装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法
【課題】装着者の動作を安定的且つスムーズに支援することを課題とする。
【解決手段】装着型入力装置１００は、装着者１２の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出する外眼筋生体信号検出手段１４０と、装着者１２の頭部の動作方向を検出する頭部動作検出手段１５０と、装着者１２の体幹位置を検出する体幹位置検出手段１２０と、外眼筋検出信号に基づいて眼球の動作方向を判別する視線方向判別手段１７０と、頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて頭部の向きを判別する頭部動作方向判別手段１８０と、視線方向判別手段１７０の判別結果による視線方向と頭部動作方向判別手段１８０の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者１２が当該方向に移動するものと推定する動作方向推定手段１９０と、推定結果を人支援装置に入力する入力手段２００とを有する。
【解決手段】装着型入力装置１００は、装着者１２の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出する外眼筋生体信号検出手段１４０と、装着者１２の頭部の動作方向を検出する頭部動作検出手段１５０と、装着者１２の体幹位置を検出する体幹位置検出手段１２０と、外眼筋検出信号に基づいて眼球の動作方向を判別する視線方向判別手段１７０と、頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて頭部の向きを判別する頭部動作方向判別手段１８０と、視線方向判別手段１７０の判別結果による視線方向と頭部動作方向判別手段１８０の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者１２が当該方向に移動するものと推定する動作方向推定手段１９０と、推定結果を人支援装置に入力する入力手段２００とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法に係り、特に装着者の動作を支援するのに適した装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、関節の病気により腕や足が動作しにくかったり、あるいは筋力の低下により関節が動作しにくい場合、動作補助具を腕や足に装着して関節の動作を補助する装着式動作補助装置が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この装着式動作補助装置は、装着者の意思に基づいて発生する生体電位を検出し、この生体信号から当該装着者の両足の各関節に配されたモータを制御する制御信号を生成する構成であるので、動作補助具の駆動力を自分の筋力と同じように腕や足に伝達することが可能になる。
【０００４】
また、装着式動作補助装置は、装着者から検出された生体電位が入力され、且つ足の裏側の重心の移動を重心センサにより検出することで当該装着者が何らかの動作（例えば、歩行動作、椅子からの立ち上がり動作）を開始しようとしていることを推測し、その推測結果に基づいてモータの駆動力を制御している。
【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】
上記特許文献１に記載された制御方法では、装着者の重心移動を安定的に行えるようにモータの制御を行なっているため、装着者が例えば、上体を傾けるように歩行する場合には、足の裏の重心位置が大きく変動するため、歩行支援するモータトルクの制御により、装着者の歩行バランスを安定化することが難しかった。
【０００７】
また、装着者が前方向に歩行する場合、右方向または左方向に進行方向を変更する場合、左右両足の筋電位の変化が検出されてから左右両足にアシスト力を発生する各関節のモータトルクを制御するため、直進から左折または右折する際に内側となる足（左足又は右足）のモータトルクと外側となる足（右足又は左足）のモータトルクとをそれぞれ異なる値に演算しなければならず、左右のバランスをとることが難しく、左右の各関節のモータを個別に制御する際に制御遅れが発生するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、装着者の頭部及び眼球の動きから当該装着者の次の動作を予測することで上記課題を解決した装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、装着者に装着される装着型入力装置であって、
前記装着者の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出する外眼筋生体信号検出手段と、
前記装着者の頭部の動作方向を検出する頭部動作検出手段と、
前記装着者の体幹位置を検出する体幹位置検出手段と、
前記外眼筋生体信号検出手段により得られた外眼筋検出信号に基づいて眼球の動作方向を判別する視線方向判別手段と、
前記頭部動作検出手段により得られた頭部検出信号と前記体幹位置検出手段により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて前記頭部の動作方向を判別する頭部動作方向判別手段と、
前記視線方向判別手段の判別結果による視線方向と前記頭部動作方向判別手段の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定する動作方向推定手段と、
前記動作方向推定手段による推定結果を人支援装置に入力する入力手段と、
を有することを特徴とする。
（２）本発明の前記外眼筋生体信号検出手段は、前記頭部の前記眼球の側方に位置する部分に設けられ、前記眼球を動作させる際の眼電位を検出することを特徴とする。
（３）本発明の前記頭部動作検出手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する加速度センサ又は位置変位センサからなり、
前記体幹位置検出手段は、前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の背中の動作に応じた３次元の検出信号を出力するジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記加速度センサ又は位置変位センサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記ジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする。
（４）本発明の前記体幹位置検出手段は、
前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の体幹位置に応じた３次元の検出信号を出力する第１のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する３次元の検出信号を出力する第２のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記第１のジャイロセンサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記第２のジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする。
（５）本発明の前記視線方向判別手段は、
前記外眼筋生体信号検出手段により検出された検出信号に基づいて前記眼球を左右方向に動作させる際の眼電位の検出信号を抽出する眼電位抽出手段と、
該眼電位抽出手段により抽出された検出信号が予め設定された所定時間以上継続して検出された場合に、前記眼電位抽出手段により抽出された検出信号に基づいて前記眼球の動作方向が正面か或いは左右方向の何れかであるかを判定する眼球動作方向判定手段と、
を有することを特徴とする。
（６）本発明は、（１）乃至（５）の何れかに記載の装着型入力装置に接続され、前記入力手段から前記動作方向推定手段による推定結果を入力される制御手段と、
当該装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に装着されるフレームと、
該フレームを駆動する駆動手段と、
当該装着者の脚部生体信号を検出する脚部生体信号検出手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記動作方向推定手段による推定結果及び前記脚部生体信号検出手段から得られた脚部生体信号に基づき前記駆動手段を駆動制御するための制御信号を生成することを特徴とする。
（７）本発明の前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行方向を変更することが推定された場合には、当該推定された方向に応じて前記駆動手段による膝関節の駆動力を当該変更される方向に応じた制御パラメータを演算し、前記脚部生体信号検出手段が脚部生体信号を検出したタイミングで前記駆動手段を当該制御パラメータに基づいて駆動させることを特徴とする。
（８）本発明の前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行動作方向を変更することが推定された場合には、変更する方向に応じて右脚の膝関節と左脚の膝関節と駆動力に差を生じさせることを特徴とする。
（９）本発明は、装着者に装着される装着型入力装置と、前記装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に駆動力をアシストする駆動手段を有する人支援装置とを備えた人支援装置の制御方法において、
前記装着者の視線方向と前記装着者の頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定するステップと、
前記推定処理による推定結果に基づき前記駆動手段を駆動制御するステップと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、視線方向判別手段の判別結果による検出方向と頭部動作方向判別手段の判別結果による判別方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定することができ、当該推定結果を人支援装置に入力することにより、制御の動作遅れを解消し、人支援装置を安定した状態に制御することが可能になると共に、当該装着者の動作支援をスムーズに行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による装着型入力装置の一実施例の制御システムの系統図である。
【図２Ａ】装着型入力装置が装着式動作補助装置と接続された場合の装着状態を前側からみた斜視図である。
【図２Ｂ】装着型入力装置が装着式動作補助装置と接続された場合の装着状態を後側からみた斜視図である。
【図３Ａ】装着型入力装置の頭部検出ユニットの一例を示す斜視図である。
【図３Ｂ】頭部検出ユニットの装着状態を示す正面図である。
【図３Ｃ】頭部検出ユニットの装着状態を示す側面図である。
【図３Ｄ】頭部検出ユニットの眼球電位検出部を示す斜視図である。
【図３Ｅ】頭部検出ユニットの当接部を示す斜視図である。
【図４】眼球を動かす外眼筋と眼電位を検出する各電極との位置関係を示す図である。
【図５】外眼筋による眼球の動作方向を示す図である。
【図６】外眼筋の動作に伴う眼電位の検出信号を示す波形図である。
【図７Ａ】装着者が前方へ歩行する様子を模式的に示す平面図である。
【図７Ｂ】装着者が前方へ歩行しながら左方向を視認する様子を模式的に示す平面図である。
【図７Ｃ】装着者が視認した左方向へ曲がる様子を模式的に示す平面図である。
【図８】装着型入力装置の制御部が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】装着式動作補助装置の制御装置が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
〔制御システムの構成〕
図１は本発明による装着型入力装置の一実施例の制御システムの系統図である。図１に示されるように、装着型入力装置１００は、装着者１２の頭部に装着される頭部検出ユニット１１０と、当該装着者１２の背中に装着された体幹位置検出手段１２０と、制御部１３０とを有する。尚、体幹位置検出手段１２０及び制御部１３０は、図２Ｂに示されるように、装着者１２の背中でサスペンダ１４に支持されている。
【００１４】
頭部検出ユニット１１０は、外眼筋生体信号検出手段１４０と、頭部動作検出手段１５０と、表示部１６０とを有する。外眼筋生体信号検出手段１４０は、装着者１２の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出し、当該外眼筋生体信号を出力する電極よりなる。頭部動作検出手段１５０は、例えば、位置変位センサ、又は加速度センサ、またはジャイロセンサなどからなり、装着者１２の頭部１３の動作方向（首振り方向）を検出し、頭部１３の動作方向に応じた検出信号を出力する。表示部１６０は、動作方向の推定結果に応じて点灯または点滅する複数の表示灯（ＬＥＤ：発光ダイオード）からなる。
【００１５】
体幹位置検出手段１２０は、例えば、ジャイロセンサなどからなり、装着者１２の体幹位置を検出し、装着者１２の背中の中心位置に応じた検出信号を出力する。
【００１６】
また、制御部１３０は、視線方向判別手段１７０と、頭部動作方向判別手段１８０と、動作方向推定手段１９０と、入力手段２００と、充電式バッテリ２１０とを有する。また、視線方向判別手段１７０は、眼電位抽出手段２２０と、眼球動作方向検出手段２３０とを有する。
【００１７】
視線方向判別手段１７０は、眼電位抽出手段１７２と、眼球動作方向判定手段１７４とを有し、外眼筋生体信号検出手段１４０により得られた外眼筋検出信号に基づいて当該装着者１２の眼球が左右方向の何れかに動作したかを判別する。眼電位抽出手段１７２は、外眼筋生体信号検出手段１４０により検出された検出信号に基づいて眼球を動作させる際の眼電位の検出信号を抽出する。また、眼球動作方向判定手段１７４は、眼電位抽出手段１７２により抽出された検出信号が予め設定された所定時間以上継続して検出された場合に、眼電位抽出手段１７２により抽出された検出信号に基づいて眼球の動作方向が正面か或いは左右方向の何れかであるかを判定する。
【００１８】
頭部動作方向判別手段１８０は、頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて当該装着者１２の頭部１３の向き（首振り方向）を判別する。すなわち、頭部動作方向判別手段１８０は、体幹位置検出手段１２０（第１のジャイロセンサ）により得られた体幹位置検出信号（３次元信号）を基準値として頭部動作検出手段１５０（位置変位センサ、又は加速度センサ、又は第２のジャイロセンサ）から得られた頭部検出信号との差に基づいて頭部１３の動作方向を判別する。
【００１９】
動作方向推定手段１９０は、視線方向判別手段１７０の判別結果による眼球動作方向と頭部動作方向判別手段１８０の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者１２が当該方向に移動するものと推定し、その推定結果を出力する。
【００２０】
入力手段２００は、動作方向推定手段１９０による推定結果を装着式動作補助装置１０の制御装置３６に入力する。充電式バッテリ２１０は、制御部１３０の各機器及び頭部検出ユニット１１０に電源を供給しており、電源消費量に応じて定期的に充電される。
【００２１】
装着式動作補助装置１０（以下「動作補助装置」と称する）は、装着者１２の腰より下方の脚部に装着されて歩行動作を支援する人支援装置の一例である。
〔動作補助装置１０の構成〕
図２Ａは装着型入力装置１００が装着式動作補助装置１０と接続された場合の装着状態を前側からみた斜視図である。図２Ｂは装着型入力装置１００が装着式動作補助装置１０と接続された場合の装着状態を後側からみた斜視図である。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、動作補助装置１０は、例えば、骨格筋の筋力低下により歩行が不自由な下肢運動機能障害者、あるいは、歩行運動のリハビリを行う患者などのように自力歩行が困難な人の歩行動作を補助（アシスト）する装置である。また、動作補助装置１０は、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号（表面筋電位）を検出し、生体信号に基づいてアクチュエータからの駆動力を付与するように作動する。
【００２３】
動作補助装置１０を装着した装着者１２は、自らの意思で歩行動作を行う際に発生した生体信号に応じた駆動トルクが補助動力として動作補助装置１０から付与され、例えば、通常歩行で必要とされる筋力の半分の力で歩行することが可能になる。従って、装着者１２は、自身の筋力と駆動部（本実施例では、電動式の駆動モータを用いる）からの駆動トルクとの合力によって全体重を支えながら歩行することができる。
【００２４】
動作補助装置１０は、装着型入力装置１００から入力された推定結果に基づいて動作方向を予測し、装着者１２の歩行動作に伴う重心の移動に応じて付与されるアシスト力（モータトルク）が装着者１２の意思を反映するように制御している。
【００２５】
また、動作補助装置１０は、歩行動作以外にも、例えば、装着者１２が椅子に座った状態から立ち上がる際の動作、あるいは立った状態から椅子に腰掛ける際の動作も補助することができる。さらには、装着者１２が階段を上がったり、階段を下りる場合にもパワーアシストすることができる。特に筋力が弱っている場合には、階段の上がり動作や、椅子から立ち上がる動作を行うことが難しいが、動作補助装置１０を装着した装着者１２は、自らの意思に応じて駆動トルクを付与されて筋力の低下を気にせずに動作することが可能になる。
【００２６】
ここで、動作補助装置１０の構成の一例について説明する。動作補助装置１０は、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、装着者１２に装着される動作補助装着フレーム１８に駆動部を設けたものである。駆動部としては、装着者１２の右側股関節に位置する右腿駆動モータ２０と、装着者１２の左側股関節に位置する左腿駆動モータ２２と、装着者１２の右膝関節に位置する右膝駆動モータ２４と、装着者１２の左膝関節に位置する左膝駆動モータ２６とを有する。これらの駆動モータ２０，２２，２４，２６は、制御装置３６からの制御信号により駆動トルクを制御されるＤＣモータまたはＡＣモータなどの電動モータからなる。また、各駆動モータ２０，２２，２４，２６は、モータ回転を所定の減速比で減速する減速機構（駆動部に内蔵）を有しており、小型ではあるが十分な駆動力を付与することができる。また、駆動モータとしては、設置スペースが小さく済むように薄型化された超音波モータを用いても良いのは勿論である。
【００２７】
また、装着者１２の腰の周囲に装着される腰締結部材３０には、駆動モータ２０，２２，２４，２６を駆動させるための電源として機能するバッテリ３２，３４が取り付けられている。バッテリ３２、３４は、充電式バッテリであり、装着者１２の歩行動作を妨げないように左右に分散配置されている。
【００２８】
また、装着者１２の背面側となる腰締結部材３０の後側には、制御装置３６が取り付けられている。
【００２９】
そして、動作補助装置１０は、装着者１２の右腿の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂと、装着者１２の左腿の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ４０ａ，４０ｂと、右膝の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ４２ａ，４２ｂと、左膝の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ４４ａ，４４ｂとを有する。
【００３０】
これらの各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体信号を検出する生体信号検出手段であり、微弱電位を検出するための電極（図示せず）を有する。尚、本実施例では、各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者１２の皮膚表面に貼着するように取り付けられる。
【００３１】
人体においては、脳からの指令によって骨格筋を形成する筋肉の表面にシナプス伝達物質のアセチルコリンが放出される結果、筋線維膜のイオン透過性が変化して活動電位が発生する。そして、活動電位によって筋線維の収縮が発生し、筋力を発生させる。そのため、骨格筋の電位を検出することにより、歩行動作の際に生じる筋力を推測することが可能になり、推測された筋力に基づく仮想トルクから歩行動作に必要な補助動力を求めることが可能になる。
【００３２】
従って、動作補助装置１０では、制御装置３６により脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂによって検出された生体信号に基づいて４個の駆動モータ２０，２２，２４，２６に供給する駆動電流を求め、演算された駆動電流の供給により駆動モータ２０，２２，２４，２６を駆動制御する。これにより、動作補助装着フレーム１８は、各駆動モータ２０，２２，２４，２６のトルクが伝達されて装着者１２の歩行動作を補助するように駆動される。
【００３３】
また、制御装置３６は、前述した装着型入力装置１００の制御部１３０と信号線１３２を介して接続されている。尚、制御装置３６と制御部１３０との間の通信は、信号線１３２による有線方式でも良いし、電波を用いた近接無線方式としても良い。
【００３４】
また、歩行動作による重心移動をスムーズに行うため、足の裏にかかる荷重を検出する必要がある。そのため、装着者１２の左右足の裏に対応する位置には、床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ（図２Ａ及び図２Ｂ中、破線で示す）が設けられている。
【００３５】
また、床反力センサ５０ａは、右足前側の荷重に対する反力を検出し、床反力センサ５０ｂは、右足後側の荷重に対する反力を検出する。床反力センサ５２ａは、左足前側の荷重に対する反力を検出し、床反力センサ５２ｂは、左足後側の荷重に対する反力を検出する。各床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂは、例えば、印加された荷重に応じた電圧を出力する圧電素子などからなり、体重移動に伴う荷重変化、及び装着者１２の脚と地面との接地の有無を夫々検出することができる。
〔頭部検出ユニット１１０の構成〕
図３Ａは装着型入力装置１００の頭部検出ユニット１１０の一例を示す斜視図である。図３Ｂは頭部検出ユニット１１０の装着状態を示す正面図である。図３Ｃは頭部検出ユニット１１０の装着状態を示す側面図である。
【００３６】
図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、頭部検出ユニット１１０は、例えば、樹脂製のフレーム１１２と、フレーム１１２の両端より下方に向けて曲げられた一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒとを有する。フレーム１１２は装着者１２の頭部１３の後側に沿うようにＵ字状に形成されている。一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒは、フレーム１１２によって一体に連結されており、装着者１２の頭部１３を左右両側から挟持するように設けられている。
【００３７】
当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの当接位置は、装着者１２の頭部１３の耳と目との間に設定されている。この位置は、眼球を動作させる外眼筋の生体信号（眼電位）を検出しやすい位置である。
【００３８】
フレーム１１２の後部中央には、頭部動作検出手段１５０が設けられている。また、頭部動作検出手段１５０は、光ファイバまたはケーブルなどからなる信号線２４０を介して制御部１３０と接続されている。
【００３９】
図３Ｄは頭部検出ユニット１０の外眼筋生体信号検出手段１４０を示す斜視図である。図３Ｄに示されるように、当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの内面には、外眼筋生体信号検出手段１４０が設けられている。外眼筋生体信号検出手段１４０は、当該装着者１２の眼球の動きに応じた外眼筋生体信号（眼電位）を検出する４つの電極１４０−１〜１４０−４を有する。また、各電極１４０−１〜１４０−４は、フレーム１１２の内部に挿通された信号線１４２（図３Ｄ中、破線で示す）及び上記信号線２４０を介して制御部１３０と接続されている。
【００４０】
図３Ｅは頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒを示す斜視図である。図３Ｅに示されるように、当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの外面には、表示部１６０Ｌ、１６０Ｒと、小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒとが設けられている。この表示部１６０Ｌ、１６０Ｒは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１６０−１、１６０−２からなり、外眼筋生体信号検出手段１４０によって検出された眼電位に基づいて歩行方向が左方向（左折）又は右方向（右折）と推定された場合に左側のＬＥＤ１６０−１、１６０−２又は右側のＬＥＤ１６０−１、１６０−２が点灯または点滅して報知することができる。ＬＥＤ１６０−１、１６０−２は、フレーム１１２の内部の挿通された信号線１６２を介して制御部１３０と接続されている。
【００４１】
また、小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒは、外眼筋生体信号検出手段１４０によって検出された眼電位に基づいて歩行方向が左方向（左折）又は右方向（右折）と推定された場合に、曲がる方向に確認音（例えば、ピッピなどの電子音）を発する。小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒは、フレーム１１２の内部の挿通された信号線２３２を介して制御部１３０と接続されている。
【００４２】
尚、ＬＥＤ１６０−１、１６０−２の点滅と小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒの確認音は、どちらか一方を選択することもでき、両方とも作動させるように設定することもできる。表示部１６０Ｌ、１６０Ｒは、周囲の人に曲がる方向を表示することができるので、例えば、リハビリテーションを行なう際に介護士や訓練士に曲がる方向を予告することができる。また、小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒの確認音によって、装着者１２が盲人あるいは視力の弱い弱視の場合に、装着型入力装置１００が曲がる方向を認知したことを確認音で報知することができる。
【００４３】
図４は眼球３００を動かす外眼筋３１０と眼電位を検出する各電極１４０−１〜１４０−４との位置関係を示す図である。図４に示されるように、本実施形態では、頭部１３のこめかみ付近の被検出領域（図４中、破線で示す所定領域）Ａに各電極１４０−１〜１４０−４を配置する。
【００４４】
眼球３００は、外眼筋３１０の筋力によって動作して視線の向きを変えることができる。そして、眼球３００を動かす際に外眼筋３１０から発生する外眼筋生体信号（眼電位）は、１対の電極間、すなわち２つの電極で取得した信号間の電位差により取得される。したがって、図４に示ように電極１４０−１と１４０−２とで１つの生体信号取得部（１チャンネル）を構成し、電極１４０−３と１４０−４とで１つの生体信号取得部（１チャンネル）を構成する。なお、本実施形態では、外眼筋生体信号検出手段１４０は、左右それぞれに２つずつ、左右両側で合計４チャンネルの生体信号を取得する。なお、本発明における電極の設置個数については、これに限定されるわけではない。
【００４５】
上述した図４に示すように、各電極１４０−１〜１４０−４の位置は、こめかみ付近の被検出領域Ａに設定されることにより、対面している人には、違和感を与えずに眼球３００の動作方向に応じた外眼筋生体信号（眼電位）を取得することができる。
【００４６】
また、各電極１４０−１〜１４０−４から得られる検出位置と信号の位相差及び、取得した信号の周波数（例えば、１Ｈｚ〜１５Ｈｚ、６００Ｈｚ〜７００Ｈｚの範囲）から外眼筋３１０の何処の筋肉の信号であるかを特定することができ、直接的にノイズ等の影響を受けずに外眼筋生体信号（眼電位）を取得することができる。
【００４７】
なお、本実施形態における外眼筋生体信号のチャンネル取得数は、複数であればよく、本発明においては特に制限されるものではないが、多すぎると装着時に顔面に邪魔になるため、２〜８チャンネル程度でよく、特に４チャンネルが好ましい。
【００４８】
また、装着者１２の顔面に対して視界の邪魔にならない配置を実現するという観点から、１つの電極は、例えば直径が約２〜１０ｍｍ程度が好ましく、対を形成する各電極間の距離は、例えば約２０ｍｍ程度が好ましい。また、各電極１４０−１〜１４０−４は、装着者１２の顔面に対して縦に略直線的に配置されることが好ましいが、本発明においては特に制限されるものではない。
〔眼球３００を動かす外眼筋３１０について〕
ここで、眼球３００を動かす外眼筋３１０の種類及び動作方向との関係について説明する。図５は外眼筋３１０による眼球３００の動作方向を示す図である。尚、図５では、装着者１２の左目を正面からみた眼球３００を拡大して示しており、右目の各外眼筋の配置は左目の外眼筋３１０の配置と左右対称になる。
【００４９】
図５に示されるように、眼球３００を動かす外眼筋３１０は、上直筋、下直筋、内側直筋、外側直筋、上斜筋、下斜筋の６つの筋力に組み合わせによって各方向に動作して視線方向を変化させる。（１）上直筋は上内側（ＵＲ方向）に動作させる筋肉、（２）下直筋は下内側（ＤＲ方向）に動作させる筋肉、（３）内側直筋は内側（Ｒ方向）に動作させる筋肉、（４）外側直筋は外側（Ｌ方向）に動作させる筋肉、（５）上斜筋は下外側（ＤＬ方向）に動作させる筋肉、（６）下斜筋は上外側（ＵＬ方向）に動作させる筋肉である。
【００５０】
尚、右目の場合、上記左目の外眼筋３１０の（１）〜（６）の筋肉の左右方向が逆になり、内側が外側に、外側が内側に置き換わる。
【００５１】
また、外眼筋３１０の６種類の各筋力発生時には、（１）〜（６）の筋肉において、各外眼筋生体信号（眼電位）が発生する。
【００５２】
図６は外眼筋の動作に伴う眼電位の検出信号を示す波形図である。図６に示されるように、前述した左目の外眼筋３１０を構成する（１）〜（６）の筋肉は、眼球３００の動作方向に応じた外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５３】
図６のＴ１で眼球３００が内側（Ｒ方向）に動作するときは、内側直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５４】
図６のＴ２で、眼球３００が内側の上側（ＵＲ方向）に動作するときは、内側直筋及び上直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５５】
図６のＴ３で、眼球３００が内側の下側（ＤＲ方向）に動作するときは、内側直筋及び下直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５６】
図６のＴ４で、眼球３００が外側（Ｌ方向）に動作するときは、外側直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５７】
図６のＴ５で、眼球３００が外側の上側（ＵＬ方向）に動作するときは、外側直筋及び下斜筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５８】
図６のＴ６で、眼球３００が外側の下側（ＤＬ方向）に動作するときは、外側直筋及び上斜筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５９】
このように、外眼筋３１０を構成する（１）〜（６）の筋肉からの外眼筋生体信号（眼電位）を外眼筋生体信号検出手段１４０により検出することで、当該装着者１２の眼球３００の動作方向（視線方向）を検出することができる。
【００６０】
本実施の形態では、頭部検出ユニット１１０の外眼筋生体信号検出手段１４０が頭部１３の両側のこめかみ付近を被検出領域Ａ（図４を参照）としているため、頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの内側に配された各電極１４０−１〜１４０−４は、左目の外側の眼電位、右目の外側の外眼筋生体信号（眼電位）を検出することになる。従って、左側の当接部１１４Ｌの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号（眼電位）を検出した場合は、眼球３００が左方向をみるように動作し、右側の接部１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号（眼電位）を検出した場合は、眼球３００が右方向をみるように動作したことを検出できる。また、一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が検出した外眼筋生体信号（眼電位）が等しい場合には、左右の眼球３００が共に正面をみていることを検出できる。
【００６１】
そのため、装着者１２の眼球３００の動作方向（視線方向）を各電極１４０−１〜１４０−４によって検出することができるので、これらの検出信号に基づいて装着者１２の歩行動作方向を予測することが可能になる。
〔動作補助装置１０による歩行支援の動作〕
図７Ａは装着者１２が前方へ歩行する様子を模式的に示す平面図である。図７Ａに示されるように、装着者１２が前方へ歩行する場合、進行方向である前方をみながら歩行動作を行なう。そのため、頭部１３の顔面が正面（進行方向）を向いていると共に、左右の両目も正面（進行方向）を向いている。
【００６２】
この場合、視線方向判別手段１７０では、頭部検出ユニット１１０の一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４から得られた外眼筋生体信号（眼電位）が等しくなるため、左右の眼球３００が共に正面をみていることを判別できる。
【００６３】
また、頭部動作方向判別手段１８０は、頭部検出ユニット１１０の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との差がなく、殆ど等しいことから当該装着者１２の頭部１３の向き（首振り方向）が正面であると判別する。
【００６４】
図７Ｂは装着者１２が前方へ歩行しながら左方向を視認する様子を模式的に示す平面図である。図７Ｂに示されるように、装着者１２は歩行中に左方向をみた場合、頭部１３が左方向に向くと共に、左右の両目も左方向を向いている。
【００６５】
この場合、視線方向判別手段１７０では、頭部検出ユニット１１０の左側の当接部１１４Ｌに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４から外眼筋生体信号（眼電位）が得られるため、左右の眼球３００が共に左方向をみていることを判別できる。
【００６６】
また、頭部動作方向判別手段１８０は、頭部検出ユニット１１０の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との水平方向の差が角度α１になるため、当該装着者１２の頭部１３が左方向を向いていると判別する。
【００６７】
図７Ｃは装着者１２が視認した左方向へ曲がる様子を模式的に示す平面図である。図７に示されるように、装着者１２が左方向へ曲がる場合、内側となる左足の歩幅が小さくなり、外側となる右足の歩幅が大きくなると共に、内側の左足の蹴る力が弱く外側の右足が蹴る力が強くなる。そして、装着者１２の体全体が左方向に向くため、左右の眼球３００が共に左方向をみたまま、頭部検出ユニット１１０の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との水平方向の差が角度α２になる（α１＞α２）。
【００６８】
そして、装着者１２の体全体が左方向に向くと、頭部１３及び両目の視線方向が体の正面を向いた状態（図７Ａを参照）になる。
〔装着型入力装置の制御部が実行する制御処理〕
図８は装着型入力装置１００の制御部１３０が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図８に示されるように、Ｓ１１では、頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４から得られた外眼筋生体信号（眼電位）を読み込む（眼電位抽出手段１７２）。
【００６９】
続いて、Ｓ１２に進み、各電極１４０−１〜１４０−４により検出された外眼筋生体信号（眼電位）が予め設定された所定時間経過（例えば、１秒以上）しても一定値以上であるか否かをチェックする。Ｓ１２において、各電極１４０−１〜１４０−４により検出された外眼筋生体信号（眼電位）が予め設定された所定時間経過（例えば、１秒以上）しても一定値以上でない場合（ＮＯの場合）は、視線を動かしただけなので、Ｓ１１の処理に戻る。また、Ｓ１２において、各電極１４０−１〜１４０−４により検出された外眼筋生体信号（眼電位）が予め設定された所定時間経過（例えば、１秒以上）しても一定値以上である場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１３の処理に進み、眼球の動作方向を判別する（眼球動作方向判定手段１７４）。尚、眼球動作方向の判定処理方法は、前述した図５及び図６を参照して説明したように、頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４で検出された外眼筋生体信号に基づいて判定される。
【００７０】
左側の当接部１１４Ｌの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出し、右側の当接部１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出しなかった場合は、眼球動作方向が左方向と判定される。また、右側の当接部１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出し、左側の当接部１１４Ｌの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出しなかった場合は、眼球動作方向が右方向と判定される。また、左右の各電極１４０−１〜１４０−４が共に外眼筋生体信号を検出しなかった場合は、眼球動作方向が正面（前方）と判定される。
【００７１】
続いて、Ｓ１４では、当該装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０（第１のジャイロセンサ）により検出された３次元信号（検出信号Ａ）を読み込む。次のＳ１５では、頭部検出ユニット１１０のフレーム１１２の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０（第２のジャイロセンサ）により検出された頭部動作位置信号（検出信号Ｂ）を読み込む。尚、頭部動作検出手段１５０は、頭部の動作方向が検出できればよいので、ジャイロセンサに限らず、例えば、位置変位センサ、加速度センサでも良い。
【００７２】
Ｓ１６では、各検出信号ＡとＢとの差から頭部動作方向を判別する（頭部動作方向判別手段１８０）。尚、Ｓ１６における頭部動作方向判別処理においては、例えば、頭部動作検出手段１５０に位置変位センサを用いた場合、位置変位センサにより頭部１３の変位量と変位方向（検出信号Ｂ）が検出されるため、体幹位置検出手段１２０の第１のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ａ）を基準値（体幹位置）として頭部１３の動作方向（変位方向）を判別できる。また、Ｓ１６における頭部動作方向判別処理においては、例えば、頭部動作検出手段１５０に加速度センサを用いた場合、加速度センサにより頭部１３の動作に応じた加速度信号（検出信号Ｂ）が得られるため、加速度と加速方向が検出されるため、体幹位置検出手段１２０の第１のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ａ）を基準値（体幹）として頭部１３の動作方向（加速方向）を判別できる。
【００７３】
また、Ｓ１６における頭部動作方向判別処理においては、例えば、頭部動作検出手段１５０に第２のジャイロセンサを用いた場合、体幹位置検出手段１２０の第１のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ａ）を基準値として頭部動作検出手段１５０の第２のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ｂ）との差から頭部１３の動作方向を左右方向及び上下方向で判別することが可能になる。従って、装着者１２が前進、左折、右折などの歩行動作だけでなく、階段の昇り降りの動作や、椅子に座った状態から立ち上がる場合の上下方向の動作にも対応することができる。
【００７４】
続いて、Ｓ１７に進み、上記Ｓ１３で判別された眼球動作方向と、上記Ｓ１６で判別された頭部動作方向とが一致するか否かをチェックする。Ｓ１７において、上記Ｓ１３で判別された眼球動作方向と、上記Ｓ１６で判別された頭部動作方向とが一致しない場合（ＮＯの場合）は、当該装着者１２が歩行方向を変更せず、前進を維持するものとしてＳ１１の処理に戻る。
【００７５】
また、Ｓ１７において、上記Ｓ１３で判別された眼球動作方向と、上記Ｓ１６で判別された頭部動作方向とが一致する場合は、Ｓ１８に進み、当該装着者１２がその一致する方向（前進、左折、右折の何れか）に歩行するものと推定する（動作方向推定手段１９０）。
【００７６】
次のＳ１９では、上記Ｓ１８の推定結果を動作補助装置１０の制御装置３６に入力する。これにより、動作補助装置１０の制御装置３６では、当該装着者１２の歩行動作方向を予測することが可能になる。
〔装着式動作補助装置１０の制御処理〕
次に動作補助装置１０のおける制御処理について説明する。
【００７７】
図９は装着式動作補助装置１０の制御装置３６が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図９に示されるように、制御装置３６は、Ｓ２１で装着型入力装置１００の制御部１３０から動作方向の推定結果が入力されたか否かをチェックする。Ｓ２１において、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力された場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２２に進み、動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）に応じた動作プログラム及び制御パラメータをデータベースから読み込み、当該推定された動作方向に応じた制御処理の事前準備を行なう。
【００７８】
次のＳ２３では、当該装着者１２の脚部に装着された各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ（図２Ａ、図２Ｂを参照）により検出された筋電位信号や神経伝達信号などの生体信号、及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号を読み込む。
【００７９】
続いて、Ｓ２４では、各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂにより検出された脚部生体信号及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号（重心位置）に基づいて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを演算する。次のＳ２５では、前述した動作方向の推定結果が前進の場合は、Ｓ２４の演算結果に基づいて右側の各モータ２０，２４のトルクと左側の各モータ２２，２６のトルクとが等しくなるように制御する。また、動作方向の推定結果が左折の場合は、Ｓ２４の演算結果に基づいて左方向に曲がる際の内側となるモータ２２，２６のトルクが小さくなるように制御し、外側となるモータ２０、２４のトルクが大きくなるように制御する。
【００８０】
また、動作方向の推定結果が右折の場合は、Ｓ２４の演算結果に基づいて右方向に曲がる際の外側となるモータ２２，２６のトルクが大きくなるように制御し、内側となるモータ２０、２４のトルクが小さくなるように制御する。このように、装着者１２は、歩行動作方向を目視するように動作（眼球動作及び頭部動作）することで、装着型入力装置１００より歩行動作方向の推定結果が動作補助装置１０に入力されるため、動作補助装置１０により直進の場合も、左折、右折の場合も安定的且つスムーズに歩行動作がアシストされる。
【００８１】
また、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力された場合は、動作方向を変更する前に予告されるため、制御装置３６によるモータ制御が迅速に行えるので、急な歩行動作の場合でも制御遅れが発生せず、装着者１２の歩行アシスト、歩行訓練（訓練士によるリハビリテーションを含む）を安定的且つスムーズに行える。
【００８２】
上記Ｓ２１において、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力されない場合（ＮＯの場合）は、通常の制御処理が行なわれる。すなわち、Ｓ２６に進み、当該装着者１２の脚部に装着された各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ（図２Ａ、図２Ｂを参照）により検出された筋電位信号や神経伝達信号などの生体信号を読み込む。
【００８３】
次のＳ２７では、各モータの回転角を検出する角度センサの検出信号、及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号を読み込む。続いて、Ｓ２８に進み、各脚部生体信号検出センサ及び各関節の角度センサの検出信号及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号（重心位置）に基づいて動作パターン（各動作のフェーズ）に応じた制御プログラム及び制御パラメータをデータベースから読み込む。
【００８４】
Ｓ２９では、Ｓ２８で読み込まれた制御プログラム及び制御パラメータ及び各脚部生体信号を用いて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを演算する。次のＳ３０では、Ｓ２９の演算結果により脚部生体信号に基づいて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを制御する。このように、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力されない場合は、装着者１２が歩行動作を行なう際の脚部生体信号に基づいて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを制御するため、モータトルクの演算処理に時間がかかり、制御遅れが発生するおそれがある。
【００８５】
上記説明では、装着型入力装置１００により歩行動作方向を推定する場合について説明したが、歩行動作以外にも、例えば、椅子に座った状態から立ち上がる動作を眼球３００の上下方向の動きから予測することも可能であり、あるいは階段の昇り、降り動作を予測することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
上記実施の形態では、装着式動作補助装置１０を人支援装置として用いた場合を一例として挙げたが、例えば、装着型入力装置１００からの推定結果を電動車椅子あるいは介護用電気自動車等の車両の制御装置に入力する構成として良い。この場合、装着型入力装置１００によって電動車椅子等の車両の進行方向を制御することが可能になる。
【００８７】
また、装着型入力装置１００からの推定結果を介護ロボットや所定の作業を行なう作業ロボットの制御装置に入力することで、介護ロボットや作業ロボットの動作方向を予告することが可能になる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 装着式動作補助装置
１２ 装着者
１３ 頭部
１８ 動作補助装着フレーム
２０，２２，２４，２６ 駆動モータ
３０ 腰締結部材
３２、３４ バッテリ
３６ 制御装置
３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ 脚部生体信号検出センサ
５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ 床反力センサ
１００ 装着型入力装置
１１０ 頭部検出ユニット
１１２ フレーム
１１４Ｌ、１１４Ｒ 当接部
１２０ 体幹位置検出手段
１３０ 制御部
１３２、１４２、１６２、２３２、２４０ 信号線
１４０ 外眼筋生体信号検出手段
１４０−１〜１４０−４ 電極
１５０ 頭部動作検出手段
１６０ 表示部
１６０−１、１６０−２ ＬＥＤ
１７０ 視線方向判別手段
１７２ 眼電位抽出手段
１７４ 眼球動作方向判定手段
１８０ 頭部動作方向判別手段
１９０ 動作方向推定手段
２００ 入力手段
２１０ 充電式バッテリ
２２０ 眼電位抽出手段
２３０ 眼球動作方向検出手段
２５０Ｌ、２５０Ｒ 小型スピーカ
３００ 眼球
３１０ 外眼筋
【技術分野】
【０００１】
本発明は装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法に係り、特に装着者の動作を支援するのに適した装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、関節の病気により腕や足が動作しにくかったり、あるいは筋力の低下により関節が動作しにくい場合、動作補助具を腕や足に装着して関節の動作を補助する装着式動作補助装置が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この装着式動作補助装置は、装着者の意思に基づいて発生する生体電位を検出し、この生体信号から当該装着者の両足の各関節に配されたモータを制御する制御信号を生成する構成であるので、動作補助具の駆動力を自分の筋力と同じように腕や足に伝達することが可能になる。
【０００４】
また、装着式動作補助装置は、装着者から検出された生体電位が入力され、且つ足の裏側の重心の移動を重心センサにより検出することで当該装着者が何らかの動作（例えば、歩行動作、椅子からの立ち上がり動作）を開始しようとしていることを推測し、その推測結果に基づいてモータの駆動力を制御している。
【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】
上記特許文献１に記載された制御方法では、装着者の重心移動を安定的に行えるようにモータの制御を行なっているため、装着者が例えば、上体を傾けるように歩行する場合には、足の裏の重心位置が大きく変動するため、歩行支援するモータトルクの制御により、装着者の歩行バランスを安定化することが難しかった。
【０００７】
また、装着者が前方向に歩行する場合、右方向または左方向に進行方向を変更する場合、左右両足の筋電位の変化が検出されてから左右両足にアシスト力を発生する各関節のモータトルクを制御するため、直進から左折または右折する際に内側となる足（左足又は右足）のモータトルクと外側となる足（右足又は左足）のモータトルクとをそれぞれ異なる値に演算しなければならず、左右のバランスをとることが難しく、左右の各関節のモータを個別に制御する際に制御遅れが発生するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、装着者の頭部及び眼球の動きから当該装着者の次の動作を予測することで上記課題を解決した装着型入力装置及び人支援装置及び人支援装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、装着者に装着される装着型入力装置であって、
前記装着者の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出する外眼筋生体信号検出手段と、
前記装着者の頭部の動作方向を検出する頭部動作検出手段と、
前記装着者の体幹位置を検出する体幹位置検出手段と、
前記外眼筋生体信号検出手段により得られた外眼筋検出信号に基づいて眼球の動作方向を判別する視線方向判別手段と、
前記頭部動作検出手段により得られた頭部検出信号と前記体幹位置検出手段により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて前記頭部の動作方向を判別する頭部動作方向判別手段と、
前記視線方向判別手段の判別結果による視線方向と前記頭部動作方向判別手段の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定する動作方向推定手段と、
前記動作方向推定手段による推定結果を人支援装置に入力する入力手段と、
を有することを特徴とする。
（２）本発明の前記外眼筋生体信号検出手段は、前記頭部の前記眼球の側方に位置する部分に設けられ、前記眼球を動作させる際の眼電位を検出することを特徴とする。
（３）本発明の前記頭部動作検出手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する加速度センサ又は位置変位センサからなり、
前記体幹位置検出手段は、前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の背中の動作に応じた３次元の検出信号を出力するジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記加速度センサ又は位置変位センサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記ジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする。
（４）本発明の前記体幹位置検出手段は、
前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の体幹位置に応じた３次元の検出信号を出力する第１のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する３次元の検出信号を出力する第２のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記第１のジャイロセンサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記第２のジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする。
（５）本発明の前記視線方向判別手段は、
前記外眼筋生体信号検出手段により検出された検出信号に基づいて前記眼球を左右方向に動作させる際の眼電位の検出信号を抽出する眼電位抽出手段と、
該眼電位抽出手段により抽出された検出信号が予め設定された所定時間以上継続して検出された場合に、前記眼電位抽出手段により抽出された検出信号に基づいて前記眼球の動作方向が正面か或いは左右方向の何れかであるかを判定する眼球動作方向判定手段と、
を有することを特徴とする。
（６）本発明は、（１）乃至（５）の何れかに記載の装着型入力装置に接続され、前記入力手段から前記動作方向推定手段による推定結果を入力される制御手段と、
当該装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に装着されるフレームと、
該フレームを駆動する駆動手段と、
当該装着者の脚部生体信号を検出する脚部生体信号検出手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記動作方向推定手段による推定結果及び前記脚部生体信号検出手段から得られた脚部生体信号に基づき前記駆動手段を駆動制御するための制御信号を生成することを特徴とする。
（７）本発明の前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行方向を変更することが推定された場合には、当該推定された方向に応じて前記駆動手段による膝関節の駆動力を当該変更される方向に応じた制御パラメータを演算し、前記脚部生体信号検出手段が脚部生体信号を検出したタイミングで前記駆動手段を当該制御パラメータに基づいて駆動させることを特徴とする。
（８）本発明の前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行動作方向を変更することが推定された場合には、変更する方向に応じて右脚の膝関節と左脚の膝関節と駆動力に差を生じさせることを特徴とする。
（９）本発明は、装着者に装着される装着型入力装置と、前記装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に駆動力をアシストする駆動手段を有する人支援装置とを備えた人支援装置の制御方法において、
前記装着者の視線方向と前記装着者の頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定するステップと、
前記推定処理による推定結果に基づき前記駆動手段を駆動制御するステップと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、視線方向判別手段の判別結果による検出方向と頭部動作方向判別手段の判別結果による判別方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定することができ、当該推定結果を人支援装置に入力することにより、制御の動作遅れを解消し、人支援装置を安定した状態に制御することが可能になると共に、当該装着者の動作支援をスムーズに行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による装着型入力装置の一実施例の制御システムの系統図である。
【図２Ａ】装着型入力装置が装着式動作補助装置と接続された場合の装着状態を前側からみた斜視図である。
【図２Ｂ】装着型入力装置が装着式動作補助装置と接続された場合の装着状態を後側からみた斜視図である。
【図３Ａ】装着型入力装置の頭部検出ユニットの一例を示す斜視図である。
【図３Ｂ】頭部検出ユニットの装着状態を示す正面図である。
【図３Ｃ】頭部検出ユニットの装着状態を示す側面図である。
【図３Ｄ】頭部検出ユニットの眼球電位検出部を示す斜視図である。
【図３Ｅ】頭部検出ユニットの当接部を示す斜視図である。
【図４】眼球を動かす外眼筋と眼電位を検出する各電極との位置関係を示す図である。
【図５】外眼筋による眼球の動作方向を示す図である。
【図６】外眼筋の動作に伴う眼電位の検出信号を示す波形図である。
【図７Ａ】装着者が前方へ歩行する様子を模式的に示す平面図である。
【図７Ｂ】装着者が前方へ歩行しながら左方向を視認する様子を模式的に示す平面図である。
【図７Ｃ】装着者が視認した左方向へ曲がる様子を模式的に示す平面図である。
【図８】装着型入力装置の制御部が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】装着式動作補助装置の制御装置が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
〔制御システムの構成〕
図１は本発明による装着型入力装置の一実施例の制御システムの系統図である。図１に示されるように、装着型入力装置１００は、装着者１２の頭部に装着される頭部検出ユニット１１０と、当該装着者１２の背中に装着された体幹位置検出手段１２０と、制御部１３０とを有する。尚、体幹位置検出手段１２０及び制御部１３０は、図２Ｂに示されるように、装着者１２の背中でサスペンダ１４に支持されている。
【００１４】
頭部検出ユニット１１０は、外眼筋生体信号検出手段１４０と、頭部動作検出手段１５０と、表示部１６０とを有する。外眼筋生体信号検出手段１４０は、装着者１２の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出し、当該外眼筋生体信号を出力する電極よりなる。頭部動作検出手段１５０は、例えば、位置変位センサ、又は加速度センサ、またはジャイロセンサなどからなり、装着者１２の頭部１３の動作方向（首振り方向）を検出し、頭部１３の動作方向に応じた検出信号を出力する。表示部１６０は、動作方向の推定結果に応じて点灯または点滅する複数の表示灯（ＬＥＤ：発光ダイオード）からなる。
【００１５】
体幹位置検出手段１２０は、例えば、ジャイロセンサなどからなり、装着者１２の体幹位置を検出し、装着者１２の背中の中心位置に応じた検出信号を出力する。
【００１６】
また、制御部１３０は、視線方向判別手段１７０と、頭部動作方向判別手段１８０と、動作方向推定手段１９０と、入力手段２００と、充電式バッテリ２１０とを有する。また、視線方向判別手段１７０は、眼電位抽出手段２２０と、眼球動作方向検出手段２３０とを有する。
【００１７】
視線方向判別手段１７０は、眼電位抽出手段１７２と、眼球動作方向判定手段１７４とを有し、外眼筋生体信号検出手段１４０により得られた外眼筋検出信号に基づいて当該装着者１２の眼球が左右方向の何れかに動作したかを判別する。眼電位抽出手段１７２は、外眼筋生体信号検出手段１４０により検出された検出信号に基づいて眼球を動作させる際の眼電位の検出信号を抽出する。また、眼球動作方向判定手段１７４は、眼電位抽出手段１７２により抽出された検出信号が予め設定された所定時間以上継続して検出された場合に、眼電位抽出手段１７２により抽出された検出信号に基づいて眼球の動作方向が正面か或いは左右方向の何れかであるかを判定する。
【００１８】
頭部動作方向判別手段１８０は、頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて当該装着者１２の頭部１３の向き（首振り方向）を判別する。すなわち、頭部動作方向判別手段１８０は、体幹位置検出手段１２０（第１のジャイロセンサ）により得られた体幹位置検出信号（３次元信号）を基準値として頭部動作検出手段１５０（位置変位センサ、又は加速度センサ、又は第２のジャイロセンサ）から得られた頭部検出信号との差に基づいて頭部１３の動作方向を判別する。
【００１９】
動作方向推定手段１９０は、視線方向判別手段１７０の判別結果による眼球動作方向と頭部動作方向判別手段１８０の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者１２が当該方向に移動するものと推定し、その推定結果を出力する。
【００２０】
入力手段２００は、動作方向推定手段１９０による推定結果を装着式動作補助装置１０の制御装置３６に入力する。充電式バッテリ２１０は、制御部１３０の各機器及び頭部検出ユニット１１０に電源を供給しており、電源消費量に応じて定期的に充電される。
【００２１】
装着式動作補助装置１０（以下「動作補助装置」と称する）は、装着者１２の腰より下方の脚部に装着されて歩行動作を支援する人支援装置の一例である。
〔動作補助装置１０の構成〕
図２Ａは装着型入力装置１００が装着式動作補助装置１０と接続された場合の装着状態を前側からみた斜視図である。図２Ｂは装着型入力装置１００が装着式動作補助装置１０と接続された場合の装着状態を後側からみた斜視図である。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、動作補助装置１０は、例えば、骨格筋の筋力低下により歩行が不自由な下肢運動機能障害者、あるいは、歩行運動のリハビリを行う患者などのように自力歩行が困難な人の歩行動作を補助（アシスト）する装置である。また、動作補助装置１０は、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号（表面筋電位）を検出し、生体信号に基づいてアクチュエータからの駆動力を付与するように作動する。
【００２３】
動作補助装置１０を装着した装着者１２は、自らの意思で歩行動作を行う際に発生した生体信号に応じた駆動トルクが補助動力として動作補助装置１０から付与され、例えば、通常歩行で必要とされる筋力の半分の力で歩行することが可能になる。従って、装着者１２は、自身の筋力と駆動部（本実施例では、電動式の駆動モータを用いる）からの駆動トルクとの合力によって全体重を支えながら歩行することができる。
【００２４】
動作補助装置１０は、装着型入力装置１００から入力された推定結果に基づいて動作方向を予測し、装着者１２の歩行動作に伴う重心の移動に応じて付与されるアシスト力（モータトルク）が装着者１２の意思を反映するように制御している。
【００２５】
また、動作補助装置１０は、歩行動作以外にも、例えば、装着者１２が椅子に座った状態から立ち上がる際の動作、あるいは立った状態から椅子に腰掛ける際の動作も補助することができる。さらには、装着者１２が階段を上がったり、階段を下りる場合にもパワーアシストすることができる。特に筋力が弱っている場合には、階段の上がり動作や、椅子から立ち上がる動作を行うことが難しいが、動作補助装置１０を装着した装着者１２は、自らの意思に応じて駆動トルクを付与されて筋力の低下を気にせずに動作することが可能になる。
【００２６】
ここで、動作補助装置１０の構成の一例について説明する。動作補助装置１０は、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、装着者１２に装着される動作補助装着フレーム１８に駆動部を設けたものである。駆動部としては、装着者１２の右側股関節に位置する右腿駆動モータ２０と、装着者１２の左側股関節に位置する左腿駆動モータ２２と、装着者１２の右膝関節に位置する右膝駆動モータ２４と、装着者１２の左膝関節に位置する左膝駆動モータ２６とを有する。これらの駆動モータ２０，２２，２４，２６は、制御装置３６からの制御信号により駆動トルクを制御されるＤＣモータまたはＡＣモータなどの電動モータからなる。また、各駆動モータ２０，２２，２４，２６は、モータ回転を所定の減速比で減速する減速機構（駆動部に内蔵）を有しており、小型ではあるが十分な駆動力を付与することができる。また、駆動モータとしては、設置スペースが小さく済むように薄型化された超音波モータを用いても良いのは勿論である。
【００２７】
また、装着者１２の腰の周囲に装着される腰締結部材３０には、駆動モータ２０，２２，２４，２６を駆動させるための電源として機能するバッテリ３２，３４が取り付けられている。バッテリ３２、３４は、充電式バッテリであり、装着者１２の歩行動作を妨げないように左右に分散配置されている。
【００２８】
また、装着者１２の背面側となる腰締結部材３０の後側には、制御装置３６が取り付けられている。
【００２９】
そして、動作補助装置１０は、装着者１２の右腿の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂと、装着者１２の左腿の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ４０ａ，４０ｂと、右膝の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ４２ａ，４２ｂと、左膝の動きに伴う生体電位を検出する脚部生体信号検出センサ４４ａ，４４ｂとを有する。
【００３０】
これらの各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体信号を検出する生体信号検出手段であり、微弱電位を検出するための電極（図示せず）を有する。尚、本実施例では、各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者１２の皮膚表面に貼着するように取り付けられる。
【００３１】
人体においては、脳からの指令によって骨格筋を形成する筋肉の表面にシナプス伝達物質のアセチルコリンが放出される結果、筋線維膜のイオン透過性が変化して活動電位が発生する。そして、活動電位によって筋線維の収縮が発生し、筋力を発生させる。そのため、骨格筋の電位を検出することにより、歩行動作の際に生じる筋力を推測することが可能になり、推測された筋力に基づく仮想トルクから歩行動作に必要な補助動力を求めることが可能になる。
【００３２】
従って、動作補助装置１０では、制御装置３６により脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂによって検出された生体信号に基づいて４個の駆動モータ２０，２２，２４，２６に供給する駆動電流を求め、演算された駆動電流の供給により駆動モータ２０，２２，２４，２６を駆動制御する。これにより、動作補助装着フレーム１８は、各駆動モータ２０，２２，２４，２６のトルクが伝達されて装着者１２の歩行動作を補助するように駆動される。
【００３３】
また、制御装置３６は、前述した装着型入力装置１００の制御部１３０と信号線１３２を介して接続されている。尚、制御装置３６と制御部１３０との間の通信は、信号線１３２による有線方式でも良いし、電波を用いた近接無線方式としても良い。
【００３４】
また、歩行動作による重心移動をスムーズに行うため、足の裏にかかる荷重を検出する必要がある。そのため、装着者１２の左右足の裏に対応する位置には、床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ（図２Ａ及び図２Ｂ中、破線で示す）が設けられている。
【００３５】
また、床反力センサ５０ａは、右足前側の荷重に対する反力を検出し、床反力センサ５０ｂは、右足後側の荷重に対する反力を検出する。床反力センサ５２ａは、左足前側の荷重に対する反力を検出し、床反力センサ５２ｂは、左足後側の荷重に対する反力を検出する。各床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂは、例えば、印加された荷重に応じた電圧を出力する圧電素子などからなり、体重移動に伴う荷重変化、及び装着者１２の脚と地面との接地の有無を夫々検出することができる。
〔頭部検出ユニット１１０の構成〕
図３Ａは装着型入力装置１００の頭部検出ユニット１１０の一例を示す斜視図である。図３Ｂは頭部検出ユニット１１０の装着状態を示す正面図である。図３Ｃは頭部検出ユニット１１０の装着状態を示す側面図である。
【００３６】
図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、頭部検出ユニット１１０は、例えば、樹脂製のフレーム１１２と、フレーム１１２の両端より下方に向けて曲げられた一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒとを有する。フレーム１１２は装着者１２の頭部１３の後側に沿うようにＵ字状に形成されている。一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒは、フレーム１１２によって一体に連結されており、装着者１２の頭部１３を左右両側から挟持するように設けられている。
【００３７】
当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの当接位置は、装着者１２の頭部１３の耳と目との間に設定されている。この位置は、眼球を動作させる外眼筋の生体信号（眼電位）を検出しやすい位置である。
【００３８】
フレーム１１２の後部中央には、頭部動作検出手段１５０が設けられている。また、頭部動作検出手段１５０は、光ファイバまたはケーブルなどからなる信号線２４０を介して制御部１３０と接続されている。
【００３９】
図３Ｄは頭部検出ユニット１０の外眼筋生体信号検出手段１４０を示す斜視図である。図３Ｄに示されるように、当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの内面には、外眼筋生体信号検出手段１４０が設けられている。外眼筋生体信号検出手段１４０は、当該装着者１２の眼球の動きに応じた外眼筋生体信号（眼電位）を検出する４つの電極１４０−１〜１４０−４を有する。また、各電極１４０−１〜１４０−４は、フレーム１１２の内部に挿通された信号線１４２（図３Ｄ中、破線で示す）及び上記信号線２４０を介して制御部１３０と接続されている。
【００４０】
図３Ｅは頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒを示す斜視図である。図３Ｅに示されるように、当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの外面には、表示部１６０Ｌ、１６０Ｒと、小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒとが設けられている。この表示部１６０Ｌ、１６０Ｒは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１６０−１、１６０−２からなり、外眼筋生体信号検出手段１４０によって検出された眼電位に基づいて歩行方向が左方向（左折）又は右方向（右折）と推定された場合に左側のＬＥＤ１６０−１、１６０−２又は右側のＬＥＤ１６０−１、１６０−２が点灯または点滅して報知することができる。ＬＥＤ１６０−１、１６０−２は、フレーム１１２の内部の挿通された信号線１６２を介して制御部１３０と接続されている。
【００４１】
また、小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒは、外眼筋生体信号検出手段１４０によって検出された眼電位に基づいて歩行方向が左方向（左折）又は右方向（右折）と推定された場合に、曲がる方向に確認音（例えば、ピッピなどの電子音）を発する。小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒは、フレーム１１２の内部の挿通された信号線２３２を介して制御部１３０と接続されている。
【００４２】
尚、ＬＥＤ１６０−１、１６０−２の点滅と小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒの確認音は、どちらか一方を選択することもでき、両方とも作動させるように設定することもできる。表示部１６０Ｌ、１６０Ｒは、周囲の人に曲がる方向を表示することができるので、例えば、リハビリテーションを行なう際に介護士や訓練士に曲がる方向を予告することができる。また、小型スピーカ２５０Ｌ、２５０Ｒの確認音によって、装着者１２が盲人あるいは視力の弱い弱視の場合に、装着型入力装置１００が曲がる方向を認知したことを確認音で報知することができる。
【００４３】
図４は眼球３００を動かす外眼筋３１０と眼電位を検出する各電極１４０−１〜１４０−４との位置関係を示す図である。図４に示されるように、本実施形態では、頭部１３のこめかみ付近の被検出領域（図４中、破線で示す所定領域）Ａに各電極１４０−１〜１４０−４を配置する。
【００４４】
眼球３００は、外眼筋３１０の筋力によって動作して視線の向きを変えることができる。そして、眼球３００を動かす際に外眼筋３１０から発生する外眼筋生体信号（眼電位）は、１対の電極間、すなわち２つの電極で取得した信号間の電位差により取得される。したがって、図４に示ように電極１４０−１と１４０−２とで１つの生体信号取得部（１チャンネル）を構成し、電極１４０−３と１４０−４とで１つの生体信号取得部（１チャンネル）を構成する。なお、本実施形態では、外眼筋生体信号検出手段１４０は、左右それぞれに２つずつ、左右両側で合計４チャンネルの生体信号を取得する。なお、本発明における電極の設置個数については、これに限定されるわけではない。
【００４５】
上述した図４に示すように、各電極１４０−１〜１４０−４の位置は、こめかみ付近の被検出領域Ａに設定されることにより、対面している人には、違和感を与えずに眼球３００の動作方向に応じた外眼筋生体信号（眼電位）を取得することができる。
【００４６】
また、各電極１４０−１〜１４０−４から得られる検出位置と信号の位相差及び、取得した信号の周波数（例えば、１Ｈｚ〜１５Ｈｚ、６００Ｈｚ〜７００Ｈｚの範囲）から外眼筋３１０の何処の筋肉の信号であるかを特定することができ、直接的にノイズ等の影響を受けずに外眼筋生体信号（眼電位）を取得することができる。
【００４７】
なお、本実施形態における外眼筋生体信号のチャンネル取得数は、複数であればよく、本発明においては特に制限されるものではないが、多すぎると装着時に顔面に邪魔になるため、２〜８チャンネル程度でよく、特に４チャンネルが好ましい。
【００４８】
また、装着者１２の顔面に対して視界の邪魔にならない配置を実現するという観点から、１つの電極は、例えば直径が約２〜１０ｍｍ程度が好ましく、対を形成する各電極間の距離は、例えば約２０ｍｍ程度が好ましい。また、各電極１４０−１〜１４０−４は、装着者１２の顔面に対して縦に略直線的に配置されることが好ましいが、本発明においては特に制限されるものではない。
〔眼球３００を動かす外眼筋３１０について〕
ここで、眼球３００を動かす外眼筋３１０の種類及び動作方向との関係について説明する。図５は外眼筋３１０による眼球３００の動作方向を示す図である。尚、図５では、装着者１２の左目を正面からみた眼球３００を拡大して示しており、右目の各外眼筋の配置は左目の外眼筋３１０の配置と左右対称になる。
【００４９】
図５に示されるように、眼球３００を動かす外眼筋３１０は、上直筋、下直筋、内側直筋、外側直筋、上斜筋、下斜筋の６つの筋力に組み合わせによって各方向に動作して視線方向を変化させる。（１）上直筋は上内側（ＵＲ方向）に動作させる筋肉、（２）下直筋は下内側（ＤＲ方向）に動作させる筋肉、（３）内側直筋は内側（Ｒ方向）に動作させる筋肉、（４）外側直筋は外側（Ｌ方向）に動作させる筋肉、（５）上斜筋は下外側（ＤＬ方向）に動作させる筋肉、（６）下斜筋は上外側（ＵＬ方向）に動作させる筋肉である。
【００５０】
尚、右目の場合、上記左目の外眼筋３１０の（１）〜（６）の筋肉の左右方向が逆になり、内側が外側に、外側が内側に置き換わる。
【００５１】
また、外眼筋３１０の６種類の各筋力発生時には、（１）〜（６）の筋肉において、各外眼筋生体信号（眼電位）が発生する。
【００５２】
図６は外眼筋の動作に伴う眼電位の検出信号を示す波形図である。図６に示されるように、前述した左目の外眼筋３１０を構成する（１）〜（６）の筋肉は、眼球３００の動作方向に応じた外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５３】
図６のＴ１で眼球３００が内側（Ｒ方向）に動作するときは、内側直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５４】
図６のＴ２で、眼球３００が内側の上側（ＵＲ方向）に動作するときは、内側直筋及び上直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５５】
図６のＴ３で、眼球３００が内側の下側（ＤＲ方向）に動作するときは、内側直筋及び下直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５６】
図６のＴ４で、眼球３００が外側（Ｌ方向）に動作するときは、外側直筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５７】
図６のＴ５で、眼球３００が外側の上側（ＵＬ方向）に動作するときは、外側直筋及び下斜筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５８】
図６のＴ６で、眼球３００が外側の下側（ＤＬ方向）に動作するときは、外側直筋及び上斜筋が外眼筋生体信号（眼電位）を発生する。
【００５９】
このように、外眼筋３１０を構成する（１）〜（６）の筋肉からの外眼筋生体信号（眼電位）を外眼筋生体信号検出手段１４０により検出することで、当該装着者１２の眼球３００の動作方向（視線方向）を検出することができる。
【００６０】
本実施の形態では、頭部検出ユニット１１０の外眼筋生体信号検出手段１４０が頭部１３の両側のこめかみ付近を被検出領域Ａ（図４を参照）としているため、頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの内側に配された各電極１４０−１〜１４０−４は、左目の外側の眼電位、右目の外側の外眼筋生体信号（眼電位）を検出することになる。従って、左側の当接部１１４Ｌの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号（眼電位）を検出した場合は、眼球３００が左方向をみるように動作し、右側の接部１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号（眼電位）を検出した場合は、眼球３００が右方向をみるように動作したことを検出できる。また、一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が検出した外眼筋生体信号（眼電位）が等しい場合には、左右の眼球３００が共に正面をみていることを検出できる。
【００６１】
そのため、装着者１２の眼球３００の動作方向（視線方向）を各電極１４０−１〜１４０−４によって検出することができるので、これらの検出信号に基づいて装着者１２の歩行動作方向を予測することが可能になる。
〔動作補助装置１０による歩行支援の動作〕
図７Ａは装着者１２が前方へ歩行する様子を模式的に示す平面図である。図７Ａに示されるように、装着者１２が前方へ歩行する場合、進行方向である前方をみながら歩行動作を行なう。そのため、頭部１３の顔面が正面（進行方向）を向いていると共に、左右の両目も正面（進行方向）を向いている。
【００６２】
この場合、視線方向判別手段１７０では、頭部検出ユニット１１０の一対の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４から得られた外眼筋生体信号（眼電位）が等しくなるため、左右の眼球３００が共に正面をみていることを判別できる。
【００６３】
また、頭部動作方向判別手段１８０は、頭部検出ユニット１１０の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との差がなく、殆ど等しいことから当該装着者１２の頭部１３の向き（首振り方向）が正面であると判別する。
【００６４】
図７Ｂは装着者１２が前方へ歩行しながら左方向を視認する様子を模式的に示す平面図である。図７Ｂに示されるように、装着者１２は歩行中に左方向をみた場合、頭部１３が左方向に向くと共に、左右の両目も左方向を向いている。
【００６５】
この場合、視線方向判別手段１７０では、頭部検出ユニット１１０の左側の当接部１１４Ｌに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４から外眼筋生体信号（眼電位）が得られるため、左右の眼球３００が共に左方向をみていることを判別できる。
【００６６】
また、頭部動作方向判別手段１８０は、頭部検出ユニット１１０の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との水平方向の差が角度α１になるため、当該装着者１２の頭部１３が左方向を向いていると判別する。
【００６７】
図７Ｃは装着者１２が視認した左方向へ曲がる様子を模式的に示す平面図である。図７に示されるように、装着者１２が左方向へ曲がる場合、内側となる左足の歩幅が小さくなり、外側となる右足の歩幅が大きくなると共に、内側の左足の蹴る力が弱く外側の右足が蹴る力が強くなる。そして、装着者１２の体全体が左方向に向くため、左右の眼球３００が共に左方向をみたまま、頭部検出ユニット１１０の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０により得られた頭部検出信号と装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０により得られた体幹位置検出信号との水平方向の差が角度α２になる（α１＞α２）。
【００６８】
そして、装着者１２の体全体が左方向に向くと、頭部１３及び両目の視線方向が体の正面を向いた状態（図７Ａを参照）になる。
〔装着型入力装置の制御部が実行する制御処理〕
図８は装着型入力装置１００の制御部１３０が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図８に示されるように、Ｓ１１では、頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４から得られた外眼筋生体信号（眼電位）を読み込む（眼電位抽出手段１７２）。
【００６９】
続いて、Ｓ１２に進み、各電極１４０−１〜１４０−４により検出された外眼筋生体信号（眼電位）が予め設定された所定時間経過（例えば、１秒以上）しても一定値以上であるか否かをチェックする。Ｓ１２において、各電極１４０−１〜１４０−４により検出された外眼筋生体信号（眼電位）が予め設定された所定時間経過（例えば、１秒以上）しても一定値以上でない場合（ＮＯの場合）は、視線を動かしただけなので、Ｓ１１の処理に戻る。また、Ｓ１２において、各電極１４０−１〜１４０−４により検出された外眼筋生体信号（眼電位）が予め設定された所定時間経過（例えば、１秒以上）しても一定値以上である場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１３の処理に進み、眼球の動作方向を判別する（眼球動作方向判定手段１７４）。尚、眼球動作方向の判定処理方法は、前述した図５及び図６を参照して説明したように、頭部検出ユニット１１０の当接部１１４Ｌ、１１４Ｒに設けられた各電極１４０−１〜１４０−４で検出された外眼筋生体信号に基づいて判定される。
【００７０】
左側の当接部１１４Ｌの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出し、右側の当接部１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出しなかった場合は、眼球動作方向が左方向と判定される。また、右側の当接部１１４Ｒの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出し、左側の当接部１１４Ｌの各電極１４０−１〜１４０−４が外眼筋生体信号を検出しなかった場合は、眼球動作方向が右方向と判定される。また、左右の各電極１４０−１〜１４０−４が共に外眼筋生体信号を検出しなかった場合は、眼球動作方向が正面（前方）と判定される。
【００７１】
続いて、Ｓ１４では、当該装着者１２の背中に配された体幹位置検出手段１２０（第１のジャイロセンサ）により検出された３次元信号（検出信号Ａ）を読み込む。次のＳ１５では、頭部検出ユニット１１０のフレーム１１２の後部に設けられた頭部動作検出手段１５０（第２のジャイロセンサ）により検出された頭部動作位置信号（検出信号Ｂ）を読み込む。尚、頭部動作検出手段１５０は、頭部の動作方向が検出できればよいので、ジャイロセンサに限らず、例えば、位置変位センサ、加速度センサでも良い。
【００７２】
Ｓ１６では、各検出信号ＡとＢとの差から頭部動作方向を判別する（頭部動作方向判別手段１８０）。尚、Ｓ１６における頭部動作方向判別処理においては、例えば、頭部動作検出手段１５０に位置変位センサを用いた場合、位置変位センサにより頭部１３の変位量と変位方向（検出信号Ｂ）が検出されるため、体幹位置検出手段１２０の第１のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ａ）を基準値（体幹位置）として頭部１３の動作方向（変位方向）を判別できる。また、Ｓ１６における頭部動作方向判別処理においては、例えば、頭部動作検出手段１５０に加速度センサを用いた場合、加速度センサにより頭部１３の動作に応じた加速度信号（検出信号Ｂ）が得られるため、加速度と加速方向が検出されるため、体幹位置検出手段１２０の第１のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ａ）を基準値（体幹）として頭部１３の動作方向（加速方向）を判別できる。
【００７３】
また、Ｓ１６における頭部動作方向判別処理においては、例えば、頭部動作検出手段１５０に第２のジャイロセンサを用いた場合、体幹位置検出手段１２０の第１のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ａ）を基準値として頭部動作検出手段１５０の第２のジャイロセンサから得られた３次元信号（検出信号Ｂ）との差から頭部１３の動作方向を左右方向及び上下方向で判別することが可能になる。従って、装着者１２が前進、左折、右折などの歩行動作だけでなく、階段の昇り降りの動作や、椅子に座った状態から立ち上がる場合の上下方向の動作にも対応することができる。
【００７４】
続いて、Ｓ１７に進み、上記Ｓ１３で判別された眼球動作方向と、上記Ｓ１６で判別された頭部動作方向とが一致するか否かをチェックする。Ｓ１７において、上記Ｓ１３で判別された眼球動作方向と、上記Ｓ１６で判別された頭部動作方向とが一致しない場合（ＮＯの場合）は、当該装着者１２が歩行方向を変更せず、前進を維持するものとしてＳ１１の処理に戻る。
【００７５】
また、Ｓ１７において、上記Ｓ１３で判別された眼球動作方向と、上記Ｓ１６で判別された頭部動作方向とが一致する場合は、Ｓ１８に進み、当該装着者１２がその一致する方向（前進、左折、右折の何れか）に歩行するものと推定する（動作方向推定手段１９０）。
【００７６】
次のＳ１９では、上記Ｓ１８の推定結果を動作補助装置１０の制御装置３６に入力する。これにより、動作補助装置１０の制御装置３６では、当該装着者１２の歩行動作方向を予測することが可能になる。
〔装着式動作補助装置１０の制御処理〕
次に動作補助装置１０のおける制御処理について説明する。
【００７７】
図９は装着式動作補助装置１０の制御装置３６が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図９に示されるように、制御装置３６は、Ｓ２１で装着型入力装置１００の制御部１３０から動作方向の推定結果が入力されたか否かをチェックする。Ｓ２１において、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力された場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２２に進み、動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）に応じた動作プログラム及び制御パラメータをデータベースから読み込み、当該推定された動作方向に応じた制御処理の事前準備を行なう。
【００７８】
次のＳ２３では、当該装着者１２の脚部に装着された各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ（図２Ａ、図２Ｂを参照）により検出された筋電位信号や神経伝達信号などの生体信号、及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号を読み込む。
【００７９】
続いて、Ｓ２４では、各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂにより検出された脚部生体信号及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号（重心位置）に基づいて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを演算する。次のＳ２５では、前述した動作方向の推定結果が前進の場合は、Ｓ２４の演算結果に基づいて右側の各モータ２０，２４のトルクと左側の各モータ２２，２６のトルクとが等しくなるように制御する。また、動作方向の推定結果が左折の場合は、Ｓ２４の演算結果に基づいて左方向に曲がる際の内側となるモータ２２，２６のトルクが小さくなるように制御し、外側となるモータ２０、２４のトルクが大きくなるように制御する。
【００８０】
また、動作方向の推定結果が右折の場合は、Ｓ２４の演算結果に基づいて右方向に曲がる際の外側となるモータ２２，２６のトルクが大きくなるように制御し、内側となるモータ２０、２４のトルクが小さくなるように制御する。このように、装着者１２は、歩行動作方向を目視するように動作（眼球動作及び頭部動作）することで、装着型入力装置１００より歩行動作方向の推定結果が動作補助装置１０に入力されるため、動作補助装置１０により直進の場合も、左折、右折の場合も安定的且つスムーズに歩行動作がアシストされる。
【００８１】
また、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力された場合は、動作方向を変更する前に予告されるため、制御装置３６によるモータ制御が迅速に行えるので、急な歩行動作の場合でも制御遅れが発生せず、装着者１２の歩行アシスト、歩行訓練（訓練士によるリハビリテーションを含む）を安定的且つスムーズに行える。
【００８２】
上記Ｓ２１において、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力されない場合（ＮＯの場合）は、通常の制御処理が行なわれる。すなわち、Ｓ２６に進み、当該装着者１２の脚部に装着された各脚部生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ（図２Ａ、図２Ｂを参照）により検出された筋電位信号や神経伝達信号などの生体信号を読み込む。
【００８３】
次のＳ２７では、各モータの回転角を検出する角度センサの検出信号、及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号を読み込む。続いて、Ｓ２８に進み、各脚部生体信号検出センサ及び各関節の角度センサの検出信号及び床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂの検出信号（重心位置）に基づいて動作パターン（各動作のフェーズ）に応じた制御プログラム及び制御パラメータをデータベースから読み込む。
【００８４】
Ｓ２９では、Ｓ２８で読み込まれた制御プログラム及び制御パラメータ及び各脚部生体信号を用いて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを演算する。次のＳ３０では、Ｓ２９の演算結果により脚部生体信号に基づいて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを制御する。このように、制御部１３０から動作方向の推定結果（前進、左折、右折の何れか）が入力されない場合は、装着者１２が歩行動作を行なう際の脚部生体信号に基づいて各モータ２０，２２，２４，２６のトルクを制御するため、モータトルクの演算処理に時間がかかり、制御遅れが発生するおそれがある。
【００８５】
上記説明では、装着型入力装置１００により歩行動作方向を推定する場合について説明したが、歩行動作以外にも、例えば、椅子に座った状態から立ち上がる動作を眼球３００の上下方向の動きから予測することも可能であり、あるいは階段の昇り、降り動作を予測することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
上記実施の形態では、装着式動作補助装置１０を人支援装置として用いた場合を一例として挙げたが、例えば、装着型入力装置１００からの推定結果を電動車椅子あるいは介護用電気自動車等の車両の制御装置に入力する構成として良い。この場合、装着型入力装置１００によって電動車椅子等の車両の進行方向を制御することが可能になる。
【００８７】
また、装着型入力装置１００からの推定結果を介護ロボットや所定の作業を行なう作業ロボットの制御装置に入力することで、介護ロボットや作業ロボットの動作方向を予告することが可能になる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 装着式動作補助装置
１２ 装着者
１３ 頭部
１８ 動作補助装着フレーム
２０，２２，２４，２６ 駆動モータ
３０ 腰締結部材
３２、３４ バッテリ
３６ 制御装置
３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ 脚部生体信号検出センサ
５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ 床反力センサ
１００ 装着型入力装置
１１０ 頭部検出ユニット
１１２ フレーム
１１４Ｌ、１１４Ｒ 当接部
１２０ 体幹位置検出手段
１３０ 制御部
１３２、１４２、１６２、２３２、２４０ 信号線
１４０ 外眼筋生体信号検出手段
１４０−１〜１４０−４ 電極
１５０ 頭部動作検出手段
１６０ 表示部
１６０−１、１６０−２ ＬＥＤ
１７０ 視線方向判別手段
１７２ 眼電位抽出手段
１７４ 眼球動作方向判定手段
１８０ 頭部動作方向判別手段
１９０ 動作方向推定手段
２００ 入力手段
２１０ 充電式バッテリ
２２０ 眼電位抽出手段
２３０ 眼球動作方向検出手段
２５０Ｌ、２５０Ｒ 小型スピーカ
３００ 眼球
３１０ 外眼筋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者に装着される装着型入力装置であって、
前記装着者の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出する外眼筋生体信号検出手段と、
前記装着者の頭部の動作方向を検出する頭部動作検出手段と、
前記装着者の体幹位置を検出する体幹位置検出手段と、
前記外眼筋生体信号検出手段により得られた外眼筋検出信号に基づいて眼球の動作方向を判別する視線方向判別手段と、
前記頭部動作検出手段により得られた頭部検出信号と前記体幹位置検出手段により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて前記頭部の動作方向を判別する頭部動作方向判別手段と、
前記視線方向判別手段の判別結果による視線方向と前記頭部動作方向判別手段の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定する動作方向推定手段と、
前記動作方向推定手段による推定結果を人支援装置に入力する入力手段と、
を有することを特徴とする装着型入力装置。
【請求項２】
前記外眼筋生体信号検出手段は、前記頭部の前記眼球の側方に位置する部分に設けられ、前記眼球を動作させる際の眼電位を検出することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項３】
前記頭部動作検出手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する加速度センサ又は位置変位センサからなり、
前記体幹位置検出手段は、前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の背中の動作に応じた３次元の検出信号を出力するジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記加速度センサ又は位置変位センサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記ジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項４】
前記体幹位置検出手段は、
前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の体幹位置に応じた３次元の検出信号を出力する第１のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する３次元の検出信号を出力する第２のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記第１のジャイロセンサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記第２のジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項５】
前記視線方向判別手段は、
前記外眼筋生体信号検出手段により検出された検出信号に基づいて前記眼球を左右方向に動作させる際の眼電位の検出信号を抽出する眼電位抽出手段と、
該眼電位抽出手段により抽出された検出信号が予め設定された所定時間以上継続して検出された場合に、前記眼電位抽出手段により抽出された検出信号に基づいて前記眼球の動作方向が正面か或いは左右方向の何れかであるかを判定する眼球動作方向判定手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の装着型入力装置に接続され、前記入力手段から前記動作方向推定手段による推定結果を入力される制御手段と、
当該装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に装着されるフレームと、
該フレームを駆動する駆動手段と、
当該装着者の脚部生体信号を検出する脚部生体信号検出手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記動作方向推定手段による推定結果及び前記脚部生体信号検出手段から得られた脚部生体信号に基づき前記駆動手段を駆動制御するための制御信号を生成することを特徴とする人支援装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行方向を変更することが推定された場合には、当該推定された方向に応じて前記駆動手段による膝関節の駆動力を当該変更される方向に応じた制御パラメータを演算し、前記脚部生体信号検出手段が脚部生体信号を検出したタイミングで前記駆動手段を当該制御パラメータに基づいて駆動させることを特徴とする請求項６に記載の人支援装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行動作方向を変更することが推定された場合には、変更する方向に応じて右脚の膝関節と左脚の膝関節と駆動力に差を生じさせることを特徴とする請求項６または７に記載の人支援装置。
【請求項９】
装着者に装着される装着型入力装置と、前記装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に駆動力をアシストする駆動手段を有する人支援装置とを備えた人支援装置の制御方法において、
前記装着者の視線方向と前記装着者の頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定するステップと、
前記推定処理による推定結果に基づき前記駆動手段を駆動制御するステップと、
を有することを特徴とする人支援装置の制御方法。
【請求項１】
装着者に装着される装着型入力装置であって、
前記装着者の眼球の動作方向に応じた外眼筋生体信号を検出する外眼筋生体信号検出手段と、
前記装着者の頭部の動作方向を検出する頭部動作検出手段と、
前記装着者の体幹位置を検出する体幹位置検出手段と、
前記外眼筋生体信号検出手段により得られた外眼筋検出信号に基づいて眼球の動作方向を判別する視線方向判別手段と、
前記頭部動作検出手段により得られた頭部検出信号と前記体幹位置検出手段により得られた体幹位置検出信号との差に基づいて前記頭部の動作方向を判別する頭部動作方向判別手段と、
前記視線方向判別手段の判別結果による視線方向と前記頭部動作方向判別手段の判別結果による頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定する動作方向推定手段と、
前記動作方向推定手段による推定結果を人支援装置に入力する入力手段と、
を有することを特徴とする装着型入力装置。
【請求項２】
前記外眼筋生体信号検出手段は、前記頭部の前記眼球の側方に位置する部分に設けられ、前記眼球を動作させる際の眼電位を検出することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項３】
前記頭部動作検出手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する加速度センサ又は位置変位センサからなり、
前記体幹位置検出手段は、前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の背中の動作に応じた３次元の検出信号を出力するジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記加速度センサ又は位置変位センサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記ジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項４】
前記体幹位置検出手段は、
前記装着者の背中の中心部分に対向する位置に配置され、前記装着者の体幹位置に応じた３次元の検出信号を出力する第１のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記装着者の頭部の動作に応じた検出信号を出力する３次元の検出信号を出力する第２のジャイロセンサからなり、
前記頭部動作方向判別手段は、前記第１のジャイロセンサにより検出された前記装着者の頭部の動作と、前記第２のジャイロセンサにより検出された前記装着者の体幹位置との差に基づいて前記装着者の頭部の動作位置を判別することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項５】
前記視線方向判別手段は、
前記外眼筋生体信号検出手段により検出された検出信号に基づいて前記眼球を左右方向に動作させる際の眼電位の検出信号を抽出する眼電位抽出手段と、
該眼電位抽出手段により抽出された検出信号が予め設定された所定時間以上継続して検出された場合に、前記眼電位抽出手段により抽出された検出信号に基づいて前記眼球の動作方向が正面か或いは左右方向の何れかであるかを判定する眼球動作方向判定手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の装着型入力装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の装着型入力装置に接続され、前記入力手段から前記動作方向推定手段による推定結果を入力される制御手段と、
当該装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に装着されるフレームと、
該フレームを駆動する駆動手段と、
当該装着者の脚部生体信号を検出する脚部生体信号検出手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記動作方向推定手段による推定結果及び前記脚部生体信号検出手段から得られた脚部生体信号に基づき前記駆動手段を駆動制御するための制御信号を生成することを特徴とする人支援装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行方向を変更することが推定された場合には、当該推定された方向に応じて前記駆動手段による膝関節の駆動力を当該変更される方向に応じた制御パラメータを演算し、前記脚部生体信号検出手段が脚部生体信号を検出したタイミングで前記駆動手段を当該制御パラメータに基づいて駆動させることを特徴とする請求項６に記載の人支援装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記動作方向推定手段により当該装着者が歩行動作方向を変更することが推定された場合には、変更する方向に応じて右脚の膝関節と左脚の膝関節と駆動力に差を生じさせることを特徴とする請求項６または７に記載の人支援装置。
【請求項９】
装着者に装着される装着型入力装置と、前記装着者の歩行動作を支援するように当該装着者の脚部に駆動力をアシストする駆動手段を有する人支援装置とを備えた人支援装置の制御方法において、
前記装着者の視線方向と前記装着者の頭部動作方向とが一致した場合に当該装着者が当該方向に移動するものと推定するステップと、
前記推定処理による推定結果に基づき前記駆動手段を駆動制御するステップと、
を有することを特徴とする人支援装置の制御方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２０７９８（Ｐ２０１２−１２０７９８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６２８８（Ｐ２０１０−２７６２８８）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
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