として、タイミング判別部２３と、トルク目標値設定部２５と、矢状剛性目標値出力部２８と、疲労度推定部２９とにそれぞれ出力する。
【００７０】
疲労度推定部２９は、歩行周期推定部２０から出力されかつユーザ１００の歩行時間を含む歩行周期情報から、ユーザ１００の経時的疲労度を推定し、ユーザ情報の別の例としてアシスト強度決定部２１に出力する。
【００７１】
制御装置３は、疲労度推定部２９においてユーザ１００の歩行時間が閾値より長いと判定された場合、左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、疲労度推定部２９で推定されたユーザ１００の経時的疲労度が経時的疲労度用閾値より大きいと判定された場合、左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更するように制御する。具体的には、疲労度推定部２９では、例えば、以下のようにして経時的疲労度を推定する。
【００７２】
まず、歩行周期情報から、歩行周期が０％になった回数を疲労度推定部２９で数える。そして、それを、例えば５分間集計した情報を内部記憶部（図示せず）に疲労度推定部２９で記録する。これにより、５分間の歩数が疲労度推定部２９で記録される。次に、この５分間の歩数の計時変化を疲労度推定部２９で計算し、ユーザ１００が歩き始めた時の５分間の歩数に比べて、ユーザ１００が歩き始めた時の５分間以降の５分間の中で、予め決めておいた歩行時間用閾値以上の減少率を有する５分間があれば、当該５分間は「疲労」の区間であると疲労度推定部２９で判定する。
【００７３】
図７は、疲労度推定部２９において歩行周期情報から求める疲労度の一例を示す図である。歩き始めの５分間の歩数を１００％として、１００％〜９０％の間である「Ａ」の区間は、疲労度ポイント「０」と疲労度推定部２９で判定する。次に、９０％〜７５％の間である「Ｂ」の区間は、疲労度ポイント「１０」と疲労度推定部２９で判定する。次に、７５％以下となる「Ｃ」の区間は、疲労度ポイント「２０」と疲労度推定部２９で判定する。次に、歩き始めからの歩行時間が歩行時間用閾値の一例として「１時間」を超えたら、疲労度ポイントとして「５」を疲労度推定部２９で加算し、歩き始めからの歩行時間が歩行時間用閾値の別の例として「２時間」を超えたら、疲労度ポイントとして「１０」を疲労度推定部２９で加算する。疲労度推定部２９は、これらの合計の経時的疲労度のポイントを、ユーザ経時的疲労度としてアシスト強度決定部２１に出力する。例えば、歩き始めからの歩行時間が２時間を超えたとき、「Ｃ」の区間は、疲労度ポイント「２０」に疲労度ポイントとして「１０」を疲労度推定部２９で加算した、合計「３０」の疲労度ポイントをユーザ経時的疲労度として、疲労度推定部２９からアシスト強度決定部２１に出力する。
【００７４】
アシスト強度決定部２１は、ユーザ情報入力部１２から入力されたユーザ情報の一部であるユーザ入力情報と、疲労度推定部２９から出力されたユーザ情報の一部であるユーザ経時的疲労度とから、ユーザ１００に対する前額面方向（言い換えれば、ユーザ１００の左右方向）の剛性によるアシストの強さを決定し、前額剛性目標値出力部２４に出力する。前額方向とは、前額面内の方向を意味し、前額面１５１とは、図８に示すようにユーザ１００の身体を左右に貫く面で縦に切った面を意味する。すなわち、前額方向とは、おおむね、ユーザ１００の体の左右方向である。なお、前額面１５１と直交する身体を前後に貫く面で縦に切った面は矢状面１５２である。
【００７５】
図９Ａ〜図９Ｄはアシスト強度決定部２１の動作の一例を示す図である。アシスト強度決定部２１は、図９Ａ〜図９Ｄに示すように、ユーザ情報入力部１２並びに疲労度推定部２９から入力されたユーザ情報に対して決定するポイント情報を記憶している。
【００７６】
例えば、図９Ａは、ユーザ１００の年齢と右足ポイント及び左足ポイントとの関係情報を規定している。例えば、ユーザ１００の年齢が３９歳以下では、右足ポイントは「１０」とし、左足ポイントは「１０」としている。
【００７７】
図９Ｂは、ユーザ１００の歩行の問題と右足ポイント及び左足ポイントとの関係情報を規定している。例えば、ユーザ１００の歩行の問題が「右足のみ」のときは、右足ポイントは「５０」とし、左足ポイントは「０」としている。
【００７８】
図９Ｃは、ユーザ１００が入力した疲労度と右足ポイント及び左足ポイントとの関係情報を規定している。例えば、ユーザ１００の歩行の問題が「少し疲れている」のときは、右足ポイントは「１５」とし、左足ポイントも「１５」としている。
【００７９】
図９Ｄは、ユーザ１００の経時的疲労度ｐと右足ポイント及び左足ポイントとの関係情報を規定している。例えば、ユーザ１００の経時的疲労度ｐが経時的疲労度用第１閾値としての「５」以上経時的疲労度用第２閾値としての「２５」未満のときは、右足ポイントは「１０」とし、左足ポイントも「１０」としている。ここでは、経時的疲労度用第１閾値としての「５」を越えれば、左右とも足ポイントを「０」から「１０」に変更して剛性を大きくしている。また、経時的疲労度用第２閾値としての「２５」を越えれば、左右とも足ポイントを「１０」から「２０」に変更して剛性を大きくしている。
【００８０】
また、図９Ｅに示すように、アシスト強度決定部２１は、合計のポイントＰｔに対してどのようなアシスト強度にするかの関係情報も記憶している。例えば、ユーザ１００の合計のポイントＰｔが「２０」以上「５０」未満のときは、アシスト強度は「２」としている。
【００８１】
よって、これらの関係情報とユーザ情報とに基づくユーザ１００の合計のポイントＰｔから、図９Ｅに示すように、アシスト強度決定部２１でアシスト強度を決定し、アシスト強度決定部２１から前額剛性目標値出力部２４に対して出力する。
【００８２】
図４に示すユーザ情報の例では、選択したボタンとしては、年齢は「６０代」のボタンと、歩行の問題は「特になし」のボタンと、疲労度は「少し疲れている」のボタンとであるため、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、右足ポイントは、それぞれ、「２５」ポイント、「０」ポイント、「１５」ポイントである。よって、「２５＋０＋１５」の合計ポイントＰｔは４０ポイントとなる。左足ポイントも、同じく、「２５＋０＋１５」の合計ポイントＰｔは４０ポイントとなる。そこで、図９Ｅに示すように、４０ポイントはアシスト強度が「２」であるため、アシスト強度決定部２１は、右足と左足とはそれぞれアシスト強度が「２」であるという情報を、前額剛性目標値出力部２４に出力する。図９Ｄに示すように、歩行中には、さらに経時的疲労度ｐによるポイントが疲労度推定部２９で加算され、例えば経時的疲労度ｐが「１０」の時は、両足に１０ポイントが疲労度推定部２９で加算される。当初の４０ポイントに対して１０ポイントが疲労度推定部２９で加算されたことにより、合計ポイントＰｔは５０ポイントになる。図９Ｅに示すように、５０ポイントの合計ポイントＰｔはアシスト強度が「３」であるため、アシスト強度決定部２１から前額剛性目標値出力部２４にアシスト強度「３」の情報を出力する。これらの動作は、要するに、前額剛性目標値出力部２４において、ユーザ情報入力部１２で取得たユーザ情報において、ユーザ１００の年齢が高いほど、左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、脚のケガがあれば、左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更し、ユーザ１００の疲労状態が大きいほど、左側面と前記右側面とにおける剛性が大きくなるように変更することを意味している。
【００８３】
タイミング判別部２３は、歩行周期推定部２０から出力された歩行周期情報に基づき、前額剛性目標値出力部２４に剛性（例えば剛性目標値）を変更する指令（すなわち、剛性変更タイミング信号又は剛性変更タイミング情報）を出力することにより、前額剛性目標値出力部２４で左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性目標値を変更するタイミングを制御する。一例として、図１０にタイミング判別部２３の動作を示し、「Ｕｐ」は剛性を上げる信号を剛性変更タイミング信号として出力すること、「Ｄｏｗｎ」は剛性を下げる信号を剛性変更タイミング信号として出力することを意味する。図１０の例では、右足は歩行周期が０％〜６０％未満では、タイミング判別部２３は剛性を上げる信号を出力する。歩行周期が６０％〜９８％未満では、タイミング判別部２３は剛性を下げる信号を出力する。９８％〜１００％（＝０％）では、タイミング判別部２３は剛性を上げる信号を出力する。左足は、０％〜１０％未満では、タイミング判別部２３は剛性を上げる信号を出力する。１０％〜４８％未満では、タイミング判別部２３は剛性を下げる信号を出力する。４８％〜１００％（＝０％）では、タイミング判別部２３は剛性を上げる信号を出力する。
【００８４】
前額剛性目標値出力部２４は、アシスト強度決定部２１から出力されたアシストの強さ情報を基に、剛性を上げたときの前額方向の運動の剛性目標値を決定し、次に、タイミング判別部２３から出力された剛性変更タイミング信号により、剛性目標値が、現在（すなわち、アシストする前）の剛性値よりも高い剛性値であるか又は低い剛性値であるかを選択する。図１１に、前額剛性目標値出力部２４の動作の一例を示す。
【００８５】
具体的には、前額剛性目標値出力部２４は、まず、アシスト強度決定部２１から出力されたアシスト強度情報から、図１１の第１行（アシスト強度が「１」）〜第４行（アシスト強度が「４」）の４つの行のうちのどの行かを選択する。例えば、図１１において、アシスト強度が「１」ならば、第１行を選択する。なお、図１１の剛性目標値は、一例としてのアクチュエータの剛性値であって、単位はＮ/ｍで表している。
【００８６】
次に、前額剛性目標値出力部２４は、タイミング判別部２３から出力された剛性を変更する信号により、剛性を上げた時の列か、剛性を下げた時の列かを選択する。これを、右足と左足のそれぞれのアシスト強度を用いて、前額剛性目標値出力部２４で右足と左足の剛性目標値をそれぞれ所定値の例として決定する。例えば、先の例では、アシスト強度が「１」のときは第１行を選択することになり、さらに、第１行で、剛性を上げた時の列ならば、剛性目標値は「２０」となり、剛性を下げた時の列ならば、剛性目標値は「１０」となる。これを左右の足について、それぞれ行って、剛性目標値を決定する。
【００８７】
なお、歩行周期は、右足と左足とにそれぞれ持っており、右足は、右足の歩行周期に対して、例えば下記する図１２を適用し、左足は、左足の歩行周期に対して、例えば下記する図１２を適用することができる。
【００８８】
図１２にタイミング判別部２３と前額剛性目標値出力部２４とによる、剛性の目標値決定の一例の図を示す。図１２は横軸が歩行周期、縦軸が剛性目標値である。図１２のうち、実線のグラフはアシスト強度が「１」を示し、黒三角付の実線のグラフはアシスト強度が「２」示し、一点鎖線のグラフはアシスト強度が「３」示し、点線のグラフはアシスト強度が「４」示している。図１２の横軸は歩行周期、縦軸は剛性の目標値を示している。この図１２は、図１０及び図１１をわかりやすく記載した図であるため、図１０及び図１１を使用する代わりに、図１２だけを使用して剛性目標値を取得してもよい。
タイミング判別部２３により、歩行周期が入力されると、そのタイミングでの剛性値が高いのか、低いのかを決定し、前額剛性目標値出力部２４により、アシスト強度ごとに高い剛性値と低い剛性値とが、具体的に数値によって決定される。例えば、タイミング判別部２３により歩行周期が０％のときでかつアシスト強度決定部２１によりアシスト強度が「１」ならば、剛性目標値は「２０」と前額剛性目標値出力部２４で決定できる。
【００８９】
また、図１２に示すように、前額剛性目標値出力部２４は、例えば、アシスト強度が「１」のとき、予想される接地時の所定時間前に、遊脚期間におけるある所定期間より前の剛性値よりも剛性値を大きくするように制御すべく、ユーザ１００の脚が接地面に接触する直前（例えば、図６での歩行周期が９８％〜１００％）に、左側面と前記右側面とにおける剛性を剛性値「１０」よりも大きい剛性値「２０」にするように制御している。その後、前額剛性目標値出力部２４は、例えば、ユーザ１００の歩行周期情報に基づいて、ユーザ１００の脚が接地面から離れているとき（例えば、図６での歩行周期が遊脚期間の６０％〜９８％の直前）に、変更された左側面と前記右側面とにおける剛性を剛性値「１０」に戻すように制御している。
【００９０】
これにより、前額剛性目標値出力部２４でアシスト用の剛性目標値が決定し、この決定した剛性目標値を前額剛性目標値出力部２４からアクチュエータ設定値設定部２６に出力する。なお、前額方向の運動とは、右脚の外側と内側との腿アクチュエータ１０ｅと１０ｆのペアによって発生する右股関節の左右の運動と、左脚の内側と外側との腿アクチュエータ１０ｇと１０ｈのペアによって発生する左股関節の左右の運動と、右足首の外側と内側との足首アクチュエータ１１ｅと１１ｆのペアによって発生する右足首関節の左右の運動と、左足首の内側と外側との足首アクチュエータ１１ｇと１１ｈのペアによって発生する左足首関節の左右の運動とを指す。
【００９１】
アクチュエータ設定値設定部２６は、前額剛性目標値出力部２４から出力された剛性の目標値に基づき、腿アクチュエータ１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ又は足首アクチュエータ１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈの設定値を設定し、設定した腿アクチュエータ１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ又は足首アクチュエータ１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈの設定値をアクチュエータ設定値設定部２６からアクチュエータ制御部２７に出力する。
【００９２】
図１３は、一例として右股関節の左右のアクチュエータ１０ｅ，１０ｆの配置を示している。以下に、この図１３を用いて、アクチュエータ１０ｅとアクチュエータ１０ｆの両方によって発生する左右方向のトルクτと剛性の弾性係数Ｋとの求め方について説明する。なお、他の各アクチュエータ１０，１１の左右方向のトルクτと剛性の弾性係数Ｋとも、同様に求めることができる。
【００９３】
この図１３において、Ｏはユーザ１００の股関節の回転中心、Ａは右太腿右側の腿アクチュエータ１０ｅの作用点、Ｄは右太腿左側の腿アクチュエータ１０ｆの作用点、Ａｏはアクチュエータ１０ｅの起点、Ｄｏはアクチュエータ１０ｆの起点、ｒは点Ｏと点Ａの距離（言い換えれば、点Ｏと点Ｄの距離）、θａは線分ＯＡがＸ軸となす角、θｄは線分ＯＤがＸ軸となす角とする。ｘＡ０とｙＡ０とは点Ａのｘ座標とｙ座標である。距離ｒ、点Ａの位置、及び、点Ｄの位置はアシストパンツ２ａの設計値から予め算出し、アクチュエータ設定値設定部２６が記憶している。
【００９４】
このとき、回転中心Ｏに対するアクチュエータ１０ｅによるトルクτａは、
【数１】
2018114278.tif 000003
とおくと、
【数２】
2018114278.tif 000004
（ただし、Ｋａはアクチュエータ１０ｅの直動方向における弾性係数、ｌaはアクチュエータ１０ｅの自然長とする。）であり、アクチュエータ１０ｅによる回転方向の弾性係数Ｋθａは、
【数３】
2018114278.tif 000005
である。
【００９５】
また、アクチュエータ１０ｅとアクチュエータ１０ｆの両方によって発生する左右方向のトルクτは、
【数４】
2018114278.tif 000006
である。ただし、τｂは回転中心Ｏに対するアクチュエータ１０ｆによるトルクであり、τａと同様に算出できる。また、アクチュエータ１０ｅとアクチュエータ１０ｆの両方によって発生する剛性の弾性係数Ｋは、
【数５】
2018114278.tif 000007
で表すことができる。ただし、Ｋθｄはアクチュエータ１０ｆの回転方向の弾性係数であり、Ｋθａと同様に算出できる。
【００９６】
図１４に右足の腿アクチュエータ１０の歩行周期と目標弾性係数との関係の一例を示す。図１４は横軸は右足の歩行周期であり、縦軸は剛性の大きさを示している。
【００９７】
上から３番目のグラフに示すように、股関節の横方向では、アシストトルクを発生させず、剛性のみをアシストするため、左右のアクチュエータである右脚の外側と内側との腿アクチュエータ１０ｅと１０ｆとの弾性係数を同時に上げて剛性が同時に上がるように、前額剛性目標値出力部２４で制御している。
【００９８】
また、上から６番目のグラフに示すように、足首の横方向でも、アシストトルクを発生させず、剛性のみをアシストするため、左右の足首アクチュエータである右足首の外側と内側との足首アクチュエータ１１ｅと１１ｆの弾性係数を同時に上げて剛性が同時に上がるように、前額剛性目標値出力部２４で制御している。
【００９９】
図１５は、各アクチュエータ１０，１１の一例である空気アクチュエータの特性を示した図である。
【０１００】
アクチュエータ設定値設定部２６は、この図１５をモデル化して内部記憶部に記憶しており、上記式より求められる各アクチュエータ１０，１１の目標弾性係数に基づき、目標内部空気圧圧力値をアクチュエータ設定値設定部２６で計算する。この値をアクチュエータの設定値として、アクチュエータ設定値設定部２６からアクチュエータ制御部２７に出力する。
【０１０１】
アクチュエータ制御部２７は、アクチュエータ設定値設定部２６から入力されたアクチュエータ設定値に基づき、アクチュエータ１０，１１の制御を行う。この結果、例えば、左右それぞれの足において、足の踵接地時から足が完全に接地面から完全に離れた時までの区間の股関節又は足首の左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性が、他の区間の剛性よりも大きくなるように前額剛性目標値出力部２４でアクチュエータ１０，１１を制御することができる（例えば、図１４の１０ｅ，１０ｆのグラフを参照。）。すなわち、前額剛性目標値出力部２４は、ユーザ１００の歩行周期情報に基づいて、第１の剛性目標値よりも第２の剛性目標値を小さくするとともに、脚が接地する直前に第２の剛性目標値から第１の剛性目標値に変更して左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性を大きくすることができる。ここで、第１の剛性目標値は、ユーザ１００の脚が接地面に接触しているときの左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性の目標値であり、第２の剛性目標値は、ユーザ１００の脚が接地面に接触していないときの左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性の目標値である。このように剛性目標値を大きく変更することにより、足首の左又は右の側面が剛体で支持されるかのような状態となり、歩行中のユーザ１００の左側への転倒または右側への転倒を防止することができる。
【０１０２】
以上のように、実施形態は、ユーザ１００の少なくとも１本の脚の股関節又は足首の左側面に対応する部分に配置されて、流体を加減することにより伸縮する左太腿左側と右太腿左側との腿アクチュエータ１０ｈ，１０ｆ又は左足首左側と右足首左側との足首アクチュエータ１１ｈ，１１ｆと、脚の股関節又は足首の右側面に対応する部分に配置されて、流体を加減することにより伸縮する左太腿右側と右太腿右側との腿アクチュエータ１０ｅ，１０ｇ又は左足首右側と右足首右側との足首アクチュエータ１１ｅ，１１ｇとを備えている。また、制御装置３は、これらのアクチュエータ１０，１１をそれぞれ独立してそれぞれの流体の供給量を制御することにより、ユーザ情報入力部１２で取得したユーザの情報とフットセンサ８ａ，８ｂからの歩行情報とに基づいて、例えば、左右それぞれの足において、歩行周期が０％の足の踵接地時から歩行周期が６０％の足が完全に接地面から完全に離れた時までの股関節又は足首の左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性目標値を、他の区間の剛性目標値よりも大きくなるように前額剛性目標値出力部２４で変更して、足首の左又は右の側面が剛体で支持されるかのような状態となり、歩行中のユーザ１００の左側への転倒または右側への転倒を防止することができる。
【０１０３】
また、制御装置３は、一例として、歩行周期推定部２０と、アシスト強度決定部２１と、タイミング判別部２３と、前額剛性目標値出力部２４と、アクチュエータ設定値設定部２６と、アクチュエータ制御部２７と、疲労度推定部２９とを備えて構成している。前額剛性目標値出力部２４は、歩行周期推定部２０からの歩行周期情報とアシスト強度決定部２１からのアシスト強度情報とタイミング判別部２３からの剛性変更タイミング情報とに基づき、股関節又は足首の左右方向に対する剛性の目標値を決定し、アクチュエータ設定値設定部２６とアクチュエータ制御部２７との働きにより、左右の太腿アクチュエータ１０ｈ，１０ｆ，１０ｅ，１０ｇ又は左右の足首アクチュエータ１１ｈ，１１ｆ，１１ｅ，１１ｇによる股関節又は足首の左側面と前記右側面とにそれぞれ伝達する剛性を剛性目標値通りに制御することが可能となる。これにより、アシストシステム１は、アシスト対象者であるユーザ１００が歩行中に転倒することを可能な限り防止することができる。
【０１０４】
また、アシスト強度決定部２１において、ユーザ情報からアシストの強度を決定し、よりアシストが必要なユーザ１００に対しては、アシスト力の一種である剛性を高く設定することが可能となる。タイミング判別部２３は、歩行周期推定部２０から出力されるユーザ１００の歩行情報の一例である歩行周期情報に基づき、ユーザ１００が足を接地する直前から接地面（例えば、路面又は床面など）から離れるまでの間だけ剛性を上げることにより、転倒防止すると同時に、足が宙に浮いている時には足の関節の動きを阻害しないようにすることができる。これにより、例えば接地面に障害物があるようなときにユーザ１００が足を置く場所を調整しながら歩行するケースにおいて、ユーザ１００の足の動きを阻害することなく、転倒防止することができる。
【０１０５】
前記実施形態では、一例として股関節と足首関節との左側面と前記右側面とにおける剛性をアシストする歩行アシストパンツを例に説明を行ったが、これに限られるわけではない。
【０１０６】
前記実施形態では、アクチュエータの一例として空気圧アクチュエータを例に説明を行ったが、これに限られるわけではなく、例えばモータとプーリとワイヤとの組み合わせなどでもよい。
【０１０７】
前記実施形態では、入力インターフェース部２００の歩行情報を取得する歩行情報取得装置の一例としてフットセンサ８ａ，８ｂを例に説明を行ったが、これに限られるわけではなく、例えばアシストパンツ２ａ又はアシストアンクルバンド２ｂ，２ｃに取り付けられた角度センサなどでもよい。
【０１０８】
前記実施形態では、一例として左右両方の脚に対して剛性アシストを行う説明を行ったが、これに限られるわけではなく、どちらかの脚一方だけアシストでもかまわない。例えば、ケガをしていて片足にアシストシステム１を取り付けられない例など、片方の脚だけのアシストでも本実施形態は実施可能である。
【０１０９】
以上のように、前記実施形態ではユーザ１００の左右方向に対して、ユーザ１００が足を接地する直前から接地面から離れるまでの間だけ剛性を上げることにより、転倒防止すると同時に、脚が宙に浮いている時には脚の関節の動きを阻害しないようにすることができる。これにより、例えば接地面に障害物があるようなときにユーザ１００が足を置く場所を調整しながら歩行するケースにおいて、ユーザ１００の脚の動きを阻害することなく、転倒防止することができる。
【０１１０】
（変形例）
前記実施形態の１つの変形例として、ユーザ１００の前後方向の歩行動作についてアシスト機能を付加する場合には、腿アクチュエータ１０に右脚股関節前後のアクチュエータ１０ａ，１０ｄと左脚股関節前後のアクチュエータ１０ｂ，１０ｃとをさらに追加することができる。また、同様な目的で、足首アクチュエータ１１に右足首前後のアクチュエータ１１ａ，１１ｄと左足首前後のアクチュエータ１１ｂ，１１ｃとをさらに追加することができる。制御装置３は、ユーザ情報と歩行情報とに基づいて、追加した腿アクチュエータ１０ａ，１０ｄ，１０ｂ，１０ｃと追加した足首アクチュエータ１１ａ，１１ｄ，１１ｂ，１１ｃとをそれぞれ独立して流体を加減することにより、前記股関節又は前記足首の前後方向のアシスト力を変更するように制御している。
【０１１１】
具体的には、図１６及び図１７に示すように、アシストパンツ２ａには、追加の腿アクチュエータ１０として、アシストパンツ本体２ｄの右脚と左脚の前面に対応する部分に配置された前面側の腿アクチュエータ１０ａ、１０ｂと、右脚と左脚の後面に対応する部分に配置された背中側の腿アクチュエータ１０ｄ、１０ｃとを備えている。右脚と左脚の前面側の腿アクチュエータ１０ａ、１０ｂは、第５アクチュエータの例として機能し、右脚と左脚の背中側（すなわち後面側）の腿アクチュエータ１０ｄ、１０ｃは、第６アクチュエータの例として機能する。また、アシストアンクルバンド２ｂ，２ｃには、追加の足首アクチュエータ１１として、アンクルバンド本体２ｇ，２ｈの足首の前面に対応する部分に配置された前面側の足首アクチュエータ１１ａ、１１ｂと、アンクルバンド本体２ｇ，２ｈの足首の後面に対応する部分に配置された背中側の足首アクチュエータ１１ｄ、１１ｃとを備えている。
【０１１２】
腿アクチュエータ１０ａと１０ｄが拮抗の関係にあり、腿アクチュエータ１０ｂと１０ｃが拮抗の関係にある。よって、制御装置３の動作制御により、拮抗関係のペアの右脚の前側と後側との腿アクチュエータ１０ａと１０ｄとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、右脚の太腿に右脚股関節の前後のトルクを発生することができる。また、制御装置３の動作制御により、拮抗関係のペアの左脚の前側と後側との腿アクチュエータ１０ｂと１０ｃとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、左脚の太腿に左脚股関節の前後のトルクを発生することができる。
【０１１３】
足首アクチュエータ１１も同様に、足首アクチュエータ１１ａと１１ｄが拮抗の関係にあり、足首アクチュエータ１１ｂと１１ｃが拮抗の関係にある。よって、制御装置３の動作制御により、拮抗関係のペアの右足首アクチュエータ１１ａと１１ｄとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、右足首の前後のトルクを発生することができる。また、制御装置３の動作制御により、拮抗関係のペアの左足首アクチュエータ１１ｂと１１ｃとが、それぞれ引っ張り合うように駆動されることで、左足首の前後のトルクを発生することができる。
【０１１４】
この変形例の場合には、制御装置３の一例としては、アシスト歩行のために、トルク目標値設定部２５と矢状剛性目標値出力部２８とをさらに備えることができる。
【０１１５】
トルク目標値設定部２５は、歩行周期推定部２０から出力された歩行周期情報に基づき、歩行をアシストするトルク目標値を出力する。トルク目標値設定部２５は、歩行周期情報に対しての目標トルク値を予め記憶しており、それに基づいて歩行をアシストするトルク値、すなわち、左右の脚を前後方向に動かす矢状方向のトルクの目標値を決定し、決定した矢状方向のトルクの目標値をアクチュエータ設定値設定部２６に出力する。左右の脚を前後方向に動かす矢状方向のトルクとは、腿アクチュエータ１０ａと１０ｄのペアによって発生する右股関節の前後のトルクと、腿アクチュエータ１０ｂと１０ｃのペアによって発生する左股関節の前後のトルクと、足首アクチュエータ１１ａと１１ｄのペアによって発生する右足首関節の前後のトルクと、足首アクチュエータ１１ｂと１１ｃのペアによって発生する左足首関節の前後のトルクとを指す。トルク目標値設定部２５は、前額方向の運動に対しては、トルク目標値０を出力する。図１８は、右足のアクチュエータのグラフであり、前後の足の振りを作るためのトルクであって、横の剛性とはタイミングが異なる。
【０１１６】
図１８は、右足の股関節と足首関節とのそれぞれの前後の動きに対するトルク目標値（言い換えれば、股関節の前後のアシストトルクと足首関節の前後のアシストトルク）の一例を示す図であって、前後の右足の振りを作るためのトルクを示している。股関節の前後のアシストトルクとは、アクチュエータ１０ａとアクチュエータ１０ｄのペア及びアクチュエータ１０ｂとアクチュエータ１０ｃのペアによってそれぞれ発生する股関節前後運動のアシストトルクのことを示す。また、足首関節の前後のアシストトルクとは、アクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｄのペア及びアクチュエータ１１ｂとアクチュエータ１１ｃのペアによってそれぞれ発生する足首関節前後運動のアシストトルクのことを示す。図１８の例では、アクチュエータ１０ａとアクチュエータ１０ｄのペア及びアクチュエータ１０ｂとアクチュエータ１０ｃのペアによって、歩行周期において左足が接地面に接地したときから接地面から離れるときまでの区間で、左足を屈曲させたのち伸展させて、アシスト力を発生させている。同様に、アクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｄのペア及びアクチュエータ１１ｂとアクチュエータ１１ｃのペアによって、歩行周期において左足が接地面に接地したときから接地面から離れるときまでの区間で、左足首を屈曲させて、アシスト力を発生させている。
【０１１７】
矢状剛性目標値出力部２８は、歩行周期推定部２０から出力された歩行周期情報を基に矢状方向の運動の剛性目標値を決定し、決定した矢状方向の運動の剛性目標値を矢状剛性目標値出力部２８からアクチュエータ設定値設定部２６に出力する。矢状方向の運動の剛性目標値は、歩行周期情報の関数として予め決定し、矢状剛性目標値出力部２８が記憶している。
【０１１８】
アクチュエータ設定値設定部２６は、先の実施形態と同様に前額剛性目標値出力部２４から出力された剛性の目標値と共に、矢状剛性目標値出力部２８から出力された剛性の目標値と、トルク目標値設定部２５から出力されたトルク目標値とに基づき、腿と足首のアクチュエータ１０，１１の設定値を設定し、設定した腿と足首のアクチュエータ１０，１１の設定値をアクチュエータ設定値設定部２６からアクチュエータ制御部２７に出力する。
【０１１９】
図１４に右足の腿アクチュエータ１０の歩行周期と目標弾性係数との関係の一例を示す。
【０１２０】
図１４の１番目と２番目のグラフに示すように、アクチュエータ１０ａと１０ｄは、股関節前後のトルク及び剛性をアシストするアクチュエータであり、前後には剛性をアシストせずトルクのみをアシストした例である。この場合、歩行周期の情報に基づいて脚を後ろに振る伸展方向へのアシストトルクが必要な時は、股関節後側のアクチュエータであるアクチュエータ１０ｄの弾性係数が上がって剛性が上がるとともに、歩行周期の情報に基づいて逆向きの時は、股関節前側のアクチュエータであるアクチュエータ１０ａの弾性係数が上がって剛性が上がるように、前額剛性目標値出力部２４で制御している。
【０１２１】
図１４の４番目と５番目のグラフに示すように、足首も同様に、足首を屈曲させるアシストトルクを発生させる時に、歩行周期の情報に基づいて足首を後ろに曲げて伸展方向へのアシストトルクが必要な時は、足首の後側のアクチュエータであるアクチュエータ１１ｄの弾性係数が上がって剛性が上がり、歩行周期の情報に基づいて逆向きの時は、足首の前側のアクチュエータであるアクチュエータ１１ａの弾性係数が上がって剛性が上がるように、前額剛性目標値出力部２４で制御している。
【０１２２】
この変形例によれば、ユーザ１００の前後方向の歩行アシストと、左側面と前記右側面とにおける剛性アシストとを同時に達成することができる。
【０１２３】
なお、本発明を実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
【０１２４】
前記制御装置３の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニットなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１２５】
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。
【０１２６】
なお、前記実施形態又は変形例における制御装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、ユーザの腰部に固定される腰部ベルトと膝上部に固定される膝上ベルトとを備える第１のアシストウェアと、
前記ユーザの足首上部に固定される足首上ベルトと足首下部に固定される足首下部ベルトとを備える第２のアシストウェアと、
前記ユーザの少なくとも１本の脚の股関節の（例えば各太腿の）左側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第１アクチュエータと、
前記脚の前記股関節の（例えば各太腿の）右側面に対応する部分に配置され、前記腰部ベルトと前記膝上ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第２アクチュエータと、
前記脚の足首の左側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第３アクチュエータと、
前記脚の前記足首の右側面に対応する部分に配置され、前記足首上ベルトと前記足首下部ベルトとの端部に連結されて、流体を加減することにより伸縮する第４アクチュエータとを備えるアシスト機構の動作を制御して、前記ユーザの歩行時における転倒を防止する歩行転倒防止装置の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とを取得する情報取得部と、
前記情報取得部で取得した前記ユーザ自身のユーザ情報と前記ユーザの歩行動作の歩行情報とに基づいて、前記第１〜第４アクチュエータをそれぞれ独立して前記それぞれの流体の供給量を制御することにより、前記股関節又は足首の左側面と前記右側面とにおける剛性を変更するように制御する剛性制御部として機能させるための歩行転倒防止装置の制御プログラムである。
【０１２７】
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
【０１２８】
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
【０１２９】
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は変形例同士の組み合わせ又は実施形態と変形例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は変形例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明の前記態様にかかる歩行転倒防止装置、歩行転倒防止装置の制御装置及び制御方法、並びに、歩行転倒防止装置用制御プログラムは、ユーザの左右の横方向にも転倒を可能な限り防止でき、ユーザに装着して歩行アシストを行うアシスト装置、アシスト装置の制御装置及び制御方法、並びに、アシスト装置用制御プログラムに有用である。
【符号の説明】
【０１３１】
１  アシストシステム
２  アシスト機構
２ａ  アシストパンツ
２ｂ，２ｃ  アシストアンクルバンド
２ｄ  アシストパンツ本体
２ｇ，２ｈ  アンクルバンド本体
２ｊ，２ｋ  アシストソックス
３  制御装置
４  腰部ベルト
５ａ、５ｂ  膝上ベルト
６ａ、６ｂ  足首上ベルト
７ａ、７ｂ  足首下ベルト
８ａ、８ｂ  フットセンサ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｇ、  腿アクチュエータ
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｇ、  足首アクチュエータ
１２  ユーザ情報入力部
１２ａ  タッチパネル
２０  歩行周期推定部
２１  アシスト強度決定部
２３  タイミング判別部
２４  前額剛性目標値出力部
２５  トルク目標値設定部
２６  アクチュエータ設定値設定部
２７  アクチュエータ制御部
２８  矢状剛性目標値出力部
２９  疲労度推定部
４０  制御プログラム（制御器）
４１  入出力ＩＦ
８０  空気圧アクチュエータ
８１  管状の中空弾性体
８２  変形方向規制部材
８３  封止部材
８４  流体通過部材
１００  ユーザ
１５１  前額面
１５２  矢状面
２００  入力インターフェース部
【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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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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