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WO2011092800A1 - 歩行支援装置 - Google Patents

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WO2011092800A1
WO2011092800A1 PCT/JP2010/050934 JP2010050934W WO2011092800A1 WO 2011092800 A1 WO2011092800 A1 WO 2011092800A1 JP 2010050934 W JP2010050934 W JP 2010050934W WO 2011092800 A1 WO2011092800 A1 WO 2011092800A1
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WO
WIPO (PCT)
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leg
control parameter
controller
period
user
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2010/050934
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English (en)
French (fr)
Inventor
今井田　昌幸
一誠 中島
周平 真鍋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors

Definitions

  • the present invention relates to a walking support device that assists a user's walking motion.
  • Patent Document 1 discloses an example of such a rehabilitation apparatus.
  • the rehabilitation device is provided with an operation panel that adjusts the movement of the actuator, for example, the operation speed.
  • the rehabilitation device disclosed in Patent Document 1 also includes exercise parameter setting means for defining the exercise of the limbs.
  • the motion parameter corresponds to a control parameter that determines the motion of the actuator that induces repetitive motion to the user.
  • control parameter corresponds to a target trajectory of the user's motion (that is, a target trajectory of the actuator), a gain of feedback control, and the like.
  • Control parameters may be changed while using the device.
  • a doctor may adjust the operation speed of the rehabilitation device while watching the user's movement.
  • the already used control parameter is immediately updated with the input control parameter.
  • the movement of the actuator may change suddenly, giving the user a sense of discomfort.
  • the control parameter of the actuator supporting the free leg is suddenly changed while guiding the movement of the free leg, the movement of the free leg (actuator movement) changes discontinuously. There is a possibility that the user may feel uncomfortable.
  • the present specification provides a walking support device that can change the control parameters of an actuator without causing a user to feel uncomfortable.
  • the novel walking support device disclosed in this specification includes a leg brace, a controller, a sensor, and an operation panel.
  • the leg brace has an actuator that applies torque to the joint of the leg and is attached to the leg of the user.
  • the controller controls the actuator based on a predetermined control algorithm.
  • an algorithm for guiding the legs is employed so that a smooth walking motion can be obtained.
  • the sensor specifies whether the leg wearing the leg brace is in the swing leg period or the stance period.
  • the sensor may typically be a ground sensor placed on the sole.
  • the operation panel is provided for inputting control parameters that determine the movement of the actuator.
  • the operation panel is operated by a user or another person.
  • the controller specifies the switching timing between the free leg period and the stance period of the leg wearing the leg brace. Furthermore, the controller updates the already used control parameter with the input control parameter at the specified switching timing.
  • the technology disclosed in this specification focuses on the switching timing between the stance period and the free leg period.
  • the walking support device disclosed in this specification accepts input of a new control parameter at any time, but the already used control parameter is updated to the control parameter input at the switching timing of the standing leg period and the swing leg period.
  • the controller retains the control parameters input through the operation panel during the swing leg period or the stance period, but does not update the control parameters already used. Therefore, the movement of the actuator does not change suddenly during the swing leg period or during the stance period.
  • the walking support device disclosed in the present specification can change the control parameter of the actuator without causing the user to feel uncomfortable. It should be noted that the above technical idea of switching control parameters can be applied to various control algorithms for supporting walking motion.
  • the structure of the leg brace is, for example, as follows.
  • the leg brace includes an upper link attached to the thigh of the user's leg and a lower link attached to the lower limb, and a motor swings the lower link with respect to the upper link.
  • the leg brace includes a lower link attached to the user's lower limb and a foot link attached to the foot, and the motor swings the foot link relative to the lower link.
  • the parameters include, for example, a rocking speed, a rocking amplitude, a rocking pattern, or a motor control gain.
  • the walking speed is determined by the swing speed and swing amplitude.
  • the swing pattern may be divided into a swing pattern for free legs and a swing pattern for standing legs.
  • the swing speed and swing pattern for the free leg correspond to control parameters for assisting the free leg.
  • the controller sets the control parameter that is already used at the stance-free leg switching timing when the leg wearing the leg brace switches from the stance period to the free leg period. Update. For example, when the user inputs a new swing speed using the operation panel, the controller updates the swing speed of the leg brace with the new swing speed at the timing when the leg next switches from the standing leg to the free leg.
  • the swing pattern for the stance corresponds to a control parameter for assisting the stance.
  • the controller updates the control parameters that are already used at the swing-standpoint switching timing when the leg wearing the leg brace switches from the swing period to the stance period. To do. For example, when the user inputs the target knee joint angle of the standing leg using the operation panel, the controller updates the target knee joint angle with the input data at the timing when the leg next switches from the free leg to the standing leg.
  • the walking support device disclosed in the present specification can change the control parameter that determines the movement of the actuator without causing the user to feel uncomfortable.
  • the typical front view of a walk assistance device is shown.
  • the typical side view of a walk assistance device is shown.
  • the flowchart of the process which a controller performs is shown.
  • FIG. 1 shows a schematic front view of the walking support device 10
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the walking support device 10.
  • the walking assist device 10 includes a motor, and can apply torque to the knee joint of the right leg (one leg) to guide the movement of the lower limb so that a smooth walking motion is achieved. Moreover, this walking assistance apparatus 10 reduces the load added to a user's right knee joint when a right leg is in a stance phase.
  • the main mechanism of the walking support device 10 is composed of a leg brace 12 worn along the right leg of the user.
  • the mechanical structure of the leg orthosis 12 will be described.
  • the leg brace 12 is attached to the outside of the right leg from the user's thigh along the lower leg.
  • the leg orthosis 12 is configured by a multi-link mechanism having an upper link 14, a lower link 16, and a foot link 18.
  • the upper end of the upper link 14 is slidably connected to the support link 30 via the first joint 20a.
  • the lower link 16 is swingably connected to the lower end of the upper link 14 via the second joint 20b.
  • a foot link 18 is swingably connected to the lower end of the lower link 16 via a third joint 20c.
  • the support link 30 is fixed to the trunk (waist) of the user.
  • a controller 50 is attached to the support link 30.
  • the upper link 14 is fixed to the user's thigh with a belt.
  • the lower link 16 is fixed to the user's lower limb with a belt.
  • the foot link 18 is fixed to the user's foot with a belt. In the figure, a belt for fixing the foot link 18 is not shown.
  • symbol UA of FIG. 1 has shown the right thigh, and the code
  • the first joint 20a, the second joint 20b, and the third joint 20c are respectively the pitch axis of the user's right hip joint, the pitch axis of the right knee joint, and the pitch axis of the right ankle joint. And is located approximately coaxial.
  • the second joint 20 b corresponds to a connecting portion between the upper link 14 and the lower link 16.
  • Each link of the leg brace 12 can swing according to the movement of the user's right leg.
  • Each joint includes an encoder 21 for measuring a joint angle. The joint angle is expressed as an angle between two links connected by a joint.
  • the encoder 21 of the first joint 20a measures the joint angle around the pitch axis of the right hip joint.
  • the encoder 21 of the second joint 20b measures the joint angle around the user's right knee joint pitch axis.
  • the encoder 21 of the third joint 20c measures the joint angle around the user's right ankle joint pitch axis.
  • the encoder group 21 attached to each joint may be collectively referred to as an angle sensor 21.
  • a ground sensor 19 is attached to the foot link 18.
  • the ground sensor 19 detects whether or not the right leg is grounded.
  • the ground sensor 19 is an ON-OFF switch that outputs an ON signal when the leg (foot) is grounded and outputs an OFF signal when the leg (foot) is not grounded.
  • the output of the ground sensor 19 is sent to the controller 50.
  • the controller 50 determines that the right leg is in the stance period while the ground sensor 19 is outputting the ON signal. Further, the controller 50 determines that the right leg is in the swing leg period while the ground sensor 19 outputs the OFF signal.
  • the controller 50 detects the timing at which the signal of the ground sensor 19 changes from ON to OFF as the timing at which the right leg switches from the standing leg period to the free leg period. This timing is hereinafter referred to as stance-free leg timing. Further, the controller 50 detects the timing at which the signal of the ground sensor 19 changes from OFF to ON as the timing at which the right leg switches from the swing leg period to the standing leg period.
  • this timing is referred to as a free leg-standing leg timing.
  • a motor (actuator) 32 is attached to the second joint 20b.
  • the 2nd joint 20b provided with the motor 32 is located in the outer side of a user's right knee joint.
  • the motor 32 can swing the lower link 16 relative to the upper link 14 around the pitch axis. That is, the motor 32 can apply torque to the right knee joint of the user.
  • This walking assist device 10 assists the walking motion by applying torque to the right knee joint in accordance with the user's walking motion.
  • the controller 50 controls the motor 32 based on the outputs of the angle sensor 21 and the ground sensor 19.
  • a trajectory (target trajectory) of the knee joint angle when the swing leg swings is stored.
  • the target trajectory determines the swing speed and swing width of the right lower limb.
  • the controller 50 controls the motor 32 so that the knee joint angle follows the target trajectory.
  • the controller 50 reduces the position gain of the motor 32 and appropriately reduces the rotational rigidity of the second joint 20b. By reducing the rotational rigidity of the second joint 20b, the walking support device 10 reduces the impact applied to the right leg (standing leg).
  • the controller 50 includes an operation panel 51 and a speaker 52 for the user to operate.
  • the operation panel 51 includes a switch operated by a user.
  • the user can use the operation panel 51 to adjust the rotational angular velocity of the motor 32 during the swing leg period, that is, the swing speed of the free leg lower limb.
  • the user can adjust the rotational rigidity (motor position gain) of the second joint 20b during the right leg stance period using the operation panel 51.
  • the swing speed of the free leg lower leg corresponds to an example of a control parameter for assisting the free leg.
  • the rotational rigidity of the second joint 20b corresponds to an example of a control parameter for assisting a stance.
  • These control parameters determine the movement of the motor 32.
  • the operation panel 51 corresponds to an example of an input device for inputting control parameters.
  • the operation panel 51 has a plurality of switches, and each control parameter corresponds to each switch.
  • the speaker 52 outputs a buzzer sound when the controller 50 updates the control parameter, as will be described later.
  • FIG. 3 shows a flowchart of the control parameter update process executed by the controller 50.
  • the process of the flowchart in FIG. 3 is repeatedly executed at a predetermined control cycle.
  • an actuator control routine (a control routine for guiding the right leg so as to achieve a smooth walking motion) is executed in parallel with the processing of FIG.
  • the controller 50 monitors whether or not a new control parameter is input from the operation panel 51 (S2). Since the control parameter corresponds to each switch, the controller 50 determines whether the input control parameter is the rotational rigidity of the second joint 20b (control parameter for supporting the stance) or the swing speed of the lower limb (for supporting the free leg). Control parameter). When the input control parameter is a control parameter for supporting the stance, the controller 50 stores the input control parameter in the first memory (S4). When the input control parameter is a swing leg assist control parameter, the controller 50 stores the input control parameter in the second memory (S6). The first memory and the second memory are provided to distinguish the control parameter for the free leg assistance from the control parameter for the free leg assistance.
  • the controller 50 monitors the grounding state of the leg (right leg) wearing the leg brace 12 from the output data of the grounding sensor 19 (S8).
  • the controller 50 only retains the data and does not use it (S8: NO).
  • the controller 50 compares the previous sensor output with the current sensor output, and detects the stance-free leg timing and the free leg-stance timing.
  • the controller 50 updates the control parameter that has already been used with the data stored in the first memory (that is, the control parameter for assisting the stance) (S10).
  • the controller 50 updates the control parameters that are already used with the data stored in the second memory (that is, the control parameters for assisting the free leg) (S12).
  • the controller 50 updates a control parameter that has already been used, the data in the memory is deleted.
  • the controller 50 does not update the existing control parameter.
  • the controller 50 outputs a buzzer sound using the speaker 52 (S14: YES, S16).
  • the user changes the swing speed of the free leg lower limb using the operation panel 51 while the walking support device 10 is being used.
  • the input swing speed is temporarily stored in the memory, but is not immediately reflected in the control. That is, even if the user operates the operation panel 51, the series of movements of the walking support device 10 is not different from the conventional one. Since the swing speed does not change during the swing leg movement, the walking support device 10 does not give the user a sense of discomfort associated with the control parameter change.
  • the input swing speed is reflected in the control at the right leg standing leg-free leg timing. That is, the controller 50 updates the existing swing speed with the input swing speed at the right leg standing leg-free leg timing. That is, the walking support device 10 guides the movement of the free leg at the input new swing speed from the start timing of the next swing.
  • the walking assist device 10 adopts a new control parameter from the start of the next free leg period without updating the control parameter in the middle of the free leg period. Since a new swing speed is adopted at the start of the swing leg period, the walking support device 10 does not give the user a sense of incongruity associated with the control parameter change.
  • the user changes the rotational rigidity of the second joint 20b using the operation panel 51 while the walking support device 10 is being used.
  • the input rotational rigidity is temporarily stored in the memory, but is not immediately reflected in the control.
  • the input rotational rigidity is reflected in the control at the free leg-standing leg timing of the right leg.
  • the control parameter is not changed during the stance period, and a new control parameter is adopted at the start of the next stance period. Since the control parameter is not changed during the stance period, the walking support device 10 does not give the user a sense of discomfort associated with the control parameter change.
  • this walking support device 10 outputs a buzzer sound when the control parameter is updated.
  • the buzzer sound allows the user to recognize that control based on the input new control parameter is started.
  • the control parameter is not limited to the rotational rigidity of the second joint 20b and the swing speed of the free leg lower limb.
  • the knee joint angle at the time of a swing leg or other control gain may be used.
  • the leg brace may be one that applies torque to the ankle joint or the hip joint.
  • angle sensor 21 instead of the ground sensor to estimate whether the right leg is in the free leg period or the standing leg period. For example, it can be estimated that the period when the thigh is rotating forward is the swing leg period. On the contrary, it can be estimated that the period during which the thigh is rotating rearward is the stance period.
  • the control parameter already stored in the first memory (or the second memory) is used as a new control. May be overridden with parameters. That is, the controller 50 updates the existing control parameter with the latest input data at the switching timing between the free leg period and the stance period.
  • the operation panel may be a device independent of the leg brace.
  • the operation panel may be a computer that communicates with the leg brace wirelessly.

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Abstract

ユーザに違和感を与えることなく、アクチュエータの制御パラメータを変更することができる歩行支援装置を提供する。 歩行支援装置（１０）は、脚装具（１２）、コントローラ（５０）、センサ（１９）、及び操作盤（５１）を備える。脚装具は、脚の関節にトルクを加えるモータを有しており、ユーザの脚に装着される。コントローラは、モータを制御する。センサは、脚が遊脚期間にあるか立脚期間にあるかを特定する。操作盤は、モータの動きを定める制御パラメータを入力するために備えられている。コントローラは、センサ出力に基づいて、脚装具を装着した脚の遊脚期間と立脚期間の切り換わりタイミングを特定する。さらにコントローラは、特定された切り換わりタイミングで、既に使われている制御パラメータを入力された制御パラメータで更新する。この歩行支援装置は、遊脚期間中、或いは立脚期間中に制御パラメータが更新されることがない。

Description

歩行支援装置
　本発明は、ユーザの歩行動作を補助する歩行支援装置に関する。
　ある種のリハビリテーション装置、或いはユーザの動作を補助する装置は、アクチュエータによってユーザの四肢を動かし、反復運動を誘導する。特許文献１には、そのようなリハビリテーション装置の一例が開示されている。リハビリテーション装置は、例えば動作速度など、アクチュエータの動きを調整する操作盤が備えられている。特許文献１に開示されたリハビリテーション装置も、四肢の運動を規定するための運動パラメータ設定手段を備えている。運動パラメータは、ユーザに反復運動を誘導するアクチュエータの動きを定める制御パラメータに相当する。以下、本明細書では、アクチュエータの動きを定める制御パラメータを単に「制御パラメータ」と称する。制御パラメータには、ユーザの動作の目標軌道（即ち、アクチュエータの目標軌道）、フィードバック制御のゲインなどが相当する。
特開２００５－３３４３８５号公報
　装置の使用中に制御パラメータを変更する場合がある。例えば、リハビリテーション装置の場合、ユーザの動きを見ながら、医師がリハビリテーション装置の動作速度を調整することがある。通常は、新たな制御パラメータが入力されると、既に使われている制御パラメータが直ちに入力された制御パラメータで更新される。しなしながら、ユーザの歩行動作を支援する歩行支援装置の場合、入力された制御パラメータを直ちに制御に反映すると、アクチュエータの動きが急変し、ユーザに違和感を与える可能性がある。例えば、遊脚の動きをガイドしている最中に、遊脚を補助しているアクチュエータの制御パラメータを急に変更すると、遊脚の動き（アクチュエータの動き）が不連続に変化してしまい、ユーザに違和感を与える虞がある。同様に、立脚の動きをガイドしている最中に、立脚を補助しているアクチュエータの制御パラメータを変更すると、立脚の動きが不連続に変化してしまい、ユーザに違和感を与える虞がある。本明細書は、ユーザに違和感を与えることなく、アクチュエータの制御パラメータを変更することができる歩行支援装置を提供する。
　本明細書が開示する新規な歩行支援装置は、脚装具、コントローラ、センサ、及び操作盤を備える。脚装具は、脚の関節にトルクを加えるアクチュエータを有しており、ユーザの脚に装着される。コントローラは、予め決められた制御アルゴリズムに基づいてアクチュエータを制御する。ここで、円滑な歩行動作が得られるように脚をガイドするためのアルゴリズムが採用されている。センサは、脚装具を装着した脚が遊脚期間にあるか立脚期間にあるかを特定する。センサは、典型的には、足裏に配置された接地センサでよい。操作盤は、アクチュエータの動きを定める制御パラメータを入力するために備えられている。操作盤は、ユーザ、或いは他の人が操作する。コントローラは、センサ出力に基づいて、脚装具を装着した脚の遊脚期間と立脚期間の切り換わりタイミングを特定する。さらにコントローラは、特定された切り換わりタイミングで、既に使われている制御パラメータを入力された制御パラメータで更新する。
　本明細書が開示する技術は、立脚期間と遊脚期間の切り換わりタイミングに着目する。本明細書が開示する歩行支援装置は、新たな制御パラメータの入力はいつでも受け付けるが、既に使われている制御パラメータは、立脚期間と遊脚期間の切り換わりタイミングで入力された制御パラメータに更新される。即ち、コントローラは、遊脚期間中、或いは、立脚期間中には、操作盤を通じて入力された制御パラメータを保持するが、既に使われている制御パラメータは更新しない。従って、遊脚期間中、或いは、立脚期間中にアクチュエータの動きが急変することがない。本明細書が開示する歩行支援装置は、ユーザに違和感を与えることなく、アクチュエータの制御パラメータを変更することができる。なお、制御パラメータを切り換えるという上記の技術的思想は、歩行動作を支援するための様々な制御アルゴリズムに適用可能であることに留意されたい。
　脚装具の構造は、例えば、次の通りである。脚装具は、ユーザの脚の大腿に装着される上部リンクと下肢に装着される下部リンクを備えており、モータが下部リンクを上部リンクに対して揺動させる。或いは、脚装具は、ユーザの下肢に装着される下部リンクと足に装着される足リンクを備えており、モータが足リンクを下部リンクに対して揺動させる。そして、パラメータは、例えば、揺動速度、揺動振幅、揺動パターン、或いは、モータの制御ゲインなどが含まれる。揺動速度と揺動振幅で歩行速度が定まる。揺動パターンは、遊脚用の揺動パターンと立脚用の揺動パターンに分かれていてもよい。
　揺動速度や遊脚用の揺動パターンは、遊脚補助用の制御パラメータに相当する。遊脚補助用の新たな制御パラメータが入力された場合、コントローラは、脚装具を装着した脚が立脚期間から遊脚期間に切り換わる立脚－遊脚切り換わりタイミングで既に使われている制御パラメータを更新する。例えば、ユーザが操作盤を使って新たな揺動速度を入力すると、コントローラは、脚が次に立脚から遊脚に切り替わるタイミングで、脚装具の揺動速度を新たな揺動速度で更新する。
　立脚用の揺動パターンは、立脚補助用の制御パラメータに相当する。立脚補助用の新たな制御パラメータが入力された場合、コントローラは、脚装具を装着した脚が遊脚期間から立脚期間に切り換わる遊脚－立脚切り換わりタイミングで既に使われている制御パラメータを更新する。例えば、ユーザが操作盤を使って立脚の目標膝関節角度を入力すると、コントローラは、脚が次に遊脚から立脚に切り替わるタイミングで、目標膝関節角度を入力されたデータで更新する。
　以上説明したように、本明細書が開示する歩行支援装置は、ユーザに違和感を与えることなく、アクチュエータの動きを定める制御パラメータを変更することができる。
歩行支援装置の模式的正面図を示す。 歩行支援装置の模式的側面図を示す。 コントローラが実行する処理のフローチャートを示す。
　図面を参照して実施例の歩行支援装置を説明する。図１は、歩行支援装置１０の模式的正面図を示し、図２は歩行支援装置１０の模式的側面図を示している。この歩行支援装置１０は、モータを備えており、円滑な歩行動作となるように右脚（一方の脚）の膝関節にトルクを加え、下肢の動きをガイドすることができる。また、この歩行支援装置１０は、右脚が立脚期にあるときにユーザの右膝関節に加わる負荷を低減する。
　歩行支援装置１０の主な機構は、ユーザの右脚に沿って装着される脚装具１２で構成される。脚装具１２の機械的構造を説明する。脚装具１２は、ユーザの大腿から下肢に沿って右脚の外側に装着される。脚装具１２は、上部リンク１４、下部リンク１６、及び足リンク１８を有する多リンク機構で構成される。上部リンク１４の上端が第１ジョイント２０ａを介して支持リンク３０に揺動可能に連結されている。上部リンク１４の下端に、第２ジョイント２０ｂを介して下部リンク１６が揺動可能に連結されている。下部リンク１６の下端に、第３ジョイント２０ｃを介して足リンク１８が揺動可能に連結されている。支持リンク３０はユーザの体幹（腰）に固定される。支持リンク３０にはコントローラ５０が取り付けられている。上部リンク１４はベルトでユーザの大腿に固定される。下部リンク１６はベルトでユーザの下肢に固定される。足リンク１８は、ベルトでユーザの足に固定される。図では足リンク１８を固定するベルトの図示を省略している。なお、図１の符号ＵＡは右大腿を示しており、符号ＵＢは右下肢を示している。以降の図でも同様である。
　ユーザが脚装具１２を装着すると、第１ジョイント２０ａ、第２ジョイント２０ｂ、及び第３ジョイント２０ｃは夫々、ユーザの右股関節のピッチ軸、右膝関節のピッチ軸、及び、右足首関節のピッチ軸と略同軸に位置する。第２ジョイント２０ｂは、上部リンク１４と下部リンク１６の連結部に相当する。
　脚装具１２の各リンクは、ユーザの右脚の動きに応じて揺動することができる。各ジョイントは、関節角を計測するためのエンコーダ２１を備えている。関節角は、関節によって連結されている２つのリンク間の角度で表される。第１ジョイント２０ａのエンコーダ２１は、右股関節のピッチ軸周りの関節角を計測する。第２ジョイント２０ｂのエンコーダ２１は、ユーザの右膝関節ピッチ軸周りの関節角を計測する。第３ジョイント２０ｃのエンコーダ２１は、ユーザの右足首関節ピッチ軸周りの関節角を計測する。以下では、各ジョイントに取り付けられているエンコーダ群２１を角度センサ２１と総称することがある。
　足リンク１８には、接地センサ１９が取り付けられている。接地センサ１９は、右脚が接地しているか否かを検知する。例えば、接地センサ１９は、脚（足）が接地しているときにＯＮ信号を出力し、接地していないときにＯＦＦ信号を出力するＯＮ－ＯＦＦスイッチである。
　接地センサ１９の出力はコントローラ５０に送られる。コントローラ５０は、接地センサ１９がＯＮ信号を出力している間は、右脚が立脚期間にあると判断する。また、コントローラ５０は、接地センサ１９がＯＦＦ信号を出力している間は、右脚が遊脚期間にあると判断する。コントローラ５０は、接地センサ１９の信号がＯＮからＯＦＦに変化するタイミングを、右脚が立脚期間から遊脚期間に切り換わるタイミングとして検知する。このタイミングを、以下では、立脚－遊脚タイミングと称する。またコントローラ５０は、接地センサ１９の信号がＯＦＦからＯＮに変化するタイミングを、右脚が遊脚期間から立脚期間に切り換わるタイミングとして検知する。このタイミングを、以下では、遊脚－立脚タイミングと称する。
　第２ジョイント２０ｂには、モータ（アクチュエータ）３２が取り付けられている。モータ３２を備えた第２ジョイント２０ｂは、ユーザの右膝関節の外側に位置する。モータ３２は、上部リンク１４に対して下部リンク１６をピッチ軸周りに相対的に揺動させることができる。即ちモータ３２は、ユーザの右膝関節にトルクを加えることができる。
　この歩行支援装置１０は、ユーザの歩行動作に合わせて右膝関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。コントローラ５０が、角度センサ２１と接地センサ１９の出力に基づいてモータ３２を制御する。コントローラ５０内には、遊脚がスイングするときの膝関節角の軌道（目標軌道）が記憶されている。目標軌道は、右下肢のスイング速度とスイング幅を定める。コントローラ５０は、右脚が遊脚期間にあるときには、膝関節角が目標軌道に追従するようにモータ３２を制御する。また、コントローラ５０は、右脚が立脚期間にあるときには、モータ３２の位置ゲインを下げて、第２ジョイント２０ｂの回転剛性を適切に下げる。第２ジョイント２０ｂの回転剛性を下げることによって、歩行支援装置１０は、右脚（立脚）に加わる衝撃を緩和する。
　コントローラ５０は、ユーザが操作するための操作盤５１とスピーカ５２を備えている。操作盤５１は、ユーザが操作するスイッチを備えている。ユーザは、操作盤５１を使って、遊脚期間におけるモータ３２の回転角速度、即ち、遊脚下肢のスイング速度、を調整することができる。また、ユーザは、操作盤５１を使って、右脚立脚期間における第２ジョイント２０ｂの回転剛性（モータの位置ゲイン）を調整することができる。遊脚下肢のスイング速度は、遊脚補助用の制御パラメータの一例に相当する。第２ジョイント２０ｂの回転剛性は、立脚補助用の制御パラメータの一例に相当する。それらの制御パラメータは、モータ３２の動きを定める。操作盤５１は、制御パラメータを入力するための入力デバイスの一例に相当する。操作盤５１は複数のスイッチを有しており、夫々の制御パラメータが各スイッチに対応している。
　スピーカ５２は、後述するように、コントローラ５０が制御パラメータを更新したときにブザー音を出力する。
　次に、コントローラ５０が、ユーザによって入力された新たな制御パラメータを制御に反映するまでの処理を説明する。図３に、コントローラ５０が実行する制御パラメータ更新処理のフローチャートを示す。図３のフローチャートの処理は、所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、図３の処理と平行して、アクチュエータの制御ルーチン（円滑な歩行動作となるように右脚をガイドするための制御ルーチン）が実行されていることに留意されたい。
　コントローラ５０は、操作盤５１から新たな制御パラメータが入力されたか否かを監視している（Ｓ２）。スイッチ毎に制御パラメータが対応しているので、コントローラ５０は、入力された制御パラメータが第２ジョイント２０ｂの回転剛性（立脚補助用の制御パラメータ）であるか、下肢のスイング速度（遊脚補助用の制御パラメータ）であるかを判別することができる。入力された制御パラメータが立脚補助用の制御パラメータである場合、コントローラ５０は、入力された制御パラメータを第１メモリに格納する（Ｓ４）。入力された制御パラメータが遊脚補助用の制御パラメータである場合、コントローラ５０は、入力された制御パラメータを第２メモリに格納する（Ｓ６）。第１メモリと第２メモリは、遊脚補助用の制御パラメータと遊脚補助用の制御パラメータを区別するために設けられている。
　次にコントローラ５０は、接地センサ１９の出力データから、脚装具１２を装着した脚（右脚）の接地状態を監視する（Ｓ８）。右脚が遊脚期間或いは立脚期間にある場合は、たとえ新たな制御パラメータが入力されているとしても、コントローラ５０は、そのデータを保持するだけで使わない（Ｓ８：ＮＯ）。コントローラ５０は、前回のセンサ出力と今回のセンサ出力を比較し、立脚－遊脚タイミングと遊脚－立脚タイミングを検知する。コントローラ５０は、遊脚－立脚タイミングを検知したとき、既に使われている制御パラメータを、第１メモリに格納されたデータ（即ち、立脚補助用の制御パラメータ）で更新する（Ｓ１０）。またコントローラ５０は、立脚－遊脚タイミングを検知したとき、既に使われている制御パラメータを、第２メモリに格納されたデータ（即ち、遊脚補助用の制御パラメータ）で更新する（Ｓ１２）。コントローラ５０は、既に使われている制御パラメータを更新したときは、メモリ内のデータを削除する。もちろん、第１メモリと第２メモリのいずれにも新たなデータが格納されていない場合は、コントローラ５０は既存の制御パラメータを更新しない。
　最後にコントローラ５０は、制御パラメータを更新した場合には、スピーカ５２を使ってブザー音を出力する（Ｓ１４：ＹＥＳ、Ｓ１６）。
　上記した処理の利点を説明する。例えば、ユーザが、歩行支援装置１０の使用中に、操作盤５１を使って遊脚下肢のスイング速度を変更した場合を想定する。遊脚期間の間に新たなスイング速度が入力された場合、入力されたスイング速度は、一時的にメモリに格納されるが、直ちには制御に反映されない。即ち、ユーザが操作盤５１を操作しても、歩行支援装置１０の一連の動きは従来と変らない。遊脚動作中にスイング速度が変化しないので、この歩行支援装置１０は、制御パラメータ変更に伴う違和感をユーザに与えることがない。
　入力されたスイング速度は、右脚の立脚－遊脚タイミングで制御に反映される。即ち、コントローラ５０は、右脚の立脚－遊脚タイミングで、既存のスイング速度を入力されたスイング速度で更新する。即ち、歩行支援装置１０は、次のスイングの開始タイミングから、入力された新たなスイング速度で遊脚の動きをガイドする。歩行支援装置１０は、遊脚期間の途中で制御パラメータを更新することがなく、次の遊脚期間の開始時点から新たな制御パラメータを採用する。遊脚期間の開始時点で新たなスイング速度を採用するのでこの歩行支援装置１０は、制御パラメータ変更に伴う違和感をユーザに与えることがない。
　次に、例えば、ユーザが、歩行支援装置１０の使用中に、操作盤５１を使って第２ジョイント２０ｂの回転剛性を変更した場合を想定する。立脚期間の間に新たな回転剛性が入力された場合、入力された回転剛性は、一時的にメモリに格納されるが、直ちには制御に反映されない。入力された回転剛性は、右脚の遊脚－立脚タイミングで制御に反映される。この場合も、立脚期間の途中で制御パラメータが変更されることがなく、次の立脚期間の開始時点で新たな制御パラメータが採用される。立脚期間の途中で制御パラメータを変更しないのでこの歩行支援装置１０は、制御パラメータ変更に伴う違和感をユーザに与えることがない。
　また、この歩行支援装置１０は、制御パラメータを更新したときにブザー音を出力する。ブザー音によって、ユーザは、入力した新たな制御パラメータに基づく制御が開始されることを認識することができる。
　上記した実施例の好適な変更例の幾つかを説明する。制御パラメータは、上記した第２ジョイント２０ｂの回転剛性と遊脚下肢のスイング速度に限られない。例えば、遊脚時膝関節角度や、他の制御ゲインであってもよい。脚装具は、足首関節や股関節にトルクを加えるものであってもよい。
　接地センサの代わり、角度センサ２１を使って、右脚が遊脚期間にあるか立脚期間にあるかを推定することも好適である。例えば、大腿が前方へ向かって回転している期間は、遊脚期間であると推定することができる。逆に、大腿が後方へ向かって回転している期間は、立脚期間であると推定することができる。
　立脚期間中、或いは遊脚期間中に、同一種類の制御パラメータが複数回の入力された場合は、第１メモリ内（或いは第２メモリ内）に既に記憶されている制御パラメータを、新たな制御パラメータでオーバーライドしてよい。即ち、コントローラ５０は、遊脚期間と立脚期間の切り換わりタイミングにおいて、最新の入力データで既存の制御パラメータを更新する。
　操作盤は、脚装具とは独立した装置であってもよい。例えば、操作盤は、脚装具と無線によって通信するコンピュータであってもよい。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１０：歩行支援装置
１２：脚装具
１４：上部リンク
１６：下部リンク
１８：足リンク
１９：接地センサ
１９   センサ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：ジョイント
２１：エンコーダ（角度センサ）
３０：支持リンク
３２：モータ
５０：コントローラ
５１：操作盤
５２：スピーカ

Claims (4)

  1. 　ユーザの歩行動作を補助する歩行支援装置であり、
    　脚の関節にトルクを加えるアクチュエータを有しており、ユーザの脚に装着される脚装具と、
    　アクチュエータを制御するコントローラと、
    　前記脚装具を装着した脚が遊脚期間にあるか立脚期間にあるかを特定するセンサと、
    　アクチュエータの動きを定める制御パラメータを入力するための操作盤と、を備えており、
    　前記コントローラは、センサ出力に基づいて、脚装具を装着した脚の遊脚期間と立脚期間の切り換わりタイミングを特定するとともに、前記切り換わりタイミングで、既に使われている制御パラメータを入力された制御パラメータで更新することを特徴とする歩行支援装置。
  2. 　遊脚補助用の制御パラメータが入力された場合、前記コントローラは、脚装具を装着した脚が立脚期間から遊脚期間に切り換わる立脚－遊脚切り換わりタイミングで制御パラメータを更新すること特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置。
  3. 　立脚補助用の制御パラメータが入力された場合、前記コントローラは、脚装具を装着した脚が遊脚期間から立脚期間に切り換わる遊脚－立脚切り換わりタイミングで制御パラメータを更新すること特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置。
  4. 　コントローラは、制御パラメータを更新したときに、更新をユーザに通知することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歩行支援装置。
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