(57)【要約】【課題】  通常の使用状態のときには、脚と脚との間隔が狭く、狭い場所でも使い勝手がよい構造であり、しかも、歩行者がバランスをくずした場合でも転倒しにくい構造にした歩行補助装置を提供する。【解決手段】  歩行者の体の一部を支えることにより歩行の補助をする歩行補助装置本体１１と、多関節１５、１６、１７を有する複数の脚部１４により歩行補助装置本体１１を支持するとともに歩行動作を行う脚機構１３と、脚機構１３の制御を行う脚機構制御部３２と、歩行補助装置本体１１の傾斜を検知する傾斜検知部３１とを備え、脚機構制御部３２は、傾斜検知部３１が歩行補助装置本体１１の傾斜を検知したときに、歩行補助装置本体１１が脚機構１３の脚部１４の関節の角度を調整することで、転倒防止体勢をとる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行者の体の一部を支えることにより歩行の補助をする歩行補助装置本体と、
多関節を有する複数の脚部により歩行補助装置本体を支持するとともに歩行動作を行う脚機構と、
脚機構の制御を行う脚機構制御部と、
歩行補助装置本体の傾斜を検知する傾斜検知部とを備え、
脚機構制御部は、傾斜検知部が歩行補助装置本体の傾斜を検知したときに、歩行補助装置本体が転倒するのを防ぐように脚機構の脚部の関節の角度を調整することを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
脚機構制御部は、通常使用状態では脚部間の距離が狭くなるように関節の角度を制御し、歩行補助装置本体の転倒を防止する際に転倒方向にある脚部の関節の角度を変化して転倒を防ぐように制御する請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
転倒防止のため脚部の関節の角度が変化した後に元の状態に復帰する際に、傾斜検知部は、歩行補助装置本体の傾斜角を検出し、脚機構制御部は検出された傾斜角に基づいて脚部の関節の角度を元の状態に戻すことを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行訓練を行う人や自力歩行が困難な人の体の一部を支えることにより、歩行を補助する歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
足腰の筋力の弱った老人、病気や怪我により自力歩行が難しい病人等は、日常生活での歩行に歩行補助器具を利用している。また、病院などではリハビリのための歩行訓練に、歩行補助器具を利用している。
【０００３】
従来の歩行補助器具は、歩行者の体の一部を支持する歩行補助器具本体に車輪が取り付けられ、歩行補助器具本体を車輪で転がすことにより、歩行者の歩行を助けるようにしている（例えば特許文献１、２参照）。
歩行補助器具としては、車輪付きの歩行補助器具の後部側に手すりを設け、歩行者が歩行補助器具の後ろに立って手すりを押しながら進む、いわゆる手押し車型の歩行補助器具が多く利用されている。
また、別の形状の車輪付きの歩行補助器具として、歩行者を中央に立たせ、歩行補助器具が歩行者の周囲を取り囲むようにして支持するものも利用されている。
例えば、図５（ａ）に正面図、図５（ｂ）に底面図を示すような形状の３輪の歩行補助器具が従来から使用されている。この歩行補助器具１００は、手すりとなるＵ字状のフレーム１０１に、３本の固定脚１０２と、この固定脚１０２の先端に取り付けた車輪１０３とからなる。車輪１０３は、少なくとも１つ（この例では前輪）が進行方向を自由に変えることができるようにしてある。この歩行補助器具１００では、歩行者がＵ字状のフレーム１０１の枠内に入り、フレーム１０１を手で持ちながら体全体をフレームで支えながら歩行する。
【特許文献１】特開２０００−１５７５８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２３３００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような歩行補助器具では、歩行者が使用中に転倒しにくい構造にすることが必要である。転倒しにくい構造にするには、できるだけ脚と脚との距離（正確には車輪間の距離）を大きくとることが望ましい。例えば人の横方向（両肩を結ぶ方向）への転倒を防ぐには、図５（ｂ）に示す２つの後脚１０３（後輪）間の幅Ｗを大きくするほど安定する。
通常、人の横幅は４０ｃｍ程度であるが、例えば図５の歩行補助器具では、脚と脚との幅Ｗを６０〜７０ｃｍ程度まで広げると、ほとんど転倒しない程度まで安定させることができる。
しかしながら、幅Ｗを大きくして安定性を求めれば、歩行者自身の横幅に比べて、歩行補助器具の幅寸法が大きくなり、家庭内のような狭い場所では、歩行補助器具が物や壁と衝突し、動き回るのが困難となる。一方、歩行補助器具の横幅の距離を短くすると、安定性が悪くなり、転倒しやすい構造となる。
【０００５】
さらに、車輪が付いている構造の歩行補助器具は転がりやすい。そのため、歩行者の意思に反して、不意に歩行補助器具が先に進んでしまい、歩行者が転倒する事故を生じることがある。特に、傾斜地で使用するときには、高い位置から低い位置に歩行補助器具が自然に転がって進むようになり、歩行補助器具が歩行者を引く力が働くことになり、注意が必要となる。
【０００６】
そこで、本発明は、歩行動作を手助けする歩行補助装置が正常な使用状態のときには、脚と脚との間隔が狭く、家庭内のような狭い場所でも使い勝手がよい構造であり、しかも、歩行者が何からの理由でバランスをくずした場合でも、転倒しにくい構造の歩行補助装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、車輪が転がることにより、歩行者の意思に反して歩行補助器具が進んでしまうことに起因する転倒事故が生じない歩行補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の歩行補助装置は、使用者の体の一部を支えて歩行の補助をする歩行補助装置本体と、関節を有する複数の脚部により歩行補助装置本体を支持するとともに歩行動作を行う脚機構と、脚機構の制御を行う脚機構制御部と、歩行補助装置本体の傾斜を検知する傾斜検知部とを備え、脚機構制御部は、傾斜検知部が歩行補助装置本体の傾斜を検知したときに、歩行補助装置本体が転倒するのを防ぐように脚機構の脚部の関節の角度を調整するようにしている。
また、通常使用状態では脚部間の距離が狭くなるように関節の角度が設定され、歩行補助装置本体の転倒を防止する際に転倒方向の脚部の関節の角度が変化するようにしている。
また、転倒防止のため脚部の関節の角度が変化した後に元の状態に復帰する際に、傾斜検知部は、歩行補助装置本体の傾斜角を検出し、脚機構制御部は検出された傾斜角に基づいて脚部の関節の角度を元の状態に戻すようにしている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の歩行補助装置によれば、歩行補助装置本体は、歩行者の体の一部を支えた状態で脚機構により歩行動作を行う。体の支え方は、例えば手押し車のように手すりを手で持つようにして支えるものでもよく、あるいは、歩行者が歩行補助装置の中に立つようにして、体全体を支えるものでもよい。
歩行補助装置本体は、歩行動作中は移動するが、歩行動作を停止しているときは移動しない。特に、傾斜地であっても車輪で支える場合のように転がることはない。したがって、歩行者の意思に反して歩行補助装置本体が移動することによる転倒事故がなくなる。
また、傾斜検知部により歩行補助装置本体の傾斜を検知したときに、脚部の関節の角度が調整され、転倒を防止する体勢になる。これにより、歩行補助装置本体が転倒しかけたときに、脚部の関節の角度を調整して転倒を防ぐようにすることができる。
【０００９】
また、歩行補助装置本体の転倒を防止しなければならない状態になった場合に、転倒方向の脚部の関節の角度を変化させて、転倒を防ぐようにすれば、通常使用状態では、安定性よりも使い勝手を優先するために脚と脚との間隔を狭くして使用することができ、必要なときに、転倒しない安定な体勢に変形させることができる。
【００１０】
さらに、転倒防止のため脚部の関節の角度が変化した後に元の状態に復帰する際に、傾斜検知部は、歩行補助装置本体の傾斜角を検出し、脚機構制御部は検出された傾斜角に基づいて脚部の関節の角度を元の状態に戻すようにすれば、歩行者の傾きに応じて、徐々に安全な体勢に復帰させることができ、安全に水平な状態に復帰することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の歩行補助装置について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態である歩行補助装置の制御系の構成を示すブロック図である。また、図２はこの歩行補助装置の外観構成および脚部の動きを説明する模式図であり、図２（ａ）は通常使用状態での正面図、図２（ｂ）は、通常使用状態での側面図、図２（ｃ）は転倒防止の体勢をとったときの正面図である。
【００１２】
まず、この歩行補助装置の外観構成について図２（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
この歩行補助装置は、歩行補助装置本体１１と、歩行補助装置本体１１の後部側上部に取り付けられた取手部１２と、歩行補助装置本体１１の下部に取り付けられた脚機構１３とからなる。
【００１３】
歩行補助装置本体１１は、左右の脚部間の幅Ｗ（脚部１４ａと脚部１４ｂとの距離）が、人の幅とほぼ同様にしてあり、前後の脚部間の長さＬ（脚部１４ａと脚部１４ｃとの距離）は、それよりも長くしてある。そのため、左右方向に転倒しやすく、前後方向には転倒しにくい構造になっている。
【００１４】
脚機構１３は、左前、右前、左後、右後の４本の脚部１４（１４ａ〜１４ｄ）からなる。
便宜上、以下の説明では、左前脚については「ａ」、右前脚については「ｂ」、左後脚については「ｃ」、右後脚については「ｄ」の符号を付し、４本のいずれかを特定する必要がない場合や総称する場合は符号「ａ〜ｄ」は付さないこととする。なお、右後脚１４ｄは図２（ａ）では右前脚１４ｂの背面となり、図２（ｂ）では左前脚１４ａの背面となるため、図中には現れてこない。
【００１５】
各脚部１４は、第１関節１５、第２関節１６、第３関節１７を有している。そして、第３関節１７の末端側には、脚部１４が接地する際に、滑らないようにするためのゴム１８が取り付けられている。なお、図２では右後脚１４ｄについては図中に現れてこないため、１５ｄ、１６ｄ、１７ｄも図示されていない。
この脚機構１３は、初期状態、すなわち、通常使用状態では、左右の脚部間の幅Ｗが短くなるように、関節が収縮した状態にしてある。
【００１６】
第１関節１５は、脚部１４を前後に動かすときに使用し、第２関節１６は、主に脚部１４を上下に動かすときに使用し、第３関節１７は、脚部１４を左右に広げるときに使用する。
そして、各脚部１４の第１関節１５だけを単独で、交互に振り子のように動かすことにより、脚部１４の左右の幅Ｗを変えないで歩行補助装置本体１１を前進させることができるようにしてある。
また、第２関節１６および第３関節１７を動かすことにより、各脚部１４を左右方向外側に広げて左右方向の脚間の幅Ｗを大きくして、転倒を防止することができるようにしてある。
【００１７】
本実施形態では、上述したように、歩行補助装置本体１１を、前後方向の脚間の長さＬを長くすることにより、前後方向には転倒しにくい構造してあるため、左右方向の傾斜に対してのみ転倒防止の体勢をとれるようにしている。
もし、前後方向に対しても、転倒防止を行いたい場合には、少なくとも３つ以上の関節を用いて、いわゆる３軸（ＸＹＺ軸）方向にそれぞれに脚部１４を回転可能にすれば、あらゆる方向に向けて脚部を伸ばし、転倒防止のための体勢をとることができるようになる。
【００１８】
次に、上記の脚機構１３の動作を制御する制御系について図１のブロック構成図を用いて説明する。
この歩行補助装置１０は、動作指示の入力を行う歩行ＳＷ（歩行スイッチ）２１、復元ＳＷ（復元スイッチ）２２と、必要な外部情報を入力する力センサ２３、マイク２４、傾斜センサ２５と、これらのセンサなどから送られる入力信号を受けて制御を行う制御部２０と、制御部２０により制御される脚機構１３とから構成される。
制御部２０は、ＣＰＵおよびＲＯＭ／ＲＡＭにより構成され、各種演算・制御を行う。制御部２０は、脚機構１３の制御に関連して、音声認識部２６、傾斜検知部３１、脚機構制御部３２とを備えている。
【００１９】
続いて、各部についてさらに説明する。歩行ＳＷ２１は、歩行補助装置１０による歩行動作を開始するためのスイッチであり、取手部１２にボタンスイッチとして設けられている。歩行ＳＷがＯＦＦ状態のときは、歩行補助装置１０の脚機構１３は停止状態になっている。なお、歩行補助装置１０の接地面は、車輪ではなく、ゴム１８が取り付けられているため、多少の傾斜地であっても歩行補助装置１０は転がったり、滑ったりして移動することはない。歩行ＳＷをＯＮにすることにより、初めて脚機構１３が前進歩行動作を開始する。
復元ＳＷ２２は、歩行補助装置１０が転倒防止体勢に移行した後に、元の状態に復元する動作を開始するためのスイッチであり、歩行ＳＷ２１と同様に、取手部１２にボタンスイッチとして設けられている。復元ＳＷ２２をＯＮにすることにより、変形した脚部１４の関節の角度が徐々に元の状態に復帰し、これにともなって歩行者も徐々に元の状態に復帰するようにしてある。
【００２０】
力センサ２３は、歩行者が取手部１２を押すことにより生じる加速度（力）を検出するものであり、検出した加速度から歩行者が進もうとする方向を判断するために用いられる。すなわち、歩行者が前進しようと取手を前方に押すことにより、前方向の加速度を検出し、進む方向が前であると判断される。また、歩行者が停止しようとして取手を引くことにより、後ろ向きの加速度が働き、停止しようとしていると判断される。
なお、前進運動のみの簡単な歩行訓練の場合のように、歩行ＳＷ２１のＯＮ、ＯＦＦ動作で十分である場合は、力センサ２３による入力を行う必要はない。
マイク２４は、音声信号による入力指示を与えるために用いられる。マイク２４を介して入力された音声信号は、後述する制御部２０の音声認識部２６により分析される。
傾斜センサ２５は、歩行補助装置本体１１の傾斜角を検出する。傾斜センサ２５で検出された傾斜角は、後述する制御部２０の傾斜検知部３１に送られ、転倒状態であるかの判断に利用される。
【００２１】
音声認識部２６には、予め「前進」「停止」「後退」「右旋回」「左旋回」などの歩行動作に関連する命令言葉の音声信号が登録されており、これと入力された音声信号とを周知のパターン比較手法により、入力された言葉を判断する。そして、例えば「前進」との言葉を認識したとすると、音声認識部２６は、後述する脚機構制御部３２に「前進」の指示を行う。
【００２２】
傾斜検知部３１には、転倒動作が始まった状態（転倒開始状態という）を判断するための閾値が記憶されている。傾斜センサ２５からの傾斜角信号を受けると、その微分係数を算出し、閾値との比較により、転倒開始状態であるかが判断される。転倒開始状態であると判断されると、脚機構制御部３２に対して、転倒方向と状態変化の強さの情報を知らせる信号が出力される。転倒開始状態の判断に、単に傾斜センサ２５の出力値で判断するのではなく、傾斜センサ２５の出力値の微分係数を用いて、変化の急峻度により判断を行うようにすることで、より正確な判断ができるようにしている。
また、傾斜センサ２５の出力値の微分係数に応じて該当する脚部１４の関節の角度を調整するようにしている。例えば、傾斜センサ２５の出力値の微分係数が大きいときは、強い力を受けており、今後、大きく傾斜していくことになるので、転倒方向にある脚部１４の開脚角度が大きくなるように制御される。
【００２３】
脚機構制御部３２は、歩行ＳＷ２１、復元ＳＷ２２、力センサ２３、音声認識部２６からの信号、および、傾斜検知部３１からの転倒開始状態であることを知らせる信号を受けて、脚機構１３の動作の制御を行う。
【００２４】
次に、制御系による歩行補助装置１０の制御動作について、図３のフロー図を用いて説明する。ここでは、簡単のため、前進歩行（通常歩行）のみを行い、途中で何らかの理由で転倒を開始したときの動作について説明する。そのため、力センサ２３、マイク２４による制御については行わないものとして、説明を省略する。
（Ｓ１０１）：
歩行者が歩行ＳＷ（歩行スイッチ）をＯＮにするのを待ち、ＯＮになればＳ１０２に進む。
なお、歩行ＳＷ２１がＯＦＦの状態では、歩行を停止しているため、歩行者が歩行補助装置１０から力を受けることはなく、転倒するとことはない。
（Ｓ１０２）：
脚機構１３は、第２関節１６、第３関節１７を収縮し、左右の脚部間（脚部１４ａと脚部１４ｂとの間）の幅Ｗを狭くした通常使用状態を維持する。この状態で、通常歩行、ここでは前進歩行のみを行う。通常歩行は、例えば脚部１４の第１関節１５を、左右交互に振り子のように運動することにより行う。このとき、左右の脚間の幅Ｗを狭くしてあるので、周囲の物体と衝突する機会が減り、小回りが利き、しかも、車輪が転がしながら進むのではなく、歩行動作により進むので、多少の傾斜面であっても歩行補助装置本体１１が転がったり滑ったりすることはなく、歩行者の歩行動作を安全に補助することができる。
（Ｓ１０３）：
歩行補助装置本体１１の傾斜を検出する傾斜センサ２５の出力変化をモニタする。出力変化があったときは、Ｓ１０４に進む。出力変化を検出しないときはＳ１０２に戻る。
（Ｓ１０４）：
傾斜センサ２５の出力変化の微分係数を算出し、予め設定してある閾値と比較して閾値以上であれば転倒開始状態であると判断し、Ｓ１０５に進む。
（Ｓ１０５）：
転倒を開始した方向の脚部１４がいずれであるかを、傾斜センサ２５の出力変化および微分係数から算出し、その脚部１４の関節の角度を調整し、転倒防止の体勢にする。具体的には、該当する脚部１４の第２関節および第３関節の曲げ角度を広くして該当する脚部１４が左右方向外側に向けて伸びるようにして、幅Ｗが広がるようにし、転倒を防止する体勢をとるようにする。これにより、歩行者および歩行補助装置本体１１の転倒を回避する。続いてＳ１０６に進む
（Ｓ１０６）：
歩行者が、復元ＳＷをＯＮにするのを待ち、ＯＮになればＳ１０７に進む。
（Ｓ１０７）：
傾斜センサ２５により傾斜角がモニタされながら、歩行補助装置１０の脚部１４が徐々に第２関節１６、第３関節１７の開脚角度を戻し、原点、すなわち、通常使用状態に復帰する動作を行う。このようにして、歩行補助装置本体１１と歩行者とが徐々に水平状態に復帰し、やがて、元の状態になり、転倒防止体勢がリセットされる。続いてＳ１０８に進む。
（Ｓ１０８）：
歩行補助装置は、歩行姿勢に戻り、歩行ＳＷの待ち状態になり、Ｓ１０１に戻る。
【００２５】
以上の動作フローを実行することにより、歩行補助装置１０は、脚機構１３が歩行動作を行うことで、歩行者の歩行動作を補助し、万が一、転倒しかけたときには、転倒方向の脚部１４が左右外側に伸びることで転倒を防止するようになる。
【００２６】
本実施形態では、安定な動作を行うために、脚部１４の数は４本としたが、これに限らず２本以上であれば原理上は転倒防止体勢をとることができる。ただし、実用上は、４本であることが安全上、望ましいし、それ以上であれば製造コストが余分にかかることになる。
また、各脚部の関節は第１、第２、第３関節の３つとしたが、少なくとも各脚部１４の関節を２つ以上の多関節にすれば、一部の方向に対して転倒防止体勢をとることができる。そして、いわゆる３軸（直交するＸＹＺ軸）に回転可能となるよう３つ以上の関節を持つことにすれば、あらゆる方向に対して転倒防止体勢をとることができる。
【００２７】
図４は、本発明の他の一実施形態である歩行補助装置の外観構成および脚部の動きを説明する模式図であり、図４（ａ）は通常使用状態での正面図、図４（ｂ）は通常使用状態での側面図、図４（ｃ）は転倒防止の体勢をとったときの正面図である。
なお、図４で図２と同じものについては、同符号を付すことにより、説明を省略する。
【００２８】
図４の歩行補助装置１０ａでは、歩行補助装置本体１１ａの中央に、歩行者が入るための空間が設けられている。歩行補助装置本体１１ａの後部には扉２８があり、これを開くことにより、歩行者が中に入ることができる。歩行補助装置本体１１ａの中に入った歩行者は、立った状態で歩行補助装置本体１１ａにより支えられる。
そして、歩行補助装置本体の上面に設けられた歩行ＳＷ２１ａ、復元ＳＷ２２ａを押すことにより、図３と同様のフローを実行する。これにより、歩行補助装置１０ａは、脚機構１３が歩行動作を行うことで、歩行者の歩行を補助し、万が一、転倒しかけたときは、転倒方向の脚部１４が左右外側に伸びることで転倒を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、高齢者などが自立歩行したり、病院で患者がリハビリのため歩行訓練をしたりするときに使用する歩行補助装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態である歩行補助装置の構成を示すブロック構成図。
【図２】本発明の一実施形態である歩行補助装置の外観構成および動作状態を説明する図。
【図３】本発明の一実施形態である歩行補助装置の動作の一例を説明するフロー図。
【図４】本発明の他の一実施形態である歩行補助装置の外観構成および動作状態を説明する図。
【図５】従来からの歩行補助器具の構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：  歩行補助装置
１１：  歩行補助装置本体
１２：  取手部
１３：  脚機構
１４（１４ａ〜１４ｄ）：  脚部
１５（１５ａ〜１５ｄ）：  第１関節部
１６（１６ａ〜１６ｄ）：  第２関節部
１７（１７ａ〜１７ｄ）：  第３関節部
１８：  ゴム（滑り止め）
２０：  制御部
２１：  歩行スイッチ
２２：  復元スイッチ
３１：  傾斜検知部
３２：  脚機構制御部
【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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