JP2016119996A - Leg force support device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a leg force support device capable of reducing power consumption or a load on a user by automatically adjusting the rigidity of joints to perform a swing motion, to thereby automatically adjust a torque to be generated by the swing motion.SOLUTION: The leg force support device includes: a waist side mounting part 2 to be mounted on the waist side part of a user; a longitudinal first swing arm 13 arranged on the side of a thigh of the user and having a shaft hole close to the upper end; a thigh mounting part 19 attached to the first swing arm and put on the thigh of the user; a drive shaft member 6 being the drive shaft member to be put through the shaft hole of the first swing arm and supporting the first swing arm to be swingable in a front and back direction of the user with respect to the waist side mounting part; rigidity variable means for varying rigidity around the drive shaft member; and control means for controlling the rigidity around the drive shaft member by the rigidity variable means.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、周期的な揺動運動をしてユーザの歩行または走行を支援する脚力支援装置に関する。   The present invention relates to a leg support device that supports a user's walking or running by performing a periodic rocking motion.

周期的な揺動運動をする関節を制御する装置の例として、例えば特許文献１には、ユーザの下肢（股関節から足先まで）に補助力を与える歩行補助装置が開示されている。当該歩行補助装置は、ユーザの腰部を巻回するように装着される腰部装具と、股関節の側方からひざ関節の側方へと延びる連結バーと、ひざ関節の側方からふくらはぎへと延びる下腿部装具と、連結バーにおける股関節の側方の位置に取り付けられた股関節アクチュエータと、連結バーにおけるひざ関節の側方の位置に取り付けられたひざ関節アクチュエータと、を有している。そして股関節アクチュエータは、腰部装具の連結部に取り付けられ、股関節の側方にて、腰部装具に対して股関節回りに連結バーを前後に揺動する。また、ひざ関節アクチュエータは、ひざ関節の側方にて、連結バーに対してひざ関節回りに下腿部装具を前後に揺動する。また股関節アクチュエータとひざ関節アクチュエータは電動モータであり、当該電動モータへの電力は、腰部装具に取り付けられたバッテリから供給されている。   As an example of a device that controls a joint that performs a periodic rocking motion, for example, Patent Document 1 discloses a walking assist device that applies assisting force to a user's lower limb (from a hip joint to a toe). The walking assist device includes a waist brace that is worn around the user's waist, a connecting bar that extends from the side of the hip joint to the side of the knee joint, and a bottom that extends from the side of the knee joint to the calf. A thigh orthosis, a hip joint actuator attached to the side of the hip joint in the connecting bar, and a knee joint actuator attached to the side of the knee joint in the connecting bar. The hip joint actuator is attached to the connecting portion of the hip orthosis, and swings the connecting bar back and forth around the hip joint relative to the hip orthosis on the side of the hip joint. The knee joint actuator swings the lower leg orthosis back and forth around the knee joint with respect to the connecting bar on the side of the knee joint. The hip joint actuator and the knee joint actuator are electric motors, and power to the electric motor is supplied from a battery attached to the waist orthosis.

また特許文献２には、ユーザの下腿（ひざから足首まで）の揺動運動を支援する歩行リハビリ装置が開示されている。当該歩行リハビリ装置は、ユーザの腰周りに配置されるコントローラと、股関節の側方からひざ関節の側方へと延びる大腿リンクと、ひざ関節の両側方のそれぞれから足首関節へと延びる下腿リンクと、ひざ関節の側方に配置されたモータと、足首関節から足裏へと延びる足リンクと、を有している。そしてモータは、大腿リンクと下腿リンクとの連結部であってひざ関節の側方に取り付けられ、ひざ関節の側方にて、大腿リンクに対してひざ関節回りに下腿リンクを前後に揺動する。またモータへの電力は、コントローラに内蔵されたバッテリから供給されている。   Patent Document 2 discloses a walking rehabilitation device that supports a swinging motion of a user's lower leg (from knee to ankle). The walking rehabilitation device includes a controller arranged around the user's waist, a thigh link extending from the side of the hip joint to the side of the knee joint, and a crus link extending from each side of the knee joint to the ankle joint. And a motor disposed on the side of the knee joint and a foot link extending from the ankle joint to the sole. The motor is a connecting portion of the thigh link and the crus link, and is attached to the side of the knee joint, and swings the crus link back and forth around the knee joint with respect to the thigh link at the side of the knee joint. . The power to the motor is supplied from a battery built in the controller.

また特許文献３には、一方の脚が健脚で他方の脚が患脚であるユーザの患脚に装着されて、患脚の揺動運動を支援する片脚式歩行支援機が開示されている。当該片脚式歩行支援機は、ユーザの腰の側方に配置される腰装着部と、股関節の側方からひざ関節の側方へと延びる大腿リンク部と、ひざ関節の側方から下方へと延びる下腿リンク部と、股関節の側方に配置されたトルク発生装置と、ひざ関節の側方に配置されたダンパーと、を有している。そしてトルク発生装置は、カムと圧縮バネによって構成され、健脚の振り出しによって患脚が後方に揺動した際にトルクを発生させ、発生したトルクを用いて患脚の振り出しを支援しており、電動モータ等のアクチュエータを必要としていない。また、圧縮バネの初期圧縮量を調整可能に構成されており、発生トルクの大きさを可変としている。   Patent Document 3 discloses a one-leg type walking support device that is attached to the affected leg of a user whose one leg is a healthy leg and the other leg is an affected leg, and supports the swinging motion of the affected leg. . The one-leg type walking support machine includes a waist mounting portion disposed on the side of the user's waist, a thigh link portion extending from the side of the hip joint to the side of the knee joint, and downward from the side of the knee joint. A lower leg link portion, a torque generator disposed on the side of the hip joint, and a damper disposed on the side of the knee joint. The torque generator is composed of a cam and a compression spring, generates torque when the affected leg swings backward by swinging out the healthy leg, and uses the generated torque to support the swinging out of the affected leg. An actuator such as a motor is not required. Further, the initial compression amount of the compression spring is configured to be adjustable, and the magnitude of the generated torque is variable.

特開２００４−３４４３０４号公報JP 2004-344304 A 特開２０１２−１２５３８８号公報JP 2012-125388 A 特開２０１３−２３６７４１号公報JP 2013-236741 A

特許文献１に記載された歩行補助装置、及び特許文献２に記載された歩行リハビリ装置は、どちらも電動モータを用いて下肢または下肢の一部、の歩行動作を支援しているが、バッテリからの電力の供給が続かなければ支援することができない。また、歩行の支援が必要なユーザに、大きくて重いバッテリを持たせるわけにはいかないので、比較的小さく軽量のバッテリが用いられると推定される。また、特許文献１及び特許文献２には、電動モータの消費電力を軽減させるような特別な構成は示されていない。従って、特許文献１及び特許文献２に記載の支援装置は、連続動作時間が比較的短いと推定される。   The walking assist device described in Patent Document 1 and the walking rehabilitation device described in Patent Document 2 both support the walking motion of the lower limbs or a part of the lower limbs using an electric motor. If the supply of electricity does not continue, it cannot be supported. In addition, it is estimated that a relatively small and lightweight battery is used because a user who needs walking support cannot have a large and heavy battery. Further, Patent Document 1 and Patent Document 2 do not show a special configuration that reduces the power consumption of the electric motor. Therefore, it is estimated that the support devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a relatively short continuous operation time.

また、特許文献３に記載の片脚式歩行支援機は、電動モータを用いることなく、カムと圧縮バネにて脚を振り出すためのトルクを発生させており、連続動作時間は特許文献１及び特許文献２よりも長い。しかし、ユーザ毎の体格の違い（下肢の慣性モーメントの違い）や、ユーザ毎の下肢の揺動角度の違いや、ユーザの体調や、歩行場所の傾斜の違い等に対して、トルク発生装置の圧縮バネの上部に設けられた決定部の位置をマイナスドライバ等の工具で調整し、圧縮バネの初期圧縮量をユーザが手動で調整しなければならないので手間がかかる。   In addition, the single leg type walking support machine described in Patent Document 3 generates torque for swinging out the leg with a cam and a compression spring without using an electric motor. It is longer than Patent Document 2. However, the torque generator is different from the difference in physique for each user (difference in the moment of inertia of the lower limbs), the swing angle of the lower limbs for each user, the physical condition of the user, the difference in the inclination of the walking place, etc. Since the position of the determination part provided in the upper part of a compression spring must be adjusted with tools, such as a flat-blade screwdriver, and the user must adjust the initial compression amount of a compression spring manually, it takes time.

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、揺動運動する関節の剛性を自動的に調整することで揺動運動によって発生するトルクを自動的に調整し、消費電力あるいはユーザの負荷をより低減することができる、脚力支援装置を提供することを課題とする。   The present invention has been devised in view of such points, and automatically adjusts the torque generated by the swing motion by automatically adjusting the rigidity of the swinging joint, thereby reducing power consumption or power consumption. It is an object of the present invention to provide a leg support device that can further reduce a user's load.

上記課題を解決するため、本発明に係る脚力支援装置は、次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、利用者の下肢の運動に補助力を与える脚力支援装置であって、前記利用者の腰側部に装着される腰側装着部と、前記利用者の大腿の側方に配置されて上端部の近傍に軸孔が設けられた長手状の第１揺動アームと、前記第１揺動アームに取り付けられて前記利用者の大腿にあてがわれる大腿装着部と、前記第１揺動アームの前記軸孔に挿通される駆動軸部材であって、前記腰側装着部に対して前記第１揺動アームを前記利用者の前後方向に揺動自在に支持する前記駆動軸部材と、前記駆動軸部材回りの剛性を可変とする剛性可変手段と、前記剛性可変手段による前記駆動軸部材回りの剛性を制御する制御手段と、を備えている。   In order to solve the above problems, the leg force assisting apparatus according to the present invention takes the following means. First, the first invention of the present invention is a leg force assisting device that provides assisting force to the movement of the user's lower limbs, the lumbar side mounting portion mounted on the lumbar side portion of the user, A longitudinal first swing arm disposed on the side of the thigh and having a shaft hole in the vicinity of the upper end thereof, and a thigh attachment attached to the first swing arm and applied to the user's thigh And a drive shaft member inserted through the shaft hole of the first swing arm, wherein the first swing arm is swingable in the front-rear direction of the user with respect to the waist mounting portion. The driving shaft member to be supported, stiffness varying means for varying the stiffness around the driving shaft member, and control means for controlling the stiffness around the driving shaft member by the stiffness varying means.

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る脚力支援装置であって、前記剛性可変手段は、伸縮バネを有しており、前記第１揺動アームの揺動角度がゼロの場合では前記伸縮バネは自由長であり、前記第１揺動アームの揺動角度に対して前記伸縮バネの伸縮量を可変とすることで、前記駆動軸部材回りの剛性を可変とする。   Next, a second invention of the present invention is the leg force assisting device according to the first invention, wherein the rigidity varying means has an extension spring, and the swing angle of the first swing arm is Is zero, the extension spring has a free length, and by making the extension / contraction amount of the extension spring variable with respect to the swing angle of the first swing arm, the rigidity around the drive shaft member can be made variable. To do.

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る脚力支援装置であって、前記剛性可変手段は、前記駆動軸部材に対して平行に配置された従動軸部材と、前記従動軸部材回りに揺動自在に支持された連動揺動部材であって、動力伝達手段を介して前記第１揺動アームに接続されて前記第１揺動アームの揺動に連動して連動揺動するとともに前記第１揺動アームの揺動角度よりも小さな連動揺動角度で連動揺動する前記連動揺動部材と、前記連動揺動部材の外周部の近傍の位置に配置されて前記従動軸部材に対して平行に配置された剛性調整軸部材と、前記剛性調整軸部材を旋回させる剛性調整軸旋回手段と、前記剛性調整軸部材に接続されて前記剛性調整軸部材とともに旋回する旋回部材と、前記伸縮バネと、にて構成されている。また、前記伸縮バネの一方端に相当する個所は、前記旋回部材における前記剛性調整軸部材から離れた位置であるバネ固定端に接続され、前記伸縮バネの他方端に相当する個所は、前記連動揺動部材における外周部の近傍の位置であって前記連動揺動角度がゼロの場合において前記剛性調整軸部材と同軸となる位置であるバネ揺動端に接続され、前記連動揺動角度がゼロの場合において、前記バネ固定端と前記バネ揺動端に接続された前記伸縮バネは自由長である。そして、前記制御手段は、前記剛性調整軸旋回手段を制御することで、前記従動軸部材を中心として前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離を半径とする円である仮想連動揺動円における円周上の接線であって前記剛性調整軸部材の位置における接線である仮想接線と、前記連動揺動角度がゼロの場合における前記バネ揺動端と前記バネ固定端とを結ぶ仮想直線と、のなす角度である剛性調整角度を、前記連動揺動角度に応じて調整して、前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上のバネ定数を調整する。   Next, a third invention of the present invention is the leg force assisting device according to the second invention, wherein the rigidity varying means includes a driven shaft member arranged in parallel to the drive shaft member, An interlocking swinging member supported so as to be swingable around a driven shaft member, and connected to the first swinging arm via a power transmission means and interlocking with the swinging of the first swinging arm. The interlocking swinging member that swings and swings at a interlocking swinging angle smaller than the swinging angle of the first swinging arm, and is disposed at a position near the outer periphery of the interlocking swinging member. Rigidity adjusting shaft member arranged parallel to the driven shaft member, rigidity adjusting shaft turning means for turning the rigidity adjusting shaft member, and turning connected to the rigidity adjusting shaft member and turning together with the rigidity adjusting shaft member It is comprised by the member and the said expansion-contraction spring. Further, a portion corresponding to one end of the expansion spring is connected to a spring fixing end at a position away from the rigidity adjusting shaft member in the turning member, and a portion corresponding to the other end of the expansion spring is connected to the connection end. When the interlocking swing angle is zero at a position near the outer peripheral portion of the dynamic swinging member, the dynamic swinging member is connected to a spring swinging end that is coaxial with the stiffness adjusting shaft member, and the interlocking swinging angle is zero. In this case, the extension spring connected to the spring fixed end and the spring swing end has a free length. Then, the control means controls the rigidity adjusting shaft turning means so as to control the rigidity adjusting shaft turning means so as to make a virtual interlocking swing which is a circle having a radius from the driven shaft member to the rigidity adjusting shaft member as a center. An imaginary straight line connecting a virtual tangent that is a tangent on the circumference of the circle and that is a tangent at the position of the rigidity adjusting shaft member, and the spring swing end and the spring fixed end when the interlock swing angle is zero Then, a stiffness adjustment angle, which is an angle formed by the above, is adjusted according to the interlocking swing angle to adjust an apparent spring constant of the expansion spring as viewed from the interlocking swing member.

次に、本発明の第４の発明は、上記第３の発明に係る脚力支援装置であって、前記制御手段は、前記駆動軸部材回りの前記第１揺動アームの揺動周波数と、前記第１揺動アームを含む揺動対象物における前記駆動軸部材回りの慣性モーメントと、前記伸縮バネのバネ定数と、前記伸縮バネの前記自由長と、前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離と、前記連動揺動角度と、に基づいて、前記伸縮バネの共振点が、前記揺動対象物の揺動の周波数と一致するように前記剛性調整角度を調整する。   Next, a fourth invention of the present invention is the leg force assisting device according to the third invention, wherein the control means includes a swing frequency of the first swing arm around the drive shaft member, The moment of inertia around the drive shaft member in the swing object including the first swing arm, the spring constant of the telescopic spring, the free length of the telescopic spring, and the driven shaft member to the stiffness adjusting shaft member And the interlocking swing angle, the stiffness adjustment angle is adjusted so that the resonance point of the telescopic spring matches the swing frequency of the swing object.

次に、本発明の第５の発明は、上記第１の発明〜第４の発明のいずれか１つに係る脚力支援装置であって、前記制御手段からの制御信号に基づいて前記第１揺動アームを前記駆動軸部材回りに揺動させる第１駆動手段を有している。   Next, a fifth aspect of the present invention is the leg force assisting apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first swing is based on a control signal from the control means. First driving means for swinging the moving arm around the driving shaft member is provided.

次に、本発明の第６の発明は、上記第１の発明〜第５の発明のいずれか１つに係る脚力支援装置であって、前記駆動軸部材回りに揺動自在に支持された第２揺動アームと、前記第２揺動アームの揺動角度である第２揺動角度を検出する第２角度検出手段と、前記制御手段からの制御信号に基づいて前記第２揺動アームを前記駆動軸部材回りに揺動させる第２駆動手段と、前記第１揺動アームと前記第２揺動アームとに接続されて前記第１揺動アームの前記第１揺動角度と前記第２揺動アームの前記第２揺動角度とに基づいて動作する揺動リンク部材と、を有している。   Next, a sixth invention of the present invention is the leg force assisting device according to any one of the first to fifth inventions, wherein the leg force assisting device is supported swingably around the drive shaft member. Two swing arms, second angle detecting means for detecting a second swing angle that is a swing angle of the second swing arm, and the second swing arm based on a control signal from the control means. Second drive means for swinging around the drive shaft member, the first swing arm connected to the first swing arm and the second swing arm, and the second swing angle of the first swing arm and the second A swing link member that operates based on the second swing angle of the swing arm.

第１の発明によれば、制御手段を用いて剛性可変手段を制御して、駆動軸部材回りの剛性を制御することで、第１揺動アームを含む揺動対象物による揺動運動に対して、揺動運動を支援するために必要なトルクの大きさを自動的に調整するので、手間なくトルクを調整することができる。また、揺動運動を支援するために必要なトルクを発生させているので、消費電力あるいはユーザの負荷をより低減することができる。   According to the first aspect of the present invention, the rigidity variable means is controlled using the control means, and the rigidity around the drive shaft member is controlled, so that the swing motion by the swing object including the first swing arm is prevented. Thus, since the magnitude of the torque necessary for supporting the swing motion is automatically adjusted, the torque can be adjusted without any trouble. In addition, since the torque necessary to support the swinging motion is generated, the power consumption or the load on the user can be further reduced.

第２の発明によれば、第１揺動アームの揺動角度に対して、伸縮バネの伸縮量を可変とすることで、駆動軸部材回りの剛性を可変とする構造を実現することができる。   According to the second aspect of the invention, it is possible to realize a structure in which the rigidity around the drive shaft member is variable by making the expansion / contraction amount of the expansion / contraction spring variable with respect to the swing angle of the first swing arm. .

第３の発明によれば、伸縮バネを含む剛性可変手段を、具体的に実現することができる。また、制御手段から剛性調整軸旋回手段を制御して旋回部材を旋回させるだけで見かけ上バネ定数を調整できるので、容易に見かけ上バネ定数を調整することができる。   According to the third invention, it is possible to specifically realize the stiffness variable means including the expansion spring. Further, since the apparent spring constant can be adjusted simply by controlling the stiffness adjusting shaft turning means from the control means and turning the turning member, the apparent spring constant can be easily adjusted.

第４の発明によれば、剛性調整角度（旋回部材の旋回角度）を、第１揺動アームを含む揺動対象物に応じた適切な角度へと、制御手段を用いて自動的に調整することができる。従って、揺動運動する関節の剛性を自動的に調整することで発生トルクを自動的に調整することができる。また、仮に第１揺動アームを電動モータで揺動運動させたとしても、適切なトルクで揺動運動を支援することができるので、揺動用の電動モータの消費電力をより低減することができる。また、仮に揺動アームを電動モータで揺動させずにユーザ自身に揺動させる場合であっても、適切なトルクで揺動運動を支援することができるので、ユーザの負荷をより低減することができる。   According to the fourth aspect of the invention, the stiffness adjustment angle (the turning angle of the turning member) is automatically adjusted using the control means to an appropriate angle corresponding to the swing object including the first swing arm. be able to. Therefore, the generated torque can be automatically adjusted by automatically adjusting the rigidity of the joint that swings. Further, even if the first swing arm is swung by the electric motor, the swing motion can be supported with an appropriate torque, so that the power consumption of the swinging electric motor can be further reduced. . Further, even if the swing arm is swung by the user himself / herself without being swung by the electric motor, the swing motion can be supported with an appropriate torque, so that the load on the user can be further reduced. Can do.

第５の発明によれば、第１揺動アームを第１駆動手段にて揺動させるので、ユーザの歩行または走行の際の負荷をより低減することができる。   According to the fifth aspect, since the first swing arm is swung by the first drive means, it is possible to further reduce the load when the user walks or runs.

第６の発明によれば、第１揺動アームでユーザの大腿部の運動を支援し、第２揺動アームでユーザの下腿部を支援することができるので、ユーザの歩行または走行の際の負荷を、さらに低減することができる。   According to the sixth invention, the user's thigh movement can be supported by the first swing arm and the user's lower leg can be supported by the second swing arm. The load at the time can be further reduced.

第１の実施の形態の揺動関節装置を構成する各構成要素の概略形状、及び組み付け位置を説明する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view explaining the schematic shape of each component which comprises the rocking | fluctuation joint apparatus of 1st Embodiment, and an assembly position. 図１に示した各構成要素を組み付けて構成した揺動関節装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an oscillating joint device configured by assembling each component shown in FIG. 1. 図２に示した揺動関節装置をユーザ（ユーザの腕の記載は省略）に装着した状態を説明する図である。It is a figure explaining the state which mounted | wore the user (The description of a user's arm is abbreviate | omitted) with the rocking joint apparatus shown in FIG. 大腿揺動アームの揺動状態、及び下腿アームの揺動の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the rocking | fluctuation state of a thigh rocking | swiveling arm, and the rocking | fluctuation of a leg leg. 図４におけるＶ−Ｖ断面図であり、バネユニットの構成を説明する断面図である。It is VV sectional drawing in FIG. 4, and is sectional drawing explaining the structure of a spring unit. バネユニットに圧縮方向の力が働いた場合におけるバネユニットの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a spring unit when the force of a compression direction acts on the spring unit. バネユニットに伸長方向の力が働いた場合におけるバネユニットの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a spring unit when the force of the expansion | extension direction acts on the spring unit. 大腿揺動アームの揺動角度がゼロの場合におけるバネユニットの周囲を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the circumference | surroundings of a spring unit in case the rocking | fluctuation angle of a thigh rocking | fluctuation arm is zero. 図８の状態から大腿揺動アームが前方に揺動した場合におけるバネユニットの周囲を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the circumference | surroundings of a spring unit when a thigh rocking | swiveling arm rock | fluctuates ahead from the state of FIG. 従動軸部材（７）と剛性調整軸部材（２１Ｄ）とバネ固定端（２３Ｃ）とが直線状に並んだ場合において、連動揺動部材（１６）の揺動に応じて、模式的に記載した伸縮バネが伸縮する様子を説明する図である。In the case where the driven shaft member (7), the rigidity adjusting shaft member (21D), and the spring fixed end (23C) are arranged in a straight line, it is schematically described according to the swing of the interlocking swing member (16). It is a figure explaining a mode that an expansion-contraction spring expands and contracts. 図１０に対して、バネユニット（２３）の旋回角度を変更した場合において、連動揺動部材（１６）の揺動に応じて、模式的に記載した伸縮バネが伸縮する様子を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a state in which the expansion / contraction spring schematically described according to the swing of the interlocking swing member (16) when the turning angle of the spring unit (23) is changed with respect to FIG. is there. 制御手段の入出力を説明する図である。It is a figure explaining the input / output of a control means. 制御手段の処理手順の例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the example of the process sequence of a control means. 見かけ上バネ定数を調整するための剛性調整角度を算出する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which calculates the rigidity adjustment angle for adjusting an apparent spring constant. 連動揺動部材にバネユニットを２つ設けた例を説明する図である。It is a figure explaining the example which provided two spring units in the interlocking rocking member.

以下に本発明を実施するための形態である第１の実施の形態を、図面を用いて順に説明する。なお、各図においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている場合、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｚ軸方向は鉛直上向き方向を示し、Ｘ軸方向はユーザ（揺動関節装置を装着したユーザ）に対する前方向を示し、Ｙ軸方向はユーザに対する右方向を示している。なお本明細書では、図１に示す「大腿揺動アーム１３」が「第１揺動アーム」に相当し、「下腿揺動アーム３３」が「第２揺動アームに相当」している。また「回転角度検出手段１１Ｓ」が「第１角度検出手段」に相当しており、「回転角度検出手段３１Ｓ」が「第２角度検出手段」に相当している。また「電動モータ１１」が「第１駆動手段」に相当しており、「電動モータ３１」が「第２駆動手段」に相当している。また「ベース部２」が「腰側装着部」に相当している。また「揺動関節装置１」が「脚力支援装置」に相当している。   A first embodiment, which is a mode for carrying out the present invention, will be described in order with reference to the drawings. In each figure, when the X axis, Y axis, and Z axis are described, the X axis, Y axis, and Z axis are orthogonal to each other, the Z axis direction indicates a vertically upward direction, and the X axis direction indicates the user. The front direction with respect to (the user wearing the swing joint device) is shown, and the Y-axis direction shows the right direction with respect to the user. In this specification, “thigh swing arm 13” shown in FIG. 1 corresponds to “first swing arm”, and “crus swing arm 33” corresponds to “second swing arm”. The “rotation angle detection unit 11S” corresponds to the “first angle detection unit”, and the “rotation angle detection unit 31S” corresponds to the “second angle detection unit”. “Electric motor 11” corresponds to “first driving means”, and “electric motor 31” corresponds to “second driving means”. Further, the “base part 2” corresponds to the “waist side wearing part”. The “oscillating joint device 1” corresponds to a “leg force support device”.

●●［第１の実施の形態の揺動関節装置１の全体構成（図１〜図４）］
第１の実施の形態の揺動関節装置１は、ユーザの片脚（第１の実施の形態では左脚）に取り付けられて、ユーザの歩行または走行等の動作を支援する。図１に示すように、揺動関節装置１は、符号２、３、４、５、６、７にて示したユーザ装着部と、符号１１、１２、１３、１９にて示した大腿揺動部と、符号１６、２１、２２、２３にて示した剛性調整部と、符号３１、３２、３２Ｐ、３２Ｂ、３３、３４、３５、３６、３９にて示した下腿揺動部と、にて構成されている。なお、図１は揺動関節装置１の各構成要素の形状と組み付け位置等を示す分解斜視図であり、各構成要素を組み付けた状態の揺動関節装置１を図２に示す。また図３は揺動関節装置１をユーザに装着した状態を説明しており、図４は大腿揺動アーム１３及び下腿揺動アーム３３の揺動の例を示している。 ●● [Overall Configuration of the Swing Joint Device 1 of the First Embodiment (FIGS. 1 to 4)]
The swing joint device 1 according to the first embodiment is attached to a user's one leg (left leg in the first embodiment), and supports the user's actions such as walking or running. As shown in FIG. 1, the swing joint device 1 includes a user wearing portion indicated by reference numerals 2, 3, 4, 5, 6, and 7 and a femoral swing indicated by reference signs 11, 12, 13, and 19. Part, a rigidity adjusting part indicated by reference numerals 16, 21, 22, 23, and a lower leg swinging part indicated by reference numerals 31, 32, 32P, 32B, 33, 34, 35, 36, 39 It is configured. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the shape and assembly position of each component of the swing joint device 1, and FIG. 2 shows the swing joint device 1 in a state in which each component is assembled. FIG. 3 illustrates a state where the swing joint device 1 is mounted on the user, and FIG. 4 illustrates an example of swinging of the thigh swing arm 13 and the crus swing arm 33.

●［ベース部２、腰装着部３、肩ベルト４、制御ユニット５、ベース部２等にて構成されたユーザ装着部（図１〜図４）］
ベース部２は、腰装着部３に固定され、前記大腿揺動部、前記剛性調整部、前記下腿揺動部を保持するためのベース（基板）となる部材である。またベース部２には、揺動関節装置１を装着したユーザの股関節の側方に相当する位置に、Ｙ軸にほぼ平行に延びる駆動軸部材６が取り付けられ、駆動軸部材６に対して上方となる位置に、駆動軸部材６と平行に配置された従動軸部材７が取り付けられている。なお、駆動軸部材６は、後述する下腿揺動アーム３３の貫通孔３３Ｈに挿通された後、大腿揺動アーム１３の貫通孔１３Ｈに挿通される。また、従動軸部材７は、連動揺動部材１６の貫通孔１６Ｈに挿通される。なお駆動軸６Ｊは、駆動軸部材６の中心軸を示しており、従動軸７Ｊは、従動軸部材７の中心軸を示している。 ● [User wearing part (FIGS. 1 to 4) configured by the base part 2, the waist attaching part 3, the shoulder belt 4, the control unit 5, the base part 2, etc.]
The base portion 2 is a member that is fixed to the waist mounting portion 3 and serves as a base (substrate) for holding the thigh swinging portion, the rigidity adjusting portion, and the crus swinging portion. In addition, a drive shaft member 6 extending substantially parallel to the Y axis is attached to the base portion 2 at a position corresponding to the side of the hip joint of the user wearing the swing joint device 1, and is located above the drive shaft member 6. A driven shaft member 7 disposed in parallel with the drive shaft member 6 is attached to the position. The drive shaft member 6 is inserted into a through-hole 13H of the thigh swinging arm 13 after being inserted into a through-hole 33H of the lower leg swinging arm 33 described later. The driven shaft member 7 is inserted through the through hole 16H of the interlocking rocking member 16. The drive shaft 6J indicates the central axis of the drive shaft member 6, and the driven shaft 7J indicates the central axis of the driven shaft member 7.

腰装着部３は、ユーザの腰に巻回されてユーザの腰に固定される部材であり、ユーザの腰周りの寸法に応じて調整可能に構成されている。また腰装着部３には、ベース部２が固定され、肩ベルト４の一方端と他方端が接続されている。   The waist mounting portion 3 is a member that is wound around the user's waist and fixed to the user's waist, and is configured to be adjustable according to the dimensions around the user's waist. In addition, the base portion 2 is fixed to the waist mounting portion 3, and one end and the other end of the shoulder belt 4 are connected.

肩ベルト４は、一方端が腰装着部３の前面側に接続され、他方端が腰装着部３の背面側に接続され、長さを調節可能に構成されており、制御ユニット５が取り付けられている。ユーザは、肩ベルト４の長さを調節して自身の肩に肩ベルト４を装着することで、背中に制御ユニット５をランドセルのように背負うことができる。   The shoulder belt 4 is configured such that one end is connected to the front side of the waist mounting portion 3 and the other end is connected to the back side of the waist mounting portion 3 so that the length can be adjusted, and the control unit 5 is attached. ing. The user can carry the control unit 5 on the back like a school bag by adjusting the length of the shoulder belt 4 and attaching the shoulder belt 4 to his / her shoulder.

制御ユニット５は、電動モータ１１、２１、３１を制御する制御手段と、当該制御手段及び電動モータ１１、２１、３１への電力を供給するバッテリ等を収容している。   The control unit 5 houses a control unit that controls the electric motors 11, 21, and 31, a battery that supplies electric power to the control unit and the electric motors 11, 21, and 31.

●［電動モータ１１、ブラケット１２、大腿揺動アーム１３、大腿装着部１９等にて構成された大腿揺動部（図１〜図４）］
大腿揺動アーム１３（揺動アームに相当）は、外周面にギア歯が形成された円板部１３Ｇと、円板部１３Ｇから下方に延びるアーム部にて構成されている。そして円板部１３Ｇの中心には貫通孔１３Ｈが形成されており、貫通孔１３Ｈには駆動軸部材６が挿通される。従って、大腿揺動アーム１３は、駆動軸部材６回りに揺動自在に支持される。また大腿揺動アーム１３の貫通孔１３Ｈは、ユーザの股関節の側方に相当する位置に配置され、大腿揺動アーム１３の下端に設けられたリンク孔１３Ｌは、ユーザのひざ関節の側方に相当する位置に配置される。なお、大腿揺動アーム１３の下方に延びる長さは調整可能に構成されており、ユーザは、自身のひざ関節の位置に応じて、リンク孔１３Ｌの上下方向の位置を調整可能である。また大腿揺動アーム１３には、大腿装着部１９が取り付けられ、大腿装着部１９は、ユーザの大腿部（ふとももの周囲）にあてがわれ、ユーザの大腿部へ大腿揺動アーム１３を装着することを容易にする。 [Thigh oscillating part composed of the electric motor 11, the bracket 12, the thigh oscillating arm 13, the thigh mounting part 19 and the like (FIGS. 1 to 4)]
The thigh oscillating arm 13 (corresponding to the oscillating arm) includes a disc portion 13G having gear teeth on the outer peripheral surface and an arm portion extending downward from the disc portion 13G. A through hole 13H is formed at the center of the disc portion 13G, and the drive shaft member 6 is inserted through the through hole 13H. Accordingly, the thigh swing arm 13 is supported so as to be swingable around the drive shaft member 6. The through hole 13H of the thigh swing arm 13 is disposed at a position corresponding to the side of the user's hip joint, and the link hole 13L provided at the lower end of the thigh swing arm 13 is formed on the side of the user's knee joint. It is arranged at the corresponding position. The length extending downward of the thigh swing arm 13 is configured to be adjustable, and the user can adjust the vertical position of the link hole 13L according to the position of his knee joint. Further, the thigh swing arm 13 is attached with a thigh mounting portion 19, and the thigh mounting portion 19 is applied to the user's thigh (around the thigh), and the thigh swing arm 13 is placed on the user's thigh. Easy to install.

ブラケット１２は、電動モータ１１の回転軸が駆動軸部材６と同軸となるように電動モータ１１を固定するための部材であり、貫通孔１２Ｈが駆動軸部材６と同軸となるようにベース部２に固定される。なお、駆動軸部材６に、下腿揺動アーム３３の貫通孔３３Ｈが嵌め込まれて、さらに大腿揺動アーム１３の貫通孔１３Ｈが嵌め込まれた後、ブラケット１２がベース部２に固定される。   The bracket 12 is a member for fixing the electric motor 11 so that the rotating shaft of the electric motor 11 is coaxial with the drive shaft member 6, and the base portion 2 so that the through hole 12 </ b> H is coaxial with the drive shaft member 6. Fixed to. The bracket 12 is fixed to the base portion 2 after the through hole 33H of the lower leg swing arm 33 is fitted into the drive shaft member 6 and the through hole 13H of the upper leg swing arm 13 is further fitted.

電動モータ１１は、先端に減速機１１Ｄが取り付けられ、減速機１１Ｄはブラケット１２の貫通孔１２Ｈに挿通されて大腿揺動アーム１３の円板部１３Ｇの中心に取り付けられている。また電動モータ１１は、ブラケット１２に固定されている。また電動モータ１１には、制御ユニット５に収容されているバッテリ及び制御手段から駆動信号とともに電力が供給されている。そして電動モータ１１は、ブラケット１２（すなわちベース部２）に対して、駆動軸部材６回りに大腿揺動アーム１３を前後方向に揺動させることができる（図４参照）。また電動モータ１１には、エンコーダ等の回転角度検出手段１１Ｓが設けられている。回転角度検出手段１１Ｓは電動モータ１１のシャフトの回転角度に応じた信号を制御手段に出力する。そして制御手段は、回転角度検出手段１１Ｓからの検出信号と減速機１１Ｄの減速比に基づいて、減速機１１Ｄの回転角度を検出可能であり、大腿揺動アーム１３の揺動角度を検出することが可能である。なお、ブラケット１２に、ブラケット１２に対する大腿揺動アーム１３の揺動角度を検出する角度検出手段（角度センサ）を設けるようにしてもよいし、ブラケット１２に、ブラケット１２に対する下腿揺動アーム３３の揺動角度を検出する角度検出手段（角度センサ）を設けるようにしてもよい。また、大腿揺動アーム１３の揺動角度を検出する角度検出手段を設ける代わりに、連動揺動部材１６の揺動角度を検出する角度検出手段を設けるようにしてもよい。   The electric motor 11 has a speed reducer 11D attached to the tip, and the speed reducer 11D is inserted through the through hole 12H of the bracket 12 and attached to the center of the disc portion 13G of the thigh swing arm 13. The electric motor 11 is fixed to the bracket 12. The electric motor 11 is supplied with electric power together with a drive signal from a battery and control means housed in the control unit 5. And the electric motor 11 can rock | fluctuate the thigh rocking | fluctuation arm 13 to the front-back direction around the drive shaft member 6 with respect to the bracket 12 (namely, base part 2) (refer FIG. 4). The electric motor 11 is provided with a rotation angle detection means 11S such as an encoder. The rotation angle detection means 11S outputs a signal corresponding to the rotation angle of the shaft of the electric motor 11 to the control means. The control means can detect the rotation angle of the speed reducer 11D based on the detection signal from the rotation angle detection means 11S and the reduction ratio of the speed reducer 11D, and detect the swing angle of the thigh swing arm 13. Is possible. The bracket 12 may be provided with angle detection means (angle sensor) for detecting the swing angle of the thigh swing arm 13 with respect to the bracket 12, or the lower arm swing arm 33 with respect to the bracket 12 may be provided on the bracket 12. You may make it provide the angle detection means (angle sensor) which detects a rocking | fluctuation angle. Further, instead of providing the angle detection means for detecting the swing angle of the thigh swing arm 13, angle detection means for detecting the swing angle of the interlock swing member 16 may be provided.

●［電動モータ３１、ブラケット３２、動力伝達部（３２Ｐ、３２Ｂ）、下腿揺動アーム３３、下腿中継アーム３４、下腿アーム３５、足先保持部３６、下腿装着部３９等にて構成された下腿揺動部（図１〜図４）］
下腿揺動アーム３３は、駆動軸部材６が挿通される貫通孔３３Ｈが形成されている。駆動軸部材６が貫通孔３３Ｈに挿通されると、下腿揺動アーム３３は、駆動軸部材６回りに揺動自在に支持される。そして下腿揺動アーム３３にはベルト３２Ｂがかけられ、電動モータ３１と、プーリ３２Ｐ及びベルト３２Ｂにて構成された動力伝達部から動力が伝達されて駆動軸部材６回りに揺動する。 ● [Lower leg composed of electric motor 31, bracket 32, power transmission part (32P, 32B), lower leg swing arm 33, lower leg relay arm 34, lower leg arm 35, foot tip holding part 36, lower leg attachment part 39, etc. Swing part (Figs. 1 to 4)]
The lower leg swing arm 33 is formed with a through hole 33H through which the drive shaft member 6 is inserted. When the drive shaft member 6 is inserted through the through hole 33H, the lower leg swing arm 33 is supported so as to be swingable around the drive shaft member 6. Then, a belt 32B is applied to the lower leg swing arm 33, and power is transmitted from the power transmission section constituted by the electric motor 31, the pulley 32P and the belt 32B, and swings around the drive shaft member 6.

下腿中継アーム３４は、上方端が下腿揺動アーム３３の先端に揺動自在に接続され、下方端が下腿アーム３５の上方端の側の平行リンク形成部３５Ｍの端部に揺動自在に接続されている。なお、下腿中継アーム３４の下方に延びる長さは調整可能に構成されており、大腿揺動アーム１３の調整された長さに応じて、下腿中継アーム３４の長さは調節される。   The upper end of the lower leg relay arm 34 is swingably connected to the tip of the lower leg swing arm 33, and the lower end is swingably connected to the end of the parallel link forming portion 35M on the upper end side of the lower leg arm 35. Has been. The length extending downward of the lower leg relay arm 34 is configured to be adjustable, and the length of the lower leg relay arm 34 is adjusted according to the adjusted length of the thigh swing arm 13.

下腿アーム３５は、略逆Ｌ字状であり、Ｌ字の屈曲部に相当する位置に、大腿揺動アーム１３の下端のリンク孔１３Ｌと接続するためのリンク孔３５Ｌが形成されている。従って下腿アーム３５は、上方端の側の平行リンク形成部３５Ｍの一方端が下腿中継アーム３４の下方端に揺動自在に接続され、平行リンク形成部３５Ｍの他方端が大腿揺動アーム１３の下方端に揺動自在に接続されている。また下腿アーム３５の下方端には、足先保持部３６の上方端が揺動自在に接続されている。なお、下腿アーム３５の下方に延びる長さはユーザの下腿に合うように調整可能に構成されている。また、足先保持部３６は、略Ｌ字状であり、下端部がユーザの足の裏に配置される。また下腿アーム３５には、下腿装着部３９が取り付けられ、下腿装着部３９は、ユーザの下腿（ふくらはぎの周囲）にあてがわれ、ユーザの下腿部へ下腿アーム３５を装着することを容易にする。   The crus arm 35 has a substantially inverted L shape, and a link hole 35L for connecting to the link hole 13L at the lower end of the thigh swing arm 13 is formed at a position corresponding to the bent portion of the L shape. Accordingly, the lower arm 35 is connected such that one end of the parallel link forming portion 35M on the upper end side is swingably connected to the lower end of the lower leg relay arm 34, and the other end of the parallel link forming portion 35M is the lower end of the thigh swing arm 13. The lower end is swingably connected. Further, the upper end of the toe holding portion 36 is swingably connected to the lower end of the lower leg arm 35. The length extending downward of the lower leg arm 35 is configured to be adjustable so as to fit the user's lower leg. Moreover, the foot tip holding part 36 is substantially L-shaped, and the lower end part is disposed on the sole of the user's foot. Further, a crus mounting part 39 is attached to the crus arm 35, and the crus mounting part 39 is applied to the user's lower leg (around the calf), and it is easy to attach the lower leg arm 35 to the user's lower leg part. To do.

ブラケット３２は、電動モータ３１を固定するための部材であり、ベース部２に固定される。またブラケット３２には、貫通孔３２Ｈが形成されている。   The bracket 32 is a member for fixing the electric motor 31 and is fixed to the base portion 2. The bracket 32 is formed with a through hole 32H.

電動モータ３１は、先端に減速機３１Ｄが取り付けられ、減速機３１Ｄはブラケット３２の貫通孔３２Ｈに挿通される。また減速機３１Ｄにはプーリ３２Ｐが取り付けられ、プーリ３２Ｐと下腿揺動アーム３３にはベルト３２Ｂがかけられる。また電動モータ１１には、制御ユニット５に収容されているバッテリ及び制御手段から駆動信号とともに電力が供給されている。そして電動モータ３１は、プーリ３２Ｐとベルト３２Ｂを介して下腿揺動アーム３３を、駆動軸部材６回りに前後方向に揺動させることができる（図４参照）。また電動モータ３１には、エンコーダ等の回転角度検出手段３１Ｓが設けられている。回転角度検出手段３１Ｓは電動モータ３１のシャフトの回転角度に応じた信号を制御手段に出力する。そして制御手段は、回転角度検出手段３１Ｓからの検出信号と減速機３１Ｄの減速比とプーリ比とに基づいて、下腿揺動アーム３３の回転角度を検出可能であり、下腿揺動アーム３３の揺動角度を検出することが可能である。   The electric motor 31 has a speed reducer 31 </ b> D attached to the tip, and the speed reducer 31 </ b> D is inserted through the through hole 32 </ b> H of the bracket 32. A pulley 32P is attached to the speed reducer 31D, and a belt 32B is applied to the pulley 32P and the lower leg swing arm 33. The electric motor 11 is supplied with electric power together with a drive signal from a battery and control means housed in the control unit 5. The electric motor 31 can swing the lower leg swing arm 33 in the front-rear direction around the drive shaft member 6 via the pulley 32P and the belt 32B (see FIG. 4). The electric motor 31 is provided with a rotation angle detection means 31S such as an encoder. The rotation angle detection means 31S outputs a signal corresponding to the rotation angle of the shaft of the electric motor 31 to the control means. The control means can detect the rotation angle of the lower leg swing arm 33 based on the detection signal from the rotation angle detection means 31S and the reduction ratio and pulley ratio of the speed reducer 31D. It is possible to detect the moving angle.

次に図４を用いて、大腿揺動アーム１３を装着したユーザの大腿部ＵＬ１の揺動支援と、下腿アーム３５を装着したユーザの下腿部ＵＬ２の揺動支援の動作を説明する。大腿揺動アーム１３は、電動モータ１１の動力によって駆動軸部材６回りに揺動運動する。同様に下腿揺動アーム３３は、電動モータ３１の動力によって駆動軸部材６回りに揺動運動する。また、大腿揺動アーム１３と下腿揺動アーム３３と下腿中継アーム３４と（下腿アーム３５の）平行リンク形成部３５Ｍは、平行四辺形からなる平行リンクを構成している。従って、下腿中継アーム３４と下腿アーム３５は、大腿揺動アーム１３と下腿揺動アーム３３とに接続されて、大腿揺動アーム１３の揺動角度（図４中の角度θ１）と下腿揺動アーム３３の揺動角度（図４中の角度θ１−θ２）とに基づいて動作する揺動リンク部材に相当している。なお、図４において実線にて示す大腿揺動アーム１３、下腿揺動アーム３３、下腿中継アーム３４、下腿アーム３５、の位置を、各アームの初期位置（ユーザが直立状態で静止した位置）とする。   Next, with reference to FIG. 4, the swing support operation of the user's thigh UL1 wearing the thigh swing arm 13 and the swing support operation of the user's lower leg UL2 wearing the crus arm 35 will be described. The thigh swing arm 13 swings around the drive shaft member 6 by the power of the electric motor 11. Similarly, the lower leg swing arm 33 swings around the drive shaft member 6 by the power of the electric motor 31. Further, the thigh swing arm 13, the lower leg swing arm 33, the lower leg relay arm 34, and the parallel link forming portion 35M (of the lower leg arm 35) constitute a parallel link formed of a parallelogram. Therefore, the crus relay arm 34 and the crus arm 35 are connected to the thigh swing arm 13 and the crus swing arm 33, and the swing angle of the thigh swing arm 13 (angle θ1 in FIG. 4) and the crus swing. This corresponds to a swing link member that operates based on the swing angle of the arm 33 (angle θ1-θ2 in FIG. 4). Note that the positions of the thigh swing arm 13, the lower leg swing arm 33, the lower leg relay arm 34, and the lower leg arm 35 indicated by solid lines in FIG. 4 are the initial positions of the respective arms (positions where the user is standing upright). To do.

大腿揺動アーム１３を、大腿揺動アーム１３の初期位置から角度θ１にて前方に揺動させると、図４に示すように、ユーザの大腿部ＵＬ１を角度θ１にて前方に振り出すことができる。同時に、下腿揺動アーム３３を、下腿揺動アーム３３の初期位置から角度（θ１―θ２）にて前方に揺動させると、図４に示すように、大腿揺動アーム１３に対して角度θ２の傾斜を有するように、ユーザの下腿部ＵＬ２を前方に振り出すことができる。電動モータ１１による大腿揺動アーム１３の揺動運動と、電動モータ３１による下腿揺動アーム３３の揺動運動を、それぞれ独立して制御することができるので、角度θ１、角度θ２を、ユーザの所望する角度に合わせて自由に調整することができる。また、この構成によれば、大きなトルクが必要である大腿部の振り出しを、電動モータ１１と電動モータ３１の双方のトルクで行うことができるので、大型のモータを必要としない。   When the thigh swing arm 13 is swung forward at an angle θ1 from the initial position of the thigh swing arm 13, as shown in FIG. 4, the user's thigh UL1 is swung forward at an angle θ1. Can do. At the same time, when the lower leg swing arm 33 is swung forward at an angle (θ1-θ2) from the initial position of the lower leg swing arm 33, as shown in FIG. The user's lower leg UL2 can be swung forward so as to have an inclination of. Since the swinging motion of the thigh swinging arm 13 by the electric motor 11 and the swinging motion of the lower leg swinging arm 33 by the electric motor 31 can be controlled independently, the angle θ1 and the angle θ2 can be controlled by the user. It can be freely adjusted according to the desired angle. Further, according to this configuration, the thigh swinging out, which requires a large torque, can be performed with the torques of both the electric motor 11 and the electric motor 31, so that a large motor is not required.

また、大腿揺動アーム１３を揺動運動させると、連動揺動部材１６が連動して揺動運動（往復旋回運動）する。そして揺動運動のエネルギーを、連動揺動部材１６を介してバネユニット２３に蓄え、反対方向への揺動運動に利用する。つまり、大腿揺動アーム１３を前方に振り出した際のエネルギーをバネユニット２３に蓄えて大腿揺動アーム１３を後方に振り出す際に利用し、大腿揺動アーム１３を後方に振り出した際のエネルギーをバネユニットに蓄えて大腿揺動アーム１３を前方に振り出す際に利用する。次に、バネユニット２３を含む剛性調整部について説明する。   Further, when the thigh swing arm 13 is swung, the interlocking swinging member 16 is interlocked and swings (reciprocates). Then, the energy of the swinging motion is stored in the spring unit 23 via the interlocking swinging member 16 and used for the swinging motion in the opposite direction. That is, the energy when swinging the thigh swing arm 13 forward is stored in the spring unit 23 and used when swinging the thigh swing arm 13 backward, and the energy when swinging the thigh swing arm 13 backward is used. Is stored in the spring unit and used to swing the thigh swing arm 13 forward. Next, the rigidity adjusting unit including the spring unit 23 will be described.

●［連動揺動部材１６、電動モータ２１、ブラケット２２、バネユニット２３等にて構成された剛性調整部（図１〜図３）］
ブラケット２２は、電動モータ２１の剛性調整軸部材２１Ｄ（この場合、減速機）が、連動揺動角度がゼロの場合において連動揺動部材１６の外周部に設けられたバネ係止部材１６Ｋと同軸となる位置（図８、図９参照）に電動モータ２１を固定する部材であり、ベース部２に固定される。そしてブラケット２２において、連動揺動角度がゼロの場合の連動揺動部材１６のバネ係止部材１６と同軸となる位置には、貫通孔２２Ｈが形成されている。なお、剛性調整軸部材２１Ｄの回転軸である剛性調整軸２１ＤＪ（図５〜図７参照）は、駆動軸６Ｊ及び従動軸７Ｊと平行である。 ● [Rigidity adjustment unit composed of interlocking rocking member 16, electric motor 21, bracket 22, spring unit 23, etc. (FIGS. 1 to 3)]
The bracket 22 is coaxial with the spring locking member 16K provided on the outer peripheral portion of the interlocking swing member 16 when the rigidity adjusting shaft member 21D (in this case, the speed reducer) of the electric motor 21 has a interlocking swing angle of zero. This is a member that fixes the electric motor 21 at a position (see FIGS. 8 and 9), and is fixed to the base portion 2. In the bracket 22, a through hole 22 </ b> H is formed at a position coaxial with the spring locking member 16 of the interlocking rocking member 16 when the interlocking rocking angle is zero. Note that the rigidity adjustment shaft 21DJ (see FIGS. 5 to 7), which is the rotation axis of the rigidity adjustment shaft member 21D, is parallel to the drive shaft 6J and the driven shaft 7J.

連動揺動部材１６は、外周面にギア歯１６Ｇが形成された円板状の部材である。そして連動揺動部材１６の中心には貫通孔１６Ｈが形成されており、貫通孔１６Ｈには従動軸部材７が挿通される。従って、連動揺動部材１６は、従動軸部材７回りに揺動自在に支持されている。また、大腿揺動アーム１３の円板部１３Ｇの外周面のギア歯と、連動揺動部材１６の外周面のギア歯は噛み合わされており、大腿揺動アーム１３の揺動運動に連動して連動揺動部材１６が揺動する。また、円板部１３Ｇの径よりも連動揺動部材１６の径のほうが充分大きく設定されており、例えば円板部１３Ｇのギア歯数に対する連動揺動部材１６のギア歯数は、１：１０に設定されている。この場合、例えば大腿揺動アーム１３が６０［°］の揺動角度で揺動した場合、連動揺動部材１６は６［°］の揺動角度で連動して揺動する。また、連動揺動部材１６の外周部の近傍の位置であって、連動揺動角度がゼロの場合において剛性調整軸部材２１Ｄ（電動モータ２１のシャフトに設けられた減速機）と同軸となる位置（図８、図９参照）には、バネ係止部材１６Ｋ（バネ揺動端に相当し、図１参照）が設けられている。このバネ係止部材１６Ｋには、後述するように、バネユニット２３の伸縮バネの一方端が接続される。   The interlocking rocking member 16 is a disk-like member having gear teeth 16G formed on the outer peripheral surface. A through hole 16H is formed at the center of the interlocking rocking member 16, and the driven shaft member 7 is inserted into the through hole 16H. Accordingly, the interlocking swing member 16 is supported so as to be swingable around the driven shaft member 7. Further, the gear teeth on the outer peripheral surface of the disc portion 13G of the thigh swing arm 13 and the gear teeth on the outer peripheral surface of the interlock swing member 16 are meshed with each other, and interlock with the swing motion of the thigh swing arm 13. The interlocking swing member 16 swings. Further, the diameter of the interlocking rocking member 16 is set to be sufficiently larger than the diameter of the disk part 13G. For example, the number of gear teeth of the interlocking rocking member 16 with respect to the number of gear teeth of the disk part 13G is 1:10. Is set to In this case, for example, when the thigh swing arm 13 swings at a swing angle of 60 [°], the interlock swing member 16 swings in conjunction with a swing angle of 6 [°]. Further, a position near the outer peripheral portion of the interlocking swing member 16 and a position that is coaxial with the stiffness adjusting shaft member 21D (a reduction gear provided on the shaft of the electric motor 21) when the interlock swing angle is zero. A spring locking member 16K (corresponding to a spring swing end, see FIG. 1) is provided (see FIGS. 8 and 9). As will be described later, one end of the extension spring of the spring unit 23 is connected to the spring locking member 16K.

電動モータ２１は、先端に剛性調整軸部材２１Ｄが取り付けられ、剛性調整軸部材２１Ｄはブラケット２２の貫通孔２２Ｈに挿通されてバネユニット２３の取付部２３Ｈに取り付けられている。また電動モータ２１は、ブラケット２２に固定されている。また電動モータ２１には、制御ユニット５に収容されているバッテリ及び制御手段から駆動信号とともに電力が供給されている。そして電動モータ２１は、ブラケット２２（すなわちベース部２）に対して剛性調整軸部材２１Ｄ回りにバネユニット２３を旋回させることができる（図４参照）。また電動モータ２１には、エンコーダ等の回転角度検出手段２１Ｓが設けられている。回転角度検出手段２１Ｓは電動モータ２１のシャフトの回転角度に応じた信号を制御手段に出力する。そして制御手段は、回転角度検出手段２１Ｓからの検出信号と剛性調整軸部材２１Ｄの減速比に基づいて、剛性調整軸部材２１Ｄの回転角度を検出可能であり、バネユニット２３（旋回部材２３Ａ）の旋回角度を検出することが可能である。なお、ブラケット２２に、ブラケット２２に対するバネユニット２３（旋回部材２３Ａ）の旋回角度を検出する角度検出手段（角度センサ）を設けるようにしてもよい。なおバネユニット２３については、以下にて詳細を説明する。   The electric motor 21 has a rigidity adjustment shaft member 21D attached to the tip, and the rigidity adjustment shaft member 21D is inserted into the through hole 22H of the bracket 22 and attached to the attachment portion 23H of the spring unit 23. The electric motor 21 is fixed to the bracket 22. The electric motor 21 is supplied with electric power together with a drive signal from a battery and control means housed in the control unit 5. The electric motor 21 can turn the spring unit 23 around the stiffness adjusting shaft member 21D with respect to the bracket 22 (that is, the base portion 2) (see FIG. 4). The electric motor 21 is provided with a rotation angle detection means 21S such as an encoder. The rotation angle detection means 21S outputs a signal corresponding to the rotation angle of the shaft of the electric motor 21 to the control means. The control means can detect the rotation angle of the rigidity adjusting shaft member 21D based on the detection signal from the rotation angle detecting means 21S and the reduction ratio of the rigidity adjusting shaft member 21D, and the control unit can detect the rotation angle of the spring unit 23 (the turning member 23A). It is possible to detect the turning angle. In addition, you may make it provide the angle detection means (angle sensor) which detects the turning angle of the spring unit 23 (turning member 23A) with respect to the bracket 22 in the bracket 22. FIG. The spring unit 23 will be described in detail below.

●［バネユニット２３の構成と動作（図５〜図９）］
図５（図４におけるＶ−Ｖ断面図）に示すように、バネユニット２３は、取付部２３Ｈを有する旋回部材２３Ａ、軸受２３Ｂ、揺動追従軸部材２３Ｃを有する揺動追従部材２３Ｍ、シャフト２３Ｄ、伸縮伝達部材２３Ｅ、ワッシャ２３Ｆ、２３Ｇ、伸縮バネ２３Ｋにて構成されている。 ● [Configuration and operation of spring unit 23 (FIGS. 5 to 9)]
As shown in FIG. 5 (cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4), the spring unit 23 includes a swing member 23A having a mounting portion 23H, a bearing 23B, a swing follower member 23M having a swing follower shaft member 23C, and a shaft 23D. The telescopic transmission member 23E, washers 23F and 23G, and the telescopic spring 23K.

旋回部材２３Ａは、一方端の近傍に設けられた取付部２３Ｈに、電動モータ２１の剛性調整軸部材２１Ｄが嵌め込まれ、剛性調整軸２１ＤＪ回りに旋回する。また旋回部材２３Ａの他方端（剛性調整軸部材から離れた位置）には軸受２３Ｂと揺動追従軸部材２３Ｃを取り付けるための貫通孔２３Ａ１が設けられている。   The turning member 23A is turned around the rigidity adjusting shaft 21DJ by fitting the rigidity adjusting shaft member 21D of the electric motor 21 into the mounting portion 23H provided in the vicinity of one end. Further, a through hole 23A1 for attaching the bearing 23B and the swing follow-up shaft member 23C is provided at the other end (a position away from the rigidity adjusting shaft member) of the turning member 23A.

揺動追従軸部材２３Ｃ（バネ固定端に相当）は、旋回部材２３Ａにおける剛性調整軸部材２１Ｄから離れた位置に、軸受２３Ｂを介して取り付けられている。従って、揺動追従軸部材２３Ｃを有する揺動追従部材２３Ｍは、剛性調整軸２１ＤＪに平行なバネ支持軸２３ＣＪ回りに旋回可能となるように支持されている。また揺動追従部材２３Ｍには、シャフト２３Ｄを挿通するための貫通孔２３Ｍ１、２３Ｍ２が、剛性調整軸２１ＤＪに直交する方向に形成されている。   The swing follower shaft member 23C (corresponding to a spring fixed end) is attached via a bearing 23B at a position away from the stiffness adjusting shaft member 21D in the turning member 23A. Therefore, the swing follower member 23M having the swing follower shaft member 23C is supported so as to be able to turn around the spring support shaft 23CJ parallel to the stiffness adjusting shaft 21DJ. The swing follower member 23M is formed with through holes 23M1 and 23M2 for inserting the shaft 23D in a direction perpendicular to the stiffness adjusting shaft 21DJ.

シャフト２３Ｄには、伸縮伝達部材２３Ｅ、ワッシャ２３Ｆ、伸縮バネ２３Ｋ、ワッシャ２３Ｇが嵌められ、シャフト２３Ｄは揺動追従部材２３Ｍの貫通孔２３Ｍ１、２３Ｍ２に挿通されている。そして伸縮伝達部材２３Ｅの取付部２３Ｅ１には、連動揺動部材１６の外周部に設けられているバネ係止部材１６Ｋ（図１参照）が、軸受２３Ｎを介して取り付けられている。なお、剛性調整軸２１ＤＪとバネ係止部材１６Ｋの中心軸であるバネ揺動軸１６ＫＪが同軸にある場合、伸縮バネ２３Ｋは自由長であり、圧縮も伸長もされていない状態である。   The shaft 23D is fitted with an expansion / contraction transmission member 23E, a washer 23F, an expansion / contraction spring 23K, and a washer 23G, and the shaft 23D is inserted into the through holes 23M1 and 23M2 of the swing tracking member 23M. A spring locking member 16K (see FIG. 1) provided on the outer peripheral portion of the interlock swing member 16 is attached to the attachment portion 23E1 of the expansion / contraction transmission member 23E via a bearing 23N. When the stiffness adjusting shaft 21DJ and the spring rocking shaft 16KJ that is the central axis of the spring locking member 16K are coaxial, the extension spring 23K has a free length and is neither compressed nor expanded.

バネユニット２３は、上記の構成により、図５に示す状態から連動揺動部材１６が下方に移動した場合、図６に示すように、バネ係止部材１６Ｋが、伸縮伝達部材２３Ｅ及びワッシャ２３Ｆを下方に押し込む。すると、伸縮バネ２３Ｋが圧縮され、伸縮バネ２３Ｋの付勢力は、剛性調整軸２１ＤＪとバネ揺動軸１６ＫＪとの距離ΔＬｄをゼロとする方向に働く。   In the spring unit 23, when the interlock swing member 16 moves downward from the state shown in FIG. 5, the spring locking member 16K causes the expansion / contraction transmission member 23E and the washer 23F to move as shown in FIG. Push down. Then, the expansion spring 23K is compressed, and the urging force of the expansion spring 23K acts in a direction in which the distance ΔLd between the rigidity adjustment shaft 21DJ and the spring swing shaft 16KJ is zero.

また、図５に示す状態から連動揺動部材１６が上方に移動した場合、図７に示すように、バネ係止部材１６Ｋが、伸縮伝達部材２３Ｅとシャフト２３Ｄとワッシャ２３Ｇを上方に引き上げる。すると、伸縮バネ２３Ｋが圧縮され、伸縮バネ２３Ｋの付勢力は、剛性調整軸２１ＤＪとバネ揺動軸１６ＫＪとの距離ΔＬｕをゼロとする方向に働く。   Further, when the interlock swing member 16 moves upward from the state shown in FIG. 5, the spring locking member 16K pulls the expansion / contraction transmission member 23E, the shaft 23D, and the washer 23G upward as shown in FIG. Then, the expansion spring 23K is compressed, and the urging force of the expansion spring 23K acts in a direction in which the distance ΔLu between the rigidity adjustment shaft 21DJ and the spring swing shaft 16KJ is zero.

図８は、大腿揺動アーム１３の揺動角度がゼロの場合におけるバネユニット２３の周囲の斜視図である。大腿揺動アーム１３の揺動角度がゼロの場合では、剛性調整軸２１ＤＪとバネ揺動軸１６ＫＪが同軸であり、伸縮バネ２３Ｋは自由長である。バネユニット２３の旋回部材２３Ａは、電動モータ２１の剛性調整軸部材２１Ｄの剛性調整軸２１ＤＪ回りに旋回可能であり、電動モータ２１によって旋回角度が調整されている。またバネユニット２３の揺動追従部材２３Ｍは、バネ支持軸２３ＣＪ回りに旋回可能である。   FIG. 8 is a perspective view around the spring unit 23 when the swing angle of the thigh swing arm 13 is zero. When the swing angle of the thigh swing arm 13 is zero, the stiffness adjusting shaft 21DJ and the spring swing shaft 16KJ are coaxial, and the telescopic spring 23K has a free length. The turning member 23 </ b> A of the spring unit 23 can turn around the stiffness adjusting shaft 21 </ b> DJ of the stiffness adjusting shaft member 21 </ b> D of the electric motor 21, and the turning angle is adjusted by the electric motor 21. Further, the swing follower member 23M of the spring unit 23 can turn around the spring support shaft 23CJ.

図９は、図８の状態から大腿揺動アーム１３が符号Ｒ８方向に揺動した場合を示しており、連動揺動部材１６が符号Ｌ８方向に連動揺動した場合を示している。大腿揺動アーム１３がＲ８方向に揺動すると、大腿揺動アーム１３の円板部１３Ｇの外周のギア歯に噛み合っている連動揺動部材１６がＬ８方向に連動揺動する。すると、連動揺動部材１６の外周部のバネ係止部材１６Ｋが、剛性調整軸２１ＤＪから離れる方向に移動して、伸縮伝達部材２３Ｅを、バネ支持軸２３ＣＪから離れる方向に引張る。すると伸縮バネ２３Ｋが圧縮されて（図７参照）、伸縮バネ２３Ｋに発生した付勢力は、バネ揺動軸１６ＫＪが剛性調整軸２１ＤＪと同軸となる方向へと連動揺動部材１６を旋回させる力（Ｌ８方向の反対方向へと連動揺動部材１６を旋回させる力）となって働く。   FIG. 9 shows a case where the thigh swing arm 13 swings in the direction R8 from the state of FIG. 8, and shows a case where the interlock swing member 16 swings in the direction L8. When the thigh swing arm 13 swings in the R8 direction, the interlock swing member 16 engaged with the gear teeth on the outer periphery of the disc portion 13G of the thigh swing arm 13 swings in the L8 direction. Then, the spring locking member 16K on the outer peripheral portion of the interlocking rocking member 16 moves in a direction away from the stiffness adjusting shaft 21DJ, and pulls the expansion / contraction transmission member 23E in a direction away from the spring support shaft 23CJ. Then, the expansion spring 23K is compressed (see FIG. 7), and the urging force generated in the expansion spring 23K is a force for rotating the interlocking swing member 16 in a direction in which the spring swing shaft 16KJ is coaxial with the stiffness adjusting shaft 21DJ. (Force to turn the interlocking rocking member 16 in the direction opposite to the L8 direction).

●［バネユニットの模式図と剛性調整角度（図１０、図１１）］
次に図１０、図１１を用いて、剛性調整角度について説明する。なお図１０、図１１、図１４では、図５に示すバネユニット２３の構造を簡略化した模式図のバネユニット２３Ｚを用いて説明する。模式図で示すバネユニット２３Ｚは、図５に示すバネユニット２３の構成から旋回部材２３Ａと揺動追従軸部材２３Ｃと伸縮バネ２３Ｋのみを残し、伸縮バネ２３Ｋの一方端は揺動追従軸部材２３Ｃに係止され、伸縮バネ２３Ｋの他方端はバネ係止部材１６Ｋに係止されている。また、図１０に示す連動揺動角度がゼロの場合であって、剛性調整軸２１ＤＪとバネ揺動軸１６ＫＪが同軸の場合、伸縮バネ２３Ｋは、伸長も圧縮もされていない自由長である。 ● [Schematic diagram of spring unit and stiffness adjustment angle (Fig. 10, Fig. 11)]
Next, the stiffness adjustment angle will be described with reference to FIGS. 10, 11, and 14, description will be made using a spring unit 23 </ b> Z having a schematic diagram in which the structure of the spring unit 23 illustrated in FIG. 5 is simplified. The spring unit 23Z shown in the schematic diagram leaves only the turning member 23A, the swing follower shaft member 23C, and the extension spring 23K from the configuration of the spring unit 23 shown in FIG. 5, and one end of the extension spring 23K is the swing follower shaft member 23C. The other end of the extension spring 23K is locked to the spring locking member 16K. In the case where the interlocking swing angle shown in FIG. 10 is zero and the stiffness adjusting shaft 21DJ and the spring swing shaft 16KJ are coaxial, the extension spring 23K has a free length that is neither extended nor compressed.

また図１０、図１１において、従動軸部材７を中心として従動軸部材７から剛性調整軸部材２１Ｄまでの距離を半径とする円である仮想連動揺動円（本実施の形態では、連動揺動部材の外周円）における円周上の接線であって、剛性調整軸部材２１Ｄの位置における接線を仮想接線ＶＳとする。また、連動揺動角度がゼロの場合におけるバネ固定端（揺動追従軸部材２３Ｃに相当）とバネ揺動端（バネ係止部材１６Ｋに相当）とを結ぶ直線を仮想直線Ｖ２３とする。また、従動軸部材７の従動軸７Ｊと、剛性調整軸部材２１Ｄの剛性調整軸２１ＤＪとを結ぶ直線を仮想基準線ＶＸとする。バネ揺動軸１６ＫＪが、仮想基準線ＶＸと重なる位置にある場合では、大腿揺動アーム１３の揺動角度はゼロであり、連動揺動部材１６の連動揺動角度はゼロである。また、仮想接線ＶＳと仮想基準線ＶＸは直交している。そして、仮想接線ＶＳと仮想直線Ｖ２３との成す角である、図１０における角度φａ、図１１における角度φｂを、剛性調整角度とする。   10 and 11, a virtual interlocking swing circle that is a circle having a radius from the driven shaft member 7 to the stiffness adjusting shaft member 21 </ b> D with the driven shaft member 7 as the center (in this embodiment, the interlocked swinging is performed). The tangent on the circumference of the outer circumferential circle of the member), and the tangent at the position of the stiffness adjusting shaft member 21D is defined as a virtual tangent VS. In addition, a straight line connecting the spring fixed end (corresponding to the swing following shaft member 23C) and the spring swing end (corresponding to the spring locking member 16K) when the interlocking swing angle is zero is defined as a virtual straight line V23. A straight line connecting the driven shaft 7J of the driven shaft member 7 and the stiffness adjusting shaft 21DJ of the stiffness adjusting shaft member 21D is defined as a virtual reference line VX. When the spring swing shaft 16KJ is at a position overlapping the virtual reference line VX, the swing angle of the thigh swing arm 13 is zero, and the interlock swing angle of the interlock swing member 16 is zero. Further, the virtual tangent line VS and the virtual reference line VX are orthogonal to each other. Then, the angle φa in FIG. 10 and the angle φb in FIG. 11, which are angles formed by the virtual tangent VS and the virtual straight line V23, are set as the stiffness adjustment angles.

図１０は、剛性調整角度φａが、ほぼ直角となるように、電動モータ２１を制御した場合の例を示している。そして大腿揺動アーム１３が、揺動角度がゼロの状態から符号Ｌ１０方向に揺動し、連動揺動部材１６が、連動揺動角度がゼロの状態から符号Ｒ１０方向に連動揺動角度θＲ１０まで揺動したとする。この場合、バネ係止部材１６Ｋは、剛性調整軸部材２１Ｄと同軸の位置から、連動揺動角度θＲ１０だけ右に回転したバネ係止部材１６Ｋ´の位置に移動する。これにより伸縮バネ２３Ｋは、伸縮バネ２３Ｋ´の状態となり、ΔＬＲ１０だけ伸長される。この伸縮バネ２３Ｋ´の伸長による付勢力は、連動揺動部材１６を、連動揺動角度がゼロとなる方向へ、揺動させる力となる。   FIG. 10 shows an example in which the electric motor 21 is controlled so that the rigidity adjustment angle φa is substantially a right angle. Then, the thigh swing arm 13 swings in the direction L10 from the state where the swing angle is zero, and the interlock swing member 16 moves from the state where the interlock swing angle is zero to the interlock swing angle θR10 in the direction R10. Suppose that it rocks. In this case, the spring locking member 16K moves from the position coaxial with the stiffness adjusting shaft member 21D to the position of the spring locking member 16K ′ rotated to the right by the interlocking swing angle θR10. As a result, the expansion spring 23K becomes a state of the expansion spring 23K ′ and is extended by ΔLR10. The biasing force generated by the extension of the extension spring 23K ′ is a force that causes the interlocking swing member 16 to swing in a direction in which the interlocking swing angle becomes zero.

図１１は、図１０に対して、剛性調整角度φｂを約４５［°］となるように、電動モータ２１を制御した場合の例を示している。この場合、図１０と同様に大腿揺動アームが、揺動角度がゼロの状態から符号Ｌ１０方向に揺動し、連動揺動部材１６が、連動揺動角度がゼロの状態から符号Ｒ１０方向に連動揺動角度θＲ１０まで揺動したとする。この場合の伸縮バネ２３Ｋは、伸縮バネ２３Ｋ´の状態となり、ΔＬＲ１１だけ伸長されるが、図１０の場合と同じ連動揺動角度θＲ１０であるにもかかわらず、伸長されるΔＬＲ１１は、図１０に示すΔＬＲ１０よりも長い。すなわち、図１０における伸縮バネ２３Ｋ´の付勢力よりも、図１１における伸縮バネ２３Ｋ´の付勢力のほうが大きい。   FIG. 11 shows an example in which the electric motor 21 is controlled so that the stiffness adjustment angle φb is about 45 [°] with respect to FIG. 10. In this case, similarly to FIG. 10, the thigh swing arm swings in the direction L10 from the state where the swing angle is zero, and the interlock swing member 16 moves from the state where the interlock swing angle is zero to the direction R10. It is assumed that the rocking is performed up to the interlocking rocking angle θR10. The expansion spring 23K in this case is in the state of the expansion spring 23K ′ and is extended by ΔLR11. However, the extended ΔLR11 is shown in FIG. 10 despite the same interlocking swing angle θR10 as in FIG. It is longer than ΔLR10 shown. That is, the urging force of the extension spring 23K ′ in FIG. 11 is larger than the urging force of the extension spring 23K ′ in FIG.

このように、連動揺動角度が同じであっても、剛性調整角度を変えることで、伸縮バネ２３Ｋの伸縮量を変えることができる。つまり、剛性調整角度を変化させると、連動揺動部材１６から見た伸縮バネ２３Ｋの見かけ上のバネ定数を変化させることができる。すなわち、剛性調整角度を調整することで、駆動軸部材６回りの剛性を調整することができる。なお、連動揺動部材１６から見た伸縮バネ２３Ｋの見かけ上のバネ定数は、剛性調整角度が直角の場合が最も小さく、剛性調整角度がゼロの場合が最も大きい（０［°］≦剛性調整角度≦９０［°］とした場合）。   Thus, even if the interlocking rocking angle is the same, the expansion / contraction amount of the expansion spring 23K can be changed by changing the rigidity adjustment angle. That is, when the stiffness adjustment angle is changed, the apparent spring constant of the expansion spring 23K viewed from the interlocking rocking member 16 can be changed. That is, the rigidity around the drive shaft member 6 can be adjusted by adjusting the rigidity adjustment angle. The apparent spring constant of the expansion spring 23K viewed from the interlocking rocking member 16 is the smallest when the rigidity adjustment angle is a right angle and the largest when the rigidity adjustment angle is zero (0 [°] ≦ stiffness adjustment). When angle ≦ 90 [°]).

以上に説明したバネユニット２３、剛性調整軸部材２１Ｄ、電動モータ２１（剛性調整軸旋回手段）にて、見かけ上バネ定数可変手段が構成されている。そして見かけ上バネ定数可変手段は、連動揺動部材１６から見た伸縮バネ２３Ｋの見かけ上のバネ定数を可変としており、駆動軸部材６回りの剛性を可変としている。また、見かけ上バネ定数可変手段と、従動軸部材７と、連動揺動部材１６にて、剛性可変手段が構成されている。   The spring unit 23, the rigidity adjusting shaft member 21D, and the electric motor 21 (rigidity adjusting shaft turning means) described above constitute an apparent spring constant varying means. The apparent spring constant changing means makes the apparent spring constant of the expansion spring 23K seen from the interlocking rocking member 16 variable, and makes the rigidity around the drive shaft member 6 variable. The apparent spring constant varying means, the driven shaft member 7 and the interlocking rocking member 16 constitute a stiffness varying means.

●［制御手段の入出力（図１２）］
次に図１２を用いて、制御手段５０の入出力について説明する。制御ユニット５には、制御手段５０及びバッテリ６０が収容されている。また制御ユニット５は、起動スイッチ５４、入出力手段であるタッチパネル５５、バッテリ６０への充電用コネクタ６１等が設けられている。また制御手段５０（制御装置）は、ＣＰＵ５０Ａ、モータドライバ５１、５２、５３等を有している。なお、制御手段５０の処理を実行させるためのプログラムや各種の計測結果等を記憶する記憶装置も備えているが、図示省略する。 ● [Input / output of control means (Fig. 12)]
Next, the input / output of the control means 50 will be described with reference to FIG. The control unit 5 accommodates a control means 50 and a battery 60. The control unit 5 is provided with a start switch 54, a touch panel 55 as input / output means, a connector 61 for charging the battery 60, and the like. The control means 50 (control device) includes a CPU 50A, motor drivers 51, 52, 53, and the like. A storage device for storing a program for executing the processing of the control means 50 and various measurement results is also provided, but not shown.

制御手段５０は、後述するように、大腿揺動アーム１３を揺動運動させるための目標揺動周期や目標揺動角度を求め、モータドライバ５１を介して駆動信号を電動モータ１１に出力する。電動モータ１１は制御手段５０からの駆動信号に基づいて減速機１１Ｄを介して大腿揺動アーム１３を所定周期で所定角度にて揺動運動させる。また電動モータ１１のシャフトの回転速度や回転量は、回転角度検出手段１１Ｓにて検出され、検出信号はモータドライバ５１に入力されるとともにモータドライバ５１を介してＣＰＵ５０Ａに入力される。ＣＰＵ５０Ａは、回転角度検出手段１１Ｓからの検出信号に基づいた実際の揺動周期と実際の揺動角度が、目標揺動周期及び目標揺動角度に近づくようにフィードバック制御する。   As will be described later, the control means 50 obtains a target swing period and a target swing angle for swinging the thigh swing arm 13 and outputs a drive signal to the electric motor 11 via the motor driver 51. Based on the drive signal from the control means 50, the electric motor 11 causes the thigh swing arm 13 to swing at a predetermined angle at a predetermined cycle via the speed reducer 11D. The rotation speed and the rotation amount of the shaft of the electric motor 11 are detected by the rotation angle detection means 11S, and the detection signal is input to the motor driver 51 and also to the CPU 50A via the motor driver 51. The CPU 50A performs feedback control so that the actual swing period and the actual swing angle based on the detection signal from the rotation angle detection unit 11S approach the target swing period and the target swing angle.

また制御手段５０は、後述するように、バネユニット２３の剛性調整角度を、連動揺動部材１６から見た見かけ上バネ定数が最適な値となるように、目標剛性調整角度を求め、モータドライバ５２を介して駆動信号を電動モータ２１に出力する。電動モータ２１は制御手段５０からの駆動信号に基づいて剛性調整軸部材２１Ｄを介してバネユニット２３を旋回させる。また電動モータ２１のシャフトの回転速度や回転量は、回転角度検出手段２１Ｓにて検出され、検出信号はモータドライバ５２に入力されるとともにモータドライバ５２を介してＣＰＵ５０Ａに入力される。ＣＰＵ５０Ａは、回転角度検出手段２１Ｓからの検出信号に基づいた実際の旋回角度が、目標剛性調整角度に近づくようにフィードバック制御する。   Further, as will be described later, the control means 50 obtains the target stiffness adjustment angle so that the apparent spring constant as seen from the interlocking rocking member 16 becomes the optimum value, and the motor driver 23 A drive signal is output to the electric motor 21 via 52. The electric motor 21 rotates the spring unit 23 via the stiffness adjusting shaft member 21D based on the drive signal from the control means 50. Further, the rotation speed and rotation amount of the shaft of the electric motor 21 are detected by the rotation angle detection means 21S, and the detection signal is input to the motor driver 52 and to the CPU 50A via the motor driver 52. The CPU 50A performs feedback control so that the actual turning angle based on the detection signal from the rotation angle detection means 21S approaches the target stiffness adjustment angle.

制御手段５０は、後述するように、下腿揺動アーム３３を揺動運動させるための目標揺動周期や目標揺動角度を求め、モータドライバ５３を介して駆動信号を電動モータ３１に出力する。電動モータ３１は制御手段５０からの駆動信号に基づいて減速機３１Ｄ及びプーリ３２Ｐとベルト３２Ｂを介して下腿揺動アーム３３を所定周期で所定角度にて揺動運動させる。また電動モータ３１のシャフトの回転速度や回転量は、回転角度検出手段３１Ｓにて検出され、検出信号はモータドライバ５３に入力されるとともにモータドライバ５３を介してＣＰＵ５０Ａに入力される。ＣＰＵ５０Ａは、回転角度検出手段３１Ｓからの検出信号に基づいた実際の揺動周期と実際の揺動角度が、目標揺動周期及び目標揺動角度に近づくようにフィードバック制御する。   As will be described later, the control means 50 obtains a target swing period and a target swing angle for swinging the lower leg swing arm 33 and outputs a drive signal to the electric motor 31 via the motor driver 53. Based on the drive signal from the control means 50, the electric motor 31 causes the lower leg swing arm 33 to swing at a predetermined angle at a predetermined cycle via the speed reducer 31D, the pulley 32P, and the belt 32B. The rotation speed and the rotation amount of the shaft of the electric motor 31 are detected by the rotation angle detection means 31S, and the detection signal is input to the motor driver 53 and also to the CPU 50A via the motor driver 53. The CPU 50A performs feedback control so that the actual swing period and the actual swing angle based on the detection signal from the rotation angle detection unit 31S approach the target swing period and the target swing angle.

起動スイッチ５４は、制御手段５０を起動するためのスイッチである。またタッチパネル５５は、ユーザの身長や体重等の入力や、設定状態の表示等を行うための装置である。また充電用コネクタ６１は、バッテリ６０を充電する際に、充電用ケーブルが接続されるコネクタである。   The start switch 54 is a switch for starting the control means 50. The touch panel 55 is a device for inputting a user's height and weight, displaying a setting state, and the like. The charging connector 61 is a connector to which a charging cable is connected when the battery 60 is charged.

●［制御手段の処理手順（図１３）］
次に図１３に示すフローチャートを用いて、制御手段５０の処理手順について説明する。ユーザが制御ユニットの起動ボタンを操作すると（ステップＳ１０）、制御手段はステップＳ１５に進む。 ● [Processing procedure of control means (FIG. 13)]
Next, the processing procedure of the control means 50 is demonstrated using the flowchart shown in FIG. When the user operates the start button of the control unit (step S10), the control means proceeds to step S15.

ステップＳ１５にて制御手段は、タッチパネルからのユーザの初期設定入力を待つ。ユーザからの身長と体重の入力を確認すると、制御手段はステップＳ２０に進む。なお制御手段は、所定時間が経過してもユーザからの入力が確認されない場合、例えば、予め設定された標準身長と標準体重を設定してステップＳ２０に進む。   In step S15, the control unit waits for a user's initial setting input from the touch panel. When the input of height and weight from the user is confirmed, the control means proceeds to step S20. If the input from the user is not confirmed even after the predetermined time has elapsed, the control means sets, for example, a preset standard height and standard weight, and proceeds to step S20.

ステップＳ２０にて制御手段は、所定期間の間、電動モータ１１、２１、３１に通電せず、ユーザの歩行状態（または走行状態）を計測し、計測時間に対応させて回転角度検出手段１１Ｓ、３１Ｓからの検出信号を計測データとして記憶装置に記憶する。電動モータ１１、３１のシャフトは、非通電時には空回りする構成とされている。なお電動モータ２１のシャフトは、非通電時には空回りせずロックされる構成とされている。そして制御手段は、例えば所定歩数あるいは所定時間の間、計測データを収集すると、ステップＳ２５に進む。   In step S20, the control means does not energize the electric motors 11, 21, and 31 for a predetermined period, measures the user's walking state (or running state), and corresponds to the measurement time to detect the rotation angle detection means 11S, The detection signal from 31S is stored in the storage device as measurement data. The shafts of the electric motors 11 and 31 are configured to idle when not energized. Note that the shaft of the electric motor 21 is configured to be locked without idling when not energized. For example, when the measurement data is collected for a predetermined number of steps or a predetermined time, the control means proceeds to step S25.

ステップＳ２５にて制御手段は、回転角度検出手段１１Ｓからの検出信号に基づいた計測データから、大腿揺動アームの揺動角度（揺動振幅）や、大腿揺動アームの角速度及び角加速度から歩行周期（揺動周期）を算出する。また同様に制御手段は、回転角度検出手段３１Ｓからの検出信号に基づいた計測データから、下腿揺動アームの揺動角度（揺動振幅）や、下腿揺動アームの角速度及び角加速度から歩行周期（揺動周期）を算出する。そして制御手段はステップＳ３０に進む。   In step S25, the control means walks from the measurement data based on the detection signal from the rotation angle detection means 11S based on the swing angle (swing amplitude) of the thigh swing arm, the angular velocity and the angular acceleration of the thigh swing arm. The period (oscillation period) is calculated. Similarly, the control means calculates the walking cycle from the measurement data based on the detection signal from the rotation angle detection means 31S, from the swing angle (swing amplitude) of the lower leg swing arm, the angular velocity and the angular acceleration of the lower leg swing arm. (Oscillation cycle) is calculated. Then, the control means proceeds to step S30.

ステップＳ３０にて制御手段は、ステップＳ２５にて算出した、大腿揺動アームの揺動角度、大腿揺動アームの揺動周期、ステップＳ１５にて入力されたユーザの身長及び体重等に基づいて、最適関節剛性である目標剛性調整角度を算出し、ステップＳ３５に進む。なお、目標剛性調整角度の具体的な算出方法については後述する。   In step S30, the control means, based on the swing angle of the thigh swing arm, the swing period of the thigh swing arm, the height and weight of the user input in step S15, etc., calculated in step S25, A target stiffness adjustment angle that is the optimum joint stiffness is calculated, and the process proceeds to step S35. A specific method for calculating the target stiffness adjustment angle will be described later.

ステップＳ３５にて制御手段は、電動モータ２１を制御してバネユニット２３（旋回部材２３Ａ）の剛性調整角度を、ステップＳ３０にて求めた目標剛性調整角度に設定し、ステップＳ４０に進む。   In step S35, the control means controls the electric motor 21 to set the stiffness adjustment angle of the spring unit 23 (the turning member 23A) to the target stiffness adjustment angle obtained in step S30, and the process proceeds to step S40.

ステップＳ４０にて制御手段は、ステップＳ２５にて算出した、大腿揺動アームの揺動角度、大腿揺動アームの揺動周期、下腿揺動アームの揺動角度、下腿揺動アームの揺動周期、バッテリの出力電圧等に基づいて、ユーザの大腿部のアシストパターン（電動モータ１１への駆動信号の出力パターン等）と、ユーザの下腿部のアシストパターン（電動モータ３１への駆動信号の出力パターン）とを算出し、ステップＳ４５に進む。   In step S40, the control means calculates the swing angle of the thigh swing arm, the swing cycle of the thigh swing arm, the swing angle of the lower leg swing arm, the swing cycle of the lower leg swing arm calculated in step S25. Based on the output voltage of the battery, etc., the assist pattern of the user's thigh (output pattern of the drive signal to the electric motor 11) and the assist pattern of the user's lower leg (the drive signal to the electric motor 31) Output pattern), and the process proceeds to step S45.

ステップＳ４５にて制御手段は、ステップＳ４０にて算出したアシストパターンに基づいて、電動モータ１１及び電動モータ３１に駆動信号の出力を開始して、大腿揺動アーム１３及び下腿揺動アーム３３を揺動運動させ、ユーザの歩行動作（または走行動作）を継続するように、ユーザの歩行動作（または走行動作）を支援し、ステップＳ５０に進む。なお、電動モータ１１及び電動モータ３１への駆動信号の出力は、他のステップに移行した場合も継続される。   In step S45, the control means starts outputting drive signals to the electric motor 11 and the electric motor 31 based on the assist pattern calculated in step S40, and swings the thigh swing arm 13 and the lower leg swing arm 33. The user's walking motion (or running motion) is supported so that the user's walking motion (or running motion) is continued, and the process proceeds to step S50. In addition, the output of the drive signal to the electric motor 11 and the electric motor 31 is continued even when the process proceeds to another step.

ステップＳ５０にて制御手段は、電動モータ１１及び電動モータ３１を動作させてユーザの歩行（または走行）の動作を支援しながら、ステップＳ２０にて計測したように、計測時間に対応させて回転角度検出手段１１Ｓ、３１Ｓからの検出信号を計測データとして記憶装置に記憶し、ステップＳ５５に進む。なお、計測データの収集は、他のステップに移行した場合も継続される。   In step S50, the control means operates the electric motor 11 and the electric motor 31 to support the user's walking (or running) operation, and the rotation angle corresponding to the measurement time as measured in step S20. The detection signals from the detection means 11S and 31S are stored in the storage device as measurement data, and the process proceeds to step S55. Note that the collection of measurement data is continued even when the process moves to another step.

ステップＳ５５にて制御手段は、ステップＳ５０にて収集した計測データに基づいて、ユーザが歩行動作（または走行動作）の支援の停止を所望しているか否かを判定し、支援の停止を所望していると判定した場合（Ｙｅｓ）は、電動モータ１１及び電動モータ３１への駆動信号の出力を停止して処理を終了し、支援の停止を所望していないと判定した場合（Ｎｏ）はステップＳ２５に戻る。   In step S55, the control means determines whether or not the user desires to stop the support of the walking motion (or running motion) based on the measurement data collected in step S50, and desires the stop of the support. If it is determined (Yes), the output of the drive signal to the electric motor 11 and the electric motor 31 is stopped, the process is terminated, and if it is determined that it is not desired to stop the support (No), Return to S25.

●［目標剛性調整角度の算出方法（図１４）］
次に図１４を用いて、図１３に示すフローチャートのステップＳ３０にて行う目標剛性調整角度の算出手順について説明する。図１４は、大腿揺動アーム１３、連動揺動部材１６、バネ係止部材１６、揺動追従軸部材２３Ｃ、伸縮バネ２３Ｋ、を模式的に記載した図である。なお、図１４に示す例では、大腿揺動アーム１３の揺動運動は、ベルトＶＢを介して連動揺動部材１６に伝達される構成とされている。 ● [Calculation method of target stiffness adjustment angle (Fig. 14)]
Next, the procedure for calculating the target stiffness adjustment angle performed in step S30 of the flowchart shown in FIG. 13 will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram schematically showing the thigh swing arm 13, the interlocking swing member 16, the spring locking member 16, the swing follow-up shaft member 23C, and the extension spring 23K. In the example shown in FIG. 14, the swing motion of the thigh swing arm 13 is transmitted to the interlock swing member 16 via the belt VB.

図１４において、連動揺動部材１６の外周に設定された剛性調整軸２１ＤＪに接する接線を仮想接線ＶＳとする。また、剛性調整軸２１ＤＪと従動軸７Ｊを通る直線を仮想直線ＶＴとする。また連動揺動部材１６は、従動軸７Ｊを中心とする半径ｒの真円であるとする。また伸縮バネ２３Ｋの一方端（一方端に相当する個所）はバネユニットの揺動追従軸部材２３Ｃ（バネ固定端に相当）に係止され、伸縮バネ２３Ｋの他方端（他方端に相当する個所）はバネ係止部材１６Ｋ（バネ揺動端に相当）に係止されている。また伸縮バネ２３Ｋは、バネ係止部材１６Ｋが剛性調整軸２１ＤＪと同軸である場合に自由長であり、この自由長をＬとする。また、連動揺動部材１６の連動揺動角度がゼロの場合、バネ係止部材１６Ｋは剛性調整軸２１ＤＪと同軸の位置にあるものとする。   In FIG. 14, a tangent line that is in contact with the stiffness adjusting shaft 21 DJ set on the outer periphery of the interlocking rocking member 16 is a virtual tangent line VS. A straight line passing through the stiffness adjusting shaft 21DJ and the driven shaft 7J is defined as a virtual straight line VT. Further, the interlocking rocking member 16 is assumed to be a perfect circle having a radius r centered on the driven shaft 7J. Further, one end (a portion corresponding to one end) of the expansion spring 23K is locked to a swing-following shaft member 23C (corresponding to a spring fixing end) of the spring unit, and the other end (a portion corresponding to the other end) of the expansion spring 23K. ) Is locked to a spring locking member 16K (corresponding to a spring swinging end). The telescopic spring 23K has a free length when the spring locking member 16K is coaxial with the stiffness adjusting shaft 21DJ, and this free length is L. When the interlocking swing angle of the interlocking swinging member 16 is zero, the spring locking member 16K is assumed to be in a position coaxial with the stiffness adjusting shaft 21DJ.

連動揺動部材１６の連動揺動角度がゼロの状態（バネ係止部材１６Ｋと剛性調整軸２１ＤＪが同軸の状態）から、連動揺動部材１６が時計回り方向に角度θだけ連動揺動すると、バネ係止部材１６Ｋは、剛性調整軸２１ＤＪと同軸の位置から、符号１６Ｋ´にて示す位置に移動し、伸縮バネ２３Ｋの位置及び伸縮状態は、符号２３Ｋ´に示すとおりとなる。なお、符号２３Ｋ´の伸縮バネの長さをＬ´とする。この符号１６Ｋ´を通り仮想接線ＶＳに平行な直線を仮想直線ＶＳ´とする。また、揺動追従軸部材２３Ｃの位置を位置（Ａ）に設定し、位置（Ａ）から仮想直線ＶＳ´に下ろした垂線と仮想直線ＶＳ´との交点の位置を位置（Ｃ）に設定し、符号１６Ｋ´の位置を位置（Ｂ）に設定する。また、揺動追従軸部材２３Ｃと剛性調整軸２１ＤＪとを結ぶ仮想直線Ｖ２３と仮想接線ＶＳとのなす角度である剛性調整角度を角度φとする。   From the state where the interlocking swing angle of the interlocking swinging member 16 is zero (the state where the spring locking member 16K and the stiffness adjusting shaft 21DJ are coaxial), when the interlocking swinging member 16 interlocks and swings clockwise by an angle θ, The spring locking member 16K moves from a position coaxial with the stiffness adjusting shaft 21DJ to a position indicated by reference numeral 16K ', and the position and the expansion / contraction state of the expansion spring 23K are as indicated by reference numeral 23K'. Note that the length of the extension spring denoted by reference numeral 23K ′ is L ′. A straight line passing through the reference numeral 16K ′ and parallel to the virtual tangent VS is defined as a virtual straight line VS ′. Further, the position of the swing follow-up shaft member 23C is set to the position (A), and the position of the intersection of the perpendicular line drawn from the position (A) to the virtual straight line VS ′ and the virtual straight line VS ′ is set to the position (C). , The position of 16K ′ is set to the position (B). Further, an angle φ is a rigidity adjustment angle that is an angle formed by a virtual straight line V23 connecting the swing follow-up shaft member 23C and the rigidity adjustment shaft 21DJ and the virtual tangent line VS.

以上の各設定により、従動軸７Ｊから符号１６Ｋ´までの距離は、ｒである。また、従動軸７Ｊから仮想接線ＶＳまでの距離は、ｒである。また、位置（Ｂ）から仮想直線ＶＴまでの距離は、ｒ・ｓｉｎθである。また、位置（Ｃ）から仮想直線ＶＴまでの距離は、Ｌ・ｃｏｓφである。また、仮想接線ＶＳと仮想直線ＶＳ´との距離は、ｒ−ｒ・ｃｏｓθ＝ｒ・（１−ｃｏｓθ）である。また、位置（Ａ）から仮想接線ＶＳまでの距離は、Ｌ・ｓｉｎφである。また、連動揺動部材１６の連動揺動角度である角度θが充分小さな微小角度である場合、ベルトＶＢの移動長さである連動揺動部材１６の周方向の変位量は、ｒ・θである。   With each of the above settings, the distance from the driven shaft 7J to the reference numeral 16K ′ is r. The distance from the driven shaft 7J to the virtual tangent VS is r. The distance from the position (B) to the virtual straight line VT is r · sin θ. The distance from the position (C) to the virtual straight line VT is L · cos φ. The distance between the virtual tangent VS and the virtual straight line VS ′ is rr · cos θ = r · (1−cos θ). The distance from the position (A) to the virtual tangent line VS is L · sinφ. When the angle θ that is the interlocking swinging angle of the interlocking swinging member 16 is a sufficiently small minute angle, the circumferential displacement amount of the interlocking swinging member 16 that is the moving length of the belt VB is r · θ. is there.

ここで、ユーザの歩行周波数をｆ、その場合の角速度をωとすると。以下の式（１）が成立する。歩行周波数ｆは、計測したユーザの歩行（または走行）の周期から求めることができる。従って、下記の式（１）のωの値を求めることができる。
ω＝２・π・ｆ 式（１） Here, suppose that the user's walking frequency is f and the angular velocity in that case is ω. The following formula (1) is established. The walking frequency f can be obtained from the measured period of walking (or running) of the user. Therefore, the value of ω in the following equation (1) can be obtained.
ω = 2 · π · f Formula (1)

また、伸縮バネ２３Ｋが自由長の方向に伸縮した場合のバネ定数を、ｋとして、剛性調整角度が角度φの場合における連動揺動部材１６から見た伸縮バネの見かけ上のバネ定数を、ｋ´とする。また、ユーザの下肢と大腿揺動アーム１３と連動揺動部材１６とを含む従動軸７Ｊ回りの慣性モーメントをＩとする。例えば、慣性モーメントＩは、従動軸７Ｊ回りに揺動する各部材の合計質量（既知）と、当該合計質量の重心の位置（既知）と、ユーザの体重及び身長から推定した下肢の質量と重心の位置とから、求めることが可能であり、以下の式（２）が成立する。上記よりωの値がわかっており、慣性モーメントＩもわかっているので、下記の式（２）から見かけ上バネ定数ｋ´を求めることができる。
ω＝√（ｋ´／Ｉ）
ｋ´＝Ｉ・ω2 式（２） The spring constant when the expansion spring 23K expands and contracts in the free length direction is k, and the apparent spring constant of the expansion spring viewed from the interlocking rocking member 16 when the stiffness adjustment angle is the angle φ is k. ′. Further, let I be the moment of inertia around the driven shaft 7J including the user's lower limbs, the thigh swing arm 13 and the interlock swing member 16. For example, the moment of inertia I is the total mass (known) of each member swinging around the driven shaft 7J, the position (known) of the center of gravity of the total mass, and the mass and center of gravity of the lower limb estimated from the user's weight and height. And the following equation (2) is established. Since the value of ω is known from the above and the moment of inertia I is also known, the apparent spring constant k ′ can be obtained from the following equation (2).
ω = √ (k ′ / I)
k ′ = I · ω 2 formula (2)

また、エネルギー保存則より、以下の式（３）が成立する。すでに、Ｌ、ｒ、θ、ｋ、ｋ´は上記よりわかっているので、式（３）よりＬ´を求めることができる。
（１／２）・ｋ´・（ｒ・θ）2＝（１／２）・ｋ・（Ｌ´―Ｌ）2
Ｌ´＝Ｌ＋ｒ・θ・√（ｋ´／ｋ） 式（３） Moreover, the following formula | equation (3) is materialized from an energy conservation law. Since L, r, θ, k, and k ′ are already known from the above, L ′ can be obtained from Equation (3).
(1/2) · k ′ · (r · θ) 2 = (1/2) · k · (L′−L) 2
L ′ = L + r · θ · √ (k ′ / k) Equation (3)

また図１４において、位置（Ａ）と位置（Ｂ）と位置（Ｃ）を頂点とする三角形は直角三角形であるので、三平方の定理より、以下の式（４）が成立する。
（ｒ・ｓｉｎθ＋Ｌ・ｃｏｓφ）2＋［ｒ・（１−ｃｏｓθ）＋Ｌ・ｓｉｎφ］2
＝Ｌ´2 式（４） In FIG. 14, the triangle having the vertexes at the position (A), the position (B), and the position (C) is a right triangle, and therefore, the following equation (4) is established from the three square theorem.
(R · sin θ + L · cos φ) 2 + [r · (1−cos θ) + L · sin φ] 2
= L' 2 formula (4)

上記の式（４）を整理すると、以下の式（５）を得ることができる。
ｃｏｓ［（θ／２）−φ］
＝［Ｌ´2−Ｌ2−２・ｒ2・（１−ｃｏｓθ）］／４・Ｌ・ｒ・ｓｉｎ（θ／２）
式（５） By arranging the above equation (4), the following equation (5) can be obtained.
cos [(θ / 2) −φ]
= [L ′ 2 −L 2 −2 · r 2 · (1-cos θ)] / 4 · L · r · sin (θ / 2)
Formula (5)

ここで、［Ｌ´2−Ｌ2−２・ｒ2・（１−ｃｏｓθ）］／４・Ｌ・ｒ・ｓｉｎ（θ／２）＝χと置き換えると、θ＝０のとき、χ＝√（ｋ´／ｋ）であるので、以下の式（６）を得ることができる。上記より、すでにＬ´、Ｌ、ｒ、θ、ｋ、ｋ´はわかっているので、χを求めることが可能であり、φを求めることができる。求めた角度φが、目標剛性調整角度である。
φ＞θ／２の場合、φ＝（θ／２）＋ｃｏｓ-1χ
φ≦θ／２の場合、φ＝（θ／２）−ｃｏｓ-1χ 式（６） Here, [L ′ 2 −L 2 −2 · r 2 · (1−cos θ)] / 4 · L · r · sin (θ / 2) = χ, when θ = 0, χ = √ Since (k ′ / k), the following equation (6) can be obtained. From the above, since L ′, L, r, θ, k, k ′ are already known, χ can be obtained and φ can be obtained. The obtained angle φ is the target stiffness adjustment angle.
When φ> θ / 2, φ = (θ / 2) + cos −1 χ
When φ ≦ θ / 2, φ = (θ / 2) −cos −1 χ Formula (6)

以上に説明したように、制御手段５０を用いて、駆動軸部材６回りの大腿揺動アーム１３の揺動周波数（ｆ）と、大腿揺動アーム１３を含む揺動対象物における駆動軸部材６回りの慣性モーメント（Ｉ）と、伸縮バネ２３Ｋのバネ定数（ｋ）と、伸縮バネ２３Ｋの自由長（Ｌ）と、従動軸部材７から剛性調整軸部材までの距離（ｒ）と、連動揺動角度（角度θ）と、に基づいて、伸縮バネの共振点が、揺動対象物の揺動の周波数と一致するように剛性調整角度（角度φ）を調整する。   As described above, the control means 50 is used to control the swing frequency (f) of the thigh swing arm 13 around the drive shaft member 6 and the drive shaft member 6 in the swing target including the thigh swing arm 13. The inertia moment (I) of the rotation, the spring constant (k) of the expansion spring 23K, the free length (L) of the expansion spring 23K, the distance (r) from the driven shaft member 7 to the stiffness adjusting shaft member, Based on the moving angle (angle θ), the stiffness adjustment angle (angle φ) is adjusted so that the resonance point of the expansion and contraction spring matches the oscillation frequency of the oscillation object.

このように、伸縮バネ２３Ｋの共振点が、揺動アーム１３を含む揺動対象物（駆動軸部材６回りに揺動する物体全体）の揺動の周波数と一致してエネルギー保存則が成立するように、剛性調整角度φを設定することで、電動モータ１１にて消費する電力を最小とすることができる。なお、剛性調整角度を上記の式から求めることなく、微小角度だけ剛性調整角度を変更して当該剛性調整角度における所定周期分の電動モータ１１の消費電力を計測した後、再度微小角度だけ剛性調整角度を変更して所定周期分の電動モータ１１の消費電力を計測することを繰り返し、最も消費電力が少ない剛性調整角度を求めるようにしてもよい。   In this way, the resonance point of the expansion spring 23K coincides with the oscillation frequency of the swing object including the swing arm 13 (the entire object swinging around the drive shaft member 6), and the energy conservation law is established. Thus, by setting the stiffness adjustment angle φ, the power consumed by the electric motor 11 can be minimized. Without obtaining the stiffness adjustment angle from the above equation, after changing the stiffness adjustment angle by a minute angle and measuring the power consumption of the electric motor 11 for a predetermined period at the stiffness adjustment angle, the stiffness adjustment is again made by the minute angle. The stiffness adjustment angle with the least power consumption may be obtained by repeatedly measuring the power consumption of the electric motor 11 for a predetermined period by changing the angle.

●［連動揺動部材１６にバネユニットを２つ取り付ける例（図１５）］
バネユニットにおける伸縮バネが伸長方向のみ有効で圧縮方向では有効でない場合（例えば図１０の模式図に示した状態の伸縮バネの場合）や、図５に示すバネユニットであって伸長方向にも圧縮方向にも伸縮バネは有効であるが、連動揺動角度に対して付勢力が不足する場合等において、図１５の例に示すように、連動揺動部材１６に対してバネユニット２３とバネユニット２３´との２つを取り付けるようにしてもよい。なお、バネユニット２３内の伸縮バネの他方端に相当する個所は、剛性調整軸２１ＤＪの近傍に配置されたバネ係止部材（図示省略）に接続（係止）されており、バネユニット２３´内の伸縮バネの他方端に相当する個所は、剛性調整軸２１ＤＪ´の近傍に配置されたバネ係止部材（図示省略）に接続（係止）されている。 ● [Example of attaching two spring units to the interlocking rocking member 16 (FIG. 15)]
When the expansion / contraction spring in the spring unit is effective only in the extension direction but not in the compression direction (for example, in the case of the expansion / contraction spring shown in the schematic diagram of FIG. 10), or in the spring unit shown in FIG. The telescopic spring is also effective in the direction, but in the case where the urging force is insufficient with respect to the interlocking swing angle, as shown in the example of FIG. You may make it attach two, 23 '. A portion corresponding to the other end of the extension spring in the spring unit 23 is connected (locked) to a spring locking member (not shown) disposed in the vicinity of the stiffness adjusting shaft 21 DJ, and the spring unit 23 ′. A portion corresponding to the other end of the inner extension spring is connected (locked) to a spring locking member (not shown) disposed in the vicinity of the stiffness adjusting shaft 21DJ '.

この場合、バネユニット２３の旋回部材２３Ａ（剛性調整軸２１ＤＪ回りに旋回）は、電動モータ２１にて旋回駆動される。また、バネユニット２３´の旋回部材２３Ａ´（剛性調整軸２１ＤＪ´回りに旋回）は、旋回部材２３Ａに取り付けられたギアＧ１、ブラケット２２（図１参照）に支持されたギアＧ２、Ｇ３、旋回部材２３Ａ´に取り付けられたギアＧ４にて旋回駆動力が伝達される。そして隣り合うギアのギア比を適切に設定することで、バネユニット２３の剛性調整角度と、バネユニット２３´の剛性調整角度とを一致させることができる。   In this case, the turning member 23 </ b> A (turning around the stiffness adjusting shaft 21 </ b> DJ) of the spring unit 23 is driven to turn by the electric motor 21. Further, the turning member 23A ′ (turning around the stiffness adjusting shaft 21DJ ′) of the spring unit 23 ′ includes the gear G1 attached to the turning member 23A, the gears G2 and G3 supported by the bracket 22 (see FIG. 1), and the turning. The turning driving force is transmitted by the gear G4 attached to the member 23A ′. And the rigidity adjustment angle of the spring unit 23 and the rigidity adjustment angle of the spring unit 23 ′ can be matched by appropriately setting the gear ratio of the adjacent gears.

例えば伸縮バネが伸長方向にのみ付勢力を発生するバネ（図１０、図１１参照）であったとしても、一方の方向に対する揺動運動に対して、一方の見かけ上バネ定数可変手段の伸縮バネを伸長方向に伸長し、他方の方向に対する揺動運動に対して、他方の見かけ上バネ定数可変手段の伸縮バネを伸長方向に伸長するように構成すればよく、図５に示す複雑な構成のバネユニットを必要としない。従って、バネユニットの構造をよりシンプルにすることができる。   For example, even if the expansion / contraction spring is a spring that generates a biasing force only in the extension direction (see FIGS. 10 and 11), the expansion / contraction spring of one apparent spring constant varying means with respect to the swinging motion in one direction. 5 is configured to extend in the extension direction and the extension spring of the other spring constant variable means is extended in the extension direction with respect to the swinging motion in the other direction. Does not require a spring unit. Therefore, the structure of the spring unit can be further simplified.

以上に説明した第１の実施の形態の揺動関節装置１は、ユーザの左脚用であるが、右脚用のベース部（ベース部２の左右対称版）、右脚用の大腿揺動部（符号１１、１２、１３、１９にて示した各部材の左右対称版）、右脚用の剛性調整部（符号１６、２１、２２、２３にて示した各部材の左右対称版）、右脚用の下腿揺動部（符号３１、３２、３２Ｐ、３２Ｂ、３３、３４、３５、３６、３９にて示した各部材の左右対称版）を追加して、制御ユニット５からユーザの両脚の歩行動作（または走行動作）を支援するようにしてもよい。   The swing joint device 1 according to the first embodiment described above is for the user's left leg, but the base portion for the right leg (a symmetric version of the base portion 2) and the thigh swing for the right leg. Part (right and left symmetrical version of each member indicated by reference numerals 11, 12, 13, and 19), right leg stiffness adjusting part (left and right symmetrical version of each member indicated by reference numerals 16, 21, 22, and 23), A leg swinging part for the right leg (a symmetric version of each member indicated by reference numerals 31, 32, 32P, 32B, 33, 34, 35, 36, 39) is added, and both legs of the user from the control unit 5 are added. The walking motion (or running motion) may be supported.

●●［第２の実施の形態の揺動関節装置］
第２の実施の形態の揺動関節装置は、図１〜図４に示す第１の実施の形態の揺動関節装置１から電動モータ１１（及び回転角度検出手段１１Ｓ）を省略し、大腿揺動アーム１３の揺動角度を検出可能な回転角度検出手段を追加したものである。この第２の実施の形態では、ユーザの歩行（または走行）における大腿部の運動を電動モータで支援することはできないが、下腿部の運動を電動モータ３１にて支援することができる。また、剛性調整ユニット２３を有しているので、エネルギー保存則に基づいて剛性調整角度を適切な角度とすることで、ユーザの大腿部の運動量を適切に軽減させることができる。 ●● [Oscillating joint device of the second embodiment]
The swing joint apparatus of the second embodiment omits the electric motor 11 (and the rotation angle detection means 11S) from the swing joint apparatus 1 of the first embodiment shown in FIGS. A rotation angle detecting means capable of detecting the swing angle of the moving arm 13 is added. In the second embodiment, the movement of the thigh during walking (or running) of the user cannot be supported by the electric motor, but the movement of the lower leg can be supported by the electric motor 31. Moreover, since the rigidity adjustment unit 23 is provided, the momentum of the user's thigh can be appropriately reduced by setting the rigidity adjustment angle to an appropriate angle based on the energy conservation law.

また、第１の実施の形態と同様に、右脚用のベース部（ベース部２の左右対称版）、右脚用の大腿揺動部（符号１２、１３、１９にて示した各部材の左右対称版）、右脚用の剛性調整部（符号１６、２１、２２、２３にて示した各部材の左右対称版）、右脚用の下腿揺動部（符号３１、３２、３２Ｐ、３２Ｂ、３３、３４、３５、３６、３９にて示した各部材の左右対称版）を追加して、制御ユニット５からユーザの両脚の歩行動作（または走行動作）を支援するようにしてもよい。   Similarly to the first embodiment, the base portion for the right leg (a symmetric version of the base portion 2) and the thigh swinging portion for the right leg (respective members indicated by reference numerals 12, 13, and 19). (Right and left symmetrical version), right leg stiffness adjusting part (right and left symmetrical version of each member indicated by reference numerals 16, 21, 22, and 23), right leg lower leg swinging part (reference numerals 31, 32, 32P, and 32B) , 33, 34, 35, 36, 39) may be added to support the walking motion (or running motion) of both legs of the user from the control unit 5.

●●［第３の実施の形態の揺動関節装置］
第３の実施の形態の揺動関節装置は、図１〜図４に示す第１の実施の形態の揺動関節装置１から、電動モータ３１、ブラケット３２、プーリ３２Ｐ、ベルト３２Ｂ、下腿揺動アーム３３、下腿中継アーム３４、下腿アーム３５、足先保持部３６、下腿装着部３９を省略したものである。この第３の実施の形態では、ユーザの歩行（または走行）における大腿部の運動を電動モータ１１にて支援し、下腿部の運動は支援しない。なお、剛性調整ユニットを有しているので、エネルギー保存則に基づいて剛性調整角度を適切な角度とすることで、電動モータ１１の消費電力を、より低減することができる。 ●● [Oscillating joint device of the third embodiment]
The swing joint apparatus of the third embodiment is different from the swing joint apparatus 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 in that the electric motor 31, the bracket 32, the pulley 32P, the belt 32B, and the lower leg swing. The arm 33, the lower leg relay arm 34, the lower leg arm 35, the toe holding part 36, and the lower leg mounting part 39 are omitted. In the third embodiment, the thigh motion is supported by the electric motor 11 during the user's walking (or running), and the lower leg motion is not supported. Since the rigidity adjustment unit is provided, the power consumption of the electric motor 11 can be further reduced by setting the rigidity adjustment angle to an appropriate angle based on the energy conservation law.

また、第１の実施の形態と同様に、右脚用のベース部（ベース部２の左右対称版）、右脚用の大腿揺動部（符号１１、１２、１３、１９にて示した各部材の左右対称版）、右脚用の剛性調整部（符号１６、２１、２２、２３にて示した各部材の左右対称版）を追加して、制御ユニット５からユーザの両脚の歩行動作（または走行動作）を支援するようにしてもよい。   Further, as in the first embodiment, a right leg base portion (a symmetric version of the base portion 2) and a right leg thigh swinging portion (represented by reference numerals 11, 12, 13, and 19). (Right and left symmetrical versions of the members), right leg rigidity adjusting portions (left and right symmetrical versions of the members indicated by reference numerals 16, 21, 22, and 23) are added, and the walking motion of both legs of the user from the control unit 5 ( Alternatively, a driving operation) may be supported.

●●［第４の実施の形態の揺動関節装置］
第４の実施の形態の揺動関節装置は、第３の実施の形態の揺動関節装置から電動モータ１１（及び回転角度検出手段１１Ｓ）を省略し、大腿揺動アーム１３の揺動角度を検出可能な回転角度検出手段を追加したものである。この第４の実施の形態では、ユーザの歩行（または走行）における下腿部の運動の支援をすることはできない。またユーザの大腿部の運動を電動モータで支援することもできない。しかし、剛性調整ユニット２３を有しているので、エネルギー保存則に基づいて剛性調整角度を適切な角度とすることで、ユーザの大腿部の運動量を適切に軽減させることができる。 ●● [Oscillating joint device of the fourth embodiment]
In the swing joint apparatus of the fourth embodiment, the electric motor 11 (and the rotation angle detection means 11S) is omitted from the swing joint apparatus of the third embodiment, and the swing angle of the thigh swing arm 13 is set. A detectable rotation angle detection means is added. In the fourth embodiment, it is not possible to support the movement of the lower leg during walking (or running) of the user. In addition, the movement of the user's thigh cannot be supported by the electric motor. However, since the stiffness adjustment unit 23 is provided, the momentum of the user's thigh can be appropriately reduced by setting the stiffness adjustment angle to an appropriate angle based on the energy conservation law.

また、第１の実施の形態と同様に、右脚用のベース部（ベース部２の左右対称版）、右脚用の大腿揺動部（符号１２、１３、１９にて示した各部材の左右対称版）、右脚用の剛性調整部（符号１６、２１、２２、２３にて示した各部材の左右対称版）を追加して、制御ユニット５からユーザの両脚の歩行動作（または走行動作）を支援するようにしてもよい。   Similarly to the first embodiment, the base portion for the right leg (a symmetric version of the base portion 2) and the thigh swinging portion for the right leg (respective members indicated by reference numerals 12, 13, and 19). (Right and left symmetrical version), right leg stiffness adjusting section (left and right symmetrical versions of the members indicated by reference numerals 16, 21, 22, and 23) are added, and the user's leg walking motion (or running) from the control unit 5 (Operation) may be supported.

本発明の脚力支援装置の構造、構成、形状、外観等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。   Various changes, additions, and deletions can be made to the structure, configuration, shape, appearance, and the like of the leg support device of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

本実施の形態にて説明した脚力支援装置の用途は、ユーザの下肢の揺動運動（歩行や走行）を支援する用途に限定されず、周期的な揺動運動をする種々の対象物に適用可能である。   The use of the leg support device described in the present embodiment is not limited to the use for supporting the swing motion (walking and running) of the user's lower limbs, but is applicable to various objects that perform periodic swing motion. Is possible.

本実施の形態では、大腿揺動アーム１３の揺動運動を、ギアで連動揺動部材１６に伝達したが、動力伝達手段はギアに限定されず、ベルトやプーリ、あるいはリンク機構等を用いて動力伝達手段を構成してもよい。同様に、電動モータ３１の揺動回転運動を、プーリとベルトで下腿揺動アーム３３に伝達したが、プーリとベルトに限定されず、ギアやリンク機構等を用いて伝達してもよい。また、図１５の例ではギアを用いた旋回部材駆動力伝達手段を用いて旋回駆動力を伝達したが、ギアに限定されず、プーリとベルト、あるいはリンク機構等を介して旋回駆動力を伝達するようにしてもよい。   In this embodiment, the swing motion of the thigh swing arm 13 is transmitted to the interlocking swing member 16 with a gear. However, the power transmission means is not limited to the gear, and a belt, a pulley, a link mechanism, or the like is used. You may comprise a power transmission means. Similarly, the swinging / rotating motion of the electric motor 31 is transmitted to the crus swinging arm 33 using a pulley and a belt, but is not limited to the pulley and the belt, and may be transmitted using a gear, a link mechanism, or the like. In the example of FIG. 15, the turning driving force is transmitted using the turning member driving force transmission means using the gear, but the turning driving force is transmitted via a pulley and a belt, a link mechanism or the like without being limited to the gear. You may make it do.

１ 揺動関節装置（脚力支援装置）
２ ベース部
３ 腰装着部
４ 肩ベルト
５ 制御ユニット
６ 駆動軸部材
６Ｊ 駆動軸
７ 従動軸部材
７Ｊ 従動軸
１１、２１、３１ 電動モータ
１１Ｄ、３１Ｄ 減速機
１１Ｓ、２１Ｓ、３１Ｓ 回転角度検出手段
１２ ブラケット
１３ 大腿揺動アーム
１３Ｇ 円板部
１６ 連動揺動部材
１６Ｋ バネ係止部材（バネ揺動端）
１６ＫＪ バネ揺動軸
１９ 大腿装着部
２１Ｄ 剛性調整軸部材（減速機）
２１ＤＪ 剛性調整軸
２２ ブラケット
２３ バネユニット
２３Ａ 旋回部材
２３Ｃ 揺動追従軸部材（バネ固定端）
２３ＣＪ バネ固定軸
２３Ｄ シャフト
２３Ｅ 伸縮伝達部材
２３Ｋ 伸縮バネ
２３Ｍ 揺動追従部材
３２Ｂ ベルト
３２Ｐ プーリ
３３ 下腿揺動アーム
３４ 下腿中継アーム
３５ 下腿アーム
３５Ｍ 平行リンク形成部
３９ 下腿装着部
５０ 制御手段

1 Swing joint device (leg force support device)
2 Base portion 3 Waist mounting portion 4 Shoulder belt 5 Control unit 6 Drive shaft member 6J Drive shaft 7 Drive shaft member 7J Drive shaft 11, 21, 31 Electric motor 11D, 31D Reducer 11S, 21S, 31S Rotation angle detection means 12 Bracket 13 thigh swing arm 13G disk portion 16 interlocking swing member 16K spring locking member (spring swing end)
16KJ Spring swing shaft 19 Thigh mounting part 21D Stiffness adjusting shaft member (reduction gear)
21 DJ Rigidity adjusting shaft 22 Bracket 23 Spring unit 23A Swing member 23C Oscillating follow-up shaft member (spring fixed end)
23CJ Spring fixed shaft 23D Shaft 23E Stretching transmission member 23K Stretching spring 23M Swing follower member 32B Belt 32P Pulley 33 Lower leg swinging arm 34 Lower leg relay arm 35 Lower leg arm 35M Parallel link forming part 39 Lower leg mounting part 50 Control means

Claims (6)

利用者の下肢の運動に補助力を与える脚力支援装置であって、
前記利用者の腰側部に装着される腰側装着部と、
前記利用者の大腿の側方に配置されて上端部の近傍に軸孔が設けられた長手状の第１揺動アームと、
前記第１揺動アームに取り付けられて前記利用者の大腿にあてがわれる大腿装着部と、
前記第１揺動アームの前記軸孔に挿通される駆動軸部材であって、前記腰側装着部に対して前記第１揺動アームを前記利用者の前後方向に揺動自在に支持する前記駆動軸部材と、
前記駆動軸部材回りの剛性を可変とする剛性可変手段と、
前記剛性可変手段による前記駆動軸部材回りの剛性を制御する制御手段と、を備えている、
脚力支援装置。 A leg strength support device that provides assisting power to the movement of the user's lower limbs,
A waist-side mounting portion to be mounted on the user's waist side;
A longitudinal first swing arm disposed on the side of the user's thigh and provided with a shaft hole near the upper end;
A thigh attachment portion attached to the first swing arm and applied to the thigh of the user;
A drive shaft member inserted through the shaft hole of the first swing arm, wherein the first swing arm is swingably supported in the front-rear direction of the user with respect to the waist mounting portion. A drive shaft member;
Stiffness varying means for varying the stiffness around the drive shaft member;
Control means for controlling the rigidity around the drive shaft member by the rigidity variable means,
Leg support device. 請求項１に記載の脚力支援装置であって、
前記剛性可変手段は、
伸縮バネを有しており、
前記第１揺動アームの揺動角度がゼロの場合では前記伸縮バネは自由長であり、前記第１揺動アームの揺動角度に対して前記伸縮バネの伸縮量を可変とすることで、前記駆動軸部材回りの剛性を可変とする、
脚力支援装置。 The leg force support device according to claim 1,
The stiffness varying means is
Has a telescopic spring,
When the swing angle of the first swing arm is zero, the extension spring is free length, and by making the extension amount of the extension spring variable with respect to the swing angle of the first swing arm, The rigidity around the drive shaft member is variable.
Leg support device. 請求項２に記載の脚力支援装置であって、
前記剛性可変手段は、
前記駆動軸部材に対して平行に配置された従動軸部材と、
前記従動軸部材回りに揺動自在に支持された連動揺動部材であって、動力伝達手段を介して前記第１揺動アームに接続されて前記第１揺動アームの揺動に連動して連動揺動するとともに前記第１揺動アームの揺動角度よりも小さな連動揺動角度で連動揺動する前記連動揺動部材と、
前記連動揺動部材の外周部の近傍の位置に配置されて前記従動軸部材に対して平行に配置された剛性調整軸部材と、
前記剛性調整軸部材を旋回させる剛性調整軸旋回手段と、
前記剛性調整軸部材に接続されて前記剛性調整軸部材とともに旋回する旋回部材と、
前記伸縮バネと、にて構成されており、
前記伸縮バネの一方端に相当する個所は、前記旋回部材における前記剛性調整軸部材から離れた位置であるバネ固定端に接続され、
前記伸縮バネの他方端に相当する個所は、前記連動揺動部材における外周部の近傍の位置であって前記連動揺動角度がゼロの場合において前記剛性調整軸部材と同軸となる位置であるバネ揺動端に接続され、
前記連動揺動角度がゼロの場合において、前記バネ固定端と前記バネ揺動端に接続された前記伸縮バネは自由長であり、
前記制御手段は、前記剛性調整軸旋回手段を制御することで、
前記従動軸部材を中心として前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離を半径とする円である仮想連動揺動円における円周上の接線であって前記剛性調整軸部材の位置における接線である仮想接線と、前記連動揺動角度がゼロの場合における前記バネ揺動端と前記バネ固定端とを結ぶ仮想直線と、のなす角度である剛性調整角度を、前記連動揺動角度に応じて調整して、前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上のバネ定数を調整する、
脚力支援装置。 The leg force assisting device according to claim 2,
The stiffness varying means is
A driven shaft member disposed parallel to the drive shaft member;
An interlocking swinging member supported so as to be swingable around the driven shaft member, connected to the first swinging arm via a power transmission means and interlocking with the swinging of the first swinging arm. The interlocking swinging member swinging interlockingly and swinging interlockingly at an interlocking swinging angle smaller than the swinging angle of the first swinging arm;
A rigidity adjusting shaft member disposed at a position in the vicinity of the outer peripheral portion of the interlocking rocking member and disposed parallel to the driven shaft member;
Rigidity adjusting shaft turning means for turning the rigidity adjusting shaft member;
A turning member connected to the rigidity adjusting shaft member and turning together with the rigidity adjusting shaft member;
The telescopic spring, and
A portion corresponding to one end of the expansion spring is connected to a spring fixed end which is a position away from the rigidity adjusting shaft member in the turning member,
A portion corresponding to the other end of the telescopic spring is a position in the vicinity of the outer peripheral portion of the interlocking swing member and a position that is coaxial with the rigidity adjusting shaft member when the interlock swing angle is zero. Connected to the swing end,
When the interlocking swing angle is zero, the extension spring connected to the spring fixed end and the spring swing end is a free length,
The control means controls the rigidity adjusting shaft turning means,
A tangent on the circumference of a virtual interlocking swing circle that is a circle whose radius is a distance from the driven shaft member to the stiffness adjusting shaft member with the driven shaft member as a center, and a tangent at the position of the stiffness adjusting shaft member And a stiffness adjustment angle formed by a virtual straight line connecting the spring swing end and the spring fixed end when the interlock swing angle is zero according to the interlock swing angle. To adjust the apparent spring constant of the expansion spring as seen from the interlocking rocking member,
Leg support device. 請求項３に記載の脚力支援装置であって、
前記制御手段は、
前記駆動軸部材回りの前記第１揺動アームの揺動周波数と、
前記第１揺動アームを含む揺動対象物における前記駆動軸部材回りの慣性モーメントと、
前記伸縮バネのバネ定数と、
前記伸縮バネの前記自由長と、
前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離と、
前記連動揺動角度と、に基づいて、前記伸縮バネの共振点が、前記揺動対象物の揺動の周波数と一致するように前記剛性調整角度を調整する、
脚力支援装置。 The leg force assisting device according to claim 3,
The control means includes
A swing frequency of the first swing arm around the drive shaft member;
A moment of inertia around the drive shaft member in a swing object including the first swing arm;
A spring constant of the expansion spring;
The free length of the telescopic spring;
A distance from the driven shaft member to the rigidity adjusting shaft member;
Based on the interlocking swing angle, the stiffness adjustment angle is adjusted so that the resonance point of the expansion spring matches the swing frequency of the swing object.
Leg support device. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の脚力支援装置であって、
前記制御手段からの制御信号に基づいて前記第１揺動アームを前記駆動軸部材回りに揺動させる第１駆動手段を有している、
脚力支援装置。 The leg force assisting device according to any one of claims 1 to 4,
First driving means for swinging the first swing arm around the drive shaft member based on a control signal from the control means;
Leg support device. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の脚力支援装置であって、
前記駆動軸部材回りに揺動自在に支持された第２揺動アームと、
前記第２揺動アームの揺動角度である第２揺動角度を検出する第２角度検出手段と、
前記制御手段からの制御信号に基づいて前記第２揺動アームを前記駆動軸部材回りに揺動させる第２駆動手段と、
前記第１揺動アームと前記第２揺動アームとに接続されて前記第１揺動アームの前記第１揺動角度と前記第２揺動アームの前記第２揺動角度とに基づいて動作する揺動リンク部材と、を有している、
脚力支援装置。

The leg force assisting device according to any one of claims 1 to 5,
A second swing arm supported so as to be swingable about the drive shaft member;
Second angle detection means for detecting a second swing angle that is a swing angle of the second swing arm;
Second driving means for swinging the second swing arm around the drive shaft member based on a control signal from the control means;
Connected to the first swing arm and the second swing arm and operated based on the first swing angle of the first swing arm and the second swing angle of the second swing arm. An oscillating link member,
Leg support device.

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