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公開番号2025000519
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-07
出願番号2023100405
出願日2023-06-19
発明の名称歩行補助装置、制御装置、及び制御プログラム
出願人学校法人早稲田大学
代理人弁理士法人ドライト国際特許事務所
主分類A61H 3/00 20060101AFI20241224BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】歩行者の歩行動作の変化に迅速に対応して、目標歩行周期を推定することができる歩行補助装置を提供する。
【解決手段】歩行者の脚部に装着され、歩行者の歩行動作を支援する歩行補助装置1は、歩行者の歩行動作に補助力を付与するアクチュエータ16と、歩行者の歩行動作を検出する歩行動作検出部18と、検出された歩行者の歩行動作に基づいて、歩行者の目標歩行周期を推定する歩行周期推定部211と、推定された目標歩行周期に基づいて、アクチュエータ16の制御目標値を生成する制御目標値生成部212と、生成された制御目標値に基づいて、アクチュエータ16の駆動を制御する駆動制御部20と、を備える。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
歩行者の脚部に装着され、前記歩行者の歩行動作を支援する歩行補助装置であって、
前記歩行者の歩行動作に補助力を付与するアクチュエータと、
前記歩行者の歩行動作を検出する歩行動作検出部と、
前記歩行動作検出部により検出された前記歩行者の歩行動作に基づいて、前記歩行者の目標歩行周期を推定する歩行周期推定部と、
前記歩行周期推定部により推定された目標歩行周期に基づいて、前記アクチュエータの制御目標値を生成する制御目標値生成部と、
前記制御目標値生成部により生成された制御目標値に基づいて、前記アクチュエータの駆動を制御する駆動制御部と、を備える、
歩行補助装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記制御目標値生成部は、前記アクチュエータの動作が、前記歩行動作検出部により検出された前記歩行者の歩行動作に先行するように制御目標値を生成し、前記歩行者の歩行動作が制御目標値に達するまで待機する、
請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記制御目標値生成部は、前記歩行周期推定部により推定された目標歩行周期を、前記歩行者の歩行動作に応じた複数のフェーズに分割し、それぞれのフェーズに応じて前記アクチュエータの制御目標値を生成する、
請求項２に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記歩行者の脚部の関節位置に回動力を付与するサーボモータから構成され、
前記制御目標値生成部は、前記歩行周期推定部により推定された目標歩行周期に基づいて、目標歩行率を算出し、前記目標歩行率に応じた目標歩幅を算出し、予め計測された前記歩行者の歩幅と前記歩行者の脚部の関節位置の関節角度振幅値の関係に基づいて、前記アクチュエータの目標回動角度振幅値を制御目標値として算出する、
請求項３に記載の歩行補助装置。
【請求項５】
前記歩行周期推定部は、前記歩行動作検出部により検出された前記歩行者の踵部の接地から、前記歩行者のつま先部の接地までの時間に応じて目標歩行周期を推定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項６】
前記歩行周期推定部は、前記歩行動作検出部により検出された複数回の歩行周期を平均して目標歩行周期を推定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項７】
前記歩行周期推定部は、前記歩行動作検出部により検出された前記歩行者の歩数と、それぞれの歩数における複数の歩行周期との関係の線形近似を行うことにより、目標歩行周期を推定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項８】
前記歩行周期推定部は、前記歩行動作検出部により検出された前記歩行者の歩数と、それぞれの歩数における複数の歩行周期との関係の曲線近似を行うことにより、目標歩行周期を推定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項９】
前記歩行周期推定部は、前記歩行動作検出部により検出された前記歩行者の歩数と、それぞれの歩数における複数の歩行周期との関係の線形近似を行った第１の目標歩行周期と、曲線近似を行った第２の目標歩行周期とを比較して、直前に検出された歩行周期に近い歩行周期を選択して、前記目標歩行周期を推定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項１０】
歩行者の歩行動作に補助力を付与するアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動を制御する駆動制御部と、
前記歩行者の歩行動作を検出する歩行動作検出部と、を備え、前記歩行者の脚部に装着される歩行補助装置を制御する制御装置であって、
前記歩行動作検出部により検出された前記歩行者の歩行動作に基づいて、前記歩行者の目標歩行周期を推定する歩行周期推定部と、
前記歩行周期推定部により推定された目標歩行周期に基づいて、前記アクチュエータの制御目標値を生成する制御目標値生成部と、
前記制御目標値生成部により生成された制御目標値を前記駆動制御部に出力する制御目標値出力部と、を備える、
制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行補助装置、制御装置、及び制御プログラムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、高齢者の人口増加に伴い、高齢者等の歩行訓練や運動促進を図り、脳卒中等を予防し、高齢者の健常な状態を維持することは重要である。しかし、高齢者等の歩行動作は、健常な成人に比較して歩幅が短くなり、足を上げた際につま先の高さが低くなるため、歩行障害を示す傾向がある。このため、従来、歩行者の歩行動作をアクチュエータにより補助する歩行補助装置が利用されている。歩行補助装置は、歩行者の歩行動作を検出し、その歩行動作に応じてアクチュエータを制御することにより、歩行者の歩行動作を補助している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ロボティックスーツの各関節部における歩行者自身の力とスーツの補助力の相互作用力をトルクセンサにより検出し、歩行者とスーツの同調の度合いを調整した後、神経振動子モデルにより解析して、各関節部の目標角度を求め、各関節部における現在角度と目標角度との差に基づいて、アクチュエータをフィードバック制御する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、歩行者に対して股関節、膝関節等の脚体関節回りのトルクを付与できる歩行補助装置において、歩行者が歩行リズムを変化させたときに、歩行補助リズムがこれに追随するように変化し、変化した歩行補助リズムに基づいて、トルクを付与するアクチュエータを制御する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、底屈及び背屈方向に揺動可能な下腿部装着体に対して、踵部及びつま先部に設けられたセンサにより、踵部及びつま先部が接地状態にあるかを検出し、歩行者の歩行動作の１周期を３相以上のどの位相にあるかを判別し、判別された位相に応じて下腿部装着体の足裏載置部の踵部やつま先部に、ＥＲ流体や気体を用いて抗力を付与する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献１から特許文献３に開示された技術は、いずれも歩行者の歩行動作を検出し、歩行者の歩行動作に追従してアクチュエータの補助力により歩行動作を補助する技術であり、歩行補助装置が率先して動き、歩行動作を促進するものではない。高齢者等の歩行訓練や運動促進を図るには、歩行者に健常者の正しい歩行動作を促し、歩行者を正しい歩行動作に導く歩行補助装置が要望されている。このため、本発明者らは、非特許文献１及び非特許文献２に示すように、歩行者の歩行中の感情と筋疲労の状態に応じて歩行周期と歩幅の目標値を自動調整する歩行補助装置を検討してきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１２－０６６３７５号公報
特開２００４－０７３６４９号公報
特開２００６－３２６１８５号公報
【非特許文献】
【０００８】
Yunfan Li, et. al., Development of automatic controlled walking assistive device based on fatigue and emotion detection, JRM, Vol.34, No.6, pp.1383-1397,2022.
李雲帆・ゴン渝凱・田中英一郎，歩行補助装置を自動制御するためのウエアブル感情疲労評価システム，MDT2021，1203，(2021)．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１及び非特許文献２に開示された歩行補助装置は、歩行者の感情や筋疲労の状態を検出し、検出結果により最適な目標歩行周期の推定を行っているため、目標歩行周期を推定するのに時間を要し、歩行者の歩行動作の変化に迅速に対応することができないという課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、歩行者の歩行動作の変化に迅速に対応して、目標歩行周期を推定することができる歩行補助装置、制御装置、及び制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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