JP6827348B2

JP6827348B2 - 歩行支援システム、歩行支援方法、及びプログラム

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Publication number: JP6827348B2
Application number: JP2017055720A
Authority: JP
Inventors: 竹中　透; 透竹中
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: CN110430853A; DE112018001527T5; US11484765B2; WO2018174151A1; CN110430853B; US20200276490A1; JP2018157892A

Description

本発明は、歩行支援システム、歩行支援方法、及びプログラムに関する。

従来から、人体に装着したセンサ等から、人の運動状態を取得し、音声で運動のテンポの変更を促すことが行われている。例えば、特許文献１では、目標脈拍数と現在の脈拍数との差に基づき、使用者の現在の運動のテンポを基準として出力する音楽のテンポを補正する運動支援装置が開示されている。

特開２００１−２９９９８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、身体障害者（例えば、片足に麻痺があり歩行のバランスが悪いユーザ）に対する運動支援については考慮されていない。また、特許文献１に記載の技術では、音声により運動のテンポの変更を促すため、ユーザは聞いた音声と同時に運動動作を変更する必要があり、予め次の動作を予測しておくことが難しい場合がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ユーザの歩行時の左右のバランスを整え、スムーズな歩行動作に導く歩行支援システム、歩行支援方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、ユーザの歩行を支援する歩行支援システムであって、表示部と、前記ユーザの歩行時における着地を検出する着地タイミング検出部と、前記着地タイミング検出部の出力に基づいて、前記ユーザの目標着地タイミングを設定する目標着地タイミング設定部と、前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を前記表示部に表示させる表示制御部と、を備える歩行支援システムである。

（２）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムにおいて、前記目標着地タイミング設定部は、前記ユーザが左足を着地してから右足を着地するまでの時間間隔と、前記ユーザが右足を着地してから左足を着地するまでの時間間隔が近づくように前記目標着地タイミングを設定するようにしてもよい。

（３）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムにおいて、前記補助画像は、前記目標着地タイミングまでの残り時間を認識可能な画像であってもよい。

（４）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムにおいて、前記表示制御部は、第１の足の着地とともにオブジェクトの変化が開始し、第２の足の前記目標着地タイミングにおいて前記オブジェクトの変化が完了する前記補助画像を前記表示部に表示させるようにしてもよい。

（５）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムは、前記ユーザの歩行時における上体の角度を検出する上体角度検出部を備え、前記目標着地タイミング設定部は、前記上体角度検出部の出力に基づいて前記目標着地タイミングを設定するようにしてもよい。

（６）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムにおいて、前記目標着地タイミング設定部は、前記上体の角度が所定の値より小さい場合に、前記目標着地タイミングを早めるように設定するようにしてもよい。

（７）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムにおいて、前記目標着地タイミング設定部は、前記上体の角度が所定の値より大きい場合に、前記目標着地タイミングを遅らせるように設定するようにしてもよい。

（８）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムは、歩行支援システムの制御コンピュータが、ユーザの歩行時における着地を検出し、前記検出した結果に基づき、前記ユーザの目標着地タイミングを設定し、前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部に表示させる、歩行支援方法である。

（９）また、本発明の一態様に係る歩行支援システムは、歩行支援システムの制御コンピュータに、ユーザの歩行時における着地を検出する処理と、前記検出した結果に基づき、前記ユーザの目標着地タイミングを設定する処理と、前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部に表示させる処理と、を実行させるプログラムである。

本発明によれば、ユーザの歩行時の左右のバランスを整え、スムーズな歩行動作に導くことができる。

歩行支援システムの概略を説明する図である。第１の実施形態に係る歩行支援システムの概略を示す図である。第１の実施形態に係る歩行支援システムの構成例を示すブロック図である。第１の実施形態に係る歩行支援システムの処理例を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る補助画像の一例を示す図である。第２の実施形態に係る歩行支援システムの処理例を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る目標着地タイミングの設定の一例を示す図である。

まず、本実施形態の概要について説明する。図１は、歩行支援システムの概略を説明する図である。図１（ａ）は健常者の歩行時の着地のタイミングを表し、図２（ｂ）は片足に麻痺がある歩行者の着地のタイミングを表している。図１において、横軸は時刻を表し、三角形で示された点は、歩行者が着地したタイミングを示している。

歩行時において、健常者は、通常、図１（ａ）に示すように、着地１、着地２、着地３、着地４とほぼ一定のタイミングで着地する。つまり歩幅はほぼ一定である。一方、片足に麻痺がある歩行者は、図１（ｂ）に示すように、麻痺のある足で着地する場合（着地１’）は、軸足で踏ん張る力が弱いため、次の一歩を大きく踏み出すことができず、次の歩幅が短くなる。つまり、通常より早いタイミングで着地する（着地２’）。その次の一歩は、麻痺のない足が軸足とるため、歩幅は相対的に長くなる。つまり、相対的に遅いタイミングで着地する（着地３’）。このように、片足に麻痺がある歩行者は、左右で着地タイミングが異なるため、歩行バランスが悪くなる傾向がある。

本実施形態に係る歩行支援システムは、上記の課題を解決するため、ユーザの歩行時における着地を検出する着地タイミング検出部と、着地タイミング検出部の出力に基づいて、ユーザの目標着地タイミングを設定する目標着地タイミング設定部とを備える。そして、表示制御部が、ユーザが目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部に表示させる。目標着地タイミングとは、ユーザの次の一歩の目標とする着地のタイミングであり、例えば、ユーザが左足を着地してから右足を着地するまでの時間間隔と、右足を着地してから左足を着地するまでの時間間隔が近づくような着地のタイミングである。図１（ｂ）の例では、例えば、着地２’のタイミングを遅らせ、着地３’のタイミングを早めるような着地タイミングである。これにより、ユーザは、補助画像に従って着地動作を行うことで、目標となる着地タイミングで着地することができる。つまり、歩行支援システムは、ユーザの歩行時の左右のバランスを整え、スムーズな歩行動作に導くことができる。

＜第１の実施形態＞
次に、第１の実施形態の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る歩行支援システム１の概略を示す図である。歩行支援システム１は、着地検出装置１００と、上体角度検出装置２００と、表示装置３００とを備える。

着地検出装置１００は、例えば、加速度センサを備える。着地検出装置１００は、ユーザの脚部等に装着され、ユーザの着地タイミング検出のための情報を取得する。着地検出装置１００は、ユーザの足部または靴に装着されてもよい。
上体角度検出装置２００は、例えば、角速度センサと加速度センサからなる傾斜センサを備える。上体角度検出装置２００は、ユーザの腰部または背中等に、ユーザの身体の幅方向と平行になるように装着され、ユーザの上体の角度を検出するための情報を取得する。

表示装置３００は、ユーザが視認する現実空間に付加情報を表示させるＡＲ（Augmented Reality）装置である。また、表示装置３００は、仮想現実を表示させるＶＲ（Virtual Reality）装置であってもよい。表示装置３００は、例えば、ユーザの頭部に装着される眼鏡型ディスプレイまたはヘッドマウントディスプレイである。表示装置３００は、着地検出装置１００または上体角度検出装置２００から取得した情報に基づいて、ユーザの目標着地タイミングを設定し、ユーザが、目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示する。目標着地タイミングおよび補助画像の詳細については後述する。

着地検出装置１００および上体角度検出装置２００と、表示装置３００とは有線または無線で通信可能に接続されている。なお、着地検出装置１００、上体角度検出装置２００および表示装置３００は同一の機器として構成されてもよい。また、着地検出装置１００、上体角度検出装置２００および表示装置３００は、スマートフォン等の機能の一部として構成されてもよい。

図３は、本実施形態に係る歩行支援システム１の構成例を示すブロック図である。歩行支援システム１は、着地検出装置１００と、上体角度検出装置２００と、表示装置３００と備える。

着地検出装置１００は、着地センサ１０１と、通信部１０２とを備える。着地センサ１０１は、ユーザの着地タイミングを検出するための情報を取得する。着地センサ１０１は、例えば、加速度センサであり、自身に作用する加速度を検出する。着地検出装置１００はユーザの脚部に装着されているため、取得された加速度はユーザの脚部の加速度を表す。着地センサ１０１は、取得した加速度を通信部１０２に出力する。なお、着地センサ１０１は、角速度センサ、地磁気センサ、振動センサ等のセンサであって、加速度以外の情報を取得し、通信部１０２に出力してもよい。

通信部１０２は、有線または無線ネットワークを介して機器間の通信を行うための通信用インターフェイスを備え、表示装置３００の通信部３０１と通信する。通信部１０２は、着地センサ１０１から入力されたユーザの脚部の加速度を通信部３０１に出力する。

上体角度検出装置２００は、上体角度センサ２０１と、通信部２０２とを備える。上体角度センサ２０１は、ユーザの上体の地面に対する角度を検出する。上体角度センサ２０１は、例えば、角速度センサ、加速度センサおよび積分演算器の組み合わせであり、検知した角速度を積分演算処理することでユーザの上体の角度を算出し、さらに算出した上体の角度を、加速度センサによって補正する。また、上体角度センサ２０１は、ユーザの股関節等に装着した角度センサの取得情報に基づいて、ユーザの下半身に対する上体の角度を検出してもよい。上体角度センサ２０１は、取得したユーザの上体角度を通信部２０２に出力する。

通信部２０２は、有線または無線ネットワークを介して機器間の通信を行うための通信用インターフェイスを備え、表示装置３００の通信部３０１と通信する。通信部２０２は、上体角度センサ２０１から入力されたユーザの上体角度を通信部３０１に出力する。

表示装置３００は、通信部３０１と、着地タイミング検出部３０２と、目標着地タイミング設定部３０３と、画像生成部３０４と、記憶部３０５と、表示制御部３０６と、表示部３０７とを備える。着地タイミング検出部３０２、目標着地タイミング設定部３０３、画像生成部３０４および表示制御部３０６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサがプログラムを実行することにより実現される。また、これらのうちの一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

通信部３０１は、有線または無線ネットワークを介して機器間の通信を行うための通信用インターフェイスを備え、着地検出装置１００の通信部１０２および上体角度検出装置２００の通信部２０２と通信する。通信部３０１は、通信部１０２から入力されたユーザの脚部の加速度を、着地タイミング検出部３０２に出力する。また、通信部３０１は、通信部２０２から入力されたユーザの上体角度を目標着地タイミング設定部３０３に出力する。

着地タイミング検出部３０２は、通信部３０１を介して、着地検出装置１００から入力されたユーザの脚部の加速度を取得する。着地タイミング検出部３０２は、取得した加速度に基づいて、ユーザの着地のタイミングを検出する。着地タイミング検出部３０２は、例えば、取得した加速度を積分演算処理することでユーザの脚部の速度を算出し、下向きの速度が正から負になったタイミングをユーザが着地したタイミングとして検出する。あるいは、所定値以上に加速度が急激に変化したタイミングをユーザが着地したタイミングとして検出する。着地タイミング検出部３０２は、検出したユーザの着地タイミングを目標着地タイミング設定部３０３に出力する。なお、着地タイミング検出部３０２の処理は、着地検出装置１００にて行い、着地検出装置１００が検出したユーザの着地タイミングを取得し、目標着地タイミング設定部３０３に出力することとしてもよい。また、着地タイミング検出部３０４は、歩行の位相を推定する手段、例えば、特許第５９３８１２４号に記載の技術を用いて着地タイミングを検出してもよい。

目標着地タイミング設定部３０３は、着地タイミング検出部３０２から入力されたユーザの着地タイミングに基づいて、ユーザの目標着地タイミングを設定する。目標着地タイミングとは、ユーザの次の一歩の目標となる着地のタイミングである。目標着地タイミング設定部３０３は、目標着地タイミングとして、例えば、ユーザが左足を着地してから右足を着地するまでの時間間隔と、右足を着地してから左足を着地するまでの時間間隔が近づくようなタイミングを設定する。より具体的には、例えば、今回の着地タイミングと前回の着地タイミングの間隔と、前回の着地タイミングと前々回の着地タイミングの間隔との平均値を求め、当該平均値が今回の着地タイミングと次回の着地タイミングの間隔となるような目標着地タイミングを設定してもよい。

目標着地タイミング設定部３０３は、必ずしもユーザの右足による着地と左足による着地とを判別する必要はなく、過去のユーザの着地タイミングの履歴に基づいて、次回の目標着地タイミングを設定してもよい。目標着地タイミング設定部３０３は、ユーザの右足による着地と左足による着地とを判別する場合は、例えば、ユーザ情報から、ユーザの麻痺のある足が右足か左足かを取得し、着地タイミングが早くなっている際の軸足が麻痺のある足であるとして、着地した足が右足か左足かを判別する。同様に、目標着地タイミング設定部３０３は、各種ユーザ情報（障害の程度、筋力の程度）を取得し、目標着地タイミングを設定する際のパラメータとして用いてもよい。ユーザ情報は、予め記憶部３０５に登録されていてもよいし、外部から取得してもよい。また、目標着地タイミング設定部３０３は、上体角度検出装置２００から入力されたユーザの上体角度を、目標着地タイミングを設定する際のパラメータとしてもよい。目標着地タイミング設定部３０３は、設定した目標着地タイミングを表示制御部３０６に出力する。

画像生成部３０４は、ユーザが、目標着地タイミングで着地することを促す補助画像（およびその素材となる画像）を生成する。補助画像は、ユーザが視認する現実空間上に付加的に表示されるものである。また、補助画像は、表示装置３００が表示する仮想空間内に付加的に表示されるものであってもよい。また、補助画像は、１フレームの静止画であってもよいし、複数フレームを含む動画（映像）であってもよい。補助画像の具体例については後述する。画像生成部３０４は、生成した補助画像を記憶部３０５に出力する。

記憶部３０５は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ファームウェアやアプリケーションプログラムなど、表示装置３００が備えるＣＰＵなどのプロセッサが実行するための各種プログラムやプロセッサが実行した処理の結果などを記憶する。記憶部３０５は、画像生成部３０４から入力された補助画像を保持し、表示制御部３０６の要求に応じて、補助画像を表示制御部３０６に出力する。なお、記憶部３０５は、予め外部から登録された補助画像を表示制御部３０６に出力してもよい。

表示制御部３０６は、表示装置３００の画像表示に関する機能を制御する。表示制御部３０６は、目標着地タイミング設定部３０３から入力された目標着地タイミングに基づいて、ユーザが、目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部３０７に表示させる。表示制御部３０６の動作の詳細については後述する。

表示部３０７は、例えば、眼鏡型ディスプレイやヘッドマウントディスプレイであり、表示制御部３０６の制御に基づいて、ディスプレイに補助画像を含む各種画像を表示する。表示部３０７は、透過型のディスプレイ上に２次元的に補助画像を表示してもよいし、偏光眼鏡方式や液晶シャッター眼鏡方式等の３Ｄディスプレイを用いて、３次元的に補助画像を表示してもよい。また、表示部３０７は、ディスプレイを介さず、投射により補助画像を外部のスクリーン上に表示してもよいし、ホログラフィー等の光学技術を用いて立体像を表示させてもよい。この場合、表示装置３００はユーザに装着される必要はない。

次に、本実施形態に係る歩行支援システム１の動作について説明する。図４は、本実施形態に係る歩行支援システム１の処理例を示す第１のフローチャートである。

まず、表示装置３００の着地タイミング検出部３０２は、通信部３０１を介して、着地検出装置１００から入力されたユーザの脚部の加速度を取得する（ステップＳ１０１）。

次に、着地タイミング検出部３０２は、取得した加速度に基づいて、ユーザの着地のタイミングを検出する（ステップＳ１０２）。着地タイミング検出部３０２は、上述した通り、例えば、ユーザの脚部の速度を算出し、下向きの速度が正から負になったタイミングをユーザが着地したタイミングとして検出する。あるいは、所定値以上に加速度が急激に変化したタイミングをユーザが着地したタイミングとして検出する。その後、着地タイミング検出部３０２は、検出したユーザの着地タイミングを目標着地タイミング設定部３０３に出力する。また、着地タイミング検出部３０２は、歩行の位相を推定する手段、例えば、特許第５９３８１２４号に記載の技術を用いて着地タイミングを検出してもよい。

次に、目標着地タイミング設定部３０３は、入力されたユーザの着地タイミングに基づいて、目標着地タイミングを設定する（ステップＳ１０３）。目標着地タイミング設定部３０３は、例えば、上述した通り、ユーザが左足を着地してから右足を着地するまでの時間間隔と、右足を着地してから左足を着地するまでの時間間隔が近づくように次の目標着地タイミングを設定する。目標着地タイミング設定部３０３は、設定した目標着地タイミングを表示制御部３０６に出力する。

次に、表示制御部３０６は、ユーザが、入力された目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を記憶部３０５から取得し、表示部３０７に表示させる（ステップＳ１０４）。補助画像の例については後述する。なお、表示部３０７は、予め補助画像を記憶部３０５から取得し、保持していてもよい。以上で図４の説明を終了する。

続いて、本実施形態に係る補助画像について説明する。図５は、本実施形態に係る補助画像の一例を示す図である。図５中のｓｃ０１は、ユーザが表示部３０７を介して見る前方の視野を表す。この例では、ｓｃ０１内に、人間ｈｕ０１および道路ｒｄ０１が存在する。人間ｈｕ０１および道路ｒｄ０１は、表示部３０７を介して視認される実際の人間および道路であってもよいし、表示装置３００により仮想的に表示されるものであってもよい。

表示制御部３０６は、ｓｃ０１の下部に、人間ｈｕ０１および道路ｒｄ０１と重畳して、画像ｏｂ０１およびｏｂ０２を表示させる。ユーザから向かって右側に表示される画像ｏｂ０１は、ユーザの右足の目標着地タイミングを示す画像であり、ユーザから向かって左側に表示される画像ｏｂ０２は、ユーザの左足の目標着地タイミングを示す画像である。画像ｏｂ０１の上端は、ユーザが左足を着地したタイミングを示し、画像ｏｂ０１の下端が、ユーザが次に右足を着地すべき目標のタイミングを示す。表示制御部３０６は、ユーザが左足を着地すると同時に、画像ｏｂ０１の上端にバーを表示し（ｂａｒ０１）、一定の速度でバーを下にスライドさせる。そして、ユーザが次に右足を着地すべき目標のタイミングにおいて、バーを画像ｏｂ０１の下端に到達させる（ｂａｒ０３）。

ユーザは、一定の速度で下降するバーを見て、次に着地するタイミングを判断する。具体的には、下降するバーがｏｂ０１の下端（ｂａｒ０３）に到達するタイミングと同時に右足を着地しようとする。ユーザが右足を着地すると、表示制御部３０６は、画像ｏｂ０２の上端にバーを表示し（ｂａｒ０４）、バーを一定速度で下降させる。そして、左足の目標着地タイミングでバーを画像ｏｂ０２の下端に到達させる（ｂａｒ０５）。表示制御部３０６は、ユーザが左足を着地すると、再び、画像ｏｂ０１の上端にバーを表示し（ｂａｒ０１）、以降、この処理を繰り返す。

これにより、ユーザは、等速度で下降するバーにより、残り時間が認識可能となり、予め次の着地のタイミングを予測しやすくなる。例えば、通常は右足をｂａｒ２のタイミングで着地していた場合も、目標着地タイミングであるｂａｒ３のタイミングまで着地を我慢して遅らせるようになる。つまり、一歩一歩を理想的な着地のタイミングに近づけ、左右のバランスよく歩行することができる。

なお、ユーザが目標着地タイミングと一定の誤差範囲内で着地した場合に、音声や映像で、タイミングがよかったことを通知したり、ゲーム上の得点を加算したりしてもよい。これにより、ユーザは、ゲーム感覚で楽しく目標着地タイミングにあわせた歩行をすることができる。また、補助画像としては、右足用、左足用とそれぞれ表示する必要はなく、一つの画像で次の着地タイミングのみを示してもよい。また、表示画像は、図５の例に限らず、他の形態により表示してもよい。表示画像の表示位置もｓｃ０１の下部に限らず、ｓｃ０１の側方に配置したり、半透明にして視野前方に表示したりしてもよい。また、バーの表示をその他のオブジェクト（足の形等）にしてもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係る歩行支援システム１は、表示部３０７と、ユーザの歩行時における着地を検出する着地タイミング検出部３０２と、着地タイミング検出部３０２の出力に基づいて、ユーザの目標着地タイミングを設定する目標着地タイミング設定部３０３と、ユーザが、目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部３０７に表示させる表示制御部３０６と、を備える。これにより、ユーザの歩行時の左右のバランスを整え、スムーズな歩行動作に導くことができる。

また、本実施形態に係る歩行支援システム１において、目標着地タイミング設定部３０３は、ユーザが左足を着地してから右足を着地するまでの時間間隔と、ユーザが右足を着地してから左足を着地するまでの時間間隔が近づくように目標着地タイミングを設定することとしてもよい。これにより、歩行時の左右の歩幅が近くなり、ユーザは左右のバランスよく歩行することができる。

また、本実施形態に係る歩行支援システム１において、補助画像は、目標着地タイミングまでの残り時間を認識可能な画像であってもよい、これにより、ユーザは、予め次の着地のタイミングを予測しやすくなる。

また、本実施形態に係る歩行支援システム１において、表示制御部３０６は、第１の足の着地とともにオブジェクトの変化が開始し、第２の足の目標着地タイミングにおいてオブジェクトの変化が完了する補助画像を表示部３０７に表示させることとしてもよい。これにより、ユーザは、オブジェクトの変化にあわせてより容易に着地のタイミングを合わせることができる。

＜第２の実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を援用する。本実施例に係る歩行支援システム２の構成は、第１の実施例に係る歩行支援システム１と同様である。歩行支援システム２では、第１の実施形態における処理に加えて、ユーザの上体の角度を用いて目標着地タイミングの設定を行う。

図６は、本実施形態に係る歩行支援システム２の処理例を示すフローチャートである。
まず、表示装置３００の着地タイミング検出部３０２は、通信部３０１を介して、着地検出装置１００から入力されたユーザの脚部の加速度を取得する（ステップＳ２０１）。

次に、着地タイミング検出部３０２は、取得した加速度に基づいて、ユーザの着地のタイミングを検出する（ステップＳ２０２）。その後、着地タイミング検出部３０２は、検出したユーザの着地タイミングを目標着地タイミング設定部３０３に出力する。

次に、目標着地タイミング設定部３０３は、通信部３０１を介して、上体角度検出装置２００から入力されたユーザの上体の角度を取得する（ステップＳ２０３）。なお、ステップＳ２０３の処理は、ステップＳ２０１およびステップＳ２０３の処理の前に実行してもよい。

次に、目標着地タイミング設定部３０３は、取得したユーザの着地タイミングと、ユーザの上体角度に基づいて目標着地タイミングを設定する（ステップＳ２０４）。目標着地タイミング設定部３０３は、例えば、上体の地面に対する角度が所定の値より小さい場合、すなわち、ユーザが一定程度以上前傾している場合は、着地タイミングに基づいて算出される目標着地タイミングを早めるように設定する。これは、ユーザが一定程度以上前傾している場合は、次の一歩を大きく踏み出すことは困難であるからであり、無理に大きく踏み出すことを抑制することができる。また、目標着地タイミング設定部３０３は、例えば、上体の地面に対する角度が所定の値より大きい場合、すなわち、ユーザの上体角度が地面と垂直に近い場合は、着地タイミングに基づいて算出される目標着地タイミングを遅らせるように設定してもよい。これは、ユーザの上体が地面と垂直に近く起きている場合は、次の一歩を大きく踏み出しやすいからである。目標着地タイミングのより一般的な設定例については後述する。

次に、表示制御部３０６は、ユーザが、入力された目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を記憶部３０５から取得し、表示部３０７に表示させる（ステップＳ２０５）。補助画像の例については、第１の実施形態と同様である。以上で図６の説明を終了する。

次に、図７を参照して、目標着地タイミングの設定の例を説明する。図７は、本実施形態に係る目標着地タイミングの設定の一例を示す図である。

ユーザの右足が、現在接地している場合、右足が着地してから左足が着地するまでの目標時間T_R_refを、式（１）によって表してもよい。

その際の目標着地タイミングt_landを、式（２）によって表してもよい。

また、ユーザの左足が、現在接地している場合、左足が着地してから右足が着地するまでの目標時間T_L_refを、式（３）によって表してもよい。

その際の目標着地タイミングt_landを、式（４）によって表してもよい。

ここで、t_R_prevは、前回実際に右足が着地した時刻、t_L_prevは、前回実際に左足が着地した時刻を表す。T_R_prevは、実際の前回の右足が着地してから左足が着地するまでに要した時間、あるいは右足が着地してから左足が着地するまでに要した時間の数歩前までの平均値を表す。T_L_prevは、実際の前回の左足が着地してから右足が着地するまでに要した時間、あるいは左足が着地してから右足が着地するまでに要した時間の数歩前までの平均値を表す。θは、所定のタイミングにおける上体角度を表す。ただし、上体が鉛直に立っている状態がπ/2[rad]（90度）、その状態から前にπ/2[rad]（90度）曲げた状態が0[rad]（0度）とする。θdotは、所定のタイミングにおける上体角速度を表す。k1は、所定の定数（0≦k1≦1）を表す。k2は、所定の定数を表す。k3は、所定の定数（0≦k3）を表す。Cは、所定の正の定数を表す。

上記ように設定する場合、定数k1、k2、k3、Cの設定値の組み合わせによって誘導の特性を調整することが可能である。例えば、k1=0、k2=0、k3=0、C=0とすると、図７（ａ）のように、目標着地タイミングは、上体の角度に依存しなくなり、目標着地タイミングの左右の差がなくなる。また、k1=1、k2=0、k3=0、C=0とすると、目標着地タイミングは、図７（ｂ）のように、上体の角度に依存しなくなり、目標着地タイミングの左右の差は、実際のユーザの左右の差と等しくなる。

また、k1=0、k2=0、k3≠0、C=0とすると、目標着地タイミングの左右の差は、実際のユーザの左右の差に依存せず、上体の角度に依存するようになる。また、k1=0、k2=0、k3≠0、C≠0とすると、目標着地タイミングの左右の差は、実際のユーザの左右の差に依存せず、上体の角度と上体の角速度に依存するようになる。なお、上式において、(θ+ k3*θdot - C)の項は、正の場合に0としてもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係る歩行支援システム２は、表示部３０７と、ユーザの歩行時における着地を検出する着地タイミング検出部３０２と、着地タイミング検出部３０２の出力に基づいて、ユーザの目標着地タイミングを設定する目標着地タイミング設定部３０３と、ユーザが、目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部３０７に表示させる表示制御部３０６と、を備える。更に、ユーザの歩行時における上体の角度を検出する上体角度検出部（上体角度検出装置２００）を備え、目標着地タイミング設定部３０３は、上体角度検出部（上体角度検出装置２００）の出力に基づいて目標着地タイミングを設定する。これにより、ユーザの上体の角度も考慮して、より適切な目標着地タイミングを設定し、スムーズな歩行動作に導くことができる。

また、本実施形態に係る歩行支援システム２において、目標着地タイミング設定部３０３は、上体の角度が所定の値より小さい場合に、目標着地タイミングを早めるように設定してもよい。これにより、より適切に目標着地タイミングを設定することができる。

また、本実施形態に係る歩行支援システム２において、目標着地タイミング設定部３０３は、上体の角度が所定の値より大きい場合に、目標着地タイミングを遅らせるように設定してもよい。これにより、より適切に目標着地タイミングを設定することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、各実施形態における処理手順、シーケンス、フローチャート等は矛盾のない限り、順序を入れ替えてもよい。

また、本発明の一態様は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態や変形例に記載された要素であり、同様の効果を奏する要素同士を置換した構成も含まれる。

例えば、上記実施形態は、歩行アシスト装置と併用されてもよい。歩行アシスト装置とは、「倒立振子モデル」に基づく効率的な歩行をサポートする歩行訓練機器である。歩行アシスト装置では、歩行時の股関節の動きを左右のモーターに内蔵された角度センサで検知し、制御コンピュータがモーターを駆動する。これにより、股関節の屈曲による下肢の振り出しの誘導と伸展による下肢の蹴り出しの誘導を行う。本実施形態を歩行アシスト装置と併用することで、歩行アシスト装置ではカバーし切れない着地タイミングを適切に誘導し、より効果的な歩行支援を行うことができる。

１、２・・・歩行支援システム、１００・・・着地検出装置、１０１・・・着地センサ、１０２・・通信部、２００・・・上体角度検出装置、２０１・・・上体角度センサ、２０２・・・通信部、３００・・・表示装置、３０１・・・通信部、３０２・・・着地タイミング検出部、３０３・・・目標着地タイミング設定部、３０４・・・画像生成部、３０５・・・記憶部、３０６・・・表示制御部、３０７・・・表示部

Claims

ユーザの歩行を支援する歩行支援システムであって、
表示部と、
前記ユーザの歩行時における着地を検出する着地タイミング検出部と、
前記着地タイミング検出部の出力に基づいて、前記ユーザの目標着地タイミングを設定する目標着地タイミング設定部と、
前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を前記表示部に表示させる表示制御部と、を備え、
前記補助画像は、前記目標着地タイミングまでの残り時間を認識可能な画像である、
歩行支援システム。
前記表示制御部は、第１の足の着地とともにオブジェクトの変化が開始し、第２の足の前記目標着地タイミングにおいて前記オブジェクトの変化が完了する前記補助画像を前記表示部に表示させる、
請求項１に記載の歩行支援システム。
ユーザの歩行を支援する歩行支援システムであって、
表示部と、
前記ユーザの歩行時における着地を検出する着地タイミング検出部と、
前記着地タイミング検出部の出力に基づいて、前記ユーザの目標着地タイミングを設定する目標着地タイミング設定部と、
前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を前記表示部に表示させる表示制御部と、
前記ユーザの歩行時における上体の地面に対する角度を検出する上体角度検出部と、を備え、
前記目標着地タイミング設定部は、前記上体角度検出部の出力に基づいて前記目標着地タイミングを設定する、
歩行支援システム。
前記目標着地タイミング設定部は、前記上体の地面に対する角度が所定の値より小さい場合に、前記目標着地タイミングを早めるように設定する、
請求項３に記載の歩行支援システム。
前記目標着地タイミング設定部は、前記上体の地面に対する角度が所定の値より大きい場合に、前記目標着地タイミングを遅らせるように設定する、
請求項３または請求項４に記載の歩行支援システム。
歩行支援システムの制御コンピュータが、
ユーザの歩行時における着地を検出し、
前記検出した結果に基づき、前記ユーザの目標着地タイミングを設定し、
前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部に表示させ、
前記補助画像は、前記目標着地タイミングまでの残り時間を認識可能な画像である、
歩行支援方法。
歩行支援システムの制御コンピュータに、
ユーザの歩行時における着地を検出する処理と、
前記検出した結果に基づき、前記ユーザの目標着地タイミングを設定する処理と、
前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部に表示させる処理と、を実行させ、
前記補助画像は、前記目標着地タイミングまでの残り時間を認識可能な画像である、
プログラム。
歩行支援システムの制御コンピュータが、
ユーザの歩行時における着地を検出し、
前記検出した結果に基づき、前記ユーザの目標着地タイミングを設定し、
前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部に表示させ、
前記ユーザの歩行時における上体の地面に対する角度を検出し、
検出された前記角度に基づいて前記目標着地タイミングを設定する、
歩行支援方法。
歩行支援システムの制御コンピュータに、
ユーザの歩行時における着地を検出する処理と、
前記検出した結果に基づき、前記ユーザの目標着地タイミングを設定する処理と、
前記ユーザが、前記目標着地タイミングで着地することを促す補助画像を表示部に表示させる処理と、
前記ユーザの歩行時における上体の地面に対する角度を検出する処理と、
検出された前記角度に基づいて前記目標着地タイミングを設定する処理と、
を実行させるプログラム。