JP7132159B2 - 動作支援装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの所定動作を支援する動作支援装置の制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載された動作推定手法が知られている。この動作推定手法では、１個の携帯端末がユーザの太腿部に装着され、この携帯端末内の加速度センサの検出信号に基づき、ユーザの動作が推定される。具体的には、加速度センサの検出信号に基づいて、３軸方向（ｘｙｚ軸方向）の加速度が算出され、これらの加速度の絶対値の大小関係の変化などに基づいて、ユーザの姿勢が「立ち姿勢」と「座り姿勢」及び「しゃがみ姿勢」の一方との間で移行したか否かが推定される。

特開２０１８－１５０２３号公報

上記従来の動作推定手法によれば、１個の加速度センサを用いて、ユーザの動作の移行を推定しているので、以下に述べるような問題がある。すなわち、ユーザの姿勢が大きく変化し、３軸方向の加速度の絶対値の大小関係が大きく変化しない限り、動作の開始を推定できない。すなわち、ユーザの動作開始の推定までに時間を要するという問題がある。

そのため、この動作推定手法をユーザの歩行動作などを支援する動作支援装置の制御装置に適用した場合、ユーザの動作開始の推定までに時間を要することで、動作支援を迅速に実行できず、むしろ、動作支援装置自体がユーザの動作を阻害してしまう可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、動作支援装置を装着したユーザが所定動作を実行する際に、その所定動作を迅速かつ適切に支援することができる動作支援装置の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ユーザＭの少なくとも下半身の動作を支援するためにユーザＭに装着される動作支援装置（歩行アシスト装置１）の制御装置１０であって、ユーザＭの左足平部の動作を検出可能な第１動作センサ（左足動作センサ２６）と、ユーザＭの右足平部の動作を検出可能な第２動作センサ（右足動作センサ２７）と、ユーザＭの腰部の動作を検出可能な第３動作センサ（腰動作センサ２８）と、第１～第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザＭが立位状態にあるか否かを推定する立位状態推定部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ７～８）と、第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザＭの腰部の移動状態を表す腰移動状態パラメータ（腰部のｘ軸方向速度Ｖ＿Ｗｘ、腰部のｘ軸方向速度の絶対値ＶＡ＿Ｗｘ、腰部のｙ軸方向速度の絶対値ＶＡ＿Ｗｙ）を算出する腰移動状態パラメータ算出部（アシストコントローラ１１）と、ユーザＭが立位状態にあると推定されている場合において、腰移動状態パラメータがユーザＭの腰部の後方への移動を示す所定範囲内の値になったときに、ユーザＭのしゃがみ動作が立位状態から開始されたと推定する動作推定部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ４０～４３）と、ユーザＭのしゃがみ動作が開始されたと推定された場合には、しゃがみ動作を支援するように、動作支援装置を制御する制御部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ９０～９６）と、を備えることを特徴とする。

この動作支援装置の制御装置によれば、第１～第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザが立位状態にあるか否かが推定される。この場合、第１～第３動作センサが左足平部、右足平部及び腰部の動作（モーション）をそれぞれ検出可能であるので、左足平部及び右足平部と腰部との位置関係から、ユーザが立位状態にあるか否かを精度よく推定することができる。また、第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザの腰部の移動状態を表す腰移動状態パラメータが算出され、ユーザが立位状態にあると推定されている場合において、腰移動状態パラメータがユーザの腰部の後方への移動を示す所定範囲内の値になったときに、ユーザのしゃがみ動作が立位状態から開始されたと推定される。

この場合、本出願人の実験により、人間が立位状態からしゃがみ動作を開始するときには、腰部の後方又は横方向への移動動作が最初に実行されるという知見が得られた（後述する図４，６，７参照）。したがって、腰移動状態パラメータがユーザの腰部の後方への移動を示す所定範囲内の値になったことを条件として、ユーザのしゃがみ動作が立位状態から開始されたか否かを精度よく推定することができる。さらに、以上のように、ユーザのしゃがみ動作が立位状態から開始されたことを精度よく推定した場合において、しゃがみ動作を支援するように、動作支援装置が制御されるので、動作支援装置によってユーザのしゃがみ動作を迅速かつ適切に支援することができる（なお、本明細書における「しゃがみ動作」は、立位状態から完全にしゃがんだ状態になるまでの一連の動作を意味する）。

本発明において、ユーザＭの頭部の動作を検出可能な第４動作センサ（頭動作センサ２９）と、第４動作センサの検出信号に応じて、ユーザＭの頭部の前傾角度θｈｅａｄを算出する前傾角度算出部（アシストコントローラ１１）と、をさらに備え、動作推定部は、ユーザＭが立位状態にあると推定されている場合において、腰移動状態パラメータが所定範囲内の値になるとともにユーザＭの頭部の前傾角度θｈｅａｄが第２所定範囲内の値になったとき（ＳＴＥＰ５１，５５～５６がＹＥＳのとき）に、ユーザＭのしゃがみ動作が立位状態から開始されたと推定する（ＳＴＥＰ５８）ことが好ましい。

この動作支援装置の制御装置によれば、ユーザが立位状態にあると推定されている場合において、腰移動状態パラメータが所定範囲内の値になるとともにユーザの頭部の前傾角度が第２所定範囲内の値になったときに、ユーザのしゃがみ動作が立位状態から開始されたと推定される。この場合、本出願人の実験により、人間が立位状態からしゃがみ動作を開始するときには、上述したユーザの腰部の後方への移動動作に加えて、ユーザの頭部の前傾動作が伴うという知見が得られた（後述する図４参照）。したがって、上記のように、ユーザの腰部の後方への移動動作に加えて、頭部の前傾動作を条件として、立位状態からのしゃがみ動作の開始が推定されるので、その推定精度をさらに向上させることができる。それにより、動作支援装置の制御精度をさらに向上させることができる。

前述した目的を達成するために、別の本発明は、ユーザＭの少なくとも下半身の動作を支援するためにユーザＭに装着される動作支援装置（歩行アシスト装置１）の制御装置１０であって、ユーザＭの左足平部の動作を検出可能な第１動作センサ（左足動作センサ２６）と、ユーザＭの右足平部の動作を検出可能な第２動作センサ（右足動作センサ２７）と、ユーザＭの腰部の動作を検出可能な第３動作センサ（腰動作センサ２８）と、第１～第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザＭが立位状態にあるか否かを推定する立位状態推定部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ７～８）と、第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザＭの腰部の移動状態を表す腰移動状態パラメータ（腰部のｘ軸方向速度Ｖ＿Ｗｘ、腰部のｘ軸方向速度の絶対値ＶＡ＿Ｗｘ、腰部のｙ軸方向速度の絶対値ＶＡ＿Ｗｙ）を算出する腰移動状態パラメータ算出部（アシストコントローラ１１）と、ユーザＭが立位状態にあると推定されている場合において、腰移動状態パラメータがユーザＭの腰部の横方向への移動を示す所定範囲内の値になったときに、ユーザＭの歩行動作が立位状態から開始されたと推定する動作推定部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ４０～４３）と、ユーザＭの歩行動作が開始されたと推定された場合には、歩行動作を支援するように、動作支援装置を制御する制御部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ９０～９６）と、を備えることを特徴とする。

前述したように、本出願人の実験により、人間が立位状態から歩行動作を開始するときには、腰の横方向の移動動作が最初に実行されるという知見が得られた（後述する図６，７参照）。したがって、この動作支援装置の制御装置によれば、腰移動状態パラメータが腰部の横方向への移動を示す所定範囲内の値になったときに、ユーザの歩行動作が立位状態から開始されたと推定されるので、この推定を精度よく実行することができる。さらに、以上のように、ユーザの歩行動作の開始が精度よく推定されている場合において、その歩行動作を支援するように、動作支援装置が制御されるので、ユーザが歩行動作を開始する際に、その歩行動作を動作支援装置によって迅速かつ適切に支援することができる（なお、本明細書における「歩行動作」は、立位状態から完全に歩行状態になるまでの一連の動作を意味する）。

別の本発明において、動作推定部は、ユーザＭが立位状態にあると推定されている場合において、腰移動状態パラメータが腰部の横方向への移動を示す所定範囲内の値になりかつ腰部の前方への移動を示す第３所定範囲内の値になったとき（ＳＴＥＰ７０～７１がＹＥＳのとき）に、ユーザＭの歩行動作が立位状態から開始されたと推定することが好ましい。

本出願人の実験により、人間が立位状態から歩行動作を開始するときには、腰部の横方向への移動に加えて、腰部の前方への移動が最初に実行されるという知見が得られた（後述する図７参照）。したがって、この動作支援装置の制御装置によれば、腰移動状態パラメータが腰部の横方向への移動を示す所定範囲内の値になりかつ腰部の前方への移動を示す第３所定範囲内の値になったときに、ユーザの歩行動作が立位状態から開始されたと推定されるので、その推定精度をさらに向上させることができる。それにより、動作支援装置の制御精度をさらに向上させることができる。

前述した目的を達成するために、他の本発明は、ユーザＭの少なくとも下半身の動作を支援するためにユーザＭに装着される動作支援装置（歩行アシスト装置１）の制御装置１０であって、ユーザＭの左足平部の動作を検出可能な第１動作センサ（左足動作センサ２６）と、ユーザＭの右足平部の動作を検出可能な第２動作センサ（右足動作センサ２７）と、ユーザＭの腰部の動作を検出可能な第３動作センサ（腰動作センサ２８）と、ユーザＭの頭部の動作を検出可能な第４動作センサ（頭動作センサ２９）と、第１～第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザＭが座位状態にあるか否かを推定する座位状態推定部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ５～６）と、第３動作センサ及び第４動作センサの検出信号に応じて、ユーザＭの上半身の前傾状態を表す前傾状態パラメータ（上半身の前傾角度θｕｐｐｅｒ）を算出する前傾状態パラメータ算出部（アシストコントローラ１１）と、ユーザＭが座位状態にあると推定されている場合において、前傾状態パラメータがユーザＭの上半身が前傾したこと示す第４所定範囲内の値になったときに、ユーザＭの立ち上がり動作が座位状態から開始されたと推定する動作推定部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ８５，８７）と、ユーザＭの立ち上がり動作が開始されたと推定された場合には、立ち上がり動作を支援するように、動作支援装置を制御する制御部（アシストコントローラ１１、ＳＴＥＰ９５～９６）と、を備えることを特徴とする。

この動作支援装置の制御装置によれば、第１～第３動作センサの検出信号に応じて、ユーザが座位状態にあるか否かが推定される。この場合、第１～第３動作センサは、左足平部、右足平部及び腰部の動作を検出可能であるので、左足平部及び右足平部と腰部との位置関係から、ユーザが座位状態にあることを精度よく推定することができる。また、第３動作センサ及び第４動作センサの検出信号に応じて、ユーザの上半身の前傾状態を表す前傾状態パラメータが算出され、ユーザが座位状態にあると推定されている場合において、前傾状態パラメータがユーザの上半身が前傾したこと示す第４所定範囲内の値になったときに、ユーザの所定動作としての立ち上がり動作が座位状態から開始されたと推定される。

この場合、本出願人の実験により、人間が座位状態から立ち上がり動作を開始するときには、上体を前方に傾ける動作、すなわち頭部と腰部が前後方向に互いに遠ざかるように移動する動作が最初に実行されるという知見が得られた（後述する図５参照）。したがって、前傾状態パラメータがユーザの上半身が前傾したこと示す第４所定範囲内の値になったことを条件として、ユーザの立ち上がり動作が座位状態から開始されたか否かを精度よく推定することができる。さらに、ユーザの立ち上がり動作の開始が精度よく推定されている場合において、その立ち上がり動作を支援するように、動作支援装置が制御されるので、ユーザが立ち上がり動作を開始する際に、その立ち上がり動作を動作支援装置によって迅速かつ適切に支援することができる（なお、本明細書における「立ち上がり動作」は、座位状態から完全に立ち上がった状態になるまでの一連の動作を意味する）。

他の本発明において、第４動作センサ（頭動作センサ２９）の検出信号に応じて、ユーザＭの頭部の前傾角度θｈｅａｄを算出する頭部前傾角度算出部（アシストコントローラ１１）をさらに備え、動作推定部は、ユーザＭが座位状態にあると推定されている場合において、前傾状態パラメータが第４所定範囲内の値になりかつ頭部の前傾角度が第５所定範囲内の値になったとき（ＳＴＥＰ８１，８５がＹＥＳのとき）に、ユーザＭの立ち上がり動作が座位状態から開始されたと推定する（ＳＴＥＰ８７）ことが好ましい。

この動作支援装置の制御装置によれば、ユーザが座位状態にあると推定されている場合において、前傾状態パラメータが第４所定範囲内の値になりかつ頭部の前傾角度が第５所定範囲内の値になったときに、ユーザの立ち上がり動作が座位状態から開始されたと推定される。この場合、本出願人の実験により、人間が座位状態から立ち上がり動作を開始するときには、ユーザの上半身の前傾動作に加えて、ユーザの頭部の前傾動作が伴うという知見が得られた（後述する図５参照）。したがって、上記のように、ユーザの上半身の前傾動作に加えて、頭部の前傾動作を条件として、座位状態からの立ち上がり動作の開始が推定されるので、その推定精度をさらに向上させることができる。それにより、動作支援装置の制御精度をさらに向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置及びこれを適用した歩行アシスト装置の構成を模式的に示す斜視図である。 歩行アシスト装置の側面図である。 制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。 被験者がしゃがみ動作を実行したときの姿勢の変化を示す図である。 被験者が立ち上がり動作を実行したときの姿勢の変化を示す図である。 被験者が歩行動作を実行したときの姿勢の変化を示す図である。 図６の横傾き姿勢Ｃ２の俯瞰図である。 動作状態推定処理を示すフローチャートである。 歩行推定処理を示すフローチャートである。 動作開始推定処理を示すフローチャートである。 しゃがみ開始推定処理を示すフローチャートである。 歩行開始推定処理を示すフローチャートである。 立ち上がり開始推定処理を示すフローチャートである。 アシスト制御処理を示すフローチャートである。 しゃがみ動作を開始する際の各種パラメータの推移を示すタイミングフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る動作支援装置の制御装置について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の制御装置１０は、動作支援装置としての歩行アシスト装置１の動作状態を制御するものであり、まず、この歩行アシスト装置１について説明する。

この歩行アシスト装置１は、ユーザＭの歩行動作などをアシストするものであり、動力源としての駆動装置９（図３参照）を備えたアクティブ型のものである。なお、以下の説明では、歩行アシスト装置１及びこれを装着したユーザＭの前後方向を「前後」といい、左右方向を「左右」といい、上下方向を「上下」という。

この歩行アシスト装置１は、具体的には、例えば特許第４８７２８２１号に記載されたものと同様に構成されているので、その詳細な説明はここでは省略するが、着座部材２及び左右一対の脚リンク機構３，３を備えている。ユーザＭは、歩行アシスト装置１を装着した場合には、この着座部材２に着座した状態となる。

また、脚リンク機構３，３の各々は、第１関節部４、第１リンク部材５、第２関節部６及び第２リンク部材７を備えている。第１リンク部材５は、第１関節部４を介して、着座部材２に対して揺動自在に連結されている。さらに、第１リンク部材５は、第２関節部６を介して、第２リンク部材７に回動自在に連結されている。

また、各脚リンク機構３の第２リンク部材７の下端には、靴形の接地部材８が連結されている。歩行アシスト装置１がユーザＭに装着される際には、ユーザＭの左右の足平部が接地部材８に挿入される。

さらに、脚リンク機構３には、駆動装置９が取り付けられている。この駆動装置９は、電動機と減速ギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、アシストコントローラ１１に電気的に接続されている。駆動装置９は、後述するように、アシストコントローラ１１によって制御されることにより、第２リンク部材７を、第１リンク部材５との間の角度が変化するように駆動する。それにより、ユーザＭの体重を支持するようなアシスト力を発生させ、ユーザＭの歩行をアシストすることが可能になる。

次に、図３を参照しながら、制御装置１０について説明する。同図に示すように、制御装置１０は、アシストコントローラ１１及びバッテリ１２を備えており、これらのアシストコントローラ１１及びバッテリ１２はいずれも、着座部材２に内蔵されている。

アシストコントローラ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェース、無線通信回路及び各種の電気回路（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、バッテリ１２からの電力供給によって作動する。このＲＯＭ内には、後述する動作状態推定処理などを実行するための各種のプログラムが記憶されている。

なお、本実施形態では、アシストコントローラ１１が、立位状態推定部、腰移動状態パラメータ算出部、動作推定部、制御部、前傾角度算出部、座位状態推定部及び前傾状態パラメータ算出部に相当する。

アシストコントローラ１１には、左足圧センサ２０、右足圧センサ２１、左関節力センサ２２、右関節力センサ２３、着座部力センサ２４、把持力センサ２５、左足動作センサ２６、右足動作センサ２７、腰動作センサ２８及び頭動作センサ２９が電気的に接続されている。

左足圧センサ２０及び右足圧センサ２１はそれぞれ、左右の接地部材８，８の底部に内蔵されており、左右の接地部材８，８の底部に作用する圧力を検出して、それらを表す検出信号をアシストコントローラ１１に出力する。アシストコントローラ１１は、左右の足圧センサ２０，２１の検出信号に基づいて、ユーザＭの左右の足平部が接地部材８に装着されたことを判定する。

また、左関節力センサ２２及び右関節力センサ２３はそれぞれ、左右の第２関節部６，６に設けられており、これらに作用する力を検出して、それらを表す検出信号をアシストコントローラ１１に出力する。

さらに、着座部力センサ２４は、着座部材２とユーザＭの股部との間に作用する力を検出して、それを表す検出信号をアシストコントローラ１１に出力し、把持力センサ２５は、着座部材２の把持部２ａに作用する力を検出して、それを表す検出信号をアシストコントローラ１１に出力する。

一方、左足動作センサ２６及び右足動作センサ２７は、慣性計測ユニット（inertial measurement unit）タイプのものであり、左右の接地部材８，８の足平部にそれぞれ設けられているとともに、アシストコントローラ１１との間で無線通信可能に構成されている。左右の足動作センサ２６，２７は、左右の接地部材８，８における、３軸（ｘｙｚ軸）方向の加速度、３軸方向の回転角及び３軸方向の位置を検出して、それらを表す検出信号を無線信号としてアシストコントローラ１１に出力する。

アシストコントローラ１１は、左右の足動作センサ２６，２７の検出信号に基づき、ユーザＭの左右の足平部における３軸方向の速度及び位置などを算出する。なお、本実施形態では、左足動作センサ２６が第１動作センサに相当し、右足動作センサ２７が第２動作センサに相当する。

また、腰動作センサ２８も、慣性計測ユニットタイプのものであり、ユーザＭの腰部にベルトなどを介して装着されるとともに、アシストコントローラ１１との間で無線通信可能に構成されている。この腰動作センサ２８は、ユーザＭの腰部における、３軸（ｘｙｚ軸）方向の加速度、３軸方向の回転角及び３軸方向の位置を検出して、それらを表す検出信号を無線信号としてアシストコントローラ１１に出力する。

アシストコントローラ１１は、腰動作センサ２８の検出信号に基づき、ユーザＭの腰部における３軸方向の速度及び位置などを算出する。なお、本実施形態では、腰動作センサ２８が第３動作センサに相当する。

さらに、頭動作センサ２９も、慣性計測ユニットタイプのものであり、ユーザＭの頭頂部に帽子などを介して装着されるとともに、アシストコントローラ１１との間で無線通信可能に構成されている。この頭動作センサ２９は、ユーザＭの頭頂部における、３軸（ｘｙｚ軸）方向の加速度、３軸方向の回転角及び３軸方向の位置を検出して、それらを表す検出信号を無線信号としてアシストコントローラ１１に出力する。

アシストコントローラ１１は、頭動作センサ２９の検出信号に基づき、ユーザＭの頭部における傾斜角度及び位置などを算出する。この場合、ユーザＭの頭部における傾斜角度は、前傾方向すなわちお辞儀方向のときに正値を示すように算出される。なお、本実施形態では、頭動作センサ２９が第４動作センサに相当する。

また、以上の４個の動作センサ２６～２９の場合、歩行アシスト装置１を装着したユーザＭが立位状態にある場合において、各センサの取付位置を原点としたときに、部屋座標系における前後方向がｘ軸方向として、左右方向がｙ軸方向として、上下方向がｚ軸方向としてそれぞれ設定される。また、各センサにおいて、ｘ軸方向の検出値は、原点よりも前方が正値として、原点よりも後方が負値としてそれぞれ設定され、ｙ軸方向の検出値は、原点よりも左方が正値として、原点よりも右方が負値としてそれぞれ設定される。さらに、ｚ軸方向の検出値は、原点よりも上方が正値として、原点よりも下方が負値としてそれぞれ設定される。

アシストコントローラ１１は、以上の４個の動作センサ２６～２９の検出信号に応じて、後述するように、動作推定処理を実行するとともに、１０個のセンサ２０～２９の検出信号に応じて、アシスト制御処理を実行する。

次に、アシストコントローラ１１における動作推定の原理について説明する。まず、図４を参照しながら、ユーザＭが立位状態からしゃがみ動作を開始したか否かを推定する手法の原理について説明する。同図は、歩行アシスト装置１を必要としない健常な被験者Ｍ２が立位状態からしゃがんだ状態になるまでのしゃがみ動作を多数回、繰り返して実行したときの姿勢の変化を、モーションキャプチャ手法によって取得し、それらを平均化して表したものである。

同図において、ＣＯＰは床反力作用点を、Ｌｃは腰動作センサ２８のｘｙｚ軸の原点を通る鉛直線（すなわちｚ軸線）をそれぞれ表している。また、矢印Ａｒ１は腰部のｘ軸方向の移動速度を、矢印Ａｒ２は腰部のｚ軸方向の移動速度を、床反力作用点ＣＯＰから上方に延びる矢印Ａｒ３は床からの反力をそれぞれ表している。以上の点は後述する図５～７においても同様である。

図４に示すように、被験者Ｍ２が立位状態からしゃがみ動作を実行する場合、まず、被験者Ｍ２が立位姿勢Ａ１から頭部のみを前方に傾けることにより、その姿勢が俯き姿勢Ａ２に変化する。次いで、被験者Ｍ２が俯き姿勢Ａ２から腰を後方に移動させながら上体を前傾させることにより、その姿勢が前傾姿勢Ａ３に移行する。その後、被験者Ｍ２が前傾姿勢Ａ３から腰を落とすことにより、その姿勢が中腰姿勢Ａ４に移行し、さらに腰を落とすことにより、その姿勢が中腰姿勢Ａ５に移行する。

そして、この中腰姿勢Ａ５からさらに腰を落とすことにより、被験者Ｍ２の姿勢が最終的にしゃがみ姿勢Ａ６に達する。以上のように、しゃがみ動作が実行されるので、ユーザＭが立位状態からしゃがみ動作を開始したか否かを推定する場合、ユーザＭの姿勢が立位姿勢Ａ１から前傾姿勢Ａ３まで移行したか否かを判定すればよいことが判る。以上の原理に基づき、本実施形態では、後述する推定手法によって、しゃがみ動作の開始が推定される。

次に、図５を参照しながら、ユーザＭが座位状態から立ち上がり動作を開始したか否かを推定する手法の原理について説明する。同図は、上述した被験者Ｍ２が座位状態から立位状態になるまでの立ち上がり動作を多数回、繰り返して実行したときの姿勢の変化を、モーションキャプチャ手法によって取得し、それらを平均化して表したものである。

同図に示すように、被験者Ｍ２が座位状態から立ち上がり動作を実行する場合、まず、被験者Ｍ２が座位姿勢Ｂ１から頭部のみを前方に傾けることにより、その姿勢が俯き姿勢Ｂ２に変化する。次いで、被験者Ｍ２が俯き姿勢Ｂ２から上体を前傾させることにより、その姿勢が前傾姿勢Ｂ３に移行する。その後、被験者Ｍ２が前傾姿勢Ｂ３から腰を斜め上方に移動させることにより被験者Ｍ２の姿勢が中腰姿勢Ｂ４に移行し、この中腰姿勢Ｂ４から腰を上方に移動させることにより、姿勢が中腰姿勢Ｂ５に移行する。

そして、被験者Ｍ２が中腰姿勢Ｂ５から腰をさらに上方に移動させることにより、被験者Ｍ２の姿勢が最終的に立位姿勢Ｂ６に達する。以上のように、立ち上がり動作が実行されるので、ユーザＭが座位状態から立ち上がり動作を開始したか否かを推定する場合、ユーザＭの姿勢が座位姿勢Ｂ１から前傾姿勢Ｂ３まで移行したか否かを判定すればよいことが判る。以上の原理に基づき、本実施形態では、後述する推定手法によって、立ち上がり動作の開始が推定される。

次に、図６及び図７を参照しながら、ユーザＭが立位状態から歩行動作を開始したか否かを推定する手法の原理について説明する。図６は、前述した被験者Ｍ２が立位状態から歩行状態になるまでの歩行開始動作を多数回、繰り返して実行したときの姿勢の変化を、モーションキャプチャ手法によって取得し、それらを平均化して表したものであり、図７は、図６の横傾き姿勢Ｃ２を上方から見たものである。

図６に示すように、被験者Ｍ２が立位状態からしゃがみ動作を実行する場合、まず、被験者Ｍ２が立位姿勢Ｃ１から腰部を斜め前方（図６及び図７は右斜め前方）に移動させることにより、その姿勢が横傾き姿勢Ｃ２に変化する。次いで、被験者Ｍ２が腰を移動させた方向と逆側の足を上げることにより、その姿勢が足上げ姿勢Ｃ３に移行する。この後、図示しないが、被験者Ｍ２が上げた足を床に着けながら、足を着けた方向に腰を移動させることにより、被験者Ｍ２が歩行動作状態に移行する。

以上のように、歩行動作が被験者Ｍ２によって実行されるので、ユーザＭの姿勢が立位姿勢Ｃ１から横傾き姿勢Ｃ２まで移行したか否かを判定すればよいことが判る。以上の原理に基づき、本実施形態では、後述する推定手法によって、歩行動作の開始が推定される。

次に、図８を参照しながら、動作状態推定処理について説明する。この動作状態推定処理は、歩行アシスト装置１を装着したユーザＭ（以下単に「ユーザＭ」という）の動作状態を推定するものであり、アシストコントローラ１１によって所定の制御周期で実行される。なお、以下の説明において算出及び設定される各種の値は、アシストコントローラ１１のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

同図に示すように、まず、歩行推定処理を実行する（図８／ＳＴＥＰ１）。この歩行推定処理は、ユーザＭが歩行状態にあるか否かを推定するものであり、具体的には、図９に示すように実行される。

同図に示すように、まず、ＶＡ＿ＬＦｘ＜Ｖｌｏｗ、ＶＡ＿ＬＦｙ＜Ｖｌｏｗ及びＶＡ＿ＬＦｚ＜Ｖｌｏｗがいずれも成立しているか否かを判定する（図９／ＳＴＥＰ２０）。この場合、ＶＡ＿ＬＦｘはユーザＭの左足平部のｘ軸方向速度の絶対値を、ＶＡ＿ＬＦｙはユーザＭの左足平部のｙ軸方向速度の絶対値を、ＶＡ＿ＬＦｚはユーザＭの左足平部のｚ軸方向速度の絶対値をそれぞれ表すものであり、これらの値は左足動作センサ２６の検出信号に基づいて算出される。また、Ｖｌｏｗは、Ｖｌｏｗ≒０が成立する正の所定値である。

この判定が否定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２０…ＮＯ）、すなわちユーザＭの左足平部が移動状態にあるときには、ユーザＭが歩行中であると推定して、それを表すために、歩行中フラグＦ＿ＷＡＬＫを「１」に設定すると同時に、歩行終了フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＥＮＤ及び停止中フラグＦ＿ＳＴＯＰをいずれも「０」に設定する（図９／ＳＴＥＰ２１）。その後、本処理を終了する。

一方、上記の判定が肯定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２０…ＹＥＳ）、すなわちユーザＭの左足平部が停止状態にあるときには、ＶＡ＿ＲＦｘ＜Ｖｌｏｗ、ＶＡ＿ＲＦｙ＜Ｖｌｏｗ及びＶＡ＿ＲＦｚ＜Ｖｌｏｗがいずれも成立しているか否かを判定する（図９／ＳＴＥＰ２２）。この場合、ＶＡ＿ＲＦｘはユーザＭの右足平部のｘ軸方向速度の絶対値を、ＶＡ＿ＲＦｙはユーザＭの右足平部のｙ軸方向速度の絶対値を、ＶＡ＿ＲＦｚはユーザＭの右足平部のｚ軸方向速度の絶対値をそれぞれ表すものであり、これらの値は右足動作センサ２７の検出信号に基づいて算出される。

この判定が否定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２２…ＮＯ）、すなわちユーザＭの右足平部が移動状態にあるときには、ユーザＭが歩行中であると推定して、それを表すために、前述したように、歩行中フラグＦ＿ＷＡＬＫを「１」に設定すると同時に、歩行終了フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＥＮＤ及び停止中フラグＦ＿ＳＴＯＰをいずれも「０」に設定する（図９／ＳＴＥＰ２１）。その後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が肯定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２２…ＹＥＳ）、すなわちユーザＭの左足平及び右足平部がいずれも停止状態にあるときには、歩行終了フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＥＮＤが「１」であるか否かを判定する（図９／ＳＴＥＰ２３）。

この判定が否定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２３…ＮＯ）には、ＲＡＭに記憶されている停止中フラグＦ＿ＳＴＯＰが「０」であるか否かを判定する（図９／ＳＴＥＰ２４）。

この判定が肯定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２４…ＹＥＳ）、すなわち今回の制御タイミングで、ユーザＭの左足平及び右足平部がいずれも停止状態になったときには、それを表すために、停止中フラグＦ＿ＳＴＯＰを「１」に設定する（図９／ＳＴＥＰ２５）。次いで、停止カウンタの計数値の前回値ＣＴｚを値０に設定する（図９／ＳＴＥＰ２６）。

一方、上述した判定が否定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２４…ＮＯ）、すなわち前回以前の制御タイミングで、ユーザＭの左足平及び右足平部がいずれも停止状態になっていたときには、停止カウンタの計数値の前回値ＣＴｚをＲＡＭに記憶されている停止カウンタの計数値の今回値ＣＴに設定する（図９／ＳＴＥＰ２７）。

以上のように、停止カウンタの計数値の前回値ＣＴｚを値０又は今回値ＣＴに設定した後、停止カウンタの計数値の今回値ＣＴをその前回値ＣＴｚと値１の和ＣＴｚ＋１に設定する（図９／ＳＴＥＰ２８）。すなわち、停止カウンタの計数値の今回値ＣＴを値１インクリメントする。

次いで、停止カウンタの計数値の今回値ＣＴが所定停止値Ｃｓｔｏｐよりも大きいか否かを判定する（図９／ＳＴＥＰ２９）。この判定が否定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２９…ＮＯ）には、そのまま本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２９…ＹＥＳ）には、ユーザＭが歩行を終了したと判定して、それを表すために、歩行終了フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＥＮＤを「１」に設定する（図９／ＳＴＥＰ３０）。

このように歩行終了フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＥＮＤを「１」に設定したとき、又は前述した判定が肯定であるとき（図９／ＳＴＥＰ２３…ＹＥＳ）には、それらに続けて、ユーザＭが歩行中でないことを表すために、歩行中フラグＦ＿ＷＡＬＫを「０」に設定すると同時に、停止中フラグＦ＿ＳＴＯＰを「０」にリセットする（図９／ＳＴＥＰ３１）。その後、本処理を終了する。

図８に戻り、以上のように、歩行推定処理（図８／ＳＴＥＰ１）を実行した後、上述した歩行中フラグＦ＿ＷＡＬＫが「１」であるか否かを判定する（図８／ＳＴＥＰ２）。この判定が肯定であるとき（図８／ＳＴＥＰ２…ＹＥＳ）、すなわちユーザＭが歩行中であると推定されているときには、そのまま本処理を終了する。

一方、この判定が否定（図８／ＳＴＥＰ２…ＮＯ）で、ユーザＭが歩行中でないと推定されているときには、Ｐ＿Ｗ＞Ｐ＿ＬＦ及びＰ＿Ｗ＞Ｐ＿ＲＦがいずれも成立しているか否かを判定する（図８／ＳＴＥＰ３）。この場合、Ｐ＿ＷはユーザＭの腰部の位置であり、腰動作センサ２８の検出信号に基づいて算出される。また、Ｐ＿ＬＦは、ユーザＭの左足平部の位置であり、左足動作センサ２６の検出信号に基づいて算出される。さらに、Ｐ＿ＲＦは、ユーザＭの右足平部の位置であり、右足動作センサ２７の検出信号に基づいて算出される。

この判定が肯定であるとき（図８／ＳＴＥＰ３…ＹＥＳ）には、腰部高さ偏差ＤＨを、最大腰部高さＨ＿Ｗ＿ｍａｘと腰部高さＨ＿Ｗとの偏差Ｈ＿Ｗ＿ｍａｘ－Ｈ＿Ｗに設定する（図８／ＳＴＥＰ４）。この最大腰部高さＨ＿Ｗ＿ｍａｘは、ユーザＭが立位状態にあるときの腰部の高さであり、歩行アシスト装置１の装着時の初期化処理時に設定される。また、腰部高さＨ＿Ｗは、ユーザＭの現在の腰部の高さであり、腰動作センサ２８の検出信号に基づいて算出される。

次いで、腰部高さ偏差ＤＨが所定の座位判定値Ｄｓｉｔよりも大きいか否かを判定する（図８／ＳＴＥＰ５）。この判定が肯定であるとき（図８／ＳＴＥＰ５…ＹＥＳ）には、ユーザＭが座位状態にあると推定して、それを表すために、座位状態フラグＦ＿ＳＩＴを「１」に、立位状態フラグＦ＿ＳＴＡＮＤを「０」にそれぞれ設定する（図８／ＳＴＥＰ６）。その後、本処理を終了する。

一方、上記の判定が否定で（図８／ＳＴＥＰ５…ＮＯ）、ＤＨ≦Ｄｓｉｔが成立しているときには、腰部高さ偏差ＤＨが所定の立位判定値Ｄｓｔａｎｄよりも大きいか否かを判定する（図８／ＳＴＥＰ７）。この立位判定値Ｄｓｔａｎｄは、Ｄｓｔａｎｄ＜Ｄｓｉｔが成立するように設定される。

この判定が肯定であるとき（図８／ＳＴＥＰ７…ＹＥＳ）には、ユーザＭが立位状態にあると推定して、それを表すために、立位状態フラグＦ＿ＳＴＡＮＤを「１」に、座位状態フラグＦ＿ＳＩＴを「０」にそれぞれ設定する（図８／ＳＴＥＰ８）。その後、本処理を終了する。

一方、前述した判定が否定で、Ｐ＿Ｗ≦Ｐ＿ＬＦ及びＰ＿Ｗ≦Ｐ＿ＲＦの少なくとも一方が成立しているとき（図８／ＳＴＥＰ３…ＮＯ）、又はＤｓｉｔ≦ＤＨ≦Ｄｓｔａｎｄが成立しているとき（図８／ＳＴＥＰ７…ＮＯ）には、ユーザＭが座位状態及び立位状態のいずれにもないと推定して、それを表すために、座位状態フラグＦ＿ＳＩＴ及び立位状態フラグＦ＿ＳＴＡＮＤをいずれも「０」に設定する（図８／ＳＴＥＰ９）。その後、本処理を終了する。

以上のように、この動作状態推定処理では、ユーザＭが歩行状態にあると推定されたときには、歩行中フラグＦ＿ＷＡＬＫが「１」に設定され、ユーザＭが座位状態にあると推定されたときには座位状態フラグＦ＿ＳＩＴが「１」に設定されるとともに、ユーザＭが立位状態にあると推定されたときには、立位状態フラグＦ＿ＳＴＡＮＤが「１」に設定される。

次に、図１０を参照しながら、動作開始推定処理について説明する。この動作開始推定処理は、前述した推定原理に基づく手法により、歩行アシスト装置１を装着したユーザＭ（以下単に「ユーザＭ」という）の動作開始を推定するものであり、アシストコントローラ１１によって所定の制御周期で実行される。

同図に示すように、まず、前述した立位状態フラグＦ＿ＳＴＡＮＤが「１」であるか否かを判定する（図１０／ＳＴＥＰ４０）。この判定が肯定で（図８／ＳＴＥＰ４０…ＹＥＳ）、ユーザＭが立位状態にあると推定されているときには、しゃがみ開始推定処理を実行する（図１０／ＳＴＥＰ４１）。

このしゃがみ開始推定処理は、立位状態にあるユーザＭがしゃがみ動作を開始したか否かを推定するものであり、具体的には、図１１に示すように実行される。同図に示すように、まず、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮが「１」であるか否かを判定する（図１１／ＳＴＥＰ５０）。

この判定が否定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ５０…ＮＯ）には、θｈｅａｄ＞θｊｕｄが成立しているか否かを判定する（図１１／ＳＴＥＰ５１）。このθｈｅａｄは、ユーザＭの頭部の前傾角度であり、頭動作センサ２９の検出信号に基づいて算出される。また、θｊｕｄはユーザＭが前側に俯いているか否かを判定するための判定値である。

この判定が否定で（図１１／ＳＴＥＰ５１…ＮＯ）、ユーザＭが前側に俯いていないときには、それを表すために、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「０」に設定する（図１１／ＳＴＥＰ５２）。次いで、ユーザＭがしゃがみ動作を開始していないと推定して、それを表すために、しゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴを「０」に設定する（図１１／ＳＴＥＰ５３）。その後、本処理を終了する。

一方、上記の判定が肯定で（図１１／ＳＴＥＰ５１…ＹＥＳ）、θｈｅａｄ＞θｊｕｄが成立しているときには、ユーザＭが前側に俯いたと推定して、それを表すために、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「１」に設定する（図１１／ＳＴＥＰ５４）。

以上のように、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「１」に設定したとき、又は前述した判定が肯定で（図１１／ＳＴＥＰ５０…ＹＥＳ）、前回以前のタイミングで頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮが「１」に設定されていたときには、それらに続けて、Ｖ＿Ｗｘ＜０が成立しているか否かを判定する（図１１／ＳＴＥＰ５５）。このＶ＿Ｗｘは、ユーザＭの腰部のｘ軸方向速度であり、腰動作センサ２８の検出信号に基づいて算出される。

この判定が否定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ５５…ＮＯ）には、前述したように、しゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴを「０」に設定（図１１／ＳＴＥＰ５３）した後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ５５…ＹＥＳ）、すなわちユーザＭが腰部を後方に動かしていると推定されるときには、ＶＡ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ１が成立しているか否かを判定する（図１１／ＳＴＥＰ５６）。このＶＡ＿Ｗｘは、ユーザＭの腰部のｘ軸方向速度の絶対値であり、Ｖｊｕｄ１は、ユーザＭが腰部を確実に後方に動かしているか否かを判定するための所定の判定値である。なお、本実施形態では、腰部のｘ軸方向速度Ｖ＿Ｗｘ及びその絶対値ＶＡ＿Ｗｘが腰移動状態パラメータに相当する。

この判定が否定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ５６…ＮＯ）には、前述したように、しゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴを「０」に設定（図１１／ＳＴＥＰ５３）した後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ５６…ＹＥＳ）、すなわちユーザＭが腰部を確実に後方に動かしていると推定されるときには、ＴＭｓｉｔ＞Ｔｊｕｄ１が成立しているか否かを判定する（図１１／ＳＴＥＰ５７）。このＴＭｓｉｔは、Ｖ＿Ｗｘ＜０＆ＶＡ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ１が成立している状態の経過時間であり、Ｔｊｕｄ１は、ユーザＭが腰部を確実に後方に動かしているか否かを判定するための所定の判定値である。

この判定が否定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ５７…ＮＯ）には、前述したように、しゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴを「０」に設定（図１１／ＳＴＥＰ５３）した後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ５７…ＹＥＳ）には、ユーザＭがしゃがみ動作を開始したと推定して、それを表すために、しゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴを「１」に設定すると同時に、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「０」にリセットする（図１１／ＳＴＥＰ５８）。その後、本処理を終了する。

図１０に戻り、しゃがみ開始推定処理（図１０／ＳＴＥＰ４１）を以上のように実行した後、上述したしゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴが「１」であるか否かを判定する（図１０／ＳＴＥＰ４２）。この判定が肯定で（図１０／ＳＴＥＰ４２…ＹＥＳ）、ユーザＭがしゃがみ動作を開始したと推定されているときには、そのまま本処理を終了する。

一方、この判定が否定であるとき（図１０／ＳＴＥＰ４２…ＮＯ）には、歩行開始推定処理を実行する（図１０／ＳＴＥＰ４３）。この歩行開始推定処理は、立位状態にあるユーザＭが歩行動作を開始したか否かを推定するものであり、具体的には、図１２に示すように実行される。

同図に示すように、まず、Ｖ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ２が成立しているか否かを判定する（図１２／ＳＴＥＰ７０）。このＶｊｕｄ２は、ユーザＭの腰部が確実に前方に動いているか否かを推定するための判定値である。

この判定が否定であるとき（図１２／ＳＴＥＰ７０…ＮＯ）、すなわちユーザＭの腰部が前方に動いていないと推定されるときには、ユーザＭが歩行動作を開始していないと推定して、それを表すために、歩行開始フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＳＴを「０」に設定する（図１２／ＳＴＥＰ７４）。その後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図１２／ＳＴＥＰ７０…ＹＥＳ）には、ＶＡ＿Ｗｙ＞Ｖｊｕｄ３が成立しているか否かを判定する（図１２／ＳＴＥＰ７１）。このＶＡ＿Ｗｙは、ユーザＭの腰部のｙ軸方向速度の絶対値であり、Ｖｊｕｄ３は、ユーザＭが腰部を確実に左右方向に動かしているか否かを判定するための所定の判定値である。なお、本実施形態では、腰部のｙ軸方向速度の絶対値ＶＡ＿Ｗｙが腰移動状態パラメータに相当する。

この判定が否定であるとき（図１２／ＳＴＥＰ７１…ＮＯ）には、上述したように、歩行開始フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＳＴを「０」に設定（図１２／ＳＴＥＰ７４）した後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定で（図１２／ＳＴＥＰ７１…ＹＥＳ）、ユーザＭが腰部を確実に左右方向に動かしていると推定されるときには、ＴＭｗｌｋ＞Ｔｊｕｄ２が成立しているか否かを判定する（図１２／ＳＴＥＰ７２）。このＴＭｗｌｋは、Ｖ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ２＆ＶＡ＿Ｗｙ＞Ｖｊｕｄ３が成立している状態の経過時間であり、Ｔｊｕｄ２は、ユーザＭが腰部を確実に斜め前方に動かしているか否かを判定するための所定の判定値である。

この判定が否定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ７２…ＮＯ）には、上述したように、歩行開始フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＳＴを「０」に設定（図１２／ＳＴＥＰ７４）した後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ７２…ＹＥＳ）には、ユーザＭが歩行動作を開始したと推定して、それを表すために、歩行開始フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＳＴを「１」に設定する（図１２／ＳＴＥＰ７３）。その後、本処理を終了する。

図１０に戻り、歩行開始推定処理（図１０／ＳＴＥＰ４３）を以上のように実行した後、動作開始推定処理を終了する。

一方、前述した判定が否定で（図１０／ＳＴＥＰ４０…ＮＯ）、立位状態フラグＦ＿ＳＴＡＮＤが「０」であるときには、前述した座位状態フラグＦ＿ＳＩＴが「１」であるか否かを判定する（図１０／ＳＴＥＰ４４）。この判定が否定で（図１０／ＳＴＥＰ４４…ＮＯ）、ユーザＭが立位状態及び座位状態にないときには、そのまま本処理を終了する。

一方、この判定が肯定で（図１０／ＳＴＥＰ４４…ＹＥＳ）、ユーザＭが座位状態にあるときには、立ち上がり開始推定処理を実行する（図１０／ＳＴＥＰ４５）。この立ち上がり開始推定処理は、座位状態にあるユーザＭが立ち上がり動作を開始したか否かを推定するものであり、具体的には、図１３に示すように実行される。

同図に示すように、まず、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮが「１」であるか否かを判定する（図１３／ＳＴＥＰ８０）。

この判定が否定であるとき（図１３／ＳＴＥＰ８０…ＮＯ）には、θｈｅａｄ＞θｊｕｄが成立しているか否かを判定する（図１３／ＳＴＥＰ８１）。この判定が否定で（図１３／ＳＴＥＰ８１…ＮＯ）、ユーザＭが前側に俯いていないときには、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「０」に設定する（図１３／ＳＴＥＰ８２）。

次いで、ユーザＭが立ち上がり動作を開始していないと推定して、それを表すために、立ち上がり開始フラグＦ＿ＳＴＡ＿ＳＴを「０」に設定する（図１３／ＳＴＥＰ８３）。その後、本処理を終了する。

一方、上記の判定が肯定で（図１３／ＳＴＥＰ８１…ＹＥＳ）、θｈｅａｄ＞θｊｕｄが成立しているときには、ユーザＭが前側に俯いたと推定して、それを表すために、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「１」に設定する（図１３／ＳＴＥＰ８４）。

以上のように、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「１」に設定したとき、又は前述した判定が肯定で（図１３／ＳＴＥＰ８０…ＹＥＳ）、前回以前のタイミングで頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮが「１」に設定されていたときには、それらに続けて、θｕｐｐｅｒ＞θｊｕｄ２が成立しているか否かを判定する（図１３／ＳＴＥＰ８５）。

このθｕｐｐｅｒは、ユーザＭの上半身の前傾角度であり、腰動作センサ２８及び頭動作センサ２９の検出信号に基づいて算出される。また、θｊｕｄ２は、ユーザＭが立ち上がり動作を開始しているか否かを判定するための所定の判定値である。なお、本実施形態では、上半身の前傾角度θｕｐｐｅｒが前傾状態パラメータに相当する。

この判定が否定であるとき（図１３／ＳＴＥＰ８５…ＮＯ）には、前述したように、立ち上がり開始フラグＦ＿ＳＴＡ＿ＳＴを「０」に設定（図１３／ＳＴＥＰ８３）した後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図１３／ＳＴＥＰ８５…ＹＥＳ）、すなわちユーザＭが上半身を前方に傾けていると推定されるときには、ＴＭｓｔａ＞Ｔｊｕｄ２が成立しているか否かを判定する（図１３／ＳＴＥＰ８６）。このＴＭｓｔａは、θｕｐｐｅｒ＞θｊｕｄ２が成立している状態の経過時間であり、Ｔｊｕｄ２は、ユーザＭが上半身を確実に前方に傾けているか否かを判定するための所定の判定値である。

この判定が否定であるとき（図１３／ＳＴＥＰ８６…ＮＯ）には、前述したように、立ち上がり開始フラグＦ＿ＳＴＡ＿ＳＴを「０」に設定（図１３／ＳＴＥＰ８３）した後、本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図１１／ＳＴＥＰ８６…ＹＥＳ）には、ユーザＭが立ち上がり動作を開始したと推定して、それを表すために、立ち上がり開始フラグＦ＿ＳＴＡ＿ＳＴを「１」に設定すると同時に、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮを「０」にリセットする（図１３／ＳＴＥＰ８７）。その後、本処理を終了する。

図１０に戻り、立ち上がり開始推定処理（図１０／ＳＴＥＰ４５）を以上のように実行した後、動作開始推定処理を終了する。以上のように、図１０の動作開始推定処理では、歩行動作の開始、立ち上がり動作の開始及びしゃがみ動作の開始などが推定される。

次に、図１４を参照しながら、アシスト制御処理について説明する。このアシスト制御処理は、ユーザＭの動作状態に応じて、歩行アシスト装置１を制御するものであり、アシストコントローラ１１によって所定の制御周期で実行される。

同図に示すように、まず、前述した歩行中フラグＦ＿ＷＡＬＫが「１」であるか否かを判定する（図１４／ＳＴＥＰ９０）。この判定が肯定で（図１４／ＳＴＥＰ９０…ＹＥＳ）、ユーザＭが歩行中であるときには、歩行時制御処理を実行する（図１４／ＳＴＥＰ９１）。

この歩行時制御処理では、前述した各種センサ２０～２９の検出信号に応じて、ユーザＭの歩行動作を補助／支援するためのアシスト力が発生するように、駆動装置９が制御される。以上のように、歩行時制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が否定で（図１４／ＳＴＥＰ９０…ＮＯ）、ユーザＭが歩行中でないときには、前述した歩行開始フラグＦ＿ＷＡＬＫ＿ＳＴが「１」であるか否かを判定する（図１４／ＳＴＥＰ９２）。

この判定が肯定で（図１４／ＳＴＥＰ９２…ＹＥＳ）、ユーザＭが歩行動作を開始したときには、上述したように、歩行時制御処理を実行（図１４／ＳＴＥＰ９１）した後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が否定であるとき（図１４／ＳＴＥＰ９２…ＮＯ）には、前述したしゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴが「１」であるか否かを判定する（図１４／ＳＴＥＰ９３）。この判定が肯定で（図１４／ＳＴＥＰ９３…ＹＥＳ）、ユーザＭがしゃがみ動作を開始したときには、しゃがみ時制御処理を実行する（図１４／ＳＴＥＰ９４）。

このしゃがみ時制御処理では、前述した各種センサ２０～２９の検出信号に応じて、ユーザＭのしゃがみ動作を補助／支援するためのアシスト力が発生するように、駆動装置９が制御される。以上のように、しゃがみ時制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が否定であるとき（図１４／ＳＴＥＰ９３…ＮＯ）には、前述した立ち上がり開始フラグＦ＿ＳＴＡ＿ＳＴが「１」であるか否かを判定する（図１４／ＳＴＥＰ９５）。この判定が肯定で（図１４／ＳＴＥＰ９５…ＹＥＳ）、ユーザＭが立ち上がり動作を開始したときには、立ち上がり時制御処理を実行する（図１４／ＳＴＥＰ９６）。

この立ち上がり時制御処理では、前述した各種センサ２０～２９の検出信号に応じて、ユーザＭの立ち上がり動作を補助／支援するためのアシスト力が発生するように、駆動装置９が制御される。以上のように、立ち上がり時制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が否定であるとき（図１４／ＳＴＥＰ９５…ＮＯ）には、通常制御処理を実行する（図１４／ＳＴＥＰ９７）。この通常制御処理では、ユーザＭの動作を補助／支援する必要がある場合には、前述した各種センサ２０～２９の検出信号に応じて、アシスト力が発生するように、駆動装置９が制御される。以上のように、通常制御処理を実行した後、本処理を終了する。

次に、図１５を参照しながら、ユーザＭが立位状態からしゃがみ動作を実行したときの各パラメータの推移などについて説明する。なお、同図のＶＡ＿Ｗｚは、ユーザＭの腰部のｚ軸方向速度の絶対値を表しており、Ｖｊｕｄｚは、ユーザＭが実際に腰を下げ始めたか否かを判定するための所定の判定値である。

同図に示すように、時刻ｔ１で、ユーザＭがしゃがみ動作を開始するのに伴って、ユーザＭの頭部の前傾角度θｈｅａｄが増大し始める。そして、θｈｅａｄ＞θｊｕｄが成立したタイミング（時刻ｔ１）で、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮが「１」に設定される。

その後、ユーザＭが腰部を後方に移動させることにより、ＶＡ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ１が成立する（時刻ｔ２）。そして、ＶＡ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ１が成立したタイミングから、判定値Ｔｊｕｄ１に相当する時間が経過したタイミング（時刻ｔ３）で、ユーザＭがしゃがみ動作を開始したと推定されることにより、しゃがみ開始フラグＦ＿ＳＩＴ＿ＳＴが「１」に設定されると同時に、頭部前傾フラグＦ＿ＨＥＡＤ＿ＤＷＮが「０」に設定される。

それにより、この時刻ｔ３以降、しゃがみ時制御処理が実行されることで、ユーザＭのしゃがみ動作が補助／支援される。この場合、例えば、ＶＡ＿Ｗｚ＞Ｖｊｕｄｚが成立し、ユーザＭの腰部が実際に下がり始めたタイミング（時刻ｔ４）で、歩行アシスト装置１の制御を開始した場合、歩行アシスト装置１がアシスト力を実際に発生するまでの間、歩行アシスト装置１自体がユーザＭのしゃがみ動作を阻害してしまう可能性がある。

これに対して、本実施形態の制御装置１０によれば、ユーザＭの腰部が実際に下がり始めたタイミング（時刻ｔ４）よりも早いタイミング（時刻ｔ３）で、しゃがみ時制御処理が実行されるので、上記のような問題を生じることなく、ユーザＭのしゃがみ動作を適切に支援／補助できることが判る。

以上のように、本実施形態の制御装置１０によれば、左右の足動作センサ２６，２７及び腰動作センサ２８の検出信号に応じて、ユーザＭが立位状態にあるか否かが推定されるとともに、ユーザＭが座位状態にあるか否かが推定される。この場合、左足平部及び右足平部と腰部との位置関係、並びに腰部の高さから、ユーザＭが立位状態にあるか否かを精度よく推定することができるとともに、ユーザＭが座位状態にあるか否を精度よく推定することができる。

また、第３動作センサ２８の検出信号に応じて、腰部のｘ軸方向速度Ｖ＿Ｗｘ及びその絶対値ＶＡ＿Ｗｘが算出され、第４動作センサ２９の検出信号に応じて、頭部の前傾角度θｈｅａｄが算出される。そして、ユーザＭが立位状態にあると推定されている場合において、θｈｅａｄ＞θｊｕｄ、Ｖ＿Ｗｘ＜０及びＶＡ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ１がいずれも成立したときに、ユーザＭのしゃがみ動作が立位状態から開始されたと推定される。

この場合、前述したように、人間が立位状態からしゃがみ動作を開始するときには、頭部の俯き動作及び腰部の後方への移動動作が最初に実行されるので、上記の条件（θｈｅａｄ＞θｊｕｄ、Ｖ＿Ｗｘ＜０、ＶＡ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ１）が成立したことを条件とすることによって、ユーザＭのしゃがみ動作が立位状態から開始されたか否かを精度よく推定することができる。

そして、ユーザＭのしゃがみ動作が開始されたと推定された場合には、しゃがみ動作を支援するように、歩行アシスト装置１が制御されるので、歩行アシスト装置１によってユーザＭのしゃがみ動作を迅速かつ適切に支援することができる。

また、ユーザＭが立位状態にあると推定されている場合において、Ｖ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ２及びＶＡ＿Ｗｙ＞Ｖｊｕｄ３がいずれも成立したときに、ユーザＭの歩行動作が立位状態から開始されたと推定される。前述したように、人間が立位状態から歩行動作を開始するときには、腰部の前方への移動に加えて、腰部の横方向への移動が最初に実行されるので、上記の条件（Ｖ＿Ｗｘ＞Ｖｊｕｄ２及びＶＡ＿Ｗｙ＞Ｖｊｕｄ３）が成立したことを条件とすることによって、ユーザＭの歩行動作が立位状態から開始されたか否かを精度よく推定することができる。

そして、ユーザＭの歩行動作が開始されたと推定された場合には、歩行動作を支援するように、歩行アシスト装置１が制御されるので、歩行アシスト装置１によってユーザＭの歩行動作を迅速かつ適切に支援することができる。

さらに、第３動作センサ２８及び第４動作センサ２９の検出信号に応じて、上半身の前傾角度θｕｐｐｅｒが算出され、ユーザＭが座位状態にあると推定されている場合において、θｈｅａｄ＞θｊｕｄ及びθｕｐｐｅｒ＞θｊｕｄ２がいずれも成立したときに、ユーザＭの立ち上がり動作が座位状態から開始されたと推定される。

この場合、前述したように、人間が座位状態から立ち上がり動作を開始するときには、頭部の俯き動作及び上体の前傾動作が最初に実行されるので、上記の条件（θｈｅａｄ＞θｊｕｄ、θｕｐｐｅｒ＞θｊｕｄ２）が成立したことを条件とすることによって、ユーザＭの立ち上がり動作が座位状態から開始されたか否かを精度よく推定することができる。

そして、ユーザＭの立ち上がり動作が開始されたと推定された場合には、立ち上がり動作を支援するように、歩行アシスト装置１が制御されるので、歩行アシスト装置１によってユーザＭの立ち上がり動作を迅速かつ適切に支援することができる。

なお、実施形態の図１１のしゃがみ開始推定処理において、ＳＴＥＰ５０～５２，５４の処理を省略するとともに、ＳＴＥＰ５６の判定値Ｖｊｕｄ１を図１１よりも大きな値に設定するように構成してもよい。これは、ユーザＭによっては、俯き姿勢Ａ２のときの頭部の傾きが小さい状態で、立位姿勢Ａ１から前傾姿勢Ａ３まで移行する場合があるので、立位姿勢Ａ１から俯き姿勢Ａ２に変化したか否かの判定を省略したときでも、しゃがみ動作の開始を精度よく推定できることによる。

さらに、実施形態の図１１のしゃがみ開始推定処理において、ＳＴＥＰ５５，５６の判定処理に代えて、ユーザＭの上体の傾斜角度が所定値を超えたか否かを判定したり、ユーザＭの上体の傾斜角速度が所定値を超えたか否かを判定したりするとともに、これらの判定が肯定のときに、ＳＴＥＰ５７を実行するように構成してもよい。このように構成した場合でも、しゃがみ動作の開始を精度よく推定することができる。

一方、実施形態の図１２の歩行開始推定処理において、ＳＴＥＰ７０の処理を省略するとともに、ＳＴＥＰ７１の判定値Ｖｊｕｄ３を図１２よりも大きな値に設定するように構成してもよい。これは、ユーザＭによっては、立位姿勢Ｃ１から横傾き姿勢Ｃ２に移行する際に前方への移動量が小さい場合があるので、ユーザＭが前方に移動したか否かの判定を省略したときでも、歩行動作の開始を精度よく推定できることによる。

また、実施形態の図１３の立ち上がり開始推定処理において、ＳＴＥＰ８０～８２，８４の処理を省略するとともに、ＳＴＥＰ８５の判定値θｊｕｄ２を図１３よりも大きな値に設定するように構成してもよい。これは、ユーザＭによっては、俯き姿勢Ｂ２のときの頭部の傾きが小さい状態で、座位姿勢Ｂ１から前傾姿勢Ｂ３まで移行する場合があるので、座位姿勢Ｂ１から俯き姿勢Ｂ２に変化したか否かの判定を省略したときでも、立ち上がり動作の開始を精度よく推定できることによる。

一方、実施形態は、腰移動状態パラメータとして、腰部のｘ軸方向速度Ｖ＿Ｗｘ、腰部のｘ軸方向速度の絶対値ＶＡ＿Ｗｘ、及び腰部のｙ軸方向速度の絶対値ＶＡ＿Ｗｙを用いた例であるが、本発明の腰移動状態パラメータは、これらに限らず、ユーザの腰部の移動状態を表すものであればよい。例えば、腰移動状態パラメータとして、腰部のｘ軸方向加速度及びｙ軸方向速度や、これらの絶対値を用いてもよい。

また、実施形態は、前傾状態パラメータとして、上半身の前傾角度θｕｐｐｅｒを用いた例であるが、本発明の前傾状態パラメータは、これに限らず、ユーザＭの上半身の前傾状態を表すものであればよい。例えば、前傾状態パラメータとして、上半身の前傾角速度（又は前傾角加速度）を用いてもよく、その場合には、実施形態の図１３の立ち上がり開始推定処理において、ＳＴＥＰ８５の判定処理に代えて、ユーザＭの上体の前傾角速度（又は前傾角加速度）が所定値を超えたか否かを判定してもよい。

さらに、前傾状態パラメータとして、ユーザＭの上体の頭部の中心位置とユーザＭの腰部の中心位置との位置関係を用いてもよく、その場合には、実施形態の図１３の立ち上がり開始推定処理において、ＳＴＥＰ８５の判定処理に代えて、上体の頭部の中心位置が腰部の中心位置よりも所定値分、前側に位置しているか否かを判定すればよい。

また、実施形態は、動作支援装置として、アクティブ型の歩行アシスト装置１を用いた例であるが、本発明の動作支援装置はこれに限らず、人間の少なくとも下半身の動作を支援するものであればよい。例えば、動作支援装置として、人間の下半身に加えて、上半身の動作を支援するアクティブ型のアシスト装置を用いてもよい。さらに、動作支援装置として、動力源を持たないパッシブ型の歩行アシスト装置を用いてもよい。

一方、実施形態は、第１動作センサとして、左足動作センサ２６を用いた例であるが、本発明の第１動作センサは、これに限らず、左足平部の動作を検出するためのものであればよい。例えば、第１動作センサとして、加速度センサやジャイロセンサなどを用いてもよい。また、左足動作センサ２６をユーザの左足平部に直接装着してもよい。

また、実施形態は、第２動作センサとして、右足動作センサ２７を用いた例であるが、本発明の第２動作センサは、これに限らず、右足平部の動作を検出するためのものであればよい。例えば、第２動作センサとして、加速度センサやジャイロセンサなどを用いてもよい。また、右足動作センサ２７をユーザの右足平部に直接装着してもよい。

さらに、実施形態は、第３動作センサとして、腰動作センサ２８を用いた例であるが、本発明の第３動作センサは、これに限らず、腰部の動作を検出するためのものであればよい。例えば、第３動作センサとして、加速度センサやジャイロセンサなどを用いてもよい。また、腰動作センサ２８を、歩行アシスト装置１の着座部材２に設けてもよい。

一方、実施形態は、第４動作センサとして、頭動作センサ２９を用いた例であるが、本発明の第４動作センサは、これに限らず、頭部の動作を検出するためのものであればよい。例えば、第４動作センサとして、加速度センサやジャイロセンサなどを用いてもよい。

Ｍ ユーザ
１ 歩行アシスト装置（動作支援装置）
１０ 制御装置
１１ アシストコントローラ（立位状態推定部、腰移動状態パラメータ算出部、動作推 定部、制御部、前傾角度算出部、座位状態推定部、前傾状態パラメータ算出部）
２６ 左足動作センサ（第１動作センサ）
２７ 右足動作センサ（第２動作センサ）
２８ 腰動作センサ（第３動作センサ）
２９ 頭動作センサ（第４動作センサ）
Ｖ＿Ｗｘ 腰部のｘ軸方向速度（腰移動状態パラメータ）
ＶＡ＿Ｗｘ 腰部のｘ軸方向速度の絶対値（腰移動状態パラメータ）
ＶＡ＿Ｗｙ 腰部のｙ軸方向速度の絶対値（腰移動状態パラメータ）
θｈｅａｄ 頭部の前傾角度
θｕｐｐｅｒ 上半身の前傾角度（前傾状態パラメータ）

Claims (4)

1. ユーザの少なくとも下半身の動作を支援するために当該ユーザに装着される動作支援装置の制御装置であって、
   前記ユーザの左足平部の動作を検出可能な第１動作センサと、
   前記ユーザの右足平部の動作を検出可能な第２動作センサと、
   前記ユーザの腰部の動作を検出可能な第３動作センサと、
   前記第１～第３動作センサの検出信号に応じて、前記ユーザが立位状態にあるか否かを推定する立位状態推定部と、
   前記第３動作センサの前記検出信号に応じて、前記ユーザの前記腰部の移動状態を表す腰移動状態パラメータを算出する腰移動状態パラメータ算出部と、
   前記ユーザが前記立位状態にあると推定されている場合において、前記腰移動状態パラメータが前記ユーザの前記腰部の後方への移動を示す所定範囲内の値になったときに、前記ユーザのしゃがみ動作が前記立位状態から開始されたと推定する動作推定部と、
   前記ユーザの前記しゃがみ動作が開始されたと推定された場合には、当該しゃがみ動作を支援するように、前記動作支援装置を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする動作支援装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の動作支援装置の制御装置において、
   前記ユーザの頭部の動作を検出可能な第４動作センサと、
   前記第４動作センサの検出信号に応じて、前記ユーザの前記頭部の前傾角度を算出する頭部前傾角度算出部と、をさらに備え、
   前記動作推定部は、前記ユーザが前記立位状態にあると推定されている場合において、前記腰移動状態パラメータが前記所定範囲内の値になるとともに前記ユーザの前記頭部の前記前傾角度が第２所定範囲内の値になったときに、前記ユーザの前記しゃがみ動作が前記立位状態から開始されたと推定することを特徴とする動作支援装置の制御装置。
3. ユーザの少なくとも下半身の動作を支援するために当該ユーザに装着される動作支援装置の制御装置であって、
   前記ユーザの左足平部の動作を検出可能な第１動作センサと、
   前記ユーザの右足平部の動作を検出可能な第２動作センサと、
   前記ユーザの腰部の動作を検出可能な第３動作センサと、
   前記第１～第３動作センサの検出信号に応じて、前記ユーザが立位状態にあるか否かを推定する立位状態推定部と、
   前記第３動作センサの前記検出信号に応じて、前記ユーザの前記腰部の移動状態を表す腰移動状態パラメータを算出する腰移動状態パラメータ算出部と、
   前記ユーザが前記立位状態にあると推定されている場合において、前記腰移動状態パラメータが前記ユーザの前記腰部の横方向への移動を示す所定範囲内の値になったときに、前記ユーザの歩行動作が前記立位状態から開始されたと推定する動作推定部と、
   前記ユーザの前記歩行動作が開始されたと推定された場合には、当該歩行動作を支援するように、前記動作支援装置を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする動作支援装置の制御装置。
4. 請求項３に記載の動作支援装置の制御装置において、
   前記動作推定部は、前記ユーザが前記立位状態にあると推定されている場合において、前記腰移動状態パラメータが前記腰部の横方向への移動を示す前記所定範囲内の値になりかつ前記腰部の前方への移動を示す第３所定範囲内の値になったときに、前記ユーザの前記歩行動作が前記立位状態から開始されたと推定することを特徴とする動作支援装置の制御装置。

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