(57)【要約】【課題】  歩行補助装置を装着した人の歩行動作を定量的に分析する。【解決手段】  先ず、歩行補助装置を装着した装着脚２１０の踵２１９が地面から離間する第１のタイミングにおける、装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８までの前後方向の距離Ｘを計算する。次いで、装着脚２１０の踵２１９が地面へ離間する第２のタイミングにおける、装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８までの前後方向の距離Ｙを計算する。それにより、計算した距離Ｘ、Ｙを用いて、装着脚２１０の歩幅ＡをＡ＝２Ｘ＋２Ｙと求めることができる。【選択図】図６
2011200394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の一方の脚に装着される歩行補助装置を装着した人の歩行動作を分析する分析装置であって、
歩行補助装置を装着した装着脚の大腿及び下腿の長さをそれぞれ記憶する記憶手段と、
装着脚の大腿の姿勢角を検出する大腿姿勢角検出手段と、
装着脚の下腿の姿勢角を検出する下腿姿勢角検出手段と、
装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングと、装着脚の踵へ当接する第２のタイミングを、それぞれ検出する踵接地検出手段と、
検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第１距離計算手段と、
検出された第２のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第２距離計算手段と、
第１距離計算手段及び第２距離計算手段によって計算された距離を用いて、装着脚の歩幅を計算する歩幅計算手段と、
を備える分析装置。
【請求項２】
検出された第１のタイミングから検出された第２のタイミングまでの遊脚期間を計時する計時手段と、
計時手段によって計時された時間と、歩幅計算手段によって計算された歩幅を用いて、歩行補助装置を装着した人の歩行速度を計算する速度計算手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節の高さ位置を計算する股関節高さ計算手段と、
高さ計算手段によって計算された高さ位置と、遊脚期間に検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、当該遊脚期間における装着脚の足先の高さ位置を計算する足先高さ計算手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の分析装置。
【請求項４】
大腿姿勢角検出手段、下腿姿勢角検出手段、及び、踵接地検出手段の少なくとも一つは、歩行補助装置に設けられたセンサの出力値を用いて、前記した指標を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項５】
人の一方の脚に装着される歩行補助装置を装着した人の歩行動作を分析する分析方法であって、
歩行補助装置を装着した装着脚の大腿及び下腿の長さをそれぞれ記憶する記憶工程と、
装着脚の大腿の姿勢角を検出する大腿姿勢角検出工程と、
装着脚の下腿の姿勢角を検出する下腿姿勢角検出工程と、
装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングと、装着脚の踵へ当接する第２のタイミング接触を、それぞれ検出する踵接地検出工程と、
検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第１距離計算工程と、
検出された第２のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第２距離計算工程と、
第１距離計算工程及び第２距離計算工程によって計算された距離を用いて、装着脚の歩幅を計算する歩幅計算工程と、
を備える分析方法。
【請求項６】
人の脚に装着される歩行補助装置を装着した人の歩行動作を分析するためのプログラムであって、電子計算機に、
歩行補助装置を装着した装着脚の大腿及び下腿の長さをそれぞれ記憶する記憶処理と、
装着脚の大腿の姿勢角の検出する大腿姿勢角検出処理と、
装着脚の下腿の姿勢角を検出する下腿姿勢角検出処理と、
装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングと、装着脚の踵へ当接する第２のタイミング接触を、それぞれ検出する踵接地検出処理と、
検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第１距離計算処理と、
検出された第２のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第２距離計算処理と、
第１距離計算処理及び第２距離計算処理によって計算された距離を用いて、装着脚の歩幅を計算する歩幅計算処理と、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行動作を分析する技術に関し、特に、歩行補助装置を装着した人の歩行動作を分析する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、装着型の歩行補助装置が開示されている。この歩行補助装置は、装着者の脚の各部に固定される複数の装着部と、それらの装着部を揺動可能に連結する関節機構と、その関節機構を駆動するアクチュエータを備えており、そのアクチュエータの動作を経時的に制御することによって、歩行時における装着者の脚の動きをアシストする。この種の歩行補助装置は、例えば身体能力が低下した患者のリハビリテーションにおいて、患者の機能回復を有意に促進させるものと期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３５８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リハビリテーションでは、患者の機能回復の程度に応じて、その内容が決定及び調整される。従って、患者のリハビリテーションを適切に進めるためには、その機能回復の程度を定量的に把握することが望ましい。しかしながら、従来のリハビリテーションでは、理学療法士といった介助者が、その経験に基づいて、患者の機能回復の程度を判断しており、その判断には客観性に欠けるという問題がある。特に、歩行補助装置を利用するリハビリテーションでは、患者の機能回復の程度に応じて、歩行補助装置の動作態様（動作パラメータ等）を細かに調整する必要があり、そのためには、歩行補助装置を装着した患者の歩行動作を定量的に分析し、その機能回復の程度を客観的に把握することが求められる。
【０００５】
上述の事実を鑑み、本発明は、歩行補助装置を装着した人の歩行動作を定量的に分析するための技術を提供し、それにより、例えば歩行補助装置を利用したリハビリテーションにおいて、患者やその介助者が機能回復の程度を客観的に把握することを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、人の一方の脚に装着される歩行補助装置を装着した人の歩行動作を分析する分析装置に具現化される。この分析装置は、歩行補助装置を装着した装着脚の大腿及び下腿の長さをそれぞれ記憶する記憶手段と、装着脚の大腿の姿勢角を検出する大腿姿勢角検出手段と、装着脚の下腿の姿勢角を検出する下腿姿勢角検出手段と、装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングと、装着脚の踵へ当接する第２のタイミングを、それぞれ検出する踵接地検出手段と、検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第１距離計算手段と、検出された第２のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第２距離計算手段と、第１距離計算手段及び第２距離計算手段によって計算された距離を用いて、装着脚の歩幅を計算する歩幅計算手段を備えている。なお、ここでいう装着脚の歩幅とは、装着脚の足先が地面から離間した位置から、装着脚の足先が次に地面へ当接した位置までの、前後方向（歩行方向）の距離を意味する。
【０００７】
この分析装置は、先ず、装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングで、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する。装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングは、実質的に、装着脚の足先が股関節に対して最も後方に位置するタイミングであって、かつ、他方の足先（非装着脚の足先）が股関節に対して最も前方に位置するタイミングでもある。さらに、このタイミングでは、両方の脚が同程度に伸びており、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離と、非装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離が、ほぼ等しくなっている。そのことから、上記した第１のタイミングで計算される距離は、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離であるとともに、非装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離にもほぼ等しいものとなる。従って、第１のタイミングで計算した距離を二倍にすると、後方に位置する装着脚の足先から、前方に位置する非装着脚の足先までの、前後方向の距離（即ち、第１のタイミングにおける一歩分の歩幅）を求めることができる。
【０００８】
次に、分析装置は、装着脚の踵が地面へ当接する第２のタイミングで、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する。装着脚の踵が地面へ当接する第２のタイミングは、実質的に、装着脚の足先が股関節に対して最も前方に位置するタイミングであって、かつ、非装着脚の足先が股関節に対して最も後方に位置するタイミングでもある。さらに、このタイミングでは、両方の脚がほぼ伸びきっており、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離と、非装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離が、ほぼ等しくなっている。そのことから、上記した第２のタイミングで計算される距離は、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離であるとともに、非装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離にもほぼ等しいものとなる。従って、第２のタイミングで計算した距離を二倍にすると、後方に位置する非装着脚の足先から、前方に位置する装着脚の足先までの、前後方向の距離（即ち、第２のタイミングにおける一歩分の歩幅）を求めることができる。
【０００９】
そして、分析装置は、第１のタイミング及び第２のタイミングで計算した距離を用いて、装着脚の歩幅を計算する。上記の説明から明らかなように、第１のタイミングで計算した距離の二倍に、第２のタイミングで計算した距離の二倍を加算すると、装着脚の歩幅を求めることができる。なお、この計算手法は一例であり、例えば装着者の歩行動作の特徴に応じて、所定の係数を掛け合わせることも有効であり、それによって、装着脚の歩幅をより正確に求めることができる。例えばリハビリテーションでは、患者の患脚（機能低下を起こしている脚）の歩幅が、その機能回復の程度を判断する重要な指針となる。従って、装着脚の歩幅を定量的に求めることができると、歩行補助装置を利用したリハビリテーションにおいて、患者の機能回復の程度を客観的に把握することが可能となる。
【００１０】
本発明は、歩行補助装置が有するセンサ群を有効に利用して、その装着者の歩行動作を分析することを一つの目的とする。即ち、本発明は、多くの歩行補助装置が既に保有するセンサ群を考慮し、その限られたセンサ群から得られる情報のみを用いて、装着者の歩行動作を分析する手法を提案するものである。従って、上記した大腿姿勢角検出手段、下腿姿勢角検出手段、及び、踵接地検出手段は、歩行補助装置に設けられたセンサの出力値を用いて、大腿の姿勢角、下腿の姿勢角、及び、第１のタイミング並びに第２のタイミングを、それぞれ検出することが好ましい。ただし、本発明の技術は、歩行補助装置に既存するセンサ類を使用しなくとも、一定の作用効果を奏するものであり、分析に必要とされるセンサ類が歩行補助装置に存在しない場合は、必要なセンサを歩行補助装置又は装着者に別途取り付けてもよい。
【００１１】
上記した分析装置は、検出された第１のタイミングから検出された第２のタイミングまでの遊脚期間を計時する計時手段と、計時手段によって計時された時間と、歩幅計算手段によって計算された歩幅を用いて、歩行補助装置を装着した人の歩行速度を計算する速度計算手段を、さらに備えることが好ましい。この分析装置によると、装着者の歩行速度についても定量的に把握することができ、例えば歩行補助装置を利用したリハビリテーションにおいて、患者の機能回復の程度をより客観的に把握することが可能となる。
【００１２】
上記した分析装置は、検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節の高さ位置を計算する股関節高さ計算手段と、股関節高さ計算手段によって計算された高さ位置と、第１のタイミングから第２のタイミングまでの遊脚期間に検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶手段に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、当該遊脚期間における装着脚の足先の高さ位置を計算する足先高さ計算手段を、さらに備えることが好ましい。この分析装置によると、装着脚が遊脚となっている期間における足先の運び（特に、足先の上げ具合）についても定量的に把握することができ、例えば歩行補助装置を利用したリハビリテーションにおいて、患者の機能回復の程度をさらに客観的に把握することが可能となる。
【００１３】
本発明は、人の一方の脚に装着される歩行補助装置を装着した人の歩行動作を分析する分析方法にも具現化される。この分析方法は、歩行補助装置を装着した装着脚の大腿及び下腿の長さをそれぞれ記憶する記憶工程と、装着脚の大腿の姿勢角を検出する大腿姿勢角検出工程と、装着脚の下腿の姿勢角を検出する下腿姿勢角検出工程と、装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングと、装着脚の踵へ当接する第２のタイミング接触を、それぞれ検出する踵接地検出工程と、検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第１距離計算工程と、検出された第２のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第２距離計算工程と、第１距離計算工程及び第２距離計算工程によって計算された距離を用いて、装着脚の歩幅を計算する歩幅計算工程を備えている。
この分析方法によると、装着脚の歩幅を定量的に把握することができ、例えば歩行補助装置を利用したリハビリテーションにおいて、患者の機能回復の程度を客観的に把握することが可能となる。
【００１４】
本発明は、人の一方の脚に装着される歩行補助装置を装着した人の歩行動作を分析するためのプログラムにも具現化される。このプログラムは、電子計算機に、歩行補助装置を装着した装着脚の大腿及び下腿の長さをそれぞれ記憶する記憶処理と、装着脚の大腿の姿勢角を検出する大腿姿勢角検出処理と、装着脚の下腿の姿勢角を検出する下腿姿勢角検出処理と、装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングと、装着脚の踵へ当接する第２のタイミング接触を、それぞれ検出する踵接地検出処理と、検出された第１のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第１距離計算処理と、検出された第２のタイミングにおいて検出された大腿及び下腿の姿勢角と、記憶している大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する第２距離計算処理と、第１距離計算処理及び第２距離計算処理によって計算された距離を用いて、装着脚の歩幅を計算する歩幅計算処理を実行させる。
このプログラムによると、装着脚の歩幅を定量的に把握することができ、例えば歩行補助装置を利用したリハビリテーションにおいて、患者の機能回復の程度を客観的に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、歩行補助装置を装着した患者の歩行動作を定量的に分析することができ、例えば歩行補助装置を利用したリハビリテーションにおいて、患者の機能回復の程度を定量的に把握することができる。それにより、患者の機能回復の程度に応じて、歩行補助装置の動作態様（動作パラメータ等）を細かに調整することが可能となり、リハビリテーションの効果を有意に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】歩行補助システムの全体構成を示す模式図。
【図２】歩行補助システムの構成を示すブロック図。
【図３】分析装置が実行する処理の流れを示すフローチャート。
【図４】装着脚の踵が地面から離間するタイミング（第１のタイミング）における装着者の歩行姿勢を模式的に示す図。
【図５】装着脚が遊脚となっている遊脚期間（第１のタイミングから第２のタイミングまでの期間）における装着者の歩行姿勢を模式的に示す図。
【図６】装着脚の踵が地面へ当接するタイミング（第２のタイミング）における装着者の歩行姿勢を模式的に示す図。
【図７】分析装置が表示する分析結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
分析装置は、歩行補助装置と組み合わせて、歩行補助システムを構築することができる。この場合、歩行補助装置は、装着者の装着脚の大腿及び下腿の姿勢角を、それぞれ検出し得るセンサ群を有することが好ましい。この場合、歩行補助装置は、大腿の姿勢角を検出する姿勢角センサと、下腿の姿勢角を検出する姿勢角センサを、それぞれ有してもよい。あるいは、大腿の姿勢角を検出する姿勢角センサと膝関節の角度を検出する角度センサの組み合わせ、又は、下腿の姿勢角を検出する姿勢角センサと膝関節の角度を検出する角度センサの組み合わせによっても、大腿及び下腿の姿勢角をそれぞれ検出することができる。歩行補助装置がこれらのセンサ群を有していると、分析装置は、歩行補助装置のセンサ群を利用して、装着脚の大腿及び下腿の姿勢角を検出することができる。
【００１８】
さらに、足先が接地している際の足首関節の角度は、下腿の姿勢角と一義的に対応することから、下腿の姿勢角を検出する姿勢角センサを、足首関節の角度を検出する角度センサに置き換えることもできる。即ち、大腿の姿勢角を検出する姿勢角センサと足首関節の角度を検出する角度センサの組み合わせ、又は、膝関節の角度を検出する角度角センサと足首関節の角度を検出する角度センサの組み合わせによっても、大腿及び下腿の姿勢角をそれぞれ検出することができる。従って、歩行補助装置がこれらのセンサ群を有していても、分析装置は、歩行補助装置のセンサ群を利用して、大腿及び下腿の姿勢角を検出することができる。
【００１９】
上記に加え、歩行補助装置は、装着者の装着脚の踵が地面に接触しているのか否かを検出し得るセンサを有することが好ましい。具体的には、装着者の装着脚の踵の下方に配置される荷重センサや、装着者の装着脚の踵の下方に配置されるスイッチ類を有することが好ましい。歩行補助装置がこのようなセンサを有していると、分析装置は、歩行補助装置のセンサ群を利用して、装着脚の踵が地面から離間する第１のタイミングや、装着脚の踵が地面へ当接する第２のタイミングを、検出することができる。
【００２０】
以上のように、分析装置は、歩行補助装置のセンサ群を有効に利用することが好ましい。しかしながら、歩行補助装置が上記したセンサ群を有していない場合は、必要なセンサ群を歩行補助装置又は装着者に別途取り付ければよい。即ち、本発明に係る分析装置は、歩行補助装置のセンサ群を必ずしも利用する必要はない。本発明に係る技術は、歩行補助装置の具体的な構成にかかわらず、様々な歩行補助装置に対して広く適用することができる。
【００２１】
分析装置は、様々な構造の歩行補助装置と組み合わせることが可能であり、歩行補助装置の構造によってその利用範囲が制限されるものではない。ただし、好適には、歩行補助装置は、装着脚の大腿に配置される大腿ユニットと、装着脚の下腿に配置される下腿ユニットと、装着脚の足先に配置される足先ユニットと、大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結する膝関節ユニットと、下腿ユニットと足先ユニットを揺動可能に連結する足首関節ユニットを有するとよい。この場合、上記した大腿又は下腿の姿勢角を検出する姿勢角センサは、それぞれ、大腿ユニット又は下腿ユニットの姿勢角を検出することによって、装着脚の大腿又は下腿の姿勢角を検出することができる。また、膝関節の角度を検出する角度センサは、膝関節ユニットの角度（即ち、大腿ユニットと下腿ユニットとの成す各）を検出することによって、装着脚の膝関節の角度を検出することができる。即ち、装着脚の姿勢や角度を直接的に検出する必要はない。
【実施例】
【００２２】
図面を参照して実施例の歩行補助システム１００を説明する。図１は、歩行補助システム１００の全体構成を示す模式図であり、図２は、歩行補助システム１００の機能的な構成を示すブロック図である。図１、図２に示すように、歩行補助システム１００は、主に、歩行補助装置１０と分析装置５０によって構成されている。本実施例の歩行補助システム１００は、一例ではあるが、リハビリテーション施設において、患者２００（以下、装着者と称する）の歩行訓練に用いることができる。なお、図１、図２では、一つの歩行補助装置１０のみが図示されているが、歩行補助システム１００は、複数の歩行補助装置１０に、一又は複数の分析装置５０を組み合わせて、構成することができる。
【００２３】
図１に示すように、歩行補助装置１０は、装着者２００の一方の脚２１０に装着され、その装着脚２１０にアシスト力を付与することによって、装着者２００の歩行動作を支援する。なお、歩行補助装置１０は、装着者２００の機能低下を起こしている脚２１０のみに装着され、健全な脚２２０には装着されない。歩行補助装置１０は、装着脚２１０の大腿に配置される大腿ユニット１２と、装着脚２１０の下腿に配置される下腿ユニット１４と、装着脚２１０の足先に配置される足先ユニット１６と、大腿ユニット１２と下腿ユニット１４を揺動可能に連結する膝関節ユニット１３と、下腿ユニット１４と足先ユニット１６を揺動可能に連結する足首関節ユニット１５を有している。
【００２４】
図２に示すように、歩行補助装置１０は、制御ユニット２０と、モータ２８と、姿勢角センサ２２と、膝角度センサ２４と、足平荷重センサ２６を備えている。モータ２８は、膝関節を駆動するアクチュエータである。即ち、モータ２８は、大腿ユニット１２に対して、下腿ユニット１４を揺動させる。それにより、装着脚２１０の膝関節へ、アシストトルクが付与される。モータ２８は、制御ユニット２０によって制御される。制御ユニット２０は、上記したセンサ類２２、２４、２６のセンサ信号に基づいて、モータ２８の制御を実行する。それにより、歩行補助装置１０は、装着者２００の歩行動作に追従するように、出力するアシストトルクを調節する。
【００２５】
ここで、歩行補助装置１０のセンサ類２２、２４、２６について説明する。姿勢角センサ２２は、装着脚２１０の大腿の姿勢角を検出するためのセンサであり、装着脚２１０の大腿の姿勢角（水平方向又は鉛直方向に対する角度）に応じたセンサ信号を出力するものである。一例ではあるが、本実施例の姿勢角センサ２２は、大腿ユニット１２に固定されたジャイロセンサである。膝角度センサ２４は、装着脚２１０の膝関節の角度を検出するためのセンサであり、装着脚２１０の膝関節の角度に応じたセンサ信号を出力するものである。一例ではあるが、本実施例の膝角度センサ２４は、モータ２８の回転角に応じてパルス信号を出力するエンコーダである。足平荷重センサ２６は、装着脚２１０の足平と地面との接触圧を検出するためのセンサである。一例ではあるが、本実施例の足平荷重センサ２６は、足先ユニット１６に設けられた複数の荷重センサであり、装着脚２１０の足平の下方に配置される。ここで、複数の荷重センサには、爪先側に配置されるものや、踵側に配置されるもの含み、装着脚２１０の足先と地面との接触圧の分布を検出することもできる。後述するように、これらのセンサ類の２２、２４、２６のセンサ出力は、歩行補助装置１０における制御だけでなく、分析装置５０における処理にも用いられる。
【００２６】
次に、分析装置５０について説明する。図１に示すように、分析装置５０は、汎用のコンピュータ（電子計算機）を用いて構成されており、コンピュータ本体５２と、モニタ５４と、マウスやキーボードといったユーザインターフェース５６を備えている。分析装置５０は、ケーブル５８を介して歩行補助装置１０に接続され、歩行補助装置１０に設けられたセンサ類２２、２４、２６のセンサ出力を入力し、装着者２００の歩行動作を分析する処理を実行する。なお、分析装置５０と歩行補助装置１０は、ケーブル５８を用いることなく、無線によって通信可能に接続されてもよい。
【００２７】
図２に示すように、分析装置５０は、機能的に、大腿姿勢角検出部６２と、下腿姿勢角検出部６４と、踵接地検出部６６と、記憶部６８を備えている。なお、図２に示す分析装置５０の各構成要素は、コンピュータ本体５２のハードウエア及びソフトウエア（プログラム）によって構成されている。大腿姿勢角検出部６２は、装着脚２１０の大腿の姿勢角を検出する処理を実行するものである。本実施例の大腿姿勢角検出部６２は、歩行補助装置１０から姿勢角センサ２２のセンサ出力を入力し、入力したセンサ出力に基づいて、装着脚２１０の大腿の姿勢角を検出する。下腿姿勢角検出部６４は、装着脚２１０の下腿の姿勢角を検出する処理を実行するものである。本実施例の大腿姿勢角検出部６２は、歩行補助装置１０から姿勢角センサ２２及び膝角度センサ２４のセンサ出力を入力し、入力したセンサ出力に基づいて、装着脚２１０の下腿の姿勢角を検出する。
【００２８】
踵接地検出部６６は、装着脚２１０の踵が地面と接触しているのか否かを検出する処理を実行するものであり、特に、装着脚２１０の踵が地面から離間したタイミングと、装着脚２１０の踵が地面へ当接したタイミングを、検出する処理を実行する。本実施例の踵接地検出部６６は、歩行補助装置１０から足平荷重センサ２６のセンサ出力を入力し、入力したセンサ出力に基づいて、上記した各タイミングを検出する。なお、本明細書では、装着脚２１０の踵が地面から離間したタイミングを単に第１のタイミングと称し、装着脚２１０の踵が地面へ当接したタイミングを単に第２のタイミングと称することがある。
【００２９】
記憶部６８は、装着者２００に関する各種の情報を記憶するものであり、特に、装着脚２１０の大腿及び下腿の長さをそれぞれ記憶することができる。また、記憶部６８は、装着者２００の姓名、他の身体的特徴、リハビリテーションの履歴等についても、記憶することができる。なお、記憶部６８には、ユーザインターフェース５６を用いて、各種の情報を記憶させることができる。
【００３０】
分析装置５０はさらに、距離計算部７０と、歩幅計算部７２を備えている。距離計算部７０は、大腿姿勢角検出部６２によって検出された大腿の姿勢角と、下腿姿勢角検出部６４によって検出された下腿の姿勢角と、記憶部６８に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚２１０の股関節から足先までの前後方向の距離を計算することができる。ここでいう前後方向とは、装着者２００の前後方向であり、装着者２００の歩行方向に等しい。
【００３１】
ここで、距離計算部７０が実行する具体的な計算手法は、特定の手法（即ち、特定の数式）に限定されない。一例として、図４に示すように、大腿２１２の姿勢角をθ１、大腿２１２の長さをＬ１、下腿２１６の姿勢角をθ２、下腿２１６の長さをＬ２とすると、装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８まで（正確には足首の位置まで）の前後方向の距離Ｘは、Ｘ＝Ｌ１・ｓｉｎθ１＋Ｌ２・ｓｉｎθ２と計算することができる。なお、ここでいう大腿２１４の姿勢角とは、鉛直方向に対して大腿２１４の長手方向が成す角を意味し、下腿２１６の姿勢角とは、鉛直方向に対して下腿２１６の長手方向が成す角を意味する。即ち、装着脚２１０が直立している場合、大腿２１４及び下腿２１６の姿勢角は実質的にゼロとなる。詳しくは後述するが、距離計算部７０は、踵接地検出部６６によって検出された第１のタイミング及び第２のタイミングのそれぞれで、上記した装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８までの前後方向の距離Ｘ、Ｙを計算する。そして、歩幅計算部７２は、その両タイミングについて計算された距離Ｘ、Ｙを用いて、装着脚２１０の歩幅Ａを計算する。
【００３２】
分析装置５０はさらに、遊脚計時部７４と、速度計算部７６を備えている。遊脚計時部７４は、踵接地検出部６６によって検出された第１のタイミングから第２のタイミングか間での時間Ｂを計時することができる。この計時される時間Ｂは、装着脚２１０の踵が地面より離間してから、装着脚２１０の踵が地面へ当接するまでの、装着脚２１０が遊脚となっている遊脚期間の長さ（遊脚時間）に相当する。速度計算部７６は、遊脚計時部７４によって計時された遊脚時間Ｂと、前述の歩幅計算部７２によって計算された装着脚２１０の歩幅Ａを用いて、装着者２００の歩行速度Ｃを計算することができる。この歩行速度Ｃは、一例ではあるが、Ｃ＝Ａ／Ｂと計算することができる。
【００３３】
分析装置５０はさらに、股関節高さ計算部７８と、足先高さ計算部８０を備えている。股関節高さ計算部７８は、大腿姿勢角検出部６２によって検出された大腿の姿勢角と、下腿姿勢角検出部６４によって検出された下腿の姿勢角と、記憶部６８に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚２１０の股関節の地面からの高さＺｒｅｆを計算する。なお、この高さＺｒｅｆの計算は、装着脚２１０の足先が地面に接触している期間、即ち、第２のタイミングから第１のタイミングまでの立脚期間に実行される。
【００３４】
ここで、股関節高さ計算部７８が実行する具体的な計算手法は、特定の手法（即ち、特定の数式）に限定されない。一例として、図４に示すように、大腿２１４の姿勢角をθ１、大腿２１４の長さをＬ１、下腿２１６の姿勢角をθ２、下腿２１６の長さをＬ２とすると、装着脚２１０の股関節２１２の地面からの高さＺｒｅｆは、Ｚｒｅｆ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１＋Ｌ２・ｃｏｓθ２と計算することができる。なお、この数式で計算される高さＺｒｅｆは、正確には、装着脚２１０の足首から股関節２１２までの高さとなるので、必要に応じて補正値を加算してもよい。なお、下記する足先の高さＤｔの計算では、この誤差が相殺されることになるので、補正値を必ずしも加える必要はない。
【００３５】
足先高さ計算部８０は、股関節高さ計算部７８によって計算された股関節の高さＺｒｅｆと、大腿姿勢角検出部６２によって検出された大腿の姿勢角と、下腿姿勢角検出部６４によって検出された下腿の姿勢角と、記憶部６８に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚２１０の足先の地面からの高さＤｔを計算することができる。なお、この高さＤｔの計算は、装着脚２１０の足先が地面から離間している期間、即ち、第１のタイミングから第２のタイミングまでの遊脚期間に実行される。
【００３６】
ここで、足先高さ計算部８０が実行する具体的な計算手法は、特定の手法（即ち、特定の数式）に限定されない。一例として、図５に示すように、大腿２１４の姿勢角をθｔ、大腿２１４の長さをＬ１、下腿２１６の姿勢角をθｔ、下腿２１６の長さをＬ２とする。この場合、装着脚２１０の足先２１８から股関節２１２までの高さＺｔが、Ｚｔ＝Ｌ１・ｃｏｓθｔ＋Ｌ２・ｃｏｓθｔと計算することができるので、装着脚２１０の足先２１８の地面からの高さＤｔは、Ｄｔ＝Ｚｒｅｆ−Ｚｔと計算することができる。なお、股関節２１２の地面からの高さは、歩行動作に伴って上下に変動し、事前に計算された高さＺｒｅｆと厳密には一致しない。しかしながら、この変動幅は比較的に小さく、このような誤差が生じているとしても、その後の分析処理において有意な結果が得られることが確認されている。
【００３７】
分析装置５０はさらに、表示処理部８２を備えている。表示処理部８２は、計算された各指標Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを、モニタ５４に表示するための処理を実行する。詳しくは後述するが、図７に示すように、表示処理部８２は、計算された各指標Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを、その目標値や過去の値とともに、グラフや図案を用いて表示することができる。
【００３８】
図３は、分析装置５０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。分析装置５０は、予め記憶しているプログラムにより、図３に示す分析処理を実行する。分析装置５０による分析処理は、装着者２００が歩行している間に実行され、装着者２００の歩行動作がリアルタイムに分析される。ただし、分析装置５０は、予め収集されたデータに基づいて、事後的に分析処理を行うこともできる。以下、図３に示すフローチャートに沿って、分析装置５０が実行する処理を、その実行される順序に沿って説明する。
【００３９】
先ず、踵接地検出部６６によって、装着脚２１０の踵が地面から離間したタイミング、即ち、第１のタイミングを検出する処理が実行される（ステップＳ１０）。第１のタイミングが検出されると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、先ず遊脚計時部７４が計時を開始する（ステップＳ１２）。続いて、距離計算部７０が、装着脚２１０の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する（ステップＳ１４）。即ち、距離計算部７０は、第１のタイミングで検出された大腿の姿勢角と、第１のタイミングで検出された下腿の姿勢角と、記憶部６８に記憶されている大腿及び下腿の長さを用いて、装着脚２１０の股関節から足先までの前後方向の距離を計算する。以下、このステップＳ１４で計算される距離を、単に第１距離と表現することがある。
【００４０】
図４は、第１のタイミングにおける装着者２００の歩行姿勢を模式的に示している。図４に示すように、装着脚２１０の踵２１９が地面から離間する第１のタイミングは、装着脚２１０の足先２１８が、その股関節２１２に対して、最も後方に位置するタイミングである。加えて、その第１のタイミングは、非装着脚２２０の足先２２８が、その股関節２２２に対して、最も前方に位置するタイミングでもある。さらに、この第２のタイミングでは、両方の脚２１０、２２０が同程度に伸びており、装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８までの前後方向の距離Ｘと、非装着脚２２０の股関節２２２から足先２２８までの前後方向の距離Ｘ’が、ほぼ等しくなっている。従って、このステップＳ１４で計算される第１距離Ｘを二倍にすると、後方に位置する装着脚２１０の足先２１８から、前方に位置する非装着脚２２０の足先２２８までの、前後方向の距離Ｘ＋Ｘ’をほぼ正確に求めることができる。この距離Ｘ＋Ｘ’は、第１のタイミングにおける一歩分の歩幅に相当する。なお、先にも説明したように、第１距離Ｘは、Ｘ＝Ｌ１・ｓｉｎθ１＋Ｌ２・ｓｉｎθ２と計算することができる。
【００４１】
次に、股関節高さ計算部７８が、第１のタイミングにおける、装着脚２１０の股関節２１２の高さＺｒｅｆを計算する（ステップＳ１６）。即ち、股関節高さ計算部７８は、第１のタイミングで検出された大腿２１４の姿勢角θ１と、第１のタイミングで検出された下腿２１６の姿勢角θ２と、記憶部６８に記憶されている大腿２１４及び下腿２１６の長さＬ１、Ｌ２を用いて、装着脚２１０の股関節２１２の地面からの高さＺｒｅｆを計算する。先にも説明したように、装着脚２１０の股関節２１２の地面からの高さＺｒｅｆは、Ｚｒｅｆ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１＋Ｌ２・ｃｏｓθ２と計算することができる（図４参照）。
【００４２】
ここで、上記したステップＳ１２からステップＳ１６の処理は、第１のタイミングにおいて実質的に同時に実行されるものであり、その順序は上記した順序に限定されない。
【００４３】
その後、装着脚２１０は遊脚となって、その足先２１８は空中を移動する。この間（ステップＳ１８でＹＥＳとなるまで）、足先高さ計算部８０は、装着脚２１０の足先２１８の地面からの高さを、所定の周期で繰り返し計算する（ステップＳ２０）。先にも説明したように、装着脚２１０の足先２１８の地面からの高さＤｔは、Ｄｔ＝Ｌ１・ｃｏｓθ１＋Ｌ２・ｃｏｓθ２−Ｚｔと計算することができる（図５参照）。このステップＳ２０により、装着脚２１０が遊脚となっている期間に亘って、装着着の足先２１８の高さＤｔが繰り返し計算される。また、足先高さ計算部８０は、繰り返し計算した高さＤｔのなかから最大値を特定し、装着脚２１０の足先２１８の最大高さＤを特定する。
【００４４】
その後、図６に示すように、装着脚２１０の踵２１９が地面に当接すると、そのタイミング（第２のタイミング）が、踵接地検出部６６によって検出される（ステップＳ１８でＹＥＳ）。第２のタイミングが検出されると、遊脚計時部７４がその計時を終了し、装着脚２１０の遊脚時間Ｂを確定する（ステップＳ２２）。
【００４５】
続いて、距離計算部７０が、装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８までの前後方向の距離Ｙを計算する（ステップＳ２４）。即ち、距離計算部７０は、第２のタイミングで検出された大腿２１４の姿勢角θ３と、第２のタイミングで検出された下腿２１６の姿勢角θ４と、記憶部６８に記憶されている大腿２１４及び下腿２１６の長さＬ１、Ｌ２を用いて、装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８までの前後方向の距離Ｙを計算する。以下、この距離Ｙを、単に第２距離Ｙと表現することがある。第２距離Ｙは、一例ではあるが、Ｙ＝Ｌ１・ｓｉｎθ３＋Ｌ２・ｓｉｎθ４と計算することができる。
【００４６】
図６に示すように、装着脚２１０の踵２１９が地面に当接する第２のタイミングは、装着脚２１０の足先２１８が、その股関節２１２に対して、最も前方に位置するタイミングである。加えて、その第２のタイミングは、非装着脚２２０の足先２２８が、その股関節２２２に対して、最も後方に位置するタイミングでもある。さらに、この第２のタイミングでは、両方の脚２１０、２２０が同程度に伸びており、装着脚２１０の股関節２１２から足先２１８までの前後方向の距離Ｙと、非装着脚２２０の股関節２２２から足先２２８までの前後方向の距離Ｙ’が、ほぼ等しくなっている。従って、このステップＳ２４で計算される第２距離Ｙを二倍にすると、後方に位置する非装着脚２２０の足先２２８から、前方に位置する装着脚２１０の足先２１８までの、前後方向の距離Ｙ＋Ｙ’をほぼ正確に求めることができる。この距離Ｙ＋Ｙ’は、第２のタイミングにおける一歩分の歩幅に相当する。
【００４７】
続いて、歩幅計算部７２が、距離計算部７０によって計算された第１距離Ｘと第２距離Ｙを用いて、装着脚２１０の歩幅Ａを計算する（図３のステップＳ２６）。図６に示すように、装着脚２１０の歩幅Ａは、第１のタイミングにおける一歩分の歩幅Ｘ＋Ｘ’と、第２のタイミングにおける一歩分の歩幅Ｙ＋Ｙ’との和に相当し、その値はＡ＝２Ｘ＋２Ｙと計算することができる。このように、本実施例の分析装置５０は、装着脚２１０の接地及び非接地のタイミングと、装着脚２１０の姿勢のみを検出することで、装着脚２１０の歩幅Ａを定量的に測定することができる。
【００４８】
続いて、速度計算部７６が、歩幅計算部７２によって計算された歩幅Ａと、遊脚計時部７４によって計時された遊脚時間Ｂを用いて、装着者２００の歩行速度Ｃを計算する（図３のステップＳ２８）。先にも説明したように、この歩行速度Ｃは、Ｃ＝Ａ／Ｂと計算することができる。
【００４９】
以上の処理により、分析結果として、装着脚２１０の歩幅Ａ、装着脚２１０の遊脚時間Ｂ、装着者２００の歩行速度Ｃ、及び、装着脚２１０の足先２１８の最大高さＤといった各指標値が計算される。計算された各指標値は、表示処理部８２によって、分析装置５０のモニタ５４に表示される（図３のステップＳ３０）。そして、分析装置５０は、分析処理を終了する旨の指示を受けるまで（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、図３に示す処理フローを繰り返し実行する。それにより、装着者２００が歩行している間は、装着脚２１０の一歩毎に、上述した各指標値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの計算及び表示がリアルタイムに（同時進行で）繰り返される。
【００５０】
図７に、分析結果のモニタ５４への表示例を示している。図７に示す表示例では、上段部分９０に、装着者２００の氏名や、リハビリテーションの実施期間を示す情報等が表示されている。中段部分９２には、各指標値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄについて、今回の分析で計算された値の平均値が、装着者２００に設定された目標値や前回の分析における平均値と共に、グラフ化されて表示されている。そして、下段部分９４には、装着脚２１０の一歩毎に計算された各指標値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが、リアルタイムで更新されながら表示されるようになっている。このような表示により、理学療法士といった介助者は、装着者２００の機能回復の程度を定量的に把握することができ、歩行補助装置１０の動作態様（動作パラメータ等）を適切に調整することが可能となる。その結果、装着者２００のリハビリテーションが適切に進められ、その機能回復が有意に促進されることになる。
【００５１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５２】
例えば、歩行補助装置１０は、リハビリテーションを行う患者だけでなく、重労働に従事する労働者にも好適に利用することができる。そして、本発明の技術は、そのような労働者に利用される歩行補助装置１０についても、同様に適用することが可能である。この場合においても、歩行補助装置１０を装着した労働者の歩行動作を定量的に分析することで、その歩行補助装置１０の動作態様を労働者に応じて適切に調整することが可能となる。さらに、得られた分析結果は、労働環境の解析にも有効に用いることができ、作業手順や労働環境の見直しといった工程設計の改善を図ることができる。
【００５３】
また、実施例で説明した分析装置５０は、装着者１００の歩行動作に追従して、その分析処理を同時に（リアルタイムで）実施することができるが、歩行動作の分析処理は、装着者が歩行動作を完了した後において、事後的に実行することもできる。この場合、装着者１００の歩行動作中には、各センサ２２、２４、２６による検出値を蓄積する処理のみを実行すればよい。なお、各センサ２２、２４、２６による検出値を蓄積する段階では、分析装置５０を必ずしも用いる必要はなく、当該検出値の蓄積を行うデータの記憶装置などを、歩行補助装置１０に設けることも考えられる。この手法によると、装着者１００の歩行動作中には、分析装置５０と歩行補助装置１０との接続を行う必要がなくなり、装着者１００が歩行しやすくなる。
【００５４】
本実施例の分析装置５０は、汎用の電子計算機を用いて構成されているが、汎用の電子計算機を必ずしも用いる必要はない。例えば、分析装置５０が実行する処理は、歩行補助装置１０が備える処理ユニット２０によって実行させることも可能である。即ち、分析装置５０の機能を有する歩行補助装置１０を具現化することもできる。この場合、歩行補助装置１０において分析された分析結果は、分析装置５０において保存しておいてもよいし、無線又は有線によって外部のコンピュータ等に送信され、当該コンピュータによってリアルタイムで表示されてもよい。
【００５５】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５６】
１０：歩行補助装置
２０：制御ユニット
２２：姿勢角センサ
２４：膝角度センサ
２６：足平荷重センサ
２８：モータ
５０：分析装置
５４：モニタ
６２：大腿姿勢角検出部
６４：下腿姿勢角検出部
６６：踵接地検出部
６８：記憶部
７０：距離計算部
７２：歩幅計算部
７４：遊脚計時部
７６：速度計算部
７８：股関節高さ計算部
８０：足先高さ計算部
８２：表示処理部
１００：歩行補助システム
２００：装着者（患者）
２１０：装着脚
２２０：非装着脚
Ａ：歩幅
Ｂ：遊脚時間
Ｃ：歩行速度
Ｄ：足先の最大高さ
【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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