行走辅助装置的控制装置的制作方法

专利名称：行走辅助装置的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种辅助使用者(人)行走的行走辅助装置。
背景技术：
在现有技术中，作为这种行走辅助装置，公知有例如日本特开平
7-112035号公报(以下称专利文件l)的图4中所示装置。该专利文件1的 图4中所示的装置为自使用者身体所背的架子延设左右一对腿支架，将 其各腿支架下端部的脚构件安装于使用者脚部。并且，自架子延设至使用 者胯下的鞍状支承部可支承用户一部分体重。各腿支架具有靠近架子的第 一关节(相当于髋关节)、中间部的第二关节(相当于膝关节)和下端部的第 三关节(相当于脚关节)。
如所述专利文件1的图4中所见结构的行走辅助装置中，各腿支架的 第一关节被设置于使用者的后背侧。因此，即使驱动器只驱动各腿支架的 第二关节部来支承使用者一部分重量，也会产生作用于使用者后背侧架子 的向上的力与使用者作用于支承部的向下的力的力偶。并且，因该力偶支 承部会形成向前下方倾斜。因此，容易产生使用者相对于支承部的接触部 位的偏位，可以认为事实上无法在支承使用者一部分体重的同时稳定地将 所期望的抬起力作用于使用者之上。另外，通过驱动第一关节可以消除所 述的力偶。然而，在该情况下，需要各腿支架的第一关节部和第二关节部 较为复杂的谐调控制。同时，在所述专利文件l中，由支承部将抬起力作 用于使用者时是将该抬起力由左右腿支架分担。但是，专利文件l中的装 置并不具有将该抬起力适当地分担给左右腿支架的技术。因此有可能会将 与使用者各腿的活动不合适的力作用到使用者各腿上。

发明内容
本发明是在借鉴了相关背景而完成的，其目的在于提供一种下述行走
辅助装置，即该装置能够稳定地将所希望的抬起力作用于该使用者，所述 抬起力用于减轻使用者其腿部所应负担的重量。而且，其目的还在于提供 一种能够由对应了使用者各腿部的腿支架适当地分担该抬起力的行走辅 助装置。
为达到上述目的，本发明的行走辅助装置的第一发明为这样一种行走 辅助装置，其具备承受部，其配置在使用者的两腿根部之间以承受来自 上方的使用者的一部分重量；左右一对大腿架，其分别经第一关节连结在 该承受部上；左右一对小腿架，其分别经第二关节连结在各大腿架上；左 右一对脚部安装部，其分别经第三关节连结在各小腿架上，并且分别被装 置在所述使用者的左右各腿的脚部上，并且在所述使用者的各腿成为站立 腿时接地；左侧用驱动器，其驱动左侧腿支架关节中的第二关节，所述左 侧腿支架由左侧的所述第一关节、大腿架、第二关节、小腿架、第三关节 以及脚部安装部构成；右侧用驱动器，其驱动右侧腿支架关节中的第二关 节，所述右侧腿支架由右侧的所述第一关节、大腿架、第二关节、小腿架、 第三关节以及脚部安装部构成，并且，所述行走辅助装置由所述驱动器驱 动各腿支架的第二关节，由此，使向上的抬起力从所述承受部作用于使用 者，其特征在于，将各腿支架以下述方式连结在所述承受部上，即在以使 用者的矢状面来观察该腿支架时，从在所述使用者的各腿成为站立腿时对 应于该腿的腿支架的第三关节作用于小腿架的支承力的作用线，从该第三 关节起通过规定的点，该规定的点位于该承受部的上方的位置且在所述承 受部与使用者的接触面的前后方向的宽度内，该行走辅助装置还具备一种 机构，该机构将所述支承力作为控制对象力，以该控制对象力成为各个腿 支架的规定目标值的方式控制所述各驱动器，由此使所述抬起力作用于使 用者。
根据该第一发明，由各腿支架的第三关节传递至小腿架的支承力(向 量)自该第三关节朝向下述规定的点而产生，该规定的点位于该承受部上 方且在所述承受部与使用者间的接触部分前后方向上的宽度内。因此，可 以充分减少了使用者加至所述承受部的负荷(相当于使用者一部分重量的 重力)的作用线(通过了分布于使用者与承受部间接触面上的负荷重心点 的线)与从各腿支架第三关节作用于小腿架上的支承力作用线间的偏位。
即，能够充分减小由使用者加至所述承受部的负荷和从各腿支架第三关节 作用于小腿架的支承力而产生的对承受部的力偶。其结果，可以使承受部 的位置或姿势相对于使用者保持稳定。并且，如上所述，在本发明中将自 各腿支架的第三关节朝向所述规定的点的支承力作为控制对象力。而且， 通过以使该控制对象力成为各个腿支架规定目标值的方式来驱动所述各 驱动器，将所述抬起力作用于使用者。由此可以稳定地将所需的抬起力作 用于使用者。
另外，在本发明中，从各腿支架的第三关节作用于小腿架的支承力(向 量)是指用于将下述重量总和支承于地面的整体支承力中的、相当于各腿 支架负担部分的力，该重量总和包括使用者一部分重量(通过由承受部对 使用者作用抬起力而支承的重量)、从行走辅助装置整体重量减去了左右 各腿支架第三关节以下部分(脚部安装部等)的重量(该重量一般几乎与行 走辅助装置的整体重量相等)。
在所述第一发明中，更具体而言，所述各腿支架的第一关节是以如下 方式连结该腿支架的大腿架和所述承受部的关节，即该腿支架以所述规定 的点为摆动中心点至少在前后方向上摆动自如(第二发明)。
或者，所述各腿支架的第一关节是以该腿支架在前后方向和左右方向 上摆动自如的方式连结该腿支架的大腿架和所述承受部的关节，并且以至 少该腿支架的前后方向的摆动中心点作为所述规定的点位于所述承受部 的上方的方式构成。(第三发明)。
根据第二发明和第三发明，自各腿支架的第三关节作用于小腿架的支 承力为从该腿支架第三关节朝向该腿支架的大腿支架前后方向的摆动中 心点(即所述规定的点)的向量。并且，该腿支架前后方向上的摆动中心点 (以下在本栏中称前后摆动中心点)从矢状面上看时是位于承受部的上方 且在承受部与使用者间的接触面前后方向上的宽度之内。因此，例如当从 使用者对承受部的负荷作用线因使用者上身的前倾等而向所述前后摆动 中心点的前方偏位，进而使所述承受部成为前下方倾斜的姿势时，使用者 作用于承受部上的力作用点在所述前后摆动中心点的下侧向后方位移。进 而，承受部的位置及姿势会自动收敛于从使用者对承受部的负荷作用线通
过所述前后摆动中心点的状态q而且，使用者加于承受部的负荷作用线在
通过所述前后摆动中心点的状态下，不会产生该负荷和从各腿支架第三关 节传递至小腿架的支承力的力偶，所以，承受部相对于使用者的位置处于 稳定。如此，根据第二发明或第三发明，能够防止承受部相对于使用者的 位置偏位。进而，能够使承受部对使用者的抬起力处于稳定。另外，在第 三发明中，腿支架左右方向的摆动点可在承受部上方、下方中的任意一方。 补充说明以下内容在第二发明中，第一关节部例如可以如下构成。 即，将左右一对圆弧状或椭圆弧状(椭圆周中的一部分弧状)的导轨以使该 圆弧中心存在于所述承受部上方的形式连结于该承受部。并且，可以通过 使各腿支架的大腿架可沿该导轨摆动的方式支承该导轨来构成该第一关 节。另外，在第三发明中，例如，将所述各导轨经前后方向的轴销连结于 承受部，将该导轨设置成能够绕该轴销的轴心摆动自如。由此构成第三发 明中的第一关节。
另外，在所述第一至第三发明中，优选为所述左侧用驱动器和右侧用 驱动器，分别在比所述第二关节更靠近所述承受部的位置与所述大腿架连 结设置，并且具备将各驱动器的驱动力传递至所述第二关节的左右一对动 力传递机构。(第四发明)。
根据第四发明，因为重量较重的各驱动器被设置在靠近承受部的部 位，装备了行走辅助装置的使用者在行走运动时，可以减小伴随自由腿侧 驱动器运动的惯性力。因此能够减少使用者的负担。另外，作为所述动力 传递机构可以例举出内部通有线缆、连杆或液体的管或轴。
所述第一至第四发明中的关于所述控制对象力的控制，以下进行更具 体的说明，所述行走辅助装置优选具备有踩踏力测量机构，其根据设于 所述各脚部安装部的第一力传感器输出显示的力检测值来测量所述使用 者各腿的踩踏力；目标抬起力设定机构，其设定目标抬起力，该目标抬起 力是从所述承受部作用于所述使用者的向上的抬起力的目标值；第二力传 感器，其装于所述各腿支架的小腿架的下端部与第三关节之间、或各腿支 架的第三关节与脚部安装部之间，，控制对象力测量机构，其根据所述第二 力传感器输出显示的力检测值，将实际从各腿支架的第三关节作用在小腿 架上的所述支承力作为控制对象力进行测量；总目标抬起力决定机构，其 将所述目标抬起力和支承力的总和作为总目标抬起力而决定，所述支承力 是指用于将从该行走辅助装置的整体重量中减去所述行走辅助装置中的 各第二力传感器的下侧部分的总重量的差额重量支承于地板的支承力、或
者是用于将该行走辅助装置的整体重量支承于地板的支承力；分配机构， 其根据所述使用者左腿的踩踏力和右腿的踩踏力的比例将该总目标抬起 力分配至所述各腿支架上，由此来决定所述总目标抬起力中作为左侧腿支 架的承担量的目标值的目标承担量和作为右侧腿支架的目标承担量的目 标值的目标承担量；驱动器控制机构，其根据所述左侧腿支架的控制对象 力和所述左侧腿支架的目标承担量，以使该左侧腿支架的控制对象力与目 标承担量的差接近于0的方式来控制所述左侧用驱动器，并且根据所述右
侧腿支架的控制对象力和所述右侧腿支架的目标承担量，以使该右侧腿支 架的控制对象力与目标承担量的差接近于O的方式来控制所述右侧用驱动
器。(第五发明)。
根据第五发明，将下述力的总和决定为总目标抬起力，所述力的总和 是指由所述目标抬起力设定机构设定的目标抬起力和用于将该行走辅助 装置的整体重量减去了所述行走辅助装置中各第二力传感器下侧部分总 重量的重量(在本栏中，以下将该重量称为重量X)支承于地面的支承力的 总和、或是所述目标抬起力和用于将该行走辅助装置的整体重量支承于地 面的支承力的总和。该总目标抬起力是指由两腿支架或是一侧的腿支架将 下述重力总和支承于地面上的必要的支承力，其中，重力总和是使用者加 于承受部的负荷(与抬起力平衡的力)与行走辅助装置的重量X或是相当于 其整体重量的重力的总和。另外，行走辅助装置的重量X与整体重量通常 几乎相等。
而且，在第五发明中，根据由所述踩踏力测量机构测定的、使用者右 腿踩踏力与左腿踩踏力的比率来分配该总目标抬起力。由此决定总抬起力 中的、左侧腿支架的目标承担量和右侧腿支架的目标承担量。在该情况下， 由所述踩踏力测量机构测定的使用者右腿踩踏力与左腿踩踏力的比率反 映了下述含义即，使用者如何用各腿将自己的体重支承于地面上。例如 左腿踩踏力相对于右腿踩踏力较大时，使用者则主要以右腿来支承自己的 体重。所以，通过根据使用者右腿踩踏力与左腿踩踏力的比率来将总目标 抬起力分配给行走辅助装置的各腿支架而决定各腿支架的目标承担量，能 够将目标抬起力以使用者所希望的、符合各腿动作状态的方式来分配给各 腿支架。即，能够根据体现了使用者所希望的各腿动作的右腿踩踏力与左 侧踩踏力的比率来决定右侧腿支架的目标承担量与左侧腿支架的目标承 担量的比率。同时，更具体而言，例如只需使右侧腿支架的目标抬起承担 量相对所述目标抬起力的比例与右侧踩踏力相对于使用者右腿踩踏力和 左腿踩踏力总和的比例相同的方式来决定右侧腿支架的目标抬起承担量。 另外，只需使左侧腿支架的目标抬起承担量相对所述目标抬起力的比例与 左侧踩踏力相对于使用者右腿踩踏力与左腿踩踏力总和的比例相同的方 式来决定左侧腿支架的目标抬起承担量。补充说明下述内容左侧腿支架 的目标承担量具有作为该左侧腿支架的所述控制对象力的目标值的含义； 右侧腿支架的目标承担量具有作为该右侧腿支架的所述控制对象力的目 标值的含义。
而且，在第五发明中，根据由所述控制对象力测量机构测定的左侧腿 支架控制对象力(从左侧腿支架的第三关节实际作用于小腿架上的支承力) 和由所述分配机构决定的左侧腿支架的目标承担量，以使该左侧腿支架控 制对象力与目标承担量间的差接近于0的方式来控制所述左侧用驱动器。 同样，根据由所述控制对象力测量机构测定的右侧腿支架控制对象力(从 右侧腿支架的第三关节实际作用于小腿架上的支承力)和由所述分配机构 决定的右侧腿支架的目标承担量，以使该右侧腿支架控制对象力与目标承 担量间的差接近于0的方式来控制所述右侧用驱动器。
通过对各驱动器进行这样的控制，能够可靠地控制各腿支架实际的承 担量使其成为目标承担量。而且，此时能够控制自承受部作用于使用者的 实际的抬起力使其成为所述的目标抬起力。
由此，在第五发明中，在考虑了行走辅助装置的重量的同时，以符合 使用者所希望的各腿动作状态的方式由左右腿支架来分担总目标抬起力， 并且能够使被设定好的目标抬起力适当地自承受部作用于使用者。其结 果，更有效地减轻了使用者各腿的负担。
另外，作为与所述第五发明不同的另一方式，在所述的第一至第四发 明中，所述行走辅助装置还可以具备有踩踏力测量机构，其根据设于所 述各脚部安装部的第一力传感器输出显示的力检测值来测量所述使用者
各腿的踩踏力；第二力传感器，其装于所述各腿支架的小腿架的下端部与 第三关节之间、或各腿支架的第三关节与脚部安装部之间；控制对象力测 量机构，其根据所述第二力传感器输出显示的力检测值，将实际从各腿支 架的第三关节作用在小腿架上的所述支承力作为控制对象力进行测量；目 标辅助比设定机构，其设定目标辅助比，所述目标辅助比是在作为所述使 用者的各腿踩踏力的总和的全部踩踏力中，应由行走辅助装置辅助的力相 对于该全部踩踏力的比例的目标值；目标抬起承担量决定机构，其通过将 该目标辅助比乘以所述使用者各腿的踩踏力来决定应从所述承受部作用 于所述使用者的向上的抬起力中的、作为左侧腿支架的承担量的目标值的 目标抬起承担量和作为右侧腿支架的承担量的目标值的目标抬起承担量；
分配机构，其根据所述使用者的左腿的踩踏力与右腿的踩踏力的比率 将支承力分配到所述各腿支架上，由此将该支承力中的左侧腿支架的承担 量和右侧腿支架的承担量分别决定为各腿支架的目标装置支承力承担量， 所述支承力是指用于将从该行走辅助装置的整体重量中减去所述行走辅 助装置中的各第二力传感器的下侧部分的总重量的差额重量支承于地板 的支承力、或者是用于将该行走辅助装置的整体重量支承于地板的支承 力；控制对象力目标值决定机构，其将所述左侧腿支架目标抬起承担量与 目标装置支承力承担量的总和决定为左侧腿支架的所述控制对象力的目 标值，并且将所述右侧腿支架的目标抬起承担量与目标装置支承力承担量 的总和决定为右侧腿支架的所述控制对象力的目标值；驱动器控制机构， 其根据所述左侧腿支架的控制对象力和所述左侧腿支架的控制对象力的 目标值，以使该左侧腿支架的控制对象力与目标值的差接近于0的方式来 控制所述左侧用驱动器，并且，根据所述右侧腿支架的控制对象力和所述 右侧腿支架的控制对象力的目标值，以使该右侧腿支架的控制对象力与目 标值的差接近于0的方式来控制所述右侧用驱动器(第六发明)。
在第六发明中，通过将由所述目标辅助比设定机构所设定的目标辅助 比乘以由所述踩踏力测量机构测定的所述使用者各腿的踩踏力来决定所 述自承受部应作用于所述使用者的向上的抬起力中的、左侧腿支架的目标 抬起承担量和右侧腿支架的目标抬起承担量，即，通过将目标辅助比乘以 所述测定的使用者左腿踩踏力来决定左侧腿支架的目标抬起承担量，通过
将目标辅助比乘以所述测定的使用者右腿踩踏力来决定右侧腿支架的目 标抬起承担量。同时，左侧腿支架的目标抬起承担量与右侧腿支架的目标 抬起承担量的总和与自承受部作用于使用者的全部的抬起力的目标值相 当。该总和与使用者的全踩踏力上乘上所述目标辅助比后的力几乎相均 衡。
在该情况下，用所述踩踏力测量机构测定的使用者右腿踩踏力和左腿 踩踏力正如在所述第五发明中说明的那样，反映了使用者如何通过各腿将 自己的全部体重支承在地面上的意思。所以，如上所述，通过决定各腿支 架的目标抬起承担量，以符合使用者所希望的各腿动作状态的方式来将自 承受部作用于使用者上的全部抬起力的目标值(各腿支架的目标抬起承担 量的总和)分配至各腿支架。
并且在第六发明中，根据由所述踩踏力测量机构测定的所述使用者左 腿踩踏力与右腿踩踏力的比率将下述支承力分配给所述各腿支架，所述支 承力是指用于将该行走辅助装置整体重量减去了所述行走辅助装置中各
第二力传感器以下部分总重量的重量(即所述重量x)支承于地面的支承
力、或是用于将该行走辅助装置整体重量支承于地面的支承力a由此，将 该支承力的目标值中的左侧腿支架的承担量和右侧腿支架的承担量分别 决定为各腿支架的目标装置支承力承担量。即，按照体现了使用者所希望 的各腿动作的右腿踩踏力与左侧踩踏力的比率，将用于将所述行走辅助装
置的重量x或是整体重量支承于地面的支承力(该支承力是指与相当于行
走辅助装置的重量x或是整体重量的重力相均衡的力。以下，在本栏中称
为装置支承力)分配给各腿支架，来决定各腿支架的目标装置支承力承担 量。另外，更具体而言，例如只需使右侧腿支架的目标装置支承力承担量 相对于所述装置支承力的目标值的比例与右侧踩踏力相对于使用者右腿 踩踏力和左腿踩踏力总和的比例成为相同的方式，来决定右侧腿支架的目 标装置支承力承担量。同样，只需使左侧腿支架的目标装置支承力承担量 相对于所述装置支承力的目标值的比例与左侧踩踏力相对于使用者右腿 踩踏力和左腿踩踏力总和的比例成为相同的方式，来决定左侧腿支架的目 标装置支承力承担量。
而且，在第六发明中，将由所述目标抬起承担量决定机构所决定的左
侧腿支架的目标抬起承担量与由所述分配机构所决定的左侧腿支架的目 标装置支承力承担量的总和决定为左侧腿支架的所述控制对象力的目标 值。同样，将由所述目标抬起承担量决定机构所决定的右侧腿支架的目标 抬起承担量与由所述分配机构所决定的右侧腿支架的目标装置支承力承 担量的总和决定为右侧腿支架的所述控制对象力的目标值。补充说明以下 内容该第六发明中的左侧腿支架的控制对象力的目标值和右侧腿支架的 控制对象力的目标值分别相当于所述第六发明中的左侧腿支架的目标承 担量、右侧腿支架的目标承担量。
由此，以符合体现了使用者所希望的各腿动作的右腿踩踏力与左侧踩 踏力的比率的方式来决定各腿支架的控制对象力的目标值。此时，各腿支 架的控制对象力的目标值即为该腿支架的目标抬起承担量与目标装置支 承力承担量的和。所以，该控制对象力的目标值的两腿支架上的总和相当 于自承受部而应作用于使用者的抬起力与用于将行走辅助装置的所述重 量X或是整体重量支承于地面的支承力的总和。
而且，在第六发明中，根据由所述控制对象力测量机构所测定的左侧 腿支架的控制对象力与由所述控制对象力目标值决定机构所决定的左侧 腿支架的控制对象力的目标值，以使左侧腿支架的控制对象力与目标值间 的差接近于O的方式来控制所述左侧用驱动器。同样，由所述控制对象力 测量机构所测定的右侧腿支架的控制对象力与由所述控制对象力目标值 决定机构所决定的右侧腿支架的控制对象力的目标值，以使右侧腿支架的 控制对象力与目标值间的差接近于0的方式来控制所述右侧用驱动器。
由此，能够将各腿支架的实际的控制对象力(该控制对象力相当于相 对下述总支承力的各腿支架的实际的承担量，而该总支承力是用于支承使 用者实际加于承受部的负荷(与从承受部实际作用于使用者向上的抬起力 相均衡的力)和行走辅助装置的所述重量X或是整体重量的力)可靠地控制 为目标值。而且，同时能够将从承受部作用于使用者实际的抬起力控制为 下述抬起力，即该抬起力相当于在使用者的全踩踏力上乘以所述目标辅助 比后的力。
由此，在第六发明中，能够在考虑了行走辅助装置的重量的同时，通 过左右腿支架以符合使用者所希望的各腿的动作状态的方式来分担支承
使用者全部体重乘以目标辅助比后的重量，同时，使该抬起力适当地从承 受部作用至使用者。其结果，可以更为有效地减轻使用者各腿的负担。
所以，根据第六发明，在减少装在使用者各腿的安装构件的同时，减 轻了使用者由腿支承于地面的力，与此同时，能够用对应了使用者各腿的 腿支架适当地分担该用于减轻所述的力的辅助力(抬起力)。
补充说明以下内容在以上所说明的第一至第六发明中，所述承受部 可以是例如使用者可挎座(使落座部位于使用者的两腿根部间并且使用者 落坐于该落座部之上)在该落座部上的构件(例如是鞍状的构件)。在该情 况下，各腿支架的第一关节优选为设置在承受部的下方。而且，各腿支架 的第一关节优选为例如如下关节；该关节不仅能够使各腿支架进行前后方 向的摆动动作，还具有可使各腿支架进行内摆及外摆的绕2轴转动的自由 度。甚至，该第一关节还可以是可使各腿支架绕上下方向的轴进行转动动 作(各腿支架的内转及外转动作)的方式、具有绕3轴转动的自由度的关节。 另外，各腿支架的第二关节例如可以是具有绕左右方向的1轴转动的自由 度的关节，也可以是直动式关节。此外，各腿支架的第三关节虽优选为具 有绕3轴转动的自由度的关节，也可以是具有绕包含左右方向在内的2轴 转动的自由度的关节。另外，所述各腿支架的脚部安装部优选例如以下述 方式构成具有穿装于该脚部安装部的所述使用者脚部可从脚趾端插入的 环形构件，同时经该环状构件该脚部安装部被连结于该腿支架的第三关节 上。
此外，各脚部安装部的第一力传感器，例如可以以下述方式被装置在 该脚部安装部上在所述使用者各腿为站立腿时，所述第一力传感器介于 该站立脚部底面与地面之间。或者，例如在各腿支架的脚部安装部具有所 述环状构件的情况时，该各腿支架的脚部安装部在该环状构件的内侧以与 该环状构件非接触的状态下配置支承所述使用者脚部的脚部支承构件。并 且，经第一力传感器将该脚部支承构件吊设于该环状构件上。


图1是表示本发明第一实施方式的行走辅助装置的侧视图(从矢状面 看时的图)。
图2是表示图1中沿II线的前视图。 图3是表示图1中的III-III线的剖视图。
图4是概略性地表示图1的第一实施方式的行走辅助装置的控制装置 的构成(硬件构成)。
图5是表示第一实施方式中设置在控制装置中的运算处理装置的功能 构成的框图。
图6是表示图5的踩踏力处理机构的处理流程框图。
图7是表示图6的S104处理中所使用的表的图表。
图8是表示图5的膝角度测量处理机构的处理以及支承力测量处理机
构的处理流程的框图。
图9是表示用于说明图8的S201和S203的处理的附图。
图10是表示图5的左右目标负担决定机构的处理流程的框图。
图11是表示图5的反馈操作量决定机构的处理流程的框图。
图12是表示图5的前馈操作量决定机构的处理流程的框图。
图13是表示用于说明图12的S502的处理的附图。
图14是表示本发明的第二实施方式的行走辅助装置中、设置在控制
装置的运算处理部的功能构成的框图。
图15是表示图14的左右目标负担决定机构的处理流程的框图。 图16是表示用于说明本发明第三实施方式中的承受部的构成例。 图17表示本发明第四实施方式中的图6的S104处理中使用的表例的图表。
图18表示本发明第五实施方式中的脚部安装部构成的附图。
具体实施例方式
以下，参考附图对本发明的第一实施方式进行说明。另外，该第一实 施方式即为本发明申请中所述第一至第五发明的实施方式。
首先，参考图1至图3对本实施方式中的行走辅助装置的结构进行说 明。图l是该行走辅助装置l的侧视图，图2是图1中沿II线的前视图，
图3是图i中in-m线的剖视图。此外，图i至图3中的行走辅助装置i
表示了将其装载在使用者A(用假想线表示)上而使其动作的状态。在该情
况下，图示的使用者A几乎以直立的姿势处于站立状态。但在图2中，为 便于理解行走辅助装置1的结构，使用者A采用了两腿左右分开的姿势。 参照图1及图2，行走辅助装置1是支承使用者一部分体重(减轻使用 者自身的腿(站立腿)所支承的重量，使其比自身的体重要轻)的体重减负 辅助装置。该行走辅助装置1具备有使用者A落座的落座部2、连结在该 落座部2的左右一对的腿支架3L、 3R。腿支架3L、 3R为相同结构。此外， 图1中，腿支架3L、 3R以相同的姿势排列于使用者A的左右方向(与图1 的纸面相垂直的方向)上。该状态在图上呈重叠(左侧腿支架3L处于图的 前方位置)。
这里，在本说明书的实施方式的说明中，使用符号"R"表示与使用 者A的右腿或行走辅助装置1的右侧腿支架3R有关的意思，使用符号"L" 表示与使用者A的左腿或行走辅助装置1的左侧的腿支架3L有关的意思。 但是，在无需对左右进行区分时，通常省略符号R、 L。
落座部2为鞍状构件，使用者A可跨于(配置落座部2使其位于使用 者A两腿的根部之间)落座部2并落座于该落座部2上(座位表面)。落座 时，使用者A的一部分体重从上方加于落座部2上。另外，落座部2在本 发明中相当于承受部。
此外，如图l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相对于落座部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与后端部2r之间。同时，落座部2的前端部2f 如图2所示形成为二股状。
各腿支架3分别具有大腿架11、小腿架13和脚部安装部15;其中， 大腿架11经第一关节10连结于落座部2的下部，小腿架13经第二关节 12连结于该大腿架11，脚部安装部15经第三关节14连结于该小腿架13。
各腿支架3的第一关节10相当于使用者A的髋关节，使该腿支架3 绕左右轴进行的摆动动作(腿支架3前后方向上的摆出动作)和绕前后轴进 行的摆动动作(内摆、外摆动作)成为可能。该第一关节10配置于落座部2 的下侧，包括一对销轴20f、 20r、转动自如地被轴支承在该销轴20f、 20r 上的托架21f、 21r、固定于托架21f、 21r下端的圆弧状的导轨22和沿该 导轨22移动自如地被支承在该导轨22之上的板23，其中所述一对销轴
20f、 20r被配置在落座部2的下面部靠前侧部位和后端部位处，且被配置 在与图1中的虚线所示前后方向上的轴心C同轴之上。并且，从该板23 向斜前方及斜下方延设有所述大腿架11。该大腿架11为大致连杆状的构 件，并与板23形成一体。
各销轴20f、 20r经轴承固定于该落座部2上，其中，所述轴承各自 的两端部(前后端部)固定于落座部2下面。并且，托架21f的上端部嵌合 于销轴20f中间部的外周由该销轴20f轴支承，且托架21f绕该销轴20f 的轴心C转动自如。同样，托架21r的上端部嵌合于销轴20r中间部的外 周由该销轴20r轴支承，且托架21r绕该销轴20r的轴心C转动自如。因 而，各第一关节10的导轨22与托架21f、 21r—同以销轴20f、 20r的轴 心C为转动轴心可进行摆动。另外，在本实施方式中，腿支架3R、 3L各 自的第一关节10R、 IOL的转动轴心同为转动轴心C，在腿支架3R的第一 关节10R及腿支架3L的第一关节10L处共用销轴20f、 20r。 g卩，右侧第 一关节10R的托架21fR以及左侧第一关节10L的托架21fR中任意一托架 都被轴支承于同一销轴20f ，右侧第一关节10R的托架21rR以及左侧第一 关节10L的托架21rL中任意一托架都被轴支承于同一销轴20r。
各腿支架3的第一关节10的板23以与包括导轨22圆弧的面平行的 姿势靠近该导轨进行配置。如图1所示，具有多个(例如4个)转动自如的 滚轮的支座26固定于该板23上。并且，该支座26的滚轮25以上下面相 同个数的方式转动自如地卡和于导轨22的上面(内周面)及下面(外周面)。 由此，板23沿导轨22移动自如。在该情况下，导轨22与落座部2的位 置关系以及导轨22圆弧半径以下述方式进行设定，所述方式为如图1 所示，在矢面上看行走辅助装置1时，导轨22的圆弧中心点P存在于落 座部2与使用者A的接触面前后方向上的宽度内、落座部2的上侧。该中 心点P相当于本发明中的规定的点。
根据以上说明的第一关节10的构成，与板23 —体的大腿架11绕使 用者A前后方向的转动轴心C摆动自如。各腿支架3通过该摆动动作可以 进行内摆和外摆动作。另夕卜，与板23—体的大腿架11绕通过了所述中心 点(规定的点)P的左右方向的轴(更正确地说是绕垂直于包含导轨22圆弧 的面、并通过中心点P的轴)摆动自如。通过该摆动动作，各腿支架3的200680018682.2
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前后摆出动作成为可能。另外，在本实施方式中，第关节10为可绕前后 方向以及左右方向2轴进行转动动作的关节。然而，还可以使绕上下方向 的轴能进行转动动作(各腿支架3的内摆和外摆动作)的方式(即，能绕3 轴进行转动动作)来构成第一关节。或者，第一关节还可以是只绕左右方 向1轴进行转动动作的关节(各腿支架3是只能进行前后的摆动动作的关 节)。
再者，如图l所示从矢状面看行走辅助装置l时，各腿支架3的第一 关节10的板23从所述支座26处向落座部2的后方延伸存在。并且，在 该板23的后端部同轴设置有电动机27和作为旋转角测定机构来测定该电 动机27转子旋转角(从规定标准位置起的旋转角)的旋转编码器28。在本 实施方式中，可驱动各腿支架3的第一至第三关节10、 12、 14中的第二 关节12，而所述电动机27则为驱动第二关节12的驱动器。同时，旋转编 码器28持有对第二关节12的位移量(旋转角)进行测定的、作为位移传感 器的功能。该旋转编码器测得的旋转角被用于测量第二关节12的旋转角 (弯曲角)。另外，左侧腿支架3L的电动机27L和右侧腿支架3R的电动机 28R在本发明中分别相当于左侧用操作机构和右侧用操作机构。各操作机 构也可以使用油压或空压操作机构。而且，各操作机构例如还可以经适合 的托架固定于落座部2的后部。或者，还可以将各操作架构安装于各腿支 架3的第二关节12处，并直接驱动该第二关节12。同时，测定第二关节 12位移量的位移传感器可以直接安装于各腿支架3的第二关节12处。而 且，位移传感器也可以由代替了旋转编码器的电位计等构成。
各腿支架3的第二关节12相当于使用者A的膝关节，是能够使该腿 支架3进行伸展和弯曲动作的关节。该第二关节12经具有左右方向轴心 (更正确地说是指与包含所述导轨22圆弧的面相垂直的轴心)的销轴29来 连结大腿架11的下端和小腿架13的上端，并绕该销轴29的轴心使小腿 架13相对于大腿架11转动自如。另外，在第二关节12上设置有对小腿 架13相对于大腿架11转动的可能范围进行限制的、未图示的挡件。
各腿支架3的小腿架13为从该腿支架3的第二关节12向斜下方延伸 而成的呈大致连杆状的杆状物。更详细地说，该小腿架13由下部小腿架 13b、杆状上部小腿架13a、并使力传感器30(其相当于本发明中的第二力
传感器)介于两者之间进行连结而构成，其中，下部小腿架13b构成了靠 近于第三关节14的部分；杆状上部小腿架13a构成了位于该下部小腿架 13b上侧的部分。而下部小腿架13b与上部小腿架13a相比被设定为很短。 由此，力传感器30被配置在第三关节14附近。该力传感器30为被称为 奇石乐传感器(Kistlersensor注册商标)的力传感器，是测定3轴平移力 (与力传感器30的表面相垂直的轴方向的平移力和与该表面平行且相互正 交的2轴方向的平移力)的3轴力感应器。然而，在本实施方式中，如后 所述，只对所测定的3轴平移力中的2轴力的测定值进行利用。因而，也 可用测定2轴平移力的2轴力感应器来构成力传感器30。
此外，在小腿架13的上部的小腿架13a的上端部上固定有滑轮31， 该滑轮与该小腿架13成整体可绕所述第二关节12的销轴29转动自如。 一对线缆32a、 32b的端部固定于该滑轮31的外周部，该一对线缆作为驱 动传递机构将所述电动机27的转动驱动力传递至该滑轮31处。从滑轮31 外周部的、在直径方向上呈相对位置的两处分别沿该滑轮31的切线方向 引出该线缆32a、 32b。并且，线缆32a、 32b穿通于沿大腿架11配设未图 示的橡胶管(线缆的防护管)中，连结于电动机27的转动驱动轴(省略图示) 之上。在该情况下，以下述方式将来自电动机27的拉力赋予该线缆32a、 32b之上，该方式为通过电动机27转动驱动轴的正转，线缆32a、 32b 的一方被滑轮31巻入的同时另一方被引出，同时，通过电动机27的转动 驱动轴的倒转，线缆32a、 32b的所述另一方被滑轮31巻入的同时所述一 方被引出。由此，电动机27的转动驱动力经线缆32a、 32b被传递至滑轮 31，该滑轮31可被驱动而进行转动(固定有该滑轮31的小腿架13绕第二 关节12的销轴29的轴心相对于大腿架11进行转动)。
另外，小腿架13的下部的小腿架13b的下端部由如图3所示形成为 呈二股状的形成为呈二股状的二股部13bb构成。
各腿支架3的第三关节14相当于使用者A的脚腕关节部。在本实施 方式中，该第三关节14如图3所示由可绕3轴转动的万向节33(参照图 3)构成，该万向节33夹装于小腿夹13的下部的小腿架13b的所述二股部 13bb中，连结了该小腿架13的下端部(二股部13bb)和脚部安装部15上 部的连结部34。据此，脚部安装部15可相对于小腿架13进行3自由度的
转动。另外，关于脚部安装部15绕前后方向的轴转动，其转动可能范围
可通过二股部13bb被限制。
各腿支架3的脚部安装部15具有使用者A各脚部所穿的鞋体35、收 纳在该鞋体子35内部且其上端部固定于所述连结部34的镫状环形构件 36。环状构件36如图3所示以下述方式被收纳于鞋体35的内部，该方式 为其平坦的底板部抵接于鞋体35的内部底面之上，且连结该底板部两 端的弯曲部沿鞋体35的横断面抵接于侧壁。此外，在鞋体35的内部插入 有可覆盖鞋体35内部的底面和环状构件36的底板部的具有可挠性的内垫 构件37(在图1中图示省略)。另外，连结部34经鞋35的鞋带系装部的开 口被插入于鞋体35的内部。
将各腿支架3的脚部安装部15装置于使用者A各脚部时，使该脚部 的脚尖先端部分穿过环状构件36的内部，并使所述内垫构件37垫于该脚 部的底面，使使用者A的脚部从鞋体35的穿入口插入鞋体35的内部，并 且通过系紧鞋体带而使脚部安装部15装置于该脚部上。
而且，在脚部安装部15的内垫构件37的下面，在鞋体35的前侧位 置(比环状构件36的底板部要靠前的位置)和后侧位置(比环状构件36的 底板部要靠后的位置)设置有力传感器38、 39。设置前侧力传感器38，使 其大致位于装置有脚部安装部15的使用者A脚部的MP关节(中趾节关节) 的正下方。同时，设置后侧力传感器39，使其大致位于该脚部的脚踵的正 下方。在本实施方式中，这些力传感器38、 39为l轴力传感器，测定与 脚部安装部15的底面(触地面)相垂直的方向(使用者A的腿在直立状态下 大致与地面垂直的方向)的平移力。以下分别将力传感器36、 37称为MP 传感器38、脚踵传感器39。同时，MP传感器38和脚踵传感器39合起来 构成本发明中第一力传感器。这里，内垫构件37不一定要使用刚性板， 可由软质(可挠性的)的材料构成。用软质的材料构成内垫构件37时，通 过在其下面设置多个第一力传感器，能够精确地测定使用者A脚部底面各 部位的力。另一方面，当用刚性板构成内蛰构件37时，可简单地测定使 用者A脚部整体的踩踏力。因此，可以减少设置在内垫构件37下面的第 一力传感器的个数。
以上为本实施方式的行走辅助装置1的结构构成。补充说明以下内容:
在将各脚部安装部15装置于使用者A的各脚部、并如后所述在使行走辅 助装置动作(通过电动机27 —边驱动第二关节12〉的同时使用者A落座于 落座部2上的状态时，从前额面看该使用者A及行走辅助装置1时(从正 面看使用者A),例如左侧腿支架3L的大腿架11L沿使用者A的左腿内侧 面延伸设置(参照图2)，该第二支架11L下端部的第二关节12L也位于该 左腿的内侧。并且，虽省略了图示，从前额面看连结在该第二关节12L处 的小腿架13L，其上部(上部小腿架13L的上部)自第二关节12L沿使用者 A左腿内侧面延伸设置，并且，小腿架13L的下侧部分形成逐渐弯曲、并 在该左腿的胫部前侧处延伸至该左腿脚背正上方的方式而形成。右侧腿支 架3R也相同。
另外， 一般体型的使用者A以立正姿势站立时，各腿支架3的第二关 节12如图1所示会比使用者A的腿要向前方突出。gf」，设定大腿架ll的 长度和小腿架13的长度，使这两个长度的总和比一般体型的使用者A的 胯下腿长度要略长。如此设定大腿架11以及小腿架13的长度时，借助设 置于所述第二关节12处的挡件而不会产生大腿架11以及小腿架13成为 一条直线的特异点状态和与图1所示大腿架11以及小腿架13的状态呈反 向弯曲的状态。其结果，可防止由各腿支架3的特异点状态和反向弯曲状 态而引起的无法控制行走辅助装置1的情况。
另外，各腿支架3的第二关节也可以是直动型的关节。 使用如上构成的行走辅助装置1，在将脚部安装部15装置于使用者A 各腿的脚部上的状态下，通过由各电动机27而使各第二关节12产生转矩， 从落座部2向使用者A作用以向上的抬起力，具体进行后述。此时，在例 如将使用者A的两腿作为站立腿(支承使用者A体重的腿)而站立的状态 (所谓两腿支承期的状态)下，两脚部安装部15、 15触地，并分别在其触 地面上作用有地面反力。作用于各脚部安装部15的触地面的地面反力其 合力是与作用于使用者A的重力和作用于行走辅助装置1的重力的总和相 均衡的地面反力，即为将使用者A和行走辅助装置1的两者的总重量支承 于地面的力(平移力。以下称该力为全支承力)。另外，使用者A的腿与行 走辅助装置1的腿支架3同时进行行走动作时，准确地说，在全支承力上 还应加上支承因使用者A和行走辅助装置1的自由腿的动作而产生的惯性
力的力，但是在本实施方式的行走辅助装置1中，重量大的电动机27(驱 动器)和编码器28并不在膝盖附近而被设置在腰部附近。而且，因为在各 腿支架3中被使用者A所约束(装置)的部分仅为脚部安装部15，所以装置 在使用者A上的装置构件较少，各腿支架3为较轻的构件。因此，伴随行 走辅助装置l自由腿的动作的所述惯性力变得足够小。
这种情况下，在本实施方式的行走辅助装置l中，仅其两脚部安装部 15、 15被装置在使用者A而被约朿。同时，在各脚部安装部15处具备所 述环状构件36。因此，作用于行走辅助装置1的重力和该行走辅助装置1 经落座部2所承受的使用者A的负荷(向下的平移力)几乎不作用至使用者 A上，由两腿支架3、 3经两脚部安装部15、 15的环状构件36、 36而作用 于地面。
因而，在所述全支承力中，用于支承作用于行走辅助装置1的重力和 该行走辅助装置1经落座部2所承受的使用者A的负荷的支承力作用于行 走辅助装置1的两腿支架3、 3上。行走辅助装置1经两腿支架3、 3来承 担该支承力。以下，称行走辅助装置l所承担的支承力为辅助装置承担支 承力。换而言之，该辅助装置承担支承力是用于将行走辅助装置l的整体 重量和相当于落座部2承受来自使用者A的负荷的重量(使用者A体重的 一部分)支承于地面的支承力。另外，在使用者A两腿站立之时(行走辅助 装置1的两脚部安装部15触地时)，由两腿支架3、 3分担承受所述辅助 装置承担支承力(辅助装置承担支承力中的一部分支承力由一方的腿支架 3承担，剩余的支承力由另一方的腿支架3承担)。同时，在使用者A仅一
方的腿站立时(另一方的腿为自由腿时)，所述辅助装置承担支承力全部由 站立腿侧的腿支架3承担。以下，辅助装置承担支承力中由各腿支架3承 担的支承力(作用于各腿支架3的支承力)称之为腿支架支承力，由右侧腿 支架3承担的支承力称为右侧腿支架支承力，由左侧腿支架3承担的支承 力称为左侧腿支架支承力。左侧腿支架支承力和右侧腿支架支承力的总和 与辅助装置承担支承力一致。
另一方面，所述全支承力减去所述辅助装置承担支承力后的支承力自 地面作用于使用者A的两腿上，使用者A由其腿来承担该支承力。以下， 将像这样由使用者A承担的支承力称为使用者承担支承力。换而言之，该
使用者承担支承力是用于将下述重量支承于地面上的支承力，该重量为从
使用者A的体重减去了相当于使用者A作用于行走辅助装置1的落座部2 的负荷的重量。另外，在使用者A两腿站立时，由使用者A的两腿分担承 担所述使用者承担支承力(由一方的腿承担使用者承担支承力中的一部分 支承力，由另一方的腿承担剩余部分的支承力)。同时，使用者A仅一方 的腿站立时，由该一方的腿承担所述全部的使用者承担支承力。以下，在 使用者承担支承力中，将各腿承担的支承力(自地面作用于各腿的支承力) 称为使用者腿支承力，称右腿承担的支承力为使用者右腿支承力，称左腿 承担的支承力为使用者左腿支承力。使用者左腿支承力和使用者右腿支承 力的总和与使用者承担支承力相一致。另外，将使用者A为支承自身而将 各腿的脚部撑于地面的力称为该腿的踩踏力。各腿的踩踏力是与所述使用 者腿支承力相均衡的力。
补充说明以下内容由于各腿支架3上所具备的力传感器30被设置 在第三关节14的上侧，因而从该腿支架3的腿支架支承力减去了用于支 承该腿支架3的力传感器30下侧部分(脚部安装部15等)重量的支承力后 的支承力作用于该力传感器30。该作用于传感器30的支承力的3轴方向 的分力(或是2轴方向的分力)由该力传感器30测定。换而言之，作用于 各力传感器30的力(其相当于本发明中的控制对象力)相当于下述全部的 支承力中的、由具备该力传感器30的腿支架3所承担的部分，所述全部 的支承力用于支承从行走辅助装置1的整体重量减去了各力传感器30的 下侧部分重量的总和后的重量和相当于由使用者A作用于落座部2上的负 荷的重量。同时，由两力传感器30、 30分别测定的支承力的总和与下述 全部的支承力相一致(以下，称力传感器30为支承力传感器30)，所述全 部的支承力用于支承从行走辅助装置1的整体重量减去了各力传感器30 下侧部分重量的总和后的重量和相当于由使用者A作用于落座部2上的负 荷的重量。另外，行走辅助装置1的各支承力传感器30的下侧部分重量 的总和与行走辅助装置l的整体重量相比非常小。因此，作用于各支承力 传感器30的支承力与所述腿支架支承力几乎相等。并且，各支承力传感 器30接近于具备该支承力传感器30的腿支架3的第三关节14而被设置。 因此，作用于该支承力传感器30的支承力与从该腿支架3的第三关节14
作用于小腿架13的平移力(在腿支架支承力中，从地面经第三关节14而 传递至小腿架13的支承力)几乎相等。以下，将作用于各支承力传感器30 上的支承力或是从各腿支架3的第三关节14作用于小腿架13的平移力的、 两腿支架3、 3的总和称为总抬起力。同时，称该总抬起力中各腿支架3 的承担量为总抬起力承担量。
另外，作用于左侧脚部安装部15L的MP传感器38L以及脚踵传感器 39L的力的总和相当于所述使用者的左腿支承力(或左腿踩踏力)，作用于 右侧脚部安装部15R的MP传感器38L以及脚踵传感器39R的力的总和相 当于所述使用者的右腿支承力(或右腿踩踏力)。而且，在本实施方式中， 虽然将MP传感器38和脚踵传感器39设定为1轴力传感器，也可使用例 如可以测定与鞋体33的底面平行方向上的平移力的2轴力传感器或3轴 力传感器。MP传感器38以及脚踵传感器39优选为至少能够测定与鞋体 33的底面或是地面相垂直方向的平移力的传感器。
接着，对如上述构成的行走辅助装置1的控制装置进行说明。
图4是概略性地表示该控制装置50构成(硬件构成)的框图。如图所 示，控制装置50具备运算处理装置51、所述电动机27R、 27L各自的驱动 电路52R、 52L、抬起力设定用钥匙开关53、抬起控制ON/OFF开关54、电 源电池55、电源电路57，其中，运算处理装置51由微电脑(CPU、 RAM、 ROM)以及输入、输出电路(A/D转换器等)构成抬起力设定用钥匙开关53 用于设定行走辅助装置1的使用者抬起力(从落座部2作用于使用者A向 上的平移力)大小的目标值；抬起控制ON/OFF幵关54选择是否产生使用 者抬起力；电源电路57经电源开关56 (ON/OFF开关)被连结在所述电源电 池55上，当电源开关56被进行0N操作(闭合)时，由电源电池55将电源 电力提供给控制装置50的各个电路9、 52R、 52L。另外，抬起力设定用钥 匙开关53在本发明中相当于目标抬起力设定机构。
该控制装置50经托架(未图示)被固定于落座部2的后端或是所述板 23R、 23L等处。同时，抬起力设定用钥匙开关53、抬起控制0N/0FF开关 54以及电源开关56以操作可能的方式装置于控制装置50外箱(省略图示) 的外部。另外，抬起力设定用钥匙开关53以可直接设定所希望的抬起力 目标值、或是可选择性地设定预先被准备好的多种的目标值的方式由数字
幵关或多个选择开关构成。
控制装置50经省略了图示的接线连结有所述MP传感器38R、 3礼、脚 踵传感器39R、 39U支承力传感器30R、 30L、旋转编码器28R、 2SL。这 些传感器的输出信号被输入至运算处理装置51。而且，抬起力设定用钥匙 开关53以及抬起控制ON/OFF开关54的操作信号(显示这些开关的操作状 态的信号)也被输入至运算处理装置51。另外，在控制装置50中，自所述 驱动电路52R、52L至该电动机27R、27L分别连结有未图示的与电动机27R、 27L通电的接线。而且，运算处理装置51根据后述的运算处理(控制处理) 来决定各电动机27R、 27L的通电电流的指令值(以下称指示电流值)。并 且，通过运用该指示电流值控制各驱动电路52R、 52L,运算处理装置51 可以控制各电动机27R、 27L产生的转矩。
另外，所述MP传感器38R、 38L、脚踵传感器39R、 39L、支承力传感 器30R、 30L的输出信号(电压信号)也可通过这些传感器附近的前置放大 器增大波幅后再输入至控制装置50。同时，所述MP传感器38R、 38L、脚 踵传感器39R、 39U支承力传感器30R、 30L的输出信号被增大波幅后， 该电压值进行A/D转换后由运算处理装置进行处理。
作为其主要功能性机构，所述运算处理装置51具备图5的框图所示 的功能性机构。该功能性机构是通过ROM中所存储的程序来实现的功能。
参照图5，运算处理装置51具备右侧踩踏力测量机构60R、左侧踩踏 力测量机构60L，其中，右侧腿支架3R的MP传感器38R以及脚踵传感器 39R的输出信号被输入于右侧踩踏力测量处理机构60R:左侧腿支架3L的 MP传感器38R以及脚踵传感器39R的输出信号被输入于左侧踩踏力测量处 理机构60L。右侧踩踏力测量处理机构60R是通过MP传感器3犯以及脚踵 传感器39R的输出信号的电压值对使用者A的右腿踩踏力的大小(所述使 用者右腿支承力的大小)来进行测量处理的机构。同样，左侧踩踏力测量 处理机构60L是通过MP传感器38L以及脚踵传感器39L的输出信号的电 压值对使用者A的左腿踩踏力的大小(所述使用者左腿支承力的大小)来进 行测量处理的机构。其中，这些踩踏力测量处理机构60R、 60L在本发明 中是相当于踩踏力测量机构的一种机构。
同时，运算处理装置51具备被输入旋转编码器28R、 28L的输出信号
(脉冲信号)的右侧膝角度测量处理机构61R以及左侧膝角度测量处理机构 61L9这些膝角度测量处理机构61R、 61L是通过被输入的信号来测量分别 相对应的腿支架3第二关节12处的弯曲角(第二关节12的位移量)的机构。 另外，由于各腿支架3的第二关节12相当于该腿支架3的膝关节，以下 称第二关节处的弯曲角为膝角度。同时，这些膝角度测量处理机构61R、 61L相当于本发明中的关节位移量测量机构。
另外，运算处理装置51具备右侧支承力测量处理机构62R和左侧支 承力测量处理机构62L，其中，右侧腿支架3R的支承力传感器30R的输出 信号和由所述右侧膝角度测量处理机构61R所测定的右侧腿支架3R的膝 角度被输入于右侧支承力测量处理机构62R;左侧腿支架3L的支承力传感 器30L的输出信号(输出电压)和由所述左侧膝角度测量处理机构61L所测 定的左侧腿支架3L的膝角度被输入于左侧支承力测量处理机构62U右侧 支承力测量处理机构62R是以被输入的支承力传感器30R的输出信号和右 侧腿支架3R的膝角度的测量值为根据对作用于所述右侧腿支架支承力中 的支承力传感器30R上的支承力、即右侧腿支架3R的所述总抬起力承担 量进行测量处理的机构。同样，左侧支承力测量处理机构62L是以被输入 的支承力传感器30L的输出信号和左侧腿支架3L的膝角度的测量值为根 据对作用于所述左侧腿支架支承力中的支承力传感器30L上的支承力、即 左侧腿支架3L的所述总抬起力承担量进行测量处理的机构。其中，这些 支承力测量处理机构62L、 62L相当于本发明中的控制对象力测量机构。
另外，运算处理装置51具备左右目标承担量决定机构63，所述各测 量处理机构60R、 60U 61R、 60L、 62R、 62L的测量值、所述抬起力设定 用钥匙开关53以及抬起控制0N/0FF开关54的操作信号被输入于该左右 目标承担量决定机构63。该左右目标承担量决定机构63是以输入值为根 据在决定作为所述总抬起力的目标值的目标总抬起力的同时对下述目标 值进行决定处理的机构，该目标值是相对于所述目标总抬起力的各腿支架 3的承担量的目标值、即各腿支架3的所述总抬起力承担量的目标值(以下 简称为控制目标值)。其中，该控制目标值相当于本发明(第四发明)中的 目标承担量。
而且，运算处理装置51具备右侧反馈操作量决定机构64R、左侧反馈操作量决定机构64L、右侧前馈操作量决定机构65R和左侧前馈操作量决 定机构65L，其中，由所述右侧支承力测量处理机构62R测定的右侧腿支 架3R的总抬起力承担量和由所述左右目标承担量决定机构63决定的右侧 腿支架3R的控制目标值被输入于该右侧反馈操作量决定机构64R;由所述 左侧支承力测量处理机构62L测定的左侧腿支架3L的总抬起力承担量和 由所述左右目标承担量决定机构63决定的左侧腿支架3L的控制目标值被 输入于该左侧反馈操作量决定机构64L;由所述右侧支承力测量处理机构 62R测定的右侧腿支架3R的总抬起力承担量、由所述左右目标承担量决定 机构63决定的右侧腿支架3R的控制目标值和由所述右侧膝角度测量处理 机构61R测定的右侧腿支架3R的膝角度被输入于该右侧前馈操作量决定 机构65R;由所述左侧支承力测量处理机构62L测定的左侧腿支架3L的总 抬起力承担量、由所述左右目标承担量决定机构63决定的左侧腿支架3L 的控制目标值和由所述左侧膝角度测量处理机构61L测定的左侧腿支架 3L的膝角度被输入于该左侧前馈操作量决定机构65L。各反馈操作量决定 机构64是根据被输入的总抬起力承担量的测量值和其与控制目标值的偏 差而计算出反馈操作量(相对各电动机27的所述指示电流值的反馈成分) 以使在规定的反馈控制方式下将该偏差收敛于O的机构。同时，各前馈操 作量决定机构65是根据被输入的总抬起力承担量的测量值、控制目标值 和膝角度测量值而计算出前馈操作量(相对各电动机27的所述指示电流值 的前馈成分)以使在规定的前馈控制方式下使总抬起力承担量的测量值成 为控制目标值的机构。
另外，运算处理装置51具备加算处理机构66R和加算处理机构郎L， 其中，加算处理机构66R通过将由右侧反馈操作量决定机构64R算出的反 馈操作量与由右侧前馈操作量决定机构65R算出的前馈操作量进行合计来 求得右侧腿支架3R的电动机27R用指示电流值；加算处理机构66L通过 将由左侧反馈操作量决定机构64L算出的反馈操作量与由左侧前馈操作量 决定机构65R算出的前馈操作量进行合计来求得左侧腿支架3L的电动机 27L用指示电流值。
另外，所述反馈操作量决定机构64R、 64L、前馈操作量决定机构65R、 65L以及加算处理机构66R、 66L相当于本发明中的驱动器控制机构。
以上为运算处理装置51的大致的运算处理功能。
接着，包括运算处理装置51的详细处理说明对本实施方式的控制装 置50的控制处理进行说明。使用本实施方式的行走辅助装置1时，将所 述电源开关56设定为OFF状态下，驱动力不被施加于各腿支架3的第二 关节12。因此，各关节IO、 12、 14处于可自由活动的状态。在该状态下， 各腿支架3因自重而被折叠。在这种状态下，将各脚部安装部15装置在 使用者A的各脚部上后，该使用者A或是陪伴的辅助者将落座部2托起放 置于使用者A的胯下。
接着， 一旦对电源开关56施以0N的操作，电源电力被供给于控制装 置50的各个电路而启动该控制装置。并且， 一旦启动该控制装置50，所 述运算处理装置51按规定的控制处理周期执行以下进行说明的处理。
在各控制处理周期中，运算处理装置51首先执行所述踩踏力测量处 理机构60R、 60L的处理。参照图6对该处理进行说明。图6是表示踩踏 力测量处理机构60R、 60L的处理流程的框图。另外，踩踏力测量处理机 构60R、 60L各自的处理方法相同。因此，图6中用括号表示左侧踩踏力 测量处理机构60L。
对右侧踩踏力测量处理机构60R进行代表性说明。首先，腿支架3R 的MP传感器38R的测定值(MP传感器38R的输出电压值所表示的力的测定 值)和脚踵传感器39R的测定值(脚踵传感器39R的输出电压所表示的力的 测定值)分别在SIOI、 S102中被通过低通滤波器。低通滤波器可以从这些 传感器3服、39R的测定值去除噪波等高频成分，该截止频率例如为100Hz。
接着，这些低通滤波器的输出值在S103中被合计。由此，能够得出 使用者A右腿踩踏力的临时测量值FRF一p—R。在该临时测量值FRF一p一R中 包含跟随右侧脚部安装部15R的鞋体带系紧度的误差成分。
因而，在本实施方式中，并且在S104中通过对该临时测量值FRF^p一R 施以转换处理而最终得出使用者A右腿踩踏力的测量值FRF—R。 S104的转 换处理遵循图7所示的图表而进行。SP， FRF_R在规定的第一阀值FRF1 以下时，测量值FRF一R取值为O。由此，可以防止伴随脚部安装部15R的 鞋体带系紧度的微小的误差部分被作为测量值FRF—R而算得。并且，当临 时测量值FRF—p—R比第一阀值FRF1大、比第二阀值FRF2(>FRF1)小时，
随着FRF—p—R得增加，使测量值FRF—R的值线性增加。而且，如FRF p R 超过第二陶值FRF2时，将FRF—R的值保持于规定的上限值(FRF—p—R与第 二阀值FRF2相同时的FRF—R的值)。另外，设定FRF—R上限值的理由在后 面进行叙述。
以上是关于右侧踩踏力测量处理机构60R的处理的说明。左侧踩踏力 测量处理机构60L的处理也与之相同。
接着，运算处理装置51逐步进行所述膝角度测量处理机构61R、 61L 的处理和支承力测量处理机构62R、 62L的处理。参照图8和图9对这些 处理进行说明。图8表示膝角度测量处理机构61R、 61L的处理流程和支 承力测量处理机构62R、 62L的处理流程的框图。另外，膝角度测量处理 机构61R、 61L各自的处理方法相同。同时，支承力测量处理机构62R、 62L 各自的处理方法也相同。因此，在图8中用括号表示左侧膝角度测量处理 机构61L和左侧支承力测量处理机构62L。
以下对右侧膝角度测量处理机构61R和右侧支承力算出机构62R的处 理进行代表性说明。首先，由右侧膝角度测量处理机构61R执行S201、S202 处理而得出右侧腿支架3R的膝角度(第二关节12R处的腿支架3R的弯曲 角度)的测量值0 1一R。在S201中由旋转编码器28R的输出来计算出腿支 架3R的膝角度的临时测量值e lp—R。
参照图9,在本实施方式中测量线段Sl与线段S2所成的角度9 1—R 并将其作为右侧腿支架3R的膝角度，其中，线段Sl是连结腿支架3R的 第一关节10R的所述中心点P(大腿架UR进行前后摆动作的转动中心点 P。以下称前后摆动中心点P)与第二关节12R的中心点的线段；线段S2 连结该第二关节12R的中心点与第三关节14R的中心点。左侧腿支架3L 的膝角度的情况也相同。另外，图9中对腿支架3的主要部分的构成进行 模式化表示。
此时，在所述S201中，以腿支架3R的大腿架11R与小腿架13R成为 规定姿势时的状态(例如图1中的姿势状态)、即膝角度0 1一R成为某一规 定值时的状态中的第二关节12R的转动位置为标准，根据旋转编码器28R 的输出信号来测量相对于该标准转动位置的转动量(转角变化量。其与电 动机27R转子的转动量成比例)。并且，求出该测定的第二关节12R的转
动量加上所述标准转动位置上的腿支架3R的膝角度值(其被预先纪录存储
在未图示的储存器里)，并将求得的值作为所述临时测量值e 1p—R。
由于在该临时测量值0 lp_R中含有高频的噪波成分，进而通过在 S202中使该9 lp一R通过低通滤波器而最终求得腿支架3R的膝角度测量值 9 lp—R。
以上是关于右侧膝角度测量处理机构61R的处理的说明。左侧膝角度 测量处理机构61L的处理也与之相同。
补充说明以下内容在本实施方式中，测量所述线段S1、 S2所成角 度e 1并将其作为腿支架3的膝角度是因为在详细后述的左右目标承担量 决定机构63的处理中使用到该角度ei。此时，在本实施方式中的行走辅 助装置1中，各腿支架3的大腿架11的轴心与所述线段Sl所成的角度为 恒定。所以，在各膝角度测量处理机构61中，也可以例如事先求出腿支 架3的大腿架11轴心线与小腿架13的所述线段S2所成的角度，并将其 作为该腿支架3的膝角度，并且在后述的左右目标承担量决定机构63的 处理等中根据该膝角度来求出所述角度e 1。
如上所 述求出腿支架3R的膝角度测量值9 1—R后，在S203中执行右 侧支承力测量机构62R的处理，根据S202而得的膝角度测量值9 1—R和支 承力传感器30R的测定值(支承力传感器30R的输出信号的电压值所表示 的2轴的力测定值)计算出作用于该支承力传感器30R上的支承力的测量 值Fankle—R(即腿支架3R的所述总抬起力承担量)。该处理的详细情况参 照所述图9进行说明。
作用于腿支架3R的支承力传感器30R上的支承力(总抬起力承担 量)Fankle一R与如上所述的从腿支架3R的第三关节14R作用至小腿架13R 的平移力几乎相等。并且，该平移力与从第三关节14R朝向腿支架3R的 前后摆动中心点P的向量(以线段S3为作用线的向量)几乎相等。所以， 在本实施方式的行走辅助装置1中，Fankle—R的朝向是与线段3平行的方 向，其中，线段3连结腿支架3R的第三关节14的中心点和所述前后摆动 中心点P。
此处，由于受到第一至第三关节10、 12、 14处的摩擦力、重力、行 走时的加、减速、行走辅助装置1的总抬起力的大小等的影响，严格来说，
Fankle—R的朝向有可能与线段S3并不完全平行。但是，因为这些影响相 当小，在本实施方式中可以对其忽略不计。
另一方面，支承力传感器30R测定z轴方向的力Fz、x轴方向的力Fx， 其中，如图所示，z轴方向与该支承力传感器30R的表面(上表面或下表面) 相垂直；x轴与该z轴相垂直、与支承力传感器30R的表面平行。x轴、z 轴是固定于支承力传感器30R上的坐标轴，其是与包含所述导轨22的圆 弧的面相平行的轴。此时，测定的Fz、 Fx分别是Fankle—R的z轴方向分 力、x轴方向分力。所以，如图所示，在将Fankle—R与z轴所成的角度设 定为9k时，Fankle—R可根据Fz、 Fx的测定值和0 k并由算式(1)计算得 出。
Fankle—R=Fx ， sin 9 k+Fz cos 9 k ..... (1)
同时，角度0k由以下方法求出。S卩，在将线段S2与线段S3所成的 角度(二Fankle一R的朝向与线段S2所成的角度)设定为e 2时，以线段Sl、 S2、 S3为3边的三角形中的线段S1、 S2各自的长度L1、 L2为恒定值(预 先设定的已知的数值)。并且，线段S1、 S2所成的角度0 1即为如前所述 的、由右侧膝角度测量处理机构61R而得的测量值9 1—R。所以，可以根
据线段S1、 S2各自的长度U、 L2(这些数值被预先纪录储存在储存器里) 和角度9 1的测量值e 1—R并通过几何学的运算来求出角度9 2。
具体而言，在以线段S1、 S2、 S3为3边的三角形中，下式(2)、 (3) 的关系式是成立的。其中，L3是线段S3的长度。
L32=L1,+L22-2 U L2 cos 6 1 ......(2)
Ll2=L22+L32-2 L2 L3 cos 9 2 ......(3)
因而，根据L1、 L2的数值和角度9 1的测量值并通过算式(2)可以计 算出L3的值，同时，根据该算定值L3、 L1和L2并通过算式(3)可以计算 出角度92。
而且，在将z轴与线段S2所成的角度设定为9 3时，该角度0 3由于 是支承力传感器30相对于小腿支架13的安装角度因而是预先决定的恒定
值。并且，通过将该恒定值角度e3(该数值被预先纪录存储在未图示的储
存器里)减去如上计算所得的角度9 2而可求得算式(l)的运算所需的角度 0k。
所以，在本实施方式中，通过右侧支承力测量处理机构62R的S203 的处理，根据如上计算所得的9 k和腿支架3R的支承力传感器30的测定 值Fx、 Fz并由所述算式(l)能够得到右腿支架3R的总抬起力承担量的测 量值Fankle—R。
以上是关于右侧支承力测量处理机构62R的S203的详细处理的说明a 左侧支承力测量处理机构62L的处理也与之相同。
另外，在本实施方式中，虽然将支承力传感器30设定为3轴力传感 器或2轴力传感器，并根据所述算式(l)能够得出各腿支架的总抬起力承 担量的测量值Fankle，但即使支承力传感器30采用1轴力传感器也能够 得出测量值Fankle。例如，在支承力传感器30是只测图9中x轴向的力 Fx的传感器的情况下，可以根据下式(4)来求得测量值Fankle。另外，在 支承力传感器30是只测图9中z轴向的力Fz的传感器的情况下，可以根 据下式(5)来求得测量值Fankle。
Fankle二Fx / sin 6 k ......(4)
Fankle二Fz / cos 9 k ......(5)
但是，在使用这些算式(4)或(5)时，当角度9k成为接近0度或90 度的角度时，Fankle的数值精度则变为不良。所以，最优选通过所述算式 (l)来求得Fankle的测量值。
另外，测量值Fankle也可以通过Fx的平方与Fz的平方之和的平方 根来求得。这时不需要膝角度的测量值ei。
补充说明以下内容以上所述说明的各测量处理机构60、 61、 62的 处理并不一定按顺序而进行，也可以通过时分等而并列性地进行。但是， 在支承力测量处理机构62R、 62L的处理中使用e 1时，膝角度测量处理 机构61R、 61L的处理有必要在支承力测量处理机构62R、 62L的处理之前 进行。
另外，在本实施方式中，使支承力传感器30(第二力传感器)介于第三 关节14与小腿架13(正确地来说是上部小腿架13a)之间，其中，所述支 承力传感器30用于测量各腿支架3的总抬起力承担量。但是，也可以使 该支承力传感器介于第三关节14与脚部安装部15之间(例如是第三关节 14与脚部安装部15的连结部34之间)。此时，测量第三关节14的转动角，
通过将由第三关节14与脚部安装部15间的支承力传感器测定的支承力进 行坐标转换，能够测量从第三关节14作用于小腿架13的支承力。
随后，运算处理装置51执行所述左右目标承担量决定机构63的处理。 以下参照图IO对该处理进行详细说明。图IO是表示左右目标承担决定机 构63的处理流程的框图。
首先，在S301中，如上所述通过各支承力支承力测量机构62而求得 的右侧腿支架3R的总抬起力承担量的测量值Fankle—R加上左侧腿支架3L 的总抬起力承担量的测量值Fankle—L来计算出总抬起力Fankle—t。如上 所述，该抬起力Fankle—t相当于作用于各支承力传感器30上的支承力、 或是从各腿支架3的第三关节14作用于小腿架13的平移力的两腿支架3、 3上的测量值总和。另外，总抬起力Fankle一t与所述辅助装置承担支承力 几乎相等。
接着，从该总抬起力Fanklej:减去后述S307的输出值和S312的输 出值后的值以及对应于下述抬起力(目标抬起力)的总抬起力设定值其中 的一方在S302处根据所述抬起控制0N/0FF开关54的操作信号(该开关54 显示是0N还是OFF的信号)而选择性地被输出，所述抬起力(目标抬起力) 是由所述抬起力设定用银匙开关53设定的、从落座部2作用于使用者A 的力。此时，在本实施方式中，使用者A希望从落座部2接受抬起力时， 所述抬起控制0N/0FF开关54被操作为0N，在其他时候抬起控制0N/0FF 幵关54则被操作为0FF。并且，在S302处拾起控制0N/0FF开关54为OFF 时，选择所述总抬起力Fankle—t进行输出。同时，当抬起控制0N/0FF开 关54为0N时，选择所述总抬起力设定值进行输出。
补充以下内容即，总抬起力力设定值是在所述钥匙开关53的抬起 力设定值上加上下述支承力的大小后的力，其中，所述支承力是用来支承 行走辅助装置1的整体重量减去了各支承力传感器30下侧部分总重量后 的重量的力(即与被减去后的重量所产生的重力相均衡的支承力)。该支承 力的大小被预先纪录储存在未图示的储存器虽。另外，支承力传感器30 下侧部分的总重量与行走辅助装置l的整体重量相比相当小。因此，可以 将下述力作为总抬起力设定值，所述力指在所述抬起力设定值(目标抬起 力)上加了用于支承行走辅助装置1整体重量的支承力(与作用于行走辅助
装置1整体上的重力相均衡)大小的力。或者，也可以设定为通过钥匙开
关53的操作就能直接输入总抬起力设定值。
接着，S302的输出在S303处被通过低通滤波器，并由此决定目标总 抬起力。该S303的低通滤波器是在S302的输出发生激变时(在总抬起力 设定值被更改时、或是S302的输出与从总抬起力Fankle一t减去了后述的 S307的输出值和S312的输出值后的数值、总抬起力设定值之间的替换时 等)防止目标总抬起力产生激变、甚至可以用于避免从落座部2作用于使 用者A上的抬起力产生激变。该低通滤波器的截止频率例如为0.5Hz。另 外，S301至S303的处理相当于本发明中的总目标抬起力决定机构。
接着，在S304处，根据如上所述通过各踩踏力测量处理机构60而求 得的右腿踩踏力测量值FRF_R的大小和左腿踩踏力测量值FRF—L的大小来 决定用于将目标总抬起力分配给左右各腿支架3的配比。该配比由分配给 右侧腿支架3R比例的右侧配比和分配给左侧腿支架3L比例的左侧配比构 成，且两配比之和为1。
此时，右侧配比是测量值FRF—R相对于测量值FRF—R大小与测量值 FRF—L大小之和的比例，即被决定为FRF—R/(FRF—R+FRF—L)。同样，左侧 配比是测量值FRF—L相对于测量值FRF_R大小与测量值FRF—L大小之和的 比例，即被决定为FRF—L/(FRF—R+FRF—L)。在该情况下，使用者A其中一 方的腿为站立腿、另一方的腿为自由腿的状态(即为单腿支承的状态)时， 对应于自由腿的配比为O，而对应于站立腿的配比为1。另外，S304的处 理也可以设定为能与所述S301至S303的处理并列进行。
此处，对在所述各踩踏力测量处理机构60的S104的转换处理(参照 图6)中对各腿踩踏力测量值FRF设定上限值的理由进行说明。在使用者A 两腿为站立腿的状态(即处于两腿支承时的状态)时，各腿踩踏力的所述临 时测量值FRF一p—般不会进行平滑地变化，而是容易产生频繁的变动。在 这种情况下，如根据临时测量值FRF』来决定左右配比时，该配比会频繁 变化而使目标总抬起力中的各腿支架3的承担比例容易出现频繁地变化。 其结果，易产生从落座部2作用于使用者A的抬起力的微小变动。进而， 导致给使用者A有不适感的可能性。因此，在本实施方式中设定了各腿踩 踏力测量值FRF的上限值，在两腿支承时的状态下防止了诸如左右配比会
产生频繁变化的状况。此时，在两腿支承时的状态下，基本上除了刚开始
的阶段和即将结束的阶段以外，左右配比都被维持在1/2而使左右配比处
于稳定。
另外，也可以在所述图7中根据所述图表而得出测量值FRF一R(L)，其 中，所述图表仅有阀值FRF1，并设定当使用者A各腿踩踏力的临时测量值 FRF一p—R(L)大于阀值FRF1时踩踏力的临时测量值FRF—p一R(L)呈线性增 加。用于根据临时测量值FRF_p而得出FRF』一R(L)的图表的阀值FRF1、 FRF2等可对应使用者A所喜好的抬起力感受、行走辅助装置1的重量和控 制装置50的计算能力等来适当进行决定。
回到图10的说明，接着执行S305以及S310的处理。此外，这些S305、 310的处理也可以与S301至S303的处理或S304的处理并列进行。
S305处理是求出用于使右腿支架3R产生如弹簧般回复力的操作力的 处理，S310处理是求出用于使左腿支架3L产生如弹簧般回复力的操作力 的处理。以下，将这些操作力称为弹簧回复力。
由于S305处理与S310处理的处理方法相同，以下参照图9对右侧腿 支架3R的S305处理进行代表性说明。
通过S305处理，首先使用腿支架3R的膝角度测量值9 1—R并由所述 算式(2)算出图9中的线段S3的长度L3,其即为连结腿支架3R第三关节 14的中心点与所述前后摆动中心点P的线段S3的长度L3，其中，腿支架 3R的膝角度测量值6 LR如上所述通过右侧膝角度测量处理机构61R的处 理来求出。并且，求出以下数值将其作为右侧腿支架3R的弹簧回复力， 该数值是在从算出的L3减去了预先设定的标准值L3S后的数值(L3-L3S) 上再乘以规定弹簧系数k的数值。
艮口，弹簧回复力可由下式(6)算出。
弹簧回复力-k* (L3-LS3) ……(6)
关于左侧腿支架3L的所述S310的处理也相同。按照以上所述的方法 算得的各腿支架3的弹簧回复力相当于为了达到下述目的而应附加性地作
用于行走辅助装置l的支承力(支承力的需要值)，其中所述目的是为了使 该腿支架3的姿势回复至所述图9中的线段S3的长度L3与所述标准值L3S 相一致的姿势。
另外，在本实施方式中，虽然通过作为反馈控制方式的比例控制方式
来求出弹簧回复力，也可以由PD控制方式等其他方式来求得。而且，所 述线段S3的长度L3与下述长度相等，该长度为在各腿支架3第三关节14 和落座部2之间的间隔加上恒定的偏移值的数值。因此，算出弹簧回复力 而使所述偏差(L3-L3S)接近于0就相当于算出弹簧回复力而使各腿支架3 第三关节14和落座部2之间的间隔与规定的标准值(从L3S减去所述偏移 值后的数值)的偏差接近于0。
接着，执行右侧腿支架3R的S306至S309的处理和左侧腿支架3L的 S311至S314的处理。在右侧腿支架3R的S306至S309的处理中，将右侧 配比乘以由所述S303而得的目标总抬起力。由此，决定作为目标总抬起 力中的右侧腿支架3R的承担量的、总抬起力承担量的基本目标值。该基 本目标值是指下述目标抬起力中的右侧腿支架3R的承担量与用于支承下 述重量的支承力中右侧腿支架3R的承担量的总和的数值，其中，所述目 标抬起力是从落座部2作用于使用者A的抬起力的目标值；所述重量是指 从行走辅助装置1的整体重量减去了各支承力传感器30下侧部分总重量 后的重量(或行走辅助装置1的整体重量)。
而且，在S307处，将右侧配比乘以通过S305求得的弹簧回复力。并 且，通过将该乘得后的数值(其相当于本发明中的目标承担量的补正量)在 S308处和右侧腿支架3R的总抬起力承担量的基本目标值进行加算可求出 右侧腿支架3R的总抬起力承担量的临时目标值Tp一Fankle一R。并且，通过 使该临时目标值Tp—Fankle—R通过S309中的低通滤波器可最终求得是右 侧腿支架3R的总抬起力承担量的目标值的控制目标值T_Fankle—R。 S309 的低通滤波器是用来去除伴随膝角度6 1的变动而产生的千扰成分的装 置。其截止频率例如为15Hz。
同样，在左侧腿支架3L的S311至S314的处理中，首先在S311处， 将左侧配比乘以由所述S303而得的目标总抬起力。由此，决定作为目标 总抬起力中的左侧腿支架3L的承担量的、总抬起力承担量的基本目标值。 该基本目标值是指下述目标抬起力中的左侧腿支架3L的承担量与用于支 承下述重量的支承力中左侧腿支架3L的承担量的总和的数值，其中，所 述目标抬起力是从落座部2作用于使用者A的抬起力的目标值；所述重量
是指从行走辅助装置1的整体重量减去了各支承力传感器30下侧部分总
重量后的重量(或行走辅助装置1的整体重量)。
而且，在S312处，将左侧配比乘以通过S310求得的弹簧回复力。并 且，通过将该乘得后的数值(其相当于本发明中的目标承担量的补正量)在 S313处和左侧腿支架3L的总抬起力承担量的基本目标值进行加算可求出 左侧腿支架3L的总抬起力承担量的临时目标值Tp—Fankle—L。并且，通过 使该临时目标值Tp—Fankle—L通过S314中的低通滤波器可最终求得是左 侧腿支架3R的总抬起力承担量的目标值的控制目标值T_Farikle—L。例如， S303的输出目标总抬起力为200N(牛顿)，当对应于使用者A左右踩踏力 的左右配比(S304)为0.4:0.6时，则S306的输出为120N,而S311的输出 为80N。
以上为左右目标承担量决定机构的处理。按照上述做法，左右各腿支 架3的控制目标值T一Fankle一L、 T—Fankle—R各自的比例基本上是以其与 使用者A的左右踩踏力的比例成为相同比例的方式而被决定。而且，该控 制目标值T—Fankle—L、 T—Fankle—R上分别附加有所述左侧腿支架3L、右 侧腿支架3R的弹簧回复力。另外，附加在控制目标值乙Fankle—L的弹簧 回复力和附加在控制目标值T—Fankle_R的弹簧回复力的总和是分别由 S305、 S310算出的弹簧回复力的加权平均值，其中，将左右配比作为加权 系数。因而，控制目标值T—Fankle—L、 T一Fankle一R的总和即为将弹簧回 复力的所述加权平均值加上由S303决定的目标总抬起力后的数值。
另外，S304、 S306、 S311的处理相当于本发明中的分配机构。
按照上述做法执行了左右目标承担量决定机构63的处理后，运算处 理装置51依次或并列执行反馈操作量决定机构64R、 6礼以及前馈操作量 决定机构65R、 65L的处理。
参照图11说明反馈操作量决定机构64R、 64L的处理。图11是表示 反馈操作量决定机构64R、 64L的处理流程的框图。另外，由于反馈操作 量决定机构64R、 64L的方法相同，在图11中用括号表示左侧反馈操作量 决定机构64L。
以下对右侧反馈操作量决定机构64R的处理进行代表性说明。首先， 通过S401计算出由所述左右目标承担量决定机构63所决定的右侧腿支架3R的总抬起力承担量的测量值T—FankleJ 与由所述右侧支承力测量处理 机构62所测定的右侧腿支架3R的总抬起力承担量的测量值Fankle—R间 的偏差值(T—Fankle—R-Fankle—R)。然后，在S402、 S403处分别将增益系 数Kp、 Kd乘以该偏差值。而且，S403的运算结果在S404处进行微分(图 中的"s"是指微分运算符)，并在S405处将该微分值与S402的运算结果 进行加算。由此，通过作为反馈控制方式的PD控制方式计算出右侧电动 机27的电流操作量Ifb—R以使偏差值(T—Fankle—R-Fankle—R)收敛为0。 操作量Ifb—R是指右侧电动机27的指示电流值的反馈成分。
此时，在本实施方式中，所述增益系数Kp、 Kd的值在S406处被设定 为对应于腿支架3R膝角度的测量值6 1—R而可变。这是因为，根据腿支 架3R膝角度，相对于电动机27R的电流变化(扭矩变化)落座部2抬起力 变化的敏感度会产生变化。此时，膝角度9 1—R越大(腿支架3R伸得越直) 相对于电动机27R的电流变化(扭矩变化)落座部2抬起力变化的敏感度会 升高。因此，在S406处，根据省略了图示的数据图表，基本上是以腿支 架3R的膝角度测量值0 1—R越大而将增益系数Kp、 Kd的值分别减得越小 的方式来设定该增益系数Kp、 Kd的值。
以上是右侧反馈操作量决定机构64R的处理。左侧反馈操作量决定机 构64L的处理也相同。另外，在本实施方式中，通过使用作为反馈控制方 式的PD控制方式，使得可以高速并稳定地控制抬起力。但是，也可以使 用除了 PD控制方式以外的反馈控制方式。
接着，参照图12对前馈操作量决定机构65R、 65L的处理进行说明。 图12表示前馈操作量决定机构65R、 65L的处理流程的框图。另外，由于 前馈操作量决定机构65R、 65L的处理方法相同，所以在图12中，用括号 表示左侧前馈操作量决定机构65L。
以下对右侧前馈操作量决定机构65R的处理进行代表性说明。在S501 处，对由所述膝角度测量处理机构61R测定的腿支架3R的膝角度测量值 0 1_R进行微分，计算出该腿支架3R第二关节12的弯曲角度的角速度 co 1—R。并且，在S502处，利用腿支架3R的膝角度测量值0 1—R和由所 述支承力测量处理部62R测定的腿支架3R的总抬起力承担量测量值 Fankle_R来计算出腿支架3R的线缆32a、 32b实际的拉力实际拉力Tl。
参照图13说明该实际拉力T1的计算处理-另外，在图13中，对腿支架3 进行模式化记载。同时在图13中与图9相同的要素，对其加以相同的参 照符号。
首先，由下式(7)计算出与腿支架3R的总抬起力承担量测量值 Fankle—R的线段S2相垂直的成分Fankle—a。 Fankle—a二Fankle—R ， sin e 2 ......(7)
另夕卜，角9 2是Fankle—R与线段S2所成的角度，正如参照了所述图 9而进行的说明，可利用测量值9 1—R并由几何学运算来计算出该02角 (参照所述算式(2)、 (3))。
而且，如下式(8)所示，通过将线段S2的长度L2乘以用所述方法而 求得的Fankle一a可算出因Fankle—R而在第二关节12 (膝关节)上产生的力 矩M1。
Ml二Fankle—a , L2 ......(8)
由线缆32a、 32b的实际拉力Tl而在滑轮上产生的力矩在稳定状态下 与所述力矩M1相均衡。因而，进一步如下式(9)所示通过将M1除以滑轮 31的有效半径r来算出实际拉力Tl。
Tl=Ml/r ......(9)
以上为S502处理的详细内容。
回到图12的说明，接着在S503处算出腿支架3R的线缆32a、 32b的 目标拉力T2。该目标拉力T2是对应所述左右目标承担量决定机构63的处 理决定的腿支架3R的控制目标值(总抬起力承担量的目标值)而应在线缆 32a、 32b上产生的拉力。该目标拉力T2的计算与S502的计算处理相同。 更具体而言，通过将所述算式(7)右边的Fankle—R与所述左右目标承担量 决定机构63的处理所决定的腿支架3R的控制目标值T—Fankle，R进行替 换，算出与控制目标值T—Fankle—R的所述线段S2(参照图13)相垂直的成 分。并且，通过将该计算出的成分作为所述算式(8)右边的Fankle—a的替 代进行使用而算出腿支架3R的第二关节12的目标力矩。而且，通过将该 目标力矩作为所述算式(9)右边Ml的替代进行使用而算出线缆32a、 32b 的目标拉力T2。
以上为S503的处理。在执行如上所述的S501至S503的处理后，在S504处，使用由上述 方法算得的第二关节12的角速度"1—R、线缆32a、 32b的实际拉力Tl 以及目标拉力T2通过规定的前馈处理来决定电动机27R的电流操作量 Iff一R。操作量Iff一R是指电动机27R的指示电流值的前馈成分。
在该S504的处理中，通过由下式(10)所表述的公式算出操作量 Iff—R。
Iff—R二B1 T2+B2' w 1—R+B3 sgn (w 1—R) ......(10)
其中条件为B2=bO+bl'Tl; B3二dO+dl'Tl
此处，算式(10)中的B1为常数系数，B2、 B3分别如算式(10)的条件 中所述是表示实际拉力Tl 一次函数的系数。另外，b0、 bl、 d0、 dl为常 数。同时，sgn()表示符号函数。
该式(10)是表示电动机27的电流、线缆32a、 32b的拉力和第二关节 12的角速度col之间关系的公式。公式(10)右边第一项是拉力的比例项， 第二项是相当于线缆32a、 32b与滑轮31或橡胶管(线缆32a、 32b的保护 管)间的粘性摩擦力的项，第三项是相当于线缆32a、 32b与滑轮31或橡 胶管(线缆32a、 32b的保护管)间的动摩擦力的项。另外也可以在公式(IO) 的右边再追加相当于第二关节12角速度的项(即相当于惯性力的项)。
对以下的内容进行补充用于公式(10)的运算的各常数B1、 b0、 bl、 dO、dl预先通过使公式(10)左边的值与右边的值之差的平方值为最小的辨 识算法来进行实验上的辨识。并且，被辨识的各常数B1、 b0、 bl、 d0、 dl 被纪录储存在未图示的储存器里并于行走辅助装置1动作时使用。
以上是右侧前馈操作量决定机构65R的处理。左侧前馈操作量决定机 构65L的处理也相同。
参照图5，如上所述，在算出电动机27R的电流操作量IfbJU Iff—R 和电动机27L的电流操作量Ifb—L、 Iff一L后，运算处理装置51通过加算 处理机构66R将操作量Ifb—R与Iff—R进行加算。由此，决定电动机27R 的指示电流值。同时，运算处理装置51通过加算处理机构66L将操作量 Ifb—L与IffJ进行加算。由此，决定电动机27L的指示电流值。并且， 运算装置51将这些指示电流值分别输出给电动机27的驱动电路52。此时， 驱动电路52按照所给的指示电流对电动机27进行通电。
以上说明的运算处理装置51的控制处理以规定的周期执行。据此， 各腿支架3的实际总抬起力承担量的测量值Fankle会与对应了该腿支架3 的控制目标值T—Fankle相一致的方式，对电动机27所产生的扭矩、甚至 该腿支架3的第二关节12(膝关节)的驱动力进行操作。
以上所说明的第一实施方式中，从各腿支架3的第三关节14被传递 至小腿架13的支承力(平移力)的作用线与开始于该第三关节14的中心点 而通过所述前后摆动中心点P的直线几乎相等，其中，所述前后摆动中心 点P位于落座部与使用者A的接触面前后方向上的宽度以内的、落座部2 的上方。并且，各腿支架13以该前后摆动中心点P为支点相对落座部2 前后摆动自如。因此，落座部2的位置以及姿势处于下述状态而平衡，该 状态为使用者A作用于落座部2的负荷(与从落座部2作用于使用者A 的抬起力相均衡的平移力)的作用点(更具体而言是指分布于使用者A与落 座部2间接触面的负荷的重心)位于前后摆动中心点P正下方的状态、艮P， 该负荷的作用线为通过P的、上下方向的直线的状态。并且，因使用者A 上身的倾斜等而使从使用者A作用于落座部2的负荷的作用点发生位移 时，落座部2的位置以及姿势会自动地恢复至所述的平衡状态。因此，从 矢状面来看，使用者A作用于落座部2的负荷的作用线与自各腿支架3的 第三关节14传递至小腿架13的支承力(平移力)作用线一般会通过共同点 P。其结果能够避免这些作用线在前后方向上的分离而使该负荷和支承力 对落座部2作用以力偶。所以，落座部2可以防止相对使用者的位置的偏 位，能够使落座部2的位置和姿势趋于稳定。进而，能够稳定并适当地将 所希望的抬起力从落座部2作用于使用者A上。
另外，对应使用者A右腿踩踏力和左腿踩踏力的比例将总目标抬起力 分配给左右腿支架3L、 3R，决定各腿支架3的总抬起力承担量，并使该总 抬起力承担量产生于各腿支架3处。因此，特别是在所述抬起控制ON *0FF 开关54被操作为ON的状态下，能够使由所述钥匙开关53设定的抬起力(目 标抬起力)平滑且稳定地从落座部2作用于使用者A，并有效地减轻使用者 A各腿的负担。
补充说明以下内容如上所述，总目标抬起力是所述钥匙幵关53的 抬起力设定值(目标抬起力)加上用于支承下述重量的支承力的大小的力
(更正确而言是使该加算后的值通过低通滤波器后的数值)，其中，所述重 量为从行走辅助装置1整体重量减去了各支承力传感器30下侧部分的总 重量后的重量(或是行走辅助装置l的整体重量)。因此，如上所述，通过
决定各腿支架3的总抬起力承担量，其结果，从落座部2应作用于使用者 A上的抬起力的目标值目标抬起力对应于使用者A右腿踩踏力和左腿踩踏 力的比例被分配到左右腿支架3L、 3R。而且，各腿支架3L、 3R的电动机 27L、 27R进行控制以使该分配后的目标抬起力的各腿支架3L、 3R的承担 量作用于落座部23处。
并且，由于在各腿支架3处会产生弹簧回复力，使用者A的膝盖弯得 越厉害从行走辅助装置l得到的抬起力就越大。由此，使用者A易于真实 感受到行走辅助装置1的辅助性。同时，通过事先适当地设定弹簧回复力 的所述弹簧系数k(参照所述算式(6))的值，能够防止各腿支架3的姿势背 驰于不恰当的姿势的现象。
同时，抬起控制0N/0FF开关54被操作为0FF状态时，决定相当于行 走辅助装置1支承力传感器30以上部分重量的数值，并将其作为总目标 抬起力。在该状态下，只要使用者不故意将体重施加于落座部2上，落座 部2会一直接触于使用者A,并保持在两者间不产生作用力的状态的平衡。 并且在该状态下，当抬起控制ON/OFF开关被操作为ON时，通过低通滤波 器(参照图10中的S303)可以避免急剧变化的抬起力从落座部2而作用于 使用者A的现象，能够平滑地将抬起力作用于使用者A上。
并且，由于对PD控制规则(反馈控制规则)和前馈控制规则进行并用 来决定各电动机27的电流指示值，能够高速稳定地控制抬起力。
另外，虽然在所述实施方式中将弹簧回复力附加在各腿支架3的总抬 起力承担量的目标值(控制目标值)上，也可以省略附加该弹簧回复力(具 体为省略图10中的S305、 S307、 S310、 S312处理)。此时只需将图10中 的S301中求得的Fankle_t输入于S302。
此外，图1中所示的导轨22不一定为圆弧状的构件，也可以是如椭 圆中的一部分(椭圆弧)等、只要使大腿架11能在前后方向上摆动的、其 他的形状。当导轨22不为圆弧状时，前后摆动中心点P的位置根据行走 辅助装置1的动作在规定范围内进行变动。此时，在求Fankle值时，按
照每个规定的运算处理周期决定该瞬间的大腿架u的转动中心，并将其
作为前后方向的摆动中心点P。并且，将连结该中心点P与第三关节14 的直线作为Fankle的作用线，并只需与所述实施方式相同计算出该 Fankle。
而且，当在行走辅助装置1上装有用于防止落座部2进行无意义转动 的装置构件(腰带等)时，可以将前后摆动中心点P设定于落座部2前后方 向的幅度以外的位置。
接着，参照图14、图15对本发明的第二实施方式进行说明。另外、 本实施方式中的行走辅助装置的机械性构成与第一实施方式相同，仅一部 分控制处理与第一实施方式不同。所以，在本实施方式的说明中，与第一 实施方式为相同构成部分或为相同功能部分的部分使用相同的参照符号 并省略说明。同时，本实施方式是所述第一实施方式和本发明中的第一发 明至第四发明、第六发明的实施方式。
图14是表示本实施方式中的控制装置50的运算处理装置51的功能 性机构的框图。/如图所示，在本实施方式中代替所述抬起力设定用钥匙开 关53设置有用于设定下述目标辅助比的辅助比设定用钥匙开关70(其相 当于本发明中的目标辅助比设定机构)，所述目标辅助比为在使用者A的 全踩踏力(左腿踩踏力和右侧踩踏力的总和)中、由行走辅助装置1进行辅 助的力相对该全踩踏力所占的比例的目标值。另外，辅助比设定用钥匙幵 关70由数字开关或多个选择开关等构成使得其能直接设定所希望的辅助 比的目标值、或是从事先被准备的多种的目标值中进行选择性地设定。
而且，该辅助比设定用钥匙开关70的操作信号(该操作信号所显示的 目标辅助比设定值)可以被输入到运算处理装置51的左右目标承担决定机 构71处。此处，在本实施方式中的运算处理装置51的功能性机构中，只 有左右目标承担量决定机构71的处理与第一实施方式不同，该左右目标 承担量决定机构71以外的运算处理装置51的各个功能性机构的处理与第 实施方式相同。所以，以下的关于本实施方式的说明以该左右目标承担量 决定机构71的处理为中心来进行。
在本实施方式中，所述各测量处理机构60R、 60L、 61R、 60L、 62R、 62L的测量值、所述辅助比设定用钥匙开关70以及抬起控制0N/0FF开关
54的操作信号被输入于左右目标承担量决定机构71中，并且，左右目标 承担量决定机构71根据这些输入值进行决定各腿支架3的所述控制目标 值(从各腿支架3的第三关节14传递至小腿架13的支承力目标值、或是 作用于该腿支架3的支承力传感器30的支承力的目标值)的处理。
如下述说明，该左右目标承担量决定机构71在运算处理装置51的各 控制处理周期中决定各腿支架3的控制目标值。图15是表示该处理流程 的框图。
首先，在S1301处将由各支承力测量处理机构62所求得的右侧腿支 架3R的总抬起力承担量的测量值Fankle—R、左侧腿支架3L的总抬起力承 担量的测量值Fankle—L进行加算。由此算出总抬起力Fankle—t。
接着，在S1302处，通过从所述总抬起力Fankle—t减去了后述辅助 重量支承力后的数值和由所逸各踩踏力测量处理机构60得到的各腿踩踏 力测量值FRF—R及FRF—L的总和、即全踩踏力的测量值(FRF—R+FRF—L)来 算出实际辅助比，该实际辅助比是在全踩踏力中的、由行走辅助装置l实 际进行辅助的力相对于全踩踏力的比例。具体而言，将用于支承下述重量 的所需支承力(与相当于该重量的重力相均衡的支承力)、或是用于支承行 走辅助装置1整体重量的所需支承力(与相当于整体重量的重力相均衡的 支承力)作为所述辅助装置重量支承力，并将该辅助装置重量支承力的大 小事先纪录储存在未图示的储存器里，其中所述的重量是指从行走辅助装 置1的整体重量减去了各支承力传感器30以下部分重量总和后的重量。 并且，将从总抬起力Fankle_t中减去该辅助装置重量支承力后得到的数 值(其是指从落座部2此时正作用于使用者A的向上的抬起力)除以全踩踏 力的测量值(FRF一R+FRF—L)。由此来求出实际辅助比。即，通过实际辅助 比=(Fankle—t -辅助装置重量支承力)/ (FRF—R+FRF—L)的算式来求出实际 辅助比。
然后，在S1303处按照所述抬起控制ON/OFF开关54的操作信号(该 开关54是显示着0N还是OFF的信号)选择性地输出所述实际辅助比和由 所述辅助比设定用钥匙幵关70设定的目标辅助比的设定值中的其中一个 数值。具体而言，当拾起控制0N/0FF开关54显示OFF时，选择所述S1302 中求得的实际辅助比并进行输出。同时，当抬起控制0N/0FF开关54显示
0N时，则选择所述目标辅助比的设定值并进行输出。
接着，使S1303的输出值在S1304中通过低通滤波器，并由此决定作 为实际使用的目标辅助比的实际使用目标辅助比。该S1304中的低通滤波 器是用于防止在S1303的输出值产生剧变时(在目标辅助比的设定值被更 改时、或是S1303的输出从实际辅助比向目标辅助比变换等时)实际使用 目标辅助产生激变进而避免从落座部2作用于使用者A上的抬起力产生激 变的装置。该低通滤波器的截止频率例如为0.5Hz。
此后，在S1305处将上述实际使用目标辅助比乘以由所述右侧踩踏力 测量处理机构60R所求得的使用者A右腿踩踏力的测量值FRF—R。由此来 决定从落座部2作用于使用者A的抬起力中的右侧目标抬起承担量,其中， 该右侧目标抬起承担量为右侧腿支架3R的承担量的目标值。同样，在 S1306处将上述实际使用目标辅助比乘以由所述左侧踩踏力测量处理机构 60R所求得的使用者A左腿踩踏力的测量值FRF_L。由此来决定从落座部2 作用于使用者A的抬起力中的右侧目标抬起承担量，其中，该右侧目标抬 起承担量为左侧腿支架3L的承担量的目标值。
另外，S1301至S1306的处理相当于所述第五发明以及第六发明中的 目标抬起承担量决定机构。
接着，在S1307处根据由所述各踩踏力测量处理机构60所求得的右 腿踩踏力的测定值FRF—R的大小和左腿踩踏力的测量值FRF—L的大小来决 定下述配比，该配比是指用于将所述辅助装置重量支承力分配至左右腿支 架3上的比例，该S1307的处理与第一实施方式中的图10中的S304处理 相同。
然后，在S1308处将在S1307中求得的右侧配比乘以所述辅助装置重 量支承力。由此求出辅助装置重量支承力中的右侧目标装置支承力承担 量，其中，右侧目标装置支承力承担量为右侧腿支架3R的承担量的目标 值。同样，在S1311处将在S1307中求得的左侧配比乘以所述辅助装置重 量支承力。由此求出辅助装置重量支承力中的左侧目标装置支承力承担 量，其中，左侧目标装置支承力承担量为左侧腿支架3L的承担量的目标 值。另外，也可以将S1307、 S13Q8、 S1311的处理设定成与所述S1301至 S1306的处理并列进行。 随后，执行右侧腿支架3R的S1309、 S1310处理和左侧腿支架3L的 S1312、 S1313处理。在右侧腿支架3R的S1309、 S1310处理中，首先在 S1309中将由所述S1305得到的右侧目标抬起承担量与由所述S1308得到 的右侧目标装置支承力承担量进行加算。由此来决定作为右侧腿支架3R 的所述控制目标值的临时值的临时控制目标值Tp—Fankle—R。并且，通过 将该临时目标值Tp—Fankle—R通过S1310的低通滤波器，最终求出右侧腿 支架3R的控制目标值T—Fankle—R。 S1309的低通滤波器是用于除去伴随 膝角度0 1的变动而产生的噪波成分的装置。该截止频率例如为15Hz。
同样，在左侧腿支架3L的S1312、 S1313处理中，首先在S1312中将 由所述S1306得到的左侧目标抬起承担量与由所述S1311得到的左侧目标 装置支承力承担量进行加算。由此来决定作为左侧腿支架3L的所述控制 目标值的临时值的临时控制目标值Tp一Fankle一L。并且，通过将该临时目 标值Tp—Fankle一L通过S1313的低通滤波器，最终求出左侧腿支架3L的 控制目标值T—Fankle—L。
如上述方法决定的各腿支架3的控制目标值是指所述辅助装置重量支 承力和从落座部2作用于使用者A的全体抬起力的总和(即所述总抬起力) 中、各腿支架3的承担量的目标值。
以上为本实施方式中的左右目标承担量决定机构71的处理。补充以 下的内容S1305、 S1306中计算左右目标抬起承担量的处理与将下述数值 由所述右侧配比和左侧配比分配至左右腿支架3的方法同等，所述数值是 指在使用者A左右腿踩踏力的测量值FRF—R、 FRF一L的总和上乘以所述实 际使用目标辅助比的数值(相当于从落座部2作用于使用者A的全体抬起 力的目标值)。
另外，S1307、 S1308、 S1311的处理相当于第五发明、第六发明中的 分配机构。并且，S1309、 S1310、 S1312、 S1313的处理相当于第六发明中 的控制对象力目标值决定机构。
在以上所说明的第二实施方式中，从各腿支架3的第三关节14传递 至小腿架13的支承力(平移力)的作用线即为自该第三关节14的中心点起 并通过所述前后摆动中心点P的直线，其中，该前后摆动中心点P存在于 落座部2与使用者A间的接触面前后方向宽度内的、落座部2的上方。并
且，各腿支架13以该前后摆动中心点P为支点相对落座部2在前后方向 上摆动自如。所以，与第一实施方式一样能够防止落座部2相对于使用者 A产生偏位，使落座部2的位置与姿势处于稳定化。进而，能够将所希望 的抬起力稳定且适当地从落座部2作用于使用者A上。
另外，在对应使用者A右腿踩踏力和左腿踩踏力的比例将从落座部2 应作用于使用者A上的全抬起力的目标值分配至左右腿支架3L、 3R的同 时，对应使用者A右腿踩踏力和左腿踩踏力的比例将用于支承行走辅助装 置1整体重量的辅助装置重量支承力分配至左右腿支架3L、 3R。由此来决 定作为各腿支架3的总抬起力承担量目标值的控制目标值，并使该控制目 标值的支承力产生于腿支架3处。因此，特别是在所述抬起力控制0N/0FF 开关54被操作为ON的状态时，能够将相当于由上述钥匙开关70设定的 辅助比的抬起力平滑且稳定地从落座部2作用于使用者A，并可以有效地 减轻使用者A各腿的负担。
另外，在抬起控制0N/0FF开关54被操作为0FF的状态时，决定所述 实际辅助比，并将其作为实际使用目标辅助比。因此，在该状态下，只要 使用者A不故意将体重施加于落座部2处，落座部2能够一直接触使用者 A，并保持在两者间不产生作用力的状态的平衡。并且，因为此状态，在 抬起控制0N/0FF开关54被操作为0N时，可以避免因上述低通滤波器(参 考图15中的S1304)而引起的急剧变化的抬起力从落座部2作用于使用者 A的现象，能够平滑地将抬起力作用于使用者A上。
并且，由于是通过并用PD控制规则(反馈控制规则)和前馈控制规则 来决定各电动机27的电流指示值，与第一实施方式相同能够高速并稳定 地控制抬起力。
另外，在第二实施方式中，省略了将在上述第一实施方式中进行说明 的弹簧回复力附加于各控制目标值T—Fankle—U T—Fankle—R上。但是， 也可以与第一实施方式一样决定各腿支架3的弹簧回复力，并将其附加于 各控制目标值T—Fankle—L、 T—Fankle—R上。
而且，在所述的第一实施方式和第二实施方式中，即使抬起控制 0N/0FF开关54处于0FF状态，也能够进行电动机27R、 27L的动作控制。 但在该开关54处于OFF状态时，例如也可以在进行所述运算处理装置51
的运算处理的同时，停止向驱动电路的输出，停止对各电动机27进行通 电。通过该方式使在抬起控制0N/0FF开关54被设为ON的瞬间产生对应 了使用者A现在为止施加在落座部2上的轻微的力(或为0)的抬起力。并 且此后，直至发挥出最终的总抬起力的过程中，借助于低通滤波器(参考 图1中的S303)的效果，减少对使用者A冲击的同时，能够非常平稳地实 现从抬起力的产生到逐渐增加状态的过渡。而且能够削减该开关54在OFF 状态下各电动机27的电力消费。
另外，在所述的第一实施方式和第二实施方式中，虽然由鞍状的落座 部2构成了承受部，也可例如由可挠性构件来构成该承受部。以下对该情 况下的实施方式进行说明，并将其看作第三实施方式。在该第三实施方式 中，例如如图16所示在使用者A的腰部围带上腰带100(但没有必要将腰 带100完全固定于使用者A身上)，并在该腰带100的下端悬挂作为承受 部的两个安全带状的可挠性构件101L、 10R。各可挠性构件101R、 101L 其一端固定于使用者A前侧的腰带100处，另一端固定于使用者A背侧的 腰带100处。并且，可挠性构件101R通过使用者A右腿根部内侧并接触 于使用者A的胯下部分，可挠性构件101L通过使用者A左腿根部内侧并 接触于使用者A的胯下部分。由此可挠性构件101R、 101L的胯下部分作 为从上方承受使用者A—部分体重的承受部而发挥作用。同时，各腿支架 3的大腿架11经设置在腰带100左右各侧部的第一关节102以至少能进行 前后方向摆动(以第一关节102为支点进行摆动)的形式被延伸设置。此时， 从矢状面看时，该摆动中心点(本发明中的规定的点)位于可挠性构件 101R、 L的承受部的上方。各腿支架3的大腿架11以下部分的构成可以与 所述第一实施方式、第二实施方式中的构成相同。另外，驱动第二关节的 驱动器例如可以安装在该第二关节处。
同时，在所述第一实施方式以及第二实施方式中，虽然在各踩踏力测 量处理机构60处使用了所述图7的图表，也可以使用例如如图17所示的 图表将各腿踩踏力的临时测量值FRF转换成测量值FRF。以下对该情况 时的实施方式进行说明，并将其作为第四实施方式。设定该第四实施方式 中的图17的图表以使在临时测量值FRF—p小于阀值FRFl时FRF会成为负 值。更详细而言，在图17的图表中，当FRF』为阀值FRF1和比该阀值略
小的阀值FRF3(本例中FRF3X))之间的数值的'，FRF随着FMLp的减小而 呈线性减小，并当FRF_p比阀值FRF3要更小时(包括FRF—p<0的情况)， FRF维持于一负的常数(FRF—p=FRF3时的FRF值)。
此处，在使用者A行走时，例如抬起右腿之时，由于此时的运动加速 度而使MP传感器38R和脚踵传感器39R的输出值成为非常小的数值(接近 于0的值)或是负值，临时测量值FRF』—R比阀值FRF1要小。此时，使用 图17的图表而得的右腿踩踏力的测量值FRF—R为负值。
并且，象这样使用图17中的图表而得到负值测量值FRF一R时，在所 述第一实施方式中，对图10的处理(左右目标承担量决定机构63的处理) 中的一部分例如进行如下更改。即，在图10中的S304处，当得到负值测 量值FRF—R时，将两配比的比例设定为事先决定好的规定比例。例如，如 上所述当FRF—R<0时，设定成左侧配比右侧配比=1. 1:-0. 1。即，对应 左侧配比和右侧配比中为负值的FRF，将其配比设定为负的规定值(在本实 施方式中为-0. 1)，将另一方的配比设定为正的规定值(在本实施方式中为 1.1)。另外，这些规定值最优选为将左侧配比和右侧配比之和设定为1。 并且使用该配比进行S306和S311的处理。此时，例如图10中的S303的 输出值目标总抬起力为200N时，S306和S311的输出则分别为-20N、220N。 另外，其所得的临时测量值FRF一p要比阀值FRF1小的腿(上述例中为右腿) 被判断为自由腿，并设定在对应该自由腿的S305或是S310中不进行弹簧 回复力的计算处理(将对应该自由腿的弹簧回复力设定为0)。由此，在单 腿支承阶段(仅以单方的腿为站立腿时的阶段)的幵始时，自由腿侧的腿支 架3的第二关节12向弯曲侧被驱动，能够辅助使用者A的自由腿侧的腿 上抬动作。
同样在第二实施方式中，对图15的处理(左右目标承担量决定机构71 的处理)中的一部分例如进行如下更改。即，在图15中的S1307处，当得 到负值测量值FRF—R时，如在第一实施方式中所述的那样，对应左侧配比 和右侧配比中为负值的FRF，将其配比设定为负的规定值(例如是-0. 1)， 将另一方的配比设定为正的规定值(例如是1. 1)(最优选为左侧配比+右侧 配比=1)。并且使用该配比进行S1308和S1311的处理。由此，与在所述 第一实施方式中所说明的情况相同，在单腿支承阶段(仅以单方的腿为站立腿时的阶段)的开始时，自由腿侧的腿支架3的第二关节12向弯曲侧被 驱动，能够辅助使用者A的自由腿侧的腿上抬动作。
另外，在所述各实施方式中，由MP传感器38和脚踵传感器39构成 第一力传感器，并如图3所示将这些传感器38、 39设置于脚部安装部15 使它们介于使用者A站立腿的脚部底面与地面之间。但是，第一力传感器 的设置位置并不仅限于此。例如如图18所示那样，该第一力传感器也可 以设置于脚部安装部。以下对该情况的实施方式进行说明，并将其作为第 五实施方式。
如图18所示，在第五实施方式中，在脚部安装部15的所述环状构件 36内侧具备有脚部支承构件100。该脚部支承构件100为拖鞋体状，并由 与使用者A的脚部底面几乎全部相接触的板状的足底构件101(鞋体内垫 状的构件)和连结于该足底构件101上的拱形构件102(横断面大致呈半圆 状的构件)构成。拱形构件102两端的下端部与足底构件101的两侧部结 合为一体。使用者A的脚部前端部分可以插入至该拱形构件102内。并且 在该插入状态下该脚部被支承在足底构件101之上。这些脚部支承构件 101和拱形构件102例如可以由金属或树脂等有规定刚性的材料制成。
另外，介于拱形构件102上部外表面和环状构件36上部内表面之间 安装有构成第一力传感器的拉力传感器103。该拉力传感器103与拱形构 件102和环形构件36相接合。该拉力传感器103例如可以是张拉型的称 重传感器。此时，脚部支承构件100以与环状构件36和鞋体35为非接触 状态下被设置在环状构件36的内部。由此，脚部支承构件100经拉力传 感器103吊设于该环状构件36上以使从下方支承脚部支承构件100的力 不受环状构件36和鞋体35的作用。
另外，可以在足底构件101的上面和拱形构件102的内面设置用于保 护使用者A脚部的缓冲材。
以上为本实施方式中的脚部安装部15的结构。另外，本实施方式中 的脚部安装部15中不具有所述MP传感器38、脚踵传感器39和内垫构件 37。并且，在将本实施方式的脚部安装部15装置于使用者A各脚部上时, 只需使该脚部的脚趾前端部分通过脚部支承构件100的拱形构件102内 部，将该脚部承载于足底构件101之上，并从鞋体35的鞋体口将脚部插
入鞋体35的内部。
在使用本实施方式中、具有如上述构成的脚部安装部15的行走辅助 装置时，通过该拉力传感器103来测定使用者A的站立腿腿部踩踏力，在 测定过程中，该站立腿腿部踩踏力作为作用于拉力传感器103上的拉力来 进行测定。
而且，在本实施方式中，左右各脚部安装部15的拉力传感器103的 输出代替所述MP传感器38和脚踵传感器39的输出被输入于运算处理装 置51的各踩踏力测量处理机构60内。并且，各踩踏力测量处理机构60 得出以下数值，并将其作为使用者A各腿的临时测量值FRF—p，所述数值 是指将拉力传感器103的输出所表示的力测定值(设拉力为正值)通过了低 通滤波器后的数值，其中，该拉力传感器103对应于各踩踏力测量处理机 构60。而且，各踩踏力测量处理机构60根据该临时测量值FRF—p并按照 所述图7的图表(或是图17的图表)求出踩踏力的测量值FRF。
除了以上所说明的构成及处理以外，其他与所述第一实施方式(或是 第二实施方式)相同。
产业上的利用性
如上所述，本发明因能适当地辅助使用者行走的装置而具有实用性。
权利要求
1.一种行走辅助装置，其具备承受部，其配置在使用者的两腿根部之间以承受来自上方的使用者的一部分重量；左右一对大腿架，其分别经第一关节连结在该承受部上；左右一对小腿架，其分别经第二关节连结在各大腿架上；左右一对脚部安装部，其分别经第三关节连结在各小腿架上，并且分别被装置在所述使用者的左右各腿的脚部上，并且在所述使用者的各腿成为站立腿时接地；左侧用驱动器，其驱动左侧腿支架关节中的第二关节，所述左侧腿支架由左侧的所述第一关节、大腿架、第二关节、小腿架、第三关节以及脚部安装部构成；右侧用驱动器，其驱动右侧腿支架关节中的第二关节，所述右侧腿支架由右侧的所述第一关节、大腿架、第二关节、小腿架、第三关节以及脚部安装部构成，并且，所述行走辅助装置由所述驱动器驱动各腿支架的第二关节，由此，使向上的抬起力从所述承受部作用于使用者，其特征在于，将各腿支架以下述方式连结在所述承受部上，即在以使用者的矢状面来观察该腿支架时，从在所述使用者的各腿成为站立腿时对应于该腿的腿支架的第三关节作用于小腿架的支承力的作用线，从该第三关节起通过规定的点，该规定的点在所述承受部与使用者的接触面的前后方向的宽度内位于该承受部的上方的位置，该行走辅助装置还具备一种机构，该机构将所述支承力作为控制对象力，以该控制对象力成为按照各个腿支架的规定目标值的方式控制所述各驱动器，由此使所述抬起力作用于使用者。
2. 根据权利要求1所述的行走辅助装置，其特征在于， 所述各腿支架的第一关节是以如下方式连结该腿支架的大腿架和所述承受部的关节，即该腿支架以所述规定的点为摆动中心点至少在前后方 向上摆动自如。
3. 根据权利要求l所述的行走辅助装置，其特征在于， 所述各腿支架的第一关节是以使该腿支架在前后方向和左右方向上摆动自如的方式连结该腿支架的大腿架和所述承受部的关节，并且以至少 该腿支架的前后方向的摆动中心点作为所述规定的点位于所述承受部的 上方的方式构成。
4. 根据权利要求l所述的行走辅助装置，其特征在于， 所述左侧用驱动器和右侧用驱动器，分别在比所述第二关节更靠近所述承受部的位置与所述大腿架连结设置，并且具备将各驱动器的驱动力传 递至所述第二关节的左右一对动力传递机构。
5. 根据权利要求l所述的行走辅助装置，其特征在于， 所述行走辅助装置具备踩踏力测量机构，其根据设于所述各脚部安装部的第一力传感器的输 出显示的力检测值来测量所述使用者各腿的踩踏力；目标抬起力设定机构，其设定目标抬起力，该目标抬起力是从所述承 受部作用于所述使用者的向上的抬起力的目标值；第二力传感器，其装于所述各腿支架的小腿架的下端部与第三关节之 间、或各腿支架的第三关节与脚部安装部之间；控制对象力测量机构，其根据所述第二力传感器的输出显示的力检测 值，将实际从各腿支架的第三关节作用在小腿架上的所述支承力作为控制 对象力进行测量；总目标抬起力决定机构，其将所述目标抬起力和支承力的总和作为总 目标抬起力而决定，所述支承力是指用于将从该行走辅助装置的整体重量 中减去所述行走辅助装置中的各第二力传感器的下侧部分的总重量的差 额重量支承于地板的支承力、或者是用于将该行走辅助装置的整体重量支 承于地板的支承力；分配机构，其根据所述使用者左腿的踩踏力和右腿的踩踏力的比例将 该总目标抬起力分配至所述各腿支架上，由此来决定所述总目标抬起力中 作为左侧腿支架的承担量的目标值的目标承担量和作为右侧腿支架的目 标承担量的目标值的目标承担量； 驱动器控制机构，其根据所述左侧腿支架的控制对象力和所述左侧腿 支架的目标承担量，以使该左侧腿支架的控制对象力与目标承担量的差接近于o的方式来控制所述左侧用驱动器，并且根据所述右侧腿支架的控制对象力和所述右侧腿支架的目标承担量，以使该右侧腿支架的控制对象力与目标承担量的差接近于o的方式来控制所述右侧用驱动器。
6.根据权利要求l所述的行走辅助装置，其特征在于，所述行走辅助装置具备踩踏力测量机构，其根据设于所述各脚部安装部的第一力传感器的输出显示的力检测值来测量所述使用者各腿的踩踏力；第二力传感器，其装于所述各腿支架的小腿架的下端部与第三关节之 间、或各腿支架的第三关节与脚部安装部之间；控制对象力测量机构，其根据所述第二力传感器的输出显示的力检测 值，将实际从各腿支架的第三关节作用在小腿架上的所述支承力作为控制 对象力进行测量；目标辅助比设定机构，其设定目标辅助比，所述目标辅助比是在作为 所述使用者的各腿踩踏力的总和的全部踩踏力中、应由行走辅助装置辅助 的力相对于该全部踩踏力的比例的目标值；目标抬起承担量决定机构，其通过将该目标辅助比乘以所述使用者各 腿的踩踏力来决定应从所述承受部作用于所述使用者的向上的抬起力中 的、作为左侧腿支架的承担量的目标值的目标抬起承担量和作为右侧腿支 架的承担量的目标值的目标抬起承担量；分配机构，其根据所述使用者的左腿的踩踏力与右腿的踩踏力的比率 将支承力分配到所述各腿支架上，由此将该支承力中的左侧腿支架的承担 量和右侧腿支架的承担量分别决定为各腿支架的目标装置支承力承担量， 所述支承力是指用于将从该行走辅助装置的整体重量中减去所述行走辅 助装置中的各第二力传感器的下侧部分的总重量的差额重量支承于地板 的支承力、或者是用于将该行走辅助装置的整体重量支承于地板的支承 力；控制对象力目标值决定机构，其将所述左侧腿支架的目标抬起承担量 与目标装置支承力承担量的总和决定为左侧腿支架的所述控制对象力的目标值，并且将所述右侧腿支架的目标抬起承担量与目标装置支承力承担量的总和决定为右侧腿支架的所述控制对象力的目标值；驱动器控制机构，其根据所述左侧腿支架的控制对象力和所述左侧腿 支架的控制对象力的目标值，以使该左侧腿支架的控制对象力与目标值的 差接近于O的方式来控制所述左侧用驱动器，并且，根据所述右侧腿支架 的控制对象力和所述右侧腿支架的控制对象力的目标值，以使该右侧腿支 架的控制对象力与目标值的差接近于O的方式来控制所述右侧用驱动器。
全文摘要
一种行走辅助装置(1)，具有支承来自上方的使用者(A)一部分重量的承受部(2)和经第一关节(10R、10L)连结于该承受部(2)的左右一对腿支架(3R、3L)，并且，各腿支架(3R、3L)下端部的脚部安装部(15R、15L)被装置于使用者(A)各腿的脚部上。各腿支架(3R、3L)以下述方式连结于承受部(2)，即使用者(A)各腿在成为站立腿时，从地面作用于腿支架(3R、3L)上的支承力中、自腿支架(3R、3L)第三关节(14R、14L)传递至小腿架(13R、13L)的支承力作用线从矢状面来看时是起自该第三关节(14R、14L)并通过规定的点(P)，其中，规定的点(P)是位于承受部(2)的上方且在所述承受部(2)与使用者(A)间的接触面前后方向上的宽度内。由此能够将所希望的抬起力稳定地作用于该使用者，其中，所述抬起力用于减轻使用者本来会由其腿部来承担的重量。
文档编号A61H3/00GK101184462SQ20068001868
公开日2008年5月21日 申请日期2006年5月29日 优先权日2005年5月27日
发明者池内康, 野田达哉 申请人:本田技研工业株式会社