測定装置、動作補助ロボット、測定方法、および、測定装置用プログラム
【課題】歩行補助ロボットの装着の状態や、被補助者の姿勢により影響を受けにくいように、歩行パターンを制御するために必要な連続歩行時の股関節角度を測定する測定装置等を提供する。
【解決手段】被補助者６０の歩行動作を補助する動作補助ロボットＳが取り付けられた被補助者の股関節角度を測定する測定装置において、被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角θＨＵを予め取得し（Ｓ１）、被補助者の腰部に取り付けられた動作補助ロボットの取付角θＲＵを予め取得し（Ｓ２）、動作補助ロボットの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた動作補助ロボットの下肢部との角度であるロボット股関節角度θＲを検出し、ロボット股関節角度に応じて、腰部の姿勢角および取付角から、歩行動作を行う被補助者の股関節角度θＨを求める（Ｓ３）。
【解決手段】被補助者６０の歩行動作を補助する動作補助ロボットＳが取り付けられた被補助者の股関節角度を測定する測定装置において、被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角θＨＵを予め取得し（Ｓ１）、被補助者の腰部に取り付けられた動作補助ロボットの取付角θＲＵを予め取得し（Ｓ２）、動作補助ロボットの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた動作補助ロボットの下肢部との角度であるロボット股関節角度θＲを検出し、ロボット股関節角度に応じて、腰部の姿勢角および取付角から、歩行動作を行う被補助者の股関節角度θＨを求める（Ｓ３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被補助者の動作を補助する動作補助ロボット、および、動作補助ロボットにおける測定装置、測定方法、および、測定装置用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膝疾患の被補助者が行う回復訓練等（いわゆるリハビリテーション）において、従来は、例えば理学療法士等の補助を受けつつ、その被補助者が自力で必要な回復訓練等を行っていた。一方近年では、モータ等の駆動源を使用する他動的な回復訓練等（外力を用いて行う回復訓練等）が行われ始めている。このような他動的な回復訓練等には、その被補助者の身体に装着されて歩行における膝関節部の動きを補助する、いわゆる装着型の歩行アシストロボットが用いられる。この歩行アシストロボットは、被補助者の膝関節部を含む上腿部及び下腿部にハーネス等を用いて装着され、膝関節部の動きを補助する（換言すれば強制的に動かす）ように動作する。即ち、適切な歩行パターンにおける膝関節部としての動きが実現されるように歩行アシストロボットが動作して、当該膝関節部を動かす。これにより被補助者は、歩行アシストロボットによる動きに追随するように自立歩行することで、必要な回復訓練等を行える。なお上記回復訓練等に用いることが可能な人の歩行の補助のための装置としては、例えば下記特許文献１に記載されている歩行補助ロボットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した歩行補助ロボットを用いた回復訓練等においては、被補助者にとって適切なリハビリを行うために適切な歩行パターンを設定し、さらに、歩行パターンに合わせて、歩行補助ロボットの歩行パターン制御を設定する必要があった。この歩行パターンや歩行パターン制御の設定には、予め多数の症例を集めたり、歩行パターンを複数準備したり、被補助者の歩行を撮影等により測定したりと、歩行パターン等の設定のために時間を要していた。そして、この歩行パターンに応じて、歩行パターンを制御し、効果的なリハビリを行うためには、被補助者の股関節や膝関節等の角度を随時適切に求める必要があるが、歩行補助ロボットの装着の状態や、被補助者の姿勢により影響を受けていた。
【０００５】
そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、歩行補助ロボットの装着の状態や、被補助者の姿勢により影響を受けにくいように、歩行パターンを制御するために必要な連続歩行時の股関節角度を測定する測定装置等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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置において、前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段と、前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段と、前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段と、前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記腰部姿勢角取得手段が、前記被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサから前記姿勢角を取得し、前記取付角取得手段が、前記動作補助ロボットの腰部に取り付けられた姿勢センサから前記取付角を取得することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の測定装置により測定された前記被補助者の股関節角度に基づき、前記動作補助ロボットの動作が制御されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を、測定装置が測定する測定方法において、前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得ステップと、前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得ステップと、前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出ステップと、前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置用プログラムにおいて、コンピュータを、前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段、前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段、前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段、および、前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段として機能させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得し、被補助者の腰部に取り付けられた動作補助ロボットの取付角を予め取得し、動作補助ロボットの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた動作補助ロボットの下肢部との角度である動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出し、ロボット股関節角度に応じて、腰部の姿勢角および取付角から、歩行動作を行う被補助者の股関節角度を求めることにより、動作補助ロボットの装着の状態や、被補助者の姿勢により影響を受けにくいように、歩行パターンを制御するために必要な連続歩行時の股関節角度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る歩行補助ロボットを被補助者に装着した際の状態の一例を示す模式図である。
【図２】図１の歩行補助ロボットの構成を示すブロック図である。
【図３】図１の歩行補助ロボットにおける各部の屈曲角度の一例を示す模式図である。
【図４】図１の歩行補助ロボットおいて、被補助者の股関節角度を測定する動作例を示すフローチャートである。
【図５】図１の歩行補助ロボットにおけるセンサのデータと制御パターンの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態について、図１から図５を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えば膝疾患を持つ被補助者の回復訓練等としての歩行における膝関節の動作を補助する歩行補助ロボットに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【００１５】
図１に示すように、実施形態に係る歩行補助ロボットＳ（動作補助ロボットの一例、測定装置の一例）は、膝関節を屈曲及び伸展させる第１リンク機構部１０と、股関節を屈曲及び伸展させると第２リンク機構部１５と、第１リンク機構部１０を駆動させる駆動部２０と、膝関節および股関節の角度等を検出するセンサ部３０と、センサ部３０からのデータを入力し、駆動部２０の動きを制御する制御部４０と、歩行補助ロボットＳを被補助者に固定する固定部５０と、を備えている。歩行補助ロボットＳは、被補助者の左脚Ｌ用および右脚Ｒ用に、第１リンク機構部１０、第２リンク機構部１５、および、センサ部３０を各々備えている。
【００１６】
第１リンク機構部１０は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１１と、被補助者の下腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１２と、駆動部２０から動力を得てリンク１１に対してリンク１２を歩行の前後方向に揺動させるリンク（図示せず）と、を有する。リンク１１は、被補助者の腰部側から膝部５側に延びるように取り付けられ、リンク１２は被補助者の膝部５側から脚の先端（地面）側に延びるように取り付けられている。そしてリンク１１とリンク１２とは、被補助者の膝部５近傍で回動可能に連結されている。
【００１７】
第２リンク機構部１５は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１６と、被補助者の腰部６に巻き付けられる固定部５０のベルトの側部に取り付けられるリンク１７と、を有する。リンク１６は、被補助者の臀部側から膝部５側に延びるように取り付けられ、リンク１７は被補助者の腰部側から臀部側に延びるように取り付けられている。そしてリンク１６とリンク１７とは、リンクボール１８により、被補助者の股部７近傍で回動可能に連結されている。さらに、リンク１６は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付ける取付治具１６ａを有する。
【００１８】
なお、図１中の矢印で示すように、リンク１２およびリンク１６は、伸縮機構を有し、被補助者の体型に合わせて、長さが調整できるようになっている。また、リンク１１とリンク１７との間に伸縮機構があり、被補助者の体型に合わせて、長さが調整できるようになっている。
【００１９】
駆動部２０は、図１および図２に示すように、電源（図示せず）により駆動力させる発生させるＤＣモータ２１と、各リンクに接続されているギア部２３と、ＤＣモータ２１からの駆動力を、ギア部２３を介して各リンクに伝達するクラッチ部２２と、を有する。一つの（即ち、右脚Ｒまたは左脚Ｌいずれか一方用の）駆動部２０には、図１に示すように、被補助者の膝部５の関節部分に取り付けられ、第1リンク機構部１０と、第２リンク機構部１５と、が取り付けられている。
【００２０】
センサ部３０は、図１および図２に示すように、リンク１１とリンク１２との成す角度を示すロボット膝関節角度データを出力するロボット膝関節角度センサ３１と、リンク１６とリンク１７との成す角度を示すロボット股関節角度データを出力するロボット股関節角度センサ３２と、足が地面から離れたか否かを検出する足裏センサ３３と、被補助者の腰部６に取り付けられた姿勢センサ３５と、歩行補助ロボットＳの腰部の一例であるリンク１６に取り付けられた姿勢センサ３６と、を有する。
【００２１】
ロボット膝関節角度センサ３１は、リンク１１とリンク１２とが連結する部分に内蔵されている。ロボット股関節角度センサ３２は、リンク１６とリンク１７とが連結する部分に内蔵されている。ロボット膝関節角度センサ３１およびロボット股関節角度センサ３２は、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現され、センサの出力信号を制御部４０に出力する。ロボット股関節角度センサ３２は、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲ（ポテンショ角）を検出する。
【００２２】
姿勢センサ３５、３６は、例えば、ジャイロセンサである。姿勢センサ３５は、被補助者６０の腰部６に取り付けられた歩行補助ロボットＳのリンク１６の取付角θＲＵを検出する。姿勢センサ３６は、被補助者の姿勢角θＨＵを検出する。
【００２３】
足裏センサ３３は、図１に例示するように右足及び左足の足裏に夫々装着されていて、各脚が床または地面から離れたこと及びそれらに接地したことを夫々示す信号を制御部４０に出力する。
【００２４】
なお、第１リンク機構部１０、第２リンク機構部１５、駆動部２０、および、センサ部３０は、カバー１９に覆われている。
【００２５】
制御部４０は、図２に示すように、センサ部３０からの信号に基づき、駆動部２０を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、被補助者または理学療法士等が操作可能な位置に備えられ、かつ、ＣＰＵ４１に対する指令操作を行うための操作ボタン等を備える操作部４２と、ＣＰＵ４１に接続され、かつ、被補助者または理学療法士等が視認可能な位置に備えられた液晶ディスプレイ等からなる表示部４３と、を備えている。図１および図２に示すように、制御部４０は、ケーブル４５により、駆動部２０とセンサ部３０とに電気的に接続され、データ通信可能となっている。
【００２６】
ＣＰＵ４１は、ＤＣモータ２１の回転方向及び回転速度の制御及びクラッチ部２２における開放／接続の制御を行う。なお、ＣＰＵ４１は、オペレーティングシステムや歩行補助ロボットＳを制御する制御プログラムや、制御パターンを生成するための制御パターン生成プログラム等のソフトウェアや、検出したデータや、生成した制御パターン等のデータを記憶する記憶部（図示せず）を有している。この記憶部は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクまたはシリコンディスク等により構成されている。
【００２７】
また、図１に示すように、制御部４０は、被補助者が装着するベスト４５に設置されている。駆動部２０や制御部４０に電力を供給する電源もベスト４５に設置されている。
【００２８】
固定部５０は、第２リンク機構部１５のリンク１６に固定するように被補助者の腰部に巻き付けられるベルト部材５１と、第１リンク機構部１０のリンク１１に固定するように被補助者の大腿部に巻き付けられるカフ部材５２、第１リンク機構部１０のリンク１２に固定するように被補助者の下腿部に巻き付けられるカフ部材５３、５４とを有する。
【００２９】
ベルト部材５１は、被補助者の腰部に巻き付けられるように着脱自在のテープ状固定具を有する。そして、ベルト部材５１は、被補助者の腰部に巻き付けられて固定される。このベルト部材５１のベルトにリンク１６の取付治具１６ａが取り付けられる。ベルト部材５１が、被補助者の体型に合わせ、違和感のないように、取付治具１６ａの取付の位置や角度等の状態が調整されるため、リンク１６の取付角は、被補助者毎、装着毎に異なる。ここで、ベルト部材５１により、被補助者６０の腰部６に取り付けられた歩行補助ロボットＳのリンク１６の取付角θＲＵは、地面から垂直に伸びる垂線に対する傾きの角度である。
【００３０】
カフ部材５２は、被補助者の大腿部に巻き付けられるように着脱自在のテープ状固定具を有する。そしてカフ部材５２は、被補助者の大腿部に巻き付けられて固定されることにより、人体の股関節角と、歩行補助ロボットＳの股関節角とが同一になるように、第２リンク機構部１０のリンク１６が、被補助者の大腿部と一体的に拘束される。
【００３１】
カフ部材５３、５４は、被補助者の下腿部に巻き付けられるように着脱自在のテープ状固定具を有する。そしてカフ部材５３、５４は、被補助者の下腿部に巻き付けられて固定されることにより、人体の膝関節角と、歩行補助ロボットＳの膝関節角とが同一になるように、第１リンク機構部１０のリンク１２が、被補助者の下腿部と一体的に拘束される。
【００３２】
ここで、図３に示すように、被補助者６０の股関節角度θＨと、被補助者６０の姿勢角θＨＵと、被補助者６０の下肢部股関節角θＨＤ（地面から垂直に伸びる垂線に対する被補助者６０の下肢部の角度）とは、
θＨ＝−θＨＵ＋θＨＤ ・・・（１）
の関係式となる。
【００３３】
また、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲと、歩行補助ロボットＳの取付角θＲＵと、歩行補助ロボットＳの下肢部股関節角θＲＤ（地面から垂直に伸びる垂線に対する歩行補助ロボットＳの下肢部の角度）とは、
θＲ＝−θＲＵ＋θＲＤ ・・・（２）
の関係式となる。
【００３４】
カフ部材５２により、被補助者の大腿部と一体的に拘束されるので、カフ拘束の式（３）が得られる。
θＨＤ＝θＲＤ ・・・（３）
【００３５】
従って、式（１）から式（３）により式（４）が得られる。
θＨ＝−θＨＵ＋θＲ＋θＲＵ ・・・（４）
【００３６】
姿勢角θＨＵおよび取付角θＲＵが分かると、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲから被補助者６０の股関節角度θＨを求めることができる。
【００３７】
次に、歩行補助ロボットＳによる被補助者の股関節角度を求める動作例について、図３から図５を用いて説明する。
【００３８】
まず、図１に示すように、カフ部材５２、５３、５４により、歩行補助ロボットＳが被補助者に装着され、固定される。そして、姿勢センサ３５が、被補助者の腰部６に取り付けられる。
【００３９】
図３に示すように、歩行補助ロボットＳは、歩行補助ロボットを装着した被補助者の姿勢角を取得する（ステップＳ１）。具体的には、制御部４０は、姿勢センサ３５が検出した角度（姿勢角θＨＵ）のデータを姿勢センサ３５から取得し、股関節から上部の腰部の姿勢角θＨＵとして設定する。歩行補助ロボットを装着した被補助者に歩行してもらい、姿勢センサ３５が検出した角度のデータの平均値を姿勢角として設定してもよい。また、歩行補助ロボットＳを装着した被補助者を直立するように指示した後、腰部の姿勢角を分度器等で測定し、操作部４２から歩行補助ロボットＳに入力してもよい。
【００４０】
このように、歩行補助ロボットＳは、被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段の一例として機能する。また、歩行補助ロボットＳは、被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサから姿勢角を取得する腰部姿勢角取得手段の一例として機能する。
【００４１】
次に、歩行補助ロボットＳは、歩行補助ロボットの取付角を取得する（ステップＳ２）。具体的には、制御部４０は、姿勢センサ３６が検出した角度（取付角θＲＵ）のデータを姿勢センサ３６から取得し、取り付けられたリンク１６の垂直に対する角度である取付角θＲＵを設定する。
【００４２】
このように、歩行補助ロボットＳは、被補助者の腰部に取り付けられた動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段の一例として機能する。また、歩行補助ロボットＳは、動作補助ロボットの腰部に取り付けられた姿勢センサから取付角を取得する取付角取得手段の一例として機能する。
【００４３】
姿勢角および取付角の設定が終わった後、次に、歩行補助ロボットを装着した被補助者の歩行訓練を開始する。
【００４４】
次に、歩行補助ロボットＳは、歩行補助ロボットのロボット股関節角度を検出する（ステップＳ３）。具体的には、制御部４０は、ロボット股関節角度センサ３２が検出したロボット股関節角度データを、ロボット股関節角度センサ３２から取得し、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲを検出する。
【００４５】
このように、歩行補助ロボットＳは、動作補助ロボットの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた動作補助ロボットの下肢部との角度である動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段の一例として機能する。
【００４６】
次に、歩行補助ロボットＳは、歩行動作を行う被補助者の股関節角度を算出する（ステップＳ４）。具体的には、図４に示すように、制御部４０は、式（４）に基づき、設定した姿勢角θＨＵおよび取付角θＲＵと、検出したロボット股関節角度θＲとから被補助者６０の股関節角度θＨを算出する。
【００４７】
このように、歩行補助ロボットＳは、ロボット股関節角度に応じて、腰部の姿勢角および取付角から、歩行動作を行う被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段の一例として機能する。
【００４８】
次に、歩行補助ロボットＳは、被補助者の股関節角度θＨに基づき、動作補助ロボットを制御する（ステップＳ５）。具体的には、図５に示すように、歩行補助ロボットＳは、歩行の制御パターンＣに従い、歩行補助ロボットＳを装着した被補助者６０の動作を補助する。
【００４９】
例えば、被補助者が片方の脚（例えば、右脚）を上げ、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１が、右脚駆動系Ｒの足裏センサ３３のデータが足裏センサＯＮ閾値以上になったときに（補助開始トリガが感知されたとき）、制御パターンに従い、右脚駆動系ＲのＤＣモータ２１を駆動させ始める。そして、ギア部２３およびクラッチ部２２を介して、第１リンク機構部１０に駆動力が伝達し、被補助者の右脚の膝が屈曲され始める。
【００５０】
次に、駆動開始から時間ｔ１経過したら、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、ＰＷＭのデューティー比を１００％にする。
【００５１】
次に、駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２）経過したら、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、ＰＷＭのデューティー比を減少し始める。そして、被補助者の右脚の膝にかかる駆動力が減少し始める。
【００５２】
次に、駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）経過、または、算出された股関節角度θＨが閾値角度θＨ１以上になったとき（伸展動作トリガが感知されたとき）、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、遊脚期における屈曲動作の補助制御から、伸展動作の補助制御に切り替える。ＰＷＭのデューティー比がプラスからマイナスへと反転する。ここで、図５に示すように、ロボット膝関節角度センサ３１からの角度θｋを示す膝関節角度データが極値タイミングｔｂは、股関節角度θＨが極値になるタイミングｔｃ（股関節部が前方に出始めるタイミング）より前にあるので、歩行補助ロボットＳは、タイミングｔｃよりも早めに伸展動作の補助を行う。また、閾値角度θＨ１は、図５に示すように、屈曲動作補助期間Ｔ１（踵の離床時ｔａから膝関節のピークの極値タイミングｔｂ）を設定するために利用される。
【００５３】
次に、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、伸展動作開始から時間ｔ４経過したら、ＰＷＭのデューティー比を−１００％にし、伸展動作開始から時間（ｔ４＋ｔ５）経過したら、ＰＷＭのデューティー比を増加し始める。
【００５４】
次に、伸展動作開始から時間（ｔ４＋ｔ５＋ｔ６）（遊脚期の期間Ｔ２）経過したら、または、右脚駆動系Ｒの足裏センサ３３のデータが足裏センサＯＦＦ閾値以下になったときに（補助終了トリガが感知されたとき）、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、補助を終了する。
【００５５】
なお、左脚駆動系Ｌが装着されている場合には、歩行補助ロボットＳは、右脚駆動系Ｒの歩行周期の期間Ｔ３の終了後、左脚駆動系Ｌに関しても同様の制御を行う。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、被補助者６０の股関節から上部の腰部６の姿勢角θＨＵを予め取得し、被補助者６０の腰部６に取り付けられた歩行補助ロボットＳの取付角θＲＵを予め取得し、歩行補助ロボットＳの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた歩行補助ロボットＳの下肢部との角度であるロボット股関節角度θＲを検出し、ロボット股関節角度θＲに応じて、腰部の姿勢角θＨＵおよび取付角θＲＵから、歩行動作を行う被補助者の股関節角度θＨを求めることにより、歩行補助ロボットＳの装着の状態や、被補助者６０の姿勢により影響を受けにくいように、歩行パターンを制御するために必要な連続歩行時の股関節角度θＨを測定することができる。
【００５７】
被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサ３６から、姿勢角θＨＵを取得し、歩行補助ロボットＳの腰部に取り付けられた姿勢センサ３５とから取付角θＲＵを取得する場合、装着からリハビリ開始までの時間が短縮され、被補助者への負担が少なくなる。
【００５８】
測定装置により測定された被補助者の股関節角度θＨに基づき、歩行補助ロボットＳの動作が制御される場合、被補助者の姿勢や、歩行補助ロボットＳの取付状態に影響を受けにくく、正確な被補助者６０の股関節角度θＨが測定できるので、リハビリ効果が上がるような正確な歩行パターンの制御を行うことができる。
【００５９】
なお、上述した実施形態では、膝疾患を有する被補助者の回復訓練等としての歩行を補助する歩行補助ロボットＳに対して本発明を適用した場合について説明したが、これ以外に、回復訓練等との一環としての駆け足等の移動を補助する移動補助装置に対して本発明を適用することもできる。
【００６０】
更に、図４に示すフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスクまたはハードディスク等の記録媒体に記録しておき、または、インターネット等のネットワークを介して取得して記憶しておき、それを汎用のマイクロコンピュータで読み出して実行することにより、当該マイクロコンピュータを実施形態に係るＣＰＵ４１として動作させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上夫々説明したように、本発明は動作補助ロボットの分野に利用することが可能であり、特に被補助者の歩行または駆け足等の回復訓練等を補助する動作補助ロボットの分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１０：第１リンク機構部
１１、１２：リンク
１５：第２リンク機構部
１６、１７：リンク
２０：駆動部
３０：センサ部
３１：ロボット膝関節角度センサ
３２：ロボット股関節角度センサ
３３：足裏センサ
３５、３６：姿勢センサ
４０：制御部
５０：固定部
５１：ベルト部材
５２、５３、５４：カフ部材
Ｓ：歩行補助ロボット（動作補助ロボット、測定装置）
θＲ：ロボット股関節角度
θＲＵ：取付角
θＨ：股関節角度
θＨＵ：姿勢角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被補助者の動作を補助する動作補助ロボット、および、動作補助ロボットにおける測定装置、測定方法、および、測定装置用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膝疾患の被補助者が行う回復訓練等（いわゆるリハビリテーション）において、従来は、例えば理学療法士等の補助を受けつつ、その被補助者が自力で必要な回復訓練等を行っていた。一方近年では、モータ等の駆動源を使用する他動的な回復訓練等（外力を用いて行う回復訓練等）が行われ始めている。このような他動的な回復訓練等には、その被補助者の身体に装着されて歩行における膝関節部の動きを補助する、いわゆる装着型の歩行アシストロボットが用いられる。この歩行アシストロボットは、被補助者の膝関節部を含む上腿部及び下腿部にハーネス等を用いて装着され、膝関節部の動きを補助する（換言すれば強制的に動かす）ように動作する。即ち、適切な歩行パターンにおける膝関節部としての動きが実現されるように歩行アシストロボットが動作して、当該膝関節部を動かす。これにより被補助者は、歩行アシストロボットによる動きに追随するように自立歩行することで、必要な回復訓練等を行える。なお上記回復訓練等に用いることが可能な人の歩行の補助のための装置としては、例えば下記特許文献１に記載されている歩行補助ロボットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した歩行補助ロボットを用いた回復訓練等においては、被補助者にとって適切なリハビリを行うために適切な歩行パターンを設定し、さらに、歩行パターンに合わせて、歩行補助ロボットの歩行パターン制御を設定する必要があった。この歩行パターンや歩行パターン制御の設定には、予め多数の症例を集めたり、歩行パターンを複数準備したり、被補助者の歩行を撮影等により測定したりと、歩行パターン等の設定のために時間を要していた。そして、この歩行パターンに応じて、歩行パターンを制御し、効果的なリハビリを行うためには、被補助者の股関節や膝関節等の角度を随時適切に求める必要があるが、歩行補助ロボットの装着の状態や、被補助者の姿勢により影響を受けていた。
【０００５】
そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、歩行補助ロボットの装着の状態や、被補助者の姿勢により影響を受けにくいように、歩行パターンを制御するために必要な連続歩行時の股関節角度を測定する測定装置等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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置において、前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段と、前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段と、前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段と、前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記腰部姿勢角取得手段が、前記被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサから前記姿勢角を取得し、前記取付角取得手段が、前記動作補助ロボットの腰部に取り付けられた姿勢センサから前記取付角を取得することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の測定装置により測定された前記被補助者の股関節角度に基づき、前記動作補助ロボットの動作が制御されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を、測定装置が測定する測定方法において、前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得ステップと、前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得ステップと、前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出ステップと、前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置用プログラムにおいて、コンピュータを、前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段、前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段、前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段、および、前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段として機能させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得し、被補助者の腰部に取り付けられた動作補助ロボットの取付角を予め取得し、動作補助ロボットの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた動作補助ロボットの下肢部との角度である動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出し、ロボット股関節角度に応じて、腰部の姿勢角および取付角から、歩行動作を行う被補助者の股関節角度を求めることにより、動作補助ロボットの装着の状態や、被補助者の姿勢により影響を受けにくいように、歩行パターンを制御するために必要な連続歩行時の股関節角度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る歩行補助ロボットを被補助者に装着した際の状態の一例を示す模式図である。
【図２】図１の歩行補助ロボットの構成を示すブロック図である。
【図３】図１の歩行補助ロボットにおける各部の屈曲角度の一例を示す模式図である。
【図４】図１の歩行補助ロボットおいて、被補助者の股関節角度を測定する動作例を示すフローチャートである。
【図５】図１の歩行補助ロボットにおけるセンサのデータと制御パターンの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態について、図１から図５を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えば膝疾患を持つ被補助者の回復訓練等としての歩行における膝関節の動作を補助する歩行補助ロボットに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【００１５】
図１に示すように、実施形態に係る歩行補助ロボットＳ（動作補助ロボットの一例、測定装置の一例）は、膝関節を屈曲及び伸展させる第１リンク機構部１０と、股関節を屈曲及び伸展させると第２リンク機構部１５と、第１リンク機構部１０を駆動させる駆動部２０と、膝関節および股関節の角度等を検出するセンサ部３０と、センサ部３０からのデータを入力し、駆動部２０の動きを制御する制御部４０と、歩行補助ロボットＳを被補助者に固定する固定部５０と、を備えている。歩行補助ロボットＳは、被補助者の左脚Ｌ用および右脚Ｒ用に、第１リンク機構部１０、第２リンク機構部１５、および、センサ部３０を各々備えている。
【００１６】
第１リンク機構部１０は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１１と、被補助者の下腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１２と、駆動部２０から動力を得てリンク１１に対してリンク１２を歩行の前後方向に揺動させるリンク（図示せず）と、を有する。リンク１１は、被補助者の腰部側から膝部５側に延びるように取り付けられ、リンク１２は被補助者の膝部５側から脚の先端（地面）側に延びるように取り付けられている。そしてリンク１１とリンク１２とは、被補助者の膝部５近傍で回動可能に連結されている。
【００１７】
第２リンク機構部１５は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付けられるリンク１６と、被補助者の腰部６に巻き付けられる固定部５０のベルトの側部に取り付けられるリンク１７と、を有する。リンク１６は、被補助者の臀部側から膝部５側に延びるように取り付けられ、リンク１７は被補助者の腰部側から臀部側に延びるように取り付けられている。そしてリンク１６とリンク１７とは、リンクボール１８により、被補助者の股部７近傍で回動可能に連結されている。さらに、リンク１６は、被補助者の大腿部に巻き付けられる固定部５０の側面に取り付ける取付治具１６ａを有する。
【００１８】
なお、図１中の矢印で示すように、リンク１２およびリンク１６は、伸縮機構を有し、被補助者の体型に合わせて、長さが調整できるようになっている。また、リンク１１とリンク１７との間に伸縮機構があり、被補助者の体型に合わせて、長さが調整できるようになっている。
【００１９】
駆動部２０は、図１および図２に示すように、電源（図示せず）により駆動力させる発生させるＤＣモータ２１と、各リンクに接続されているギア部２３と、ＤＣモータ２１からの駆動力を、ギア部２３を介して各リンクに伝達するクラッチ部２２と、を有する。一つの（即ち、右脚Ｒまたは左脚Ｌいずれか一方用の）駆動部２０には、図１に示すように、被補助者の膝部５の関節部分に取り付けられ、第1リンク機構部１０と、第２リンク機構部１５と、が取り付けられている。
【００２０】
センサ部３０は、図１および図２に示すように、リンク１１とリンク１２との成す角度を示すロボット膝関節角度データを出力するロボット膝関節角度センサ３１と、リンク１６とリンク１７との成す角度を示すロボット股関節角度データを出力するロボット股関節角度センサ３２と、足が地面から離れたか否かを検出する足裏センサ３３と、被補助者の腰部６に取り付けられた姿勢センサ３５と、歩行補助ロボットＳの腰部の一例であるリンク１６に取り付けられた姿勢センサ３６と、を有する。
【００２１】
ロボット膝関節角度センサ３１は、リンク１１とリンク１２とが連結する部分に内蔵されている。ロボット股関節角度センサ３２は、リンク１６とリンク１７とが連結する部分に内蔵されている。ロボット膝関節角度センサ３１およびロボット股関節角度センサ３２は、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現され、センサの出力信号を制御部４０に出力する。ロボット股関節角度センサ３２は、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲ（ポテンショ角）を検出する。
【００２２】
姿勢センサ３５、３６は、例えば、ジャイロセンサである。姿勢センサ３５は、被補助者６０の腰部６に取り付けられた歩行補助ロボットＳのリンク１６の取付角θＲＵを検出する。姿勢センサ３６は、被補助者の姿勢角θＨＵを検出する。
【００２３】
足裏センサ３３は、図１に例示するように右足及び左足の足裏に夫々装着されていて、各脚が床または地面から離れたこと及びそれらに接地したことを夫々示す信号を制御部４０に出力する。
【００２４】
なお、第１リンク機構部１０、第２リンク機構部１５、駆動部２０、および、センサ部３０は、カバー１９に覆われている。
【００２５】
制御部４０は、図２に示すように、センサ部３０からの信号に基づき、駆動部２０を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、被補助者または理学療法士等が操作可能な位置に備えられ、かつ、ＣＰＵ４１に対する指令操作を行うための操作ボタン等を備える操作部４２と、ＣＰＵ４１に接続され、かつ、被補助者または理学療法士等が視認可能な位置に備えられた液晶ディスプレイ等からなる表示部４３と、を備えている。図１および図２に示すように、制御部４０は、ケーブル４５により、駆動部２０とセンサ部３０とに電気的に接続され、データ通信可能となっている。
【００２６】
ＣＰＵ４１は、ＤＣモータ２１の回転方向及び回転速度の制御及びクラッチ部２２における開放／接続の制御を行う。なお、ＣＰＵ４１は、オペレーティングシステムや歩行補助ロボットＳを制御する制御プログラムや、制御パターンを生成するための制御パターン生成プログラム等のソフトウェアや、検出したデータや、生成した制御パターン等のデータを記憶する記憶部（図示せず）を有している。この記憶部は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクまたはシリコンディスク等により構成されている。
【００２７】
また、図１に示すように、制御部４０は、被補助者が装着するベスト４５に設置されている。駆動部２０や制御部４０に電力を供給する電源もベスト４５に設置されている。
【００２８】
固定部５０は、第２リンク機構部１５のリンク１６に固定するように被補助者の腰部に巻き付けられるベルト部材５１と、第１リンク機構部１０のリンク１１に固定するように被補助者の大腿部に巻き付けられるカフ部材５２、第１リンク機構部１０のリンク１２に固定するように被補助者の下腿部に巻き付けられるカフ部材５３、５４とを有する。
【００２９】
ベルト部材５１は、被補助者の腰部に巻き付けられるように着脱自在のテープ状固定具を有する。そして、ベルト部材５１は、被補助者の腰部に巻き付けられて固定される。このベルト部材５１のベルトにリンク１６の取付治具１６ａが取り付けられる。ベルト部材５１が、被補助者の体型に合わせ、違和感のないように、取付治具１６ａの取付の位置や角度等の状態が調整されるため、リンク１６の取付角は、被補助者毎、装着毎に異なる。ここで、ベルト部材５１により、被補助者６０の腰部６に取り付けられた歩行補助ロボットＳのリンク１６の取付角θＲＵは、地面から垂直に伸びる垂線に対する傾きの角度である。
【００３０】
カフ部材５２は、被補助者の大腿部に巻き付けられるように着脱自在のテープ状固定具を有する。そしてカフ部材５２は、被補助者の大腿部に巻き付けられて固定されることにより、人体の股関節角と、歩行補助ロボットＳの股関節角とが同一になるように、第２リンク機構部１０のリンク１６が、被補助者の大腿部と一体的に拘束される。
【００３１】
カフ部材５３、５４は、被補助者の下腿部に巻き付けられるように着脱自在のテープ状固定具を有する。そしてカフ部材５３、５４は、被補助者の下腿部に巻き付けられて固定されることにより、人体の膝関節角と、歩行補助ロボットＳの膝関節角とが同一になるように、第１リンク機構部１０のリンク１２が、被補助者の下腿部と一体的に拘束される。
【００３２】
ここで、図３に示すように、被補助者６０の股関節角度θＨと、被補助者６０の姿勢角θＨＵと、被補助者６０の下肢部股関節角θＨＤ（地面から垂直に伸びる垂線に対する被補助者６０の下肢部の角度）とは、
θＨ＝−θＨＵ＋θＨＤ ・・・（１）
の関係式となる。
【００３３】
また、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲと、歩行補助ロボットＳの取付角θＲＵと、歩行補助ロボットＳの下肢部股関節角θＲＤ（地面から垂直に伸びる垂線に対する歩行補助ロボットＳの下肢部の角度）とは、
θＲ＝−θＲＵ＋θＲＤ ・・・（２）
の関係式となる。
【００３４】
カフ部材５２により、被補助者の大腿部と一体的に拘束されるので、カフ拘束の式（３）が得られる。
θＨＤ＝θＲＤ ・・・（３）
【００３５】
従って、式（１）から式（３）により式（４）が得られる。
θＨ＝−θＨＵ＋θＲ＋θＲＵ ・・・（４）
【００３６】
姿勢角θＨＵおよび取付角θＲＵが分かると、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲから被補助者６０の股関節角度θＨを求めることができる。
【００３７】
次に、歩行補助ロボットＳによる被補助者の股関節角度を求める動作例について、図３から図５を用いて説明する。
【００３８】
まず、図１に示すように、カフ部材５２、５３、５４により、歩行補助ロボットＳが被補助者に装着され、固定される。そして、姿勢センサ３５が、被補助者の腰部６に取り付けられる。
【００３９】
図３に示すように、歩行補助ロボットＳは、歩行補助ロボットを装着した被補助者の姿勢角を取得する（ステップＳ１）。具体的には、制御部４０は、姿勢センサ３５が検出した角度（姿勢角θＨＵ）のデータを姿勢センサ３５から取得し、股関節から上部の腰部の姿勢角θＨＵとして設定する。歩行補助ロボットを装着した被補助者に歩行してもらい、姿勢センサ３５が検出した角度のデータの平均値を姿勢角として設定してもよい。また、歩行補助ロボットＳを装着した被補助者を直立するように指示した後、腰部の姿勢角を分度器等で測定し、操作部４２から歩行補助ロボットＳに入力してもよい。
【００４０】
このように、歩行補助ロボットＳは、被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段の一例として機能する。また、歩行補助ロボットＳは、被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサから姿勢角を取得する腰部姿勢角取得手段の一例として機能する。
【００４１】
次に、歩行補助ロボットＳは、歩行補助ロボットの取付角を取得する（ステップＳ２）。具体的には、制御部４０は、姿勢センサ３６が検出した角度（取付角θＲＵ）のデータを姿勢センサ３６から取得し、取り付けられたリンク１６の垂直に対する角度である取付角θＲＵを設定する。
【００４２】
このように、歩行補助ロボットＳは、被補助者の腰部に取り付けられた動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段の一例として機能する。また、歩行補助ロボットＳは、動作補助ロボットの腰部に取り付けられた姿勢センサから取付角を取得する取付角取得手段の一例として機能する。
【００４３】
姿勢角および取付角の設定が終わった後、次に、歩行補助ロボットを装着した被補助者の歩行訓練を開始する。
【００４４】
次に、歩行補助ロボットＳは、歩行補助ロボットのロボット股関節角度を検出する（ステップＳ３）。具体的には、制御部４０は、ロボット股関節角度センサ３２が検出したロボット股関節角度データを、ロボット股関節角度センサ３２から取得し、歩行補助ロボットＳのロボット股関節角度θＲを検出する。
【００４５】
このように、歩行補助ロボットＳは、動作補助ロボットの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた動作補助ロボットの下肢部との角度である動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段の一例として機能する。
【００４６】
次に、歩行補助ロボットＳは、歩行動作を行う被補助者の股関節角度を算出する（ステップＳ４）。具体的には、図４に示すように、制御部４０は、式（４）に基づき、設定した姿勢角θＨＵおよび取付角θＲＵと、検出したロボット股関節角度θＲとから被補助者６０の股関節角度θＨを算出する。
【００４７】
このように、歩行補助ロボットＳは、ロボット股関節角度に応じて、腰部の姿勢角および取付角から、歩行動作を行う被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段の一例として機能する。
【００４８】
次に、歩行補助ロボットＳは、被補助者の股関節角度θＨに基づき、動作補助ロボットを制御する（ステップＳ５）。具体的には、図５に示すように、歩行補助ロボットＳは、歩行の制御パターンＣに従い、歩行補助ロボットＳを装着した被補助者６０の動作を補助する。
【００４９】
例えば、被補助者が片方の脚（例えば、右脚）を上げ、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１が、右脚駆動系Ｒの足裏センサ３３のデータが足裏センサＯＮ閾値以上になったときに（補助開始トリガが感知されたとき）、制御パターンに従い、右脚駆動系ＲのＤＣモータ２１を駆動させ始める。そして、ギア部２３およびクラッチ部２２を介して、第１リンク機構部１０に駆動力が伝達し、被補助者の右脚の膝が屈曲され始める。
【００５０】
次に、駆動開始から時間ｔ１経過したら、歩行補助ロボットＳの制御部４０は、ＰＷＭのデューティー比を１００％にする。
【００５１】
次に、駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２）経過したら、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、ＰＷＭのデューティー比を減少し始める。そして、被補助者の右脚の膝にかかる駆動力が減少し始める。
【００５２】
次に、駆動開始から時間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）経過、または、算出された股関節角度θＨが閾値角度θＨ１以上になったとき（伸展動作トリガが感知されたとき）、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、遊脚期における屈曲動作の補助制御から、伸展動作の補助制御に切り替える。ＰＷＭのデューティー比がプラスからマイナスへと反転する。ここで、図５に示すように、ロボット膝関節角度センサ３１からの角度θｋを示す膝関節角度データが極値タイミングｔｂは、股関節角度θＨが極値になるタイミングｔｃ（股関節部が前方に出始めるタイミング）より前にあるので、歩行補助ロボットＳは、タイミングｔｃよりも早めに伸展動作の補助を行う。また、閾値角度θＨ１は、図５に示すように、屈曲動作補助期間Ｔ１（踵の離床時ｔａから膝関節のピークの極値タイミングｔｂ）を設定するために利用される。
【００５３】
次に、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、伸展動作開始から時間ｔ４経過したら、ＰＷＭのデューティー比を−１００％にし、伸展動作開始から時間（ｔ４＋ｔ５）経過したら、ＰＷＭのデューティー比を増加し始める。
【００５４】
次に、伸展動作開始から時間（ｔ４＋ｔ５＋ｔ６）（遊脚期の期間Ｔ２）経過したら、または、右脚駆動系Ｒの足裏センサ３３のデータが足裏センサＯＦＦ閾値以下になったときに（補助終了トリガが感知されたとき）、歩行補助ロボットＳのＣＰＵ４１は、補助を終了する。
【００５５】
なお、左脚駆動系Ｌが装着されている場合には、歩行補助ロボットＳは、右脚駆動系Ｒの歩行周期の期間Ｔ３の終了後、左脚駆動系Ｌに関しても同様の制御を行う。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、被補助者６０の股関節から上部の腰部６の姿勢角θＨＵを予め取得し、被補助者６０の腰部６に取り付けられた歩行補助ロボットＳの取付角θＲＵを予め取得し、歩行補助ロボットＳの腰部と、股関節から下部の下肢部に取り付けられた歩行補助ロボットＳの下肢部との角度であるロボット股関節角度θＲを検出し、ロボット股関節角度θＲに応じて、腰部の姿勢角θＨＵおよび取付角θＲＵから、歩行動作を行う被補助者の股関節角度θＨを求めることにより、歩行補助ロボットＳの装着の状態や、被補助者６０の姿勢により影響を受けにくいように、歩行パターンを制御するために必要な連続歩行時の股関節角度θＨを測定することができる。
【００５７】
被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサ３６から、姿勢角θＨＵを取得し、歩行補助ロボットＳの腰部に取り付けられた姿勢センサ３５とから取付角θＲＵを取得する場合、装着からリハビリ開始までの時間が短縮され、被補助者への負担が少なくなる。
【００５８】
測定装置により測定された被補助者の股関節角度θＨに基づき、歩行補助ロボットＳの動作が制御される場合、被補助者の姿勢や、歩行補助ロボットＳの取付状態に影響を受けにくく、正確な被補助者６０の股関節角度θＨが測定できるので、リハビリ効果が上がるような正確な歩行パターンの制御を行うことができる。
【００５９】
なお、上述した実施形態では、膝疾患を有する被補助者の回復訓練等としての歩行を補助する歩行補助ロボットＳに対して本発明を適用した場合について説明したが、これ以外に、回復訓練等との一環としての駆け足等の移動を補助する移動補助装置に対して本発明を適用することもできる。
【００６０】
更に、図４に示すフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスクまたはハードディスク等の記録媒体に記録しておき、または、インターネット等のネットワークを介して取得して記憶しておき、それを汎用のマイクロコンピュータで読み出して実行することにより、当該マイクロコンピュータを実施形態に係るＣＰＵ４１として動作させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上夫々説明したように、本発明は動作補助ロボットの分野に利用することが可能であり、特に被補助者の歩行または駆け足等の回復訓練等を補助する動作補助ロボットの分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１０：第１リンク機構部
１１、１２：リンク
１５：第２リンク機構部
１６、１７：リンク
２０：駆動部
３０：センサ部
３１：ロボット膝関節角度センサ
３２：ロボット股関節角度センサ
３３：足裏センサ
３５、３６：姿勢センサ
４０：制御部
５０：固定部
５１：ベルト部材
５２、５３、５４：カフ部材
Ｓ：歩行補助ロボット（動作補助ロボット、測定装置）
θＲ：ロボット股関節角度
θＲＵ：取付角
θＨ：股関節角度
θＨＵ：姿勢角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置において、
前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段と、
前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段と、
前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段と、
前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段と、
を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記腰部姿勢角取得手段が、前記被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサから前記姿勢角を取得し、
前記取付角取得手段が、前記動作補助ロボットの腰部に取り付けられた姿勢センサから前記取付角を取得することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の測定装置により測定された前記被補助者の股関節角度に基づき、前記動作補助ロボットの動作が制御されることを特徴とする動作補助ロボット。
【請求項４】
被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を、測定装置が測定する測定方法において、
前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得ステップと、
前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得ステップと、
前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出ステップと、
前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度ステップと、
を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項５】
被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置用プログラムにおいて、
コンピュータを、
前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段、
前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段、
前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段、および、
前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段として機能させる測定装置用プログラム。
【請求項１】
被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置において、
前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段と、
前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段と、
前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段と、
前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段と、
を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記腰部姿勢角取得手段が、前記被補助者の腰部に取り付けられた姿勢センサから前記姿勢角を取得し、
前記取付角取得手段が、前記動作補助ロボットの腰部に取り付けられた姿勢センサから前記取付角を取得することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の測定装置により測定された前記被補助者の股関節角度に基づき、前記動作補助ロボットの動作が制御されることを特徴とする動作補助ロボット。
【請求項４】
被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を、測定装置が測定する測定方法において、
前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得ステップと、
前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得ステップと、
前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出ステップと、
前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度ステップと、
を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項５】
被補助者の歩行動作を補助する動作補助ロボットが取り付けられた当該被補助者の股関節角度を測定する測定装置用プログラムにおいて、
コンピュータを、
前記被補助者の股関節から上部の腰部の姿勢角を予め取得する腰部姿勢角取得手段、
前記被補助者の腰部に取り付けられた前記動作補助ロボットの取付角を予め取得する取付角取得手段、
前記動作補助ロボットの腰部と、前記股関節から下部の下肢部に取り付けられた前記動作補助ロボットの下肢部との角度である前記動作補助ロボットのロボット股関節角度を検出するロボット股関節角度検出手段、および、
前記ロボット股関節角度に応じて、前記腰部の姿勢角および前記取付角から、歩行動作を行う前記被補助者の股関節角度を求める股関節角度手段として機能させる測定装置用プログラム。
【図２】
【図４】
【図１】
【図３】
【図５】
【図４】
【図１】
【図３】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１１３６８（Ｐ２０１３−１１１３６８Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２１４３（Ｐ２０１１−２６２１４３）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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