特開 2022-163313 歩行支援ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022163313

(43)【公開日】2022-10-26

(54)【発明の名称】歩行支援ロボット

(51)【国際特許分類】

   A61H 3/04 20060101AFI20221019BHJP

【ＦＩ】

A61H3/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021068178

(22)【出願日】2021-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柴田 由之

(72)【発明者】

【氏名】松岡 祐樹

【テーマコード（参考）】

4C046

【Ｆターム（参考）】

4C046AA24

4C046AA42

4C046AA45

4C046BB07

4C046CC01

4C046DD02

4C046DD33

4C046DD45

4C046EE02

4C046EE04

4C046FF02

4C046FF25

4C046FF29

(57)【要約】

【課題】車輪のスリップによって負荷トレーニングの効果が低下することを抑制する。
【解決手段】動作モードとして、ユーザの歩行動作に制動力による負荷を加える負荷トレーニングモードを有する歩行支援ロボットが提供される。歩行支援ロボットは、複数の車輪を有する車体部と、車輪に制動力を加える制動部と、制動部を制御する駆動制御部と、車体部の移動に関する情報である第１情報を取得する第１取得部と、車輪の回転に関する情報である第２情報を取得する第２取得部と、負荷トレーニングモードにおいて、第１情報と第２情報とに基づいて車輪がスリップしているか否かを判定するスリップ判定部と、を備える。駆動制御部は、負荷トレーニングモードにおいて、車輪がスリップしていると判定された場合に、車輪に加える制動力を小さくする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動作モードとして、ユーザの歩行動作に制動力による負荷を加える負荷トレーニングモードを有する歩行支援ロボットであって、
複数の車輪を有する車体部と、
前記車輪に前記制動力を加える制動部と、
前記制動部を制御する駆動制御部と、
前記車体部の移動に関する情報である第１情報を取得する第１取得部と、
前記車輪の回転に関する情報である第２情報を取得する第２取得部と、
前記負荷トレーニングモードにおいて、前記第１情報と、前記第２情報と、に基づいて前記車輪がスリップしているか否かを判定するスリップ判定部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記負荷トレーニングモードにおいて、前記車輪がスリップしていると判定された場合に、前記車輪に加える前記制動力を小さくする、歩行支援ロボット。

【請求項2】

請求項１に記載の歩行支援ロボットであって、
前記負荷トレーニングモードにおける前記負荷の設定を受け付ける設定部を備え、
前記駆動制御部は、前記負荷トレーニングモードにおいて、前記設定部によって受け付けられた前記設定に基づいて前記制動部を制御する、歩行支援ロボット。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の歩行支援ロボットであって、
前記駆動制御部は、前記負荷トレーニングモードにおいて、前記制動部を制御して、前記制動力の大きさを、歩行の速さ、歩行時間、又は、前記制動力の持続時間のうち、少なくともいずれか１つに応じて変化させる、歩行支援ロボット。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の歩行支援ロボットであって、
前記車輪を駆動させるモータを備え、
前記動作モードとして、前記ユーザによって押されて前進する前記歩行支援ロボットを静止させる静止制御と、前記静止制御によって静止した前記歩行支援ロボットを後退させて前記ユーザを押し返す反発制御と、を有する反発モードを更に備え、
前記駆動制御部は、
前記静止制御において、前記モータ又は前記制動部を制御することによって、前進する前記歩行支援ロボットを静止させるための静止制動力を前記車輪に加え、
前記反発制御において、前記モータを制御することによって、前記歩行支援ロボットを後退させるための後退トルクを前記車輪に加え、
前記スリップ判定部は、前記静止制御において、前記第１情報と、前記第２情報と、に基づいて前記車輪がスリップしているか否かを判定し、
前記駆動制御部は、前記静止制御において、前記車輪がスリップしていると判定された場合に、前記車輪に加える前記静止制動力を小さくする、歩行支援ロボット。

【請求項5】

請求項４に記載の歩行支援ロボットであって、
前記駆動制御部は、前記反発モードにおいて、前記モータを制御することによって、前記静止制動力および前記後退トルクとして、前記車輪の回転角度を前記歩行支援ロボットが押されていない状態における回転角度に維持するための維持トルクを、前記車輪に加える、歩行支援ロボット。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の歩行支援ロボットであって、
前記車体部の前後方向の水平面に対する傾きを検出する傾斜検出部を備え、
前記スリップ判定部は、前記傾きと、前記第１情報と、前記第２情報と、に基づいて前記車輪がスリップしているか否かを判定する、歩行支援ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、歩行支援ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

歩行支援ロボットに関して、特許文献１には、車輪の回転エネルギーを電力に変換して車輪に制動力を発生させることによって、使用者の歩行動作に負荷をかけ、歩行トレーニングの効果を向上させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１４６９５１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、特許文献１の技術では、例えば、路面の状態や歩行支援ロボットに加わる押圧力によっては、車輪に制動力が加わった際に車輪がスリップし、使用者の歩行動作に想定された負荷がかからず、歩行トレーニングの効果が低下する可能性があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の第１の形態によれば、動作モードとして、ユーザの歩行動作に制動力による負荷を加える負荷トレーニングモードを有する歩行支援ロボットが提供される。この歩行支援ロボットは、複数の車輪を有する車体部と、前記車輪に前記制動力を加える制動部と、前記制動部を制御する駆動制御部と、前記車体部の移動に関する情報である第１情報を取得する第１取得部と、前記車輪の回転に関する情報である第２情報を取得する第２取得部と、前記負荷トレーニングモードにおいて、前記第１情報と、前記第２情報と、に基づいて前記車輪がスリップしているか否かを判定するスリップ判定部と、を備える。前記駆動制御部は、前記負荷トレーニングモードにおいて、前記車輪がスリップしていると判定された場合に、前記車輪に加える前記制動力を小さくする。
このような形態によれば、負荷トレーニングモードにおいて車輪がスリップしている状態が解消されやすくなるため、車輪のスリップに起因してユーザの歩行動作に想定された負荷がかからない可能性が低減する。そのため、負荷トレーニングの効果の低下が抑制される。
（２）上記形態において、前記負荷トレーニングモードにおける前記負荷の設定を受け付ける設定部を備え、前記駆動制御部は、前記負荷トレーニングモードにおいて、前記設定部によって受け付けられた前記設定に基づいて前記制動部を制御してもよい。このような形態によれば、設定部によってユーザの歩行能力に応じた負荷の設定を受け付けることで、負荷トレーニングモードにおいて、ユーザの歩行能力に応じた負荷を加えることができる。
（３）上記形態において、前記駆動制御部は、前記負荷トレーニングモードにおいて、前記制動部を制御して、前記制動力の大きさを、歩行の速さ、歩行時間、又は、前記制動力の持続時間のうち、少なくともいずれか１つに応じて変化させてもよい。このような形態によれば、ユーザの歩行能力や疲労状態を加味して制動力の大きさを変化させることができるため、ユーザに適切な負荷トレーニングを提供できる可能性が高まる。
（４）上記形態において、前記車輪を駆動させるモータを備え、前記動作モードとして、前記ユーザによって押されて前進する前記歩行支援ロボットを静止させる静止制御と、前記静止制御によって静止した前記歩行支援ロボットを後退させて前記ユーザを押し返す反発制御と、を有する反発モードを更に備え、前記駆動制御部は、前記静止制御において、前記モータ又は前記制動部を制御することによって、前進する前記歩行支援ロボットを静止させるための静止制動力を前記車輪に加え、前記反発制御において、前記モータを制御することによって、前記歩行支援ロボットを後退させるための後退トルクを前記車輪に加え、前記スリップ判定部は、前記静止制御において、前記第１情報と、前記第２情報と、に基づいて前記車輪がスリップしているか否かを判定し、前記駆動制御部は、前記静止制御において、前記車輪がスリップしていると判定された場合に、前記車輪に加える前記静止制動力を小さくしてもよい。このような形態によれば、反発モードによって、ユーザに体重移動トレーニングを提供できる。また、反発モードにおいて車輪がスリップしている状態が解消されやすくなるため、体重移動トレーニングを適切に実行できる可能性が高まる。
（５）上記形態において、前記駆動制御部は、前記反発モードにおいて、前記モータを制御することによって、前記静止制動力および前記後退トルクとして、前記車輪の回転角度を前記歩行支援ロボットが押されていない状態における回転角度に維持するための維持トルクを、前記車輪に加えてもよい。このような形態によれば、簡易な制御によって反発モードを実現できる。
（６）上記形態において、前記車体部の前後方向の水平面に対する傾きを検出する傾斜検出部を備え、前記スリップ判定部は、前記傾きと、前記第１情報と、前記第２情報と、に基づいて前記車輪がスリップしているか否かを判定してもよい。このような形態によれば、負荷トレーニングモードにおいて、歩行支援ロボットが傾いた路面を走行している場合であっても、車輪がスリップしているか否かを適切に判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態における歩行支援ロボットの概略構成を示す側面図。

【図2】第１実施形態における歩行支援ロボットの概略構成を示す正面図。

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。

【図4】歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図。

【図5】第１実施形態における負荷トレーニング処理を示すフローチャート。

【図6】歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図。

【図7】歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図。

【図8】歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図。

【図9】第５実施形態における負荷トレーニング処理を示すフローチャート。

【図10】歩行支援ロボットが傾いた路面を走行する様子を示す図。

【図11】第６実施形態における歩行支援ロボットの概略構成を示す第１の側面図。

【図12】第６実施形態における歩行支援ロボットの概略構成を示す第２の側面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における歩行支援ロボット１１の概略構成を示す側面図である。図２は、第１実施形態における歩行支援ロボット１１の概略構成を示す正面図である。図１および図２には、互いに直交する３つの座標軸であるＸ，Ｙ，Ｚ軸を表す矢印が示されている。Ｘ軸は歩行支援ロボット１１の前後方向に沿った座標軸であり、Ｘ軸を表す矢印の指し示す方向は後方である。Ｙ軸は歩行支援ロボット１１の左右方向に沿った座標軸であり、Ｙ軸を表す矢印の指し示す方向は右方である。Ｚ軸は歩行支援ロボット１１の上下方向に沿った座標軸であり、Ｚ軸を表す矢印の指し示す方向は上方である。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を表す矢印は、他の図においても、矢印の指し示す方向が図１や図２と対応するように適宜、図示されている。

【0009】

本実施形態における歩行支援ロボット１１は、使用者の歩行を支援する機能と、使用者に負荷トレーニングを提供する機能とを有している。歩行支援ロボット１１は、例えば、医療施設や介護施設で用いられる。歩行支援ロボット１１は、家庭等で用いられてもよい。

【0010】

歩行支援ロボット１１は、動作モードとして、負荷トレーニングモードと、アシストモードと、腕振りトレーニングモードとを有し、動作モードを切り替え可能に構成されている。

【0011】

歩行支援ロボット１１は、アシストモードでは、所定の推進力を発生させつつ使用者に押されて走行することによって、使用者の歩行を支援する。負荷トレーニングモードでは、歩行支援ロボット１１は、所定の制動力を発生させつつ使用者に押されて走行することによって、使用者に負荷トレーニングを提供する。腕振り歩行トレーニングモードでは、歩行支援ロボット１１は、使用者の腕振りの速度と腕振りのストロークとに応じた所定の速度で走行しつつ使用者に腕振り歩行トレーニングを提供する。

【0012】

図１および図２に示すように、歩行支援ロボット１１は、車体部２０と、一対のアーム部５０と、一対のハンドル移動部６０と、一対のハンドルユニット７０と、一対のモータ８０と、バッテリ８５と、回生電力消費部８６と、加速度検出部８７と、制御部９０と、コントローラ１００とを備えている。一対のアーム部５０、一対のハンドル移動部６０、一対のハンドルユニット７０、および、一対のモータ８０は、左右対称に設けられている。

【0013】

車体部２０は、フレーム３０と、フレーム３０の下端部に接続された４つの車輪４０とを有している。図２に示すように、フレーム３０は、左右方向に沿って設けられた中央フレーム３１と、中央フレーム３１の左端部に固定された左フレーム３２と、中央フレーム３１の右端部に固定された右フレーム３３とによって構成されている。図１に示すように、左フレーム３２は、前後方向に沿って設けられた下側部分と、下側部分の前端部と後端部との間から上方に向かって突き出した上側部分とを有している。右フレーム３３は、左フレーム３２とは左右対称に設けられている。左フレーム３２には、箱状の収納部３５が固定されている。

【0014】

車体部２０は、車輪４０として、左右対称に設けられた一対の前輪４１と、左右対称に設けられた一対の後輪４２とを有している。左側の前輪４１は、左フレーム３２の下側部分の前端部に接続されており、右側の前輪４１は、右フレーム３３の下側部分の前端部に接続されている。左側の後輪４２は、左フレーム３２の下側部分の後端部に接続されており、右側の後輪４２は、右フレーム３３の下側部分の後端部に接続されている。各前輪４１および各後輪４２は、路面ＲＳに接触している。本実施形態では、各前輪４１は、トウの向きを前後左右に変更可能に構成されている。各後輪４２は、トウの向きが前方に固定されるように構成されている。なお、各後輪４２は、トウの向きを前後左右に変更可能に構成されてもよい。車輪４０の数は、４つに限られず、例えば、３つでもよいし、５つ以上でもよい。

【0015】

アーム部５０は、前後方向に沿って設けられた外ケース５１と、外ケース５１の前端部と後端部との間から下方に向かって突き出した接続部５２とを有している。図２に示すように、左側のアーム部５０に設けられた接続部５２は、ネジ３９によって、左フレーム３２の上端部に固定されており、右側のアーム部５０に設けられた接続部５２は、ネジ３９によって、右フレーム３３の上端部に固定されている。左右のアーム部５０同士は、連結部材５９によって連結されている。

【0016】

図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図３には、後述する第１把持部７１および第２把持部７２に外力が加えられていない状態のハンドルユニット７０と、アーム部５０の外ケース５１内の構成と、が示されている。図３に示すように、外ケース５１内には、ハンドル移動部６０を構成するシャフト６１の一部、および、シャフト支持部６４と、ロックピン６６と、第１弾性部材６８と、第２弾性部材６９と、内ケース５４と、カラー５５と、ダンパ５６とが配置されている。

【0017】

図１および図３に示すように、ハンドル移動部６０は、上述したシャフト６１と、シャフト支持部６４とを有している。シャフト６１は、前後方向に沿って設けられた棒状部材である。シャフト６１は、外ケース５１の後端部に設けられた貫通孔に挿入されている。シャフト６１の前端部は、外ケース５１内に収容されており、シャフト６１の後端部は、後方に向かって外ケース５１から突き出している。シャフト６１は、外ケース５１に対して前後方向に沿って移動することができる。なお、例えば、外ケース５１内等に、リニアエンコーダ等によって構成された、外ケース５１に対する前後方向のシャフト６１の位置を検出する検出部が設けられていてもよい。

【0018】

ハンドルユニット７０は、シャフト６１の後端部に固定されている。ハンドルユニット７０は、上述した第１把持部７１および第２把持部７２を有し、シャフト６１とともに外ケース５１に対して前後方向に沿って移動することができる。第１把持部７１は、シャフト６１の後端部に固定されている。第１把持部７１は、前後方向に沿って設けられた棒状の外形形状を有しており、シャフト６１の後端部から後方に向かって突き出すように設けられている。第１把持部７１の前端部には、ブレーキレバー７３が固定されている。ブレーキレバー７３は、第１把持部７１に沿って設けられ、ブレーキワイヤ７４によって、後輪４２に設けられた図示しないブレーキに接続されている。第２把持部７２は、第１把持部７１の前端部に固定されている。第２把持部７２は、上下方向に沿って設けられた棒状の外形形状を有しており、第１把持部７１の前端部から上方に向かって突き出すように設けられている。本実施形態では、ユーザは、第１把持部７１または第２把持部７２を把持した状態で、歩行支援ロボット１１を用いることができる。

【0019】

図３に示すように、シャフト６１は、外ケース５１内において、外ケース５１内の空間を前後に区画する隔壁５３に設けられた貫通孔に挿入されている。シャフト６１の前端部には、シャフト６１の外周に向かって突き出したフランジ部６２が設けられている。フランジ部６２は、外ケース５１の前端部と隔壁５３との間に配置されている。シャフト６１の前側部分は、中空断面を有しており、シャフト６１の後側部分は、中実断面を有している。シャフト６１の側面部には、凹部６３が設けられている。凹部６３は、隔壁５３よりも後方に設けられている。

【0020】

シャフト支持部６４は、隔壁５３の後方に配置されており、外ケース５１に接続されている。本実施形態では、シャフト支持部６４は、３つのローラーによって構成されている。シャフト支持部６４は、シャフト６１の前端部と後端部との間の部分において、各ローラーをシャフト６１の下側又は上側の面に接触させることによって、シャフト６１を前後方向に沿って移動可能に支持している。

【0021】

内ケース５４は、外ケース５１内において、外ケース５１の前端部に接するように固定されている。内ケース５４の前端部と後端部とには、それぞれ、貫通孔が設けられている。

【0022】

第１弾性部材６８は、前後方向において、内ケース５４内およびシャフト６１の中空部内に亘るように配置されている。より具体的には、第１弾性部材６８の前端部は、内ケース５４に設けられた貫通孔を通じて外ケース５１の前端部に接続されており、第１弾性部材６８の後端部は、シャフト６１の中空部分の底面に接続されている。第１弾性部材６８は、シャフト６１を前方に向かって付勢する。本実施形態では、第１弾性部材６８は、引張コイルバネによって構成されている。第１弾性部材６８は、例えば、ゴムやエラストマによって構成されてもよい。

【0023】

内ケース５４内には、前方から順に、圧縮コイルバネによって構成された第２弾性部材６９と、円環状の外形形状を有するカラー５５と、ゴムやエラストマ等の弾性部材によって形成され円環状の外形形状を有するダンパ５６とが、配置されている。より具体的には、第２弾性部材６９とカラー５５とダンパ５６とは、前後方向に沿って見た時に、内ケース５４内の第１弾性部材６８が、第２弾性部材６９とカラー５５とダンパ５６との内側に位置するように配置されている。第２弾性部材６９の前端部は、内ケース５４の前端部に接続されており、第２弾性部材６９の後端部は、カラー５５の前側の面に接続されている。カラー５５は、第２弾性部材６９によって後方に向かって付勢され、内ケース５４内において、内ケース５４の後端部に接触する。ダンパ５６は、カラー５５の後側の面に固定され、第２弾性部材６９によってカラー５５とともに付勢されてシャフト６１のフランジ部６２と接触する。他の実施形態では、第２弾性部材６９は、例えば、ゴムやエラストマによって構成されていてもよい。

【0024】

ロックピン６６は、シャフト６１の凹部６３に挿入されることによって、前後方向のシャフト６１の移動を制限する。前後方向において、凹部６３の幅は、ロックピン６６の凹部６３に挿入される部分の幅よりも数ミリメートル広い。そのため、ロックピン６６が凹部６３に挿入されても、シャフト６１は、前後方向に数ミリメートル移動することができる。本実施形態では、アシストモードおよび負荷トレーニングモードでは、ロックピン６６が凹部６３に挿入された状態で歩行支援ロボット１１が用いられ、腕振り歩行トレーニングモードでは、ロックピン６６が凹部６３から外された状態で歩行支援ロボット１１が用いられる。

【0025】

第１把持部７１または第２把持部７２が前方に向かって押された場合、シャフト６１は、ハンドルユニット７０とともに前方に移動する。シャフト６１が前方に移動するのに伴って、ダンパ５６およびカラー５５は、シャフト６１のフランジ部６２に押されて前方に移動する。カラー５５が前方に移動することによって、第２弾性部材６９は圧縮されて縮む。そして、縮んだ第２弾性部材６９の復元力によって、ハンドルユニット７０およびシャフト６１は後方に押し戻される。このとき、第１把持部７１または第２把持部７２から入力された前向きの力は、第２弾性部材６９を介してアーム部５０に伝達される。

【0026】

第１把持部７１または第２把持部７２が後方に向かって引かれた場合、シャフト６１は、ハンドルユニット７０とともに後方に移動し、第１弾性部材６８は後方に移動するシャフト６１に引っ張られて伸びる。そして、伸びた第１弾性部材６８の復元力によって、ハンドルユニット７０およびシャフト６１は前方に引き戻される。このとき、第１把持部７１または第２把持部７２から入力された後向きの力は、第１弾性部材６８を介してアーム部５０に伝達される。

【0027】

ロックピン６６が凹部６３に挿入された状態で、第１把持部７１または第２把持部７２が後方に向かって引かれた場合、ハンドルユニット７０およびシャフト６１は、凹部６３がロックピン６６に接触するまで後方に移動することができる。ロックピン６６が凹部６３から外された状態で、第１把持部７１または第２把持部７２が後方に向かって引かれた場合、ハンドルユニット７０およびシャフト６１は、ロックピン６６が凹部６３に挿入された状態における場合よりも更に後方に移動することができる。この際の前後方向におけるハンドルユニット７０およびシャフト６１の移動可能距離は、第１把持部７１の前後方向における長さよりも長い。この際のハンドルユニット７０およびシャフト６１の移動可能距離は、１５０ミリメートル以上であることが好ましく、３００ミリメートル以上であることがより好ましく、４００ミリメートル以上であることがさらに好ましい。これによって、ユーザは、腕振り歩行トレーニングモードにおいて、自然な歩行動作を訓練することができる。ここでいう自然な歩行動作とは、左右のうちの一方の腕を前方に振るとともに他方の腕を後方に振るという腕振り動作を、左右交互に繰り返しながら歩く動作のことを意味する。

【0028】

図１に示すように、モータ８０は、左フレーム３２の後端部と右フレーム３３の後端部とに１つずつ設けられている。モータ８０は、動作モードとして、駆動輪である後輪４２を駆動する力行モードと、後輪４２を制動する回生モードとを有している。歩行支援ロボット１１がアシストモードまたは腕振り歩行トレーニングモードで動作している場合には、モータ８０は力行モードで運転され、歩行支援ロボット１１が負荷トレーニングモードで動作している場合には、モータ８０は回生モードで運転される。本実施形態のモータ８０は、アシストモードでは、後輪４２に駆動力を加える駆動部として機能し、負荷トレーニングモードでは、後輪４２に制動力を加える制動部として機能すると言い換えることもできる。左側のモータ８０は、左側の後輪４２を駆動あるいは制動し、右側のモータ８０は、右側の後輪４２を駆動あるいは制動する。他の実施形態では、モータ８０が２つ設けられずに、１つのモータ８０によって左右の後輪４２が駆動あるいは制動されてもよい。また、前輪４１がモータ８０によって駆動あるいは制動されてもよい。

【0029】

本実施形態では、モータ８０として、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダあるいはホールセンサを内蔵したブラシレスＤＣモータが用いられる。他の実施形態では、モータ８０にロータリーエンコーダやホールセンサが内蔵されずに、コイルに発生する誘起電圧を用いて出力軸の回転角度が算出されてもよい。

【0030】

バッテリ８５は、収納部３５に収納されている。バッテリ８５として、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池などの二次電池を用いることができる。バッテリ８５は、インバータなどの電源回路を介して左右のモータ８０に電気的に接続されている。本実施形態では、バッテリ８５から出力された直流電力は、パルス幅変調によって交流電力に変換された後、力行モードで動作している左右のモータ８０に供給される。

【0031】

回生電力消費部８６は、収納部３５に収納されている。回生電力消費部８６は、左右のモータ８０に電気的に接続されており、回生モードで動作している左右のモータ８０によって発電された回生電力を消費する。回生電力消費部８６として、例えば、セメント抵抗を用いることができる。なお、バッテリ８５が満充電でない場合には、左右のモータ８０によって発電された回生電力は、回生電力消費部８６によって消費されずにバッテリ８５に充電されてもよい。

【0032】

加速度検出部８７は、車体部２０の加速度を検出する。加速度検出部８７は、前後方向、左右方向、および、上下方向の３軸の加速度を計測する加速度センサによって構成されている。本実施形態では、加速度検出部８７は、水平面に対する車体部２０の傾きを検出する傾斜検出部としても機能する。加速度検出部８７によって検出された加速度や車体部２０の傾きは、制御部９０に送信される。

【0033】

制御部９０は、収納部３５内に収納されている。制御部９０は、１つまたは複数のプロセッサと、主記憶装置と、補助記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピュータによって構成されている。制御部９０は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサが実行することによって、種々の機能を実現する。制御部９０は、コンピュータではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。

【0034】

本実施形態の制御部９０は、駆動制御部９３と、第１取得部９４と、第２取得部９５と、スリップ判定部９６とを備える。駆動制御部９３と、第１取得部９４と、第２取得部９５と、スリップ判定部９６とは、制御部９０がプログラムを実行することによって実現される機能部である。

【0035】

本実施形態の駆動制御部９３は、アシストモードでは、駆動部として機能するモータ８０を制御し、負荷トレーニングモードでは、制動部として機能するモータ８０を制御する。第１取得部９４は、車体部２０の移動に関する情報である第１情報を取得する。本実施形態では、第１取得部９４は、第１情報として、加速度検出部８７によって取得される車体部２０の前後方向の加速度を取得する。第２取得部９５は、車輪４０の回転に関する情報である第２情報を取得する。本実施形態では、第２取得部９５は、第２情報として、モータ８０の回転角度を取得する。

【0036】

スリップ判定部９６は、負荷トレーニングモードにおいて、第１取得部９４によって取得された第１情報と、第２取得部９５によって取得された第２情報とに基づいて、車輪４０がスリップしている否かを判定する。車輪４０がスリップしている状態とは、車輪４０が、車輪４０の回転によらず路面ＲＳ上を移動している状態を指す。従って、車輪４０がスリップした場合、歩行支援ロボット１１は、車輪４０の回転角度の変化量に基づいて算出される距離よりも長い距離を移動する。負荷トレーニングモードにおいて車輪４０がスリップしている場合、ユーザの歩行動作に加わる負荷の大きさが想定よりも小さくなる可能性が高いため、負荷トレーニングの効果が低下する可能性が高まる。以下では、車輪４０がスリップしている状態のことを、スリップ状態と呼ぶこともある。

【0037】

コントローラ１００は、固定部材１０９を介して左側のアーム部５０に固定されている。本実施形態では、タブレット端末によって構成されている。他の実施形態では、コントローラ１００は、タブレット端末に限られず、例えば、スマートフォンによって構成されてもよい。

【0038】

コントローラ１００は、歩行支援ロボット１１の動作モードを切り替える機能を有する。更に、本実施形態のコントローラ１００は、負荷トレーニングモードにおける負荷の設定を行う設定部としても機能する。本実施形態の設定部は、コントローラ１００がプログラムを実行することによって実現される機能部である。上述した駆動制御部９３として機能する制御部９０は、負荷トレーニングモードにおいて、コントローラ１００によって受け付けられた負荷の設定に基づいて制動部として機能するモータ８０を制御する。

【0039】

本実施形態では、コントローラ１００は、ユーザによる入力操作を介した負荷レベルの指定を受け付けることによって、負荷の設定を受け付ける。より具体的には、コントローラ１００は、負荷レベル毎に歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数を記憶しており、負荷レベルの指定を受け付けた場合、指定された負荷レベルに対応する関数を選択して制御部９０へ送信する。制御部９０は、負荷トレーニングモードにおいて、制動部であるモータ８０を制御して、選択された関数に基づいて歩行の速さに応じて制動力の大きさを変化させる。本実施形態では、コントローラ１００は、３段階の負荷レベルであるレベル１と、レベル２と、レベル３とに対応する３つの関数を記憶している。他の実施形態では、コントローラ１００は、例えば、２つ以下の関数を記憶していてもよいし、４つ以上の関数を記憶していてもよい。また、関数は、例えば、制御部９０に記憶されていてもよい。

【0040】

図４は、本実施形態における歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図である。図４は、横軸を歩行の速さとし、縦軸を制動力の大きさとするグラフである。図４には、レベル１、レベル２およびレベル３に対応する、３つの関数Ｆｎ１、関数Ｆｎ２および関数Ｆｎ３が示されている。各関数は、それぞれ、歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表している。図４の例では、各関数における制動力の大きさは、歩行の速さが大きいほど大きい。

【0041】

本実施形態では、より高い歩行能力を有するユーザは、より高い負荷レベルを指定することによって、負荷トレーニングの効果が向上する可能性が高まる。例えば、図４の例では、歩行の速さがｖ１である時の制動力の大きさは、関数Ｆｎ１の場合にＡ１であり、関数Ｆｎ２の場合にＡ２であり、関数Ｆｎ３の場合にＡ３である。図４に示すように、制動力Ａ３は制動力Ａ２よりも大きく、制動力Ａ２は制動力Ａ１よりも大きい。従って、レベル３では、レベル２やレベル１と比較して、同じ速さで歩行している場合であっても制動力がより大きいため、ユーザにより大きな負荷が加わる。一方で、レベル３では負荷が大きすぎるユーザは、レベル２やレベル１を指定すると好ましい。このように、ユーザは、歩行能力や疲労状態等に応じて適切な負荷レベルを指定することによって、歩行動作に適切な負荷をかけ、負荷トレーニングの効果を高めることができる。

【0042】

図５は、本実施形態における負荷トレーニング処理を示すフローチャートである。制御部９０は、歩行支援ロボット１１が負荷トレーニングモードで使用されている間、図５に示した負荷トレーニング処理を実行する。本実施形態では、負荷トレーニングモードは、ユーザによってコントローラ１００を介して開始操作が入力され、かつ、負荷レベルが指定されることによって開始される。負荷トレーニング処理は、負荷トレーニングモードが開始されるのと同時に開始される。

【0043】

ステップＳ１００にて、制御部９０は、コントローラ１００から、指定された負荷レベルに対応して選択される関数を取得する。ステップＳ１１０にて、制御部９０は、選択された関数に基づく制動力の付与を開始する。従って、本実施形態の負荷トレーニング処理では、制御部９０は、ステップＳ１１０以降、特に説明しない限り、モータ８０を制御することによって、選択された関数に基づいて、歩行の速さに応じて制動力の大きさを変化させる。なお、本実施形態では、制御部９０は、負荷トレーニング処理において、選択された関数に基づいて制動力を変化させる際、「歩行の速さ」として車体部２０の速さを用いる。車体部２０の速さは、後輪４２の径と、２つの時点におけるモータ８０の回転角度と、その２つの時点間の経過時間とに基づいて算出される。

【0044】

ステップＳ１２０にて、第２取得部９５として機能する制御部９０は、第２情報として、モータ８０の回転角度を取得する。ステップＳ１３０にて、第１取得部９４として機能する制御部９０は、第１情報として、車体部２０の前後方向の加速度を取得する。

【0045】

ステップＳ１４０にて、スリップ判定部９６として機能する制御部９０は、車輪４０がスリップしているか否かを判定する。本実施形態では、制御部９０は、ステップＳ１４０において、まず、ステップＳ１２０で取得された第２情報に基づいて、モータ８０の回転角度が変化したか否かを判定する。より具体的には、制御部９０は、取得された最新の回転角度と、前回取得された回転角度とに差異がある場合、モータ８０の回転角度が変化していると判定する。制御部９０は、モータ８０の回転角度が変化していると判定した場合、スリップ状態ではないと判定し、ステップＳ１９０へと処理を進める。なお、制御部９０は、負荷トレーニング処理を開始してから初めてステップＳ１４０を実行する場合、取得された回転角度として、モータ８０の回転角度の初期値を用いる。モータ８０の回転角度の初期値とは、例えば、負荷トレーニング処理が開始される前の歩行支援ロボット１１が静止している状態におけるモータ８０の回転角度を表す。

【0046】

次に、制御部９０は、ステップＳ１３０で取得した第１情報に基づいて、車体部２０の前後方向の加速度が生じているか否かを判定する。例えば、制御部９０は、ステップＳ１３０で取得された加速度が予め定められた範囲内の値である場合に、車体部２０の加速度が生じていないと判定し、取得された加速度が予め定められた範囲を超える値である場合に、車体部２０の加速度が生じていると判定する。この場合、車体部２０の加速度が生じているか否かの判定に用いられる加速度の値の範囲は、例えば、歩行支援ロボット１１が静止している状態で加速度検出部８７によって検出される車体部２０の前後方向の加速度の値に基づいて定められる。

【0047】

制御部９０は、車体部２０の前後方向の加速度が生じていないと判定した場合、スリップ状態ではないと判定し、ステップＳ１９０へと処理を進める。この場合、車体部２０の前後方向の加速度が生じていないため、歩行支援ロボット１１が静止している状態にあることを表す。なお、ステップＳ１４０で車体部２０の前後方向の加速度が生じていないと判定された場合、理論上、歩行支援ロボット１１が静止している状態にある場合だけではなく、歩行支援ロボット１１が等速運動している場合も考えられる。しかしながら、実際には、歩行支援ロボット１１が巨視的に等速運動している場合であっても、微視的には車体部２０の前後方向の加速度が生じる。そのため、車体部２０の前後方向の加速度が生じていないと判定された場合、歩行支援ロボット１１が静止している状態にあると見なせるため、制御部９０は、スリップ状態ではないと判定する。

【0048】

制御部９０は、ステップＳ１４０でモータ８０が回転しておらず、かつ、車体部２０の前後方向の加速度が生じていると判定した場合に、車輪４０がスリップしていると判定し、次のステップＳ１５０へと処理を進める。

【0049】

ステップＳ１５０にて、駆動制御部９３として機能する制御部９０は、制動部として機能するモータ８０を制御することによって、後輪４２に加えられる制動力を小さくする。より具体的には、制御部９０は、制動力の大きさを、ステップＳ１１０で取得した関数によって定まる値よりも小さくする。例えば、負荷レベルとしてレベル１が指定されていた場合、制御部９０は、ステップＳ１５０において、制動力の大きさを、図４に示した関数Ｆｎ１によって定まる値よりも小さくする。ステップＳ１５０が実行されることによって、ユーザに押された歩行支援ロボット１１の移動に追従して後輪４２が回転しやすくなるため、スリップ状態が解消されやすくなる。

【0050】

ステップＳ１６０にて、第２取得部９５として機能する制御部９０は、第２情報として、モータ８０の回転角度を取得する。次に、ステップＳ１７０にて、スリップ判定部９６として機能する制御部９０は、モータ８０の回転角度が変化しているか否かを再度、判定する。より具体的には、制御部９０は、ステップＳ１７０において、ステップＳ１２０で取得したモータ８０の回転角度とステップＳ１６０で取得したモータ８０の回転角度とに差異がある場合、モータ８０の回転角度が変化していると判定する。ステップＳ１７０でモータ８０の回転角度が変化していないと判定された場合、制御部９０は、依然としてスリップ状態であると判定し、ステップＳ１５０へと処理を戻す。再度実行されるステップＳ１５０では、制御部９０は、更にモータ８０の制動力を小さくする。つまり、本実施形態では、制御部９０は、ステップＳ１５０からステップＳ１７０を実行することによって、スリップ状態が解消されるまでモータ８０の制動力を小さくする。

【0051】

制御部９０は、ステップＳ１７０でモータ８０の回転角度が変化していると判定した場合、スリップ状態が解消されたと判定し、ステップＳ１８０へと処理を進める。ステップＳ１８０にて、駆動制御部９３として機能する制御部９０は、モータ８０の制動力を目標値まで大きくする。例えば、負荷レベルとしてレベル１が指定されていた場合、制御部９０は、ステップＳ１８０において、制動力の大きさを、図４に示した関数Ｆｎ１によって定まる値と一致するように大きくする。他の実施形態では、制御部９０は、ステップＳ１８０において、例えば、モータ８０の制動力を段階的に大きくするごとにスリップ状態であるか否かを判定し、スリップ状態であると判定された場合にモータ８０の制動力を小さくしてスリップ状態を解消し、再度、モータ８０の制動力を段階的に大きくする処理を繰り返すことによって、モータ８０の制動力を目標値まで大きくしてもよい。

【0052】

ステップＳ１９０にて、制御部９０は、負荷トレーニングを終了するか否かを判定する。制御部９０は、負荷トレーニングを終了しないと判定した場合、ステップＳ１２０に処理を戻す。制御部９０は、例えば、ユーザによってコントローラ１００を介して終了操作が入力された場合に、負荷トレーニングを終了すると判定する。

【0053】

以上で説明した本実施形態の歩行支援ロボットにおいて、スリップ判定部９６は、負荷トレーニングモードにおいて、第１情報と第２情報とに基づいてスリップ状態であるか否かを判定し、駆動制御部９３は、スリップ状態であると判定された場合に車輪４０に加えられる制動力を小さくする。これによって、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０のスリップ状態が解消されやすくなるため、車輪４０のスリップに起因してユーザの歩行動作に想定された負荷がかからない可能性が低減する。そのため、負荷トレーニングの効果の低下が抑制される。

【0054】

また、本実施形態では、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、設定部によって受け付けられた負荷の設定に基づいて制動部を制御する。そのため、設定部によってユーザの歩行能力に応じた負荷の設定を受け付けることで、負荷トレーニングモードにおいて、ユーザの歩行能力に応じた負荷を加えることができる。また、負荷トレーニングモードにおいて、車輪４０のスリップ状態が解消されやすくなるため、ユーザの歩行能力に応じた負荷がかからない可能性が低減する。

【0055】

また、本実施形態では、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、制動部を制御して、制動力の大きさを歩行の速さに応じて変化させる。そのため、負荷トレーニングモードにおいて、例えば、より速く歩行できるユーザの歩行動作により大きな負荷を加えることで、負荷トレーニングの効果を高めることができる。また、負荷トレーニングモードにおいて、車輪４０のスリップ状態が解消されやすくなるため、歩行の速さに応じた制動力が駆動輪に加わらない可能性が低減する。

【0056】

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態における歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図である。図６は、第１実施形態で説明した図４と同様に、横軸を歩行の速さとし、縦軸を制動力の大きさとするグラフである。本実施形態では、設定部によって負荷の設定が受け付けられた際に選択される関数が、第１実施形態とは異なる。図６には、３段階の負荷レベルであるレベル１、レベル２およびレベル３に対応する、３つの関数Ｆｎ４、関数Ｆｎ５および関数Ｆｎ６が示されている。各関数は、それぞれ、歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表している。図６の例では、各関数における制動力の大きさは、第１実施形態の場合と同様に、歩行の速さが大きいほど大きい。また、各関数において、歩行の速さが０であるときの制動力の大きさは、それぞれ同じである。なお、歩行支援ロボット１１の構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

【0057】

本実施形態では、各関数は、歩行の速さが予め定められた速さを超えて増加することを抑制するように定義されている。より具体的には各関数において、歩行の速さが予め定められた速さを超える場合の傾きは、歩行の速さが予め定められた速さ以下である場合の傾きより大きい。これによって、各関数において、歩行の速さが予め定められた速さを超える場合に制動力の大きさが急激に増加するため、歩行の速さが予め定められた速さを超えにくい。例えば、図６の例では、関数Ｆｎ４において歩行の速さが速さｖ２を超えて増加することが抑制され、関数Ｆｎ５において歩行の速さが速さｖ３を超えて増加することが抑制され、関数Ｆｎ６において歩行の速さが速さｖ４を超えて増加することが抑制される。そのため、各レベルにおいて、歩行の速さが速すぎることによるユーザの躓き等が抑制される。また、速さｖ３は、速さｖ２より速く、速さｖ４は、速さｖ２および速さｖ３より速い。従って、例えば、レベル１やレベル２では歩行の速さが不足するユーザは、負荷の設定においてレベル３を指定することによって、レベル１やレベル２を指定した場合と比較して、より速い速さで歩行できる。

【0058】

以上で説明した第２実施形態の歩行支援ロボット１１によっても、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０がスリップしている状態が解消されやすくなるため、使用者の歩行動作に想定された負荷がかからない可能性が低減し、負荷トレーニングの効果の低下が抑制される。

【0059】

Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態における歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図である。図７は、第２実施形態で説明した図６と同様に、横軸を歩行の速さとし、縦軸を制動力の大きさとするグラフである。本実施形態では、設定部によって負荷の設定が受け付けられた際に選択される関数が、第２実施形態とは異なる。図７には、３段階の負荷レベルであるレベル１、レベル２およびレベル３に対応する、３つの関数Ｆｎ７、関数Ｆｎ８および関数Ｆｎ９が示されている。各関数は、それぞれ、歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表している。図７の例では、各関数における制動力の大きさは、第２実施形態の場合と同様に、歩行の速さが大きいほど大きい。なお、歩行支援ロボット１１の構成のうち、特に説明しない部分については、第２実施形態と同様である。

【0060】

本実施形態では、各関数は、第２実施形態と同様に、歩行の速さが予め定められた速さを超えて増加することを抑制するように定義されている。図７の例では、関数Ｆｎ７において歩行の速さが速さｖ５を超えて増加することが抑制され、関数Ｆｎ８において歩行の速さが速さｖ６を超えて増加することが抑制され、関数Ｆｎ９において歩行の速さが速さｖ７を超えて増加することが抑制される。速さｖ６は、速さｖ５より速く、速さｖ７は、速さｖ６および速さｖ５より速い。

【0061】

図７に示すように、本実施形態では、第２実施形態と異なり、各関数において、歩行の速さが予め定められた速さ以下である場合の制動力の大きさは、負荷レベルが高いほど大きくなる。従って、例えば、レベル１やレベル２では負荷の大きさが不足するユーザは、レベル３を指定することによって、レベル１やレベル２を指定した場合と比較して、歩行動作により大きな負荷を加えることができる。また、例えば、レベル３において速さｖ６を超える速さで歩行することが可能な歩行能力を有するユーザは、レベル３を指定することによって、レベル１やレベル２を指定する場合よりもより速い速さで歩行できる可能性が高まるため、負荷トレーニングの効果を高めることができる。

【0062】

以上で説明した第３実施形態の歩行支援ロボット１１によっても、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０がスリップしている状態が解消されやすくなるため、使用者の歩行動作に想定された負荷がかからない可能性が低減し、負荷トレーニングの効果の低下が抑制される。

【0063】

Ｄ．第４実施形態：
図８は、第４実施形態における歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す関数の例を示す図である。図８は、第３実施形態で説明した図７と同様に、横軸を歩行の速さとし、縦軸を制動力の大きさとするグラフである。本実施形態では、第３実施形態とは異なり、駆動制御部９３として機能する制御部９０は、制動力の大きさを、歩行の速さと歩行時間とに応じて変化させる。なお、歩行支援ロボット１１の構成のうち、特に説明しない部分については、第３実施形態と同様である。

【0064】

本実施形態では、コントローラ１００は、負荷レベル毎に複数の関数からなる関数群を記憶している。コントローラ１００は、ユーザからの負荷レベルの指定を受け付けることによって、指定された負荷レベルに対応する関数群を選択する。関数群に含まれる各関数は、第３実施形態と同様に、歩行の速さと制動力の大きさとの関係を表す。図８の例では、各関数における制動力の大きさは、歩行の速さが大きいほど大きい。一方で、各関数には、第３実施形態とは異なり、各関数が選択される歩行時間の条件が定められている。歩行時間とは、歩行支援ロボット１１を使用した歩行動作が開始されてから、現在時刻に至るまでに経過した時間を指す。制御部９０は、負荷トレーニングモードにおいて、歩行時間に応じて、指定された関数群に含まれる関数のうち一つを選択し、選択された関数に基づいてモータ８０の制動力を制御する。

【0065】

図８に示すように、本実施形態のコントローラ１００は、レベル１に対応する関数群として、関数Ｆｎ１０ａ、関数Ｆｎ１０ｂ、および、関数Ｆｎ１０ｃからなる関数群Ｆｎ１０を記憶している。関数Ｆｎ１０ａは、歩行時間が時間ｔ１未満である場合に選択され、関数Ｆｎ１０ｂは、歩行時間が時間ｔ１以上かつ時間ｔ２未満である場合に選択され、関数Ｆｎ１０ｃは、歩行時間が時間ｔ２以上である場合に選択される。他の実施形態では、コントローラ１００は、例えば、レベル２やレベル３に対応する関数群を記憶していてもよい。また、関数群は、制御部９０に記憶されていてもよい。

【0066】

本実施形態では、関数群に含まれる各関数は、第２実施形態の各関数と同様に、歩行の速さが予め定められた速さを超えて増加することを抑制するように定義されている。図８の例では、関数Ｆｎ１０ａにおいて歩行の速さが速さｖ８を超えて増加することが抑制され、関数Ｆｎ１０ｂにおいて歩行の速さが速さｖ９を超えて増加することが抑制され、関数Ｆｎ１０ｃにおいて歩行の速さが速さｖ１０を超えて増加することが抑制される。速さｖ９は、速さｖ１０より速く、速さｖ８は、速さｖ９および速さｖ１０より速い。そのため、歩行時間が時間ｔ１以上である場合、歩行時間がｔ１未満である場合と比較して、より遅い速さで速さの増加が規制される。同様に、歩行時間が時間ｔ２以上である場合、歩行時間がｔ２未満である場合と比較して、より遅い速さで速さの増加が規制される。そのため、疲労によるユーザの躓き等が抑制される。

【0067】

また、本実施形態では、関数群に含まれる各関数において、歩行の速さが予め定められた速さ以下である場合の制動力の大きさは、関数Ｆｎ１０ａ、関数Ｆｎ１０ｂ、関数Ｆｎ１０ｃの順に小さくなる。従って、歩行の速さが予め定められた速さ以下である場合の制動力の大きさは、歩行時間が時間ｔ１以上である場合、歩行時間がｔ１未満である場合と比較して小さく、更に、歩行時間が時間ｔ２以上である場合、歩行時間がｔ２未満である場合と比較して小さい。そのため、長時間の歩行に起因する疲労によるユーザの歩行速度の低下が抑制される。

【0068】

以上で説明した第４実施形態の歩行支援ロボット１１によっても、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０がスリップしている状態が解消されやすくなるため、使用者の歩行動作に想定された負荷がかからない可能性が低減し、負荷トレーニングの効果の低下が抑制される。特に本実施形態では、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、制動部を制御して、制動力の大きさを歩行時間に応じて変化させる。そのため、例えば、長時間の歩行によるユーザの疲労状態を加味して、ユーザの歩行動作に適切な負荷を加えることができる。

【0069】

なお、駆動制御部９３は、例えば、負荷トレーニングモードにおいて、第４実施形態で制動力の大きさを歩行時間に応じて変化させるのと同様に、制動力の大きさを制動力の持続時間に応じて変化させてもよい。制動力の持続時間は、歩行支援ロボット１１のユーザに負荷トレーニングによる負荷が加わっている時間を表す。そのため、駆動制御部９３が制動力の大きさを制動力の持続時間に応じて変化させる場合、負荷トレーニングによるユーザの疲労状態を加味して、ユーザの歩行動作に適切な負荷を加えることができる。この場合、コントローラ１００は、各関数が選択される制動力の持続時間の条件が定められた複数の関数によって構成される関数群を記憶し、ユーザからの負荷レベルの指定を受け付けた場合、指定された負荷レベルに対応する関数群を選択するように構成されていてもよい。

【0070】

Ｅ．第５実施形態：
図９は、第５実施形態における負荷トレーニング処理を示すフローチャートである。本実施形態では、第１実施形態と異なり、スリップ判定部９６として機能する制御部９０は、第１情報および第２情報に加え、傾斜検出部によって検出される車体部２０の前後方向の水平面に対する傾きに基づいて、スリップ状態であるか否かを判定する。本実施形態では、上述した加速度検出部８７が傾斜検出部として機能する。なお、図９では、図５に示した第１実施形態における負荷トレーニング処理と同様の工程には、図５と同じ符号が付されている。また、歩行支援ロボット１１の構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

【0071】

本実施形態では、図９のステップＳ１３０が実行された後、ステップＳ１３２にて、制御部９０は、加速度検出部８７によって検出された路面の勾配に関する情報に基づいて、車体部２０が前後方向の水平面に対して傾いているか否かを判定する。ステップＳ１３２で車体部２０が前後に傾いていないと判定された場合、制御部９０は、ステップＳ１４０へと処理を進め、その後の工程を第１実施形態の場合と同様に実行する。ステップＳ１３２で車体部２０が前後方向の水平面に対して傾いていると判定された場合、ステップＳ１３４にて、制御部９０は、ステップＳ１３０で取得した車体部２０の前後方向の加速度を補正する。

【0072】

図１０は、第４実施形態における歩行支援ロボット１１が傾いた路面ＲＳ２を走行する様子を示す図である。路面ＲＳ２は、水平面に対して角度θ傾いた傾斜を有している。図１０において、歩行支援ロボット１１は、路面ＲＳ２の傾きに沿って、路面ＲＳ２を上るように走行している。この場合、加速度検出部８７は、車体部２０の前後方向の加速度として、ユーザが歩行支援ロボット１１を押すことによって生じる加速度ａと、重力加速度の前後方向に沿った成分である加速度ｇｓｉｎθとが反映された加速度を検出している。従って、制御部９０は、上述したステップＳ１３４において、ステップＳ１３０で取得した加速度から、重力加速度に由来する加速度ｇｓｉｎθを差し引くことによって、加速度を補正する。制御部９０は、その後のステップＳ１４０において、ステップＳ１３４で補正された加速度に基づいて、車体部２０の前後方向の加速度が生じているか否かを判定する。

【0073】

以上で説明した第５実施形態の歩行支援ロボット１１によっても、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０がスリップしている状態が解消されやすくなるため、使用者の歩行動作に想定された負荷がかからない可能性が低減し、負荷トレーニングの効果の低下が抑制される。特に、本実施形態では、スリップ判定部９６は、車体部２０の前後方向の水平面に対する傾きと、第１情報と、第２情報とに基づいてスリップ状態であるか否かを判定する。そのため、負荷トレーニングモードにおいて、歩行支援ロボット１１が傾いた路面を走行している場合であっても、車輪４０がスリップしているか否かを適切に判定できる。

【0074】

Ｆ．第６実施形態：
図１１は、第６実施形態における歩行支援ロボット１１の概略構成を示す第１の側面図である。図１２は、第６実施形態における歩行支援ロボット１１の概略構成を示す第２の側面図である。本実施形態の歩行支援ロボット１１は、第１実施形態と異なり、動作モードとして、反発モードを更に備える。なお、歩行支援ロボット１１の構成のうち、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様である。

【0075】

反発モードは、静止制御と、反発制御とを有する。静止制御とは、ユーザによって押されて前進する歩行支援ロボット１１を静止させる制御を指し、反発制御とは、静止制御によって静止した歩行支援ロボットを後退させてユーザを押し返す制御を指す。

【0076】

上述した図１１には、ユーザＰによって押される前の静止している歩行支援ロボット１１が示され、図１２には、ユーザＰによって前方に押され、車輪４０が回転することによって前方に移動した歩行支援ロボット１１が示されている。図１１では、前輪４１の前端は、位置Ｐ１に位置している。図１２では、前輪４１の前端は、位置Ｐ１よりも前方の位置Ｐ２に位置している。

【0077】

駆動制御部９３として機能する制御部９０は、静止制御において、前進する歩行支援ロボット１１を静止させるための静止制動力を車輪４０に加え、反発制御において、歩行支援ロボット１１を後退させるための後退トルクを車輪４０に加える。本実施形態では、制御部９０は、反発モードにおいて、モータ８０の回転角度を取得し、モータ８０の回転角度をフィードバック制御することによって、静止制動力および後退トルクとして、車輪４０の回転角度を歩行支援ロボット１１が押されていない状態における回転角度に維持するための維持トルクを、車輪４０に加える。より具体的には、制御部９０は、反発モードにおいて、歩行支援ロボット１１が押される前のモータ８０の回転角度と現在のモータ８０の回転角度との間の差異を検出した場合に、モータ８０の回転角度を歩行支援ロボット１１が押される前の回転角度へと戻すように、モータ８０を逆回転させる方向のトルクをモータ８０に加える。このときに後輪４２に加わるトルクが、上述した維持トルクに相当する。例えば、上述した図１１および図１２の例では、制御部９０は、歩行支援ロボット１１が前進する間に後輪４２が左回りに回転することによってモータ８０が左回りに回転した角度分、モータ８０を右回りに回転させるように、モータ８０の駆動を制御する。これによって、図１２において、後輪４２には、車体部２０を位置Ｐ２と位置Ｐ１との間の距離に相当する距離後退させるための、右回りの維持トルクＢＴが生じる。

【0078】

反発モードにおいて、ユーザＰは、例えば、体重移動トレーニングを行うことができる。より具体的には、反発モードにおいて、ユーザＰが歩行支援ロボット１１を押すことで後輪４２に維持トルクＢＴが発生するため、歩行支援ロボット１１を押したユーザＰは、歩行支援ロボット１１によって押し返されることができる。そのため、例えば、歩行が困難なユーザであっても、歩行支援ロボット１１を用いて体重を前後に移動させるトレーニングを実施できる。また、本実施形態では、反発モードにおいて、維持トルクＢＴによって、歩行支援ロボット１１が静止した位置から移動することが抑制されるため、例えば、ユーザが歩行支援ロボット１１に寄りかかる場合にユーザの体重を歩行支援ロボット１１に預けやすくなる。

【0079】

スリップ判定部９６として機能する制御部９０は、反発モードの静止制御において、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０がスリップしているか否かを判定するのと同様に、第１情報と第２情報とに基づいて車輪４０がスリップしているか否かを判定する。静止制御において車輪４０がスリップしている場合、反発制御において歩行支援ロボット１１が元の位置まで後退しない可能性が高まり、体重移動トレーニングの効果が低下する可能性が高まる。

【0080】

駆動制御部９３として機能する制御部９０は、反発モードの静止制御において、スリップ判定部９６によって車輪４０がスリップしていると判定された場合、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０に加える制動力を小さくするのと同様に、車輪４０に加える静止制動力を小さくする。従って、本実施形態では、車輪４０がスリップしていると判定された場合、制御部９０は、車輪４０に加える維持トルクを小さくする。これによって、反発モードにおいても、負荷トレーニングモードと同様に、車輪４０がスリップしている状態が解消されやすくなる。

【0081】

なお、制御部９０は、例えば、反発モードにおいて、モータ８０に負荷が加わりすぎていることを検知した場合に、維持トルクを小さくしつつ、維持トルクを小さくすることに関する情報をコントローラ１００に表示してユーザに通知してもよい。これによって、モータ８０に更なる負荷が加わることが抑制され、かつ、ユーザは、例えば、ブレーキレバー７３を使用して後輪４２を制動し、歩行支援ロボット１１を静止させることができる。制御部９０は、モータ８０に負荷が加わりすぎていることを、例えば、モータ８０の温度に基づいて検知してもよいし、モータ８０に流れる電流値および電流値の持続時間に基づいて検知してもよい。また、制御部９０は、ユーザへの通知を、例えば、コントローラとは異なる表示部等を介して行ってもよいし、視覚情報ではなく音声情報によって行ってもよい。

【0082】

以上で説明した第６実施形態の歩行支援ロボット１１によっても、負荷トレーニングモードにおいて車輪４０がスリップしている状態が解消されやすくなるため、使用者の歩行動作に想定された負荷がかからない可能性が低減し、負荷トレーニングの効果の低下が抑制される。特に、本実施形態では、歩行支援ロボット１１は、動作モードとして、静止制御と反発制御とを有する反発モードを備え、スリップ判定部９６は、反発モードの静止制御において、第１情報と第２情報とに基づいて車輪４０がスリップしているか否かを判定し、駆動制御部９３は、静止制御において、車輪４０がスリップしていると判定された場合に、静止制動力を小さくする。そのため、反発モードによって、ユーザに体重移動トレーニングを提供できる。また、反発モードにおいて車輪４０がスリップしている状態が解消されやすくなるため、体重移動トレーニングを適切に実行できる可能性が高まる。

【0083】

また、本実施形態では、駆動制御部９３は、反発モードにおいて、モータ８０を制御することによって、車輪４０に、静止制動力および後退トルクとして維持トルクを加える。そのため、簡易な制御によって反発モードを実現できる。

【0084】

なお、他の実施形態では、駆動制御部９３は、反発モードにおいて、静止制動力および後退トルクとして、車輪４０に維持トルクを加えなくてもよい。例えば、駆動制御部９３は、静止制御において、静止制動力として、負荷トレーニングモードにおける場合と同様に、制動部として機能するモータ８０による回生制動力を加えてもよい。この場合、駆動制御部９３は、例えば、静止制御において、加速度検出部８７によって検出される加速度に基づいて歩行支援ロボット１１が静止したことを検出した後、反発制御において、モータ８０の回転角度を歩行支援ロボット１１が押される前の回転角度に戻すようにモータ８０を制御することによって、車輪４０に後退トルクを加えてもよい。

【0085】

Ｇ．他の実施形態：
（Ｇ－１）上記実施形態では、スリップ判定部９６は、図５に示した負荷トレーニング処理のステップＳ１４０で、モータ８０が回転しておらず、かつ、車体部２０の前後方向の加速度が生じていると判定した場合に、車輪４０がスリップしていると判定している。これに対して、スリップ判定部９６は、第１情報と第２情報とに基づいて、他の方法によって車輪４０がスリップしているか否かを判定してもよい。例えば、スリップ判定部９６は、ステップＳ１４０において、モータ８０の回転角度に基づいて算出した車体部２０の速さと、車体部２０の加速度の積分値として算出される車体部２０の擬似的な速さとを比較し、両者の速さの差異が予め定められた閾値を超える場合に、車輪４０がスリップしていると判定してもよい。この場合、速さの閾値は、例えば、車輪４０がスリップしていない際の両者の速さの差異に基づいて定められる。

【0086】

（Ｇ－２）上記実施形態では、モータ８０が制動部として機能している。これに対して、モータ８０が制動部として機能しなくてもよく、モータ８０とは別体の制動部が設けられていてもよい。この場合、制動部は、例えば、上記実施形態のモータ８０と同様に回生ブレーキであってもよいし、駆動制御部９３によって制御されて制動力を変化させることが可能に構成された摩擦ブレーキであってもよい。

【0087】

（Ｇ－３）上記実施形態では、第１取得部９４は、第１情報として、車体部２０の前後方向の加速度を取得している。これに対して、第１取得部９４は、第１情報として、車体部２０の前後方向の加速度を取得しなくてもよい。例えば、第１取得部９４は、第１情報として、ＧＮＳＳ等の衛星測位システムによって取得される位置情報に基づいて算出される車体部２０の速さを取得してもよいし、カメラによって撮影される路面ＲＳの画像から得られる車体部２０の速さを取得してもよい。また、このように第１情報として車体部２０の速さが取得される場合、スリップ判定部９６は、例えば、図５のステップＳ１４０において、モータ８０の回転角度に基づいて算出した車体部２０の速さと、第１取得部９４に取得された車体部２０の速さとを比較し、両者の速さの差異が予め定められた閾値を超える場合に、車輪４０がスリップしていると判定してもよい。

【0088】

（Ｇ－４）上記実施形態では、第２取得部９５は、第２情報として、モータ８０の回転角度を取得している。これに対して、第２取得部９５は、第２情報として、モータ８０の回転角度を取得しなくてもよい。例えば、第２取得部９５は、第２情報として、カメラによって撮影される車輪４０の回転状態を表す画像を取得し、スリップ判定部９６は、第２取得部９５によって取得された画像を解析することによって、車輪４０が回転した角度を算出してもよい。

【0089】

（Ｇ－５）上記実施形態では、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、制動部を制御して、制動力の大きさを、歩行の速さ、歩行時間、又は、制動力の持続時間のうち、少なくともいずれか１つに応じて変化させている。これに対して、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、制動力の大きさを、歩行時間、歩行の速さ、又は、制動力の持続時間のうち、少なくともいずれか１つに応じて変化させなくてもよい。例えば、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、制動力の大きさを、歩行の速さや、歩行時間、制動力の持続時間によらず、一定に制御してもよい。また、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、制動力の大きさを、車体部２０の前後方向の加速度等の他のパラメータに応じて変化させてもよい。

【0090】

（Ｇ－６）上記実施形態では、設定部は、ユーザからの負荷レベルの指定を受け付けた場合、指定された負荷レベルに対応する関数又は関数群を選択している。これに対して、設定部は、例えば、ユーザからの負荷レベルの指定を受け付け、指定された負荷レベルに対応する一定の制動力の大きさを選択することによって、負荷の設定を行ってもよい。この場合、駆動制御部９３は、負荷トレーニングモードにおいて、制動力の大きさを、歩行時間等によらず、選択された一定の大きさに制御する。また、設定部は、ユーザからの負荷レベルの指定を受け付けることによって負荷の設定を受け付けなくてもよい。例えば、設定部は、図４に示した関数Ｆｎ２と、図６に示した関数Ｆｎ５と、図８に示した関数群Ｆｎ１０とを記憶し、ユーザからの関数又は関数群の指定や、関数又は関数群を指定するためのモード等の指定を受け付けることによって、負荷の設定を受け付けてもよい。この場合、駆動制御部９３として機能する制御部９０は、関数Ｆｎ２や関数Ｆｎ５が指定された場合には、制動力の大きさを歩行の速さに応じて制御し、関数群Ｆｎ１０が指定された場合には、制動力の大きさを歩行の速さ及び歩行時間に応じて制御する。更に、設定部は、例えば、上述した関数又は関数群を指定するためのモード等の指定と、負荷レベルの指定との両方を受け付けることによって、負荷の設定を受け付けてもよい。

【0091】

（Ｇ－７）上記実施形態では、歩行支援ロボット１１は、設定部を備えている。これに対して、歩行支援ロボット１１は、設定部を備えていなくてもよい。

【0092】

（Ｇ－８）上記実施形態では、加速度検出部８７が傾斜検出部として機能している。これに対して、例えば、傾斜検出部として、加速度検出部８７とは別体の加速度センサ等が設けられていてもよい。また、傾斜検出部が設けられていなくてもよい。

【0093】

（Ｇ－９）上記実施形態のコントローラ１００は、負荷トレーニングモードにおけるユーザの歩行状態等を収集可能に構成されていてもよい。例えば、コントローラ１００は、歩行速度や、歩行距離、負荷の設定の履歴等を収集し、ユーザの識別ＩＤごとに記憶してもよい。ユーザの識別ＩＤは、例えば、ユーザによってコントローラ１００を介して入力される。この場合、コントローラ１００は、収集し記憶した各データをユーザの識別ＩＤごとに表示可能に構成されていてもよい。更に、コントローラ１００は、アシストモード等の他のモードにおけるユーザの歩行状態等を収集してもよい。また、コントローラ１００ではなく、例えば、制御部９０等が上記の歩行状態等を収集可能に構成されていてもよい。

【0094】

（Ｇ－１０）上記実施形態では、歩行支援ロボット１１は、動作モードとして、アシストモードを有している。これに対して、歩行支援ロボット１１は、動作モードとして、アシストモードを有していなくてもよい。この場合、歩行支援ロボット１１は、例えば、モータ８０を備えていなくてもよい。また、この場合、駆動制御部９３は、モータ８０を制御しなくてもよく、例えば、摩擦ブレーキ等によって構成された制動部のみを制御してもよい。

【0095】

（Ｇ－１１）上記実施形態では、歩行支援ロボット１１は、動作モードとして、腕振り歩行トレーニングモードを有している。これに対して、歩行支援ロボット１１は、動作モードとして、腕振り歩行トレーニングモードを有していなくてもよい。

【0096】

（Ｇ－１２）上記実施形態では、歩行支援ロボット１１は、第１把持部７１と第２把持部７２とを備えている。これに対して、歩行支援ロボット１１は、第１把持部７１と第２把持部７２とうちいずれか一方、又は、両方を備えていなくてもよい。また、歩行支援ロボット１１は、例えば、歩行中又は体重移動トレーニング中のユーザの肘や上体を支持可能に構成された支持部を有していてもよい。

【0097】

（Ｇ－１３）上記実施形態の歩行支援ロボット１１は、例えば、前方に座部を備え、車椅子として使用可能に構成されていてもよい。

【0098】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0099】

１１…歩行支援ロボット、２０…車体部、３０…フレーム、３１…中央フレーム、３２…左フレーム、３３…右フレーム、３５…収納部、３９…ネジ、４０…車輪、４１…前輪、４２…後輪、５０…アーム部、５１…外ケース、５２…接続部、５３…隔壁、５４…内ケース、５５…カラー、５６…ダンパ、５９…連結部材、６０…ハンドル移動部、６１…シャフト、６２…フランジ部、６３…凹部、６４…シャフト支持部、６６…ロックピン、６８…第１弾性部材、６９…第２弾性部材、７０…ハンドルユニット、７１…第１把持部、７２…第２把持部、７３…ブレーキレバー、７４…ブレーキワイヤ、８０…モータ、８５…バッテリ、８６…回生電力消費部、８７…加速度検出部、９０…制御部、９３…駆動制御部、９４…第１取得部、９５…第２取得部、９６…スリップ判定部、１００…コントローラ、１０９…固定部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】