專利名稱：安裝式動作輔助裝置、安裝式動作輔助裝置的校準(zhǔn)裝置以及校準(zhǔn)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝式動作輔助裝置，特別是，涉及一種輔助或代替安裝者動作的安裝式動作輔助裝置、安裝式動作輔助裝置的校準(zhǔn)裝置、安裝式動作輔助裝置的校準(zhǔn)方法以及改良的校準(zhǔn)程序。
背景技術(shù)：
對于肌力消失的殘疾人或肌力衰退的老年人來說，正常人簡單地就可以做到的動作很多時候卻是非常困難的。因此，為了輔助或代替這些人的動作，如今，正在進行著各種各樣的助力裝置的開發(fā)。
做為這些助力裝置的一例就是安裝在使用者(以下簡稱“安裝者”)身上的安裝式動作輔助裝置(以下簡稱“動作輔助裝置”)。
在這種動作輔助裝置中，非專利文獻“Development of PowerAssistive Leg for Walking Aid Using EMG and Linux”(Takao Nakai，Suwoong Lee，Hiroaki Kawamoto and Yoshiyuki Sankai，Second AsianSymposium on Industrial Automation and Robotics，BITECH，Bangkok，Thailand，May 17-18，2001)公開了一種具有肌電位傳感器(檢測單元)和執(zhí)行機構(gòu)(驅(qū)動源)的動作輔助裝置，其中，肌電位傳感器貼付于安裝者的皮膚上，用來檢測安裝者肌肉活動時產(chǎn)生的肌電位信號(身體信號)，而執(zhí)行機構(gòu)則用來將輔助動力提供給安裝者。
這個動作輔助裝置的特征在于，它基于檢測單元的檢測結(jié)果驅(qū)動馬達等執(zhí)行機構(gòu)，同時，用計算機控制執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)安裝者的意識提供助力(輔助動力)。因此，該動作輔助裝置可以將根據(jù)安裝者的意識而生成的助力提供給安裝者，還可以將安裝者的動作所需的助力提供給安裝者，與安裝者的動作連動。
另外，在上述動作輔助裝置中，例如，可以通過將一控制信號(該控制信號與一將肌電位傳感器的檢測信號增幅后的信號具有預(yù)定的相關(guān)關(guān)系)輸入用來控制執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動電路來產(chǎn)生助力，以滿足與安裝者發(fā)出的肌電位信號具有預(yù)定的相關(guān)關(guān)系。
也就是說，安裝者肌肉活動時的肌電位信號和動力之間具有正相關(guān)關(guān)系，同時，它們互相之間大小的比率也為預(yù)定值，所以，為了滿足這些所要的關(guān)系，有必要產(chǎn)生一與肌電位信號相對應(yīng)的助力。換句話說，如果動作輔助裝置提供的助力與肌電位信號不滿足預(yù)定的關(guān)系，提供給安裝者的輔助動力不是過大就是過小，這樣很可能明顯地破壞使用者的使用便利性。
安裝者發(fā)出的肌電位信號是很微弱的電信號，并且，每個人的肌電位信號和由該肌信號產(chǎn)生的肌力的比例關(guān)系也各不一樣，另外，即使是同一個人，由于每天的身體狀況不同，其皮膚的電阻值也不固定，所以，大多數(shù)情況下，肌電位信號和由該肌電位信號產(chǎn)生的肌力也不固定。因此，在上述動作輔助裝置中，為了給控制信號附加預(yù)定的系數(shù)，以對提供給執(zhí)行機構(gòu)的控制量進行校準(zhǔn)，需要具有一所謂的校準(zhǔn)裝置。具體地，當(dāng)動作輔助裝置被安裝在安裝者身上時，使肌電位信號和助力與預(yù)定的關(guān)系相對應(yīng)，需要具有一可以基于系數(shù)實行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)裝置。這個校準(zhǔn)裝置的構(gòu)成是這樣的，即，首先取得預(yù)定量的負(fù)荷作用于安裝者身上時的肌電位信號，然后根據(jù)該負(fù)荷和肌電位信號的對應(yīng)關(guān)系改變上述系數(shù)，實行校準(zhǔn)。
在這個校準(zhǔn)裝置中，施加給安裝者的負(fù)荷呈階段性變化，當(dāng)安裝者為了抵抗各階段的負(fù)荷產(chǎn)生肌力時，可以根據(jù)各階段的負(fù)荷和肌電位信號的對應(yīng)關(guān)系，使肌電位信號和輔助動力與預(yù)定的關(guān)系相對應(yīng)。
其中，做為使施加給安裝者身上的負(fù)荷呈階段性變化的方法，可以是這樣的方法，即，事先準(zhǔn)備好不同重量的小錘，每次檢測表面肌電位時換用不同的小錘，或者，也可以考慮這樣的方法，即，讓線圈彈簧與安裝者的腿部相連，使該線圈彈簧的伸長量呈階段性變化。
具有使用這些方法的校準(zhǔn)裝置的動作輔助裝置，因為可以根據(jù)需要，使肌電位信號和輔助動力與預(yù)定的關(guān)系準(zhǔn)確地對應(yīng)，所以，可以防止提供給安裝者的助力過大或過小的情況的發(fā)生。
另外，上述動作輔助裝置中，如上所述，用來檢測肌電位信號的肌電位傳感器被直接貼付在安裝者的皮膚上，經(jīng)由皮膚對表面肌電位進行檢測。所以，既使安裝者是同一個人，如果肌電位傳感器的貼付位置不同或者身體狀況發(fā)生變化，電阻值也會不同或者發(fā)生變化，檢測出的肌電位信號就會出現(xiàn)不均一的現(xiàn)象，這樣，安裝時每次都需要實行上述校準(zhǔn)。因此，在上述校準(zhǔn)方法中，每次將動作輔助裝置安裝在安裝者身上時，都需要多次交換不同重量的小錘，或者給安裝者裝上線圈彈簧，并使該線圈彈簧的伸長量呈階段性變化，這些繁瑣的工作都要強加給安裝者。
因此，在現(xiàn)有的校準(zhǔn)方法中還存在著很大的問題，即，為了實現(xiàn)校準(zhǔn)的目的，一個安裝者所要做的工作非常繁瑣，完成校準(zhǔn)工作花費的時間也很長，另外，還要將多余的負(fù)擔(dān)強加給肌力較弱的安裝者。所以，正是源于這樣的理由，動作輔助裝置在實用和普及等方面，還存在著很大的制約。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是通過校準(zhǔn)參數(shù)，減輕安裝者在實行校準(zhǔn)時所承受的負(fù)擔(dān)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)手段。
本發(fā)明提供一種安裝式動作輔助裝置，其具有檢測單元，它用來檢測安裝者產(chǎn)生的身體信號；動作輔助單元，它具有用來向安裝者提供動力的驅(qū)動源；控制單元，它控制上述驅(qū)動源，以產(chǎn)生與檢測單元檢測出的檢測信號相應(yīng)的輔助動力。該安裝式動作輔助裝置的特征在于，其還具有一校準(zhǔn)單元，該校準(zhǔn)單元根據(jù)檢測裝置檢測出的身體信號設(shè)定校準(zhǔn)值，該身體信號與上述驅(qū)動源提供的做為負(fù)荷的驅(qū)動力相對應(yīng)。
本發(fā)明還提供一種安裝式動作輔助裝置，其具有檢測單元，它用來檢測安裝者產(chǎn)生的身體信號；動作輔助單元，它具有用來向安裝者提供動力的驅(qū)動源；控制單元，它控制上述驅(qū)動源，以產(chǎn)生與檢測單元檢測出的檢測信號相應(yīng)的輔助動力。該安裝式動作輔助裝置的特征在于，其還含有一負(fù)荷產(chǎn)生單元和一校準(zhǔn)值設(shè)定單元，負(fù)荷產(chǎn)生單元用來提供外部負(fù)荷，該外部負(fù)荷是當(dāng)動作輔助單元被安裝在安裝者身上時上述驅(qū)動源提供的預(yù)定的驅(qū)動力；校準(zhǔn)值設(shè)定單元用來根據(jù)檢測裝置檢測出的、為抵抗負(fù)荷生成單元所提供的驅(qū)動力而生成的身體信號，生成控制單元實行演算處理所需的參數(shù)，并把該參數(shù)設(shè)定為安裝者固有的校準(zhǔn)值。
上述發(fā)明中，上述校準(zhǔn)單元具有一數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫用來保存檢測單元檢測出的檢測信號和控制上述驅(qū)動源的控制信號的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，上述控制單元則根據(jù)校準(zhǔn)值設(shè)定單元設(shè)定的校準(zhǔn)值校準(zhǔn)保存在數(shù)據(jù)庫中的上述控制信號。
上述發(fā)明中，上述檢測單元呈貼付于安裝者皮膚上的狀態(tài)被使用，用來檢測做為身體信號的安裝者的肌電位。
上述發(fā)明中，上述動作輔助單元具有腰帶、右腳輔助部和左腳輔助部，右腳輔助部設(shè)置在腰帶的右下方，左腳輔助部設(shè)置在腰帶的左下方。右腳輔助部和左腳輔助部分別具有第一支架、第二支架、第三支架、第四支架、第一關(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)，第一支架從腰帶向下延伸以支撐腰帶，第二支架從第一支架向下延伸，第三支架從第二支架向下延伸，第四支架設(shè)置于第三支架的下端并承載安裝者的腳底部，第一關(guān)節(jié)位于第一支架的下端和第二支架的上端之間，第二關(guān)節(jié)位于第二支架的下端和第三支架的上端之間。
上述發(fā)明中，上述第一關(guān)節(jié)被設(shè)置成與安裝者的胯關(guān)節(jié)一致的高度上，上述第二關(guān)節(jié)被設(shè)置成與安裝者的膝關(guān)節(jié)一致的高度上。
上述發(fā)明中，上述第一關(guān)節(jié)上設(shè)置第一驅(qū)動源，用來傳遞驅(qū)動力以使第二支架轉(zhuǎn)動，上述第二關(guān)節(jié)上設(shè)置第二驅(qū)動源，用來傳遞驅(qū)動力以使第三支架轉(zhuǎn)動。
上述發(fā)明中，上述第一、第二驅(qū)動源分別具有用來檢測關(guān)節(jié)角度的角度傳感器。
本發(fā)明還提供一種校準(zhǔn)裝置，當(dāng)具有產(chǎn)生與安裝者發(fā)出的身體信號相應(yīng)的輔助動力的驅(qū)動源的動作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時，該校準(zhǔn)裝置使上述身體信號和上述輔助動力與預(yù)定的關(guān)系相對應(yīng)，該校準(zhǔn)裝置具有第一保存單元和第二保存單元，第一保存單元用來預(yù)先存儲安裝了動作輔助單元的安裝者發(fā)出的動力和身體信號的第一對應(yīng)關(guān)系，第二保存單元用來預(yù)先儲存安裝者在實行預(yù)定的基本動作過程中發(fā)出的動力和身體信號的第二對應(yīng)關(guān)系，動作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時，根據(jù)安裝者實行基本動作時發(fā)出的身體信號和上述第二對應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)與上述身體信號相應(yīng)的輔助動力，以滿足上述第一對應(yīng)關(guān)系。
上述發(fā)明中，上述第一對應(yīng)關(guān)系是上述動力與上述身體信號具有正相關(guān)關(guān)系，上述第二對應(yīng)關(guān)系是上述基本動作的上述身體信號的變化和上述動力的變化的關(guān)系。
本發(fā)明還提供一種校準(zhǔn)程序，它能夠使計算機實行如下校準(zhǔn)，即，當(dāng)具有產(chǎn)生與安裝者發(fā)出的身體信號相應(yīng)的輔助動力的驅(qū)動源的動作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時，使上述身體信號和上述輔助動力與預(yù)定的關(guān)系相對應(yīng)，該校準(zhǔn)程序包括第一程序和第二程序，第一程序能夠使計算機實行如下操作，即，將安裝了動作輔助單元的安裝者發(fā)出的動力和身體信號的第一對應(yīng)關(guān)系預(yù)先保存在第一保存單元內(nèi)，并且，將安裝者實行預(yù)定的基本動作過程中產(chǎn)生的動力和身體信號的第二對應(yīng)關(guān)系保存在第二保存單元內(nèi)；第二程序能夠使計算機執(zhí)行如下操作，即，將動作輔助單元被安裝在安裝者身上時，根據(jù)實行安裝者的上述基本動作時發(fā)出的身體信號以及上述第二保存單元內(nèi)保存的上述第二對應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)與上述身體信號相應(yīng)的輔助動力，以滿足保存在上述第一保存單元內(nèi)的上述第一對應(yīng)關(guān)系。
由本發(fā)明可知，檢測單元檢測一身體信號，該身體信號與驅(qū)動源提供的做為負(fù)荷的驅(qū)動力相對應(yīng)，然后根據(jù)這個檢側(cè)出的身體信號設(shè)定校準(zhǔn)值，這樣，為了實行校準(zhǔn)而把小錘做為負(fù)荷安裝在安裝者身上，或者，不使用小錘而使用線圈彈簧那樣繁瑣的工作就不需要了，將設(shè)置在動作輔助單元上的驅(qū)動源產(chǎn)生的驅(qū)動力做為負(fù)荷來使用，就可以自動地實行校準(zhǔn)。因此，可以大幅度地削減校準(zhǔn)所需的工作和時間，這樣，就可以更進一步促進安裝式動作輔助裝置的實用和普及。
另外，由于消除了校準(zhǔn)時所強加給肌力衰退的安裝者身上的多余的負(fù)擔(dān)，動作輔助單元被安裝到安裝者身上時，安裝者只需做些簡單的動作就可以自動實行校準(zhǔn)，還可以設(shè)定與該安裝者的狀態(tài)相應(yīng)的校準(zhǔn)值，提供與安裝者的肌電位信號相應(yīng)的驅(qū)動力，使其與安裝者的動作連動。
因此，實行校準(zhǔn)時，由驅(qū)動源提供符合安裝者意識的助力，該助力不會太大，也不會太小，可以穩(wěn)定地輔助安裝者的動作，這樣，就可以更一步提高安裝式輔助裝置的信賴性。
特別地，當(dāng)安裝者是象新手那樣，盡管覺得很難象自己想的那樣來操作動作輔助單元時，安裝者也可以安心地實行校準(zhǔn)。因此，安裝者即使是動作不自由的殘疾人，也可以不需要特別的操作，避開其身體上不利的動作進行校準(zhǔn)，還可以通過實行校準(zhǔn)以禰補安裝者身體上的弱點。


圖1表示的是應(yīng)用于本發(fā)明的安裝式動作輔助裝置的一個實施例中的控制系統(tǒng)的框圖。
圖2表示的是從前面觀察本發(fā)明的安裝式動作輔助裝置的一個實施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。
圖3表示的是從后面觀察本發(fā)明的安裝式動作輔助裝置的一個實施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。
圖4表示的是動作輔助單元18的左視圖。
圖5表示的是動作輔助單元18的后視圖。
圖6表示的是構(gòu)成動作輔助裝置10的各組成部分的框圖。
圖7表示的是各動作作業(yè)以及各動作階段的一個例子的示意圖。
圖8表示的是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148的模式的示意圖。
圖9表示的是做為動作作業(yè)的一個例子的動作階段A1～A4的動作過程的示意圖。
圖10表示的是表面肌電位e1～e4的檢測位置的示意圖，其中，(A)表示的是從前面觀察腿部時的示意圖，(B)表示的是從后面觀察腿部時的示意圖。
圖11表示的是表面肌電位e1～e4的檢測位置的示意圖，其中，(A)表示的是胯關(guān)節(jié)沿箭頭方向彎曲時的腿部的側(cè)視圖，(B)表示的是膝關(guān)節(jié)沿箭頭方向彎曲時的的腿部的側(cè)視圖。
圖12表示的是安裝了動作輔助單元18的安裝者12的膝關(guān)節(jié)屈肌狀態(tài)的示意圖。
圖13表示的是對應(yīng)于右胯關(guān)節(jié)伸肌的輸入動力和虛擬動力的曲線。
圖14表示的是對應(yīng)于右胯關(guān)節(jié)屈肌的輸入動力和虛擬動力的曲線。
圖15表示的是安裝者12在做與標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)定動作相同的動作時的表面肌電位和虛擬動力的差的曲線。
圖16表示的是實行屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化以及膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化的曲線。
圖17表示的是實行屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的虛擬動力、胯關(guān)節(jié)的伸展動作的虛擬動力、膝關(guān)節(jié)的彎曲動作的虛擬動力、膝關(guān)節(jié)的伸展動作的虛擬動力的曲線。
圖18表示的是實行屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的表面肌電位、胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動力、胯關(guān)節(jié)的伸展動作的推測動力的曲線。
圖19表示的是實行屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的伸展動作的表面肌電位、胯關(guān)節(jié)的伸展動作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動力、胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的推測動力的曲線。
圖20表示的是用于說明控制裝置100實行主控制處理的流程圖。
圖21表示的是對實行靜止?fàn)顟B(tài)的初期設(shè)定的初次校準(zhǔn)進行控制的流程圖。
圖22表示的是對基于一次動作的再校準(zhǔn)設(shè)定進行控制的流程圖。
圖23表示的是對根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)動作實行校準(zhǔn)進行控制的流程圖。
具體實施例方式
以下參考

本發(fā)明的最佳具體實施例。
實施例1圖1表示的是應(yīng)用于本發(fā)明的安裝式動作輔助裝置的一個實施例中的控制系統(tǒng)的框圖。
如圖1所示，動作輔助裝置10的控制系統(tǒng)包含驅(qū)動源140，它用來向安裝者提供助力；物理現(xiàn)象檢測單元142，它用來檢測與安裝者12的動作相應(yīng)的關(guān)節(jié)角度(物理現(xiàn)象)；身體信號檢測單元144，它用來檢測與安裝者12產(chǎn)生的肌力相應(yīng)的肌電位(身體信號)。
數(shù)據(jù)保存單元146具有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148和指令信號數(shù)據(jù)庫150，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148用來根據(jù)與安裝者12產(chǎn)生的肌力相應(yīng)的肌電位(身體信號)的檢測感度，校準(zhǔn)指令信號(控制信號)的參數(shù)。另外，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148，如后所述，還具有第一存儲領(lǐng)域(第一保存單元)和第二存儲領(lǐng)域(第二保存單元)，第一存儲領(lǐng)域用來預(yù)先保存安裝了動作輔助單元18(參考圖2和圖3)的安裝者12發(fā)出的動力(肌力)和身體信號(肌電位信號)的第一對應(yīng)關(guān)系，第二儲存領(lǐng)域用來預(yù)先保存安裝者12在實行預(yù)定的基本動作過程中發(fā)出的動力(肌力)和身體信號(肌電位信號)的第二對應(yīng)關(guān)系。
由物理現(xiàn)象檢測手段142檢測出的關(guān)節(jié)角度(θknee，θhip)和由身體信號檢測單元144檢測出的肌電位信號(EMGknee，EMGhip)被輸入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148和指令信號數(shù)據(jù)庫150中。
控制裝置100具有動作階段認(rèn)定單元152、差分導(dǎo)出單元154、參數(shù)校準(zhǔn)單元156、控制單元160、校準(zhǔn)控制單元162以及負(fù)荷產(chǎn)生單元164。動作輔助單元18每次被安裝到安裝者12身上時，校準(zhǔn)控制單元162都會根據(jù)安裝者12在做基本動作時發(fā)出的身體信號和第二對應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)與身體信號相應(yīng)的輔助動力以滿足第一對應(yīng)關(guān)系。
也就是說，當(dāng)安裝者12安裝了動作輔助單元18并將電源開關(guān)打開時，校準(zhǔn)控制單元162實行校準(zhǔn)控制處理，通過負(fù)荷產(chǎn)生單元164將驅(qū)動源140生成的驅(qū)動力做為負(fù)荷(輸入動力)階段性地提供給安裝者12，使安裝者12產(chǎn)生肌力以抵抗這個驅(qū)動力。
之后，被付與了由驅(qū)動源140產(chǎn)生的驅(qū)動力的安裝者12，實行事先決定的預(yù)定的校準(zhǔn)動作(例如，動作作業(yè)A從坐著的狀態(tài)到站起來的動作)，使骨格肌發(fā)出肌力。這樣，在實行上述校準(zhǔn)動作時，物理現(xiàn)象檢測單元142檢測關(guān)節(jié)角度，同時，身體信號檢測單元144檢測肌電位信號。
然后，動作階段認(rèn)定單元152通過將由物理現(xiàn)象檢測單元142檢測出的關(guān)節(jié)角度和保存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148中的關(guān)節(jié)角度進行比較，認(rèn)定安裝者12的校準(zhǔn)動作作業(yè)的動作階段。
另外，從校準(zhǔn)控制處理開始時起，差分導(dǎo)出單元154就對由負(fù)荷產(chǎn)生單元164提供的驅(qū)動源140的負(fù)荷(輸入動力)以及與身體信號檢測單元144檢測出的肌電位信號(實測值)相應(yīng)的肌力(推測動力)進行比較，求出兩者的差值，并求出上述第二對應(yīng)關(guān)系。
再有，參數(shù)校準(zhǔn)單元156根據(jù)在由動作階段認(rèn)定單元152認(rèn)定的動作階段的、由差分導(dǎo)出單元154算出的負(fù)荷(輸入動力)和肌力(推測動力)的差值，校準(zhǔn)參數(shù)K以滿足上述第一對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)由負(fù)荷產(chǎn)生單元164提供的、由驅(qū)動源140產(chǎn)生的輸入動力和與身體信號檢測單元144檢測出的肌電位信號(實測值)相應(yīng)的肌力之間沒有差值時，不校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。但是，當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生單元164提供的、由驅(qū)動源140產(chǎn)生的輸入動力和與身體信號檢測單元144檢測出的肌電位信號(實測值)相應(yīng)的肌力之間存在差值時，就校準(zhǔn)參數(shù)K以使兩者一致。這時，設(shè)定校準(zhǔn)參數(shù)K’使輸入動力和推測動力相等。
之后，校準(zhǔn)控制單元162將由參數(shù)校準(zhǔn)單元156校準(zhǔn)的參數(shù)設(shè)定為安裝者12的參數(shù)，對下一個動作階段實行校準(zhǔn)。
這樣，使用由校準(zhǔn)設(shè)定的參數(shù)控制驅(qū)動源140，使其產(chǎn)生與身體信號檢測單元144檢測出的身體信號相應(yīng)的助力，就可以不受安裝者12那天的狀態(tài)(皮膚電阻值)以及身體信號檢測單元144的設(shè)置位置的不同的拘束來控制肌力和助力，以使他們能夠保持例如1∶1那樣的預(yù)定比例。
另外，在控制單元160中，由物理現(xiàn)象檢測單元142檢測出的關(guān)節(jié)角度(θknee，θhip)和由身體信號檢測單元144檢測出的肌電位信號(EMGknee，EMGhip)一直在被提供，使用由校準(zhǔn)控制單元162設(shè)定的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)K’，計算與關(guān)節(jié)角度和肌電位信號相應(yīng)的各動作階段的、由驅(qū)動源產(chǎn)生的助力，再把從這個計算結(jié)果得出的指令信號提供給電力增幅單元158。
下面對本發(fā)明的安裝式動作輔助裝置10的一個具體構(gòu)成的實施例進行詳細(xì)說明。
圖2表示的是從前面觀察本發(fā)明的安裝式動作輔助裝置的一個實施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。圖3表示的是從后面觀察本發(fā)明的安裝式動作輔助裝置的一個實施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。
如圖2和圖3所示，動作輔助裝置10是例如輔助那些由于骨格肌的肌力下降而導(dǎo)致步行不自由的下肢運動功能障礙者、或者、正在進行回復(fù)步行機能的患者等靠自己的力量步行困難的人的步行動作的裝置，其首先檢測根據(jù)大腦的信號產(chǎn)生肌力時生成的身體信號(表面肌電位)，再根據(jù)這個檢測出的身體信號由執(zhí)行機構(gòu)提供驅(qū)動力來工作。
因此，動作輔助裝置10與所謂的示教再現(xiàn)型機器人截然不同，示教再現(xiàn)型機器人是通過根據(jù)事先輸入的數(shù)據(jù)用計算機控制機器手的方式構(gòu)成的。動作輔助裝置10也被稱為“機器衣”(Robot Suit)或者“動力衣”(Power Suit)等。
安裝了動作輔助裝置10的安裝者12按照自己的意識實行步行動作時，動作輔助裝置10提供與安裝者12此時產(chǎn)生的身體信號相應(yīng)的驅(qū)動動力做為助力，這樣，例如，就可以用通常步行時所要的肌力的一半的力來行走了。因此，安裝者12就可以靠自身的肌力和執(zhí)行機構(gòu)(本實施例中使用的是電動式驅(qū)動馬達)產(chǎn)生的驅(qū)動動力的合力支撐全身的體重并行走。
這時，需要對動作輔助裝置10進行控制，以使根據(jù)實行步行動作時的重心移動而提供的助力如后述的那樣，可以反映安裝者10的意識。所以，需要對動作輔助裝置10的執(zhí)行機構(gòu)進行控制，以使其不提供違背安裝者12意識的負(fù)荷，也不要妨礙安裝者12的動作。
另外，動作輔助裝置10除了可以輔助步行動作之外，例如，還能輔助安裝者12從坐著的狀態(tài)到站起來時的動作，或者，輔助從站著的狀態(tài)到坐到椅子上時的動作。再進一步，動作輔助裝置10還可以輔助安裝者12上、下樓梯的動作。特別地，當(dāng)安裝者10的肌力比較弱時，實行上樓梯的動作和從椅子上站起來的動作等都比較困難，但安裝了動作輔助裝置10的安裝者12則可根據(jù)自己的意識被付與驅(qū)動動力，進而可以不用在乎自己衰弱的肌力便能實行這些動作。
下面對動作輔助裝置10的結(jié)構(gòu)的一個實施例進行說明。
動作輔助裝置10，如圖2和圖3所示，是在安裝于安裝者10身上的動作輔助單元18上設(shè)置了執(zhí)行機構(gòu)(相當(dāng)于驅(qū)動源140)的動作輔助裝置。做為執(zhí)行機構(gòu)，其具有右腿驅(qū)動馬達20，它位于安裝者12的右側(cè)胯關(guān)節(jié)的位置；左腿驅(qū)動馬達22，它位于安裝者12的左側(cè)胯關(guān)節(jié)的位置；右膝驅(qū)動馬達24，它位于安裝者12的右膝關(guān)節(jié)的位置；左膝驅(qū)動馬達26，它位于安裝者12的左膝關(guān)節(jié)的位置。這些驅(qū)動馬達20、22、24，26是由根據(jù)控制裝置產(chǎn)生的控制信號控制驅(qū)動力的侍服馬達構(gòu)成的驅(qū)動源，具有可按預(yù)定的減速比對馬達轉(zhuǎn)動進行減速的減速機構(gòu)(圖中未表示)，盡管是小型的，但是也可以提供足夠大的驅(qū)動力。
另外，安裝于安裝者12腰間的腰帶30上還設(shè)置了做為電源的電池32、34，用于驅(qū)動馬達20、22、24、26。電池32和34是充電式電池，分別設(shè)置于安裝者12的左右兩邊，不妨礙安裝者12的步行動作。
另外，安裝于安裝者12后背的控制箱36中還設(shè)置了如后所述的控制裝置、馬達驅(qū)動器、計測裝置和電源電路等。其中，控制箱36的下部由腰帶30支持，控制箱36被設(shè)置為其重量不會成為安裝者12的負(fù)擔(dān)。
接下來，動作輔助裝置10還設(shè)置了肌電位傳感器，即肌電位傳感器38a和38b，它們用來檢測安裝者12右腿運動時的表面肌電位(EMGhip)；肌電位傳感器40a和40b，它們用來檢測安裝者12左腿運動時的表面肌電位(EMGhip)；肌電位傳感器42a和42b，它們用來檢測安裝者12右膝運動時的表面肌電位(EMGknee)；肌電位傳感器44a和44b，它們用來檢測安裝者12左膝運動時的表面肌電位(EMGknee)。
這些肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b都是用來檢測骨格肌產(chǎn)生肌力時的表面肌電位的，并具有用來檢測骨格肌發(fā)出的微弱電位的電極(圖中沒有表示)。其中，本實施例中，各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b是通過由覆蓋在電極周圍的黏性膠帶貼付于安裝者12皮膚上的方式設(shè)置的。
人體中，依據(jù)大腦發(fā)出的指令，突觸傳導(dǎo)物質(zhì)的乙醯膽堿在骨格肌的肌肉表面上被放出，這樣，肌纖維膜的離子透過性發(fā)生變化，就產(chǎn)生了活動電位(EMGElectro Myogram Myoelectricity)。由于產(chǎn)生活動電位，肌肉纖維發(fā)生收縮，進而生成肌力。因此，就可以通過檢測骨骼肌的肌電位推測步行動作時產(chǎn)生的肌力，然后由根據(jù)這個推測的肌力得到的虛擬動力，求出步行動作所要的助力。
另外，當(dāng)血液中被供給了被稱為肌動蛋白(Actin)和肌球蛋白(Myosin)的蛋白質(zhì)時，肌肉發(fā)生伸縮，但肌力則是通過肌肉的收縮而產(chǎn)生的。所以，在兩個骨格可以互相轉(zhuǎn)動地被連接在一起的關(guān)節(jié)處，即在兩個骨格之間就有了產(chǎn)生沿關(guān)節(jié)彎曲方向的力的屈肌以及產(chǎn)生沿關(guān)節(jié)伸張方向的力的伸肌。
這樣，在人體中，從腰部向下用于使腿部產(chǎn)生運動的肌肉就有數(shù)塊，包括用于向前抬腿的腸腰肌、用于收腿的大臀肌、用于伸展膝部的大腿股四頭肌和用于彎曲膝部的大腿股二頭肌等。
肌電位傳感器38a和40a貼付于安裝者12大腿根的前側(cè)，通過檢測腸腰肌的表面肌電位，測定與向前抬腿時的肌力相應(yīng)的肌電位。
肌電位傳感器38b和40b貼付于安裝者12的臀部，通過檢測大臀肌的表面肌電位，測定例如與向后的踢力或上樓梯時的肌力相應(yīng)的肌電位。
肌電位傳感器42a和44a貼伏于安裝者12膝部的前上側(cè)，通過檢測大腿股四頭肌的表面肌電位，測定與將膝部以下向前伸出的肌力相應(yīng)的肌電位。
肌傳感器42b和44b貼伏于安裝者12膝部的后上側(cè)，通過檢測大腿股四頭肌的表面肌電位，測定與將膝部以下向后收回的肌力相應(yīng)的肌電位。
因此，動作輔助裝置10是這樣構(gòu)成的，即，首先根據(jù)這些肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b檢測出的表面肌電位求出供給4個驅(qū)動馬達20、22、24、26的驅(qū)動電流，然后通過用該驅(qū)動電流驅(qū)動馬達20、22、24、26，向安裝者12提供助力，輔助安裝者12實行步行動作。
另外，為了能夠平滑地實行步行動作的重心移動，有必要檢測出腳底處的負(fù)荷。因此，在安裝者12的左右腳的腳底處設(shè)置了反力傳感器50a、50b、52a、52b(在圖2和圖3中以虛線表示)。
另外，反力傳感器50a用于檢測對應(yīng)于右腳前側(cè)的負(fù)荷的反力，反力傳感器50b用于檢測對應(yīng)于右腳后側(cè)的負(fù)荷的反力。反力傳感器52a用于檢測對應(yīng)于左腳前側(cè)的負(fù)荷的反力，反力傳感器52b用于檢測對應(yīng)于左腳后側(cè)的負(fù)荷的反力。各反力傳感器50a、50b、52a和52b，例如，由輸出與施加的負(fù)荷相應(yīng)的電壓的壓電傳感器等構(gòu)成，分別可以檢測出體重移動時的荷重變化、以及安裝者12的腳底是否與地面接觸。
下面參考圖4和圖5對動作輔助單元18的構(gòu)造進行說明。
圖4是動作輔助單元18的左視圖。圖5是動作輔助單元18的后視圖。
如圖4和圖5所示，動作輔助單元18包括腰帶30，它設(shè)置于安裝者12的腰間；右腳輔助部54，它設(shè)置于腰帶30的右下方；左腳輔助部55，它設(shè)置于腰帶30的左下方。
右腳輔助部54和左腳輔助部55對稱配置，其具有第一支架56，它向下延伸以支持腰帶30；第二支架58，它從第一支架56向下延伸，并沿安裝者12的大腿外側(cè)被設(shè)置；第三支架60，它從第二支架58向下延伸，并沿安裝者12的小腿外側(cè)被設(shè)置；第四支架62，它用于承載安裝者12的腳底(如果穿鞋的時候，則是承載鞋底)。
第一支架56的下端和第二支架58上端之間，有一具有鉸接構(gòu)造的第一關(guān)節(jié)64，將第一支架56和第二支架58可轉(zhuǎn)動地連接在一起。第一關(guān)節(jié)64被設(shè)置于與胯關(guān)節(jié)一樣高度的位置，第一支架56與第一關(guān)節(jié)56的支撐側(cè)相連接，第二支架58與第一關(guān)節(jié)64的轉(zhuǎn)動側(cè)相連接。
另外，第二支架58的下端和第三支架60的上端之間，有一具有鉸接構(gòu)造的第二關(guān)節(jié)66，將第二支架58和第三支架60可轉(zhuǎn)動地連接在一起。第二關(guān)節(jié)66被設(shè)置于與膝關(guān)節(jié)一樣高度地位置，第二支架58與第二關(guān)節(jié)66的支撐側(cè)連接，第三支架60與第二關(guān)節(jié)66的轉(zhuǎn)動側(cè)連接。
因此，第二支架58和第三支架60就被設(shè)置成能以第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66作為轉(zhuǎn)動支點，相對于固定在腰帶30上的第一支架56做搖擺運動。也就是說，第二支架58和第三支架60被設(shè)置成能夠做與安裝者12的腿部一樣的動作。
另外，第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66的支持側(cè)還設(shè)置了馬達托架68。馬達托架68具有一向外水平突出的馬達支持部68a，馬達支持部68a上垂直地設(shè)置了驅(qū)動馬達20、22、24、26。因此，驅(qū)動馬達20、22、24、26被設(shè)置成在側(cè)方向上并不是很突出，步行時不易與周圍的障礙物相接觸。
另外，第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66是這樣構(gòu)成的，即，驅(qū)動馬達20、22、24和26的轉(zhuǎn)動軸通過齒輪向被驅(qū)動側(cè)的第二支架58和第三支架60傳遞驅(qū)動動力。
另外，驅(qū)動馬達20、22、24和26還具有用于檢測關(guān)節(jié)角度的傳感器70、72、74和76(相當(dāng)于物理現(xiàn)象檢測單元142)。這些角度傳感器70、72、74和76，例如，可由對與第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66的關(guān)節(jié)角度成比例的脈沖數(shù)進行增量的旋轉(zhuǎn)編碼器等構(gòu)成，將與根據(jù)關(guān)節(jié)角度得到的脈沖數(shù)相對應(yīng)的電氣信號做為傳感器的輸出量輸出。
角度傳感器70和72用于檢測第一支架56和第二支架58之間的轉(zhuǎn)動角度，該轉(zhuǎn)動角度相當(dāng)于安裝者12的胯關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度(θhip)。另外，角度傳感器74和76用于檢測第二支架59的下端和第三支架60之間的轉(zhuǎn)動角度，該轉(zhuǎn)動角度相當(dāng)于安裝者12的膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度(θknee)。
另外，第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66僅被構(gòu)成為在安裝者12的胯關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動可能的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，并在內(nèi)部設(shè)置了一阻止機構(gòu)(圖中未顯示)，以防止提供給安裝者12的胯關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)超范圍的運動。
第二支架58上具有用于將其固定于安裝者12大腿上的第一固定帶78。另外，第三支架60上具有用于將其固定于安裝者12膝下的第二固定帶80。因此，由驅(qū)動馬達20、22、24和26提供的驅(qū)動動力經(jīng)由齒輪被傳給第二支架58和第三支架60，然后再經(jīng)由第一固定帶78和第二固定帶80做為助力被傳給安裝者12的腿部。
另外，第四支架62通過軸82被可轉(zhuǎn)動地連接在第三支架60的下端。第四支架62的下端還設(shè)有鞋跟承放部84，用于承放安裝者12的鞋底的跟部。再有，第二支架58和第三支架60可通過螺絲調(diào)節(jié)其軸方向的長度，可以將其根據(jù)安裝者12的腿長調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)拈L度。
上述支架56、58、60和64均由金屬形成，能夠支撐設(shè)置于腰帶30上的電池32和34、控制箱36以及動作輔助單元18的重量。也就是說，動作輔助裝置10被設(shè)計成不將動作輔助單元18等的重量施加給安裝者12的形式，可以在不給肌力較弱的安裝者12增添多余的負(fù)荷的情況下將其安裝在安裝者12身上。
圖6表示的是構(gòu)成動作輔助裝置10的各單元的框圖。
如圖6所示，電池32和34用于向電源電路86提供電源，電源電路86將該電源變換成預(yù)定的電壓，并將該電壓提供給輸入輸出界面88。另外，電池32和34的充電量由電池充電通知部90來監(jiān)視，當(dāng)電池的容量低于事先設(shè)定好的剩余容量時，電池充電通知部90就會向安裝者12發(fā)出交換電池或需要充電的通知。
驅(qū)動馬達20、22、24和26的第一至第四馬達驅(qū)動器92～95，通過輸入輸出界面88將與控制裝置100產(chǎn)生的控制信號相應(yīng)的驅(qū)動電壓增幅，然后輸出給各驅(qū)動馬達20、22、24和26。
由各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b輸出的表面肌電位的檢測信號，經(jīng)過第一至第八差動增幅器101～108(相當(dāng)于電力增幅單元158)增幅，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后經(jīng)由輸入輸出界面88被輸入控制裝置100。另外，肌肉發(fā)出的肌電位很微弱，所以，在第一至第八差動增幅器101～108中，例如，為了將30μV的肌電位增幅到計算機可以判別的3V左右，需要105倍即100dB的增幅率。
另外，角度傳感器70、72、74和76輸出的角度檢測信號分別被輸入到第一至第四角度檢測部111～114。第一至第四角度檢測部111～114將由旋轉(zhuǎn)編碼器檢測出的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于角度的角度數(shù)據(jù)，檢測出的角度數(shù)據(jù)經(jīng)由輸入輸出界面88被輸入給控制裝置100。
反力傳感器50a、50b、52a、52b輸出的反力檢測信號分別被輸入給第一至第四反力檢測部121～124。第一至第四反力檢測部121～124將壓電傳感器檢測出的電壓轉(zhuǎn)變成與載荷相當(dāng)?shù)臄?shù)字值(Digital Value)，檢測出的反力數(shù)據(jù)經(jīng)由輸入輸出界面88被輸入控制裝置100。
記憶單元130(相當(dāng)于數(shù)據(jù)保存單元146)是保存各數(shù)據(jù)的保存單元，設(shè)有數(shù)據(jù)庫保存領(lǐng)域130A和控制程序保存領(lǐng)域130B，數(shù)據(jù)庫保存領(lǐng)域130A用來事先保存按起立動作、步行動作和坐下動作等的各動作模式設(shè)定的、以動作階段為單元的控制數(shù)據(jù)，控制程序保存領(lǐng)域130B用來保存用于控制各數(shù)據(jù)的控制程序。
本實施例中，數(shù)據(jù)庫保存領(lǐng)域130A中含有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148和指令信號數(shù)據(jù)庫150。另外，如圖8所示，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148保存了安裝了動作輔助安裝器18的安裝者12發(fā)出的肌力(動力)eA1(t)...和身體信號EA1(t)...的第一對應(yīng)關(guān)系、以及基準(zhǔn)參數(shù)KA1...。另外，第一對應(yīng)關(guān)系是指肌力eA1(t)...與身體信號EA1(t)...呈比例關(guān)系，并具有正相關(guān)關(guān)系。
另外，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148還保存了安裝者12在進行預(yù)定的基本動作過程中發(fā)出的肌力(動力)eA1(t)...和身體信號EA1(t)...的第二關(guān)系、以及校準(zhǔn)參數(shù)K’A1。第二關(guān)系是指基本動作的身體信號EA1(t)...的變化和肌力eA1(t)...的變化的關(guān)系。
另外，控制裝置100輸出的控制數(shù)據(jù)經(jīng)由輸入輸出界面88被輸出給數(shù)據(jù)輸出部132或通訊單元134，例如，用于在顯示器(圖中未表示)中顯示，或者，可以在數(shù)據(jù)監(jiān)視用計算機(圖中未表示)之間以數(shù)據(jù)通訊的方式被傳輸。
另外，控制裝置100還包括一生成指令信號的自主控制系統(tǒng)，該指令信號用于使安裝者12產(chǎn)生一動力，該動力是與通過將角度傳感器70、72和76檢測出的關(guān)節(jié)角度與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的關(guān)節(jié)角度進行比較而識別出的安裝者12的動作模式中的某一動作階段相對應(yīng)的。
另外，控制裝置100還具有負(fù)荷生成單元100D、校準(zhǔn)值設(shè)定單元100E(相當(dāng)于參數(shù)校準(zhǔn)單元156)和校準(zhǔn)控制單元100F。負(fù)荷生成單元100D用于當(dāng)動作輔助單元18被安裝在安裝者12身上時，將由驅(qū)動馬達(驅(qū)動源)20、22、24、26生成的驅(qū)動力做為外部負(fù)荷提供給安裝者12；校準(zhǔn)值設(shè)定單元100E用于設(shè)定校準(zhǔn)值，其設(shè)定過程為首先由肌電位傳感器(檢測單元)38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b檢測因抵抗被提供的上述驅(qū)動力而發(fā)出的身體信號，然后根據(jù)這個檢測出的身體信號生成用于自主控制單元100A執(zhí)行計算的參數(shù)(例如，比例控制中的比例利得)，再將這個參數(shù)設(shè)定為安裝者18固有的校準(zhǔn)值；校準(zhǔn)控制單元100F用于通過適當(dāng)?shù)乜刂菩?zhǔn)值設(shè)定單元100E等的動作，將校準(zhǔn)后的參數(shù)做為固有參數(shù)設(shè)定給安裝者12。
做為本實施例的校準(zhǔn)，例如，可以是第一次安裝使用動作輔助單元18時實行的初期設(shè)定校準(zhǔn)，也可以是實行初期設(shè)定校準(zhǔn)之后，每次安裝動作輔助單元18時實行的再設(shè)定校準(zhǔn)。
初期設(shè)定校準(zhǔn)是安裝者12使用如后所述的事先定好的姿勢，在靜止的狀態(tài)下而實行的校準(zhǔn)值設(shè)定處理。
另外，再設(shè)定校準(zhǔn)是安裝者12使用也如后所述的事先定好的基本動作實行的校準(zhǔn)值設(shè)定處理，例如，可以是安裝者12在靜止?fàn)顟B(tài)下使用產(chǎn)生肌力來實行校準(zhǔn)值更新處理的靜止?fàn)顟B(tài)的校準(zhǔn)，也可以是安裝者12在起立狀態(tài)下做一次讓膝部從彎曲狀態(tài)到伸展?fàn)顟B(tài)的動作來實行校準(zhǔn)值更新處理的基于一次動作的校準(zhǔn)。
實行上述校準(zhǔn)時，將最開始提供給安裝者12的負(fù)荷設(shè)為較小，隨著校準(zhǔn)動作的進行，一邊控制驅(qū)動馬達20、22、24和26使負(fù)荷慢慢增大，一邊檢測因抵抗該負(fù)荷而產(chǎn)生的身體信號。另外，在本實施例的安裝式動作輔助裝置10中，可以在兩種校準(zhǔn)中任選一個，其中的一個是做為初期設(shè)定校準(zhǔn)的靜止?fàn)顟B(tài)下的校準(zhǔn)，另一個是做為每次安裝時實行的再設(shè)定校準(zhǔn)的基于一次動作的校準(zhǔn)。
下面參考圖7至圖9對安裝者12實行校準(zhǔn)時的動作進行說明。圖7是表示數(shù)據(jù)庫中保存的各動作作業(yè)和動作階段的一個例子的示意圖。
如圖7所示，保存在存儲單元130內(nèi)的是做為將安裝者12的動作進行分類的動作作業(yè)，例如，包含動作作業(yè)A，它具有從坐姿向站姿移動的起立動作數(shù)據(jù)；動作作業(yè)B，它具有站著的安裝者12做步行動作的步行動作數(shù)據(jù)；動作作業(yè)C，它具有從站姿向坐姿移動的坐下動作數(shù)據(jù)；動作作業(yè)D，它具有在站著的狀態(tài)下上樓梯的上樓梯動作數(shù)據(jù)。
另外，各動作作業(yè)中，還設(shè)定了規(guī)定最小動作單元的多個動作階段數(shù)據(jù)，例如，步行動作的動作作業(yè)B中具有動作階段B1，它具有兩腿呈放在一起狀態(tài)時的動作數(shù)據(jù)；動作階段B2，它具有向前邁出右腿時的動作數(shù)據(jù)；動作階段B3，它具有向前邁出左腿，并與右腿呈放在一起狀態(tài)時的動作數(shù)據(jù)；動作階段B4，它具有向前邁出左腿時的動作數(shù)據(jù)。
圖8是表示校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148的模式的示意圖。
如圖8所示，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148中保存了表面肌電位eA1(t)...、以及與肌電位對應(yīng)的基準(zhǔn)參數(shù)KA1...等，該表面肌電位是按將各動作作業(yè)A、B...分割了的各動作階段檢測出的。
本實施例中，安裝了動作輔助單元18的安裝者12實行事先決定好的預(yù)定校準(zhǔn)動作。這里，例如，假定圖9所示的安裝者12首先實行從坐姿到站姿的基準(zhǔn)動作(動作階段A1～A4)，然后再實行坐下的動作(動作階段A4～A1)。
下面對身體信號檢測單元144的校準(zhǔn)原理進行詳細(xì)說明，身體信號檢測單元144是用來檢測與上述安裝者12發(fā)出的肌力相對應(yīng)的肌電位。
安裝者在實行靜的動作時，表面肌電位和安裝者12發(fā)出的肌力的關(guān)系一般約為線性關(guān)系。因此，本發(fā)明開發(fā)了一種推測方法，該方法根據(jù)式(1)和式(2)從計測的表面肌電位推測安裝者12發(fā)出的動力。另外，推測的動力稱為“虛擬動力”。
τhip＝K1e1-K2e2(1)τknee＝K4e4-K3e3(2)式(1)和(2)中，τhip是胯關(guān)節(jié)的虛擬動力，τknee是膝關(guān)節(jié)的虛擬動力，e1～e4是肌肉發(fā)生的表面肌電位，K1～K4是參數(shù)。安裝者12的胯關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)按肌肉伸屈的收縮平衡進行動作。如圖10的(A)和(B)以及圖11的(A)和(B)所示，e1是大腿股直肌的表面肌電位，e2是臀肌的表面肌電位，e3是內(nèi)側(cè)廣肌的表面肌電位，e4是大腿股二頭肌的表面肌電位。
計算虛擬動力時，考慮雜波等的影響，使用經(jīng)過數(shù)字濾波器濾波的值。本實施例中，把得到的經(jīng)過了低通濾波器的值做為表面肌電位值。
在檢測表面肌電位的控制系統(tǒng)的校準(zhǔn)中，通過式(1)和(2)求出式(3)的各參數(shù)K，式(3)用于計算各肌肉的虛擬動力。
τ＝Ke (3)也就是說，本實施例的校準(zhǔn)中，通過求出式(3)中參數(shù)K的值，使做為對象的肌肉在產(chǎn)生1Nm的力時的表面肌電位的值為1，并更新該值。
這樣，在本實施例中，無論是實行初期設(shè)定校準(zhǔn)還是實行再設(shè)定校準(zhǔn)，都對肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b進行檢測，并應(yīng)用這個檢測的結(jié)果校準(zhǔn)上述參數(shù)K的值。
下面對上述再設(shè)定校準(zhǔn)進行說明。做為這個校準(zhǔn)的動作，例如，可以是安裝者12在坐著的狀態(tài)下做的一個將膝部從彎曲狀態(tài)移動到伸展?fàn)顟B(tài)的動作。本發(fā)明的再設(shè)定校準(zhǔn)，不僅能夠減輕安裝者12的負(fù)擔(dān)，同時也還能夠在很短的時間內(nèi)結(jié)束校準(zhǔn)。
圖12是表示安裝了動作輔助單元18的安裝者12的膝關(guān)節(jié)的屈肌狀態(tài)的示意圖。
如圖12所示，驅(qū)動馬達20、22、24、26向安裝了動作輔助單元18的安裝者12的膝關(guān)節(jié)施加做為負(fù)荷的輸入動力τm。安裝者12產(chǎn)生抵抗這個輸入動力τm的肌力，并保持膝關(guān)節(jié)處于不動的靜止?fàn)顟B(tài)。此時就可以說，驅(qū)動馬達20、22、24、26提供的輸入轉(zhuǎn)力τm和安裝者12產(chǎn)生的肌力τh相等。
因此，式(4)的關(guān)系成立。
τm(t)＝τh(t) (4)因為安裝者12產(chǎn)生的肌力可由式(3)表示，即τh＝Ke(5)所以，式(4)可以改寫成τm＝Ke(6)下面對在上述靜止?fàn)顟B(tài)下實行初期設(shè)定校準(zhǔn)的步驟進行說明。
靜止?fàn)顟B(tài)的初期設(shè)定校準(zhǔn)可按下列步驟進行。
(步驟1)檢測安裝者12產(chǎn)生抵抗驅(qū)動馬達20、22、24、26的驅(qū)動力(轉(zhuǎn)力τm)的肌力時的表面肌電位e。
(步驟2)應(yīng)用最小二乘法，由檢測到的表面肌電位和那時的輸入轉(zhuǎn)力τm，求出使式(6)成立的參數(shù)K。
應(yīng)用最小二乘法計算參數(shù)K的公式如式(7)所示。
K＝∑τm(t)e(t)/∑e2(t) (7)所以，例如，可以求出參數(shù)K，當(dāng)安裝者12如圖12所示的那樣，將膝關(guān)節(jié)彎曲成大約90度并呈坐著的狀態(tài)時，使其在靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生1Nm的力時的表面肌電位的值為1。在這個靜止?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動馬達20、22、24、26將驅(qū)動力(動力τm)做為負(fù)荷(輸入動力)呈階段性提供給安裝者12，與此相對的，安裝者12產(chǎn)生一肌力來抵抗這個驅(qū)動力，這樣就保持了這個靜止?fàn)顟B(tài)。
下面對再設(shè)定校準(zhǔn)的步驟進行說明，該再設(shè)定校準(zhǔn)實行事先定好的標(biāo)準(zhǔn)動作。
上述基于一次動作的再設(shè)定校準(zhǔn)可按下列步驟實行。
(步驟1)安裝者12轉(zhuǎn)動膝關(guān)節(jié)以使膝部的角度從90度變成180度，然后讓膝關(guān)節(jié)回到原位以使膝部的角度從180度變成90度。
(步驟2)提供驅(qū)動馬達20、22、24、26產(chǎn)生的驅(qū)動力(動力τm)，該驅(qū)動力與角度傳感器74、76檢測出的膝關(guān)節(jié)的角度相對應(yīng)。
(步驟3)檢測安裝者12進行膝部屈伸動作時的表面肌電位e。
下面參考圖13至圖15對實行上述初期設(shè)定校準(zhǔn)時的原理進行說明。
例如，將驅(qū)動馬達20、22、24、26產(chǎn)生的8Nm、16Nm、24Nm、32Nm的動力做為輸入動力τm提供給安裝者12并求出參數(shù)K。這種情況下，使用求得的參數(shù)K進行校準(zhǔn)，并得到表面肌電位，再根據(jù)該表面肌電位計算虛擬動力，該虛擬動力與同時輸入的輸入動力的比較結(jié)果參見圖13和圖14。其中，圖13是表示與右胯關(guān)節(jié)的伸肌相對應(yīng)的輸入動力(a)和虛擬動力(b)的示意圖。圖14是表示與左胯關(guān)節(jié)的屈肌相對應(yīng)的輸入動力(a)和虛擬動力(b)的示意圖。
由圖13所示的輸入動力曲線(a)和虛擬動力曲線(b)以及圖14所示的輸入動力曲線(a)和虛擬動力虛線(b)可知，使用按照上述方法求得的參數(shù)K算出的虛擬動力和同時施加的輸入動力基本一致。
另外，從圖13也可得知，驅(qū)動馬達20、22、24、26產(chǎn)生的輸入動力隨著時間的經(jīng)過，其動力值被控制成按階段性地上升。也就是說，驅(qū)動馬達20、22、24、26開始的時候是被控制成輸出較小的驅(qū)動力(輸入動力)，并且，該輸入動力按預(yù)定的時間間隔被脈沖地施加的同時，也被控制成按階段性的逐漸增大。
因此，安裝者12在安裝了動作輔助安裝工具18的時候，可以防止被施加過大的動力，另外，使輸入的動力值逐漸增大，還可以減輕用于產(chǎn)生抵抗該輸入動力的肌力的肌肉的負(fù)擔(dān)，也可以減輕校準(zhǔn)時產(chǎn)生的肌肉疲勞。
另外，由圖13和圖14也可知，左右胯關(guān)節(jié)和左右膝關(guān)節(jié)也能得到同樣的結(jié)果。另外，使用如上所述的那樣得到的參數(shù)K計算虛擬動力以產(chǎn)生助力時，相對于安裝者12產(chǎn)生的肌力1Nm，可以把由驅(qū)動馬達20、22、24、26產(chǎn)生的同樣的1Nm的驅(qū)動力做為助力也提供給安裝者12，這樣，安裝者12只要產(chǎn)生預(yù)定動作所需的力的一半的肌力就可以實行該動作。
再有，本實施例中，安裝了動作輔助單元18的安裝者12在實行校準(zhǔn)時，因為需要產(chǎn)生抵抗該輸入動力的肌力，所以需要對驅(qū)動馬達20、22、24、26的驅(qū)動力進行控制，即，抑制輸入動力，以實行不對安裝者12產(chǎn)生過大負(fù)擔(dān)的校準(zhǔn)。
也就是說，本實施例中，安裝者12通過實行事先定好的預(yù)定的動作(例如，參考圖9或圖10)進行表面肌電位的校準(zhǔn)，可以不對安裝者12產(chǎn)生過大的負(fù)擔(dān)。
例如，實行2次預(yù)定的動作時，如果這2次的動作中各關(guān)節(jié)產(chǎn)生的肌力都相同，那么這時得到的虛擬動力也必須要相同。所以，將標(biāo)準(zhǔn)動作的虛擬動力模式做為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)事先保存在存儲單元130中，就可以高效地進行校準(zhǔn)時的參數(shù)校準(zhǔn)處理。
另外，使用根據(jù)安裝者12實行校準(zhǔn)動作得到的參數(shù)K，如果將安裝者12實行標(biāo)準(zhǔn)動作時的虛擬動力設(shè)為τi(t)，而另外實行同樣動作時的表面肌電位設(shè)為e’(t)，那么式(8)的關(guān)系成立。
τi(t)＝Ke’(t)(8)實行表面肌電位校準(zhǔn)時，如圖15所示，檢測安裝者12實行與標(biāo)準(zhǔn)動作同樣動作時的表面肌電位(圖15中用實線表示的曲線(a))，計算參數(shù)K’以使虛擬動力(圖15中用虛線表示的曲線(b))與輸入動力相同。
使用最小二乘法計算參數(shù)K’的式(9)與上述式(7)基本相同。
K’＝∑τm(t)e’(t)/∑e’2(t) (9)由于虛擬動力τi(t)是通過使用了安裝式輔助校準(zhǔn)裝置10的校準(zhǔn)求得的，所以，按上述方法求得的參數(shù)K’也可以說是與使用了安裝式動作輔助裝置10的校準(zhǔn)一樣求得的。因此，安裝者12實行預(yù)定動作的校準(zhǔn)方法，相對于安裝者12自身產(chǎn)生的1Nm的肌力，還能夠給安裝者12提供1Nm的助力。
下面，將使用了本發(fā)明的校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)動作，例如，如圖16所示的屈伸動作的試驗結(jié)果用圖17和圖18來表示。
圖17中所示的曲線(a)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化，圖17中所示的曲線(b)表示的是屈伸動作時的膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化。
圖18中，曲線(a)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的虛擬動力，曲線(b)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的伸展動作的虛擬動力，曲線(c)表示的是屈伸動作時的膝關(guān)節(jié)的彎曲動作的虛擬動力，曲線(d)表示的是屈伸動作時的膝關(guān)節(jié)的伸展動作的虛擬動力。
然后，將上述屈伸動作做為標(biāo)準(zhǔn)動作，實行屈伸動作的校準(zhǔn)，就可以得到如圖18和圖19所示的右胯關(guān)節(jié)的屈肌、伸肌的校準(zhǔn)結(jié)果。圖18中，曲線(a)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的伸展動作的表面肌電位，曲線(b)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的伸展動作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動力，曲線(c)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的伸展動作的推測動力。另外，圖(19)中，曲線(a)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的表面肌電位，曲線(b)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動力，曲線(c)表示的是屈伸動作時的胯關(guān)節(jié)的彎曲動作的推測動力。
因此，由圖18和圖19所示的曲線(a)～(c)可知，標(biāo)準(zhǔn)虛擬動力和由根據(jù)校準(zhǔn)求得的參數(shù)K’得到的推測動力具有同樣的振幅波形，與屈伸動作相伴的推測動力和由表面肌電位得到的虛擬動力的大小基本一致。
這樣，本實施例中，安裝者12就可以通過實行預(yù)定的動作實行表面肌電位的校準(zhǔn)，因此，可以不給安裝者12帶來較大的負(fù)擔(dān)，同時，也能很快地算出用于計算虛擬動力(換句話說就是被校準(zhǔn)了的表面肌電位)的參數(shù)K’。
另外，上述說明中，做為負(fù)荷提供給安裝者12的動力，也可以根據(jù)每個人的體力來設(shè)定，例如，可以事先設(shè)定好負(fù)荷的下限值和上限值，校準(zhǔn)時就可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該負(fù)荷，不給安裝者12附加過大的負(fù)擔(dān)。
下面參考圖20所示的流程圖，對控制裝置100所實行的主要控制處理的步驟進行說明。
如圖20所示，在步驟S11(下面省略“步驟”)中，動作輔助單元18被安裝在安裝者12身上，一打開電源開關(guān)(圖中未表示)，就進入S12，并檢查該打開電源開關(guān)的操作是否是第一次。在S12中，如果上述打開電源開關(guān)的操作是第一次，就進入S13，轉(zhuǎn)入初期設(shè)定模式，在S14實行上述的初期設(shè)定校準(zhǔn)處理。
也就是說，在S14中，與驅(qū)動馬達20、22、24、26產(chǎn)生的做為負(fù)荷的驅(qū)動力相對應(yīng)的身體信號，由各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b輸出的表面肌電位的檢測信號所檢測，然后根據(jù)這個檢測信號計算校準(zhǔn)值。在S15中，將提供給馬達的電壓增加一檔，使負(fù)荷增大。然后，進入S16，判斷負(fù)荷是否到達了事先設(shè)定好的上限值。在S16中，如果負(fù)荷沒有達到事先設(shè)定好的上限值，就返回S14，循環(huán)實行S14～S16的處理。
另外，在S16中，如果負(fù)荷到達了事先設(shè)定好的上限值，就進入S17，設(shè)定由上述校準(zhǔn)得到的參數(shù)K’。
在S17中，安裝了動作輔助安裝工具18的安裝者12設(shè)定校準(zhǔn)值(參數(shù)K’)，該校準(zhǔn)值是與在如圖12所示的靜止?fàn)顟B(tài)下由校準(zhǔn)得到的安裝者12的肌力相對應(yīng)的。也就是說，在S17中，如上所述地計算參數(shù)K，使安裝者12在將膝關(guān)節(jié)彎成大約90度并坐著的狀態(tài)下，并且在保持靜止的條件下產(chǎn)生1Nm的力時的表面肌電位的值為1。在這個第一次的校準(zhǔn)中，驅(qū)動馬達20、22、24、26產(chǎn)生的驅(qū)動力(動力τm)做為負(fù)荷(輸入動力)被呈階段性地付給了安裝者12，與此相對地，安裝者12產(chǎn)生肌力以抵抗這個驅(qū)動力。
這樣，因抵抗驅(qū)動源提供的驅(qū)動力而產(chǎn)生的身體信號被各肌電位傳感器所檢測，再根據(jù)這個檢測出的信號生成用于演算處理的參數(shù)，然后將這個參數(shù)做為該安裝者所固有的校準(zhǔn)值保存在數(shù)據(jù)庫148中。
之后，進入S18，轉(zhuǎn)入實行通常的助力控制處理的控制模式。然后，在S19中，該通常的控制模式在電源開關(guān)被關(guān)閉之前一直被實行。
另外，在上述S12中，如果電源開關(guān)被打開的操作不是第一次，就進入S20，轉(zhuǎn)到上述的再設(shè)定模式。然后，在S21中，安裝者12實行基于一次動作的校準(zhǔn)值設(shè)定校準(zhǔn)，設(shè)定與實行如圖16所示的校準(zhǔn)動作時得到的安裝者12的肌力相對應(yīng)的校準(zhǔn)值(參數(shù)K’)。之后，實行上述S17～S19的處理。
另外，本實施例中，對于從第二次開始的校準(zhǔn)，盡管實行的是基于一次動作的校準(zhǔn)，但并不局限于此，從第二次開始的校準(zhǔn)也可以與第一次校準(zhǔn)一樣，實行在保持靜止?fàn)顟B(tài)下的校準(zhǔn)值設(shè)定校準(zhǔn)。
接下來，參考圖21至圖23對各校準(zhǔn)值設(shè)定模式的控制處理進行說明。
圖21表示的是實行初期設(shè)定的初次校準(zhǔn)的控制步驟的流程圖。初次校準(zhǔn)時，如上所述，安裝者12產(chǎn)生肌力使其能狗相對于馬達負(fù)荷保持坐著的靜止?fàn)顟B(tài)，以此來設(shè)定校準(zhǔn)值。
如圖21所示，在S31中，依據(jù)安裝者12的坐著的靜止?fàn)顟B(tài)，向驅(qū)動馬達20、22、24、26提供預(yù)定的驅(qū)動電流，提供做為負(fù)荷的驅(qū)動力(輸入動力)。這樣，安裝者12在坐著的狀態(tài)下就可以產(chǎn)生抵抗驅(qū)動馬達20、22、24、26的驅(qū)動力。
在S32中，從各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中取得安裝者12的肌電位信號。然后，在S33中，根據(jù)實測的肌電位信號計算推導(dǎo)出虛擬動力。
之后，進入S34，對做為負(fù)荷被提供的輸入動力和上述虛擬動力進行比較。然后，在S35中，求出輸入動力和虛擬動力之間的比率。在隨后的S36中，讀出與保存在上述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148中的各動作階段相對應(yīng)的參數(shù)，再用該參數(shù)乘以上述比率，求出供給馬達驅(qū)動源92～95的控制信號的校準(zhǔn)值(校準(zhǔn)參數(shù))。接下來進入S37，將校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定為自主控制參數(shù)。
這樣，安裝了動作輔助安裝工具18的安裝者12就可以在保持坐著的狀態(tài)下，自動地實行依據(jù)當(dāng)天狀態(tài)的身體信號的校準(zhǔn)，不再需要象現(xiàn)有方法那樣，為了實行校準(zhǔn)，將小錘做為負(fù)荷安裝在安裝者身上，或者，用線圈彈簧代替小錘等的繁瑣的工作了。所以，可以大幅度地減少校準(zhǔn)所要的勞動和時間，這樣，就可以更進一步地促進安裝式動作輔助裝置10的實用和普及。
另外，對于那些肌力衰退的安裝者12來說，也不用將用于校準(zhǔn)的多余的負(fù)擔(dān)強加給他們，本發(fā)明可以依據(jù)該安裝者12的狀態(tài)設(shè)定校準(zhǔn)值，將基于安裝者12的肌電位信號的驅(qū)動力正確地提供給安裝者12，并使其與安裝者12的動作連動。
因此，實行校準(zhǔn)時，符合安裝者12意識的助力被由驅(qū)動源所提供，該助力既不會過大也不會過小，這樣，就可以安定地輔助安裝者12的動作，更一步提高安裝式動作輔助裝置的信賴性。
特別地，當(dāng)安裝者12是象新手那樣，既使認(rèn)為很難按自己想的那樣操作動作安裝輔助安裝工具18時，也可以安心地實行校準(zhǔn)。因此，安裝者12既使是不能自由行動的殘疾人，也不需要什么特別的操作，就可以避開他們身體上的不利動作實行校準(zhǔn)，以彌補他們身體上的弱點。
下面參考圖22對上述再設(shè)定模式1的校準(zhǔn)進行說明。
圖22表示的是基于一次動作的再設(shè)定校準(zhǔn)的控制步驟的流程圖。這里，實行基于一次動作的再設(shè)定校準(zhǔn)時，安裝者12在保持坐姿下僅做一次將膝部從彎曲狀態(tài)到伸展?fàn)顟B(tài)的動作。另外，存儲單元130中還事先保存了與校準(zhǔn)的動作相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)肌電位。
如圖22所示，在S41中，對膝關(guān)節(jié)的角度傳感器74、76檢測的檢測信號有無進行判斷。然后，用角度傳感器74、76檢測第二關(guān)節(jié)66在安裝者12如圖16所示的坐著的狀態(tài)下伴隨實行膝部的伸縮動作所產(chǎn)生的關(guān)節(jié)角度的變化。之后，進入S42，根據(jù)角度傳感器74、76檢測的檢測信號設(shè)定膝部的動作角度。
接下來，進入S43，從存儲單元130中讀進對應(yīng)于膝部的動作角度的標(biāo)準(zhǔn)肌電位。在隨后的S44中，從各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中讀進安裝者12的肌電位的實測值。然后，在S45中，對標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實測值進行比較。
在S46中，求出標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實測值之間的比率。然后，在S47中，讀出與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148中保存的膝部的動作角度相對應(yīng)的參數(shù)，再將該參數(shù)乘以上述比率，求出供給馬達驅(qū)動源92～95的控制信號的校準(zhǔn)值(校準(zhǔn)參數(shù))。接下來，進入S48，將校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)為自主控制參數(shù)。
這樣，由于從第二次開始的校準(zhǔn)可以不使用驅(qū)動馬達20、22、24、26的驅(qū)動力，在保持坐著的狀態(tài)下只根據(jù)轉(zhuǎn)動膝部的動作(一次動作)就能校準(zhǔn)參數(shù)k’，所以，不僅能夠大幅度減輕安裝者12體力上的負(fù)擔(dān)，同時也能縮短從安裝動作輔助單元18到校準(zhǔn)所需的準(zhǔn)備時間，因此，從第二次開始的校準(zhǔn)可以使步行開始變得更快了。
下面參考圖23對上述再設(shè)定模式2的校準(zhǔn)進行說明。在這個再設(shè)定模式2中，安裝者12實行從坐著的狀態(tài)到站起來的標(biāo)準(zhǔn)動作(動作階段A1～A4)，然后，再實行坐下的動作(動作階段A4～A1)(參考圖9)。
如圖23所示，在S51中，對設(shè)置在動作輔助安裝工具18上的角度傳感器70、72、74、76檢測的檢測信號有無進行判斷。然后，用角度傳感器70、72、74、76檢測第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66在安裝者12實行如圖9所示的動作時相伴而產(chǎn)生的關(guān)節(jié)角度的變化。之后，進入S52，根據(jù)角度傳感器70、72、74、76檢測的檢測信號選擇保存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148中的動作作業(yè)，設(shè)定安裝者12的標(biāo)準(zhǔn)動作。
在隨后的S53中，從存儲單元130中讀進對應(yīng)于第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66的標(biāo)準(zhǔn)動作的標(biāo)準(zhǔn)肌電位。接下來，進入S54，從各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中讀進安裝者12的肌電位的實測值。然后，在S55中，對標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實測值進行比較。
在S56中，求出標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實測值的比率。然后，在S57中，讀出與保存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫148中的膝部的動作角度相對應(yīng)的參數(shù)，再將該參數(shù)乘以上述比率，求出共給馬達驅(qū)動源92～95的控制信號的校準(zhǔn)值(校準(zhǔn)參數(shù))。進下來，進入S58，將校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)為自主控制參數(shù)。
在隨后的S59中，對校準(zhǔn)動作作業(yè)是否結(jié)束進行判斷。在S59中，如果還存在校準(zhǔn)動作作業(yè)中的動作階段，則進入S60，更新到下一個動作階段，再次實行S53以后的處理。
這樣，由于從第二次開始的校準(zhǔn)可以不使用驅(qū)動馬達20、22、24、26的驅(qū)動力就能校準(zhǔn)參數(shù)k’，所以，不僅能夠大幅度減輕安裝者12體力上的負(fù)擔(dān)，同時也能縮短從安裝動作輔助單元18到校準(zhǔn)所需的準(zhǔn)備時間。
綜上所述，本發(fā)明可以通過安裝者12實行屈伸動作來實行表面肌電位的校準(zhǔn)，或者，可以將安裝者12在椅子上坐著的狀態(tài)下實行的膝部伸縮運動做為標(biāo)準(zhǔn)動作，通過實行該標(biāo)準(zhǔn)動作來實行與個人狀態(tài)吻合的校準(zhǔn)，因次，安裝者12既使是殘疾人，也可以使用其能實行的動作進行校準(zhǔn)，也還可以將其他的動作(動作作業(yè))做為標(biāo)準(zhǔn)動作來使用。
工業(yè)上的應(yīng)用上述實施例中，盡管僅舉出了一種向安裝者12的腿部提供助力的動作輔助裝置10的例子，但本發(fā)明并不局限于此，例如，當(dāng)然也可以將本發(fā)明應(yīng)用于向腕部提供助力的動作輔助裝置中。
再有，上述實施例中，盡管僅說明了一種將電動馬達的驅(qū)動力做為助力的結(jié)構(gòu)，同樣，當(dāng)然也可以將本發(fā)明應(yīng)用于使用電動馬達以外的驅(qū)動源產(chǎn)生助力的裝置中。
本發(fā)明并不局限于上述具體實施例，只要不脫離權(quán)利要求書的范圍，亦可采用其他變化形式代替，但那些變化形式仍屬于本發(fā)明所涉及的范圍。
權(quán)利要求
1.一種安裝式動作輔助裝置，它具有檢測單元，它用來檢測安裝者產(chǎn)生的身體信號；動作輔助單元，它具有用來向所述安裝者提供動力的驅(qū)動源；控制單元，它用來控制所述驅(qū)動源以產(chǎn)生輔助動力，所述輔助動力對應(yīng)于所述檢測單元檢測出的所述身體信號；其中，所述安裝式動作輔助裝置具有一校準(zhǔn)單元，所述校準(zhǔn)單元根據(jù)所述檢測單元檢測出的所述身體信號設(shè)定校準(zhǔn)值，所述身體信號對應(yīng)于所述驅(qū)動源提供的做為負(fù)荷的驅(qū)動力。
2.一種安裝式動作輔助裝置，它具有檢測單元，它用來檢測安裝者產(chǎn)生的身體信號；動作輔助單元，它具有用來向所述安裝者提供動力的驅(qū)動源；控制單元，它用來控制所述驅(qū)動源以產(chǎn)生輔助動力，所述輔助動力對應(yīng)于所述檢測單元檢測出的所述身體信號；它還具有負(fù)荷產(chǎn)生單元，它用來提供外部負(fù)荷，所述外部負(fù)荷是當(dāng)所述動作輔助單元被安裝在所述安裝者身上時，所述驅(qū)動源提供的預(yù)定的驅(qū)動力；校準(zhǔn)值設(shè)定單元，它用來根據(jù)所述檢測裝置檢測出的、為抵抗所述負(fù)荷生成單元提供的所述驅(qū)動力而發(fā)生的所述身體信號，生成用于所述控制單元實行演算處理的參數(shù)，并把所述參數(shù)設(shè)定為所述安裝者固有的校準(zhǔn)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的安裝式動作輔助裝置，其中，所述校準(zhǔn)單元具有一數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫用來保存所述檢測單元檢測出的所述身體信號和控制所述驅(qū)動源的控制信號的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，所述控制單元根據(jù)所述校準(zhǔn)值設(shè)定單元設(shè)定的所述校準(zhǔn)值校準(zhǔn)保存在所述數(shù)據(jù)庫中的所述控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的安裝式動作輔助裝置，其中，所述檢測單元呈貼付在所述安裝者皮膚上的狀態(tài)被使用，用來檢測做為所述身體信號的所述安裝者的肌電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安裝式動作輔助裝置，它具有腰帶；右腳輔助部，它設(shè)置在所述腰帶的右下方；左腳輔助部，它設(shè)置在所述腰帶的左下方；其中，所述右腳輔助部和左腳輔助部具有第一支架，它從所述腰帶向下延伸以支撐所述腰帶；第二支架，它從所述第一支架向下延伸；第三支架，它從所述第二支架向下延伸；第四支架，它設(shè)置在所述第三支架的下端并承載所述安裝者的腳底部；第一關(guān)節(jié)，它位于所述第一支架的下端和所述第二支架的上端之間；第二關(guān)節(jié)，它位于所述第二支架的下端和所述第三支架的上端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安裝式動作輔助裝置，其中，所述第一關(guān)節(jié)被設(shè)置在與所述安裝者的胯關(guān)節(jié)高度一致的位置上，所述第二關(guān)節(jié)被設(shè)置在與所述安裝者的膝關(guān)節(jié)高度一致的位置上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安裝式動作輔助裝置，其中，所述第一關(guān)節(jié)設(shè)有第一驅(qū)動源，它用來傳遞驅(qū)動力以使第二支架轉(zhuǎn)動，所述第二關(guān)節(jié)設(shè)有第二驅(qū)動源，它用來傳遞驅(qū)動力以使第三支架轉(zhuǎn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的安裝式動作輔助裝置，其中，所述第一驅(qū)動源和所述第二驅(qū)動源具有用來檢測關(guān)節(jié)角度的角度傳感器。
9.一種校準(zhǔn)裝置，當(dāng)具有產(chǎn)生對應(yīng)于安裝者發(fā)出的身體信號的輔助動力的驅(qū)動源的動作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時，使所述身體信號和所述輔助動力與預(yù)定的關(guān)系相對應(yīng)，它具有第一保存單元，它用來預(yù)先保存安裝了所述動作輔助單元的所述安裝者產(chǎn)生的動力和身體信號的第一對應(yīng)關(guān)系；第二保存單元，它用來預(yù)先保存所述安裝者在實行預(yù)定的基本動作過程中產(chǎn)生的動力和身體信號的第二對應(yīng)關(guān)系；其中，所述動作輔助單元每次被安裝在所述安裝者身上時，根據(jù)所述安裝者實行基本動作時發(fā)出的身體信號和所述第二對應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)對應(yīng)于該身體信號的輔助動力，以滿足所述第一對應(yīng)關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校準(zhǔn)裝置，其中，所述第一對應(yīng)關(guān)系是所述動力與所述身體信號具有正相關(guān)關(guān)系，所述第二對應(yīng)關(guān)系是所述基本動作的所述身體信號的變化和所述動力的變化的關(guān)系。
11.一種校準(zhǔn)程序，它能使計算機實行如下校準(zhǔn)，即，當(dāng)具有產(chǎn)生對應(yīng)于安裝者發(fā)出的身體信號的輔助動力的驅(qū)動源的動作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時，使所述身體信號和所述輔助動力對應(yīng)于所要的關(guān)系，它具有第一程序，它能使所述計算機實行如下操作，即，將安裝了所述動作輔助單元的所述安裝者產(chǎn)生的動力和身體信號的第一對應(yīng)關(guān)系預(yù)先保存在第一保存單元內(nèi)，并且，將所述安裝者實行預(yù)定的基本動作過程中產(chǎn)生的動力和身體信號的第二對應(yīng)關(guān)系預(yù)先保存在第二保存單元內(nèi)；第二程序，它能使所述計算機實行如下操作，即，所述動作輔助單元被安裝在所述安裝者身上時，根據(jù)所述安裝者實行所述基本動作時產(chǎn)生的身體信號以及所述第二保存單元內(nèi)保存的所述第二對應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)對應(yīng)于該身體信號的輔助動力，以滿足保存在所述第一保存單元內(nèi)的所述第一對應(yīng)關(guān)系。
全文摘要
一種根據(jù)身體信號的檢測感度校準(zhǔn)參數(shù)以減輕安裝者負(fù)擔(dān)的安裝式動作輔助裝置、安裝式動作輔助裝置的校準(zhǔn)裝置以及校準(zhǔn)程序。當(dāng)安裝者(12)安裝了動作輔助單元時，動作輔助裝置(10)的校準(zhǔn)控制單元(162)通過負(fù)荷產(chǎn)生手段(164)將驅(qū)動源(140)提供給電力增幅單元(158)的驅(qū)動力做為負(fù)荷(輸入動力)提供給安裝者(12)。被提供了由驅(qū)動源(140)產(chǎn)生的驅(qū)動力的安裝者(12)實行事先決定好的預(yù)定的校準(zhǔn)動作使骨格肌產(chǎn)生肌力。在實行上述預(yù)定的校準(zhǔn)動作時，物理現(xiàn)象檢測單元(142)檢測關(guān)節(jié)角度，身體信號檢測單元(144)檢測肌電位信號。參數(shù)校準(zhǔn)單元(156)根據(jù)由動作階段認(rèn)定單元(152)認(rèn)定的動作階段的、由差分導(dǎo)出單元(154)算出的負(fù)荷(輸入動力)和驅(qū)動力(肌力)的差值校準(zhǔn)參數(shù)K。
文檔編號B25J9/00GK1929805SQ20058000772
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者山海嘉之 申請人:山海嘉之