(57)【要約】【課題】装着者の歩行に対る違和感を軽減し、理想的な重心移動による歩行を可能にする。【解決手段】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、理想的な左右重心位置になるように、バッテリを利用し制御する。すなわち、歩行支援装置を装着した歩行者の歩行状態を取得して人の重心位置を計算し、計算した重心位置と、当該歩行状態における理想的な左右重心位置とを比較し、その差分をバッテリを左右方向にスライドさせることによって補正する。歩行に必要な左右重心移動の一部をバッテリに代替させることで、歩行支援装置を装着した状態の重心位置が理想的な左右重心位置となり、人自身の左右の揺れ幅が小さくなり、人が歩行するための運動エネルギーを軽減することができる。また装着者にとっては、自分の癖のままの歩行であっても、理想的な重心移動の歩行になっているため、違和感のない楽な歩行をすることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行支援装置を構成する重量物を左右方向に移動させる重量物移動手段と、
前記重量物を除いた歩行支援対象者の重心位置を人体重心位置として取得する人体重心位置取得手段と、
前記取得した人体重心位置に対応する、重心の基準位置を取得する基準重心位置取得手段と、
歩行支援装置を装着した前記重量物を含む歩行支援対象者の全体重心位置が、前記人体重心位置よりも前記重心の基準位置に近づくように、前記重量物移動手段による重量物の移動を制御する重量物移動制御手段と、
を具備することを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
前記重量物移動制御手段は、前記重量物を、前記取得した重心の基準位置よりも外側に移動するように制御する、
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】
前記重量物移動手段は、前記重量物として、少なくとも電力を供給するバッテリを左右方向に移動する、
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４】
歩行支援装置を構成する重量物を左右方向に移動させる重量物移動手段を備えた歩行支援装置の歩行支援プログラムであって、
前記重量物を除いた歩行支援対象者の重心位置を人体重心位置として取得する人体重心位置取得機能と、
前記取得した人体重心位置に対応する、重心の基準位置を取得する基準重心位置取得機能と、
歩行支援装置を装着した前記重量物を含む歩行支援対象者の全体重心位置が、前記人体重心位置よりも前記重心の基準位置に近づくように、前記重量物移動手段による重量物の移動を制御する重量物移動制御機能と、
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】
ところで、人が歩行する場合には重心位置を左右方向に移動させながら歩行しており、理想的な重心移動をすることで、疲れにくい効率的な歩行とが、一般には各人の歩行に癖があって必ずしも理想的な重心移動をしてはいないのが現状である。
これに対し、従来の歩行支援装置では、単に足の上げ下げに必要な力を補助しているにすぎなかった。このため、歩行支援装置を装着した歩行者が無理に理想的な重心移動をしようとすると、自分の癖からかけ離れた歩行となり、違和感を感じることになる。
その一方で、歩行支援装置を装着した状態で理想的な重心移動をしないと、歩行者の負担が大きくなる。この負担を軽減するためにアシスト率を高くすることは可能であるが、装置の効率が悪くなるという問題がある。
特許文献１の技術は、２足歩行ロボット用に開発され、転びにくい制御をすることを目的として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、装着者の歩行に対する違和感を軽減しつつ、できるだけ理想な重心移動による歩行を可能にす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、歩行支援装置を構成する重量物を左右方向に移動させる重量物移動手段と、前記重量物を除いた歩行支援対象者の重心位置を人体重心位置として取得する人体重心位置取得手段と、前記取得した人体重心位置に対応する、重心の基準位置を取得する基準重心位置取得手段と、歩行支援装置を装着した前記重量物を含む歩行支援対象者の全体重心位置が、前記人体重心位置よりも前記重心の基準位置に近づくように、前記重量物移動手段による重量物の移動を制御する重量物移動制御手段と、を具備することを特徴とする歩行支援装置を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記重量物移動制御手段は、前記重量物を、前記取得した重心の基準位置よりも外側に移動するように制御する、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、前記重量物移動手段は、前記重量物として、少なくとも電力を供給するバッテリを左右方向に移動する、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。
（４）請求項４に記載の発明では、歩行支援装置を構成する重量物を左右方向に移動させる重量物移動手段を備えた歩行支援装置の歩行支援プログラムであって、前記重量物を除いた歩行支援対象者の重心位置を人体重心位置として取得する人体重心位置取得機能と、前記取得した人体重心位置に対応する、重心の基準位置を取得する基準重心位置取得機能と、歩行支援装置を装着した前記重量物を含む歩行支援対象者の全体重心位置が、前記人体重心位置よりも前記重心の基準位置に近づくように、前記重量物移動手段による重量物の移動を制御する重量物移動制御機能と、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、歩行支援装置を装着した重量物を含む歩行支援対象者の全体重心位置が、人体重心位置よりも前記重心の基準位置に近づくように、重量物を移動するので、装着者は歩行に対する違和感を受けることなく、理想な重心移動による効率的な、疲れにくい歩行をすることができる。
【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】バッテリの移動により装置全体の重心位置が理想重心と一致するように補正する動作の説明図である。
【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
歩行各相における理想的な左右重心位置は決まっておりその連続が重心軌跡となる。
本実施形態では、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（歩行における初期接地から遊脚終期にまでの各相）し、その歩行状態の理想的な左右重心位置になるように、人の重心位置に近い場所にある歩行支援装置の構造部材（バッテリーなどの重量物）を利用し制御する。
すなわち、歩行支援装置を装着した歩行者の歩行状態を取得して人の重心位置を計算し、計算した重心位置と、当該歩行状態における理想的な左右重心位置とを比較し、その差分を歩行支援装置の構造物（バッテリなど）を左右方向にスライドさせることによって補正する。
歩行に必要な左右重心移動の一部を歩行支援装置の構造物に代替させることで、歩行支援装置を装着した状態の重心位置が理想的な左右重心位置となり、人自身の左右の揺れ幅が小さくなり、人が歩行するための運動エネルギーを軽減することができる。また装着者にとっては、自分の癖のままの歩行であっても、理想的な重心移動の歩行になっているため、違和感のない楽な歩行をすることができる。
【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、制御装置５０、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５０、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５０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。
制御装置５０は、股関節アシストアクチュエータ１７等の各アクチュエータや、各センサ部などの各部を駆動するための電源としてのバッテリ２１（後述）と、このバッテリ２１を左右方向に移動（スライド）させる重量物スライドアクチュエータ２０（後述）を備えている。
バッテリ２１は、装着型ロボット（歩行支援装置）１を構成する（構造物である）、人体重心近傍に配置された重量物として機能する。
本実施形態では、人体近傍に配置された重量物として、バッテリ２１を使用する場合について説明するが、他に、バッテリ２１を含む制御装置５０全体や、バッテリ２１を除く制御装置５０を使用するようにしてもよい。また、重量物として、専用のバランサを別途配置するようにしてもよい。
【００１５】
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だけでなく、横方向や斜め方向にも駆動できるようにしてもよい。この場合、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。この足首関節アシストアクチュエータ１９についても、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ようにしてもよい。
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５０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５０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５１、センサ情報取得部５２、各種パラメータ算出部５３、人体重心算出部５４、理想重心算出部５５、重心軌跡比較部５６、歩行アシスト力決定部５７、重心補正決定部５８を備えている。
【００２４】
身体パラメータ入力部５１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（重心の基準位置）や左右方向の軌跡（左右方向軌跡）を算出するのに用いられる。
なお、人体重心とは、装着型ロボット１を装着した状態の装着者から重量物スライドアクチュエータ２０による可動対象（バッテリ２１）を除いた歩行支援対象者の重心位置であり、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５２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５２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５３は、センサ情報取得部５２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５４は、身体パラメータ入力部５１で入力されたデータ、センサ情報取得部５２で取得したセンサ値、各種パラメータ算出部５３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左右方向軌跡を算出する。
【００２８】
理想重心算出部５５は、身体パラメータ入力部５１で入力されたデータ、センサ情報取得部５２で取得したセンサ値、各種パラメータ算出部５３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左右方向軌跡を算出する。
重心軌跡比較部５６は、人体重心算出部５４が算出した人体重心の左右方向軌跡と理想重心算出部５５が算出した理想重心の左右方向軌跡を比較し、両者の差分を算出する。
【００２９】
歩行アシスト力決定部５７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。すなわち、歩行アシスト力決定部５７は、各種パラメータ算出部５３で算出した各関節の動きに必要な関節モーメントに応じた、必要なアシスト力（例えば、必要な関節モーメントに所定比率を乗じた値）を決定し、アシストアクチュエータを駆動する。
【００３０】
重心補正決定部５８は、重心軌跡比較部５６が算出した差分を０に近づける(即ち、人体重心の左右方向軌跡を理想重心の左右方向軌跡に近づける)ように、重量物スライドアクチュエータ２０を駆動してバッテリ２１を左右に移動させる。
このバッテリ２１の移動は、人体重心位置に対して理想重心側で、理想重心位置よりも外側に移動する。これにより、人体重心と可動重量物であるバッテリ２１とを合わせた全体の重心位置（装着型ロボット１を装着した状態での重心位置）、が理想重心の位置に移動することになる。但し、理想重心側であれば、理想重心位置よりも内側であっても、バッテリ２１を固定した場合に比べて効率的な歩行が可能であるという一定の効果を得ることはできる。
【００３１】
重量物スライドアクチュエータ２０は、重量物として使用するバッテリ２１を左右に移動させるためのアクチュエータであり、ボールネジ等により構成される。
一般に理想重心の移動量は幅４ｃｍ〜１０ｃｍの範囲である。
そこで、重量物スライドアクチュエータ２０によるバッテリ２１の可動範囲は、バッテリを理想重心よりも外側に移動させる必要があることから、理想重心の移動幅よりも大きい範囲に形成される。
例えば、重量物（バッテリ２１）の重量によって異なるが、身体の左右中央から左右方向１０ｃｍずつ、合計２０ｃｍの範囲で可動するように形成される。但し、この可動範囲内では、理想重心が最も外側に位置する場合に、全体の重心位置を理想重心３２の位置に補正できない場合には、重量物の重量を増加させるか、又は／及び、可動範囲を装着型ロボット１の最大横幅の範囲まで拡大する。
重量物の重量増加は、バッテリ２１だけでなく、バッテリ２１以外の構造物、例えば、バッテリ２１を含めた制御装置全体を重量物として可動対象とする。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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５２、各種パラメータ算出部５３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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
図４の各図は、歩行における理想重心３２の左右方向の移動について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、人体重心の位置は、理想重心３２の位置と一致している。
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４に示したように、人の腰付近に存在する理想重心３２は、歩行における１歩行周期の間で仮想の基準線Ａを基準にして左右に等距離だけ移動していることがわかる。
【００４３】
歩行の各相における理想重心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３２の位置を表しているが、理想重心３２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３２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。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｈ）に示すように、歩行の各相における基準線Ａに対する理想重心３２の位置は、初期接地ａにおいて基準線より少し右側にあるが、荷重応答期ｂでは基準線Ａの左側に移動する。
そして、立脚中期ｃ(左上)に変化すると理想重心３２は、基準線Ａよりも更に左側に移動し、立脚終期ｄでは最左端を折り返して基準線Ａ方向に向かう。
前遊脚期ｅでは左から基準線Ａ付近に移動し、遊脚初期ｆでは基準線Ａを通過して右側に移動する。
さらに、遊脚中期ｇになると、理想重心３２は基準線から引き続き右へ移動し、遊脚終期ｈでは最右端を折り返して基準線Ａ方向に向かう。
【００４５】
図５は、本実施形態における、バッテリ２１の移動により装置全体の重心位置が理想重心３２と一致するように補正する動作を説明するための図である。
図５（ａ）は、バッテリ２１を移動しないで人体重心３３を、遊脚終期における理想重心３２位置に移動させた状態を表したものである。
この状態では、線Ｐで表す理想重心３２の位置が、基準線Ａから最も右方向に移動した状態であり、人体重心（バッテリ２１を除いた装着型ロボット１と人の重心）位置も線Ｐまで移動させることは、歩行に障害や癖のある歩者にとっては、かなり外側に移動させる必要を感じる可能性があり、このような歩行者にとってみると、人体重心３３まで無理に移動するため疲れを感じやすかったり、違和感を受ける可能性がある。
【００４６】
これに対して、図５（ｂ）は、本実施形態における重量物スライドアクチュエータ２０で重量物であるバッテリ２１を移動した場合の、遊脚終期における各重心位置を表したものである。
図５（ｂ）における理想重心３２は、図５（ａ）と同じく遊脚終期における基準線Ａから同じ位置まで移動した状態を表している。
この図に示すように、線Ｑ上に位置する人体重心３３と、線Ｐ上に位置理想重心３２との差分を算出し、重量物スライドアクチュエータ２０により、矢印ｍで表すように差分に相当する移動量だけバッテリ２１を線Ｐよりも外側に移動させる。
【００４７】
なお、移動後のバッテリ２１の位置については、重心補正決定部５８が決定、及び制御する。
すなわち、重心補正決定部５８は、身体パラメータ入力部５１で入力されたデータ、センサ情報取得部５２で取得したセンサ値、各種パラメータ算出部５３の算出値に基づいて、人体重心算出部５４で算出した人体重心３３の現在位置と、当該現在位置に対応して重心軌跡比較部５６で算出した人体重心３３と理想重心３２との差分とから、バッテリ２１の移動量（移動目標位置）求める。
具体的には、人体重心３３の現在位置（線Ｑ上）に対応する理想体重３２の位置（線Ｐ上）を求め、全体重心が線Ｐ上に位置するためのバッテリ２１の位置を重心補正決定部５８で算出し、決定した位置にバッテリ２１が移動するように重量物スライドアクチュエータ２０を駆動する。
【００４８】
これにより、人体重心３３とバッテリ２１とを合わせた全体重心は、理想重心３２と同じく線Ｐ上に移動することで、理想的な歩行が実現され、エネルギロスや装着者の疲れを軽減することができる。
そして、人体重心３３の移動量が理想重心３２よりも基準線Ａ側にあることからも理解できるように、装着者は基準線Ａに対して横方向の動き幅が小さくてすむことから、無理な動きがなく、また自分の歩行の癖もそのままでよいことから、違和感なく楽な歩行をすることが可能になる。
【００４９】
なお、このバッテリ２１の移動による、重心位置の補正処理中においても、各種パラメータ算出部５３による歩行状態に応じた関節モーメントの算出と、算出した関節モーメントに応じて、歩行アシスト力決定部５７と各関節アシストアクチュエータ１７〜１９により歩行支援（アシスト）が行われる。
【００５０】
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５０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５０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５１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５２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５３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５０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。
【００５１】
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５０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５０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５０は、ステップ５に戻る。
【００５２】
一方、歩行中である場合(ステップ１５；Ｙ)、制御装置５０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５０は、次のステップ３０〜４０から構成された補正処理を行う。
【００５３】
まず、制御装置５０は、人体重心算出部５４によって人体重心の現在位置を取得し、更に、理想重心３２算出部５５で初期接地ａでの理想重心３２の位置を取得し、重心軌跡比較部５６によって両重心位置を比較する(ステップ３０)。
【００５４】
比較の結果、人体重心３３の位置（図５（ｂ）の線Ｑ上の位置）と理想重心３２の位置（図５（ｂ）の線Ｐ上の位置）にずれがある場合(ステップ３５；Ｎ)、制御装置５０は、重心補正決定部５８によって重量物スライドアクチュエータ２０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)。すなわち、制御装置５０は、人体重心３３の現在位置に対応するバッテリ２１の目標位置を決定し、当該目標位置に重量物スライドアクチュエータ２０でバッテリ２１を駆動する。
一方、比較の結果、ずれが無い場合(ステップ３５；Ｙ)、制御装置５０は、補正を終了する(ステップ４５)。制御装置５０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。
【００５５】
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５０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５０は、荷重応答期ｂにおける理想重心３２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５０は、相が立脚中期ｃであるか否かを判断する(ステップ６０)。
【００５６】
相が立脚中期ｃであった場合(ステップ６０；Ｙ)、制御装置５０は、立脚中期ｃにおける理想重心３２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５０は、相が立脚終期ｄであるか否かを判断する(ステップ７０)。
【００５７】
相が立脚終期ｄであった場合(ステップ７０；Ｙ)、制御装置５０は、立脚終期ｄにおける理想重心３２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５０は、相が遊脚初期ｆであるか否かを判断する(ステップ８０)。
【００５８】
相が遊脚初期ｆあった場合(ステップ８０；Ｙ)、制御装置５０は、遊脚初期ｆにおける理想重心３２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５０は、相が遊脚中期ｇであるか否かを判断する(ステップ９０)。
【００５９】
相が遊脚中期ｇあった場合(ステップ９０；Ｙ)、制御装置５０は、遊脚中期ｇにおける理想重心３２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。
【００６０】
相が遊脚中期ｇでなかった場合(ステップ９０；Ｎ)、制御装置５０は、相が遊脚終期ｈであると判断する。そして制御装置５０は、遊脚終期ｈにおける理想重心３２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。
【００６１】
以上のようにして、装着型ロボット１は、装置を装着した全体の重心の軌跡が理想重心３２の軌跡となるように、重量物であるバッテリ２１を移動することにより、装着者は効率がよく違和感のない歩行を行うことができる。
【００６２】
以上、本発明の歩行支援装置を装着型ロボット１に適用した場合の実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、理想重心の位置は基準線Ａを中心に左右方向に変化する場合を例に説明したが、基準線Ａと直交し水平面と平行な基準線Ｂを中心に理想重心が前後方向に移動する場合も合わせて判断し、左右方向に加えて前後方向の補正をバッテリ２１の移動によって行うようにしてもよい。
この場合、バッテリ２１は前後方向の補正を行うためには、上下方向にバッテリ２１を移動させる重量物上下方向アクチュエータを備える。
この結果、バッテリ２１は、装着者の身体面と平行な面上を移動すうことになる。
【００６３】
また、説明した実施形態では、通常起こり得る人体重心と理想重心の位置関係として、理想重心よりも人体重心の方が基準軸Ａに近いことから、重量物スライドアクチュエータ２０は常に理想重心よりも外側に移動させる場合について説明した。
これに対し、人体重心と理想重心とのズレ量がマイナスの場合、すなわち、基準線Ａに対して人体重心３３が理想重心３２よりも外側にある場合には、重量物（バッテリ２１）を、理想重心３２の位置よりも中心軸Ａ側に移動するようにしてもよい。
【００６４】
また、説明した実施形態では、１歩行周期を図３、４で説明したように初期接地ａ〜立脚周期ｈの８つに分けて説明したが、より細かく細分化（例えば、各相を前期、後期に分けた１６相、前期、中期、後期の２４相等）してもよい。
この場合、細分化した各相毎の理想重心位置を予め決めておくようにしてもよい。これにより、人体重心と理想重心との差の算出を、簡易に素早く行うことができる。
【００６５】
また説明した実施形態では、装着型ロボット１を装着した状態からバッテリを除いた人（装着状態）の重心を人体重心として取得する場について説明したが、装着ロボットを装着していない人単体の重心位置を人体重心としてもよい。これは、左右に移動するバッテリ２１を除いた場合、装着ロボット１は装着者に対して左右対称の重量となるように構成されるためである。
【００６６】
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３２算出部５５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３２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５４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３２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。
【００６７】
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。
【００６８】
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５０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】
【００６９】
１  装着型ロボット
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
２０  バッテリ（重量物）
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
３２  理想重心
３３  人体重心
５０  制御装置
５１  身体パラメータ入力部
５２  センサ情報取得部
５３  各種パラメータ算出部
５４  人体重心算出部
５５  理想重心算出部
５６  重心軌跡比較部
５７  歩行アシスト力決定部
５８  重量物スライドアクチュエータ
【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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