(57)【要約】【課題】荷重がかかる方向にかかわらず正確に測定することが可能な、１軸検出用のロードセルを使用した荷重センサを提供する。【解決手段】歩行支援装置の足裏板５０に荷重センサ１１が配設される。荷重センサ１１は、地面に接地する三角形状の接地面部品６４と、足裏板５０との距離を所定距離内で移動させる３つのスライドピン６３と、足裏板５０に配設されたロードセル６０を備えている。ロードセル６０は、荷重が作用を受けるロードボタン６１が接地面部品６４に対向するように足裏板５０に配設される。一方、ロードボタン６１に対向する位置には、接地面部品６４に凹部６４１が形成され、この凹部６４１に球体６４２が配置される。接地面部品６４に作用した荷重は、球体６４２を介して、ロードボタン６１に伝達されるため、ロードボタン６１に常に軸方向の力が加わることになる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が着力点となるロードボタンを備えた１軸のロードセルと、
前記ロードセルが固定される基板と、
前記基板の前記ロードセル側に対向配置され、外部からの荷重を受ける荷重板と、
一端が前記基板に固定され、他端が前記荷重板に固定され、前記基板と前記荷重板間の距離を伸縮可能に連結する、複数の伸縮連結手段と、を備え、
前記荷重板は、外部からの荷重を前記ロードボタンの着力点に作用させる、少なくとも着力点との接触面が球面状に形成された球面接触手段を有している、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項２】
前記荷重板は、前記着力点に対応する位置に形成された凹部と、当該凹部内に一部が収容される球体とにより前記球面接触手段が構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ。
【請求項３】
前記荷重板は三角形状に形成され、
前記伸縮連結手段は、前記荷重板の三角形状に対応して、各頂点近傍に１つずつ配置されている
ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の荷重センサ。
【請求項４】
歩行支援対象者の歩行を支援する歩行支援装置であって、
前記歩行支援対象者に対して装置を固定する固定手段と、
前記歩行支援対象者の足が載置される足裏板と、
前記足裏板を前記基板とし、前記足の載置面と逆の面に配置された請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の荷重センサと、
前記固定手段で固定した各部の姿勢を検出する姿勢センサと、
前記荷重センサの出力値と、姿勢センサの出力値から、前記歩行支援対象者の各脚に対する歩行アシスト力を決定する歩行アシスト力決定手段と、
前記決定した歩行アシスト力を前記歩行支援対象者の脚部に作用させて歩行をアシストする歩行アシスト手段と、
を具備することを特徴とする歩行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重センサ及び歩行支援装置に係り、例えば、１軸のロードセルを使用した荷重センサ及び、歩行支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、介護ビジネスなどを中心に、人の動作（歩行や持ち上げなど）に使われる筋力を補助する装着型ロボット（パワーアシストスーツ）などが開発されている。
装着型ロボットには、アシスト箇所として、上半身の筋力を補助するもの、下半身の筋力を補助するもの、あるいは、全身の筋力を補助するものなど各種のものがある。
また、装着型ロボットの用途も、健常者用から高齢者・障害者の補助用などがある。
【０００３】
装着型ロボットは、例えば、装着者の筋電から筋肉の動きを解析したり、関節各部に配置した姿勢センサで検出される装着者の動きを解析することで、当該動きに必要な関節モーメントを算出し、これに応じた必要なアシスト力を発生させている。これによって、装着者は、重量物の持ち上げや歩行を楽に行うことができる。
【０００４】
このような技術として動作補助装着具（特許文献１）が提案されている。
この動作補助装着具は、上部アーム、中間アーム、下部アーム間を回転自在に接合するジョイントが設けられ、当該ジョイントがアクチュエータにより駆動されることで、必要なパワーをアシストするようになっている。
そして、動作補助装置は、中間アームと下部アームに取り付けられた面ファスナー等の固定具により、装着者の太腿（上腿）やふくらはぎ（下腿）に固定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９５５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような歩行支援装置では、足裏に荷重センサが配置される場合が多い。この荷重センサは、装着者（被歩行支援者）の姿勢や動作を推定するにあたり、足の接地を検出するだけでなく、床反力を算出したり、重心位置の算出に用いるため、荷重センサの精度の高さが要求される。
このような荷重センサとして、装置専用の荷重センサではなく、例えば、ロードセル等の汎用の荷重センサを用いた場合がある。この汎用のロードセルは垂直荷重を正しく計測する１軸（Ｚ軸）用であり、斜め荷重が掛った際には正しく荷重を検出することができない。
しかし、歩行や走行など動的なシーンでは足裏には非常に複雑な斜め荷重がかかり、ロードセルを正常に機能させるには、接地面がロードセルに対し垂直に動くように、高精密で高剛性な摺動機構やパンタグラフを設けることが行われている。
【０００７】
図９は、このようなロードセルを使用した従来の荷重センサの構成と状態を表したものである。
図９（ａ）に示すように、荷重センサは、足を載せる足裏板５００の裏側にロードセル６００が配置され、その両側に、足裏板５００と接地面部品６４０を連結するスライドピン６３０が配置される。
そして、接地面部品６４０に対しどの方向の荷重がかかった場合にも、両側のスライドピン６３０が均等にスライドすることで、接地面部品６４０が足裏板５００に対して平行な状態を維持しながら移動するように構成されている。
これにより、ロードセル６００の荷重を受けるロードボタン６１０に対して、荷重入力方向が垂直に作用させることができる。
【０００８】
しかし、このような荷重センサでは、大きな荷重に対しても左右均等にスライドするためには剛性の高いスライドピン６３０が必要になる。
荷重に対してスライドピン６３０の剛性が低い場合、図９（ｂ）に示すように、ロードセル６００の着力点（ロードボタン６１０の先端）に対して、接地面部品６４０が垂直に当たらず、着力点に対して、こじる力Ｂが入力されてしまう。
これによりロードセル６００のダイヤフラム部が想定外の変形を生じたり、ロードセル６００内部のひずみゲージに想定外の方向への力の入力が起きたりし、その結果ロードセル６００は荷重を正確に計測できないという問題があった。
また、ロードセル６００と接地面部品６４０とが平行でない場合、着力点と接地面部品６４０とが点接点となり、接地面部品６４０へ着力点が食いつき横方向の入力に対してもロードセル６００に伝達してしまうという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、接地面部品を支える伸縮連結手段が高剛性でなくても、正確に測定することが可能な、１軸検出用のロードセルを使用した荷重センサ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】
【００１０】
（１）請求項１に記載の発明では、先端が着力点となるロードボタンを備えた１軸のロードセルと、前記ロードセルが固定される基板と、前記基板の前記ロードセル側に対向配置され、外部からの荷重を受ける荷重板と、一端が前記基板に固定され、他端が前記荷重板に固定され、前記基板と前記荷重板間の距離を伸縮可能に連結する、複数の伸縮連結手段と、を備え、前記荷重板は、外部からの荷重を前記ロードボタンの着力点に作用させる、少なくとも着力点との接触面が球面状に形成された球面接触手段を有している、ことを特徴とする荷重センサを提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記荷重板は、前記着力点に対応する位置に形成された凹部と、当該凹部内に一部が収容される球体とにより前記球面接触手段が構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の荷重センサを提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記荷重板は三角形状に形成され、前記伸縮連結手段は、前記荷重板の三角形状に対応して、各頂点近傍に１つずつ配置されていることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の荷重センサを提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、歩行支援対象者の歩行を支援する歩行支援装置であって、前記歩行支援対象者に対して装置を固定する固定手段と、前記歩行支援対象者の足が載置される足裏板と、前記足裏板を前記基板とし、前記足の載置面と逆の面に配置された請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の荷重センサと、前記固定手段で固定した各部の姿勢を検出する姿勢センサと、前記荷重センサの出力値と、姿勢センサの出力値から、前記歩行支援対象者の各脚に対する歩行アシスト力を決定する歩行アシスト力決定手段と、前記決定した歩行アシスト力を前記歩行支援対象者の脚部に作用させて歩行をアシストする歩行アシスト手段と、を具備することを特徴とする歩行支援装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外部からの荷重が球面形状に形成された球面接触手段を介してロードボタンの着力点に対して軸方向に作用するので、基板と荷重板を連結する伸縮連結手段の高剛が高くなくても、正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】歩行支援装置の装着状態を示した図である。
【図２】各装着部により歩行支援装置を固定した状態を表した説明図である。
【図３】足裏板の正面図である。
【図４】足裏板と荷重センサの配置についての説明図である。
【図５】足裏板と荷重センサの断面を表した説明図である。
【図６】荷重センサに斜めの荷重が作用した場合の説明図である。
【図７】歩行支援装置のシステム構成を示した図である。
【図８】歩行アシスト処理の動作を示したフローチャートである。
【図９】従来の荷重センサの構成を表した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）実施形態の概要
本実施形態の荷重センサは、１軸（Ｚ軸）検出用のロードセルから構成され、装着者の歩行を支援する歩行支援装置に使用される。
歩行支援装置は、装着者（歩行支援対象者）の筋電から筋肉の動きを解析したり、関節各部に配置した姿勢センサで検出される装着者の動きを解析することで、当該動きに必要な関節モーメントを算出し、これに応じた必要なアシスト力を発生させることで各関節の動作を支援する。例えば、股関節アシストアクチュエータ１７で股関節の動作を支援し、膝関節アシストアクチュエータ１８で膝関節の動作を支援し、足首関節アシストアクチュエータ１９で足首関節の動作を支援する。
【００１４】
歩行支援装置は、装着者が足を載せる足裏板５０を備え、この足裏板５０に荷重センサ１１が配設される。
荷重センサ１１は、地面に接地する三角形状の接地面部品６４（荷重板として機能）と、接地面部品６４の各頂点近傍に配設されて足裏板５０との距離を所定距離内で移動させる３つのスライドピン（伸縮連結手段として機能）６３と、３つのスライドピン６３の中央において足裏板５０に配設されたロードセル６０を備えている。
ロードセル６０は、荷重が作用を受けるロードボタン６１が接地面部品６４に対向するように足裏板５０に配設される。
一方、ロードボタン６１に対向する位置には、接地面部品６４に凹部６４１が形成され、この凹部６４１に球体６４２が配置される。この凹部６４１と球体６４２は球面接触手段として機能する。
接地面部品６４に作用した荷重は、球体６４２を介して、ロードボタン６１に伝達されるため、ロードボタン６１に常に軸方向の力が加わることになる。
【００１５】
（２）実施形態の詳細
以下本実施形態における荷重センサについて、歩行支援を行う歩行支援装置に使用する場合を例に説明する。
図１は、本実施形態の荷重センサを使用した歩行支援装置１の装着状態を示した図である。
歩行支援装置１は、装着者の腰部及び下肢に装着し、装着者の歩行を支援（アシスト）するものである。
歩行支援装置１は、腰部装着部２１、上腿装着部２２、下腿装着部２３、足装着部２４、上腿連結部材２６、下腿連結部材２７、制御装置２、つま先荷重センサ１０（１０ａ、１０ｂ）、踵荷重センサ１１、つま先姿勢センサ１２、踵姿勢センサ１３、腰姿勢センサ１４、上腿姿勢センサ１５、下腿姿勢センサ１６、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９などを備えている。
なお、腰部装着部２１、制御装置２、腰姿勢センサ１４以外は、左右の両脚用に各部が設けられており、それぞれの検出値が出力されるようになっている。
【００１６】
腰部装着部２１は、装着者の腰部の周囲に取り付けられ歩行支援装置１を固定する。
腰姿勢センサ１４は、腰部装着部２１に取り付けられ、ジャイロなどによって腰部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、腰部の角速度や角加速度を求めることもできる。
制御装置２は、腰部装着部２１に取り付けられ、歩行支援装置１の動作を制御する。
股関節アシストアクチュエータ１７は、装着者の股関節と同じ高さに設けられており、腰部装着部２１に対して上腿連結部材２６を前後方向に駆動する。なお、股関節アシストアクチュエータ１７を３軸アクチュエータとして横方向にも駆動するように構成することもできる。
【００１７】
上腿連結部材２６は、装着者の上腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、股関節アシストアクチュエータ１７と膝関節アシストアクチュエータ１８を連結する。
上腿装着部２２は、外側が上腿連結部材２６の内側に固定されており、内側が装着者の上腿に固定される。本実施形態の上腿装着部２２は、後述するが、上腿固定具アクチュエータ２２１を備えており、上腿を動作を支援（アシスト）する股関節アシストアクチュエータ１７の出力値（歩行アシスト力）に応じて、上腿の締付力が制御されるようになっている。
上腿姿勢センサ１５は、上腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、上腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１８】
膝関節アシストアクチュエータ１８は、装着者の膝関節と同じ高さに設けられており、上腿連結部材２６に対して下腿連結部材２７を前後方向に駆動する。
下腿連結部材２７は、装着者の下腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、膝関節アシストアクチュエータ１８と足首関節アシストアクチュエータ１９を連結する。
【００１９】
下腿装着部２３は、外側が下腿連結部材２７の内側に固定されており、内側が装着者の下腿に固定される。本実施形態の下腿装着部２３は、後述するが、下腿固定アクチュエータ２３１を備えており、下腿を動作を支援（アシスト）する膝関節アシストアクチュエータ１７の出力値（歩行アシスト力）に応じて、下腿の締付力が制御されるようになっている。
下腿姿勢センサ１６は、下腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、下腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００２０】
足首関節アシストアクチュエータ１９は、装着者の足首関節と同じ高さに設けられており、下腿連結部材２７に対して足装着部２４のつま先を上下する方向に駆動する。
足装着部２４は、装着者の足部（足の甲、及び足裏）に固定される。一般に、足指の付け根の関節は歩行の際に屈曲するが、足装着部２４も足指の付け根の部分が足指に従って屈曲するようになっている。
【００２１】
つま先姿勢センサ１２と踵姿勢センサ１３は、それぞれ、足装着部２４の先端と後端に設置され、それぞれ、つま先と踵の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、つま先や踵の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００２２】
つま先荷重センサ１０は、足装着部２４の足裏部前方に設置され、その検出値から、つま先の接地が検出され、また、つま先にかかる荷重や、歩行面からの反力が検出される。
踵荷重センサ１１は、足装着部２４の足裏部後方に設置され、その検出値から、踵の接地が検出され、また、踵にかかる荷重や、歩行面からの反力が検出される。
つま先荷重センサ１０はつま先部分に２つ（１０ａ、１０ｂ）配置され、踵荷重センサ１１は踵部分に１つ配設される。
これらの荷重センサの詳細については後述する。
【００２３】
以上のように構成された歩行支援装置１は、つま先荷重センサ１０、踵荷重センサ１１の出力値、及び、各姿勢センサ１２〜１６の出力値に基づいて、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９を駆動することにより、装着者の歩行を支援する。
【００２４】
図２は、各装着部２１〜２４による歩行支援装置１を固定した状態を表したものであり、図２（ａ）は正面の状態を、図２（ｂ）は右側面の状態を表している。
なお、図２（ａ）では、図を簡略化するため右脚のみ装着した状態を表している。但し、歩行支援装置１は、図１に示すように、腰部装着部２１に左脚用の各部が配置されており、両脚に装着するのが一般的であるが、片方の脚だけに支援が必要な装着者に対しては、図２に示すように右脚又は左脚だけの装置を装着する場合もある。
【００２５】
上腿装着部２２は、上腿固定具２２０と上腿固定具アクチュエータ２２１を備えている。上腿固定具２２０は、幅広のベルトを上腿に巻き付けることで上腿連結部材２６を上腿に固定する。上腿固定具アクチュエータ２２１は、上腿を動作を支援する股関節アシストアクチュエータ１７の歩行アシスト力に応じて、上腿固定具２２０による上腿の締付力を制御する。
下腿装着部２２は、下腿固定具２３０と下腿固定具アクチュエータ２３１を備えている。下腿固定具は、幅広のベルトを下腿に巻き付けることで下腿連結部２７を下腿に固定する。下腿固定具アクチュエータ２３１は、下腿を動作を支援する膝関節アシストアクチュエータ１８の歩行アシスト力に応じて、下腿固定具２３０による上腿の締付力を制御する。
また、上腿固定具アクチュエータ２２１と下腿固定具アクチュエータ２３１は、足裏装着部２４に配設した各荷重センサ１０、１１で検出される床反力に応じて、締付力を変更することも可能である。この場合、床反力が大きい場合には締付力を大きくする。
【００２６】
上腿固定具アクチュエータ２２１と下腿固定具アクチュエータ２３１としては、例えば、上腿や下腿に巻き付け、面ファスナー等で固定したベルトの長さを調節することで締付力を変更する構成として、例えば、ベルトを軸に巻き取るモータで構成することができる。
また、人工筋肉の１種として知られているマッキベン型のアクチュエータを使用してもよい。マッキベン型のアクチュエータは、シリコーンゴム等のゴム部材からなる筒状体の外側に合成繊維を網状に編んだ筒状のスリーブで覆ったものである。そして、筒状体の一端側にベルトを固定し、筒状体内に空気を供給すると、筒状体の径が大きくなる一方、長さが短くなりベルトを引っ張ることで締付力が強くなる。
更に、上腿や下腿に巻いて固定したベルトの長さは変更せず、上腿や下腿の外周と接しているベルト内周面の断面積を変更することで締付力を変更するアクチュエータとして、ベルト内側に配設したエアバッグを使用することも可能である。
【００２７】
腰部装着部２１は、腰固定具２１０を備えており、腰固定具２１０を腰に締め付けることで、歩行支援装置１全体を支えるようになっている。
足装着部２４は、足固定具２４０と足裏部品２４１を備えている。足裏部品２４１は、金属で形成された足を載せる足裏部品２４１と、この足裏部品２４１に取り付けられた足固定具２４０とを備えている。
腰固定具２１０と足固定具２４０は、面ファスナーなどにより腰や足を固定するが、一度固定した締付力は一定で可変ではない。
但し、腰固定具２１０と足固定具２４０に足固定具アクチュエータを設け、他の固定具アクチュエータと同様にして、足首関節アシストアクチュエータ１９によるアシスト力や、荷重センサ１０、１１で検出される床反力の大きさ等に応じて（所定閾値以上になるか否かに応じて）締付力を変更するようにしてもよい。
【００２８】
次に、足装着部２４の足裏部品２４１について詳細に説明する。
足裏部品２４１は、装着者の足が載置される足裏板５０と、足裏板５０の裏側に配置される荷重センサ１０ａ、１０ｂ、１１から構成されている。
図３は、足裏部品２４１の形状を表したものである。
図３では、右足用の足裏部品２４１の、足を載せる面が表示されている。
足裏部品２４１は、つま先部分を載せる足先板５１と、踵部分を載せる踵板５２と、土踏まず部分を載せると共に足先板５１と踵板５２を連結する連結板５３とから構成されている。
足先板５１と踵板５２は金属材料や硬質樹脂等の硬度と剛性を備えた材料で構成されてる。一方、連結板５３は、載置した足の形状変化に応じて、足先板５１と踵板５２との角度が変化するように、可撓性材料で形成されている。
足先板５１と踵板５２は、ロードセル６０が固定される伸縮連結手段として機能する。
【００２９】
図４は、足裏板５１と、荷重センサ１０、１１の配置について表したものである。
図４（ａ）は、図３に示した足裏板５０を反対側からみたところを表している。
この図４（ａ）に示すように、足裏板５０には、足先板５１に２つのつま先荷重センサ１０ａ、１０ｂが配設され、踵板５２に１つの踵荷重センサ１１が配設されている。
これら各荷重センサ１０ａ、１０ｂ、１１は、正面からみて正三角形状の接地面部品６４を備えている。接地面部品６４の三角形状は、後述するように各頂点近傍の３点により、足裏板５０に安定的に支持されるための形状である。
接地面部品６４は、金属材料や硬質樹脂等の硬度と剛性を備えた材料で形成される。
【００３０】
足先板５１に配設されたつま先荷重センサ１０ａ、１０ｂは、双方の１辺が互いに平行な状態で対向するように配置されることで、足先部分の形状に合わせた平行四辺形を構成する。
一方、踵板５２に配設された踵荷重センサ１１は、足裏板５０の端部側に１つの頂点がくるように配置されている。
【００３１】
図４（ｂ）は、足裏板５０と荷重センサの構成部品の配置について表したものである。
図４（ｂ）に示されるように、三角形状の接地面部品６４（点線で示す）と足裏板５０との間には、ロードセル６０と３つのスライドピン６３ａ、６３ｂ、６３ｃ（以下、スライドピン全体を指す場合には符号６３とする）が配設されている。
ロードセル６０は、接地面部品６４のほぼ中央位置において、足先板５１、踵板５２に固定されている。このロードセル６０の周囲には、接地面部品６４の各頂点より僅かに中央側には３つのスライドピン６３が配設されている。
スライドピン６３は、長さ方向に伸縮する伸縮連結手段として機能する。なお、本実施形態では伸縮連結手段としてスライドピン６３を使用するが、他の摺動機構やパンタグラフ構造を採用するようにしてもよい。
【００３２】
図５は、図４（ｂ）において、踵荷重センサ１１のスライドピン６３ａ、ロードセル６０、スライドピン６３ｃの各中心を通るＸ−Ｘ断面を表したものである。なお、図５では、踵荷重センサ１１について表示するが、他の荷重センサ１１ａ、１１ｂも構成、作用は同じである。
図５に示されるように、スライドピン６３は、長手方向にスライドすることにより１ｍｍ弱の範囲で伸縮するように構成され、一方の端部が足先板５１、踵板５２に固定され、他方の端部が接地面部品６４に固定されている。
【００３３】
ロードセル６０は、パンタグラフや歪みセンサを内部に備えた本体と、荷重の作用を受けるロードボタン６１とを備え、本体は踵板５２に固定されている。ロードボタン６１の先端は、接地面部品６４からの荷重が作用する測定点（着力点）となっている。
接地面部品６４がロードボタン６１の先端と対向している位置には、接地面部品６４に凹部６４１が形成され、凹部６４１内には球体６４２が配設されている。球体６４２は、鋼球やセラミックスなどの非常に硬い材料で形成されている。
凹部６４１は円形でありその径は、球体６４２の直径よりも僅かに大きく形成されている。一方、凹部６４１の深さは、球体６４２の直径よりも小さく形成されている。その結果、球体６４２は、接地面部品６４のロードセル６０に対応する面から僅かに突出した状態で、ロードボタン６１と対向している。
接地面部品６４に荷重が作用していない場合にはスライドピン６３が伸びた状態であり、この状態においてロードボタン６１の先端と球体６４２とは僅かに離れている。
そして、スライドピン６３の剛性は、踵板５２と接地面部品６４とをつなぎ、荷重時にロードセル６０の着力点であるロードボタン６１の先端に球体６４２が接触することを保証する程度でよい。
【００３４】
図６は、踵荷重センサ１１に斜めの荷重が作用した場合を表したものである。
この図６に示されるように、本実施形態では、ロードセル６０の着力点であるロードボタン６１の先端が、接地面部品６４の凹部６４１に配置した球体６４２と接している。
このため、足からの荷重が斜めにかかり、踵板５２（ロードセル６０）と接地面部品６４とが傾くことで、ロードボタン６１の軸に対して傾いた方向の荷重Ａが発生したとしても、球体６４１により軸方向（ロードセル６０の１軸方向）の荷重Ａ’がロードボタン６１に入力される。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、ロードセル６０の測定点（着力点）に対し、鋼球など非常に硬い球体６４２を介在して接地面部品を設置することにより、ロードセル６０が設定された足先板５１や踵板５２に対して、接地面部品６４が傾いた状態で荷重が作用したとしても、ロードセル６０には軸方向の荷重が作用する。このため、ロードセル６０に対して不要な方向への入力が無くなり、想定外の変形を防ぎ、正確な計測が可能になる。
このように高い精度で足先板５１、踵板５２と接地面部品６４との平行を維持した移動（スライド）を維持する必要がない。このため、ライドピン６３としては、足先板５１、踵板５２と接地面部品６４を連結すること、荷重時にロードセル６０の着力点であるロードボタン６１の先端に球体６４２が接触することを保証するピン程度の剛性で良い。
また、足先板５１、踵板５２と接地面部品６４とを連結する伸縮連結手段として、精度の低いスライドピン６３等の摺動機構やダイヤフラムなどを用いることができ、足裏部品の少部品化、軽量化、柔軟化などが可能になる。
さらに、接地面部品６４へ着力点が食いつきを起こすことがなく、横方向の入力に対してはロードセル６０に伝達されない、という効果もある。
【００３６】
つぎに、このような荷重センサを使用した歩行支援装置１のシステム構成について図７を参照して説明する。
歩行支援装置１は、図１、２で説明した各種センサ１０〜１６、関節アシストアクチュエータ１７〜１９、固定具アクチュエータ２２１、２３１、及び制御装置２を備えている。
制御装置２は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、時間を計測する手段としての時計、記憶部、各種インターフェースなどを備えた電子制御ユニットであり、歩行支援装置１の各部を電子制御する。
【００３７】
制御装置２は、また、ＣＰＵで記憶部に記憶された歩行支援プログラム等の各種プログラムを実行することにより構成される、センサ情報取得部３、歩行シーン判定部６、締付力決定部７、歩行アシスト力決定部８を備えている。
センサ情報取得部３は、つま先荷重センサ１０〜下腿姿勢センサ１６の各センサから検出値を取得する。センサ情報取得部３で取得した各センサの検出値は、歩行動作の判定や、歩行シーンの判定等に使用される。
【００３８】
歩行シーン判定部６は、センサ情報取得部３で取得した検出値から、装着者の歩行している歩行シーンを判定する。判定対象となる歩行シーンは、歩行面の種類であり、平地、昇段、降段、上り坂、下り坂の５種類がある。
なお、上記歩行シーン５種類のそれぞれに対して、前進歩行と後進歩行の歩行方向を区別することで、合計１０の歩行シーンを検出するようにしてもよい。
歩行シーンの判定については、つま先荷重センサ１０、踵反力センサ１１の出力から、左右の足が接地している状態（出力≠０又は出力＞閾値）を検出し、その際の両足の高さを姿勢センサ１２〜１６の出力から算出し、両足の高さの差から平地か、上りか、下りかを判断する。上りか、下りかである場合には、つま先荷重センサ１０と踵反力センサ１１の両者が接地している状態で、つま先姿勢センサ１２と踵姿勢センサ１３の出力から足首が上向又は下向に傾いているか否かを判定し、傾いていれば（傾きが所定閾値以上）坂道と判断し、傾いていなければ階段と判断する。
【００３９】
締付力決定部７は、歩行アシスト力決定部８で決定した股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８に出力させる各アシスト力の大きさに応じて、上腿装着部２２の締付力、下腿装着部２３の締付力を決定し、決定した締付力となるように上腿固定具アクチュエータ２２１、下腿固定具アクチュエータ２３１を駆動する。
なお、締付力決定部７は、両荷重センサ１０、１１の出力から、足にかかる床反力を算出し、床反力の大きさに応じて、足装着部２４又は／及び下腿装着部２３の締付力を変更するようにしてもよい。
歩行アシスト力決定部８は、左右両足のそれぞれに配置されている股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９に出力させるアシスト力を決定し、これに従ってこれら関節アシストアクチュエータを駆動する。なお、アシスト力とは、歩行支援装置１がアシストアクチュエータを駆動して脚部に作用させるモーメント（トルク）である。
【００４０】
次に、本実施形態の歩行支援装置１による歩行アシスト処理について説明する。
図７は、歩行アシスト処理の動作について表したフローチャートである。
以下の処理は、制御装置２のＣＰＵが歩行支援プログラムに従って行うものであり、各センサからの信号の検出は、センサ情報取得部３が行い、固定具アクチュエータ２２１、２３１に対する締付力の決定は締付力決定部７が行い、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９に対するアシスト力の決定は、歩行アシスト力決定部８が行う。
【００４１】
まず、装着者が歩行周期を開始すると、ＣＰＵは、各荷重センサ１０、１１の出力値、及び各姿勢センサ１２〜１６の出力値を取得する（ステップ２０）。
そして、ＣＰＵは、検出した検出値から歩行状態各脚の状態を求め、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９に対する歩行アシスト力を決定する（ステップ３０）。すなわち、ＣＰＵは、各姿勢センサ１２〜１６の検出値から、各関節の角度を求め、現在の脚の状態における各関節に作用している関節モーメントを算出する。
そして算出した各関節の関節モーメントの大きさに所定のアシスト率（例えば、５０％）を乗じることで、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９から出力すべき歩行アシスト力を決定する。
なお、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９に対する歩行アシスト力を決定する場合に、歩行シーン判定部６で歩行シーン（平地か、昇段、上り坂等）を判定し、判定した歩行シーンに応じてこうとなる歩行アシスト力を決定するようにしてもよい。例えば、平地よりも付加がかかる階段や上り坂のアシスト力を６０％にして歩行アシスト力を決定する。
【００４２】
そしてＣＰＵは、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９をそれぞれ決定した歩行アシスト力が出力されるように制御する（ステップ４０）。
そしてＣＰＵは、歩行支援装置１の電源がオフされたか判断し（ステップ５０）、オフでないと判断した場合（ステップ５０；Ｎ）ステップ１１に戻って歩行支援を継続し、オフと判断した場合（ステップ５０；Ｙ）、歩行支援処理を終了する。
【００４３】
以上説明した本実施形態の荷重センサでは、ロードセル６０の着力点が、接地面部品６４の凹部６４１に配設した球体６４２と接触する構成について説明したが、他の構成とすることが可能である。
例えば、接地面部品６４に設けた凹部内に、半球を球面を上にして載置するようにしてもよい。この場合凹部の深さは半球の高さよりも浅くする。
また、半球を接地面部品６４の表面に直接固定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  歩行支援装置
２  制御装置
３  センサ情報取得部
４  各種パラメータ算出部
５  歩行動作判定部
６  歩行シーン判定部
７  記憶部
８  歩行アシスト力決定部
１０ａ、１０ｂ  つま先荷重センサ
１１  踵荷重センサ
１２  つま先姿勢センサ
１３  踵姿勢センサ
１４  腰姿勢センサ
１５  上腿姿勢センサ
１６  下腿姿勢センサ
１７  股関節アシストアクチュエータ
１８  膝関節アシストアクチュエータ
１９  足首関節アシストアクチュエータ
２１  腰部装着部
２２  上腿装着部
２３  下腿装着部
２４  足装着部
２６  上腿連結部材
２７  下腿連結部材
５０  足裏板
５１  足先板
５２  踵板
５３  連結板
６０  ロードセル
６１  ロードボタン
６３  スライドピン
６４  接地面部品
６４１  凹部
６４２  球体
【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９】
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