特許 7578094 検出システム、歩行訓練システム、検出方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】検出システム、歩行訓練システム、検出方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20241029BHJP

   A61H 1/02 20060101ALI20241029BHJP

   A61H 3/00 20060101ALI20241029BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 230

A61H1/02 R

A61H3/00 Z

G01L5/00 101Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021188343

(22)【出願日】2021-11-19

(65)【公開番号】P2023075436

(43)【公開日】2023-05-31

【審査請求日】2023-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 洋

【審査官】藤原 伸二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９６２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５３７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２００４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０５１５７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／１１

Ａ６１Ｈ １／０２

Ａ６１Ｈ ３／００

Ｇ０１Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサから計測情報を取得する取得部と、
前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の、総荷重値を算出する算出部と、
前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定する判定部と、
前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始する補正部と
を備える検出システム。

【請求項2】

前記判定部は、オフセットされた前記総荷重値が減少傾向にあり、かつ前記判定値未満となった場合、前記動作状態が第２動作状態であると判定する
請求項１に記載の検出システム。

【請求項3】

前記補正部は、入力荷重に対する前記荷重分布センサの出力特性と、前記被験者の属性とに基づいて、前記オフセットフィルタを生成する
請求項１又は２に記載の検出システム。

【請求項4】

前記補正部は、前記入力荷重に対する前記荷重分布センサの前記出力特性と、前記被験者の体重とに基づいて、前記オフセットフィルタを生成する
請求項３に記載の検出システム。

【請求項5】

前記補正部は、前記動作状態が前記第１動作状態であると判定された場合、前記被験者の前記足裏の接地初期の状態に基づいて、前記オフセットフィルタを生成する
請求項１から４のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項6】

前記判定部は、前記足裏領域の面積が所定面積閾値以上となった場合、前記動作状態が前記第１動作状態であると判定する
請求項１から５のいずれか一項に記載の検出システム。

【請求項7】

被験者の脚の動作状態に基づいて、前記被験者の少なくとも一方の脚に装着された脚ロボットの伸展を制御する制御装置と、
前記被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサと、
検出装置と
を備え、
前記検出装置は、
前記荷重分布センサから計測情報を取得する取得部と、
前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の総荷重値を算出する算出部と、
前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定する判定部と、
前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始する補正部と
を有する、歩行訓練システム。

【請求項8】

前記判定部は、オフセットされた前記総荷重値が減少傾向にあり、かつ前記判定値未満となった場合、前記動作状態が第２動作状態であると判定する
請求項７に記載の歩行訓練システム。

【請求項9】

前記制御装置は、前記第２動作状態が検出されたことに応じて、前記脚ロボットの伸展を制御する
請求項８に記載の歩行訓練システム。

【請求項10】

コンピュータによって実行される検出方法であって、
被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサから計測情報を取得するステップと、
前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の総荷重値を算出するステップと、
前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定するステップと、
前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始するステップと
を備える検出方法。

【請求項11】

被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサから計測情報を取得するステップと、
前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の総荷重値を算出するステップと、
前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定するステップと、
前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始するステップと
を備える検出方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出システム、歩行訓練システム、検出方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

リハビリテーション（以下、リハビリと呼ぶ）の患者が歩行動作を訓練するための歩行訓練システムが開発されている。歩行訓練システムでは、トレッドミルに設置された荷重分布センサにより、訓練者の荷重分布を計測する。例えば、特許文献１には、２種類のループ電極群と、その上の弾性体と、その上の導電性物質からなる圧力分布検出装置が開示されている。そして歩行訓練システムは、計測結果から得られる荷重値に基づいて訓練者の歩行状態を測定し、訓練者の関節の動きを補助する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２００６／１０６７１４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、歩行訓練システムは、荷重値が制御判定値を超えてから再び制御判定値を下回る場合、訓練者が踏み込む力を抜き始めた状態を検出して、訓練者の関節の伸展を補助する。しかし、上述の特許文献１に記載の圧力分布検出装置を歩行訓練システムに用いた場合、弾性部材中で応力が徐々に伝達されるため、荷重分布センサの出力が実際にかけた荷重から乖離する。これにより、踏み込む力を抜き始めた状態を誤検出することがあるという問題があった。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、脚の動作状態の検出精度を向上させる検出システム、歩行訓練システム、検出方法およびプログラムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様にかかる検出システムは、取得部と、算出部と、判定部と、補正部とを備える。前記取得部は、被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサから計測情報を取得する。前記算出部は、前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の総荷重値を算出する。前記判定部は、前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定する。前記補正部は、前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始する。これにより、検出システムは、脚の動作状態の検出精度を向上させることができる。また前記判定部は、オフセットされた前記総荷重値が減少傾向にあり、かつ前記判定値未満となった場合、前記動作状態が第２動作状態であると判定してよい。これにより、踏み込む力を抜き始めた状態の誤検出を回避できる。

【0007】

ここで、前記補正部は、入力荷重に対する前記荷重分布センサの出力特性と、前記被験者の属性とに基づいて、前記オフセットフィルタを生成してよい。これにより、被験者の属性から推定される入力荷重のパターンに応じた荷重分布センサの出力特性を、オフセット量に反映させることが可能となる。

【0008】

特に、前記補正部は、前記入力荷重に対する前記荷重分布センサの前記出力特性と、前記被験者の体重とに基づいて、前記オフセットフィルタを生成してよい。入力荷重を体重値から推定することで、容易かつ精度よくオフセットフィルタを生成できる。

【0009】

また、前記補正部は、前記動作状態が前記第１動作状態であると判定された場合、前記被験者の前記足裏の接地初期の状態に基づいて、前記オフセットフィルタを生成してよい。これにより、前記補正部は、訓練者９００の歩行状態に適したオフセット補正を実行することができる。

【0010】

尚、前記判定部は、前記足裏領域の面積が所定面積閾値以上となった場合、前記動作状態が前記第１動作状態であると判定してもよい。

【0011】

本発明の一態様にかかる歩行訓練システムは、被験者の脚の動作状態に基づいて、前記被験者の少なくとも一方の脚に装着された脚ロボットの伸展を制御する制御装置と、前記被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサと、検出装置とを備える。前記検出装置は、取得部と、算出部と、判定部と、補正部とを備える。前記取得部は、前記荷重分布センサから計測情報を取得する。前記算出部は、前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の総荷重値を算出する。前記判定部は、前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定する。前記補正部は、前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始する。これにより、歩行訓練システムは、脚の動作状態の検出精度を向上させることができる。また前記判定部は、オフセットされた前記総荷重値が減少傾向にあり、かつ前記判定値未満となった場合、前記動作状態が第２動作状態であると判定してよい。これにより、踏み込む力を抜き始めた状態の誤検出を回避できる。

【0012】

尚、前記制御装置は、前記第２動作状態が検出されたことに応じて、前記脚ロボットの伸展を制御してよい。

【0013】

本発明の一態様にかかる検出方法は、被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサから計測情報を取得するステップと、前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の総荷重値を算出するステップと、前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定するステップと、前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始するステップとを備える。これにより、脚の動作状態の検出精度を向上させることができる。

【0014】

本発明の一態様にかかるプログラムは、検出方法をコンピュータに実行させる。前記検出方法は、被験者の足裏から受ける荷重の分布を検出する荷重分布センサから計測情報を取得するステップと、前記計測情報に基づいて、前記被験者のいずれか一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域の総荷重値を算出するステップと、前記総荷重値に基づいて、前記いずれか一方の脚の動作状態を判定するステップと、前記動作状態が、前記総荷重値が増加傾向にあり、かつ予め定められた判定値以上である第１動作状態であると判定されたことに応じて、経過時間とともにオフセット量が減少するオフセットフィルタを用いて前記総荷重値をオフセットすることを開始するステップとを備える。これにより、脚の動作状態の検出精度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明により、脚の動作状態の検出精度を向上させる検出システム、歩行訓練システム、検出方法およびプログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態にかかる歩行訓練システムの概略斜視図である。

【図2】歩行補助装置の一構成例を示す概略斜視図である。

【図3】本実施形態にかかるトレッドミルの側面図および上面図である。

【図4】入力荷重に対する荷重分布センサの出力特性の一例を示す図である。

【図5】歩行中の訓練者の片脚の足裏から荷重を受けた場合の荷重分布センサの出力特性の一例を示す図である。

【図6】本実施形態にかかるオフセット量の一例を説明するための図である。

【図7】本実施形態にかかる検出装置の概略構成を示すブロック図である。

【図8】本実施形態にかかる検出方法の手順を示すフローチャートである。

【図9】本実施形態にかかるオフセットフィルタの一例を示す図である。

【図10】本実施形態にかかるオフセットフィルタの他の例を示す図である。

【図11】本実施形態にかかる足裏領域の推定処理を説明するための図である。

【図12】本実施形態にかかる検出装置及びシステム制御部として用いられるコンピュータの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、実施形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。

【0018】

図１は、本実施形態にかかる歩行訓練システム１の概略斜視図である。歩行訓練システム１は、本実施形態にかかる検出装置（検出システムとも呼ばれる）が適用されることができるシステムの一例である。歩行訓練システム１は、一方の脚に麻痺を患う片麻痺患者である訓練者９００が、歩行訓練を行うためのシステムである。訓練者９００は、被験者とも呼ばれる。なお、以下の説明における上下方向、左右方向、前後方向は、訓練者９００の向きを基準とする方向である。

【0019】

歩行訓練システム１は、主に、全体の骨格を成すフレーム１３０に取り付けられた制御盤１３３と、訓練者９００が歩行するトレッドミル１３１と、訓練者９００の少なくとも一方の脚に装着された歩行補助装置１２０とを備える。本実施形態では、少なくとも一方の脚は、訓練者９００の麻痺側の脚部である患脚である。

【0020】

フレーム１３０は、床面に設置されるトレッドミル１３１上に立設されている。トレッドミル１３１は、不図示のモータによりリング状のベルト１３２を回転させる。これにより、ベルト１３２は、周回軌道に沿って走行する。トレッドミル１３１は、訓練者９００の歩行を促す装置である。歩行訓練を行う訓練者９００は、ベルト１３２に乗り、ベルト１３２上に形成された歩行面に対して、歩行動作を試みる。

【0021】

フレーム１３０は、制御盤１３３、訓練用モニタ１３８および音声出力部１３９を支持している。
制御盤１３３は、検出装置１００とシステム制御部２００とを収容する。検出装置１００は、センサの計測結果から歩行面を歩行する訓練者９００の脚の動作状態を検出するコンピュータ装置である。システム制御部２００は、制御装置とも呼ばれ、センサやモータの制御を行うコンピュータ装置である。例えばシステム制御部２００は、検出装置１００が検出した訓練者９００の脚の動作状態に基づいて歩行補助装置１２０の伸展を制御する。

【0022】

訓練用モニタ１３８は、訓練や測定に関する情報を訓練者９００へ呈示する表示装置である。訓練用モニタ１３８は、例えば液晶パネルである。訓練用モニタ１３８は、訓練者９００がトレッドミル１３１のベルト１３２上を歩行しながら視認できるように設置されている。

【0023】

音声出力部１３９は、訓練や測定に関する情報を音声で出力し、訓練者９００に対して報知する。音声出力部１３９は、例えばスピーカである。音声出力部１３９は、訓練者９００がトレッドミル１３１のベルト１３２上を歩行しながら聞こえる位置に設置されている。

【0024】

また、フレーム１３０は、訓練者９００の頭上部前方付近で前側引張部１３５を、頭上部付近でハーネス引張部１１２を、頭上部後方付近で後側引張部１３７を支持している。また、フレーム１３０は、訓練者９００が掴むための手摺り１３０ａを含んでよい。

【0025】

カメラ１４０は、正面から訓練者９００の歩容が認識できる画角で訓練者９００を撮像する正面カメラユニットである。カメラ１４０は、側面から訓練者９００の歩容が認識できる画角で訓練者９００を撮像する側面カメラユニットを含んでもよい。本実施形態におけるカメラ１４０は、ベルト１３２上に立つ訓練者９００の頭部を含む全身を捉えられる画角となるようなレンズと撮像素子とのセットを含む。撮像素子は、例えばＣＭＯＳイメージセンサであり、結像面に結像した光学像を画像信号に変換する。カメラ１４０は、訓練用モニタ１３８の近傍に、訓練者９００と相対するように設置される。なおカメラ１４０が側面カメラユニットを含む場合は、側面カメラユニットは、手摺り１３０ａに、訓練者９００を側方から捉えるように設置されてよい。

【0026】

前側ワイヤ１３４は、一端が前側引張部１３５の巻取機構に連結されており、他端が歩行補助装置１２０に連結されている。前側引張部１３５の巻取機構は、システム制御部２００の指示に従って不図示のモータをオン／オフさせることにより、患脚の動きに応じて前側ワイヤ１３４を巻き取ったり繰り出したりする。同様に、後側ワイヤ１３６は、一端が後側引張部１３７の巻取機構に連結されており、他端が歩行補助装置１２０に連結されている。後側引張部１３７の巻取機構は、システム制御部２００の指示に従って不図示のモータをオン／オフさせることにより、患脚の動きに応じて後側ワイヤ１３６を巻き取ったり繰り出したりする。このような前側引張部１３５と後側引張部１３７の連携した動作により、歩行補助装置１２０の荷重が患脚の負担とならないように当該荷重を相殺し、更には、設定の程度に応じて患脚の振り出し動作をアシストする。

【0027】

訓練補助者であるオペレータ９１０は、重度の麻痺を抱える訓練者に対しては、アシストするレベルを大きく設定する。オペレータ９１０は、歩行訓練システム１の設定項目を選択したり、修正したり、追加したりする権限を有する理学療法士や医師である。アシストするレベルが大きく設定されると、前側引張部１３５は、患脚の振り出しタイミングに合わせて、比較的大きな力で前側ワイヤ１３４を巻き取る。訓練が進み、アシストが必要でなくなったら、オペレータは、アシストするレベルを最小に設定する。アシストするレベルが最小に設定されると、前側引張部１３５は、患脚の振り出しタイミングに合わせて、歩行補助装置１２０の自重をキャンセルするだけの力で前側ワイヤ１３４を巻き取る。

【0028】

歩行訓練システム１は、安全装具１１０、ハーネスワイヤ１１１、ハーネス引張部１１２を主な構成要素とする安全装置を備える。安全装具１１０は、訓練者９００の腹部に巻き付けられるベルトであり、例えば面ファスナによって腰部に固定される。ハーネスワイヤ１１１は、一端が安全装具１１０に連結されており、他端がハーネス引張部１１２の巻取機構に連結されているワイヤである。ハーネス引張部１１２の巻取機構は、不図示のモータをオン／オフさせることにより、ハーネスワイヤ１１１を巻き取ったり繰り出したりする。このような構成により、安全装置は、訓練者９００が体勢を大きく崩した場合に、その動きを検知したシステム制御部２００の指示に従ってハーネスワイヤ１１１を巻き取り、安全装具１１０により訓練者９００の上体を支える。

【0029】

管理用モニタ１４１は、フレーム１３０に取り付けられており、オペレータ９１０が監視および操作するための表示装置である。管理用モニタ１４１は、例えば液晶パネルであり、その表面には入力部１４２の一例としてタッチパネルが重畳されている。管理用モニタ１４１は、訓練・測定の設定に関する各種メニュー項目や、訓練・測定時における各種パラメータ値、訓練時の測定結果などを呈示する。入力部１４２は、タッチパネルに代えて、キーボード等であってもよい。また、オペレータ９１０は、入力部１４２を介して設定項目を選択したり、修正したり、追加したりする。また、管理用モニタ１４１は、トレッドミル１３１上の訓練試行位置から、訓練者９００がその表示を視認できない位置に設置されている。なお、管理用モニタ１４１を支持する支持部は、オペレータ９１０が表示画面を訓練者９００に意図的に見せようとする場合に対応すべく、表示面を反転させる回転機構を有していても良い。

【0030】

歩行補助装置１２０は、訓練者９００の患脚に装着され、患脚の膝関節における伸展および屈曲の負荷を軽減することにより訓練者９００の歩行を補助する。歩行補助装置１２０は、歩行訓練によって得られる運脚に関するデータをシステム制御部２００に送信したり、システム制御部２００からの指示に従って関節部分を駆動させたりする。歩行補助装置１２０は、転送防止ハーネス装置の一部である安全装具１１０に取り付けられたヒップジョイント（回転部を有する接続部材）と、ワイヤなどを介して接続しておくこともできる。

【0031】

図２は、歩行補助装置１２０の一構成例を示す概略斜視図である。歩行補助装置１２０は、主に、制御ユニット１２１と、患脚の各部を支える複数のフレームと、を備える。なお、歩行補助装置１２０は、脚ロボットとも称す。

【0032】

制御ユニット１２１は、歩行補助装置１２０の制御を行う補助制御部２２０を含み、また、膝関節の伸展運動及び屈曲運動を補助するための駆動力を発生させる不図示のモータを含む。患脚の各部を支えるフレームは、上腿フレーム１２２と、上腿フレーム１２２に回動自在に連結された下腿フレーム１２３と、を含む。また、このフレームは、下腿フレーム１２３に回動自在に連結された足平フレーム１２４と、前側ワイヤ１３４を連結するための前側連結フレーム１２７と、後側ワイヤ１３６を連結するための後側連結フレーム１２８と、を含む。

【0033】

上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３は、図示するヒンジ軸Ｈａ周りに相対的に回動する。制御ユニット１２１のモータは、補助制御部２２０の指示に従って回転して、上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３がヒンジ軸Ｈａ周りに相対的に開くように加勢したり、閉じるように加勢したりする。制御ユニット１２１に収められた角度センサ２２３は、例えばロータリエンコーダであり、ヒンジ軸Ｈａ周りの上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３の成す角を検出する。下腿フレーム１２３と足平フレーム１２４は、図示するヒンジ軸Ｈｂ周りに相対的に回動する。相対的に回動する角度範囲は、調整機構１２６によって事前に調整される。

【0034】

前側連結フレーム１２７は、上腿の前側を左右方向に伸延し、両端で上腿フレーム１２２に接続するように設けられている。また、前側連結フレーム１２７には、前側ワイヤ１３４を連結するための連結フック１２７ａが、左右方向の中央付近に設けられている。後側連結フレーム１２８は、下腿の後側を左右方向に伸延し、両端でそれぞれ上下に伸延する下腿フレーム１２３に接続するように設けられている。また、後側連結フレーム１２８には、後側ワイヤ１３６を連結するための連結フック１２８ａが、左右方向の中央付近に設けられている。

【0035】

上腿フレーム１２２は、上腿ベルト１２９を備える。上腿ベルト１２９は、上腿フレームに一体的に設けられたベルトであり、患脚の上腿部に巻き付けて上腿フレーム１２２を上腿部に固定する。これにより、歩行補助装置１２０の全体が訓練者９００の脚部に対してずれることを防止している。

【0036】

図３は、本実施形態にかかるトレッドミルの側面図および上面図である。トレッドミル１３１は、リング状のベルト１３２と、プーリ１５１と、図示しないモータを少なくとも備える。

【0037】

また、ベルト１３２の内側、すなわちベルト１３２の、訓練者９００が搭乗する面と反対側には、荷重分布センサ１５０が配置されている。荷重分布センサ１５０は、トレッドミル１３１本体に、ベルト１３２の移動に伴わないで固定されている。

【0038】

荷重分布センサ１５０は、複数の圧力検出点を有する荷重分布センサシートである。複数の圧力検出点は、立位状態の訓練者９００の足裏を支持する歩行面Ｗ（載置面）に平行に、マトリックス状に配置されている。また荷重分布センサ１５０は、歩行前後方向に直交する左右方向において、歩行面Ｗの中央側に配置される。尚、歩行前後方向とは、ベルト１３２の走行方向に平行な方向である。荷重分布センサ１５０は、複数の圧力検出点の出力値を用いることにより、訓練者９００の足裏から受ける垂直荷重の大きさと分布とを検出することができる。これにより、荷重分布センサ１５０は、ベルト１３２を介して、立位状態の訓練者９００の足裏の接地領域（足裏領域）ＳＬの位置や、訓練者９００の足裏から受ける荷重の分布を検出する。足裏領域ＳＬの位置は、訓練者９００の立ち位置又は踏み込み位置とも呼ばれる。

【0039】

荷重分布センサ１５０は、検出装置１００に接続される。検出装置１００は、荷重分布センサ１５０から計測情報として荷重分布情報を取得し、荷重分布情報に基づいて訓練者９００の脚の動作状態を測定する。脚の動作状態は、例えば、踏み込み始めの状態、踏み込みが最大となる状態、又は力の抜き始めの状態等である。検出装置１００は、有線又は無線で、システム制御部２００に接続されており、測定した動作状態を、システム制御部２００に出力する。

【0040】

システム制御部２００は、検出装置１００から取得した脚の動作状態に基づいて、各種駆動部を制御する。例えば、システム制御部２００は、トレッドミル駆動部２１１と、引張駆動部２１４と、ハーネス駆動部２１５と、歩行補助装置１２０の補助制御部２２０に、有線又は無線で接続される。そしてシステム制御部２００は、トレッドミル駆動部２１１、引張駆動部２１４、及びハーネス駆動部２１５に駆動信号を送信し、補助制御部２２０に制御信号を送信する。

【0041】

トレッドミル駆動部２１１は、トレッドミル１３１のベルト１３２を回転させる、上述したモータ及びその駆動回路を含む。システム制御部２００は、トレッドミル駆動部２１１へ駆動信号を送ることにより、ベルト１３２の回転制御を実行する。システム制御部２００は、例えば、オペレータ９１０によって設定された歩行速度に応じて、ベルト１３２の回転速度を調整する。或いは、システム制御部２００は、検出装置１００から出力される訓練者９００の脚の動作状態に応じて、ベルト１３２の回転速度を調整する。

【0042】

引張駆動部２１４は、前側引張部１３５に設けられた、前側ワイヤ１３４を引張するためのモータ及びその駆動回路と、後側引張部１３７に設けられた、後側ワイヤ１３６を引張するためのモータ及びその駆動回路と、を含む。システム制御部２００は、引張駆動部２１４へ駆動信号を送ることにより、前側ワイヤ１３４の巻き取り及び後側ワイヤ１３６の巻き取りをそれぞれ制御する。また、システム制御部２００は、巻き取り動作に限らず、モータの駆動トルクを制御することにより、各ワイヤの引張力を制御する。さらに、システム制御部２００は、例えば、検出装置１００から出力される訓練者９００の脚の動作状態に基づいて、患脚が立脚状態から遊脚状態に切り替わるタイミングを同定し、そのタイミングに同期して各ワイヤの引張力を増減させることにより、患脚の動作をアシストする。

【0043】

ハーネス駆動部２１５は、ハーネス引張部１１２に設けられた、ハーネスワイヤ１１１を引張するためのモータ及びその駆動回路を含む。システム制御部２００は、ハーネス駆動部２１５へ駆動信号を送ることにより、ハーネスワイヤ１１１の巻き取り、及び、ハーネスワイヤ１１１の引張力を制御する。システム制御部２００は、例えば、訓練者９００の転倒を予測した場合に、ハーネスワイヤ１１１を一定量巻き取って、訓練者の転倒を防止する。

【0044】

補助制御部２２０は、例えばＭＰＵ（micro processor unit）であり、システム制御部２００から与えられた制御プログラムを実行することにより、歩行補助装置１２０の制御を実行する。また、補助制御部２２０は、歩行補助装置１２０の状態を、システム制御部２００へ通知する。また、補助制御部２２０は、システム制御部２００からの指令を受けて、歩行補助装置１２０の起動や停止等の制御を実行する。

【0045】

補助制御部２２０は、制御ユニット１２１のモータ及びその駆動回路を含む関節駆動部へ駆動信号を送ることにより、上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３がヒンジ軸Ｈａ周りに相対的に開くように加勢したり、閉じるように加勢したりする。このような動作により、膝の伸展動作及び屈曲動作をアシストしたり、膝折れを防止したりする。補助制御部２２０は、ヒンジ軸Ｈａ周りの上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３の成す角を検出する角度センサ（不図示）から、検出信号を受け取って膝関節の開き角を演算する。

【0046】

ここで、荷重分布センサ１５０は、互いに対向する２枚の電極シート１５０ａ，１５０ｂの間に、弾性体シート１５０ｃが挿入される構成をとる。弾性体シート１５０ｃは、シリコンスポンジシートやウレタンフォーム等の弾性部材である。弾性体シート１５０ｃは、粘性の影響で、外力が与えられた場合の応力の伝達速度が遅く、徐々に変形するという性質がある。

【0047】

図４は、入力荷重に対する荷重分布センサ１５０の出力特性の一例を示す図である。本図は、荷重分布センサ１５０に一定の荷重値ｐ_１（ｋＰａ）の外力（入力荷重）を継続的に加えている場合の、荷重分布センサ１５０の出力値の経時変化を示している。本図に示すように、荷重分布センサ１５０の出力値は、外力を加え始めの初期の時点では、実際に加えられている外力の荷重値よりも低い値となる。これは、荷重分布センサ１５０に含まれる弾性体シート１５０ｃの存在により、荷重分布センサ１５０内を応力が遅れて伝達され、その結果、荷重分布センサ１５０の出力に遅延が生じるからである。しかし荷重分布センサ１５０の出力値は、時間経過とともに、加えている外力の荷重値ｐ_１に漸近していく。つまり、時間経過とともに、荷重分布センサ１５０の出力値と、外力の荷重値ｐ_１との間の差分が小さくなっていく。そして外力が加えられ始めてから所定時間経過後に、荷重分布センサ１５０の出力値は、実際に加えている荷重値ｐ_１と同程度の値に安定する。

【0048】

図５は、歩行中の訓練者９００の片脚の足裏から荷重を受けた場合の荷重分布センサ１５０の出力特性の一例を示す図である。本実施形態では、片脚は患脚である。本図の縦軸は、立脚期の脚の足裏から受ける荷重値（ｋＰａ）であり、横軸は、時間（ｓ）を示している。

【0049】

破線は、訓練者９００の、着地から離地までの立脚期の脚の足裏から、荷重分布センサ１５０に実際に加えられる荷重値を示している（「実際の荷重」）。「実際の荷重」では、踏み込み始めてから徐々に荷重値が増加し、ある時点で荷重値が最大となる。この時点で全ての体重を立脚期の脚で支えるため、荷重値の最大値は、訓練者９００の体重と略等しくなる。その後、立脚後期において、訓練者９００は徐々に力を抜き始めるため、荷重値は徐々に減少する。そして訓練者９００は、脚を地面から離地して遊脚期に移行させる。

【0050】

実線は、荷重分布センサ１５０の出力に基づいて算出された、訓練者９００の立脚期の脚の足裏から受ける荷重値を示す（「センサ出力」）。「センサ出力」は、荷重分布センサ１５０の出力のうち、立脚期の脚の足裏から受ける荷重値を抽出することにより得られる。具体的には、「センサ出力」は、立脚期の脚の足裏領域ＳＬ内に位置する各圧力検出点から出力された荷重値の和を算出することにより得られる。

【0051】

ここで、立脚初期において「センサ出力」が増加し、そして第１判定値を超えた場合（点Ｐ_１）、検出装置１００は、第１動作状態を検出する。第１動作状態は、踏み込み始めの状態である。そして「センサ出力」が最大となった場合（点Ｐ_Ｍ）、検出装置１００は、最大状態を検出する。最大状態は、踏み込みが最大となる状態である。また第２判定値は、第１判定値より大きく、訓練者９００の体重値よりも小さい値である。そして「センサ出力」が点Ｐ_Ｍ以降、徐々に減少し、第２判定値を下回った場合（点Ｐ_２）、検出装置１００は、第２動作状態を検出する。第２動作状態は、力の抜き始めの状態である。そしてシステム制御部２００は、第２動作状態が検出されたことに応じて、補助制御部２２０に制御信号を送信して、歩行補助装置１２０の伸展を制御する。或いは、システム制御部２００は、第２動作状態が検出されたことに応じて、引張駆動部２１４に駆動信号を送信して、患脚の動作をアシストする。

【0052】

ここで、「センサ出力」は、上述した荷重分布センサ１５０の出力特性の影響で、出力が安定するまで実際に加えられる荷重値よりも低い値を示す。したがって、「センサ出力」と「実際の荷重」との間には乖離が生じる。このことは、第２動作状態の誤検出の原因となる。これを解決するために、本実施形態では、検出装置１００は、第１動作状態が検出されてから、「センサ出力」を所定量オフセットする。以下では、「オフセットする」ことを、「補正する」又は「オフセット補正をする」と呼ぶことがある。

【0053】

図６は、本実施形態にかかるオフセット量の一例を説明するための図である。たとえば、検出装置１００は、「センサ出力」（細い実線）に、時間経過とともに単調に減少するオフセット量（破線）を加えることで、「センサ出力」をオフセットする。本図では、「オフセット後のセンサ出力」を、太い実線で示している。オフセット量の決定方法については、後述する。具体的には、検出装置１００は、第１動作状態が検出されたことに応じて「センサ出力」のオフセットを開始する（点Ｐ_１’）。これにより、「オフセット後のセンサ出力」が、「（オフセット前の）センサ出力」と比較して、「実際の荷重」に近づく。したがって、「オフセット後のセンサ出力」の第２動作状態（点Ｐ_２’）の検出タイミングは、「（オフセット前の）センサ出力」の第２動作状態（点Ｐ_２）の検出タイミングよりも、誤差が小さくなる。したがって、第２動作状態の誤検出を回避し、検出精度を向上させることができる。

【0054】

本例では、オフセット量が所定時間経過後に０となるため、検出装置１００は、オフセットを開始した後、オフセットを解除（終了）しなくてよい。しかし、検出装置１００は、オフセット量が所定値以下になった場合、オフセットを解除するようにしてもよい。所定値は０であってもよいし、０より大きい値であってもよい。

【0055】

図７は、本実施形態にかかる検出装置１００の概略構成を示すブロック図である。検出装置１００は、取得部１０１と、算出部１０２と、判定部１０３と、補正部１０４と、出力部１０５と、記憶部１０６とを備える。検出装置１００の各構成要素は、互いに接続されている。

【0056】

取得部１０１は、荷重分布センサ１５０から、計測情報として荷重分布情報を取得する。例えば取得部１０１は、荷重分布センサ１５０に接続され、荷重分布センサ１５０から荷重分布情報を取得する。そして取得部１０１は、荷重分布センサ１５０の荷重分布情報を算出部１０２に供給する。

【0057】

また取得部１０１は、入力部１４２に接続され、入力部１４２から入力された、オフセットフィルタを生成するための基礎情報を取得する。オフセットフィルタは、所定時点で適用させるオフセット量を決定するためのフィルタである。本実施形態では、オフセットフィルタは、オフセット量が時間経過とともに減少する特性を有する。オフセットフィルタを生成するための基礎情報は、入力荷重に対する荷重分布センサ１５０の出力特性を示す情報を少なくとも含む。例えば、出力特性を示す情報は、入力荷重に対する出力値の時間関数を含んでよい。また出力特性を示す情報は、荷重分布センサ１５０に含まれる弾性体シート１５０ｃの弾性率、弾性体シート１５０ｃの粘性係数、及び弾性体シート１５０ｃの厚みを含んでもよい。またオフセットフィルタを生成するための基礎情報は、訓練者９００の属性情報、例えば訓練者９００の体重値の情報を含む。基礎情報は、これに加えて又は代えて訓練者９００の性別、年齢、足長情報、及びリハビリステージレベル等の、その他の属性情報を含んでよい。また取得部１０１は、入力部１４２から受け付けた基礎情報を、補正部１０４に供給する。

【0058】

算出部１０２は、荷重分布情報に基づいて、訓練者９００の一方の脚の足裏の位置に対応する足裏領域ＳＬの総荷重値を算出する。具体的には、まず算出部１０２は、荷重分布情報から、訓練者９００の一方の脚の足裏領域ＳＬ内に位置する圧力検出点の荷重値を抽出する。そして算出部１０２は、抽出した荷重値に基づいて、当該足裏領域ＳＬの荷重の和である総荷重値を算出する。尚、一方の脚は、動作状態の測定対象となる脚であり、対象脚と呼ばれることがある。対象脚は、患脚であってよい。算出部１０２は、算出した総荷重値の情報を、判定部１０３に供給する。

【0059】

判定部１０３は、算出部１０２が算出した総荷重値、及び後述する補正部１０４によるオフセット後の総荷重値の少なくとも１つに基づいて、訓練者９００の対象脚の各種動作状態を検出する。例えば、判定部１０３は、算出部１０２が算出した総荷重値が増加傾向にあり、かつ第１判定値以上となった場合、対象脚の動作状態が第１動作状態であると判定する。総荷重値が増加傾向にあるとは、隣接する計測タイミング間の荷重分布センサ１５０の出力に基づく総荷重値の変化量が正であることであってもよいし、所定時間内の荷重分布センサ１５０の出力に基づく総荷重値が正の相関を有することであってもよい。尚、判定部１０３は、これに代えて、対象脚の足裏領域ＳＬの面積が所定面積閾値以上となった場合、対象脚の動作状態が第１動作状態であると判定してもよい。つまり、判定部１０３は、足裏領域の面積が増加傾向であり、かつ所定面積閾値以上である場合に、対象脚の動作状態が第１動作状態であると判定してよい。足裏領域ＳＬの面積が増加傾向にあるとは、隣接する計測タイミング間の対象脚の足裏領域ＳＬの面積の変化量が正であることであってもよいし、所定時間内の対象脚の足裏領域ＳＬの面積が正の相関を有することであってもよい。尚、第１動作状態では、算出部１０２が算出した総荷重値が第２判定値未満であることは言うまでもない。

【0060】

そして判定部１０３は、算出部１０２が算出した総荷重値が最大となった場合、対象脚の動作状態が最大状態であると判定する。例えば、判定部１０３は、算出部１０２が算出した総荷重値が増加傾向から減少傾向に変化した場合、算出部１０２が算出した総荷重値が最大となったと判定してよい。

【0061】

また例えば、判定部１０３は、補正部１０４によるオフセット補正後の総荷重値が減少傾向にあり、かつ第２判定値未満となった場合、対象脚の動作状態が第２動作状態であると判定する。補正部１０４によるオフセット補正後の総荷重値は、補正部１０４によるオフセット補正がなされている場合はオフセットされた総荷重値に等しく、補正部１０４によるオフセット補正が解除されている場合は、算出部１０２によって算出された総荷重値に等しい。減少傾向とは、隣接する計測タイミング間の荷重分布センサ１５０の出力に基づく総荷重値の変化量が負であることであってもよいし、所定時間内の荷重分布センサ１５０の出力に基づく総荷重値が負の相関を有することであってもよい。判定部１０３は、出力部１０５に判定結果（検出結果）を供給する。

【0062】

補正部１０４は、オフセットフィルタを生成するための基礎情報に基づいて、オフセットフィルタを生成する。例えば、補正部１０４は、入力荷重に対する荷重分布センサ１５０の出力特性を示す情報と、訓練者９００の属性情報とに基づいて、オフセットフィルタを生成する。荷重分布センサ１５０の出力特性は、入力荷重のパターンに応じて変化する。したがってこのような構成をとることにより、訓練者９００の属性から推定される入力荷重のパターンに応じた荷重分布センサ１５０の出力特性を、オフセット量に反映させることが可能となる。本実施形態では、補正部１０４は、入力荷重に対する荷重分布センサ１５０の出力特性を示す情報と、訓練者９００の体重値とに基づいて、オフセットフィルタを生成する。補正部１０４は、入力荷重を体重値から推定することで、容易かつ精度よくオフセットフィルタを生成できる。

【0063】

そして補正部１０４は、生成したオフセットフィルタで、総荷重値をオフセットする。具体的には、補正部１０４は、対象脚の動作状態が第１動作状態であると判定されたことに応じて、算出部１０２によって算出された総荷重値に対する、オフセットフィルタを用いたオフセットを開始する。これにより、総荷重値を実際の荷重に近づけることができるため、力の抜き始めである第２動作状態の誤検出を回避する等、動作状態の検出精度を向上させることができる。

【0064】

出力部１０５は、判定部１０３から供給された検出結果に基づく制御信号を、システム制御部２００に出力する。本実施形態では、出力部１０５は、第２動作状態が検出された場合に、第２動作状態が検出されたことを示す制御信号をシステム制御部２００に出力する。しかしこれに限らず、出力部１０５は、第１動作状態又は最大状態が検出された場合にも、動作状態に応じた制御信号をシステム制御部２００に出力してよい。

【0065】

記憶部１０６は、検出装置１００の処理に必要な情報や、生成した情報を格納する記憶媒体である。

【0066】

図８は、本実施形態にかかる検出方法の手順を示すフローチャートである。まず取得部１０１は、入力部１４２を介して、訓練者９００又はオペレータ９１０から、基礎情報を取得する（ステップＳ１０）。そして補正部１０４は、基礎情報に基づいてオフセットフィルタを生成する（ステップＳ１１）。

【0067】

図９は、本実施形態にかかるオフセットフィルタの一例を示す図である。図９に示すオフセットフィルタｆ（ｔ）は、オフセット量についての時間ｔの関数である。オフセットフィルタｆ（ｔ）は、オフセット量の初期値がｏ_１（＞０ｋＰａ）であり、時間経過とともにオフセット量が減少し、予め定められた時間ｔ_１でオフセット量が０（ｋＰａ）となるフィルタであってよい。補正部１０４は、基礎情報に基づいて、初期値ｏ_１、時間ｔ_１及び傾きを決定し、オフセットフィルタｆ（ｔ）を生成してよい。尚、オフセットフィルタがオフセット量についての時間ｔの関数である場合、補正部１０４は、総荷重値に、現在時点におけるオフセットフィルタの値を加算することで、オフセット補正を実行してよい。

【0068】

図１０は、本実施形態にかかるオフセットフィルタの他の例を示す図である。図１０に示すオフセットフィルタｇ（ｔ）は、オフセット係数についての時間ｔの関数である。オフセットフィルタｇ（ｔ）は、オフセット係数の初期値がｏ_２（＞１）であり、時間経過とともにオフセット係数が減少し、予め定められた時間ｔ_２でオフセット量が１となるフィルタであってよい。補正部１０４は、基礎情報に基づいて、初期値ｏ_２、時間ｔ_２及び傾きを決定し、オフセットフィルタｇ（ｔ）を生成してよい。尚、オフセットフィルタがオフセット係数についての時間ｔの関数である場合、補正部１０４は、総荷重値に、オフセットフィルタの値を乗算することで、オフセット補正を実行してよい。

【0069】

図８に戻り、説明を続ける。検出装置１００は、計測を開始するか否かを判定する（ステップＳ１２）。計測を開始するとは、歩行訓練システム１による訓練が開始される場合や、オペレータ９１０の操作により検出装置１００の検出処理が開始する場合等が挙げられる。検出装置１００は、計測を開始すると判定するまでステップＳ１２に示す処理を繰り返し、計測を開始すると判定した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、処理をステップＳ１３に進める。

【0070】

取得部１０１は、荷重分布センサ１５０から計測情報として荷重分布情報を取得する（ステップＳ１３）。荷重分布情報には、互いに位置が異なる圧力検出点の各々に対応する荷重値の情報が含まれる。そして取得部１０１は、荷重分布情報を算出部１０２に供給する。次に、算出部１０２は、荷重分布情報に基づいて、対象脚の足裏領域ＳＬを推定し（ステップＳ１４）、対象脚の足裏領域ＳＬの荷重値を抽出する。そして算出部１０２は、抽出した対象脚の足裏領域ＳＬの荷重値の和である総荷重値を算出する（ステップＳ１５）。

【0071】

ここで、図１１は、本実施形態にかかる足裏領域ＳＬの推定処理を説明するための図である。例えば、算出部１０２は、各圧力検出点の位置情報及びその圧力検出点から検出された荷重値に基づいて、図１１のような荷重分布マップを生成する。算出部１０２は、圧力検出点から検出された荷重値から検出閾値以上の荷重値の位置情報を抽出し、荷重分布マップを生成してよい。そして、算出部１０２は、荷重分布マップに基づいて、足裏領域ＳＬを検出する。ここで、対象脚が右脚であるとする。算出部１０２は、荷重分布センサ１５０の左右方向の中心軸Ｄ１に対する足裏領域ＳＬの位置により、足裏領域ＳＬが対象脚であるか否かを判定する。例えば、算出部１０２は、足裏領域ＳＬの重心の位置を算出し、重心の位置が中心軸Ｄ１よりも右である場合、足裏領域ＳＬが対象脚の足裏領域ＳＬであると判定する。そして足裏領域ＳＬは、足裏領域ＳＬに含まれる荷重値の和を、総荷重値として算出する。尚、荷重値が抽出される領域は、足裏領域ＳＬに限らず、足裏領域ＳＬを取り囲む所定の領域Ａ１であってもよい。

【0072】

また、算出部１０２は、正面カメラユニットであるカメラ１４０及び側面カメラユニットが訓練者９００の歩容を撮影することで生成した撮影画像に基づいて、検出された足裏領域ＳＬが対象脚の足裏領域ＳＬであるか否かを判定してもよい。例えば、撮影画像に右脚を前に出している訓練者９００が含まれる場合、又は撮影画像に右脚を接地させている訓練者９００が含まれる場合、算出部１０２は、検出された足裏領域ＳＬが対象脚の足裏領域ＳＬであると判定する。

【0073】

尚、上述の説明では、算出部１０２が１つの足裏領域ＳＬを検出した場合、つまり片脚の足裏が接地している場合について説明した。しかし、算出部１０２が２つの足裏領域ＳＬを検出した場合、すなわち両脚の足裏が接地している場合は、２つの足裏領域ＳＬの相対位置に基づいて、対象脚の足裏領域ＳＬを推定してよい。例えば、算出部１０２は、２つの足裏領域ＳＬのうち、右側に位置する足裏領域ＳＬを、対象脚の足裏領域ＳＬとしてよい。またこの場合も、算出部１０２は、撮影画像に基づいて対象脚の足裏領域ＳＬを推定してよい。

【0074】

また訓練者９００は右脚の足裏及び左脚の足裏を交互に接地させて歩行するため、算出部１０２は、歩行サイクルに応じて、対象脚の足裏領域ＳＬを推定してもよい。

【0075】

図８に戻り、説明を続ける。ステップＳ１６において、判定部１０３は、総荷重値が増加傾向であるか否かを判定する。ここで、総荷重値は、補正部１０４がオフセット補正中でない場合、つまりオフセット量が０である場合、算出部１０２が算出した総荷重値である。また総荷重値は、補正部１０４がオフセット補正中である場合、つまりオフセット量が０でない場合、オフセット後の総荷重値である。判定部１０３は、総荷重値が増加傾向であると判定した場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、総荷重値が第１対象期間で初めて第１判定値以上になったか否かを判定する（ステップＳ１７）。第１対象期間とは、現歩行サイクルのうち、総荷重値が増加傾向である期間を示す。判定部１０３は、総荷重値が第１対象期間で未だ第１判定値以上になっていない、あるいは第１対象期間で過去に総荷重値が第１判定値以上になったことがあると判定した場合（ステップＳ１７でＮＯ）、処理をステップＳ２３に進める。一方、判定部１０３は、第１対象期間で初めて総荷重値が第１判定値以上になったと判定した場合（ステップＳ１７でＹＥＳ）、対象脚の動作状態が第１動作状態であると判定する（ステップＳ１８）。そして補正部１０４は、総荷重値に対して、オフセットフィルタを用いたオフセット補正を開始し（ステップＳ１９）、処理をステップＳ２３に進める。

【0076】

判定部１０３は、総荷重値が増加傾向でないと判定した場合（ステップＳ１６でＮＯ）、総荷重値が第２対象期間で初めて第２判定値未満になったか否かを判定する（ステップＳ２０）。第２対象期間は、現歩行サイクルのうち、総荷重値が減少傾向である期間を示す。判定部１０３は、総荷重値が第２対象期間で未だ第２判定値未満になっていない、あるいは第２対象期間で過去に総荷重値が第２判定値未満になったことがあると判定した場合（ステップＳ２０でＮＯ）、処理をステップＳ２３に進める。一方、判定部１０３は、総荷重値が第２対象期間で初めて第２判定値未満になったと判定した場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）、対象脚の動作状態が第２動作状態であると判定する（ステップＳ２１）。そして出力部１０５は、第２動作状態が検出されたことを示す制御信号をシステム制御部２００に出力し（ステップＳ２２）、処理をステップＳ２３に進める。

【0077】

ステップＳ２３において、検出装置１００は、計測を終了するか否かを判定する。計測を終了するとは、歩行訓練システム１による訓練が終了する場合や、オペレータ９１０の操作により検出装置１００の検出処理が終了する場合等が挙げられる。検出装置１００は、計測を終了すると判定するまでステップＳ１３～Ｓ２３に示す処理を繰り返す。

【0078】

尚、図８は、検出装置１００がオフセット補正を解除しない場合のフローを示している。しかし、検出装置１００がオフセット補正を解除する場合は、検出装置１００は、例えばステップＳ２３の直前（つまり、ステップＳ１９、Ｓ２２及びＳ１７でＮＯの場合の次）で、以下のような処理を実行してもよい。検出装置１００の補正部１０４は、オフセット量が所定値以下である場合、オフセット補正を解除し、処理をステップＳ２３に進めてよい。一方、補正部１０４は、オフセット量が所定値より大きい場合、オフセット補正を引き続き実行し、処理をステップＳ２３に進めてよい。

【0079】

このように本実施形態によれば、検出装置１００は、計測対象となる脚の動作状態の検出精度、特に力の抜き始めのタイミングの検出精度を向上させることができる。

【0080】

尚、上述の説明では、計測開始前の図８のステップＳ１１において、補正部１０４はが基礎情報に基づいてオフセットフィルタを生成するとした。しかしこれに代えて又は加えて、補正部１０４は、計測中にオフセットフィルタを生成してもよい。例えば補正部１０４は、対象脚の動作状態が第１動作状態であると判定された後のステップＳ１５とＳ１６の間で、訓練者９００の足裏の接地初期の状態に基づいてオフセットフィルタを生成してよい。そして補正部１０４は、生成したオフセットフィルタを用いてオフセット補正を実行してよい。足裏の接地初期の状態は、かかとから接地した場合の「かかと接地状態」、又はつま先から接地した場合の「つま先接地状態」であってよい。足裏の接地初期の状態がいずれの状態であるかは、算出部１０２により判定され、算出部１０２から補正部１０４に足裏の接地初期の状態の情報が供給されてよい。例えば算出部１０２は、足裏領域ＳＬの面積の経時変化及びトレッドミル１３１の走行速度に基づいて、足裏領域ＳＬが、検出から時間とともに歩行後方に広がっていると判定した場合は、足裏の接地初期の状態を「つま先接地状態」と判定してよい。一方で、算出部１０２は、足裏領域ＳＬが、検出されてから時間とともに歩行前方に広がっている場合は、足裏の接地初期の状態を「かかと接地状態」と判定してよい。尚、「つま先接地状態」及び「かかと接地状態」に対応するオフセットフィルタは、互いに、初期値、傾き、及び時間のうち少なくとも１つが異なっていてよい。これにより、補正部１０４は、訓練者９００の歩行状態に適したオフセット補正を実行することができる。

【0081】

図１２は、本実施形態にかかる検出装置及びシステム制御部２００として用いられるコンピュータの概略構成図である。
コンピュータ１９００は、主要なハードウェア構成として、プロセッサ１０００と、ＲＯＭ１０１０（Read Only Memory）と、ＲＡＭ１０２０（Random Access Memory）と、インターフェース部１０３０（ＩＦ；Interface）とを有する。プロセッサ１０００、ＲＯＭ１０１０、ＲＡＭ１０２０およびインターフェース部１０３０は、データバスなどを介して相互に接続されている。

【0082】

プロセッサ１０００は、制御処理および演算処理等を行う演算装置としての機能を有する。プロセッサ１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、ＤＳＰ（digital signal processor）またはＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）並びにこれらの組み合わせであってよい。ＲＯＭ１０１０は、プロセッサ１０００によって実行される制御プログラムおよび演算プログラム等を記憶するための機能を有する。ＲＡＭ１０２０は、処理データ等を一時的に記憶するための機能を有する。インターフェース部１０３０は、有線または無線を介して外部と信号の入出力を行う。また、インターフェース部１０３０は、ユーザによるデータの入力の操作を受け付け、ユーザに対して情報を表示する。例えば、インターフェース部１０３０は、荷重分布センサ１５０、入力部１４２およびシステム制御部２００と通信を行う。

【0083】

上述の例において、プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、ＲＯＭ１０１０の一例として様々な非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【0084】

上述の実施形態ではコンピュータ１９００は、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等を含むコンピュータシステムで構成される。しかしこれに限らず、コンピュータ１９００は、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）のサーバ、コンピュータ（パソコン）通信のホスト、インターネット上に接続されたコンピュータシステム等によって構成されることも可能である。また、ネットワーク上の各機器に機能分散させ、ネットワーク全体でコンピュータ１９００を構成することも可能である。したがって、検出装置の構成要素がそれぞれ異なる機器に分散されていてもよい。

【0085】

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施形態では、検出装置１００は、対象脚として患脚の動作状態を検出したが、健脚の動作状態を検出してもよい。
また、検出装置１００は、左右各々の脚の動作状態を検出してもよい。この場合、各脚について、図８のステップＳ１３～ステップＳ２３に示す処理が実行される。

【0086】

また、上述の実施形態では、第２判定値は、第１判定値より大きいとしたが、第１判定値と等しくてもよい。

【0087】

また、訓練者９００は、両脚に歩行補助装置１２０を装着して訓練を実施してもよい。或いは、訓練者９００は、何れの脚にも歩行補助装置１２０を装着していなくてもよい。

【符号の説明】

【0088】

１ 歩行訓練システム
１００ 検出システム（検出装置）
１０１ 取得部
１０２ 算出部
１０３ 判定部
１０４ 補正部
１０５ 出力部
１０６ 記憶部
１１０ 安全装具
１１１ ハーネスワイヤ
１１２ ハーネス引張部
１２０ 歩行補助装置
１２１ 制御ユニット
１２２ 上腿フレーム
１２３ 下腿フレーム
１２４ 足平フレーム
１２６ 調整機構
１２７ 前側連結フレーム
１２７ａ 連結フック
１２８ 後側連結フレーム
１２８ａ 連結フック
１２９ 上腿ベルト
１３０ フレーム
１３０ａ 手摺り
１３１ トレッドミル
１３２ ベルト
１３３ 制御盤
１３４ 前側ワイヤ
１３５ 前側引張部
１３６ 後側ワイヤ
１３７ 後側引張部
１３８ 訓練用モニタ
１３９ 音声出力部
１４０ カメラ
１４１ 管理用モニタ
１４２ 入力部
１５０ 荷重分布センサ
１５０ａ 電極シート
１５０ｂ 電極シート
１５０ｃ 弾性体シート
１５１ プーリ
２００ システム制御部
２２０ 補助制御部
９００ 訓練者（被験者）
９１０ オペレータ
１０００ プロセッサ
１０１０ ＲＯＭ
１０２０ ＲＡＭ
１０３０ インターフェース部（ＩＦ）
１９００ コンピュータ
ＳＬ 足裏領域
Ｗ 歩行面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】