JP2007301071A - 歩行介助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 人の歩行を介助する装置を具現化するための技術を提供する。
【解決手段】 人の歩行を介助する装置は、本体と、本体を移動させる移動機構と、本体に設けられており、被介助者が歩行する際に把持する把持部と、被介助者が把持部に加えている力を検出する力センサと、力センサによって検出された力に基づいて、本体の目標運動を計算する目標運動計算手段と、移動機構を制御し、目標運動計算手段によって計算された目標運動を本体の運動に実現する制御手段とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人の介助に用いる装置に関する。特に、人の歩行を介助する装置に関する。

人の介助に用いる装置の開発が進められている。特許文献１には、医療・福祉施設において、被介助者に食事を配膳したり下膳したりするロボットが記載されている。このロボットは、複数の食事用トレイを収容可能な移動台車と、移動台車に設けられているロボットアームを備えている。移動台車は、カメラを備えており、カメラによって撮像した画像と記憶している環境地図上の特徴情報との整合処理を行い、自身の位置を認識したり障害物を検出したりしながら、医療・福祉施設内を自律移動できるようになっている。このロボットは、被介助者のベッドサイドを巡回し、移動台車に収容されている食事用トレイをロボットアームによって被介助者に配膳したり、食事後の食事用トレイを移動台車に下膳したりすることができる。
特開平９−２６７２７６号公報

医療・福祉施設においては、食事の配膳、下膳に限られず、様々な介助作業が行われる。そのなかで、単独での歩行が困難な被介助者については、看護士や介護士等の介助者が寄り添って、被介助者の歩行を介助する作業が行われている。被介助者の歩行を介助する作業は、肉体的な負担が大きい重労働であるとともに、拘束される時間も長いことから、介助者の労力が多大に費やされる作業となっている。その一方において、被介助者が介助を受けながら歩行することは、被介助者にとって身体機能の維持、回復を図るための訓練（リハビリテーション）にもなることから、積極的に行われるべきものとされている。介助者に代わって、人の歩行を介助することができる装置が必要とされている。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、人の歩行を介助する装置を具現化するための技術を提供する。

本発明によって具現化される人の歩行を介助する装置は、本体と、本体を移動させる移動機構と、本体に設けられており、被介助者が歩行する際に把持する把持部と、被介助者が把持部に加えている力を検出する力センサと、力センサによって検出された力に基づいて、本体の目標運動を計算する目標運動計算手段と、移動機構を制御し、目標運動計算手段によって計算された目標運動を、本体の運動に実現する制御手段とを備えている。

この歩行介助装置では、本体に設けられている把持部を被介助者が把持しながら歩行したときに、被介助者が把持部に加えている力に基づいて本体の目標運動が計算され、計算された目標運動が本体の運動に実現される。この構成によると、被介助者が把持部に加えている力と、本体に実現される運動との関係を様々に設定できることから、被介助者の身体機能や体調に応じた歩行介助が可能となる。
この歩行介助装置によれば、介助者に代わって、人の歩行を適切に介助することができる。

上記した歩行介助装置において、目標運動計算手段は、所定の運動モデルを記述する運動方程式を記憶していることが好ましい。そして、運動計算手段は、力センサによって検出された力と、記憶している運動方程式を用いて、前記した目標運動を計算することが好ましい。
この歩行介助装置では、被介助者が把持部を把持しながら歩行したときに、運動方程式を満たす運動が、本体の運動に実現される。それにより、被介助者には把持部を介して自然な反力が与えられ、被介助者は意図する移動方向に意図する移動速度で歩行しやすくなる。

上記した歩行介助装置において、目標運動計算手段は、力センサによって検出された力と、記憶している運動方程式を用いて、前記本体の目標移動量を単位時間毎に計算することが好ましい。
それにより、運動方程式を満たす運動を、本体の運動に正しく実現することができる。

上記した歩行介助装置では、本体に設けられており、被介助者が着席可能な座面と、被介助者の立ち上がり動作に追従する軌跡で座面を移動させる座面移動機構が付加されていることが好ましい。
この歩行介助装置では、被介助者が、例えば疲労感を感じた時や気分が悪くなった時に、座面に着席して休憩することができる。また、被介助者が立ち上がる際には、被介助者の立ち上がり動作に追従する軌跡で座面を移動させることによって、被介助者の立ち上がり動作を介助することができる。単独での立ち上がり動作が困難な被介助者であっても、自身の体調に応じて適宜休憩を挟みながら、歩行することができる。

上記した歩行介助装置では、被介助者が前記座面に加えている力を検出する第２力センサが付加されていることが好ましい。この場合、座面移動機構は、第２力センサで検出された力に基づいて、座面の移動速度を増減調節することが好ましい。
第２力センサで検出される力は、立ち上がり動作中の被介助者に加えている介助力に等しい。第２力センサで検出された力に基づいて、座面の移動速度を増減調節することによって、立ち上がり動作中の被介助者に適切な介助力を加えることができる。

本発明により、単独での歩行が困難な被介助者が、介助者による介助を受けることなく、歩行することが可能になる。それにより、介助者の負担を軽減することもできる。

最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）歩行介助装置は、移動機構を備えている。移動機構は、一対の車輪と、一対の車輪を駆動する駆動源を備えている。
（特徴２）歩行介助装置は、本体と、本体を移動させる移動機構と、本体に設けられている把持部と、被介助者が把持部に加えている力を検出する力センサと、本体の速度を検出する速度検出手段と、力センサによって検出された力と速度検出手段によって検出された速度に基づいて、本体の目標運動を計算する目標運動計算手段と、移動機構を制御し、目標運動計算手段によって計算された目標運動を本体の運動に実現する制御手段とを備えている。
（特徴３）歩行介助装置では、運動計算手段が計算に用いる運動方程式の加速度に対する比例係数や速度に対する比例係数を調整することができる。
（特徴４）歩行介助装置は、座面の移動に伴って被介助者から座面に加えられる力が変化するときの正常な変化パターンを記憶している手段を備えている。

本発明を実施した実施例について、図面を参照しながら説明する。図１、図２は、本発明を具現化したロボット１０を示している。本実施例のロボット１０は、人の歩行を介助する装置である。図１は、ロボット１０が被介助者２の歩行を介助している様子を示している。図２は、被介助者２がロボット１０の座席７０を利用して休憩している様子を示している。
図１、図２に示すように、ロボット１０は、頭部１２と、胴部１８と、一対のアーム部２０と、腰部２２を備えている。頭部１２は、ロール軸（ロボット１０の前後方向軸）とピッチ軸（ロボット１０の左右方向軸）とヨー軸（ロボット１０の上下方向軸）の３軸回りに回動可能な３自由度の関節を介して、胴部１８に接続されている。胴部１８は、ヨー軸回りに回動可能な１自由度の関節を介して腰部２２に接続されている。アーム部２０は、ロール軸とピッチ軸とヨー軸の３軸回りに回動可能な３自由度の関節を介して、胴部１８に接続されている。頭部１２と胴部１８と一対のアーム部２０と腰部２２は、ロボット１０の本体を構成している。

頭部１２には、一対の眼部１４や、一対の耳部１６が設けられている。一対の眼部１４には、後記する一対のカメラ２６ａ、２６ｂ（図４に図示されている）が配設されている。カメラ２６ａ、２６ｂは、例えばロボット１０が障害物等を検出するために設けられている。また、一対の耳部１６には、後記する一対のマイク３２ａ、３２ｂ（図４に図示されている）が配設されている。一対のマイク３２ａ、３２ｂは、ロボット１０が被介助者２の音声による指示を受音するために設けられている。
腰部２２の内部には、一対の駆動輪６２を有する移動機構６０（図４に図示されている）と、複数の従動輪（図示省略）が設けられている。ロボット６０は、移動機構６０によって、前進、後退、旋回等の移動動作を行うことができる。

胴部１８の背面１８ａには、ハンドル４０と、座席７０と、タッチパネル２４が設けられている。
ハンドル４０は、被介助者２が歩行時に把持するためのものである。ハンドル４０は、被介助者２の体格等に応じて、その位置が調整可能に構成されている。ハンドル４０には、後記する力覚センサ４２（図４に図示されている）が接続されている。詳しくは後述するが、ロボット１０は、被介助者２がハンドル４０に加えた力に追従して移動し、被介助者２の歩行を介助する。なお、ハンドル４０は、被介助者２が手によって把持するものに限定されず、例えば被介助者２の脇部を支持するような形状とし、被介助者２がハンドル４０を脇部に挟持できるようにしてもよい。ハンドル４０は、歩行時の被介助者２を支持できるとともに、被介助者２が意図した力を加えられるものであればよい。
座席７０は、被介助者２が着席可能に構成されている。座席７０は、折り畳み収容可能に構成されており、ロボット１０が移動する際等には座席７０を収容し、被介助者２が着席する際には座席７０を展開できるようになっている。
タッチパネル２４は、被介助者２等がロボット１０に動作指令等を入力するための入力装置である。被介助者２は、タッチパネル２４を操作することによって、ロボット１０に歩行介助動作を実行させたり、座席７０を収容／展開させたり、ロボット１０に立ち上がり介助動作を実行させることができる。ロボット１０による歩行介助動作や立ち上がり介助動作については、後段において詳細に説明する。

図３を参照して、ロボット１０が備える座席７０の構成について説明する。ここで、説明の便宜上、ロボット１０の前後方向（図３の左右方向）に沿ってｘ軸を定め、ロボット１０の左右方向（図３の奥行き方向）に沿ってｙ軸を定め、ロボット１０の上下方向（図３の上下方向）に沿ってｚ軸を定める。図３に示すように、座席７０は、第１座板部７１と、第１座板部７１に連結具７２を介して揺動可能に接続されている第２座板部７３を備えている。第２座板部７３は、第１座板部７１に対して、図３中の符号Ａを付した位置から、符号Ｂを付した位置を経て、符号Ｃを付した位置まで揺動可能となっている。ここで、符号Ａを付した位置は、座席７０を折り畳んで収容するときの第２座板部７３の位置を示している。また、符号Ｂを付した位置は、被介助者２が着席するために座席７０を展開したときの第２座板部７３の位置を示している。このとき、第２座板部７３の座面７３ａは、略水平（ｘｙ平面に平行）になっている。また、符号Ｃを付した位置は、第１座板部７１に対する第２座板部７３の回転限界を示している。
ロボット１０は、座席７０をｚ軸方向に沿って移動させる第１座面アクチュエータ８１と、座席７０をｘ軸方向に沿って移動させる第２座面アクチュエータ８２と、第１座板部７１に対して第２座板部７３を揺動させる第３アクチュエータ８３を備えている。座面アクチュエータ８１、８２、８３は、モータ８１ａ、８２ａ、８３ａをそれぞれ備えている。ロボット１０は、各座面アクチュエータ８１、８２、８３の動作を調節することによって、被介助者２が着席する座面７３ａの位置や角度を調節することができる。
第２座板部７３には、被介助者２が座面７３ａに着席したときに、座面７３ａに加えられている力（以下、座圧力ということがある）を検出するための座圧センサ７４が設けられている。座圧センサ７４は、座面７３ａに加わる力を直接測定するものに限られず、例えば第１座板部７１と第２座板部７３との回動部にトルクセンサを設けて構成することもできる。

図４は、ロボット１０の電気的な構成を示している。図４に示すように、ロボット１０は、一対の眼部１４に配設されている左カメラ２６ａおよび右カメラ２６ｂと、左カメラ２６ａおよび右カメラ２６ｂが撮像した画像を処理する画像処理部２８を備えている。ロボット１０は、左カメラ２６ａおよび右カメラ２６ｂによって自身の移動方向を撮像し、撮像した画像に特徴抽出処理等を行うことによって、自身の移動方向に存在する障害物等を検出することができる。
ロボット１０は、一対の耳部１６に配設されている左マイク３２ａおよび右マイク３２ｂと、左マイク３２ａおよび右マイク３２ｂが受音した音声を処理する音声認識部３４を備えている。ロボット１０は、被介助者２が発した音声による動作指令を左マイク３２ａおよび右マイク３２ｂによって受音し、受音した音声を音声認識部３４によって識別することで、被介助者２の音声による動作指令を識別することができる。それにより、被介助者２が、タッチパネル２４を操作することなく、ロボット１０に歩行介助動作を実行させたり、座席７０を収容／展開させたり、ロボット１０に立ち上がり介助動作を実行させることができる。

次に、ロボット１０の移動制御に関わる構成について説明する。図４に示すように、ロボット１０は、力覚センサ４２と、移動力計算部４４と、移動量計算部４６と、移動制御部４８と、移動機構６０と、移動量検出部５０と、移動速度検出部５２を備えている。移動機構６０は、その車軸が同一直線上に位置する一対の駆動輪６２と、一対の駆動輪６６のそれぞれを個別に駆動する一対のモータ６４と、一対の駆動輪６２のそれぞれの回転数を計数する一対のエンコーダ６６を備えている。
力覚センサ４２は、ハンドル４０に接続されており、被介助者２がハンドル４０に加えた力（以下、操作力ということがある）を検出する。移動力計算部４４は、力覚センサ４２によって検出された力に基づいて、ロボット１０の移動に関わる力（以下、移動力ということがある）を計算する。移動量計算部４６は、移動力計算部４４によって計算された移動力に基づいて、ロボット１０の目標とする移動量を単位時間毎に計算する。移動制御部４８は、移動量計算部４６によって計算された単位時間毎の目標移動量に基づいて、移動機構６０の各モータ６４の動作を制御する。移動量検出部５０は、各エンコーダ４０の出力信号を入力し、ロボット１０の実際の移動量を単位時間毎に計算する。移動量検出部５０によって計算された実際の移動量は移動制御部４８に入力される。移動制御部４８は、移動量検出部５０から入力した実際の移動量を用いて、移動機構６０のフィードバック制御を行う。移動速度検出部５２は、移動量検出部５０によって計算された実際の移動量を入力し、ロボット１０の単位時間毎の実際の移動速度を計算する。移動速度検出部５２が計算した実際の移動速度は、移動量計算部４６に入力される。移動量計算部４６は、移動速度検出部５２から入力した実際の移動速度を用いて、ロボット１０の単位時間毎の目標とする移動量を計算する。

図５を参照して、力覚センサ４２によって検出される操作力と、ロボット１０の移動に関わる移動力の関係について説明する。図５に示すように、被介助者２がハンドル４０に力を加えると、位置Ｐに配設された力覚センサ４２によって、操作力（Ｆ１、Ｔ１）が検出される。ここで、Ｆ１はその向きがｘｙ平面に沿う力であり、Ｔ１は位置Ｐにおけるｚ軸回りのトルクである。被介助者２がハンドル４０に加える操作力には、その向きがｚ軸方向の力成分や、ｘ軸回りのトルク成分や、ｙ軸回りのトルク成分が含まれるが、本実施例のロボット１０では、少なくともｘｙ平面に沿う力Ｆ１とｚ軸回りのトルクＴ１を検出すれば足りる。
図５に示すように、ロボット１０は、同軸上に位置する一対の駆動輪６２を駆動することによって移動する。詳しくは、一対の駆動輪６２を同一方向に同一量だけ回転させることによってｘ軸方向に平行移動し、一対の駆動輪６２を反対方向に同一量だけ回転させることによって一対の駆動輪６２の略中央に位置する基準軸Ｇ回りに旋回する。なお、実際には、一対の駆動輪６２の回転量をそれぞれ調整することによって、ｘ軸方向への平行移動と基準軸Ｇ回りの旋回を組み合わせた移動を同時に行う。このように、ロボット１０の移動方向は、ｘ軸方向と、基準軸Ｇ回りの回転方向に限定されている。従って、被介助者２がハンドル４０に操作力を加えたときに、ロボット１０の移動に関与する力は、基準軸Ｇの位置においてｘ方向に作用する力Ｆ２と、基準軸Ｇの回りに作用するトルクＴ２となる。前記したロボット１０の移動に関わる移動力とは、この力Ｆ２とトルクＴ２を意味している。力覚センサ４２によって検出された操作力Ｆ１，Ｔ１と、ロボット１０の移動に関わる移動力Ｆ２、Ｔ２との関係は、基準軸Ｇと力覚センサ４２の相対位置に応じて変化する。換言すれば、ロボット１０の移動に関わる移動力Ｆ２、Ｔ２は、力覚センサ４２によって検出された操作力Ｆ１，Ｔ１と、基準軸Ｇに対する力覚センサ４２の配置位置Ｐに基づいて計算することができる。
ロボット１０の移動に関わる移動力Ｆ２、Ｔ２は、ロボット１０の移動機構６０の構成に応じて異なる。詳しくは、移動機構６０によって移動可能な移動方向に応じて異なる。例えばロボット１０が複数の可動脚を備える脚式ロボットであり、その移動方向がｘｙ平面内の任意の方向と、ｚ軸回りの回転方向であるとすれば、ロボット１０の移動に関わる移動力は、ｘｙ平面に沿う力とｚ軸回りのトルクによって表現されることとなる。また、力覚センサ４２の位置によっては、力覚センサ４２によって検出された操作力Ｆ１，Ｔ１を、そのまま移動力Ｆ２，Ｔ２として取り扱うことができる。本実施例の場合では、力覚センサ４２の位置を基準軸Ｇ上に配置し、力覚センサ４２がｘ方向の力と基準軸Ｇ回りのトルクを検出するものであれば、検出された操作力をそのまま移動力Ｆ２，Ｔ２として取り扱うことが可能となる。

移動量計算部４６は、移動力計算部４４によって計算された移動力Ｆ２，Ｔ２に基づいて、ロボット１０の目標運動を計算する。詳しくは、移動力Ｆ２，Ｔ２に基づいて、ロボット１０の単位時間ｄｔ毎の目標移動量を計算する。具体的には、ｘ軸方向の移動力Ｆ２に基づいて、単位時間ｄｔ毎のｘ軸方向への移動量ｄｘを計算する。また、基準軸Ｇ回りの移動力（トルク）Ｔ２に基づいて、単位時間ｄｔ毎の基準軸Ｇ回りの移動量（回転量）ｄθを計算する。各移動量ｄｘ，ｄθは、正方向への移動については正の値をとり、負方向への移動については負の値をとる。両移動量ｄｘ，ｄθによって、ロボット１０が単位時間ｄｔの間に移動すべき目標移動量（目標相対位置）が記述される。
移動量計算部４６は、ｘ軸方向の移動力Ｆ２と、ロボット１０のｘ軸方向の運動との間に、次式の関係が成立するように、単位時間ｄｔ毎のｘ軸方向への移動量ｄｘを計算する。
Ｍｘ・ａｘ＋Ｄｘ・ｖｘ＝Ｆ２ ・・（１）
上記した（１）式において、ａｘはロボット１０のｘ軸方向の加速度を示しており、ｖｘはロボット１０のｘ軸方向の速度を示している。また、Ｍｘは加速度ａｘに対する比例係数であり、Ｄｘは速度ｖｘに対する比例係数である。即ち、上記した（１）式は運動方程式を示しており、ロボット１０のｘ軸方向の運動に、質量がＭｘであるとともに粘性係数がＤｘである物体の運動が実現される。加速度ａｘに対する比例係数Ｍｘや、速度ｖｘに対する比例係数Ｄｘは、タッチパネル２４によって変更できるようになっている。通常、少なくとも比例係数Ｍｘは、ロボット１０の質量よりも十分に小さい値に設定される。

移動量計算部４６は、基準軸Ｇ回りの移動力Ｔ２と、ロボット１０の基準軸Ｇ回りの運動との間に、次式の関係が成立するように、単位時間ｄｔ毎の基準軸Ｇ回りの回転量ｄθを計算する。
Ｍθ・ａθ＋Ｄθ・ｖθ＝Ｔ２ ・・（２）
上記した（２）式において、ａθはロボット１０の基準軸Ｇ回りの加速度を示しており、ｖθはロボット１０の基準軸Ｇ回りの速度を示している。また、Ｍθは加速度ａθに対する比例係数であり、Ｄθは速度ｖθに対する比例係数である。即ち、上記した（２）式は運動方程式を示しており、ロボット１０の基準軸Ｇ回りの運動に、慣性モーメントがＭθであるとともに粘性係数がＤθである物体の運動が実現される。加速度ａθに対する比例係数Ｍθや、速度ｖθに対する比例係数Ｄθは、タッチパネル２４によって変更できるようになっている。

図６は、ロボット１０が被介助者２の歩行を介助する際に実行するフローを示している。以下、図６に示すフローに沿って、ロボット１０が歩行介助動作において実行する処理について説明する。
ロボット１０は、被介助者２による歩行介助動作の開始指令を受けて、図６に示す処理フローをスタートする。被介助者２は、例えばタッチパネル２４を操作するか、音声による動作指令を行うことで、ロボット１０に歩行介助動作の開始指令を与えることができる。なお、歩行介助動作を開始させるに先立って、先に説明した比例係数Ｍｘ，Ｍθ，Ｄｘ，Ｄθを調整して、ロボット１０の運動特性を調整しておくことができる。被介助者２は、ロボット１０のハンドル４０を把持し、歩行する準備を整えた上で、ロボット１０に歩行介助動作の開始指令を与える。そして、被介助者２は、ハンドル４０を把持した状態で、自身が意図する方向へ歩行を開始する。なお、ロボット１０では、座席７０が収容されている状態に限って、移動機構６０による移動が可能となっている。

ステップＳ１２では、力覚センサ４２によって、被介助者２からハンドル４０に加えられている操作力Ｆ１，Ｔ１が検出される。
ステップＳ１４では、移動力計算部４４が、ステップＳ１２で検出された操作力Ｆ１，Ｔ１に基づいて、移動力Ｆ２，Ｔ２を計算する。
ステップＳ１６では、移動速度検出部５２が、ロボット１０の実際の移動速度ｖｘ，ｖθを検出（計算）する。
ステップＳ１８では、移動量計算部４６が、ステップＳ１２で計算された移動力Ｆ２，Ｔ２と、ステップＳ１６で検出された移動速度ｖｘ，ｖθに基づいて、ｘ軸方向の目標加速度ａｘと、基準軸Ｇ回りの目標加速度ａθを計算する。目標加速度ａｘ，ａθは、比例係数Ｍｘ，Ｍθを用いて、前記した（１），（２）式によって計算される。即ち、
ａｘ＝（Ｆ２−Ｄｘ・ｖｘ）／Ｍｘ
ａθ＝（Ｔ２−Ｄθ・ｖθ）／Ｍθ
と計算される。
ステップＳ２０では、移動量計算部４６が、ステップＳ１８で計算された目標加速度ａｘ，ａθと、ステップＳ１６で検出された移動速度ｖｘ，ｖθに基づいて、ロボット１０の単位時間ｄｔの目標移動量ｄｘ，ｄθを計算する。ロボット１０の単位時間ｄｔの目標移動量ｄｘ，ｄθは、次式によって計算することができる。
ｄｘ＝ｖｘ・ｄｔ＋ａｘ・ｄｔ^２／２
ｄθ＝ｖθ・ｄｔ＋ａθ・ｄｔ^２／２

ステップＳ２２では、移動制御部４８が、ステップＳ２０で計算された目標移動量ｄｘ，ｄθに基づいて、移動機構６０の一対のモータ６４の動作を制御する。このとき、移動制御部４８は、移動量検出部５０が検出（計算）した実際の移動量を入力しながら、ロボット１０が単位時間ｄｔの間に目標移動量ｄｘ，ｄθだけ移動するように、一対のモータ６４の動作を制御する。
ステップＳ２４では、歩行介助動作を終了するのか否かが判断される。例えば被介助者２が歩行介助動作を終了する旨の指令を与えたり、ロボット１０が障害物等を検知したりした場合に、ロボット１０は歩行介助動作を終了する。歩行介助動作を継続する場合は、ステップＳ１２へ戻り、上述した処理が繰り返し実行される。ここで、ロボット１０は、上述した処理を単位時間ｄｔ毎に繰り返し実行する。

このように、ロボット１０は、被介助者２がハンドル４０を把持しながら歩行したときに、被介助者２がハンドル４０に加えた力に追従して移動する。被介助者２は、ロボット１０よりも軽い物体（設定した比例係数Ｍｘによって異なる）を押す又は引くときの力を加えることで、ロボット１０を移動させることができる。ロボット１０の運動には、前記した運動方程式（１）、（２）を満たす運動が実現されることから、被介助者２にはロボット１０から自然な反力が与えられる。被介助者２は、自身の体調等に応じて各比例係数Ｍｘ、Ｄｘ、Ｍθ、Ｄθを調整することによって、ロボット１０から適切な歩行介助を受けることができる。

次に、ロボット１０の座席７０に関わる制御構成について説明する。図４に示すように、ロボット１０は、座圧センサ７４と、座面制御部７６と、座圧パターン記憶部７８と、座面アクチュエータ８１、８２、８３を備えている。座圧センサ７４と、座面アクチュエータ８１、８２、８３は、先に図３を参照して説明したものである。
座面制御部７６は、座面アクチュエータ８１、８２、８３の動作を制御し、座席７０を収容／展開したり、座席７０に着席している被介助者２の立ち上がりを介助したりすることができる。
図７を参照して、立ち上がり介助時における座席７０の動作について説明する。図７（ａ）は、被介助者２が着席するときの座席７０の状態を示している。図７（ｂ）は、被介助者２の立ち上がりを介助しているときの座席７０の中間状態を示している。図７（ｃ）は、被介助者２の立ち上がりを介助しているときの座席７０の最終状態を示している。座面制御部７６は、座面アクチュエータ８１、８２、８３の動作を制御し、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に座席７０を変位させることによって、被介助者２の立ち上がりを介助する。このとき、座面７３ａは、その先端側の辺Ｑを軸にして回動する。
座面７３ａを回動させて被介助者２の立ち上がり動作を介助している間、被介助者２から座面７３ａに加えられる座圧力は、座面７３ａの角度φに追従して変化する。ロボット１０では、被介助者２の立ち上がり動作を介助している間、被介助者２から座面７３ａに加えられている力が、座圧センサ７４によって監視される。また、座圧パターン記憶部７８には、座面７３ａの角度φに対する座圧力の正常な変化パターンが記憶されている。座面制御部７６は、座面７３ａの角度φ毎に、座圧センサ７４によって検出された座圧力と、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力とを比較しながら、座面７３ａの角度φを変化させていく。例えば、検出された座圧力が、正常な座圧力よりも大きければ、座面７３ａの角度φの変化速度を低下させる。逆に、検出された座圧力が、正常な座圧力よりも小さければ、座面７３ａの角度φの変化速度を上昇させる。

図８に、座面７３ａの角度φに対する座圧力Ｗの正常な変化パターンの一例を示す。図８において、座圧力ＷＡは、被介助者２が座席７０に着席している状態であり、立ち上がり動作を開始する以前における座圧力Ｗを示している。座圧力ＷＢは、被介助者２が立ち上がり動作を開始した直後の座圧力Ｗを示している。即ち、被介助者２が立ち上がり動作を開始すると、座圧力Ｗは急激に減少する。その後、座面７３ａの角度φがφ１、φ２と増大していき、被介助者２の立ち上がり動作が進行していくに従って、座圧力ＷはＷＣ、ＷＤと減少していく。なお、座圧力Ｗは、被介助者２の体重等によって変化する。そのことから、座面制御部７６は、被介助者２が座席７０に着席している間に座圧センサ７４によって検出された座圧力と、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力ＷＡとを比較し、座圧力Ｗの変化パターンＷＡ−ＷＢ−ＷＣ−ＷＤを修正して用いることが好ましい。あるいは、被介助者２がタッチパネル２４から自身の体重を入力し、座面制御部７６が入力された被介助者２の体重に基づいて、座圧力Ｗの変化パターンＷＡ−ＷＢ−ＷＣ−ＷＤを修正するようにしてもよい。また、被介助者２の身長別や体重別に、座圧力Ｗの変化パターンを複数用意してもよい。

図９は、ロボット１０が、座席７０に着席していた被介助者２の立ち上がり動作を介助する際に実行するフローを示している。以下、図９に示すフローに沿って、ロボット１０が立ち上がり介助動作において実行する処理について説明する。
ロボット１０は、座席７０に被介助者２が着席している状態で、被介助者２による立ち上がり介助動作の開始指令を受けて、図９に示す処理フローをスタートする。被介助者２は、例えばタッチパネル２４を操作するか、音声による動作指令を行うことで、ロボット１０に指令を与えることができる。
ステップＳ１０２では、先ず、座圧センサ７４によって、座圧力の検出が開始される。座席７０の動作は未だ開始されない。この時点で検出される座圧力は、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力ＷＡ（図８参照）に対応する。従って、例えば座面制御部７６は、この時点で検出した座圧力と、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力ＷＡとの差異を用いて、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力Ｗの変化パターンＷＡ−ＷＢ−ＷＣ−ＷＤを修正することもできる。
ステップＳ１０４では、座面制御部７６が、座圧センサ７４によって検出された座圧力が、検出を開始した時点における座圧力よりも所定値ｄＷ以上低下したのか否かを判定する。この所定値ｄＷは、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力ＷＡと座圧力ＷＢとの差に対応する（図８参照）。座面制御部７６は、座圧力の低下を検知すると、被介助者２が立ち上がり動作を実際に開始したと判断して、ステップＳ１０６へ進む。一方、座圧力の低下が検知されなければ、座面制御部７６は被介助者２が立ち上がり動作を開始していないと判断する。この場合、座席７０の動作を開始しない。それにより、座席７０は被介助者２の動作に追従して動作することとなり、被介助者２の意思に反して座席７０が能動的に動作することが禁止される。

ステップＳ１０６では、座面制御部７６が、座面７３ａの移動を開始する。座面制御部７６は、座面アクチュエータ８１、８２、８３の動作を制御することによって、座面７３ａを図７に示すように回動させていく。座面制御部７６は、座面７３ａを回動させている間、座圧センサ７４によって検出された座圧力と、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力とを比較しながら、座面７３ａの角度φを変化させていく。
ステップＳ１０８とステップＳ１１０の処理は、座面制御部７６が、座面７３ａを角度φ２まで回動させている間、繰り返し実行する。座面制御部７６は、座面７３ａを回動させている間、座圧センサ７４によって検出された座圧力を、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力と比較して、正常であるのか否かを判断する（ステップＳ１０８）。詳しくは、座面制御部７６は、座圧センサ７４によって検出された座圧力と、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力との差異が許容値未満であれば、座圧力は正常と判断する。この場合、座面制御部７６は、座圧センサ７４によって検出された座圧力と、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力との差異に応じて、座面７３の角度φの変化速度を調節する。次いでステップ１１０へと進み、座面７３ａの移動が終了するまで、即ち、座面７３ａの角度φがφ２となるまで、ステップＳ１０８、Ｓ１１０の処理が繰り返される。座面７３ａの移動が終了すると、ステップＳ１１２へ進む。

一方、ステップＳ１０８において、座圧センサ７４によって検出された座圧力と、座圧パターン記憶部７８に記憶されている座圧力との差異が許容値以上となると、座面制御部７６は座圧力が異常と判断する。例えば被介助者２が立ち上がり動作を中止すると、座圧センサ７４によって検出される座圧力は大きく上昇する。この場合、座面制御部７６は座圧力が異常と判断する。座面制御部７６は、座圧力が異常と判断すると、座面７３ａの移動を停止する（ステップＳ１２２）。次いで、座面７３ａを着席時の位置（図３に示す位置Ｂ）へ戻し（ステップＳ１２４）、立ち上がり介助動作を終了する。それにより、被介助者２の意思に反して、立ち上がり介助動作が行われることを防止する。

ステップＳ１１２では、座面制御部７６が、座圧センサ７４によって検出された座圧力が、ゼロであるのか否かを判断する。被介助者２が立ち上がりを完了すると、被介助者２は座面７３ａから離反することとなり、座圧センサ７４によって検出される座圧力はゼロとなる。座面制御部７６は、座圧センサ７４によって検出された座圧力がゼロでなければ、被介助者２が立ち上がりを完了していないと判断して、座面７３の位置を維持する。そして、座圧センサ７４によって検出された座圧力がゼロとなると、介助者２が立ち上がりを完了したと判断して、座面７３ａを収容位置（図３に示す位置Ａ）へ戻す。そして、立ち上がり介助動作を終了する。

このように、ロボット１０では、被介助者２が着席可能な座席７０が用意されているので、ロボット１０による介助を受けて歩行する被介助者２は、いつでも休憩することができる。そして、被介助者２が座席７０から立ち上がる際には、被介助者２の立ち上がり動作が介助される。単独での立ち上がりが困難な被介助者２でも、ロボット１０による介助を受けて歩行する際に、座席７０を利用して休憩を適宜挟むことが可能となり、ロボット１０による介助を受けながら比較的に長距離を歩行することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記した実施例では、検出された操作力に基づいてロボット１０の目標移動量を計算し、計算した目標移動量だけロボット１０が移動する。即ち、ロボット１０の移動制御を位置制御で行っている。その一方において、ロボット１０の移動制御を、速度制御で行ってもよい。即ち、検出された操作力に基づいてロボット１０の目標速度（速さと向きを含む）を計算し、計算した目標速度にロボット１０の速度を調節する。速度制御を用いる場合でも、運動方程式（１）（２）を満たす運動を、ロボット１０の運動に正しく実現することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

被介助者がロボットによる歩行介助を受ける様子を示す図。 被介助者がロボットの座席を利用して休憩している様子を示す図。 ロボットの座席の構成を示す図。 ロボットの電気的な構成を示す図。 検出される操作力とロボットの移動に関わる力との関係を示す図。 ロボットが歩行介助時に実行するフローチャート。 立ち上がり介助時における座席の動作を示す図。 座圧力の正常な変化パターンを例示する図。 ロボットが立ち上がり介助時に実行するフローチャート。

符号の説明

２：被介助者
１０：ロボット
１２：頭部
１４：眼部
１６：耳部
１８：胴部
２０：アーム部
２２：腰部
４０：ハンドル（支持部）
４２：力覚センサ
４４：移動力計算部
４６：移動量計算部
４８：移動制御部
５０：移動量検出部
５２：移動速度検出部
６０：移動機構
７４：座圧センサ
７６：座面制御部
８１、８２、８３：座面アクチュエータ

Claims (5)

1. 人の歩行を介助する装置であって、
   本体と、
   本体を移動させる移動機構と、
   本体に設けられており、被介助者が歩行する際に把持する把持部と、
   被介助者が把持部に加えている力を検出する力センサと、
   力センサによって検出された力に基づいて、本体の目標運動を計算する目標運動計算手段と、
   移動機構を制御し、目標運動計算手段によって計算された目標運動を本体の運動に実現する制御手段と、
   を備える歩行介助装置。
2. 前記目標運動計算手段は、所定の運動モデルを記述する運動方程式を記憶しており、前記力センサによって検出された力と、記憶している運動方程式を用いて、前記目標運動を計算することを特徴とする請求項１の歩行介助装置。
3. 前記目標運動計算手段は、前記力センサによって検出された操作力と、記憶している運動方程式を用いて、前記本体の目標移動量を単位時間毎に計算することを特徴とする請求項２の歩行介助装置。
4. 前記本体に設けられており、被介助者が着席可能な座面と、
   被介助者の立ち上がり動作に追従する軌跡で前記座面を移動させる座面移動機構が付加されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの歩行介助装置。
5. 被介助者が前記座面に加えている力を検出する第２力センサが付加されており、
   前記座面移動機構は、第２力センサで検出された力に基づいて、座面の移動速度を増減調節することを特徴とする請求項４の歩行介助装置。

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