專利名稱：步行輔助裝置的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輔助使用者(人)的步行等動作的步行輔助裝置的控 制器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，作為這種裝置，公知有例如日本特開平5-328186號公報(以下 稱專利文獻1)的0023 0030段落以及圖8 圖12中所見的裝置。在該專 利文獻1的圖8 圖12中見到的步行輔助裝置具有固定在步行者腰部的就 座部，由該就座部延長設(shè)置的4根腿支架將步行輔助裝置支撐在地面上。 另外，這些腿支架并不裝設(shè)在步行者的腿部上，而是能夠以與步行者的腿 部相獨立的形式進行運動。
并且，在該步行輔助裝置上具備測定作用于就座部和步行者之間的作 用力的傳感器(壓力傳感器或是6軸作用力傳感器)，根據(jù)該傳感器測定的 作用力與該作用力的目標(biāo)值的比較來驅(qū)動步行輔助裝置的腿支架的關(guān)節(jié)。 由此來輔助步行者的行走。
通過在所述專利文獻l中所見到的步行輔助裝置，可以在步行者步行 時由步行輔助裝置來支撐該步行者的體重。然而，由于步行輔助裝置的腿 支架是獨立于步行者腿部的活動而進行動作，因此容易產(chǎn)生該腿支架的動 作與步行者所希望的自身腿部的活動不相匹配的現(xiàn)象。所以易產(chǎn)生步行者 無法按自身所希望的腿部活動方式來進行步行運動的情況。
而且，由于步行輔助裝置的腿支架是獨立于步行者腿部的活動而進行 動作的，步行者即使想要進行跳躍時，步行者的腿部離地時機、著地時機 與步行輔助裝置的離地時機、著地時機極難產(chǎn)生一致。所以，事實上步行 者在裝上步行輔助裝置的情況下進行跳躍是不可能的。
此外，因為要將步行者的腰部固定在就座部上，所以則給步行者帶來 不愉快的束縛感。并且，為了減去該束縛感而不將步行者的腰部固定在就 座部上的情況下，在步行者想要進行例如跳躍等動作時，步行者其腰部很 容易就會脫離就座部，在這之后，步行者如若自己不重新坐好，步行輔助裝置則無法輔助步行者的運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在考慮了上述背景的基礎(chǔ)上而完成的，其目的在于提供一種 步行輔助裝置的控制器，通過該步行輔助裝置的控制器能夠適當(dāng)?shù)貙⒅?使用者重量的力從落座部作用至該使用者身上，同時該使用者能夠容易地 進行包括跳躍動作在內(nèi)的所希望的運動。
為了達到上述目的，本發(fā)明的步行輔助裝置的控制器的特征在于具 備落座部，其承受就座后的使用者的一部分重量；左右一對的腳板安裝 部，其分別裝在使用者各腿的腳板上，在該使用者各腿為站立腿時觸地； 左右一對的腿支架，其分別具有多個關(guān)節(jié)，并分別將所述落座部和各腳板 安裝部進行聯(lián)結(jié)；右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè)腿支架用促動器，其分別 驅(qū)動各腿支架中的至少一個關(guān)節(jié)；作用力測定機構(gòu)，其測定從所述落座部 作用到所述使用者身上的上下方向的作用力；促動器控制機構(gòu)，其至少根 據(jù)所述測定的作用力來控制所述右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè)腿支架用 促動器中至少任意一方促動器的驅(qū)動力，以使所述上下方向的作用力維持 在方向朝上的規(guī)定的下限值以上(第一發(fā)明)。
根據(jù)該第一發(fā)明，經(jīng)各腿支架而聯(lián)結(jié)到所述落座部的各腳板安裝部被 裝在各腿的腳板上。而且，促動器控制機構(gòu)控制右側(cè)腿支架用促動器以及 左側(cè)腿支架用促動器中至少一方促動器的驅(qū)動力，以使從所述落座部作用 到所述使用者身上的作用力被維持在方向朝上的規(guī)定的下限值以上。因 此，在不受使用者想要進行包括跳躍等的運動形態(tài)的影響、且不用將落座 部固定于使用者身上的情況下，也能防止該落座部脫離使用者，同時使步 行輔助裝置與使用者一同進行動作。
所以，根據(jù)第一發(fā)明，在將支撐使用者重量的力適當(dāng)?shù)貜穆渥孔饔?到該使用者身上的同時，該使用者可以容易地進行包括跳躍動作在內(nèi)的所 想要作的運動。
在該第一發(fā)明中，該步行輔助裝置的控制器優(yōu)選還具備目標(biāo)作用力設(shè) 定機構(gòu)，該目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)將作為所述作用力的目標(biāo)值的目標(biāo)作用力 限制在所述下限值以上的數(shù)值的形式來設(shè)定該目標(biāo)作用力，所述促動器控 制機構(gòu)優(yōu)選為根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述測定的作用力之間的偏差來反饋控制所述右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè)腿支架用促動器中至少任意一 方促動器的驅(qū)動力，以使所述測定的作用力接近于所述設(shè)定的目標(biāo)作用力 (第二發(fā)明)。
根據(jù)該第二發(fā)明，由于是根據(jù)被限制在所述下限值以上的值的形式而 進行設(shè)定的目標(biāo)作用力與所述測定的作用力的偏差來反饋控制所述右側(cè) 以及左側(cè)腿支架用促動器中至少任意一方促動器的驅(qū)動力的，能夠適當(dāng)?shù)?將從落座部作用至使用者的作用力控制為所述下限值以上的目標(biāo)作用力。
在所述第二發(fā)明中，所述目標(biāo)作用力的設(shè)定方法可以有多種形態(tài)，例 如，該步行輔助裝置具備踩踏力測量機構(gòu)，該踩踏力測量機構(gòu)根據(jù)安裝在 所述各腳板安裝部上的第一力傳感器的輸出來測量所述使用者的各腿部 的踩踏力，所述目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)將所述目標(biāo)作用力限制在所述下限值 以上，同時根據(jù)所述測定的使用者各腿部的踩踏力總和來設(shè)定該目標(biāo)作用 力(第三發(fā)明)。
根據(jù)該第三發(fā)明，由于對應(yīng)所述測定的使用者各腿的踩踏力總和來設(shè) 定目標(biāo)作用力，能夠設(shè)定適合使用者腿部的負擔(dān)狀況的目標(biāo)作用力。
另外，在使用者各腿為站立腿時，例如也可以將所述第一傳感器設(shè)在 的各腳板安裝部上以使該第一力傳感器介于該腿的腳板與地面之間。在這 種情況下，各腳板安裝部的第一力傳感器可以是由一個、也可以是多個力 傳感器構(gòu)成。
在該第三發(fā)明中，更具體來講，所述目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)至少當(dāng)所述 踩踏力總和在規(guī)定值以下時，將所述目標(biāo)作用力設(shè)定為所述下限值，當(dāng)該 踩踏力總和大于規(guī)定值時，該目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)則將所述目標(biāo)作用力設(shè) 定為比所述下限值大的數(shù)值(第四發(fā)明)。
根據(jù)該第四發(fā)明，當(dāng)所述踩踏力總和在規(guī)定值以下時，例如使用者想 要進行跳躍而使其兩腳板與兩腳板安裝部一起即將離地的狀態(tài)下、或是在 離地后使用者與步行輔助裝置一同處于騰空的狀態(tài)下，因目標(biāo)作用力被設(shè) 定在所述下限值上，能夠防止落座部脫離使用者。而當(dāng)所述踩踏力總和比 所述規(guī)定值要大時，例如在使用者其中任一安裝在腳板上的腳板安裝部一 直處于著地的狀態(tài)下，在減輕使用者的腿部負擔(dān)這一點來看，能夠使落座 部向使用者作用足夠的作用力。
另外，在第四發(fā)明中，當(dāng)所述踩踏力總和比所述規(guī)定值大時的目標(biāo)作
8用力例如可以設(shè)成比所述下限值大的常數(shù)，但也可以設(shè)定該目標(biāo)作用力使 其伴隨踩踏力總和的增加而增加。在當(dāng)所述踩踏力總和比所述規(guī)定值大時 的目標(biāo)作用力被設(shè)定為常數(shù)值時，最好是可以對該常數(shù)值進行更改。另外， 所述踩踏力總和比所述規(guī)定值大時的目標(biāo)作用力被設(shè)定成伴隨踩踏力總 和的增加而增加時，最好是可以更改目標(biāo)作用力相對踩踏力總和的增加的 增加率。并且，在這種情況下，也可以事先設(shè)定好目標(biāo)作用力的上限值， 在該上限值以下的范圍內(nèi)使目標(biāo)作用力伴隨踩踏力總和的增加而增加。
在所述第三發(fā)明或第四發(fā)明中，優(yōu)選是相對所述踩踏力總和的所述目 標(biāo)作用力的設(shè)定方法可以被選擇性地更改(第五發(fā)明)。
根據(jù)該第五發(fā)明，可以通過與使用者利用步行輔助裝置想要進行的運 動形態(tài)相適合的形態(tài)來決定所述目標(biāo)作用力。
而且，在所述第三 第五發(fā)明中，所述促動器控制機構(gòu)優(yōu)選根據(jù)所述 各促動器的第一操作量和第二操作量來控制各促動器的驅(qū)動力，其中，所 述第一操作量是以從所述落座部實際作用到所述使用者身上的作用力中 由右側(cè)腿支架承擔(dān)的承擔(dān)量與由左側(cè)腿支架承擔(dān)的承擔(dān)量之間的比率成 為目標(biāo)比率的形式被確定的操作量，而該目標(biāo)比率是根據(jù)所述踩踏力測量 機構(gòu)測定的所述使用者的右腿踩踏力與左側(cè)踩踏力之間的比率來確定的； 所述第二操作量是針對所述至少任一促動器根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述 測定的作用力之間的偏差來決定的反饋操作量(第六發(fā)明)。
根據(jù)該第六發(fā)明，各促動器的第一操作量以從所述落座部實際作用到 所述使用者身上的作用力中由右側(cè)腿支架承擔(dān)的承擔(dān)量與由左側(cè)腿支架 承擔(dān)的承擔(dān)量之間的比率成為目標(biāo)比率的形式被確定，而該目標(biāo)比率是根 據(jù)所述踩踏力測量機構(gòu)測定的所述使用者的右腿踩踏力與左側(cè)踩踏力之 間的比率來確定。在這種情況下，使用者各腿的踩踏力比率反映了由各腿 部以怎樣的方式將使用者自身的重量和慣性力支撐于地面的一種意思。所 以，通過如上所述的方式確定第一操作量，能夠按適合使用者所希望的各 腿部動作狀態(tài)的百分比來使各腿支架承擔(dān)從所述落座部實際作用至使用 者身上的作用力，并能以該形式來確定各促動器的第一操作量。并且，通 過根據(jù)該第一操作量和對應(yīng)所述目標(biāo)作用力與所述測定的作用力之間的 偏差而被確定的作為反饋操作量的第二操作量來控制各促動器的驅(qū)動力， 能夠以使用者所希望的形態(tài)來順利地進行步行輔助裝置的各腿支架的動部作用于使用者身上。
另外，作為反饋控制對象的促動器僅是右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè) 腿支架用促動器中的任意一方的促動器時，例如可以由所述第二操作量對 該任意一方的促動器的所述第一操作量進行補正，并通過補正后的操作量 來控制所述任意一方的促動器的驅(qū)動力即可，其中，所述反饋控制對應(yīng)了 所述目標(biāo)作用力與測定的作用力之間的偏差。同時，對于另一方的促動器， 只需就這樣使用對應(yīng)了該促動器的所述第一操作量來控制該另一方的促 動器的驅(qū)動力即可。此外，所述目標(biāo)比率例如可以決定為與所述使用者右 腿踩踏力和左腿踩踏力之間的比率相同的比率。
而且，在所述第三 第六發(fā)明中，當(dāng)所述測定的使用者左右腿部的踩 踏力不同時，根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述測定的作用力之間的偏差而進行 反饋控制的促動器最好至少包括如下腿支架用促動器即對應(yīng)所述右側(cè)腿 支架用促動器及左側(cè)腿支架用促動器中的所述測定的踩踏力較大一側(cè)的 使用者腿部的腿支架用促動器(第七發(fā)明)。
根據(jù)該第七發(fā)明，對應(yīng)了所述目標(biāo)作用力與所述測定的作用力之間的 偏差的反饋控制、即用于使該偏差收斂于0的促動器的驅(qū)動力控制由踩踏 力較大一側(cè)的腿支架用的促動器、或是以該促動器為主來進行。由此，能 夠穩(wěn)定地進行該反饋控制。進而，目標(biāo)作用力被穩(wěn)定地從落座部作用至使 用者身上。
此外，當(dāng)所述測定的使用者左右腿部的踩踏力相一致時，對應(yīng)了所述 目標(biāo)作用力與所述測定的作用力之間的偏差的反饋控制可以針對右側(cè)腿 支架用促動器以及左側(cè)腿支架用促動器中的任一促動器進行。
而且，當(dāng)將第七發(fā)明與第六發(fā)明進行組合時，至少針對踩踏力較大一 側(cè)的腿支架用促動器使用所述第二操作量。
作為第三 第五發(fā)明的更為具體的一種形態(tài)，例如該步行輔助裝置的 控制器具備裝置自重補償力推定機構(gòu)，其將從地面作用至各腿支架的支 撐力的總和推定為裝置自重補償力，而該支撐力的總和用于對抗因所述步 行輔助裝置的運動而在該步行輔助裝置上實際產(chǎn)生的上下方向上的慣性 力和該步行輔助裝置所受的重力；目標(biāo)總上推力決定機構(gòu)，其將所述目標(biāo) 作用力和所述推定的裝置自重補償力的總和決定為所述步行輔助裝置的 目標(biāo)總上推力；分配機構(gòu)，其通過按照所述測定的使用者的左腿踩踏力與
10右腿踩踏力之間的比率分配所述目標(biāo)總上推力，來決定目標(biāo)承擔(dān)量，該目 標(biāo)承擔(dān)量是該目標(biāo)總上推力中各腿支架承擔(dān)量的目標(biāo)值，并且，所述促動 器控制機構(gòu)根據(jù)所述右側(cè)腿支架用促動器的第一操作量、所述左側(cè)腿支架 用促動器的第一操作量和第二操作量來控制各促動器的驅(qū)動力，其中，所 述右側(cè)腿支架用促動器的第一操作量是以從地面實際作用至所述右側(cè)腿 支架的支撐力成為對應(yīng)了該右側(cè)腿支架的所述目標(biāo)承擔(dān)量的形式被確定， 所述左側(cè)腿支架用促動器的第一操作量是以從地面實際作用至所述左側(cè) 腿支架的支撐力成為對應(yīng)了該左側(cè)腿支架的所述目標(biāo)承擔(dān)量的形式被確 定，所述第二操作量是針對所述至少任意一方的促動器并根據(jù)所述目標(biāo)作 用力與所述測定的作用力之間的偏差來決定的反饋操作量(第八發(fā)明)。
根據(jù)該第八發(fā)明，所述各促動器的第一操作量以從地面實際作用至對 應(yīng)該促動器的腿支架的支撐力成為該腿支架的所述目標(biāo)承擔(dān)量的形式被 確定。并且，通過根據(jù)所述使用者的左右腿部的踩踏力的比率將所述目標(biāo) 總上推力進行分配來確定該目標(biāo)承擔(dān)量。例如，以右側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān) 量與左側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量之間的比率與所述測定的使用者的右腿踩 踏力與左腿踩踏力之間的比率相一致、且該兩腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量的總和 與所述目標(biāo)總上推力相一致的形式來確定各腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量。在這種 情況下，所述總目標(biāo)上推力是所述目標(biāo)作用力與裝置自重補償力的總和。
所以，根據(jù)第八發(fā)明，能夠以按照與使用者所希望的各腿部的動作狀 態(tài)相適合的百分比使各腿支架承擔(dān)所述目標(biāo)作用力與所述推定的裝置自 重補償力之和、即目標(biāo)總上推力的形式來決定各促動器的第一操作量。也 就是說，能夠以使由步行輔助裝置自身承擔(dān)支撐力總和的同時、并將所述 目標(biāo)作用力從落座部作用至使用者身上的形式，決定使各促動器動作的第 一操作量，其中，所述支撐力總和是指對抗伴隨使用者的運動而在步行輔 助裝置上產(chǎn)生的上下方向上的慣性力和該步行輔助裝置所受的重力、從地 面作用至各腿支架上的支撐力。并且，通過根據(jù)該第一操作量和第二操作 量來控制各促動器的驅(qū)動力，能夠按照使用者所希望的形態(tài)來順利地進行 步行輔助裝置的各腿支架的動作的同時，補償起因于步行輔助裝置的重量 的上下方向上的慣性力以及重力的影響，并將目標(biāo)作用力從落座部作用至 使用者身上，其中，所述第二操作量是根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述測定的 作用力之間的偏差來決定的反饋操作量。
11作為補充，在第八發(fā)明中，所述目標(biāo)總上推力中的裝置自重補償力是 對抗起因于步行輔助裝置的重量的上下方向上的慣性力與重力而從地面 作用至各腿支架的支撐力的總和。所以，其結(jié)果，第一操作量以如下形式 被決定即，將所述目標(biāo)上推力以對應(yīng)了使用者左右腿部的踩踏力的比率 的一種比率(與左右腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量的比率相同的比率)分擔(dān)至各腿 支架的形式。
另外，在第八發(fā)明中，作為反饋控制對象的促動器僅是右側(cè)腿支架用 促動器以及左側(cè)腿支架用促動器中的任意一方促動器時，例如可以由所述 第二操作量對該任意一方的促動器的所述第一操作量進行補正，并通過補 正后的操作量來控制所述任意一方的促動器的驅(qū)動力即可，其中，所述反 饋控制對應(yīng)了所述目標(biāo)作用力與測定的作用力之間的偏差。同時，對于另 一方促動器，則只需就這樣使用對應(yīng)了該促動器的所述第一操作量來控制 該另一方的促動器的驅(qū)動力即可。
此外，也可以利用測定各腿支架關(guān)節(jié)的位移量的關(guān)節(jié)位移量傳感器的 輸出、安裝在所述落座部等上的加速度傳感器的輸出等來推定所述裝置自 重補償力。
作為第八發(fā)明的更為具體的形態(tài)，該步行輔助裝置具備控制對象力測 量機構(gòu)，該控制對象力測量機構(gòu)基于該腿支架上所具有的第二力傳感器的 輸出，測量出從地面實際作用至所述各腿支架的支撐力，并將該支撐力作 為控制對象力。所述促動器控制機構(gòu)還具有如下五機構(gòu)，機構(gòu)一至少根 據(jù)所述右側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量來決定針對所述右側(cè)腿支架用促動器的 右側(cè)前饋操作量；機構(gòu)二根據(jù)所述右側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量與所述測定. 的右側(cè)腿支架的控制對象力之間的偏差來決定針對右側(cè)腿支架用促動器 的右側(cè)第一反饋操作量；機構(gòu)三至少根據(jù)所述左側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量 來決定針對所述左側(cè)腿支架用促動器的左側(cè)前饋操作量；機構(gòu)四根據(jù)所 述左側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量與所述測定的左側(cè)腿支架的控制對象力之間 的偏差來決定針對左側(cè)腿支架用促動器的左側(cè)第一反饋操作量；機構(gòu)五 根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述測定的作用力之間的偏差來決定針對任一促 動器的第二反饋操作量。并且，當(dāng)所述測定的使用者的右腿踩踏力大于左 腿踩踏力時、或是所述測定的右側(cè)腿支架的控制對象力大于左側(cè)腿支架的 控制對象力時，將所述右側(cè)前饋操作量以及所述第二反饋操作量分別作為
12右側(cè)腿支架用促動器的所述第一操作量、第二操作量，所述促動器控制機 構(gòu)根據(jù)由該第二操作量對該第一操作量進行了補正后的操作量來控制所 述右側(cè)腿支架用促動器的驅(qū)動力，同時將由所述左側(cè)第一反饋操作量對所 述左側(cè)前饋操作量進行了補正后的操作量作為左側(cè)腿支架用促動器的所 述第一操作量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)該第一操作量來控制所述左側(cè)腿 支架用促動器的驅(qū)動力。又，當(dāng)所述測定的使用者的左腿踩踏力大于右腿 踩踏力時、或是所述測定的左側(cè)腿支架的控制對象力大于右側(cè)腿支架的控 制對象力時，將所述左側(cè)前饋操作量以及所述第二反饋操作量分別作為左 側(cè)腿支架用促動器的所述第一操作量、第二操作量，所述促動器控制機構(gòu) 根據(jù)由該第二操作量對該第一操作量進行了補正后的操作量來控制所述 左側(cè)腿支架用促動器的驅(qū)動力，同時將由所述右側(cè)第一反饋操作量對所述 右側(cè)前饋操作量進行了補正后的操作量作為右側(cè)腿支架用促動器的所述 第一操作量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)該第一操作量來控制所述右側(cè)腿支 架用促動器的驅(qū)動力(第九發(fā)明)。
根據(jù)該第九發(fā)明，當(dāng)所述測定的使用者的右腿踩踏力大于左腿踩踏力 時、或是所述測定的右側(cè)腿支架的控制對象力大于左側(cè)腿支架的控制對象 力時，將所述右側(cè)前饋操作量以及所述第二反饋操作量分別作為右側(cè)腿支 架用促動器的所述第一操作量、第二操作量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)由 該第二操作量對該第一操作量進行了補正后的操作量來控制所述右側(cè)腿 支架用促動器的驅(qū)動力。因此，能夠由測定的踩踏力或控制對象力較大一 側(cè)的腿支架、即右側(cè)腿支架來承擔(dān)與該腿支架對應(yīng)的目標(biāo)承擔(dān)量的同時， 將從落座部作用于使用者身上的作用力穩(wěn)定地反饋控制到目標(biāo)作用力上。 并且，對左側(cè)腿支架來說，將由所述左側(cè)第一反饋操作量對所述左側(cè)前饋 操作量進行了補正后的操作量作為左側(cè)腿支架用促動器的所述第一操作 量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)該第一操作量來控制所述左側(cè)腿支架用促動 器的驅(qū)動力。因此，能夠?qū)⒆髠?cè)腿支架的所述控制對象力可靠地反饋控制 到該左側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量上。
同樣，當(dāng)所述測定的使用者的左腿踩踏力大于右腿踩踏力時、或是所 述測定的左側(cè)腿支架的控制對象力大于右側(cè)腿支架的控制對象力時，將所 述左側(cè)前饋操作量以及所述第二反饋操作量分別作為左側(cè)腿支架用促動 器的所述第一操作量、第二操作量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)由該第二操
13作量對該第一操作量進行了補正后的操作量來控制所述左側(cè)腿支架用促 動器的驅(qū)動力。因此，能夠由測定的踩踏力或控制對象力較大一側(cè)的腿支 架、即左側(cè)腿支架來承擔(dān)與該腿支架對應(yīng)的目標(biāo)承擔(dān)量的同時，將從落座 部作用于使用者身上的作用力穩(wěn)定地反饋控制到目標(biāo)作用力上。并且，對 右側(cè)腿支架來說，將由所述右側(cè)第一反饋操作量對所述右側(cè)前饋操作量進 行了補正后的操作量作為右側(cè)腿支架用促動器的所述第一操作量，所述促 動器控制機構(gòu)根據(jù)該第一操作量來控制所述右側(cè)腿支架用促動器的驅(qū)動 力。因此，能夠?qū)⒂覀?cè)腿支架的所述控制對象力可靠地反饋控制到該右側(cè) 腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量上。
而且，在該第九發(fā)明中，根據(jù)目標(biāo)作用力與測定的作用力之間的偏差 而執(zhí)行的反饋控制和根據(jù)目標(biāo)承擔(dān)量與測定的控制對象力之間的偏差而 執(zhí)行的反饋控制是對相互不同的腿支架用的促動器而進行的，所以能夠避 免這些反饋控制之間的干擾。
另外，當(dāng)所述測定的使用者左右腿部的踩踏力相同時、或是所述測定 的左右腿支架的控制對象力相同時，對應(yīng)目標(biāo)作用力與所述測定的作用力 之間的偏差而執(zhí)行的反饋控制(使用所述第二反饋操作量的控制)可以針 對右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè)腿支架用促動器中的任一的促動器進行。 同時，對應(yīng)目標(biāo)承擔(dān)量與所述測定的控制對象力之間的偏差而執(zhí)行的反饋 控制(使用所述右側(cè)或左側(cè)第一反饋操作量的控制)只需針對另一腿支架 用的促動器進行即可。
而且，第九發(fā)明中的所述第二力傳感器例如只需安裝在靠近各腿支架 的腳板安裝部的部位即可。
此外，所述第九發(fā)明中的前饋操作量至少根據(jù)各腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量 來確定即可。此時，除了該目標(biāo)承擔(dān)量，還可以在考慮了該腿支架的關(guān)節(jié) 的位移量測定值、該腿支架的控制對象力測定值的基礎(chǔ)上來確定針對該腿 支架的前饋操作量。
作為補充，在所述第一 第九發(fā)明中，所述各腿支架例如是由經(jīng)第一 關(guān)節(jié)而聯(lián)結(jié)于所述上推力傳遞部的大腿架、經(jīng)第二關(guān)節(jié)而聯(lián)結(jié)于該大腿架 上的小腿架和將所述腳板安裝部聯(lián)結(jié)于下腿架的第三關(guān)節(jié)構(gòu)成。具有該結(jié) 構(gòu)的腿支架中，第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)和第三關(guān)節(jié)分別對應(yīng)于使用者的髖關(guān) 節(jié)、膝關(guān)節(jié)和腳腕關(guān)節(jié)。在這種情況下，所述各促動器最好是一種驅(qū)動第
14二關(guān)節(jié)的促動器。
此外，各腳板安裝部最好是例如具有由平板狀部分和高剛性部分構(gòu)成 的構(gòu)件，其中，在使用者的各腿為站立腿時，該高剛性部分介于該使用者 的腳板與地面之間；該高剛性部分將所述平板狀部分聯(lián)結(jié)于腿支架。作為 其中的一個例子，各腳板安裝部最好具有帶高剛性的環(huán)狀構(gòu)件(例如鐙狀 構(gòu)件)，并經(jīng)該環(huán)狀構(gòu)件將該腳板安裝部連接到腿支架上，其中，所述環(huán) 狀構(gòu)件可以使使用者穿著于該腳板安裝部的腳板由其腳尖插入其中。通過 使腳板安裝部具有上述這種構(gòu)件，步行輔助裝置所受的重力和該步行輔助 裝置產(chǎn)生的慣性力幾乎不會作用到使用者身上，而是可以作用到地面。另 外，環(huán)狀構(gòu)件的兩個側(cè)壁部也可省去其中一方。


圖1表示本發(fā)明第一實施方式的步行輔助裝置1的側(cè)視圖。
圖2表示圖i的n線的視圖。
圖3表示圖i的ni-m線的截斷面圖。
圖4是概略表示圖i的步行輔助裝置的控制器構(gòu)成(硬件構(gòu)成)的框圖。
圖5是表示圖4的控制器所具備的運算處理部51的功能性機構(gòu)的框圖。
圖6表示踩踏力測量處理機構(gòu)60R、 60L的處理流程的框圖。
圖7表示圖6的S104處理中使用的圖表的坐標(biāo)圖。
圖8表示膝角度測量處理機構(gòu)61R、 61L的處理流程的框圖。
圖9是用于說明圖8的S201、 S203的處理的圖。
圖10表示左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63的處理流程的框圖。
圖11中的圖ll(a)、 (b)是用于表示圖10的S303的處理流程的坐標(biāo)圖。
圖12是表示圖10中的S304的處理流程的框圖。
圖13是表示圖5中所示的電動機操作量決定機構(gòu)的功能的框圖。
圖14是表示圖13中所示的前饋操作量決定機構(gòu)64aR、 64aL處理流程的框圖。
圖15是用于說明圖14中的S502的處理的圖。
圖16是表示圖13中所示的輸出操作量決定機構(gòu)64d的處理的流程圖。 圖17是表示本發(fā)明的第二實施方式中圖10的S304的處理流程的框圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的第一實施方式進行說明。
首先，參照圖1 圖3說明本實施方式的步行輔助裝置的機械上的結(jié) 構(gòu)。圖l是該步行輔助裝置l的側(cè)面圖；圖2是圖1的II線的前視圖；圖
3是圖i的in-in線的截斷面圖。另夕卜，這些圖1 圖3中的步行輔助裝置
1表現(xiàn)了將其整備在使用者A(用虛擬線表示)上并使其動作后的狀態(tài)。這 時，圖中所示的使用者A幾乎以筆直站立的姿勢站立著。但是，在圖2中， 為了更加易于理解步行輔助裝置1的結(jié)構(gòu)，使用者A采用了其兩腿部左右 分開的姿勢。
參照圖1以及圖2，步行輔助裝置1是一種體重減負輔助裝置，其支 撐使用者A的一部分體重(減輕使用者由其自身的腿部(站立腿)所支撐的 重量，使其比自身的體重要輕)。該步行輔助裝置1具有使用者落座的落 座部2和左右一對腳板安裝部15L、 15R，其中，該左右一對腳板安裝部 15L、 15R分別經(jīng)左右一對腿支架3L、 3R被連接于所述落座部2。腿支架 3L、 3R是互為相同的結(jié)構(gòu)；腳板安裝部15L、 15R是互為相同的結(jié)構(gòu)。另 外，在圖1中，腿支架3L、 3R以相同的姿勢并列于使用者A的左右方向 上(與圖1紙面相垂直的方向)，這種狀態(tài)在圖面上呈重合(左側(cè)的腿支架 3L位于圖面的前方位置)。圖1中的腳板安裝部15L、 15R也呈重合。
這里，在本說明書的實施方式的說明中，使用符號"R"來表示與使 用者A的右腿或步行輔助裝置1的右側(cè)腿支架3R有關(guān)的意思；使用符號 "L"來表示與使用者A的左腿或步行輔助裝置1的左側(cè)的腿支架3L有關(guān) 的意思。但是，在無需特意對左右進行區(qū)分時，通常省略符號R、 L。
落座部2為鞍狀構(gòu)件，使用者A能夠以跨在落座部2上(將落座部2 設(shè)置在使用者A的兩腿根部之間)的形式落座于該落座部2的上面(座位表 面)。通過該落座狀態(tài)，落座部2在使用者A的胯下與該使用者A的軀干 部(上體)相接觸。因此，可以將用于支撐該使用者A—部分體重的向上的 上推力從落座部2加至使用者A上。另外，在對本實施方式的說明中，從 落座部2作用至使用者A上的上下方向上的作用力稱其為上推力。這時， 該上推力的正方向為向上。所以，向上的上推力是指正的上推力。作為補 充，從使用者A作用到落座部2的上下方向上的作用力則為上述上推力的 反作用力(倒置了上推力的符號的作用力)。
16此外，如圖1所示，落座部2的前端部2f和后端部2r朝上方突起。 由此，使用者A相對于落座部2的落座位置(前后方向上的位置)可被限制 在落座部2的前端部2f與后端部2r之間。同時，落座部2的前端部2f 如圖2所述形成為兩股狀。
而且，落座部2經(jīng)力傳感器90固定于安裝在該落座部2的下表面一 側(cè)的落座部骨架2a上。力傳感器90測定所述上推力(或其反作用力)，相
當(dāng)于本發(fā)明的作用力測定機構(gòu)。以后，稱該力傳感器90為上推力傳感器 90。此外，在該落座部骨架2a上裝設(shè)有加速度傳感器80。但是該加速度 傳感器80使用于后述的第二實施方式中，在本實施方式中可以將其省略。
各腿支架3分別具有經(jīng)第1關(guān)節(jié)10而連接于落座部骨架2a的大腿架 11、經(jīng)第2關(guān)節(jié)12連接于該大腿架11上的小腿架13和將該小腿架13連 接在腳板安裝部15上的第3關(guān)節(jié)14。
各腿支架3的第1關(guān)節(jié)10相當(dāng)于使用者A的髖關(guān)節(jié)，其為使該腿支 架3繞左右方向軸的擺動動作(腿支架3前后方向上的揮擺動作)和繞前后 方向的軸的擺動動作(內(nèi)擺/外擺動作)成為可能的關(guān)節(jié)。該第1關(guān)節(jié)10 配置于落座部2的下側(cè)。更具體而言，該第1關(guān)節(jié)10包括一對銷軸20f 、 20r、轉(zhuǎn)動自如地被軸支撐在該銷軸20f、 20r上的托架21f、 21r、固定于 托架21f 、 21r下端的圓弧狀導(dǎo)軌22和沿該導(dǎo)軌22移動自如地被支承在 該導(dǎo)軌22之上的板件23，其中所述一對銷軸20f、 20r被配置在落座部 骨架2a的靠前側(cè)部位以及靠后端部位處，且被配置在與圖1中的虛線所 示的前后方向上的軸心C同軸之上。并且，從該板件23朝斜的前下方延 伸設(shè)置有所述大腿架11。該大腿架11為大致呈桿狀的構(gòu)件并與板件23 形成一體。
各銷軸20f、 20r經(jīng)軸承24f、 24r固定于落座部骨架2a上，其中， 所述軸承24f 、 24r各自的兩端部(前后端部)固定于落座部骨架2a的下表 面處。并且，托架21f其上端部嵌合于銷軸20f中間部的外圍處并由該銷 軸20f軸支撐，由此托架21f繞該銷軸20f的軸心C轉(zhuǎn)動自如。同樣，托 架21r其上端部嵌合于銷軸20r中間部的外圍處由該銷軸20r軸支撐，由 此托架21r繞該銷軸20r的軸心C轉(zhuǎn)動自如。所以，各第1關(guān)節(jié)10的導(dǎo) 軌22與托架21f、 21r—同以銷軸20f、 20r的軸心C為轉(zhuǎn)動軸心可進行 擺動。另外，在本實施方式中，腿支架3R、 3L各自的第1關(guān)節(jié)10R、 10L的轉(zhuǎn)動軸心同為轉(zhuǎn)動軸心C。換言之，腿支架3R的第1關(guān)節(jié)IOR及腿支架
3L的第1關(guān)節(jié)IOL共用銷軸20f、 20r。 g卩，右側(cè)第1關(guān)節(jié)10R的托架21fR 以及左側(cè)第1關(guān)節(jié)10L的托架21fL中任意一托架都被軸支撐于同一銷軸 20f處。同樣，右側(cè)第1關(guān)節(jié)10R的托架21rR以及左側(cè)第1關(guān)節(jié)10L的托 架21rL中任意一托架都被軸支撐于同一銷軸20r處。
各腿支架3的第1關(guān)節(jié)10的板件23以與包含導(dǎo)軌22圓弧的面平行 的形式靠近該導(dǎo)軌22進行配置。如圖1所示，具有多個(例如4個)轉(zhuǎn)動 自如的輥25的支座26固定于該板件23之上。并且，該支座26的輥25 以導(dǎo)軌22上下面?zhèn)€數(shù)相同的方式滾動自如地卡和于導(dǎo)軌22的上表面(內(nèi) 周面)及下表面(外周面)。由此，板件23沿導(dǎo)軌22可移動自如。在該情 況下，導(dǎo)軌22與落座部2的位置關(guān)系以及導(dǎo)軌22的圓弧半徑以下述方式 被設(shè)定，該方式為如圖1所示，在矢狀面上看步行輔助裝置1時，導(dǎo)軌 22的圓弧中心點P存在于落座部2的上側(cè)。
通過以上所說明的第1關(guān)節(jié)10的構(gòu)成，與板件23成一體的大腿架11 繞使用者A的前后方向的轉(zhuǎn)動軸心C可擺動自如，且各腿支架3通過該擺 動動作可以進行內(nèi)擺/外擺動作。另外，與板件23成一體的大腿架11繞 通過所述中心點P的左右方向的軸(更確切地說是繞垂直于包含導(dǎo)軌22的 圓弧的面并通過中心點P的軸)可擺動自如，且通過該擺動動作，各腿支 架3可以進行前后的揮擺動作。另外，在本實施方式中，第1關(guān)節(jié)10為 可繞前后方向以及左右方向這2軸進行轉(zhuǎn)動動作的關(guān)節(jié)，但是，除了繞前 后方向以及左右方向這2軸進行轉(zhuǎn)動動作之外，還可以以能繞上下方向的 軸進行轉(zhuǎn)動動作(各腿支架3的內(nèi)轉(zhuǎn)/外轉(zhuǎn)動作)的方式(g口，能繞3軸進 行轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動動作)來組成第1關(guān)節(jié)?；蛘?，第1關(guān)節(jié)也可以是只能繞左 右方向這1軸進行轉(zhuǎn)動動作的關(guān)節(jié)(只能使各腿支架3進行前后擺動動作 的關(guān)節(jié))。
再者，如圖1所示在矢狀面上看步行輔助裝置1時，各腿支架3的第 1關(guān)節(jié)10的板件23從所述支座26處向落座部2的后方延伸。并且，在該 板件23的后端部同軸設(shè)置有電動機27和旋轉(zhuǎn)編碼器28，其中，該旋轉(zhuǎn)編 碼器28作為旋轉(zhuǎn)角測定機構(gòu)來測定該電動機27轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角(相對于規(guī) 定標(biāo)準(zhǔn)位置的旋轉(zhuǎn)角)。在本實施方式中，對各腿支架3的第1 第3關(guān)節(jié) 10、 12、 14中的第2關(guān)節(jié)12進行驅(qū)動。而所述電動機27則為驅(qū)動第2關(guān)節(jié)12的促動器。同時，旋轉(zhuǎn)編碼器28所測定的旋轉(zhuǎn)角被用于測量作為
第2關(guān)節(jié)12的位移量的旋轉(zhuǎn)角(彎曲角)。
另外，左側(cè)腿支架3L的電動機27L和右側(cè)腿支架3R的電動機27R在本發(fā)明中分別相當(dāng)于左側(cè)腿支架用促動器和右側(cè)腿支架用促動器。各促動器可以使用液壓促動器或氣動促動器。而且，各促動器例如還可以通過合適的托架固定于落座部骨架2a的后部、或各腿支架3的大腿架11上?；蛘?，也可以將各促動器安裝在各腿支架3的第2關(guān)節(jié)12上，并直接驅(qū)動該第2關(guān)節(jié)12。而且，測量第2關(guān)節(jié)12的位移量的傳感器(關(guān)節(jié)位移量傳感器)也可以直接安裝在各腿支架3的第2關(guān)節(jié)12上。此外，位移傳感器也可以由代替了旋轉(zhuǎn)編碼器的電位計等構(gòu)成。
各腿支架3的第2關(guān)節(jié)12相當(dāng)于使用者A的膝關(guān)節(jié)，是可以使該腿支架3進行伸展和彎曲動作的關(guān)節(jié)。該第2關(guān)節(jié)12經(jīng)具有左右方向軸心(更確切地說是指與包含所述導(dǎo)軌22的圓弧的面相垂直的方向上的軸心)的銷軸29連接了大腿架11的下端和小腿架13的上端。并且，該第2關(guān)節(jié)12繞該銷軸29的軸心使小腿架13相對于大腿架11轉(zhuǎn)動自如。另外，在第2關(guān)節(jié)12上設(shè)置有未圖示的擋件，限制小腿架13相對于大腿架11能轉(zhuǎn)動的范圍。
各腿支架3的小腿架13為從該腿支架3的第2關(guān)節(jié)12向斜下方延伸而成的大致呈桿狀的桿狀物。更詳細而言，該小腿架13由構(gòu)成靠近第3關(guān)節(jié)14部分的下部小腿架13b、構(gòu)成該下部小腿架13b上側(cè)部分的桿狀的上部小腿架13a、并使力傳感器30(其相當(dāng)于本發(fā)明中的第2力傳感器)介于兩者之間進行連接的方式而組成。下部小腿架13b與上部小腿架13a相比被設(shè)為足夠短。所以，力傳感器30以靠近腳板安裝部15的位置的方式被安裝在介于各腿支架3的小腿架13和腳板安裝部15之間。該力傳感器30是測定3軸平移力(與力傳感器30的表面相垂直的軸方向上的平移力和與該表面平行且相互正交的2軸方向上的平移力)的3軸力傳感器。然而，在本實施方式中，如后所述，只對所測定的3軸平移力中的2軸的平移力測定值進行利用。因而，也可甩測定2軸的平移力的2軸傳感器來構(gòu)成力傳感器30。
此外，在小腿架13的上部小腿架13a的上端部上固定有滑輪31，該滑輪31與該小腿架13形成一體并可繞所述第2關(guān)節(jié)12的銷軸29轉(zhuǎn)動自
19如。 一對線纜32a、 32b的端部固定于該滑輪31的外周處，該一對線纜作為驅(qū)動力傳遞機構(gòu)將所述電動機27的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力傳遞至該滑輪31上。從滑輪31外周部直徑方向上呈相對位置的兩處分別沿該滑輪31的切線方向引出該線纜32a、 32b。并且，線纜32a、 32b穿通于沿大腿架11配設(shè)的未圖示的橡膠管(線纜的防護管)中，連接于電動機27的轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸(省略圖示)之上。此時，以下述方式將來自電動機27的拉力加至該線纜32a、 32b之上，該方式為通過電動機27轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸的正轉(zhuǎn)，線纜32a、 32b其中一方被巻入于滑輪31的同時另一方自滑輪31被引出，同時，通過電動機27的轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸的倒轉(zhuǎn)，線纜32a、 32b的所述另一方被巻入于滑輪31的同時所述一方自滑輪31被引出。由此，電動機27的轉(zhuǎn)動驅(qū)動力經(jīng)線纜32a、 32b被傳遞至滑輪31，該滑輪31被驅(qū)動進行轉(zhuǎn)動(固定有該滑輪31的小腿架13繞第2關(guān)節(jié)12的銷軸29的軸心相對于大腿架11而進行轉(zhuǎn)動)。
另外，小腿架13的下部小腿架13b的下端部是如圖3所示形成為兩股狀的兩股部13bb構(gòu)成。
各腿支架3的第3關(guān)節(jié)14相當(dāng)于使用者A的腳腕關(guān)節(jié)。在本實施方式中，該第3關(guān)節(jié)14如圖3所示由可繞3軸轉(zhuǎn)動的自由鉸33(參照圖3)構(gòu)成。該自由鉸33被夾裝于小腿架13的下部小腿架13b的所述兩股部13bb中，將該小腿架13的下端部(兩股部13bb)和腳板安裝部15上部的連結(jié)部34進行連接。據(jù)此，腳板安裝部15可相對于小腿架13進行3自由度的轉(zhuǎn)動。
各腳板安裝部15具有使用者A各腳部穿著的鞋體35、收納在該鞋體35內(nèi)部且其上端固定于所述連結(jié)部34的鐙狀環(huán)形構(gòu)件36。環(huán)狀構(gòu)件36由高剛性的金屬等構(gòu)成。并且，環(huán)狀構(gòu)件36如圖3所示以下述方式被收納于鞋體35的內(nèi)部，該方式為其平坦的底板部抵接于鞋體35的內(nèi)部底面，且連結(jié)該底板部兩端的彎曲部(側(cè)壁部)沿鞋體35的側(cè)壁設(shè)置。此外，在鞋體35的內(nèi)部插裝有可覆蓋鞋體35內(nèi)部底面和環(huán)狀構(gòu)件36的底板部的內(nèi)墊構(gòu)件37(在圖1中圖示省略)。另外，連結(jié)部34通過鞋帶系裝部的開口被插入于鞋體35的內(nèi)部。
將各腿支架3的腳板安裝部15裝置于使用者A的各腳板上時，使該腳板的腳趾前端部分穿過環(huán)狀構(gòu)件36，并使所述內(nèi)墊構(gòu)件37墊于該腳板底面的方式使使用者A的腳板從鞋體35的穿入口插入于鞋體35的內(nèi)部。
20并且，通過系扣鞋帶將腳板安裝部15裝置在該腳板上。
而且，在腳板安裝部15的內(nèi)墊構(gòu)件37的下表面，在鞋體35的前側(cè)位置(比環(huán)狀構(gòu)件36的底板部要更靠前的部位)和后側(cè)部位(比環(huán)狀構(gòu)件36的底板部要更靠后的部位)設(shè)置有力傳感器38、 39。所以，力傳感器38、39介于使用者A的腳板地面和腳板安裝部15的著地部、即鞋體35的底部之間被安裝。
設(shè)置前側(cè)力傳感器38，使其大致位于裝置有腳板安裝部15的使用者A的腳板的MP關(guān)節(jié)(掌指關(guān)節(jié))的正下方。同時，設(shè)置后側(cè)的力傳感器39，使其大致位于該腳板的腳踵的正下方。在本實施方式中，這些力傳感器38、39為1軸力傳感器，測定與腳板安裝部15的底面(觸地面)相垂直的方向(使用者A的腿在直立狀態(tài)下大致與地面垂直的方向)的平移力。以下將力傳感器38、 39分別稱為MP傳感器38、腳踵傳感器39。同時，MP傳感器38和腳踵傳感器39合起來組成本發(fā)明中的第l力傳感器。
作為補充，內(nèi)墊構(gòu)件37雖然可以由柔軟的(具有可撓性的)材料來構(gòu)成，但也可以由高剛性的材料來構(gòu)成。用軟質(zhì)的材料構(gòu)成內(nèi)墊構(gòu)件37時，通過在其下面設(shè)置多個力傳感器，能夠高精度測定使用者A的腳板底面各部位所受的力。另一方面，當(dāng)用高剛性的材料來構(gòu)成內(nèi)墊構(gòu)件37時，由于可簡單地測定使用者A的腳板整體的踩踏力，因而可以減少設(shè)置在內(nèi)墊構(gòu)件37下面的力傳感器的個數(shù)。
另外，為了測定使用者A各腿部的踩踏力，也可以使各腳板安裝部15具有諸如以下的構(gòu)成。即，例如在所述環(huán)狀構(gòu)件36的內(nèi)側(cè)設(shè)置能夠從使用者A的腳板底面支承使用者A腳板的平板狀的腳板支承構(gòu)件(例如是與內(nèi)墊構(gòu)件37相同形狀的構(gòu)件)。并且，將支架構(gòu)件經(jīng)力傳感器低吊設(shè)于環(huán)狀構(gòu)件36的內(nèi)表面上端，該支架構(gòu)件從所述腳板支承構(gòu)件的兩側(cè)等向腳板面上方延伸設(shè)置。在這種情況下，將腳板支承構(gòu)件和支架構(gòu)件設(shè)置為不與環(huán)狀構(gòu)件36和鞋體35的內(nèi)表面相接觸。通過這樣的設(shè)置，由于與踩踏力幾乎相同的力作用在力傳感器上，因而可以根據(jù)該力傳感器的輸出來計測踩踏力。
以上為本實施方式的步行輔助裝置l的結(jié)構(gòu)上的構(gòu)成。作為補充，一般體型的使用者A以直立姿勢站立時，各腿支架3的第2關(guān)節(jié)12如圖1所示會比使用者A的腿部要向前方突出。即，設(shè)定大腿架ll的長度和小腿架13的長度，使這兩個長度的總和比一般體型的使用者A的胯下腿部長度要略長。如此設(shè)定大腿架11以及小腿架13的長度時，借助設(shè)置于所
述第2關(guān)節(jié)12處的擋件而不會產(chǎn)生大腿架11以及小腿架13成為一條直線的奇異點狀態(tài)、以及與圖1所示大腿架11以及小腿架13的狀態(tài)呈反向彎曲的狀態(tài)。其結(jié)果，可防止由各腿支架3的奇異點狀態(tài)和因反向彎曲狀態(tài)而引起的無法控制步行輔助裝置1的動作的情況。
另外，各腿支架3的第2關(guān)節(jié)也可以是直動型的關(guān)節(jié)。在使用以上述方式構(gòu)成的步行輔助裝置1時，在將腳板安裝部15裝置于使用者A各腿的腳板上的狀態(tài)下，通過由各電動機27產(chǎn)生各第2關(guān)節(jié)12上的轉(zhuǎn)矩，從落座部2向使用者A作用以向上的上推力(正的上推力)，具體進行后述。此時，在各腳板安裝部15、 15的與地面的觸地面上作用有地面反作用力。作用于各腳板安裝部15的觸地面的地面反作用力其合力是與使用者A所受的重力、步行輔助裝置l所受的重力、以及因使用者A和步行輔助裝置1的動作而產(chǎn)生的慣性力的總和相均衡的地面反作用力，即對抗這些重力和慣性力而從地面作用的反作用力。同時，使用者A所受的重力是指與包括使用者A的衣著(身上穿著配戴的物件)和攜帶物在內(nèi)的使用者A的總重量相當(dāng)?shù)囊环N重力(該總重量與重力加速度的乘積)。另外，步行輔助裝置所受的重力是指與包括后述的控制器在內(nèi)的步行輔助裝置1的總重量相當(dāng)?shù)囊环N重力(該總重量與重力加速度常數(shù)的乘積)。
在本說明書中，如上所述那樣對抗重力和慣性力而自地面作用于步行輔助裝置1或使用者A上的反作用力稱之為支撐力。并且，以下稱作用于各腳板安裝部15觸地面的地面反作用力的合力為總支撐力。另外，雖然"力" 一般由平移力分量和力矩分量組成，但在本說明書中"力"是指平移力。
作為補充，在使用者A幾乎為靜止的狀態(tài)、或使用者A緩慢地進行動作的狀態(tài)下，所述慣性力極小。在該情況下，總支撐力與使用者A所受的重力以及步行輔助裝置l所受的重力的總和(上下方向上的平移力)幾乎相均衡。
這里，本實施方式的步行輔助裝置1僅其兩腳板安裝部15、 15被裝置在使用者A上并受束縛。同時，在各腳板安裝部15處具備所述環(huán)狀構(gòu)件36。因此，步行輔助裝置l所受的重力、該步行輔助裝置1經(jīng)落座部2
22承受來自使用者A的負載(所述上推力的反作用力)以及步行輔助裝置1上
所產(chǎn)生的慣性力(更詳細而言是指上下方向上的慣性力)幾乎不會作用在
使用者A上，而是由兩腿支架3、 3經(jīng)由兩腳板安裝部15、 15的環(huán)狀構(gòu)件36、 36作用至地面。
所以，在所述總支撐力中，對抗步行輔助裝置l所受的重力、該步行輔助裝置1經(jīng)落座部2而承受的來自使用者A的負載以及在步行輔助裝置1上產(chǎn)生的上下方向上的慣性力的總和的支撐力會從地面作用至步行輔助裝置1上。該支撐力是指在所述總支撐力中由步行輔助裝置來承擔(dān)的支撐力。以下，像這樣由步行輔助裝置1承擔(dān)的支撐力被稱為裝置承擔(dān)支撐力。
當(dāng)使用者A的兩腿為站立腿時(步行輔助裝置1的兩腳板安裝部15、15觸地時)，由左側(cè)腿支架3L和腳板安裝部15L這一組、以及右側(cè)腿支架3R和腳板安裝部15R這一組分擔(dān)承受所述裝置承擔(dān)支撐力。g卩，裝置承擔(dān)支撐力中的一部分支撐力由一方的腿支架3承擔(dān)，而剩余的支撐力由另一方的腿支架3來承擔(dān)。另外，當(dāng)使用者A僅其中一方的腿為站立腿時(另一方的腿為自由腿時)，所述裝置承擔(dān)支撐力全部由站立腿側(cè)的腿支架3和腳板安裝部15這一組承擔(dān)。以下，將裝置承擔(dān)支撐力中由腿支架3以及腳板安裝部15各組承擔(dān)的支撐力稱為腿支架支撐力。并且，由右側(cè)的腿支架3R和腳板安裝部15R這組承擔(dān)的支撐力稱之為右側(cè)腿支架支撐力；由左側(cè)的腿支架3L和腳板安裝部15R這組承擔(dān)的支撐力稱之為左側(cè)腿支架支撐力。左側(cè)腿支架支撐力和右側(cè)腿支架支撐力的總和與裝置承擔(dān)支撐力相一致。
另外，在所述裝置承擔(dān)支撐力中，對抗步行輔助裝置1所受的重力和該步行輔助裝置1產(chǎn)生的上下方向上的慣性力之和的支撐力、即從所述裝置承擔(dān)支撐力中減去了從落座部2作用于使用者A的上推力后的支撐力相當(dāng)于本發(fā)明中的裝置自重補償力。該裝置自重補償力是指起因于步行輔助裝置1自身的重量而作用在步行輔助裝置1上的支撐力。
另一方面，所述總支撐力減去所述裝置承擔(dān)支撐力后的支撐力自地面作用于使用者A的兩腿上，使用者A由其腿來承擔(dān)該支撐力。以下，像這樣由使用者A承擔(dān)的支撐力稱之為使用者承擔(dān)支撐力。另外，當(dāng)使用者A的兩腿為站立腿時，則由使用者A的兩腿分擔(dān)承受所述使用者承擔(dān)支撐力。即，由一方的腿承擔(dān)使用者承擔(dān)支撐力中的一部分支撐力，由另一方的腿承擔(dān)剩余部分的支撐力。同時，當(dāng)使用者A僅一方的腿為站立腿時，由該 一方的腿全部承擔(dān)所述使用者承擔(dān)支撐力。以下，在使用者承擔(dān)支撐力中， 由各腿部承擔(dān)的支撐力(自地面作用于各腿部的支撐力)稱之為使用者腿 部支撐力。并且，稱由右腿承擔(dān)的支撐力為使用者右腿支撐力；稱由左腿 承擔(dān)的支撐力為使用者左腿支撐力。使用者左腿支撐力和使用者右腿支撐 力的總和與使用者承擔(dān)支撐力相一致。
另外，將使用者A為了支撐自身而將各腿的腳板撐于地面的力稱為該 腿的踩踏力。各腿的踩踏力是與所述使用者腿部支撐力相均衡的力。
作為補充，在連接于各腿支架3上的腳板安裝部15的觸地狀態(tài)下， 以下的支撐力作用于該腿支架3所具有的力傳感器30上，S卩，該支撐力是 指從該腿支架3的腿支架支撐力中減去對抗了該腿支架3的力傳感器30 下側(cè)部分(主要是腳板安裝部15)所受重力的支撐力后的一種支撐力。并 且，由所述力傳感器30測定作用在該力傳感器30上的支撐力3軸方向上 的分量(或是2軸方向上的分量)。其中，各腿支架3所具有的力傳感器30 的下側(cè)部分(主要是腳板安裝部15)的重量相比步行輔助裝置1的整體重 量極小。因此，作用于該力傳感器30上的力與所述腿支架支撐力幾乎相 等。所以，各腿支架3的力傳感器30實際上測定對應(yīng)于該腿支架3的腿 支架支撐力。在以下的說明中，將力傳感器30稱作支撐力傳感器30。而 且，作用于各支撐力傳感器30的、兩腿支架3、 3上的支撐力的總和稱之 為總上推力("裝置承擔(dān)支撐力)。另外，將該總上推力中各腿支架3的承 擔(dān)量稱為總上推力承擔(dān)量(&腿支架支撐力)。
另外，作用于左側(cè)腳板安裝部15L的MP傳感器38L以及腳踵傳感器 39L上的力的總和相當(dāng)于所述使用者的左腿支撐力(或左腿的踩踏力)；作 用于右側(cè)腳板安裝部15R的MP傳感器38R以及腳踵傳感器39R上的力的 總和相當(dāng)于所述使用者的右腿支撐力(或右腿的踩踏力)。此外，在本實施 方式中，雖然將MP傳感器38和腳踵傳感器39設(shè)定為1軸力傳感器，也 可是例如可以測定與鞋體33底面近乎平行的方向上的平移力的2軸力傳 感器或3軸力傳感器。MP傳感器38以及腳踵傳感器39優(yōu)選為至少可以測 定與鞋體33底面或是地面近乎垂直的方向的平移力的傳感器。
另外，在本實施方式中，為了使步行輔助裝置l所受的重力、該步行 輔助裝置1經(jīng)落座部2承受來自使用者A的負載(所述上推力的反作用力)
24以及步行輔助裝置1所產(chǎn)生的慣性力(更詳細而言是指上下方向上的慣性 力)幾乎不作用到使用者A身上、而是作用于地面，使用了環(huán)狀構(gòu)件36，
但其中也可以使用省略了該環(huán)狀構(gòu)件36兩側(cè)部分(彎曲部)的其中一方后
的構(gòu)件。
接著，對如上述方式構(gòu)成的步行輔助裝置1的動作(電動機27R、 27L 的動作)進行控制的控制器進行說明。
圖4是概略性地表示該控制器50的構(gòu)成(硬件構(gòu)成)的框圖。如圖所 示，控制器50具備運算處理部51、所述電動機27R、 27L各自的驅(qū)動電路 52R、 52L、用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53、上推控制ON/OFF開 關(guān)54、電源電池55以及電源電路57，其中，運算處理部51由微電腦(CPU、 RAM、 ROM)以及輸入、輸出電路(A/D轉(zhuǎn)換器等)組成；用于設(shè)定輔助比以及 模式的鍵控開關(guān)53設(shè)定如下目標(biāo)輔助比以及模式該目標(biāo)輔助比是指使 用者A的左右腿部的實際的踩踏力大小相對于左右腿部踩踏力總和的向上 的上推力(從落座部2作用至使用者A上的向上的平移力)大小的百分比的 目標(biāo)值，所述模式規(guī)定了決定該上推力的目標(biāo)值、即目標(biāo)上推力的方式； 上推控制0N/0FF開關(guān)54選擇是否對使用者A產(chǎn)生上推力；電源電路57 經(jīng)電源開關(guān)56 (ON/OFF開關(guān))而被連接在所述電源電池55上，當(dāng)電源開關(guān) 56被進行ON操作(閉合)時，由電源電池55將電源電力提供給控制器50 的各電路51、 52R、 52L。
該控制器50經(jīng)托架(未圖示)被固定于落座部骨架2a的后端或是所述 板件23R、 23L等處。同時，用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53、上 推控制0N/0FF開關(guān)54以及電源開關(guān)56以可操作的方式裝置于控制器50 外箱(省略圖示)的外部。另外，用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53 以可直接設(shè)定所述目標(biāo)輔助比以及模式、或是可選擇性地設(shè)定預(yù)先被準(zhǔn)備 好的多種目標(biāo)值的方式由數(shù)字開關(guān)或多個選擇開關(guān)等構(gòu)成。作為補充，在 本實施方式當(dāng)中，通過用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53可以設(shè)定 的所述模式有兩種。
控制器50經(jīng)省略了圖示的接線連接有所述上推力傳感器90、 MP傳感 器38R、 38L、腳踵傳感器39R、 39L、支撐力傳感器30R、 30L、旋轉(zhuǎn)編碼 器28R、 28L。并且，這些傳感器的輸出信號被輸入到運算處理部51。而 且，用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53以及上推控制0N/0FF開關(guān)54的操作信號(顯示這些開關(guān)的操作狀態(tài)的信號)也被輸入至運算處理部51 。
另外，在控制器50中，自所述驅(qū)動電路52R、 52L至該電動機27R、 27L 分別連接有未圖示的所述驅(qū)動電路52R、 52L與電動機27R、 27L可通電的 接線。而且，運算處理部51根據(jù)后述的運算處理(控制處理)來決定各電 動機27R、 27L的通電電流的指令值(以下稱指示電流值)。并且，通過由 該指示電流值控制各驅(qū)動電路52R、 52L，運算處理部51可以控制各電動 機27R、 27L產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(驅(qū)動力)。
另外，所述上推力傳感器90、 MP傳感器38R、 38L、腳踵傳感器39R、 39L、支撐力傳感器30R、 30L的輸出信號(電壓信號)也可通過這些傳感器 附近的前置放大器增大波幅后再輸入至控制器50。同時，所述上推力傳感 器90、 MP傳感器38R、 38L、腳踵傳感器39R、 39L、支撐力傳感器30R、 30L的輸出信號被增大波幅后，其電壓值進行A/D轉(zhuǎn)換后由運算處理部51 進行處理。
作為所述運算處理部51主要的功能性機構(gòu)，其具有由如圖5的框圖 所示的功能性機構(gòu)。該功能性機構(gòu)是通過ROM中所存儲的程序來實現(xiàn)的功 能。
參照圖5，運算處理部51具有右側(cè)踩踏力測量機構(gòu)60R和左側(cè)踩踏力 測量機構(gòu)60L，其中，右側(cè)腿支架3R的MP傳感器38R以及腳踵傳感器39R 的輸出信號被輸入于右側(cè)踩踏力測量處理機構(gòu)60R;左側(cè)腿支架3L的MP 傳感器38L以及腳踵傳感器39L的輸出信號被輸入于左側(cè)踩踏力測量處理 機構(gòu)60L。右側(cè)踩踏力測量處理機構(gòu)60R是根據(jù)MP傳感器38R以及腳踵傳 感器39R的輸出信號的電壓值進行測量使用者A右腿踩踏力的大小(所述 使用者右腿支撐力的大小)的處理的機構(gòu)。同樣，左側(cè)踩踏力測量處理機 構(gòu)60L是根據(jù)MP傳感器38L以及腳踵傳感器39L的輸出信號的電壓值進 行測量使用者A左腿踩踏力的大小(所述使用者左腿支撐力的大小)的處理 的機構(gòu)。其中，這些踩踏力測量處理機構(gòu)60R、 60L相當(dāng)于本發(fā)明中的踩 踏力測量機構(gòu)。
另外，運算處理部51具備被輸入旋轉(zhuǎn)編碼器28R、 28L的輸出信號(脈 沖信號)的右側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61R以及左側(cè)膝角度測量處理機構(gòu) 61L。這些膝角度測量處理機構(gòu)61R、 61L是根據(jù)被輸入的信號來測量分別 相對應(yīng)的腿支架3的第2關(guān)節(jié)12處的彎曲角(第2關(guān)節(jié)12的位移量)的機構(gòu)。另外，由于各腿支架3的第2關(guān)節(jié)12相當(dāng)于該腿支架3的膝關(guān)節(jié)，
因而以下稱第2關(guān)節(jié)處的彎曲角為膝角度。
另外，運算處理部51具有右側(cè)支撐力測量處理機構(gòu)62R和左側(cè)支撐 力測量處理機構(gòu)62L，其中，右側(cè)腿支架3R的支撐力傳感器30R的輸出信 號和由所述右側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61R所測定的右側(cè)腿支架3R的膝角 度被輸入于該右側(cè)支撐力測量處理機構(gòu)62R;左側(cè)腿支架3L的支撐力傳感 器30L的輸出信號和由所述左側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61L所測定的左側(cè)腿 支架3L的膝角度被輸入于該左側(cè)支撐力測量處理機構(gòu)62L。右側(cè)支撐力測 量處理機構(gòu)62R是以被輸入的支撐力傳感器30R的輸出信號以及右側(cè)腿支 架3R的膝角度的測量值為根據(jù)對作用于所述右側(cè)腿支架支撐力中的支撐 力傳感器30R上的支撐力、即右側(cè)腿支架3R的所述總上推力承擔(dān)量進行 測量處理的機構(gòu)。同樣，左側(cè)支撐力測量處理機構(gòu)62L是以被輸入的支撐 力傳感器30L的輸出信號和左側(cè)腿支架3L的膝角度的測量值為根據(jù)對作 用于所述左側(cè)腿支架支撐力中的支撐力傳感器30L上的支撐力、即左側(cè)腿 支架3L的所述總上推力承擔(dān)量進行測量處理的機構(gòu)。其中，這些支撐力 測量處理機構(gòu)62L、 62L相當(dāng)于本發(fā)明中的控制對象力測量機構(gòu)。
另外，運算處理部51具有左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63，所述各測量 處理機構(gòu)60R、 60L、 61R、 60L、 62R、 62L的測量值、所述上推力傳感器 90的輸出信號、所述用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53以及上推控 制0N/0FF開關(guān)54的操作信號被輸入于該左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63。該 左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63是以輸入值為依據(jù)，決定從落座部2作用至 使用者A的向上的上推力的目標(biāo)值、即目標(biāo)上推力以及所述總上推力(裝 置承擔(dān)支撐力)的目標(biāo)值、即目標(biāo)總上推力的同時，進行決定下述目標(biāo)值 的處理的機構(gòu)，該目標(biāo)值是各腿支架3相對于所述目標(biāo)總上推力的承擔(dān)量 的目標(biāo)值、即各腿支架3的所述總上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值(以下簡稱為控 制目標(biāo)值)。其中，該控制目標(biāo)值相當(dāng)于本發(fā)明中的目標(biāo)承擔(dān)量。并且， 目標(biāo)上推力相當(dāng)于本發(fā)明中的目標(biāo)作用力。此外，左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機 構(gòu)63同時持有本發(fā)明中作為目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)的功能、作為目標(biāo)總上 推力決定機構(gòu)的功能、作為分配機構(gòu)的功能和作為裝置自重補償力推定機 構(gòu)的功能。
而且，運算處理部51具有電動機操作量決定機構(gòu)64，并且，由所述
27各支撐力測量處理機構(gòu)62測定的各腿支架3的總上推力承擔(dān)量、由所述 各膝角度測量處理機構(gòu)61測定的各腿支架3的膝角度、由所述左右目標(biāo)
承擔(dān)量決定機構(gòu)63決定的目標(biāo)上推力以及各腿支架的控制目標(biāo)值、所述 上推力傳感器90的輸出信號被輸入于該電動機操作量決定機構(gòu)64中。該 電動機操作量決定機構(gòu)64根據(jù)輸入值來決定對各電動機27的操作量(所 述指示電流值)，以使上推力傳感器90的輸出信號所顯示的上推力的測定 值靠近目標(biāo)上推力的同時，使各腿支架3的實際的總上推力承擔(dān)量成為目 標(biāo)承擔(dān)量。
這里，電動機操作量決定機構(gòu)64相當(dāng)于本發(fā)明中的執(zhí)行控制機構(gòu)。 以上為運算處理部51大致的運算處理功能。
另外，圖4和圖5中所示的加速度傳感器80以及與其對應(yīng)的虛線箭 頭與后述的第二實施方式有關(guān)，在本實施方式中并不需要。
接著，對本實施方式的控制器50的控制處理進行說明，說明還包括 運算處理部51處理的詳細說明。使用本實施方式的步行輔助裝置1時， 在將所述電源開關(guān)56設(shè)定為OFF的狀態(tài)下，驅(qū)動力不會被加至各腿支架3 的第2關(guān)節(jié)12上。因此，各關(guān)節(jié)IO、 12、 14處于可自由活動的狀態(tài)。在 該狀態(tài)下，各腿支架3因自重而處于被折起的狀態(tài)。在此狀態(tài)下，將各腳 板安裝部15裝置于使用者A的各腳板上后，該使用者A或是陪伴著的輔 助者將落座部2托起安置于使用者A的胯下。
接著， 一旦對電源開關(guān)56施以0N操作，電源電力被供給于控制器50 的各個電路并啟動該控制器50。隨后，在該狀態(tài)下一旦對所述上推控制 ON / OFF開關(guān)進行ON的操作，所述運算處理部51則按規(guī)定的控制處理周 期執(zhí)行以下說明的處理。
在各控制處理周期中，運算處理部51首先執(zhí)行所述踩踏力測量處理 機構(gòu)60R、 60L的處理。參照圖6對該處理進行說明。圖6是表示踩踏力 測量處理機構(gòu)60R、 60L的處理流程的框圖。另外，由于踩踏力測量處理 機構(gòu)60R、 60L各自處理的運算法則均相同，因此圖6中與左側(cè)踩踏力測 量處理機構(gòu)60L相關(guān)的內(nèi)容用括號表示。
對右側(cè)踩踏力測量處理機構(gòu)60R的處理進行代表性說明。首先，腿支 架3R的MP傳感器38R的測定值(MP傳感器38R的輸出電壓值所表示的力 的測定值)和腳踵傳感器39R的測定值(腳踵傳感器39R的輸出電壓所表示
28的力的測定值)分別在S101、 S102中通過低通濾波器。低通濾波器是可以
從這些傳感器38R、 39R的測定值中去除噪波等高頻成分的一種濾波器。 該低通濾波器的截止頻率例如為100Hz。
接著，這些低通濾波器的輸出值在S103中被合計。由此，能夠得出 使用者A右腿踩踏力的臨時測量值FRF_p_R。在該臨時測量值FRF一p一R中 會包含有伴隨右側(cè)腳板安裝部15R的鞋帶系緊度等的誤差量。
因而，在本實施方式中，還在S104中對該臨時測量值FRF—p—R施以 轉(zhuǎn)換處理。由此最終得出使用者A的右腿踩踏力的測量值FR^R。 S104的 轉(zhuǎn)換處理遵循圖7所示的圖表而進行。g卩，F(xiàn)RF—p—R在規(guī)定的第1閥值FRF1 以下時，測量值FRF一R取值為0。由此，可以防止伴隨腳板安裝部15R的 鞋帶系緊度等而產(chǎn)生的微小的誤差量被作為測量值FRF一R被得出。并且， 當(dāng)臨時測量值FRF—p_R比第1閥值FRF1大但比第2闊值FRF2(〉FRF1)小 時，隨著FRF—p—R值的增加，使測量值FRF—R的值呈線性增加。而且，一 旦FRF—p—R超過第2閥值FRF2時，將FRF—R的值保持在規(guī)定的上限值 (FRF—p—R與第2閥值FRF2相同時的FRF—R的值)。另夕卜，關(guān)于設(shè)定FRF—R 的上限值的理由進行后述。
以上是關(guān)于右側(cè)踩踏力測量處理機構(gòu)60R的處理的說明。左側(cè)踩踏力 測量處理機構(gòu)60L的處理也與之相同。
運算處理部51接著逐步進行所述膝角度測量處理機構(gòu)61R、 61L的處 理和支撐力測量處理機構(gòu)62R、 62L的處理。參照圖8和圖9對這些處理 進行說明。圖8表示膝角度測量處理機構(gòu)61R、 61L的處理流程和支撐力 測量處理機構(gòu)62R、 62L的處理流程的框圖。另外，膝角度測量處理機構(gòu) 61R、 61L各自的處理的運算法則均相同。同時，支撐力測量處理機構(gòu)62R、 62L各自的處理的運算法則也均相同。因此，在圖8中與左側(cè)膝角度測量 處理機構(gòu)61L和左側(cè)支撐力測量處理機構(gòu)62L有關(guān)的內(nèi)容用括號進行表
以下代表性地說明右側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61R和右側(cè)支撐力算出機 構(gòu)62R的處理。首先，由右側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61R執(zhí)行S201以及S202 處理，得出右側(cè)腿支架3R的膝角度(第2關(guān)節(jié)12R處的腿支架3R的彎曲 角)的測量值9 1_R。在S201中由旋轉(zhuǎn)編碼器28R的輸出來計算出腿支架 3R的膝角度的臨時測量值6 lp—R。 '參照圖9，在本實施方式中，測量線段S1與線段S2所成的角度e 1_R，
并將其作為右側(cè)腿支架3R的膝角度，其中，線段Sl是指連結(jié)腿支架3R 的第1關(guān)節(jié)10R的所述中心點P(大腿架IIR進行前后擺動動作的轉(zhuǎn)動中心 點P。以下稱前后擺動中心點P)與第2關(guān)節(jié)12R的中心點的線段；線段S2 連結(jié)該第2關(guān)節(jié)12R的中心點與第3關(guān)節(jié)14R的中心點。左側(cè)腿支架3L 的膝角度的情況也相同。另外，在圖9中對腿支架3的主要部分的構(gòu)成進
行了模式化的表示。
此時，在所述S201中，以腿支架3R的大腿架IIR與小腿架13R成為
規(guī)定的姿勢時的狀態(tài)(例如圖1中的姿勢狀態(tài))、即膝角度6 1—R成為某一 規(guī)定值時的狀態(tài)下的第2關(guān)節(jié)12R的轉(zhuǎn)動位置為標(biāo)準(zhǔn)。并且，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編 碼器28R的輸出信號來測量相對于該標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)動位置的轉(zhuǎn)動量(轉(zhuǎn)角位移 量。其與電動機27R轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動量成比例)。隨后，求出該測定的第2關(guān) 節(jié)12R的轉(zhuǎn)動量與所述標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)動位置上的腿支架3R的膝角度的數(shù)值(其被 預(yù)先紀(jì)錄存儲在未圖示的儲存器里)進行加算后的值，并將該加算后的值 作為所述臨時測量值9 lp_R。
在該臨時測量值e lp一R中有時會含有高頻的噪波成分。因而，進一步 在S202中將該6 lp—R通過低通濾波器來最終得出腿支架3R的膝角度的測 量值e lp一R。
以上是關(guān)于右側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61R處理的說明。左側(cè)膝角度測 量處理機構(gòu)61L的處理也與之相同。
作為補充，在本實施方式中，測量所述線段Sl、 S2所成的角度ei 并將其作為腿支架3的膝角度是因為在詳細進行后述的左右目標(biāo)承擔(dān)量 決定機構(gòu)63的處理等中會使用到該角度e 1的測量值。
其中，在本實施方式中的步行輔助裝置1中，各腿支架3的大腿架11 的軸心線與所述線段Sl所成的角度為恒定。所以，在各膝角度測量處理 機構(gòu)61中，也可以例如預(yù)先求出腿支架3的大腿架11軸心線與小腿架13 的所述線段S2所成的角度，并將其作為該腿支架3的膝角度。隨后，可 以通過后述的左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63的處理等并根據(jù)該膝角度來求
出所述角度ei。
如上所述求出腿支架3R的膝角度測量值e 1_R后，在S203中執(zhí)行右 側(cè)支撐力測量機構(gòu)62R的處理。在該處理中，根據(jù)由S202得到的膝角度的測量值e 1—R和支撐力傳感器30R的測定值(支撐力傳感器30R的輸出信 號的電壓值所表示的2軸的力的測定值)計算出作用于該支撐力傳感器 30R上的支撐力(即腿支架3R的所述總上推力承擔(dān)量)的測量值Fankle—R。 該處理的詳細情況參照所述圖9進行說明。
作用于腿支架3R的支撐力傳感器30R上的支撐力(總上推力承擔(dān) 量)Fankle—R與從腿支架3R的第3關(guān)節(jié)14R作用至小腿架13R的平移力幾 乎相等。并且，在本實施方式的步行輔助裝置l中，該平移力的朝向、進 而是Fankle—R的朝向是為與線段3平行的方向，其中，線段3是連結(jié)了 腿支架3R的第3關(guān)節(jié)14的中心點和所述前后擺動中心點P的線段。
另一方面，支撐力傳感器30R測定z軸方向上的力Fz和x軸方向上 的力Fx，其中，如圖所示，z軸方向與該支撐力傳感器30R的表面(上表 面或下表面)相垂直；x軸與該z軸相垂直、與支撐力傳感器30R的表面平 行。x軸、z軸是固定于支撐力傳感器30R上的坐標(biāo)軸，其是與包含所述 導(dǎo)軌22的圓弧面相平行的軸。此時，測定的Fz、 Fx分別是Fankle一R的z 軸方向分力和x軸方向分力。所以，如圖所示，若將Fankle_R與z軸所 成的角度設(shè)定為9 k時，F(xiàn)ankle—R可根據(jù)Fz、 Fx的測定值和0 k并由下式 (l)計算得出。
Fankle—R=Fx'sin 9 k+Fz'cos 9 k ......(1)
同時，角度ek可以由下述方法求出。g卩，在設(shè)線段S2與線段S3所 成的角度(=Fankle_R的朝向與線段S2所成的角度)為e 2時，以線段Sl、 S2、 S3為3邊的三角形中的線段S1、 S2各自的長度L1、 L2為恒定值(預(yù) 先設(shè)定的已知數(shù))。并且，線段S1、 S2所成的角度9 1即為由右側(cè)膝角度 測量處理機構(gòu)61R由上述方法而得的測量值e 1—R。所以，可以根據(jù)線段 Sl、 S2各自的長度Ll、 L2(這些數(shù)值被預(yù)先紀(jì)錄儲存在儲存器里)和角度
e l的測量值e i_R并通過幾何學(xué)的運算來求出角度e 2。
具體而言，在以線段S1、 S2、 S3為3邊的三角形中，下式(2)、 (3) 的關(guān)系式是成立的。其中，L3為線段S3的長度。
L32=L12+L22-2 Ll L2 cos e 1 ......(2)
Ll2=L22+L32-2 L2 L3 cos 6 2 ......(3)
31因而，根據(jù)Ll、 L2的值和角度e 1的測量值并通過算式(2)可以計算
出L3的值。然后，根據(jù)該算定值L3、 L1和L2的值并通過算式(3)能夠計
算出角度e2。
而且，在將z軸與線段S2所成的角度設(shè)定為9 3時，該角度9 3由于 是支撐力傳感器30相對于小腿架13的安裝角度因而是預(yù)先決定了的常數(shù)
值。并且，通過將該常數(shù)值的角度e3(該數(shù)值被預(yù)先紀(jì)錄存儲在未圖示的 儲存器里)減去如上述方式計算得的角度e 2可求得算式(i)的運算所需的 角度ek的值。
所以，在本實施方式中，在右側(cè)支撐力測量處理機構(gòu)62R的S203處 理中，根據(jù)如上述方式計算得出的e k和腿支架3R的支撐力傳感器30的 測定值Fx、 Fz并由所述算式(l)能夠得到右腿支架3R的總上推力承擔(dān)量 的測量值Fankle—R。
以上是右側(cè)支撐力測量處理機構(gòu)62R的S203處理的詳細說明。左側(cè) 支撐力測量處理機構(gòu)62L的處理也與之相同。
另外，在本實施方式中，雖然將支撐力傳感器30設(shè)定為3軸力傳感 器或是2軸力傳感器，并根據(jù)所述算式(l)能夠得出各腿支架3的總上推 力承擔(dān)量的測量值Fankle。但是，即使支撐力傳感器30采用1軸力傳感 器也能夠得出測量值Fankle。例如，當(dāng)支撐力傳感器30是僅測圖9中x 軸向上的力Fx的傳感器時，能夠根據(jù)下式(4)來求得測量值Fankle。同時， 當(dāng)支撐力傳感器30是僅測圖9中z軸向的力Fz的傳感器時，可以根據(jù)下 式(5)來求得測量值Fankle。
Fankle二Fx / sin 9 k ......(4)
Fankle二Fz / cos 9 k ......(5)
但是，在使用算式(4)或(5)時，當(dāng)角度9k是接近0度或90度的角度 時，F(xiàn)ankle值的精度則變差。所以，優(yōu)選通過所述算式(1)來求得Fankle 的測量值。
另外，測量值Fankle也可以由Fx的平方值與Fz的平方值之和的平
方根來求得。這時則不需要膝角度的測量值ei。
作為補充，以上所說明的各測量處理機構(gòu)60、 61、 62的處理并不一
32定按順序進行。例如，也可以按時分等并列性地進行各測量處理機構(gòu)60、 61、 62的處理。但是，在支撐力測量處理機構(gòu)62R、 62L的處理中使用e 1 時，在支撐力測量處理機構(gòu)62R、 62L的處理之前有必要先進行膝角度測 量處理機構(gòu)61R、 61L的處理。
另外，在本實施方式中，用于測量各腿支架3的總上推力承擔(dān)量的支 撐力傳感器30是介于第3關(guān)節(jié)14與小腿架13(更正確而言，是上部小腿 架13a)之間。但是也可以使該支撐力傳感器介于第3關(guān)節(jié)14與腳板安裝 部15之間(例如是第3關(guān)節(jié)14和腳板安裝部15的連結(jié)部34之間)。此時， 測量第3關(guān)節(jié)14的轉(zhuǎn)動角，通過對由第3關(guān)節(jié)14與腳板安裝部15間的 支撐力傳感器測定的支撐力進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，能夠測量從第3關(guān)節(jié)14作用 于小腿架13上的支撐力。
隨后，運算處理部51執(zhí)行所述左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63的處理。 以下參照圖IO對該處理進行詳細說明。圖IO是表示左右目標(biāo)承擔(dān)量決定 機構(gòu)63的處理流程的框圖。
在S301處，求出由各踩踏力測量處理機構(gòu)60按所述方式求得的右腿 踩踏力的測量值FRF_R的大小與左腿踩踏力的測量值FRF—L的大小的總和 (以下稱踩踏力之和)。
接著，在S302處將該踩踏力之和(FRF_R+FRF—L)乘以所述用于設(shè)定輔 助比以及模式的鍵控開關(guān)53設(shè)定的目標(biāo)輔助比。由此來決定作為目標(biāo)上 推力的臨時值的臨時目標(biāo)上推力。
隨后，通過在S303處使該臨時目標(biāo)上推力通過限制器，決定目標(biāo)上 推力(>0)。當(dāng)臨時目標(biāo)上推力小于規(guī)定的正的下限值時，該限制器強制 性將該下限值決定為目標(biāo)上推力。同時，在臨時目標(biāo)上推力大于規(guī)定的正 的上限值時，該限制器則強制性將該上限值決定為目標(biāo)上推力。而當(dāng)臨時 目標(biāo)上推力大于所述下限值且小于所述上限值時，該限制器將臨時目標(biāo)上 推力就這樣決定為目標(biāo)上推力。
在本實施方式中，根據(jù)所述用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53 所設(shè)定的模式來選擇性地決定S303的限制器的下限值以及上限值。在本 實施方式中，該模式具有第一模式和第二模式兩種。第一模式是如下一種 模式在所述下限值與上限值之間，將目標(biāo)上推力決定為對應(yīng)所述踩踏力 之和可變動。該第一模式中的所述下限值和上限值預(yù)先分別被設(shè)定在0<下限值<上限值。以后，稱第一模式中的目標(biāo)上推力的下限值為fmin、稱 上限值為fmax。
另一方面，所述第二模式是將目標(biāo)上推力決定為不依存于所述踩踏力 之和的恒定值的模式。該第二模式中的目標(biāo)上推力的下限值以及上限值是 以下限值=上限值(>0)的形式預(yù)先進行設(shè)定的值。在第二模式中，如此事 先設(shè)定了目標(biāo)上推力的下限值以及上限值。由此，其結(jié)果目標(biāo)上推力并不 依存于所述踩踏力之和，而是被決定為恒定值(=下限值二上限值)。以后， 該第二模式中的目標(biāo)上推力的下限值以及上限值表示為fx。
通過以上的方式，因S303的限制器，目標(biāo)上推力在各個所述模式中， 按照圖ll(a)或是圖ll(b)的形式，相對踩踏力之和而被決定。圖ll(a) 是表示所述第一模式中的踩踏力之和與目標(biāo)上推力之間關(guān)系的圖表。在該 圖表中，實線表示的圖表是指目標(biāo)輔助比較小時的圖表，虛線表示的圖表 是指目標(biāo)輔助比較小時的圖表。如圖ll(a)中實線所示的圖表，在第一模 式中，在踩踏力之和比Fmin值^fmin/輔助比)要小時、換言之，在踩踏 力之和接近于0時，目標(biāo)上推力被維持在所述下限值fmin。而當(dāng)踩踏力之 和在Fmin值以上Fmax值(=fmax /輔助比)時，目標(biāo)上推力被確定為與踩 踏力之和成比例的值(踩踏力之和X輔助比)。另夕卜，踩踏力之和一旦超過 Fmax值，目標(biāo)上推力被維持在所述上限值fmax。另外，圖ll(a)的虛線圖 表也相同。
這樣，在第一模式中，目標(biāo)上推力在fmin與fmax之間以對應(yīng)踩踏力 之和而變化的形式被確定。這時，由于fmin>0，在踩踏力之和較大的狀 態(tài)(行走時等)下，目標(biāo)上推力自然是被保持在正值(g卩，向上的平移力)， 即使在踩踏力之和接近于0的狀態(tài)下(例如，在使用者想要進行跳躍而使 其兩腳板與兩腳板安裝部15R、 15L —起即將離地的狀態(tài)下、或者是使用 者A與步行輔助裝置1 一起在離地后處于騰空狀態(tài)下)，也會被保持在正 值(即，向上的平移力)上。另外，在第一模式中，將目標(biāo)上推力限制在上 限值fmax以下是為了防止使用者A的各腿部著地時(各腳板安裝部15著 地時)對應(yīng)臨時性的沖擊力而將目標(biāo)上推力設(shè)定得過大得情況。
同時，圖ll(b)是表示所述第二模式中目標(biāo)上推力與踩踏力之和之間 關(guān)系的圖表。如圖所示，在第二模式中，目標(biāo)上推力以不依據(jù)踩踏力之和 以及目標(biāo)輔助比的形式被保持在恒定值^(=上限值=下限值)。另外，該第二模式中的目標(biāo)上推力的值f X (〉0)最好是通過所述用于設(shè)定輔助比以及 模式的鍵控開關(guān)53可以進行可變動的設(shè)定。
作為補充，在第二模式中，并不一定要執(zhí)行S301、 S302、 S303的處 理，也可以由用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53等設(shè)定的值fx就這 樣確定為目標(biāo)上推力。
另外， 一般在使用者A停止運動、以及緩慢行走的情況下，最好是選 擇第二模式。同時，最好是在使用者A想要進行跳躍時、以及想要較快地 進行移動時、或是上下樓梯時來選擇第一模式。
返回至圖10的說明，在如上所述確定了目標(biāo)上推力后，在S304處推 定所述裝置自重補償力，該裝置自重補償力是一種抵抗步行輔助裝置l所 受的重力與步行輔助裝置1所產(chǎn)生的慣性力之和的支撐力。
隨后，在S305處，通過將該裝置自重補償力的推定值加到所述目標(biāo) 上推力上來決定所述總上推力的目標(biāo)值、即目標(biāo)總上推力。
另外，雖然省略了圖示，在本實施方式中，所述上推力控制ON/OFF 開關(guān)被操作為OFF時，通過各支撐力測量處理機構(gòu)62將如上所述那樣求 得的右側(cè)腿支架3R的總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle一R和左側(cè)腿支架3L 的總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle_L進行加算，并使加算而得的數(shù)值(相 當(dāng)于總上推力的測量值)通過低通濾波器，并由此來確定目標(biāo)總上推力。 所以，該場合下的目標(biāo)總上推力總是以保持為現(xiàn)狀的實際的總上推力的形 式而被確定。
另一方面，在S306處，根據(jù)由各踩踏力測量處理機構(gòu)60求得的右腿 踩踏力的測量值FRF—R的大小和左腿踩踏力的測量值FRF—L的大小來決定 下述分配比率(其相當(dāng)于本發(fā)明中的目標(biāo)比率)，該分配比率是指用于將所 述目標(biāo)總上推力分配給左右腿支架3上的一種比值。該分配比率由右側(cè)分 配比率和左側(cè)分配比率組成，兩分配比率之和為1，其中，右側(cè)分配比率 是目標(biāo)總上推力分配給右側(cè)腿支架3R的右側(cè)百分比；左側(cè)分配比率是目 標(biāo)總上推力分配給左側(cè)腿支架3L的左側(cè)百分比。
此時，右側(cè)分配比率是測量值FRF—R的大小相對于測量值FRF—R大小 與測量值FRF_L大小之和的一種比值，即由FRF—R/ (FRF—R+FRF—L)的形式 來決定。同樣，左側(cè)分配比率是測量值FRF—L相對于測量值FRF—R大小與 測量值FRF—L大小之和的一種比值，即由FRF—L/ (FRF—R+FRF—L)的形式來決定。在該情況下，使用者A其中一方的腿為站立腿、另一方的腿為自由 腿的狀態(tài)(即為單腿支撐的狀態(tài))時，對應(yīng)于自由腿的分配比率為0，對應(yīng) 于站立腿的分配比率則為1。
這里，在所述各踩踏力測量處理機構(gòu)60的S104的轉(zhuǎn)換處理(參照圖
6)中，對各腿踩踏力的測量值FRF設(shè)定上限值的理由進行說明。在使用者 A的兩腿為站立腿的狀態(tài)(即處于兩腿支撐時的狀態(tài))下，各腿踩踏力的所 述臨時測量值FRF_p—般不會進行平滑地變化，而是容易產(chǎn)生頻繁的變動。 在這種情況下，如根據(jù)臨時測量值FRF一p來決定左右的分配比率時，該分 配比率會產(chǎn)生頻繁變化，目標(biāo)總上推力的各腿支架3的承擔(dān)百分比易出現(xiàn) 頻繁變化。其結(jié)果，容易產(chǎn)生從落座部2作用于使用者A的上推力的微小 變動。進而，導(dǎo)致給使用者A有不適感的可能性。因此，在本實施方式中 設(shè)定了各腿踩踏力的測量值FRF的上限值，在兩腿支撐時的狀態(tài)下防止了 諸如左右的分配比率會產(chǎn)生頻繁變化的狀況。此時，在兩腿支撐時的狀態(tài) 下，基本上除了剛開始的階段和即將結(jié)束的階段以外，左右的分配比率均 被維持在1/2而使左右的分配比率處于穩(wěn)定。
另外，可以在所述圖7中根據(jù)所述圖表來得出測量值FRF—R(L)，其中， 圖7中的該圖表僅有閥值FRF1，并設(shè)定當(dāng)使用者A各腿踩踏力的臨時測量 值FRF—p_R(L)在閥值FRF1以上時，踩踏力的測量值FRF—R (L)呈線性增加。 用于由臨時測量值FRF_p得出FRF—R(L)的圖表的閥值FRF1、 FRF2等可對 應(yīng)于使用者A所喜好的上推力的感受、步行輔助裝置1的重量和控制器50 的計算能力等來適當(dāng)進行決定。
作為補充，在本實施方式中，由S306的處理決定的右側(cè)分配比率以 及左側(cè)分配比率在所述的S304的處理中使用。因此，S306的處理在S304、 S305的處理之前被執(zhí)行。另外，所述踩踏力之和比接近于0的規(guī)定值還要 小時(包括為0的情況)、例如是比與所述第一模式中的目標(biāo)上推力fmin 相對應(yīng)的Fmin值還要小時，右側(cè)分配比率以及左側(cè)分配比率都被設(shè)定為 0。所以，在使用者A想要進行跳躍而使其兩腳板與兩腳板安裝部15R、 15L 一起即將離地的狀態(tài)下、或者在離地后使用者A與步行輔助裝置一起處于 騰空狀態(tài)下，右側(cè)分配比率以及左側(cè)分配比率都被設(shè)定為0。
返回到圖10的說明，接著，進行與右側(cè)腿支架3R相關(guān)的S307、 S308 的處理以及與左側(cè)腿支架3L相關(guān)的S309、 S310的處理。在與右側(cè)腿支架3R相關(guān)的S307、 S308的處理中，先是在S307處將右側(cè)分配比率乘上在所 述S305處決定的目標(biāo)總上推力。由此，求出作為目標(biāo)總上推力中的右側(cè) 腿支架3R所承受的承擔(dān)量的總上推力承擔(dān)量的臨時目標(biāo)值Tp—Fankle_R。 隨后，通過將該臨時目標(biāo)值Tp—Fankle—R通過S308的低通濾波器，最終 求出右側(cè)腿支架3R的、作為右側(cè)腿支架3R的總上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值的 控制目標(biāo)值T—Fankle_R。 S308的低通濾波器是用于消除伴隨膝角度9 1 的變動而產(chǎn)生的噪波成分的裝置。該低通濾波器的截止頻率例如可為 15Hz。
同樣，在與左側(cè)腿支架3L相關(guān)的S309、 S310的處理中，先是在S309 處將左側(cè)分配比率乘上由所述S305處被決定的目標(biāo)總上推力。由此，求 出作為目標(biāo)總上推力中的左側(cè)腿支架3L所承受的承擔(dān)量的總上推力承擔(dān) 量的臨時目標(biāo)值Tp_Fankle_L。隨后，通過將該臨時目標(biāo)值Tp_Fankle—L 通過S310的低通濾波器，最終求出左側(cè)腿支架3L的、作為左側(cè)腿支架3L 的總上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值的控制目標(biāo)值T—Fankle_L。
另外，在所述踩踏力之和接近O，且左右的分配比率都被設(shè)定為0的 情況下，控制目標(biāo)值T—Fankle—R、 T—Fankle_L則都被設(shè)定為0。
推后了說明的所述S304的處理在本實施方式中以下述方式執(zhí)行。圖 12是表示該推定處理的流程的框圖。
在本實施方式中的S304的處理中，使用由所述各膝角度測量處理機 構(gòu)61求得的各腿支架3的膝角度的測量值e 1和由所述S306的處理決定 的分配比率來推定裝置自重補償力。具體為執(zhí)行SlOOl、 S1002的處理。 在S1001中，將由所述S304的處理決定的右側(cè)分配比率乘上由所述右側(cè) 膝角度測量處理機構(gòu)61R求得的腿支架3R的膝角度的測量值6 1—R。同樣， 在S1002中，將由所述S304的處理決定的左側(cè)分配比率乘上由所述左側(cè) 膝角度測量處理機構(gòu)61L求得的腿支架3L的膝角度的測量值e 1—L。隨后， 在S1003處將SIOOI、 S1002的各自的運算結(jié)果的值進行合計。求出該合 計后的值作為膝代表角度(其相當(dāng)于本發(fā)明中的第2關(guān)節(jié)位移量代表值)。 該膝代表角度換言之是以右側(cè)分配比率、左側(cè)分配比率為加權(quán)系數(shù)的膝角
度的測量值e 1—r、 e 1—l的加權(quán)平均值。以該方式求得的膝代表角度與步
行輔助裝置1重心在上下方向上的位置(自地面到該重心高度的位置)、進 而與裝置自重補償力有較高的相關(guān)關(guān)系。
37因而在本實施方式中，接著在S1004處基于上述膝代表角求解步行輔 助裝置1的重心(以下稱裝置重心)的位置(上下方向上的位置)。在該場合， 例如由膝代表角度按照預(yù)先設(shè)定的相關(guān)圖表(表示膝代表角度與步行輔助 裝置1重心在上下方向上的位置之間的相關(guān)關(guān)系的圖表)來求出裝置重心 在上下方向上的位置(自地面的該重心的高度)。另外，例如使用由相當(dāng)于 膝關(guān)節(jié)的一種關(guān)節(jié)來連結(jié)2個剛體要素的一種剛體支架模型(該剛體支架 模型比如是這樣的一種模型2個剛體要素間的角度與所述膝代表角度相 一致，且其中一方的剛體要素具有與自步行輔助裝置1的各腿支架3的第
2關(guān)節(jié)12以上的整體重量相等的重量，另一方的剛體要素具有與自第2 關(guān)節(jié)12以下的整體重量相等的重量)，通過幾何學(xué)上的運算，計算出步行
輔助裝置1的重心在上下方向上的位置。
接著，通過在S1005處對由上述方式求得的裝置重心的位置進行二階 微分來計算出該裝置重心在上下方向上的加速度(動作加速度)。隨后，在 S1006處，計算出該裝置重心的加速度與重力加速度(常數(shù))的和。并且， 在S1007處，在該S1006的運算結(jié)果的數(shù)值上乘以步行輔助裝置1的整體 重量、即裝置總質(zhì)量。隨后，在S1008處，在該S1007的乘法運算后的數(shù) 值上乘以"1"或"0"的系數(shù)Kx，該乘法運算后得到的數(shù)值被作為裝置自 重補償力的推定值。這里，當(dāng)所述踩踏力之和比接近于0的規(guī)定值要小時、 例如是比與所述第一模式中的目標(biāo)上推力fmin相對應(yīng)的Fmin值還要小時 (踩踏力之和〈Fmin時)，系數(shù)Kx被設(shè)定為Kx=0;當(dāng)踩踏力之和^Fmin 時，設(shè)定系數(shù)Kx為Kx=l。所以，在使用者A想要進行跳躍而使其兩腳 板與兩腳板安裝部15R、 15L —起即將離地的狀態(tài)下、或者在離地后使用 者A與步行輔助裝置一起處于騰空狀態(tài)下(這些狀態(tài)下，實際的裝置自重 補償力幾乎成為0)，裝置自重補償力為0。
根據(jù)如上所述的方式推定裝置自重補償力，就能以簡易的手法容易地 推定出裝置自重補償力。
以上是包括了 S304處理在內(nèi)的左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63的詳細處 理。作為補充，S301 S303的處理相當(dāng)于本發(fā)明的目標(biāo)總上推力決定機構(gòu)。 另外，S304的處理、S305的處理分別相當(dāng)于本發(fā)明中的裝置自重補償力 推定機構(gòu)和目標(biāo)總上推力決定機構(gòu)。此外，S306 S310的處理相當(dāng)于本發(fā) 明中的分配機構(gòu)。
38此外，通過以上說明的左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63的處理，其結(jié)果， 目標(biāo)上推力中的、在該目標(biāo)上推力上乘以所述右側(cè)分配比后的上推力由右 側(cè)腿支架承擔(dān)，且，在該目標(biāo)上推力上乘以左側(cè)分配比后的上推力由左側(cè)
腿支架來承擔(dān)，并以該形式來確定控制目標(biāo)值T—Fankle—R、 T—Fankle—L。
像這樣在執(zhí)行了所述左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63的處理后，運算處 理部51執(zhí)行所述電動機操作量決定機構(gòu)64的處理。
圖13是表示該電動機操作量決定機構(gòu)64的處理功能的概要的框圖。 如圖所示，電動機操作量決定機構(gòu)64具備右側(cè)前饋操作量決定機構(gòu) 64aR;左側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)64aL;右側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR; 左側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu)64bL;第二反饋操作量決定機構(gòu)64c以及輸 出操作量決定機構(gòu)64d。
從左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63、各支撐力測量處理機構(gòu)62以及各膝 關(guān)節(jié)測量處理機構(gòu)61分別將相對應(yīng)的腿支架3的控制目標(biāo)值乙Fankle (總 上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值)、該腿支架3的總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle 以及該腿支架3的膝關(guān)節(jié)測量值8 1輸入于各前饋操作量決定機構(gòu)64a中。 隨后，各前饋操作量決定機構(gòu)64a根據(jù)這些輸入值，決定作為各電動機27 的電流的前饋操作量(指示電流值的前饋成分)的前饋操作量Iff，其中， 所述各電動機27的電流的前饋操作量是為了使各腿支架3實際的總上推 力承擔(dān)量達到該腿支架3的控制目標(biāo)值T一Fankle而被要求的量。另外， 對該前饋操作量決定機構(gòu)64a的詳細處理進行后述。
同時，從左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63、各支撐力測量處理機構(gòu)62以 及各膝關(guān)節(jié)測量處理機構(gòu)61分別將相對應(yīng)的腿支架3的控制目標(biāo)值 T—Fankle(總上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值)、該腿支架3的總上推力承擔(dān)量的測 量值Fankle以及該腿支架3的膝關(guān)節(jié)測量值e 1輸入于各第一反饋操作量 決定機構(gòu)64b中。隨后，右側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR通過反饋控 制規(guī)律，決定電動機27R的電流的第一反饋操作量Iff—R(電動機27R的指 示電流值的補正量)，以使被輸入的右側(cè)腿支架3R的控制目標(biāo)值 T_Fankle_R與總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle一R之間的偏差值 (T—Fankle—R-Fankle—R)收斂至0。同樣，左側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu) 64bL通過反饋控制規(guī)律，決定電動機27L的電流的第一反饋操作量 Iff一L(電動機27L的指示電流值的補正量)，以使被輸入的左側(cè)腿支架3L的控制目標(biāo)值T一Fankle一L與總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle_L之間的偏 差值(T_Fankle—L-Fankle_L)收斂至0。
本實施方式中，在該情況下，例如使用比例-微分控制規(guī)律(PD控制規(guī) 律)作為各第一反饋操作量決定機構(gòu)64b的反饋規(guī)律。如果代表性說明右 側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR的話，即指通過將右側(cè)腿支架3R的偏差 (T_Fankle_ R-Fankle—R)和該偏差的微分值分別乘上增益值、并將乘得的 值相加，確定電動機27R的第一反饋操作量Iffl一R。另外，在本實施方式 中，分別乘以偏差(T_Fankle_R-Fankle—R)和該偏差的微分值的增益值(比 例項、微分值各自的增益值)根據(jù)右側(cè)腿支架3R的膝角度的測量值e 1一R(當(dāng)前值)并按照事先設(shè)定的圖表被設(shè)定為可變動。關(guān)于左側(cè)第一反饋 操作量決定機構(gòu)64bL的處理也相同。
由所述左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63決定的所述目標(biāo)上推力和所述上 推力傳感器90的輸出顯示的上推力(測定值)被輸入于所述第二反饋操作 量決定機構(gòu)64c。并且，第二反饋操作量決定機構(gòu)64c根據(jù)反饋控制規(guī)律 決定電動機27(任意一方的電動機27)的電流的第二反饋操作量Iff2(電 動機27R或27L的指示電流值的補正量)，以使被輸入的目標(biāo)上推力與上 推力的測定值收斂于0。
本實施方式中在該情況下，例如使用比例-微分控制規(guī)律(PD控制規(guī)律) 作為第二反饋操作量決定機構(gòu)64c的反饋規(guī)律。g卩，第二反饋操作量決定 機構(gòu)64c通過將目標(biāo)上推力與上推力的測定值的偏差以及該偏差的微分值 分別乘上增益值、并將乘得的值相加，確定第二反饋操作量Iff2。
所述輸出操作量決定機構(gòu)64d通過將第一反饋操作量Ifbl_R或第二 反饋操作量Ifb2加上右側(cè)腿支架3R的電動機27R的前饋操作量Iff—R(由 Ifbl—R或Ifb2對Iff_R進行補正)，決定電動機27R的指示電流值I_R。 同時，該輸出操作量決定機構(gòu)64d通過將第一反饋操作量Ifbl_L或第二 反饋操作量Ifb2加上左側(cè)腿支架3L的電動機27L的前饋操作量Iff—L(由 Ifbl—L或Ifb2對Iff—R進行補正)，決定電動機27L的指示電流值I—L。 本實施方式在該情況下，為了決定各電流指示值I而使用第一反饋操作量 Ifbl還是使用第二反饋操作量Ifb2是依存于各腿支架3的控制目標(biāo)值大 小的。另外，該輸出操作量決定機構(gòu)64d的詳細處理如后再述。
具有上述機構(gòu)64aR、 64aL、 64bR、 64bU 64c、 64d的電動機操作量
40決定機構(gòu)64的處理按如下方式執(zhí)行。首先執(zhí)行各前饋操作量決定機構(gòu)
64aR、 64aL、各第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR、 64bL以及第二反饋操作量決定機構(gòu)64c的處理。這時，各第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR、 64bL、以及第二反饋操作量決定機構(gòu)64c的處理以如上所述的方式執(zhí)行。
另一方面，各前饋操作量決定機構(gòu)64aR、 64aL的處理按以下方式執(zhí)行。
圖14是表示了前饋操作量決定機構(gòu)64aR、 64aL的處理流程的框圖。同時，由于前饋操作量決定機構(gòu)64aR與64aL的運算法則相同，所以在圖14中用括號表示與左側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)64aL相關(guān)的內(nèi)容。
以下代表性地說明右側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)65R的處理。在S501處，由所述膝角度測量處理機構(gòu)61R測定的腿支架3R的膝角度的測量值e 1_R進行微分，由此計算出該腿支架3R的第二關(guān)節(jié)12的彎曲角的角速度"1—R。并且，在S502處，利用腿支架3R的膝角度的測量值e LR和由所述支撐力測量處理部62R測定的腿支架3R的總上推力承擔(dān)量的測量值Fankl^R計算出腿支架3R的線纜32a、 32b實際的拉力、即實際拉力T1。參照圖15說明該實際拉力Tl的計算處理。另外，在圖15中，對腿支架3進行模式化表示。同時，在圖15中，對與圖9相同的要素付加相同的參照記號。
首先，由下式(6)算出與線段S2相垂直的分量Fankle—a，其中，線段S2表示腿支架3R的總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle—R。
Fankle—a=Fankle—R sin 0 2 ......(6)
其中，角9 2是Fankle—R與線段S2所成的角度。正如參照所述圖9進行的說明，可利用測量值e 1—R并由幾何學(xué)運算來計算出該e 2角(參照所述算式(2)、 (3))。
然后，如下式(7)所示，將線段S2的長度L2乘以用上述方法求得的Fankle—a。由此，計算出因Fankle—R而在第2關(guān)節(jié)12 (膝關(guān)節(jié))處產(chǎn)生的力矩M1。
Ml=Fankle—a*L2 ......(7)因線纜32a、 32b的實際拉力Tl而在滑輪31上產(chǎn)生的力矩在穩(wěn)定狀態(tài)下與所述力矩M1相均衡。因而，進一步如下式(8)所示那樣，通過將M1除以滑輪31的有效半徑r來算出線纜32a、 32b的實際拉力Tl。
Tl=Ml/r ......(8)
以上為S502處理的詳細內(nèi)容。
返回至圖14的說明，進一步在S503處算出腿支架3R的線纜32a、32b的目標(biāo)拉力T2。該目標(biāo)拉力T2是指對應(yīng)于所述左右目標(biāo)上推力決定機構(gòu)63的處理所決定的腿支架3R的控制目標(biāo)值(總上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值)而應(yīng)在線纜32a、 32b上產(chǎn)生的一種拉力。該目標(biāo)拉力T2的計算處理與S502的計算處理相同。更具體而言，通過將所述算式(6)右邊的Fankle—R與所述左右目標(biāo)上推力決定機構(gòu)63的處理所決定的腿支架3R的控制目標(biāo)值T—Fankle—R進行替換，算出與控制目標(biāo)值乙Fankle一R的所述線段S2(參照圖15)相垂直的分量。然后，通過將該算得的分量作為所述算式(7)右邊的Fankle—a的替代進行使用，算出腿支架3R的第2關(guān)節(jié)12的目標(biāo)力矩。并且，通過使用該目標(biāo)力矩來代替所述算式(8)右邊的M1，算出線纜32a、32b的目標(biāo)拉力T2。
以上為S503的處理。
在執(zhí)行如上所述的S501 S503的處理后，在S504處，使用由上述方法算得的第2關(guān)節(jié)12的角速度"1—R、線纜32a、 32b的實際拉力Tl以及目標(biāo)拉力T2并通過規(guī)定的前饋處理來決定電動機27R的電流操作量Iff—R。操作量Iff一R是指電動機27R的指示電流值的前饋成分。
在該S504的處理中，通過由下式(9)所表述的模型公式來計算出操作量Iff—R。
Iff—R=B1 T2+B2 col—R+B3 sgn(col一R) ......(9)
其中，B2=b0+bl Tl; B3=d0+dl Tl這里，算式(9)中的B1為常數(shù)系數(shù)，B2、 B3分別如算式(9)的條件所述那樣是由實際拉力Tl的一次函數(shù)表示的系數(shù)。另外，b0、 bl、 d0、 dl為常數(shù)。同時，sgn()表示符號函數(shù)。
該式(9)是表示電動機27的電流、線纜32a、 32b的拉力和第2關(guān)節(jié)12的角速度"l之間關(guān)系的模型公式。詳細而言，該式(9)右邊的第1項是表示與拉力成比例的比例項；第2項是表示對應(yīng)了線纜32a、 32b與滑輪31間的粘性摩擦力的項；第3項是表示對應(yīng)了線纜32a、 32b與滑輪31間的動摩擦力的項。另外，也可以在算式(9)的右邊再追加對應(yīng)了第2關(guān)節(jié)12的角速度的項(即對應(yīng)于慣性力的項)。
作為補充，用于算式(9)的運算的各常數(shù)B1、 b0、 bl、 d0、 dl預(yù)先通過諸如使算式(9)左邊的值與右邊的值之差的平方值為最小的辨識算法來進行實驗上的辨識運算。并且，辨識運算后的各常數(shù)B1、 b0、 bl、 d0、 dl被紀(jì)錄儲存在未圖示的儲存器里并供步行輔助裝置1動作時使用。
以上是右側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)65R的處理。左側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)65L的處理也相同。
如上所述，在執(zhí)行了各前饋操作量決定機構(gòu)64aR、 64aL、各第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR、 64bL、以及第二反饋操作量決定機構(gòu)64c的處理之后，電動機操作量決定機構(gòu)64執(zhí)行所述輸出操作量決定機構(gòu)64d的處理。
圖16是表示所述輸出操作量決定機構(gòu)64d的處理的流程圖。如圖所示，輸出操作量決定機構(gòu)64d首先在當(dāng)前的控制處理周期中，判定由所述左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63決定的右側(cè)腿支架3R的目標(biāo)總上推力承擔(dān)量T—Fankle —R是否大于左側(cè)腿支架3L的目標(biāo)總上推力承擔(dān)量T_Fankle—L(S601)。這時，當(dāng)T—Fankle—R>T—Fankle—L時(S601的判斷結(jié)果為YES的情況)，輸出操作量決定機構(gòu)64d將右側(cè)前饋操作量Iff—R加上第二反饋操作量Ifb2后得到的值(由Ifb2對Iff—R進行補正后的值)設(shè)定為與右側(cè)腿支架3R對應(yīng)的電動機27R的電流指示值I—R，其中，所述右側(cè)前饋操作量Iff—R由右側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)64aR決定；所述第二反饋操作量Ifb2由第二反饋操作量決定機構(gòu)64c決定。同時，左側(cè)前饋操作量Iff—L加上第一反饋操作量Ifbl_L后得到的值(由Ifbl—L對Iff_R進行補正后的值)被設(shè)定為與左側(cè)腿支架3L對應(yīng)的電動機27L的電流指示值I—L，其中，所述左側(cè)前饋操作量Iff一L由左側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)64aL
43決定；所述第一反饋操作量Ifbl_L由第一反饋操作量決定機構(gòu)64bL決定。另外，當(dāng)T_Fankle_R〉T—Fankle_L時，對于電動機27R來說，前饋操作量Iff_R、第二反饋操作量Ifb2分別相當(dāng)于本發(fā)明中的第一操作量、第二操作量。而對于電動機27L來說，由第一反饋操作量Ifbl—L對前饋操作量Iff一L進行補正后得到的值(4ff—L+Ifbl—L)相當(dāng)于本發(fā)明中的第
—操作量o
而在S601的判斷中，當(dāng)T—Fankle—R《T_Fankle—L時(S601的判斷結(jié)果為NO時)，在S603處，輸出操作量決定機構(gòu)64d將右側(cè)前饋操作量Iff—R加上第一反饋操作量IfM—R后得到的值設(shè)定為與右側(cè)腿支架3R對應(yīng)的電動機27R的電流指示值I_R，其中，所述右側(cè)前饋操作量Iff—R由右側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)64aR決定；所述第一反饋操作量Ifbl_R由右側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR決定。同時，左側(cè)前饋操作量Iff—L加上第二反饋操作量Ifb2后得到的值被設(shè)定為與左側(cè)腿支架3L對應(yīng)的電動機27L的電流指示值I丄，其中，所述左側(cè)前饋操作量Iff_L由左側(cè)前饋操作量決定機構(gòu)64aL決定；所述第二反饋操作量Ifb2由第二反饋操作量決定機構(gòu)64c決定。
另外，當(dāng)T—Fankle_R《T—Fankle_L時，對于電動機27L來說，前饋操作量Iff一L、第二反饋操作量Ifb2分別相當(dāng)于本發(fā)明中的第一操作量、第二操作量。而對于電動機27R來說，由第一反饋操作量Ifbl_R對前饋操作量Iff—R進行補正后得到的值(二If:LR+Ifbl一R)相當(dāng)于本發(fā)明中的第一操作量。
這樣，對于目標(biāo)總上推力承擔(dān)量T_Fankle為較大一側(cè)的腿支架3的電動機27而言，電動機27R、 27L的電流指示值I_R、 LL被決定為由第二反饋操作量Ifb2對對應(yīng)于該腿支架3 (T_Fankle為較大一側(cè)的腿支架3)的前饋操作量Iff進行補正后得到的電流指示值，其中，該第二反饋操作量Ifb2是根據(jù)目標(biāo)上推力與該上推力的測定值之間的偏差而被決定。即，以使所述上推力傳感器90的輸出顯示的上推力(測定值)接近于目標(biāo)上推力的形式來決定該電流指示值。同時，對于另一側(cè)的腿支架3的電動機27而言，電動機27R、 27L的電流指示值I—R、 LL被決定為由第一反饋操作量Ifbl對對應(yīng)于該腿支架3(所述另一側(cè)的腿支架3)的前饋操作量Iff進行補正后得到的電流指示值，其中，該第一反饋操作量Ifbl是根據(jù)控制目標(biāo)值乙Fankle (總上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值)與總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle之間的偏差而被決定。即，以使由支撐力測量處理機構(gòu)61根據(jù)所述支撐力傳感器30的輸出來求出總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle接近于控制目標(biāo)值T_Fankle的形式來決定該電流指示值。
以上是輸出操作量決定機構(gòu)64d的處理。運算處理部51將由輸出操作量決定機構(gòu)64d按這種方式?jīng)Q定的指示電流值I一R、 I_L分別輸出到驅(qū)動電路52中。這時，驅(qū)動電路52按照被輸入的指示電流值對電動機27通電。
作為補充，由于各腿支架3的控制目標(biāo)值按上述方式被決定，因此該控制目標(biāo)值與跟該腿支架3對應(yīng)的使用者A腿部踩踏力的測量值FRF成比例。所以，右側(cè)腿支架3R的控制目標(biāo)值T—Fankle—R與左側(cè)腿支架3R的控制目標(biāo)值乙Fankle—L之間的大小關(guān)系和、使用者A的右腿踩踏力的測量值FRF一R與左腿踩踏力的測量值FRF—L之間的大小關(guān)系相一致。因為這個原因，在輸出操作量決定機構(gòu)64d中，根據(jù)控制目標(biāo)值T_Fankle—R、T—Fankle_L間的大小關(guān)系切換圖16中的S602、 S603的處理(切換電流指示值I_R、 I—L的決定方法)的情況與根據(jù)踩踏力的測量值FRF_R、 FRF—L間的大小關(guān)系來進行S602、 S603的處理的切換的情況是等同的。換言之，在圖16的S601中，判斷是否T—Fankle—R〉T—Fankle—L的情況是與判斷是否FRF—R>FRF—L的情況是等同的。
或者，在S601的判斷處理中，也可以通過判斷經(jīng)支撐力傳感器30得出的各腿支架3的總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle—R、 Fankle—L間的大小關(guān)系(判斷是否Fankle_R > Fankle—L)來取代上述判斷，即判斷T—Fankle—R、 T_Fankle_L間的大小關(guān)系(或是判斷FRF_R、 FRF_L間的大小關(guān)系)。
另夕卜，在本實施方式中，T_Fankle_R=T_Fankle—L時(或是FRF—R=FRF—L時或Fankle—R=Fankle—L時)，雖然是通過圖16中的S603決定電動機27R、27L的電流值I—R、 I—L的，但也可以取代S603的處理而是通過S602的處理來決定電流指示值I—R、 I一L。此外，T—Fankle—R〉T—FankleJ時(或是FRF_R>FRF—L時或Fankle—R>Fankle_L時)，由于不使用到電動機27R的第一反饋操作量Ifbl_R，因而也可以省略右側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu)64bR的處理。同樣，T—Fankle—R<T—Fankle_L時(或是FRF—R<FRF—L時或Fankle—R<Fankle_L時)，由于不使用到電動機27L的第一反饋操作量Ifbl_L，因而也可以省略左側(cè)第一反饋操作量決定機構(gòu)64bL的處理。
以上說明的運算處理部51的控制處理按規(guī)定的控制處理周期被執(zhí)行。由此，以使從落座部2實際作用于使用者A的向上的上推力能夠達到所述目標(biāo)上推力的形式，操作各電動機27的力矩產(chǎn)生、進而操作各腿支架3的第二關(guān)節(jié)12(膝關(guān)節(jié))的驅(qū)動力。
此時，對于與使用者A的踩踏力測量值FRF較大一側(cè)的腿部相對應(yīng)的腿支架3來說，以使經(jīng)所述上推力傳感器90測定的上推力(測定值)接近于目標(biāo)上推力的形式，操作對應(yīng)于該腿支架3的電動機27的力矩產(chǎn)生。并且，對另一側(cè)的腿支架3而言，以使經(jīng)所述支撐力傳感器30得出的總上推力承擔(dān)量接近于控制目標(biāo)值(總上推力承擔(dān)量的目標(biāo)值)的形式，操作對應(yīng)于該腿支架3的電動機27的力矩產(chǎn)生。由此，在使上推力的測定值接近于目標(biāo)上推力的反饋控制與使總上推力承擔(dān)量的測量值接近于控制目標(biāo)值的反饋控制之間的干擾得到防止的同時，操作各電動機27的產(chǎn)生力矩以使目標(biāo)上推力可靠地從落座部作用至使用者A身上。
再則，目標(biāo)上推力在所述踩踏力之和充分大的情況下理所當(dāng)然被設(shè)定為正的值，其即使在該踩踏力之和接近于0的情況下也被設(shè)定為正的值。因此，使用者A在進行一般的行走時或在站立停留時(這些情況下，踩踏力較大)，自然能夠從落座2產(chǎn)生頂推使用者A的力，即使在使用者A想要進行跳躍而使其兩腳板與兩腳板安裝部15R、 15L —起即將離地的狀態(tài)下、或是在離地后使用者A與步行輔助裝置1一同處于騰空的狀態(tài)下，也能產(chǎn)生從落座2頂推使用者A的力。其結(jié)果防止了諸如落座部2會離開使用者A等問題。
并且，對應(yīng)左右各腿支架3R、 3L的控制目標(biāo)值T—Fankle—R、T—Fankle_L之和與目標(biāo)總上推力相一致(但踩踏力之和接近于0的情況除外)。而且，該目標(biāo)總上推力是在目標(biāo)上推力上再加上所述裝置自重補償力的一種力。因此，以使從地面作用至各腿支架3R、 3L的支撐力的總和("所述腿支架支撐力的總和)能達到目標(biāo)總上推力的形式來控制電動機27R、27L的轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。
其結(jié)果，在步行輔助裝置1的任一腳板安裝部15著地的、這種踩踏力之和較大的情況下，能夠使步行輔助裝置承擔(dān)用于對抗于步行輔助裝置
461所受的重力與在步行輔助裝置上產(chǎn)生的慣性力(上下方向上的慣性力)之和的支撐力的同時，并將從落座部2實際作用至使用者A上的上推力適當(dāng)?shù)乜刂浦聊繕?biāo)值。也就是說，能夠適當(dāng)?shù)匮a償來自步行輔助裝置l上產(chǎn)生的慣性力和該步行輔助裝置1所受的重力的影響，并從落座部2將目標(biāo)上推力作用到使用者A上。
并且，根據(jù)使用者A的右腿側(cè)與左腿側(cè)的踩踏力的測量值FRF—R、FRF_L的比率來決定作為目標(biāo)總上推力的各腿支架3的承擔(dān)量的所述控制目標(biāo)值LFankle，以使右側(cè)、左側(cè)的控制目標(biāo)值T—Fankle_R、 T—Fankle丄的比值與使用者A的右腿側(cè)、左腿側(cè)的踩踏力的測量值的比值相一致。因此，能夠符合使用者A想要進行的腿部動作來設(shè)定目標(biāo)總上推力的各腿支架3的承擔(dān)量。進而能夠從落座部2將上推使用者A的上推力順利且穩(wěn)定地作用至使用者A身上。
而且，通過利用所述用于設(shè)定輔助比以及模式的鍵控開關(guān)53更改模式，能夠更改目標(biāo)上推力的確定方法。因此，能夠設(shè)定符合使用者所希望的運動形態(tài)的目標(biāo)上推力。
接著，說明本發(fā)明的第二實施方式。本實施方式與第一實施方式僅在一部分構(gòu)成和處理上不同。因此，以這些不同點為中心進行說明，并省略說明與第一實施方式相同的構(gòu)成或處理部分。
參考所述圖1，在本實施方式中的步行輔助裝置1具有被裝設(shè)在落座部骨架2a上的加速度傳感器80，并如圖4中的虛線所示，該加速度傳感器80的輸出(加速度測定值)被輸入于運算處理部51內(nèi)。另外，加速度傳感器80可測定上下方向上的加速度，在其加速度測定值中包含有重力加速度的分量。
由加速度傳感器80輸入至運算處理部51的加速度測定值在左右目標(biāo)承擔(dān)量決定機構(gòu)63中被使用(參照圖5中的虛線箭頭)。更詳細而言，在本實施方式中，使用加速度傳感器80的加速度測定值(上下方向的加速度測定值)是為了在所述圖10的S304處推定裝置自重補償力。
圖17是表示本實施方式中裝置自重補償力的推定處理的流程框圖。在該推定處理中，使用了加速度傳感器80的加速度測定值的同時，還使用由所述各膝角度測量處理機構(gòu)61所求出的各腿支架3的膝角度的測量值9 1。以下概略性說明該推定處理，步行輔助裝置1作為以下各部分的
47集合體來進行處理，所述各部分包括由落座部2、落座部骨架2a以及固 定于該落座部2和該落座部骨架2a上的構(gòu)件組成的部分(以下稱裝置基 部)；包含了右側(cè)腿支架3R、且相對落座部骨架2a與右側(cè)腿支架3R以一 整體的形式能夠進行相對性活動的部分(以下稱裝置右腿部)；包含了左側(cè) 腿支架3U且相對落座部2與左側(cè)腿支架3L以一整體的形式能夠進行相 對性活動的部分(以下稱裝置左腿部)。在具有所述圖1中所示結(jié)構(gòu)的步行 輔助裝置1中，裝置右腿部中包括電動機27R和腳板安裝部15R;裝置左 腿部中包括電動機27L和腳板安裝部15L。另外，當(dāng)將電動機27R、 27L 相對落座部2進行固定時，該電動機27R、 27L則被包括在所述裝置基部 中。以下，有時會將裝置基部、裝置右腿部以及裝置左腿部分別總稱性地 稱為裝置組成部。
進而，測定或推定各裝置組成部的重心上在上下方向上的實際的加速 度(包括重力加速度的成分)。而且，通過在各裝置組成部上下方向上的加 速度(絕對加速度)上乘以該裝置組成部的重量，推定出對抗于該裝置組成 部所受重力與該裝置組成部上產(chǎn)生的上下方向上的慣性力之和的支持力。 該支持力是指所述裝置自重補償力中以該裝置組成部的重量為起因的分 量，以下稱其為裝置部分自重補償力。然后，將所有的裝置組成部的該裝 置部分自重補償力的推定值進行相加，求出裝置自重補償力的推定值。
以下參照圖17具體說明該推定處理。
首先，依次或是并列執(zhí)行S2001、 S2002的處理與S2003、 S2004的處 理，其中，S2001、 S2002處理用于求出(推定)裝置右腿部重心的、相對落 座部骨架2a在上下方向上的相對加速度；S2003、 S2004處理用于求出(推 定)裝置左腿部的重心的、相對落座部骨架2a在上下方向上的相對加速度。
艮卩，在S2001處，依據(jù)由右側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61R求得的腿支架 3R的膝角度的測量值0 1—R，求出裝置右腿部相對于落座部骨架2a的相對 位置(上下方向上的相對位置)。在該場合時，例如可以預(yù)先設(shè)定相關(guān)數(shù)據(jù)， 將其記憶存儲在未圖示的儲存器中，其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)表示諸如在腿支 架3R的下端部(腳板安裝部15R)處于落座部2的正下方的狀態(tài)下裝置右腿 部的重心相對落座部骨架2a的相對位置(上下方向上的相對位置)、與腿 支架3R的膝角度之間的相關(guān)關(guān)系。進而，在S2001處，依據(jù)測量值9 1—R 并按照該相關(guān)數(shù)據(jù)，求出裝置右腿部的重心相對于落座部骨架2a的相對位置(上下方向上的相對位置)。
隨后，用這樣的方式求得的裝置右腿部的重心相對位置的時序在
S2002處進行二階微分，由此推定裝置右腿部重心相對于落座部骨架2a
在上下方向上的相對加速度。
同樣，在S2003處，依據(jù)由左側(cè)膝角度測量處理機構(gòu)61L求得的腿支 架3L的膝角度的測量值e 1—L，按照預(yù)先被設(shè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)(表示諸如在 腿支架3L的下端部(腳板安裝部15L)處于落座部2的正下方的狀態(tài)下裝置 右腿部的重心相對落座部骨架2a的相對位置(上下方向上的相對位置)、 與腿支架3L的膝角度之間的相關(guān)關(guān)系的一種相關(guān)數(shù)據(jù))，求出裝置左腿部 的重心相對于落座部骨架2a的相對位置(上下方向上的相對位置)。然后， 用這樣的方式求得的裝置左腿部的重心相對位置的時序在S2004處進行二 階微分，由此推定裝置左腿部重心相對于落座部骨架2a在上下方向上的 相對加速度。
接著，執(zhí)行S2005、 S2006的處理。在S2005處，通過將加速度傳感 器80的加速度測定值加至所述S2002處求得的裝置右腿部的相對加速度， 求出裝置右腿部的上下方向加速度(絕對加速度)。同樣，在S2006處，通 過將加速度傳感器80的加速度測定值加至所述S2004處求得的裝置左腿 部的相對加速度，推定裝置左腿部的上下方向加速度(絕對加速度)。
另外，由于加速度傳感器80被安裝在落座部骨架2a上，加速度傳感 器80的加速度測定值即指裝置基部重心的絕對加速度(上下方向上的絕對 加速度)的測定值。
此后，執(zhí)行S2007、 S2008、 S2009、 S2010的處理。
在S2007處，將裝置基部的重量與加速度傳感器80的加速度的測定 值、即裝置基部的上下方向加速度的測定值進行乘積。由此，求出關(guān)于裝 置基部的裝置部分自重補償力。另外，在S2008處，將裝置右腿部的重量 與在S2005處求得的裝置右腿部的上下方向加速度的推定值進行乘積。由 此求出關(guān)于裝置右腿部的裝置部分自重補償力。同時，在S2009處，將裝 置左腿部的重量與在S2006處求得的裝置左腿部的上下方向加速度的推定 值進行乘積。由此求出關(guān)于裝置左腿部的裝置部分自重補償力。
隨后，在S2010處，將由如上方式求得的裝置基部、裝置右腿部、裝 置左腿部各自的裝置部分自重補償力進行合計。由此得出裝置自重補償力的推定值。
以上所說明的組成及處理以外的組成和處理與所述第一實施方式的 相同。
在本實施方式中也能起到與所述第一實施方式相同的效果。另外，在
推定裝置自重補償力時，除了各腿支架3的膝角度的測量值ei，還可以
通過使用由加速度傳感器80測定的測定值，能夠精度較高地推定裝置自 重補償力。其結(jié)果能夠精度較高地執(zhí)行對上推力的目標(biāo)上推力的控制。
此外，在以上說明的各實施方式中，使用了第一反饋操作量IFbl，該 第一反饋操作量IFbl用于使各腿支架3的控制目標(biāo)值T一Fankle與該腿支 架3的總上推力承擔(dān)量的測量值Fankle之間的偏差收斂于0。但也可以不 使用該第一反饋操作量IFbl來確定各電動機27的操作量、即電流指示值。 例如，在T—Fankle—R>T—Fankle_L時(或是FRF_R>FRF_L、亦或Fankle—R >Fankle_L時)，將由第二反饋操作量Ifb2對右側(cè)前饋操作量Iff_R進行 補正后的值(二IFF一R+Ifb2)作為電動機3R的電流指示值I—R，將左側(cè)前饋 操作量Iff—L作為電動機3L的電流指示值I—L。同時，在乙Fankle—R《 乙Fankle—L時(或是FRF—R《FRF—L、亦或Fankle—R《Fankle—L時)，將由 第二反饋操作量Ifb2對左側(cè)前饋操作量Iff_L進行補正后的值 (=Iff—L+Ifb2)作為電動機3L的電流指示值I—L，將右側(cè)前饋操作量Iff一R 作為電動機3R的電流指示值I—R。在這種情況下，不需要各第一反饋操作 量決定機構(gòu)64b。并且，這時前饋操作量Iff—R、 Iff—L相當(dāng)于本發(fā)明中的 第一操作量，第二反饋操作量Ifb2相當(dāng)于本發(fā)明的第二操作量。
再則，在這種情況下，例如還可以采取如下方式在第二反饋操作量 Ifb2上乘以所述右側(cè)分配比率，并由該乘得的值對右側(cè)前饋操作量Iff_R 進行補正，將補正后的電流指示值確定為電動機27R的操作量；在第二反 饋操作量Ifb2上乘以所述左側(cè)分配比率，并由該乘得的值對左側(cè)前饋操 作量Iff一R進行補正，將補正后的電流指示值確定為電動機27L的操作量。
此外，在所述各實施方式中，各腿支架3雖說具有第1 第3關(guān)節(jié)10、 12、 14，但也可以具備更多的關(guān)節(jié)。但是，在這種場合下，需要有用于驅(qū) 動除了將腿支架連結(jié)于落座部的關(guān)節(jié)、以及將該腿支架連結(jié)于腳板安裝部 的關(guān)節(jié)以外的各關(guān)節(jié)的驅(qū)動機構(gòu)。
另外，雖說是使用了支撐力傳感器30來測量由各腿支架所承擔(dān)的支撐力的承擔(dān)量，但也可以利用步行輔助裝置1的動力學(xué)模型來推定該支撐 力的承擔(dān)量。
如上所述，本發(fā)明在提供一種能夠適當(dāng)?shù)剌o助使用者進行步行運動這 一方面是有效用的。
權(quán)利要求
1. 一種步行輔助裝置的控制器，其特征在于，具備落座部，其承受就座后的使用者的一部分重量；左右一對的腳板安裝部，其分別裝在使用者各腿的腳板上，在該使用者各腿為站立腿時觸地；左右一對的腿支架，其分別具有多個關(guān)節(jié)，并分別將所述落座部和各腳板安裝部進行聯(lián)結(jié)；右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè)腿支架用促動器，其分別驅(qū)動各腿支架中的至少一個關(guān)節(jié)；作用力測定機構(gòu)，其測定從所述落座部作用到所述使用者身上的上下方向的作用力；以及促動器控制機構(gòu)，其至少根據(jù)所述測定出的作用力來控制所述右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè)腿支架用促動器中至少任意一方促動器的驅(qū)動力，以使所述上下方向的作用力維持在方向朝上的規(guī)定的下限值以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，具 備目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)，該目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)以將作為所述作用力的目 標(biāo)值的目標(biāo)作用力限制在所述下限值以上的數(shù)值的形式來設(shè)定該目標(biāo)作 用力，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述測定出的作用力之 間的偏差，來反饋控制所述右側(cè)腿支架用促動器以及左側(cè)腿支架用促動器 中至少任意一方促動器的驅(qū)動力，以使所述測定出的作用力接近于所述設(shè) 定的目標(biāo)作用力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，具 備踩踏力測量機構(gòu)，該踩踏力測量機構(gòu)根據(jù)所述各腳板安裝部所具備的第 一力傳感器的輸出，來測量所述使用者各腿部的踩踏力，所述目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)將所述目標(biāo)作用力限制在所述下限值以上， 并且，根據(jù)所述測定出的使用者各腿的踩踏力總和來設(shè)定所述目標(biāo)作用 力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，所 述目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)至少當(dāng)所述踩踏力總和在規(guī)定值以下時，將所述目標(biāo)作用力設(shè)定為所述下限值，當(dāng)該踩踏力總和大于規(guī)定值時，所述目標(biāo)作 用力設(shè)定機構(gòu)則將所述目標(biāo)作用力設(shè)定為比所述下限值大的數(shù)值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，所 述目標(biāo)作用力設(shè)定機構(gòu)，能夠選擇性地更改相對所述踩踏力總和的所述目 標(biāo)作用力的設(shè)定方法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)所述各促動器的第一操作量和第二操作量來控制 各促動器的驅(qū)動力，其中，所述第一操作量是以從所述落座部實際作用到 所述使用者身上的作用力中的、由右側(cè)腿支架承擔(dān)的承擔(dān)量與由左側(cè)腿支 架承擔(dān)的所述作用力的承擔(dān)量之間的比率成為目標(biāo)比率的形式而被確定 的操作量，該目標(biāo)比率是根據(jù)所述踩踏力測量機構(gòu)測定出的所述使用者的右腿踩踏力與左側(cè)踩踏力之間的比率來確定的；所述第二操作量是針對所 述至少任一促動器根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述測定出的作用力之間的偏 差來決定的反饋操作量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，當(dāng) 所述測定出的使用者左右腿部的踩踏力不同時，根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所 述測定出的作用力之間的偏差而進行反饋控制的促動器，至少包括如下腿 支架用促動器，即所述右側(cè)腿支架用促動器及左側(cè)腿支架用促動器中對應(yīng) 于所述測定出的踩踏力較大一側(cè)的使用者腿部的腿支架用促動器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，該 步行輔助裝置的控制器具備裝置自重補償力推定機構(gòu)，其將從地面作用至各腿支架的支撐力的總 和推定為裝置自重補償力，而該支撐力的總和用于對抗因所述步行輔助裝 置的運動而在該步行輔助裝置上實際產(chǎn)生的上下方向上的慣性力和該步 行輔助裝置所受的重力；目標(biāo)總上推力決定機構(gòu)，其將所述目標(biāo)作用力和所述推定的裝置自重 補償力的總和決定為所述步行輔助裝置的目標(biāo)總上推力；分配機構(gòu)，其通過按照所述測定出的使用者左腿踩踏力與右腿踩踏力 之間的比率分配所述目標(biāo)總上推力，來決定目標(biāo)承擔(dān)量，該目標(biāo)承擔(dān)量是 該目標(biāo)總上推力中各腿支架承擔(dān)量的目標(biāo)值，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)所述右側(cè)腿支架用促動器的第一操作量、所述左側(cè)腿支架用促動器的第一操作量和第二操作量，來控制各促動器的驅(qū) 動力，其中，所述右側(cè)腿支架用促動器的第一操作量是以從地面實際作用 至所述右側(cè)腿支架的支撐力成為對應(yīng)于該右側(cè)腿支架的所述目標(biāo)承擔(dān)量 的形式被確定，所述左側(cè)腿支架用促動器的第一操作量是以從地面實際作 用至所述左側(cè)腿支架的支撐力成為對應(yīng)于該左側(cè)腿支架的所述目標(biāo)承擔(dān) 量的形式被確定，所述第二操作量是針對所述至少任意一方的促動器根據(jù) 所述目標(biāo)作用力與所述測定出的作用力之間的偏差來決定的反饋操作量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的步行輔助裝置的控制器，其特征在于，該 步行輔助裝置的控制器具備控制對象力測量機構(gòu)，該控制對象力測量機構(gòu) 基于該腿支架上所具有的第二力傳感器的輸出，測量出從地面實際作用至 所述各腿支架的支撐力，并將該支撐力作為控制對象力，所述促動器控制機構(gòu)具備如下五機構(gòu)，機構(gòu)一，其至少根據(jù)所述右側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量，來決定針對所述右側(cè)腿支架用促動器的右側(cè)前饋操作量；機構(gòu)二，其根據(jù)所述右側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量與所述測定出的右側(cè)腿 支架的控制對象力之間的偏差，來決定針對右側(cè)腿支架用促動器的右側(cè)第一反饋操作量；機構(gòu)三，其至少根據(jù)所述左側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量，來決定針對所述 左側(cè)腿支架用促動器的左側(cè)前饋操作量；機構(gòu)四，其根據(jù)所述左側(cè)腿支架的目標(biāo)承擔(dān)量與所述測定出的左側(cè)腿 支架的控制對象力之間的偏差，來決定針對左側(cè)腿支架用促動器的左側(cè)第 一反饋操作量；機構(gòu)五，其根據(jù)所述目標(biāo)作用力與所述測定出的作用力之間的偏差， 來決定針對任一促動器的第二反饋操作量，當(dāng)所述測定出的使用者的右腿踩踏力大于左腿踩踏力時、或是所述測 定出的右側(cè)腿支架的控制對象力大于左側(cè)腿支架的控制對象力時，將所述 右側(cè)前饋操作量以及所述第二反饋操作量分別作為右側(cè)腿支架用促動器 的所述第一操作量、第二操作量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)由該第二操作 量對該第一操作量進行了補正后的操作量來控制所述右側(cè)腿支架用促動 器的驅(qū)動力，并且，將由所述左側(cè)第一反饋操作量對所述左側(cè)前饋操作量 進行了補正后的操作量作為左側(cè)腿支架用促動器的所述第一操作量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)該第一操作量來控制所述左側(cè)腿支架用促動器的驅(qū) 動力，當(dāng)所述測定出的使用者的左腿踩踏力大于右腿踩踏力時、或是所述測 定出的左側(cè)腿支架的控制對象力大于右側(cè)腿支架的控制對象力時，將所述 左側(cè)前饋操作量以及所述第二反饋操作量分別作為左側(cè)腿支架用促動器 的所述第一操作量、第二操作量，所述促動器控制機構(gòu)根據(jù)由該第二操作 量對該第一操作量進行了補正后的操作量，來控制所述左側(cè)腿支架用促動 器的驅(qū)動力，并且，將由所述右側(cè)第一反饋操作量對所述右側(cè)前饋操作量 進行了補正后的操作量作為右側(cè)腿支架用促動器的所述第一操作量，所述 促動器控制機構(gòu)根據(jù)該第一操作量來控制所述右側(cè)腿支架用促動器的驅(qū) 動力。
全文摘要
一種步行輔助裝置，具有使用者(A)就座的落座部(2)、裝設(shè)在使用者A各腿的腳板上的左右一對腳板安裝部(15R)、(15L)、聯(lián)結(jié)落座部(2)和腳板安裝部(15R)、(15L)的左右一對腿支架(3R)、(3L)、驅(qū)動腿支架(3R)、(3L)的關(guān)節(jié)(12)的促動器(27R)、(27L)和測定從落座部(2)作用至使用者(A)的作用力的測定機構(gòu)(90)。根據(jù)作用力的測定值控制促動器(27R)、(27L)中至少其中一方促動器的驅(qū)動力，以使作用于使用者(A)的作用力被維持在向上的規(guī)定下限值以上。由此，能夠從落座部將支撐使用者重量的力恰當(dāng)?shù)刈饔弥潦褂谜呱砩系耐瑫r，能夠讓使用者容易地進行包括跳躍動作在內(nèi)的所希望的運動。
文檔編號A61H3/00GK101489516SQ20078002595
公開日2009年7月22日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者池內(nèi)康 申請人:本田技研工業(yè)株式會社