歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
【課題】装着者の意図にかかわらず、適切な歩行支援を行う。
【解決手段】装着者は、装着型ロボット１を装着して駅のホーム７０の上を歩行し、装着型ロボット１は、装着者の歩行を支援している。ホーム７０の破線から端部よりの領域には、危険領域８０が設定されている。危険領域８０の上部には、照明１００、１００、…が設置されており、照明１００の発する照明光には、危険領域を示す危険領域情報が含まれている。装着型ロボット１は、危険領域情報を受信することにより、現在位置が危険領域８０であることを認識し、画像認識によって前方の状態を確認する。画像認識によって、ホームの端部の段差が検出された場合、装着型ロボット１は、装着者の前進を阻止する。
【解決手段】装着者は、装着型ロボット１を装着して駅のホーム７０の上を歩行し、装着型ロボット１は、装着者の歩行を支援している。ホーム７０の破線から端部よりの領域には、危険領域８０が設定されている。危険領域８０の上部には、照明１００、１００、…が設置されており、照明１００の発する照明光には、危険領域を示す危険領域情報が含まれている。装着型ロボット１は、危険領域情報を受信することにより、現在位置が危険領域８０であることを認識し、画像認識によって前方の状態を確認する。画像認識によって、ホームの端部の段差が検出された場合、装着型ロボット１は、装着者の前進を阻止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行支援装置、及び歩行支援プログラムに関し、例えば、装着者の歩行運動をアシストするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、装着者の動作をアシストする装着型ロボットが注目を集めている。
装着型ロボットには、センサなどで体の動きを検知して装着者の身体動作を支援するものであり、例えば、重量物の持ち上げや歩行運動を補助することができる。
例えば、特許文献１の「装着式動作補助装置、装着式動作補助装置の制御方法および制御用プログラム」は、筋電センサにより装着者の動作意図を読み取って、装着者の運動を支援している。
【０００３】
しかし、これまでに発表された装着型ロボットは、歩行に関しては、転倒しない、装着しやすい、機器の暴走により怪我をしない、といった安全面の工夫がされているものが主である。
これらの場合、装着型ロボットは、装着者の意図に従った動作支援を行うことが前提となっており、装着者が誤った動作をしようとする場合に、このような動作を適切に支援するものではなかった。
例えば、高齢者が装着する場合、判断力や反射神経、視力などの五感の衰えから、駅ホームの端部などの危険領域に侵入することも考えられ、このような場合に、装着者の歩行支援を適切に行う必要がある。
【０００４】
また、実施の形態で使用する通信技術に関しては、特許文献２の「通信機能を有する照明器具」がある。
この技術は、電力線によって照明体に信号を送信し、照明体から無線や光の変調により信号を送出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９５５６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１４１７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、装着者の意図にかかわらず、適切な歩行支援を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援手段と、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断手段と、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援手段の制御に介入するか否かを判断する介入判断手段と、前記介入判断手段に従って前記歩行支援手段の制御に介入する介入手段と、を具備したことを特徴とする歩行支援装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、現在位置が立入制限領域であるか否かを通知する立入制限領域情報を受信する受信手段を具備し、前記領域判断手段は、前記受信した立入制限領域情報を用いて現在位置が立入制限領域であるか否かを判断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。
請求項３に記載の発明では、前記介入手段は、前記歩行支援手段による前進を停止させ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。
請求項４に記載の発明では、前記介入手段は、前記歩行支援手段に前記立入制限領域外に強制的に誘導するように支援させ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。
請求項５に記載の発明では、歩行経路を記憶する記憶手段を具備し、前記介入手段は、前記記憶した歩行経路に沿って前記立入制限領域外に歩行させることを特徴とする請求項４に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項６に記載の発明では、前記立入制限領域における歩行面の状態から前記立入制限領域が立入禁止領域であるか否かを検出する検出手段を具備し、前記介入判断手段は、前記立入制限領域が立入禁止領域であると検出された場合に介入すると判断することを特徴とする請求項１から請求項５までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項７に記載の発明では、前記検出手段は、前記歩行面を撮像した画像データによって立入禁止領域であるか否かを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項８に記載の発明では、前記検出手段は、現在位置が立入禁止領域であることを通知する立入禁止領域情報を受信することにより立入禁止領域であることを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項９に記載の発明では、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域内であると判断した場合に、歩行支援対象者に警告する警告手段を具備したことを特徴とする請求項１から請求項６までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項１０に記載の発明では、歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援機能と、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断機能と、前記領域判断機能で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援機能の制御に介入するか否かを判断する介入判断機能と、前記介入判断機能に従って前記歩行支援機能の制御に介入する介入機能と、をコンピュータで実現する歩行支援プログラムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、歩行支援制御に介入することにより、装着者の意図にかかわらず、適切な歩行支援を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態の概要を説明するための図である。
【図２】装着型ロボットの装着状態や装着ロボットシステムを説明するための図である。
【図３】撮像ユニットで段差を検出する方法などを説明するための図である。
【図４】装着型ロボットが危険領域で歩行支援制御に強制介入する手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】装着型ロボットが危険領域で歩行支援制御に強制介入する手順の変形例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】
【００１０】
（１）実施形態の概要
図１は、本実施の形態の概要を説明するための図である。
装着者は、装着型ロボット１を装着して駅のホーム７０の上を歩行し、装着型ロボット１は、装着者の歩行を支援している。
ホーム７０の破線から端部よりの領域には、危険領域８０が設定されている。
危険領域８０の上部には、照明１００、１００、…が設置されており、照明１００の発する照明光には、危険領域を示す危険領域情報が含まれている。
【００１１】
装着型ロボット１は、危険領域情報を受信することにより、現在位置が危険領域８０であることを認識し、画像認識によって前方の状態を確認する。
画像認識によって、ホームの端部の段差が検出された場合、装着型ロボット１は、装着者の前進を阻止する。
【００１２】
更に、危険領域８０に侵入した経路を逆に辿るなどして危険領域８０の外部に移動するように歩行支援することも可能である。
このように、装着型ロボット１は、装着者の判断力の衰えなどで装着者が不適切な方向に歩行しようとした場合、歩行支援制御に強制的に介入して適切な歩行支援を行うことができる。
【００１３】
（２）実施形態の詳細
図２（ａ）は、装着型ロボット１の装着状態を示した図である。
装着型ロボット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。なお、例えば、上半身、下半身に装着して全身の動作をアシストするものであってもよい。
【００１４】
装着型ロボット１は、腰部装着部７、歩行アシスト部２、連結部８、３軸センサ３、３軸アクチュエータ６、撮像カメラ５、光源装置４、撮像カメラ５と光源装置４を保持する撮像ユニット９、無線通信装置１０、ナビゲーション装置１２などを備えている。
腰部装着部７は、装着型ロボット１を装着者の腰部に固定する固定装置である。腰部装着部７は、装着者の腰部と一体となって移動する。
また、腰部装着部７は、歩行アクチュエータ１７（図２（ｂ））を備えており、装着者の歩行動作に従って連結部８を前後方向などに駆動する。
【００１５】
連結部８は、腰部装着部７と歩行アシスト部２を連結している。
歩行アシスト部２は、装着者の下肢に装着され、歩行アクチュエータ１７により前後方向などに駆動されて装着者の足部に力を作用させることにより装着者の歩行運動を支援する。
なお、腰部装着部７、連結部８、歩行アシスト部２による歩行支援は、一例であって、更に多関節の駆動機構によって歩行支援するなど、各種の形態が可能である。
【００１６】
３軸センサ３は、腰部装着部７に設置され、腰部装着部７の姿勢などを検知する。３軸センサ３は、例えば、３次元ジャイロによる３軸角速度検出機能や３軸角加速度検出機能などを備えており、前進方向、鉛直方向、体側方向の軸の周りの回転角度、角速度、角加速度などを検知することができる。
なお、前進方向の軸の周りの角度をロール角、鉛直方向の軸の周りの角度をヨー角、体側方向の軸の周りの角度をピッチ角とする。
【００１７】
３軸アクチュエータ６は、例えば、球体モータで構成されており、撮像カメラ５と光源装置４が設置された撮像ユニット９のロール角、ヨー角、ピッチ角を変化させる。
撮像ユニット９には、光源装置４と撮像カメラ５が固定されており、３軸アクチュエータ６を駆動すると、光源装置４の照射方向（光源装置４の光軸の方向）と撮像カメラ５の撮像方向（撮像カメラ５の光軸の方向）は、相対角度を保ったまま、腰部装着部７に対するロール角、ヨー角、ピッチ角を変化させる。
【００１８】
撮像ユニット９で適切な画像を撮像するためには、撮像ユニット９を所定の角度で歩行面（地面や床面など、装着者が歩行する面）に向ける必要があるが、装着者が装着型ロボット１を装着した場合に、装着状態によって撮像ユニット９が傾くため、３軸アクチュエータ６によってこれを補正する。
【００１９】
光源装置４は、例えば、レーザ、赤外光、可視光などの光を所定の形状パターンで照射する。本実施の形態では、光源装置４は、照射方向に垂直な面に対して円形となる形状パターンで光を照射するものとするが、矩形形状、十字、点など各種の形状が可能である。
【００２０】
撮像カメラ５は、被写体を結像するための光学系と、結像した被写体を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えた、赤外光カメラ、可視光カメラなどで構成され、光源装置４が歩行面に照射した投影像を撮像（撮影）する。
光源装置４が所定の形状パターンで照射した光による投影像は、照射方向と歩行面の成す角度や、歩行面に存在する障害物（段差など）により円形から変形した（歪んだ）形状となるが、この形状を解析することにより前方に存在する段差を検知することができる。
【００２１】
無線通信装置１０は、歩行アクチュエータ１７のつま先に設置されており、照明１００の照明光に含まれる危険領域情報を受信する。これにより、装着型ロボット１は、現在位置が危険領域であることを認識する。
なお、歩行アクチュエータ１７をつま先に設置したのは、体側などの影になって照明１００の光が遮られるのを防ぐためである。
【００２２】
ここで、無線通信に照明光を用いたのは、情報を受信する箇所を照明領域に限定する（スポット化する）ことができるほか、通常、ホーム７０の端部には安全のため照明が設置されており、これを利用すると無線通信のための新たな設備投資を低減することができるためである。
なお、照明光を用いず、通常の電波を用いた無線通信とすることも可能である。
【００２３】
ナビゲーション装置１２は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ）衛星からのＧＰＳ信号を受信したり、所定のサーバと通信したりして装着者の現在位置を特定したり、経路探索したり、現在位置までの歩行経路を記録したりなどのナビゲーション機能を有している。
装着型ロボット１は、ナビゲーション装置１２によって現在位置が危険領域８０であることを検出することも可能である。
【００２４】
図２（ｂ）は、装着型ロボット１に設置された装着ロボットシステム１５を説明するための図である。
装着ロボットシステム１５は、歩行支援機能を発揮するように装着型ロボット１を制御する電子制御システムである。
【００２５】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１６は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶装置、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、装着型ロボット１の各部を電子制御する。
【００２６】
ＣＰＵは、記憶媒体に記憶された各種コンピュータプログラムを実行し、危険領域８０の検出、段差の画像認識、危険領域８０での前進の阻止、及び強制的な歩行制御を行ったりする。
ＣＰＵは、光源装置４、撮像カメラ５、３軸アクチュエータ６、３軸センサ３、無線通信装置１０、及びナビゲーション装置１２とインターフェースを介して接続しており、光源装置４からの照射をオンオフしたり、撮像カメラ５から撮像データを取得したり、３軸アクチュエータ６を駆動したり、３軸センサ３から検出値を取得したり、無線通信装置１０から危険領域情報を取得したり、ナビゲーション装置１２から装着者の現在位置や歩行経路を取得したりする。
【００２７】
ＲＯＭは、読み取り専用のメモリであって、ＣＰＵが使用する基本的なプログラムやパラメータなどを記憶している。
ＲＡＭは、読み書きが可能なメモリであって、ＣＰＵが演算処理などを行う際のワーキングメモリを提供する。本実施の形態では、危険領域８０での歩行制御を行うためのワーキングメモリを提供する。
【００２８】
記憶装置は、例えば、ハードディスクやＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などで構成された大容量の記憶媒体を備えており、光源装置４の投影像を解析してホーム７０の端部の段差を認識するためのプログラム、歩行支援を行うためのプログラムなどの各種プログラムや、現在までの歩行経路や歩容（装着型ロボット１の各種センサや歩行アクチュエータ１７の動きなどから取得する）を記憶するためのアーカイブなどを記憶している。
【００２９】
歩行アクチュエータ１７は、ＥＣＵ１６からの指令に基づいて歩行アシスト部２を駆動する。
装着型ロボット１が、股関節、膝関節、足首関節などを有する多関節の場合は、各関節に歩行アクチュエータ１７が備えられており、ＥＣＵ１６は、これらを個別に制御することにより、装着型ロボット１に一体として歩行支援動作を行わせる。
【００３０】
図２（ｃ）は、照明１００の構成を説明するための図である。
照明１００は、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）５１、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５３、及び発光ダイオード５５などから構成されている。
ＰＬＣ５１は、記憶媒体であって、照明１００の設置後にプログラムを書き込むことができる。本実施の形態では、照明１００の照明光を危険情報で変調するためのプログラムが書き込まれている。
【００３１】
ＣＰＵ５２は、ＰＬＣ５１のプログラムに従って、照明光を危険情報で変調する。これにより、照明光に危険情報が重畳される。
ＲＯＭ５３は、取付位置、注意事項、ガイド情報などを記憶しており、設備側が設置や保守のためなどに使用する。
発光ダイオード５５は、危険情報で変調された照明光を発光する。
【００３２】
図３（ａ）は、撮像ユニット９で段差を検出する方法を説明するための図である。
装着型ロボット１は、光源装置４を用いて装着者の前進方向の下方に所定形状パターンの光を照射し、その投影像を撮像カメラ５で撮影する。
ここでは、歩行面４１よりも低い位置に下る段差４０が存在するとし、光源装置４の光による像が段差４０に投影される。
【００３３】
図３（ｂ）は、撮像カメラ５で撮像した光源装置４による投影像２６の画像の一例である。
なお、画面フレーム３１の装着者に近い側を下端、前進側を上端としている。
本実施の形態では、光源装置４は円形断面の光を前進方向斜め下方に照射するため、歩行面が平面の場合、投影像２６は、前進方向を長軸とする楕円形となる。
ところが、投影像２６内に段差が存在すると、投影像２６が本来あるべき楕円形から歪み、画像認識によって当該歪みを検出することによって段差を検知することができる。
【００３４】
下り段差の場合、投影像２６は、段差の向こう側で広がるため、投影像２６の上端側が広がることにより、下りの段差４０を認識することができる。
また、段差４０の落差が大きいほど、投影像２６の上端側の幅が広がり、ある程度以上落差が大きくなると、上端側が撮像されなくなるため、投影像２６の上端側の状態から落差の大きさを推定することができる。
【００３５】
これにより、装着型ロボット１は、危険領域８０内において画像認識で段差４０を検出してホーム７０の端部を検出することができるほか、一般の段差４０においても落差が歩行できる程度のものか否かを判断することができる。
更に、画面フレーム３１の下端から投影像２６の下端までの距離を用いて段差までの距離を計測することも可能である。
【００３６】
加えて、ホームに列車が入線してドアが開いている場合の投影像２６など、各場面での投影像２６を記憶しておき、これを撮像カメラ５が撮像した投影像２６とマッチングすることにより、装着者のおかれた状況を認識するように構成することもできる。
これにより、ホームの端部であって列車が入線していない場合は立入不可と判断して装着者の前進を阻止し、ホームの端部であって列車が入線している場合は立入可能と判断して装着者の歩行を支援するなど、同じ危険領域８０内であっても、状況に応じた制御が可能となる。
【００３７】
図４は、装着型ロボット１が危険領域８０で歩行支援制御に強制介入する手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、ＥＣＵ１６のＣＰＵが所定のプログラムに従って行うものである。
また、以下の処理は、駅のホームに限定せず、歩行不可能な段差が存在する危険領域８０で適用可能である。
【００３８】
まず、ＣＰＵは、無線通信装置１０で照明１００から送信される情報を受信することにより、現在位置が設備側通信範囲内であるか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに記憶する（ステップ５）。
より詳細には、ＣＰＵは、照明１００から送信される情報を受信した場合には、設備側通信範囲内であると判断し、受信しない場合には、設備側通信範囲内でないと判断する。
【００３９】
次に、ＲＡＭに記憶した判断結果が、設備側通信範囲内でないという判断であった場合（ステップ５；Ｎ）、ＣＰＵは、ステップ５に戻る。
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が設備側通信範囲内であるという判断であった場合（ステップ５；Ｙ）、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した情報を解析して現在位置が危険領域であるか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに記憶する（ステップ１５）。
【００４０】
より詳細には、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した情報が危険領域情報であった場合には、現在位置が危険領域であると判断し、危険領域情報でない場合には、現在位置が危険領域でないと判断する。
なお、照明１００が送信する情報で危険領域情報でないものには、例えば、前方にエスカレータが存在することを知らせる情報や、周辺地図情報など、装着型ロボット１による歩行支援を助ける各種の情報がある。
【００４１】
ＲＡＭに記憶した判断結果が、危険領域情報でないとの判断であった場合（ステップ１５；Ｎ）、ＣＰＵは、処理を終了する。
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が危険領域情報であるとの判断であった場合（ステップ１５；Ｙ）、ＣＰＵは、撮像ユニット９を駆動して前方に光を照射し、その投影像の画像データをＲＡＭに記憶する。
【００４２】
次に、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した画像データを画像認識することにより、前方の歩行面の形状を認識して、認識結果をＲＡＭに記憶する（ステップ２０）。
ここでは、ＣＰＵは、一例として、前方に存在する段差の有無と当該段差の高さを認識してＲＡＭに記憶する。
【００４３】
次に、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した認識結果を用いて危険領域８０が立入不可の危険領域であるか否かを判断する（ステップ２５）。
より詳細には、ＣＰＵは、段差がない場合、及び、段差は存在するがその高さが所定値未満である場合（歩行可能な段差の場合）には、立入不可の危険領域でないと判断し、段差が存在し、その高さが所定値以上である場合（歩行不可な段差の場合）には、立入不可の領域であると判断する。
【００４４】
次に、ＲＡＭに記憶した判断結果が立入不可の危険領域であるとの判断であった場合（ステップ２５；Ｙ）、ＣＰＵは、歩行アクチュエータ１７の制御に強制介入して装着者の前進を阻止し（ステップ３０）、ステップ５に戻る。
【００４５】
なお、この際に、前進を阻止するのみならず、装着者を危険領域外に誘導して退避させるようにプログラムを構成することもできる。
また、装着者を危険領域外に退避させるに際して、予め装着者の歩行経路をナビゲーション装置１２によって検知してＥＣＵ１６の記憶装置に記憶しておき、その経路を逆に辿るトレースバック経路を計算して誘導するようにプログラムを構成することもできる。
【００４６】
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が立入不可の危険領域でないとの判断であった場合（ステップ２５；Ｎ）、ＣＰＵは、装着者によって危険領域警告が設定されているか否かを判断する（ステップ３５）。危険領域警告は、予め装着者が設定してＥＣＵ１６の記憶装置に記憶されており、ＣＰＵは、これを確認して判断する。
【００４７】
危険領域警告が設定されてる場合（ステップ３５；Ｙ）、ＣＰＵは、音声出力装置などに警告を発せさせて（ステップ４０）、処理を終了し、危険領域警告が設定されていない場合（ステップ３５；Ｎ）、ＣＰＵは、処理を終了する。
【００４８】
以上の例では、装着型ロボット１が危険領域にて歩行支援に強制介入する一般的な場合を説明したが、危険領域が駅のホームの端部領域である場合に適用すると次のようになる。
まず、装着者がホームの端部領域に侵入すると、装着型ロボット１は、ステップ１５で危険領域にいると判断する。
次に、装着型ロボット１は、ステップ２０による段差の有無の判断によって、ホームに列車が入線しているか否かを判断する。
【００４９】
ホームに列車が入線していない場合、装着型ロボット１は、ステップ２５で立入不可の危険領域にいると判断し、ステップ３０で制御に強制介入して前進を阻止する。
一方、ホームに列車が入線している場合、装着型ロボット１は、ステップ２５で立入不可の危険領域でないと判断し、装着者が列車に乗車する歩行を支援する。この際、装着者の設定により警告を発したりする。
【００５０】
なお、装着型ロボット１は、例えば、ホームに列車が入線している場合の投影像２６のパターンを予め記憶装置に記憶しており、これに撮像した投影像２６をマッチングすることによりホームに列車が入線していることを認識する。
【００５１】
図５は、装着型ロボット１が危険領域８０で歩行支援制御に強制介入する手順の変形例を説明するためのフローチャートである。
この例では、装着型ロボット１は、駅のホームで装着者の歩行支援に強制介入する。また、照明１００が送信する危険領域情報には、列車がホームに入線しているか否かを示す列車入線情報が含まれている。
【００５２】
まず、ＣＰＵは、無線通信装置１０で照明１００から送信される情報を受信することにより、現在位置が設備側通信範囲内であるか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに記憶する（ステップ５０）。
より詳細には、ＣＰＵは、照明１００から送信される情報を受信した場合には、設備側通信範囲内であると判断し、受信しない場合には、設備側通信範囲内でないと判断する。
【００５３】
次に、ＲＡＭに記憶した判断結果が、設備側通信範囲内にいないという判断であった場合（ステップ５０；Ｎ）、ＣＰＵは、ステップ５０に戻る。
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が設備側通信範囲内にいるという判断であった場合（ステップ５０；Ｙ）、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した情報を解析して列車が入線しているか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに臆する（ステップ５５）。
より詳細には、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した危険領域情報に含まれる列車入線情報を解析することによりホームに列車が入線しているか否かを判断する。
【００５４】
ＲＡＭに記憶した判断結果が、列車が入線していないとの判断であった場合（ステップ５５；Ｎ）、ＣＰＵは、現在位置が立入不可の危険領域であると判断し（ステップ６０）、トレースバック経路を計算してＲＡＭに記憶する（ステップ６５）。トレースバック経路は、図４で説明したものと同じである。
次に、ＣＰＵは、歩行アクチュエータ１７の制御に強制介入し、トレースバック経路に沿って逆戻りするように装着者の第一歩目以降を制御する（ステップ７０）。
【００５５】
ＣＰＵは、装着者の第一歩目以降について歩行アクチュエータ１７を制御しつつ、照明１００からの情報を受信することによって現在位置が設備側通信範囲内か否かを判断し（ステップ７５）、設備側通信範囲内である場合には（ステップ７５；Ｙ）、ステップ５５に戻り、設備側通信範囲内でない場合には（ステップ７５；Ｎ）、強制的な制御を解放して処理を終了する（ステップ８０）。
なお、列車が入線していないと判断した場合（ステップ５５；Ｙ）、ＣＰＵは、ステップ７５に移行すると共に、歩行アクチュエータ１７の制御への強制介入はせず、装着者の歩行を支援する。
【００５６】
このように、本変形例では、画像認識を用いずとも、危険領域情報に付随する列車入線情報によって列車の入線の有無を判断することにより、列車が入線していない場合は、危険領域８０を立入不可の危険領域と判断し、列車が入線している場合は、危険領域８０を立入不可の危険領域でないと判断することができる。
【００５７】
以上に説明した実施の形態により、次の効果を得ることができる。
（１）装着型ロボット１は、装着者が、危険な領域に入り込んだ場合に、装着者の歩行意図に関係なく歩行アクチュエータ１７を強制的に制御することができる。
（２）装着型ロボット１は、照明１００からの通信によって装着者が危険領域８０にいるか否かを判断することができ、例えば、画像認識によって前方が立入不可であった場合や、危険領域８０が列車が入線していないことによるものであった場合に歩行アクチュエータ１７を強制的に制御することができる。
（３）装着型ロボット１は、例えば、トレースバックさせるなどして装着者を危険領域から退出させることができる。
（４）装着型ロボット１は、危険回避のために歩行支援に強制的に介入するため、装着者の判断力や運動能力が衰えている場合であっても、装着者の歩行を適切にアシストすることができる。
【００５８】
以上に説明した実施の形態により、次の構成を提供することができる。
装着型ロボット１は、歩行アシスト部２や連結部８によって装着者を支援するため、歩行支援対象者（装着者）の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援手段を備えている。
また、駅のホームの危険領域８０は、立入制限領域として機能し、装着型ロボット１は、照明１００からの危険領域情報によって、現在位置が危険領域であるか否か判断するため、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断手段を備えている。
また、装着型ロボット１は、危険領域８０が立入不可の危険領域であるか否かによって歩行アクチュエータ１７の制御に介入するか否かを判断するため、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援手段の制御に介入するか否かを判断する介入判断手段を備えている。
また、装着型ロボット１は、介入が必要と判断した場合には、歩行制御に強制介入するため、前記介入判断手段に従って前記歩行支援手段の制御に介入する介入手段を備えている。
【００５９】
装着型ロボット１は、照明１００から危険領域情報を受信して現在位置が危険領域か否かを判断するため、現在位置が立入制限領域であるか否かを通知する立入制限領域情報（危険領域情報に相当）を受信する受信手段を備え、前記領域判断手段は、前記受信した立入制限領域情報を用いて現在位置が立入制限領域であるか否かを判断している。
【００６０】
また、装着型ロボット１は、歩行支援制御に強制的に介入する場合、装着者の前進を阻止して停止させるため、前記介入手段は、前記歩行支援手段による前進を停止させている。
【００６１】
また、装着型ロボット１は、危険領域８０が立入不可の危険領域であった場合、装着者を危険領域８０の外部に退出するように装着者の歩行を誘導するため、前記介入手段は、前記歩行支援手段に前記立入制限領域外に強制的に誘導するように支援させている。
【００６２】
また、装着型ロボット１は、ナビゲーション装置１２によって装着者の歩行経路を検出して記憶装置に記憶し、これを用いてトレースバック経路を計算して装着者を逆戻りさせるため、歩行経路を記憶する記憶手段を備え、前記介入手段は、前記記憶した歩行経路に沿って前記立入制限領域外に歩行させている。
【００６３】
また、装着型ロボット１は、撮像ユニット９によって前方の歩行面の状態を撮像して画像認識することにより立入不可の危険領域であるか否かを判断し、立入不可の危険領域である場合に介入制御するため、前記立入制限領域における歩行面の状態から前記立入制限領域が立入禁止領域（立入不可の危険領域に相当）であるか否かを検出する検出手段を備え、前記介入判断手段は、前記立入制限領域が立入禁止領域であると検出された場合に介入すると判断している。
【００６４】
装着型ロボット１は、例えば、画像データから段差を認識することにより立入不可の危険領域であるか否かを判断するため、前記検出手段は、前記歩行面を撮像した画像データによって立入禁止領域であるか否かを検出している。
【００６５】
また、変形例において、装着型ロボット１は、照明１００から列車入線情報を受信して列車が入線しているか否かを判断し、列車が入線していない場合は立入不可の危険領域８０と判断して退出し、列車が入線している場合は立入不可の危険領域８０と判断せずに装着者の意図による歩行を支援するため、前記検出手段は、現在位置が立入禁止領域であることを通知する立入禁止領域情報（列車入線情報に相当）を受信することにより立入禁止領域であることを検出している。
【００６６】
また、装着型ロボット１は、危険領域８０が立入不可の危険領域でない場合、装着者に警報音を発するなどして警告することができるため、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域内であると判断した場合に、歩行支援対象者に警告する警告手段を備えている。
【００６７】
また、装着型ロボット１は、ＥＣＵ１６の記憶装置に、歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援機能と、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断機能と、前記領域判断機能で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援機能の制御に介入するか否かを判断する介入判断機能と、前記介入判断機能に従って前記歩行支援機能の制御に介入する介入機能と、をコンピュータで実現する歩行支援プログラムを記憶している。
【符号の説明】
【００６８】
１ 装着型ロボット
２ 歩行アシスト部
３ ３軸センサ
４ 光源装置
５ 撮像カメラ
６ ３軸アクチュエータ
７ 腰部装着部
８ 連結部
９ 撮像ユニット
１０ 無線通信装置
１２ ナビゲーション装置
１５ 装着ロボットシステム
１６ ＥＣＵ
１７ 歩行アクチュエータ
２６ 投影像
３１ 画面フレーム
４０ 段差
４１ 歩行面
５１ ＰＬＣ
５２ ＣＰＵ
５３ ＲＯＭ
５５ 発光ダイオード
７０ ホーム
８０ 危険領域
１００ 照明
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行支援装置、及び歩行支援プログラムに関し、例えば、装着者の歩行運動をアシストするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、装着者の動作をアシストする装着型ロボットが注目を集めている。
装着型ロボットには、センサなどで体の動きを検知して装着者の身体動作を支援するものであり、例えば、重量物の持ち上げや歩行運動を補助することができる。
例えば、特許文献１の「装着式動作補助装置、装着式動作補助装置の制御方法および制御用プログラム」は、筋電センサにより装着者の動作意図を読み取って、装着者の運動を支援している。
【０００３】
しかし、これまでに発表された装着型ロボットは、歩行に関しては、転倒しない、装着しやすい、機器の暴走により怪我をしない、といった安全面の工夫がされているものが主である。
これらの場合、装着型ロボットは、装着者の意図に従った動作支援を行うことが前提となっており、装着者が誤った動作をしようとする場合に、このような動作を適切に支援するものではなかった。
例えば、高齢者が装着する場合、判断力や反射神経、視力などの五感の衰えから、駅ホームの端部などの危険領域に侵入することも考えられ、このような場合に、装着者の歩行支援を適切に行う必要がある。
【０００４】
また、実施の形態で使用する通信技術に関しては、特許文献２の「通信機能を有する照明器具」がある。
この技術は、電力線によって照明体に信号を送信し、照明体から無線や光の変調により信号を送出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９５５６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１４１７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、装着者の意図にかかわらず、適切な歩行支援を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援手段と、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断手段と、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援手段の制御に介入するか否かを判断する介入判断手段と、前記介入判断手段に従って前記歩行支援手段の制御に介入する介入手段と、を具備したことを特徴とする歩行支援装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、現在位置が立入制限領域であるか否かを通知する立入制限領域情報を受信する受信手段を具備し、前記領域判断手段は、前記受信した立入制限領域情報を用いて現在位置が立入制限領域であるか否かを判断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。
請求項３に記載の発明では、前記介入手段は、前記歩行支援手段による前進を停止させ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。
請求項４に記載の発明では、前記介入手段は、前記歩行支援手段に前記立入制限領域外に強制的に誘導するように支援させ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。
請求項５に記載の発明では、歩行経路を記憶する記憶手段を具備し、前記介入手段は、前記記憶した歩行経路に沿って前記立入制限領域外に歩行させることを特徴とする請求項４に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項６に記載の発明では、前記立入制限領域における歩行面の状態から前記立入制限領域が立入禁止領域であるか否かを検出する検出手段を具備し、前記介入判断手段は、前記立入制限領域が立入禁止領域であると検出された場合に介入すると判断することを特徴とする請求項１から請求項５までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項７に記載の発明では、前記検出手段は、前記歩行面を撮像した画像データによって立入禁止領域であるか否かを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項８に記載の発明では、前記検出手段は、現在位置が立入禁止領域であることを通知する立入禁止領域情報を受信することにより立入禁止領域であることを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項９に記載の発明では、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域内であると判断した場合に、歩行支援対象者に警告する警告手段を具備したことを特徴とする請求項１から請求項６までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置を提供する。
請求項１０に記載の発明では、歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援機能と、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断機能と、前記領域判断機能で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援機能の制御に介入するか否かを判断する介入判断機能と、前記介入判断機能に従って前記歩行支援機能の制御に介入する介入機能と、をコンピュータで実現する歩行支援プログラムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、歩行支援制御に介入することにより、装着者の意図にかかわらず、適切な歩行支援を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態の概要を説明するための図である。
【図２】装着型ロボットの装着状態や装着ロボットシステムを説明するための図である。
【図３】撮像ユニットで段差を検出する方法などを説明するための図である。
【図４】装着型ロボットが危険領域で歩行支援制御に強制介入する手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】装着型ロボットが危険領域で歩行支援制御に強制介入する手順の変形例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】
【００１０】
（１）実施形態の概要
図１は、本実施の形態の概要を説明するための図である。
装着者は、装着型ロボット１を装着して駅のホーム７０の上を歩行し、装着型ロボット１は、装着者の歩行を支援している。
ホーム７０の破線から端部よりの領域には、危険領域８０が設定されている。
危険領域８０の上部には、照明１００、１００、…が設置されており、照明１００の発する照明光には、危険領域を示す危険領域情報が含まれている。
【００１１】
装着型ロボット１は、危険領域情報を受信することにより、現在位置が危険領域８０であることを認識し、画像認識によって前方の状態を確認する。
画像認識によって、ホームの端部の段差が検出された場合、装着型ロボット１は、装着者の前進を阻止する。
【００１２】
更に、危険領域８０に侵入した経路を逆に辿るなどして危険領域８０の外部に移動するように歩行支援することも可能である。
このように、装着型ロボット１は、装着者の判断力の衰えなどで装着者が不適切な方向に歩行しようとした場合、歩行支援制御に強制的に介入して適切な歩行支援を行うことができる。
【００１３】
（２）実施形態の詳細
図２（ａ）は、装着型ロボット１の装着状態を示した図である。
装着型ロボット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。なお、例えば、上半身、下半身に装着して全身の動作をアシストするものであってもよい。
【００１４】
装着型ロボット１は、腰部装着部７、歩行アシスト部２、連結部８、３軸センサ３、３軸アクチュエータ６、撮像カメラ５、光源装置４、撮像カメラ５と光源装置４を保持する撮像ユニット９、無線通信装置１０、ナビゲーション装置１２などを備えている。
腰部装着部７は、装着型ロボット１を装着者の腰部に固定する固定装置である。腰部装着部７は、装着者の腰部と一体となって移動する。
また、腰部装着部７は、歩行アクチュエータ１７（図２（ｂ））を備えており、装着者の歩行動作に従って連結部８を前後方向などに駆動する。
【００１５】
連結部８は、腰部装着部７と歩行アシスト部２を連結している。
歩行アシスト部２は、装着者の下肢に装着され、歩行アクチュエータ１７により前後方向などに駆動されて装着者の足部に力を作用させることにより装着者の歩行運動を支援する。
なお、腰部装着部７、連結部８、歩行アシスト部２による歩行支援は、一例であって、更に多関節の駆動機構によって歩行支援するなど、各種の形態が可能である。
【００１６】
３軸センサ３は、腰部装着部７に設置され、腰部装着部７の姿勢などを検知する。３軸センサ３は、例えば、３次元ジャイロによる３軸角速度検出機能や３軸角加速度検出機能などを備えており、前進方向、鉛直方向、体側方向の軸の周りの回転角度、角速度、角加速度などを検知することができる。
なお、前進方向の軸の周りの角度をロール角、鉛直方向の軸の周りの角度をヨー角、体側方向の軸の周りの角度をピッチ角とする。
【００１７】
３軸アクチュエータ６は、例えば、球体モータで構成されており、撮像カメラ５と光源装置４が設置された撮像ユニット９のロール角、ヨー角、ピッチ角を変化させる。
撮像ユニット９には、光源装置４と撮像カメラ５が固定されており、３軸アクチュエータ６を駆動すると、光源装置４の照射方向（光源装置４の光軸の方向）と撮像カメラ５の撮像方向（撮像カメラ５の光軸の方向）は、相対角度を保ったまま、腰部装着部７に対するロール角、ヨー角、ピッチ角を変化させる。
【００１８】
撮像ユニット９で適切な画像を撮像するためには、撮像ユニット９を所定の角度で歩行面（地面や床面など、装着者が歩行する面）に向ける必要があるが、装着者が装着型ロボット１を装着した場合に、装着状態によって撮像ユニット９が傾くため、３軸アクチュエータ６によってこれを補正する。
【００１９】
光源装置４は、例えば、レーザ、赤外光、可視光などの光を所定の形状パターンで照射する。本実施の形態では、光源装置４は、照射方向に垂直な面に対して円形となる形状パターンで光を照射するものとするが、矩形形状、十字、点など各種の形状が可能である。
【００２０】
撮像カメラ５は、被写体を結像するための光学系と、結像した被写体を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備えた、赤外光カメラ、可視光カメラなどで構成され、光源装置４が歩行面に照射した投影像を撮像（撮影）する。
光源装置４が所定の形状パターンで照射した光による投影像は、照射方向と歩行面の成す角度や、歩行面に存在する障害物（段差など）により円形から変形した（歪んだ）形状となるが、この形状を解析することにより前方に存在する段差を検知することができる。
【００２１】
無線通信装置１０は、歩行アクチュエータ１７のつま先に設置されており、照明１００の照明光に含まれる危険領域情報を受信する。これにより、装着型ロボット１は、現在位置が危険領域であることを認識する。
なお、歩行アクチュエータ１７をつま先に設置したのは、体側などの影になって照明１００の光が遮られるのを防ぐためである。
【００２２】
ここで、無線通信に照明光を用いたのは、情報を受信する箇所を照明領域に限定する（スポット化する）ことができるほか、通常、ホーム７０の端部には安全のため照明が設置されており、これを利用すると無線通信のための新たな設備投資を低減することができるためである。
なお、照明光を用いず、通常の電波を用いた無線通信とすることも可能である。
【００２３】
ナビゲーション装置１２は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ）衛星からのＧＰＳ信号を受信したり、所定のサーバと通信したりして装着者の現在位置を特定したり、経路探索したり、現在位置までの歩行経路を記録したりなどのナビゲーション機能を有している。
装着型ロボット１は、ナビゲーション装置１２によって現在位置が危険領域８０であることを検出することも可能である。
【００２４】
図２（ｂ）は、装着型ロボット１に設置された装着ロボットシステム１５を説明するための図である。
装着ロボットシステム１５は、歩行支援機能を発揮するように装着型ロボット１を制御する電子制御システムである。
【００２５】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１６は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶装置、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、装着型ロボット１の各部を電子制御する。
【００２６】
ＣＰＵは、記憶媒体に記憶された各種コンピュータプログラムを実行し、危険領域８０の検出、段差の画像認識、危険領域８０での前進の阻止、及び強制的な歩行制御を行ったりする。
ＣＰＵは、光源装置４、撮像カメラ５、３軸アクチュエータ６、３軸センサ３、無線通信装置１０、及びナビゲーション装置１２とインターフェースを介して接続しており、光源装置４からの照射をオンオフしたり、撮像カメラ５から撮像データを取得したり、３軸アクチュエータ６を駆動したり、３軸センサ３から検出値を取得したり、無線通信装置１０から危険領域情報を取得したり、ナビゲーション装置１２から装着者の現在位置や歩行経路を取得したりする。
【００２７】
ＲＯＭは、読み取り専用のメモリであって、ＣＰＵが使用する基本的なプログラムやパラメータなどを記憶している。
ＲＡＭは、読み書きが可能なメモリであって、ＣＰＵが演算処理などを行う際のワーキングメモリを提供する。本実施の形態では、危険領域８０での歩行制御を行うためのワーキングメモリを提供する。
【００２８】
記憶装置は、例えば、ハードディスクやＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などで構成された大容量の記憶媒体を備えており、光源装置４の投影像を解析してホーム７０の端部の段差を認識するためのプログラム、歩行支援を行うためのプログラムなどの各種プログラムや、現在までの歩行経路や歩容（装着型ロボット１の各種センサや歩行アクチュエータ１７の動きなどから取得する）を記憶するためのアーカイブなどを記憶している。
【００２９】
歩行アクチュエータ１７は、ＥＣＵ１６からの指令に基づいて歩行アシスト部２を駆動する。
装着型ロボット１が、股関節、膝関節、足首関節などを有する多関節の場合は、各関節に歩行アクチュエータ１７が備えられており、ＥＣＵ１６は、これらを個別に制御することにより、装着型ロボット１に一体として歩行支援動作を行わせる。
【００３０】
図２（ｃ）は、照明１００の構成を説明するための図である。
照明１００は、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）５１、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５３、及び発光ダイオード５５などから構成されている。
ＰＬＣ５１は、記憶媒体であって、照明１００の設置後にプログラムを書き込むことができる。本実施の形態では、照明１００の照明光を危険情報で変調するためのプログラムが書き込まれている。
【００３１】
ＣＰＵ５２は、ＰＬＣ５１のプログラムに従って、照明光を危険情報で変調する。これにより、照明光に危険情報が重畳される。
ＲＯＭ５３は、取付位置、注意事項、ガイド情報などを記憶しており、設備側が設置や保守のためなどに使用する。
発光ダイオード５５は、危険情報で変調された照明光を発光する。
【００３２】
図３（ａ）は、撮像ユニット９で段差を検出する方法を説明するための図である。
装着型ロボット１は、光源装置４を用いて装着者の前進方向の下方に所定形状パターンの光を照射し、その投影像を撮像カメラ５で撮影する。
ここでは、歩行面４１よりも低い位置に下る段差４０が存在するとし、光源装置４の光による像が段差４０に投影される。
【００３３】
図３（ｂ）は、撮像カメラ５で撮像した光源装置４による投影像２６の画像の一例である。
なお、画面フレーム３１の装着者に近い側を下端、前進側を上端としている。
本実施の形態では、光源装置４は円形断面の光を前進方向斜め下方に照射するため、歩行面が平面の場合、投影像２６は、前進方向を長軸とする楕円形となる。
ところが、投影像２６内に段差が存在すると、投影像２６が本来あるべき楕円形から歪み、画像認識によって当該歪みを検出することによって段差を検知することができる。
【００３４】
下り段差の場合、投影像２６は、段差の向こう側で広がるため、投影像２６の上端側が広がることにより、下りの段差４０を認識することができる。
また、段差４０の落差が大きいほど、投影像２６の上端側の幅が広がり、ある程度以上落差が大きくなると、上端側が撮像されなくなるため、投影像２６の上端側の状態から落差の大きさを推定することができる。
【００３５】
これにより、装着型ロボット１は、危険領域８０内において画像認識で段差４０を検出してホーム７０の端部を検出することができるほか、一般の段差４０においても落差が歩行できる程度のものか否かを判断することができる。
更に、画面フレーム３１の下端から投影像２６の下端までの距離を用いて段差までの距離を計測することも可能である。
【００３６】
加えて、ホームに列車が入線してドアが開いている場合の投影像２６など、各場面での投影像２６を記憶しておき、これを撮像カメラ５が撮像した投影像２６とマッチングすることにより、装着者のおかれた状況を認識するように構成することもできる。
これにより、ホームの端部であって列車が入線していない場合は立入不可と判断して装着者の前進を阻止し、ホームの端部であって列車が入線している場合は立入可能と判断して装着者の歩行を支援するなど、同じ危険領域８０内であっても、状況に応じた制御が可能となる。
【００３７】
図４は、装着型ロボット１が危険領域８０で歩行支援制御に強制介入する手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、ＥＣＵ１６のＣＰＵが所定のプログラムに従って行うものである。
また、以下の処理は、駅のホームに限定せず、歩行不可能な段差が存在する危険領域８０で適用可能である。
【００３８】
まず、ＣＰＵは、無線通信装置１０で照明１００から送信される情報を受信することにより、現在位置が設備側通信範囲内であるか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに記憶する（ステップ５）。
より詳細には、ＣＰＵは、照明１００から送信される情報を受信した場合には、設備側通信範囲内であると判断し、受信しない場合には、設備側通信範囲内でないと判断する。
【００３９】
次に、ＲＡＭに記憶した判断結果が、設備側通信範囲内でないという判断であった場合（ステップ５；Ｎ）、ＣＰＵは、ステップ５に戻る。
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が設備側通信範囲内であるという判断であった場合（ステップ５；Ｙ）、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した情報を解析して現在位置が危険領域であるか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに記憶する（ステップ１５）。
【００４０】
より詳細には、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した情報が危険領域情報であった場合には、現在位置が危険領域であると判断し、危険領域情報でない場合には、現在位置が危険領域でないと判断する。
なお、照明１００が送信する情報で危険領域情報でないものには、例えば、前方にエスカレータが存在することを知らせる情報や、周辺地図情報など、装着型ロボット１による歩行支援を助ける各種の情報がある。
【００４１】
ＲＡＭに記憶した判断結果が、危険領域情報でないとの判断であった場合（ステップ１５；Ｎ）、ＣＰＵは、処理を終了する。
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が危険領域情報であるとの判断であった場合（ステップ１５；Ｙ）、ＣＰＵは、撮像ユニット９を駆動して前方に光を照射し、その投影像の画像データをＲＡＭに記憶する。
【００４２】
次に、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した画像データを画像認識することにより、前方の歩行面の形状を認識して、認識結果をＲＡＭに記憶する（ステップ２０）。
ここでは、ＣＰＵは、一例として、前方に存在する段差の有無と当該段差の高さを認識してＲＡＭに記憶する。
【００４３】
次に、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した認識結果を用いて危険領域８０が立入不可の危険領域であるか否かを判断する（ステップ２５）。
より詳細には、ＣＰＵは、段差がない場合、及び、段差は存在するがその高さが所定値未満である場合（歩行可能な段差の場合）には、立入不可の危険領域でないと判断し、段差が存在し、その高さが所定値以上である場合（歩行不可な段差の場合）には、立入不可の領域であると判断する。
【００４４】
次に、ＲＡＭに記憶した判断結果が立入不可の危険領域であるとの判断であった場合（ステップ２５；Ｙ）、ＣＰＵは、歩行アクチュエータ１７の制御に強制介入して装着者の前進を阻止し（ステップ３０）、ステップ５に戻る。
【００４５】
なお、この際に、前進を阻止するのみならず、装着者を危険領域外に誘導して退避させるようにプログラムを構成することもできる。
また、装着者を危険領域外に退避させるに際して、予め装着者の歩行経路をナビゲーション装置１２によって検知してＥＣＵ１６の記憶装置に記憶しておき、その経路を逆に辿るトレースバック経路を計算して誘導するようにプログラムを構成することもできる。
【００４６】
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が立入不可の危険領域でないとの判断であった場合（ステップ２５；Ｎ）、ＣＰＵは、装着者によって危険領域警告が設定されているか否かを判断する（ステップ３５）。危険領域警告は、予め装着者が設定してＥＣＵ１６の記憶装置に記憶されており、ＣＰＵは、これを確認して判断する。
【００４７】
危険領域警告が設定されてる場合（ステップ３５；Ｙ）、ＣＰＵは、音声出力装置などに警告を発せさせて（ステップ４０）、処理を終了し、危険領域警告が設定されていない場合（ステップ３５；Ｎ）、ＣＰＵは、処理を終了する。
【００４８】
以上の例では、装着型ロボット１が危険領域にて歩行支援に強制介入する一般的な場合を説明したが、危険領域が駅のホームの端部領域である場合に適用すると次のようになる。
まず、装着者がホームの端部領域に侵入すると、装着型ロボット１は、ステップ１５で危険領域にいると判断する。
次に、装着型ロボット１は、ステップ２０による段差の有無の判断によって、ホームに列車が入線しているか否かを判断する。
【００４９】
ホームに列車が入線していない場合、装着型ロボット１は、ステップ２５で立入不可の危険領域にいると判断し、ステップ３０で制御に強制介入して前進を阻止する。
一方、ホームに列車が入線している場合、装着型ロボット１は、ステップ２５で立入不可の危険領域でないと判断し、装着者が列車に乗車する歩行を支援する。この際、装着者の設定により警告を発したりする。
【００５０】
なお、装着型ロボット１は、例えば、ホームに列車が入線している場合の投影像２６のパターンを予め記憶装置に記憶しており、これに撮像した投影像２６をマッチングすることによりホームに列車が入線していることを認識する。
【００５１】
図５は、装着型ロボット１が危険領域８０で歩行支援制御に強制介入する手順の変形例を説明するためのフローチャートである。
この例では、装着型ロボット１は、駅のホームで装着者の歩行支援に強制介入する。また、照明１００が送信する危険領域情報には、列車がホームに入線しているか否かを示す列車入線情報が含まれている。
【００５２】
まず、ＣＰＵは、無線通信装置１０で照明１００から送信される情報を受信することにより、現在位置が設備側通信範囲内であるか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに記憶する（ステップ５０）。
より詳細には、ＣＰＵは、照明１００から送信される情報を受信した場合には、設備側通信範囲内であると判断し、受信しない場合には、設備側通信範囲内でないと判断する。
【００５３】
次に、ＲＡＭに記憶した判断結果が、設備側通信範囲内にいないという判断であった場合（ステップ５０；Ｎ）、ＣＰＵは、ステップ５０に戻る。
一方、ＲＡＭに記憶した判断結果が設備側通信範囲内にいるという判断であった場合（ステップ５０；Ｙ）、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した情報を解析して列車が入線しているか否かを判断し、判断結果をＲＡＭに臆する（ステップ５５）。
より詳細には、ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶した危険領域情報に含まれる列車入線情報を解析することによりホームに列車が入線しているか否かを判断する。
【００５４】
ＲＡＭに記憶した判断結果が、列車が入線していないとの判断であった場合（ステップ５５；Ｎ）、ＣＰＵは、現在位置が立入不可の危険領域であると判断し（ステップ６０）、トレースバック経路を計算してＲＡＭに記憶する（ステップ６５）。トレースバック経路は、図４で説明したものと同じである。
次に、ＣＰＵは、歩行アクチュエータ１７の制御に強制介入し、トレースバック経路に沿って逆戻りするように装着者の第一歩目以降を制御する（ステップ７０）。
【００５５】
ＣＰＵは、装着者の第一歩目以降について歩行アクチュエータ１７を制御しつつ、照明１００からの情報を受信することによって現在位置が設備側通信範囲内か否かを判断し（ステップ７５）、設備側通信範囲内である場合には（ステップ７５；Ｙ）、ステップ５５に戻り、設備側通信範囲内でない場合には（ステップ７５；Ｎ）、強制的な制御を解放して処理を終了する（ステップ８０）。
なお、列車が入線していないと判断した場合（ステップ５５；Ｙ）、ＣＰＵは、ステップ７５に移行すると共に、歩行アクチュエータ１７の制御への強制介入はせず、装着者の歩行を支援する。
【００５６】
このように、本変形例では、画像認識を用いずとも、危険領域情報に付随する列車入線情報によって列車の入線の有無を判断することにより、列車が入線していない場合は、危険領域８０を立入不可の危険領域と判断し、列車が入線している場合は、危険領域８０を立入不可の危険領域でないと判断することができる。
【００５７】
以上に説明した実施の形態により、次の効果を得ることができる。
（１）装着型ロボット１は、装着者が、危険な領域に入り込んだ場合に、装着者の歩行意図に関係なく歩行アクチュエータ１７を強制的に制御することができる。
（２）装着型ロボット１は、照明１００からの通信によって装着者が危険領域８０にいるか否かを判断することができ、例えば、画像認識によって前方が立入不可であった場合や、危険領域８０が列車が入線していないことによるものであった場合に歩行アクチュエータ１７を強制的に制御することができる。
（３）装着型ロボット１は、例えば、トレースバックさせるなどして装着者を危険領域から退出させることができる。
（４）装着型ロボット１は、危険回避のために歩行支援に強制的に介入するため、装着者の判断力や運動能力が衰えている場合であっても、装着者の歩行を適切にアシストすることができる。
【００５８】
以上に説明した実施の形態により、次の構成を提供することができる。
装着型ロボット１は、歩行アシスト部２や連結部８によって装着者を支援するため、歩行支援対象者（装着者）の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援手段を備えている。
また、駅のホームの危険領域８０は、立入制限領域として機能し、装着型ロボット１は、照明１００からの危険領域情報によって、現在位置が危険領域であるか否か判断するため、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断手段を備えている。
また、装着型ロボット１は、危険領域８０が立入不可の危険領域であるか否かによって歩行アクチュエータ１７の制御に介入するか否かを判断するため、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援手段の制御に介入するか否かを判断する介入判断手段を備えている。
また、装着型ロボット１は、介入が必要と判断した場合には、歩行制御に強制介入するため、前記介入判断手段に従って前記歩行支援手段の制御に介入する介入手段を備えている。
【００５９】
装着型ロボット１は、照明１００から危険領域情報を受信して現在位置が危険領域か否かを判断するため、現在位置が立入制限領域であるか否かを通知する立入制限領域情報（危険領域情報に相当）を受信する受信手段を備え、前記領域判断手段は、前記受信した立入制限領域情報を用いて現在位置が立入制限領域であるか否かを判断している。
【００６０】
また、装着型ロボット１は、歩行支援制御に強制的に介入する場合、装着者の前進を阻止して停止させるため、前記介入手段は、前記歩行支援手段による前進を停止させている。
【００６１】
また、装着型ロボット１は、危険領域８０が立入不可の危険領域であった場合、装着者を危険領域８０の外部に退出するように装着者の歩行を誘導するため、前記介入手段は、前記歩行支援手段に前記立入制限領域外に強制的に誘導するように支援させている。
【００６２】
また、装着型ロボット１は、ナビゲーション装置１２によって装着者の歩行経路を検出して記憶装置に記憶し、これを用いてトレースバック経路を計算して装着者を逆戻りさせるため、歩行経路を記憶する記憶手段を備え、前記介入手段は、前記記憶した歩行経路に沿って前記立入制限領域外に歩行させている。
【００６３】
また、装着型ロボット１は、撮像ユニット９によって前方の歩行面の状態を撮像して画像認識することにより立入不可の危険領域であるか否かを判断し、立入不可の危険領域である場合に介入制御するため、前記立入制限領域における歩行面の状態から前記立入制限領域が立入禁止領域（立入不可の危険領域に相当）であるか否かを検出する検出手段を備え、前記介入判断手段は、前記立入制限領域が立入禁止領域であると検出された場合に介入すると判断している。
【００６４】
装着型ロボット１は、例えば、画像データから段差を認識することにより立入不可の危険領域であるか否かを判断するため、前記検出手段は、前記歩行面を撮像した画像データによって立入禁止領域であるか否かを検出している。
【００６５】
また、変形例において、装着型ロボット１は、照明１００から列車入線情報を受信して列車が入線しているか否かを判断し、列車が入線していない場合は立入不可の危険領域８０と判断して退出し、列車が入線している場合は立入不可の危険領域８０と判断せずに装着者の意図による歩行を支援するため、前記検出手段は、現在位置が立入禁止領域であることを通知する立入禁止領域情報（列車入線情報に相当）を受信することにより立入禁止領域であることを検出している。
【００６６】
また、装着型ロボット１は、危険領域８０が立入不可の危険領域でない場合、装着者に警報音を発するなどして警告することができるため、前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域内であると判断した場合に、歩行支援対象者に警告する警告手段を備えている。
【００６７】
また、装着型ロボット１は、ＥＣＵ１６の記憶装置に、歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援機能と、現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断機能と、前記領域判断機能で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援機能の制御に介入するか否かを判断する介入判断機能と、前記介入判断機能に従って前記歩行支援機能の制御に介入する介入機能と、をコンピュータで実現する歩行支援プログラムを記憶している。
【符号の説明】
【００６８】
１ 装着型ロボット
２ 歩行アシスト部
３ ３軸センサ
４ 光源装置
５ 撮像カメラ
６ ３軸アクチュエータ
７ 腰部装着部
８ 連結部
９ 撮像ユニット
１０ 無線通信装置
１２ ナビゲーション装置
１５ 装着ロボットシステム
１６ ＥＣＵ
１７ 歩行アクチュエータ
２６ 投影像
３１ 画面フレーム
４０ 段差
４１ 歩行面
５１ ＰＬＣ
５２ ＣＰＵ
５３ ＲＯＭ
５５ 発光ダイオード
７０ ホーム
８０ 危険領域
１００ 照明
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援手段と、
現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断手段と、
前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援手段の制御に介入するか否かを判断する介入判断手段と、
前記介入判断手段に従って前記歩行支援手段の制御に介入する介入手段と、
を具備したことを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
現在位置が立入制限領域であるか否かを通知する立入制限領域情報を受信する受信手段を具備し、
前記領域判断手段は、前記受信した立入制限領域情報を用いて現在位置が立入制限領域であるか否かを判断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】
前記介入手段は、前記歩行支援手段による前進を停止させ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４】
前記介入手段は、前記歩行支援手段に前記立入制限領域外に強制的に誘導するように支援させ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５】
歩行経路を記憶する記憶手段を具備し、
前記介入手段は、前記記憶した歩行経路に沿って前記立入制限領域外に歩行させることを特徴とする請求項４に記載の歩行支援装置。
【請求項６】
前記立入制限領域における歩行面の状態から前記立入制限領域が立入禁止領域であるか否かを検出する検出手段を具備し、
前記介入判断手段は、前記立入制限領域が立入禁止領域であると検出された場合に介入すると判断することを特徴とする請求項１から請求項５までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記歩行面を撮像した画像データによって立入禁止領域であるか否かを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置。
【請求項８】
前記検出手段は、現在位置が立入禁止領域であることを通知する立入禁止領域情報を受信することにより立入禁止領域であることを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置。
【請求項９】
前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域内であると判断した場合に、歩行支援対象者に警告する警告手段を具備したことを特徴とする請求項１から請求項６までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置。
【請求項１０】
歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援機能と、
現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断機能と、
前記領域判断機能で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援機能の制御に介入するか否かを判断する介入判断機能と、
前記介入判断機能に従って前記歩行支援機能の制御に介入する介入機能と、
をコンピュータで実現する歩行支援プログラム。
【請求項１】
歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援手段と、
現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断手段と、
前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援手段の制御に介入するか否かを判断する介入判断手段と、
前記介入判断手段に従って前記歩行支援手段の制御に介入する介入手段と、
を具備したことを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
現在位置が立入制限領域であるか否かを通知する立入制限領域情報を受信する受信手段を具備し、
前記領域判断手段は、前記受信した立入制限領域情報を用いて現在位置が立入制限領域であるか否かを判断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】
前記介入手段は、前記歩行支援手段による前進を停止させ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４】
前記介入手段は、前記歩行支援手段に前記立入制限領域外に強制的に誘導するように支援させ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５】
歩行経路を記憶する記憶手段を具備し、
前記介入手段は、前記記憶した歩行経路に沿って前記立入制限領域外に歩行させることを特徴とする請求項４に記載の歩行支援装置。
【請求項６】
前記立入制限領域における歩行面の状態から前記立入制限領域が立入禁止領域であるか否かを検出する検出手段を具備し、
前記介入判断手段は、前記立入制限領域が立入禁止領域であると検出された場合に介入すると判断することを特徴とする請求項１から請求項５までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記歩行面を撮像した画像データによって立入禁止領域であるか否かを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置。
【請求項８】
前記検出手段は、現在位置が立入禁止領域であることを通知する立入禁止領域情報を受信することにより立入禁止領域であることを検出することを特徴とする請求項６に記載の歩行支援装置。
【請求項９】
前記領域判断手段で現在位置が立入制限領域内であると判断した場合に、歩行支援対象者に警告する警告手段を具備したことを特徴とする請求項１から請求項６までのうちの何れか１の請求項に記載の歩行支援装置。
【請求項１０】
歩行支援対象者の足部に力を作用させて歩行を支援する歩行支援機能と、
現在位置が立入制限領域であるか否かを判断する領域判断機能と、
前記領域判断機能で現在位置が立入制限領域であると判断された場合に、前記歩行支援機能の制御に介入するか否かを判断する介入判断機能と、
前記介入判断機能に従って前記歩行支援機能の制御に介入する介入機能と、
をコンピュータで実現する歩行支援プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１５３１４（Ｐ２０１２−１１５３１４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５１９３（Ｐ２０１０−２６５１９３）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
[ Back to top ]