(57)【要約】【課題】装着者の歩行の効率を高める。【解決手段】各種パラメータ（身体パラメータ、関節角度、床反力など）から歩行中の状態を判断し、その状態の理想的な重心位置になるよう歩行アシスト用のアクチュエータ（股関節、膝関節、足関節）を制御する。理想的な重心軌跡を描くことにより歩き方に歪みの無い（左右バランスがよい、脚部や腰への負担が少ない）効率のよい歩行を行うことができる。より詳細には、歩行の各相において、人体重心と理想重心の位置のずれを検出し、各アクチュエータを駆動して人体を動かし、人体重心を理想重心の方向に移動して当該ずれを補正する。【選択図】図４
2013208292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得手段と、
前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得手段と、
前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御手段と、
を具備したことを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
前記歩行支援対象者の脚部の関節の動作を補助するアクチュエータを具備し、
前記姿勢制御手段は、前記アクチュエータを駆動することにより前記歩行支援対象者の姿勢を制御することを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置。
【請求項３】
前記歩行周期は複数の時期に区分されており、前記姿勢制御手段は、前記時期ごとにずれを検出して前記歩行支援対象者の姿勢を制御することを特徴とする請求項１、又は、請求項２に記載の歩行支援装置。
【請求項４】
歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得機能と、
前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得機能と、
前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御機能と、
をコンピュータで実現する歩行支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行支援装置、及び歩行支援プログラムに関し、例えば、装着者の歩行を支援するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２足歩行ロボットの分野の発展は目覚しく、静歩行のみならず動歩行が可能なロボットや走る動作が可能な２足歩行ロボットが存在する。
なお、静歩行とは、重心の路面への投影点が左右の何れかの足裏に位置する歩行であり、動歩行とは、当該投影点が左右の足裏から外れる歩行である。
【０００３】
２足歩行を行う場合、如何にして重心の位置を調節するかが重要であり、そのための技術の１つとして、特許文献１の「ロボット、及び、ロボットの重心位置制御方法」のように、身体に取り付けた重量物（例えば腕やバッテリなど）をバランサとして利用することで転びにくく、見た目も人の歩行に近い動きを可能にする技術が存在する。
【０００４】
また、特許文献２の「歩行補助装置」のように、装着者の歩行をアシストするウェアラブルモビリティにおいて歩行支援装置として適用される歩行ロボットもある。歩行支援装置は、装着者の歩行に同調して動作し、装着者の筋力を補助するものである。
歩行支援装置の場合、装着者が腕や腰などの身体部位を適当に変位させることにより重心の位置の調節が図られる。
【０００５】
しかしながら、歩行支援装置の場合、装着者が必ずしも理想的な歩行をしているとは限らず、その場合、歩行支援装置は、装着者の歩行のくせに適合して筋力を補助し、効率のよい歩行とならない場合があった。
特許文献１の技術は、２足歩行ロボット用に開発されたものであり、理想的な歩行となるように重心の軌跡を制御することを前提としていないため、人間の自然な歩行には適用できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１２９７７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４２９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、装着者の歩行の効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(１)請求項１に記載の発明では、歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得手段と、前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得手段と、前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御手段と、を具備したことを特徴とする歩行支援装置を提供する。
(２)請求項２に記載の発明では、前記歩行支援対象者の脚部の関節の動作を補助するアクチュエータを具備し、前記姿勢制御手段は、前記アクチュエータを駆動することにより前記歩行支援対象者の姿勢を制御することを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置を提供する。
(３)請求項３に記載の発明では、前記歩行周期は複数の時期に区分されており、前記姿勢制御手段は、前記時期ごとにずれを検出して前記歩行支援対象者の姿勢を制御することを特徴とする請求項１、又は、請求項２に記載の歩行支援装置を提供する。
(４)請求項４に記載の発明では、歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得機能と、前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得機能と、前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御機能と、をコンピュータで実現する歩行支援プログラムを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクチュエータによって装着者の歩行にあわせて重心位置を補正することにより、装着者の歩行の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】装着型ロボットの装着状態を示した図である。
【図２】装着型ロボットのシステム構成を示した図である。
【図３】歩行周期を説明するための図である。
【図４】理想重心軌跡を説明するための図である。
【図５】重心を補正する際のアクチュエータの動作を説明するための図である。
【図６】重心補正処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（１）実施形態の概要
各種パラメータ（身体パラメータ、関節角度、床反力など）から歩行中の状態を判断し、その状態の理想的な重心位置になるよう歩行アシスト用のアクチュエータ（股関節、膝関節、足首関節）を制御する。理想的な重心軌跡を描くことにより歩き方に歪みの無い（左右バランスがよい、脚部や腰への負担が少ない）効率のよい歩行を行うことができる。
より詳細には、歩行状態（歩行における初期接地から遊脚終期にまでの各相）において、人体重心と理想重心の位置のずれを検出し、各アクチュエータを駆動して人体を動かし、人体重心を理想重心の方向に移動して当該ずれを補正する。
【００１２】
（２）実施形態の詳細
以下本実施形態の歩行支援装置について、図１に示した装着型ロボット１を例に説明する。
図１は装着型ロボット１の装着状態を示した図である。
装着型ロボット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。
装着型ロボット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、つま先反力センサ１０、踵反力センサ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、左右の両足に設けられており、それぞれの検出値が出力されるようになっている。
但し、つま先反力センサ１０、踵反力センサ１１については、反力の検出が不要である実施例の場合には、両センサに変えてつま先接地センサ、踵接地センサを備えるようにしてもよい。
【００１３】
腰部装着部２１は、装着者の腰部の周囲に取り付けられ装着型ロボット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。
【００１４】
制御装置２は、腰部装着部２１に取り付けられ、装着型ロボット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を駆動する。股関節アシストアクチュエータ１７は、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ほか、装着者の重心制御のために横方向や斜め方向にも駆動することができる。
【００１５】
このためには、股関節アシストアクチュエータ１７を前後方向に駆動するアクチュエータと横方向に駆動するアクチュエータを組み合わせて構成することができる。前後方向のアクチュエータと横方向のアクチュエータの動作を組み合わせることにより、股関節を前後方向、横方向、及び斜め方向に３次元的に駆動することができる。
または、股関節アシストアクチュエータ１７を単一の３軸アクチュエータとしてもよい。
【００１６】
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、上腿装着部２２によって装着者の上腿部に固定される。そして、上腿連結部材２６は、股関節アシストアクチュエータ１７によって駆動し、上腿部の運動を支援する。
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。
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。
【００１７】
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を前後方向に運動させて装着者の下腿部の運動を支援する。
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、下腿装着部２３によって装着者の下腿部に固定される。そして、下腿連結部材２７は、膝関節アシストアクチュエータ１８によって駆動し、下腿部の運動を支援する。
【００１８】
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。
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。
【００１９】
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。また、足首関節アシストアクチュエータ１９は、装着者の重心制御のため、股関節アシストアクチュエータ１７と同様に横方向や斜め方向にも駆動する。
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。
【００２０】
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。
【００２１】
つま先反力センサ１０は、足装着部２４の足裏部前方に設置され、つま先の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
踵反力センサ１１は、足装着部２４の足裏部後方に設置され、踵の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
以上のように構成された装着型ロボット１は、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。
【００２２】
図２は、装着型ロボット１のシステム構成を示した図である。
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、装着型ロボット１の各部を電子制御する。
【００２３】
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、身体パラメータ入力部３、センサ情報取得部４、各種パラメータ算出部５、人体重心算出部６、理想重心算出部７、重心軌跡比較部８、歩行アシスト力決定部９を備えている。
【００２４】
身体パラメータ入力部３は、装着者の身長、体重などの身体的なパラメータの入力を例えば、キーボードから受け付ける。これらパラメータは、装着者の人体重心や理想重心の位置や軌跡を算出するのに用いられる。なお、人体重心とは、装着者の身体の実際の重心であり、理想重心とは、装着者が理想的な歩行をしている場合の身体の重心である。
【００２５】
センサ情報取得部４は、つま先反力センサ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４で取得した各センサの検出値は、歩行状態(後述する歩行の各相)の判定や人体重心や理想重心の位置などの算出に使用される。
【００２６】
各種パラメータ算出部５は、センサ情報取得部４で取得した検出値から、各関節の角度、位置、角速度、関節モーメントなどを算出する。
これらの算出値は、歩行状態(後述する歩行の各相)の判定や人体重心や理想重心の位置などの算出に使用される。
【００２７】
人体重心算出部６は、身体パラメータ入力部３で入力されたデータ、センサ情報取得部４で取得したセンサ値、各種パラメータ算出部５の算出値により、人体の重心の現在位置を算出し、更に、その時間的な推移により人体重心の軌跡を算出する。
【００２８】
理想重心算出部７は、身体パラメータ入力部３で入力されたデータ、センサ情報取得部４で取得したセンサ値、各種パラメータ算出部５の算出値により、現在の歩行の相(後述)を判定し、当該相における装着者の理想重心の位置を算出し、更に、その時間的な推移により理想重心の軌跡を算出する。
重心軌跡比較部８は、人体重心算出部６が算出した人体重心の軌跡と理想重心算出部７が算出した理想重心の軌跡を比較し、両者の差分を算出する。
【００２９】
歩行アシスト力決定部９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アシストアクチュエータを駆動する。
この際に、歩行アシスト力決定部９は、通常の歩行動作の補助を行うほか、重心軌跡比較部８が算出した差分を０に近づける(即ち、人体重心の軌跡を理想重心の軌跡に近づける)ように、各アクチュエータを駆動して装着者の歩行を矯正する。
【００３０】
図３は、歩行周期を説明するための図である。
歩行周期は、歩行において片足が１サイクルする周期である。ここでは、観察肢を右足とし、反対側の足を左足として説明する。観察肢を左足とし、反対側の足を右足とした場合も同様である。
歩行周期は、大きく立脚期と遊脚期に分類される。立脚期とは、右足（観察肢）が接地している期間であり、遊脚期とは、右足が地面から離れている期間である。
【００３１】
更に、立脚期は、初期接地ａ(イニシャルコンタクト)、荷重応答期ｂ(ローディングレスポンス)、立脚中期ｃ(ミッドスタンス)、立脚終期ｄ(ターミナルスタンス)に分類される。
一方、遊脚期は、前遊脚期ｅ(プレスイング)、遊脚初期ｆ(イニシャルスイング)、遊脚中期ｇ(ミッドスイング)、遊脚終期ｈ(ターミナルスイング)に分類される。
【００３２】
初期接地ａと荷重応答期ｂは、共に身体の荷重を他方の脚部が立脚期から遊脚期に移行する際に荷重を受け継ぐ期間である。
初期接地ａは、右足が遊脚期のスイングを終えて接地する瞬間である。歩行周期の各相の判断は、センサ情報取得部４、各種パラメータ算出部５での値を総合的に判断して行うが、初期接地ａは、主に左の踵反力センサ１１の出力により接地を検出して行うことができる。
【００３３】
荷重応答期ｂは、初期接地ａから右足が地面から離れた瞬間までの期間である。この期間では体重が素早く左に移動してくる。
加重応答期の終わりは、主に右足のつま先反力センサ１０により右足が地面から離れた瞬間を検出することにより行うことができる。
【００３４】
立脚中期ｃと立脚終期ｄは、共に単脚(ここでは左脚)で身体を支持する期間である。
立脚中期ｃは、左足が地面から離れた瞬間から右足の踵が地面から離れる瞬間までの期間である。この期間では、右足を支点として前方に身体を移動すると共に体幹の安定を確保する。
立脚中期ｃの終わりは、主に右足の踵反力センサ１１で右足踵が離れた瞬間を検出することにより行われる。
【００３５】
立脚終期ｄは、右足の踵が地面から離れた瞬間から左足の初期接地ａまでの期間である。この期間では、身体を支持足より前に運ぶ。
立脚終期ｄの終わりは、主に左の踵反力センサ１１により接地を検出することにより行われる。
【００３６】
一方、遊脚期の前遊脚期ｅ〜遊脚終期ｈは、遊脚肢を前方に動かす(空間でスイングする)期間である。
前遊脚期ｅは、左足の初期接地ａから右足のつま先が地面から離れた瞬間までの期間である。この期間は、遊脚初期ｆの準備をする期間である。
前遊脚期ｅの終わりは、主に右足のつま先反力センサ１０によりつま先が地面から離れたことを検出することにより行われる。
【００３７】
遊脚初期ｆは、左足のつま先が地面から離れた瞬間から両足の下腿が交差するまでの期間である。この期間では、右足を地面から離し、前方に運ぶ。
遊脚初期ｆの終わりは、各センサの出力により、右足の状態と左足の状態を算出し、そして、下腿の交差を判断することにより行われる。
【００３８】
遊脚中期ｇは、両足の下腿が交差してから右足の下腿が地面に対して直角になる瞬間までの期間である。この期間では、右足を更に移動すると共につま先と地面とのクリアランスを確保する。
遊脚中期ｇの終わりは、各センサの出力により、右足の状態を算出し、右足の下腿が地面に対して直角となったことを判断することにより行われる。
【００３９】
遊脚終期ｈは、両足の下腿が地面に対して直角になってから右足の踵が地面に接触する間での期間である。この期間では、右足の前方への移動を終了し、右足で立脚するための準備を行う。
遊脚終期ｈの終わりは、主に右足の踵反力センサ１１により接地を検出することにより行われる。
以上のようにして右足の１歩行周期が構成される。左足の１歩行周期も同様である。
【００４０】
図４の各図は、理想重心軌跡を説明するための図である。
各図は、理想的な歩行を行っている歩行者を前から見たところを示している。理想的な歩行であるため、人体重心軌跡と理想重心軌跡は、一致している。
図４(ａ)〜図４(ｈ)は、右足の１歩行周期における初期接地ａから遊脚終期ｈまでの各相に対応している。
図に示したように、理想重心３２は、腰付近に存在し、その軌跡である理想重心軌跡３１は、８の字を横にした形をしている。なお、ここでは、当該８の字が地面と進行方向に垂直な２次元平面上にあるものとする。
【００４１】
歩行の各相での理想重心軌跡３１における理想重心３２は、図４（ａ）〜（ｈ）の順に、その位置が次のように変化する。
ただし、図４は、歩行者を前から見た図とその理想重心の軌跡を表しているが、理想重心の動く方向については、歩行者と対面した者の視点からみた方向として説明する。従って、理想重心の動きを右方向と説明する場合、歩行者にとっては左方向の動きである。
なお、後述する図５も同じである。
【００４２】
図４（ａ）〜（ｈ）に示すように、歩行の各相での理想重心軌跡３１における理想重心３２の位置は、初期接地ａ(右下)→荷重応答期ｂ(左上への移動)→立脚中期ｃ(左上)→立脚終期ｄ(左下への移動)→前遊脚期ｅ(左下から中心付近への移動)→遊脚初期ｆ(中心付近から右上への移動)→遊脚中期ｇ(引き続き右上への移動）→遊脚終期ｈ(右上から右下への移動)となる。
【００４３】
図５の各図は、人体重心軌跡を理想重心軌跡に補正する際のアクチュエータの動作を説明するための図である。図５（ａ）、（ｂ）は何れも装着者を正面から見たところを示しているが、動きの方向（左右）は装着者に対面している者からみた方向として説明する。
図５(ａ)に示した凡例は、理想重心３２、人体重心３３、及び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の各アクチュエータを示している。
このうち、アクチュエータの表記で、黒丸は、軸方向の回転により図面横方向の移動を意味し、縦黒四角は、軸方向の回転により図面前後方向の移動を示している。
【００４４】
今、図５(ａ)に示したように、人体重心３３が理想重心３２よりも左下にある場合に、人体重心３３を黒矢線で示したように右上に移動して理想重心３２の位置に補正する場合について説明する。
図５(ａ)に示したように、この場合は、足首関節アシストアクチュエータ１９を横方向に(白矢線で示したように身体を倒す方向)に駆動し、膝関節アシストアクチュエータ１８を前方向(白矢線で示したように足を伸ばす方向)に駆動し、股関節アシストアクチュエータ１７を横方向(白矢線で示したように身体を起こす方向)に駆動すると、これらの動きが合成されて人体重心３３を理想重心３２に補正することができる。
【００４５】
図５（ｂ）、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示した動作を、人体重心３３を横方向に移動させるための動作（ｂ）と、人体重心３３を上下方向に移動させるための動作に分けて表したものである。
人体重心３３を右方向（装着者にとっては左方向）に移動させるためには、図５（ｂ）に示したように、足首関節アシストアクチュエータ１９のロール軸を白矢印で示す右回りに回転させることで、右方向（身体を倒す方向)に駆動する。
また、股関節アシストアクチュエータ１７のロール軸を白矢印で示す左回りに回転させることで、左方向(身体を起こす方向)に駆動する。
以上の両動作により、人体重心３３は、黒矢線で示したように右側に移動する。
【００４６】
また、人体重心３３を上下方向に移動させるためには、図５(ｃ)に示したように、膝関節アシストアクチュエータ１８のピッチ軸を白矢印で示す左回りに回転させることで、足を伸ばす方向に駆動する。
この動作により、人体重心３３は、黒矢線で示したように上側に移動する。
【００４７】
このように、股関節アシストアクチュエータ１７及び足首関節アシストアクチュエータ１９を図５（ｂ）に示すように駆動し、膝関節アシストアクチュエータ１８を図５（ｃ）に示すように駆動することで、これらを合成した動きとして、人体重心３３が右上方向、即ち、理想重心３２と人体重心３３の差分が０に近づく方向に移動する。
以上、人体重心３３を右上に移動する場合について説明したが、その他の方向についても同様に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を駆動して移動することができる。
なお、上では理想重心軌跡３１の８の字が地面と進行方向に垂直な２次元平面上にあるとしたが、例えば、前後方向に傾いていたり、３次元的に湾曲していてもよい。
【００４８】
図６は、装着型ロボット１が行う重心補正処理の手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、制御装置２が備えるＣＰＵが所定のプログラムに従って行うものである。
まず、制御装置２は、各種のデータを取得する(ステップ５)。具体的には、身体パラメータ入力部３で入力された身長、体重などのデータや、センサ情報取得部４で取得した床反力などのセンサ値のほか、各種パラメータ算出部５で算出された関節角度、関節の角速度、関節モーメントなどの各種データを取得する。
次に、制御装置２は、これらのデータを用いて歩行判断を行う(ステップ１０)。この判断は、装着者が歩行しているか否かを判断するものである。
【００４９】
歩行判断結果によって歩行中でなかった場合(ステップ１５；Ｎ)、制御装置２は、アシスト動作を中止するか否かを判断する(ステップ１１０)。
この判断は、例えば、装着者が歩行を一時停止しているか、それともアシスト機能をオフにしたかを判断するものであり、例えば、装着者が手動でアシスト機能をオフにした場合にアシスト動作停止と判断する。
動作を停止する場合(ステップ１１０；Ｙ)、制御装置２は、処理を終了し、動作を停止しない場合(ステップ１１０；Ｎ)、制御装置２は、ステップ５に戻る。
【００５０】
一方、歩行中である場合(ステップ１５；Ｙ)、制御装置２は、ステップ５で取得したデータにより、現在、歩行周期のどの相にあるかを判断する(ステップ２０)。
判断の結果、相が初期接地ａである場合(ステップ２５、；Ｙ)、制御装置２は、次のステップ３０〜４０から構成された補正処理を行う。
【００５１】
まず、制御装置２は、人体重心算出部６によって人体重心の現在位置を取得し、更に、理想重心算出部７で初期接地ａでの理想重心の位置を取得し、重心軌跡比較部８によって両重心位置を比較する(ステップ３０)。
【００５２】
比較の結果、ずれがある場合(ステップ３５；Ｎ)、制御装置２は、歩行アシスト力決定部９によって各アクチュエータを駆動してずれを補正し(ステップ４０)、補正を終了する(ステップ４５)。
一方、比較の結果、ずれが無い場合(ステップ３５；Ｙ)、制御装置２は、補正を終了する(ステップ４５)。制御装置２は、補正を終了した後、ステップ５に戻る。
なお、ずれの有無の判断は、両者の差分が所定の閾値以上の場合にずれがあると判断し、所定の閾値未満の場合にずれが無いと判断するようにしてもよい。
【００５３】
一方、歩行周期判断が初期接地ａでなかった場合(ステップ２５；Ｎ）、制御装置２は、相が荷重応答期ｂであるか否かを判断する(ステップ５０)。
相が荷重応答期ｂであった場合(ステップ５０；Ｙ)、制御装置２は、荷重応答期ｂにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ５５)、補正を終了して(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
なお、この補正処理（ステップ５５）は、初期接地ａに対するステップ３０〜４０の補正処理と同様なので、説明を省略する（以下同じ）。
相が荷重応答期ｂでなかった場合(ステップ５０；Ｎ)、制御装置２は、相が立脚中期ｃであるか否かを判断する(ステップ６０)。
【００５４】
相が立脚中期ｃであった場合(ステップ６０；Ｙ)、制御装置２は、立脚中期ｃにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ６５)、補正を終了して(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
相が立脚中期ｃでなかった場合(ステップ６０；Ｎ)、制御装置２は、相が立脚終期ｄであるか否かを判断する(ステップ７０)。
【００５５】
相が立脚終期ｄであった場合(ステップ７０；Ｙ)、制御装置２は、立脚終期ｄにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ７５)、補正を終了して(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
相が立脚終期ｄでなかった場合(ステップ７０；Ｎ)、制御装置２は、相が遊脚初期ｆであるか否かを判断する(ステップ８０)。
【００５６】
相が遊脚初期ｆあった場合(ステップ８０；Ｙ)、制御装置２は、遊脚初期ｆにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ８５)、補正を終了して(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
相が遊脚初期ｆでなかった場合(ステップ８０；Ｎ)、制御装置２は、相が遊脚中期ｇであるか否かを判断する(ステップ９０)。
【００５７】
相が遊脚中期ｇあった場合(ステップ９０；Ｙ)、制御装置２は、遊脚中期ｇにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ９５)、補正を終了して(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
【００５８】
相が遊脚中期ｇでなかった場合(ステップ９０；Ｎ)、制御装置２は、相が遊脚終期ｈであると判断する。そして制御装置２は、遊脚終期ｈにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行って(ステップ１０５)、補正を終了して(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
【００５９】
以上のようにして、装着型ロボット１は、人体重心の軌跡が理想重心の軌跡となるように装着者の歩行を制御し、これによって装着者は効率のよい歩行を行うことができる。
なお、上記の判断で、例えば、荷重応答期ｂを荷重応答の前期と後期に更に細分化し、細分化した期間ごとに補正処理を行ってもよい。
【００６０】
以上に説明した実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
(１)歩行者のくせを矯正し、理想的な歩き方を行わせることができる。
(２)歩行効率を高めることができ、左右のバランスがよくなるため足や腰への負担を低減することができる。
(３)理想的な歩き方をする練習を行うことができ、装着型ロボット１をはずした後も理想的な歩き方を意識することができる。
(４)上半身も下半身にともなって理想的な姿勢をとるようになる。
【００６１】
以上に説明した実施の形態により、次の構成を得ることができる。
装着型ロボット１は、理想重心算出部７によって、初期接地ａ〜遊脚終期ｈの各歩行周期に対応して理想重心の位置(重心の基準位置)を順次取得するため、歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得手段を備えている。
また、装着型ロボット１は、人体重心算出部６によって、初期接地ａ〜遊脚終期ｈの各歩行周期に対応して装着者の人体重心(重心位置)を順次サンプリングするため、前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得手段を備えている。
また、装着型ロボット１は、理想重心と人体重心の差分(ずれ)が所定の閾値以上である場合は、閾値未満となるように各アクチュエータを駆動して装着者の歩行姿勢を矯正するため、前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御手段を備えている。
【００６２】
また、装着型ロボット１は、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によって装着者の歩行姿勢を矯正するため、前記歩行支援対象者の脚部の関節の動作を補助するアクチュエータを具備し、前記姿勢制御手段は、前記アクチュエータを駆動することにより前記歩行支援対象者の姿勢を制御している。
【００６３】
歩行周期は、初期接地ａ〜遊脚終期ｈに区分されており、制御装置２は、区分ごとに装着者の人体重心を補正するため、前記歩行周期は複数の時期に区分されており、前記姿勢制御手段は、前記時期ごとにずれを検出して前記歩行支援対象者の姿勢を制御している。
【符号の説明】
【００６４】
１  装着型ロボット
２  制御装置
３  身体パラメータ入力部
４  センサ情報取得部
５  各種パラメータ算出部
６  人体重心算出部
７  理想重心算出部
８  重心軌跡比較部
９  歩行アシスト力決定部
１０  つま先反力センサ
１１  踵反力センサ
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
３１  理想重心軌跡
３２  理想重心
３３  人体重心
【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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