JP5388748B2

JP5388748B2 - Training equipment

Info

Publication number: JP5388748B2
Application number: JP2009186009A
Authority: JP
Inventors: 洋介遠藤; 敬士郎菊池; 律雄原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-08-10
Also published as: JP2011036376A

Description

本発明は、アクチュエータの動作により生じる力を、装具を介してエージェントの身体に伝達させるように構成されているトレーニング装置に関する。 The present invention relates to a training device configured to transmit a force generated by an operation of an actuator to an agent's body through a brace.

エージェント（人間）に力を作用させて、その脚体等の動作を補助する技術が提案されている（特許文献１および２参照）。
特開２００７−０５４０８６号公報特開２００７−２５９１７５号公報 Techniques have been proposed in which a force is applied to an agent (human) to assist the movement of its legs and the like (see Patent Documents 1 and 2).
JP 2007-054086 A JP 2007-259175 A

しかし、力の作用形態が一定であるためにエージェントに違和感を覚えさせる可能性がある。 However, since the action mode of force is constant, there is a possibility that the agent may feel uncomfortable.

そこで、本発明は、さまざまな形態でエージェントに力を作用させることができるトレーニング装置を提供することを解決課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a training apparatus that can apply force to an agent in various forms.

前記課題を解決するための本発明のトレーニング装置は、エージェントの上体および脚体のそれぞれに装着される第１装着要素および第２装着要素と、アクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記第１装着要素および前記第２装着要素を介して前記アクチュエータの動作により生じる力を前記エージェントに伝達させるように構成されているトレーニング装置であって、前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する補助力を作用させるアシスト期間と、前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する抵抗力を作用させるトレーニング期間とが混在するハイブリッドモードにしたがって動作し、前記制御装置が、前記エージェントの上体に対する脚体の相対姿勢を表わす姿勢変数およびその時間微分のうち一部または全部を変数とする関数として、前記補助力および前記抵抗力のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることを特徴とする（第１発明）。 A training apparatus according to the present invention for solving the above problems includes a first mounting element and a second mounting element mounted on each of an upper body and a leg body of an agent, an actuator, and a control device that controls the operation of the actuator. A training device configured to transmit the force generated by the operation of the actuator to the agent through the first mounting element and the second mounting element, the upper body of the agent and The control device operates according to a hybrid mode in which an assist period in which an assisting force for the relative motion of the leg is applied and a training period in which a resistance force for the relative motion of the upper body and the leg is applied to the agent are mixed. A posture change representing the relative posture of the leg to the upper body of the agent. And as a function of the variable part or all of the time derivative, characterized in that it is configured to adjust at least one of the auxiliary force and the resistance force (the first invention).

本発明のトレーニング装置によれば、ハイブリッドモードにおけるアシスト期間およびトレーニング期間の混在により、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して順方向の力（補助力）が作用する状況と、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して逆方向の力（抵抗力）が作用する状況とが実現される。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、さまざまな形態でエージェントに力を作用させることができる。さらに、エージェントの上体および脚体の相対姿勢および相対姿勢の時系列的な変化態様のうち少なくとも１つに応じて、当該エージェントに作用させる力の強さおよび方向を変化させることができる。 According to the training device of the present invention, due to a mixture of the assist period and the training period in the hybrid mode, a situation in which a forward force (auxiliary force) acts on the agent relative to the direction of relative motion of the upper body and legs Then, a situation is realized in which a force (resistance force) in the reverse direction acts on the agent in the direction of the relative motion of the upper body and the leg. Thereby, when the agent is performing a walking motion accompanied by the relative motion of the upper body and the leg, a force can be applied to the agent in various forms. Furthermore, the strength and direction of the force acting on the agent can be changed according to at least one of the relative posture of the upper body and the leg of the agent and the time-series variation of the relative posture.

第１発明のトレーニング装置において、前記ハイブリッドモードが、前記エージェントの各歩行周期において、前記姿勢変数およびその時間微分値に基づいてアシストモードおよびトレーニングモードを使い分けるモードであることが好ましい（第２発明）。 In the training device of the first invention, it is preferable that the hybrid mode is a mode that selectively uses the assist mode and the training mode based on the posture variable and its time differential value in each walking cycle of the agent (second invention). .

第２発明のトレーニング装置において、前記制御装置が、前記姿勢変数が第１ハイブリッド基準値以上かつ第２ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変数の１階時間微分である姿勢変化速度が正である第１ハイブリッド定義域において、前記姿勢変数が前記第１ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく一方、前記姿勢変数が前記第２ハイブリッド基準値に近づくほど極大値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御し、前記姿勢変数が前記第２ハイブリッド基準値以上であり、かつ、前記姿勢変化速度が正である第１アシスト領域と、前記姿勢変数が第３ハイブリッド基準値以上であり、かつ、前記姿勢変化速度が負である第１トレーニング領域とを含む第２ハイブリッド定義域において、前記第１アシスト領域において前記姿勢変数が前記第２ハイブリッド基準値に近づくほど極大値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御する一方、前記第１トレーニング領域において前記姿勢変数が前記第３ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記抵抗力を制御し、前記姿勢変数が第４ハイブリッド基準値以上かつ前記第３ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変化速度が負である第３ハイブリッド定義域において、前記姿勢変数が前記第３ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく一方、前記姿勢変数が前記第４ハイブリッド基準値に近づくほど極小値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御し、前記姿勢変数が前記第４ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変化速度が負である第２アシスト領域と、前記姿勢変数が前記第１ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変化速度が正である第２トレーニング領域とを含む第４ハイブリッド定義域において、前記第２アシスト領域において前記姿勢変数が前記第４ハイブリッド基準値に近づくほど極小値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御する一方、前記第２トレーニング領域において前記姿勢変数が前記第１ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記抵抗力を制御するように構成されていてもよい（第３発明）。 In the training device according to a second aspect, the control device has a posture change speed that is a first-order time derivative of the posture variable and the posture variable is greater than or equal to a first hybrid reference value and less than a second hybrid reference value. In the first hybrid domain, the function is such that the attitude variable approaches 0 as the attitude variable approaches the first hybrid reference value, while the function has a change characteristic that approaches the maximum value as the attitude variable approaches the second hybrid reference value. Therefore, the auxiliary force is controlled, the posture variable is greater than or equal to the second hybrid reference value, and the posture change speed is positive, and the posture variable is greater than or equal to the third hybrid reference value. And the first hybrid region including the first training region having a negative posture change rate. The assisting force is controlled according to a function having a change characteristic that approaches a maximum value as the posture variable approaches the second hybrid reference value in the region, while the posture variable is set to the third hybrid reference value in the first training region. The resistance is controlled according to a function having a change characteristic that approaches 0 as the value approaches 0, the attitude variable is greater than or equal to the fourth hybrid reference value and less than the third hybrid reference value, and the attitude change speed is negative. In a third hybrid domain, according to a function having a change characteristic that approaches 0 as the attitude variable approaches the third hybrid reference value, and approaches a minimum value as the attitude variable approaches the fourth hybrid reference value. The auxiliary force is controlled, and the attitude variable is less than the fourth hybrid reference value. And a fourth hybrid including a second assist region in which the posture change speed is negative and a second training region in which the posture variable is less than the first hybrid reference value and the posture change speed is positive. In the definition area, the assist force is controlled according to a function having a change characteristic that approaches a minimum value as the posture variable approaches the fourth hybrid reference value in the second assist region, while the posture in the second training region The resistance may be controlled according to a function having a change characteristic that approaches 0 as the variable approaches the first hybrid reference value (third invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントが歩行運動しており、その姿勢変数および姿勢変化速度のそれぞれの測定値が第１ハイブリッド定義域、第２ハイブリッド定義域、第３ハイブリッド定義域および第４ハイブリッド定義域の順で循環的に遷移する場合、次のようにその動作が制御される。当該測定値が第ｉハイブリッド定義域（ｉ＝１〜４）に含まれる期間が第ｉハイブリッド期間と定義される。 According to the training apparatus having the configuration, the agent is walking and the measured values of the posture variable and the posture change speed are the first hybrid domain, the second hybrid domain, the third hybrid domain, and the fourth In the case of a cyclic transition in the order of the hybrid domain, the operation is controlled as follows. A period in which the measurement value is included in the i-th hybrid domain (i = 1 to 4) is defined as the i-th hybrid period.

「第１ハイブリッド期間」においては、エージェントに与えられる力（補助力）が０からその極大値まで連続的に上昇するように制御される。「第２ハイブリッド期間」においては力がその極大値から０まで連続的に低下するように制御される。第２ハイブリッド期間における力は、前期においては「補助力」として作用し、後期においては「抵抗力」として作用する。「第３ハイブリッド期間」においては、力（補助力）が０からその極小値まで連続的に低下するように制御される「第４ハイブリッド期間」においては、力がその極小値から０まで連続的に上昇するように制御される。第４ハイブリッド期間における力は、前期においては「補助力」として作用し、後期においては「抵抗力」として作用する。 In the “first hybrid period”, the force (auxiliary force) applied to the agent is controlled so as to continuously increase from 0 to its maximum value. In the “second hybrid period”, the force is controlled to continuously decrease from its maximum value to zero. The force in the second hybrid period acts as “auxiliary force” in the first period and acts as “resistance force” in the second period. In the “third hybrid period”, the force (auxiliary force) is controlled so as to continuously decrease from 0 to its minimum value. In the “fourth hybrid period”, the force is continuously reduced from its minimum value to 0. Controlled to rise. The force in the fourth hybrid period acts as an “auxiliary force” in the first period, and acts as a “resistance force” in the second period.

これにより、エージェントの歩行運動時における上体に対する脚体の相対的な動きを補助する、あるいは、抵抗する力が、姿勢変数および姿勢変化角度の測定値により表わされるエージェントの運動状態に鑑みて適当な変化形態でエージェントに与えられる。 As a result, the force that assists or resists the relative movement of the leg with respect to the upper body during the walking movement of the agent is appropriate in view of the movement state of the agent represented by the measured values of the posture variable and posture change angle. Given to the agent in various forms.

第３発明のトレーニング装置において、前記制御装置が、前記アクチュエータの動作により前記エージェントに作用する力および前記姿勢変数により定義される平面において、前記力の変化態様を表わす曲線の近似式と、前記姿勢変数および前記姿勢変化速度の測定値とを用いて前記補助力および前記抵抗力のそれぞれを制御するように構成されていてもよい（第４発明）。 In the training device according to a third aspect of the present invention, the control device has an approximate expression of a curve representing a change mode of the force on the plane defined by the force acting on the agent by the operation of the actuator and the posture variable, and the posture The auxiliary force and the resistance force may be controlled using a variable and a measured value of the posture change speed (fourth invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、歩行運動等、姿勢変数および姿勢変化速度のそれぞれが連続的に変化している状態で、エージェントに与えられる力が連続的に変化するように調節されうる。 According to the training apparatus having the configuration, the force applied to the agent can be adjusted to continuously change in a state in which each of the posture variable and the posture change speed, such as walking motion, continuously changes.

第１〜第４発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、前記制御装置が、前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する補助力を定常的に作用させるアシストモードと、前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する抵抗力を定常的に作用させるトレーニングモードと、前記ハイブリッドモードとを使い分けて前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい。 In any one of the first to fourth inventions, in the training device, the control device steadily applies an assisting force for the relative motion of the upper body and the leg to the agent; The operation of the actuator may be controlled by properly using a training mode in which a resistance force to the relative motion of the upper body and the leg is constantly applied and the hybrid mode.

当該構成のトレーニング装置によれば、モードの切り替えにより、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して順方向の力（補助力）が作用する状況と、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して逆方向の力（抵抗力）が作用する状況とが実現される。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、さまざまな形態でエージェントに力を作用させることができる。 According to the training device having the above configuration, when the mode is switched, a forward force (auxiliary force) is applied to the agent in the direction of the relative motion of the upper body and the leg, and the upper body and the agent A situation in which a force (resistance force) in the opposite direction acts on the direction of relative motion of the legs is realized. Thereby, when the agent is performing a walking motion accompanied by the relative motion of the upper body and the leg, a force can be applied to the agent in various forms.

第５発明のトレーニング装置において、前記制御装置が、前記エージェントの疲労度を測定し、当該測定結果に基づいて前記アシストモード、前記トレーニングモードおよび前記ハイブリッドモードを切り替えるように構成されていてもよい（第６発明）。 In the training device of the fifth invention, the control device may be configured to measure the fatigue level of the agent and switch the assist mode, the training mode, and the hybrid mode based on the measurement result ( (Sixth invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントの疲労度の高低に応じて、当該エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して補助力が作用する状況と、当該エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して抵抗力が作用する状況とが実現される。 According to the training device of the configuration, depending on the level of fatigue of the agent, a situation where an assisting force acts on the agent in the direction of relative motion of the upper body and the leg, and the upper body of the agent And a situation in which a resistance force acts on the direction of relative motion of the legs.

第５発明のトレーニング装置において、前記アシストモード、前記トレーニングモードおよび前記ハイブリッドモードのうち１つの前記エージェントによる指定を可能とする第１インターフェースを備え、前記制御装置が、前記第１インターフェースから出力される当該指定に応じた信号に基づき、前記アシストモード、前記トレーニングモードおよび前記ハイブリッドモードのうち１つにしたがって前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第７発明）。 In the training device according to a fifth aspect of the present invention, the training device includes a first interface that enables designation by one of the assist mode, the training mode, and the hybrid mode, and the control device is output from the first interface. The actuator may be configured to control the operation of the actuator according to one of the assist mode, the training mode, and the hybrid mode based on a signal according to the designation (seventh aspect).

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントの意思に応じてアシストモード、トレーニングモードおよびハイブリッドモードの間で動作モードが切り替えられる。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、当該エージェントの意思が反映されたさまざまな形態でエージェントに力を作用させることができる。 According to the training apparatus having the configuration, the operation mode is switched among the assist mode, the training mode, and the hybrid mode according to the intention of the agent. As a result, when the agent is performing a walking motion involving the relative motion of the upper body and legs, it is possible to apply force to the agent in various forms that reflect the intention of the agent.

第１〜第７発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、同一条件下における前記アシストモードおよび前記トレーニングモードの混在比率が異なる複数の前記ハイブリッドモードを、前記動作モードの選択肢として有し、前記複数のハイブリッドモードのうち１つの前記エージェントによる指定を可能とする第２インターフェースを備え、前記制御装置が、前記第２インターフェースから出力された当該指定に応じた信号に基づき、前記複数のハイブリッドモードのうち１つにしたがって前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第８発明）。 In any one of the first to seventh inventions, the plurality of hybrid modes having different mixing ratios of the assist mode and the training mode under the same conditions are provided as options for the operation mode, A second interface that allows one of the hybrid modes to be designated by the agent, and the control device is configured to select one of the plurality of hybrid modes based on a signal corresponding to the designation output from the second interface. It may be configured to control the operation of the actuator according to one (eighth invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントの意思に応じて複数のアシストモードのうち一のハイブリッドモードが他のハイブリッドモードに切り替えられる。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、当該エージェントの意思が反映されたさまざまな形態でエージェントに補助力および抵抗力のそれぞれを作用させることができる。 According to the training apparatus having the configuration, one hybrid mode among a plurality of assist modes is switched to another hybrid mode according to the intention of the agent. As a result, when the agent is walking with a relative motion of the upper body and legs, the assist force and the resistance force are applied to the agent in various forms that reflect the intention of the agent. Can do.

第１〜第８発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、前記制御装置が、前記エージェントの上体に対する脚体の相対姿勢を表わす姿勢変数に対する、前記アクチュエータの動作により前記エージェントに作用する力の位相差を制御することにより、前記力を前記補助力および前記抵抗力のうち一方として前記エージェントに作用させるように構成されていてもよい（第９発明）。 In the training device according to any one of the first to eighth inventions, the control device is configured to control the force acting on the agent by the operation of the actuator with respect to a posture variable representing a relative posture of the leg to the upper body of the agent. By controlling the phase difference, the force may be applied to the agent as one of the auxiliary force and the resistance force (the ninth invention).

第１〜第９発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、前記制御装置が、前記エージェントの脚体のそれぞれの立脚状態および遊脚状態の別を判定し、当該判定結果の別に応じて前記補助力および前記抵抗力のそれぞれの変化形態が相違するように、前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第１０発明）。 In any one of the first to ninth inventions, the control device determines whether each of the leg of the agent is in a standing state and a free leg state, and the auxiliary device is determined according to the determination result. The actuator may be configured to control the operation of the actuator so that the change forms of the force and the resistance force are different (tenth invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、脚体の立脚状態（脚体が着床している状態）および遊脚状態（脚体が離床している状態）の別に応じて、エージェントの上体および当該脚体の相対運動に対して作用する補助力および抵抗力のそれぞれの変化形態を相違させることができる。 According to the training device of the configuration, the upper body of the agent and the body of the agent according to the standing state of the leg (the state where the leg is landing) and the free leg state (the state where the leg is leaving the floor) Each change form of the assisting force and the resistance force acting on the relative motion of the legs can be made different.

第１０発明のトレーニング装置において、前記制御装置が、前記エージェントの脚体が立脚状態であると判定された場合、前記エージェントの脚体が遊脚状態であると判定された場合と比較して、前記補助力および前記抵抗力のそれぞれが強くなるように、前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第１１発明）。 In the training device according to a tenth aspect of the present invention, when the control device determines that the agent's leg is in a standing state, compared to a case where the agent's leg is determined to be in a swinging state, The operation of the actuator may be controlled so that each of the auxiliary force and the resistance force becomes strong (11th invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、脚体の立脚状態および遊脚状態の別に応じて、エージェントの上体および当該脚体の相対運動に対して作用する補助力および抵抗力のそれぞれの強弱を相違させることができる。ここでの力の強弱とは、立脚状態および遊脚状態の別以外の因子が同一である状況における力の強弱を意味する。 According to the training device having the above configuration, the strengths of the assisting force and the resistance force acting on the relative motion of the upper body of the agent and the leg are different depending on whether the leg is standing or swinging. Can be made. The strength of force here means strength of strength in a situation where factors other than the standing state and the free leg state are the same.

第１〜第１１発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、前記制御装置が、前記エージェントの歩行面の姿勢を認識し、当該認識結果の相違に応じて前記補助力および前記抵抗力のそれぞれの変化形態が相違するように、前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第１２発明）。 In any one of the first to eleventh inventions, the control device recognizes the posture of the walking surface of the agent, and each of the auxiliary force and the resistance force according to a difference in the recognition result. You may be comprised so that operation | movement of the said actuator may be controlled so that a change form may differ (12th invention).

第１２発明のトレーニング装置において、前記制御装置が、前記歩行面の姿勢が上昇傾斜姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢または下降傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記補助力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するとともに、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が下降傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記補助力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第１３発明）。 In the training device according to a twelfth aspect of the present invention, when the control device recognizes that the posture of the walking surface is a rising inclination posture, it compares with a case where the posture of the walking surface is recognized as a flat posture or a downward inclination posture. And controlling the operation of the actuator so that the auxiliary force is strong, and recognizing that the posture of the walking surface is a flat posture, and recognizing that the posture of the walking surface is a downward inclined posture; In comparison, the operation of the actuator may be controlled so that the auxiliary force becomes strong (13th invention).

第１２発明のトレーニング装置において、前記制御装置が、前記歩行面の姿勢が下降傾斜姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢または上昇傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記抵抗力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するとともに、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が上昇傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記抵抗力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第１４発明）。 In the training device according to a twelfth aspect of the present invention, when the control device recognizes that the posture of the walking surface is a descending inclined posture, it compares with a case where the posture of the walking surface is recognized to be a flat posture or a rising inclined posture. And controlling the operation of the actuator so as to increase the resistance, and recognizing that the posture of the walking surface is a flat posture, and recognizing that the posture of the walking surface is a rising inclination posture; In comparison, the operation of the actuator may be controlled so as to increase the resistance (14th invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントが歩行している地面または床面（歩行面）の姿勢の相違に応じて、エージェントの上体および脚体の相対運動に対する補助力および抵抗力のそれぞれの変化形態を相違させることができる。 According to the training device of the configuration, each of the assist force and the resistance force with respect to the relative motion of the upper body and the leg of the agent according to the difference in the posture of the ground or the floor surface (walking surface) on which the agent is walking. Different changes can be made.

第１〜第１４発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、前記アクチュエータの構成要素としてのモータの出力軸から減速機構を介して前記補助力および前記抵抗力のそれぞれを前記エージェントに伝達させるように構成され、前記制御装置が、前記減速機構の減速比を切り替えることにより前記補助力および前記抵抗力のそれぞれを調節するように構成されていてもよい（第１５発明）。 In any one of the first to fourteenth inventions, the auxiliary force and the resistance force are transmitted from the output shaft of the motor as a component of the actuator to the agent via a speed reduction mechanism. The control device may be configured to adjust each of the auxiliary force and the resistance force by switching a reduction ratio of the speed reduction mechanism (15th invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、減速機構の減速比が調節されることにより、強弱の異なる補助力および抵抗力をエージェントに作用させることができる。 According to the training apparatus having the configuration, the assist force and the resistance force having different strengths can be applied to the agent by adjusting the speed reduction ratio of the speed reduction mechanism.

第１〜第１５発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、前記アクチュエータの構成要素としてのモータの回生制動またはフリクションにより前記抵抗力を前記エージェントに伝達させるように構成され、前記モータの回生制動により生成された電気エネルギーを蓄える蓄電システムを備えていてもよい。 In the training device according to any one of the first to fifteenth inventions, the resistance is transmitted to the agent by regenerative braking or friction of a motor as a component of the actuator, and by regenerative braking of the motor You may provide the electrical storage system which stores the produced | generated electric energy.

当該構成のトレーニング装置によれば、モータのフリクションおよびモータの回生制動という仕組みの相違に応じて、エージェントに作用させる抵抗力の変化形態を相違させることができる。また、モータの回生制動により生成された電気エネルギーが蓄電システムに蓄えられる。 According to the training device having the above configuration, it is possible to change the change form of the resistance force applied to the agent according to the difference in the mechanism of the motor friction and the motor regenerative braking. In addition, electrical energy generated by regenerative braking of the motor is stored in the power storage system.

第１６発明のトレーニング装置において、前記蓄電システムから電気エネルギーを外部電子機器に供給するための接続端子を備えていてもよい（第１７発明）。 The training device according to a sixteenth aspect of the present invention may comprise a connection terminal for supplying electric energy from the power storage system to an external electronic device (the seventeenth aspect).

当該構成のトレーニング装置によれば、前記のようにモータの回生制動により生成され、蓄電システムに蓄えられた電気エネルギーを外部電子機器に利用させることができる。 According to the training device having such a configuration, the electric energy generated by the regenerative braking of the motor as described above and stored in the power storage system can be used by the external electronic device.

第１〜第１７発明のうちいずれか１つのトレーニング装置において、前記制御装置が、前記エージェントの歩行周期、歩幅、歩行率および歩行比のうち少なくとも１つを歩行状態変数として測定し、前記歩行状態変数の測定値が目標値に一致するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていてもよい（第１８発明）。 In any one of the first to seventeenth inventions, the control device measures at least one of the walking period, step length, walking rate, and walking ratio of the agent as a walking state variable, and the walking state The operation of the actuator may be controlled so that the measured value of the variable matches the target value (18th invention).

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動をしている際、さまざまな形態でエージェントに力を作用させることができるとともに、その歩行形態を目標形態に近づけることができる。 According to the training device of the configuration, when the agent is walking with relative motion of the upper body and the leg, the agent can be applied with force in various forms, and the walking form can be targeted. Can be close to form.

本発明のトレーニング装置の構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Structure explanatory drawing of the training apparatus of this invention. 本発明のトレーニング装置の制御装置の構成説明図。The structure explanatory view of the control device of the training device of the present invention. アシストトルクの決定方法に関する説明図。Explanatory drawing regarding the determination method of assist torque. アシストトルクの変化形態に関する説明図。Explanatory drawing regarding the change form of assist torque. エージェントの歩行状態の変化形態に関する説明図。Explanatory drawing regarding the change form of the walking state of an agent. トレーニングトルクの決定方法に関する説明図。Explanatory drawing regarding the determination method of training torque. トレーニングトルクの変化形態に関する説明図。Explanatory drawing regarding the change form of training torque. エージェントの歩行状態の変化形態に関する説明図。Explanatory drawing regarding the change form of the walking state of an agent. ハイブリッドモードにおけるトルクの決定方法に関する説明図。Explanatory drawing regarding the determination method of the torque in hybrid mode. ハイブリッドモードにおけるトルクの変化形態に関する説明図。Explanatory drawing regarding the change form of the torque in hybrid mode. エージェントの歩行状態の変化形態に関する説明図。Explanatory drawing regarding the change form of the walking state of an agent. 回生電流に関する説明図。Explanatory drawing regarding a regenerative current.

本発明のトレーニング装置の実施形態について図面を用いて説明する。 An embodiment of a training apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

（トレーニング装置の構成）
本発明の一実施形態としてのトレーニング装置の構成について説明する。 (Configuration of training device)
A configuration of a training apparatus as an embodiment of the present invention will be described.

図１に示されているトレーニング装置１は、第１装着要素１１と、第２装着要素１２と、アクチュエータ２２とを備えている。図２に示されているようにトレーニング装置１は、状態センサ２０２と、操作用のインターフェース２０４と、制御装置２０と、バッテリ２１とを備えている。 The training device 1 shown in FIG. 1 includes a first mounting element 11, a second mounting element 12, and an actuator 22. As shown in FIG. 2, the training device 1 includes a state sensor 202, an operation interface 204, a control device 20, and a battery 21.

第１装着要素１１はエージェント（人間）の腰部の後側に押し当てられる腰当１１１と、腰当を腰部に固定するために腹部に巻き付けられるバンド１１２とを備えている。腰当１１１はたとえば可撓性のある適度に硬質の樹脂により形成されている。腰当１１１の左右両側のそれぞれの下端部には、アクチュエータ２２がロール軸回りの回動自由度を持って取り付けられている。 The first mounting element 11 includes a waistband 111 pressed against the back side of the waist of the agent (human), and a band 112 wound around the abdomen to fix the waistband to the waist. The waistband 111 is made of, for example, a flexible and moderately hard resin. Actuators 22 are attached to the lower ends of the left and right sides of the hip rest 111 with a degree of freedom of rotation about the roll axis.

第２装着要素１２はエージェントの脚体のうち大腿部に巻き付けられるバンドを備えている。第２装着要素２２のうち、大腿部前側にはアクチュエータ２２の出力を第２装着要素１２に伝達するためのリンク部材１３がロール軸回りの回動自由度を持って取り付けられている。リンク部材１３は硬質樹脂により、エージェントの腰部左右両側のそれぞれから、左右それぞれの大腿部の前側に向かって湾曲した形状に形成されている。 The second mounting element 12 includes a band that is wound around the thigh of the leg of the agent. Of the second mounting element 22, a link member 13 for transmitting the output of the actuator 22 to the second mounting element 12 is attached to the front side of the thigh with a degree of freedom of rotation about the roll axis. The link member 13 is made of a hard resin and has a shape curved from the left and right sides of the waist of the agent toward the front side of the left and right thighs.

制御装置２０は第１装着要素１１の腰当１１１に内蔵されているコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路，Ａ／Ｄ変換回路等により構成されている。）により構成されている。制御装置２０は状態センサ２０２からの出力信号およびインターフェース２０４からの出力信号を対象として、適宜メモリから読み出したプログラムにしたがって演算処理を実行する。これにより、制御装置２０は、バッテリ２１の充電および放電、ならびに、アクチュエータ２２の動作を制御する。 The control device 20 is configured by a computer (comprised of a CPU, ROM, RAM, I / O circuit, A / D conversion circuit, etc.) built in the waist support 111 of the first mounting element 11. The control device 20 executes arithmetic processing according to a program read from the memory as appropriate for the output signal from the state sensor 202 and the output signal from the interface 204. As a result, the control device 20 controls the charging and discharging of the battery 21 and the operation of the actuator 22.

バッテリ２１も第１装着要素１１の腰当１１１に内蔵されている。バッテリ２１は電源として制御装置２０およびアクチュエータ２２のそれぞれに対して電力を供給する。バッテリ２１はインバータ（図示略）とともに蓄電システムを構成し、アクチュエータ２２を構成するモータ２２１により生成された電気エネルギーをインバータ経由で受け取った上で蓄える。 The battery 21 is also built in the waistband 111 of the first mounting element 11. The battery 21 supplies power to the control device 20 and the actuator 22 as a power source. The battery 21 constitutes a power storage system together with an inverter (not shown), and stores the electric energy generated by the motor 221 constituting the actuator 22 after receiving it via the inverter.

アクチュエータ２２はモータ２２１および減速機構２２２を備えている。モータ２２１の動作および減速機構２２２の減速比のそれぞれは制御装置２０により制御される。減速機構２２２を経た後のモータ２２１の出力がアクチュエータ２２の出力に該当する。アクチュエータ２２の出力は、第１装着要素１１を介してエージェントの腰部に伝達されるとともに、リンク部材１３および第２装着要素１２を介してエージェントの脚体（直接的には大腿部）に伝達される。 The actuator 22 includes a motor 221 and a speed reduction mechanism 222. The operation of the motor 221 and the reduction ratio of the reduction mechanism 222 are controlled by the control device 20. The output of the motor 221 after passing through the speed reduction mechanism 222 corresponds to the output of the actuator 22. The output of the actuator 22 is transmitted to the lumbar part of the agent through the first mounting element 11, and is transmitted to the leg body (directly the thigh) through the link member 13 and the second mounting element 12. Is done.

状態センサ２０２はエージェントのさまざまな状態に応じた信号を出力するように構成されている。たとえば、エージェントの腰部および大腿部（脚体）の相対角度（以下「脚体角度」という。）に応じた信号を出力する、エージェントの腰部の左右両側のそれぞれに配置されたロータリーエンコーダが状態センサ２０２に該当する。そのほか、アクチュエータ２２を構成するモータのロータ角度が脚体角度の算出基礎となるような場合、当該ロータ角度に応じた信号を出力する、当該モータに設けられたホール素子が状態センサ２２として採用されうる。 The state sensor 202 is configured to output signals corresponding to various states of the agent. For example, the rotary encoders placed on the left and right sides of the agent's waist that output signals according to the relative angle of the agent's waist and thigh (leg) (hereinafter referred to as the “leg angle”) It corresponds to the sensor 202. In addition, when the rotor angle of the motor constituting the actuator 22 is the basis for calculating the leg angle, a hall element provided in the motor that outputs a signal corresponding to the rotor angle is employed as the state sensor 22. sell.

インターフェース２０４はエージェントにより指定されたモードに応じた信号を出力するように構成されている。第１装着要素１１に取り付けられた手動式のモード指定ボタン、タッチパネル式のモード指定ボタン、または、音声認識装置などがインターフェース２０４に該当する。 The interface 204 is configured to output a signal corresponding to the mode designated by the agent. A manual mode designation button, a touch panel mode designation button, a voice recognition device, or the like attached to the first mounting element 11 corresponds to the interface 204.

（トレーニング装置の機能）
前記構成のトレーニング装置の機能について説明する。 (Function of training device)
The function of the training apparatus having the above configuration will be described.

ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（図示略）がＯＦＦからＯＮに切り替えられることにより、バッテリ２１から制御装置２０への電力供給が開始される。制御装置２０は、サンプリング周期または演算周期ごとに状態センサ２０２としてのロータリーエンコーダまたはホール素子からの出力信号を受け取り、エージェントの脚体角度φおよびその１階時間微分である脚体角速度φ’を算出する。 When an ON / OFF switch (not shown) is switched from OFF to ON, power supply from the battery 21 to the control device 20 is started. The control device 20 receives an output signal from the rotary encoder or the hall element as the state sensor 202 at every sampling period or calculation period, and calculates the leg angle φ of the agent and the leg angular velocity φ ′ that is a first-order time derivative thereof. To do.

脚体角度φは、基本前額面に対する大腿部の傾斜角度を表わしている（図５および図８参照）。脚体角度φは、大腿部が基準前額面よりも前方にある状況では「正」であると定義される。その一方、脚体角度φは、大腿部が基準前額面よりも後方にある状況では「負」であると定義される。基本前額面は、エージェントの腰部を含み、エージェントの上体の傾斜に応じて前後に傾斜した姿勢で定義される。 The leg angle φ represents the inclination angle of the thigh with respect to the basic frontal plane (see FIGS. 5 and 8). The leg angle φ is defined as “positive” in the situation where the thigh is ahead of the reference frontal plane. On the other hand, the leg angle φ is defined as “negative” in the situation where the thigh is behind the reference frontal plane. The basic front face is defined by a posture that includes the waist of the agent and is tilted back and forth according to the tilt of the upper body of the agent.

脚体角速度φ’は、大腿部が基準前額面に対して後方から近づいている、または、大腿部が基準前額面に対して前方に遠ざかっている状況では「正」であると定義される。その一方、脚体角速度φ’は、大腿部が基準前額面に対して前方から近づいている、または、大腿部が基準前額面に対して後方に遠ざかっている状況では「負」であると定義される。 Leg body angular velocity φ ′ is defined as “positive” when the thigh is approaching the reference frontal plane from behind or the thigh is moving forward with respect to the reference frontal plane. The On the other hand, the leg angular velocity φ ′ is “negative” when the thigh is approaching from the front of the reference frontal face or the thigh is moving backward from the reference frontal face. Is defined.

制御装置２０は、当該算出結果に基づき、インターフェース２０４を通じてエージェントにより指定されているモードにしたがってアクチュエータ２２の動作を制御することにより、エージェントに作用させる力を調節する。この際、モータ２２１の出力および減速機構２２２の減速比（ギヤ比）のうち一方または両方が制御されることにより力の強弱が調節されうる。 Based on the calculation result, the control device 20 controls the operation of the actuator 22 according to the mode specified by the agent through the interface 204, thereby adjusting the force acting on the agent. At this time, the strength of the force can be adjusted by controlling one or both of the output of the motor 221 and the reduction ratio (gear ratio) of the reduction mechanism 222.

この力は、エージェントの大腿部を股関節回りに上体を基準として前後に揺動させるためのトルクＦと考えられる。トルクＦは、脚体角度φを上昇させるようにエージェントに作用する場合には「正」として定義される一方、脚体角度φを低下させるようにエージェントに作用する場合には「負」として定義される。 This force is considered to be a torque F for swinging the agent's thigh back and forth around the hip joint with reference to the upper body. The torque F is defined as “positive” when acting on the agent to increase the leg angle φ, while defined as “negative” when acting on the agent to decrease the leg angle φ. Is done.

（アシストモードの場合）
エージェントによりアシストモードが指定されている場合、脚体角度φおよび脚体角速度φ’の測定値に基づき、アシスト関数Ｆ1（φ，φ’）にしたがってエージェントに作用させるトルクＦが調節される。 (In assist mode)
When the assist mode is designated by the agent, the torque F applied to the agent is adjusted according to the assist function F1 (φ, φ ′) based on the measured values of the leg angle φ and the leg angular velocity φ ′.

アシスト関数Ｆ1は、図３（ａ）に示されている第１アシスト定義域［α1＜φ］×［φ’＜０］、第２アシスト定義域［φ＜α1］×［φ’＜０］、第３アシスト定義域［φ＜α2］×［０＜φ’］および第４アシスト定義域［α２＜φ］×［０＜φ’］のそれぞれにおいて次に説明するように異なる特性を示すように定義されている。 The assist function F1 includes the first assist domain [α1 <φ] × [φ ′ <0] and the second assist domain [φ <α1] × [φ ′ <0] shown in FIG. The third assist definition region [φ <α2] × [0 <φ ′] and the fourth assist definition region [α2 <φ] × [0 <φ ′] have different characteristics as described below. Is defined.

なお、第１アシスト定義域および第２アシスト定義域の境界位置を定める第１アシスト基準角度α1、ならびに、第３アシスト定義域および第４アシスト定義域の境界位置を定める第２アシスト基準角度α2は任意の値（たとえば「０」）に設定されうる。 The first assist reference angle α1 that defines the boundary position between the first assist definition area and the second assist definition area, and the second assist reference angle α2 that defines the boundary position between the third assist definition area and the fourth assist definition area are: It can be set to an arbitrary value (for example, “0”).

第１アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極大値φmaxに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第１アシスト基準角度α1に近づくほど「極小値Ｆmin」に近づく変化特性を有している。第１アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ1／∂φは「正」であり、脚体角度φが第１アシスト基準角度α1に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the first assist definition area, the assist function F1 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (the leg angle φ approaches the maximum value φmax), while the leg angle φ is the first assist reference. As the angle α1 is approached, the change characteristic approaches the “minimum value Fmin”. In the first assist definition area, the partial differential function ∂F1 / ∂φ with respect to the leg angle φ of the assist function F1 is “positive”, and approaches “0” as the leg angle φ approaches the first assist reference angle α1. Has change characteristics.

第２アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極小値φminに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第１アシスト基準角度α1に近づくほど「極小値Ｆmin」に近づく変化特性を有している。第２アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ1／∂φは「負」であり、脚体角度φが第１アシスト基準角度α1に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the second assist definition area, the assist function F1 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (the leg angle φ approaches the minimum value φmin), while the leg angle φ is the first assist reference. As the angle α1 is approached, the change characteristic approaches the “minimum value Fmin”. In the second assist definition area, the partial differential function ∂F1 / ∂φ by the leg angle φ of the assist function F1 is “negative”, and approaches “0” as the leg angle φ approaches the first assist reference angle α1. Has change characteristics.

第３アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極小値φminに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第２アシスト基準角度α2に近づくほど「極大値Ｆmax」に近づく変化特性を有している。第３アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ1／∂φは「正」であり、脚体角度φが第２アシスト基準角度α2に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the third assist definition area, the assist function F1 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (as the leg angle φ approaches the minimum value φmin), while the leg angle φ increases to the second assist reference. As the angle α2 approaches, the change characteristic approaches the “maximum value Fmax”. In the third assist definition area, the partial differential function ∂F1 / ∂φ with respect to the leg angle φ of the assist function F1 is “positive”, and approaches “0” as the leg angle φ approaches the second assist reference angle α2. Has change characteristics.

第４アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極大値φmaxに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第２アシスト基準角度α2に近づくほど「極大値Ｆmax」に近づく変化特性を有している。第４アシスト定義域において、アシスト関数Ｆ1の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ1／∂φは「負」であり、脚体角度φが第２アシスト基準角度α2に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the fourth assist definition area, the assist function F1 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (as the leg angle φ approaches the maximum value φmax), while the leg angle φ increases to the second assist reference. As the angle α2 approaches, the change characteristic approaches the “maximum value Fmax”. In the fourth assist definition area, the partial differential function ∂F1 / ∂φ by the leg angle φ of the assist function F1 is “negative”, and approaches “0” as the leg angle φ approaches the second assist reference angle α2. Has change characteristics.

図３（ｂ）には、アシスト関数Ｆ1および脚体角度φにより定義されるＦ1−φ平面におけるアシストトルクの変化態様を示す軌跡が示されている。この軌跡は、第１〜第４アシスト定義域のそれぞれに対応する矢印ａｓ１〜ａｓ４が環状に連なって構成されている。Ｆ1−φ平面における矢印ａｓ１〜ａｓ４のそれぞれの形状は、たとえば、Ｆ1i＝Ａ1iφ2＋Ｂ1iφ＋Ｃ1i（ｉ＝１，２，３，４）のように近似曲線式により表現されうる。 FIG. 3 (b) shows a trajectory showing how the assist torque changes in the F1-φ plane defined by the assist function F1 and the leg angle φ. This trajectory is configured by a series of arrows as1 to as4 corresponding to the first to fourth assist definition areas. Each shape of the arrows as1 to as4 in the F1-φ plane can be expressed by an approximate curve equation such as F1i = A1iφ2 + B1iφ + C1i (i = 1, 2, 3, 4).

ここで、エージェントが図４に破線で示されているように左右それぞれの脚体角度φを周期的に変化させながら歩行している状況を考える。この状況で前記のような特性を有するアシスト関数Ｆ1にしたがうことにより、図４に一点鎖線で示されているようにアシストトルク（補助力）がエージェントに作用するようにアクチュエータ２２の動作が制御される。 Here, consider a situation where the agent is walking while periodically changing the left and right leg angles φ as indicated by broken lines in FIG. In this situation, by following the assist function F1 having the characteristics as described above, the operation of the actuator 22 is controlled so that the assist torque (auxiliary force) acts on the agent as shown by the one-dot chain line in FIG. The

すなわち、この状況においては第１アシスト期間→第２アシスト期間→第３アシスト期間→第４アシスト期間の順序で当該４つの期間が周期的に変遷する。第ｉアシスト期間（ｉ＝１〜４）とは、測定値（φ，φ’）が第ｉアシスト定義域に属する期間を意味する。 That is, in this situation, the four periods change periodically in the order of the first assist period → the second assist period → the third assist period → the fourth assist period. The i-th assist period (i = 1 to 4) means a period in which the measured values (φ, φ ′) belong to the i-th assist domain.

「第１アシスト期間」においては、アシストトルクが０からその極小値Ｆminまで連続的に低下するように制御される（図４参照）。すなわち、エージェントが立脚状態の脚体を支えとして上体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図５（ａ）→（ｂ）参照）に対する補助力が、最初は０で、その後徐々に強くなるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “first assist period”, the assist torque is controlled to continuously decrease from 0 to its minimum value Fmin (see FIG. 4). That is, the auxiliary force for the relative motion of the upper body and the leg (see FIGS. 5A to 5B) that causes the agent to translate the upper body forward while supporting the leg in the standing state is initially zero. Then, it is given to the agent in a change form that gradually becomes stronger.

「第２アシスト期間」においては、アシストトルクがその極小値Ｆminから０まで連続的に上昇するように制御される（図４参照）。すなわち、エージェントが立脚状態の脚体を支えとして上体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図５（ｂ）→（ｃ）参照）に対する補助力が、最初は強く、その後徐々に弱くなって最後は０になるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “second assist period”, the assist torque is controlled to continuously increase from its minimum value Fmin to 0 (see FIG. 4). That is, the assisting force for the relative motion of the upper body and the leg (see FIG. 5 (b) → (c)) that causes the agent to translate the upper body forward while supporting the leg in the standing state is initially strong. Then, the agent is given to the agent in such a manner that it gradually weakens and then becomes zero at the end.

「第３アシスト期間」においては、アシストトルクが０からその極大値Ｆmaxまで連続的に上昇するように制御される（図４参照）。すなわち、エージェントが主に遊脚状態の脚体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図５（ｃ）→（ｄ）参照）に対する補助力が、最初は０で、その後徐々に強くなるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “third assist period”, the assist torque is controlled to continuously increase from 0 to its maximum value Fmax (see FIG. 4). That is, the assisting force for the relative movement of the upper body and the leg (see FIG. 5 (c) → (d)) that the agent mainly translates the leg in the free leg state forward is zero at first, After that, it is given to the agent in a change form that gradually becomes stronger.

「第４アシスト期間」においては、アシストトルクがその極大値Ｆmaxから０まで連続的に低下するように制御される（図４参照）。すなわち、エージェントが主に遊脚状態の脚体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図５（ｄ）→（ａ）参照）に対する補助力が、最初は強く、その後徐々に弱くなって最後は０になるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “fourth assist period”, the assist torque is controlled to continuously decrease from its maximum value Fmax to 0 (see FIG. 4). That is, the assisting force for the relative motion of the upper body and the leg (see FIG. 5 (d) → (a)), in which the agent mainly translates the leg in the free leg state, is strong at first, and thereafter It is given to the agent in a change form that gradually weakens and eventually becomes zero.

（トレーニングモードの場合）
エージェントによりトレーニングモードが指定されている場合、脚体角度φおよび脚体角速度φ’の測定値に基づき、トレーニング関数Ｆ2（φ，φ’）にしたがってエージェントに作用させるトルクＦが調節される。 (In training mode)
When the training mode is specified by the agent, the torque F applied to the agent is adjusted according to the training function F2 (φ, φ ′) based on the measured values of the leg angle φ and the leg angular velocity φ ′.

トレーニング関数Ｆ2は、図６（ａ）に示されている、第１トレーニング定義域［β1＜φ］×［φ’＜０］、第２トレーニング定義域［φ＜β1］×［φ’＜０］、第３トレーニング定義域［φ＜β2］×［０＜φ’］および第４トレーニング定義域［β2＜φ］×［０＜φ’］のそれぞれにおいて次に説明するように異なる特性を示すように定義されている。 The training function F2 includes the first training domain [β1 <φ] × [φ ′ <0] and the second training domain [φ <β1] × [φ ′ <0, as shown in FIG. ], The third training domain [φ <β2] × [0 <φ ′] and the fourth training domain [β2 <φ] × [0 <φ ′] exhibit different characteristics as described below. Is defined as

なお、第１トレーニング定義域および第２トレーニング定義域の境界位置を定める第１トレーニング基準角度β1、ならびに、第３トレーニング定義域および第４トレーニング定義域の境界位置を定める第２トレーニング基準角度β2は任意の値（たとえば「０」）に設定されうる。 The first training reference angle β1 that defines the boundary position between the first training definition area and the second training definition area, and the second training reference angle β2 that defines the boundary position between the third training definition area and the fourth training definition area are: It can be set to an arbitrary value (for example, “0”).

第１トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極大値φmaxに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第１トレーニング基準角度β1に近づくほど「極大値Ｆmax」に近づく変化特性を有している。また、第１トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ2／∂φは「負」であり、脚体角度φが第１トレーニング基準角度β1に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the first training domain, the training function F2 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (as the leg angle φ approaches the maximum value φmax), while the leg angle φ increases to the first training reference. As the angle β1 is approached, the change characteristic approaches the “maximum value Fmax”. Further, in the first training domain, the partial differential function ∂F2 / 2φ with respect to the leg angle φ of the training function F2 is “negative”, and “0” as the leg angle φ approaches the first training reference angle β1. It has a change characteristic that approaches.

第２トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極小値φminに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第１トレーニング基準角度β1に近づくほど「極大値Ｆmax」に近づく変化特性を有している。第２トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ2／∂φは「正」であり、脚体角度φが第１トレーニング基準角度β1に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the second training domain, the training function F2 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (as the leg angle φ approaches the minimum value φmin), while the leg angle φ increases to the first training reference. As the angle β1 is approached, the change characteristic approaches the “maximum value Fmax”. In the second training domain, the partial differential function ∂F2 / ∂φ with respect to the leg angle φ of the training function F2 is “positive”, and approaches “0” as the leg angle φ approaches the first training reference angle β1. Has change characteristics.

第３トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極小値φminに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第２トレーニング基準角度β2に近づくほど「極小値Ｆmin」に近づく変化特性を有している。第３トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ2／∂φは「負」であり、脚体角度φが第２トレーニング基準角度β2に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the third training domain, the training function F2 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (as the leg angle φ approaches the minimum value φmin), while the leg angle φ increases to the second training criterion. As the angle β2 is approached, the change characteristic approaches the “minimum value Fmin”. In the third training domain, the partial differential function ∂F2 / ∂φ by the leg angle φ of the training function F2 is “negative”, and approaches “0” as the leg angle φ approaches the second training reference angle β2. Has change characteristics.

第４トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2は脚体角速度φ’が０に近づくほど（脚体角度φが極大値φmaxに近づくほど）「０」に近づく一方、脚体角度φが第２トレーニング基準角度β2に近づくほど「極小値Ｆmin」に近づく変化特性を有している。第４トレーニング定義域において、トレーニング関数Ｆ2の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ2／∂φは「正」であり、脚体角度φが第２トレーニング基準角度β2に近づくほど「０」に近づく変化特性を有している。 In the fourth training domain, the training function F2 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches 0 (the leg angle φ approaches the maximum value φmax), while the leg angle φ is the second training criterion. As the angle β2 is approached, the change characteristic approaches the “minimum value Fmin”. In the fourth training definition area, the partial differential function ∂F2 / ∂φ by the leg angle φ of the training function F2 is “positive”, and approaches “0” as the leg angle φ approaches the second training reference angle β2. Has change characteristics.

図６（ｂ）には、トレーニング関数Ｆ2および脚体角度φにより定義されるＦ2−φ平面におけるトレーニングトルクの変化態様を示す軌跡が示されている。この軌跡は、第１〜第４トレーニング定義域のそれぞれに対応する矢印ｔｒ１〜ｔｒ４が環状に連なって構成されている。Ｆ2−φ平面における矢印ｔｒ１〜ｔｒ４のそれぞれの形状は、たとえば、Ｆ2i＝Ａ2iφ2＋Ｂ2iφ＋Ｃ2i（ｉ＝１，２，３，４）のように近似曲線式により表現されうる。 FIG. 6B shows a trajectory showing how the training torque changes in the F2-φ plane defined by the training function F2 and the leg angle φ. This trajectory is formed by connecting arrows tr1 to tr4 corresponding to the first to fourth training definition areas in a ring shape. Each shape of the arrows tr1 to tr4 in the F2-φ plane can be expressed by an approximate curve equation such as F2i = A2iφ2 + B2iφ + C2i (i = 1, 2, 3, 4).

ここで、エージェントが図７に破線で示されているように左右それぞれの脚体角度φを周期的に変化させながら歩行している状況を考える。この状況で前記のような特性を有するトレーニング関数Ｆ2にしたがうことにより、図７に二点鎖線で示されているようにトレーニングトルク（抵抗力）がエージェントに作用するようにアクチュエータ２２の動作が制御される。 Here, consider a situation where the agent is walking while periodically changing the left and right leg angles φ as indicated by broken lines in FIG. By following the training function F2 having the above characteristics in this situation, the operation of the actuator 22 is controlled so that the training torque (resistance force) acts on the agent as shown by a two-dot chain line in FIG. Is done.

すなわち、この状況においては第１トレーニング期間→第２トレーニング期間→第３トレーニング期間→第４トレーニング期間の順序で当該４つの期間が周期的に変遷する。第ｉトレーニング期間（ｉ＝１〜４）とは、測定値（φ，φ’）が第ｉトレーニング定義域に属する期間を意味する。 That is, in this situation, the four periods change periodically in the order of the first training period → the second training period → the third training period → the fourth training period. The i-th training period (i = 1 to 4) means a period in which the measured values (φ, φ ′) belong to the i-th training domain.

「第１トレーニング期間」においては、トレーニングトルクが０からその極大値Ｆmaxまで連続的に上昇するように制御される（図７参照）。すなわち、エージェントが立脚状態の脚体を支えとして上体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図８（ａ）→（ｂ）参照）に対する抵抗力が、最初は０で、その後徐々に強くなるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “first training period”, the training torque is controlled to continuously increase from 0 to its maximum value Fmax (see FIG. 7). That is, the resistance force to the relative motion of the upper body and the leg (see FIGS. 8A to 8B) in which the agent translates the upper body forward while supporting the leg in the standing state is initially zero. Then, it is given to the agent in a change form that gradually becomes stronger.

「第２トレーニング期間」においては、トレーニングトルクがその極大値Ｆmaxから０まで連続的に低下するように制御される（図７参照）。すなわち、エージェントが立脚状態の脚体を支えとして上体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図８（ｂ）→（ｃ）参照）に対する抵抗力が、最初は強く、その後徐々に弱くなって最後は０になるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “second training period”, the training torque is controlled so as to continuously decrease from its maximum value Fmax to 0 (see FIG. 7). That is, the resistance to the relative movement of the upper body and the leg (see FIGS. 8B to 8C) that causes the agent to translate the upper body forward while supporting the leg in the standing state is initially strong. Then, the agent is given to the agent in such a manner that it gradually weakens and then becomes zero at the end.

歩行しているエージェントの脚体が立脚状態にある間、抵抗力は、最初は無力で、徐々に強くなった後、徐々に弱くなって最後に再び無力になるように変化する（図８（ａ）→（ｂ）→（ｃ）参照）。 While the leg of the walking agent is in a standing state, the resistance changes to be powerless at first, gradually increases, then gradually decreases and finally becomes powerless again (FIG. 8 ( a) → (b) → (c)).

「第３トレーニング期間」においては、トレーニングトルクが０からその極小値Ｆminまで連続的に低下するように制御される（図７参照）。すなわち、エージェントが主に遊脚状態の脚体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図８（ｃ）→（ｄ）参照）に対する抵抗力が、最初は０で、その後徐々に強くなるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “third training period”, the training torque is controlled to continuously decrease from 0 to the minimum value Fmin (see FIG. 7). That is, the resistance to the relative movement of the upper body and the leg (see FIGS. 8 (c) → (d)) that the agent mainly translates the leg in the free leg state forward is zero at first. After that, it is given to the agent in a change form that gradually becomes stronger.

「第４トレーニング期間」においては、トレーニングトルクがその極小値Ｆminから０まで連続的に上昇するように制御される（図７参照）。すなわち、エージェントが主に遊脚状態の脚体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図８（ｄ）→（ａ）参照）に対する抵抗力が、最初は強く、その後徐々に弱くなって最後は０になるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “fourth training period”, the training torque is controlled so as to continuously increase from the minimum value Fmin to 0 (see FIG. 7). That is, the resistance to the relative movement of the upper body and the leg (see FIG. 8 (d) → (a)) in which the agent mainly translates the leg in the free leg state forward is strong at first, and thereafter It is given to the agent in a change form that gradually weakens and eventually becomes zero.

歩行しているエージェントの脚体が遊脚状態にある間、抵抗力は、最初は無力で、徐々に強くなった後、徐々に弱くなって最後に再び無力になるように変化する（図８（ｃ）→（ｄ）→（ａ）参照）。 While the leg of the walking agent is in the free leg state, the resistance force is initially powerless, gradually increases, then gradually decreases and finally becomes powerless again (FIG. 8). (See (c) → (d) → (a)).

トレーニングモードにおいて、モータ２２１の回生制動によりエージェントに抵抗力が作用している場合、モータ２２１が発電機として機能して電気エネルギーを生成し、この電気エネルギーがバッテリ２１に蓄えられる。図１２に示されているように右脚体角度（一点鎖線）および左脚体角度（二点鎖線）が変化するようにエージェントが歩行している過程で、左右のモータ２２１の回生制動により生じた回生電流（実線）がインバータに供給されて、電気エネルギーとしてバッテリ２１に蓄えられる。 In the training mode, when a resistance force acts on the agent due to regenerative braking of the motor 221, the motor 221 functions as a generator to generate electric energy, and this electric energy is stored in the battery 21. As shown in FIG. 12, it is generated by regenerative braking of the left and right motors 221 while the agent is walking so that the right leg angle (one-dot chain line) and the left leg angle (two-dot chain line) change. The regenerative current (solid line) is supplied to the inverter and stored in the battery 21 as electric energy.

トレーニング装置１に携帯電話機等の外部電子機器用の接続端子が設けられることにより、バッテリ２１から当該接続端子を介して電気エネルギーを外部電子機器に供給して利用させることができる。 By providing the training device 1 with a connection terminal for an external electronic device such as a mobile phone, electric energy can be supplied from the battery 21 to the external electronic device via the connection terminal.

（ハイブリッドモードの場合）
エージェントによりハイブリッドモードが指定されている場合、脚体角度φおよび脚体角速度φ’の測定値に基づき、ハイブリッド関数Ｆ3（φ，φ’）にしたがってエージェントに作用させるトルクＦが調節される。ハイブリッドモードは、エージェントの各歩行周期において、アシストモードおよびトレーニングモードを使い分けるモードであるといえる。 (In hybrid mode)
When the hybrid mode is designated by the agent, the torque F applied to the agent is adjusted according to the hybrid function F3 (φ, φ ′) based on the measured values of the leg angle φ and the leg angular velocity φ ′. It can be said that the hybrid mode is a mode that selectively uses the assist mode and the training mode in each walking cycle of the agent.

ハイブリッド関数Ｆ3は、図９（ａ）に示されている第１ハイブリッド定義域［γ1＜φ＜γ2］×［０＜φ’］、第２ハイブリッド定義域［γ2＜φ］×［０＜φ’］＋［γ3＜φ］×［φ’＜０］、第３ハイブリッド定義域［γ4＜φ＜γ3］×［φ’＜０］および第４ハイブリッド定義域［φ＜γ4］×［φ’＜０］＋［φ＜γ1］×［０＜φ’］のそれぞれにおいて次に説明するように異なる特性を示すように定義されている。 The hybrid function F3 includes the first hybrid domain [γ1 <φ <γ2] × [0 <φ ′] and the second hybrid domain [γ2 <φ] × [0 <φ shown in FIG. '] + [Γ3 <φ] × [φ ′ <0], third hybrid domain [γ4 <φ <γ3] × [φ ′ <0] and fourth hybrid domain [φ <γ4] × [φ ′ Each of <0] + [φ <γ1] × [0 <φ ′] is defined to show different characteristics as described below.

なお、各ハイブリッド定義域の境界位置を定める第１ハイブリッド基準角度γ1、第２ハイブリッド基準角度γ2、第３ハイブリッド基準角度γ3および第４ハイブリッド基準角度γ4は任意の値に設定されうる。 The first hybrid reference angle γ1, the second hybrid reference angle γ2, the third hybrid reference angle γ3, and the fourth hybrid reference angle γ4 that define the boundary position of each hybrid domain can be set to arbitrary values.

第１ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3は脚体角度φが第１ハイブリッド基準角度γ1に近づくほど「０」に近づく一方、脚体角度φが第２ハイブリッド基準角度γ2に近づくほど「極大値Ｆmax」に近づく変化特性を有している。第１ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ3／∂φは「正」である。 In the first hybrid domain, the hybrid function F3 approaches “0” as the leg angle φ approaches the first hybrid reference angle γ1, while the “maximum value Fmax” increases as the leg angle φ approaches the second hybrid reference angle γ2. It has a change characteristic that approaches "". In the first hybrid domain, the partial differential function ∂F3 / ∂φ with respect to the leg angle φ of the hybrid function F3 is “positive”.

第２ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3は脚体角速度φ’が負の状態で脚体角度φが第３ハイブリッド基準角度γ3に近づくほど「０」に近づく一方、脚体角速度φ’が正の状態で脚体角度φが第２ハイブリッド基準角度γ2に近づくほど「極大値Ｆmax」に近づく変化特性を有している。第２ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ3／∂φはφ’が正である場合は「負」であり、φ’が負である場合は「正」である。 In the second hybrid domain, the hybrid function F3 approaches “0” as the leg angle φ approaches the third hybrid reference angle γ3 while the leg angular speed φ ′ is negative, while the leg angular speed φ ′ is positive. In this state, as the leg angle φ approaches the second hybrid reference angle γ2, there is a change characteristic that approaches the “maximum value Fmax”. In the second hybrid domain, the partial differential function ∂F3 / ∂φ by the leg angle φ of the hybrid function F3 is “negative” when φ ′ is positive, and “positive” when φ ′ is negative. It is.

第３ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3は脚体角度φが第３ハイブリッド基準角度γ3に近づくほど「０」に近づく一方、脚体角度φが第４ハイブリッド基準角度γ4に近づくほど「極小値Ｆmin」に近づく変化特性を有している。第３ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ3／∂φは「正」である。 In the third hybrid domain, the hybrid function F3 approaches “0” as the leg angle φ approaches the third hybrid reference angle γ3, while “minimum value Fmin increases as the leg angle φ approaches the fourth hybrid reference angle γ4. It has a change characteristic that approaches "". In the third hybrid domain, the partial differential function ∂F3 / ∂φ depending on the leg angle φ of the hybrid function F3 is “positive”.

第４ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3は脚体角速度φ’が正の状態で脚体角度φが第１ハイブリッド基準角度γ1に近づくほど「０」に近づく一方、脚体角速度φ’が負の状態で脚体角度φが第４ハイブリッド基準角度γ4に近づくほど「極小値Ｆmin」に近づく変化特性を有している。また、第４ハイブリッド定義域において、ハイブリッド関数Ｆ3の脚体角度φによる偏微分関数∂Ｆ3／∂φは脚体角速度φ’が負の場合は「負」であり、脚体角速度φ’が正の場合は「正」である。 In the fourth hybrid domain, the hybrid function F3 approaches “0” as the leg angular velocity φ ′ approaches the first hybrid reference angle γ1 while the leg angular velocity φ ′ is positive, while the leg angular velocity φ ′ is negative. In this state, as the leg angle φ approaches the fourth hybrid reference angle γ4, there is a change characteristic that approaches the “minimum value Fmin”. In the fourth hybrid domain, the partial differential function ∂F3 / ∂φ by the leg angle φ of the hybrid function F3 is “negative” when the leg angular velocity φ ′ is negative, and the leg angular velocity φ ′ is positive. Is positive.

図９（ｂ）には、ハイブリッド関数Ｆ3および脚体角度φにより定義されるＦ3−φ平面におけるトルクの変化態様を示す軌跡が示されている。この軌跡は、第１ハイブリッド定義域に対応する矢印ｈａｓ１と、第２ハイブリッド定義域におけるアシストモードおよびトレーニングモードのそれぞれに対応する矢印ｈａｓ２およびｈｔｒ２と、第３ハイブリッド定義域に対応する矢印ｈａｓ３と、第４ハイブリッド定義域におけるアシストモードおよびトレーニングモードのそれぞれに対応する矢印ｈａｓ４およびｈｔｒ４とが、環状に連なって構成されている。Ｆ3−φ平面における矢印ｈａｓ１〜ｈａｓ４、ｈｔｒ２およびｈｔｒ４のそれぞれの形状は、たとえば、Ｆ3k＝Ａ3kφ2＋Ｂ3kφ＋Ｃ3k（ｋ＝ａｓ１〜ａｓ４，ｔｒ２，ｔｒ４）のように近似曲線式により表現されうる。 FIG. 9 (b) shows a trajectory showing how the torque changes in the F3-φ plane defined by the hybrid function F3 and the leg angle φ. The locus includes an arrow has1 corresponding to the first hybrid domain, arrows has2 and htr2 corresponding to the assist mode and the training mode in the second hybrid domain, and an arrow has3 corresponding to the third hybrid domain, Arrows has4 and htr4 corresponding to the assist mode and the training mode in the fourth hybrid domain are formed in a ring. The shapes of the arrows has1 to has4, htr2 and htr4 in the F3-φ plane can be expressed by an approximate curve equation such as F3k = A3kφ2 + B3kφ + C3k (k = as1 to as4, tr2, tr4), for example.

ここで、エージェントが図１０に破線で示されているように左右それぞれの脚体角度φを周期的に変化させながら歩行している状況を考える。この状況で前記のような特性を有するハイブリッド関数Ｆ3にしたがうことにより、図１０に実線で示されているようにトルクがエージェントに作用するようにアクチュエータ２２の動作が制御される。 Here, consider a situation where the agent is walking while periodically changing the left and right leg angles φ as indicated by broken lines in FIG. In accordance with the hybrid function F3 having the above characteristics in this situation, the operation of the actuator 22 is controlled so that the torque acts on the agent as shown by the solid line in FIG.

すなわち、この状況においては第１ハイブリッド期間→第２ハイブリッド期間→第３ハイブリッド期間→第４ハイブリッド期間の順序で当該４つの期間が周期的に変遷する。第ｉハイブリッド期間（ｉ＝１〜４）とは、測定値（φ，φ’）が第ｉハイブリッド定義域に属する期間を意味する。 That is, in this situation, the four periods change periodically in the order of the first hybrid period → the second hybrid period → the third hybrid period → the fourth hybrid period. The i-th hybrid period (i = 1 to 4) means a period in which the measured values (φ, φ ′) belong to the i-th hybrid domain.

「第１ハイブリッド期間」においては、トルクが０からその極大値Ｆmaxまで連続的に上昇するように制御される（図１０参照）。すなわち、エージェントが主に遊脚状態の脚体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図１１（ａ）→（ｂ）参照）に対する「補助力」が最初は０で徐々に強くなるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “first hybrid period”, the torque is controlled so as to continuously increase from 0 to its maximum value Fmax (see FIG. 10). That is, the “assisting force” for the relative motion of the upper body and the leg (see FIGS. 11A to 11B), in which the agent mainly translates the leg in the free leg state, is initially zero. It is given to agents in a form of change that gradually increases.

「第２ハイブリッド期間」においては、トルクがその極大値Ｆmaxから０まで連続的に低下するように制御される（図１０参照）。すなわち、まず、エージェントが主に遊脚状態の脚体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図１１（ｂ）→（ｃ）参照）に対する「補助力」が、最初は強く、その後徐々に弱くなるような変化形態でエージェントに与えられる。そして、エージェントが立脚状態の脚体を支えとして上体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図１１（ｃ）→（ｄ）参照）に対する「抵抗力」が、最初は強く、その後徐々に弱くなって最後に０になるような変化形態（初動負荷形態）でエージェントに与えられる。 In the “second hybrid period”, the torque is controlled so as to continuously decrease from its maximum value Fmax to 0 (see FIG. 10). That is, first, the “assisting force” with respect to the upper body and the relative movement of the leg (see FIG. 11 (b) → (c)), in which the agent mainly translates the leg in the free leg state, Is given to the agent in a changing form that is strong and then gradually weakens. Then, the “resistance” against the relative movement of the upper body and the leg (see FIG. 11 (c) → (d)) in which the agent translates the upper body forward while supporting the leg in the standing state, Is given to the agent in a change form (initial load form) that gradually weakens and then becomes 0 afterwards.

「第３ハイブリッド期間」においては、トルクが０からその極小値Ｆminまで連続的に低下するように制御される（図１０参照）。すなわち、エージェントが立脚状態の脚体を支えとして上体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図１１（ｄ）→（ｅ）参照）に対する「補助力」が、最初は０で、その後徐々に強くなるような変化形態でエージェントに与えられる。 In the “third hybrid period”, the torque is controlled to continuously decrease from 0 to the minimum value Fmin (see FIG. 10). That is, the “assisting force” with respect to the relative motion of the upper body and the leg (see FIG. 11 (d) → (e)) that causes the agent to translate the upper body forward while supporting the leg in the standing state is the first. Is 0, and is given to the agent in a variation that gradually increases thereafter.

「第４ハイブリッド期間」においては、トルクがその極小値Ｆminから０まで連続的に上昇するように制御される（図１０参照）。すなわち、まず、エージェントが立脚状態の脚体を支えとして上体をさらに前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図１１（ｅ）→（ｆ）参照）に対する「補助力」が、最初は強く、その後徐々に弱くなるような変化形態でエージェントに与えられる。そして、エージェントが主に遊脚状態の脚体を前方に並進させるような上体および当該脚体の相対運動（図１１（ｆ）→（ａ）参照）に対する「抵抗力」が最初は強く、その後徐々に弱くなって最後に０になるような変化形態（初動負荷形態）でエージェントに与えられる。 In the “fourth hybrid period”, the torque is controlled so as to continuously increase from its minimum value Fmin to 0 (see FIG. 10). That is, first, the “assisting force” for the relative motion of the upper body and the leg (see FIG. 11 (e) → (f)) in which the agent translates the upper body further forward while supporting the leg in the standing state. However, it is given to the agent in a change form that is strong at first and then gradually weakens. Then, the “resistance” against the relative movement of the upper body and the leg (see FIG. 11 (f) → (a)) in which the agent mainly translates the leg in the free leg state forward is strong at first, After that, it is given to the agent in a change form (initial movement load form) that gradually weakens and finally becomes 0.

前記のようにハイブリッドモードにおいて、エージェントの各歩行周期の間にアシスト期間およびトレーニング期間が混在している（図１０参照）。 As described above, in the hybrid mode, the assist period and the training period are mixed between each walking cycle of the agent (see FIG. 10).

なお、ハイブリッド基準角度γi（ｉ＝１〜４）を変更することにより、アシスト期間からトレーニング期間への切替タイミングを変更することができる。また、ハイブリッド基準角度γiを変更することにより、トレーニング期間においてエージェントに与えられる抵抗力の変化形態を初動負荷形態のほか、終動負荷形態等、さまざまな形態に変化させることができる。 Note that the timing for switching from the assist period to the training period can be changed by changing the hybrid reference angle γi (i = 1 to 4). Further, by changing the hybrid reference angle γi, the change form of the resistance force applied to the agent during the training period can be changed to various forms such as the end load form and the initial load form.

ハイブリッドモードにおいても、モータ２２１の回生制動によりエージェントに抵抗力が作用している間、モータ２２１が発電機として機能して電気エネルギーを生成し、この電気エネルギーがバッテリ２１に蓄えられる（図１２参照）。 Even in the hybrid mode, while the resistance force acts on the agent due to the regenerative braking of the motor 221, the motor 221 functions as a generator to generate electric energy, and this electric energy is stored in the battery 21 (see FIG. 12). ).

（トレーニング装置の作用効果）
前記機能を発揮するトレーニング装置１によれば、モードの使い分けにより、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して順方向の力（補助力）が作用する状況と、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して逆方向の力（抵抗力）が作用する状況とが実現される。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、さまざまな形態でエージェントに力を作用させることができる。 (Effect of training device)
According to the training device 1 that exhibits the above-described function, a situation in which a forward force (auxiliary force) acts on the agent relative to the direction of the relative motion of the upper body and the leg by using the mode properly, A situation in which a force (resistance force) in the opposite direction acts on the direction of relative motion of the upper body and the leg is realized. Thereby, when the agent is performing a walking motion accompanied by the relative motion of the upper body and the leg, a force can be applied to the agent in various forms.

また、インターフェース２０４を通じたモード指定により、エージェントの意思に応じてアシストモードおよびトレーニングモードが切り替えられる。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、当該エージェントの意思が反映されたさまざまな形態でエージェントに力を作用させることができる。 Further, by specifying the mode through the interface 204, the assist mode and the training mode are switched according to the intention of the agent. As a result, when the agent is performing a walking motion involving the relative motion of the upper body and legs, it is possible to apply force to the agent in various forms that reflect the intention of the agent.

たとえば、エージェントがトレーニングモードでトレーニング装置１を使用している途中で、インターフェース２０４を通じてアシストモードまたはハイブリッドモードを指定することにより、トレーニングモードに代えて当該指定モードでトレーニング装置１を使用することができる。 For example, by specifying the assist mode or the hybrid mode through the interface 204 while the agent is using the training device 1 in the training mode, the training device 1 can be used in the specified mode instead of the training mode. .

アシストモードの開始時点から終了時点にかけて補助力が０から連続的に変化した上で０に戻るようにアクチュエータ２２の動作が制御され、トレーニングモードの開始時点から終了時点にかけて抵抗力が０から連続的に変化した上で０に戻るようにアクチュエータ２２の動作が制御される。 The operation of the actuator 22 is controlled so that the assisting force continuously changes from 0 from the start time to the end time of the assist mode and then returns to 0, and the resistance force continuously increases from 0 to the end time of the training mode. Then, the operation of the actuator 22 is controlled so as to return to 0.

たとえば、トレーニング装置１がトレーニングモードにしたがって動作している状況でエージェントによりアシストモードが指定された場合、トレーニングトルクが０になってからトルクが０に維持され、アシストトルクの初期値が０となるようなタイミングでアシストモードによる動作が開始される。トレーニング装置１がアシストモードにしたがって動作している状況でエージェントによりトレーニングモードが指定された場合等においても同様である。 For example, when the assist mode is designated by the agent while the training device 1 is operating according to the training mode, the torque is maintained at 0 after the training torque becomes 0, and the initial value of the assist torque becomes 0. The operation in the assist mode is started at such timing. The same applies to the case where the training mode is designated by the agent while the training device 1 is operating according to the assist mode.

これにより、エージェントに作用させる補助力および抵抗力のそれぞれを円滑に変化させることができる。また、アシストモードおよびトレーニングモードの切替時点において、エージェントに作用させる力の極性または方向を円滑に反転させることができる。 Thereby, each of the auxiliary force and the resistance force acting on the agent can be smoothly changed. In addition, the polarity or direction of the force acting on the agent can be smoothly reversed at the time of switching between the assist mode and the training mode.

また、トレーニング装置１によれば、エージェントの上体および脚体の相対姿勢（脚体角度φ）および相対姿勢の時系列的な変化態様（脚体角速度φ’）のうち少なくとも１つに応じて、モータ２２１の回生制動により、当該エージェントに作用させる抵抗力の強さおよび方向を変化させることができる（図７および図１０参照）。これにより、上体および脚体の相対姿勢等により表わされるエージェントの歩行運動形態に鑑みて、当該エージェントに適当な抵抗力を作用させながら、モータ２２１の回生制動により当該運動エネルギーが電気エネルギーに変換されうる（図１２参照）。 Further, according to the training device 1, according to at least one of the relative posture (leg angle φ) of the upper body and legs of the agent and the time-series change mode (leg angular velocity φ ′) of the relative posture. The strength and direction of the resistance force applied to the agent can be changed by regenerative braking of the motor 221 (see FIGS. 7 and 10). Accordingly, in view of the walking motion form of the agent represented by the relative posture of the upper body and the leg, the kinetic energy is converted into electric energy by regenerative braking of the motor 221 while applying an appropriate resistance force to the agent. (See FIG. 12).

（他の実施形態）
制御装置２０が、エージェントの脚体のそれぞれの立脚状態および遊脚状態の別を判定し、当該判定結果の別に応じて補助力および抵抗力のそれぞれの変化形態が相違するように、アクチュエータ２２の動作を制御してもよい。特に、エージェントの脚体が立脚状態であると判定された場合、エージェントの脚体が遊脚状態であると判定された場合と比較して、補助力および抵抗力のそれぞれが強くなるように調節されてもよい。ここでの力の強弱とは、立脚状態および遊脚状態の別以外の因子が同一である状況における力の強弱またはトルクの振幅を意味する（図４、図７および図１０参照）。 (Other embodiments)
The control device 20 determines whether each of the leg of the agent is in the standing state and the free leg state, and the change form of each of the assisting force and the resistance force differs depending on the determination result. The operation may be controlled. In particular, when it is determined that the agent's leg is in the standing state, adjustment is made so that each of the assisting force and the resistance force is stronger than when the agent's leg is determined to be in the swinging state. May be. Here, the strength of the force means the strength of the force or the amplitude of the torque in a situation where the factors other than the standing state and the free leg state are the same (see FIGS. 4, 7, and 10).

また、脚体の立脚状態および遊脚状態の別に応じて、上体および当該脚体の相対姿勢を変化させる運動エネルギーの高低に差があることに鑑みて、抵抗力の強弱、すなわち、回生制動による電気エネルギーの多少が調節されうる。具体的には、脚体が立脚状態にある場合、脚体が遊脚状態にある場合と比較して、上体の並進力または並進慣性力により上体および当該脚体の相対姿勢を変化させる運動エネルギーは高い。この点に鑑みて、立脚状態ではエージェントに作用させる抵抗力を強くして多くの電気エネルギーが得られる。その一方、遊脚状態ではエージェントに作用させる力を弱くして得られる電気エネルギーが少なめに抑制される。これにより、遊脚および立脚の別により表わされるエージェントの歩行運動形態に鑑みて、当該エージェントに適当な抵抗力を作用させながら、モータ２２１の回生制動により当該運動エネルギーが電気エネルギーに変換されうる。 Further, in view of the difference in the level of kinetic energy that changes the relative posture of the upper body and the leg depending on whether the leg is in the standing or swinging state, the strength of the resistance force, that is, regenerative braking The amount of electrical energy due to can be adjusted. Specifically, when the leg is in the standing state, the relative posture of the upper body and the leg is changed by the translational force or the translational inertial force of the upper body as compared with the case where the leg is in the free leg state. Kinetic energy is high. In view of this point, in the standing state, a large amount of electric energy can be obtained by increasing the resistance force acting on the agent. On the other hand, in the swing leg state, the electric energy obtained by weakening the force acting on the agent is suppressed to a small extent. Accordingly, in view of the walking motion form of the agent represented by the swinging leg and the standing leg, the kinetic energy can be converted into electric energy by the regenerative braking of the motor 221 while applying an appropriate resistance force to the agent.

脚体角度φおよび脚体角速度φ’の測定値のほか、エージェントの上体の鉛直方向の加速度を測定するための加速度センサの出力信号、または、エージェントの足裏（好ましくはかかとおよびつまさきの両方）に取り付けられた圧力センサの出力信号などに基づき、立脚状態および遊脚状態の別が判定されうる。 In addition to the measured values of the leg angle φ and leg angular velocity φ ′, the output signal of the acceleration sensor for measuring the vertical acceleration of the upper body of the agent, or the sole of the agent (preferably heel and toe Based on the output signal of the pressure sensor attached to both), a distinction between the standing state and the free leg state can be determined.

制御装置２０が、エージェントの歩行面の姿勢を認識し、当該認識結果の相違に応じて補助力および抵抗力のそれぞれの変化形態が相違するように、アクチュエータ２２の動作を制御してもよい。 The control device 20 may recognize the posture of the walking surface of the agent, and may control the operation of the actuator 22 so that the change forms of the auxiliary force and the resistance force differ according to the difference in the recognition result.

たとえば、歩行面の姿勢が上昇傾斜姿勢であると認識された場合、歩行面の姿勢が平坦姿勢または下降傾斜姿勢であると認識された場合と比較して、補助力が強くなるように調節されてもよい。また、歩行面の姿勢が平坦姿勢であると認識された場合、歩行面の姿勢が下降傾斜姿勢であると認識された場合と比較して、補助力が強くなるように調節されてもよい。 For example, when the walking surface posture is recognized as a rising inclination posture, the assisting force is adjusted to be stronger than when the walking surface posture is recognized as a flat posture or a downward inclination posture. May be. Further, when the walking surface posture is recognized as a flat posture, the assisting force may be adjusted to be stronger than when the walking surface posture is recognized as a descending tilt posture.

さらに、歩行面の姿勢が下降傾斜姿勢であると認識された場合、歩行面の姿勢が平坦姿勢または上昇傾斜姿勢であると認識された場合と比較して、抵抗力が強くなるように調節されてもよい。また、歩行面の姿勢が平坦姿勢であると認識された場合、歩行面の姿勢が上昇傾斜姿勢であると認識された場合と比較して、抵抗力が強くなるように調節されてもよい
当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントが歩行する地面または床面（歩行面）の姿勢の別に応じた、歩行に要する上体および脚体の相対運動の力の強弱の相違に鑑みて、強弱が適当に調節された補助力および抵抗力のそれぞれをエージェントに作用させることができる。 Furthermore, when the walking surface posture is recognized as a descending inclined posture, the resistance is adjusted to be stronger than when the walking surface posture is recognized as a flat posture or a rising inclined posture. May be. In addition, when the walking surface posture is recognized as a flat posture, the resistance may be adjusted to be stronger than when the walking surface posture is recognized as a rising inclination posture. According to the training device of the configuration, in view of the difference in the strength of the relative motion of the upper body and legs required for walking according to the posture of the ground or floor surface (walking surface) on which the agent walks, Each of the appropriately adjusted auxiliary force and resistance force can be applied to the agent.

また、エージェントが歩行している地面または床面（歩行面）の姿勢の相違に応じて、エージェントの上体および脚体の相対運動に対する抵抗力の変化形態、すなわち、回生制動により得られる電気エネルギーの変化形態が調節されうる。 Also, depending on the difference in the posture of the ground or floor (walking surface) on which the agent is walking, the change form of the resistance force to the relative motion of the upper body and legs of the agent, that is, the electric energy obtained by regenerative braking The changing form of can be adjusted.

具体的には、エージェントが歩行する地面または床面（歩行面）の姿勢の別に応じた、歩行に要する上体および脚体の相対運動の力の強弱の相違に鑑みて、強弱が適当に調節された抵抗力をエージェントに作用させることができる。これにより、エージェントが歩行している面の姿勢に鑑みて、当該エージェントに適当な抵抗力を作用させながら、モータ２２１の回生制動により当該運動エネルギーが電気エネルギーに変換されうる。 Specifically, the strength is appropriately adjusted in view of the difference in strength of the relative motion of the upper body and legs required for walking according to the posture of the ground or floor (walking surface) on which the agent walks. The applied resistance can be applied to the agent. Accordingly, in consideration of the posture of the surface on which the agent is walking, the kinetic energy can be converted into electric energy by regenerative braking of the motor 221 while applying an appropriate resistance force to the agent.

歩行面の姿勢は、たとえば、特許第３８３３９２１号公報または特許第３９０８７３５号公報に記載されている手法にしたがって、エージェントの脚体の動きのパターンに基づいて判定されうる。エージェントが坂または階段を上っている状態は、歩行面が上昇傾斜姿勢である状態に相当する。エージェントが平坦な地面を歩行している状態は、歩行面が平坦姿勢である状態に相当する。エージェントが坂または階段を下っている状態は、歩行面が下降傾斜姿勢である状態に相当する。なお、歩行面の姿勢の種類ではなく、実際の傾斜角度が歩行面の姿勢として認識されてもよい。 The posture of the walking surface can be determined based on the movement pattern of the leg of the agent, for example, according to the technique described in Japanese Patent No. 3833921 or Japanese Patent No. 3908735. The state where the agent is climbing the hill or the stairs corresponds to the state where the walking surface is in the rising inclination posture. The state where the agent is walking on the flat ground corresponds to the state where the walking surface is in a flat posture. The state where the agent is going down the hill or the stairs corresponds to the state where the walking surface is in the downward inclined posture. In addition, the actual inclination angle may be recognized as the posture of the walking surface instead of the type of posture of the walking surface.

制御装置２０が、エージェントの疲労度を測定し、当該測定結果に基づいてアシストモードおよびトレーニングモードを切り替えるように構成されていてもよい。 The control device 20 may be configured to measure the fatigue level of the agent and switch between the assist mode and the training mode based on the measurement result.

エージェントの疲労度は、たとえば、当該エージェントによるトレーニング装置１の使用継続時間（ＯＮ／ＯＦＦスイッチがＯＮに維持されている時間）が長いほど高く評価されうる。エージェントの歩行速度（歩行速度は脚体角速度により求められる。）が遅いほど、疲労度が高く評価されてもよい。また、トレーニングモードにおけるトレーニング装置１の累積使用時間が長いほど疲労度が高く評価されてもよい。トレーニングトルク（抵抗力）による累積仕事量（仕事量＝トレーニングトルク×角度変位）が大きいほど疲労度が高く評価されてもよい。エージェントの心拍数または血圧が高いほど疲労度が高く評価されてもよい。 For example, the fatigue level of an agent can be evaluated higher as the duration of use of the training apparatus 1 by the agent (the time during which the ON / OFF switch is maintained) is longer. The slower the walking speed of the agent (the walking speed is obtained from the leg body angular speed), the higher the degree of fatigue may be evaluated. Further, the fatigue level may be evaluated higher as the accumulated use time of the training device 1 in the training mode is longer. As the cumulative work amount (work amount = training torque × angular displacement) due to the training torque (resistance force) increases, the degree of fatigue may be evaluated higher. The higher the heart rate or blood pressure of the agent, the higher the degree of fatigue may be evaluated.

トレーニング装置１が、同一条件下における補助力の変化形態が異なる複数のアシストモードのうち１つのエージェントによる指定を可能とする第２インターフェースを備えていてもよい。また、制御装置２０が、第２インターフェースから出力された当該指定に応じた信号に基づき、アシストモードのうち１つにしたがってアクチュエータ２２の動作を制御してもよい。 The training device 1 may include a second interface that allows designation by one agent among a plurality of assist modes in which the assist force changes in the same condition. Further, the control device 20 may control the operation of the actuator 22 according to one of the assist modes based on the signal according to the designation output from the second interface.

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントの意思に応じて複数のアシストモードのうち一のアシストモード方のアシストモードに切り替えられる。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、当該エージェントの意思が反映されたさまざまな形態でエージェントに補助力を作用させることができる。 According to the training apparatus of the said structure, it can switch to the assist mode of one assist mode direction among several assist modes according to an agent's intention. As a result, when the agent is performing a walking motion involving the relative motion of the upper body and legs, the assisting force can be applied to the agent in various forms reflecting the agent's intention.

トレーニング装置１が、同一条件下における抵抗力の変化形態が異なる複数のトレーニングモードのうち１つのトレーニングモードのエージェントによる指定を可能とする第３インターフェースを備えていてもよい。また、制御装置２０が、第３インターフェースから出力された当該指定に応じた信号に基づき、複数のトレーニングモードのうち１つにしたがってアクチュエータ２２の動作を制御してもよい。 The training apparatus 1 may include a third interface that enables designation by an agent in one training mode among a plurality of training modes that have different resistance force changes under the same conditions. Further, the control device 20 may control the operation of the actuator 22 according to one of a plurality of training modes based on the signal according to the designation output from the third interface.

当該構成のトレーニング装置によれば、エージェントの意思に応じて複数のトレーニングモードのうち１つのトレーニングモードに切り替えられる。これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、当該エージェントの意思が反映されたさまざまな形態でエージェントに抵抗力を作用させることができる。 According to the training device having the configuration, the training device can be switched to one of the plurality of training modes according to the intention of the agent. As a result, when the agent is performing a walking motion accompanied by a relative motion of the upper body and the leg, the resistance force can be applied to the agent in various forms reflecting the intention of the agent.

制御装置２０が、エージェントの歩行周期、歩幅、歩行率および歩行比のうち少なくとも１つを歩行状態変数として測定し、歩行状態変数の測定値が目標値に一致するようにアクチュエータ２２の動作を制御するように構成されていてもよい。 The control device 20 measures at least one of the walking period, step length, walking rate, and walking ratio of the agent as a walking state variable, and controls the operation of the actuator 22 so that the measured value of the walking state variable matches the target value. It may be configured to.

「歩幅」はエージェントの脚の長さ（メモリに格納されている。）と、脚体角度φの正および負の最大値とに基づいて算定されうる。「歩行率（単位時間当たりの歩数）」は、脚体角度φの時間変化パターンにより認識されうる歩行周期またはエージェントの鉛直方向の加速度を測定する加速度センサの出力信号の時間変化パターンにより把握される左右の脚の着床タイミングに基づいて算定されうる。「歩行比」は「歩行率」に対する「歩幅」の比率として算定される。 The “step length” can be calculated based on the length of the leg of the agent (stored in the memory) and the maximum positive and negative values of the leg angle φ. The “walking rate (number of steps per unit time)” is grasped by the time change pattern of the output signal of the acceleration sensor that measures the walking cycle or the vertical acceleration of the agent that can be recognized by the time change pattern of the leg angle φ. It can be calculated based on the landing timing of the left and right legs. The “walking ratio” is calculated as the ratio of “step length” to “walking rate”.

トルクＦの位相が、脚体角度φに対する位相差が目標位相差に一致するように制御されてもよい。このような制御を実現するためのトレーニング装置１として、たとえば、特許第３９３０３９９号、特許第３９５０１４９号、特許第４００８４６４号、特許第４００８４６５号、特許第４２２０５６７号、特許第４２３４７６５号、特許第４２７１７１１号および特許第４２７１７１３号のそれぞれに記載されている歩行補助装置（運動補助装置または運動誘導装置）が採用されてもよい。 The phase of the torque F may be controlled so that the phase difference with respect to the leg angle φ matches the target phase difference. As a training apparatus 1 for realizing such control, for example, Japanese Patent No. 3930399, Japanese Patent No. 3950149, Japanese Patent No. 4008464, Japanese Patent No. 400008465, Japanese Patent No. 4220567, Japanese Patent No. 4234765, Japanese Patent No. 4271711 Further, walking assist devices (exercise assist devices or motion induction devices) described in Japanese Patent No. 4271713 may be employed.

当該歩行補助装置において、エージェントによりインターフェース２０４を通じて指定されたモードに応じて、目標位相差が自動的に調節される。 In the walking assistance device, the target phase difference is automatically adjusted according to the mode designated by the agent through the interface 204.

（アシストモードにおける位相差制御方法）
目標位相差が、少なくとも脚体角度φが極大値φmaxおよび極小値φminのそれぞれを示す時刻において（π／２）になるように調節されることにより、アシストモードが実現される（図４参照）。 (Phase difference control method in assist mode)
The assist mode is realized by adjusting the target phase difference so that at least the leg angle φ becomes (π / 2) at the time when each of the leg angle φ shows the maximum value φmax and the minimum value φmin (see FIG. 4). .

脚体角度φが極小値φminを示す時刻（第２アシスト期間から第３アシスト期間への遷移時点）において、脚体角度φに対するトルクＦ（Ｆ’＞０）の位相差は目標位相差と同じく（π／２）になっている。脚体角度φが極大値φmaxを示す時刻（第４アシスト期間から第１アシスト期間への遷移時点）において、脚体角度φに対するトルクＦ（Ｆ’＜０）の位相差は目標位相差と同じく（π／２）になっている。 At the time when the leg angle φ shows the minimum value φmin (the transition point from the second assist period to the third assist period), the phase difference of the torque F (F ′> 0) with respect to the leg angle φ is the same as the target phase difference. (Π / 2). At the time when the leg angle φ shows the maximum value φmax (the transition point from the fourth assist period to the first assist period), the phase difference of the torque F (F ′ <0) with respect to the leg angle φ is the same as the target phase difference. (Π / 2).

目標位相差は（π／２）の近傍で流動的に調節されるため、トルクＦの位相が、脚体角度φに対する位相差が変動するように制御される。トルクＦが極小値Ｆminを示す時刻（第１アシスト期間から第２アシスト期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＜０、φ’＜０）に対するトルクＦの位相差は約（π／２）（１−α1／φmin）になっている。トルクＦが極大値Ｆmaxを示す時刻（第３アシスト期間から第４アシスト期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＞０、φ’＞０）に対するトルクＦの位相差は約（π／２）（１−α2／φmax）になっている。 Since the target phase difference is fluidly adjusted in the vicinity of (π / 2), the phase of the torque F is controlled so that the phase difference with respect to the leg angle φ varies. At the time when the torque F shows the minimum value Fmin (the transition point from the first assist period to the second assist period), the phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ <0, φ ′ <0) is about (π / 2) (1-α1 / φmin). At the time when the torque F shows the maximum value Fmax (the transition point from the third assist period to the fourth assist period), the phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ> 0, φ ′> 0) is about (π / 2) (1-α2 / φmax).

（トレーニングモードにおける位相差制御方法）
目標位相差が、少なくとも脚体角度φが極大値φmaxおよび極小値φminのそれぞれを示す時刻において−（π／２）になるように調節されることにより、トレーニングモードが実現される（図７参照）。 (Phase difference control method in training mode)
The training mode is realized by adjusting the target phase difference so that at least the leg angle φ becomes − (π / 2) at the time when the leg angle φ shows the maximum value φmax and the minimum value φmin, respectively (see FIG. 7). ).

脚体角度φが極小値φminを示す時刻（第２トレーニング期間から第３トレーニング期間への遷移時点）において、脚体角度φに対するトルクＦ（Ｆ’＜０）の位相差は目標位相差と同じく−（π／２）になっている。脚体角度φが極大値φmaxを示す時刻（第４トレーニング期間から第１トレーニング期間への遷移時点）において、脚体角度φに対するトルクＦ（Ｆ’＞０）の位相差は目標位相差と同じく−（π／２）になっている。 At the time when the leg angle φ shows the minimum value φmin (the transition point from the second training period to the third training period), the phase difference of the torque F (F ′ <0) with respect to the leg angle φ is the same as the target phase difference. -(Π / 2). At the time when the leg angle φ shows the maximum value φmax (at the time of transition from the fourth training period to the first training period), the phase difference of the torque F (F ′> 0) with respect to the leg angle φ is the same as the target phase difference. -(Π / 2).

目標位相差は−（π／２）の近傍で流動的に調節されるため、トルクＦの位相が、脚体角度φに対する位相差が変動するように制御される。トルクＦが極大値Ｆmaxを示す時刻（第１トレーニング期間から第２トレーニング期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＞０、φ’＜０）に対するトルクＦの位相差は約−（π／２）（１−β1／φmax）になっている。トルクＦが極小値Ｆminを示す時刻（第３トレーニング期間から第４トレーニング期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＜０、φ’＞０）に対するトルクＦの位相差は約−（π／２）（１−β2／φmin）になっている。 Since the target phase difference is fluidly adjusted in the vicinity of − (π / 2), the phase of the torque F is controlled so that the phase difference with respect to the leg angle φ varies. At the time when the torque F reaches the maximum value Fmax (at the time of transition from the first training period to the second training period), the phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ> 0, φ ′ <0) is about − ( π / 2) (1-β1 / φmax). At the time when the torque F shows the minimum value Fmin (at the time of transition from the third training period to the fourth training period), the phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ <0, φ ′> 0) is about − ( π / 2) (1-β2 / φmin).

（ハイブリッドモードにおける位相差制御方法）
目標位相差が、脚体角度φが極大値φmaxおよび極小値φminのそれぞれを示す時刻において−（π／２）より大きく、かつ、（π／２）より小さくなるように調節されることにより、ハイブリッドモードが実現される（図１０参照）。 (Phase difference control method in hybrid mode)
By adjusting the target phase difference so that the leg angle φ is larger than − (π / 2) and smaller than (π / 2) at the time when the leg angle φ indicates each of the maximum value φmax and the minimum value φmin, A hybrid mode is realized (see FIG. 10).

脚体角度φが極大値φmaxを示す時刻（第２ハイブリッド期間の中間時点）において、脚体角度φに対するトルクＦ（Ｆ＞０，Ｆ’＜０）の位相差は目標位相差と同じく（π／２）より低い正値になっている。脚体角度φが極小値φminを示す時刻（第４ハイブリッド期間の中間時点）において、脚体角度φに対するトルクＦの位相差は目標位相差と同じく（π／２）より低い正値になっている。 At the time when the leg angle φ reaches the maximum value φmax (intermediate time of the second hybrid period), the phase difference of the torque F (F> 0, F ′ <0) with respect to the leg angle φ is the same as the target phase difference (π / 2) Lower positive value. At the time when the leg angle φ shows the minimum value φmin (intermediate time point of the fourth hybrid period), the phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ becomes a positive value lower than (π / 2), similar to the target phase difference. Yes.

目標位相差は流動的に調節されるため、トルクＦの位相が、脚体角度φに対する位相差が変動するように制御される。トルクＦが０（Ｆ’＞０）を示す時刻（第４ハイブリッド期間から第１ハイブリッド期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＜０、φ’＞０）に対するトルクＦの位相差は約（π／２）（１−γ1／φmin）になっている。トルクＦが極大値Ｆmaxを示す時刻（第１ハイブリッド期間から第２ハイブリッド期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＞０、φ’＞０）に対するトルクＦの位相差は約（π／２）（１−γ2／φmax）になっている。トルクＦが０（Ｆ’＜０）を示す時刻（第２ハイブリッド期間から第３ハイブリッド期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＞０、φ’＜０）に対するトルクＦの位相差は約（π／２）（１−γ3／φmax）になっている。トルクＦが極小値Ｆminを示す時刻（第３ハイブリッド期間から第４ハイブリッド期間への遷移時点）において、脚体角度φ（φ＜０、φ’＜０）に対するトルクＦの位相差は約（π／２）（１−γ4／φmin）になっている。 Since the target phase difference is adjusted fluidly, the phase of the torque F is controlled so that the phase difference with respect to the leg angle φ varies. The phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ <0, φ ′> 0) at the time when the torque F shows 0 (F ′> 0) (the transition point from the fourth hybrid period to the first hybrid period) Is approximately (π / 2) (1-γ1 / φmin). At the time when the torque F reaches the maximum value Fmax (at the time of transition from the first hybrid period to the second hybrid period), the phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ> 0, φ ′> 0) is about (π / 2) (1-γ2 / φmax). The phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ> 0, φ ′ <0) at the time when the torque F shows 0 (F ′ <0) (the transition point from the second hybrid period to the third hybrid period) Is about (π / 2) (1-γ3 / φmax). At the time when the torque F shows the minimum value Fmin (the transition point from the third hybrid period to the fourth hybrid period), the phase difference of the torque F with respect to the leg angle φ (φ <0, φ ′ <0) is about (π / 2) (1-γ4 / φmin).

１‥トレーニング装置、１１‥第１装着要素、１２‥第２装着要素、２０‥制御装置、２１‥バッテリ、２２‥アクチュエータ、２２１‥モータ、２２２‥減速機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Training apparatus, 11 ... 1st mounting element, 12 ... 2nd mounting element, 20 ... Control apparatus, 21 ... Battery, 22 ... Actuator, 221 ... Motor, 222 ... Deceleration mechanism

Claims

エージェントの上体および脚体のそれぞれに装着される第１装着要素および第２装着要素と、アクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備え、前記第１装着要素および前記第２装着要素を介して前記アクチュエータの動作により生じる力を前記エージェントに伝達させるように構成されているトレーニング装置であって、
前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する補助力を作用させるアシスト期間と、前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する抵抗力を作用させるトレーニング期間とが混在するハイブリッドモードにしたがって動作し、
前記制御装置が、前記エージェントの上体に対する脚体の相対姿勢を表わす姿勢変数およびその時間微分のうち一部または全部を変数とする関数として、前記補助力および前記抵抗力のうち少なくとも一方を調節するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 A first mounting element and a second mounting element mounted on each of an upper body and a leg of an agent; an actuator; and a control device that controls the operation of the actuator; A training device configured to transmit to the agent a force generated by operation of the actuator through an element,
According to a hybrid mode in which an assist period in which an assist force for the relative motion of the upper body and the leg is applied to the agent and a training period in which a resistance force for the relative motion of the upper body and the leg is applied to the agent are mixed. It operates,
The control device adjusts at least one of the auxiliary force and the resistance force as a function of a posture variable representing a relative posture of the leg with respect to the upper body of the agent and a part or all of the time derivative thereof as a variable. It is comprised so that it may carry out, The training apparatus characterized by the above-mentioned .

請求項１記載のトレーニング装置において、
前記ハイブリッドモードが、前記エージェントの各歩行周期において、前記姿勢変数およびその時間微分値に基づいてアシストモードおよびトレーニングモードを使い分けるモードであることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 1,
The training apparatus , wherein the hybrid mode is a mode that selectively uses an assist mode and a training mode based on the posture variable and its time differential value in each walking cycle of the agent .

請求項２記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、
前記姿勢変数が第１ハイブリッド基準値以上かつ第２ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変数の１階時間微分である姿勢変化速度が正である第１ハイブリッド定義域において、前記姿勢変数が前記第１ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく一方、前記姿勢変数が前記第２ハイブリッド基準値に近づくほど極大値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御し、
前記姿勢変数が前記第２ハイブリッド基準値以上であり、かつ、前記姿勢変化速度が正である第１アシスト領域と、前記姿勢変数が第３ハイブリッド基準値以上であり、かつ、前記姿勢変化速度が負である第１トレーニング領域とを含む第２ハイブリッド定義域において、前記第１アシスト領域において前記姿勢変数が前記第２ハイブリッド基準値に近づくほど極大値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御する一方、前記第１トレーニング領域において前記姿勢変数が前記第３ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記抵抗力を制御し、
前記姿勢変数が第４ハイブリッド基準値以上かつ前記第３ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変化速度が負である第３ハイブリッド定義域において、前記姿勢変数が前記第３ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく一方、前記姿勢変数が前記第４ハイブリッド基準値に近づくほど極小値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御し、
前記姿勢変数が前記第４ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変化速度が負である第２アシスト領域と、前記姿勢変数が前記第１ハイブリッド基準値未満であり、かつ、前記姿勢変化速度が正である第２トレーニング領域とを含む第４ハイブリッド定義域において、前記第２アシスト領域において前記姿勢変数が前記第４ハイブリッド基準値に近づくほど極小値に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記補助力を制御する一方、前記第２トレーニング領域において前記姿勢変数が前記第１ハイブリッド基準値に近づくほど０に近づく変化特性を有する関数にしたがって前記抵抗力を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 2,
The control device is
In the first hybrid domain where the attitude variable is greater than or equal to the first hybrid reference value and less than the second hybrid reference value, and the attitude change speed that is a first-order time derivative of the attitude variable is positive, the attitude variable is The auxiliary force is controlled according to a function having a change characteristic that approaches a maximum value as the attitude variable approaches the second hybrid reference value while approaching 0 as the first hybrid reference value is approached,
The posture variable is greater than or equal to the second hybrid reference value and the posture change speed is positive; the posture variable is greater than or equal to a third hybrid reference value; and the posture change speed is In the second hybrid domain including a first training area that is negative, the auxiliary force according to a function having a change characteristic that approaches a maximum value as the posture variable approaches the second hybrid reference value in the first assist area. While controlling the resistance according to a function having a change characteristic that approaches 0 as the posture variable approaches the third hybrid reference value in the first training region,
In the third hybrid domain where the attitude variable is greater than or equal to the fourth hybrid reference value and less than the third hybrid reference value and the attitude change speed is negative, the attitude variable approaches the third hybrid reference value. The auxiliary force is controlled according to a function having a change characteristic that approaches a minimum value as the attitude variable approaches the fourth hybrid reference value, while approaching 0.
A second assist region in which the posture variable is less than the fourth hybrid reference value and the posture change speed is negative; and a posture variable is less than the first hybrid reference value and the posture change speed. In the fourth hybrid domain including the second training area where is positive, the auxiliary function according to a function having a change characteristic that approaches a minimum value as the posture variable approaches the fourth hybrid reference value in the second assist area. While the force is controlled, the resistance force is controlled according to a function having a change characteristic that approaches 0 as the posture variable approaches the first hybrid reference value in the second training region. Training equipment.

請求項３記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記アクチュエータの動作により前記エージェントに作用する力および前記姿勢変数により定義される平面において、前記力の変化態様を表わす曲線の近似式と、前記姿勢変数および前記姿勢変化速度の測定値とを用いて前記補助力および前記抵抗力のそれぞれを制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 3,
In the plane defined by the force acting on the agent by the operation of the actuator and the posture variable, the control device measures an approximate expression of a curve representing the change state of the force, and the posture variable and the posture change speed. The training apparatus is configured to control each of the auxiliary force and the resistance force using a value.

請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する補助力を定常的に作用させるアシストモードと、前記エージェントにその上体および脚体の相対運動に対する抵抗力を定常的に作用させるトレーニングモードと、前記ハイブリッドモードとを使い分けて前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 In the training apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The control device steadily acts on the agent with an assisting force for the relative motion of the upper body and the leg, and the agent acts on the agent with a resistance force for the relative motion of the upper body and the leg. The training apparatus is configured to control the operation of the actuator by properly using the training mode and the hybrid mode.

請求項５記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記エージェントの疲労度を測定し、当該測定結果に基づいて前記アシストモード、前記トレーニングモードおよび前記ハイブリッドモードを切り替えるように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 5, wherein
The training apparatus is configured to measure the fatigue level of the agent and switch between the assist mode, the training mode, and the hybrid mode based on the measurement result.

請求項５記載のトレーニング装置において、
前記アシストモード、前記トレーニングモードおよび前記ハイブリッドモードのうち１つの前記エージェントによる指定を可能とする第１インターフェースを備え、前記制御装置が、前記第１インターフェースから出力される当該指定に応じた信号に基づき、前記アシストモード、前記トレーニングモードおよび前記ハイブリッドモードのうち１つにしたがって前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 5, wherein
A first interface that enables designation by one of the assist mode, the training mode, and the hybrid mode is provided, and the control device is based on a signal corresponding to the designation output from the first interface. The training apparatus is configured to control the operation of the actuator according to one of the assist mode, the training mode, and the hybrid mode.

請求項１〜７のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
同一条件下における前記アシストモードおよび前記トレーニングモードの混在比率が異なる複数の前記ハイブリッドモードを、前記動作モードの選択肢として有し、
前記複数のハイブリッドモードのうち１つの前記エージェントによる指定を可能とする第２インターフェースを備え、前記制御装置が、前記第２インターフェースから出力された当該指定に応じた信号に基づき、前記複数のハイブリッドモードのうち１つにしたがって前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 In the training apparatus according to any one of claims 1 to 7,
A plurality of the hybrid modes having different mixing ratios of the assist mode and the training mode under the same conditions as options for the operation mode,
A second interface that enables designation by one of the plurality of hybrid modes is provided, and the control device is configured to output the plurality of hybrid modes based on a signal corresponding to the designation output from the second interface. The training apparatus is configured to control the operation of the actuator according to one of them.

請求項１〜８のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記エージェントの上体に対する脚体の相対姿勢を表わす姿勢変数に対する、前記アクチュエータの動作により前記エージェントに作用する力の位相差を制御することにより、前記力を前記補助力および前記抵抗力のうち一方として前記エージェントに作用させるように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 In the training apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The control device controls the phase difference of the force acting on the agent by the operation of the actuator with respect to a posture variable representing a relative posture of the leg with respect to the upper body of the agent. A training apparatus configured to act on the agent as one of the resistance forces.

請求項１〜９のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記エージェントの脚体のそれぞれの立脚状態および遊脚状態の別を判定し、当該判定結果の別に応じて前記補助力および前記抵抗力のそれぞれの変化形態が相違するように、前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 In the training apparatus according to any one of claims 1 to 9,
The control device determines whether the leg of the agent is in a standing state or a free leg state, and changes in the auxiliary force and the resistance force according to the determination result are different. A training apparatus configured to control operation of the actuator.

請求項１０記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記エージェントの脚体が立脚状態であると判定された場合、前記エージェントの脚体が遊脚状態であると判定された場合と比較して、前記補助力および前記抵抗力のそれぞれが強くなるように、前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 10, wherein
When the control device determines that the agent's leg is in a standing state, the control device determines that the assist force and the resistance force are lower than when the agent's leg is determined to be in a swinging state. A training apparatus configured to control the operation of the actuator so that each of them becomes stronger.

請求項１〜１１のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記エージェントの歩行面の姿勢を認識し、当該認識結果の相違に応じて前記補助力および前記抵抗力のそれぞれの変化形態が相違するように、前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 In the training apparatus according to any one of claims 1 to 11,
The control device recognizes the posture of the walking surface of the agent, and controls the operation of the actuator so that the change forms of the auxiliary force and the resistance force differ according to the difference in the recognition result. It is comprised in the training apparatus characterized by the above-mentioned.

請求項１２記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記歩行面の姿勢が上昇傾斜姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢または下降傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記補助力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するとともに、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が下降傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記補助力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 12, wherein
When the control device recognizes that the posture of the walking surface is an upward inclined posture, the assisting force is stronger than when the posture of the walking surface is recognized to be a flat posture or a downward inclined posture. When the movement of the actuator is controlled and the posture of the walking surface is recognized as a flat posture, the auxiliary force is less than that when the posture of the walking surface is recognized as a downward inclination posture. A training apparatus configured to control the operation of the actuator to be strong.

請求項１２記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記歩行面の姿勢が下降傾斜姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢または上昇傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記抵抗力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するとともに、前記歩行面の姿勢が平坦姿勢であると認識した場合、前記歩行面の姿勢が上昇傾斜姿勢であると認識した場合と比較して、前記抵抗力が強くなるように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 12, wherein
When the control device recognizes that the posture of the walking surface is a downward inclined posture, the resistance force is stronger than when the controller recognizes that the posture of the walking surface is a flat posture or an upward inclined posture. Control the operation of the actuator, and when the posture of the walking surface is recognized as a flat posture, the resistance is less than when the posture of the walking surface is recognized as a rising inclination posture. A training apparatus configured to control the operation of the actuator to be strong.

請求項１〜１４のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
前記アクチュエータの構成要素としてのモータの出力軸から減速機構を介して前記補助力および前記抵抗力のそれぞれを前記エージェントに伝達させるように構成され、
前記制御装置が、前記減速機構の減速比を切り替えることにより前記補助力および前記抵抗力のそれぞれを調節するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 In the training apparatus according to any one of claims 1 to 14,
Each of the auxiliary force and the resistance force is transmitted from the output shaft of a motor as a component of the actuator to the agent via a speed reduction mechanism,
The training device, wherein the control device is configured to adjust each of the auxiliary force and the resistance force by switching a reduction ratio of the reduction mechanism.

請求項１〜１５のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
前記アクチュエータの構成要素としてのモータの回生制動またはフリクションにより前記抵抗力を前記エージェントに伝達させるように構成され、前記モータの回生制動により生成された電気エネルギーを蓄える蓄電システムを備えていることを特徴とするトレーニング装置。 In the training apparatus according to any one of claims 1 to 15,
It is configured to transmit the resistance force to the agent by regenerative braking or friction of a motor as a component of the actuator, and includes a power storage system that stores electrical energy generated by the regenerative braking of the motor. Training equipment.

請求項１６記載のトレーニング装置において、
前記蓄電システムから電気エネルギーを外部電子機器に供給するための接続端子を備えていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to claim 16, wherein
A training apparatus comprising a connection terminal for supplying electrical energy from the power storage system to an external electronic device.

請求項１〜１７のうちいずれか１つに記載のトレーニング装置において、
前記制御装置が、前記エージェントの歩行周期、歩幅、歩行率および歩行比のうち少なくとも１つを歩行状態変数として測定し、前記歩行状態変数の測定値が目標値に一致するように前記アクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とするトレーニング装置。 The training device according to any one of claims 1 to 17,
The control device measures at least one of the walking period, step length, walking rate, and walking ratio of the agent as a walking state variable, and the operation of the actuator so that the measured value of the walking state variable matches a target value. A training apparatus characterized by being configured to control.