JP2014087636A - 歩行支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な場合でもユーザを支援するので、ユーザの動きの妨げとなる。
【解決手段】歩行支援装置は、ユーザに装着され、前記ユーザの歩行を支援する歩行支援装置であって、前記ユーザからの支援の意思表示が入力される入力部と、弾性変形可能なアクチュエータと、前記入力部に対して前記意思表示が入力されている間は、前記アクチュエータを制御して歩行を支援するとともに、前記意思表示が入力されていない間は、前記アクチュエータによる歩行の支援を制限する制限部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、歩行支援装置に関する。

ユーザの歩行を支援する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献１］ 特開２００８−１９９７８４号公報

しかしながら、上述の装置では、不要な場合でもユーザを支援するので、ユーザの動きの妨げとなるといった課題がある。

本発明の第１の態様においては、ユーザに装着され、前記ユーザの歩行を支援する歩行支援装置であって、前記ユーザからの支援の意思表示が入力される入力部と、弾性変形可能なアクチュエータと、前記入力部に対して前記意思表示が入力されている間は、前記アクチュエータを制御して歩行を支援するとともに、前記意思表示が入力されていない間は、前記アクチュエータによる歩行の支援を制限する制限部とを備える歩行支援装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

ユーザに装着された歩行支援装置１０の正面図である。 初期位置での右入力部２６及び左入力部２８の全体図である。 意思表示位置での右入力部２６及び左入力部２８の全体図である。 歩行支援装置１０の制御系を説明するブロック図である。 歩行支援装置１０によって実行される歩行支援処理のフローチャートである。 ユーザに装着された他の歩行支援装置２００の正面図である。 歩行支援装置２００の制御系を説明するブロック図である。 歩行支援装置２００によって実行される歩行支援処理のフローチャートである。 他の歩行支援装置３００の制御系を説明するブロック図である。 歩行支援装置３００によって実行される歩行支援処理のフローチャートである。 ユーザの右手が開いた状態での右入力部１２６の図である。 ユーザの右手が閉じた状態での右入力部１２６の図である。 ユーザの右手に装着された右入力部２２６の図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、ユーザに装着された歩行支援装置１０の正面図である。図１に矢印で示す上下左右を歩行支援装置１０の上下左右方向とする。また、ユーザから見て前後を、歩行支援装置１０の前後方向とする。本実施形態においては、意思表示は、両手の親指で同時に入力する。

図１に示すように、歩行支援装置１０は、ユーザの下半身に装着されて、ユーザの歩行を支援する。歩行支援装置１０は、ズボン部１２と、第１アクチュエータ１４と、第２アクチュエータ１６と、第３アクチュエータ１８と、第４アクチュエータ２０と、配線２２と、電源部２４と、右入力部２６と、左入力部２８と、電源スイッチ２９と、制御部３０とを備える。

ズボン部１２は、右足及び左足を挿入可能なズボン形状である。ズボン部１２は、伸縮可能な化学繊維等からなる。ズボン部１２は、ユーザの足を一定の束縛力で締め付けて密着する。これにより、ズボン部１２は、装着された状態では、ユーザの足に対してすべり難くなる。

第１アクチュエータ１４は、右足の大腿部を覆うズボン部１２の前面の右上から左下にわたって設けられている。第１アクチュエータ１４は、弾性変形可能であって、帯状に形成されている。第１アクチュエータ１４は、全長にわたって、ズボン部１２に貼り付けられて密着している。

第１アクチュエータ１４は、電圧が印加されると伸縮する高分子材料を含む。第１アクチュエータ１４は、電圧が印加されると、長手方向に伸長または収縮する。第１アクチュエータ１４は、伸長または収縮することにより、歩行時のユーザの右足の上昇または下降を補助する。

高分子材料の一例は、ポリロタキサン架橋体である。第１アクチュエータ１４は、平面状のポリロタキサン架橋体の両面を伸縮性の電極で挟んだシート部材を巻くことによって作製される。ここで、第１アクチュエータ１４の長手方向は、巻かれたシート部材の軸方向と平行である。第１アクチュエータ１４は、柔軟性を有するので、着用した状態で歩行したときのユーザの違和感を低減できる。

高分子材料の別例は、非イオン性ゲルである。この場合、第１アクチュエータ１４は、一対の外側電極と、一対の外側電極の間に配置されたメッシュ状のメッシュ電極と、メッシュ電極と各外側電極との間に設けられた非イオン性ゲルとを有する。非イオン性ゲルの一例は、ジメチルスルホキシドを溶媒とするポリビニルアルコールのゲルである。この第１アクチュエータ１４では、メッシュ電極に外側電極よりも高い電圧を印加すると、外側電極から非イオン性ゲルに負電荷が注入されて、メッシュ電極に引き寄せられる。この結果、一対の外側電極間の距離が収縮する。逆に電圧の印加を停止すると、非イオン性ゲルの弾性力によって、元の状態に戻って伸長する。この外側電極、メッシュ電極及び非イオン性ゲルの組み合わせを複数積層することによって、伸縮量を増加させることができる。

高分子材料の別例は、ポリピロール膜である。電解液中に浸漬されたポリピロール膜は、電圧が印加されることにより、膨張または収縮する。例えば、正の電圧が印加されると、ポリピロール膜は膨張する。負の電圧が印加されると、ポリピロール膜は収縮する。第１アクチュエータ１４は、ポリピロール膜を含む場合、電解液が必要となるので、第１アクチュエータ１４を封止する必要がある。

第２アクチュエータ１６は、右足の大腿部を覆うズボン部１２の前面の左上から右下にわたって設けられている。従って、第１アクチュエータ１４と第２アクチュエータ１６は、右足の大腿部の前面で交差する。第３アクチュエータ１８は、左足の大腿部を覆うズボン部１２の前面の左上から右下にわたって設けられている。第４アクチュエータ２０は、左足の大腿部を覆うズボン部１２の前面の右上から左下にわたって設けられている。第３アクチュエータ１８と第４アクチュエータ２０は、左足の大腿部の前面で交差する。第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０のその他の構成は、第１アクチュエータ１４と同様なので説明を省略する。

配線２２は、電源部２４と、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０のそれぞれとを個別に電気的に接続する。

電源部２４は、ズボン部１２の上部に設けられている。電源部２４は、４本の配線２２を介して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０のそれぞれに個別に電圧を印加する。

右入力部２６及び左入力部２８には、ユーザからの支援の意思表示が入力される。右入力部２６及び左入力部２８は、制御部３０へ無線通信によって意思表示信号を送信する。

電源スイッチ２９は、ズボン部１２の上部に設けられている。電源スイッチ２９によって、ユーザは、歩行支援装置１０の主電源のオン・オフを切り替える。

制御部３０は、歩行支援装置１０の制御全般を司る。制御部３０の一例は、コンピュータである。

図２は、初期位置での右入力部２６及び左入力部２８の全体図である。図３は、意思表示位置での右入力部２６及び左入力部２８の全体図である。尚、図２及び図３において、左入力部２８の構成の符号は、括弧書きで示す。図２及び図３に示すように、右入力部２６は、右本体部４０と、右押圧部材４２と、右付勢部４４と、右検出部４６と、右ストラップ４８とを備える。

右本体部４０は、中空の円筒形状に形成されている。右本体部４０の上端部は、開口されている。右本体部４０の下端には、右取付孔４１が形成されている。

右押圧部材４２は、右本体部４０の上端部に設けられている。右押圧部材４２は、図２に示す初期位置と、図３に示すユーザにより意思表示が入力される意思表示位置との間で移動する。

右付勢部４４は、右本体部４０の内部に収納されている。右付勢部４４の上端は、右押圧部材４２に連結されている。右付勢部４４は、右押圧部材４２を意思表示位置から初期位置へと付勢する。これにより、右付勢部４４は、外力が作用していない状態では、右押圧部材４２を初期位置に維持する。

右検出部４６は、右本体部４０に固定されている。右検出部４６は、右付勢部４４の下端に連結されている。これにより、右押圧部材４２が押圧されると、右検出部４６は右付勢部４４から圧力を受ける。右検出部４６は、圧力が圧力閾値以上か否かによって、意思表示が入力されたか否かを判定する。右検出部４６は、意思表示が入力されたと判定すると、意思表示が入力されている間、意思表示信号を制御部３０へと出力する。

右ストラップ４８は、右本体部４０の右取付孔４１に取り付けられている。右ストラップ４８は、ユーザの右手に通される。これにより、右ストラップ４８は、右入力部２６の落下を防ぐことができる。

左入力部２８は、右入力部２６と物理的に分離されて独立している。これにより、左入力部２８と右入力部２６とが、ユーザの意思ではなく、外部要因によって同時に誤って意思表示信号を制御部３０へと出力することを抑制できる。左入力部２８は、左取付孔５１が形成された左本体部５０と、左押圧部材５２と、左付勢部５４と、左検出部５６と、左ストラップ５８とを備える。左本体部５０、左押圧部材５２、左付勢部５４、左検出部５６、及び、左ストラップ５８は、それぞれ右本体部４０、右押圧部材４２、右付勢部４４、右検出部４６、及び、右ストラップ４８と同様の構成なので説明を省略する。

図４は、歩行支援装置１０の制御系を説明するブロック図である。図４に示すように、制御部３０は、処理部６０と、格納部６２とを備える。処理部６０の一例は、ＣＰＵである。処理部６０は、格納部６２に格納された歩行支援プログラムを読み込むことによって、取得部６４、及び、制限部６６として機能する。

取得部６４は、右入力部２６及び左入力部２８から意思表示信号を取得する。取得部６４は、取得した意思表示信号を制限部６６へと出力する。取得部６４は、電源スイッチ２９から電源信号を取得する。取得部６４は、取得した電源信号を制限部６６へと出力する。

制限部６６は、右入力部２６及び左入力部２８に対して意思表示が入力されている間、即ち、取得部６４から２つの意思表示信号を取得している間は、電源部２４を制御して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０に個別に電圧を印加して制御することにより、歩行を支援する。一方、制限部６６は、右入力部２６及び左入力部２８のいずれか一方に意思表示が入力されていない間、即ち、取得部６４から２つの意思表示信号を取得していない間は、電源部２４を制御して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０による歩行を支援しない。即ち、制限部６６は、歩行の支援または歩行の支援の制限のいずれかで、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０を制御する。尚、制限部６６は、２つの意思表示信号を取得していない間は、印加電圧を低下させることにより、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０の出力を低減して、歩行の支援を制限してもよい。

制限部６６は、取得部６４から最初の電源信号を取得すると、歩行支援装置１０の主電源をオン状態にする。制限部６６は、取得部６４から次の電源信号を取得すると、歩行支援装置１０の主電源をオフ状態にする。

図５は、歩行支援装置１０によって実行される歩行支援処理のフローチャートである。歩行支援処理は、格納部６２に格納された歩行支援プログラムを処理部６０が読み込むことによって、実行される。

図５に示すように、歩行支援処理では、制限部６６は、ユーザが電源スイッチ２９によって電源信号を入力したか否かを判定する（Ｓ１０）。ユーザが電源スイッチ２９を操作すると、制限部６６は、ユーザが電源スイッチ２９によって電源信号を入力したと判定して（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、ユーザが右入力部２６及び左入力部２８の両方によって意思表示を入力したか否かを判定する（Ｓ１２）。

ユーザが、右入力部２６の右押圧部材４２及び左入力部２８の左押圧部材５２の少なくとも一方を圧力閾値未満の圧力によって押圧している場合、右入力部２６の右検出部４６及び左入力部２８の左検出部５６のいずれか一方から意思表示信号が取得部６４へ出力されない。この場合、制限部６６は、取得部６４から２つの意思表示信号を取得しないので（Ｓ１２：Ｎｏ）、後述するステップＳ２０の処理を実行する。

一方、ユーザが右入力部２６の右押圧部材４２及び左入力部２８の左押圧部材５２の両方を圧力閾値以上の圧力によって押圧すると、右入力部２６の右検出部４６及び左入力部２８の左検出部５６の両方から意思表示信号が取得部６４へと出力される。制限部６６は、取得部６４から右入力部２６及び左入力部２８の両方の意思表示信号を受信すると、ユーザが右入力部２６及び左入力部２８の両方によって意思表示を入力したと判定して（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、電圧制御処理を開始する（Ｓ１４）。

電圧制御処理では、制限部６６は、電源部２４を制御して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０に印加する電圧を個別に制御する。例えば、ユーザが右足を上げる場合、制限部６６は、電源部２４を介して、第１アクチュエータ１４及び第２アクチュエータ１６に印加する電圧を制御して、第１アクチュエータ１４及び第２アクチュエータ１６を収縮させる。尚、収縮させる方法は、電圧の印加を停止することによって実現してもよく、印加する電圧を低減することによって実現してもよい。逆に、ユーザが右足を下げる場合、制限部６６は、電源部２４を介して、第１アクチュエータ１４及び第２アクチュエータ１６に印加する電圧を制御して、第１アクチュエータ１４及び第２アクチュエータ１６を伸長させる。左足の上下の場合、制限部６６は、電源部２４を介して、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０の伸縮を制御する。ここで、制限部６６は、予め定められて格納部６２に格納された電圧値及び時間間隔に基づいて電圧印加を制御する。

また、ユーザが右方向に移動する場合、制限部６６は、電源部２４を介して、第１アクチュエータ１４及び第４アクチュエータ２０に印加する電圧を制御して、第１アクチュエータ１４及び第４アクチュエータ２０を収縮させる。ユーザが左方向に移動する場合、制限部６６は、電源部２４を介して、第２アクチュエータ１６及び第３アクチュエータ１８に印加する電圧を制御して、第２アクチュエータ１６及び第３アクチュエータ１８を収縮させる。

この後、制限部６６は、意思表示が入力されているか否かを判定する（Ｓ１６）。制限部６６は、意思表示が入力されていると判定している間は（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４を繰り返す。ステップＳ１４とＳ１６は、マイクロ秒程度の周期で繰り返される。これにより、制限部６６は、電圧制御処理を継続する。

一方、ユーザが右入力部２６の右押圧部材４２及び左入力部２８の左押圧部材５２の押圧を解除、または、押圧の圧力を圧力閾値未満にすると、制限部６６は、意思表示が入力されていないと判定する（Ｓ１６：Ｎｏ）。これにより、制限部６６は、電圧制御処理を停止する（Ｓ１８）。この後、制限部６６は、電源信号を取得するまで、ステップＳ１２以降を繰り返す（Ｓ２０：Ｎｏ）。制限部６６が電源信号を取得すると（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、歩行支援処理が終了する。

上述したように、歩行支援装置１０では、ユーザが右入力部２６の右押圧部材４２及び左入力部２８の左押圧部材５２の押圧によって意思表示を入力している場合にのみ、制限部６６が歩行を支援する。従って、ユーザが、右押圧部材４２及び左押圧部材５２のいずれか一方の押圧を止めて意思表示の入力を停止することにより、制限部６６は、歩行支援を停止する。これにより、歩行支援装置１０は、ユーザが必要とする場合だけ、歩行を支援するので、ユーザの動きの妨げとなることを抑制できる。

例えば、階段等において、ユーザは、手すりを掴むので、右入力部２６または左入力部２８のいずれか一方を手離す。この場合、制限部６６は、一方の意思表示しか取得しないので、歩行の支援を停止する。

また、制限部６６は、予め定められて格納部６２に格納された電圧値及び時間間隔に基づいて、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０の電圧印加を制御する。これにより、歩行支援装置１０は、フィードバック制御に比べて、電圧印加の制御を簡素化することができる。

図６は、ユーザに装着された他の歩行支援装置２００の正面図である。図６において、図１と共通の要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。歩行支援装置２００は、更に加速度センサ６８を備える。歩行支援装置２００は、ユーザの意志の有無に加えて、歩行支援装置２００を装着するユーザの状態を検出して、当該状態に基づいて歩行の支援を制限する。

加速度センサ６８は、三軸の加速度センサであり、ユーザの腰部に設けられ、ユーザの腰部の３方向の加速度を検出する。加速度センサ６８は、配線６９を介して、ユーザの腰部における３方向の加速度信号を制御部３０に出力する。

図７は、歩行支援装置２００の制御系を説明するブロック図である。図７において、図４と共通の要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。歩行支援装置２００における、処理部６０は、状態検出部７０を更に備える。

状態検出部７０は、ユーザの予め定められた状態を検出する。なお、予め定められた状態の一例は、ユーザが転倒した状態である。状態検出部７０は、加速度センサ６８からの出力が、ユーザが転倒した状態に対応する状態であることを検出した場合、制限部６６にユーザが転倒した状態であることを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、電源部２４を制御して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０による歩行の支援を中止する。すなわち、ユーザに対して歩行支援装置２００からの支援がない自由な状態を提供する。なお、制限部６６は、歩行の支援を中止することに代えて、印加電圧を低下させることにより、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０の出力を低減して、歩行の支援を制限してもよい。

状態検出部７０は、加速度センサ６８から、ユーザの腰部における３方向の加速度信号を取得する。状態検出部７０は、取得した加速度信号から加速度を算出して、予め定められた時間における加速度変化のプロファイルを作成する。なお、予め定められた時間の一例は２秒である。

人間が転倒した場合に、腰部に特徴的な加速度変化が観測されることが知られている。そこで、予め故意に転倒した場合に測定された加速度変化のプロファイルを参照プロファイルとして格納部６２に格納しておく。状態検出部７０は、格納部６２に格納された参照プロファイルと、加速度センサ６８からの出力に基づいて算出されたプロファイルとを比較することで、歩行支援装置２００を使用しているユーザが転倒した状態であることを検出する。

図８は、歩行支援装置２００によって実行される歩行支援処理のフローチャートである。図８に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０、ステップＳ１２、ステップＳ１８およびステップＳ２０は、図５に示したフローチャートと同じ処理なので、説明を省略する。

制限部６６は、意思表示を入力したと判定すると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、状態検出部７０は、加速度センサ６８から加速度信号を取得する（Ｓ３０）。一方、制限部６６は、意思表示を入力していないと判定すると（Ｓ１２：Ｎｏ）、ステップＳ３０、ステップＳ３２をスキップして、ステップＳ１８の処理を実行する。

状態検出部７０は、加速度センサ６８から加速度信号を取得すると、当該加速度信号から加速度変化のプロファイルを作成するとともに、格納部６２から参照プロファイルを読み出す。状態検出部７０は、作成したプロファイルと、参照プロファイルとを比較することで、ユーザの状態が転倒した状態か否かを判断する（Ｓ３２）。

状態検出部７０は、作成したプロファイルと参照プロファイルとが予め定められた条件で一致した場合に、ユーザの状態が転倒した状態であると判断し（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、制限部６６にユーザの状態が転倒した状態であることを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、電圧制御処理を停止する（Ｓ１８）。制限部６６は、電圧制御処理を停止することによって、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０による歩行の支援を止めて、処理をステップＳ２０へ進める。なお、制限部６６は、ステップＳ３２がＹｅｓと判断された時点で電圧制御処理を停止している状態においては、当該停止状態を継続する。

一方、状態検出部７０が、予め定められた条件で一致していない場合に、ユーザの状態が転倒した状態ではないと判断し（Ｓ３２：Ｎｏ）、制限部６６にユーザの状態が転倒した状態でないことを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、電圧制御処理を実行して（Ｓ３４）、処理をステップＳ１２に戻す。

ステップＳ２０において、制限部６６は、電源信号を取得するまで、ステップＳ１２以降を繰り返す（Ｓ２０：Ｎｏ）。制限部６６は、電源信号を取得すると（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、歩行支援処理を終了する。

このように、ユーザから右入力部２６および左入力部２８からの意思表示の有無に関わらず、歩行支援装置２００は、状態検出部７０がユーザの転倒状態を検出した場合には、歩行支援を止める。これにより、ユーザが転倒した場合には支援を中止してユーザの本来の身体感覚に戻すことにより、受け身をとる動作を促すことができる。

また、加速度センサ６８に代えて、ユーザの腰または臀部に圧力センサを設けて、予め定められた状態として、ユーザが着座した状態を検出してもよい。この場合、状態検出部７０は、圧力センサから、ユーザの腰部または臀部にかかる圧力信号を取得する。状態検出部７０は、取得した圧力信号から圧力を算出して、算出した圧力が、予め定められた圧力の閾値を越えた場合に、ユーザが着座した状態であると判断する。これにより、状態検出部７０は、歩行支援装置２００を装着したユーザが着座した状態であることを検出する。

状態検出部７０は、ユーザが着座した状態を検出した場合に、制限部６６にユーザの状態が着座した状態であることを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、電圧制御処理を停止して歩行支援を止める。このように、ユーザが着座した状態において、誤って入力部から意思表示を入力した場合においても、歩行の支援を行うことを防止できる。

さらに、圧力センサに代えて、または、これに加えてユーザの膝部に膝の角度を検出できる角度センサを設けてもよい。この場合、状態検出部７０は、角度センサから、ユーザの膝の曲げ角度信号を取得する。状態検出部７０は、取得した膝の曲げ角度信号から膝の曲げ角度を算出して、算出した角度が予め定められた角度の閾値を越えた場合、または、膝の曲げ角度が予め定められた角度の閾値を超えた状態が所定の時間を超えた場合に、ユーザが着座した状態であると判断する。これにより、状態検出部７０は、歩行支援装置２００を使用しているユーザが着座した状態であることを検出してもよい。

また、加速度センサ６８に代えて、ユーザの脚の踏み出し先の地面に発信方向を向けた、超音波センサを設けて、予め定められた状態として、ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差がある状態を検出してもよい。この場合、状態検出部７０は、超音波センサから地面に向けて発信した超音波が、地面に反射して受信されるまでの時間を取得する。状態検出部７０は、取得した時間に音速を乗じて距離を測定することによって、当該地面にある段差の高さを算出する。状態検出部７０は、算出した高さが閾値以上であった場合に、ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差がある状態であると判断する。これにより、状態検出部７０は、歩行支援装置２００を使用しているユーザの前に予め定められた高さ以上の段差があることを検出する。

状態検出部７０は、ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差がある状態を検出した場合に、制限部６６にユーザの前に予め定められた高さ以上の段差がある状態であることを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、電圧制御処理を停止して歩行支援を止める。このように、ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差がある状態で歩行を支援することによって、ユーザを当該段差に導き、当該段差により転倒させてしまうことを防止できる。

さらに、ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差がある状態において、状態検出部７０は、ユーザの脚の踏み出し先の地面が低いか否かに基づいて、ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差があると判断してもよい。足の踏み出し先の地面が低い段差を有する場合、当該段差によりユーザは、転倒しやすくなる。したがって、ユーザの脚の踏み出し先の地面が低い状態で歩行を支援することによって、ユーザを当該段差に導き、当該段差により転倒させてしまうことを防止できる。

さらに、超音波センサに代えて、または、これに加えて撮像装置を用いてもよい。この場合、状態検出部７０は、撮像装置によって撮像されたユーザの前方の画像を取得する。状態検出部７０は、取得した画像を解析して、ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差があるか否かを判断してもよい。これにより、状態検出部７０は、歩行支援装置２００を使用しているユーザの前に予め定められた高さ以上の段差があることを検出する。

また、加速度センサに代えて、ユーザの脚裏に複数の荷重センサを設けて、予め定められた状態として、ユーザが危険姿勢となった状態を検出してもよい。この場合、状態検出部７０は、複数の荷重センサの位置に対応付けて、荷重センサから荷重信号を取得する。状態検出部７０は、荷重センサの位置に対応付いた荷重信号から、ユーザの体重の重心位置を検出する。状態検出部７０は、例えば、ユーザの体重の重心がユーザの後ろへ移動したことを検出した場合に、ユーザが危険姿勢となった状態であると判断する。これにより、状態検出部７０は、歩行支援装置２００を使用しているユーザが危険姿勢であることを検出する。

図９は、他の歩行支援装置３００の制御系を説明するブロック図である。図９において、図７と共通の要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。歩行支援装置３００は、加速度センサ６８に代えて、気圧センサ７２を備える。

歩行支援装置３００において、状態検出部７０は、予め定められた状態として、ユーザが階段を上っている状態を検出する。階段を上っている状態において、ユーザは、手すりを握ると、右入力部２６および左入力部２８の何れか一方、もしくは両方から意思表示が入力されなくなる。

一方、階段を上る時は、脚部への負荷が大きいので、歩行の支援を行って欲しいと考えるユーザは多い。このため、状態検出部７０は、ユーザが階段を上っている状態であると検出した場合、制限部６６にユーザが階段を上っている状態であることを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、右入力部２６および左入力部２８のいずれから意思表示が入力されていない場合でも、電源部２４を制御して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０によって歩行を支援する。これにより、手摺を握りながら階段を上るユーザに対しても歩行を補助できる。

予め定められた状態が、ユーザが階段を上っている状態である場合において、状態検出部７０は、気圧センサ７２から、気圧信号を取得する。状態検出部７０は、取得した気圧信号からユーザの高度を算出する。状態検出部７０は、算出した高度からユーザの高度変化のプロファイルを作成する。状態検出部７０は、高度変化のプロファイルが、なだらかに上昇している場合に、ユーザが階段を上っている状態であると判断する。これにより状態検出部７０は、歩行支援装置２００を使用しているユーザが階段を上っている状態であることを検出する。

図１０は、歩行支援装置３００によって実行される歩行支援処理のフローチャートである。図１３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０、ステップＳ１２、ステップＳ１８およびステップＳ２０は、図５に示したフローチャートと同じ処理なので、説明を省略する。

制限部６６は、ユーザが電源スイッチ２９によって電源信号を入力したと判定すると（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、状態検出部７０は、気圧センサから気圧信号を取得する（Ｓ４０）。状態検出部７０は、気圧信号からユーザの高度を算出して、高度変化のプロファイルを作成する。状態検出部７０は、高度変化のプロファイルに基づいて、ユーザの状態が、階段を上っている状態か否かを判断する（Ｓ４２）。

状態検出部７０は、高度変化のプロファイルが、ユーザが階段を上っていることを示している場合、例えば、ユーザの高度がなだらかに上昇している場合に、ユーザの状態が、階段を上っている状態であると判断し（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、制限部６６にユーザが階段を上っている状態であることを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、電圧制御処理を実行して（Ｓ４４）、処理をステップＳ５０に戻す。

一方、状態検出部７０は、高度変化のプロファイルが、ユーザが階段を上っていないことを示している場合、例えば、ユーザの高度変化のプロファイルが上昇していない場合に、ユーザは階段を上っている状態でないと判断し（Ｓ４２：Ｎｏ）、制限部６６にユーザが階段を上っている状態ではないことを示す状態信号を出力する。制限部６６は、当該状態信号を取得すると、ユーザが右入力部２６及び左入力部２８の両方によって意思表示を入力したか否かを判断する（Ｓ１２）。

制限部６６は、意思表示を入力したと判定すると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、電圧制御処理を実行して（Ｓ４４）、処理をステップＳ５０へ戻す。一方、制限部６６は意思表示が入力されていないと判定すると（Ｓ１２：Ｎｏ）、電圧制御処理を停止する（Ｓ１８）。制限部６６は、電圧制御処理を停止することによって、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０による歩行の支援を止めて、ステップＳ２０に進む。なお、ステップＳ１２でＮｏと判断した時点で電圧制御処理を停止している状態においては、制限部６６は停止状態を継続する。

このように、歩行支援装置３００は、ユーザが階段を上っている状態であることを検出した場合には、右入力部２６および左入力部２８のいずれから意思表示が入力されていない場合でも、制限部６６は歩行支援を行う。これにより、階段を上る場合に手すりを握る等により、階段以外での意思表示の入力ができなくなったユーザに対しても歩行を補助することができる。

さらに、気圧センサに加えて、ユーザの股関節の角度を計測する角度センサを設けてもよい。この場合、状態検出部７０は、角度センサから、ユーザの股関節の曲げ角度信号を取得する。状態検出部７０は、角度信号から、例えば、股関節の角度変化を算出して、ユーザの脚の屈伸のタイミングを取得する。階段を上る場合に、股関節から脚を曲げて階段に脚をかけ、股関節を伸ばして１段上の段に上るので、股関節の伸びのタイミングと、ユーザの高度変化のタイミングとを比較することで、ユーザが階段を上っている状態であることを検出してもよい。

なお、階段を上っている状態であっても、ユーザが不要と判断した場合は、歩行支援装置３００の歩行支援を停止させたい場合もある。このため、状態検出部７０が階段を上っている状態であると判断した場合であっても、右入力部２６および左入力部２８のいずれからも意思表示が入力されていないときは、制限部６６は歩行の支援を制限してもよい。この場合に、上記実施形態のように、階段を上っていない場合であって支援を受けたくないときの意思表示の入力の判断基準と、階段を上っている場合であって支援を受けたくないときの意思表示の入力の判断基準とが異なっていることが好ましい。

次に、上述した右入力部２６及び左入力部２８を変更した形態について説明する。

図１１は、ユーザの右手が開いた状態での右入力部１２６の図である。図１２は、ユーザの右手が閉じた状態での右入力部１２６の図である。図１１及び図１２に示すように、右入力部１２６は、右手袋部１４０と、右検出部１４６とを備える。本実施形態においては、意思表示は、手を握ることによって入力される。

右手袋部１４０は、ユーザの右手に装着可能な手袋状である。右手袋部１４０は、布または樹脂等の伸縮する材料を含む。

右検出部１４６は、圧力センサを含む。右検出部１４６は、ユーザが右手を握った状態での圧力を検出する。右検出部１４６は、圧力が圧力閾値以上か否かによって、意思表示が入力されたか否かを判定する。右検出部１４６は、意思表示が入力されたと判定すると、意思表示が入力されている間、意思表示信号を制御部３０へと出力する。制御部３０の制限部６６は、取得部６４を介して、意思表示信号を取得している間、歩行を支援する。尚、本実施形態においても、右入力部１２６と同様の左入力部を設けることが好ましい。この場合、制限部６６は、右入力部１２６及び左入力部の両方から意思表示信号を取得している間、歩行を支援する。一方、制限部６６は、右入力部１２６及び左入力部のいずれか一方から意思表示信号を取得していない間、歩行支援を停止する。

図１３は、ユーザの右手に装着された右入力部２２６の図である。図１３に示すように、右入力部２２６は、右リング部２４０と、右検出部２４６とを備える。本実施形態においては、意思表示は、腕を振ることによって入力される。

右リング部２４０は、ユーザの右手首に装着可能なリング状に形成されている。右検出部２４６は、加速度センサを含む。右検出部２４６は、右手の加速度が加速度閾値以上か否かによって、ユーザの右手の腕ふりによる意思表示が入力されたか否かを判定する。右検出部２４６は、意思表示が入力されたと判定すると、意思表示が入力されている間、意思表示信号を制御部３０へと出力する。制御部３０の制限部６６は、取得部６４を介して、意思表示信号を取得している間、歩行を支援する。尚、本実施形態においても、右入力部２２６と同様の左入力部を設けることが好ましい。この場合、制限部６６は、右入力部２２６及び左入力部の両方から意思表示信号を取得している間、歩行を支援する。一方、制限部６６は、右入力部２２６及び左入力部のいずれか一方から意思表示信号を取得していない間、歩行支援を停止する。

上述した実施形態の構成の形状、配置、個数等の数値は適宜変更してよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

例えば、右検出部４６及び左検出部５６が検出した圧力の大きさに基づいて、制限部６６が、電源部２４を介して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０の強度を制御してもよい。同様に、右検出部１４６が検出した圧力、及び、右検出部２４６が検出した加速度に基づいて、制限部６６が、電源部２４を介して、第１アクチュエータ１４、第２アクチュエータ１６、第３アクチュエータ１８及び第４アクチュエータ２０の強度を制御してもよい。

上述の実施形態では、右入力部及び左入力部の両方から意思表示信号を取得している間、制限部６６が、歩行を支援する例を示したが、他の条件において、制限部６６が、歩行を支援してもよい。例えば、３個以上の入力部を設けて、制限部６６が、全ての入力部から意思表示信号を取得している間、歩行を支援してもよい。換言すれば、制限部６６が、いずれかの入力部から意思表示信号を取得していない場合、歩行の支援を停止してもよい。また、入力部を１個設けて、制限部６６が、当該入力部から１個の意思表示信号を取得している間、歩行を支援してもよい。

入力部に、意思表示を入力できるタッチパネル等を適用してもよい。また、入力部と制御部とを有線によって接続してもよい。

上述の実施形態では、ユーザの服、例えば、ズボン部と、アクチュエータとが一体となっている形態を例に上げたが、アクチュエータが服の外側に設けられている外骨格型の歩行支援装置に上述の実施形態の構成を適用してもよい。

各アクチュエータは、電圧印加によって伸長するタイプでもよく、電圧印加によって収縮するタイプでもよい。

上述した実施形態では、取得部及び制限部を、処理部がプログラムを読み込むことによって機能する構成としたが、取得部及び制限部を回路によって構成してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 歩行支援装置、 １２ ズボン部、 １４ 第１アクチュエータ、 １６ 第２アクチュエータ、 １８ 第３アクチュエータ、 ２０ 第４アクチュエータ、 ２２ 配線、 ２４ 電源部、 ２６ 右入力部、 ２８ 左入力部、 ２９ 電源スイッチ、 ３０ 制御部、 ４０ 右本体部、 ４１ 右取付孔、 ４２ 右押圧部材、 ４４ 右付勢部、 ４６ 右検出部、 ４８ 右ストラップ、 ５０ 左本体部、 ５１ 左取付孔、 ５２ 左押圧部材、 ５４ 左付勢部、 ５６ 左検出部、 ５８ 左ストラップ、 ６０ 処理部、 ６２ 格納部、 ６４ 取得部、 ６６ 制限部、 ６８ 加速度センサ、 ６９ 配線、 ７０ 状態検出部、 ７２ 気圧センサ、 １２６ 右入力部、 １４０ 右手袋部、 １４６ 右検出部、 ２２６ 右入力部、 ２４０ 右リング部、 ２４６ 右検出部、 ２００ 歩行支援装置、 ３００ 歩行支援装置

Claims (19)

1. ユーザに装着され、前記ユーザの歩行を支援する歩行支援装置であって、
   前記ユーザからの支援の意思表示が入力される入力部と、
   弾性変形可能なアクチュエータと、
   前記入力部に対して前記意思表示が入力されている間は、前記アクチュエータを制御して歩行を支援するとともに、前記意思表示が入力されていない間は、前記アクチュエータによる歩行の支援を制限する制限部と
   を備える歩行支援装置。
2. 前記入力部は、
   前記意思表示が入力される意思表示位置と初期位置との間で移動する押圧部材と、
   前記押圧部材を前記意思表示位置から前記初期位置へと付勢する付勢部材と、
   前記付勢部材に作用する圧力によって意思表示の入力を検出する検出部と
   を有する請求項１に記載の歩行支援装置。
3. 前記入力部は、手袋状の手袋部と、前記手袋部を装着したユーザの手の握りの圧力によって意思表示の入力を検出する検出部とを有する
   請求項１に記載の歩行支援装置。
4. 前記制限部は、前記圧力の大きさに基づいて、前記歩行の支援の強度を制御する
   請求項３に記載の歩行支援装置。
5. 前記入力部は、前記意思表示が入力される前記ユーザの腕ふりによる意思表示の入力を検出する
   請求項１に記載の歩行支援装置。
6. 前記入力部は、複数であって、
   複数の入力部は、互いに独立して、
   前記制限部は、前記複数の入力部のいずれかから前記意思表示が入力されていない場合、歩行を制限する請求項１から５のいずれか１項に記載の歩行支援装置。
7. 前記制限部は、歩行の支援または歩行の支援の制限のいずれかで、前記アクチュエータを制御する請求項１から６のいずれか１項に記載の歩行支援装置。
8. 予め定められた状態を検出する状態検出部を更に備え、
   前記予め定められた状態が検出された場合に、前記制限部は、前記入力部からの意思表示の有無に関わらず、前記アクチュエータに歩行の支援を制限する請求項１から７の何れか１項に記載の歩行支援装置。
9. 前記予め定められた状態は、前記ユーザが転倒した状態を含む請求項８に記載の歩行支援装置。
10. 前記予め定められた状態は、前記ユーザが着座した状態を含む請求項８に記載の歩行支援装置。
11. 前記予め定められた状態は、前記ユーザの前に予め定められた高さ以上の段差がある状態を含む請求項８に記載の歩行支援装置。
12. 前記状態検出部は、ユーザの脚の踏み出し先の地面が低いか否かに基づいて、前記段差を検出する請求項１１に記載の歩行支援装置。
13. 前記状態検出部は、前記ユーザの脚の踏み出し先の地面への距離を測距することにより、前記段差の有無を判断する請求項１１に記載の歩行支援装置。
14. 前記状態検出部は、前記ユーザの前方の画像を解析して、前記段差の有無を判断する請求項１１に記載の歩行支援装置。
15. 前記予め定められた状態は、前記ユーザが危険姿勢となった状態を含む請求項８に記載の歩行支援装置。
16. 前記状態検出部は、前記危険姿勢として、前記ユーザの体重の重心の後への移動を検出する請求項１５に記載の歩行支援装置。
17. 前記状態検出部は、前記ユーザの脚裏に配された荷重センサを有し、前記荷重センサで出力された荷重に基づいて、ユーザの体重の重心が後へ移動したか否かを判断する請求項１６に記載の歩行支援装置。
18. 予め定められた状態を検出する状態検出部を更に備え、
    前記予め定められた状態が検出された場合に、前記制限部は、前記複数の入力部のいずれかから意思表示が入力されていない場合でも、前記アクチュエータに歩行の支援を行う請求項６に記載の歩行支援装置。
19. 前記制限部は、前記複数の入力部のいずれからも意思表示が入力されていない場合に、前記アクチュエータに歩行の支援を制限する請求項１８に記載の歩行支援装置。

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