歩行補助装置
【課題】様々な状況において歩行者の歩行を好適に補助することが可能な手押し車型の歩行補助装置を提供する。
【解決手段】歩行補助装置は、歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドル２１と、ハンドルから歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びるメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒと、メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びるサブフレームサブフレームと、メインフレームに対してサブフレームを回動自在に連結するジョイント１８Ｌ，１８Ｒと、ジョイントから吊り下げられた電源ユニット２２と、電源ユニットから電力により駆動される前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲと、前側車輪および後側車輪のそれぞれを制御するためのコントローラ１２ｄと、を備える。
【解決手段】歩行補助装置は、歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドル２１と、ハンドルから歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びるメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒと、メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びるサブフレームサブフレームと、メインフレームに対してサブフレームを回動自在に連結するジョイント１８Ｌ，１８Ｒと、ジョイントから吊り下げられた電源ユニット２２と、電源ユニットから電力により駆動される前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲと、前側車輪および後側車輪のそれぞれを制御するためのコントローラ１２ｄと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者の歩行を補助するための歩行補助装置、特に手押し車型の歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来文献（特許文献１‐３）には、手押し車型の歩行補助装置の一例が示されている。
【特許文献１】特許第３１５６３６７号
【特許文献２】特開平１０‐２１６１８３号公報
【特許文献３】特許第３４８００９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
手押し車型の歩行補助装置は、比較的にコンパクトであり取り回し性は良い。しかし、歩行補助装置が利用される状況は様々である。例えば、歩行補助装置は、傾斜する路面において歩行者の歩行を補助する場合がある。また例えば、歩行補助装置は、段差や階段において歩行者の歩行を補助する場合がある。また、歩行補助装置は、歩行者が転倒しそうになった状況にも対処する必要がある。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、様々な状況において歩行者の歩行を好適に補助することが可能な手押し車型の歩行補助装置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】
【０００５】
上述した目的を達成するために、本発明に係る歩行補助装置は、歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、ハンドルから歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びるメインフレームと、メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びるサブフレームと、メインフレームの途中部分に設けられ、メインフレームに対してサブフレームを回動自在に連結するジョイントと、ジョイントから吊り下げられた電源ユニットと、メインフレームの路面近傍の下端に設けられ、電源ユニットから電力により駆動される前側車輪と、サブフレームの路面近傍の下端に設けられ、電源ユニットから電力により駆動される後側車輪と、前側車輪および後側車輪のそれぞれを制御するためのコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る歩行補助装置によれば、歩行者が把持可能な高さにハンドルが設けられており、ハンドルから斜め下方に延びるメインフレームの下端には前側車輪が設けられており、メインフレームの途中部分から延びるサブフレームの下端には後側車輪が設けられている。このような歩行補助装置の基本的構成により、歩行者はハンドルを把持して歩行補助装置に寄り掛かりながら歩行することができるため、歩行補助装置は歩行者の歩行を補助することができる。そして、本発明に係る歩行補助装置によれば、メインフレームの途中部分に設けられたジョイントにより、メインフレームに対してサブフレームが回動自在とされており、また、メインフレームおよびサブフレームの下端に設けられた車輪が電力の供給を受けて駆動される。このような歩行補助装置の構成により、歩行補助装置は、様々な状況において歩行者の歩行を好適に補助することができる。
【０００７】
また、本発明に係る歩行補助装置は、コントローラは、前側車輪と後側車輪との相対距離を調節することで、ハンドルの路面からの高さを調節することが好ましい。この構成によれば、歩行者の持ちやすい高さに、ハンドルの路面からの高さを調節することができる。
【０００８】
また、本発明に係る歩行補助装置は、前側車輪は左前車輪および右前車輪を含み、後側車輪は左後車輪および右後車輪を含み、コントローラは、左前車輪と左後車輪の相対距離、右前車輪と右後車輪の相対距離をそれぞれ独立して制御することで、歩行補助装置の左右方向の傾きを調節することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置の左右方向の傾きを調節することで、例えば左右に傾斜した不安定な路面においても、歩行補助装置を安定させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る歩行補助装置は、歩行者がハンドルに与える押力を検出する押力センサを、さらに備え、コントローラは、押力センサにより検出される押力に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするように前側車輪および後側車輪を制御することが好ましい。この構成によれば、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするため、歩行者の姿勢を安定させることができると共に、歩行者の使い心地を向上することができる。
【００１０】
また、本発明に係る歩行補助装置は、路面の勾配を検出する勾配センサを、さらに備え、コントローラは、勾配センサにより検出される勾配に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするための押力閾値範囲を変更し、前側車輪および後側車輪を制御することが好ましい。この構成によれば、路面が下り坂である場合に、歩行者がハンドルに与える押力を大きくするため、歩行者は歩行補助装置により大きな力で寄り掛かりながら安全に下り坂を歩行することができる。
【００１１】
また、本発明に係る歩行補助装置は、ジョイントに両端が固定され、歩行者の腰部に掛けられるサポート帯を、さらに備えることが好ましい。この構成によれば、上り坂を登っている時の歩行者の負担を軽減することができる。
【００１２】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラはハンドルに設けられていることが好ましい。この構成によれば、コントローラがハンドルに設けられているため、歩行者が歩行補助装置を操作しやすくすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る歩行補助装置は、メインフレームに対してサブフレームがなす角度αを検出する第１角度センサと、メインフレームに対して電源ユニットがなす角度γを検出する第２角度センサと、を備え、コントローラは、第１角度センサおよび第２角度センサにより検出された角度α，βに基づいて、歩行補助装置の姿勢を認識することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置の姿勢を認識して、歩行補助装置の制御に利用することができる。
【００１４】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、歩行補助装置が段差または階段を乗り越えることができるか否かを判定することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置が段差または階段を乗り越えることができるか否かを判定するため、歩行補助装置が段差または階段を通過できるか否かを判断することができる。
【００１５】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、段差または階段の形状を演算することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置が段差または階段の形状を演算するため、歩行補助装置が段差または階段を通過できるか否かを判断することができる。
【００１６】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラは、ジョイントに作用するトルクに基づいて、前側車輪または後側車輪が段差または階段に接触したことを判定することが好ましい。この構成によれば、ジョイントに作用するトルクに基づいて段差または階段に接触したことを判定するため、段差または階段を高精度で検出することができる。
【００１７】
また、本発明に係る歩行補助装置は、メインフレームは、ハンドルからジョイントまでの上側部分と、ジョイントよりも下側の下側部分とに分離されており、上側部分が下側部分から独立してジョイントを中心に回動自在に構成されており、コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、メインフレームおよび電源ユニットを一体として、ジョイントを中心として、電源ユニットを前方に、メインフレームの上側部分を後方に回動させることが好ましい。この構成によれば、歩行者が後方に転倒しそうになった場合に、電源ユニットの慣性力を利用して、歩行者の転倒を防止することができる。
【００１８】
また、本発明に係る歩行補助装置は、コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、サブフレームを後側に回動させることが好ましい。この構成によれば、歩行者が後方に転倒しそうになった場合に、サブフレームを後側に回動させることにより歩行補助装置を安定させるため、歩行者の転倒をより確実に防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る歩行補助装置は、歩行者がハンドルに与える力を検出する押力センサと、をさらに備え、コントローラは、押力センサにより検出される力に基づいて、歩行者の後方への転倒を判定することが好ましい。この構成によれば、歩行者がハンドルに与える力に基づいて、歩行者の後方への転倒を確実に判定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、様々な状況において歩行者の歩行を好適に補助することが可能な手押し車型の歩行補助装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態に係る歩行補助装置１０の外観を示している。また、図３は、第１実施形態に係る歩行補助装置１０のブロック図を示している。図１、図２および図３を参照して、第１実施形態に係る歩行補助装置１０の構成を説明する。
【００２３】
歩行補助装置１０は手押し車型であり、ハンドル１２、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒ、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒ、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒ、電源ユニット２２および車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲにより構成されている。図２に示されるように、歩行補助装置１０は、歩行者が歩行補助装置１０を手前に配置して、歩行補助装置１０の上端に配置されるハンドル１２を持つことにより、歩行補助装置１０が歩行者を支持し、歩行者の歩行を補助するように構成されている。
【００２４】
歩行補助装置１０のハンドル１２は、歩行者の胸部手前の把持可能な高さにおいて、路面に対して左右方向に水平に延設されている。ハンドル１２には、歩行者が歩行補助装置１０を制御するための複数のスイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（階段モードスイッチ１２ａ、使用開始／終了スイッチ１２ｂなど）が設けられている。また、ハンドル１２の内部には、スイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの信号を取り込んで歩行補助装置１０の動作を制御するためのコントローラ１２ｄが設けられている。また、ハンドル１２の内部には、歩行者がハンドル１２を押す力を検出するための押力センサ２６が設けられている。
【００２５】
一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて延びている。一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の左端から延びる左側のメインフレーム１４Ｌと、ハンドル１２の右端から延びる右側のメインフレーム１４Ｒとからなる。各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは路面近傍まで延びており、各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの先端には前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが回転自在に取り付けられている。
【００２６】
一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、左側メインフレーム１４Ｌから延びる左側サブフレーム１６Ｌと、右側メインフレーム１４Ｒから延びる右側サブフレーム１６Ｒとからなる。一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分から斜め下方に向けて延びている。より詳しく説明すると、一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられたジョイント１８Ｌ，１８Ｒから、歩行者付近の路面に向けて延びている。各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは路面近傍まで延びており、各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの先端には後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが取り付けられている。
【００２７】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒに取り付けられた車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに駆動力または制動力を付与するためのモータを内蔵するインホイールモータユニットである。このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じて駆動力または制動力を出力する。
【００２８】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられたジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動自在に連結する。ジョイント１８Ｌ，１８Ｒには、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの回動角度を調節するためのジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒが内蔵されている。このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動する。なお、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対するサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの回動角度αを検出するためのフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒを有している。
【００２９】
ジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに固定された軸受を用いてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを軸支しており、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能としている。但し、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの一部でサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能にすればよいため、例えば、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒとサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒとの間にゴム製のブッシュを介装した簡素化された構造としてもよい。これにより、歩行補助装置１０を軽量で安価に構成することができる。
【００３０】
電源ユニット２２は、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒから吊り下げられている。左側のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにはフレキシブルな１本の吊下げバンド２４Ｌが掛けられており、吊下げバンド２４Ｌの一端は電源ユニット２２の左前端に固定され、吊下げバンドの他端は電源ユニット２２の左後端に固定されている。また、右側のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにはフレキシブルな１本の吊下げバンド２４Ｒが掛けられており、吊下げバンド２４Ｒの一端は電源ユニット２２の右前端に固定され、吊下げバンド２４Ｒの他端は電源ユニット２２の右後端に固定されている。電源ユニット２２はジョイント１８Ｌ，１８Ｒから吊り下げられているため、電源ユニット２２の重心は常にジョイント１８Ｌ，１８Ｒの真下となる。
【００３１】
吊下げバンド２４Ｌ，２４Ｒがジョイント１８Ｌ，１８Ｒから回動自在に吊り下げられているため、歩行補助装置１０が傾斜した場合にはジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して電源ユニット２２は回動する。メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの内部には、電源ユニット２２および吊下げバンド２４Ｌ，２４Ｒの回動角度γを検出するための吊下げ角センサ３２が設けられている。このセンサは、路面の勾配を検出するための勾配センサである。
【００３２】
上述した歩行補助装置１０によれば、図４に示されるように、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動することにより、ハンドル１２を歩行者の握りやすい高さに調節することができる。すなわち、歩行補助装置１０が平面を移動する場合に限らず、歩行補助装置１０が上り坂や下り坂を移動する場合にも、コントローラ１２ｄが、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、歩行補助装置１０の姿勢変化を補正するように、ハンドル１２を歩行者の握りやすい高さに調節する。
【００３３】
また、歩行者が椅子等に座った状態から立ち上がる際には、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動することにより、歩行者の立ち上がり動作を補助することができる。すなわち、コントローラ１２ｄが、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、歩行者の立ち上がり動作に合わせてハンドル１２の高さを高くする。これにより、歩行者を持ち上げるようにハンドル１２が力を作用するため、歩行者の立ち上がり動作を補助することができる。
【００３４】
また、歩行者が歩行補助装置１０の使用を終了する際には、歩行者により終了スイッチ１２ｂが押されることに応じて、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが接触するようにジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、歩行補助装置１０を自動的に折り畳む。これにより、歩行補助装置１０の使用終了後に、歩行者は歩行補助装置１０を収納スペースに収納することができる。
【００３５】
また、上述した歩行補助装置１０によれば、図５に示されるように、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対して左側サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒと右側サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを独立して回動することにより、左前輪２０ＦＬから左後輪２０ＲＬまでの距離と右前輪２０ＲＬから右後輪２０ＲＲまでの距離とを異なる距離にして、歩行補助装置１０を左右方向に傾斜させる。例えば、歩行補助装置１０が左右方向に傾斜する路面を移動する場合に、コントローラ１２ｄが、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、路面山側の前輪から後輪までの距離を長くすると共に、路面谷側の前輪から後輪までの距離を短くする。これにより、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒから吊り下げられた電源ユニット２２の重心位置は路面山側に寄るため、各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲにより均等に荷重が作用するように調節され、歩行補助装置１０の安定性を向上させることができる。
【００３６】
図６は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の制御方法のフローチャートを示している。図６の制御方法は、歩行者の使い心地を向上するために、歩行補助装置１０が歩行者に与える力を一定に制御することを目的としている。
【００３７】
ステップ６０１において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値を取り込む。次に、ステップ６０２において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値に応じた目標速度を設定する。ここで、目標速度は、歩行補助装置１０から歩行者に適度な反力を与えて、歩行者が歩行補助装置１０に適度に寄り掛かることができる程度に設定される。目標速度は、押力センサ２６により検出される押力が大きいほど大きな値が設定され、押力センサ２６により検出される押力が小さいほど小さな値が設定される。コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で移動するようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。
【００３８】
次に、ステップ６０３において、歩行補助装置１０を目標速度で移動させている際に、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が予め設定された押力閾値範囲（上限値および下限値からなる閾値）を超えて変化したか否かを継続的に判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が押力上限値を超えて増加している場合には、ステップ６０２に戻って目標速度を増大した値に設定し直す。これにより、歩行補助装置１０の移動速度が上昇するため、歩行者が歩行補助装置１０に付与する押力を略一定に保つことができる。また、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が押力下限値を下回って減少している場合には、ステップ６０２に戻って目標速度を減少した値に設定し直す。これにより、歩行補助装置１０の移動速度が低下するため、歩行者が歩行補助装置１０に付与する押力を略一定に保つことができる。
【００３９】
一方、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が押力上限値を超えて変化していない場合には、ステップ６０４に進んで、歩行補助装置１０が目標速度で進むようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。ここで、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の速度が目標速度を超えている場合には、インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの回転速度を下降させて、歩行補助装置１０の速度を目標速度に一致させる。また、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の速度が目標速度に満たない場合には、インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの回転速度を上昇させて、歩行補助装置１０の速度を目標速度に一致させる。
【００４０】
上記の歩行補助装置１０の制御方法によれば、歩行者の押力に応じて歩行補助装置１０の目標速度を設定することで、歩行者が歩行補助装置１０に与える押力、言い換えれば、歩行補助装置１０が歩行者に与える反力を略一定にする。このため、歩行者は歩行補助装置１０に一定押力で寄り掛かることができるため、歩行者の姿勢を安定させることができると共に、歩行者の使い心地を向上することができる。
【００４１】
図７は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の応用的な制御方法のフローチャートを示している。図７の制御方法は、路面が傾斜している場合において、歩行者を安全性を維持することを目的としている。
【００４２】
ステップ７０１において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値を取り込む。また、ステップ７０２において、コントローラ１２ｄは、吊下げ角センサ（勾配センサ）３２の検出値を取り込む。次に、ステップ７０３において、コントローラ１２ｄは、吊下げ角センサ（勾配センサ）３２の検出値に基づいて、路面の下り勾配が予め設定された下り勾配閾値を超えるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、路面の下り勾配が予め設定された下り勾配閾値を超えることを判定した場合には、ステップ７０４の処理に進み、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするための上記の押力閾値範囲を上昇させる。
【００４３】
次に、ステップ７０５において、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で進んでいるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度よりも速い速度で進んでいる場合には、ステップ７０４に戻って押力閾値範囲の上限値および下限値を共に上昇させる。この処理により、歩行者が歩行補助装置１０から受ける反力が大きくなるため、歩行者の歩行速度を低下させて、歩行者の歩行速度を目標速度に近づけることができる。コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で進んでいる場合には、ステップ７０６の処理に進み、歩行補助装置１０が目標速度で進むようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。
【００４４】
上記に説明した歩行補助装置１０の制御方法によれば、路面が下り坂である場合に、歩行者が歩行補助装置１０から受ける反力を大きくするため、歩行者は歩行補助装置１０により大きな力で寄り掛かりながら安全に下り坂を歩行することができる。
【００４５】
図８は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の応用的な利用方法を提示している。この歩行補助装置１０では、１本のサポート帯３６の一端が左側のジョイント１８Ｌに固定されており、サポート帯３６の他端が右側のジョイント１８Ｒに固定されている。そして、歩行補助装置１０の利用時には、サポート帯３６の中間部分が歩行者の腰部に掛けられる。これにより、インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの駆動力を歩行者に伝達して、上り坂を登っている時の歩行者の負担を軽減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図９〜図１８を参照して、第２実施形態に係る歩行補助装置１０について説明する。
【００４７】
第２実施形態に係る歩行補助装置１０は、歩行補助装置１０の姿勢を認識する姿勢認識機能と、認識された歩行補助装置１０の姿勢を利用して段差（階段）の形状を演算する段差形状演算機能と、演算された段差の形状に基づいて段差を上がることができるか否かを判定する判定機能と、を有する。以下に、歩行補助装置１０の上記各機能について説明する。
【００４８】
先ず、図９を参照して、歩行補助装置１０の各部の寸法について説明する。
Ｌｈ ・・・ メインフレームのハンドルからジョイントまでの長さ
Ｌｆ ・・・ メインフレームのジョイントから前輪中心までの長さ
Ｌｒ ・・・ サブフレームのジョイントから後輪中心までの長さ
ｒｆ ・・・ 前輪半径
ｒｒ ・・・ 後輪半径
Ｌｘ ・・・ 前輪中心から後輪中心までの水平距離
Ｌｘ０・・・ 標準状態における前輪中心から後輪中心までの水平距離
Ｌｚ ・・・ 前輪中心から後輪中心までの鉛直距離
Ｌｚ０・・・ 標準状態における前輪中心から後輪中心までの鉛直距離
α ・・・ メインフレームとサブフレームとがなす角度
β ・・・ ジョイントおよび電源重心Ｇを通る直線がサブフレームとなす角度
γ ・・・ ジョイントおよび電源重心Ｇを通る直線がメインフレームとなす角度
なお、歩行補助装置１０の標準状態とは、歩行補助装置１０が平面路で歩行者の歩行を補助する状態であって、歩行補助装置１０の特殊な機能が作動していない状態のことである。
【００４９】
次に、図１０を参照して、段差または階段の寸法の定義について説明する。
ｈｎ ・・・ ｎ段目の段差高さ
ｄｎ ・・・ ｎ段目の段差奥行長さ
なお、以下の説明において、「段差」とは、標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）以上の奥行長さを持つ段差のことであり、「階段」とは、標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ段差のことである。
【００５０】
図１１を参照して、歩行補助装置１０の姿勢認識方法について説明する。本実施形態では、歩行補助装置１０の姿勢として、角度β、車輪間水平距離Ｌｘ、および車輪間鉛直距離Ｌｚを演算する。
β ＝ α−γ
Ｌｘ ＝ Ｌｆｓｉｎγ＋Ｌｒｓｉｎβ
Ｌｚ ＝ Ｌｒｃｏｓβ−Ｌｆｃｏｓγ
ここで、αはフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒの検出値、γは吊下げ角センサ３２の検出値、ＬｆおよびＬｒは既知の値である。
【００５１】
また図１１を参照して、段差または階段の形状の演算方法について説明する。本実施形態では、段差または階段の形状として、段差高さｈｎおよび段差奥行長さｄｎを演算する。
ｈｎ ＝ Ｌｒｃｏｓβ−Ｌｆｃｏｓγ＋ｒｒ−ｒｆ ＝ Ｌｚ−Ｌｚ０
ｄｎ ＝ Ｌｒｓｉｎβ＋Ｌｆｓｉｎγ＋ｒｆ−ｒｒ ＝ Ｌｘ＋ｒｆ−ｒｒ
ここで、αはフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒの検出値、γは吊下げ角センサ３２の検出値、Ｌｆ，Ｌｒ，ｒｆおよびｒｒは既知の値である。
【００５２】
さらに図１１を参照して、歩行補助装置１０の段差上りの可否を判定する判定方法について説明する。本実施形態では、歩行補助装置１０は、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲについて段差上りの可否を判定する機能と、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲについて段差上りの可否を判定する機能を有する。
【００５３】
歩行補助装置１０の前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲについては、歩行補助装置１０が傾いた状態において、角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さいか否かを判定する。角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さい場合には、歩行補助装置１０が不安定状態となるため段差上りが不可能であることを判定する。一方、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きい場合には、歩行補助装置１０は安定状態であるため段差上りが可能であることを判定する。
【００５４】
歩行補助装置１０の後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲについては、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の段差壁面に接触し、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の段差壁面に接触した状態において、段差奥行長さｄｎが最小許容長さｄｍｉｎより小さいか否かを判定する。段差奥行長さｄｎが最小許容長さｄｍｉｎより小さい場合には、歩行補助装置１０が不安定状態となるため段差上りが不可能であることを判定する。一方、段差奥行長さｄｎが最小許容長さｄｍｉｎより大きい場合には、歩行補助装置１０は安定状態であるため段差上りが可能であることを判定する。
【００５５】
次に、図１２〜図１８を参照して、歩行補助装置１０の処理について説明する。図１２は、歩行補助装置１０の処理の概略を示している。
【００５６】
図１２に示されるように、ステップ１２０１において、コントローラ１２ｄは、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、歩行補助装置１０が段差または階段に衝突したことを判定する。すなわち、図１３に示されるように、歩行補助装置１０が段差または階段に衝突した時には、段差または階段から前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが受ける反力により、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに作用するトルクが急激に上昇するため、フレームアングルを一定に保持するために必要なジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクが急増する。コントローラ１２ｄは、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクの急増を検出して、歩行補助装置１０が段差または階段に衝突したことを判定する。
【００５７】
ステップ１２０２において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がることができるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がることができる場合には、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がるように歩行補助装置１０を制御する。一方、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がることができない場合には、処理を終了する。
【００５８】
ステップ１２０３において、コントローラ１２ｄは、前方の路面形状が段差または階段のいずれであるかを判定する。コントローラ１２ｄは、前方の路面形状が階段である場合にステップ１２０４に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが階段を上がることができるか否かを判定する。コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが階段を上がることができる場合にはステップ１２０５に進み、階段を上がる。一方、コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが階段を上がることができない場合には、処理を終了する。
【００５９】
ステップ１２０３において、コントローラ１２ｄは、前方の路面形状が段差であることを判定した場合にはステップ１２０６に進む。ステップ１２０６において、コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが段差を上がるように歩行補助装置１０を制御する。
【００６０】
次に、上記のステップ１２０２、ステップ１２０３およびステップ１２０４の処理について、より詳細に説明する。ステップ１２０２の詳細な処理を図１４に示し、ステップ１２０３の詳細な処理を図１７に示し、ステップ１２０４の詳細な処理を図１８に示す。
【００６１】
ステップ１２０１において段差（階段）を検出した場合には、コントローラ１２ｄは、図１４に示されるステップ１４０１の処理に進み、歩行補助装置１０をその場で停止させる。ステップ１４０２において、コントローラ１２ｄは、歩行者によりコントローラ１２ｄの階段モードスイッチ１２ａが押されたか否かを判定する。歩行者によりコントローラ１２ｄの階段モードスイッチ１２ａが押されると、コントローラ１２ｄは、ステップ１４０３の処理に進み、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが前進するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲを駆動制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。この制御により、歩行補助装置１０の前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲは段差（階段）の壁面を上がって行く。
【００６２】
ステップ１４０４において、歩行補助装置１０の前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが壁面を上がる最中に、コントローラ１２ｄは、角度βおよび鉛直距離Ｌｚを繰り返し演算する。そして、ステップ１４０５において、コントローラ１２ｄは、角度βが最小許容角度βｍｉｎを超えているか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、図１５に示されるように角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さいことを判定した場合には、ステップ１４０８の処理に進み、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの段差（階段）上がりを不可能と判定する。
【００６３】
一方、コントローラ１２ｄは、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きいことを判定した場合には、ステップ１４０６の処理に進み、鉛直距離Ｌｚの微分値ｄ／ｄ（Ｌｚ）を演算し、鉛直距離Ｌｚの微分値がほぼ０であるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、鉛直距離Ｌｚの微分値がほぼ０である場合には、図１６に示されるように前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲは段差（階段）を上がった状態であるため、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの段差（階段）上がりを可能と判定する。一方、コントローラ１２ｄは、鉛直距離Ｌｚの微分値が０より大きい場合には、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲは未だ段差（階段）を上がっている途中であるため、ステップ１４０３の処理に戻って、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの段差（階段）上がりを継続する。
【００６４】
図１７は、図１２のステップ１２０３の処理を示している。ステップ１７０１において、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ段目にあり後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ−１段目にある状態で、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが同一速度で前進するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを駆動制御する。ステップ１７０２において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の壁面高さｈｎを演算する。
【００６５】
ステップ１７０３において、コントローラ１２ｄは、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触するのが先か、または後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触するのが先かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触するのが先である場合には、ステップ１７０４の処理に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触するのが先である場合には、ステップ１７１４の処理に進む。
【００６６】
ステップ１７０４において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが停止するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲを制動制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが前進するように後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを駆動制御する。この制御により、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触した状態で、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に近づいて行く。ステップ１７０５において、コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に近づいて行く途中で、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きいか否かを繰り返し判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さい場合にはステップ１７０６の処理に進み、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きい場合にはステップ１７０８の処理に進む。
【００６７】
ステップ１７０６において、角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さく歩行補助装置１０が不安定であるため、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。そして、ステップ１７０７において、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ「階段」であることを判定する。
【００６８】
ステップ１７０８において、コントローラ１２ｄは、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触したことを認識する。ステップ１７０９において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。そして、ステップ１７１０において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎを算出する。
【００６９】
ステップ１７１１において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）より小さいか否かを判定する。ここで、ｎ段目の奥行長さｄｎが標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）より小さい場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ１７１２の処理に進み、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ「階段」であることを判定する。一方、ｎ段目の奥行長さｄｎが標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）より大きい場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ１７１３の処理に進み、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）以上の奥行長さを持つ「段差」であることを判定する。
【００７０】
前述した処理に戻って、ステップ１７０３からステップ１７１４に進んだ場合には、ステップ１７１４において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが前進するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲを駆動制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。この制御により、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触した状態で、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に近づいて行く。ステップ１７１５において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に近づいて行く途中で、水平距離Ｌｘを繰り返し演算する。
【００７１】
ステップ１７１６において、コントローラ１２ｄは、水平距離Ｌｘが標準状態の水平距離Ｌｘ０より大きいか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、水平距離Ｌｘが水平距離Ｌｘ０より小さいことを判定した場合には、ステップ１７１３の処理に進み、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）以上の奥行長さを持つ「段差」であることを判定する。
【００７２】
一方、コントローラ１２ｄは、水平距離Ｌｘが水平距離Ｌｘ０より大きいことを判定した場合には、ステップ１７１７の処理に進み、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触したことを認識する。ステップ１７１８において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎを算出する。そして、ステップ１７１９において、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ「階段」であることを判定する。
【００７３】
図１８は、図１２のステップ１２０４の処理を示している。ステップ１８０１において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが最小許容奥行長さｄｍｉｎより大きいか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが最小許容奥行長さｄｍｉｎより大きい場合には、ステップ１８０２の処理に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲの階段上がりを可能と判定する。一方、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが最小許容奥行長さｄｍｉｎより小さい場合には、ステップ１８０３の処理に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲの階段上がりを不可能と判定する。
【００７４】
上記に説明したように、第２実施形態に係る歩行補助装置によれば、歩行補助装置が段差または階段に差し掛かった場合に、歩行補助装置が段差または階段を上がることができるか否かを判定することで、歩行補助装置を安定状態に維持しつつ歩行者の歩行を補助することができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、図１９〜図２１を参照して、第３実施形態に係る歩行補助装置１０について説明する。
【００７６】
歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった場合には、軽量な歩行補助装置１０では歩行者を支持することができず、歩行者は転倒してしまう虞がある。この時、歩行補助装置１０は歩行者から力を受けて、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが接地した状態で前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが浮き上がり、歩行者と共に転倒してしまう虞がある。このような事態に未然に対処するために、第３実施形態に係る歩行補助装置１０は、歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった時に、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止する転倒防止機能を有する。以下に、歩行補助装置１０の転倒防止機能について説明する。
【００７７】
図１９は、歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった時の歩行補助装置１０の状態変化を示している。歩行補助装置１０の状態は、図１９（ａ）に示される標準的な使用状態から、図１９（ｂ）に示される歩行者の転倒に対応した第１使用状態を経由して、図１９（ｃ）に示される歩行者の転倒に対応した第２使用状態に変化する。
【００７８】
歩行補助装置１０は、歩行者の転倒に対応した第１使用状態（図１９（ｂ））に変化するために、特殊な構造を有する。歩行補助装置１０において、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも上側の部分（以下、メインフレーム上部と呼ぶ）１４Ｌａ，１４Ｒａは、標準的な使用状態ではメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも下側の部分（以下、メインフレーム下部と呼ぶ）１４Ｌｂ，１４Ｒｂと一体化されている。但し、歩行者の転倒が判定された場合には、コントローラ１２ｄからの制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａとメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂとのロックが解除されて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａはメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂから分離される。そして、コントローラ１２ｄからの同制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａは電源ユニット２２の支持部材３８とロックされて一体化してから、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａと電源ユニット２２が一体化されたものをジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して回動自由とする。以下、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａと電源ユニット２２が一体化されたものを、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体と呼ぶ。
【００７９】
歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった場合には、歩行者がハンドル１２を後方に引くのに応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体はジョイント１８Ｌ，１８Ｒを中心に回動する（図１９（ｂ）参照）。このとき、電源ユニット２２が前方に回動するため、質量の大きな電源ユニット２２の回動に応じた慣性反力が瞬時にハンドル１２から歩行者に作用することとなる。この慣性反力は歩行者が後ろに倒れるのを抑制し、歩行者の体勢を安定させることができる。
【００８０】
また、歩行補助装置１０の第１使用状態では、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体がジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して回動するため、歩行者がハンドル１２を引く力は各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに伝達することがないため、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止して、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。特に、歩行補助装置１０の第１使用状態では、電源ユニット２２が前方に移動するため、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの接地荷重が増加する。よって、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止して、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。
【００８１】
歩行者の転倒に対応した第２使用状態（図１９（ｃ））では、歩行補助装置１０は、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体をジョイント１８Ｌ，１８Ｒに固定してから、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲをブレーキ制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲを後方に移動させる。これにより、ハンドル１２高さが低くなると共に前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲと後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲとの距離が開くため、この結果、歩行者から歩行補助装置１０に作用するモーメントを低減して、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止し、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。
【００８２】
なお、歩行補助装置１０の第２使用状態により前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりが防止されることは、図２０を参照して説明することができる。歩行者がハンドル１２を引く力をＦとし、前輪中心から後輪中心までの距離をＬとし、路面からのハンドル１２の高さをＨとした場合に、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲに作用する浮き力Ｆｆは、次の数式で表される。
Ｆｆ ＝ Ｈ／Ｌ×Ｆ
この数式によれば、歩行補助装置１０の第２使用状態により、ハンドル高さＨを小さくし、車輪間距離Ｌを大きくした場合に、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き力Ｆｆが小さくなることが理解できる。
【００８３】
次に、図２１を参照して、第３実施形態に係る歩行補助装置１０の処理について説明する。
【００８４】
ステップ２１０１において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値を取り込む。ステップ２１０２において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６により検出される押力の大きさまたは時間変化率に基づいて、歩行者が後ろに転倒しているのか否かを判定する。ここで、歩行者が後ろに転倒していることが判定される場合には、コントローラ１２ｄはステップ２１０３の処理に進む。一方、歩行者が後ろに転倒していることが判定されない場合には、コントローラ１２ｄはステップ２１０１の処理に戻って、歩行者の転倒の判定を繰り返す。
【００８５】
ステップ２１０３において、コントローラ１２ｄは、全ての車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲをブレーキ制御して、歩行補助装置１０の位置を固定する。そして、ステップ２１０４において、コントローラ１２ｄは、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体をジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して回動自由とする。これにより、ハンドル１２から歩行者に慣性反力が作用するため、歩行者の後方への転倒が防止される。
【００８６】
ステップ２１０５において、コントローラ１２ｄは、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体が予め設定された角度閾値以上回動したか否かを判定する。ここで、固定体が角度閾値以上回動していない場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０４の処理に戻って、さらに固定体が回動自由な状態を継続する。一方、固定体が角度閾値以上回動した場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０６の処理に進む。
【００８７】
ステップ２１０６において、コントローラ１２ｄは、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体をジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して固定する。そして、ステップ２１０７において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲをブレーキ制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲを後方に移動させる。この結果、ハンドル１２高さＨを低くし、車輪間距離Ｌを大きくし、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止して、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。
【００８８】
ステップ２１０８において、コントローラ１２ｄは、歩行者が未だ転倒途中であるか否かを判定する。ここで、歩行者が未だ転倒途中である場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０７の処理に戻って、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲの後方への移動を継続する。一方、歩行者が転倒せずに体勢を持ち直した場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０９の処理に進んで、歩行補助装置１０の姿勢を初期位置に戻す。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】（第１実施形態）歩行補助装置の外観を示す斜視図である。
【図２】歩行補助装置の外観を示す側面図である。
【図３】歩行補助装置を示すブロック図である。
【図４】歩行補助装置の姿勢変化を示す第１説明図である。
【図５】歩行補助装置の姿勢変化を示す第２説明図である。
【図６】歩行補助装置の速度制御を示すフローチャートである。
【図７】下り坂における歩行補助装置の速度制御を示すフローチャートである。
【図８】上り坂における歩行補助装置の使用方法を示す図である。
【図９】（第２実施形態）歩行補助装置の各部の寸法を示す図である
【図１０】段差または階段の寸法を示す図である。
【図１１】段差または階段を上る歩行補助装置を示す図である。
【図１２】段差または階段における歩行補助装置の移動制御を示すフローチャートである。
【図１３】段差または階段の検出方法を説明するための説明図である。
【図１４】図１２のステップ１２０２を詳しく説明するフローチャートである。
【図１５】段差または階段の通過可否の判定方法を説明するための第１説明図である。
【図１６】段差または階段の通過可否の判定方法を説明するための第２説明図である。
【図１７】図１２のステップ１２０３を詳しく説明するフローチャートである。
【図１８】図１２のステップ１２０４を詳しく説明するフローチャートである。
【図１９】（第３実施形態）歩行補助装置の使用状態の変化を示す図である。
【図２０】歩行補助装置の転倒し難さを説明するための説明図である。
【図２１】歩行補助装置の使用状態制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１０…歩行補助装置、１２…ハンドル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…スイッチ類、１２ｄ…コントローラ、１４Ｌ，１４Ｒ…メインフレーム、１６Ｌ，１６Ｒ…サブフレーム、１８Ｌ，１８Ｒ…ジョイント、１９Ｌ，１９Ｒ…ジョイントアクチュエータ、２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ…車輪（インホイールモータユニット）、２２…電源ユニット、２４Ｌ，２４Ｒ…バンド、２６…押力センサ、３０Ｌ，３０Ｒ…フレーム角センサ、３２…吊下げ角センサ、３６…サポート帯、３８…支持部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者の歩行を補助するための歩行補助装置、特に手押し車型の歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来文献（特許文献１‐３）には、手押し車型の歩行補助装置の一例が示されている。
【特許文献１】特許第３１５６３６７号
【特許文献２】特開平１０‐２１６１８３号公報
【特許文献３】特許第３４８００９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
手押し車型の歩行補助装置は、比較的にコンパクトであり取り回し性は良い。しかし、歩行補助装置が利用される状況は様々である。例えば、歩行補助装置は、傾斜する路面において歩行者の歩行を補助する場合がある。また例えば、歩行補助装置は、段差や階段において歩行者の歩行を補助する場合がある。また、歩行補助装置は、歩行者が転倒しそうになった状況にも対処する必要がある。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、様々な状況において歩行者の歩行を好適に補助することが可能な手押し車型の歩行補助装置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】
【０００５】
上述した目的を達成するために、本発明に係る歩行補助装置は、歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、ハンドルから歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びるメインフレームと、メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びるサブフレームと、メインフレームの途中部分に設けられ、メインフレームに対してサブフレームを回動自在に連結するジョイントと、ジョイントから吊り下げられた電源ユニットと、メインフレームの路面近傍の下端に設けられ、電源ユニットから電力により駆動される前側車輪と、サブフレームの路面近傍の下端に設けられ、電源ユニットから電力により駆動される後側車輪と、前側車輪および後側車輪のそれぞれを制御するためのコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る歩行補助装置によれば、歩行者が把持可能な高さにハンドルが設けられており、ハンドルから斜め下方に延びるメインフレームの下端には前側車輪が設けられており、メインフレームの途中部分から延びるサブフレームの下端には後側車輪が設けられている。このような歩行補助装置の基本的構成により、歩行者はハンドルを把持して歩行補助装置に寄り掛かりながら歩行することができるため、歩行補助装置は歩行者の歩行を補助することができる。そして、本発明に係る歩行補助装置によれば、メインフレームの途中部分に設けられたジョイントにより、メインフレームに対してサブフレームが回動自在とされており、また、メインフレームおよびサブフレームの下端に設けられた車輪が電力の供給を受けて駆動される。このような歩行補助装置の構成により、歩行補助装置は、様々な状況において歩行者の歩行を好適に補助することができる。
【０００７】
また、本発明に係る歩行補助装置は、コントローラは、前側車輪と後側車輪との相対距離を調節することで、ハンドルの路面からの高さを調節することが好ましい。この構成によれば、歩行者の持ちやすい高さに、ハンドルの路面からの高さを調節することができる。
【０００８】
また、本発明に係る歩行補助装置は、前側車輪は左前車輪および右前車輪を含み、後側車輪は左後車輪および右後車輪を含み、コントローラは、左前車輪と左後車輪の相対距離、右前車輪と右後車輪の相対距離をそれぞれ独立して制御することで、歩行補助装置の左右方向の傾きを調節することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置の左右方向の傾きを調節することで、例えば左右に傾斜した不安定な路面においても、歩行補助装置を安定させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る歩行補助装置は、歩行者がハンドルに与える押力を検出する押力センサを、さらに備え、コントローラは、押力センサにより検出される押力に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするように前側車輪および後側車輪を制御することが好ましい。この構成によれば、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするため、歩行者の姿勢を安定させることができると共に、歩行者の使い心地を向上することができる。
【００１０】
また、本発明に係る歩行補助装置は、路面の勾配を検出する勾配センサを、さらに備え、コントローラは、勾配センサにより検出される勾配に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするための押力閾値範囲を変更し、前側車輪および後側車輪を制御することが好ましい。この構成によれば、路面が下り坂である場合に、歩行者がハンドルに与える押力を大きくするため、歩行者は歩行補助装置により大きな力で寄り掛かりながら安全に下り坂を歩行することができる。
【００１１】
また、本発明に係る歩行補助装置は、ジョイントに両端が固定され、歩行者の腰部に掛けられるサポート帯を、さらに備えることが好ましい。この構成によれば、上り坂を登っている時の歩行者の負担を軽減することができる。
【００１２】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラはハンドルに設けられていることが好ましい。この構成によれば、コントローラがハンドルに設けられているため、歩行者が歩行補助装置を操作しやすくすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る歩行補助装置は、メインフレームに対してサブフレームがなす角度αを検出する第１角度センサと、メインフレームに対して電源ユニットがなす角度γを検出する第２角度センサと、を備え、コントローラは、第１角度センサおよび第２角度センサにより検出された角度α，βに基づいて、歩行補助装置の姿勢を認識することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置の姿勢を認識して、歩行補助装置の制御に利用することができる。
【００１４】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、歩行補助装置が段差または階段を乗り越えることができるか否かを判定することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置が段差または階段を乗り越えることができるか否かを判定するため、歩行補助装置が段差または階段を通過できるか否かを判断することができる。
【００１５】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、段差または階段の形状を演算することが好ましい。この構成によれば、歩行補助装置が段差または階段の形状を演算するため、歩行補助装置が段差または階段を通過できるか否かを判断することができる。
【００１６】
また、本発明に係る歩行補助装置において、コントローラは、ジョイントに作用するトルクに基づいて、前側車輪または後側車輪が段差または階段に接触したことを判定することが好ましい。この構成によれば、ジョイントに作用するトルクに基づいて段差または階段に接触したことを判定するため、段差または階段を高精度で検出することができる。
【００１７】
また、本発明に係る歩行補助装置は、メインフレームは、ハンドルからジョイントまでの上側部分と、ジョイントよりも下側の下側部分とに分離されており、上側部分が下側部分から独立してジョイントを中心に回動自在に構成されており、コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、メインフレームおよび電源ユニットを一体として、ジョイントを中心として、電源ユニットを前方に、メインフレームの上側部分を後方に回動させることが好ましい。この構成によれば、歩行者が後方に転倒しそうになった場合に、電源ユニットの慣性力を利用して、歩行者の転倒を防止することができる。
【００１８】
また、本発明に係る歩行補助装置は、コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、サブフレームを後側に回動させることが好ましい。この構成によれば、歩行者が後方に転倒しそうになった場合に、サブフレームを後側に回動させることにより歩行補助装置を安定させるため、歩行者の転倒をより確実に防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る歩行補助装置は、歩行者がハンドルに与える力を検出する押力センサと、をさらに備え、コントローラは、押力センサにより検出される力に基づいて、歩行者の後方への転倒を判定することが好ましい。この構成によれば、歩行者がハンドルに与える力に基づいて、歩行者の後方への転倒を確実に判定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、様々な状況において歩行者の歩行を好適に補助することが可能な手押し車型の歩行補助装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態に係る歩行補助装置１０の外観を示している。また、図３は、第１実施形態に係る歩行補助装置１０のブロック図を示している。図１、図２および図３を参照して、第１実施形態に係る歩行補助装置１０の構成を説明する。
【００２３】
歩行補助装置１０は手押し車型であり、ハンドル１２、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒ、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒ、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒ、電源ユニット２２および車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲにより構成されている。図２に示されるように、歩行補助装置１０は、歩行者が歩行補助装置１０を手前に配置して、歩行補助装置１０の上端に配置されるハンドル１２を持つことにより、歩行補助装置１０が歩行者を支持し、歩行者の歩行を補助するように構成されている。
【００２４】
歩行補助装置１０のハンドル１２は、歩行者の胸部手前の把持可能な高さにおいて、路面に対して左右方向に水平に延設されている。ハンドル１２には、歩行者が歩行補助装置１０を制御するための複数のスイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（階段モードスイッチ１２ａ、使用開始／終了スイッチ１２ｂなど）が設けられている。また、ハンドル１２の内部には、スイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの信号を取り込んで歩行補助装置１０の動作を制御するためのコントローラ１２ｄが設けられている。また、ハンドル１２の内部には、歩行者がハンドル１２を押す力を検出するための押力センサ２６が設けられている。
【００２５】
一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて延びている。一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の左端から延びる左側のメインフレーム１４Ｌと、ハンドル１２の右端から延びる右側のメインフレーム１４Ｒとからなる。各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは路面近傍まで延びており、各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの先端には前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが回転自在に取り付けられている。
【００２６】
一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、左側メインフレーム１４Ｌから延びる左側サブフレーム１６Ｌと、右側メインフレーム１４Ｒから延びる右側サブフレーム１６Ｒとからなる。一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分から斜め下方に向けて延びている。より詳しく説明すると、一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられたジョイント１８Ｌ，１８Ｒから、歩行者付近の路面に向けて延びている。各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは路面近傍まで延びており、各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの先端には後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが取り付けられている。
【００２７】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒに取り付けられた車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに駆動力または制動力を付与するためのモータを内蔵するインホイールモータユニットである。このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じて駆動力または制動力を出力する。
【００２８】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられたジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動自在に連結する。ジョイント１８Ｌ，１８Ｒには、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの回動角度を調節するためのジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒが内蔵されている。このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動する。なお、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対するサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの回動角度αを検出するためのフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒを有している。
【００２９】
ジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに固定された軸受を用いてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを軸支しており、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能としている。但し、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの一部でサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能にすればよいため、例えば、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒとサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒとの間にゴム製のブッシュを介装した簡素化された構造としてもよい。これにより、歩行補助装置１０を軽量で安価に構成することができる。
【００３０】
電源ユニット２２は、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒから吊り下げられている。左側のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにはフレキシブルな１本の吊下げバンド２４Ｌが掛けられており、吊下げバンド２４Ｌの一端は電源ユニット２２の左前端に固定され、吊下げバンドの他端は電源ユニット２２の左後端に固定されている。また、右側のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにはフレキシブルな１本の吊下げバンド２４Ｒが掛けられており、吊下げバンド２４Ｒの一端は電源ユニット２２の右前端に固定され、吊下げバンド２４Ｒの他端は電源ユニット２２の右後端に固定されている。電源ユニット２２はジョイント１８Ｌ，１８Ｒから吊り下げられているため、電源ユニット２２の重心は常にジョイント１８Ｌ，１８Ｒの真下となる。
【００３１】
吊下げバンド２４Ｌ，２４Ｒがジョイント１８Ｌ，１８Ｒから回動自在に吊り下げられているため、歩行補助装置１０が傾斜した場合にはジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して電源ユニット２２は回動する。メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの内部には、電源ユニット２２および吊下げバンド２４Ｌ，２４Ｒの回動角度γを検出するための吊下げ角センサ３２が設けられている。このセンサは、路面の勾配を検出するための勾配センサである。
【００３２】
上述した歩行補助装置１０によれば、図４に示されるように、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動することにより、ハンドル１２を歩行者の握りやすい高さに調節することができる。すなわち、歩行補助装置１０が平面を移動する場合に限らず、歩行補助装置１０が上り坂や下り坂を移動する場合にも、コントローラ１２ｄが、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、歩行補助装置１０の姿勢変化を補正するように、ハンドル１２を歩行者の握りやすい高さに調節する。
【００３３】
また、歩行者が椅子等に座った状態から立ち上がる際には、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動することにより、歩行者の立ち上がり動作を補助することができる。すなわち、コントローラ１２ｄが、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、歩行者の立ち上がり動作に合わせてハンドル１２の高さを高くする。これにより、歩行者を持ち上げるようにハンドル１２が力を作用するため、歩行者の立ち上がり動作を補助することができる。
【００３４】
また、歩行者が歩行補助装置１０の使用を終了する際には、歩行者により終了スイッチ１２ｂが押されることに応じて、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが接触するようにジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、歩行補助装置１０を自動的に折り畳む。これにより、歩行補助装置１０の使用終了後に、歩行者は歩行補助装置１０を収納スペースに収納することができる。
【００３５】
また、上述した歩行補助装置１０によれば、図５に示されるように、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対して左側サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒと右側サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを独立して回動することにより、左前輪２０ＦＬから左後輪２０ＲＬまでの距離と右前輪２０ＲＬから右後輪２０ＲＲまでの距離とを異なる距離にして、歩行補助装置１０を左右方向に傾斜させる。例えば、歩行補助装置１０が左右方向に傾斜する路面を移動する場合に、コントローラ１２ｄが、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒおよびインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御して、路面山側の前輪から後輪までの距離を長くすると共に、路面谷側の前輪から後輪までの距離を短くする。これにより、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒから吊り下げられた電源ユニット２２の重心位置は路面山側に寄るため、各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲにより均等に荷重が作用するように調節され、歩行補助装置１０の安定性を向上させることができる。
【００３６】
図６は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の制御方法のフローチャートを示している。図６の制御方法は、歩行者の使い心地を向上するために、歩行補助装置１０が歩行者に与える力を一定に制御することを目的としている。
【００３７】
ステップ６０１において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値を取り込む。次に、ステップ６０２において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値に応じた目標速度を設定する。ここで、目標速度は、歩行補助装置１０から歩行者に適度な反力を与えて、歩行者が歩行補助装置１０に適度に寄り掛かることができる程度に設定される。目標速度は、押力センサ２６により検出される押力が大きいほど大きな値が設定され、押力センサ２６により検出される押力が小さいほど小さな値が設定される。コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で移動するようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。
【００３８】
次に、ステップ６０３において、歩行補助装置１０を目標速度で移動させている際に、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が予め設定された押力閾値範囲（上限値および下限値からなる閾値）を超えて変化したか否かを継続的に判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が押力上限値を超えて増加している場合には、ステップ６０２に戻って目標速度を増大した値に設定し直す。これにより、歩行補助装置１０の移動速度が上昇するため、歩行者が歩行補助装置１０に付与する押力を略一定に保つことができる。また、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が押力下限値を下回って減少している場合には、ステップ６０２に戻って目標速度を減少した値に設定し直す。これにより、歩行補助装置１０の移動速度が低下するため、歩行者が歩行補助装置１０に付与する押力を略一定に保つことができる。
【００３９】
一方、コントローラ１２ｄは、歩行者による押力が押力上限値を超えて変化していない場合には、ステップ６０４に進んで、歩行補助装置１０が目標速度で進むようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。ここで、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の速度が目標速度を超えている場合には、インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの回転速度を下降させて、歩行補助装置１０の速度を目標速度に一致させる。また、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の速度が目標速度に満たない場合には、インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの回転速度を上昇させて、歩行補助装置１０の速度を目標速度に一致させる。
【００４０】
上記の歩行補助装置１０の制御方法によれば、歩行者の押力に応じて歩行補助装置１０の目標速度を設定することで、歩行者が歩行補助装置１０に与える押力、言い換えれば、歩行補助装置１０が歩行者に与える反力を略一定にする。このため、歩行者は歩行補助装置１０に一定押力で寄り掛かることができるため、歩行者の姿勢を安定させることができると共に、歩行者の使い心地を向上することができる。
【００４１】
図７は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の応用的な制御方法のフローチャートを示している。図７の制御方法は、路面が傾斜している場合において、歩行者を安全性を維持することを目的としている。
【００４２】
ステップ７０１において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値を取り込む。また、ステップ７０２において、コントローラ１２ｄは、吊下げ角センサ（勾配センサ）３２の検出値を取り込む。次に、ステップ７０３において、コントローラ１２ｄは、吊下げ角センサ（勾配センサ）３２の検出値に基づいて、路面の下り勾配が予め設定された下り勾配閾値を超えるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、路面の下り勾配が予め設定された下り勾配閾値を超えることを判定した場合には、ステップ７０４の処理に進み、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするための上記の押力閾値範囲を上昇させる。
【００４３】
次に、ステップ７０５において、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で進んでいるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度よりも速い速度で進んでいる場合には、ステップ７０４に戻って押力閾値範囲の上限値および下限値を共に上昇させる。この処理により、歩行者が歩行補助装置１０から受ける反力が大きくなるため、歩行者の歩行速度を低下させて、歩行者の歩行速度を目標速度に近づけることができる。コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で進んでいる場合には、ステップ７０６の処理に進み、歩行補助装置１０が目標速度で進むようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。
【００４４】
上記に説明した歩行補助装置１０の制御方法によれば、路面が下り坂である場合に、歩行者が歩行補助装置１０から受ける反力を大きくするため、歩行者は歩行補助装置１０により大きな力で寄り掛かりながら安全に下り坂を歩行することができる。
【００４５】
図８は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の応用的な利用方法を提示している。この歩行補助装置１０では、１本のサポート帯３６の一端が左側のジョイント１８Ｌに固定されており、サポート帯３６の他端が右側のジョイント１８Ｒに固定されている。そして、歩行補助装置１０の利用時には、サポート帯３６の中間部分が歩行者の腰部に掛けられる。これにより、インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの駆動力を歩行者に伝達して、上り坂を登っている時の歩行者の負担を軽減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図９〜図１８を参照して、第２実施形態に係る歩行補助装置１０について説明する。
【００４７】
第２実施形態に係る歩行補助装置１０は、歩行補助装置１０の姿勢を認識する姿勢認識機能と、認識された歩行補助装置１０の姿勢を利用して段差（階段）の形状を演算する段差形状演算機能と、演算された段差の形状に基づいて段差を上がることができるか否かを判定する判定機能と、を有する。以下に、歩行補助装置１０の上記各機能について説明する。
【００４８】
先ず、図９を参照して、歩行補助装置１０の各部の寸法について説明する。
Ｌｈ ・・・ メインフレームのハンドルからジョイントまでの長さ
Ｌｆ ・・・ メインフレームのジョイントから前輪中心までの長さ
Ｌｒ ・・・ サブフレームのジョイントから後輪中心までの長さ
ｒｆ ・・・ 前輪半径
ｒｒ ・・・ 後輪半径
Ｌｘ ・・・ 前輪中心から後輪中心までの水平距離
Ｌｘ０・・・ 標準状態における前輪中心から後輪中心までの水平距離
Ｌｚ ・・・ 前輪中心から後輪中心までの鉛直距離
Ｌｚ０・・・ 標準状態における前輪中心から後輪中心までの鉛直距離
α ・・・ メインフレームとサブフレームとがなす角度
β ・・・ ジョイントおよび電源重心Ｇを通る直線がサブフレームとなす角度
γ ・・・ ジョイントおよび電源重心Ｇを通る直線がメインフレームとなす角度
なお、歩行補助装置１０の標準状態とは、歩行補助装置１０が平面路で歩行者の歩行を補助する状態であって、歩行補助装置１０の特殊な機能が作動していない状態のことである。
【００４９】
次に、図１０を参照して、段差または階段の寸法の定義について説明する。
ｈｎ ・・・ ｎ段目の段差高さ
ｄｎ ・・・ ｎ段目の段差奥行長さ
なお、以下の説明において、「段差」とは、標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）以上の奥行長さを持つ段差のことであり、「階段」とは、標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ段差のことである。
【００５０】
図１１を参照して、歩行補助装置１０の姿勢認識方法について説明する。本実施形態では、歩行補助装置１０の姿勢として、角度β、車輪間水平距離Ｌｘ、および車輪間鉛直距離Ｌｚを演算する。
β ＝ α−γ
Ｌｘ ＝ Ｌｆｓｉｎγ＋Ｌｒｓｉｎβ
Ｌｚ ＝ Ｌｒｃｏｓβ−Ｌｆｃｏｓγ
ここで、αはフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒの検出値、γは吊下げ角センサ３２の検出値、ＬｆおよびＬｒは既知の値である。
【００５１】
また図１１を参照して、段差または階段の形状の演算方法について説明する。本実施形態では、段差または階段の形状として、段差高さｈｎおよび段差奥行長さｄｎを演算する。
ｈｎ ＝ Ｌｒｃｏｓβ−Ｌｆｃｏｓγ＋ｒｒ−ｒｆ ＝ Ｌｚ−Ｌｚ０
ｄｎ ＝ Ｌｒｓｉｎβ＋Ｌｆｓｉｎγ＋ｒｆ−ｒｒ ＝ Ｌｘ＋ｒｆ−ｒｒ
ここで、αはフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒの検出値、γは吊下げ角センサ３２の検出値、Ｌｆ，Ｌｒ，ｒｆおよびｒｒは既知の値である。
【００５２】
さらに図１１を参照して、歩行補助装置１０の段差上りの可否を判定する判定方法について説明する。本実施形態では、歩行補助装置１０は、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲについて段差上りの可否を判定する機能と、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲについて段差上りの可否を判定する機能を有する。
【００５３】
歩行補助装置１０の前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲについては、歩行補助装置１０が傾いた状態において、角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さいか否かを判定する。角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さい場合には、歩行補助装置１０が不安定状態となるため段差上りが不可能であることを判定する。一方、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きい場合には、歩行補助装置１０は安定状態であるため段差上りが可能であることを判定する。
【００５４】
歩行補助装置１０の後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲについては、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の段差壁面に接触し、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の段差壁面に接触した状態において、段差奥行長さｄｎが最小許容長さｄｍｉｎより小さいか否かを判定する。段差奥行長さｄｎが最小許容長さｄｍｉｎより小さい場合には、歩行補助装置１０が不安定状態となるため段差上りが不可能であることを判定する。一方、段差奥行長さｄｎが最小許容長さｄｍｉｎより大きい場合には、歩行補助装置１０は安定状態であるため段差上りが可能であることを判定する。
【００５５】
次に、図１２〜図１８を参照して、歩行補助装置１０の処理について説明する。図１２は、歩行補助装置１０の処理の概略を示している。
【００５６】
図１２に示されるように、ステップ１２０１において、コントローラ１２ｄは、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、歩行補助装置１０が段差または階段に衝突したことを判定する。すなわち、図１３に示されるように、歩行補助装置１０が段差または階段に衝突した時には、段差または階段から前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが受ける反力により、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに作用するトルクが急激に上昇するため、フレームアングルを一定に保持するために必要なジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクが急増する。コントローラ１２ｄは、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクの急増を検出して、歩行補助装置１０が段差または階段に衝突したことを判定する。
【００５７】
ステップ１２０２において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がることができるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がることができる場合には、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がるように歩行補助装置１０を制御する。一方、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが段差を上がることができない場合には、処理を終了する。
【００５８】
ステップ１２０３において、コントローラ１２ｄは、前方の路面形状が段差または階段のいずれであるかを判定する。コントローラ１２ｄは、前方の路面形状が階段である場合にステップ１２０４に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが階段を上がることができるか否かを判定する。コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが階段を上がることができる場合にはステップ１２０５に進み、階段を上がる。一方、コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが階段を上がることができない場合には、処理を終了する。
【００５９】
ステップ１２０３において、コントローラ１２ｄは、前方の路面形状が段差であることを判定した場合にはステップ１２０６に進む。ステップ１２０６において、コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが段差を上がるように歩行補助装置１０を制御する。
【００６０】
次に、上記のステップ１２０２、ステップ１２０３およびステップ１２０４の処理について、より詳細に説明する。ステップ１２０２の詳細な処理を図１４に示し、ステップ１２０３の詳細な処理を図１７に示し、ステップ１２０４の詳細な処理を図１８に示す。
【００６１】
ステップ１２０１において段差（階段）を検出した場合には、コントローラ１２ｄは、図１４に示されるステップ１４０１の処理に進み、歩行補助装置１０をその場で停止させる。ステップ１４０２において、コントローラ１２ｄは、歩行者によりコントローラ１２ｄの階段モードスイッチ１２ａが押されたか否かを判定する。歩行者によりコントローラ１２ｄの階段モードスイッチ１２ａが押されると、コントローラ１２ｄは、ステップ１４０３の処理に進み、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが前進するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲを駆動制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。この制御により、歩行補助装置１０の前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲは段差（階段）の壁面を上がって行く。
【００６２】
ステップ１４０４において、歩行補助装置１０の前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが壁面を上がる最中に、コントローラ１２ｄは、角度βおよび鉛直距離Ｌｚを繰り返し演算する。そして、ステップ１４０５において、コントローラ１２ｄは、角度βが最小許容角度βｍｉｎを超えているか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、図１５に示されるように角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さいことを判定した場合には、ステップ１４０８の処理に進み、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの段差（階段）上がりを不可能と判定する。
【００６３】
一方、コントローラ１２ｄは、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きいことを判定した場合には、ステップ１４０６の処理に進み、鉛直距離Ｌｚの微分値ｄ／ｄ（Ｌｚ）を演算し、鉛直距離Ｌｚの微分値がほぼ０であるか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、鉛直距離Ｌｚの微分値がほぼ０である場合には、図１６に示されるように前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲは段差（階段）を上がった状態であるため、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの段差（階段）上がりを可能と判定する。一方、コントローラ１２ｄは、鉛直距離Ｌｚの微分値が０より大きい場合には、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲは未だ段差（階段）を上がっている途中であるため、ステップ１４０３の処理に戻って、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの段差（階段）上がりを継続する。
【００６４】
図１７は、図１２のステップ１２０３の処理を示している。ステップ１７０１において、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ段目にあり後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ−１段目にある状態で、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが同一速度で前進するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを駆動制御する。ステップ１７０２において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の壁面高さｈｎを演算する。
【００６５】
ステップ１７０３において、コントローラ１２ｄは、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触するのが先か、または後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触するのが先かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触するのが先である場合には、ステップ１７０４の処理に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触するのが先である場合には、ステップ１７１４の処理に進む。
【００６６】
ステップ１７０４において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが停止するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲを制動制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが前進するように後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを駆動制御する。この制御により、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触した状態で、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に近づいて行く。ステップ１７０５において、コントローラ１２ｄは、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に近づいて行く途中で、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きいか否かを繰り返し判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さい場合にはステップ１７０６の処理に進み、角度βが最小許容角度βｍｉｎより大きい場合にはステップ１７０８の処理に進む。
【００６７】
ステップ１７０６において、角度βが最小許容角度βｍｉｎより小さく歩行補助装置１０が不安定であるため、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。そして、ステップ１７０７において、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ「階段」であることを判定する。
【００６８】
ステップ１７０８において、コントローラ１２ｄは、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触したことを認識する。ステップ１７０９において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲおよび後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。そして、ステップ１７１０において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎを算出する。
【００６９】
ステップ１７１１において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）より小さいか否かを判定する。ここで、ｎ段目の奥行長さｄｎが標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）より小さい場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ１７１２の処理に進み、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ「階段」であることを判定する。一方、ｎ段目の奥行長さｄｎが標準状態における歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）より大きい場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ１７１３の処理に進み、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）以上の奥行長さを持つ「段差」であることを判定する。
【００７０】
前述した処理に戻って、ステップ１７０３からステップ１７１４に進んだ場合には、ステップ１７１４において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが前進するように前側インホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲを駆動制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが停止するように後側インホイールモータ２０ＲＬ，２０ＲＲを制動制御する。この制御により、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲがｎ段目の壁面に接触した状態で、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に近づいて行く。ステップ１７１５において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に近づいて行く途中で、水平距離Ｌｘを繰り返し演算する。
【００７１】
ステップ１７１６において、コントローラ１２ｄは、水平距離Ｌｘが標準状態の水平距離Ｌｘ０より大きいか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、水平距離Ｌｘが水平距離Ｌｘ０より小さいことを判定した場合には、ステップ１７１３の処理に進み、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）以上の奥行長さを持つ「段差」であることを判定する。
【００７２】
一方、コントローラ１２ｄは、水平距離Ｌｘが水平距離Ｌｘ０より大きいことを判定した場合には、ステップ１７１７の処理に進み、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒの出力トルクに基づいて、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲがｎ＋１段目の壁面に接触したことを認識する。ステップ１７１８において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎを算出する。そして、ステップ１７１９において、コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０の前後長（Ｌｘ０＋ｒｆ＋ｒｒ）未満の奥行長さを持つ「階段」であることを判定する。
【００７３】
図１８は、図１２のステップ１２０４の処理を示している。ステップ１８０１において、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが最小許容奥行長さｄｍｉｎより大きいか否かを判定する。ここで、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが最小許容奥行長さｄｍｉｎより大きい場合には、ステップ１８０２の処理に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲの階段上がりを可能と判定する。一方、コントローラ１２ｄは、ｎ段目の奥行長さｄｎが最小許容奥行長さｄｍｉｎより小さい場合には、ステップ１８０３の処理に進み、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲの階段上がりを不可能と判定する。
【００７４】
上記に説明したように、第２実施形態に係る歩行補助装置によれば、歩行補助装置が段差または階段に差し掛かった場合に、歩行補助装置が段差または階段を上がることができるか否かを判定することで、歩行補助装置を安定状態に維持しつつ歩行者の歩行を補助することができる。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、図１９〜図２１を参照して、第３実施形態に係る歩行補助装置１０について説明する。
【００７６】
歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった場合には、軽量な歩行補助装置１０では歩行者を支持することができず、歩行者は転倒してしまう虞がある。この時、歩行補助装置１０は歩行者から力を受けて、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが接地した状態で前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが浮き上がり、歩行者と共に転倒してしまう虞がある。このような事態に未然に対処するために、第３実施形態に係る歩行補助装置１０は、歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった時に、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止する転倒防止機能を有する。以下に、歩行補助装置１０の転倒防止機能について説明する。
【００７７】
図１９は、歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった時の歩行補助装置１０の状態変化を示している。歩行補助装置１０の状態は、図１９（ａ）に示される標準的な使用状態から、図１９（ｂ）に示される歩行者の転倒に対応した第１使用状態を経由して、図１９（ｃ）に示される歩行者の転倒に対応した第２使用状態に変化する。
【００７８】
歩行補助装置１０は、歩行者の転倒に対応した第１使用状態（図１９（ｂ））に変化するために、特殊な構造を有する。歩行補助装置１０において、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも上側の部分（以下、メインフレーム上部と呼ぶ）１４Ｌａ，１４Ｒａは、標準的な使用状態ではメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも下側の部分（以下、メインフレーム下部と呼ぶ）１４Ｌｂ，１４Ｒｂと一体化されている。但し、歩行者の転倒が判定された場合には、コントローラ１２ｄからの制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａとメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂとのロックが解除されて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａはメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂから分離される。そして、コントローラ１２ｄからの同制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａは電源ユニット２２の支持部材３８とロックされて一体化してから、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａと電源ユニット２２が一体化されたものをジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して回動自由とする。以下、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａと電源ユニット２２が一体化されたものを、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体と呼ぶ。
【００７９】
歩行者が体勢を崩して後ろに倒れ掛かった場合には、歩行者がハンドル１２を後方に引くのに応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体はジョイント１８Ｌ，１８Ｒを中心に回動する（図１９（ｂ）参照）。このとき、電源ユニット２２が前方に回動するため、質量の大きな電源ユニット２２の回動に応じた慣性反力が瞬時にハンドル１２から歩行者に作用することとなる。この慣性反力は歩行者が後ろに倒れるのを抑制し、歩行者の体勢を安定させることができる。
【００８０】
また、歩行補助装置１０の第１使用状態では、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体がジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して回動するため、歩行者がハンドル１２を引く力は各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに伝達することがないため、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止して、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。特に、歩行補助装置１０の第１使用状態では、電源ユニット２２が前方に移動するため、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの接地荷重が増加する。よって、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止して、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。
【００８１】
歩行者の転倒に対応した第２使用状態（図１９（ｃ））では、歩行補助装置１０は、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体をジョイント１８Ｌ，１８Ｒに固定してから、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲをブレーキ制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲを後方に移動させる。これにより、ハンドル１２高さが低くなると共に前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲと後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲとの距離が開くため、この結果、歩行者から歩行補助装置１０に作用するモーメントを低減して、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止し、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。
【００８２】
なお、歩行補助装置１０の第２使用状態により前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりが防止されることは、図２０を参照して説明することができる。歩行者がハンドル１２を引く力をＦとし、前輪中心から後輪中心までの距離をＬとし、路面からのハンドル１２の高さをＨとした場合に、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲに作用する浮き力Ｆｆは、次の数式で表される。
Ｆｆ ＝ Ｈ／Ｌ×Ｆ
この数式によれば、歩行補助装置１０の第２使用状態により、ハンドル高さＨを小さくし、車輪間距離Ｌを大きくした場合に、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き力Ｆｆが小さくなることが理解できる。
【００８３】
次に、図２１を参照して、第３実施形態に係る歩行補助装置１０の処理について説明する。
【００８４】
ステップ２１０１において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６の検出値を取り込む。ステップ２１０２において、コントローラ１２ｄは、押力センサ２６により検出される押力の大きさまたは時間変化率に基づいて、歩行者が後ろに転倒しているのか否かを判定する。ここで、歩行者が後ろに転倒していることが判定される場合には、コントローラ１２ｄはステップ２１０３の処理に進む。一方、歩行者が後ろに転倒していることが判定されない場合には、コントローラ１２ｄはステップ２１０１の処理に戻って、歩行者の転倒の判定を繰り返す。
【００８５】
ステップ２１０３において、コントローラ１２ｄは、全ての車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲをブレーキ制御して、歩行補助装置１０の位置を固定する。そして、ステップ２１０４において、コントローラ１２ｄは、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体をジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して回動自由とする。これにより、ハンドル１２から歩行者に慣性反力が作用するため、歩行者の後方への転倒が防止される。
【００８６】
ステップ２１０５において、コントローラ１２ｄは、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体が予め設定された角度閾値以上回動したか否かを判定する。ここで、固定体が角度閾値以上回動していない場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０４の処理に戻って、さらに固定体が回動自由な状態を継続する。一方、固定体が角度閾値以上回動した場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０６の処理に進む。
【００８７】
ステップ２１０６において、コントローラ１２ｄは、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよび電源ユニット２２の固定体をジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して固定する。そして、ステップ２１０７において、コントローラ１２ｄは、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲをブレーキ制御すると共に、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲを後方に移動させる。この結果、ハンドル１２高さＨを低くし、車輪間距離Ｌを大きくし、前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲの浮き上がりを防止して、歩行者および歩行補助装置１０の転倒を防止することができる。
【００８８】
ステップ２１０８において、コントローラ１２ｄは、歩行者が未だ転倒途中であるか否かを判定する。ここで、歩行者が未だ転倒途中である場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０７の処理に戻って、後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲの後方への移動を継続する。一方、歩行者が転倒せずに体勢を持ち直した場合には、コントローラ１２ｄは、ステップ２１０９の処理に進んで、歩行補助装置１０の姿勢を初期位置に戻す。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】（第１実施形態）歩行補助装置の外観を示す斜視図である。
【図２】歩行補助装置の外観を示す側面図である。
【図３】歩行補助装置を示すブロック図である。
【図４】歩行補助装置の姿勢変化を示す第１説明図である。
【図５】歩行補助装置の姿勢変化を示す第２説明図である。
【図６】歩行補助装置の速度制御を示すフローチャートである。
【図７】下り坂における歩行補助装置の速度制御を示すフローチャートである。
【図８】上り坂における歩行補助装置の使用方法を示す図である。
【図９】（第２実施形態）歩行補助装置の各部の寸法を示す図である
【図１０】段差または階段の寸法を示す図である。
【図１１】段差または階段を上る歩行補助装置を示す図である。
【図１２】段差または階段における歩行補助装置の移動制御を示すフローチャートである。
【図１３】段差または階段の検出方法を説明するための説明図である。
【図１４】図１２のステップ１２０２を詳しく説明するフローチャートである。
【図１５】段差または階段の通過可否の判定方法を説明するための第１説明図である。
【図１６】段差または階段の通過可否の判定方法を説明するための第２説明図である。
【図１７】図１２のステップ１２０３を詳しく説明するフローチャートである。
【図１８】図１２のステップ１２０４を詳しく説明するフローチャートである。
【図１９】（第３実施形態）歩行補助装置の使用状態の変化を示す図である。
【図２０】歩行補助装置の転倒し難さを説明するための説明図である。
【図２１】歩行補助装置の使用状態制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１０…歩行補助装置、１２…ハンドル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…スイッチ類、１２ｄ…コントローラ、１４Ｌ，１４Ｒ…メインフレーム、１６Ｌ，１６Ｒ…サブフレーム、１８Ｌ，１８Ｒ…ジョイント、１９Ｌ，１９Ｒ…ジョイントアクチュエータ、２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ…車輪（インホイールモータユニット）、２２…電源ユニット、２４Ｌ，２４Ｒ…バンド、２６…押力センサ、３０Ｌ，３０Ｒ…フレーム角センサ、３２…吊下げ角センサ、３６…サポート帯、３８…支持部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、
前記ハンドルから歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びるメインフレームと、
前記メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びるサブフレームと、
前記メインフレームの前記途中部分に設けられ、前記メインフレームに対して前記サブフレームを回動自在に連結するジョイントと、
前記ジョイントから吊り下げられた電源ユニットと、
前記メインフレームの路面近傍の下端に設けられ、前記電源ユニットから電力により駆動される前側車輪と、
前記サブフレームの路面近傍の下端に設けられ、前記電源ユニットから電力により駆動される後側車輪と、
前記前側車輪および前記後側車輪のそれぞれを制御するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記前側車輪と前記後側車輪との相対距離を調節することで、前記ハンドルの路面からの高さを調節することを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記前側車輪は左前車輪および右前車輪を含み、前記後側車輪は左後車輪および右後車輪を含み、
前記コントローラは、前記左前車輪と前記左後車輪の相対距離、前記右前車輪と前記右後車輪の相対距離をそれぞれ独立して制御することで、歩行補助装置の左右方向の傾きを調節することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
歩行者がハンドルに与える押力を検出する押力センサを、さらに備え、
前記コントローラは、前記押力センサにより検出される押力に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするように前記前側車輪および前記後側車輪を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項５】
路面の勾配を検出する勾配センサを、さらに備え、
前記コントローラは、前記勾配センサにより検出される勾配に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするための押力閾値範囲を変更し、前記前側車輪および前記後側車輪を制御することを特徴とする請求項４に記載の歩行補助装置。
【請求項６】
前記ジョイントに両端が固定され、歩行者の腰部に掛けられるサポート帯を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記ハンドルに設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項８】
前記メインフレームに対して前記サブフレームがなす角度αを検出する第１角度センサと、
前記メインフレームに対して前記電源ユニットがなす角度γを検出する第２角度センサと、
を備え、
前記コントローラは、第１角度センサおよび第２角度センサにより検出された角度α，βに基づいて、歩行補助装置の姿勢を認識することを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項９】
前記コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、歩行補助装置が段差または階段を乗り越えることができるか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の歩行補助装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、段差または階段の形状を演算することを特徴とする請求項８〜９のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ジョイントに作用するトルクに基づいて、前記前側車輪または前記後側車輪が段差または階段に接触したことを判定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項１２】
前記メインフレームは、前記ハンドルから前記ジョイントまでの上側部分と、前記ジョイントよりも下側の下側部分とに分離されており、前記上側部分が前記下側部分から独立して前記ジョイントを中心に回動自在に構成されており、
前記コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、前記メインフレームおよび前記電源ユニットを一体として、前記ジョイントを中心として、前記電源ユニットを前方に、前記メインフレームの上側部分を後方に回動させることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、前記サブフレームを後側に回動させることを特徴とする請求項１２に記載の歩行補助装置。
【請求項１４】
歩行者がハンドルに与える力を検出する押力センサと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記押力センサにより検出される力に基づいて、歩行者の後方への転倒を判定することを特徴とする請求項１２〜１３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項１】
歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、
前記ハンドルから歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びるメインフレームと、
前記メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びるサブフレームと、
前記メインフレームの前記途中部分に設けられ、前記メインフレームに対して前記サブフレームを回動自在に連結するジョイントと、
前記ジョイントから吊り下げられた電源ユニットと、
前記メインフレームの路面近傍の下端に設けられ、前記電源ユニットから電力により駆動される前側車輪と、
前記サブフレームの路面近傍の下端に設けられ、前記電源ユニットから電力により駆動される後側車輪と、
前記前側車輪および前記後側車輪のそれぞれを制御するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記前側車輪と前記後側車輪との相対距離を調節することで、前記ハンドルの路面からの高さを調節することを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記前側車輪は左前車輪および右前車輪を含み、前記後側車輪は左後車輪および右後車輪を含み、
前記コントローラは、前記左前車輪と前記左後車輪の相対距離、前記右前車輪と前記右後車輪の相対距離をそれぞれ独立して制御することで、歩行補助装置の左右方向の傾きを調節することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
歩行者がハンドルに与える押力を検出する押力センサを、さらに備え、
前記コントローラは、前記押力センサにより検出される押力に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするように前記前側車輪および前記後側車輪を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項５】
路面の勾配を検出する勾配センサを、さらに備え、
前記コントローラは、前記勾配センサにより検出される勾配に基づいて、歩行者がハンドルに与える押力を略一定とするための押力閾値範囲を変更し、前記前側車輪および前記後側車輪を制御することを特徴とする請求項４に記載の歩行補助装置。
【請求項６】
前記ジョイントに両端が固定され、歩行者の腰部に掛けられるサポート帯を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記ハンドルに設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項８】
前記メインフレームに対して前記サブフレームがなす角度αを検出する第１角度センサと、
前記メインフレームに対して前記電源ユニットがなす角度γを検出する第２角度センサと、
を備え、
前記コントローラは、第１角度センサおよび第２角度センサにより検出された角度α，βに基づいて、歩行補助装置の姿勢を認識することを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項９】
前記コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、歩行補助装置が段差または階段を乗り越えることができるか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の歩行補助装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、歩行補助装置の姿勢の認識結果に基づいて、段差または階段の形状を演算することを特徴とする請求項８〜９のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ジョイントに作用するトルクに基づいて、前記前側車輪または前記後側車輪が段差または階段に接触したことを判定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項１２】
前記メインフレームは、前記ハンドルから前記ジョイントまでの上側部分と、前記ジョイントよりも下側の下側部分とに分離されており、前記上側部分が前記下側部分から独立して前記ジョイントを中心に回動自在に構成されており、
前記コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、前記メインフレームおよび前記電源ユニットを一体として、前記ジョイントを中心として、前記電源ユニットを前方に、前記メインフレームの上側部分を後方に回動させることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、歩行者の後方への転倒を判定した場合に、前記サブフレームを後側に回動させることを特徴とする請求項１２に記載の歩行補助装置。
【請求項１４】
歩行者がハンドルに与える力を検出する押力センサと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記押力センサにより検出される力に基づいて、歩行者の後方への転倒を判定することを特徴とする請求項１２〜１３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−１１９０１４（Ｐ２００９−１１９０１４Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５７８２（Ｐ２００７−２９５７８２）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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