JP4744585B2 - Exercise assistance device - Google Patents

Description

本発明は、エージェントに力を与えることによりこのエージェントの周期運動を補助する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for assisting a periodic motion of an agent by applying a force to the agent.

下肢等の身体部分の機能が低下している人間等の動物に周期的に変化する力を与えることにより、この人間の歩行運動等の周期的な運動を補助する装置が提案されている（特許文献１および２参照）。
特許第４００８４６４号公報 特許第４００８４６５号公報 There has been proposed a device that assists a periodic movement such as a walking movement of a human by giving a periodically changing force to an animal such as a human whose function of a body part such as a lower limb is lowered (patent) Reference 1 and 2).
Japanese Patent No. 4008464 Japanese Patent No. 4008465

しかし、エージェントの運動態様が急激に変化した場合、エージェントの周期的な運動と、運動補助装置の周期的な動作との位相差が、エージェントの運動態様および装置の動作態様の調和の観点から不適当になる可能性がある。   However, if the agent's motion mode changes suddenly, the phase difference between the agent's periodic motion and the motion assisting device's periodic motion is inconsistent from the viewpoint of harmony between the agent's motion mode and the device's motion mode. May be appropriate.

そこで、本発明は、人間等のエージェントの周期的な運動態様との調和を図る観点から適当な動作態様によって当該エージェントの運動を補助することができる装置を提供することを解決課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a device capable of assisting the movement of the agent by an appropriate operation mode from the viewpoint of harmony with the periodic motion mode of an agent such as a human being.

第１発明の運動補助装置は、エージェントに装着される装具と、前記装具に連結されているアクチュエータと、前記アクチュエータの出力の振幅および位相を制御する制御装置とを備え、前記装具を介して前記アクチュエータの出力が前記エージェントに伝達されることにより前記エージェントの周期運動を補助する装置であって、前記制御装置が、前記エージェントの周期運動に応じて周期的に変化する位相により定義される第１運動振動子および第２運動振動子のそれぞれを測定する運動状態測定要素と、入力振動信号と相互に引き込み合うことで第１固有角速度に基づいて定まる角速度で変化する出力振動信号を生成する第１モデルに、前記運動状態測定要素により測定された前記第１運動振動子を前記入力振動信号として入力することにより、前記出力振動信号として第１振動子を生成する第１振動子生成要素と、前記運動状態測定要素により測定された前記第１運動振動子と前記第１振動子生成要素により生成された前記第１振動子との位相差である第１位相差に基づき、相互作用しながら第２位相差で周期的に変化する第１仮想振動子と第２仮想振動子とが表現されている仮想モデルにしたがって、前記第２位相差が目標位相差に近づくように前記第２仮想振動子の角速度を第２固有角速度として設定する第１設定処理を実行する固有角速度設定要素と、入力振動信号に基づき、前記固有角速度設定要素により設定された前記第２固有角速度に基づいて定まる角速度で変化する出力振動信号を生成する第２モデルに、前記運動状態測定要素により測定された前記第２運動振動子を前記入力振動信号として入力することにより、前記出力振動信号として前記エージェントに与えられる力の制御基礎となる第２振動子を生成する第２振動子生成要素とを備え、前記運動状態測定要素が前記エージェントの運動周期を測定し、前記固有角速度設定要素が、前記第１位相差および前記目標位相差の偏差の絶対値が閾値以上になったことを要件として、前記運動状態測定要素により測定された前記エージェントの運動周期に基づき、前記エージェントの運動周期を変数とする連続的または断続的な減少関数にしたがって前記第２固有角速度を設定する第２設定処理を前記第１設定処理に代えて実行することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an exercise assisting device comprising: an appliance attached to an agent; an actuator coupled to the appliance; and a control device that controls an amplitude and a phase of an output of the actuator; A device that assists the periodic motion of the agent by transmitting an actuator output to the agent, wherein the control device is defined by a phase that periodically changes according to the periodic motion of the agent. A motion state measurement element that measures each of the motion oscillator and the second motion oscillator, and a first that generates an output vibration signal that changes at an angular velocity determined based on the first intrinsic angular velocity by drawing the input vibration signal into each other. The model inputs the first motion oscillator measured by the motion state measuring element as the input vibration signal. The first oscillator generating element that generates a first oscillator as the output vibration signal, the first motion oscillator measured by the motion state measuring element, and the first oscillator generating element generated by the first oscillator generating element A virtual model in which a first virtual oscillator and a second virtual oscillator, which change periodically with a second phase difference while interacting, are expressed based on a first phase difference that is a phase difference with the first oscillator. Based on the natural angular velocity setting element for executing the first setting processing for setting the angular velocity of the second virtual vibrator as the second natural angular velocity so that the second phase difference approaches the target phase difference, and the input vibration signal The second motion measured by the motion state measurement element is converted into a second model that generates an output vibration signal that changes at an angular speed determined based on the second natural angular speed set by the natural angular speed setting element. A second oscillator generating element that generates a second oscillator serving as a basis for controlling the force applied to the agent as the output vibration signal by inputting a vibrator as the input vibration signal, and measuring the motion state The element measures the movement period of the agent, and the intrinsic angular velocity setting element requires that the absolute value of the deviation between the first phase difference and the target phase difference is greater than or equal to a threshold value by the movement state measurement element. Based on the measured movement period of the agent, the second setting process for setting the second natural angular velocity according to a continuous or intermittent decreasing function with the movement period of the agent as a variable is replaced with the first setting process. It is characterized by executing.

第１発明の運動補助装置によれば、原則的に「第１設定処理」が実行されることにより第２固有角速度が設定される一方、状況に応じて例外的に「第２設定処理」が実行されることにより第２固有角速度が設定される。すなわち、エージェントの運動態様および運動補助装置の動作態様の調和が崩れる可能性が高くなった状況、具体的には第１位相差および目標位相差の偏差絶対値が閾値以上になった状況で第２設定処理が実行される。第２設定処理の実行によりエージェントの運動周期に基づいて第２固有角速度が設定されるので、エージェントの運動態様と運動補助装置との調和を図る観点から運動補助装置の動作制御基礎として適当な角速度で振動する第２振動子が生成されうる。また、第２設定処理は仮想モデルにしたがった第１設定処理よりも第２固有角速度を設定するための演算処理時間が短くて済む。したがって、前記のようにエージェントの運動態様および運動補助装置の動作態様の調和が崩れる可能性が高くなった状況が生じたとき、当該調和を図る観点から適当な第２固有角速度が迅速に設定されうる。よって、エージェントの周期的な運動態様との調和を図る観点から適当な動作態様により当該エージェントの運動が補助されうる。   According to the exercise assisting apparatus of the first aspect of the invention, the second natural angular velocity is set by executing the “first setting process” in principle, but the “second setting process” is exceptionally performed depending on the situation. By executing this, the second natural angular velocity is set. That is, in a situation where there is a high possibility that the movement mode of the agent and the movement mode of the exercise assisting device will be unbalanced. A two-setting process is executed. Since the second intrinsic angular velocity is set based on the agent's movement cycle by executing the second setting process, an angular velocity suitable as a motion control basis for the exercise assisting device from the viewpoint of harmony between the agent's motion mode and the exercise assisting device. A second vibrator that vibrates at can be generated. In addition, the second setting process requires a shorter calculation processing time for setting the second natural angular velocity than the first setting process according to the virtual model. Therefore, when the situation where the possibility that the movement mode of the agent and the movement mode of the exercise assisting device are unbalanced as described above is increased, an appropriate second natural angular velocity is quickly set from the viewpoint of achieving the harmony. sell. Therefore, the movement of the agent can be assisted by an appropriate operation mode from the viewpoint of harmony with the periodic motion mode of the agent.

また、前記のようにエージェントの運動態様および運動補助装置の動作態様の調和が崩れる可能性が高くなった状況が生じたとき、エージェントの運動周期の長短に応じて、エージェントの運動態様および装置の動作態様の調和の観点から適当に装置の動作周期が調節されうる。すなわち、エージェントの運動周期が短い状態（エージェントが比較的速いリズムで周期運動している状態）では比較的高い角速度で変化する出力によりエージェントの周期運動が補助される。また、エージェントの運動周期が長い状態（エージェントが比較的遅いリズムで運動している状態）では比較的低い角速度で変化する出力によりエージェントの周期運動が補助される。よって、エージェントの周期的な運動態様との調和を図る観点から適当な動作態様により当該エージェントの運動が補助されうる。 Further, when a situation occurs in which the possibility that the movement mode of the agent and the movement mode of the exercise assisting device become unbalanced as described above is high, the movement mode of the agent and the device are changed according to the length of the movement cycle of the agent. The operation cycle of the apparatus can be appropriately adjusted from the viewpoint of harmony of the operation modes. That is, in a state where the agent's motion cycle is short (a state where the agent periodically moves at a relatively fast rhythm), the agent's periodic motion is assisted by an output that changes at a relatively high angular velocity. In addition, in a state where the agent's motion cycle is long (the agent is moving at a relatively slow rhythm), the agent's periodic motion is assisted by an output that changes at a relatively low angular velocity. Therefore, the movement of the agent can be assisted by an appropriate operation mode from the viewpoint of harmony with the periodic motion mode of the agent.

第２発明の運動補助装置は、第１発明の運動補助装置において、前記エージェントの異なる２つの身体部分のそれぞれに装着される２つの前記装具のそれぞれを介して、２つの前記アクチュエータのそれぞれの出力が前記２つの身体部分のそれぞれに伝達されるように構成され、前記第２振動子生成要素が前記２つのアクチュエータの制御基礎として、２つの前記第２固有角速度のそれぞれに基づいて定まる角速度で変化する２つの前記第２振動子を生成し、前記固有角速度設定要素が前記第２設定処理の実行に際して一方の前記第２固有角速度の変化に対して他方の前記第２固有角速度が同期してまたは追従して変化するように前記２つの第２固有角速度を流動的に設定することを特徴とする。 The exercise assisting device according to a second aspect of the present invention is the exercise assisting device according to the first aspect of the present invention, wherein the outputs of the two actuators are respectively transmitted through the two appliances attached to the two different body parts of the agent. Is transmitted to each of the two body parts, and the second transducer generating element changes at an angular velocity determined based on each of the two second intrinsic angular velocities as a control basis of the two actuators. And the second angular velocity of the other is synchronized with the change of one of the second intrinsic angular velocities when executing the second setting process. The two second intrinsic angular velocities are fluidly set so as to follow and change.

第２発明の運動補助装置によれば、第２モデルにしたがって２つの第２固有角速度のそれぞれにより定まる角速度で振動する２つの第２振動子が生成される。この際、一方の第２固有角速度が前記のように設定されることにより変化した場合、他方の第２固有角速度がこの変化に同期または追従して設定される。すなわち、一方の第２固有角速度が変更されたとき、これと同時にまたは当該追従特性に応じて定まる指定時間だけ遅れて他方の第２固有角速度が変更される。そして、当該２つの第２振動子に基づいて２つのアクチュエータのそれぞれの出力の振幅および位相が制御され、当該出力がエージェントの異なる２つの身体部分のそれぞれに伝達されることによりエージェントの周期運動が補助される。この結果、エージェントの２つの身体部分のそれぞれの動きを補助するための装置の動作周期または角速度の過度な乖離が抑制されうる。このため、エージェントがその２つの異なる身体部分の動きの相関関係（位相関係等）を一定に維持するように運動する一方、装置がこの相関関係を崩すように動作する等、エージェントの運動態様および装置の動作態様の調和が崩れるような事態が回避されうる。よって、エージェントの周期的な運動態様との調和を図る観点から適当な動作態様によって当該エージェントの運動が補助されうる。 According to the motion assisting device of the second aspect of the invention, two second vibrators that vibrate at angular velocities determined by the two second intrinsic angular velocities according to the second model are generated. At this time, when one of the second natural angular velocities is changed by being set as described above, the other second natural angular velocity is set in synchronization with or following the change. That is, when one of the second natural angular velocities is changed, the other second natural angular speed is changed at the same time or after a specified time determined according to the following characteristic. Then, the amplitude and phase of the output of each of the two actuators are controlled based on the two second vibrators, and the output is transmitted to each of two different body parts of the agent, whereby the agent's periodic motion is Assisted. As a result, an excessive divergence in the operation cycle or angular velocity of the device for assisting each movement of the two body parts of the agent can be suppressed. For this reason, while the agent moves to maintain a constant correlation (phase relationship, etc.) between the movements of the two different body parts, the device operates to break this correlation. A situation in which the operation mode of the apparatus is unbalanced can be avoided. Therefore, the movement of the agent can be assisted by an appropriate operation mode from the viewpoint of harmony with the periodic motion mode of the agent.

第３発明の運動補助装置は、第２発明の運動補助装置において、前記エージェントの前記２つの身体部分としての左右対称な身体部分のそれぞれに、前記２つのアクチュエータのそれぞれの出力が伝達されるように構成されていることを特徴とする。 The exercise assisting device according to a third aspect is the exercise assisting device according to the second invention, wherein the outputs of the two actuators are transmitted to the symmetrical body parts as the two body parts of the agent. It is comprised by these.

第３発明の運動補助装置によれば、エージェントの左右対称の身体部分のそれぞれの動きを補助するための装置の動作周期または角速度の乖離が抑制されうる。このため、エージェントがその左右の運動対称性を維持するように運動する一方、装置がこの対称性を崩すように動作する等、エージェントの運動態様および装置の動作態様の調和が短時間であっても過度に崩れるような事態が回避されうる。よって、演算処理負荷の軽減を図りながら、エージェントの周期的な運動態様との調和を図る観点から適当な動作態様により当該エージェントの運動が補助されうる。 According to the exercise assisting device of the third invention, the deviation of the operation cycle or the angular velocity of the device for assisting each movement of the symmetrical body part of the agent can be suppressed. Therefore, the movement of the agent and the operation of the device are in a short time, for example, the agent moves so as to maintain the left and right motion symmetry while the device operates to break this symmetry. Can be avoided. Therefore, the movement of the agent can be assisted by an appropriate operation mode from the viewpoint of harmony with the periodic motion mode of the agent while reducing the processing load.

第４発明の運動補助装置は、第１〜第３発明のうちいずれか１つの運動補助装置において、前記運動状態測定要素が前記エージェントの運動スケールおよび運動リズムのうち一方または両方に基づいて定まる運動指標値を測定し、前記第２振動子生成要素が、前記運動状態測定要素により測定された前記運動指標値がその目標値に近づくように前記第２モデルを定義する前記連立微分方程式に含まれる係数または項の値を流動的に設定することを特徴とする。 The exercise assistance device according to a fourth aspect is the exercise assistance device according to any one of the first to third inventions, wherein the exercise state measurement element is determined based on one or both of an exercise scale and an exercise rhythm of the agent. The index value is measured, and the second oscillator generation element is included in the simultaneous differential equation that defines the second model so that the motion index value measured by the motion state measurement element approaches its target value. The coefficient or term value is set fluidly.

第４発明の運動補助装置によれば、エージェントの運動スケールおよび運動リズムのうち少なくとも一方に基づいて定まる運動指標値をその目標値に近づける観点から、装置の動作スケールおよび動作リズムのうち一方または両方が適当に制御されうる。よって、演算処理負荷の軽減を図りながら、エージェントの周期的な運動態様との調和を図ることに加えて、エージェントの動作スケールおよび動作リズムの相関関係を目標相関関係に維持する観点から適当な動作態様によって当該エージェントの運動が補助されうる。   According to the exercise assisting device of the fourth aspect of the invention, from the viewpoint of bringing the exercise index value determined based on at least one of the exercise scale and exercise rhythm of the agent closer to the target value, one or both of the operation scale and operation rhythm of the device Can be controlled appropriately. Therefore, in addition to reducing the processing load and harmonizing with the periodic movement mode of the agent, it is appropriate to maintain the correlation between the agent's action scale and action rhythm in the target correlation. The movement of the agent can be assisted by the mode.

本発明の運動補助装置の実施形態について図面を用いて説明する。以下、脚体等の左右を区別するために符号「Ｌ」および「Ｒ」を用いるが、左右を区別する必要がない場合や左右成分を有するベクトルを表現する場合には当該符号を省略する。また、脚体（具体的には大腿部）の屈曲運動（前方運動）および伸展運動（後方運動）を区別するために符号「＋」および「−」を用いる。   An embodiment of an exercise assistance device of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the symbols “L” and “R” are used to distinguish the left and right of the leg and the like, but the symbols are omitted when it is not necessary to distinguish the left and right or when the vector having the left and right components is expressed. In addition, symbols “+” and “−” are used to distinguish between a bending motion (forward motion) and an extension motion (backward motion) of the leg (specifically, the thigh).

図１に示されている運動補助装置１０はエージェント（人間）Ｐの歩行運動を補助するための装置であり、エージェントＰの腰部（第１身体部分）および大腿部（第２身体部分）のそれぞれに取り付けられる第１装具１１００および第２装具１２００を備えている。また、運動補助装置１０は股関節角度センサ１１と、アクチュエータ１５と、制御装置１００と、バッテリ１０００とを備えている。   The exercise assisting device 10 shown in FIG. 1 is a device for assisting the walking motion of the agent (human) P, and the waist (first body part) and thigh (second body part) of the agent P are illustrated. A first brace 1100 and a second brace 1200 attached to each are provided. The exercise assisting device 10 includes a hip joint angle sensor 11, an actuator 15, a control device 100, and a battery 1000.

第１装具１１００は第１リンク部材１１１０と、第１装着器具１１２０とを備えている。第１リンク部材１１１０は外側が硬質樹脂等の剛性素材により構成され、内側が繊維等の柔軟素材により構成され、エージェントＰの腰部後側にあてがわれる。アクチュエータ１５は第１リンク部材１１１０がエージェントＰの腰部後側にあてがわれた状態で、この腰部横側付近に配置されるように第１リンク部材１１１０を構成する剛性部材に取り付けられている。第１装着器具１１２０はベルトのように腰部に巻きつけられることにより第１リンク部材１１１０をエージェントＰの腰部後側に締め付けるための機構と、この締め付け力の強弱を調節するための機構とを有している。第２装具１２００は第２リンク部材１２１０と、第２装着器具１２２０とを備えている。第２リンク部材１２１０は剛性素材により構成され、アクチュエータ１５の出力軸に直接的または減速機構等を介して間接的に連結されている。第２装着器具１２２０は第２リンク部材１２１０に連結されており、ベルトのように大腿部に巻きつけられることにより第２装着器具１２２０を大腿部に締め付けるための機構と、この締め付け力を調節するための機構とを有している。なお、エージェントＰの腰部および大腿部の相対運動を補助しうる範囲で、第１装具１１００および第２装具１２００の素材および形状、または、アクチュエータ１５の位置等は任意に変更されうる。   The first appliance 1100 includes a first link member 1110 and a first wearing instrument 1120. The outer side of the first link member 1110 is made of a rigid material such as hard resin, and the inner side is made of a flexible material such as fiber. The first link member 1110 is applied to the back side of the waist of the agent P. The actuator 15 is attached to a rigid member constituting the first link member 1110 so that the first link member 1110 is disposed near the waist side of the agent P with the first link member 1110 applied to the back side of the waist. The first wearing device 1120 has a mechanism for tightening the first link member 1110 on the back side of the waist of the agent P by being wound around the waist like a belt, and a mechanism for adjusting the strength of the tightening force. is doing. The second appliance 1200 includes a second link member 1210 and a second wearing instrument 1220. The second link member 1210 is made of a rigid material and is directly or indirectly connected to the output shaft of the actuator 15 via a speed reduction mechanism or the like. The second wearing device 1220 is connected to the second link member 1210, and a mechanism for fastening the second wearing device 1220 to the thigh by being wound around the thigh like a belt, and the tightening force. And a mechanism for adjusting. Note that the material and shape of the first brace 1100 and the second brace 1200, the position of the actuator 15, and the like can be arbitrarily changed within a range in which the relative motion of the waist and thigh of the agent P can be assisted.

股関節角度センサ１１はエージェントＰの腰部の横に配置されるロータリエンコーダにより構成され、股関節角度に応じた信号を出力する。アクチュエータ１５は電動モータにより構成され、減速機およびコンプライアンス機構のうち一方または両方を適宜備えている。バッテリ１０００は第１装具１１００の適当な箇所に収納されており、アクチュエータ１５および制御装置１００等に対して電力を供給する。なお、制御装置１００およびバッテリ１０００のそれぞれは第２装具１２００に取り付けられまたは収納されていてもよいし、運動補助装置１０とは別個に設置されてもよい。   The hip joint angle sensor 11 is composed of a rotary encoder arranged beside the waist of the agent P, and outputs a signal corresponding to the hip joint angle. The actuator 15 is constituted by an electric motor and appropriately includes one or both of a speed reducer and a compliance mechanism. The battery 1000 is housed in an appropriate location of the first appliance 1100, and supplies power to the actuator 15, the control device 100, and the like. Each of the control device 100 and the battery 1000 may be attached to or stored in the second appliance 1200, or may be installed separately from the exercise assisting device 10.

制御装置１００は第１装具１１００に収納されたコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路，Ａ／Ｄ変換回路等により構成されている。）と、このコンピュータのメモリまたは記憶装置（ＨＤＤなど）に格納されているソフトウェアとにより構成されている。制御装置１００はバッテリ１０００からアクチュエータ１５への供給電力を調節することによりアクチュエータ１５の動作または出力トルクτを制御する。図２に示されている制御装置１００は、運動状態測定要素１１０と、第１振動子生成要素１２０と、固有角速度設定要素１３０と、第２振動子生成要素１４０と、補助振動子生成要素１５０とを備えている。各要素はそれぞれ物理的に別個のハードウェア（ＣＰＵなど）により構成されていてもよく、一部または全部が物理的に共通のハードウェアにより構成されていてもよい。   The control device 100 includes a computer (comprising a CPU, ROM, RAM, I / O circuit, A / D conversion circuit, etc.) housed in the first device 1100 and a memory or storage device (HDD, etc.) of this computer. ) Stored in the software. The control device 100 controls the operation of the actuator 15 or the output torque τ by adjusting the power supplied from the battery 1000 to the actuator 15. The control device 100 shown in FIG. 2 includes a motion state measurement element 110, a first vibrator generation element 120, a natural angular velocity setting element 130, a second vibrator generation element 140, and an auxiliary vibrator generation element 150. And. Each element may be configured by physically separate hardware (such as a CPU), or part or all may be configured by physically common hardware.

運動状態測定要素１１０はエージェントＰの周期運動に応じて周期的に変化する位相により定義される第１運動振動子φ₁および第２運動振動子φ₂を測定する。振動子を測定するとは、この振動子の振幅、位相および角速度を測定することを意味する。運動状態測定要素１１０は適当なセンサの出力信号に基づき、エージェントＰの運動スケールおよび運動リズムのうち一方または両方に基づいて定まる運動指標値ζを測定する。第１振動子生成要素１２０は、運動状態測定要素１１０により測定された第１運動振動子φ₁を入力振動信号として第１モデルに入力することにより、出力振動信号として第１振動子ξ₁を生成する。振動子を生成するとは、この振動子の振幅および位相の時間変化態様を定義することを意味する。固有角速度設定要素１３０は後述する第１設定処理および第２設定処理のうち一方を状況に応じて選択的に実行することにより第２固有角速度ω₂を設定する。第２振動子生成要素１４０は運動状態測定要素１１０により測定された第２運動振動子φ₂を入力振動信号として第２モデルに入力することにより、出力振動信号として第２振動子ξ₂を生成する。補助振動子生成要素１５０は、第２振動子生成要素１４０により生成された第２振動子ξ₂に基づき、運動補助装置１０のアクチュエータ１５の出力トルクτの変化パターンを定める補助振動子ηを生成する。 The motion state measuring element 110 measures the first motion oscillator φ ₁ and the second motion oscillator φ ₂ defined by the phase that periodically changes according to the periodic motion of the agent P. Measuring the vibrator means measuring the amplitude, phase and angular velocity of the vibrator. The movement state measurement element 110 measures a movement index value ζ determined based on one or both of the movement scale and movement rhythm of the agent P based on the output signal of an appropriate sensor. The first vibrator generation element 120 inputs the first motion oscillator φ ₁ measured by the motion state measurement element 110 as an input vibration signal to the first model, and thereby uses the first vibrator ξ ₁ as an output vibration signal. Generate. Generating an oscillator means defining a time variation mode of the amplitude and phase of the oscillator. The natural angular velocity setting element 130 sets the second natural angular velocity ω ₂ by selectively executing one of a first setting process and a second setting process described later according to the situation. The second oscillator generating element 140 generates the second oscillator ξ ₂ as an output vibration signal by inputting the second motion oscillator φ ₂ measured by the motion state measuring element 110 as an input vibration signal to the second model. To do. The auxiliary vibrator generating element 150 generates an auxiliary vibrator η that defines a change pattern of the output torque τ of the actuator 15 of the exercise assisting device 10 based on the second vibrator ξ ₂ generated by the second vibrator generating element 140. To do.

前記構成の運動補助装置１０によるエージェントＰの歩行運動の補助方法について説明する。   A method for assisting the walking motion of the agent P by the motion assisting device 10 having the above-described configuration will be described.

運動状態測定要素１１０は股関節角度センサ１１の出力に基づき、エージェントＰの左右各股関節の角速度を第１運動振動子φ₁＝（φ_1L，φ_1R）として測定する（図３／ＳＴＥＰ００２）。さらに、運動状態測定要素１１０は股関節角度センサ１１の出力に基づき、エージェントＰの左右各股関節の角度を第２運動振動子φ₂＝（φ_2L，φ_2R）として測定する（図３／ＳＴＥＰ００４）。 Based on the output of the hip joint angle sensor 11, the motion state measuring element 110 measures the angular velocity of the left and right hip joints of the agent P as a first motion oscillator φ ₁ = (φ _1L , φ _1R ) (FIG. 3 / STEP002). Further, the motion state measurement element 110 measures the angle of each of the left and right hip joints of the agent P as the second motion oscillator φ ₂ = (φ _2L , φ _2R ) based on the output of the hip joint angle sensor 11 (FIG. 3 / STEP 004). .

なお、第１運動振動子φ₁および第２運動振動子φ₂のそれぞれとして、エージェントＰの周期運動に応じて周期的に変化する任意の変数が適当なセンサを用いて測定されてもよい。たとえば、運動振動子として股関節、膝関節、足関節、肩関節、肘関節等の任意の関節の角度や角速度、大腿部、足平部、上腕部、手部、腰部の位置（エージェントＰの重心を基準とした前後方向の位置または上下方向の位置など）、速度や加速度の変化パターンが測定されてもよい。さらに、左右の脚体の着床するときに生じる音、呼吸音、意図的な発音等、歩行運動リズムと連関したリズムで変動する種々のパラメータの変化パターンが第１運動振動子φ₁および第２運動振動子φ₂のうち一方または両方として測定されてもよい。また、同一関節の角度および角速度等、同一の身体部分の周期的な運動状態を表わす変数が第１運動振動子φ₁および第２運動振動子φ₂のそれぞれとして測定されるほか、異なる関節のそれぞれの角速度等、異なる身体部分の周期的な運動状態を表わす変数が第１運動振動子φ₁および第２運動振動子φ₂のそれぞれとして測定されてもよい。 As each of the first motion oscillator φ ₁ and the second motion oscillator φ ₂ , any variable that periodically changes according to the periodic motion of the agent P may be measured using an appropriate sensor. For example, the angle and angular velocity of an arbitrary joint such as a hip joint, a knee joint, an ankle joint, a shoulder joint, and an elbow joint as a motion oscillator, a position of a thigh, a foot part, an upper arm part, a hand part, and a waist part (agent P For example, a position in the front-rear direction or a position in the up-down direction with respect to the center of gravity may be measured. Furthermore, the change patterns of various parameters that vary with the rhythm associated with the walking movement rhythm, such as sounds generated when the left and right legs are landing, breathing sounds, intentional pronunciation, etc. are represented by the first movement oscillator φ ₁ and the first movement oscillator φ ₁ . It may be measured as one or both of the two motion oscillators φ ₂ . In addition, variables representing the periodic motion state of the same body part, such as the angle and angular velocity of the same joint, are measured as the first motion oscillator φ ₁ and the second motion oscillator φ ₂ , respectively. Variables representing the periodic motion states of different body parts, such as the respective angular velocities, may be measured as the first motion oscillator φ ₁ and the second motion oscillator φ ₂ .

さらに、運動状態測定要素１１０がエージェントＰの運動指標値ζを測定する（図３／ＳＴＥＰ００５）。具体的には、エージェントＰの歩行比が運動指標値ζとして測定される。歩行比はエージェントＰの運動リズムを表わす歩行率（単位時間当たりの歩数）に対する、エージェントＰの運動スケールを表わす歩幅の比であり、運動スケールおよび運動リズムの両方に基づいて定まる。なお、歩行比に代えて歩幅または歩行率が運動指標値ζとして測定されてもよい。歩行比、歩幅または歩行率は特開２００７−２７５２８２号公報または特開２００７−２７５２８３号公報に開示されている手法にしたがって測定されうる。   Further, the movement state measuring element 110 measures the movement index value ζ of the agent P (FIG. 3 / STEP005). Specifically, the walking ratio of the agent P is measured as the motion index value ζ. The walking ratio is the ratio of the stride representing the movement scale of the agent P to the walking rate (the number of steps per unit time) representing the movement rhythm of the agent P, and is determined based on both the movement scale and the movement rhythm. Instead of the walking ratio, the stride or walking rate may be measured as the motion index value ζ. The walking ratio, step length, or walking rate can be measured according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-275282 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-275283.

また、運動状態測定要素１１０がエージェントＰの運動周期Ｔを測定する（図３／ＳＴＥＰ００６）。具体的には、左右一方の股関節角度センサ１１の出力信号の変化周期、または、左右両方の股関節角度センサ１１のそれぞれの出力信号の変化周期の平均値により表わされるエージェントＰの歩行周期が運動周期Ｔとして測定される。なお、各股関節角度センサ１１の出力信号の変化周期が左右それぞれの大腿部の運動周期Ｔ_LおよびＴ_Rとして測定される等、異なる身体部分、特に、運動振動子φの振幅、位相および角速度に直接的に反映される異なる身体部分のそれぞれの運動周期が別個に測定されてもよい。また、本出願人による関連出願発明にかかる特開２００７−２７５２８２号公報または特開２００７−２７５２８３号公報に開示されている手法にしたがって、エージェントＰの着地を検知するセンサの出力信号に基づき、その着床周期が運動周期Ｔとして測定されてもよい。 Further, the movement state measuring element 110 measures the movement period T of the agent P (FIG. 3 / STEP006). Specifically, the walking period of the agent P represented by the change period of the output signals of the left and right hip joint angle sensors 11 or the average value of the change periods of the output signals of both the left and right hip joint angle sensors 11 is the exercise period. Measured as T. Incidentally, such a change period of the output signals of the hip joint angle sensor 11 is measured as the motion period T _L and T _R of the thigh of the left and right, different body parts, in particular, the motion oscillator φ amplitude, phase and angular velocity Each motion cycle of the different body parts that are directly reflected in may be measured separately. Further, according to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-275282 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-275283 concerning the related application invention by the present applicant, The landing period may be measured as the movement period T.

さらに、第１振動子生成要素１２０が、運動状態測定要素１１０により測定された第１運動振動子φ₁を入力振動信号として第１モデルに入力することにより、出力振動信号として第１振動子ξ₁を生成する（図３／ＳＴＥＰ００８）。第１モデルは左右の脚体等、複数の第１要素の相関関係を表現するモデルであり、前記のように入力振動信号と相互に引き込み合うことで第１固有角速度ω₁＝（ω_1L，ω_1R）に基づいて定まる角速度で変化する出力振動信号を生成するモデルである。第１モデルはたとえば関係式（１０）により表わされるファン・デル・ポル（ｖａｎ ｄｅｒ Ｐｏｌ）方程式によって定義される。なお、第１振動子生成要素１２０は、固有角速度設定要素１３０により設定された最新の第２固有角速度ω₂を最新の第１固有角速度ω₁として採用することにより第１モデルを逐次更新し、以後の第１運動振動子φ₁を入力振動信号として最新の第１モデルに入力することにより、出力振動信号として以後の第１振動子ξ₁を生成してもよい。 Further, the first vibrator generating element 120 inputs the first motion oscillator φ ₁ measured by the motion state measuring element 110 to the first model as an input vibration signal, so that the first vibrator ξ is output as the output vibration signal. ₁ is generated (FIG. 3 / STEP008). The first model is a model that expresses the correlation between a plurality of first elements such as left and right legs, and the first natural angular velocity ω ₁ = (ω _1L , This is a model that generates an output vibration signal that changes at an angular velocity determined based on (ω _1R ). The first model is defined by, for example, the van der Pol equation expressed by the relational expression (10). The first oscillator generation element 120 sequentially updates the first model by adopting the latest second intrinsic angular velocity ω ₂ set by the intrinsic angular velocity setting element 130 as the latest first intrinsic angular velocity ω ₁ . The subsequent first oscillator ξ ₁ may be generated as an output vibration signal by inputting the subsequent first motion oscillator φ ₁ as an input vibration signal to the latest first model.

（数１）
(d² ξ _1L／dt²)＝Ａ(１−ξ_1L ²)(dξ_1L／dt)−ω_1L ²ξ_1L＋ｇ(ξ_1L−ξ_1R)Ｋ₁φ_1L，
(d² ξ _1R／dt²)＝Ａ(１−ξ_1R ²)(dξ_1R／dt)−ω_1R ²ξ_1R＋ｇ(ξ_1R−ξ_1L)Ｋ₁φ_1R ‥(１０)。 (Equation 1)
(d ² ξ _1L / dt ² ) = A (1-ξ _1L ² ) (dξ _1L / dt) −ω _1L ² ξ _1L + g (ξ _1L −ξ _1R ) K ₁ φ _1L ,
(d ² ξ _1R / dt ² ) = A (1−ξ _1R ² ) (dξ _1R / dt) −ω _1R ² ξ _1R + g (ξ _1R −ξ _1L ) K ₁ φ _1R (10).

「Ａ」は第１振動子ξ₁およびその１階時間微分値（ｄξ₁／ｄｔ）がξ₁−（ｄξ₁／ｄｔ）平面で安定なリミットサイクルを描くように設定される正係数である。「ｇ」はエージェントＰの左右の脚体等、異なる身体部分の相関関係を、第１振動子ξ₁の左右各成分の相関関係（複数の第１要素の出力振動信号の相関関係）に反映させるための第１相関係数である。「Ｋ₁」は第１運動振動子φ₁に応じたフィードバック係数である。 “A” is a positive coefficient set so that the first oscillator ξ ₁ and its first-order time differential value (dξ ₁ / dt) draw a stable limit cycle on the ξ ₁ − (dξ ₁ / dt) plane. . “G” reflects the correlation between different body parts such as the left and right legs of the agent P in the correlation between the left and right components of the first oscillator ξ ₁ (correlation between output vibration signals of a plurality of first elements). Is a first correlation coefficient. “K ₁ ” is a feedback coefficient corresponding to the first motion oscillator φ ₁ .

第１振動子ξ₁＝（ξ_1L，ξ_1R）はルンゲ・クッタ法にしたがって生成される。第１振動子ξ₁の成分ξ_1Lおよびξ_1Rのそれぞれの角速度は、左右の脚体のそれぞれの運動を補助する仮定的なリズムを表わしている。また、第１振動子ｘはファン・デル・ポル方程式の１つの性質である「相互引き込み」により、実際の歩行運動リズムとほぼ同じ角速度またはリズムで変化する第１運動振動子φ₁のリズムと調和しながらも第１固有角速度ω₁に基づいて定まる自律的な角速度またはリズムをもって周期的に変化または振動するという性質がある。 The first oscillator ξ ₁ = (ξ _1L , ξ _1R ) is generated according to the Runge-Kutta method. The respective angular velocities of the components ξ _1L and ξ _1R of the first oscillator ξ ₁ represent a hypothetical rhythm that assists the movement of the left and right legs. In addition, the first oscillator x has a rhythm of the first motion oscillator φ ₁ that changes at substantially the same angular velocity or rhythm as the actual walking motion rhythm due to “mutual entrainment” that is one property of the Van der Pol equation. While being harmonized, there is a property of periodically changing or vibrating with an autonomous angular velocity or rhythm determined based on the first intrinsic angular velocity ω ₁ .

なお、関係式（１０）で表現されたファン・デル・ポル方程式とは異なる形のファン・デル・ポル方程式によって第１モデルが表現されてもよく、入力振動信号との相互引き込みを伴い、第１固有角速度ω₁に基づいて定まる角速度で周期的に変化する出力振動信号が生成されるあらゆる方程式によって第１モデルが表現されてもよい。また、測定対象となる第１運動振動子φ₁の数が増やされてもよい。第１モデルに入力される第１運動振動子φ₁が多くなるほど、この第１モデルを定義するファン・デル・ポル方程式等の第１振動子ξ₁の生成に応じた非線形微分方程式における相関項は多くなるが、当該相関係数の調節によってエージェントＰの身体の様々な部分の動きに鑑みた一層緻密な運動の補助が実現される。 Note that the first model may be expressed by a Van der Pol equation that is different from the Van der Pol equation expressed by the relational expression (10). The first model may be expressed by any equation that generates an output vibration signal that periodically changes at an angular velocity determined based on one intrinsic angular velocity ω ₁ . In addition, the number of first motion oscillators φ ₁ to be measured may be increased. As the first motion oscillator φ ₁ input to the first model increases, the correlation term in the nonlinear differential equation corresponding to the generation of the first oscillator ξ ₁ such as the van der Pol equation that defines the first model. However, the adjustment of the correlation coefficient realizes more precise movement assistance in consideration of the movement of various parts of the body of the agent P.

エージェントＰの周期運動と運動補助装置１０の周期動作との位相差は、運動補助装置１０の動作に対するエージェントＰの運動態様を定めるものである。たとえば、この位相差が正である場合、エージェントＰは運動補助装置１０を先導するような形態で運動することができる。一方、この位相差が負である場合、エージェントＰは運動補助装置１０によって先導されるような形態で運動することができる。このため、第１振動子ξ₁の第１運動振動子φ₁に対する位相差（第１位相差）δθ₁が目標位相差δθ₀から乖離していると、エージェントＰの運動態様が不安定になりやすい。その結果、補助振動子ηに応じた角速度で周期的に変化するトルクＴによって腰部および大腿部の相対的運動が補助されるエージェントＰの運動リズムが、目標運動リズムから乖離してしまう可能性が高い。 The phase difference between the periodic motion of the agent P and the periodic motion of the motion assisting device 10 determines the motion mode of the agent P with respect to the motion of the motion assisting device 10. For example, if this phase difference is positive, the agent P can move in such a way as to lead the exercise assisting device 10. On the other hand, when the phase difference is negative, the agent P can move in a form led by the exercise assisting device 10. For this reason, if the phase difference (first phase difference) δθ _{1 of} the first oscillator ξ ₁ with respect to the first motion oscillator φ ₁ deviates from the target phase difference δθ ₀ , the motion mode of the agent P becomes unstable. Prone. As a result, there is a possibility that the motion rhythm of the agent P for which the relative motion of the lumbar region and the thigh region is assisted by the torque T that periodically changes with the angular velocity corresponding to the auxiliary oscillator η deviates from the target motion rhythm. Is expensive.

そこで、第１運動振動子φ₁と第１振動子ξ₁との相互調和性を維持しつつも、エージェントＰの運動リズムを目標運動リズムに一致させる観点から、固有角速度設定要素１３０により第２振動子ξ₂の角速度を定める適当な第２固有角速度ω₂が設定される。すなわち、歩行補助装置１０による補助リズムをエージェントＰの運動リズムに調和させながら、このエージェントＰの運動リズムを目標運動リズムに一致させるため、歩行補助装置１０の補助リズムとエージェントＰの運動リズムとの適切な位相差を実現する観点から、適当な第２固有角速度ω₂が設定される。 Therefore, from the viewpoint of matching the motion rhythm of the agent P with the target motion rhythm while maintaining the mutual harmony between the first motion oscillator φ ₁ and the first oscillator ξ ₁ , the second is set by the natural angular velocity setting element 130. An appropriate second natural angular velocity ω ₂ that determines the angular velocity of the vibrator ξ ₂ is set. That is, in order to match the movement rhythm of the agent P with the movement rhythm of the agent P while matching the movement rhythm of the movement assistance apparatus 10 with the movement rhythm of the agent P, From the viewpoint of realizing an appropriate phase difference, an appropriate second natural angular velocity ω ₂ is set.

具体的には、まず第１運動振動子φ₁と第１振動子ξ₁との位相差が第１位相差δθ₁として設定される（図３／ＳＴＥＰ０１０）。たとえば、φ₁＝０かつ（ｄφ₁／ｄｔ）＞０となる時刻と、ξ₁＝０かつ（ｄξ₁／ｄｔ）＞０となる時刻との時間差に基づいて第１位相差δθ₁が算定または設定される。 Specifically, _first , the phase difference between the first motion oscillator φ ₁ and the first oscillator ξ ₁ is set as the first phase difference δθ ₁ (FIG. 3 / STEP010). For example, the first phase difference δθ ₁ is calculated based on the time difference between the time when φ ₁ = 0 and (dφ ₁ / dt)> 0 and the time when ξ ₁ = 0 and (dξ ₁ / dt)> 0. Or set.

続いて、第１位相差δθ₁および目標位相差δθ₀の偏差絶対値｜δθ₁−δθ₀｜が閾値δθ_th未満であるか否かが判定される（図３／ＳＴＥＰ０１２）。 Subsequently, it is determined whether or not the deviation absolute value | δθ ₁ −δθ ₀ | of the first phase difference δθ ₁ and the target phase difference δθ ₀ is less than the threshold value δθ _th (FIG. 3 / STEP 012).

第１位相差δθ₁および目標位相差δθ₀の偏差絶対値｜δθ₁−δθ₀｜が閾値δθ_th未満であると判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０１２‥ＹＥＳ）、次に説明する「第１設定処理」が実行される。すなわち、まず第２位相差δθ₂が設定される（図３／ＳＴＥＰ０１４）。具体的には、関係式（２１）および（２２）により表現される仮想モデルにおいて定義されている第１仮想振動子ψ₁＝（ψ_1L，ψ_1R）と第２仮想振動子ψ₂＝（ψ_2L，ψ_2R）との位相差が、関係式（２３）にしたがって第２位相差δθ₂として設定される。第１仮想振動子ψ₁は仮想モデルにおいて第１運動振動子φ₁を擬似的に表現する。第２仮想振動子ψ₂は仮想モデルにおいて補助振動子ηを擬似的に表現する。 When it is determined that the deviation absolute value | δθ ₁ −δθ ₀ | of the first phase difference δθ ₁ and the target phase difference δθ ₀ is less than the threshold value δθ _th (FIG. 3 / STEP012, YES), 1 setting process ”is executed. That is, first, the second phase difference δθ ₂ is set (FIG. 3 / STEP014). Specifically, the first virtual oscillator ψ ₁ = (ψ _1L , ψ _1R ) and the second virtual oscillator ψ ₂ = () defined in the virtual model expressed by the relational expressions (21) and (22). The phase difference from ψ _2L , ψ _2R ) is set as the second phase difference δθ ₂ according to the relational expression (23). The first virtual oscillator ψ ₁ simulates the first motion oscillator φ ₁ in the virtual model. The second virtual oscillator ψ ₂ represents the auxiliary oscillator η in a pseudo manner in the virtual model.

（数２）
dψ_1L／dt＝ω_1L＋ε_Lsin(ψ_2L−ψ_1L)，dψ_1R／dt＝ω_1R＋ε_Rsin(ψ_2R−ψ_1R)‥(２１)
dψ_2L／dt＝ω_2L＋ε_Lsin(ψ_1L−ψ_2L)，dψ_2R／dt＝ω_2R＋ε_Rsin(ψ_1R−ψ_2R)‥(２２)
δθ_2L＝arcsin{(ω_1+L−ω_2+L)/2ε_L}，δθ_2R＝arcsin{(ω_1+R−ω_2+R)/2ε_R}‥(２３) (Equation 2)
dψ _1L / dt = ω _1L + ε _L sin (ψ _2L −ψ _1L ), dψ _1R / dt = ω _1R + ε _R sin (ψ _2R −ψ _1R ) (21)
dψ _2L / dt = ω _2L + ε _L sin (ψ _1L −ψ _2L ), dψ _2R / dt = ω _2R + ε _R sin (ψ _1R −ψ _2R ) (22)
δθ _2L = arcsin {(ω _{1 + L} −ω _{2 + L} ) / 2ε _L }, δθ _2R = arcsin {(ω _{1 + R} −ω _{2 + R} ) / 2ε _R } (23)

ε＝（ε_L，ε_R）の各成分は第１仮想振動子ψ₁の各成分および第２仮想振動子ψ₂の各成分の相関関係を表わす相関係数である。ω₁₊＝（ω_1+L，ω_1+R）は第１仮想振動子ψ₁の各成分の角速度である。ω₂₊＝（ω_2+L，ω_2+R）は第２仮想振動子ψ₂の各成分の角速度である。 Each component of ε = (ε _L , ε _R ) is a correlation coefficient representing the correlation between each component of the first virtual oscillator ψ ₁ and each component of the second virtual oscillator ψ ₂ . ω ₁₊ = (ω _{1 + L} , ω _{1 + R} ) is an angular velocity of each component of the first virtual oscillator ψ ₁ . ω ₂₊ = (ω _{2 + L} , ω _{2 + R} ) is an angular velocity of each component of the second virtual oscillator ψ ₂ .

続いて、第１位相差δθ₁と第２位相差δθ₂との偏差が最小になるように相関係数εが設定される（図３／ＳＴＥＰ０１６）。具体的には関係式（２４）にしたがって、左右各成分について第１運動振動子φ₁が０となる各時刻ｔ_kにおける相関係数ε（ｔ_i）が逐次設定される。 Subsequently, the correlation coefficient ε is set so that the deviation between the first phase difference δθ ₁ and the second phase difference δθ ₂ is minimized (FIG. 3 / STEP016). Specifically, according to the relational expression (24), the correlation coefficient ε (t _i ) at each time t _{k when} the first motion oscillator φ ₁ becomes 0 is sequentially set for each of the left and right components.

（数３）
ε_L(t_k+1)＝ε_L(t _k)−Ｂ_L{Ｖ_1L(t_k+1)−Ｖ_1L(t_k)}{ε_L(t_k)−ε_L(t_k-1)}，
ε_R(t_k+1)＝ε_R(t _k)−Ｂ_R{Ｖ_1R(t_k+1)−Ｖ_1R(t_k)}{ε_R(t_k)−ε_R(t_k-1)}，
Ｖ_1L(t_k+1)≡(1/2){δθ_1L(t_k+1)−δθ_2L(t_k)}²，
Ｖ_1R(t_k+1)≡(1/2){δθ_1R(t_k+1)−δθ_2R(t_k)}² ‥(２４) (Equation 3)
ε _L (t _{k + 1} ) = ε _L (t _k ) −B _L {V _1L (t _{k + 1} ) −V _1L (t _k )} {ε _L (t _k ) −ε _L (t _k−1 )},
ε _R (t _{k + 1} ) = ε _R (t _k ) −B _R {V _1R (t _{k + 1} ) −V _1R (t _k )} {ε _R (t _k ) −ε _R (t _k−1 )},
V _1L (t _{k + 1} ) ≡ (1/2) {δθ _1L (t _{k + 1} ) −δθ _2L (t _k )} ² ,
V _1R (t _{k + 1} ) ≡ (1/2) {δθ _1R (t _{k + 1} ) −δθ _2R (t _k )} ² (24)

Ｂ＝（Ｂ_L，Ｂ_R）の各成分は第１位相差δθ₁の各成分と、第２位相差δθ₂の左右各成分とを近づけるポテンシャルＶ₁＝（Ｖ_1Ｌ，Ｖ_1Ｒ）の安定性を表す係数である。 Each component of B = (B _L , B _R ) has a stable potential V ₁ = (V _1L , V _1R ) that brings each component of the first phase difference δθ ₁ close to the left and right components of the second phase difference δθ _2. It is a coefficient representing sex.

次に、相関係数εに基づき、第２仮想振動子ψ₂の角速度ω₂₊が一定であるという条件下で各成分について第１位相差δθ₁および第２位相差δθ₂の偏差が最小となるように第１仮想振動子ψ₁の角速度が第１角速度ω₁₊として関係式（２５）にしたがって設定される（図３／ＳＴＥＰ０１８）。 Next, based on the correlation coefficient ε, the deviation between the first phase difference δθ ₁ and the second phase difference δθ ₂ is minimized for each component under the condition that the angular velocity ω _{2+ of} the second virtual oscillator ψ ₂ is constant. The angular velocity of the first virtual oscillator ψ ₁ is set according to the relational expression (25) as the first angular velocity ω ₁₊ (FIG. 3 / STEP018).

（数４）
ω_1+L(t_k)＝−α_L∫dtｑ_1L(t)，ω_1+R(t_k)＝−α_R∫dtｑ_1R(t)，
ｑ_1L(t)＝(４ε_L ²(t)−(ω_1+L(t)−ω_2+L(t_k)))^1/2
×sin(arcsin{(ω_1+L(t)−ω_2+L(t_k-1))／２ε_L(t_k)}−δθ_2L(t_k))，
ｑ_1R(t)＝(４ε_R ²(t)−(ω_1+R(t)−ω_2+R(t_k)))^1/2
×sin(arcsin{(ω_1+R(t)−ω_2+R(t_k-1))／２ε_R(t_k)}−δθ_2R(t_k))‥(２５) (Equation 4)
ω _{1 + L} (t _k ) = − α _L ∫dtq _1L (t), ω _{1 + R} (t _k ) = − α _R ∫dtq _1R (t),
q _1L (t) = (4ε _L ² (t) − (ω _{1 + L} (t) −ω _{2 + L} (t _k ))) ^1/2
× sin (arcsin {(ω _{1 + L} (t) −ω _{2 + L} (t _k-1 )) / 2ε _L (t _k )} − δθ _2L (t _k )),
q _1R (t) = (4ε _R ² (t) − (ω _{1 + R} (t) −ω _{2 + R} (t _k ))) ^1/2
× sin (arcsin {(ω _{1 + R} (t) −ω _{2 + R} (t _k-1 )) / 2ε _R (t _k )} − δθ _2R (t _k )) (25)

α＝（α_L，α_R）の各成分は系の安定性を表す係数である。 Each component of α = (α _L , α _R ) is a coefficient representing the stability of the system.

相関係数εおよび第１角速度ω₁₊が設定されることにより、第１運動振動子φ₁および第１振動子ξ₁の相互調和性を、第１仮想振動子ψ₁および第２仮想振動子ψ₂に持たせるように仮想モデルが構築される。すなわち、エージェントＰの周期運動を表現する第１仮想振動子ψ₁と、運動補助装置１０の周期動作を表現する第２仮想振動子ψ₂とが第２位相差δθ₂で相互に調和しながら周期変化するように仮想モデルが構築される。 By setting the correlation coefficient ε and the first angular velocity ω ₁₊ , the mutual harmony of the first motion oscillator φ ₁ and the first oscillator ξ ₁ is changed to the first virtual oscillator ψ ₁ and the second virtual vibration. A virtual model is constructed so as to have the child ψ ₂ . That is, the first virtual oscillator ψ ₁ representing the periodic motion of the agent P and the second virtual vibrator ψ ₂ representing the periodic motion of the motion assisting device 10 are harmonized with each other with the second phase difference δθ _2. A virtual model is constructed so as to change periodically.

続いて、左右各成分について第１角速度ω₁₊に基づき、第２仮想振動子ψ₂の角速度が第２角速度ω₂₊として設定される（図３／ＳＴＥＰ０２０）。左右各成分について第２位相差δθ₂が目標位相差δθ₀に近づくように、関係式（２６）にしたがって第２角速度ω₂₊＝（ω_2+L，ω_2+R）を設定する。そして、第２角速度ω₂₊が第２固有角速度ω₂として設定される（図３／ＳＴＥＰ０２４）。前記ＳＴＥＰ０１４〜ＳＴＥＰ０２２の一連の処理が「第１設定処理」に相当する。 Subsequently, based on the first angular velocity ω ₁₊ for each of the left and right components, the angular velocity of the second virtual vibrator ψ ₂ is set as the second angular velocity ω ₂₊ (FIG. 3 / STEP 020). The second angular velocity ω ₂₊ = (ω _{2 + L} , ω _{2 + R} ) is set according to the relational expression (26) so that the second phase difference δθ ₂ approaches the target phase difference δθ ₀ for the left and right components. Then, the second angular velocity ω ₂₊ is set as the second intrinsic angular velocity ω ₂ (FIG. 3 / STEP 024). A series of processing of STEP014 to STEP022 corresponds to “first setting processing”.

（数５）
ω_2+L(t_k)＝β_L∫dtｑ_2L(t)，ω_2+R(t_k)＝β_R∫dtｑ_2R(t)，
ｑ_2L(t)＝(４ε_L ²(t_k)−(ω_1+L(t)−ω_2+L(t_k)))^1/2
×sin(arcsin{(ω_1+L(t_k)−ω_2+L(t))／２ε_L(t_k)}−δθ₀)，
ｑ_2R(t)＝(４ε_R ²(t_k)−(ω_1+R(t)−ω_2+R(t_k)))^1/2
×sin(arcsin{(ω_1+R(t_k)−ω_2+R(t))／２ε_R(t_k)}−δθ₀)‥(２６) (Equation 5)
ω _{2 + L} (t _k ) = β _L ∫dtq _2L (t), ω _{2 + R} (t _k ) = β _R ∫dtq _2R (t),
q _2L (t) = (4ε _L ² (t _k ) − (ω _{1 + L} (t) −ω _{2 + L} (t _k ))) ^1/2
× sin (arcsin {(ω _{1 + L} (t _k ) −ω _{2 + L} (t)) / 2ε _L (t _k )} − δθ ₀ ),
q _2R (t) = (4ε _R ² (t _k ) − (ω _{1 + R} (t) −ω _{2 + R} (t _k ))) ^1/2
× sin (arcsin {(ω _{1 + R} (t _k ) −ω _{2 + R} (t)) / 2ε _R (t _k )} − δθ ₀ ) (26)

β＝（β_L，β_R）の各成分は系の安定性を表す係数である。 Each component of β = (β _L , β _R ) is a coefficient representing the stability of the system.

これにより、第１仮想振動子ψ₁により表現されているエージェントＰの周期運動と、第２仮想振動子ψ₂により表現されている運動補助装置１０の周期動作とに第１運動振動子φ₁および第１振動子ξ₁が有する相互調和性を持たせながらも、両者の位相差を目標位相差δθ₀に近づける観点から適切に第２角速度ω_2/が設定される。 Thereby, the first motion oscillator φ ₁ is divided into the periodic motion of the agent P expressed by the first virtual oscillator ψ ₁ and the periodic motion of the exercise assisting device 10 expressed by the second virtual oscillator ψ _2. In addition, the second angular velocity ω _{2 /} is appropriately set from the viewpoint of bringing the phase difference between the first oscillator ξ ₁ and the target phase difference δθ ₀ close to each other while maintaining the mutual harmony of the first oscillator ξ ₁ .

一方、第１位相差δθ₁および目標位相差δθ₀の偏差絶対値｜δθ₁−δθ₀｜が閾値δθ_th以上であると判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０１２‥ＮＯ）、第１設定処理に代えて次に説明する「第２設定処理」が実行される。すなわち、運動状態測定要素１１０により測定されたエージェントＰの運動周期Ｔに基づき、当該運動周期Ｔを変数とする減少関数にしたがって第２固有角速度ω₂が設定される（図３／ＳＴＥＰ０２４）。減少関数は演算アルゴリズムまたはテーブルの形式で記憶装置に格納されており、当該記憶装置から適宜読み出される。減少関数の定義域は離散的であっても連続的であってもよい。たとえば、ある時刻または期間における運動周期Ｔに基づき、図４に実線で示されているような階段状のまたは断続的な減少関数ω₂₍₀₎(Ｔ)、一点鎖線で示されているような２階微分値が負である連続的な減少関数ω₂₍₁₎(Ｔ)、または、二点鎖線で示されているような２階微分値が正である連続的な減少関数ω₂₍₂₎(Ｔ)にしたがって第２固有角速度ω₂が逐次設定される。さらに、運動周期Ｔにより定義される定義域の一部において減少関数である一方、定義域の他の部分において増加関数である関数等、さまざまな関数にしたがって第２固有角速度ω₂が設定されてもよい。 On the other hand, when it is determined that the deviation absolute value | δθ ₁ −δθ ₀ | of the first phase difference δθ ₁ and the target phase difference δθ ₀ is equal to or greater than the threshold value δθ _th (FIG. 3 / STEP012... NO), the first setting process Instead, the “second setting process” described below is executed. That is, based on the movement period T of the agent P measured by the movement state measuring element 110, the second intrinsic angular velocity ω ₂ is set according to a decreasing function with the movement period T as a variable (FIG. 3 / STEP024). The decreasing function is stored in the storage device in the form of an arithmetic algorithm or a table, and is read out from the storage device as appropriate. The domain of the decreasing function may be discrete or continuous. For example, based on the motion period T at a certain time or period, a step-like or intermittent decreasing function ω _{2 (0)} (T) as shown by a solid line in FIG. Continuous decreasing function ω _{2 (1)} (T) in which the second derivative is negative, or continuous decreasing function ω ₂ in which the second derivative is positive as shown by the two-dot chain line ₍₂₎ The second natural angular velocity ω ₂ is sequentially set according to (T). Furthermore, the second intrinsic angular velocity ω ₂ is set according to various functions such as a function that is a decreasing function in a part of the domain defined by the motion period T and a function that is an increasing function in another part of the domain. Also good.

なお、異なる身体部分のそれぞれについて運動周期Ｔが測定された場合、運動周期Ｔごとに第２固有角速度ω₂が独立に設定されてもよい。たとえば、腰部に対する各大腿部の運動周期Ｔ_LおよびＴ_Rが測定された場合、左側固有角速度ω_Lが左大腿部の運動周期Ｔ_Lに基づいて設定され、右側の第２固有角速度ω_2Rが右大腿部の運動周期Ｔ_Rに基づいて設定されてもよい。また、一方の第２固有角速度が変化した場合、対応する身体部分の運動周期Ｔによらず、この変化に同期してまたは追従して他方の第２固有角速度が変化するように流動的に設定されてもよい。 In addition, when the exercise cycle T is measured for each of different body parts, the second intrinsic angular velocity ω ₂ may be set independently for each exercise cycle T. For example, when the exercise periods T _L and T _R of each thigh with respect to the waist are measured, the left intrinsic angular velocity ω _L is set based on the exercise period T _L of the left thigh, and the right second intrinsic angular velocity ω. _2R may be set based on the motion period T _R of the right thigh. In addition, when one of the second natural angular velocities changes, it is set fluidly so that the other second natural angular velocity changes in synchronism with or following the change, regardless of the motion period T of the corresponding body part. May be.

また、第２振動子生成要素１４０が、運動状態測定要素１１０により測定された第２運動振動子φ₂を入力振動信号として第２モデルに入力することにより、出力振動信号として第２振動子ξ₂＝（ξ_2L+，ξ_2L-，ξ_2R+，ξ_2R-）を生成する（図３／ＳＴＥＰ０２６）。第２モデルは各脚体の屈曲方向（前方）への動きおよび伸展方向（後方）への動きを司る神経要素等、複数の第２要素の相関関係を表現するモデルであり、前記のように入力振動信号に基づき、固有角速度設定要素１３０により設定された第２固有角速度ω₂に基づいて定まる角速度で変化する出力振動信号を生成するモデルである。 Further, the second vibrator generating element 140 inputs the second motion oscillator φ ₂ measured by the motion state measuring element 110 to the second model as an input vibration signal, so that the second vibrator ξ is output as the output vibration signal. _{2 = (ξ 2L +, ξ} 2L-, ξ 2R +, ξ 2R-) to produce a (FIG. 3 / STEP026). The second model is a model that expresses the correlation between a plurality of second elements such as nerve elements that control the movement of each leg in the bending direction (forward) and the movement in the extension direction (backward). This is a model for generating an output vibration signal that changes at an angular velocity determined based on the second natural angular velocity ω ₂ set by the natural angular velocity setting element 130 based on the input vibration signal.

第２モデルはたとえば連立微分方程式（３０）により定義される。   The second model is defined by a simultaneous differential equation (30), for example.

（数６）
-τ_1L+(ｄｕ_L+／ｄｔ)＝
ｃ_L+ζ_0L+−ｕ_L+＋ｗ_L+/L-ξ_2L-＋ｗ_L+/R+ξ_2R+−λ_Lｖ_L+＋ｆ₁(ω_2L)＋ｆ₂(ω_2L)Ｋφ_2L，
-τ_1L-(ｄｕ_L-／ｄｔ)＝
ｃ_L-ζ_0L-−ｕ_L-＋ｗ_L-/L+ξ_2L+＋ｗ_L-/R-ξ_2R-−λ_Lｖ_L-＋ｆ₁(ω_2L)＋ｆ₂(ω_2L)Ｋφ_2L，
- τ_1R+(ｄｕ_R+／ｄｔ)＝
ｃ_R+ζ_0R+−ｕ_R+＋ｗ_R+/L+ξ_2L+＋ｗ_R+/R-ξ_2R+−λ_Rｖ_R+＋ｆ₁(ω_2R)＋ｆ₂(ω_2R)Ｋφ_2R，
-τ_1R-(ｄｕ_R-／ｄｔ)＝
ｃ_R-ζ_0R-−ｕ_R-＋ｗ_R-/L-ξ_2L-＋ｗ_R-/R+ξ_2R+−λ_Rｖ_R-＋ｆ₁(ω_2R)＋ｆ₂(ω_2R)Ｋφ_R，
τ_2i(ｄｖ_i／ｄｔ)＝−ｖ_2i＋ξ_2i (i=L+,L-,R+,R-)，
ξ_2i＝Ｈ(ｕ_i−ｕ_th)＝０(ｕ_i＜ｕ_th)もしくはｕ_i（ｕ_i≧ｕ_th），または
ξ_2i＝ｆｓ(ｕ_i)＝ｕ_i／(１＋ｅｘｐ(−ｕ_i／Ｄ)) ‥(３０) (Equation 6)
-τ _{1L +} (du _{L +} / dt) =
c _{L +} ζ _{0L +} −u _{L +} + w _{L + / L−} ξ _2L− + w _{L + / R +} ξ _{2R +} −λ _L v _{L +} + f ₁ (ω _2L ) + f ₂ (ω _2L ) Kφ _2L ,
_{-τ 1L-} (du _L− / dt) =
c _L- ζ _0L- -u _L- + w _{L- / L +} ξ _{2L +} + w _{L- / R-} ξ _2R- -λ _L v _L- + f ₁ (ω _2L ) + f ₂ (ω _2L ) Kφ _2L ,
-τ _{1R +} (du _{R +} / dt) =
c _{R +} ζ _{0R +} −u _{R +} + w _{R + / L +} ξ _{2L +} + w _{R + / R−} ξ _{2R +} −λ _R v _{R +} + f ₁ (ω _2R ) + f ₂ (ω _2R ) Kφ _2R ,
-τ _1R- (du _R- / dt) =
c _R- ζ _0R- -u _R- + w _{R- / L-} ξ _2L- + w _{R- / R +} ξ _{2R +} -λ _R v _R- + f ₁ (ω _2R ) + f ₂ (ω _2R ) Kφ _R ,
τ _2i (dv _i / dt) = − v _2i + ξ _2i (i = L +, L−, R +, R−),
ξ _2i = H (u _i −u _th ) = 0 (u _i <u _th ) or u _i (u _i ≧ u _th ), or ξ _2i = fs (u _i ) = u _i / (1 + exp (−u _i / D)) (30)

この連立微分方程式（３０）には各大腿部の屈曲方向（前方）および伸展方向（後方）のそれぞれへの挙動状態（振幅および位相により特定される。）を表現する状態変数ｕ_iと、各挙動状態の順応性を表現するための自己抑制因子ｖ_iとが含まれている。また、連立微分方程式（３０）には運動指標値ζの目標値ζ₀に係る係数ｃ_iが含まれている。後述するように第１時定数τ_1i、第２時定数τ_2i、運動変数ζ_iの目標値ζ_0iに係る係数ｃ_iおよび相関係数ｗ_i/j等うち一部または全部の値が流動的に設定されうる。なお、前記のように測定対象となる運動振動子φの数が増やされてもよい。第２モデルに入力される運動振動子φが多くなるほど連立微分方程式における相関項は多くなるが、当該相関係数の調節によってエージェントＰの身体の様々な部分の動作状態の相関関係に鑑みてエージェントＰの周期運動が適切に補助されうる。 In this simultaneous differential equation (30), a state variable u _i expressing a behavior state (specified by amplitude and phase) of each thigh in the bending direction (front) and the extending direction (back), A self-suppression factor v _i for expressing the adaptability of each behavior state is included. The simultaneous differential equation (30) includes a coefficient c _i related to the target value ζ ₀ of the motion index value ζ. First time constant tau _1i as described later second time constant tau _2i, coefficients c _i and value of the correlation coefficient w _{i /} among _j such part or all according to the target value zeta _0i of the motion variable zeta _i fluidity Can be set automatically. As described above, the number of motion oscillators φ to be measured may be increased. As the motion oscillator φ input to the second model increases, the correlation term in the simultaneous differential equation increases, but the agent is considered in view of the correlation between the motion states of various parts of the body of the agent P by adjusting the correlation coefficient. The periodic motion of P can be appropriately assisted.

第１時定数「τ_1i」は状態変数ｕ_iの変化特性を規定する時定数であり、ω依存性を有する係数ｔ（ω）と、定数γ＝（γ_L，γ_R）とを用いて関係式（３１）により表現されるが、固有角速度ωに依存して変化する。 The first time constant “τ _1i ” is a time constant that defines the change characteristic of the state variable u _i , and uses a coefficient t (ω) having ω dependency and constants γ = (γ _L , γ _R ). Although expressed by the relational expression (31), it varies depending on the natural angular velocity ω.

（数７）
τ_1L+＝τ_1L-＝(ｔ(ω_L)／ω_L)−γ_L，τ_1R+＝τ_1R-＝(ｔ(ω_R)／ω_R)−γ_R ‥(３１) (Equation 7)
τ _{1L +} = τ _1L− = (t (ω _L ) / ω _L ) −γ _L , τ _{1R +} = τ _1R− = (t (ω _R ) / ω _R ) −γ _R (31)

第２時定数「τ_2i」は自己抑制因子ｖ_iの変化特性を規定する時定数である。「ｗ_i/j」はエージェントＰの左右各脚体の屈曲方向および伸展方向への動きを表わす状態変数ｕ_iおよびｕ_jの相関関係を第２振動子ξの各成分の相関関係（複数の第２要素の出力振動信号の相関関係）として表現するための負の第２相関係数である。「λ_L」および「λ_R」は慣れ係数である。「Ｋ」は運動振動子φに応じたフィードバック係数である。 The second time constant “τ _2i ” is a time constant that defines the change characteristic of the self-inhibiting factor v _i . “W _{i / j} ” represents the correlation between the state variables u _i and u _j representing the movement of the left and right legs of the agent P in the bending direction and the extension direction, and the correlation between the components of the second oscillator ξ This is a negative second correlation coefficient to be expressed as (correlation between output vibration signals of the second element). “Λ _L ” and “λ _R ” are habituation coefficients. “K” is a feedback coefficient corresponding to the motion oscillator φ.

第１の関数「ｆ₁」は正の係数ｃを用いて関係式（３２）により定義される固有角速度ωの１次関数である。第２の関数「ｆ₂」は係数ｃ₀，ｃ₁およびｃ₂を用いて関係式（３３）により定義される固有角速度ωの２次関数である。 The first function “f ₁ ” is a linear function of the natural angular velocity ω defined by the relational expression (32) using the positive coefficient c. The second function “f ₂ ” is a quadratic function of the natural angular velocity ω defined by the relational expression (33) using the coefficients c ₀ , c ₁ and c ₂ .

（数８）
ｆ₁(ω)≡ｃω ‥(３２)
ｆ₂(ω)≡ｃ₀ω＋ｃ₁ω＋ｃ₂ω² ‥(３３) (Equation 8)
f ₁ (ω) ≡cω (32)
f ₂ (ω) ≡c ₀ ω + c ₁ ω + c ₂ ω ² (33)

第２振動子ξ_2iは、状態変数ｕ_iの値が閾値ｕ_th未満である場合は０、状態変数ｕ_iの値が閾値ｕ_th以上である場合はこのｕ_iの値をとる。あるいは、第２振動子ξ_2iは、シグモイド関数ｆｓによって定義されている（関係式（３０）参照）。これにより、左大腿部の前側への挙動を表わす状態変数ｕ_L+が大きくなると第２振動子ξ₂の左／屈曲成分ξ_2L+の振幅が左伸展側成分ξ_2L-よりも大きくなる。また、右大腿部の前側への挙動を表わす状態変数ｕ_R+が大きくなると第２振動子ξ₂の右／屈曲成分ξ_2R+の振幅が右伸展側成分ξ_2R-の振幅よりも大きくなる。さらに、左大腿部の後側への挙動を表わす状態変数ｕ_L-が大きくなると第２振動子ξ₂の左伸展側成分ξ_2L-の振幅が左／屈曲成分ξ_2L+よりも大きくなる。また、右大腿部の後側への挙動を表わす状態変数ｕ_R-が大きくなると第２振動子ξ₂の右伸展側成分ξ_2R-の振幅が右／屈曲成分ξ_2R+の振幅よりも大きくなる。脚体（大腿部）の前方または後方への動きは、たとえば、股関節角速度の極性によって識別される。脚体（大腿部）の前方または後方への動きは、たとえば、股関節角速度の極性によって識別される。 Second oscillator xi] _2i, if when the value of the state variable u _i is smaller than the threshold u _th 0 is the value of the state variable u _i is the threshold value u _th or more takes the value of the u _i. Alternatively, the second oscillator ξ _2i is defined by the sigmoid function fs (see relational expression (30)). Accordingly, when the state variable u _{L +} representing the behavior of the left thigh _forward is increased, the amplitude of the left / bending component ξ _{2L +} of the second vibrator ξ ₂ becomes larger than the left extension side component ξ _2L− . Further, when the state variable u _{R +} representing the behavior toward the front side of the right thigh increases, the amplitude of the right / bending component ξ _{2R +} of the second vibrator ξ ₂ becomes larger than the amplitude of the right extension side component ξ _2R− . Further, when the state variable u _L− representing the behavior toward the rear side of the left thigh increases, the amplitude of the left extension side component ξ _2L− of the second vibrator ξ ₂ becomes larger than the left / flexion component ξ _{2L +} . Further, when the state variable u _R− representing the rearward behavior of the right thigh increases, the amplitude of the right extension side component ξ _2R− of the second vibrator ξ ₂ is larger than the amplitude of the right / flexion component ξ _{2R +.} Become. The forward or backward movement of the leg (thigh) is identified by, for example, the polarity of the hip joint angular velocity. The forward or backward movement of the leg (thigh) is identified by, for example, the polarity of the hip joint angular velocity.

第２振動子ξ₂の生成に際して基礎振動子生成要素１４０が運動状態測定要素１１０により測定されたエージェントＰの運動指標値ζがその目標値ζ₀に近づくように、連立微分方程式（３０）に含まれる係数または項の値を流動的に設定する（図３／ＳＴＥＰ００７）。設定対象としては第１時定数τ_1i（関係式（３１）参照）、第２時定数τ₂＝τ_2i、運動変数ζ_iの目標値ζ_0iに係る係数ｃ_i、相関係数ｗ_i/j、第１の関数ｆ₁を定義する正の係数ｃ（関係式（３２）参照）ならびに第２の関数ｆ₂を定義する係数ｃ₀〜ｃ₂（関係式（３３）参照）のうち一部または全部の値が流動的に設定される。 In the generation of the second oscillator ξ ₂ , the simultaneous differential equation (30) is set so that the motion index value ζ of the agent P measured by the motion state measuring element 110 of the basic vibrator generating element 140 approaches its target value ζ _0. The value of the included coefficient or term is set fluidly (FIG. 3 / STEP007). The setting target first time constant tau _1i (see equation (31)), the second time constant tau ₂ = tau _2i, coefficients c _i of the target value zeta _0i of the motion variable zeta _i, correlation coefficients w _{i / j} , one of the positive coefficients c defining the first function f ₁ (see relational expression (32)) and the coefficients c _{0 to} c ₂ defining the second function f ₂ (see relational expression (33)). Parts or all values are set fluidly.

第２振動子ξ₂の生成後、補助振動子生成要素１５０が当該第２振動子ξ₂に基づき、たとえば関係式（４０）にしたがって補助振動子η＝（η_L，η_R）を設定する（図３／ＳＴＥＰ０１４）。すなわち、補助振動子ηの左成分η_Lは、第２振動子ξの左／屈曲成分ξ_L+および係数χ_L+の積と、左側伸展成分ξ_L-および係数−χ_L-の積との和として算定される。補助振動子ηの右成分η_Rは、第２振動子ξの右／屈曲成分ξ_R+および係数χ_R+の積と、右側伸展成分ξ_R-および係数−χ_R-の積との和として算定される。なお、補助振動子ηは前記特許文献１および２に開示されているように仮想的な弾性要素による弾性力、または、当該弾性力に加えて仮想的な減衰要素による減衰力のうち一方または両方を表わすように生成されてもよい。 After the generation of the second oscillator ξ ₂ , the auxiliary oscillator generation element 150 sets the auxiliary oscillator η = (η _L , η _R ) based on the second oscillator ξ ₂ according to, for example, the relational expression (40). (FIG. 3 / STEP014). That is, the left component η _L of the auxiliary oscillator η is the sum of the product of the left / bending component ξ _{L +} and the coefficient χ _{L +} of the second oscillator ξ and the product of the left extension component ξ _L- and the coefficient −χ _L-. Calculated as The right component η _R of the auxiliary oscillator η is calculated as the sum of the product of the right / bending component ξ _{R +} and the coefficient χ _{R +} of the second oscillator ξ and the product of the right extension component ξ _R- and the coefficient −χ _R- Is done. The auxiliary oscillator η is one or both of an elastic force by a virtual elastic element as disclosed in Patent Documents 1 and 2 or a damping force by a virtual damping element in addition to the elastic force. May be generated to represent.

（数９）
η_L＝χ_L+ξ_L+−χ_L-ξ_L-，η_R＝χ_R+ξ_R+−χ_R-ξ_R- ‥(４０) (Equation 9)
η _L = χ _{L +} ξ _{L +} −χ _L- ξ _L- , η _R = χ _{R +} ξ _{R +} −χ _R- ξ _R- (40)

そして、制御装置１００により補助振動子ηに基づいてバッテリ１０００から左右のアクチュエータ１５にそれぞれ供給される電流Ｉ＝（Ｉ_L，Ｉ_R）が調節される。電流Ｉは補助振動子ηに基づき、たとえばＩ(ｔ)＝Ｇ₁・η(ｔ)（Ｇ₁：比例係数）と表現される。これにより、第１装具１１００および第２装具１２００を介して運動補助装置１０からエージェントＰに与えられる、腰部（第１身体部分）に対して各大腿部（第２身体部分）を動かす力または股関節回りのトルクτ＝（τ_L，τ_R）が調節される（図３／ＳＴＥＰ０１６）。トルクτは電流Ｉに基づき、たとえばτ(ｔ)＝Ｇ₂・Ｉ(ｔ)（Ｇ₂：比例係数）と表現される。以降、前述の一連の処理が繰り返し実行される。これにより第１装具１１００に対して第２装具１２００が動かされ、腰部（第１身体部分）に対する大腿部（第２身体部分）の周期的な動きが補助される。なお、エージェントＰが歩行運動を開始した後、２〜３歩分の歩行運動を完了するまでの期間において、大腿部が腰部に対して適度に動かされるように運動補助装置１０の動作が前記制御方法とは無関係に制御されてもよい。エージェントＰの歩行運動はトレッドミルの上で実施されてもよい。 Then, the control device 100 adjusts the current I = (I _L , I _R ) supplied from the battery 1000 to the left and right actuators 15 based on the auxiliary vibrator η. The current I is expressed as, for example, I (t) = G ₁ · η (t) (G ₁ : proportional coefficient) based on the auxiliary oscillator η. Accordingly, the force applied to the agent P from the exercise assistance device 10 via the first brace 1100 and the second brace 1200 to move each thigh (second body part) relative to the waist (first body part) or The torque τ = (τ _L , τ _R ) around the hip joint is adjusted (FIG. 3 / STEP016). The torque τ is based on the current I and is expressed, for example, as τ (t) = G ₂ · I (t) (G ₂ : proportional coefficient). Thereafter, the above-described series of processing is repeatedly executed. Thereby, the second brace 1200 is moved with respect to the first brace 1100, and the periodic movement of the thigh (second body part) with respect to the waist (first body part) is assisted. It should be noted that the operation of the exercise assisting device 10 is performed so that the thigh is appropriately moved with respect to the waist during the period from the start of the walking motion of the agent P to the completion of the walking motion for two to three steps. It may be controlled independently of the control method. The walking movement of the agent P may be performed on a treadmill.

前記機能を発揮する運動補助装置１０によれば、原則的に「第１設定処理」が実行される（図３／ＳＴＥＰ０１４〜ＳＴＥＰ０２２参照）。これにより、前記のように第１仮想振動子ψ₁により表現されているエージェントＰの周期運動と、第２仮想振動子ψ₂により表現されている運動補助装置１０の周期動作とに第１運動振動子φ₁および第１振動子ξ₁が有する相互調和性を持たせながらも、両者の位相差を目標位相差δθ₀に近づける観点から適切に第２固有角速度ω₂が設定される。このため、第２固有角速度ω₂に基づいて定まる角速度で周期的に変化する第２振動子ξ₂に基づいて制御される出力トルクτは、第２固有角速度ω₂に基づいて定まる角速度で周期的に変化する（図３／ＳＴＥＰ０２６〜ＳＴＥＰ０３０参照）。したがって、エージェントＰの運動態様と運動補助装置１０の動作態様との調和を図る観点から適当な角速度で振動するトルクτがエージェントＰに伝達され、その結果としてこのエージェントＰの周期的な歩行運動が適当に補助されうる。 According to the exercise assisting apparatus 10 that exhibits the above function, in principle, the “first setting process” is executed (see FIG. 3 / STEP014 to STEP022). As a result, the first motion is divided into the periodic motion of the agent P expressed by the first virtual oscillator ψ ₁ and the periodic motion of the exercise assisting device 10 expressed by the second virtual oscillator ψ _{2 as} described above. The second intrinsic angular velocity ω ₂ is appropriately set from the viewpoint of bringing the phase difference between the vibrator φ ₁ and the first vibrator ξ ₁ close to the target phase difference δθ ₀ while providing the mutual harmony of the vibrator φ ₁ and the first vibrator ξ ₁ . Therefore, the second oscillator xi] ₂ to the output torque τ, which is controlled on the basis of which periodically changes at the angular velocity determined based on the second intrinsic angular velocity omega _2, the period at an angular velocity determined based on the second intrinsic angular velocity omega ₂ (Refer to FIG. 3 / STEP026 to STEP030). Therefore, torque τ oscillating at an appropriate angular velocity is transmitted to the agent P from the viewpoint of harmonizing the movement mode of the agent P and the movement mode of the exercise assisting device 10, and as a result, the periodic walking movement of the agent P is performed. It can be supported appropriately.

一方、エージェントＰの運動態様および運動補助装置１０の動作態様の調和が崩れる可能性が高くなった状況、具体的には第１位相差および目標位相差の偏差絶対値が閾値以上になった状況で例外的に「第２設定処理」が実行される（図３／ＳＴＥＰ０２４参照）。第２設定処理の実行によりエージェントＰの運動周期Ｔに基づいて第２固有角速度ω₂が設定されるので（図４参照）、エージェントＰの運動態様と運動補助装置１０との調和を図る観点から運動補助装置１０の動作制御基礎として適当な角速度で振動する第２振動子ξ₂が生成されうる。また、第２設定処理は仮想モデルにしたがった第１設定処理よりも第２固有角速度ω₂を設定するための演算処理時間が短くて済む。したがって、前記のようにエージェントＰの運動態様および運動補助装置１０の動作態様の調和が崩れる可能性が高くなった状況が生じたとき、当該調和を図る観点から適当な第２固有角速度ω₂が迅速に設定されうる。よって、エージェントＰの周期的な運動態様との調和を図る観点から適当な動作態様により当該エージェントＰの運動が補助されうる。 On the other hand, the situation where the possibility that the movement mode of the agent P and the movement mode of the exercise assisting device 10 are unbalanced is high, specifically, the deviation absolute values of the first phase difference and the target phase difference are equal to or greater than the threshold value. As an exception, the “second setting process” is executed (see FIG. 3 / STEP024). Since the second intrinsic angular velocity ω ₂ is set based on the motion period T of the agent P by executing the second setting process (see FIG. 4), from the viewpoint of achieving harmony between the motion mode of the agent P and the motion assisting device 10. The second vibrator ξ ₂ that oscillates at an appropriate angular velocity can be generated as the operation control basis of the exercise assisting device 10. In addition, the second setting process requires a shorter calculation processing time for setting the second natural angular velocity ω ₂ than the first setting process according to the virtual model. Therefore, when the situation where the possibility that the movement mode of the agent P and the movement mode of the exercise assisting device 10 are unbalanced as described above is increased, an appropriate second natural angular velocity ω ₂ is obtained from the viewpoint of achieving the harmonization. It can be set quickly. Therefore, the movement of the agent P can be assisted by an appropriate operation mode from the viewpoint of harmony with the periodic motion mode of the agent P.

また、エージェントＰの運動態様および運動補助装置１０の動作態様の調和が崩れる可能性が高くなった状況ではエージェントＰの運動周期Ｔの長短に応じて、第２固有角速度ω₂、ひいてはエージェントＰの運動態様および装置１０の動作態様の調和の観点から適当に装置１０の動作周期が調節されうる。すなわち、エージェントＰの運動周期Ｔが短い状態（エージェントＰが比較的速いリズムで周期運動している状態）では比較的高い角速度で変化する出力によりエージェントＰの周期運動が補助される。また、エージェントＰの運動周期Ｔが長い状態（エージェントＰが比較的遅いリズムで運動している状態）では比較的低い角速度で変化する出力によりエージェントの周期運動が補助される。このため、演算処理内容が簡易化されているにもかかわらず、エージェントＰの運動態様の変化に対して装置１０の動作態様が適当に追従して変化するように制御されうる。よって、演算処理負荷の軽減を図りながら、エージェントＰの周期的な運動態様との調和を図る観点から適当な動作態様により当該エージェントＰの運動が補助されうる。 Further, in a situation where there is a high possibility that the movement mode of the agent P and the movement mode of the exercise assisting device 10 will be unbalanced, the second intrinsic angular velocity ω ₂ and eventually the agent P will be changed according to the length of the movement period T of the agent P. The operation cycle of the apparatus 10 can be appropriately adjusted from the viewpoint of harmony between the movement mode and the operation mode of the apparatus 10. That is, in a state where the motion period T of the agent P is short (a state where the agent P is periodically moving at a relatively fast rhythm), the periodic motion of the agent P is assisted by an output that changes at a relatively high angular velocity. Further, in a state where the motion period T of the agent P is long (a state where the agent P is moving at a relatively slow rhythm), the agent's periodic motion is assisted by an output that changes at a relatively low angular velocity. For this reason, it is possible to control the operation mode of the apparatus 10 so as to appropriately follow the change in the movement mode of the agent P in spite of the simplification of the arithmetic processing contents. Therefore, the movement of the agent P can be assisted by an appropriate operation mode from the viewpoint of harmony with the periodic motion mode of the agent P while reducing the processing load.

また、２つの第２固有角速度ω_2Lおよびω_2Rのそれぞれが別個の運動周期に基づいて独立に設定される場合、一方の第２固有角速度が前記のように流動的に設定されることにより変化した場合、他方の第２固有角速度がこの変化に同期または追従して設定されうる。すなわち、一方の第２固有角速度が変更されたとき、これと同時にまたは当該追従特性に応じて定まる指定時間だけ遅れて他方の固有角速度が変更される。たとえば、一方の第２固有角速度が一の値から他の値に変化したとき、これと同時にまたはほぼ同時に、他方の第２固有角速度が当該他の値に一致するまたは近づくように変化する。そして、２つの第２振動子ξ_2Lおよびξ_2Rに基づいて２つのアクチュエータ１５のそれぞれのトルクτの振幅、位相および角速度が制御され、このトルクτがエージェントＰの異なる身体部分のそれぞれに伝達されることによりエージェントＰの周期運動が補助される（図５参照）。この結果、エージェントＰの２つの身体部分のそれぞれの動きを補助するための装置１０の動作周期または角速度の過度な乖離が抑制されうる。このため、エージェントＰがその左右の運動対称性を維持するように運動する一方、装置１０がこの対称性を崩すように動作する等、エージェントＰの運動態様および装置の動作態様の調和が短時間であっても過度に崩れるような事態が回避されうる。 Further, when each of the two second natural angular velocities ω _2L and ω _2R is set independently based on a separate motion cycle, one of the second natural angular velocities is changed by being set fluidly as described above. In this case, the other second intrinsic angular velocity can be set in synchronization with or following the change. That is, when one of the second natural angular velocities is changed, the other natural angular speed is changed at the same time or after a specified time determined in accordance with the following characteristic. For example, when one second intrinsic angular velocity changes from one value to another value, the other second intrinsic angular velocity changes so as to coincide with or approach the other value simultaneously or substantially simultaneously. Based on the two second oscillators ξ _2L and ξ _2R , the amplitude, phase and angular velocity of each of the two actuators 15 are controlled, and this torque τ is transmitted to each of the different body parts of the agent P. Thus, the periodic motion of the agent P is assisted (see FIG. 5). As a result, an excessive divergence of the operation cycle or angular velocity of the device 10 for assisting each movement of the two body parts of the agent P can be suppressed. For this reason, while the agent P moves so as to maintain its left and right movement symmetry, the movement of the agent P and the movement of the apparatus P are harmonized for a short time, for example, the apparatus 10 operates so as to break this symmetry. Even so, it is possible to avoid a situation where it collapses excessively.

さらに、エージェントＰの運動スケールおよび運動リズムに基づいて定まる運動指標値ζをその目標値ζ₀に近づける観点から、装置１０の動作スケール（または動作振幅）および動作リズム（動作角速度、または、動作角速度および位相）が適当に制御されうる（関係式（３０）〜（３３）、図３／ＳＴＥＰ００５，ＳＴＥＰ００７参照）。運動指標値ζの測定および係数等の値の設定処理が省略されてもよい。 Further, from the viewpoint of bringing the motion index value ζ determined based on the motion scale and motion rhythm of the agent P closer to the target value ζ ₀ , the motion scale (or motion amplitude) and motion rhythm (motion angular velocity or motion angular velocity) of the apparatus 10. And phase) can be appropriately controlled (see relational expressions (30) to (33), FIG. 3 / STEP005 and STEP007). The process of measuring the motion index value ζ and setting values such as coefficients may be omitted.

なお、前記実施形態ではエージェントＰとしての人間の運動が補助されているが、他の実施形態としてエージェントとしての猿、犬、馬、牛等、人間以外の動物の歩行運動等が補助されてもよい。   In the above-described embodiment, the human movement as the agent P is assisted. However, as another embodiment, the walking movement of a non-human animal such as a monkey, a dog, a horse, or a cow as the agent is assisted. Good.

前記実施形態では左右対称な２つの身体部分、すなわち、左右の大腿部の動きが補助されることによりその歩行運動が補助されるように運動補助装置１０が構成されているが（図１参照）、他の実施形態として右上腕部および左前腕部、右大腿部および右上腕部等、エージェントＰの左右対称ではない複数の身体部分のそれぞれの動きが補助されるように運動補助装置１０が構成されてもよい。また、左右一方の大腿部、左右一方の上腕部等、エージェントＰの一の身体部分の動きのみが補助されるように運動補助装置１０が構成されてもよい。エージェントＰのさまざまな身体部分に装着されうるように装具の形状、素材または個数等が変更されうる。   In the embodiment, the exercise assisting device 10 is configured so that the walking motion is assisted by assisting the movement of two symmetrical body parts, that is, the left and right thighs (see FIG. 1). ), As another embodiment, the exercise assisting device 10 is such that each movement of a plurality of non-symmetrical body parts of the agent P such as the upper right arm and the left forearm, the right thigh and the upper right arm is assisted. May be configured. Further, the exercise assisting device 10 may be configured such that only the movement of one body part of the agent P, such as one of the left and right thighs and one of the left and right upper arms, is assisted. The shape, material, number, etc. of the brace can be changed so that it can be worn on various body parts of the agent P.

本発明の一実施形態としての運動補助装置の構成説明図Structure explanatory drawing of the exercise assistance apparatus as one Embodiment of this invention 運動補助装置の制御装置の構成説明図Configuration explanatory diagram of the control device of the exercise assist device 運動補助装置の制御方法に関する説明図Explanatory drawing about the control method of the exercise assistance device 固有角速度の設定方法に関する説明図Explanatory diagram on how to set the natural angular velocity

符号の説明Explanation of symbols

１‥運動補助装置、１１‥股関節角度センサ、１５‥アクチュエータ、１００‥制御装置、１１０‥運動状態測定要素、１２０‥第１振動子生成要素、１３０‥固有角度設定要素、１４０‥第２振動子生成要素、１５０‥補助振動子生成要素、１０００‥バッテリ、１１００‥第１装具、１２００‥第２装具 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Movement assistance apparatus, 11 ... Hip joint angle sensor, 15 ... Actuator, 100 ... Control apparatus, 110 ... Movement state measurement element, 120 ... 1st vibrator production | generation element, 130 ... Natural angle setting element, 140 ... 2nd vibrator Generating element, 150 ... auxiliary vibrator generating element, 1000 ... battery, 1100 ... first device, 1200 ... second device

Claims (4)

エージェントに装着される装具と、前記装具に連結されているアクチュエータと、前記アクチュエータの出力の振幅および位相を制御する制御装置とを備え、前記装具を介して前記アクチュエータの出力が前記エージェントに伝達されることにより前記エージェントの周期運動を補助する装置であって、
前記制御装置が、
前記エージェントの周期運動に応じて周期的に変化する位相により定義される第１運動振動子および第２運動振動子のそれぞれを測定する運動状態測定要素と、
入力振動信号と相互に引き込み合うことで第１固有角速度に基づいて定まる角速度で変化する出力振動信号を生成する第１モデルに、前記運動状態測定要素により測定された前記第１運動振動子を前記入力振動信号として入力することにより、前記出力振動信号として第１振動子を生成する第１振動子生成要素と、
前記運動状態測定要素により測定された前記第１運動振動子と前記第１振動子生成要素により生成された前記第１振動子との位相差である第１位相差に基づき、相互作用しながら第２位相差で周期的に変化する第１仮想振動子と第２仮想振動子とが表現されている仮想モデルにしたがって、前記第２位相差が目標位相差に近づくように前記第２仮想振動子の角速度を第２固有角速度として設定する第１設定処理を実行する固有角速度設定要素と、
入力振動信号に基づき、前記固有角速度設定要素により設定された前記第２固有角速度に基づいて定まる角速度で変化する出力振動信号を生成する第２モデルに、前記運動状態測定要素により測定された前記第２運動振動子を前記入力振動信号として入力することにより、前記出力振動信号として前記エージェントに与えられる力の制御基礎となる第２振動子を生成する第２振動子生成要素とを備え、
前記運動状態測定要素が前記エージェントの運動周期を測定し、
前記固有角速度設定要素が、前記第１位相差および前記目標位相差の偏差の絶対値が閾値以上になったことを要件として、前記運動状態測定要素により測定された前記エージェントの運動周期に基づき、前記エージェントの運動周期を変数とする連続的または断続的な減少関数にしたがって前記第２固有角速度を設定する第２設定処理を前記第１設定処理に代えて実行することを特徴とする運動補助装置。 An appliance mounted on the agent; an actuator coupled to the appliance; and a control device that controls the amplitude and phase of the output of the actuator, and the output of the actuator is transmitted to the agent via the appliance. A device for assisting the periodic movement of the agent by:
The control device is
A motion state measuring element that measures each of the first motion oscillator and the second motion oscillator defined by a phase that periodically changes according to the periodic motion of the agent;
The first motion oscillator measured by the motion state measuring element is used as a first model that generates an output vibration signal that changes at an angular velocity determined based on a first natural angular velocity by mutually attracting the input vibration signal. A first vibrator generating element for generating a first vibrator as the output vibration signal by inputting as an input vibration signal;
Based on a first phase difference that is a phase difference between the first motion oscillator measured by the motion state measurement element and the first oscillator generated by the first oscillator generation element, the first In accordance with a virtual model in which a first virtual oscillator and a second virtual oscillator that periodically change with two phase differences are expressed, the second virtual oscillator approaches the target phase difference. A natural angular velocity setting element for executing a first setting process for setting the angular velocity of the second angular velocity as a second natural angular velocity;
Based on the input vibration signal, a second model that generates an output vibration signal that changes at an angular velocity determined based on the second natural angular velocity set by the natural angular velocity setting element is used as the second model measured by the motion state measurement element. A second oscillator generating element that generates a second oscillator serving as a basis for controlling the force applied to the agent as the output vibration signal by inputting a two-motion oscillator as the input vibration signal;
The movement state measuring element measures the movement period of the agent;
Based on the movement period of the agent measured by the movement state measurement element, the natural angular velocity setting element is required that the absolute value of the deviation between the first phase difference and the target phase difference is greater than or equal to a threshold value, An exercise assisting device, wherein a second setting process for setting the second natural angular velocity according to a continuous or intermittent decreasing function with the movement period of the agent as a variable is executed instead of the first setting process. . 請求項１記載の運動補助装置において、
前記エージェントの異なる２つの身体部分のそれぞれに装着される２つの前記装具のそれぞれを介して、２つの前記アクチュエータのそれぞれの出力が前記２つの身体部分のそれぞれに伝達されるように構成され、
前記第２振動子生成要素が前記２つのアクチュエータの制御基礎として、２つの前記第２固有角速度のそれぞれに基づいて定まる角速度で変化する２つの前記第２振動子を生成し、
前記固有角速度設定要素が前記第２設定処理の実行に際して一方の前記第２固有角速度の変化に対して他方の前記第２固有角速度が同期してまたは追従して変化するように前記２つの第２固有角速度を流動的に設定することを特徴とする運動補助装置。 The exercise assisting device according to claim 1,
Each of the two actuators attached to each of the two different body parts of the agent is configured to transmit the output of each of the two actuators to each of the two body parts;
The second vibrator generating element generates two second vibrators that change at angular velocities determined based on the two second intrinsic angular velocities as a control basis of the two actuators,
The second angular velocity setting element changes the second second angular velocity in synchronism with or following the change in the second intrinsic angular velocity when the second setting process is executed. An exercise assist device characterized by fluidly setting an intrinsic angular velocity. 請求項２記載の運動補助装置において、
前記エージェントの前記２つの身体部分としての左右対称な身体部分のそれぞれに前記２つのアクチュエータのそれぞれの出力が伝達されるように構成されていることを特徴とする運動補助装置。 The exercise assistance device according to claim 2,
The exercise assisting device is configured so that outputs of the two actuators are transmitted to each of symmetrical body parts as the two body parts of the agent. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の運動補助装置において、
前記運動状態測定要素が前記エージェントの運動スケールおよび運動リズムのうち一方または両方に基づいて定まる運動指標値を測定し、
前記第２振動子生成要素が、前記運動状態測定要素により測定された前記運動指標値がその目標値に近づくように前記第２モデルを定義する前記連立微分方程式に含まれる係数または項の値を流動的に設定することを特徴とする運動補助装置。 In the exercise assistance device according to any one of claims 1 to 3,
The movement state measurement element measures a movement index value determined based on one or both of the movement scale and movement rhythm of the agent;
The second oscillator generating element calculates a coefficient or term value included in the simultaneous differential equation that defines the second model so that the motion index value measured by the motion state measuring element approaches its target value. An exercise assistance device characterized by being set fluidly.

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