CN106926218A - 辅助装置、摆动关节装置、直动可变刚性单元以及机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供辅助装置、摆动关节装置、直动可变刚性单元以及机床。连接于进行往复摆动运动的运动体的辅助装置具备：绕成为摆动运动的中心的摆动中心摆动的第一输出部；具备弹性体和刚性可变部的可变刚性装置，所述弹性体根据所述第一输出部的摆动角度即第一摆动角度而积蓄能量或者释放所述能量，所述刚性可变部使得从所述第一输出部观察的所述弹性体的表观上的刚性可变；检测所述第一摆动角度的第一角度检测部；以及控制装置，所述控制装置根据由所述第一角度检测部检测出的所述第一摆动角度控制所述刚性可变部，从而调整从所述第一输出部观察的所述弹性体的所述表观上的刚性。

Description

辅助装置、摆动关节装置、直动可变刚性单元以及机床

技术领域

本发明涉及进行人的步行改善、作业等的辅助的辅助装置。另外，本发明涉及进行周期性的摆动运动的摆动关节装置、并且是关节的刚性可变的摆动关节装置。另外，本发明涉及直动可变刚性单元以及具有该直动可变刚性单元的机床。

背景技术

例如，日本特开2013－236741、日本特开2013－173190等中记载了对人的步行等进行辅助的辅助装置。日本特开2013－236741所记载的单腿式步行辅助器形成为如下结构：具备被佩戴于人的腰部的腰部佩戴部、大腿连杆部以及小腿连杆部，上述小腿连杆部被佩戴于人的小腿部。上述大腿连杆部的上部相对于上述腰部佩戴部以能够上下转动的方式连结，在上述腰部佩戴部与上述大腿连杆部之间设置有用于对上述大腿连杆部赋予旋转扭矩的扭矩产生装置。即，上述扭矩产生装置的旋转扭矩施加于上述大腿连杆部，由此能够进行步行辅助。上述扭矩产生装置构成为：借助压缩弹簧、凸轮以及凸轮随动件的动作，能够对上述大腿连杆部赋予旋转扭矩。另外，上述扭矩产生装置构成为：能够使用工具对压缩弹簧的压缩量(弹力)进行调整。

在上述的单腿式步行辅助器中，由于构成为使用工具调整扭矩产生装置的压缩弹簧的压缩量，因此无法在步行中途根据上述大腿连杆部的摆动角度调整压缩弹簧的弹力。因此，难以高效地进行步行辅助。另外，也无法进行使人的步行动作接近理想的步行动作的步行改善。

日本特开2013－173190所记载的辅助装置构成为：马达等扭矩产生装置所产生的旋转扭矩施加于大腿连杆部等，由此能够对人的动作进行辅助。在像这样使用马达等作为扭矩产生装置的结构中，在负荷大的情况下需要大输出的马达等，难以抑制功耗。

作为控制进行周期性的运动的关节的装置的例子，例如在日本特开2004－344304中公开了对用户(利用者)的下肢(从髋关节至脚尖)给予辅助力的步行辅助装置。该步行辅助装置具有：以缠绕用户的腰部的方式佩戴的腰部装备、从髋关节的侧方向膝关节的侧方延伸的连结杆、从膝关节的侧方向腿肚延伸的小腿部装备、安装于连结杆中的髋关节的侧方的位置的髋关节促动器、以及安装于连结杆中的膝关节的侧方的位置的膝关节促动器。而且，髋关节促动器被安装于腰部装备的连结部，在髋关节的侧方，使连结杆相对于腰部装备而绕髋关节前后移动。另外，膝关节促动器在膝关节的侧方使小腿部装备相对于连结杆而绕膝关节前后移动。另外，髋关节促动器与膝关节促动器是电动马达，针对该电动马达的电力从安装于腰部装备的电池供给。

另外，在日本特开2012－125388中公开了对用户的小腿(从膝部至脚踝)的运动进行辅助的步行康复训练装置。该步行康复训练装置具有：配置于用户的腰围的控制器、从髋关节的侧方向膝关节的侧方延伸的大腿连杆、从膝关节的两侧方分别向踝关节延伸的小腿连杆、配置于膝关节的侧方的马达、以及从踝关节向脚掌延伸的脚连杆。而且，马达安装于大腿连杆与小腿连杆的连结部、且安装在膝关节的侧方，在膝关节的侧方使小腿连杆相对于大腿连杆而绕膝关节前后移动。另外，针对马达的电力从内置于控制器的电池供给。

另外，在日本特开2013－236741中公开了佩戴于一方的腿为健康腿而另一方的腿为患腿的用户的患腿，对患腿的运动进行辅助的单腿式步行辅助器。该单腿式步行辅助器具有：配置于用户的腰部的侧方的腰部佩戴部、从髋关节的侧方向膝关节的侧方延伸的大腿连杆部、从膝关节的侧方向下方延伸的小腿连杆部、配置于髋关节的侧方的扭矩产生装置、以及配置于膝关节的侧方的减振器。而且，扭矩产生装置由凸轮与压缩弹簧构成，在因健康腿的伸出而患腿向后方移动时，扭矩产生装置产生扭矩，使用所产生的扭矩对患腿的伸出进行辅助，不需要电动马达等促动器。另外，构成为能够对压缩弹簧的初始压缩量进行调整，从而使产生扭矩的大小可变。

日本特开2004－344304所记载的步行辅助装置以及日本特开2012－125388所记载的步行康复训练装置均使用电动马达对下肢或者下肢的一部分的步行动作进行辅助，但若不持续进行来自电池的电力的供给，则无法进行辅助。另外，由于不能使需要步行的辅助的用户携带大且重的电池，因此推定使用比较小且轻型的电池。另外，在日本特开2004－344304以及日本特开2012－125388中并未示出减少电动马达的功耗的特别的结构。因而，推定日本特开2004－344304以及日本特开2012－125388所记载的辅助装置的连续动作时间比较短。

另外，日本特开2013－236741所记载的单腿式步行辅助器不使用电动马达，而利用凸轮与压缩弹簧产生用于使腿伸出的扭矩，连续动作时间比日本特开2004－344304以及日本特开2012－125388长。但是，相对于每个用户的体型的差异(下肢的转动惯量的差异)、每个用户的下肢的移动角度的差异、用户的身体状况或步行场所的倾斜的差异等，用户必须利用一字改锥等工具调整设置于扭矩产生装置的压缩弹簧的上部的决定部的位置而手动调整压缩弹簧的初始压缩量，因此耗费劳力。

在日本特开平9－11124所公开的磨床中，砂轮安装于沿上下方向进行直线往复运动的滑动件。滑动件安装于以摆动轴为中心进行摆动的摆动板，与该摆动板的摆动对应地进行直线往复运动。摆动板在隔着摆动轴而与滑动件相反的一侧具有配重。配重相对于滑动件而相对地进行直线往复运动。通过滑动件与配重相对地进行直线往复运动，能够确保高速运转时的动态平衡。此外，摆动板的摆动由驱动马达驱动。

在磨床中，砂轮轴的质量非常大，因此谋求减少用于使砂轮轴进行直线往复运动的驱动能量。日本特开平9－11124所公开的磨床如上所述以保持动态平衡的方式发挥功能，但不以减少用于使滑动件进行直线往复运动的驱动能量的方式发挥功能。因而，驱动马达的输出未被抑制。

发明内容

本发明的目的在于使得能够高效且良好地进行步行改善等的辅助作业，并且抑制功耗。

另外，本发明提供一种能够通过自动调整进行运动的关节的刚性而自动调整通过运动产生的扭矩，进一步减少使运动体进行运动的电动马达的功耗、或者步行时或移动时的用户的负荷的摆动关节装置。

另外，本发明的目的在于减少用于使直线往复运动体进行直线往复运动的驱动能量。

本发明的第一方式涉及连接于进行往复摆动运动的运动体的辅助装置。辅助装置具备：第一输出部，上述第一输出部绕成为摆动运动的中心的摆动中心摆动；可变刚性装置，上述可变刚性装置具备弹性体和刚性可变部，上述弹性体根据上述第一输出部的摆动角度即第一摆动角度而积蓄能量或者释放上述能量，上述刚性可变部使得从上述第一输出部观察的上述弹性体的表观上的刚性可变；第一角度检测部，上述第一角度检测部检测上述第一摆动角度；以及控制装置，上述控制装置根据由上述第一角度检测部检测出的上述第一摆动角度控制上述刚性可变部，从而调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性。

在上述方式中，也可以形成为，上述运动体是人的身体，上述辅助装置还具备被佩戴于人的身体的身体佩戴件，上述可变刚性装置包含可变刚性机构，上述可变刚性机构具备上述弹性体，且构成为能够改变刚性，上述第一输出部是输出连杆，上述输出连杆在与人的髋关节对应的上述身体佩戴件的规定位置经由上述可变刚性机构连结有转动中心部，且转动自由端侧被佩戴于大腿部，上述刚性可变部是使从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性变化的刚性可变促动器，上述第一摆动角度是上述输出连杆的摆动角度，上述第一角度检测部是检测上述输出连杆的上述摆动角度的角度检测部，上述辅助装置还具备能够输入输入值的输入装置，上述控制装置基于上述角度检测部检测出的检测角度与由上述输入装置输入的上述输入值控制上述刚性可变促动器，上述控制装置在以上述髋关节为中心的上述大腿部的往复转动动作中，控制上述刚性可变促动器而使从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便能够对上述大腿部施加负荷。

根据上述结构，控制装置基于角度检测部检测出的检测角度与由输入装置输入的输入值控制刚性可变促动器。而且，控制装置控制刚性可变促动器而使从输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便能够对大腿部施加负荷。因此，例如，在步行动作等中，形成为使得随着从理想的步行动作(输入值)偏离而对大腿部施加的负荷变大，由此能够进行步行改善等。另外，例如，在下蹲(squat)等中也能够对大腿部施加负荷。并且，由于形成为使可变刚性机构的表观的刚性变化而控制施加于输出连杆的辅助扭矩的结构，因此，与在输出连杆的转动方向施加马达所产生的旋转扭矩的以往的辅助装置相比，能够抑制功耗。

在上述方式中，也可以形成为，以髋关节为中心的大腿部的往复转动动作是步行动作，输入装置构成为：能够对控制装置输入理想的步行动作中的上述大腿部的摆动中心角度，上述控制装置构成为：在实际的步行动作时的输出连杆的摆动中心角度从上述理想的步行动作中的上述大腿部的摆动中心角度偏移的情况下，能够根据上述输出连杆的上述摆动中心角度的偏移角的程度而增大施加于上述大腿部的负荷。通常，人在步行时会无意识地进行减小施加于大腿部的负荷的步行方式。因此，人在步行动作时进行使输出连杆的摆动中心角度接近大腿部的理想的摆动中心角度的步行方式。即，进行使偏移角收敛为零的步行方式。因此，人的步行接近于理想的步行，能够进行步行改善。

在上述方式中，也可以形成为，输入装置构成为：能够对控制装置输入理想的步行动作中的大腿部的最大摆动角度，上述控制装置在实际的步行动作时的上述输出连杆的最大摆动角度与上述理想的步行动作中的上述大腿部的最大摆动角度存在差的情况下，控制上述刚性可变促动器而使从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便上述输出连杆的最大摆动角度接近上述理想的步行动作中的上述大腿部的最大摆动角度。因此，人的步行接近于理想的步行，能够进行步行改善。

在上述方式中，也可以形成为，输入装置构成为：能够将决定输出连杆的最大摆动角度相对于理想的步行动作中的大腿部的最大摆动角度的角度差对从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性的控制造成的影响的程度的步态改善率输入至上述控制装置。因此，能够根据个人的身体的状态调整是迅速地进行步行改善还是慢慢地进行步行改善。

在上述方式中，也可以形成为，输入装置构成为能够将决定对大腿部施加的负荷的程度的负荷率输入至控制装置，上述控制装置控制上述刚性可变促动器从而使从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便基于上述负荷率对上述大腿部施加负荷。因此，例如，在进行下蹲等时，能够调整对大腿部施加的负荷。

在上述方式中，也可以形成为，可变刚性机构的弹性体是与输出连杆的转动中心同轴地设置的盘簧，上述盘簧的一端侧直接或间接地连结于上述刚性可变促动器，上述盘簧的另一端侧直接或间接地连结于上述输出连杆，上述刚性可变促动器改变上述盘簧的一端侧的旋转角度，由此来改变从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性。因此，用于改变从输出连杆观察的可变刚性机构的表观的刚性的控制变得比较容易。

根据本发明的上述方式，能够良好地进行步行改善等的辅助作业。另外，能够抑制功耗。

在上述方式中，也可以形成为，上述运动体是人的身体，上述辅助装置还具备被佩戴于人的身体的身体佩戴件，上述可变刚性装置包含可变刚性机构，上述可变刚性机构具备上述弹性体，且构成为能够改变刚性，上述第一输出部是输出连杆，上述输出连杆在与人的关节对应的上述身体佩戴件的规定位置经由上述可变刚性机构连结有转动中心部，且转动自由端侧被佩戴于以上述关节为中心转动的身体的一部分，上述刚性可变部是使从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性变化的刚性可变促动器，上述第一摆动角度是上述输出连杆的摆动角度，上述第一角度检测部是检测上述输出连杆的上述摆动角度的角度检测部，上述辅助装置还具备测定人从物体承受质量的位置与上述输出连杆的转动中心之间的距离的距离测定部，上述控制装置基于上述角度检测部检测出的检测角度与上述距离测定部测定出的测定距离控制上述刚性可变促动器，上述控制装置控制上述刚性可变促动器而使从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便减轻人的负荷。

在上述结构中，控制装置基于输出连杆的摆动角度以及人从物体承受质量的位置与上述输出连杆的转动中心之间的测定距离控制刚性可变促动器。而且，通过控制装置控制刚性可变促动器，使从输出连杆观察的可变刚性机构的表观的刚性变化，以便减轻人的负荷。由此，在输出连杆施加有与可变刚性机构的表观的刚性对应的由弹力产生的辅助扭矩。即，控制装置能够在辅助装置的动作过程中通过刚性可变促动器使从输出连杆观察的可变刚性机构的表观的刚性变化。因此，与手动调整弹性体的刚性的以往的辅助装置相比，能够以高效率进行辅助作业。另外，由于形成为使可变刚性机构的表观的刚性变化从而控制施加于输出连杆的辅助扭矩的结构，因此，与将马达产生的旋转扭矩附加于输出连杆的转动方向的以往的辅助装置相比，能够抑制功耗。

在上述方式中，距离测定部也可以具有：被佩戴于人从物体承受质量的位置的第一加速度传感器；被安装于输出连杆的转动中心的第二加速度传感器；以及基于上述第一加速度传感器与上述第二加速度传感器的检测值运算上述第一加速度传感器与上述第二加速度传感器之间的距离的运算部。因此，能够在辅助作业过程中连续地测定从输出连杆的转动中心至人从物体承受质量的位置为止的距离。

在上述方式中，也可以形成为，可变刚性机构的弹性体是与输出连杆的转动中心同轴地设置的盘簧，上述盘簧的一端侧直接或间接地连结于上述刚性可变促动器，上述盘簧的另一端侧直接或间接地连结于上述输出连杆，通过上述刚性可变促动器改变上述盘簧的一端侧的旋转角度来改变从上述输出连杆观察的上述可变刚性机构的表观的刚性。因此，用于改变从输出连杆观察的可变刚性机构的表观的刚性的控制变得比较容易。

在上述方式中，也可以在盘簧与输出连杆之间设置有相对于上述盘簧的另一端侧的摆动角度而将上述输出连杆的摆动角度以规定比率保持为较小的减速器。

在上述方式中，也可以具备将第一加速度传感器佩戴于人的手腕的手腕佩戴件。因此，能够将第一加速度传感器可靠地保持于人从物体承受质量的位置。

在上述方式中，也可以形成为，输出连杆的转动中心被保持在与人的肩关节对应的位置，上述输出连杆的转动自由端侧被佩戴于上臂部。因此，能够减轻抬起上臂部时的负荷。

在上述方式中，也可以形成为，输出连杆的转动中心被保持在与人的髋关节对应的位置，上述输出连杆的转动自由端侧被佩戴于大腿部。因此，能够减轻在抬起货物等的抬起动作中人从稍微弯腰的状态站起的站起动作的负荷。

在上述方式中，能够高效地进行辅助作业。另外，也能够抑制功耗。

在上述方式中，也可以形成为，上述辅助装置是连接于进行往复摆动运动的运动体的摆动关节装置，该摆动关节装置交替地反复进行能量积蓄模式和能量释放模式，在能量积蓄模式中，通过上述运动体的运动而将能量积蓄于弹性体，在能量释放模式中，释放积蓄在上述弹性体的上述能量而对上述运动体的运动进行辅助，上述可变刚性装置的上述刚性可变部是使从上述第一输出部观察的上述弹性体的表观上的刚性可变的表观上刚性可变部，上述控制装置根据由上述第一角度检测部检测出的上述第一摆动角度控制上述表观上刚性可变部，从而调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性，上述控制装置基于与上述第一摆动角度对应地作用于上述运动体的重力、或者与上述第一摆动角度和上述运动体的运动状态对应地作用于上述运动体的惯性力、或者上述第一输出部的往复摆动运动轨迹的中央位置中的至少一个，以及上述第一摆动角度，调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性。

根据上述结构，通过使用控制装置与第一摆动角度对应地控制表观上刚性可变部，相对于包含第一输出部的运动体的摆动运动，自动调整为了对摆动运动进行辅助而需要的扭矩的大小，因此能够不耗费劳力地调整扭矩。另外，通过使用弹性体交替地进行能量的积蓄与能量的释放来产生为了对摆动运动进行辅助而需要的扭矩。另外，基于作用于运动体的重力或者作用于运动体的惯性力或者往复摆动运动轨迹的中央位置中的至少一个、以及第一摆动角度，调整弹性体的表观上的刚性，由此能够更适当地控制表观上的刚性。由此，在例如运动体通过电动马达等进行摆动运动的情况下，能够进一步降低电动马达的功耗。另外，在例如运动体是用户的腿的情况下，能够进一步减少步行时或移动时的用户的负荷(使腿动作的能量)。

在上述方式中，也可以形成为，上述弹性体是盘簧，上述盘簧的一端以与上述第一输出部的上述第一摆动角度对应的角度连接于绕上述盘簧的中心即弹簧中心回转的第一输出部侧输入输出轴部，上述盘簧的另一端连接于借助刚性调整用电动马达绕上述弹簧中心回转的刚性调整部件，上述弹性体的表观上的刚性是上述盘簧的表观上的弹簧常数，上述表观上刚性可变部由上述刚性调整用电动马达与上述刚性调整部件构成，利用上述刚性调整用电动马达调整上述刚性调整部件的回转角度，由此来调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性。

根据上述结构，弹性体使用盘簧，例如在将用户的腿设为运动体的情况下，能够与用户的步行或行走等动作对应地适当调整从第一输出部观察的表观上的弹簧常数(刚性)。而且，通过与运动体的动作对应地调整从第一输出部观察的表观上的弹簧常数(刚性)，能够顺畅且适当地进行能量向盘簧的积蓄与能量从盘簧的释放。

在上述方式中，也可以形成为，上述控制装置在基于上述重力以及上述第一摆动角度调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性的情况下，基于包含上述第一输出部在内的上述运动体的质量即运动体质量、从上述摆动中心至包含上述第一输出部在内的上述运动体的重心为止的距离即运动体重心距离、摆动的角频率、重力加速度以及上述第一摆动角度，调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性。

根据上述结构，使用运动体质量、运动体重心距离、摆动角频率、重力加速度以及第一摆动角度，基于作用于运动体的重力与第一摆动角度，调整弹性体的表观上的刚性。由此，能够考虑作用于运动体的重力的影响，更加正确地控制表观上的刚性。

在上述方式中，也可以形成为，上述运动体是人体的从髋关节至膝部为止的大腿部以及膝部以下的小腿部，上述小腿部相对于上述大腿部绕膝关节即膝部中心摆动，上述第一输出部连接于上述大腿部，在上述第一输出部中的与上述膝部中心对应的位置连接有能够相对于上述第一输出部而绕上述膝部中心摆动的第二输出部，上述第二输出部连接于上述小腿部，并具有能够检测上述第二输出部相对于上述第一输出部的摆动角度即第二摆动角度的第二角度检测部，上述控制装置在基于上述重力、上述惯性力、以及上述第一摆动角度调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性的情况下，基于包含上述第一输出部在内的上述大腿部的质量即大腿部质量、从上述摆动中心至上述膝部中心为止的距离即大腿部长度、从上述摆动中心至包含上述第一输出部在内的上述大腿部的重心为止的距离即大腿部重心距离、包含上述第二输出部在内的上述小腿部的质量即小腿部质量、从成为上述小腿部的一端的上述膝部中心至上述小腿部的另一端为止的距离即小腿部长度、从上述膝部中心至包含上述第二输出部在内的上述小腿部的重心为止的距离即小腿部重心距离、上述第一输出部的摆动的角频率、重力加速度、上述第一摆动角度、以及上述第二摆动角度，调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性。

根据上述结构，使用大腿部质量、大腿部长度、大腿部重心距离、小腿部质量、小腿部长度、小腿部重心距离、第一输出部的摆动角频率、重力加速度、第一摆动角度以及第二摆动角度，并基于作用于大腿部以及小腿部的重力以及惯性力、以及第一摆动角度，调整弹性体的表观上的刚性。由此，能够考虑作用于大腿部以及小腿部的重力以及惯性力的影响而更加正确地控制表观上的刚性。

在上述方式中，也可以形成为，上述控制装置在基于上述重力以及上述中央位置与上述第一摆动角度调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性的情况下，基于包含上述第一输出部在内的上述运动体的质量即运动体质量、从上述摆动中心至包含上述第一输出部在内的上述运动体的重心为止的距离即运动体重心距离、摆动的角频率、重力加速度、连结上述摆动中心与上述中央位置的假想直线和重力加速度方向之间的夹角即中央角度、以及上述第一摆动角度，调整从上述第一输出部观察的上述弹性体的上述表观上的刚性。

根据上述结构，使用运动体质量、运动体重心距离、摆动角频率、重力加速度、中央角度、第一摆动角度、作用于运动体的重力以及中央位置、第一摆动角度，调整弹性体的表观上的刚性。由此，能够考虑作用于运动体的重力以及中央位置的影响而更加正确地控制表观上的刚性。

本发明的第二方式涉及一种直动可变刚性单元，具备：直动转动转换机构，上述直动转动转换机构具有直线运动输入输出部与旋转运动输入输出部；可变刚性机构，上述可变刚性机构具有连接于旋转运动输入输出部的弹性体；刚性可变促动器，上述刚性可变促动器连接于可变刚性机构；控制装置，上述控制装置控制刚性可变促动器；以及支承部件，上述支承部件对直动转动转换机构、可变刚性机构以及刚性可变促动器进行支承。直线运动输入输出部连接于进行直线往复运动的直线往复运动体。直动转动转换机构进行能量积蓄动作以及能量释放动作，在能量积蓄动作中，将从直线运动输入输出部被输入的直线往复运动转换成旋转往复运动并从旋转运动输入输出部输出，在上述能量释放动作中，将从旋转运动输入输出部被输入的旋转往复运动转换成直线往复运动并从直线运动输入输出部输出。可变刚性机构中的上述弹性体在上述直动转动转换机构进行能量积蓄动作的情况下，积蓄经由直线运动输入输出部从旋转运动输入输出部被输入的输入能量即来自直线往复运动体的输入能量，可变刚性机构中的上述弹性体在直动转动转换机构进行能量释放动作的情况下，将自身积蓄的能量即积蓄能量经由旋转运动输入输出部与直线运动输入输出部朝直线往复运动体释放。刚性可变促动器使从直动转动转换机构观察的可变刚性机构的弹性体的刚性可变。

在上述结构中，直线往复运动体进行直线往复运动时的动能被朝直线往复运动体自身再次释放，由此能够高效地对直线往复运动体的直线往复运动进行辅助。因而，能够减少例如驱动装置用于使直线往复运动体进行直线往复运动的驱动能量。此外，直线往复运动体进行直线往复运动时的动能被暂时积蓄于弹性体。该弹性体的表观上的刚性(从直动转动转换机构观察的刚性)能够通过刚性可变促动器变更。因而，弹性体的表观上的刚性被调节，由此能够减少例如驱动装置用于使直线往复运动体进行直线往复运动的驱动能量。

在上述方式中，也可以形成为，弹性体是盘簧，盘簧的一端连接于旋转运动输入输出部，盘簧的另一端连接于刚性可变促动器，刚性可变促动器使盘簧绕该盘簧的中心轴线回转，由此使从直动转动转换机构观察的盘簧的刚性即从直动转动转换机构观察的表观上弹簧常数可变。

在上述结构中，通过刚性可变促动器使盘簧的一端回转，能够容易地变更从可变刚性机构观察的表观上弹簧常数。

在上述方式中，也可以形成为，控制装置基于直线往复运动体的质量、旋转运动输入输出部进行往复旋转的角频率、旋转运动输入输出部的当前的旋转角度控制刚性可变促动器，实时地变更表观上弹簧常数，以便降低使直线往复运动体进行直线往复运动的驱动能量。

在上述结构中，通过实时地变更表观上弹簧常数，能够始终降低用于使直线往复运动体进行直线往复运动的驱动能量。

在上述方式中，也可以形成为，直动转动转换机构中的直线运动输入输出部以及转动运动输入输出部由丝杠部件以及嵌合于丝杠部件的螺母、或者齿条以及嵌合于齿条的小齿轮构成。丝杠部件的轴线方向或者齿条的长边方向可以被设定为直线往复运动体的往复运动方向。丝杠部件或者齿条也可以不旋转而与直线往复运动体一同进行直线往复运动。螺母或者小齿轮不沿往复运动方向移动而以能够旋转的方式支承于支承部件。

在上述结构中，能够借助丝杠部件与螺母、或者齿条与小齿轮这样的简单的结构实现直动转动转换机构。

在上述方式中，也可以形成为，直动转动转换机构由多个连杆部件构成，规定的连杆部件中的任意的位置被设为直线运动输入输出部，与规定的连杆部件不同的连杆部件中的任意的位置被设为旋转运动输入输出部。

在上述结构中，能够借助连杆机构的简单的间隔实现直动转动转换机构。

本发明的第三方式涉及机床。该机床具有：上述方式所涉及的直动可变刚性单元、以规定频率进行直线往复运动的直线往复运动体即往复工作台、以及使往复工作台进行直线往复运动的工作台驱动装置，直动可变刚性单元被安装于往复工作台。

在上述结构中，借助直动可变刚性单元，工作台驱动装置用于使往复工作台进行直线往复运动的驱动能量降低。

以下将参照附图记载本发明的典型实施例的特征、优点、以及技术和工业上的意义，其中，相同的附图标记表示相同的部分。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的辅助装置的使用状态的示意侧视图。

图2是表示上述辅助装置的输出连杆与可变刚性机构等的示意主视图。

图3是表示上述辅助装置的输出连杆与可变刚性机构等的示意分解立体图。

图4是上述辅助装置的布线框图。

图5是表示上述辅助装置的角度检测器的输出波形的图。

图6是表示根据上述角度检测器的输出波形检测步行频率的方法的图。

图7是表示实际的步行动作时的输出连杆(大腿部)的最大摆动角度、摆动中心角度与理想的步行动作时的大腿部的最大摆动角度、摆动中心角度的示意图。

图8是表示上述辅助装置的输出连杆与从转动中心至腿部的重心为止的距离的示意放大图。

图9是上述可变刚性机构等的示意分解立体图。

图10是表示上述辅助装置的动作的流程图。

图11是表示本发明的实施方式2所涉及的辅助装置的动作的流程图。

图12是表示本发明的实施方式3所涉及的辅助装置的使用状态的示意侧视图。

图13是表示上述辅助装置的输出连杆与可变刚性机构等的示意俯视图(图12的XIII－XIII向视图)。

图14是表示上述辅助装置的输出连杆与可变刚性机构等的示意分解立体图。

图15是上述辅助装置的布线框图。

图16是表示上述辅助装置的使用状态的示意侧视图。

图17是表示上述辅助装置的输出连杆等的示意放大图。

图18是表示上述辅助装置的可变刚性机构等的分解立体图。

图19是表示本发明的实施方式4所涉及的辅助装置的使用状态的示意侧视图。

图20是在上述辅助装置的使用状态下用于运算假想质量m_h与转动惯量J_B的侧视图。

图21是对构成摆动关节装置的各构成要素的简要形状以及组装位置进行说明的分解立体图。

图22是组装图21所示的各构成要素而构成的摆动关节装置的立体图。

图23是对将图22所示的摆动关节装置佩戴于用户(省略用户的手臂的记载)的状态进行说明的图。

图24是对大腿摆动臂(第一输出部)的摆动状态以及小腿臂(第二输出部)的摆动的例子进行说明的图。

图25是图21的V部的放大图，是对盘簧以及表观上弹簧常数可变部的结构进行说明的分解立体图。

图26是从VI方向观察图22的图，是对与驱动轴部件的驱动轴呈同轴状地设置的各部件的配置进行说明的图。

图27是从XXVII方向观察图26的图，是对变速器的变速输出轴部件的变速后摆动角度相对于大腿摆动臂的第一摆动角度以规定的变速比被放大的状态进行说明的图。

图28示出在大腿摆动臂的摆动角度为零的情况下在盘簧不产生施力扭矩的状态，是示出弹簧支承体(即弹簧固定端)的相对于驱动轴的基准位置的立体图。

图29是示出从图28的状态起使刚性调整部件回转规定回转角度从而使弹簧支承体相对于驱动轴的位置从基准位置移动的状态的图。

图30是示出从图29的状态起大腿摆动臂向前方摆动的情况下的盘簧的自由端与固定端的周围的图。

图31是示出从图29的状态起大腿摆动臂向后方摆动的情况下的盘簧的自由端与固定端的周围的图。

图32是对控制部的输入输出进行说明的图。

图33是对第五实施方式(考虑重力的影响)的处理步骤的例子进行说明的流程图。

图34是用于对第五实施方式(考虑重力的影响)进行说明的示意图。

图35是对第五实施方式的能量降低效果的例子进行说明的图。

图36是对第六实施方式(考虑重力的影响与转动惯量的变化的影响)的处理步骤的例子进行说明的流程图。

图37是用于对第六实施方式(考虑重力的影响与转动惯量的变化的影响)进行说明的示意图。

图38是对第六实施方式的转动惯量的变化的例子进行说明的图。

图39是对第六实施方式的能量降低效果的例子进行说明的图。

图40是对第七实施方式(考虑重力的影响与往复摆动运动轨迹的中央位置的影响)的处理步骤的例子进行说明的流程图。

图41是用于对第七实施方式(考虑重力的影响与往复摆动运动轨迹的中央位置的影响)进行说明的示意图。

图42是第八实施方式所涉及的具有直动可变刚性单元的磨床的立体图。

图43是第八实施方式所涉及的具有直动可变刚性单元的磨床的侧视图。

图44是利用局部剖面表示第八实施方式所涉及的直动可变刚性单元的侧视图。

图45是表示第八实施方式所涉及的直动可变刚性单元的构成部件的一部分的立体图。

图46是以分解状态表示图45所示的构成部件的立体图。

图47是处于自由状态的盘簧的主视图。

图48是表示从图47的状态起使盘簧的内端回转的状态的盘簧的主视图。

图49是表示从图48的状态起驱动刚性可变促动器的状态的盘簧的主视图。

图50是表示从图48的状态起驱动刚性可变促动器的状态的盘簧的主视图。

图51是第九实施方式所涉及的具有直动可变刚性单元的磨床的俯视图。

图52是第九实施方式所涉及的具有直动可变刚性单元的磨床的侧视图。

图53是第十实施方式所涉及的具有直动可变刚性单元的磨床的俯视图。

图54是第十实施方式所涉及的具有直动可变刚性单元的磨床的侧视图。

图55是表示将直动可变刚性单元应用于加工中心的例子的立体图。

图56是表示将直动可变刚性单元应用于加工中心的例子的侧视图。

具体实施方式

以下，基于图1～图10对本发明的实施方式1所涉及的辅助装置10进行说明。本实施方式所涉及的辅助装置10是对人的步行改善进行辅助的装置。此处，图中所示的x方向、y方向以及z方向对应于佩戴辅助装置10的人的前方、上方以及左右方向。

如图1所示，辅助装置10具备：被佩戴于人的上身以及腰围的上身佩戴件12；以及设置于上述上身佩戴件12的腰围部分的支承架台部14。如图2所示，支承架台部14具备：在上身佩戴件12的背面以左右延伸的方式设置的背面板部14z；以及在该背面板部14z的左右两侧相对于上述背面板部14z大致成直角地设置的侧板部14x。而且，在支承架台部14的左右的侧板部14x，如图2所示，在与人的髋关节对应的位置、即与人的髋关节在xy方向上大致相同的位置，形成有轴承孔14j。

如图2所示，在上述支承架台部14的背面板部14z与侧板部14x的左右的角部内侧，设置有左右一对可变刚性机构20(后述)。上述可变刚性机构20沿着z方向设置，该可变刚性机构20的输入轴22e插通于支承架台部14的侧板部14x的轴承孔14j。在可变刚性机构20的输入轴22e，同轴地连结有固定于支承架台部14的侧板部14x的外侧的马达40的旋转轴41。即，可变刚性机构20在能够以输入轴22e的轴心为中心转动的状态下被支承于支承架台部14。

另外，如图2、图3所示，在可变刚性机构20的输出旋转轴26p，以无法相对旋转的状态连结有棒状的输出连杆30的基端部(转动中心部)。即，输出连杆30的转动中心部经由可变刚性机构20而以能够上下转动的状态连结于与人的髋关节对应的支承架台部14的轴承孔14j的位置。输出连杆30是沿着人的大腿部的外侧面配置的连杆，该输出连杆30的前端侧(转动自由端侧)构成为借助大腿佩戴件35而被佩戴于人的大腿部。因此，输出连杆30能够与大腿部一同上下转动。即，上述的上身佩戴件12与支承架台部14相当于本发明的身体佩戴件。

如图2、图3等所示，在输出连杆30的转动中心部安装有检测输出连杆30的摆动角度的角度检测器43。另外，如图1等所示，辅助装置10具备安装于上身佩戴件12的背面的控制箱50。

可变刚性机构20是构成为能够改变从输出连杆30观察的表观的刚性的机构，如图3所示，具备输入部22、盘簧24以及减速器26。输入部22是用于将上述马达40的旋转传递至盘簧24的部分。输入部22具备：以无法相对旋转的状态与马达40的旋转轴41连结的输入轴22e；与该输入轴22e同轴地设置的圆板部22r；以及在输入轴22e的相反侧设置于圆板部22r的周缘的扭矩传递轴22p。而且，输入部22的扭矩传递轴22p连结于盘簧24的外周侧弹簧端部24e。

如图3所示，可变刚性机构20的盘簧24是将带状的板簧成形为螺旋状而成的弹簧，在中心侧与外周侧具备弹簧端部24y、24e。盘簧24构成为能够通过改变外周侧弹簧端部24e相对于中心侧弹簧端部24y的摆动角度来调整弹力。此处，上述盘簧24的弹簧常数例如被设定为k₁。如上所述，盘簧24的外周侧弹簧端部24e以无法相对旋转的状态连结于输入部22的扭矩传递轴22p。另外，盘簧24的中心侧弹簧端部24y以无法相对旋转的状态连结于减速器26的输入旋转轴26e。此处，输入部22与减速器26的输入旋转轴26e被保持为同轴。即，上述盘簧24相当于本发明的弹性体。

减速器26是对由盘簧24的弹力产生的旋转扭矩进行放大并传递至输出连杆30的部件。减速器26具备输入旋转轴26e、输出旋转轴26p、设置于输入旋转轴26e与输出旋转轴26p之间的齿轮机构(省略图示)等。减速器26的输入旋转轴26e与输出旋转轴26p被保持为同轴，构成为输入旋转轴26e旋转n圈则输出旋转轴26p旋转一圈。另外，减速器26的扭矩传递效率被设定为η。

如图3所示，在减速器26的输出旋转轴26p的中心形成有供输出连杆30的旋转中心销(省略图示)嵌合的定位孔26u。另外，在输出旋转轴26p的定位孔26u的周围形成有供输出连杆30的止转销31***的止转孔26k。由此，输出连杆30能够与减速器26的输出旋转轴26p一体地旋转。

如图1所示，控制箱50是安装于上身佩戴件12的背面的箱。如图4所示，在控制箱50收纳有控制器单元52、驱动器单元54以及电源单元56。控制器单元52是控制马达40的旋转角度θ₁的单元。驱动器单元54是驱动马达40的单元，基于来自控制器单元52的信号进行动作。电源单元56是对控制器单元52与驱动器单元54供给电力的单元。

如图4所示，对控制器单元52输入有检测输出连杆30的摆动角度θ的角度检测器43的信号。角度检测器43的角度信号即输出连杆30的摆动角度θ的信号在控制器单元52中由图5所示的时间t的函数表示。如图6所示，在控制器单元52中设定规定的阈值，根据输出连杆30的摆动角度θ的信号大于规定的阈值的时间与小于规定的阈值的时间之差求得人的步行周期T。而且，根据步行周期T的倒数(1/T)运算人的步行频率f，根据上述步行频率f求得角频率ω(ω＝2πf)。

另外，如图4所示，对控制器单元52例如从键盘或者拨号盘等输入装置44输入有在人的步行改善中使用的数值。即，利用输入装置44，如图7所示，对控制器单元52输入步行动作中的理想的大腿部的最大摆动角A_I与大腿部的摆动中心的角度θ₀(摆动中心角度θ₀(中立点))。此处，摆动中心角度θ₀通常相对于铅垂线向前方倾斜约5°，但在施加于输出连杆30的辅助扭矩τ(后述)的运算中，为了方便，认为摆动中心角度θ₀为零(θ₀＝0)。

另外，输入装置44构成为能够对控制器单元52输入步态改善率ε。步态改善率ε是与实际的大腿部的最大摆动角度A_h(输出连杆30的最大摆动角度A_h)相对于理想的大腿部的最大摆动角A_I(参照图7)之差(A_h－A_I)相乘的系数。此处，输出连杆30的最大摆动角度A_h能够根据由角度检测器43检测出的输出连杆30的摆动角度θ求得(参照图5)。步态改善率ε是在0≤ε≤1之间设定的值，用于决定振幅修正增益α。

振幅修正增益α由α＝{1－ε(A_h－A_I)÷A_h}表示，在施加于输出连杆30的辅助扭矩τ(后述)的运算中使用。例如，在步态改善率ε＝0时，不进行相对于最大摆动角之差(A_h－A_I)的步行改善，振幅修正增益α＝1。另外，在步态改善率ε＝1时，最大程度地进行相对于最大摆动角的角度差(A_h－A_I)的步行改善，振幅修正增益α＝A_I÷A_h。

控制器单元52在人的步行动作时，基于角度检测器43的检测值以及来自输入装置44的输入值，控制马达40的旋转角度θ₁(后述)。若马达40的旋转轴41以角度θ₁旋转，则如图9所示，可变刚性机构20的盘簧24的外周侧弹簧端部24e同样以角度θ₁旋转。由此，从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化，能够控制从可变刚性机构20的输出旋转轴26p施加于输出连杆30的旋转扭矩τ(以下称为辅助扭矩τ)。即，控制器单元52相当于本发明的控制装置，马达40相当于刚性可变促动器。另外，角度检测器43相当于本发明的角度检测部，输入装置44相当于本发明的输入部。

接下来，基于图10的流程图对辅助装置10的动作进行说明。此处，图10的流程图所示的处理基于储存于控制器单元52的存储器(省略图示)的程序而被执行。另外，在马达40的旋转角度θ₁的运算等中使用的常量、即步行动作中的理想的大腿部的最大摆动角A_I与摆动中心角度θ₀由输入装置44预先输入至控制器单元52。同样，人的腿部的质量m、腿部的重心位置、绕髋关节的腿部的转动惯量J、以及转动动作中的腿部的粘性d等由输入装置44预先输入至控制器单元52。

在步行前，首先设定步态改善率ε(步骤S101)，上述步态改善率ε由输入装置44输入至控制器单元52(步骤S102)。接下来，若人开始步行(步骤S103)，则检测输出连杆30的摆动角度的角度检测器43的信号被输入至控制器单元52(步骤S104)。由此，在控制器单元52中，如图6所示，使用规定的阈值求得步行周期T，进一步求得步行频率f与角频率ω。接下来，在控制器单元52中，运算与输出连杆30的摆动角度θ、步行频率f、上述步态改善率ε等对应的可变刚性机构20的表观的刚性k_R(马达40的旋转轴41的角度θ₁)(步骤S105)。此外，马达40的旋转轴41的角度θ₁的具体的运算方法后述。而且，控制可变刚性机构20的表观的刚性k_R，从而对施加于输出连杆30的辅助扭矩τ(τ＝k_Rθ)进行调整(步骤S106)。在步行过程中，反复执行从步骤S104至步骤S106的处理。然后，若步行结束(步骤S107)，则辅助装置10成为动作结束状态(结束)。

接下来，基于图8、图9等，对马达40的旋转轴41的角度θ₁的具体的运算步骤进行说明。此处，图8是示意性地表示在实际的步行动作中，大腿部与输出连杆30向上转动了角度θ的样子的图。此外，附图标记c表示人的髋关节与输出连杆30的转动中心，L表示从转动中心c至腿部的重心位置为止的距离。因此，绕转动中心c的因腿部的质量m而引起的扭矩由mg×L×sinθ表示。通过输出连杆30的转动，可变刚性机构20的输出旋转轴26p如图9所示以角度θ转动。因此，在输出连杆30的转动中心c施加有可变刚性机构20的表观的刚性k_R所引起的辅助扭矩τ。辅助扭矩τ由τ＝k_R×θ表示。

另外，绕髋关节的转动惯量J所引起的扭矩由表达式1所示的值表示。

绕髋关节的粘性d所引起的扭矩由表达式2所示的值表示。

因此，使大腿部与输出连杆30向上方转动角度θ时所需的运动扭矩τ_H由表达式3表示。

此处，在角度θ较小的情况下，表达式3的式中的sinθ如表达式4所示那样表示。

因此，若将表达式4的值代入表达式3的式并进行变换，则扭矩τ_H由表达式5所示的式表示。

此处，人进行步行动作时的大腿部与输出连杆30之间的角度θ(以下称为输出连杆30的角度θ)如图5所示，能够以正弦曲线近似。即，由θ＝A_h×sinωt+θ_e表示。此处，如图7所示，A_h是实际的步行动作时的输出连杆30的最大摆动角度，θ_e表示输出连杆30的摆动中心角度。另外，如上所述，相同的步行频率f下的理想的步行动作的大腿部的最大摆动角A_I与摆动中心角度θ₀被预先输入至控制器单元52。因此，若将摆动中心角度θ₀设为零(θ₀＝0)，则相同的步行频率f下的理想的步行动作中的大腿部的角度θ_I如下。即，由θ_I＝A_I×sinωt表示。

此处，如图7所示，实际的步行动作时的输出连杆30的摆动中心角度θ_e表示输出连杆30的摆动中心角度θ_e与理想的摆动中心角度θ₀(θ₀＝0)之间的偏移角。另外，输出连杆30的最大摆动角度A_h能够由理想的步行动作的最大摆动角A_I与角度差A_e之和表示。即，A_h＝(A_I+A_e)。

若将理想的步行动作的大腿部的角度θ_I＝A_I×sinωt代入表达式5，则能够求得理想步行状态下的腿部的运动扭矩τ_S。即，τ_S＝－A_IJω²×sinωt+A_Id×cosωt+A_I×(k_R+mgL)×sinωt。对该式进行变换，则成为τ_S＝A_I×(k_R+mgL－Jω²)×sinωt+A_Id×cosωt。因此，若将从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R调整为Jω²－mgL，则理想步行状态下的腿部的运动扭矩τ_S成为τ_S＝A_Id×cosωt，施加于大腿部的负荷最小。

接下来，若将人实际进行步行动作时的输出连杆30的角度θ＝A_h×sinωt+θ_e＝(A_I+A_e)×sinωt+θ_e代入表达式5，则能够求得实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H。即，τ_H＝－(A_I+A_e)Jω²×sinωt+(A_I+A_e)d×cosωt+(k_R+mgL)×{(A_I+A_e)×sinωt+θ_e}。对该式进行变换，则τ_H＝(A_I+A_e)×(k_R+mgL－Jω²)×sinωt+(A_I+A_e)d×cosωt+(k_R+mgL)×θ_e。此处，若将从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R调整为Jω²－mgL，则实际的步行状态下的腿部的运动扭矩成为τ_H＝(A_I+A_e)d×cosωt+(k_R+mgL)×θ_e，同样，施加于大腿部的负荷最小。

另外，如上所述，理想步行状态下的腿部的运动扭矩为τ_S＝A_Id×cosωt，因此，若使用理想步行状态下的腿部的运动扭矩τ_S表示实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H，则如下所示。即，用τ_H＝τ_S+A_ed×cosωt+(k_R+mgL)×θ_e表示。此处，A_ed×cosωt是非常小的值，因此若认为其大致为零，则实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H由τ_H＝τS+(k_R+mgL)×θ_e表示。这样，即便将从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R调整为Jω²－mgL，实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H也成为比理想步行状态下的腿部的运动扭矩τ_S大(k_R+mgL)×θ_e的值。

即，如图7所示，若实际的步行动作状态下的输出连杆30的摆动中心角度θ_e从理想步行状态下的摆动中心角度θ₀(θ₀＝0)偏移角度θ_e，则施加于大腿部的负荷与偏移角θ_e对应地增大。此处，人在步行时，无意识地进行减小施加于大腿部的负荷的步行方式。因此，人以输出连杆的摆动中心角度接近成为理想的大腿部的摆动中心角度的方式、即以将偏移角θ_e收敛为零的方式进行步行。因此，人的步行接近于理想的步行，能够进行步行改善。

接下来，对由盘簧24的弹簧常数k₁与马达40的旋转角度θ₁表示从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R(以下称为表观的刚性k_R)的步骤进行说明。如图9所示，减速器26的减速比为n：1，因此，若输出连杆30以及减速器26的输出旋转轴26p以角度θ旋转，则减速器26的输入旋转轴26e旋转nθ。因此，在输出连杆30等以角度θ旋转的状态下，施加于减速器26的输入旋转轴26_e的扭矩τ₁由盘簧24的弹簧常数k₁×nθ表示。即，τ₁＝k₁×nθ。另外，减速器26的减速比为n：1，效率为η，因此施加于减速器26的输出旋转轴26p的旋转扭矩τ为τ＝ηnτ₁＝ηn(k₁×nθ)。施加于减速器26的输出旋转轴26p的旋转扭矩τ是施加于输出连杆30的辅助扭矩τ，如上所述由τ＝k_Rθ表示。因此，可变刚性机构20的表观的刚性k_R由k_R＝ηn²k₁表示。

接下来，考虑通过马达40使从马达40侧观察的可变刚性机构20(盘簧24)的中立点以角度θ₁旋转的情况。在该情况下，在输出连杆30等以角度θ旋转的状态下，施加于减速器26的输入旋转轴26e的扭矩τ₁能够由τ₁＝k₁×(nθ－θ₁)表示。因此，施加于减速器26的输出旋转轴26p的辅助扭矩τ能够由τ＝ηnτ₁＝ηnk₁(nθ－θ₁)＝ηn²k₁(1－θ₁/nθ)×θ表示。因而，可变刚性机构20的表观的刚性k_R为k_R＝ηn²k₁(1－θ₁/nθ)。即，通过控制马达40的旋转角度θ₁而使可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化，能够控制辅助扭矩τ。

接下来，对使用步态改善率ε与振幅修正增益α进行步行改善的方法进行说明。此处，振幅修正增益α如上所述由α＝{1－ε(A_h－A_I)÷A_h}表示。振幅修正增益α在求得可变刚性机构20的表观的刚性k_R的式子中使用。即，可变刚性机构20的表观的刚性k_R若使用振幅修正增益α则由k_R＝ηn²k₁(1－θ₁/αnθ)表示。因此，例如，在步态改善率ε＝1的情况下，上述刚性k_R由

k_R＝ηn²k₁(1－θ₁/(A_I÷A_h)nθ) 表达式(1)

表示。其中，表达式(1)不同于上述的表达式1。因而，如图7所示，在理想步行时的最大摆动角A_I比实际的步行时的最大摆动角度A_h大的情况下，上述的表达式(1)的括弧内的值增大，可变刚性机构20的表观的刚性k_R增大。因此，能够进行调整以使得辅助扭矩τ＝k_Rθ增大，从而在增大实际的步行时的最大摆动角度A_h的方向施加辅助扭矩τ。另外，通过在步行的振幅成为最大的时间至振幅成为零的时间的区间中适当地变更上述刚性k_R的值，能够在步行的振幅从零变为最大的区间中高效地施加所需要的辅助扭矩τ。

另外，假设在理想步行时的最大摆动角A_I比实际的步行时的最大摆动角度A_h小的情况下，上述的表达式(1)的括弧内变小，可变刚性机构20的表观的刚性k_R变小。因此，能够进行调整以使得辅助扭矩τ＝k_Rθ变小，实际的步行时的最大摆动角度A_h自然变小。另外，例如，若使步态改善率ε＝0，则振幅修正增益α＝1，可变刚性机构20的表观的刚性k_R由ηn²k₁(1－θ₁/nθ)表示。因此，无法进行理想步行时的最大摆动角A_I与实际的步行时的最大摆动角度A_h之间的角度差所引起的步行改善。另外，通过使步态改善率ε在0～1之间变化，能够调整理想步行时的最大摆动角A_I与实际的步行时的最大摆动角度A_h之间的角度差所引起的步行改善的程度。

此处，在本实施方式中，对步行动作时的一条腿的动作进行了说明，但左右的腿部的动作的相位仅偏移180°，认为各个腿部的动作相同。

根据上述辅助装置10，控制器单元52(控制装置)基于角度检测器43(角度检测部)检测出的检测角度与由输入装置44(输入装置)输入的输入值来控制马达40(刚性可变促动器)。而且，控制器单元52控制马达40而使可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化，以便对大腿部施加规定负荷。由此，能够控制施加于输出连杆30的辅助扭矩τ。因此，与沿输出连杆的转动方向施加马达的旋转扭矩的以往的辅助装置相比，能够抑制功耗。

另外，控制器单元52在实际的步行动作时的输出连杆30的摆动中心角度θ_e从步行动作时的大腿部的理想的摆动中心角度θ₀(θ₀＝0)偏移的情况下，能够与上述偏移角θ_e的程度对应地增大施加于上述大腿部的负荷。通常，人在步行时无意识地进行减小施加于大腿部的负荷的步行方式。因此，人以输出连杆的摆动中心角度θ_e接近大腿部的成为理想的摆动中心角度θ₀(θ₀＝0)的方式进行步行。即，人的步行接近理想的步行，能够进行步行改善。

另外，输入装置44构成为能够对控制器单元52输入成为理想的步行动作的大腿部的最大摆动角度A_I。而且，控制器单元52控制马达40而使可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化，以便实际的步行动作时的输出连杆30的最大摆动角度A_h接近理想的最大摆动角度A_I。因此，人的步行接近理想的步行，能够进行步行改善。另外，构成为能够对控制器单元52输入步态改善率ε，因此能够根据个人的身体的状态来调整是迅速地进行步行改善还是慢慢地进行步行改善。

接下来，基于图11等对本发明的实施方式2所涉及的辅助装置10进行说明。本实施方式所涉及的辅助装置10是对人的步行训练等进行辅助的装置。此处，本实施方式所涉及的辅助装置10的装置结构与在实施方式1中说明了的辅助装置10的装置结构相同，因此省略说明。在本实施方式所涉及的辅助装置10中，使用决定在步行训练等中施加于大腿部的负荷的程度的系数即负荷率γ。此处，负荷率γ是0以上的值(0≤γ)。此外，在本实施方式所涉及的辅助装置10中，并不进行在实施方式1中说明了的那样的步行改善，因此设定为步态改善率ε＝0，由此，振幅修正增益α＝1。

首先，在步行前设定负荷率γ(图11、步骤S121)，上述负荷率γ由输入装置44输入至控制器单元52(步骤S122)。接下来，若人开始步行(步骤S123)，则检测输出连杆30的摆动角度的角度检测器43的信号被输入至控制器单元52(步骤S124)。由此，在控制器单元52中，如图6所示，使用规定的阈值求得步行周期T，并进一步求得步行频率f与角频率ω。接下来，在控制器单元52中，运算与输出连杆30的摆动角度θ、步行频率f、上述负荷率γ等对应的可变刚性机构20的表观的刚性k_R(马达40的旋转轴41的角度θ₁)(步骤S125)。此外，马达40的旋转轴41的角度θ₁的具体的运算方法后述。然后，对可变刚性机构20的表观的刚性k_R进行控制，由此来调整施加于输出连杆30的辅助扭矩τ(τ＝k_Rθ)(步骤S126)。在步行中，反复执行步骤S124至步骤S126的处理。然后，若步行结束(步骤S127)，则辅助装置10成为动作结束状态(结束)。

接下来，对使用负荷率γ求得可变刚性机构20的表观的刚性k_R的步骤进行说明。在实际的步行动作中，如图8所示，使腿部向上方转动角度θ时所需要的运动扭矩τ_H如在实施方式1中说明了的那样，由表达式6表示。

另外，基于图5，假定实际的步行动作时的输出连杆30的摆动角度θ为θ＝A_h×sinωt。此外，如上所述，A_h是输出连杆30的最大摆动角度。另外，由于不考虑步行改善，因此摆动中心角度θ_e设为零(θ_e＝0)。

若将输出连杆30的摆动角度θ代入表达式6，则实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H如下。即，τ_H＝－A_hJω²×sinωt+A_hd×cosωt+A_h×(k_R+mgL)×sinωt。对该式进行变换，则τ_H＝A_h×(k_R+mgL－Jω²)×sinωt+A_hd×cosωt。接下来，将实际的步行状态下的腿部的目标运动扭矩设为τ_H0，使用负荷率γ按照下述方式表示目标运动扭矩τ_H0。即，表示为目标运动扭矩τ_H0＝γA_h×(mgL－Jω²)×sinωt+A_hd×cosωt。若使实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H与目标运动扭矩τ_H0相等，则A_h×(k_R+mgL－Jω²)＝γA_h×(mgL－Jω²)。对该式进行变换，则

k_R＝(γ－1)×(mgL－Jω²) 表达式(2)。

其中，表达式(2)不同于上述的表达式2。

此处，例如，考虑负荷率γ＝0的情况。在该情况下，将γ＝0代入上述的表达式(2)，从而k_R＝－(mgL－Jω²)。若将该式代入实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H的式，即τ_H＝A_h×(k_R+mgL－Jω²)×sinωt+A_hd×cosωt，则τ_H＝A_hd×cosωt，实际的步行状态下的腿部的运动扭矩τ_H最小。即，通过可变刚性机构20发挥作用，施加于大腿部的负荷减轻。接下来，在负荷率γ＝1的情况下，将γ＝1代入上述的表达式(2)，则k_R＝0。即，从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R成为零，成为可变刚性机构20不发挥作用的状态。在该情况下，腿部的运动扭矩τ_H＝A_h×(mgL－Jω²)×sinωt+A_hd×cosωt。即，腿部的运动扭矩τ_H与最小时的运动扭矩τ_H相比增大A_h×(mgL－Jω²)×sinωt，施加于大腿部的负荷增加。

接下来，在负荷率γ＝2的情况下，将γ＝2代入上述的表达式(2)，则k_R＝(mgL－Jω²)。在该情况下，腿部的运动扭矩τ_H＝A_h×2(mgL－Jω²)×sinωt+A_hd×cosωt。即，腿部的运动扭矩τ_H与最小时的运动扭矩τ_H相比增大A_h×2(mgL－Jω²)×sinωt，通过可变刚性机构20发挥作用，施加于大腿部的负荷进一步增加。即，通过适当地设定负荷率γ，能够在步行训练等中调整施加于大腿部的负荷的程度。

此处，从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R如在实施方式1中说明了的那样，能够由可变刚性机构20的盘簧24的弹簧常数k₁与马达40的旋转角度θ₁表示。即，能够由表观的刚性k_R＝ηn²k₁(1－θ₁/nθ)表示。因此，通过以使得马达40的旋转角度θ₁＝(n－k_R/ηnk₁)×θ的方式进行控制，能够调整表观的刚性k_R，从而控制施加于输出连杆30的辅助扭矩τ(τ＝k_Rθ)。

此处，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行不脱离本发明的主旨的范围内的变更。例如，在本实施方式中，示出了将辅助装置10用于步行改善或者步行训练的例子，但也能够用于下蹲等的训练。另外，在本实施方式中，示出了作为可变刚性机构20的弹性体而使用盘簧24的例子，但代替盘簧24，能够使用螺旋弹簧或使用橡胶状的弹性体。另外，在本实施方式中，示出了在可变刚性机构20使用减速器26的例子，但根据弹簧的强度，也能够省略减速器26。另外，在本实施方式中，示出了在左右两侧设置可变刚性机构20以及输出连杆30的例子，但根据训练的种类，也能够仅在一侧设置。

以下，基于图12～图18对本发明的实施方式3所涉及的辅助装置10进行说明。本实施方式所涉及的辅助装置10是在人抬起货物W时对上臂部的向上转动进行辅助的装置。此处，图中所示的x方向、y方向以及z方向与佩戴辅助装置10的人的前方向、上方向以及左方向对应。

如图12所示，辅助装置10具备：佩戴于人的上身的上身佩戴件12；以及设置于上述上身佩戴件12的背面上部的支承架台部14。如图13所示，支承架台部14具备：在上身佩戴件12的背面上部以左右延伸的方式设置的横梁部14y；以及在该横梁部14y的左右两侧与上述横梁部14y大致成直角地设置的侧板部14x。而且，如图13所示，在支承架台部14的侧板部14x的与人的肩关节对应的位置、即与人的肩关节在xy方向上大致相同的位置，形成有轴承孔14j。

如图13所示，在上述支承架台部14的横梁部14y与侧板部14x的左右的角部内侧设置有左右一对可变刚性机构20(后述)。上述可变刚性机构20沿着z方向设置，该可变刚性机构20的输入轴22e插通于支承架台部14的侧板部14x的轴承孔14j。在可变刚性机构20的输入轴22e同轴地连结有固定于支承架台部14的侧板部14x的外侧的马达40的旋转轴41。即，可变刚性机构20在能够以输入轴22e的轴心为中心转动的状态下被支承于支承架台部14。

另外，如图13、图14所示，在可变刚性机构20的输出旋转轴26p，以无法相对旋转的状态连结有棒状的输出连杆30的基端部(转动中心部)。即，输出连杆30的转动中心部经由可变刚性机构20以能够上下转动的状态连结于与人的肩关节对应的支承架台部14的轴承孔14j的位置。输出连杆30是沿着人的上臂部的外侧面配置的连杆，且构成为该输出连杆30的前端侧(转动自由端侧)借助上臂佩戴件735而被佩戴于人的上臂部。即，上述的上身佩戴件12与支承架台部14相当于本发明的身体佩戴件。

如图13、图14等所示，在输出连杆30的转动中心部安装有检测输出连杆30的摆动角度的角度检测器43以及第二加速度传感器46。另外，如图12所示，辅助装置10具备手腕佩戴件37，在该手腕佩戴件37安装有第一加速度传感器744。另外，如图12等所示，辅助装置10具备安装于上身佩戴件12的背面的控制箱50。

可变刚性机构20是构成为能够改变从输出连杆30观察的表观的刚性的机构，如图14所示具备输入部22、盘簧24以及减速器26。输入部22是用于将上述马达40的旋转传递至盘簧24的部分。输入部22具备与马达40的旋转轴41以无法相对旋转的状态连结的输入轴22e、与该输入轴22e同轴地设置的圆板部22r、以及在输入轴22e的相反侧设置于圆板部22r的周缘的扭矩传递轴22p。而且，输入部22的扭矩传递轴22p连结于盘簧24的外周侧弹簧端部24e。

如图14所示，可变刚性机构20的盘簧24是将带状的板簧成形为螺旋状而得的弹簧，在中心侧与外周侧具备弹簧端部24y、24e。盘簧24构成为能够通过改变外周侧弹簧端部24e相对于中心侧弹簧端部24y的摆动角度来调整弹力。此处，上述盘簧24的弹簧常数例如被设定为k₁。如上所述，盘簧24的外周侧弹簧端部24e与输入部22的扭矩传递轴22p以无法相对旋转的状态连结。另外，盘簧24的中心侧弹簧端部24y与减速器26的输入旋转轴26e以无法相对旋转的状态连结。此处，输入部22与减速器26的输入旋转轴26e被保持为同轴。即，上述盘簧24相当于本发明的弹性体。

减速器26是对盘簧24的弹力所引起的旋转扭矩进行放大并传递至输出连杆30的部件。减速器26具备输入旋转轴26e、输出旋转轴26p、设置于输入旋转轴26e与输出旋转轴26p之间的齿轮机构(省略图示)等。减速器26的输入旋转轴26e与输出旋转轴26p被保持为同轴，且构成为通过输入旋转轴26e旋转n圈而输出旋转轴26p旋转一圈。另外，减速器26的扭矩传递效率被设定为η。

如图14所示，在减速器26的输出旋转轴26p的中心形成有供输出连杆30的旋转中心销(省略图示)嵌合的定位孔26u。另外，在输出旋转轴26p的定位孔26u的周围形成有供输出连杆30的止转销31***的止转孔26k。由此，输出连杆30能够与减速器26的输出旋转轴26p一体地旋转。

如图12所示，控制箱50是安装于上身佩戴件12的背面的箱。如图15所示，在控制箱50收纳有控制器单元52、驱动器单元54以及电源单元56。控制器单元52是对马达40的旋转角度进行控制的单元。驱动器单元54是驱动马达40的单元，基于来自控制器单元52的信号动作。电源单元56是对控制器单元52与驱动器单元54供给电力的单元。

如图15所示，对控制器单元52输入有佩戴于手腕的第一加速度传感器744以及安装于输出连杆30的转动中心部的第二加速度传感器46的信号。控制器单元52对第一加速度传感器744与第二加速度传感器46的检测值的x成分进行二重积分并取差，从而运算输出连杆30的转动中心部与手腕之间的x方向的距离L(参照图16)。另外，对控制器单元52输入有检测输出连杆30的摆动角度θ的角度检测器43的信号。另外，从驱动器单元54对控制器单元52输入有马达40的负荷电流I的信号。控制器单元52根据马达40的负荷电流I的信号运算人拿持的货物W的质量m_W等。此外，在驱动器单元54等设置有测定负荷电流I用的传感器等，能够进行上述负荷电流I的测定。

控制器单元52基于输出连杆30的转动中心部与手腕之间的距离L、输出连杆30的摆动角度θ、货物W的质量m_W等的值，对马达40的旋转角度θ₁进行控制，以使得人的作业负荷最小。若马达40的旋转轴41旋转角度θ₁，则如图18等所示，可变刚性机构20的盘簧24的外周侧弹簧端部24e同样旋转角度θ₁。由此，从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化，能够控制从可变刚性机构20的输出旋转轴26p施加于输出连杆30的旋转扭矩τ(以下称为辅助扭矩τ)。

即，上述控制器单元52相当于本发明的控制装置，上述马达40相当于本发明的刚性可变促动器。另外，第一加速度传感器744、第二加速度传感器46以及控制器单元52相当于本发明的距离测定部，控制器单元52相当于本发明的距离测定部中的运算部。

接下来，对在上述的辅助装置10中运算马达40的旋转角度θ₁的步骤进行说明。此处，运算马达40的旋转角度θ₁的程序被储存于控制器单元52的存储器(省略图示)。如图16所示，将人的上臂部的长度尺寸设为L₁，将前臂部的长度尺寸设为L₂。另外，将上臂部的质量设为m₁，将前臂部的质量设为m₂。这些值被预先输入至控制器单元52。在该状态下，首先，利用角度检测器43检测上臂部的角度、即辅助装置10的输出连杆30的角度(相对于铅垂线的角度)θ。另外，基于第一加速度传感器744与第二加速度传感器46的检测值的x成分，运算输出连杆30的转动中心与手腕之间的x方向的距离L(以下称为扭矩半径L)。即，扭矩半径L如表达式7的计算式所示，对第一加速度传感器744的检测值x₁与第二加速度传感器46的检测值x₂分别进行二重积分并取差从而求得。

接下来，对作为运算马达40的旋转角度θ₁的准备而求得集中地施加于手腕的位置的上臂部与前臂部所产生的假想质量m_h的步骤进行说明。如图16所示，若将上臂部的角度设为θ(角度检测器43的检测值)，将前臂部的角度设为θ₂，则扭矩半径L由上臂部的长度尺寸L₁×sinθ与前臂部的长度尺寸L₂×sinθ₂之和表示。即，L＝L₁×sinθ+L₂×sinθ₂。因此，前臂部的角度θ₂由θ₂＝sin^－1((L－L₁×sinθ)÷L₂)表示。若将施加于输出连杆30的转动中心的重力所引起的旋转扭矩设为τ_G，则由旋转扭矩τ_G＝假想质量m_hg×扭矩半径L表示。另外，对于上述旋转扭矩τ_G，若将从上臂部的肩关节至重心为止的距离设为1/2L₁，将从前臂部的肘关节至重心为止的距离设为1/2L₂，则由m₁g×1/2L₁×sinθ与m₂g×(L₁×sinθ+1/2L₂×sinθ₂)之和表示。因而，上述假想质量m_h由m_h＝(m₁×1/2L₁×sinθ+m₂×(L₁×sinθ+1/2L₂×sinθ₂))÷L表示。

接下来，对根据马达40的负荷电流I求得货物W的质量m_W的步骤进行说明。对于马达的产生扭矩τ_M，若将扭矩常量设为κ，则由τ_M＝扭矩常量κ×负荷电流I表示。另外，抬起货物W时的马达的产生扭矩τ_M由用于抬起上肢的旋转扭矩τ_G＝(假想质量m_hg×扭矩半径L)与用于抬起货物W的旋转扭矩τ_W＝(货物W的质量m_Wg×扭矩半径L)之和表示。因此，(用于抬起货物W的旋转扭矩τ_W)＝(马达的产生扭矩τ_M)－(用于抬起上肢的旋转扭矩τ_G)。即，(货物W的质量mWg×扭矩半径L)＝(扭矩常量κ×负荷电流I)－(假想质量m_hg×扭矩半径L)。因而，货物W的质量mW由m_W＝(κ×I－m_hg×L)÷L表示。而且，集中地施加于手腕的质量m由m＝(假想质量m_h+货物W的质量m_W)表示。

接下来，对求得使质量m₁的上臂部与质量m₂的前臂部绕肩关节旋转的情况下的转动惯量J的步骤进行说明。将从上臂部的肩关节至重心为止的距离假定为上臂部的长度尺寸L₁的1/2。同样，将从前臂部的肘关节至重心为止的距离假定为前臂部的长度尺寸L₂的1/2。此时，以肩关节中心为原点的上臂部的重心的坐标如下。即，L_1g＝(L_1gx，L_1gy)＝(1/2×L₁×sinθ，－1/2×L₁×cosθ)。此处，L_1g是从肩关节中心(原点)至上臂部的重心为止的距离。另外，以肩关节中心为原点的前臂部的重心的坐标如下。即，L_2g＝(L_2gx，L_2gy)＝(L₁×sinθ+1/2×L₂×sinθ₂，－L₁×cosθ+1/2×L₂×cosθ₂)。此处，L_2g是从肩关节中心(原点)至前臂部的重心为止的距离。

根据上臂部的重心的坐标与前臂部的重心的坐标表示上肢整体的重心的坐标，则如下所示。即，上肢整体的重心的坐标由L_g＝(L_gx，L_gy)＝((m₁L_1gx+m₂L_2gx)/(m₁+m₂)，(m₁L_1gy+m₂L_2gy)/(m₁+m₂))表示。此处，将│L_g│设为从肩关节中心(原点)起至上肢整体的重心为止的距离，通过表达式8求得。

对于绕肩关节的转动惯量J，若假定为使质量(m₁+m₂)的均质的棒旋转，则根据平行轴定理，能够由下式表示。转动惯量

J＝1/12×(m₁+m₂)×(2│L_g│)²+(m₁+m₂)×(│L_g│)²。

接下来，基于图17、图18对运算马达40的旋转角度θ₁的步骤具体地进行说明。如图17所示，将从输出连杆30的转动中心C起至手腕(第一加速度传感器744)为止的xy平面上的直线距离设为L₀，假设在手腕的位置集中地施加有质量m，进行以下的运算。如上所述，质量m为m＝(假想质量m_h+货物W的质量m_W)。在该状态下，计算使上臂部与输出连杆30向上方转动角度θ时所需要的扭矩T。

绕肩关节的转动惯量J所引起的扭矩为表达式9所示的值。

另外，若将转动动作中的人的粘性设为d，则粘性d所引起的扭矩为表达式10所示的值。

另外，如图18所示，将从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性设为k_R，则可变刚性机构20的输出旋转轴26p从中立点θ₀起旋转角度θ的情况下的扭矩τ由τ＝k_R×(θ－θ₀)表示。此外，中立点θ₀是可变刚性机构20不产生扭矩的角度。另外，质量m所引起的扭矩由mg×L₀×sinθ表示。因此，使上臂部与输出连杆30向上方转动角度θ时所需要的扭矩T由表达式11表示。

接下来，求得***的能量E的总和。首先，转动惯量J所引起的能量由表达式12表示。

另外，可变刚性机构20的弹性能量由1/2×k_R×(θ－θ₀)²表示。另外，势能由mg×L₀×(1－cosθ)表示。因此，***的能量E的总和由表达式13表示。

接下来，求得使***的能量E最小的条件。***的能量E最小的条件是能量E的关于时间的微分值为零。因此，对表达式13所示的式进行微分。若对表达式13进行微分，则成为表达式14。

因此，使***的能量E最小的条件如表达式15所示。

然后，若对表达式15进行变换，求得可变刚性机构20的输出旋转轴26p的中立点θ₀，则如表达式16所示。

即，通过将中立点θ₀调整为表达式16所示的角度，能够使***的能量E最小。即，能够使人的作业负荷最小。

接下来，对利用盘簧24的实际的弹簧常数k₁表示从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R(以下称为表观的刚性k_R)的步骤进行说明。此处，首先，假定中立点θ₀被保持于原点(θ₀＝0)而进行运算。如图18所示，减速器26的减速比为n：1，因此，若输出连杆30以及减速器26的输出旋转轴26p旋转角度θ，则减速器26的输入旋转轴26e旋转nθ。因此，在输出连杆30等旋转角度θ的状态下，施加于减速器26的输入旋转轴26e的扭矩τ₁由盘簧24的弹簧常数k₁×nθ表示。即，τ₁＝k₁×nθ。另外，减速器26的减速比为n：1，效率为η，因此施加于减速器26的输出旋转轴26p的旋转扭矩τ为τ＝ηnτ₁＝ηn(k₁×nθ)。施加于减速器26的输出旋转轴26p的旋转扭矩τ是施加于输出连杆30的辅助扭矩τ，如上所述，由τ＝k_Rθ表示(参照表达式11)。因此，可变刚性机构20的表观的刚性k_R由k_R＝ηn²k₁表示。

接下来，考虑通过马达40使从马达40侧观察的可变刚性机构20(盘簧24)的中立点转动角度θ₁的情况。在该情况下，在输出连杆30等旋转角度θ的状态下，施加于减速器26的输入旋转轴26e的扭矩τ₁能够由τ₁＝k₁×(nθ+θ₁)表示。因此，施加于减速器26的输出旋转轴26p的辅助扭矩τ能够由τ＝ηnk₁(nθ+θ₁)＝ηn²k₁(1+θ₁/nθ)×θ表示。因而，可变刚性机构20的表观的刚性k_R为k_R＝ηn²k₁(1+θ₁/nθ)。即，通过对马达40的旋转角度θ₁进行控制，能够使可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化而对辅助扭矩τ进行控制。

如上所述，使从马达40侧观察的可变刚性机构20的中立点移动角度θ₁，因此可变刚性机构20的输出旋转轴26p的中立点θ₀能够由θ₁＝nθ₀表示。若将该式代入上述的表观的刚性k_R的式，则k_R＝ηn²k₁(1+θ₀/θ)。接下来，若将该式代入上述的表达式16，则能够获得接下来的表达式17。

然后，若对表达式17的两边乘以θ₀进行变换，则能够获得表达式18。

另外，对表达式18进行变换而能够获得表达式19。

此处，如上所述，L₀是从输出连杆30的转动中心C至手腕(第一加速度传感器744)为止的直线距离。因此，L₀×sinθ等于通过手腕的第一加速度传感器744和输出连杆30的第二加速度传感器46求得的扭矩半径L。因此，若将表达式19的L₀×sinθ置换成L，则能够由表达式20所示的式表示。

此处，从马达40侧观察的可变刚性机构20的盘簧24的中立点θ₁由nθ₀表示，因此表达式20能够如表达式21所示那样改写。

辅助装置10的控制器单元52以使得马达的旋转角度成为θ₁的方式进行控制。由此，可变刚性机构20的盘簧24的外周侧弹簧端部24e以成为角度θ₁的方式旋转。结果，以使得***的能量E最小的方式调整从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R，能够控制从可变刚性机构20的输出旋转轴26p施加于输出连杆30的辅助扭矩τ。即，在人抬起货物W时，可变刚性机构20的辅助扭矩τ沿抬起上臂部的方向施加于输出连杆30。由此，人的作业负荷减轻。

根据上述辅助装置10，控制器单元52(控制装置)基于输出连杆30的摆动角度θ以及人从货物W承受质量的位置与输出连杆30的转动中心C之间的距离L(扭矩半径L)，对马达40(刚性可变促动器)进行控制。而且，控制器单元52对马达40进行控制，使从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化，以使得人的负荷最小。即，控制器单元52能够在辅助装置10的动作过程中通过马达40使从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R变化。因此，与手动调整弹性体的刚性的以往的辅助装置相比，能够高效地进行辅助作业。另外，由于形成为通过控制可变刚性机构20的表观的刚性k_R来控制施加于输出连杆30的辅助扭矩τ的结构，因此与在输出连杆的转动方向附加马达所产生的旋转扭矩的以往的辅助装置相比能够抑制功耗。

另外，由于形成为利用第一加速度传感器744与第二加速度传感器46运算扭矩半径L的结构，因此能够在辅助作业中连续地测定扭矩半径L。另外，由于通过改变盘簧24的外周侧弹簧端部24e的旋转角度来改变从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性，因此用于改变可变刚性机构20的刚性的控制变得比较容易。

接下来，基于图19、图20对实施方式4所涉及的辅助装置60进行说明。实施方式4的辅助装置60形成为输出连杆30的转动中心被保持在与人的髋关节对应的位置、输出连杆30的转动自由端侧被佩戴于大腿部的结构。此处，实施方式4的辅助装置60中的可变刚性机构20、控制箱50、第一加速度传感器744、第二加速度传感器46以及角度检测器43与在实施方式3的辅助装置10中使用的部件相同，因此标注相同编号并省略说明。实施方式4的辅助装置60具备上身佩戴件62，在该上身佩戴件62的腰围的位置设置有支承架台部64。而且，在支承架台部64的与髋关节对应的位置设置有可变刚性机构20。另外，在可变刚性机构20的输出旋转轴26p连结有输出连杆30。

在实施方式4所涉及的辅助装置60中，与实施方式3所涉及的辅助装置10的情况同样，根据第一加速度传感器744与第二加速度传感器46的检测值的x成分来运算扭矩半径L。另外，求得集中地施加于手腕的位置的质量m_B，即，m_B＝(假想质量m_h+货物W的质量m_W)，进一步运算绕髋关节的转动惯量J_B。

首先，对求得假想质量m_h的步骤进行说明。如图20所示，考虑连结髋关节A、肩关节B、肘关节C、手腕D的四边形，将边AB的长度设为L₃，将边DA的长度设为L₄，将边AB与边DA的夹角设为ζ₁，将边AB与边BC的夹角设为ζ₂，将边CD与边DA的夹角设为ζ₃。另外，将大腿部与边AB的夹角设为Φ₁，将大腿部与y轴的夹角设为Φ₂，将边DA与x轴的夹角设为Φ₃。另外，将连结肩关节与手腕的线段和边BC的夹角设为Ψ₂，将连结肩关节与手腕的线段和边CD的夹角设为Ψ₃。边DA的长度L₄使用第一加速度传感器744的x成分、y成分以及第二加速度传感器46的x成分、y成分，并通过表达式22求得。

另外，Φ₁通过髋关节的角度检测器43的值求得。Φ₂是髋关节相对于xy坐标系的旋转角度，使用第二加速度传感器46的绕z轴的角加速度成分并通过表达式23求得。

另外，Φ₃使用第一加速度传感器744的x成分、y成分、第二加速度传感器46的x成分、y成分，并通过表达式24求得。

另外，ζ₁使用Φ₁、Φ₂、Φ₃并通过表达式25求得。

若在三角形ABD应用余弦定理，则线段BD的长度a能够通过表达式26求得。

另外，若在三角形BCD应用余弦定理，则Ψ₂、Ψ₃能够通过表达式27求得。

接下来，在三角形ABD应用正弦定理，从而ζ₂、ζ₃能够通过表达式28求得。

对于由包含头部在内的上半身的质量m₃在髋关节产生的扭矩τ₃，若将从髋关节至重心为止的距离设为L_3g，则能够通过表达式29求得。

τ₃＝m₃gL_3gcos(ζ₁+φ₃)＝m₃gL′₃

∵L′₃＝L_3gcos(ζ₁+φ₃) 表达式29

由上臂部的质量在髋关节产生的扭矩τ₁通过表达式30求得。

∵L′₁＝L₃cos(ζ₁+φ₃)+L_1gcos{ζ₁+φ₃-(π-ζ₂)} 表达式30

另外，由前臂部的质量在髋关节产生的扭矩τ₂通过表达式31求得。

∵L′₂＝L₃cos(ζ₁+φ₃)+L₁cos{ζ₁+φ₃-(π-ζ₂)}+L_2gcos{ζ₁+φ₃-(π-ζ₂)+(π-(ζ₁+ζ₂+ζ₃))} 表达式31

综上，若认为由上半身、上臂部、前臂部产生的扭矩等于假定质量集中于手腕部分时由假想质量m_h产生的扭矩，则假想质量m_h能够通过表达式32求得。

m_hgL＝τ₁+τ₂+τ₃＝m₁gL′₁+m₂gL′₂+m₃gL′₃

接下来，对求得绕髋关节的转动惯量J_B的步骤进行说明。若将髋关节、肩关节、肘关节的相对于x轴的旋转角度分别设为θ₃、θ₄、θ₅，则θ₃、θ₄、θ₅能够通过表达式33求得。

θ₃＝ζ₁+φ₃

θ₄＝ζ₁+φ₃-(π-ζ₂)

θ₅＝ζ₁+φ₃-(π-ζ₂)+{π-(ζ₁+ζ₂+ζ₃)} 表达式33

若将上半身的从髋关节至重心为止的距离假定为1/2L₃，则以髋关节中心为原点的上半身、上臂部、前臂部的重心的坐标能够通过表达式34求得。

因而，上半身、上臂部、前臂部整体的重心坐标L_ga＝(L_gax，L_gay)能够由表达式35表示。

此处，从髋关节中心至上半身、上臂、前臂的整体的重心为止的距离能够通过表达式36求得。

因而，对于绕髋关节的转动惯量J_B，若假定为使质量为(m₁+m₂+m₃)的均质的棒旋转，则根据平行轴定理，能够通过表达式37求得。

在像这样求得质量m_B(假想质量m_h+货物的质量m_W)以及转动惯量J_B等后，接下来，基于输出连杆30的角度θ、扭矩半径L，运算使上身绕髋关节向上方转动时所需要的扭矩T。上述扭矩T如在实施方式3中说明了的那样能够通过表达式38求得。

另外，运算***的能量E的总和。能量E的总和如在实施方式3中说明了的那样能够由表达式39表示。

而且，接下来，为了求得使***的能量E的总和最小的条件，如表达式40所示，进行基于能量E的关于时间的微分计算，求得微分值为零的条件。

然后，与实施方式3的情况同样，根据***的能量E的总和最小的条件运算马达40的旋转角度θ₁。旋转角度θ₁能够由表达式41表示。

辅助装置60的控制器单元52以使得马达40的旋转角度成为θ₁的方式、即以使得可变刚性机构20的盘簧24的外周侧弹簧端部24e成为角度θ₁的方式进行控制。结果，能够调整从输出连杆30观察的可变刚性机构20的表观的刚性k_R，控制从可变刚性机构20的输出旋转轴26p施加于输出连杆30的辅助扭矩τ。即，在人抬起货物W时，可变刚性机构20的辅助扭矩τ沿大腿部立起的方向施加于输出连杆30。由此，人的作业负荷减轻。

此处，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行不脱离本发明的主旨的范围内的变更。例如，在本实施方式中，示出了通过第一加速度传感器744与第二加速度传感器46求得从手腕至输出连杆30的转动中心C为止的距离L(扭矩半径L)的例子。但是，例如，也能够在肘关节佩戴角度检测器，根据该角度检测器、输出连杆30的角度检测器43、上臂部以及前臂部的长度尺寸求得上述扭矩半径L。另外，在本实施方式中示出了作为可变刚性机构20的弹性体使用盘簧24的例子，但也能够代替盘簧24而使用螺旋弹簧、或使用橡胶状的弹性体。另外，在本实施方式中示出了可变刚性机构20使用减速器26的例子，但根据弹簧的强度，也能够省略减速器26。另外，在本实施方式中示出了根据马达40的负荷电流I并通过运算求得货物W的质量m_W的例子，但也能够预先测定上述质量m_W并输入至控制器单元52。另外，在本实施方式中示出了在左右两侧设置可变刚性机构20以及输出连杆30的例子，但也能够仅设置于单侧。

首先，以下，使用附图依次对用于实施本发明的摆动关节装置301的整体构造进行说明。此外，当在各图中记载X轴、Y轴、Z轴的情况下，X轴、Y轴、Z轴相互正交，在未特别记载的情况下，Z轴方向表示铅垂向下方向，X轴方向表示相对于用户(佩戴了摆动关节装置的用户)的后方向，Y轴方向表示相对于用户的左方向。此外，在本说明书中，图21所示的“大腿摆动臂313”相当于“第一输出部”，“小腿臂335”相当于“第二输出部”。另外，“电动马达21”相当于“刚性调整用电动马达”。另外，在以下的说明中，示出驱动轴部件6为凸状的部件的例子，但驱动轴部件6可以是凸形状的轴，也可以是对轴进行支承的凹形状(孔形状)。因而，“绕驱动轴部件6”的记载表示与“绕驱动轴部件6的中心轴即驱动轴线6J”或者“绕摆动中心”相同的意思。此外，“驱动轴线6J”相当于“驱动轴”。另外，变速器25的“轴25A”相当于“第一输出部侧输入输出轴部”。另外，“电动马达21”相当于“刚性调整用电动马达”。而且，“刚性调整部件23”与“电动马达21”相当于“表观上弹簧常数可变部”。另外，“盘簧324”相当于“弹性体”。另外，“刚性”是指为了使大腿摆动臂313摆动而需要的每单位角度位移的扭矩。

参照图21～图24对摆动关节装置301的整体结构进行说明。摆动关节装置301被安装于用户的单腿或者用户的双腿，例如对用户的步行或者行走等的动作进行辅助。以下，以在用户的左腿安装摆动关节装置301的例子进行说明。如图21所示，摆动关节装置301由附图标记302、3、4、5、6等所示的用户佩戴部、附图标记313、19等所示的大腿摆动部、附图标记21、322、23、324、25等所示的刚性调整部、以及附图标记335、39等所示的小腿摆动部构成。此外，图21是示出摆动关节装置301的各构成要素的形状与组装位置等的分解立体图，图22中示出组装各构成要素后的状态下的摆动关节装置301。另外，图23对将摆动关节装置301佩戴于用户后的状态进行说明，图24示出大腿摆动臂313以及小腿臂335的摆动的例子。

参照图21～图24，对由基部302、腰部佩戴部(waist attachment portion)3、肩带4、控制单元5、驱动轴部件6等构成的用户佩戴部进行说明。基部302被固定于腰部佩戴部3，是成为用于保持上述大腿摆动部、上述刚性调整部、上述小腿摆动部的基体(基板)的部件。另外，在基部302，在与佩戴摆动关节装置301的用户的髋关节的侧方相当的位置，安装有与Y轴大致平行地延伸的驱动轴部件6。此外，驱动轴部件6插通于大腿摆动臂313的贯通孔13H。此外，驱动轴线6J示出驱动轴部件6的中心轴线(摆动中心轴线)。

腰部佩戴部3是卷绕于用户的腰部并被固定于用户的腰部的部件，且构成为能够根据用户的腰围的尺寸进行调整。另外，在腰部佩戴部3固定有基部302，且连接有肩带4的一端与另一端。

肩带4构成为一端连接于腰部佩戴部3的前表面侧，另一端连接于腰部佩戴部3的背面侧，能够调节长度，且供控制单元5安装。用户通过对肩带4的长度进行调节并将肩带4佩戴于自身的肩部，能够将控制单元5像背包那样背负在后背。

如图32所示，控制单元5收容对电动马达21进行控制的控制部350以及对该控制部350以及电动马达21供给电力的电池360等。此外，控制部350将使用图32后述。

参照图21～图24，对由大腿摆动臂313、大腿佩戴部19等构成的大腿摆动部进行说明。大腿摆动臂313由圆板部13G以及从圆板部13G向下方延伸的臂部构成。而且，在圆板部13G的中心形成有贯通孔13H，在贯通孔13H插通有驱动轴部件6。因而，大腿摆动臂313被支承为绕驱动轴部件6摆动自如。另外，大腿摆动臂313的贯通孔13H配置于与用户的髋关节的侧方相当的位置，设置于大腿摆动臂313的下端的连杆孔13L配置于与用户的膝关节的侧方相当的位置。此外，大腿摆动臂313的向下方延伸的长度构成为能够调整，用户能够根据自身的膝关节的位置而调整连杆孔13L的上下方向的位置。

另外，在大腿摆动臂313安装有大腿佩戴部19，大腿佩戴部19紧贴用户的大腿部(大腿的周围)，从而使得容易将大腿摆动臂323佩戴于用户的大腿部。另外，圆板部13G被固定于变速器25的输入输出部25C(参照图25)，变速器25的输入输出部25C与大腿摆动臂313一体地摆动。因而，变速器25的输入输出部25C以与大腿摆动臂313的摆动角度(swingingangle)相同的角度绕驱动轴线6J摆动。另外，在大腿摆动臂313设置有能够检测大腿摆动臂313相对于基部302(或者驱动轴部件6)的摆动角度即第一摆动角度的第一角度检测部13S(例如编码器)。

参照图21～图24对由小腿臂335、小腿佩戴部(crus attachment portion)39等构成的小腿摆动部进行说明。在小腿臂335形成有用于与大腿摆动臂313的下端的连杆孔13L连接的连杆孔35L。此外，小腿臂335的向下方延伸的长度构成为能够调整为与用户的小腿一致。另外，在小腿臂335安装有小腿佩戴部39，小腿佩戴部39紧贴用户的小腿(腿肚的周围)，从而使得容易将小腿臂335佩戴于用户的小腿部。另外，在小腿臂335设置有能够检测小腿臂335相对于大腿摆动臂313的摆动角度即第二摆动角度的第二角度检测部35S(例如编码器)。

参照图24，对佩戴于用户的摆动关节装置301的动作进行说明。接下来，使用图24，对佩戴于用户的大腿部UL1的大腿摆动臂313的动作与佩戴于用户的小腿部UL2的小腿臂335的动作进行说明。此外，将图24中由实线示出的大腿摆动臂313、小腿臂335的位置设为各臂的初始位置(用户在直立状态静止的位置)。

用户若将大腿部UL1向前方伸出，则大腿摆动臂313从初始位置起以角度θ_a向前方伸出。另外，小腿臂335相对于大腿摆动臂313的摆动角度为角度θ_b。此时，如后所述，使用电动马达21调整盘簧324的固定端的旋转角度，由此来适当地降低需要大的扭矩的大腿部的伸出而减轻用户的负荷。另外，一边使用电动马达21调整盘簧324的固定端的回转角度，一边将大腿部UL1向前方的伸出的能量积蓄于盘簧324。另外，一边使用电动马达21调整盘簧324的固定端的回转角度，一边释放积蓄于盘簧324的能量，从而在大腿部UL1向后方的伸出中加以利用。同样，将使大腿部UL1向后方伸出时的能量积蓄于盘簧324，并在使大腿部UL1向前方伸出时加以利用。

如上，摆动关节装置301交替地反复进行能量积蓄模式与能量释放模式，在能量积蓄模式中，通过运动体(在该情况下为大腿摆动臂313以及用户的大腿部UL1、小腿臂335以及用户的小腿部UL2)的摆动运动来积蓄能量，在能量释放模式中，释放所积蓄的能量而对运动体的摆动运动进行辅助。接下来，对包含盘簧324在内的刚性调整部进行说明。

参照图21～图23、图25～图27，对由电动马达21、托架322、刚性调整部件23、盘簧324、变速器25等构成的刚性调整部进行说明。托架322是相对于基部302固定电动马达21的部件，设置有用于供电动马达21的旋转轴插通的贯通孔22H，且被固定于基部302。另外，如图21、图26所示，大腿摆动臂313的圆板部13G的贯通孔13H、变速器25的轴25A、盘簧324的中心轴、刚性调整部件23的贯通孔23H、托架322的贯通孔22H、电动马达21的输出轴21D被配置为与驱动轴线6J同轴。

如图25所示，对于变速器25(减速器)，输入输出部25C被固定于大腿摆动臂313的圆板部13G。而且，变速器25基于预先设定的变速比[n]，将对朝输入输出部25C输入的输入回转角度θ放大n倍后的输出旋转角度nθ作为轴25A的回转角度输出。因而，如图27所示，变速器25具有若大腿摆动臂313以第一摆动角度(θ_f)摆动则以按照规定的变速比(n)变速后的变速后摆动角度(nθ_f)进行摆动的轴25A。另外，如图25所示，在轴25A形成有用于对盘簧324的自由端24B侧进行固定的沿驱动轴线6J方向延伸的槽即弹簧自由端插通槽25B。此外，对于变速器25，若通过来自盘簧324的施力扭矩而轴25A回转角度θ，则使大腿摆动臂313以回转角度θ·(1/n)回转。

盘簧324绕规定的轴呈螺旋状地卷绕有弹簧材料等弹性体，如图25所示，将位于卷绕的中心部附近的端部即一端设为自由端24B，将位于从卷绕的中心部分离的位置的端部即另一端设为固定端24A。此外，在图25中，自由端24B被固定于轴25A的弹簧自由端插通槽25B，固定端24A被固定于刚性调整部件23的弹簧支承体23J。

在刚性调整部件23形成有供电动马达21的前端部的输出轴21D插通的贯通孔23H，并被输出轴21D支承，且由托架322以及电动马达21固定于基部302。另外，在刚性调整部件23的与盘簧324对置的面，对盘簧324的固定端24A进行支承的弹簧支承体23J设置于从驱动轴线6J分离的位置。例如，弹簧支承体23J是沿着驱动轴线6J方向延伸的轴状部件，且插通于形成在盘簧324的固定端24A的位置的筒状部。而且，刚性调整部件23借助电动马达21而绕驱动轴线6J回转，使得盘簧324的固定端24A的位置在周向可变。这样，刚性调整部件23被支承为绕驱动轴线6J回转自如，通过绕驱动轴线6J以规定回转角度回转，使弹簧支承体23J相对于驱动轴线6J的位置绕驱动轴线6J在周向移动与规定回转角度对应的量。

电动马达21在前端设置有输出轴21D。另外，也可以在输出轴21D设置有减速器。而且，输出轴21D插通于托架322的贯通孔22H，电动马达21被固定于托架322，托架322被固定于基部302。另外，对电动马达21，从被收容于控制单元5的电池以及控制部而与驱动信号一同供给电力。而且，电动马达21使刚性调整部件23相对于托架322(即基部302)绕驱动轴线6J回转，从而能够使盘簧324的固定端24A的位置在周向移动。另外，在电动马达21设置有编码器等旋转角度检测部21S。旋转角度检测部21S将与电动马达21的轴的旋转角度对应的信号输出至控制部。而且，控制部350能够基于来自旋转角度检测部21S的检测信号而检测刚性调整部件23的回转角度。此外，也可以在托架322或基部302设置检测刚性调整部件23相对于托架322的回转角度的角度检测部(角度传感器)。另外，电动马达21由控制部350控制，固定端24A的位置被维持于规定的位置。另外，也可以为了在不向电动马达21通电的状态下维持固定端24A的位置而设置机械式制动器等。另外，也可以通过设置于输出轴21D的减速器将固定端24A的位置维持在规定的位置。

参照图28～图31，对盘簧324的固定端24A的位置与刚性调整角度θ_s进行说明。图28示出图23所示的用户T(利用者)处于直立状态、大腿摆动臂313的摆动角度为零的情况下的例子，示出盘簧324的施力扭矩为零的情况下的例子。而且，示出在图28的例子中的盘簧324的固定端24A的位置处，在自由端24B既不产生绕驱动轴线6J的顺时针方向的施力扭矩也不产生绕驱动轴线6J的“逆”时针方向的施力扭矩的状态下的例子。而且，图28所示的基准线Js示出在大腿摆动臂313的摆动角度为零时、且以使得在自由端24B不产生施力扭矩的方式调整固定端24A的位置后的情况下(调整刚性调整部件23的旋转角度后的情况下)通过驱动轴线6J与弹簧自由端插通槽25B的假想直线，即轴25A的基准回转角度位置。另外，将该图28的例子所示的固定端24A(弹簧支承体23J)的位置设为盘簧324的固定端24A(弹簧支承体23J)的基准位置。此外，图28的例子中，为了容易说明，示出在大腿摆动臂313的摆动角度为零的情况下基准线Js为铅垂方向、且固定端24A位于基准线Js上的情况下的例子。

另外，图29示出从图28所示的状态起，驱动电动马达21而使盘簧324的固定端24A的位置变更至从上述的基准位置起在顺时针方向沿周向移动了旋转角度(θ_s)后的位置的状态。将该状态设为“对盘簧324沿顺时针方向赋予刚性调整角度θ_s的状态”。在该状态下，即便用户T处于直立状态且大腿摆动臂313的摆动角度为零，也借助顺时针方向的刚性调整角度θ_s而在轴25A作用有盘簧324的施力扭矩，从而从轴25A经由变速器25而对大腿摆动臂313作用有施力扭矩。

另外，图30示出在图29所示的赋予了“顺时针方向的刚性调整角度θ_s”的状态下，使大腿摆动臂313沿顺时针方向以摆动角度θ_f摆动的情况下的例子。在将变速器25的变速比设为[n]的情况下，若大腿摆动臂313沿顺时针方向以摆动角度θ_f摆动，则变速器25的轴25A沿顺时针方向以摆动角度nθ_f摆动。即，在图30所示的例子中，在盘簧324产生了与从摆动角度nθ_f减去刚性调整角度θ_s的角度(nθ_f－θ_s)对应的“逆”时针方向的施力扭矩。

另外，图31示出在图29所示的赋予了“顺时针方向的刚性调整角度θ_s”的状态下，使大腿摆动臂313沿“逆”时针方向以摆动角度θ_r摆动的情况下的例子。在将变速器25的变速比设为[n]的情况下，若大腿摆动臂313沿“逆”时针方向以摆动角度θ_r摆动，则变速器25的轴25A沿“逆”时针方向以摆动角度nθ_r摆动。即，在图31所示的例子中，在盘簧324产生了与将摆动角度nθ_r和刚性调整角度θ_s相加而得的角度(nθ_r+θ_s)对应的顺时针方向的施力扭矩。由以上说明了的变速器25(也可以省略变速器25)、盘簧324、刚性调整部件23、电动马达21(刚性调整用电动马达)构成使得从大腿摆动臂313观察的表观上弹簧常数可变的表观上弹簧常数可变部。而且，该表观上弹簧常数可变部使绕驱动轴线6J的刚性可变。如上，“刚性”是指为了使大腿摆动臂313摆动而需要的每单位角度位移的扭矩，从大腿摆动臂313观察的盘簧324的表观上的弹簧常数与该扭矩相关。因而，“从大腿摆动臂313观察的弹性体(盘簧)的表观上的刚性”是“从大腿摆动臂313观察的盘簧324的表观上的弹簧常数”，弹簧常数是刚性的一种。而且，使弹性体的刚性可变，能够以最佳的方式保存能量，并以最佳的方式释放所保存的能量。另外，“使得从大腿摆动臂313观察的弹性体的表观上的刚性可变的表观上刚性可变部”是“使得从大腿摆动臂313观察的盘簧324的表观上的弹簧常数可变的表观上弹簧常数可变部”。

接下来，使用图32对控制部350的输入输出进行说明。在控制单元5收容有控制部350以及电池360。另外，控制单元5设置有起动开关354、输入输出部即触摸面板55、对电池360充电的充电用连接器61等。另外，控制部350(控制装置)具有CPU 50A、马达驱动器352等。此外，还具备存储用于执行控制部350的处理的程序或各种计测结果等的存储装置，但省略图示。

如后所述，控制部350求得使得从大腿摆动臂313观察的盘簧324的表观上弹簧常数成为最佳值的刚性调整部件23的旋转角度即目标刚性调整角度，并经由马达驱动器352将驱动信号输出至电动马达21。电动马达21基于来自控制部350的驱动信号而经由输出轴21D使刚性调整部件23旋转。另外，电动马达21的轴的旋转速度或旋转量由旋转角度检测部21S检测，检测信号被输入至马达驱动器352，并且经由马达驱动器352而被输入至CPU 50A。CPU 50A以使得基于来自旋转角度检测部21S的检测信号的实际的刚性调整部件23的旋转角度接近目标刚性调整角度的方式进行反馈控制。

另外，对控制部350输入有来自第一角度检测部13S的检测信号与来自第二角度检测部35S的检测信号。控制部350能够基于来自第一角度检测部13S的检测信号，检测大腿摆动臂313相对于基部302的第一摆动角度。另外，控制部350能够基于来自第二角度检测部35S的检测信号，检测小腿臂335相对于大腿摆动臂313的第二摆动角度。

起动开关354是用于起动控制部350的开关。另外，触摸面板55是用于进行用户的身高或体重等的输入、或者设定状态的显示等的装置。另外，充电用连接器61是在对电池360进行充电时供充电用电缆连接的连接器。

接下来，使用图33～图35，对考虑了施加于包含大腿摆动臂313在内的用户的下肢即运动体(大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿部UL2(参照图24))的重力的影响的、第五实施方式的控制部的处理步骤的例子进行说明。此外，第五实施方式的摆动关节装置在图21～图24所示的结构中并非必须需要小腿臂335。在省略了小腿臂335的情况下，只要将下述的运动体的质量m₁设为“大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿部UL2的质量”即可。在未省略小腿臂335的情况下，只要将下述的运动体的质量m₁设为“大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿臂335+小腿部UL2的质量”即可。

接下来，使用图33所示的流程图对控制部350的处理步骤进行说明。若用户对控制单元的起动开关进行操作，则控制部进入步骤S110。

在步骤S110中，控制部等待来自触摸面板的用户的初始设定输入。若确认到来自用户的身高与体重的输入，则控制部进入步骤S120。此外，控制部在即便经过了规定时间也未确认到来自用户的输入的情况下，例如设定预先设定的标准身高与标准体重并进入步骤S120。

在步骤S120中，控制部在规定期间的期间，对用户的步行状态(或者行走状态)进行计测，并与计测时间对应地将来自第一角度检测部13S的检测信号作为计测数据存储于存储装置。然后，控制部当在例如规定步数或者规定时间的期间收集计测数据后，进入步骤S130。

在步骤S130中，控制部根据基于来自第一角度检测部13S的检测信号的计测数据，计算大腿摆动臂的第一摆动角度θ等。然后，控制部根据第一摆动角度θ的时间推移推定角频率ω等，进入步骤S140。

在步骤S140中，控制部基于在步骤S110中输入的用户的身高以及体重、在步骤S130中计算出的大腿摆动臂的第一摆动角度θ、大腿摆动臂的角频率ω等，计算能量降低效果最大的盘簧324的表观上的弹簧常数k，进入步骤S150。此外，盘簧324的表观上的弹簧常数k的详细的计算步骤后述。

在步骤S150中，控制部以满足盘簧324的表观上的弹簧常数k的方式计算电动马达21的旋转角度θ₁(刚性调整部件23的旋转角度)，进入步骤S160。此外，电动马达21的旋转角度θ₁(刚性调整部件23的旋转角度)的详细的计算步骤后述。

在步骤S160中，控制部以使得刚性调整部件23的旋转角度成为θ₁的方式对电动马达21进行控制，进入步骤S170。

在步骤S170中，控制部监视步行状态(或者行走状态)，判定用户是否期望停止对步行动作(或者行走动作)的辅助，在判定为期望停止辅助的情况下(是)，结束控制，在判定为不期望停止辅助的情况下(否)，返回步骤S120。

对从运动体观察的盘簧的表观上的刚性k与电动马达21的旋转角度θ₁的计算方法进行说明。以下，按照下述方式进行定义而进行说明。此外，控制部350基于所输入的用户的身高、体重等推定例如下述的l_g、J₁、m₁。另外，c₁、k₁、n、η在控制部350预先设定。τ表示图34所示的绕驱动轴线6J的驱动扭矩[Nm]。τ₁表示电动马达21的马达扭矩[Nm]。J₁表示运动体的转动惯量[kgm²]。c₁表示运动体的粘性系数[Nms/rad]。k表示从运动体观察的盘簧324的表观上的刚性(弹簧常数)[Nm/rad]。k₁表示盘簧324的本来的弹簧常数[Nm/rad]。m₁表示运动体的质量[kg]。g表示重力加速度[m/s²]。l_g表示从摆动中心即驱动轴线6J至运动体的重心UL_g为止的距离[m]。θ表示运动体的摆动角度(大腿摆动臂313的位移角)[rad]。|θ|表示运动体的位移角的振幅[rad]。θ’表示盘簧324的扭转量[rad]。θ₁表示电动马达21的旋转角度(刚性调整部件23的旋转角度)[rad]。ω表示运动体的角频率[rad/s]。t表示时间[s]。n表示变速器25的减速比。η表示变速器25的效率。

运动体的运动方程式能够由下述的表达式42表示。而且，若对表达式42使用5次的泰勒(Taylor)展开，则能够获得下述的表达式43。

此处，若如表达式44那样处理，则能够获得下述的表达式45。

另外，大腿摆动臂313的位移角θ、运动体的位移角的振幅|θ|能够由下述的表达式46、表达式47表示。另外，能够根据表达式44、表达式47获得表达式48。

|θ|＝a/(dω) 表达式47

a＝|θ|c₁ω 表达式48

另外，将表达式48代入表达式45，能够获得下述的表达式49。

在该情况下，扭矩振幅能够由下述的表达式50表示。在该表达式50中，为了使|τ|最小，只要在表达式50中A＝0即可，若将此时的表观上的刚性设为k，则下述的表达式51成立。根据该表达式51能够获得表达式52。

此处，在假定力相互平衡时，从运动体侧观察盘簧的情况下的τ能够由表达式53表示。另外，从盘簧侧观察运动体的情况下的τ能够由表达式54表示。

τ＝kθ 表达式53

τ＝ηnτ₁ 表达式54

在减速器的输入轴产生的扭矩τ₁能够由下述的表达式55表示。此处，若考虑使电动马达21旋转而使盘簧的固定端旋转θ₁，则能够获得以下的表达式56。另外，将表达式56代入表达式55能够获得表达式57。

τ₁＝k₁θ’ 表达式55

θ’＝nθ－θ₁ 表达式56

τ₁＝k₁(nθ－θ₁) 表达式57

将上述的表达式57代入表达式54能够获得以下的表达式58。而且，根据表达式58与表达式53，能够获得以下的表达式59、表达式60。

τ＝ηnk₁(nθ－θ₁)＝ηn²k₁[1－θ₁/(nθ)]θ 表达式58

k＝ηn²k₁[1－θ₁/(nθ)] 表达式59

θ₁＝nθ[1－k/(ηn²k₁)] 表达式60

因而，在图33所示的流程图的步骤S140中，基于上述的表达式59计算表观上的刚性k，在步骤S150中，基于该k的计算结果与上述的表达式60，计算刚性调整部件23的旋转角度θ₁。以上，以使得盘簧324的固定端24A的位置的旋转角度θ₁相对于时刻变化的大腿摆动臂313的第一摆动角度θ满足表观上的刚性k的方式实时地调整旋转角度θ₁，由此能够减少用户的负荷(步行或者行走的能量)。

此外，图35示出了将横轴设为运动体的摆动频率、将纵轴设为驱动运动体一个周期时的消耗能量的情况下，在未进行刚性调整的情况下和进行了在第五实施方式中说明了的刚性调整的情况下的各特性的例子。通过进行第五实施方式的刚性调整(考虑了重力的影响的调整)，能够获得与运动体的摆动频率对应的能量降低效果。

接下来，使用图36～图39对考虑了施加于包含大腿摆动臂313在内的用户的下肢即运动体(大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿臂335+小腿部UL2(参照图24))的重力的影响与转动惯量的变化的影响的、第六实施方式的控制部的处理步骤的例子进行说明。此外，对于第六实施方式的摆动关节装置，在图21所示的结构中，大腿摆动臂313与小腿臂335是必须的，下述的运动体是“大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿臂335+小腿部UL2”。另外，下述的大腿部质量m_up是“大腿摆动臂313+大腿部UL1的质量”，小腿部质量m_un是“小腿臂335+小腿部UL2的质量”。

在佩戴了摆动关节装置的用户步行时，膝部的弯曲角度即第二摆动角度(图37的摆动角度θ_un)在大致180[°]的附近变化较小，上述的运动体的(绕摆动中心的)转动惯量的变动也较小，因此也可以不特意考虑转动惯量的变化的影响。但是，在佩戴了摆动关节装置的用户行走时，如图38所示，膝部的弯曲角度即第二摆动角度在数[°]左右～约180[°]之间大幅变化，因此，运动体的转动惯量的变动大(使膝部更大地弯曲的情况下，转动惯量的变动大)。因而，若一并考虑该转动惯量的变动，则如图39所示，能够获得更大的能量降低效果。

接下来，使用图36所示的流程图，对控制部350的处理步骤进行说明。若用户对控制单元的起动开关进行操作，则控制部进入步骤S210。

在步骤S210中，控制部等待来自触摸面板的用户的初始设定输入。此外，步骤S210与图33所示的步骤S110相同，因此省略详细说明。

在步骤S220中，控制部在规定期间的期间计测用户的步行状态(或者行走状态)，并与计测时间对应地将来自第一角度检测部13S的检测信号以及来自第二角度检测部35S的检测信号作为计测数据存储于存储装置。然后，控制部当在例如规定步数或者规定时间的期间收集计测数据后，进入步骤S230。

在步骤S230中，控制部根据基于来自第一角度检测部13S的检测信号的计测数据，计算大腿摆动臂的第一摆动角度θ_up(参照图37)，根据基于来自第二角度检测部35S的检测信号的计测数据，计算小腿臂相对于大腿摆动臂的第二摆动角度θ_un(参照图37)。然后，控制部根据第一摆动角度θ_up的时间推移推定角频率ω等，进入步骤S235。

在步骤S235中，控制部基于第一摆动角度θ_up、第二摆动角度θ_un来计算转动惯量J₁，进入步骤S240。此外，转动惯量J₁的详细的计算步骤后述。

在步骤S240中，控制部基于在步骤S210中输入的用户的身高以及体重、在步骤S230中计算出的大腿摆动臂的第一摆动角度θ_up、大腿摆动臂的角频率ω、小腿臂的第二摆动角度θ_un、在步骤S235中计算出的转动惯量J₁等，计算能量降低效果最大的盘簧324的表观上的弹簧常数k，进入步骤S250。此外，盘簧324的表观上的弹簧常数k的详细的计算步骤后述。

在步骤S250中，控制部以满足盘簧324的表观上的弹簧常数k的方式计算电动马达21的旋转角度θ₁(刚性调整部件23的旋转角度)，进入步骤S260。此外，电动马达21的旋转角度θ₁(刚性调整部件23的旋转角度)的详细的计算步骤后述。

在步骤S260中，控制部以使得刚性调整部件23的旋转角度成为θ₁的方式对电动马达21进行控制，进入步骤S270。

在步骤S270中，控制部监视步行状态(或者行走状态)，判定用户是否期望停止对步行动作(或者行走动作)的辅助，在判定为期望停止辅助的情况下(是)，结束控制，在判定为不期望停止辅助的情况下(否)，返回步骤S220。

关于转动惯量J₁的计算方法，按照下述方式进行定义而进行说明。此外，控制部350基于所输入的用户的身高、体重等推定例如下述的l_g、l_up、l_un、l_gup、l_gun、m₁、m_up、m_un。另外，c₁、k₁、n、η在控制部350预先设定。τ表示图37所示的绕摆动中心的驱动扭矩[Nm]。τ₁表示电动马达21的马达扭矩[Nm]。J₁表示运动体的转动惯量[kgm²]。c₁表示运动体的粘性系数[Nms/rad]。k表示从运动体观察的盘簧324的表观上的刚性(弹簧常数)[Nm/rad]。k₁表示盘簧324的本来的弹簧常数[Nm/rad]。m₁表示运动体(用户的大腿部+大腿摆动臂+用户的小腿部+小腿臂)的质量(＝m_up+m_un)[kg]。m_up表示“用户的大腿部+大腿摆动臂”的质量[kg]。m_un表示“用户的小腿部+小腿臂”的质量[kg]。g表示重力加速度[m/s²]。l_g表示从摆动中心至运动体整体的重心为止的距离[m]。l_up表示从摆动中心至膝关节(大腿摆动臂与小腿臂的连接部)为止的距离[m]。l_un表示从膝关节至小腿部的下端为止的距离[m]。l_gup表示从摆动中心至“用户的大腿部+大腿摆动臂”的重心为止的距离[m]。l_gun表示从膝关节至“用户的小腿部+小腿臂”的重心为止的距离[m]。θ_up表示第一摆动角度(大腿摆动臂313的位移角、即大腿抬起角度)[rad]。θ_un表示第二摆动角度(小腿臂相对于大腿摆动臂的角度即膝部弯曲角度)[rad]。|θ|表示第一摆动角度的振幅[rad]。θ’表示盘簧324的扭转量[rad]。θ₁表示电动马达21的旋转角度(刚性调整部件23的旋转角度)[rad]。ω表示运动体的角频率[rad/s]。t表示时间[s]。n表示变速器25的减速比。η表示变速器25的效率。

如图37所示，将朝向铅垂下方的方向设定为Z方向，将朝向用户的后方的方向设定为X轴方向。而且，在将图37的摆动中心设为原点(0，0)的情况下，相对于摆动中心的“大腿部+大腿摆动臂”的重心的X轴方向的坐标l_gupx与该重心的Z轴方向的坐标l_gupz能够由以下的表达式61、表达式62表示。

l_gupx＝－l_gupsinθ_up 表达式61

l_gupz＝l_gupcosθ_up 表达式62

另外，相对于摆动中心的“小腿部+小腿臂”的重心的X轴方向的坐标l_gunx与该重心的Z轴方向的坐标l_gunz能够由以下的表达式63、表达式64表示。

l_gunx＝－l_upsinθ_up+l_gunsin(θ_up+θ_un) 表达式63

l_gunz＝l_upcosθ_up－l_guncos(θ_up+θ_un)…表达式64

综上，相对于摆动中心的运动体整体“大腿部+大腿摆动臂+小腿部+小腿臂”的重心的X坐标l_gx、该重心的Z坐标l_gz能够由以下的表达式65、表达式66表示。

l_gx＝(l_gupxm_up+l_gunxm_un)/(m_up+m_un) 表达式65

l_gz＝(l_gupzm_up+l_gunzm_un)/(m_up+m_un) 表达式66

另外，对于绕摆动中心的运动体整体的转动惯量J，假定使长度l_g、质量(m_up+m_un)的均质的细长的棒从端部旋转而求得。此时，根据平行轴定理，能够用以下的表达式67导出转动惯量J。此外，表达式68也成立。

J＝(1/12)(m_up+m_un)(2l_g)²+(m_up+m_un)(l_g)² 表达式67

对从运动体观察的盘簧的表观上的刚性k与电动马达21的旋转角度θ₁的计算方法进行说明。将上述的表达式67的J设为J₁，代入第五实施方式的表达式42的J₁。换句话说，将表达式67的J代入第五实施方式的表达式52的J₁，由此能够获得盘簧的表观上的刚性k。另外，将所获得的表观上的刚性k的值代入第五实施方式的表达式60，由此能够获得电动马达21的旋转角度θ₁。

因而，在图36所示的流程图的步骤S240中，按照上述方式计算表观上的刚性k，在步骤S250中，基于该k的计算结果与上述的表达式60计算刚性调整部件23的旋转角度θ₁。以上，以使得盘簧324的固定端24A的位置的旋转角度θ₁相对于时刻变化的大腿摆动臂313的第一摆动角度θ_up与小腿臂335的第二摆动角度θ_un满足表观上的刚性k的方式实时地调整旋转角度θ₁，由此能够减少用户的负荷(步行或者行走的能量)。

此外，图39示出了在将横轴设为运动体的摆动频率、将纵轴设为驱动运动体一个周期时的消耗能量的情况下，在未进行刚性调整的情况下、进行了在第五实施方式中说明了的刚性调整的情况下、进行了在第六实施方式中说明了的刚性调整的情况下的各特性的例子。通过进行第六实施方式的刚性调整(考虑了重力的影响与转动惯量的变化的影响的调整)，与第五实施方式的刚性调整(考虑了重力的影响的调整)相比，能够获得更大的能量降低效果。

接下来，使用图40、图41对考虑了施加于包含大腿摆动臂313在内的用户的下肢即运动体(大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿部UL2(参照图24))的重力的影响与往复摆动运动轨迹的中央位置(盘簧的中立点)的影响的、第七实施方式的控制部的处理步骤的例子进行说明。此外，对于第七实施方式的摆动关节装置，在图21～图24所示的结构中，并非必须需要小腿臂335。在省略了小腿臂335的情况下，只要将下述的运动体的质量m₁设为“大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿部UL2的质量”即可。在未省略小腿臂335的情况下，只要将下述的运动体的质量m₁设为“大腿摆动臂313+大腿部UL1+小腿臂335+小腿部UL2的质量”即可。

在佩戴了摆动关节装置的用户的步行时，通常，大腿摆动臂313的往复摆动运动轨迹的中央位置P_c(参照图41)与铅垂下方即基准线Js的位置不同，而成为朝用户的前方倾斜了中央角度(通常为约2～3[°]左右)的位置。因而，若一并考虑该中央角度的影响，则能够获得更大的能量降低效果。此外，如图41所示，中央角度是连结摆动中心(驱动轴线6J)与中央位置Pc的假想直线Jc和重力加速度方向的夹角，在图41的例子中，是假想直线Jc与基准线Js的夹角。

接下来，使用图40所示的流程图对控制部350的处理步骤进行说明。若用户对控制单元的起动开关进行操作，则控制部进入步骤S310。

在步骤S310中，控制部等待来自触摸面板的用户的初始设定输入。此外，步骤S310与图33所示的步骤S110相同，因此省略详细的说明。

在步骤S320中，控制部在规定期间的期间计测用户的步行状态(或者行走状态)，并与计测时间对应地将来自第一角度检测部13S的检测信号作为计测数据存储于存储装置。然后，控制部当例如在规定步数或者规定时间的期间收集计测数据后，进入步骤S330。

在步骤S330中，控制部根据基于来自第一角度检测部13S的检测信号的计测数据，计算大腿摆动臂的第一摆动角度θ(参照图41)。然后，控制部根据第一摆动角度θ的时间推移来推定角频率ω等，进入步骤S340。

在步骤S340中，控制部基于在步骤S310中输入的用户的身高以及体重、在步骤S330中计算出的大腿摆动臂的第一摆动角度θ、大腿摆动臂的角频率ω等，计算能量降低效果最大的盘簧324的表观上的弹簧常数K、盘簧324的中立点(盘簧不产生扭矩的位置)的角度θ_c，进入步骤S350。此外，盘簧324的表观上的弹簧常数K、中立点的角度θ_c的详细的计算步骤后述。

在步骤S350中，控制部以使得满足盘簧324的表观上的弹簧常数K的方式计算电动马达21的旋转角度θ₁(刚性调整部件23的旋转角度)，进入步骤S360。此外，电动马达21的旋转角度θ₁(刚性调整部件23的旋转角度)的详细的计算步骤后述。

在步骤S360中，控制部以使得刚性调整部件23的旋转角度成为θ₁的方式对电动马达21进行控制，进入步骤S370。

在步骤S370中，控制部监视步行状态(或者行走状态)，判定用户是否期望停止对步行动作(或者移动动作)的辅助，在判定为期望停止辅助的情况下(是)结束控制，在判定为不期望停止辅助的情况下(否)返回步骤S320。

对从运动体观察的盘簧的表观上的刚性K与中立点的角度θ_c的计算方法进行说明。以下，如图41所示，按照下述的方式进行定义而进行说明。此外，控制部350基于所输入的用户的身高、体重等推定例如下述的l、J、m。另外，c、k₁、n、η在控制部350预先设定。τ表示绕驱动轴线6J的驱动扭矩[Nm]。τ₁表示电动马达21的马达扭矩[Nm]。J表示运动体的转动惯量[kgm²]。c表示运动体的粘性系数[Nms/rad]。K表示从运动体观察的盘簧324的表观上的刚性(弹簧常数)[Nm/rad]。k₁表示盘簧324的本来的弹簧常数[Nm/rad]。m表示运动体的质量[kg]。g表示重力加速度[m/s²]。l表示从摆动中心即驱动轴线6J至运动体的重心UL_g为止的距离[m]。θ表示运动体的摆动角度(大腿摆动臂313的位移角)[rad]。|θ|表示运动体的位移角的振幅[rad]。θ’表示盘簧324的扭转量[rad]。θ₁表示电动马达21的旋转角度(刚性调整部件23的旋转角度)[rad]。θ_c是为了计算θ₁而假想地设定的角度，示出盘簧的中立点(盘簧未输出扭矩时的假想的位置)的角度[rad]。表示运动体的往复摆动运动轨迹的中央位置的角度即中央角度[rad]。P_c表示运动体的往复摆动运动轨迹的中央位置。ω表示运动体的角频率[rad/s]。t表示时间[s]。n表示变速器25的减速比。η表示变速器25的效率。

在将驱动扭矩设为T时，考虑了盘簧的中立点的角度θ_c时的输出连杆(大腿摆动臂)的动力学特性由下述的表达式69给出。此处，为了简化，若近似认为sinθ≈θ，则表达式69被改写成以下的表达式70。

在表达式70中，为了使***的能量最小化，只要使下述的表达式71成立即可。

此处，若α＝(K+mgl)/J，β＝Kθ_c/J，则表达式71被改写成以下的表达式72。另外，若在表达式72中建立使右边为0的齐次方程式，则成为以下的表达式73。

若将θ＝eλt代入表达式73，并求得特征方程的解，则能够求得以下的表达式74所示的解。因而，齐次方程式的基本解为以下的表达式75。

接下来，若求解右边不为0的情况，则根据朗斯基行列式，能够获得以下的表达式76。对其进行求解，求得特殊解，则导出以下的表达式77。

综上，非齐次方程式的一般解由以下的表达式78给出。

此处，若A₁＝A₂＝A/2，则能够将表达式78如表达式79那样改写。

另一方面，往复摆动运动能够由以下的表达式80表现。另外，表达式79、表达式80示出同一运动，因此，根据上述式，从运动体观察的盘簧的表观上的刚性K以及成为盘簧的中立点的位置的角度θ_c成为以下的表达式81、表达式82。此外，表达式81能够利用表达式79根据求得。另外，表达式82能够利用表达式79根据[K/求得。

K＝Jω²－mgl 表达式81

对电动马达21的旋转角度θ₁的计算方法进行说明。在将变速器的减速比设为n，将变速器的效率设为η，将盘簧的本来的弹簧常数设为k₁，并假定力相互平衡时，输出连杆(大腿摆动臂)的驱动扭矩τ能够由以下的表达式83、表达式84表现。此外，第五实施方式的表达式53示出θ_c＝0的情况。

τ＝K(θ－θ_c) 表达式83

τ＝ηnτ₁ 表达式84

此处，τ₁是在变速器的输入侧(电动马达21侧)产生的扭矩，能够根据输出连杆(大腿摆动臂)的旋转角θ与刚性调整部件23的旋转角度θ₁(电动马达21的旋转角度)用以下的表达式85表现。

τ₁＝k₁(nθ－θ₁) 表达式85

若将表达式85代入表达式84，则能够获得以下的表达式86。

τ＝ηnk₁(nθ－θ₁) 表达式86

根据表达式86、表达式83，θ₁如以下的表达式87所示。

θ₁＝n(θ－θ_c)[1－K/(ηn²k₁)]+nθ_c＝nθ[1－K/(ηn²k₁)]+(Kθ_c)/(ηn²k₁) 表达式87

根据表达式82、表达式87，能够获得以下的表达式88。

因而，在图40所示的流程图的步骤S340中，基于上述的表达式81计算表观上的刚性K，基于该K的计算结果与上述的表达式82计算中立点的角度θ_c。然后，在步骤S350中，基于表观上的刚性K、中立点的角度θ_c、表达式88、表达式82，计算刚性调整部件23的旋转角度θ₁。以上，以使得盘簧324的固定端24A的位置的旋转角度θ₁相对于时刻变化的大腿摆动臂313的第一摆动角度θ满足表观上的刚性K的方式实时地调整旋转角度θ₁，由此能够减少用户的负荷(步行或者行走的能量)。

以上，在第五实施方式中，对考虑重力的影响的方法进行了说明。另外，在第七实施方式中，考虑了重力的影响与往复摆动运动轨迹的中央位置(盘簧的中立点)的影响，但在仅考虑往复摆动运动轨迹的中央位置的情况下，只要假定上述的表达式69的右边的mglsinθ为零，排除与重力的影响相关的项而计算旋转角度θ₁即可。另外，在第六实施方式中，考虑了重力的影响与转动惯量的变化的影响，但在仅考虑转动惯量的变化的影响的情况下，只要假定上述的表达式52的右边的第二项为零，排除与重力的影响相关的项而计算旋转角度θ₁即可。另外，通过将仅考虑中央位置的方法应用于第六实施方式，能够考虑重力的影响、转动惯量的变化的影响、中央位置的影响，能够获得更大的能量降低效果。另外，通过从考虑重力的影响、转动惯量的变化的影响、中央位置的影响的方法排除重力的影响的项，能够形成考虑了转动惯量的变化的影响与中央位置的影响的方法。如上，基于与第一摆动角度对应地作用于运动体的重力(重力的影响)、与第一摆动角度和运动体的运动状态对应地作用于运动体的惯性力(转动惯量的变化的影响)、大腿摆动臂的往复摆动运动轨迹的中央位置(中央位置的影响)中的至少一个、以及第一摆动角度，调整从大腿摆动臂观察的盘簧的表观上的刚性(弹簧常数)，由此，与以往相比，能够获得更大的能量降低效果。

本发明的摆动关节装置的构造、结构、形状、外观、处理步骤、运算式等能够在不变更本发明的主旨的范围内进行各种变更、追加、删除。

在本实施方式中说明了的摆动关节装置的用途并不限定于对用户的下肢的摆动运动(步行或行走)进行辅助的用途，能够应用于使用电动马达等进行周期性的摆动运动的各种设备或装置等各种对象物。

另外，在本实施方式的说明中，对在大腿摆动臂313与盘簧324之间设置变速器25、在大腿摆动臂313间接地连接盘簧324的例子进行了说明，但也可以省略变速器25，将大腿摆动臂313与盘簧324直接连接。

另外，在本实施方式中，以作为弹性体使用了盘簧324的例子进行了说明，但代替盘簧324，能够使用各种弹性体。例如，也可以是呈螺旋状地卷绕的伸缩弹簧、板簧、波形弹簧等其他的弹性体。另外，也可以是橡胶、树脂等弹性材料，或者利用了油那样的液体、气体的弹性体。能够根据保存能量的对象物(动作)的运动量或保存的能量的量而变更弹性体。在保存的能量比较少的情况下，使用弹性材料较有效。另外，对于用户的步行或行走等的动作，从比较大的能量的保存量、弹簧常数(刚性)等的大小、调整的容易性等出发，使用盘簧较有效。另外，盘簧从成本方面来看也优越。

以上说明了的摆动关节装置作为用户的左腿用的摆动关节装置进行了说明，但也可以追加右腿用的基部(基部302的左右对称版)、右腿用的大腿摆动部(附图标记313、19等所示的各部件的左右对称版)、右腿用的刚性调整部(附图标记21、322、23、324、25等所示的各部件的左右对称版)、右腿用的小腿摆动部(附图标记335、39等所示的各部件的左右对称版)，从控制单元5对用户的两腿的步行动作(或者行走动作)进行辅助。

另外，根据上述实施方式，在用户的步行以及行走中，从开始步行以及行走的低速时的周期性的摆动运动的频率低时起，直至提高了步行以及行走的速度后的高速时的周期性的摆动运动的频率高时为止，考虑重力、用户的倾斜姿态、惯性力所产生的影响，对表观上刚性可变部进行控制，由此能够对摆动运动的频率(运动体的频率)进行最佳的控制。在摆动运动的频率低时，重力的影响增大，但能够进行考虑了该重力的影响的控制，摆动运动的频率越高重力的影响越少，惯性力的影响增大，但能够进行考虑了该惯性力的影响的控制等。另外，也能够根据用户的倾斜姿态的程度而进行控制，能够获得高效的能量降低效果。

使用附图对用于实施本发明的第八实施方式进行说明。在本实施方式中，列举作为机床的一个例子的磨床，对该磨床所具有的直动可变刚性单元进行说明。此外，在各图中，在记载X轴、Y轴、Z轴的情况下，X轴、Y轴、Z轴相互正交。

图42、图43所示的磨床100具有对象物支承台110、工作台支承台120、往复工作台130(直线往复运动体)、工作台驱动装置140、以及直动可变刚性单元1。对象物支承台110与工作台支承台120在Z轴方向邻接配置。对象物支承台110具有沿X轴方向延伸的对象物支承轴112。在对象物支承轴112的前端安装有磨削对象物114。磨削对象物114被支承为能够绕对象物支承轴112旋转。磨削对象物114的从X轴方向观察的截面形状例如并非正圆。此外，作为磨削对象物114的支承方法，也可以从磨削对象物114的两侧通过卡盘或顶尖对该磨削对象物114进行支承。

往复工作台130位于工作台支承台120上方。往复工作台130沿着沿Z轴方向延伸的导轨Ra进行直线往复运动。通过该直线往复运动，往复工作台130相对于对象物支承台110接近或者远离。往复工作台130具有砂轮134。砂轮134由从往复工作台130沿X轴方向延伸的砂轮支承轴132支承为能够绕该砂轮支承轴132旋转。砂轮134在往复工作台130接近对象物支承台110时对磨削对象物114进行磨削。此外，在往复工作台130的下表面安装有与导轨Ra对置的滑动件AT。

工作台驱动装置140例如是线性马达，构成为使磁场作用于导轨Ra与滑动件AT。工作台驱动装置140使往复工作台130以规定频率ω(规定周期T)进行直线往复运动。工作台驱动装置140使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量由后面说明的直动可变刚性单元1辅助而使之最小化。

直动可变刚性单元1被安装于往复工作台130，详细而言，在Z轴方向上安装于与对象物支承台110相反侧。此外，直动可变刚性单元1在图42、图43中由罩覆盖。直动可变刚性单元1(参照图44～图46)具有：具有丝杠部件512(直动运动输入输出部)与螺母13(旋转运动输入输出部)的直动转动转换机构510、减速器520、具有盘簧530(弹性体)的可变刚性机构36、回转部件540、刚性可变促动器550、控制装置560、以及由工作台支承台120构成的支承部件。此外，在图45、图46中，省略了控制装置560以及工作台支承台120。如图44～图46所示，螺母13、减速器520、盘簧530、回转部件540以及刚性可变促动器550在Z轴方向上从往复工作台130侧起依次配置。另外，丝杠部件512、螺母13的贯通孔13b、减速器520的输入输出筒522以及输入输出轴524、盘簧530、回转部件540的圆筒部42、刚性可变促动器550的马达输出轴552全部同轴地配置，在图45、图46中，对这些中心轴线标注统一的附图标记W。中心轴线W沿Z轴方向延伸。

丝杠部件512(参照图44～图46)例如是滚珠丝杠。丝杠部件512贯通螺母13的贯通孔13b。丝杠部件512的一端即连接端12a连接于往复工作台130。丝杠部件512不绕自身的中心轴线W旋转，而与往复工作台130一同进行直线往复运动。

螺母13(参照图44～图46)经由多个滚动体Ba(例如滚珠)而与丝杠部件512的螺旋槽嵌合。螺母13以不沿Z轴方向移动而能够绕贯通孔13b的中心轴线W旋转的方式被工作台支承台120的螺母支承部126(参照图44)支承。螺母13伴随着丝杠部件512的直线往复运动而进行旋转往复运动。此外，螺母13具有朝减速器520突出的嵌入棒13a。

丝杠部件512以及螺母13进行在盘簧530积蓄能量的能量积蓄动作与从盘簧530释放能量的能量释放动作。在能量积蓄动作中，从往复工作台130输入至丝杠部件512的直线往复运动由螺母13转换成旋转往复运动，螺母13将旋转往复运动输出至盘簧530。在能量释放动作中，与盘簧530的扭矩对应的螺母13的旋转往复运动由丝杠部件512转换成直线往复运动，丝杠部件512将直线往复运动输出至往复工作台130。关于能量积蓄动作与能量释放动作，在与盘簧530关联的基础上在后面详细说明。

减速器520(参照图44～图46)基于预先设定的减速比而在螺母13与盘簧530之间对旋转量进行转换。减速器520例如在同一轴上具有能够同步地旋转的输入输出筒522与输入输出轴524，输入输出轴524的转速为输入输出筒522的n倍。输入输出筒522与螺母13一同旋转，输入输出轴524与盘簧530的内端532一同旋转。输入输出筒522例如在其厚壁部分具有与螺母对置的嵌入孔22a。螺母13的嵌入棒13a嵌入于嵌入孔22a。输入输出轴524具有朝中心轴线W被切开的卡止槽24a(参照图46、图47)。盘簧530的内端532嵌入于卡止槽24a。减速器520由工作台支承台120的减速器支承部124(参照图44)支承为不能沿Z轴方向移动而能够绕自身的中心轴线W旋转。

盘簧530(参照图44～图46)的内端532(中心轴线W侧的端部)经由减速器520而连接于螺母13，外端34(从中心轴线W向径向分离的一侧的端部)经由回转部件540而连接于刚性可变促动器550。内端532例如形成为朝中心轴线W弯折的直线部。内端532如已经说明了的那样嵌入于减速器520的卡止槽24a(参照图46、图47)。外端34形成卷绕在后述的弹簧支承轴544的周围的贯通孔。在外端34插通有弹簧支承轴544。盘簧530的内端532与外端34绕自身的中心轴线W相对地向相反方向旋转，由此来积蓄弹性能量。

盘簧530如后面将在图47～图50中详细说明的那样，在丝杠部件512以及螺母13进行能量积蓄动作的情况下，将从螺母13输入的能量、也就是伴随着往复工作台130的直线往复运动的能量即输入能量作为弹性能量而积蓄于自身。另外，盘簧530在丝杠部件512以及螺母13进行能量释放动作的情况下，将该盘簧530所积蓄的弹性能量即积蓄能量经由螺母13与丝杠部件512而朝往复工作台130释放。

回转部件540(参照图44～图46)将刚性可变促动器550的马达输出轴552的旋转传递至盘簧530。回转部件540具有在中心轴线W上向刚性可变促动器550侧突出的圆筒部42、以及在从中心轴线W向径向分离的位置朝盘簧530侧突出的弹簧支承轴544。马达输出轴552嵌入圆筒部42并防脱。圆筒部42与马达输出轴552一同旋转。弹簧支承轴544如已经说明了的那样插通于盘簧530的外端34(参照图45、图47)。

刚性可变促动器550(参照图44～图46)由工作台支承台120的促动器支承部122固定于规定位置。马达输出轴552由电动马达554向正反两个方向旋转驱动。马达输出轴552的旋转驱动由控制装置560控制。马达输出轴552经由回转部件540而使盘簧530的外端34绕中心轴线W回转。如已经说明了的那样，盘簧530若外端34相对于内端532相对回转则在自身积蓄弹性能量。通过变更内端532相对于外端34的相对的旋转角度位移，能够变更从直动转动转换机构510观察的盘簧530的刚性、即盘簧530的表观上弹簧常数。

控制装置560(参照图44)对刚性可变促动器550进行控制，以便减少工作台驱动装置140用于使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量。详细而言，控制装置560对马达输出轴552进行驱动而变更盘簧530的旋转角度位移，由此变更表观上弹簧常数，使上述的驱动能量最小。表观上弹簧常数的设定方法将在后面进行说明。

接着，主要使用图47～50对丝杠部件512以及螺母13进行能量积蓄动作以及能量释放动作时的盘簧530的回转的情形进行说明。此外，在以下的说明中，将Z轴方向上的往复工作台130的当前的位置表示为z(参照图44)，将螺母13的当前的旋转角度表示为θ。往复工作台130的当前的位置z如图44所示由往复工作台130的连接于丝杠部件512侧的端部定义。此外，往复工作台130以往复中心位置z₀为中心而进行直线往复运动。在图44中，往复工作台130的当前的位置z与往复中心位置z₀一致。在往复工作台130位于往复中心位置z₀时，螺母13的旋转角度为基准角度θ₀。而且，在螺母13的旋转角度为基准角度θ₀时，盘簧530处于不积蓄扭矩的自由状态。图47中示出该处于自由状态的盘簧530的情形。图47所示的基准线FF是通过盘簧530的中心轴线W与外端34的假想直线，示出外端基准位置。另外，基准线FF也是沿着盘簧530的内端532的假想直线，示出内端基准位置。另外，基准线FF在下面说明的图48中表示螺母13的旋转的基准位置。

图48表示往复工作台130(参照图44)从往复中心位置z₀起直线运动了规定距离后的情况下的盘簧530的状态，相当于丝杠部件512以及螺母13进行能量积蓄动作的状态。此外，马达输出轴552未被驱动。在图48中，螺母13从基准位置起例如绕逆时针方向旋转了旋转角度θ－θ₀(参照附图标记N)。此时，盘簧530的内端532根据已经说明了的减速器520的功能，从内端基准位置起向逆时针方向旋转了旋转角度n·(θ－θ₀)。结果，在内端532，向顺时针方向作用有与该内端532的旋转角度n·(θ－θ₀)对应的扭矩。该扭矩传递至螺母13，使螺母13以及丝杠部件512产生能量释放动作。此外，在例如与螺母13的旋转对应而内端532从内端基准位置起向顺时针方向旋转的情况下，在内端532作用有逆时针方向的扭矩。

图49示出往复工作台130(参照图44)从往复中心位置z₀起直线运动了规定距离后的状态，并且是马达输出轴552被驱动从而盘簧530的外端34从外端基准位置起向逆时针方向旋转了旋转角度θ₁的状态。在该情况下，在内端532，向顺时针方向作用有与从该内端532的旋转角度n·(θ－θ₀)减去外端34的旋转角度θ₁的量对应的扭矩。该扭矩使螺母13以及丝杠部件512产生能量释放动作。如图50所示，在例如外端34从外端基准位置起向顺时针方向旋转了旋转角度θ₁的情况下，在内端532，向顺时针方向作用有与对该内端532的旋转角度n·(θ－θ₀)加上外端34的旋转角度θ₁的量对应的扭矩。

接着，对用于将使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量形成为最小的表观上弹簧常数的计算方法进行说明。Z轴方向记为直动方向。此外，在以下说明的表达式89～表达式97中，假设马达输出轴552未被驱动，盘簧530的外端34处于外端基准位置(参照图47)。

往复工作台130的当前的位置z使用螺母13的当前的旋转角度θ以及丝杠部件512的螺旋槽的螺距p按照以下方式表示。

z＝(p·θ)/2π 表达式89

往复工作台130的往复中心位置z₀使用螺母13的基准角度θ₀由表达式90给出。

z₀＝(p·θ₀)/2π 表达式90

然而，从盘簧530向螺母13的输出由螺母13与丝杠部件512转换成直动方向的推力f。对于该推力f，若将与直动方向相关的表观上弹簧常数设为k_L，则由表达式91给出。

f＝k_L·(z－z₀) 表达式91

此处，若对z以及z₀分别应用表达式89以及表达式90，则能够获得表达式92。

f＝k_L·p·(θ－θ₀)/2π…表达式92

接着，考虑通过盘簧530而在螺母13产生的扭矩τ。对于该扭矩τ，若将与旋转方向相关的表观上弹簧常数设为k_R，将盘簧530输入至减速器520的输入输出轴524的扭矩设为τ_A，将减速器520的减速比设为n，将减速器520的效率设为η_R，则由表达式93以及式表达式94双方给出。

τ＝k_R·(θ－θ₀) 表达式93

τ＝η_R·n·τ_A 表达式94

另外，对于从盘簧530输入至减速器520的输入输出轴524的扭矩τ_A，若将盘簧530的实际的弹簧常量设为k，则由表达式95给出。此外，如已经说明了的那样，在螺母13的旋转角度为θ－θ₀时，盘簧530的内端532从内端基准位置起以回转角度n·(θ－θ₀)回转(参照图48)。因而，

τ_A＝k·n·(θ－θ₀) 表达式95

接着，若将表达式95代入表达式94，则扭矩τ由表达式96给出。

τ＝η_R·n·k·n·(θ－θ₀)＝η_R·n²·k·(θ－θ₀) 表达式96

接着，若使表达式96与表达式93对应而求解与旋转方向相关的表观上的弹簧常数k_R，则k_R由表达式97给出。

k_R＝η_R·n²·k 表达式97

此处，考虑对马达输出轴552进行驱动，使盘簧530的外端34从外端初始位置起以回转角度θ₁回转(参照图49)。此时，从盘簧530输入至减速器520的输入输出轴524的扭矩τ_A由下面的表达式98给出。此外，如在图49中说明了的那样，盘簧530的内端532相对于外端34的回转角度为n·(θ－θ₀)－θ₁。

τ_A＝k·{n·(θ－θ₀)－θ₁} 表达式98

接着，若将表达式98代入表达式94，则扭矩τ由表达式99给出。

τ＝η_R·n·k·{n·(θ－θ₀)－θ₁}＝η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}]·(θ－θ₀)表达式99

接着，若根据表达式99与表达式93，求解与旋转方向相关的表观上弹簧常数k_R，则k_R由表达式100给出。

k_R＝η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}] 表达式100

接着，若考虑丝杠部件512的直动方向上的做功与螺母13的旋转方向上的做功相等，则得到接下来的表达式101。其中，η_L为旋转直动转换效率。

f·(z－z₀)＝η_L·τ·(θ－θ₀) 表达式101

此处，若对表达式101的z以及z₀分别应用表达式89以及表达式90，则能够获得表达式102。

f·p·(θ－θ₀)/2π＝η_L·τ·(θ－θ₀) 表达式102

接着，若对表达式102的推力f应用表达式92，则能够获得表达式103。

k_L·{p·(θ－θ₀)/2π}²＝η_L·τ·(θ－θ₀) 表达式103

接着，若将表达式103的扭矩τ应用于表达式99，则能够获得表达式104。

k_L·{p·(θ－θ₀)/2π}²＝η_L·η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}]·(θ－θ₀)²表达式104

接着，若关于表达式104求解与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L，则能够获得表达式105。

k_L＝η_L·η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}]·(2π/p)² 表达式105

然后，对于与往复工作台130相关的运动方程式，若将使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量设为F，将往复工作台130的质量设为m，将往复工作台130的直线往复运动的粘性设为v，则由表达式106给出。此外，m也可以是将往复工作台130的质量与丝杠部件512的质量加在一起而得的质量。

F＝m·(d²z/dt²)+v·(dz/dt)+k_L·z 表达式106

若将往复工作台130的直线往复运动假定为正弦波，则往复工作台130的当前的位置z由表达式107给出。

z＝A·sin(ω·t) 表达式107

此外，A为z的振幅，ω为往复工作台130进行直线往复运动的角频率(角速度)，t为时间。对于ω，若将往复工作台130的直线往复运动的周期设为T，则由ω＝2π/T给出。

将表达式107应用于表达式106，能够获得表达式108。

F＝－A·m·ω²·sin(ω·t)+A·v·ω·cos(ω·t)+A·k_L·sin(ω·t)＝A·(k_L－m·ω²)·sin(ω·t)+A·v·ω·cos(ω·t)表达式108

在表达式108中，若第一项为0，则驱动能量F最小化。换句话说，若以使得与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L满足下面的表达式109的方式进行控制，则F最小化。

k_L＝m·ω² 表达式109

此处，若使表达式105与表达式109对应，则能够获得下面的表达式110。

η_L·η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ0)}]·(2π/p)²＝m·ω²表达式110

然后，若针对θ₁求解表达式110，则能够获得下面的表达式111。

通过使用表达式111的θ₁，用于使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量F最小化。在表达式111中，仅螺母13的当前的旋转角度θ为变量。而且，螺母13的当前的旋转角度θ与往复工作台130的直线往复运动对应地实时变更。因而，通过与螺母13的当前的旋转角度θ对应地实时变更盘簧530的外端34的旋转角度θ₁，能够使上述的驱动能量F最小化。此外，根据表达式105可知，若盘簧530的外端34的旋转角度θ₁变更，则与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L变更。

控制装置560以使得满足表达式111的方式实时地变更盘簧530的外端34的旋转角度θ₁。结果，与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L以表达式105所示的关系实时地变更。而且，用于使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量F始终最小化。

此外，如表达式111所示，盘簧530的外端34的旋转角度θ₁为往复工作台130的角频率ω的函数。因而，例如，即便在往复工作台130的角频率ω与磨削对象物114绕对象物支承轴112旋转的转速或磨削对象物114的形状对应地变更的情况下，在表达式111中也能够算出与该变更后的角频率ω对应的回转角度θ₁。因而，通过设定基于表达式111的旋转角度θ₁，能够与多种多样的加工循环对应地而使用于使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量F最小化。

直动可变刚性单元1以上述方式构成。在直动可变刚性单元1中，往复工作台130进行直线往复运动时的动能被再次释放到往复工作台130本身，由此能够高效地辅助往复工作台130的直线往复运动。因而，能够减少工作台驱动装置140用于使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量，能够抑制工作台驱动装置140的输出。

在直动可变刚性单元1中，控制装置560实时地变更盘簧530的表观上弹簧常数，将使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量始终最小化。因而，工作台驱动装置140的输出被抑制在最小限度。此外，盘簧530的表观上弹簧常数能够通过驱动刚性可变促动器550而变更盘簧530的外端34的旋转角度θ₁来容易地变更。

在直动可变刚性单元1中，直动转动转换机构510由丝杠部件512与螺母13简单地构成。

主要使用图51、图52对第九实施方式所涉及的直动可变刚性单元1a进行说明。此外，在图51、图52中，对于认为具有与图42～图50相同或实质上相同的结构/功能的部位，标注与图42～50相同的附图标记并省略重复的说明。直动可变刚性单元1a(参照图51)具有直动转动转换机构10a、减速器520、具有盘簧530的可变刚性机构36、回转部件540、刚性可变促动器550、控制装置560、以及由工作台支承台120构成的支承部件。

如图51、图52所示，直动转动转换机构10a由两个连杆部件514、515构成。而且，这两个连杆部件514、515相对于减速器520、盘簧530、回转部件540以及刚性可变促动器550正交地配置。详细而言，两个连杆部件514、515沿着Z轴方向配置，减速器520、盘簧530、回转部件540以及刚性可变促动器550沿着X轴方向配置。对于减速器520、盘簧530、回转部件540以及刚性可变促动器550的结构、功能以及相互的组装状态，由于与在第八实施方式中示出的直动可变刚性单元1相同，因此省略重复的说明。

如图51、图52所示，第一连杆部件514的一端即第一连杆连接端14a(直线运动输入输出部)例如通过旋转接头B1连接于从往复工作台130沿着Z轴方向延伸的直线部件130a的前端。第一连杆连接端14a与往复工作台130一同沿着Z轴方向进行直线往复运动。第一连杆连接端14a能够以旋转接头B1为支点而相对于直线部件130a旋转。

在第一连杆部件514中，与第一连杆连接端14a相反侧的端部成为第一连杆连接端14b。第一连杆连接端14b例如通过旋转接头B2与第二连杆部件515的一端即第二连杆连接端15a连结。两个连杆连接端14b、15a能够以旋转接头B2为支点而相互旋转。伴随着该旋转，以旋转接头B2为顶点的角度θ_L变化。

在第二连杆部件515中，与第二连杆连接端15a相反侧的端部成为第二连杆连接端15b(旋转运动输入输出部)。第二连杆连接端15b例如通过螺栓B3而连接于减速器520的输入输出筒522。螺栓B3嵌入于输入输出筒522并防脱。因而，螺栓B3与输入输出筒522一同旋转。第二连杆连接端15b相对于螺栓B3被固定，与螺栓B3一同旋转。此外，螺栓B3与旋转接头B1的中心轴线位于相同高度。另外，螺栓B3的中心轴线与减速器520、盘簧530、回转部件540以及刚性可变促动器550的中心轴线一致，图中的附图标记W指示出上述所有部件的中心轴线。

两个连杆部件514、515进行在盘簧530积蓄能量的能量积蓄动作与从盘簧530释放能量的能量释放动作。两个连杆部件514、515在能量积蓄动作中将往复工作台130的直线往复运动转换成旋转往复运动，并将转换后的旋转往复运动输出至盘簧530。详细而言，若往复工作台130进行直线往复运动，则第一连杆连接端14a一边以旋转接头B1为支点旋转一边进行直线往复运动。与此对应，第二连杆连接端15b以螺栓B3为支点而与螺栓B3一同进行旋转往复运动。而且，该旋转往复运动经由减速器520而被输入至盘簧530。此外，两个连杆连接端14b、15a在第一连杆连接端14a接近第二连杆连接端15b时以角度θ_L变小的方式旋转，在第一连杆连接端14a从第二连杆连接端15b远离时以角度θ_L增大的方式旋转。

两个连杆部件514、515在能量释放动作中将与盘簧530的扭矩对应的第二连杆连接端15b的旋转往复运动转换成直线往复运动，并将转换后的直线往复运动输出至往复工作台130。详细而言，若第二连杆连接端15b与盘簧530的扭矩对应地以螺栓B3为支点而与螺栓B3一同进行旋转往复运动，则两个连杆连接端14b、15a以旋转接头B2为支点相互旋转，并且第一连杆连接端14a一边以旋转接头B1为支点旋转一边进行直线往复运动。两个连杆连接端14b、15a在第一连杆连接端14a从第二连杆连接端15b远离时以角度θ_L增大的方式旋转，在第一连杆连接端14a接近第二连杆连接端15b时以角度θ_L变小的方式旋转。

两个连杆部件514、515进行能量积蓄动作以及能量释放动作时的盘簧530回转的情形与在图47～图50中说明了的情形相同。此外，在本实施方式中，如图52所示，θ示出第二连杆连接端14b相对于Z轴的当前的旋转角度。基准角度θ₀示出往复工作台130位于往复中心位置z₀时的第二连杆连接端的旋转角度。在图52中，往复工作台130当前的位置z与往复中心位置z₀一致，第二连杆连接端14b的当前的旋转角度θ与基准角度θ₀一致。图48～图50的θ以及θ₀与第二连杆连接端14b的当前的旋转角度以及基准角度分别对应。

控制装置560与第八实施方式相同，更新表观上弹簧常数，以便减少工作台驱动装置140用于使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量F。以下对该表观上弹簧常数的计算方法进行说明。此外，在表达式112～表达式120中，马达输出轴552未被驱动，盘簧530的外端34处于外端基准位置(参照图47)。另外，如图52所示，第一连杆部件514的长度S与第二连杆部件515的长度S一致。第一连杆连接端14a相对于Z轴的旋转角度θ_A的大小与第二连杆连接端15b的旋转角度θ的大小一致。

对于往复工作台130当前的位置z使用第二连杆连接端15b当前的旋转角度θ以及第二连杆部件515的长度S由表达式112给出。连杆部件设置有两根，因此，在表达式112中，第二连杆部件515的长度S的Z轴方向成分增加2倍。

z＝2S·cosθ 表达式112

往复工作台130的往复移动中心z₀使用第二连杆连接端14b的基准角度θ₀由下面的表达式113给出。

z₀＝2S·cosθ₀ 表达式113

然而，从盘簧530对第二连杆连接端14b的输出由两个连杆部件514、515转换成直动方向的推力f。若将与直动方向相关的表观上弹簧常数设为k_L，则该推力f由表达式114给出。直动方向是指Z轴方向。

f＝k_L·(z－z₀) 表达式114

此处，若对z以及z₀分别应用表达式112以及表达式113，则能够获得表达式115。

f＝k_L·2S·(cosθ－cosθ₀) 表达式115

接着，考虑由盘簧530在第二连杆连接端14b产生的扭矩τ。对于该扭矩τ，若将与旋转方向相关的表观上弹簧常数设为k_R，将盘簧530输入至减速器520的输入输出轴524的扭矩设为τ_A，将减速器520的减速比设为n，将减速器520的效率设为η_R，则由表达式116以及表达式117双方给出。

τ＝k_R·(θ－θ₀) 表达式116

τ＝η_R·n·τ_A 表达式117

另外，对于从盘簧530输入至减速器520的输入输出轴524的扭矩τ_A，若将盘簧530的实际的弹簧常量设为k，则由表达式118给出。此外，根据减速器520的功能，在第二连杆连接端15b的旋转角度为θ－θ₀时，盘簧530的内端532从内端基准位置起以回转角度n·(θ－θ₀)回转(参照图48)。因而，

τ_A＝k·n·(θ－θ₀) 表达式118

接着，若将表达式118代入表达式117，则扭矩τ由表达式119给出。

τ＝η_R·n·k·n·(θ－θ₀)＝η_R·n²·k·(θ－θ₀) 表达式119

接着，若使表达式119与表达式116对应而求解与旋转方向相关的表观上的弹簧常数k_R，则k_R由表达式120给出。

k_R＝η_R·n²·k 表达式120

此处，考虑驱动马达输出轴552，使盘簧530的外端34从外端初始位置起以回转角度θ₁回转(参照图49)。此时，从盘簧530输入至减速器520的输入输出轴524的扭矩τ_A由下面的表达式121给出。此外，盘簧530的内端532相对于外端34的回转角度为n·(θ－θ₀)－θ₁(参照图49)。

τ_A＝k·{n·(θ－θ₀)－θ₁} 表达式121

接着，若将表达式121代入表达式117，则扭矩τ由表达式122给出。

τ＝η_R·n·k·{n·(θ－θ₀)－θ₁}＝η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}]·(θ－θ₀)表达式122

接着，若根据表达式122与表达式116，求解与旋转方向相关的表观上弹簧常数k_R，则k_R由表达式123给出。

k_R＝η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}] 表达式123

接着，考虑第一连杆连接端14a的直动方向的做功与第二连杆连接端15b的旋转方向的做功相等，则能够给出下面的表达式124。此外，η_L为旋转直动转换效率。

f·(z－z₀)＝η_L·τ·(θ－θ₀) 表达式124

此处，对表达式124的z以及z₀分别应用表达式112以及表达式113，并对表达式124的τ应用表达式122，则能够得到表达式125。

f·2S·(cosθ－cosθ₀)＝η_L·η_R·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}]·(θ－θ₀)²表达式125

接着，若对表达式125的推力f应用表达式115，则能够得到表达式126。

k_L·4S²·(cosθ－cosθ₀)²＝η_L·ηR·n²·k·[1－θ₁/{n·(θ－θ₀)}]·(θ－θ₀)²表达式126

接着，若针对表达式126，求解与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L，则能够获得表达式127。

然后，对于与往复工作台130相关的运动方程式，若将使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量设为F，将往复工作台130的质量设为m，将往复工作台130的直线往复运动的粘性设为v，则由表达式128给出。此外，m也可以通过将往复工作台的质量与两个连杆部件的质量相加而得到。

F＝m·(d²z/dt²)+v·(dz/dt)+k_L·z 表达式128

若将往复工作台130的直线往复运动假定为正弦波，则往复工作台130当前的位置z由表达式129给出。

z＝A·sin(ω·t) 表达式129

其中，A为z的振幅，ω为往复工作台进行直线往复运动的角频率(角速度)，t为时间。ω如已经说明了的那样由ω＝2π/T给出。

若将表达式129应用于表达式128，则能够得到表达式130。

F＝－A·m·ω²·sin(ω·t)+A·v·ω·cos(ω·t)+A·k_L·cos(ω·t)＝A·(k_L－m·ω²)·sin(ω·t)+A·v·ω·cos(ω·t)

表达式130

在表达式130中，若第一项为0，则驱动能量F最小化。换句话说，若以使得与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L满足下面的表达式131的方式进行控制，则F最小化。

k_L＝m·ω² 表达式131

此处，若使表达式127与式表达式131对应，则能够得到接下来的表达式132。

然后，若针对θ₁求解表达式132，则能够得到下面的表达式133。

若对表达式133进行变形，则能够得到下面的表达式134。

通过使用表达式134的θ₁，用于使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量F最小化。在表达式134中，仅第二连杆连接端14b的当前的旋转角度θ为变量。而且，第二连杆连接端14b当前的旋转角度θ与往复工作台130的直线往复运动对应地实时变更。因而，通过与第二连杆连接端14b当前的旋转角度θ对应地实时变更盘簧530的外端34的回转角度θ₁，能够使上述的驱动能量F最小化。此外，根据表达式127可知，若盘簧530的外端34的回转角度θ₁变更，则与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L变更。

控制装置560以使得满足表达式134的方式实时地变更盘簧530的外端34的回转角度θ₁。结果，根据表达式127所示的关系，与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L实时地变更。而且，使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量F始终最小化。

此外，在直动可变刚性单元1a中，也可以将第一连杆部件514与第二部件515之间通过多个连杆部件连接。但是，第一连杆连接端14a与第二连杆连接端15b以与本实施方式同样的方式发挥功能。

主要使用图53、图54对第十实施方式所涉及的直动可变刚性单元1b进行说明。此外，在图53、图54中，对于认为具有与图42～图52相同或实质上相同的结构/功能的部位，标注与图42～图52相同的附图标记并省略重复的说明。

直动可变刚性单元1b具有直动转动转换机构10b、减速器520、具有盘簧530的可变刚性机构36、回转部件540、刚性可变促动器550、控制装置560、以及由工作台支承台120构成的支承部件。与第九实施方式同样，减速器520、盘簧530、回转部件540以及刚性可变促动器550沿着X轴方向配置。

直动转动转换机构10b由齿条16以及与齿条16的各槽16b嵌合的齿轮即小齿轮17构成。齿条16的一端即连接端16a连接于往复工作台130。齿条16的长边方向被设定为Z轴方向。齿条16由工作台支承台120的齿条支承部129支承为能够沿着Z轴方向进行直线往复运动。齿条16与往复工作台130一同沿着Z轴方向进行直线往复运动。

小齿轮17被设置为不沿Z轴方向移动而在规定位置绕自身的旋转轴C旋转。旋转轴C的一端由工作台支承台120的小齿轮支承部128支承。旋转轴C的另一端嵌入减速器520的输入输出筒522并防脱。旋转轴C与输入输出筒522一同旋转。而且，小齿轮17与旋转轴C一同旋转。此外，旋转轴C的中心轴线与减速器520、盘簧530、回转部件540以及刚性可变促动器550的中心轴线一致，图中的附图标记W指示出上述所有部件的中心轴线。

齿条16的直线往复运动被转换成小齿轮17的旋转往复运动并被输出至盘簧530。另一方面，小齿轮17的旋转往复运动被转换成齿条16的直线往复运动，从而使往复工作台130进行直线往复运动。

采用了直动可变刚性单元1b的情况下的表观上弹簧常数的计算方法如在表达式89～表达式111中说明了的那样，此外，在本实施方式的情况下，θ指小齿轮17当前的旋转角度。θ₀指往复工作台130位于往复中心位置z₀时的小齿轮17的旋转角度即基准角度。另外，p指小齿轮17旋转一圈时的齿条16在Z轴方向的移动量。

控制装置560以使得满足表达式111的方式实时地变更盘簧530的外端34的旋转角度θ₁。结果，根据表达式105所示的关系，与直动方向相关的表观上弹簧常数k_L实时地变更。而且，使往复工作台130进行直线往复运动的驱动能量F始终最小化。此外，直动转动转换机构10b由齿条16与小齿轮17简单地构成。

接着，使用图55、图56对第十一实施方式进行说明。此外，在图55、图56中，对于认为具有与图42～图54相同或实质上相同的结构/功能的部位标注与图42～图54相同的附图标记，并省略重复的说明。

在本实施方式中，直动可变刚性单元安装于机床即加工中心。此处，作为例子，假设将在第八实施方式中说明了的直动可变刚性单元安装于加工中心。此外，也可以将在第九实施方式或者第十实施方式中说明了的直动可变刚性单元安装于加工中心。

图55、图56所示的加工中心200具有基台210、对切削对象物224进行支承的切削对象物往复工作台220(直线往复运动体)、具有切削部件(切削工具)258的切削部件往复工作台250(直线往复运动体)、与上述两个往复工作台220、250分别单独连接的两个直动可变刚性单元502、503、以及对切削部件往复工作台250进行支承的切削部件支承工作台230。切削部件支承工作台230能够在设置于基台210的导轨Ra上沿Y轴方向滑动。切削部件支承工作台230例如由线性马达即工作台驱动装置142驱动。工作台驱动装置142例如由在第八实施方式中说明了的导轨Ra与滑动件AT构成。

切削对象物往复工作台220配置于从切削部件支承工作台230沿Z轴方向分离规定距离的位置。切削对象物往复工作台220能够在设置于基台210的导轨Ra上沿着Z轴方向进行直线往复运动，相对于切削部件支承工作台230进行接近或者远离的动作。切削对象物往复工作台220例如由线性马达即工作台驱动装置141驱动而进行直线往复运动。该直线往复运动所需要的驱动能量由第一直动可变刚性单元502辅助而最小化。工作台驱动装置141由例如在第八实施方式中说明了的导轨Ra与滑动件AT构成。

在切削对象物往复工作台220上设置有对象物支承台222。对象物支承台222对切削对象物224进行支承。切削对象物224例如呈圆柱状，并沿Y轴方向延伸。切削对象物224与对象物支承台222一同绕该切削对象物224的中心轴线旋转。

切削部件往复工作台250能够借助设置于切削部件支承工作台230的导轨Ra而沿着Y轴方向进行直线往复运动。切削部件往复工作台250例如由线性马达即工作台驱动装置143驱动而进行直线往复运动。该直线往复运动所需要的驱动能量由第二直动可变刚性单元503辅助而最小化。工作台驱动装置143由例如在第八实施方式中说明了的导轨Ra与滑动件AT构成。

在切削部件往复工作台250的前端，经由旋转部件256安装有切削部件258。切削部件258向切削对象物224侧沿Z轴方向延伸，与切削对象物224的外周面接触。此外，切削部件258在X轴方向上的位置由切削部件支承工作台230调节。切削部件258与旋转部件256一同绕该切削部件258的中心轴线旋转，对切削对象物224的外周面进行磨削。切削部件往复工作台250使切削部件258沿着Y轴方向进行直线往复运动。因而，切削部件258遍及Y轴方向对切削对象物224进行磨削。如已经叙述的那样，切削对象物224与对象物支承台222一同沿周向旋转。因而，切削部件258遍及周向对切削对象物224进行磨削。

此外，第二直动可变刚性单元503将切削部件往复工作台250沿着Y轴方向(铅垂方向)进行直线往复运动时的驱动能量最小化，因此在用于实现该最小化的表观上弹簧常数的计算中，考虑重力g的效果。换句话说，表达式106以及表达式108～表达式111被置换成下面的表达式135以及表达式136～表达式139。

与往复工作台250相关的运动方程式由表达式135给出。

F＝m·(d²z/dt²)+v·(dz/dt)+k_L·z+m·g 表达式135

将表达式107代入表达式135，得到表达式136。

F＝A·(k_L－m·ω²)·sin(ω·t)+A·v·ω·cos(ω·t)+m·g表达式136

在表达式136中，若A·(k_L－m·ω²)·sin(ω·t)+m·g＝0，则驱动能量F最小化。此时的表观上弹簧常数k_L如下。

若使表达式105与表达式137对应，则能够得到下面的表达式138。

若针对θ₁求解表达式138，则能够得到下面的表达式139。

将该θ₁代入表达式105，与直动方向即Y轴方向相关的表观上弹簧常数k_L变更。

以上，根据附图对用于实施本发明的方式进行了说明，但本发明不限定于在上述的实施方式中说明了的构造、结构、外观、形状等，能够在不变更本发明的主旨的范围内进行各种变更、追加、删除。例如，在直动可变刚性单元1、1a、1b中，也可以取消减速器520。换句话说，也可以相对于螺母13(参照图44～图46)、第二连杆连接端(参照图51、图52)、小齿轮17(图53、图54)的旋转轴C分别直接连接盘簧530。可变刚性机构36所具有的弹性体并不限定于盘簧530，只要是能够积蓄伴随着直线往复运动体的直线往复运动的动能、并且能够释放对直线往复运动体的直线往复运动进行辅助的能量的弹性体即可，可以为任意的弹性体。直动转动转换机构的结构并不限定于上述的第八～第十实施方式所示的结构，可以为任意的结构。

直动可变刚性单元的安装对象并不限定于磨床100以及加工中心200，也可以为其他的机床。另外，直动可变刚性单元的安装对象并不限定于机床，可以为进行直动往复运动的任意的直线往复运动体。

上述所有的实施方式都是用于减少消耗能量的实施方式。即，是使得能够高效地利用能量的实施方式。上述实施方式能够进行组合。即、通过在人或机械的旋转运动或直线运动中施加负荷或减轻负荷、或者考虑针对该旋转运动或直线运动的重力、惯性力或往复摆动运动轨迹的中央位置的影响、或者使用直动转动转换机构将直线运动转换成旋转运动或将旋转运动转换成直线运动，能够高效地积蓄人或机械的旋转运动或直线运动的能量。通过利用所积蓄的能量施加负荷或减轻负荷、或者考虑针对该旋转运动或直线运动的重力、惯性力或往复摆动运动轨迹的中央位置的影响，能够对该旋转运动或直线运动高效地进行辅助。

Claims (10)

1.一种辅助装置，连接于进行往复摆动运动的运动体，其特征在于，具备：

第一输出部，所述第一输出部绕成为摆动运动的中心的摆动中心摆动；

可变刚性装置，所述可变刚性装置具备弹性体和刚性可变部，所述弹性体根据所述第一输出部的摆动角度即第一摆动角度而积蓄能量、或者释放所述能量，所述刚性可变部使得从所述第一输出部观察的所述弹性体的表观上的刚性可变；

第一角度检测部，所述第一角度检测部检测所述第一摆动角度；以及

控制装置，所述控制装置根据由所述第一角度检测部检测出的所述第一摆动角度控制所述刚性可变部，从而调整从所述第一输出部观察的所述弹性体的所述表观上的刚性。

2.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述运动体是人的身体，

所述辅助装置还具备被佩戴于人的身体的身体佩戴件，

所述可变刚性装置包含可变刚性机构，所述可变刚性机构具备所述弹性体，且构成为能够改变刚性，

所述第一输出部是输出连杆(30)，所述输出连杆(30)在与人的髋关节对应的所述身体佩戴件的规定位置经由所述可变刚性机构连结有转动中心部，且转动自由端侧被佩戴于大腿部，

所述刚性可变部是使从所述输出连杆(30)观察的所述可变刚性机构的表观的刚性变化的刚性可变促动器，

所述第一摆动角度是所述输出连杆(30)的摆动角度，所述第一角度检测部是检测所述输出连杆(30)的所述摆动角度的角度检测部，

所述辅助装置还具备能够输入输入值的输入装置(44)，

所述控制装置基于所述角度检测部检测出的检测角度与由所述输入装置(44)输入的所述输入值控制所述刚性可变促动器，

所述控制装置在以所述髋关节为中心的所述大腿部的往复转动动作中，控制所述刚性可变促动器而使从所述输出连杆(30)观察的所述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便能够对所述大腿部施加负荷。

3.根据权利要求2所述的辅助装置，其特征在于，

以所述髋关节为中心的所述大腿部的往复转动动作是步行动作，

所述输入装置(44)构成为：能够对所述控制装置输入理想的步行动作中的所述大腿部的摆动中心角度，

所述控制装置构成为：在实际的步行动作时的所述输出连杆(30)的摆动中心角度从所述理想的步行动作中的所述大腿部的摆动中心角度偏移的情况下，能够根据所述输出连杆(30)的所述摆动中心角度的偏移角的程度而增大施加于所述大腿部的负荷。

4.根据权利要求3所述的辅助装置，其特征在于，

所述输入装置(44)构成为：能够对所述控制装置输入理想的步行动作中的所述大腿部的最大摆动角度，

所述控制装置在实际的步行动作时的所述输出连杆(30)的最大摆动角度与所述理想的步行动作中的所述大腿部的最大摆动角度存在差的情况下，控制所述刚性可变促动器而使从所述输出连杆(30)观察的所述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便所述输出连杆(30)的最大摆动角度接近所述理想的步行动作中的所述大腿部的最大摆动角度。

5.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述运动体是人的身体，

所述辅助装置还具备被佩戴于人的身体的身体佩戴件，

所述可变刚性装置包含可变刚性机构，所述可变刚性机构具备所述弹性体，且构成为能够改变刚性，

所述第一输出部是输出连杆(30)，所述输出连杆(30)在与人的关节对应的所述身体佩戴件的规定位置经由所述可变刚性机构连结有转动中心部，且转动自由端侧被佩戴于以所述关节为中心转动的身体的一部分，

所述刚性可变部是使从所述输出连杆(30)观察的所述可变刚性机构的表观的刚性变化的刚性可变促动器，

所述第一摆动角度是所述输出连杆(30)的摆动角度，所述第一角度检测部是检测所述输出连杆(30)的所述摆动角度的角度检测部，

所述辅助装置还具备测定人从物体承受质量的位置与所述输出连杆(30)的转动中心之间的距离的距离测定部(52)，

所述控制装置基于所述角度检测部检测出的检测角度与所述距离测定部(52)测定出的测定距离控制所述刚性可变促动器，

所述控制装置控制所述刚性可变促动器而使从所述输出连杆(30)观察的所述可变刚性机构的表观的刚性变化，以便减轻人的负荷。

6.根据权利要求5所述的辅助装置，其特征在于，

所述距离测定部(52)具有：被佩戴于人从物体承受质量的位置的第一加速度传感器；被安装于所述输出连杆(30)的转动中心的第二加速度传感器；以及基于所述第一加速度传感器与所述第二加速度传感器的检测值运算所述第一加速度传感器与所述第二加速度传感器之间的距离的运算部。

7.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述辅助装置是连接于进行往复摆动运动的运动体的摆动关节装置，该摆动关节装置交替地反复进行能量积蓄模式和能量释放模式，在能量积蓄模式中，通过所述运动体的运动而将能量积蓄于弹性体，在能量释放模式中，释放积蓄在所述弹性体的所述能量而对所述运动体的运动进行辅助，

所述可变刚性装置的所述刚性可变部是使从所述第一输出部观察的所述弹性体的表观上的刚性可变的表观上刚性可变部，

所述控制装置根据由所述第一角度检测部检测出的所述第一摆动角度控制所述表观上刚性可变部，从而调整从所述第一输出部观察的所述弹性体的所述表观上的刚性，

所述控制装置基于与所述第一摆动角度对应地作用于所述运动体的重力、或者与所述第一摆动角度和所述运动体的运动状态对应地作用于所述运动体的惯性力、或者所述第一输出部的往复摆动运动轨迹的中央位置中的至少一个，以及所述第一摆动角度，调整从所述第一输出部观察的所述弹性体的所述表观上的刚性。

8.根据权利要求7所述的辅助装置，其特征在于，

所述弹性体是盘簧，所述盘簧的一端以与所述第一输出部的所述第一摆动角度对应的角度连接于绕所述盘簧的中心即弹簧中心回转的第一输出部侧输入输出轴部，

所述盘簧的另一端连接于借助刚性调整用电动马达绕所述弹簧中心回转的刚性调整部件(23)，

所述弹性体的表观上的刚性是所述盘簧的表观上的弹簧常数，

所述表观上刚性可变部由所述刚性调整用电动马达与所述刚性调整部件(23)构成，利用所述刚性调整用电动马达调整所述刚性调整部件(23)的回转角度，由此来调整从所述第一输出部观察的所述弹性体的所述表观上的刚性。

9.一种直动可变刚性单元，其特征在于，具备：

直动转动转换机构(510)，所述直动转动转换机构(510)具有直线运动输入输出部与旋转运动输入输出部；

可变刚性机构，所述可变刚性机构具有连接于所述旋转运动输入输出部的弹性体；

刚性可变促动器，所述刚性可变促动器连接于所述可变刚性机构；

控制装置，所述控制装置控制所述刚性可变促动器；以及

支承部件，所述支承部件对所述直动转动转换机构(510)、所述可变刚性机构以及所述刚性可变促动器进行支承，

所述直线运动输入输出部连接于进行直线往复运动的直线往复运动体，

所述直动转动转换机构(510)进行能量积蓄动作以及能量释放动作，在能量积蓄动作中，将从所述直线运动输入输出部被输入的直线往复运动转换成旋转往复运动并从所述旋转运动输入输出部输出，在所述能量释放动作中，将从所述旋转运动输入输出部被输入的旋转往复运动转换成直线往复运动并从所述直线运动输入输出部输出，

所述可变刚性机构中的所述弹性体在所述直动转动转换机构(510)进行所述能量积蓄动作的情况下，积蓄经由所述直线运动输入输出部从所述旋转运动输入输出部被输入的输入能量即来自所述直线往复运动体的所述输入能量，

所述可变刚性机构中的所述弹性体在所述直动转动转换机构(510)进行所述能量释放动作的情况下，将自身积蓄的能量即积蓄能量经由所述旋转运动输入输出部与所述直线运动输入输出部朝所述直线往复运动体释放，

所述刚性可变促动器使从所述直动转动转换机构(510)观察的所述可变刚性机构的所述弹性体的刚性可变。

10.一种机床，其特征在于，具备：

权利要求9所述的直动可变刚性单元；

以规定频率进行直线往复运动的所述直线往复运动体即往复工作台；以及

使所述往复工作台进行直线往复运动的工作台驱动装置，

其中，

所述直动可变刚性单元被安装于往复工作台。