(57)【要約】【課題】両脚の相対的な位置を検出し、正確な歩行補助を実現できる歩行補助装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる歩行補助装置１００は、一方の脚に装着された第１の歩行補助部材と、他方の脚に装着された第２の歩行補助部材と、第１の歩行補助部材と第２の歩行補助部材を制御するコントローラ６を有する。第１の歩行補助部材には、第２の歩行補助部材の発光素子５からの光を検出する受光素子４が設けられている。コントローラ６は、受光素子４の検出信号に応じて、第１の歩行補助部材と第２の歩行補助部材の間の相対的な位置を認識して、第１の歩行補助部材と第２の歩行補助部材を制御する。【選択図】図１
2009254740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の脚に装着された第１の歩行補助部材と、他方の脚に装着された第２の歩行補助部材と、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御するコントローラを有し、利用者の歩行動作を補助する歩行補助装置であって、
第１の歩行補助部材に設けられ、前記第２の歩行補助部材より離間した位置において当該第２の歩行補助部材を検出するセンサを備え、
前記コントローラは、前記センサの検出信号に応じて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の間の相対的な位置を認識して、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御する歩行補助装置。
【請求項２】
前記第１の歩行補助部材のセンサは、前後方向に互いに離間して配置された複数のセンサより構成され、
前記コントローラは、当該複数のセンサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の前後方向の相対位置を認識することを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記第１の歩行補助部材のセンサは、上下方向に互いに離間して配置された複数のセンサより構成され、
前記コントローラは、当該複数のセンサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の上下方向の相対位置を認識することを特徴とする請求項１又は２記載の歩行補助装置。
【請求項４】
前記第２の歩行補助部材は、発光素子を有し、
前記第１の歩行補助部材のセンサは、前記第２の歩行補助部材に設けられた発光素子から放射された光を検出する受光素子であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の歩行補助装置。
【請求項５】
前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を横一列に並べた場合に、前記第１の歩行補助部材の受光素子と、前記第２の歩行補助部材の発光素子とが前後方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項４記載の歩行補助装置。
【請求項６】
前記受光素子は、前記第１の歩行補助部材の踵近傍に設けられ、
前記発光素子は、前記第２の歩行補助部材のつま先近傍に設けられていることを特徴とする請求項５記載の歩行補助装置。
【請求項７】
前記第２の歩行補助部材は、前記第１の歩行補助部材より離間した位置において当該第１の歩行補助部材を検出するセンサを備え、
前記コントローラは、前記第１の歩行補助部材及び前記第２の歩行補助部材に設けられたセンサの検出信号に応じて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の間の相対的な位置を認識して、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の歩行補助装置。
【請求項８】
前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ利用者の脛とふくらはぎに接触する触覚センサを備え、
前記コントローラは、当該触覚センサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の歩行補助装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記センサの検出信号に基づいて前記第１の歩行補助部材と前記第２の補助部材とが揃った状態にあることを認識し、かつ、前記触覚センサの検出信号に基づいて脛から圧力が加わった状態にあることを認識した場合には、立上りモードであることを認識することを特徴とする請求項８記載の歩行補助装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記センサの検出信号に基づいて前記第１の歩行補助部材と前記第２の補助部材とが揃った状態にあることを認識し、かつ、前記触覚センサの検出信号に基づいてふくらはぎから圧力が加わった状態にあることを認識した場合には、立下りモードであることを認識することを特徴とする請求項８記載の歩行補助装置。
【請求項１１】
前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ前方の障害物を検出する障害物センサをつま先近傍に備え、
前記コントローラは、当該障害物センサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することを特徴とする請求項１〜１０いずれかに記載の歩行補助装置。
【請求項１２】
前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ前方の障害物を検出する障害物センサを膝近傍に備え、
前記コントローラは、当該障害物センサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することを特徴とする請求項１〜１１いずれかに記載の歩行補助装置。
【請求項１３】
前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、利用者の脚に設けられ、互いに連結されていないことを特徴とする請求項１〜１２いずれかに記載の歩行補助装置。
【請求項１４】
前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ利用者の膝の動作をアシストする膝関節アクチュエータ部と、利用者の足首の動作をアシストする足首関節アクチュエータ部を備えていることを特徴とする請求項１〜１３いずれか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、利用者の歩行動作を補助する歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用者の脚に取り付けられ、歩行動作を補助する歩行補助装置の開発が進み、様々な機能を有する歩行補助装置が提案されている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１に開示された歩行補助装置は、足裏の接地状態に基づいて歩行モードを推定して足首関節の補助を行っている。具体的には、足首関節に対して与えるアシスト力は、足裏の接地状態から推定された歩行動作の位相に応じて決定される。
【０００３】
また、特許文献２に開示された歩行補助装置は、足裏の接地状態と、足部の傾きから歩行モードを推定して、平地歩行・立上り・立下り動作を補助している。
【０００４】
他方、特許文献３、４では、障害物センサと超音波センサを備え、これらのセンサにより床面からの高さや障害物を推定して、路面情報を操作者に知らせる足元探知機が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５００号公報
【特許文献２】特開２００４−２６１６２２号公報
【特許文献３】特開２００３−１４４４８２号公報
【特許文献４】特開２００４−１２１２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された歩行補助装置は、平地歩行を補助するものであり、段差のある昇降動作を補助するものではない。また、特許文献２に開示された歩行補助装置も同様に段差の昇降動作を補助するものではなく、立上り動作時のアシスト力の発生トリガについては操作者が設定するものであり、具体的な設定法は明記されていない。特に、特許文献２では、この文献に開示された歩行補助装置は階段の昇降はできない旨が記載されている（段落００３６参照）。
【０００７】
また、特許文献３、４に開示された足元探知機は、床面との接触状態や靴の前の障害物情報を検知することは可能であるが、そもそも、利用者の歩行を補助するものではない。仮に、特許文献３、４に開示された技術を、特許文献１、２に開示された歩行補助装置に適用したとしても、具体的に、段差の昇降動作を補助するために必要な情報を検知する手法は明示されていないため、段差の歩行動作を補助するような歩行補助装置を得ることはできない。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、両脚の相対的な位置を検出し、正確な歩行補助を実現できる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】
【０００９】
本発明にかかる歩行補助装置は、一方の脚に装着された第１の歩行補助部材と、他方の脚に装着された第２の歩行補助部材と、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御するコントローラを有し、利用者の歩行動作を補助する歩行補助装置であって、第１の歩行補助部材に設けられ、前記第２の歩行補助部材より離間した位置において当該第２の歩行補助部材を検出するセンサを備え、前記コントローラは、前記センサの検出信号に応じて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の間の相対的な位置を認識して、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御するものである。
【００１０】
ここで、前記第１の歩行補助部材のセンサは、前後方向に互いに離間して配置された複数のセンサより構成され、前記コントローラは、当該複数のセンサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の前後方向の相対位置を認識するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記第１の歩行補助部材のセンサは、上下方向に互いに離間して配置された複数のセンサより構成され、前記コントローラは、当該複数のセンサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の上下方向の相対位置を認識するようにしてもよい。
【００１２】
好適な実施の形態における第２の歩行補助部材は、発光素子を有し、前記第１の歩行補助部材のセンサは、前記第２の歩行補助部材に設けられた発光素子から放射された光を検出する受光素子である。
【００１３】
このとき、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を横一列に並べた場合に、前記第１の歩行補助部材の受光素子と、前記第２の歩行補助部材の発光素子とが前後方向にずれて配置されていることが望ましい。
【００１４】
また、前記受光素子は、前記第１の歩行補助部材の踵近傍に設けられ、前記発光素子は、前記第２の歩行補助部材のつま先近傍に設けられていることが望ましい。
【００１５】
さらに、前記第２の歩行補助部材は、前記第１の歩行補助部材より離間した位置において当該第１の歩行補助部材を検出するセンサを備え、前記コントローラは、前記第１の歩行補助部材及び前記第２の歩行補助部材に設けられたセンサの検出信号に応じて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材の間の相対的な位置を認識して、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することが望ましい。
【００１６】
また、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ利用者の脛とふくらはぎに接触する触覚センサを備え、前記コントローラは、当該触覚センサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することが好ましい。
【００１７】
ここで、前記コントローラは、前記センサの検出信号に基づいて前記第１の歩行補助部材と前記第２の補助部材とが揃った状態にあることを認識し、かつ、前記触覚センサの検出信号に基づいて脛から圧力が加わった状態にあることを認識した場合には、立上りモードであることを認識する。
【００１８】
また、前記コントローラは、前記センサの検出信号に基づいて前記第１の歩行補助部材と前記第２の補助部材とが揃った状態にあることを認識し、かつ、前記触覚センサの検出信号に基づいてふくらはぎから圧力が加わった状態にあることを認識した場合には、立下りモードであることを認識する。
【００１９】
また、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ前方の障害物を検出する障害物センサをつま先近傍に備え、前記コントローラは、当該障害物センサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することが好ましい。
【００２０】
また、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ前方の障害物を検出する障害物センサを膝近傍に備え、前記コントローラは、当該障害物センサの検出信号に基づいて、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材を制御することが望ましい。
【００２１】
前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、利用者の脚に設けられ、互いに連結されていない場合に、本発明は好適に適用される。
【００２２】
好適な実施の形態において、前記第１の歩行補助部材と前記第２の歩行補助部材は、それぞれ利用者の膝の動作をアシストする膝関節アクチュエータ部と、利用者の足首の動作をアシストする足首関節アクチュエータ部を備えている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、両脚の相対的な位置を検出し、正確な歩行補助を実現できる歩行補助装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
発明の実施の形態１．
本実施の形態１にかかる歩行補助装置の構成について、図１を用いて説明する。図１に示される歩行補助装置は、一方の脚に装着された状態を示しており、実際には利用者の両脚のそれぞれに対して装着される２つの歩行補助部材によって構成されている。本実施の形態にかかる歩行補助装置では、２つの歩行補助部材のそれぞれは、物理的に分離した状態にあるため、互いの相対的な位置を認識することは難しい。
【００２５】
即ち、歩行補助部材に設けた障害物センサや接地センサの検出信号及び膝・足首関節の角度情報だけでは、左右の足の上下関係を認識することができない。このとき、歩行補助装置が規定動作を続けていれば、膝や足首の関節角度の履歴情報により上下方向を推定することは可能だが、誤差が大きくなり、判定を間違える可能性もある。また、歩行補助装置が規定動作外の動作を実行した場合には、大腿関節の角度はわからないので、その時点で上下関係はわからなくなる。
【００２６】
例えば、段差を昇る場合に、段差の途中では、遊脚と立脚のどちらかによって動作が異なるが、拇指球を抑えるポジションになりやすく（平地歩行で行われる踵から拇指球という蹴り上げ動作にはなりにくい）、接地状態からでは次の動作の遊脚・立脚の判定ができなくなる。また、段差を下る場合にも、遊脚開始時は、遊脚の方が上にあり、前に蹴りだすために遊脚を縮ませるが、遊脚が下になると、早く着地できるよう伸ばすので、位相が異なり、その判定が必要になる。
【００２７】
このため、本実施の形態においては、少なくとも一方の歩行補助部材に他方の歩行補助部材より離間した位置において当該他方の歩行補助部材を検出するセンサを設けるようにしている。このセンサは、例えば、受光素子、超音波センサ、カメラ等であり、典型的には光学センサである。
【００２８】
図１に示されるように、歩行補助装置（歩行補助部材）１００は、大腿支持部材１０、足支持部材２０、連結部材３０を備えている。大腿支持部材１０は、利用者の大腿に取り付けられ、歩行動作を補助する際に、大腿に対して力を加える。図１に示す例では、この大腿支持部材１０は、利用者の後ろ側から大腿に接し、支持する構造を有しているが、大腿を覆うような構造を有していてもよい。
【００２９】
足支持部材２０は、利用者の足に取り付けられ、歩行動作を補助する際に脛、ふくらはぎや足に対して力を加える。足支持部材２０は、いわゆるスキーブーツのような靴型構造を有し、ふくらはぎ支持部２１、脛支持部２２、足支持部２３に分割されている。ふくらはぎ支持部２１、脛支持部２２、足支持部２３は、利用者の足に装着された後、相互に固定される。
【００３０】
連結部材３０は、大腿支持部材１０に固定された膝関節アクチュエータ部７１と、足支持部材２０に固定された足首関節アクチュエータ部７２を連結支持する長尺部材である。連結部材３０の上端部は膝関節アクチュエータ部７１に連結され、同下端部は足首関節アクチュエータ部７２に連結されている。
【００３１】
膝関節アクチュエータ部７１は、装着状態において利用者の膝関節の位置に設けられ、膝の動きをアシストする。膝関節アクチュエータ部７１は、コントローラ６から出力された制御信号に応じて、大腿支持部材１０と連結部材３０の間において膝関節周りにトルクを発生させる。膝関節アクチュエータ部７１は、例えば電動モータやシリンダにより構成される。
【００３２】
足首関節アクチュエータ部７２は、装着状態において利用者の足首関節の位置に設けられ、足首の動きをアシストする。足首関節アクチュエータ部７２は、コントローラ６から出力された制御信号に応じて、足支持部材２０と連結部材３０の間において足首関節周りにトルクを発生させる。足首関節アクチュエータ部７２は、例えば電動モータやシリンダにより構成される。
【００３３】
足支持部材２０には、触覚センサ１、障害物センサ２、触覚センサ３、受光素子４が設けられている。触覚センサ１は、足支持部材２０の脛支持部２２とふくらはぎ支持部材２１のそれぞれの内側、即ち、利用者の足と接する側に設けられ、足支持部材２０に対する利用者の脛やふくらはぎの接触圧力を検出する。触覚センサ１は、例えば、圧力センサによって構成される。
【００３４】
障害物センサ２は、足支持部材２０の足支持部２３のつま先近傍に設けられ、前方障害物２００及び足先から前方障害物２００までの距離を検出する距離センサである。障害物センサ２は、例えば、赤外線発光素子と受光素子によって構成される。本実施の形態にかかる障害物センサ２は、互いに異なる方向に向けられて配置された複数の赤外線発光素子を有する。
【００３５】
触覚センサ３は、足支持部材２０の足支持部２３の足裏に複数設けられ、拇指球（爪先）や踵等の複数箇所における接地状態（力の大きさと位置）を検出する。触覚センサ３は、例えば、圧力センサによって構成される。
【００３６】
受光素子４は、光学センサであり、足支持部材２０の足支持部２３の背側面・内側面やふくらはぎ支持部材２１の背側面に複数設けられて、他方の足支持部材２０（即ち、右側の足支持部材２０の場合には左側の足支持部材２０、左側の足支持部材２０の場合には右側の足支持部材２０）に設けられた発光素子５１〜５４（図２参照）より放射された赤外光を検出し、右側の足支持部材と、左側の足支持部材の相対的な位置を検出する。本実施の形態にかかる歩行補助装置では、左右の足支持部材の前後方向の位置関係のみならず、上下方向の位置関係も検出することができる。
【００３７】
具体的には、図２に示されるように、踵の近傍において、当該踵を側面から背面側に亘って互いに離間して、受光素子４１〜４４が設けられている。受光素子４１は、踵の前側に設けられている。受光素子４２は、受光素子４１の背面側に設けられている。受光素子４３は、法線が後ろ方向を向く受光面を備えている。受光素子４４は、背面の外側を向くように配置されている。さらに、図１に示されるように、ふくらはぎ支持部材２１の背側面に、上下方向に互いに離間して、複数の受光素子４が設けられている。この例では、３つの受光素子４が設けられている。
【００３８】
また、図２に示されるように、足支持部材２０の足支持部２３の内側面には、一対の足支持部材２０を横方向に揃えた状態において、他方の足支持部材２０に向けて赤外光を放射する複数の発光素子５１〜５４が互いに前後方向に離間して設けられている。発光素子５１は、親指の先端部近傍に設けられている。発光素子５２は、親指の付け根近傍に設けられている。発光素子５３は、土踏まずの近傍に設けられている。発光素子５４は、一方の足支持部材２０（本例では右側のみ）の土踏まずの近傍であって、発光素子５３よりも後ろ側に設けられている。当該発光素子５４が設けられていない左側の足支持部材２０において、当該発光素子５４に対向する位置には、受光素子４５が設けられている。
【００３９】
図１や図２には図示されていないが、装着状態の利用者の膝と足首の近傍、即ち、膝関節アクチュエータ部７１と足首関節アクチュエータ部７２の近傍には、膝や足首の角度を計測するエンコーダやポテンショメータも設けられている。
【００４０】
図３は、本実施の形態１にかかる歩行補助装置の構成を示すブロック図である。図に示されるように、触覚センサ１、障害物センサ２、触覚センサ３、受光素子４の検出信号は、コントローラ６に入力される。また、図示しない、膝や足首の角度を計測するエンコーダやポテンショメータの出力信号も、コントローラ６に入力される。コントローラ６は、これらの検出信号等に基づいて、利用者の状態を検知し、膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２を制御して、利用者の歩行を補助する。コントローラ６は、発光素子５の発光を制御する機能も有する。コントローラ６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成され、歩行補助装置の任意の場所に設けられている。
【００４１】
続いて、図４を用いて、左右の足の前後判定方法について説明する。図４（ａ）に示されるように、右足が左足よりも前に出ている場合には、左足のつま先近傍に設けられた発光素子５２より放射された光が、右足の踵近傍に設けられた受光素子４１において検出される。また、図４（ｂ）に示されるように、左足が右足よりも前に出ている場合には、右足のつま先近傍に設けられた発光素子５１，５２より放射された光が、右足の踵近傍に設けられた受光素子４１，４２において検出される。従って、踵近傍に設けられた受光素子４１において、他方の足のつま先近傍に設けられた発光素子５１からの光を検出した場合には、その受光素子４１を備えた歩行補助装置を装着した足が、他方の足よりも前側にあることを認識することができる。
【００４２】
なお、図４に示す例では、左右の足に同様の発光素子及び受光素子を設けたが、一方の足に発光素子のみ他方の足に受光素子を設けたとしても、左右の足の前後方向の判定を行うことができる。特に、左右の足のそれぞれに装着された２つの歩行補助部材を横一列並べた場合に、一方の歩行補助部材の受光素子と、他方の歩行補助部材の発光素子とが前後方向にずれて配置されていると、前後方向のずれを認識することができるため、より正確に歩行補助部材間の前後方向の相対的な位置を認識することができる。さらに、図４に示す例のように、左右の足に同様の位置に発光素子及び受光素子を設けることによって、より正確に歩行補助部材間の前後方向の相対的な位置を認識することができる。
【００４３】
また、受光素子を上下方向にも複数それぞれ離間して配置すると、両足間の上下方向の相対的な位置を認識することが可能となる。
【００４４】
ここで、受光素子を複数設けるのではなく、発光素子を複数それぞれ前後方向に離間して、若しくは上下方向に離間して配置するようにしてもよい。この場合には、受光素子が複数の発光素子のいずれの発光素子からの光を受光したかを認識する必要があるので、それぞれの発光素子から放射される光の点滅パターンを変えたり、周波数を変えたりするとよい。
【００４５】
続いて、図５〜図２４を用いて、本実施の形態１にかかる歩行補助装置の制御例について説明する。図５は、本制御例において例示する歩行補助装置の各種センサーの配置を示した図である。Ｒは右足に装着する歩行補助装置のセンサを示し、Ｌは左足に装着する歩行補助装置のセンサを示す。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、足裏に設けられた触覚センサ３である。Ｓ４は、つま先に設けられた障害物センサ２である。Ｓ５は、踵に設けられた受光素子４である。Ｓ６は、脛に設けられた触覚センサ１である。Ｓ７は、ふくらはぎに設けられた触覚センサ１である。Ｓ８は、足首よりも上のふくらはぎに設けられた受光素子４である。図５には示されていないが、歩行補助装置には、図１や図２で示されるような位置に、発光素子５が設けられている。
【００４６】
図６は、各種状態Ａ（階段昇り動作）、同Ｂ（立上り動作）、同Ｃ（立下り動作）、同Ｄ（階段下り動作）のそれぞれにおける、センサの検出状態とアクチュエータの動作状態を示している。センサの検出状態において、「１」は検出状態を、「０」は非検出状態を、「２」はどちらでもよい状態をそれぞれ示している。アクチュエータの動作状態において、「＋」は縮める方向、「−」は伸ばす方向、「０」はなしをそれぞれ示している。コントローラ６においても、図６で示されるようなマップを用いて、制御が実行される。
【００４７】
続いて、図６〜図１３を用いて、状態Ａ（階段昇り動作）におけるセンサの検出状態とアクチュエータの動作状態について説明する。各状態Ａ１〜Ａ７は、それぞれ図６のテーブルに示すＡ１〜Ａ７に対応する。また、図において、二重線で囲まれた符号のセンサは検出状態にあることを示している。
【００４８】
図７に示す初期状態Ａ１では、通常、階段２０１の段差の前に両足を揃えた状態にある。即ち、両脚が立脚の状態にある。このとき、両足の足裏は地面に接しているので、触覚センサＳ１〜Ｓ３は検出状態となる。また、障害物センサＳ４は、階段２０１を検出する。また、脛に設けられた触覚センサＳ６は、利用者の前傾姿勢に応じて、検出状態にある。このような状態、即ち、両足の拇指球加圧と脛前部への加圧を検出すると、階段昇りモードへ移行する。このとき、図６のテーブルに示されるように、両脚にそれぞれ設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２は、アシスト力がゼロの状態にある。
【００４９】
次に、階段２０１を昇るために、利用者が右足を持ち上げ始め、左脚が立脚、右脚が遊脚の状態になると、図６のテーブルに示されるように、右足の足裏に設けられた触覚センサＳ１〜Ｓ３が非検出状態となる。これに伴って、膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２によるアシストを開始する。具体的に、コントローラ６は、左足の膝関節アクチュエータ部７１が膝を伸ばす方向へアシストするか若しくはアシスト力ゼロとなるよう制御し、左足の足首関節アクチュエータ部７２が足首を縮める方向へアシストするよう制御する。また、コントローラ６は、右足の膝関節アクチュエータ部７１が膝を縮める方向へアシストするよう制御し、右足の足首関節アクチュエータ部７２が足首を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００５０】
次に、利用者が右足を持ち上げて段差を超えると、左足のセンサの検出状態は変化がないが、右足のつま先に設けられた障害物センサ２が段差を超えたことを検出し、障害物がない非検出状態に変化する。このとき、コントローラ６は、左脚のアクチュエータはそのままだが、右脚の足首関節アクチュエータ部７２が足首を伸ばす方向へアシストするか若しくはアシスト力ゼロとなるよう制御する。
【００５１】
図８に示される、持ちあげた右足が接地する直前の状態Ａ２では、左足のセンサの検出状態は変化がないが、再度、右のつま先に設けられた障害物センサ２が次の段差を検出する。このとき、コントローラ６は、左脚のアクチュエータはそのままだが、右脚の足首関節アクチュエータ部７２が足首を伸ばす方向へアシストするよう制御する。
【００５２】
図９に示される、左足の持ち上げを開始し、左脚が遊脚、右脚が立脚の状態Ａ３では、左足の足裏に触覚センサＳ１〜Ｓ３は検出状態となり、右脚の足裏に設けられた触覚センサＳ１、Ｓ２が非検出状態になる。両足のつま先に設けられた障害物センサＳ４はそれぞれ段差を検出した状態になる。このとき、コントローラ６は、左脚の膝関節アクチュエータ部７１及び足首関節アクチュエータ部７２がそれぞれ縮める方向へアシストし、かつ右脚の膝関節アクチュエータ部７１及び足首関節アクチュエータ部７２がそれぞれ伸ばす方向へアシストするよう制御する。
【００５３】
図１０に示される、左足が右足よりも上に位置する状態Ａ４では、左足のつま先に設けられた障害物センサＳ４が段差を検出しない非検出状態となり、右脚の踵に設けられた受光素子Ｓ５及びふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８が左足に設けられた発光素子５から放射された光を検出した状態になる。より詳細には、まず、右脚の踵に設けられた受光素子Ｓ５が発光素子５からの光を検出し、その後にふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８が発光素子５からの光を検出する。このように、他方の足のつま先に設けられた発光素子から出力された光を、踵に設けた受光素子で検出すると、受光素子を設けた脚が、発光素子を設けた脚よりも後ろ側にあることを認識することができる。このとき、コントローラ６は、左脚の足首関節アクチュエータ部７２が足首関節を伸ばす方向へアシストするように制御する。
【００５４】
次に、図１１に示される、左足が接地する直前の状態Ａ５では、左脚の障害物センサＳ４が段差を検出し、右脚の踵に設けられた受光素子Ｓ５及びふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８が左足に設けられた発光素子５から放射された光を検出しない状態に変化する。このとき、左脚及び右脚の各アクチュエータの動作に変化はない。
【００５５】
図１２に示されるように、利用者が右足の持ち上げを開始した状態Ａ６に移行すると、左足の足裏に設けられた触覚センサＳ１、Ｓ２が検出状態となり、脛に設けられた触覚センサＳ６が検出状態になる。また、右足の足裏に設けられたＳ１〜Ｓ３が非検出状態となる。このとき、コントローラ６は、左脚の膝関節アクチュエータ部７１及び足首関節アクチュエータ部７２のそれぞれが膝関節及び足首関節を伸ばす方向へアシストするよう制御し、右脚の膝関節アクチュエータ部７１及び足首関節アクチュエータ部７２のそれぞれが膝関節及び足首関節を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００５６】
次に図６のテーブルに示されるるように、左足よりも右足が上に位置する状態に移行した場合には、左脚の踵に設けられた受光素子Ｓ５及びふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８が右足に設けられた発光素子５からの光を検出する。また、右足のつま先に設けられた障害物センサＳ４が段差を検出しない状態になる。このとき、コントローラ６は、左脚のアクチュエータの動作に変化はないが、右脚の足首関節アクチュエータ部７２が足首関節を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００５７】
最後に、図１３に示されるように、利用者が階段２０１の最上段において、両脚とも立脚した状態Ａ７に移行する。この状態では、両足の足裏に設けられた触覚センサＳ１〜Ｓ４が接地状態を検出する。このとき、図６のテーブルに示されるように、両脚にそれぞれ設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２は、アシスト力がゼロの状態にある。
【００５８】
このように、階段昇りモードでは、遊脚を縮めて接地させると、膝と足首にアシスト力が発生する。なお、最初は、受光素子の検出ができないため、遊脚が上にあるものと判定する。上方に位置する脚にアシスト力が発生している最中、下方に位置する脚は地面から離れ、遊脚になる。そして、大腿部の蹴り上げにより、上方の脚は、下方の脚に取り付けられた発光素子から光の変化を受光素子によって検出し、これにより上下及び前後が入れ替わり、接地することにより、下方の遊脚が上方の立脚に切り替わってアシスト力を発生させる。階段を昇りきったときは、両足の障害物センサが非検出状態になるため、そこで通常の歩行モードに切り替える。
【００５９】
続いて、図６、図１４、図１５を用いて、状態Ｂ（立上り動作）におけるセンサの検出状態とアクチュエータの動作状態について説明する。
【００６０】
図１４に示される、利用者が椅子等の箱体２０２等に腰掛けた状態から立上り動作を開始した直後の状態Ｂ１では、両足の足裏に設けられた触覚センサＳ１〜Ｓ３が接地状態を検出する。また、両脚の脛に設けられた触覚センサＳ６は、利用者の前傾姿勢に応じて、検出状態となる。このとき、コントローラ６は、両脚にそれぞれ設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節・足首を伸ばす方向へアシストするよう制御する。
【００６１】
図１５に示される、利用者が立上り動作を終了し、立ちあがった状態Ｂ２では、両脚の脛に設けられた触覚センサＳ６は、非検出状態となる。このとき、両脚にそれぞれ設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２は、アシスト力がゼロの状態にある。
【００６２】
このように、前後関係が一致することを検出して両足が揃っていることを認識し、かつ脛の前部に圧力がかかったことを検出した場合には、コントローラ６は、立上りモードと判定することができる。そして、立上りモードと判定された場合には、膝や足首の関節を直立姿勢の規定値になるようにアシストする。
【００６３】
続いて、図６、図１６、図１７を用いて、状態Ｃ（立下り動作）におけるセンサの検出状態とアクチュエータの動作状態について説明する。
【００６４】
図１６に示される、立下り動作を開始した直後の状態Ｃ１では、両足の足裏に設けられた触覚センサＳ１〜Ｓ３が接地状態を検出し、両脚のふくらはぎに設けられた触覚センサＳ７が検出状態になる。このとき、コントローラ６は、両脚にそれぞれ設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節・足首を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００６５】
図１７に示される、利用者が立下り動作を終了し、箱体２０２に座った状態Ｃ２では、両足の足裏に設けられた触覚センサＳ１、Ｓ２が非検出状態になる。このとき、両脚にそれぞれ設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２は、アシスト力がゼロの状態にある。
【００６６】
このように、前後関係が一致することを検出して両足が揃っていることを認識し、かつふくらはぎ（脛の後方）に圧力がかかったことを検出した場合、コントローラ６は、立下りモードと判定することができる。そして、立下りモードと判定された場合に、コントローラ６は、足首が直立で膝を直角に曲げられるようにアシストする。規定角度まで動作アシストする場合と、接地状態が変化した場合（例えば、両足とも地面から離れた場合など）に、コントローラ６は、これに応じて、アシスト動作を停止する。また、片足が地面から離れたことを検出すると、コントローラ６は、階段降りモードに移行する。
【００６７】
続いて、図６、図１８〜図２４を用いて、状態Ｄ（階段下り動作）におけるセンサの検出状態とアクチュエータの動作状態について説明する。
【００６８】
図１８に示す初期状態Ｄ１では、利用者は、階段２０１の最上段において両足を揃えている。即ち、両脚が立脚の状態にある。このとき、両足の足裏は地面に接しているので、触覚センサＳ１〜Ｓ３は検出状態となる。ふくらはぎに設けられた触覚センサＳ７は、利用者の後傾姿勢に応じて、検出状態にある。このとき、図６のテーブルに示されるように、コントローラ６は、両脚にそれぞれ設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節・足首を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００６９】
図１９に示される、右足を前方に出した状態Ｄ２では、右足の足裏に設けられた触覚センサＳ１〜Ｓ３は非検出状態に変化し、さらに、踵に設けられた受光素子Ｓ５が左足に設けられた発光素子５から放射された光を検出する。ふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８は、未だ発光素子５から放射された光を検出していない。このとき、図６のテーブルに示されるように、コントローラ６は、右脚に設けられた足首関節アクチュエータ部７２が足首を伸ばす方向へアシストするか若しくはアシスト力をゼロとするよう制御する。
【００７０】
さらに、利用者が図２０に示されるように右足を左足よりも低くなるように左膝を曲げた場合（状態Ｄ３）には、右脚の踵に設けられた受光素子Ｓ５が左足に設けられた発光素子５から放射された光を検出するとともに、ふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８もこの発光素子５から放射された光を検出する。このとき、コントローラ６は、左脚に設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を縮める方向へアシストするよう制御する。また、コントローラ６は、右脚に設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を伸ばす方向へアシストするよう制御する。
【００７１】
次に、図２１に示される、利用者が右脚を立脚とし、左脚を遊脚として前方に移動させた状態Ｄ４では、左足の足裏に設けられた触覚センサＳ１〜Ｓ３は非検出状態となり、右足の足裏に設けられた触覚センサＳ１、Ｓ２は検出状態となる。また、右脚の脛に設けられた触覚センサＳ６も検出状態となる。このとき、コントローラ６は、左脚の膝関節アクチュエータ部７１が膝関節を縮める方向へアシストし、足首関節アクチュエータ部７２が足首関節を伸ばす方向へアシストするよう制御する。また、コントローラ６は、右脚に設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００７２】
図２２に示されるように、利用者が左足を右足よりも低くなるように、立脚である右脚の膝を曲げた状態Ｄ５では、左脚の踵に設けられた受光素子Ｓ５とふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８が右足に設けられた発光素子５から放射された光を検出する。より厳密には、まず、脚の踵に設けられた受光素子Ｓ５が右足に設けられた発光素子５から放射された光を検出し、その後に、ふくらはぎに設けられた受光素子Ｓ８が右足に設けられた発光素子５から放射された光を検出する。さらに、利用者の左足が下がるに従って、受光素子Ｓ５は非検出状態になる。このとき、コントローラ６は、左脚の膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を伸ばす方向へアシストするよう制御する。また、コントローラ６は、右脚に設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００７３】
次に、左脚が接地し、右足が離床すると、左足の足裏に設けられた触覚センサＳ１、Ｓ２が検出状態となり、左脚の脛に設けられた触覚センサＳ６も検出状態となる。右脚の各センサは、非検出状態となる。このとき、コントローラ６は、左脚の膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を縮める方向へアシストするよう制御する。また、コントローラ６は、右脚に設けられた膝関節アクチュエータ部７１が膝関節を縮める方向へアシストするよう制御し、足首関節アクチュエータ部７２が足首関節を縮める方向へアシストするか若しくはアシスト力がゼロとなるよう制御する。
【００７４】
図２３に示されるように、利用者が階段２０１の最下段にて両脚で立脚し、停止する直前の状態Ｄ６では、両足の足裏に設けられた触覚センサＳ１、Ｓ２が検出状態となる。このとき、コントローラ６は、両脚のそれぞれに設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を縮める方向へアシストするよう制御する。
【００７５】
図２４に示されるように、停止状態Ｄ７では、両足に足裏に設けた全ての触覚センサＳ１〜Ｓ３が検出状態となり、ふくらはぎに設けられた接触センサＳ７が検出状態となる。このとき、コントローラ６は、両脚のそれぞれに設けられた膝関節アクチュエータ部７１や足首関節アクチュエータ部７２が膝関節や足首関節を伸ばす方向へアシストするよう制御する。
【００７６】
以上説明したように、階段下り時には、障害物センサ２は非検出状態だが、立脚の脛後方（即ち、ふくらはぎ）と踵の加圧を検出すると、立下りモードと同様に、両膝を縮める方向にアシストすることができる。その状態において、遊脚が地面から離れたことを検出すると、階段下りモードに移行する。そして、遊脚を地面から放したまま、立脚を縮め、さらに遊脚が下方に移動したことを、遊脚の受光素子の検出状態で認識した場合には、遊脚の膝と踵を伸ばす方向にアシストする。その後、遊脚の拇指球が接地したことを検出した場合には、遊脚が立脚になるため、縮める方向にアシストする。その際、次の遊脚は縮めたままで蹴りだし、脚の上下関係が入れ替わったら、伸びる方向に変化させる。さらに、階段を下りきった場合には、遊脚・立脚ともに、上下関係は変わらないので、縮む方向にサポートする。そして、両足の拇指球、踵が接地し、両足が揃ったことを検出すると、階段下りモードを終了する。
【００７７】
続いて、平地歩行時について説明する。歩行開始時は、遊脚を地面から離し、遊脚を縮める方向に動かす。さらに、遊脚の大腿部を前に蹴りだすと、立脚の脛前方に圧力が加わる。そして、遊脚の踵が接地すると立脚が入れ替わり、立脚は踵から拇指球と接地箇所が変化し、膝関節や足首関節へのアシストが実行される。これに合わせて、遊脚も前述のようにアシストされることにより定常歩行が可能となる、また、歩行停止に至るプロセスは、両足の前後方向の差を小さくなり、かつ脛への圧力が小さくなり、さらには、両足を揃えたことを検出することで認識可能である。
【００７８】
その他の実施の形態．
図２５に示されるように、障害物センサ２は、発光素子と受光素子からなる複数組から構成され、それぞれの組が異なる方向に向いて配置されることにより、複数方向に対して障害物を検出できるようにしてもよい。図２７に、本例に関する歩行補助装置の構成を示す。図に示されるように、歩行補助装置のつま先に設けられた複数の発光素子２１の照射範囲Ｗは、前方１８０度と広い。それぞれの発光素子２１より照射する光は、異なる識別情報ＩＤ１〜ＩＤｎを示す点滅パターンを有し、受光素子４は、どの発光素子２１から出射された光かを認識することができる。このとき、それぞれの光が異なる点滅パターンでなくとも、異なる周波数であってもよい。
【００７９】
また、レーザ等の発光素子を掃引して、広範囲に亘って障害物を検出するようにしてもよい。この場合には、掃引時の角度を検出する必要がある。
【００８０】
図２６に示されるように、膝関節アクチュエータ部７１の近傍に、掃引可能な距離センサ８を取り付けてもよい。距離センサ８の検出信号は、コントローラ６に出力される。距離センサ８は、利用者の前方下側を掃引（検出）範囲とし、歩行先の状況を検出する。特に、障害物２００が障害物２００の上面に昇るのではなく、跨ぐ動作が可能かどうかを判断するために、当該距離センサ８の検出情報を用いることができる。また、距離センサ８（レーザセンサ）によって、下り階段を検出することができ、これにより、階段の下り動作モードに切り換えることができる。なお、跨ぐ動作に関しては、基本的に階段昇りの動作と同じ動作となる。但し、遊脚は爪先から接地するようになる。
【００８１】
図２８に示されるように、両脚にそれぞれ取り付ける歩行補助装置のつま先にカメラ９（画像取得装置）を設けるようにしてもよい。図２８（ａ）に示す例では、さらに、歩行補助装置の踵部の内側面にポインタ９ａを設けている。カメラ９によってポインタ９ａが検出された場合には、検出したカメラ９が取り付けられた側の足が、後方にあることを認識することができ、両足の相対的な位置（前後方向および上下方向）を検出することができる。
【００８２】
図２８（ｂ）に示すように、ポインタ９ａを設けずに、カメラ９のみで両足の相対的な位置を検出することができる。この場合には、カメラ９の照射範囲は、図２８（ｂ）に示されるように、内側（他方の足側）に向いていることが好ましい。この場合には、具体的に、カメラ９の撮影画像を分析して、他方の足の位置を検出する。図２８（ｂ）では、両足の歩行補助装置にカメラ９を設けたが、これに限らず、一方の足のみにカメラ９を設けることによっても、両足の相対的な位置（前後方向および上下方向）を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の概略側面図である。
【図２】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置を上面からみた説明図である。
【図３】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の構成を示すブロック図である。
【図４】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の前後判定動作を説明するための説明図である。
【図５】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の各センサの配置を示す図である。
【図６】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置のセンサの検出状態とアクチュエータの動作状態を示すテーブルである。
【図７】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図８】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図９】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１０】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１１】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１２】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１３】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１４】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１５】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１６】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１７】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１８】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図１９】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２０】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２１】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２２】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２３】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２４】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２５】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２６】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置の状態を示す側面図である。
【図２７】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置を上面からみた説明図である。
【図２８】発明の実施の形態にかかる歩行補助装置を上面からみた説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１      触覚センサ
２      障害物センサ
３      触覚センサ
４      受光素子
５      発光素子
６      コントローラ
８      距離センサ
９      カメラ
１０    大腿支持部材
２０    足支持部材
３０    連結部材
２１    ふくらはぎ支持部
２２    脛支持部
２３    足支持部
７１    膝関節アクチュエータ部
７２    足首関節アクチュエータ部
１００  歩行補助装置
【図１】
2009254740.tif 000003
【図２】
2009254740.tif 000004
【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】
2009254740.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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