歩行支援装置
【課題】安定的固定と装着感の両者を満足させることを目的とする。
【解決手段】固定具によって装置を脚に固定するが、固定具による締付力を変更する固定具アクチュエータを設けることにより、歩行支援装置の締付力を可変にする。そして、歩行支援装置１は、各姿勢センサや反力センサの検出値から、各関節アシストアクチュエータに対する歩行アシスト力を決定し出力することで歩行を支援する。一方、決定した各関節アクチュエータに対する歩行アシスト力が所定の閾値を超えるかどうかを判断し、超えている場合には大きなアシスト力を無駄なく脚に作用させるために、固定具アクチュエータを駆動して締付力を強くする。一方、歩行アシスト力が所定閾値以下の場合には、アシスト力の伝達（作用）よりも歩行支援対象者の装着感を優先して、締付力を弱くする。
【解決手段】固定具によって装置を脚に固定するが、固定具による締付力を変更する固定具アクチュエータを設けることにより、歩行支援装置の締付力を可変にする。そして、歩行支援装置１は、各姿勢センサや反力センサの検出値から、各関節アシストアクチュエータに対する歩行アシスト力を決定し出力することで歩行を支援する。一方、決定した各関節アクチュエータに対する歩行アシスト力が所定の閾値を超えるかどうかを判断し、超えている場合には大きなアシスト力を無駄なく脚に作用させるために、固定具アクチュエータを駆動して締付力を強くする。一方、歩行アシスト力が所定閾値以下の場合には、アシスト力の伝達（作用）よりも歩行支援対象者の装着感を優先して、締付力を弱くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行支援装置に関し、例えば、歩行をアシストするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、介護ビジネスなどを中心に、人の動作（歩行や持ち上げなど）に使われる筋力を補助する装着型ロボット（パワーアシストスーツ）などが開発されている。
装着型ロボットには、アシスト箇所として、上半身の筋力を補助するもの、下半身の筋力を補助するもの、あるいは、全身の筋力を補助するものなど各種のものがある。
また、装着型ロボットの用途も、健常者用から高齢者・障害者の補助用などがある。
【０００３】
装着型ロボットは、例えば、装着者の筋電から筋肉の動きを解析したり、関節各部に配置した姿勢センサで検出される装着者の動きを解析することで、当該動きに必要な関節モーメントを算出し、これに応じた必要なアシスト力を発生させている。これによって、装着者は、重量物の持ち上げや歩行を楽に行うことができる。
【０００４】
このような技術として動作補助装着具（特許文献１）が提案されている。
この動作補助装着具は、上部アーム、中間アーム、下部アーム間を回転自在に接合するジョイントが設けられ、当該ジョイントがアクチュエータにより駆動されることで、必要なパワーをアシストするようになっている。
そして、動作補助装置は、中間アームと下部アームに取り付けられた面ファスナー等の固定具により、装着者の太腿（上腿）やふくらはぎ（下腿）に固定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９５５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、歩行支援装置は所定のアシスト力を脚に作用させることで歩行支援を行うものであるから、装置を身体に固定するための固定具は、装置の機能を活かすためにも、その固定力、すなわち締め付け力が強いことが望ましい。
その反面、付け心地や体表面の血流の阻害など健康面から考えれば固定具の締め付け力は弱いことが望ましい。
しかし、特許文献１記載の動作補助装置を含め、従来の歩行支援装置では、装着者（歩行支援対象者）に装置を固定するための固定具の固定力は、一旦固定した後は一定であった。なお、装着者が改めて固定し直すことで固定力を変えることは可能であるが、変更した後の固定力は一定である。
そのため、装置を安定的に固定すると共にアシスト力を無駄なく脚に作用させるための要求と、圧迫感を無くし違和感の少ない装着感にするための要求の両者を満足させることはできなかった。
そこで、本発明は安定的固定と装着感の両者を満足させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１に記載の発明では、歩行支援対象者の歩行を支援する歩行支援装置であって、前記歩行支援対象者に対して装置を固定する固定手段と、前記歩行支援対象者の各脚に対する歩行アシスト力を決定する歩行アシスト力決定手段と、前記決定した歩行アシスト力の大きさに応じて前記固定手段による締付力を変更する締付力制御手段と、前記決定した歩行アシスト力を前記歩行支援対象者の脚部に作用させて歩行をアシストする歩行アシスト手段と、を具備することを特徴とする歩行支援装置を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記締付力変更手段は、前記歩行アシスト力が所定の閾値以上の場合に強い締付力とし、閾値よりも小さい場合に弱い締付力とする、ことを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記歩行アシスト手段は、前記歩行支援対象者の腰部に対応して配置される腰関節アクチュエータと、膝関節に対応して配設される膝関節アクチュエータを備え、前記固定手段は、上腿を固定する上腿装着部と、下腿を固定する下腿装着部を備え、前記歩行アシスト力決定手段は、前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力と、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力を決定し、前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて前記上腿装着部による上腿の締付力を変更し、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて下腿装着部による下腿の締付力を変更する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歩行支援装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、締付力可変型の固定具を使用し、アシスト力に応じて締付力を変えるようにしたので、安定的固定と装着感の両者を装着者に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】歩行支援装置の装着状態を示した図である。
【図２】各装着部により歩行支援装置を固定した状態を表した説明図である。
【図３】固定具と固定具アクチュエータの断面を表した説明図である。
【図４】固定具アクチュエータ他の例について表した説明図である。
【図５】他の固定具と固定具アクチュエータの断面を表した説明図である。
【図６】歩行支援装置のシステム構成を示した図である。
【図７】歩行アシスト処理の動作を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）実施形態の概要
歩行支援装置１は、装着者（歩行支援対象者）の筋電から筋肉の動きを解析したり、関節各部に配置した姿勢センサで検出される装着者の動きを解析することで、当該動きに必要な関節モーメントを算出し、これに応じた必要なアシスト力を発生させることで各関節の動作を支援する。例えば、股関節アシストアクチュエータ１７で股関節の動作を支援し、膝関節アシストアクチュエータ１８で膝関節の動作を支援し、足首関節アシストアクチュエータ１９で足首関節の動作を支援する。
即ち歩行支援装置１は、装着者が歩行のために関節モーメントを発生させる際に、各アシストアクチュエータを駆動して装着者が発生させる関節モーメントを軽減する。
【００１１】
本実施形態の歩行支援装置１では、固定具によって装置を脚に固定するが、固定具による締付力を変更する固定具アクチュエータを設けることにより、締付力を可変にする。
そして、歩行支援装置１は、各姿勢センサや反力センサの検出値から、各関節アシストアクチュエータに対する歩行アシスト力を決定し出力することで歩行を支援する。
一方、決定した各関節アクチュエータに対する歩行アシスト力が所定の閾値を超えるかどうかを判断し、超えている場合には大きなアシスト力を無駄なく脚に作用させるために、固定具アクチュエータを駆動して締付力を強くする。
一方、歩行アシスト力が所定閾値以下の場合には、アシスト力の伝達（作用）よりも歩行支援対象者の装着感を優先して、締付力を弱くする（又はデフォルトで決められた締付力とする）。
【００１２】
（２）実施形態の詳細
図１は歩行支援装置１の装着状態を示した図である。
歩行支援装置１は、装着者の腰部及び下肢に装着し、装着者の歩行を支援（アシスト）するものである。
歩行支援装置１は、腰部装着部２１、上腿装着部２２、下腿装着部２３、足装着部２４、上腿連結部材２６、下腿連結部材２７、制御装置２、つま先反力センサ１０、踵反力センサ１１、つま先姿勢センサ１２、踵姿勢センサ１３、腰姿勢センサ１４、上腿姿勢センサ１５、下腿姿勢センサ１６、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９などを備えている。
なお、腰部装着部２１、制御装置２、腰姿勢センサ１４以外は、左右の両脚用に各部が設けられており、それぞれの検出値が出力されるようになっている。
但し、つま先反力センサ１０、踵反力センサ１１については、反力の検出が不要である実施例の場合には、両センサに変えてつま先接地センサ、踵接地センサを備えるようにしてもよい。
【００１３】
腰部装着部２１は、装着者の腰部の周囲に取り付けられ歩行支援装置１を固定する。
腰姿勢センサ１４は、腰部装着部２１に取り付けられ、ジャイロなどによって腰部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、腰部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１４】
制御装置２は、腰部装着部２１に取り付けられ、歩行支援装置１の動作を制御する。
股関節アシストアクチュエータ１７は、装着者の股関節と同じ高さに設けられており、腰部装着部２１に対して上腿連結部材２６を前後方向に駆動する。なお、股関節アシストアクチュエータ１７を３軸アクチュエータとして横方向にも駆動するように構成することもできる。
【００１５】
上腿連結部材２６は、装着者の上腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、股関節アシストアクチュエータ１７と膝関節アシストアクチュエータ１８を連結する。
上腿装着部２２は、外側が上腿連結部材２６の内側に固定されており、内側が装着者の上腿に固定される。本実施形態の上腿装着部２２は、後述するが、上腿固定具アクチュエータ２２１を備えており、上腿を動作を支援（アシスト）する股関節アシストアクチュエータ１７の出力値（歩行アシスト力）に応じて、上腿の締付力が制御されるようになっている。
上腿姿勢センサ１５は、上腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、上腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１６】
膝関節アシストアクチュエータ１８は、装着者の膝関節と同じ高さに設けられており、上腿連結部材２６に対して下腿連結部材２７を前後方向に駆動する。
下腿連結部材２７は、装着者の下腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、膝関節アシストアクチュエータ１８と足首関節アシストアクチュエータ１９を連結する。
【００１７】
下腿装着部２３は、外側が下腿連結部材２７の内側に固定されており、内側が装着者の下腿に固定される。本実施形態の下腿装着部２３は、後述するが、下腿固定アクチュエータ２３１を備えており、下腿を動作を支援（アシスト）する膝関節アシストアクチュエータ１７の出力値（歩行アシスト力）に応じて、下腿の締付力が制御されるようになっている。
下腿姿勢センサ１６は、下腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、下腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１８】
足首関節アシストアクチュエータ１９は、装着者の足首関節と同じ高さに設けられており、下腿連結部材２７に対して足装着部２４のつま先を上下する方向に駆動する。
足装着部２４は、装着者の足部（足の甲、及び足裏）に固定される。一般に、足指の付け根の関節は歩行の際に屈曲するが、足装着部２４も足指の付け根の部分が足指に従って屈曲するようになっている。
【００１９】
つま先姿勢センサ１２と踵姿勢センサ１３は、それぞれ、足装着部２４の先端と後端に設置され、それぞれ、つま先と踵の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、つま先や踵の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００２０】
つま先反力センサ１０は、足装着部２４の足裏部前方に設置され、つま先の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
踵反力センサ１１は、足装着部２４の足裏部後方に設置され、踵の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
以上のように構成された歩行支援装置１は、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９を駆動することにより、装着者の歩行を支援する。
【００２１】
図２は、各装着部２１〜２４による歩行支援装置１を固定した状態を表したものであり、図２（ａ)は正面の状態を、図２（ｂ）は右側面の状態を表している。
なお、図２（ａ）では、図を簡略化するため右脚のみ装着した状態を表している。但し、歩行支援装置１は、図１に示すように、腰部装着部２１に左脚用の各部が配置されており、両脚に装着するのが一般的であるが、片方の脚だけに支援が必要な装着者に対しては、図２に示すように右脚又は左脚だけの装置を装着する場合もある。
【００２２】
腰部装着部２１は、腰固定具２１０を備えており、腰固定具２１０を腰に締め付けることで、歩行支援装置１全体を支えるようになっている。
足装着部２４は、足固定具２４０と足裏部品２４１を備えている。足裏部品２４１は、金属で形成された足を載せる足裏部品２４１と、この足裏部品２４１に取り付けられた足固定具２４０とを備えている。
腰固定具２１０と足固定具２４０は、面ファスナーなどにより腰や足を固定するが、一度固定した締付力は一定で可変ではない。但し足固定具２４０については、足固定具アクチュエータを設け、他の固定具アクチュエータと同様にして、足首関節アシストアクチュエータ１９によるアシスト力に応じて（所定閾値以上になるか否かに応じて）締付力を変更するようにしてもよい。
【００２３】
上腿装着部２２は、上腿固定具２２０と上腿固定具アクチュエータ２２１を備えている。上腿固定具２２０は、幅広のベルトを上腿に巻き付けることで上腿連結部材２６を上腿に固定する。上腿固定具アクチュエータ２２１は、上腿を動作を支援する股関節アシストアクチュエータ１７の歩行アシスト力に応じて、上腿固定具２２０による上腿の締付力を制御する。
下腿装着部２２は、下腿固定具２３０と下腿固定具アクチュエータ２３１を備えている。下腿固定具は、幅広のベルトを下腿に巻き付けることで下腿連結部２７を下腿に固定する。下腿固定具アクチュエータ２３１は、下腿を動作を支援する膝関節アシストアクチュエータ１８の歩行アシスト力に応じて、下腿固定具２３０による上腿の締付力を制御する。
【００２４】
次に、図３〜図５を参照して、本実施形態で使用可能な、上腿固定具２２０と上腿固定具アクチュエータ２２１について説明する。
下腿固定具２３０と下腿固定具アクチュエータ２３１については、固定対象の太さ（径）が異なるだけで同一構造であるため説明は省略する。
なお、図３と図５では、上腿固定具２２０、上腿固定具アクチュエータ２２１との位置関係を解り易くするために、上腿固定具２２０と上腿Ａとの間に隙間を設けているが、実際には上腿Ａに密着した状態で巻かれるものである。
【００２５】
図３は、上腿装着部２２で上腿連結部材２６を上腿Ａに装着した状態の断面図である。
上腿装着部２２の固定部２２０は、第１ベルト２２０ａ、第２ベルト２２０ｂ、及び金属環２２０ｃから構成されている。
第１ベルト２２０ａの一端側は上腿連結部材２６に固定され、他端側は開放端になっている。
第２ベルト２２０ｂの一端側も上腿連結部材２６に固定され、他端も開放端になっている。第２ベルトの開放端側は、端部の外側面と、それより所定距離だけ内側の外側面には、面ファスナー２２０ｅの対が取り付けられている。
【００２６】
第１ベルト２２０ａ、第２ベルト２２０ｂで上腿Ａを固定する場合、第１ベルト２２０ａを内側にして第２ベルト２２０ｂを上腿外周に巻き、第２ベルト２００ｂの開放端側を金属環２２０ｃに通した状態で折り返し、面ファスナー２２０ｅで固定する。この際、金属環２２０ｅを通した第２ベルト２２０ｂの開放端側を引っ張ることで、固定強度と固定位置を調整する。
なお、第２ベルト２２０ｂを第１ベルト２２０ａに固定する場合、面ファスナー２２０ｅを使用する以外に、ラチェット式の結合具を使用するようにしてもよい（他の上腿固定具アクチュエータ２２１も同じ）。
【００２７】
上腿連結部材２６には上腿固定具アクチュエータ２２１が取り付けられている。なお、上腿固定具アクチュエータ２２１は、上腿連結部材２６内に収容するように固定保持されるようにしてもよい。
この上腿固定具アクチュエータ２２１は、内部に固定配置されたモータ２２１ａと、締付力変更ベルト２２１ｃを備えている。
締付力変更ベルト２２１の一端側は、縫製部２２１ｘにおいて第１ベルトに縫い付けられている。この締付力変更ベルト２２１ｃは、第２ベルト２２０ｂの折り返し部分と対向するように金属環２２０ｃを通って折り返し、他端側の端部がモータ２２１ａの軸２２１ｂに固定されている。
【００２８】
モータ２２１ａは、正逆両方向の回転が可能で、所定トルク（締付力強）となるまで回転した時点で回転が固定されるようになっている。回転の固定は、機械的なロック作用により固定することもできる。
モータ２２１ａは、上腿連結部２６内に配置された図示しない配線により制御装置２の締付力決定部７に接続されている。モータ２２１ａは、この締付力決定部７で決定した締付力に従い、締付力変更ベルト２２１ｃを巻き取り、と巻き戻しを行うことで、締付力の強弱を調整することができる。
【００２９】
図４は、人工筋肉の１種として知られているマッキベン型のアクチュエータを使用した上腿固定具アクチュエータ２２１の説明図である。なお、図４では、上腿固定具アクチュエータ２２１について示し、上腿固定具２２０については図３と同様なので、同一の符号を付してその一部だけを表している。
図４に示すように、上腿固定具アクチュエータ２２１は、このマッキベン型のアクチュエータとして、シリコーンゴム等のゴム部材からなる筒状体２２１ｄを備えている。この筒状体２２１の外側に合成繊維を網状に編んだ筒状のスリーブ２２１ｅで覆っている。
そして、筒状体２２１ｄの一端側を蓋部材で密閉し、この蓋部材に締付力変更ベルト２２１ｃ（図３と同じ）の端部が固定されている。なお、締付力変更ベルト２２１ｃは上腿Ａの長さに合わせて幅広に形成されるため、マッキベン型アクチュエータを複数並べて配置し、それぞれの蓋部材に締付力変更ベルト２２１ｃの端部を固定するようにしてもよい。
【００３０】
筒状体２２１の反対側（他端側）も蓋部材で密閉され、この蓋部材には空気導出管２２１ｆが貫通配置されている。この空気導出管２２１ｆには筒状体２２１ｄに空気を供給及び排出（導出）するための空気導出機構を備えている。この空気導出機構は、空気導出管２２１ｆに接続された図示しない電磁三方弁と、この電磁三方弁に接続された同じく図示しない圧縮空気供給装置を備えている。
そして、この圧縮空気導出管２２１ｆから筒状体２２１に供給する空気の量や圧力を、電磁三方弁の開閉で制御することによって、締付力変更ベルト２２１ｃを上腿連結部材２６側に引っ張る力が変更される。
すなわち、空気導出管２２１ｆから筒状体２２１ｄに供給する空気の量を中に調節してる状態（図４（ａ）の状態）から、電磁三方弁を制御して供給する空気量を多くすると図４（ｂ）に示すように、筒状体２２１ｄはスリーブ２２１ｅで制約されながら膨張する（径が大きくなる）。これにより、筒状体２２１ｄは、その長さがＬだけ短くなり、締付力変更ベルト２２１ｃを上腿連結部材２６側に引っ張ることになり、その結果、上腿固定具２２０による上腿Ａの締付力が大きくなる。
一方、図４（ｂ）に示す、大きな締付力の状態から締付力を弱める場合には、図示しない電磁三方弁を制御し、筒状体２２１ｄ内の空気の一部を空気導出管２２１ｆ及び電磁三方弁から外部に抜くことで、図４（ａ）の状態に戻り、その結果締付力が弱まる。
なお、図４において、一端が筒状体２２１ｄに固定されている締付力変更ベルト２２１ｃは、図３で説明したと同様に、金属環２２０ｃを通って折り返し、端部が第１ベルト２２０ａに固定されている。
【００３１】
このマッキベン型のアクチュエータを使用した場合には、モータを使用した場合に比べて、バネやゴム等と同じような弾性力を伴う締付力の変更を行うことができる。
また、締付力の変更として強弱の２種類であればオン、オフ信号を出力するだけでよく制御が簡単である。
【００３２】
図５は、上腿固定具アクチュエータ２２１として、エアバッグ２２１ｆを使用した場合を表したものである。
図３、４で説明した両上腿固定具アクチュエータ２２１では、上腿Ａに巻いているベルト（第２ベルト２２０ｂと、締付力変更ベルト２２１ｃ）の全体の長さ（周方向の長さ）を変更することで、上腿Ａの締付力を変更している。
これに対して図５の上腿固定具アクチュエータ２２１では、上腿Ａに巻いて固定したベルトの長さは変更せず、上腿Ａの外周と接しているベルト内周面の断面積を変更することで締付力を変更するものである。
【００３３】
この図５に示す上腿装着部２２の固定具２２０は、第１ベルト２２０ａと第２ベルト２２０ｆを備えている。
第１ベルト２２０ａは一端側が上腿連結部２６に固定されており、他端が開放端となっている。第２ベルト２２０ｆは、一端側が上腿連結部２６に固定されており、他端側が開放端となっている。
第１ベルト２２０ａの開放端外側（大腿Ａと接していない側）と、第２ベルト２２０ｆの開放端内側には、１対の面ファスナー２２０ｅが取り付けられており、この面ファスナー２２０ｅの貼り付け位置によって当初の締付力が決まる。
【００３４】
そして、第１ベルト２２０ａ、上腿連結部材２６、第２ベルト２２０ｆの内側には、上腿固定具アクチュエータ２２１の一部として機能するエアバッグ２２１ｆが３つ配設されている。
エアバッグ２２１ｇの個数や取り付け位置については任意であるが、図５の例では、第２ベルト２２０ｆの内側（上腿Ａ側）に２つのエアバッグ２２１ｇが取り付けられ、上腿連結部材２６の内側にエアバッグ２２１ｇが１つ取り付けられている。
上腿固定具アクチュエータ２２１としては、図示しないが、このエアバッグ２２１ｇに空気を供給及び排出（導出）するための空気導出機構を備えている。この空気導出機構としては図４で説明した筒状体２２１ｄに空気を導出する空気導出機構と同様である。
【００３５】
この上腿固定具アクチュエータ２２１では、図５（ａ）の状態から、エアバッグ２２１ｇに空気を供給すると、図５（ｂ）に示すようにエアバッグ２２１ｇが膨張して大腿Ａの締付力が大きくなる。
この状態で、エアバッグ２２１に供給していた空気を抜くことで締付力が弱まり、図５（ａ）に示す状態となる。
【００３６】
なお、エアバッグ２２１ｇも、筒状体２２１ｅ（図３）も、共に空気の供給と排出により締付力を変更するものであるが、空気の排出については、エアバッグ２２２１ｇ、筒状体２２１ｅ内の空気圧によって内部の空気が自然と排出されるようになっている。
これに対して、締付力大の状態（空気が供給されている状態）から、エアバッグ２２１ｇも、筒状体２２１ｅ内の空気を積極的に吸気する吸気機構を設けることとで、締付力を弱める速度を速めるようにしてもよい。これにより、締付力の強弱を変更する場合のレスポンスを高めることができる。
【００３７】
なお図５では、第２ベルト２２０ｆが、第１ベルト２２０ａよりも長く形成されている場合について表しているが、大腿Ａや下腿の太さに合わせた汎用的な合計長さと、面ファスナー２２０ｅによる貼り付け位置の調節に必要な長さがあれば、両ベルトの長さをどの様な割合にしてもよい。但し、上腿連結部材２６が脚の外側にくるため、面ファスナー２２０ｅによる貼り付け位置をどの位置にするか（身体の全面側、後側、両脚の間）により決める場合が多い。
また、図３、図４、図５の場合に共通するが、第１ベルト２２０ａと第２ベルト２２０ｂ、ｆは共に一端が上腿連結部材２６に固定されている場合について説明したが、上腿連結部材２６の内部、又は内側において連結していてもよい。
【００３８】
図６は、歩行支援装置１のシステム構成を示した図である。
制御装置２は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、時間を計測する手段としての時計、記憶部、各種インターフェースなどを備えた電子制御ユニットであり、歩行支援装置１の各部を電子制御する。
【００３９】
制御装置２は、また、ＣＰＵで記憶部に記憶された歩行支援プログラム等の各種プログラムを実行することにより構成される、センサ情報取得部３、各種パラメータ算出部４、歩行動作判定部５、歩行シーン判定部６、締付力決定部７、歩行アシスト力決定部８を備えている。
センサ情報取得部３は、つま先反力センサ１０〜下腿姿勢センサ１６の各センサから検出値を取得する。センサ情報取得部３で取得した各センサの検出値は、歩行動作の判定や、歩行シーンの判定等に使用される。
【００４０】
各種パラメータ算出部４は、センサ情報取得部３で取得した検出値から、各関節の角度や位置を求めることで歩行パラメータ値（重複歩調と重複歩距離）を算出する。
ここで、１側の踵が接地してから次に同側の踵が接地するまでの動作を重複歩といい、この重複歩における一連の動作を歩行周期という。そして、重複歩における踵の両接地点間の距離を重複歩距離といい、１分間当たりの重複歩数（重複歩数／分）を重複歩調という。
【００４１】
歩行動作判定部５は、装着者の動作が屈伸運動や足踏み動作などの歩行以外の動作なのか、それとも実際に歩行している動作なのかを判定する。
歩行シーン判定部６は、センサ情報取得部３で取得した検出値から、装着者の歩行している歩行シーンを判定する。判定対象となる歩行シーンとしては、歩行面種類（平地、上り階段、下り階段、上り坂道、下り坂道）の５種類がある。
なお、上記歩行シーン５種類のそれぞれに対して、前進歩行と後進歩行の歩行方向を区別することで、合計１０の歩行シーンを検出するようにしてもよい。
【００４２】
締付力決定部７は、歩行アシスト力決定部８で決定した股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８に出力させる各アシスト力の大きさに応じて、上腿装着部２２の締付力、下腿装着部２３の締付力を決定し、決定した締付力となるように上腿固定具アクチュエータ２２１、下腿固定具アクチュエータ２３１を駆動する。
なお、締付力決定部７は、両荷重センサ１０、１１の出力から、足にかかる床反力を算出し、床反力の大きさに応じて、足装着部２４又は／及び下腿装着部２３の締付力を変更するようにしてもよい。
歩行アシスト力決定部８は、左右両足のそれぞれに配置されている股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９に出力させるアシスト力を決定し、これに従ってこれら関節アシストアクチュエータを駆動する。なお、アシスト力とは、歩行支援装置１がアシストアクチュエータを駆動して脚部に作用させるモーメント（トルク）である。
【００４３】
次に、本実施形態の歩行支援装置による歩行アシスト処理について説明する。
図７は、歩行アシスト処理の動作について表したフローチャートである。
以下の処理は、制御装置２のＣＰＵが歩行支援プログラムに従って行うものであり、各センサからの信号の検出は、センサ情報取得部３が行い、固定具アクチュエータ２２１、２３１に対する締付力の決定は締付力決定部７が行い、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９に対するアシスト力の決定は、歩行アシスト力決定部８が行う。
【００４４】
まず、装着者が歩行周期を開始すると、ＣＰＵは、各センサ１０〜１６の出力値を取得する（ステップ１１）。
そして、ＣＰＵは、検出した検出値から歩行状態各脚の状態を求め、各関節に対する歩行アシスト力を決定する（ステップ１２）。すなわち、ＣＰＵは、各姿勢センサ１２〜１６の検出値から、各関節の角度を求め、現在の脚の状態における各関節に作用している関節モーメントを算出する。
そして算出した各関節の関節モーメントの大きさに所定のアシスト率（例えば、５０％）を乗じることで、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９から出力すべき歩行アシスト力を決定する。
【００４５】
次に、ＣＰＵは、歩行アシスト力が閾値Ｔ以上か否かを判断する（ステップ１３）。
すなわち、ＣＰＵは、股関節アシストアクチュエータ１７から出力する歩行アシスト力が所定の閾値Ｔ１を超えているか、膝関節アシストアクチュエータ１８から出力する歩行アシスト力が所定の閾値Ｔ２を超えているか否かを判断する。
【００４６】
ＣＰＵは、歩行アシスト力が閾値以上である場合（ステップ１３；Ｙ）、締付力を強に決定し（ステップ１４）、閾値を超えていない場合（ステップ１３；Ｎ）、締付力をデフォルト（装着の際に装着者が固定具で決めた締付力＝弱）に決定する（ステップ１５）。
すなわち、ＣＰＵは、股関節アシストアクチュエータ１７の歩行アシスト力が閾値Ｔ１以上である場合、上腿固定具アクチュエータ２２１による締付力を強、超えていない場合デフォルト（弱）に決定する。
またＣＰＵは、膝関節アシストアクチュエータ１８の歩行アシスト力が閾値Ｔ２以上である場合、下腿固定具アクチュエータ２３１による締付力を強、超えていない場合デフォルト（弱）に決定する。
【００４７】
次にＣＰＵは、ステップ１４、１５で決定した締付力（強、弱）に応じて、各固定具アクチュエータ２２１、２３１を駆動して、締付力を変更又は維持する（ステップ１６）。
更に、ＣＰＵは、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９をそれぞれ決定した歩行アシスト力が出力されるように制御する（ステップ１７）。
【００４８】
そしてＣＰＵは、歩行支援装置１の電源がオフされたか判断し（ステップ１８）、オフでないと判断した場合（ステップ１８；Ｎ）ステップ１１に戻って歩行支援を継続し、オフと判断した場合（ステップ１８；Ｙ）、歩行支援処理を終了する。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、上腿装着部２２、下腿装着部２３による上腿、下腿の締付力を固定具アクチュエータにより変更可能な構造としたので、次の様な効果を得ることができる。
歩行アシスト力に応じて締付力を変更するので、装置の安定的な固定力を得ると共に、心地よい装着感を得ることができる。
すなわち、歩行アシスト力が弱い場合に拘束力を弱くすることで、人体への負担を軽減したり、快適な装着感を与えることができる。
また、歩行アシスト力が大きい場合には拘束力を強くすることで、各関節アシストアクアクチュエータ１７、１８によるアシスト力を効率良く伝達することができ、更に、装具ズレの発生を低減することができる。
更に、歩行に合わせて上腿、下腿の締付力の強弱が変化するため、脚に対するマッサージ効果を得ることができ、歩行中の疲労を軽減することができる。
【００５０】
以上、本発明の歩行支援装置１における１実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、締付力の強弱を決定するための、閾値Ｔ１、Ｔ２を一定値としたが、これを歩行状態によって変更する（異なる値を使用）するようにしてもよい。
例えば、歩行アシスト力の増加率がプラスの場合（増加している場合）の閾値Ｔ１ｄ、Ｔ２ｄとマイナスの場合（減少している場合）の閾値Ｔ１ｅ、Ｔ２ｅに差を設ける（Ｔ１ｄ＜Ｔ１ｅ、Ｔ２ｄ＜Ｔ２ｅ）ようにしても良い。これにより、歩行アシスト力が増加する場合には早めに締付力を強くし、アシスト力が減少する場合にも早めに締付力を弱くすることができる。
【００５１】
更に、立脚相にある脚は身体を支える必要があることから、遊脚相にある脚の閾値よりも低く設定してもよい。例えば、遊脚相にある脚に対する歩行アシスト力の閾値Ｔ１ａ、Ｔ２ａに対して、立脚相にある脚に対する歩行アシスト力の閾値を閾値値Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ（Ｔ１ｂ＜Ｔ１ａ、Ｔ２ｂ＜Ｔ２ａ）としてもよい。
また、立脚相側の閾値Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂを、両反力センサ１０、１１の出力値α、βに応じて可変にしてもよい（Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ＝ｆ（α、β））。この場合、床反力が大きいほど閾値Ｔ３、Ｔ４を小さくする。
【００５２】
歩行アシスト力（トルク）の決定には、公知の各種方法を用いて決定するようにしてもよい。
例えば、説明した特許文献１に記載された方法により、装着者の筋電から筋肉の動きを解析することで歩行アシスト力を決定してもよい。
また、特開２００１１ー１４７５５６に記載された方法によって歩行アシスト力（指令トルクＴｋ）を決定するようにしてもよい。
【００５３】
固定具駆動アクチュエータの構成について図３〜図５を参照して３種類説明したが、締付力変更ベルト２２１ｃに対する引っ張り力を他の方法で変更するアクチュエータを使用することも可能である。
【００５４】
また、説明した実施形態では、締付力として強と弱（デフォルト）の２段階で変更する場合について説明したが、より多くの多段階（強、中、弱の３段階、４段階等）、更に、無段階で変更するようにしてもよい。この場合、閾値を各段階に応じた数の閾値を設けるようにする。
また、説明した実施形態では、締付力の強弱に応じて固定具アクチュエータの出力が決められていたが、上腿装着部２２、下腿装着部２３のそれぞれに、締付力を検出する締付圧力センサを設け、その検出値から締付力が所定の値（強、弱、無段階等）に成るように制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１ 歩行支援装置
２ 制御装置
３ センサ情報取得部
４ 各種パラメータ算出部
５ 歩行動作判定部
６ 歩行シーン判定部
７ 記憶部
８ 歩行アシスト力決定部
１０ つま先反力センサ
１１ 踵反力センサ
１２ つま先姿勢センサ
１３ 踵姿勢センサ
１４ 腰姿勢センサ
１５ 上腿姿勢センサ
１６ 下腿姿勢センサ
１７ 股関節アシストアクチュエータ
１８ 膝関節アシストアクチュエータ
１９ 足首関節アシストアクチュエータ
２１ 腰部装着部
２２ 上腿装着部
２２０ 上腿固定具
２２１ 上腿固定具アクチュエータ
２３ 下腿装着部
２４ 足装着部
２６ 上腿連結部材
２７ 下腿連結部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行支援装置に関し、例えば、歩行をアシストするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、介護ビジネスなどを中心に、人の動作（歩行や持ち上げなど）に使われる筋力を補助する装着型ロボット（パワーアシストスーツ）などが開発されている。
装着型ロボットには、アシスト箇所として、上半身の筋力を補助するもの、下半身の筋力を補助するもの、あるいは、全身の筋力を補助するものなど各種のものがある。
また、装着型ロボットの用途も、健常者用から高齢者・障害者の補助用などがある。
【０００３】
装着型ロボットは、例えば、装着者の筋電から筋肉の動きを解析したり、関節各部に配置した姿勢センサで検出される装着者の動きを解析することで、当該動きに必要な関節モーメントを算出し、これに応じた必要なアシスト力を発生させている。これによって、装着者は、重量物の持ち上げや歩行を楽に行うことができる。
【０００４】
このような技術として動作補助装着具（特許文献１）が提案されている。
この動作補助装着具は、上部アーム、中間アーム、下部アーム間を回転自在に接合するジョイントが設けられ、当該ジョイントがアクチュエータにより駆動されることで、必要なパワーをアシストするようになっている。
そして、動作補助装置は、中間アームと下部アームに取り付けられた面ファスナー等の固定具により、装着者の太腿（上腿）やふくらはぎ（下腿）に固定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９５５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、歩行支援装置は所定のアシスト力を脚に作用させることで歩行支援を行うものであるから、装置を身体に固定するための固定具は、装置の機能を活かすためにも、その固定力、すなわち締め付け力が強いことが望ましい。
その反面、付け心地や体表面の血流の阻害など健康面から考えれば固定具の締め付け力は弱いことが望ましい。
しかし、特許文献１記載の動作補助装置を含め、従来の歩行支援装置では、装着者（歩行支援対象者）に装置を固定するための固定具の固定力は、一旦固定した後は一定であった。なお、装着者が改めて固定し直すことで固定力を変えることは可能であるが、変更した後の固定力は一定である。
そのため、装置を安定的に固定すると共にアシスト力を無駄なく脚に作用させるための要求と、圧迫感を無くし違和感の少ない装着感にするための要求の両者を満足させることはできなかった。
そこで、本発明は安定的固定と装着感の両者を満足させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１に記載の発明では、歩行支援対象者の歩行を支援する歩行支援装置であって、前記歩行支援対象者に対して装置を固定する固定手段と、前記歩行支援対象者の各脚に対する歩行アシスト力を決定する歩行アシスト力決定手段と、前記決定した歩行アシスト力の大きさに応じて前記固定手段による締付力を変更する締付力制御手段と、前記決定した歩行アシスト力を前記歩行支援対象者の脚部に作用させて歩行をアシストする歩行アシスト手段と、を具備することを特徴とする歩行支援装置を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記締付力変更手段は、前記歩行アシスト力が所定の閾値以上の場合に強い締付力とし、閾値よりも小さい場合に弱い締付力とする、ことを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記歩行アシスト手段は、前記歩行支援対象者の腰部に対応して配置される腰関節アクチュエータと、膝関節に対応して配設される膝関節アクチュエータを備え、前記固定手段は、上腿を固定する上腿装着部と、下腿を固定する下腿装着部を備え、前記歩行アシスト力決定手段は、前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力と、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力を決定し、前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて前記上腿装着部による上腿の締付力を変更し、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて下腿装着部による下腿の締付力を変更する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歩行支援装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、締付力可変型の固定具を使用し、アシスト力に応じて締付力を変えるようにしたので、安定的固定と装着感の両者を装着者に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】歩行支援装置の装着状態を示した図である。
【図２】各装着部により歩行支援装置を固定した状態を表した説明図である。
【図３】固定具と固定具アクチュエータの断面を表した説明図である。
【図４】固定具アクチュエータ他の例について表した説明図である。
【図５】他の固定具と固定具アクチュエータの断面を表した説明図である。
【図６】歩行支援装置のシステム構成を示した図である。
【図７】歩行アシスト処理の動作を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）実施形態の概要
歩行支援装置１は、装着者（歩行支援対象者）の筋電から筋肉の動きを解析したり、関節各部に配置した姿勢センサで検出される装着者の動きを解析することで、当該動きに必要な関節モーメントを算出し、これに応じた必要なアシスト力を発生させることで各関節の動作を支援する。例えば、股関節アシストアクチュエータ１７で股関節の動作を支援し、膝関節アシストアクチュエータ１８で膝関節の動作を支援し、足首関節アシストアクチュエータ１９で足首関節の動作を支援する。
即ち歩行支援装置１は、装着者が歩行のために関節モーメントを発生させる際に、各アシストアクチュエータを駆動して装着者が発生させる関節モーメントを軽減する。
【００１１】
本実施形態の歩行支援装置１では、固定具によって装置を脚に固定するが、固定具による締付力を変更する固定具アクチュエータを設けることにより、締付力を可変にする。
そして、歩行支援装置１は、各姿勢センサや反力センサの検出値から、各関節アシストアクチュエータに対する歩行アシスト力を決定し出力することで歩行を支援する。
一方、決定した各関節アクチュエータに対する歩行アシスト力が所定の閾値を超えるかどうかを判断し、超えている場合には大きなアシスト力を無駄なく脚に作用させるために、固定具アクチュエータを駆動して締付力を強くする。
一方、歩行アシスト力が所定閾値以下の場合には、アシスト力の伝達（作用）よりも歩行支援対象者の装着感を優先して、締付力を弱くする（又はデフォルトで決められた締付力とする）。
【００１２】
（２）実施形態の詳細
図１は歩行支援装置１の装着状態を示した図である。
歩行支援装置１は、装着者の腰部及び下肢に装着し、装着者の歩行を支援（アシスト）するものである。
歩行支援装置１は、腰部装着部２１、上腿装着部２２、下腿装着部２３、足装着部２４、上腿連結部材２６、下腿連結部材２７、制御装置２、つま先反力センサ１０、踵反力センサ１１、つま先姿勢センサ１２、踵姿勢センサ１３、腰姿勢センサ１４、上腿姿勢センサ１５、下腿姿勢センサ１６、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９などを備えている。
なお、腰部装着部２１、制御装置２、腰姿勢センサ１４以外は、左右の両脚用に各部が設けられており、それぞれの検出値が出力されるようになっている。
但し、つま先反力センサ１０、踵反力センサ１１については、反力の検出が不要である実施例の場合には、両センサに変えてつま先接地センサ、踵接地センサを備えるようにしてもよい。
【００１３】
腰部装着部２１は、装着者の腰部の周囲に取り付けられ歩行支援装置１を固定する。
腰姿勢センサ１４は、腰部装着部２１に取り付けられ、ジャイロなどによって腰部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、腰部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１４】
制御装置２は、腰部装着部２１に取り付けられ、歩行支援装置１の動作を制御する。
股関節アシストアクチュエータ１７は、装着者の股関節と同じ高さに設けられており、腰部装着部２１に対して上腿連結部材２６を前後方向に駆動する。なお、股関節アシストアクチュエータ１７を３軸アクチュエータとして横方向にも駆動するように構成することもできる。
【００１５】
上腿連結部材２６は、装着者の上腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、股関節アシストアクチュエータ１７と膝関節アシストアクチュエータ１８を連結する。
上腿装着部２２は、外側が上腿連結部材２６の内側に固定されており、内側が装着者の上腿に固定される。本実施形態の上腿装着部２２は、後述するが、上腿固定具アクチュエータ２２１を備えており、上腿を動作を支援（アシスト）する股関節アシストアクチュエータ１７の出力値（歩行アシスト力）に応じて、上腿の締付力が制御されるようになっている。
上腿姿勢センサ１５は、上腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、上腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１６】
膝関節アシストアクチュエータ１８は、装着者の膝関節と同じ高さに設けられており、上腿連結部材２６に対して下腿連結部材２７を前後方向に駆動する。
下腿連結部材２７は、装着者の下腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、膝関節アシストアクチュエータ１８と足首関節アシストアクチュエータ１９を連結する。
【００１７】
下腿装着部２３は、外側が下腿連結部材２７の内側に固定されており、内側が装着者の下腿に固定される。本実施形態の下腿装着部２３は、後述するが、下腿固定アクチュエータ２３１を備えており、下腿を動作を支援（アシスト）する膝関節アシストアクチュエータ１７の出力値（歩行アシスト力）に応じて、下腿の締付力が制御されるようになっている。
下腿姿勢センサ１６は、下腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、下腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１８】
足首関節アシストアクチュエータ１９は、装着者の足首関節と同じ高さに設けられており、下腿連結部材２７に対して足装着部２４のつま先を上下する方向に駆動する。
足装着部２４は、装着者の足部（足の甲、及び足裏）に固定される。一般に、足指の付け根の関節は歩行の際に屈曲するが、足装着部２４も足指の付け根の部分が足指に従って屈曲するようになっている。
【００１９】
つま先姿勢センサ１２と踵姿勢センサ１３は、それぞれ、足装着部２４の先端と後端に設置され、それぞれ、つま先と踵の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、つま先や踵の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００２０】
つま先反力センサ１０は、足装着部２４の足裏部前方に設置され、つま先の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
踵反力センサ１１は、足装着部２４の足裏部後方に設置され、踵の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
以上のように構成された歩行支援装置１は、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９を駆動することにより、装着者の歩行を支援する。
【００２１】
図２は、各装着部２１〜２４による歩行支援装置１を固定した状態を表したものであり、図２（ａ)は正面の状態を、図２（ｂ）は右側面の状態を表している。
なお、図２（ａ）では、図を簡略化するため右脚のみ装着した状態を表している。但し、歩行支援装置１は、図１に示すように、腰部装着部２１に左脚用の各部が配置されており、両脚に装着するのが一般的であるが、片方の脚だけに支援が必要な装着者に対しては、図２に示すように右脚又は左脚だけの装置を装着する場合もある。
【００２２】
腰部装着部２１は、腰固定具２１０を備えており、腰固定具２１０を腰に締め付けることで、歩行支援装置１全体を支えるようになっている。
足装着部２４は、足固定具２４０と足裏部品２４１を備えている。足裏部品２４１は、金属で形成された足を載せる足裏部品２４１と、この足裏部品２４１に取り付けられた足固定具２４０とを備えている。
腰固定具２１０と足固定具２４０は、面ファスナーなどにより腰や足を固定するが、一度固定した締付力は一定で可変ではない。但し足固定具２４０については、足固定具アクチュエータを設け、他の固定具アクチュエータと同様にして、足首関節アシストアクチュエータ１９によるアシスト力に応じて（所定閾値以上になるか否かに応じて）締付力を変更するようにしてもよい。
【００２３】
上腿装着部２２は、上腿固定具２２０と上腿固定具アクチュエータ２２１を備えている。上腿固定具２２０は、幅広のベルトを上腿に巻き付けることで上腿連結部材２６を上腿に固定する。上腿固定具アクチュエータ２２１は、上腿を動作を支援する股関節アシストアクチュエータ１７の歩行アシスト力に応じて、上腿固定具２２０による上腿の締付力を制御する。
下腿装着部２２は、下腿固定具２３０と下腿固定具アクチュエータ２３１を備えている。下腿固定具は、幅広のベルトを下腿に巻き付けることで下腿連結部２７を下腿に固定する。下腿固定具アクチュエータ２３１は、下腿を動作を支援する膝関節アシストアクチュエータ１８の歩行アシスト力に応じて、下腿固定具２３０による上腿の締付力を制御する。
【００２４】
次に、図３〜図５を参照して、本実施形態で使用可能な、上腿固定具２２０と上腿固定具アクチュエータ２２１について説明する。
下腿固定具２３０と下腿固定具アクチュエータ２３１については、固定対象の太さ（径）が異なるだけで同一構造であるため説明は省略する。
なお、図３と図５では、上腿固定具２２０、上腿固定具アクチュエータ２２１との位置関係を解り易くするために、上腿固定具２２０と上腿Ａとの間に隙間を設けているが、実際には上腿Ａに密着した状態で巻かれるものである。
【００２５】
図３は、上腿装着部２２で上腿連結部材２６を上腿Ａに装着した状態の断面図である。
上腿装着部２２の固定部２２０は、第１ベルト２２０ａ、第２ベルト２２０ｂ、及び金属環２２０ｃから構成されている。
第１ベルト２２０ａの一端側は上腿連結部材２６に固定され、他端側は開放端になっている。
第２ベルト２２０ｂの一端側も上腿連結部材２６に固定され、他端も開放端になっている。第２ベルトの開放端側は、端部の外側面と、それより所定距離だけ内側の外側面には、面ファスナー２２０ｅの対が取り付けられている。
【００２６】
第１ベルト２２０ａ、第２ベルト２２０ｂで上腿Ａを固定する場合、第１ベルト２２０ａを内側にして第２ベルト２２０ｂを上腿外周に巻き、第２ベルト２００ｂの開放端側を金属環２２０ｃに通した状態で折り返し、面ファスナー２２０ｅで固定する。この際、金属環２２０ｅを通した第２ベルト２２０ｂの開放端側を引っ張ることで、固定強度と固定位置を調整する。
なお、第２ベルト２２０ｂを第１ベルト２２０ａに固定する場合、面ファスナー２２０ｅを使用する以外に、ラチェット式の結合具を使用するようにしてもよい（他の上腿固定具アクチュエータ２２１も同じ）。
【００２７】
上腿連結部材２６には上腿固定具アクチュエータ２２１が取り付けられている。なお、上腿固定具アクチュエータ２２１は、上腿連結部材２６内に収容するように固定保持されるようにしてもよい。
この上腿固定具アクチュエータ２２１は、内部に固定配置されたモータ２２１ａと、締付力変更ベルト２２１ｃを備えている。
締付力変更ベルト２２１の一端側は、縫製部２２１ｘにおいて第１ベルトに縫い付けられている。この締付力変更ベルト２２１ｃは、第２ベルト２２０ｂの折り返し部分と対向するように金属環２２０ｃを通って折り返し、他端側の端部がモータ２２１ａの軸２２１ｂに固定されている。
【００２８】
モータ２２１ａは、正逆両方向の回転が可能で、所定トルク（締付力強）となるまで回転した時点で回転が固定されるようになっている。回転の固定は、機械的なロック作用により固定することもできる。
モータ２２１ａは、上腿連結部２６内に配置された図示しない配線により制御装置２の締付力決定部７に接続されている。モータ２２１ａは、この締付力決定部７で決定した締付力に従い、締付力変更ベルト２２１ｃを巻き取り、と巻き戻しを行うことで、締付力の強弱を調整することができる。
【００２９】
図４は、人工筋肉の１種として知られているマッキベン型のアクチュエータを使用した上腿固定具アクチュエータ２２１の説明図である。なお、図４では、上腿固定具アクチュエータ２２１について示し、上腿固定具２２０については図３と同様なので、同一の符号を付してその一部だけを表している。
図４に示すように、上腿固定具アクチュエータ２２１は、このマッキベン型のアクチュエータとして、シリコーンゴム等のゴム部材からなる筒状体２２１ｄを備えている。この筒状体２２１の外側に合成繊維を網状に編んだ筒状のスリーブ２２１ｅで覆っている。
そして、筒状体２２１ｄの一端側を蓋部材で密閉し、この蓋部材に締付力変更ベルト２２１ｃ（図３と同じ）の端部が固定されている。なお、締付力変更ベルト２２１ｃは上腿Ａの長さに合わせて幅広に形成されるため、マッキベン型アクチュエータを複数並べて配置し、それぞれの蓋部材に締付力変更ベルト２２１ｃの端部を固定するようにしてもよい。
【００３０】
筒状体２２１の反対側（他端側）も蓋部材で密閉され、この蓋部材には空気導出管２２１ｆが貫通配置されている。この空気導出管２２１ｆには筒状体２２１ｄに空気を供給及び排出（導出）するための空気導出機構を備えている。この空気導出機構は、空気導出管２２１ｆに接続された図示しない電磁三方弁と、この電磁三方弁に接続された同じく図示しない圧縮空気供給装置を備えている。
そして、この圧縮空気導出管２２１ｆから筒状体２２１に供給する空気の量や圧力を、電磁三方弁の開閉で制御することによって、締付力変更ベルト２２１ｃを上腿連結部材２６側に引っ張る力が変更される。
すなわち、空気導出管２２１ｆから筒状体２２１ｄに供給する空気の量を中に調節してる状態（図４（ａ）の状態）から、電磁三方弁を制御して供給する空気量を多くすると図４（ｂ）に示すように、筒状体２２１ｄはスリーブ２２１ｅで制約されながら膨張する（径が大きくなる）。これにより、筒状体２２１ｄは、その長さがＬだけ短くなり、締付力変更ベルト２２１ｃを上腿連結部材２６側に引っ張ることになり、その結果、上腿固定具２２０による上腿Ａの締付力が大きくなる。
一方、図４（ｂ）に示す、大きな締付力の状態から締付力を弱める場合には、図示しない電磁三方弁を制御し、筒状体２２１ｄ内の空気の一部を空気導出管２２１ｆ及び電磁三方弁から外部に抜くことで、図４（ａ）の状態に戻り、その結果締付力が弱まる。
なお、図４において、一端が筒状体２２１ｄに固定されている締付力変更ベルト２２１ｃは、図３で説明したと同様に、金属環２２０ｃを通って折り返し、端部が第１ベルト２２０ａに固定されている。
【００３１】
このマッキベン型のアクチュエータを使用した場合には、モータを使用した場合に比べて、バネやゴム等と同じような弾性力を伴う締付力の変更を行うことができる。
また、締付力の変更として強弱の２種類であればオン、オフ信号を出力するだけでよく制御が簡単である。
【００３２】
図５は、上腿固定具アクチュエータ２２１として、エアバッグ２２１ｆを使用した場合を表したものである。
図３、４で説明した両上腿固定具アクチュエータ２２１では、上腿Ａに巻いているベルト（第２ベルト２２０ｂと、締付力変更ベルト２２１ｃ）の全体の長さ（周方向の長さ）を変更することで、上腿Ａの締付力を変更している。
これに対して図５の上腿固定具アクチュエータ２２１では、上腿Ａに巻いて固定したベルトの長さは変更せず、上腿Ａの外周と接しているベルト内周面の断面積を変更することで締付力を変更するものである。
【００３３】
この図５に示す上腿装着部２２の固定具２２０は、第１ベルト２２０ａと第２ベルト２２０ｆを備えている。
第１ベルト２２０ａは一端側が上腿連結部２６に固定されており、他端が開放端となっている。第２ベルト２２０ｆは、一端側が上腿連結部２６に固定されており、他端側が開放端となっている。
第１ベルト２２０ａの開放端外側（大腿Ａと接していない側）と、第２ベルト２２０ｆの開放端内側には、１対の面ファスナー２２０ｅが取り付けられており、この面ファスナー２２０ｅの貼り付け位置によって当初の締付力が決まる。
【００３４】
そして、第１ベルト２２０ａ、上腿連結部材２６、第２ベルト２２０ｆの内側には、上腿固定具アクチュエータ２２１の一部として機能するエアバッグ２２１ｆが３つ配設されている。
エアバッグ２２１ｇの個数や取り付け位置については任意であるが、図５の例では、第２ベルト２２０ｆの内側（上腿Ａ側）に２つのエアバッグ２２１ｇが取り付けられ、上腿連結部材２６の内側にエアバッグ２２１ｇが１つ取り付けられている。
上腿固定具アクチュエータ２２１としては、図示しないが、このエアバッグ２２１ｇに空気を供給及び排出（導出）するための空気導出機構を備えている。この空気導出機構としては図４で説明した筒状体２２１ｄに空気を導出する空気導出機構と同様である。
【００３５】
この上腿固定具アクチュエータ２２１では、図５（ａ）の状態から、エアバッグ２２１ｇに空気を供給すると、図５（ｂ）に示すようにエアバッグ２２１ｇが膨張して大腿Ａの締付力が大きくなる。
この状態で、エアバッグ２２１に供給していた空気を抜くことで締付力が弱まり、図５（ａ）に示す状態となる。
【００３６】
なお、エアバッグ２２１ｇも、筒状体２２１ｅ（図３）も、共に空気の供給と排出により締付力を変更するものであるが、空気の排出については、エアバッグ２２２１ｇ、筒状体２２１ｅ内の空気圧によって内部の空気が自然と排出されるようになっている。
これに対して、締付力大の状態（空気が供給されている状態）から、エアバッグ２２１ｇも、筒状体２２１ｅ内の空気を積極的に吸気する吸気機構を設けることとで、締付力を弱める速度を速めるようにしてもよい。これにより、締付力の強弱を変更する場合のレスポンスを高めることができる。
【００３７】
なお図５では、第２ベルト２２０ｆが、第１ベルト２２０ａよりも長く形成されている場合について表しているが、大腿Ａや下腿の太さに合わせた汎用的な合計長さと、面ファスナー２２０ｅによる貼り付け位置の調節に必要な長さがあれば、両ベルトの長さをどの様な割合にしてもよい。但し、上腿連結部材２６が脚の外側にくるため、面ファスナー２２０ｅによる貼り付け位置をどの位置にするか（身体の全面側、後側、両脚の間）により決める場合が多い。
また、図３、図４、図５の場合に共通するが、第１ベルト２２０ａと第２ベルト２２０ｂ、ｆは共に一端が上腿連結部材２６に固定されている場合について説明したが、上腿連結部材２６の内部、又は内側において連結していてもよい。
【００３８】
図６は、歩行支援装置１のシステム構成を示した図である。
制御装置２は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、時間を計測する手段としての時計、記憶部、各種インターフェースなどを備えた電子制御ユニットであり、歩行支援装置１の各部を電子制御する。
【００３９】
制御装置２は、また、ＣＰＵで記憶部に記憶された歩行支援プログラム等の各種プログラムを実行することにより構成される、センサ情報取得部３、各種パラメータ算出部４、歩行動作判定部５、歩行シーン判定部６、締付力決定部７、歩行アシスト力決定部８を備えている。
センサ情報取得部３は、つま先反力センサ１０〜下腿姿勢センサ１６の各センサから検出値を取得する。センサ情報取得部３で取得した各センサの検出値は、歩行動作の判定や、歩行シーンの判定等に使用される。
【００４０】
各種パラメータ算出部４は、センサ情報取得部３で取得した検出値から、各関節の角度や位置を求めることで歩行パラメータ値（重複歩調と重複歩距離）を算出する。
ここで、１側の踵が接地してから次に同側の踵が接地するまでの動作を重複歩といい、この重複歩における一連の動作を歩行周期という。そして、重複歩における踵の両接地点間の距離を重複歩距離といい、１分間当たりの重複歩数（重複歩数／分）を重複歩調という。
【００４１】
歩行動作判定部５は、装着者の動作が屈伸運動や足踏み動作などの歩行以外の動作なのか、それとも実際に歩行している動作なのかを判定する。
歩行シーン判定部６は、センサ情報取得部３で取得した検出値から、装着者の歩行している歩行シーンを判定する。判定対象となる歩行シーンとしては、歩行面種類（平地、上り階段、下り階段、上り坂道、下り坂道）の５種類がある。
なお、上記歩行シーン５種類のそれぞれに対して、前進歩行と後進歩行の歩行方向を区別することで、合計１０の歩行シーンを検出するようにしてもよい。
【００４２】
締付力決定部７は、歩行アシスト力決定部８で決定した股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８に出力させる各アシスト力の大きさに応じて、上腿装着部２２の締付力、下腿装着部２３の締付力を決定し、決定した締付力となるように上腿固定具アクチュエータ２２１、下腿固定具アクチュエータ２３１を駆動する。
なお、締付力決定部７は、両荷重センサ１０、１１の出力から、足にかかる床反力を算出し、床反力の大きさに応じて、足装着部２４又は／及び下腿装着部２３の締付力を変更するようにしてもよい。
歩行アシスト力決定部８は、左右両足のそれぞれに配置されている股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９に出力させるアシスト力を決定し、これに従ってこれら関節アシストアクチュエータを駆動する。なお、アシスト力とは、歩行支援装置１がアシストアクチュエータを駆動して脚部に作用させるモーメント（トルク）である。
【００４３】
次に、本実施形態の歩行支援装置による歩行アシスト処理について説明する。
図７は、歩行アシスト処理の動作について表したフローチャートである。
以下の処理は、制御装置２のＣＰＵが歩行支援プログラムに従って行うものであり、各センサからの信号の検出は、センサ情報取得部３が行い、固定具アクチュエータ２２１、２３１に対する締付力の決定は締付力決定部７が行い、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９に対するアシスト力の決定は、歩行アシスト力決定部８が行う。
【００４４】
まず、装着者が歩行周期を開始すると、ＣＰＵは、各センサ１０〜１６の出力値を取得する（ステップ１１）。
そして、ＣＰＵは、検出した検出値から歩行状態各脚の状態を求め、各関節に対する歩行アシスト力を決定する（ステップ１２）。すなわち、ＣＰＵは、各姿勢センサ１２〜１６の検出値から、各関節の角度を求め、現在の脚の状態における各関節に作用している関節モーメントを算出する。
そして算出した各関節の関節モーメントの大きさに所定のアシスト率（例えば、５０％）を乗じることで、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９から出力すべき歩行アシスト力を決定する。
【００４５】
次に、ＣＰＵは、歩行アシスト力が閾値Ｔ以上か否かを判断する（ステップ１３）。
すなわち、ＣＰＵは、股関節アシストアクチュエータ１７から出力する歩行アシスト力が所定の閾値Ｔ１を超えているか、膝関節アシストアクチュエータ１８から出力する歩行アシスト力が所定の閾値Ｔ２を超えているか否かを判断する。
【００４６】
ＣＰＵは、歩行アシスト力が閾値以上である場合（ステップ１３；Ｙ）、締付力を強に決定し（ステップ１４）、閾値を超えていない場合（ステップ１３；Ｎ）、締付力をデフォルト（装着の際に装着者が固定具で決めた締付力＝弱）に決定する（ステップ１５）。
すなわち、ＣＰＵは、股関節アシストアクチュエータ１７の歩行アシスト力が閾値Ｔ１以上である場合、上腿固定具アクチュエータ２２１による締付力を強、超えていない場合デフォルト（弱）に決定する。
またＣＰＵは、膝関節アシストアクチュエータ１８の歩行アシスト力が閾値Ｔ２以上である場合、下腿固定具アクチュエータ２３１による締付力を強、超えていない場合デフォルト（弱）に決定する。
【００４７】
次にＣＰＵは、ステップ１４、１５で決定した締付力（強、弱）に応じて、各固定具アクチュエータ２２１、２３１を駆動して、締付力を変更又は維持する（ステップ１６）。
更に、ＣＰＵは、各関節アシストアクチュエータ１７〜１９をそれぞれ決定した歩行アシスト力が出力されるように制御する（ステップ１７）。
【００４８】
そしてＣＰＵは、歩行支援装置１の電源がオフされたか判断し（ステップ１８）、オフでないと判断した場合（ステップ１８；Ｎ）ステップ１１に戻って歩行支援を継続し、オフと判断した場合（ステップ１８；Ｙ）、歩行支援処理を終了する。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、上腿装着部２２、下腿装着部２３による上腿、下腿の締付力を固定具アクチュエータにより変更可能な構造としたので、次の様な効果を得ることができる。
歩行アシスト力に応じて締付力を変更するので、装置の安定的な固定力を得ると共に、心地よい装着感を得ることができる。
すなわち、歩行アシスト力が弱い場合に拘束力を弱くすることで、人体への負担を軽減したり、快適な装着感を与えることができる。
また、歩行アシスト力が大きい場合には拘束力を強くすることで、各関節アシストアクアクチュエータ１７、１８によるアシスト力を効率良く伝達することができ、更に、装具ズレの発生を低減することができる。
更に、歩行に合わせて上腿、下腿の締付力の強弱が変化するため、脚に対するマッサージ効果を得ることができ、歩行中の疲労を軽減することができる。
【００５０】
以上、本発明の歩行支援装置１における１実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、締付力の強弱を決定するための、閾値Ｔ１、Ｔ２を一定値としたが、これを歩行状態によって変更する（異なる値を使用）するようにしてもよい。
例えば、歩行アシスト力の増加率がプラスの場合（増加している場合）の閾値Ｔ１ｄ、Ｔ２ｄとマイナスの場合（減少している場合）の閾値Ｔ１ｅ、Ｔ２ｅに差を設ける（Ｔ１ｄ＜Ｔ１ｅ、Ｔ２ｄ＜Ｔ２ｅ）ようにしても良い。これにより、歩行アシスト力が増加する場合には早めに締付力を強くし、アシスト力が減少する場合にも早めに締付力を弱くすることができる。
【００５１】
更に、立脚相にある脚は身体を支える必要があることから、遊脚相にある脚の閾値よりも低く設定してもよい。例えば、遊脚相にある脚に対する歩行アシスト力の閾値Ｔ１ａ、Ｔ２ａに対して、立脚相にある脚に対する歩行アシスト力の閾値を閾値値Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ（Ｔ１ｂ＜Ｔ１ａ、Ｔ２ｂ＜Ｔ２ａ）としてもよい。
また、立脚相側の閾値Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂを、両反力センサ１０、１１の出力値α、βに応じて可変にしてもよい（Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ＝ｆ（α、β））。この場合、床反力が大きいほど閾値Ｔ３、Ｔ４を小さくする。
【００５２】
歩行アシスト力（トルク）の決定には、公知の各種方法を用いて決定するようにしてもよい。
例えば、説明した特許文献１に記載された方法により、装着者の筋電から筋肉の動きを解析することで歩行アシスト力を決定してもよい。
また、特開２００１１ー１４７５５６に記載された方法によって歩行アシスト力（指令トルクＴｋ）を決定するようにしてもよい。
【００５３】
固定具駆動アクチュエータの構成について図３〜図５を参照して３種類説明したが、締付力変更ベルト２２１ｃに対する引っ張り力を他の方法で変更するアクチュエータを使用することも可能である。
【００５４】
また、説明した実施形態では、締付力として強と弱（デフォルト）の２段階で変更する場合について説明したが、より多くの多段階（強、中、弱の３段階、４段階等）、更に、無段階で変更するようにしてもよい。この場合、閾値を各段階に応じた数の閾値を設けるようにする。
また、説明した実施形態では、締付力の強弱に応じて固定具アクチュエータの出力が決められていたが、上腿装着部２２、下腿装着部２３のそれぞれに、締付力を検出する締付圧力センサを設け、その検出値から締付力が所定の値（強、弱、無段階等）に成るように制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１ 歩行支援装置
２ 制御装置
３ センサ情報取得部
４ 各種パラメータ算出部
５ 歩行動作判定部
６ 歩行シーン判定部
７ 記憶部
８ 歩行アシスト力決定部
１０ つま先反力センサ
１１ 踵反力センサ
１２ つま先姿勢センサ
１３ 踵姿勢センサ
１４ 腰姿勢センサ
１５ 上腿姿勢センサ
１６ 下腿姿勢センサ
１７ 股関節アシストアクチュエータ
１８ 膝関節アシストアクチュエータ
１９ 足首関節アシストアクチュエータ
２１ 腰部装着部
２２ 上腿装着部
２２０ 上腿固定具
２２１ 上腿固定具アクチュエータ
２３ 下腿装着部
２４ 足装着部
２６ 上腿連結部材
２７ 下腿連結部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行支援対象者の歩行を支援する歩行支援装置であって、
前記歩行支援対象者に対して装置を固定する固定手段と、
前記歩行支援対象者の各脚に対する歩行アシスト力を決定する歩行アシスト力決定手段と、
前記決定した歩行アシスト力の大きさに応じて前記固定手段による締付力を変更する締付力制御手段と、
前記決定した歩行アシスト力を前記歩行支援対象者の脚部に作用させて歩行をアシストする歩行アシスト手段と、
を具備することを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
前記締付力変更手段は、前記歩行アシスト力が所定の閾値以上の場合に強い締付力とし、閾値よりも小さい場合に弱い締付力とする、ことを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置。
【請求項３】
前記歩行アシスト手段は、前記歩行支援対象者の腰部に対応して配置される腰関節アクチュエータと、膝関節に対応して配設される膝関節アクチュエータを備え、
前記固定手段は、上腿を固定する上腿装着部と、下腿を固定する下腿装着部を備え、
前記歩行アシスト力決定手段は、前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力と、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力を決定し、
前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて前記上腿装着部による上腿の締付力を変更し、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて下腿装着部による下腿の締付力を変更する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歩行支援装置。
【請求項１】
歩行支援対象者の歩行を支援する歩行支援装置であって、
前記歩行支援対象者に対して装置を固定する固定手段と、
前記歩行支援対象者の各脚に対する歩行アシスト力を決定する歩行アシスト力決定手段と、
前記決定した歩行アシスト力の大きさに応じて前記固定手段による締付力を変更する締付力制御手段と、
前記決定した歩行アシスト力を前記歩行支援対象者の脚部に作用させて歩行をアシストする歩行アシスト手段と、
を具備することを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
前記締付力変更手段は、前記歩行アシスト力が所定の閾値以上の場合に強い締付力とし、閾値よりも小さい場合に弱い締付力とする、ことを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置。
【請求項３】
前記歩行アシスト手段は、前記歩行支援対象者の腰部に対応して配置される腰関節アクチュエータと、膝関節に対応して配設される膝関節アクチュエータを備え、
前記固定手段は、上腿を固定する上腿装着部と、下腿を固定する下腿装着部を備え、
前記歩行アシスト力決定手段は、前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力と、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力を決定し、
前記腰関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて前記上腿装着部による上腿の締付力を変更し、前記膝関節アクチュエータから出力する歩行アシスト力の大きさに応じて下腿装着部による下腿の締付力を変更する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歩行支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７０７８４（Ｐ２０１３−７０７８４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１１７３（Ｐ２０１１−２１１１７３）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
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