JP6846535B2 - 移動運動支援装置 - Google Patents
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Description
Py=ΣGyf ・・・・(1)
Py=ΣVy ・・・・(2)
Pyn=(Py−(PyMAX+PyMIN)/2)/{(PyMAX−PyMIN)/2} ・・・・(3)
但し、PyMAX:歩行1周期前の最大左右位置、PyMIN:歩行1周期前の最小左右位置である。
Vyn=(Vy−(VyMAX+VyMIN)/2)/{(VyMAX−VyMIN)/2} ・・・・(4)
但し、VyMAX:歩行1周期前の最大左右速度、VyMIN:歩行1周期前の最小左右速度である。
Φr=arctan〈(−Vy/VyMAX)/〔Py−[{(PyMAX−PyMIN)/2}/(PyMAX−PyMIN)]〕〉 ・・・・(5)
dp=φ1f(freq)+φ2f(freq) ・・・・(6)
この位相遅れ量dpは、信号がフィルターを通ることによるものである。他の実施形態では、フィルターを通る前の信号に対する遅れ量ではなく、フットセンサの信号出力タイミングに対する重心変位の遅れを位相遅れ量dpとしてもよい。
Φ=Φf−dp ・・・・(7)
ωo=2π×freq ・・・・(8)
dΦc/dt=ωo+f(Φ−Φc+α) ・・・・(9)
但し、f(x)は関数を表しており、αは振動子位相Φcを調整する補助目標位相差である。補助目標位相差αには、フィルターによる遅れやフットセンサ値からの遅れや進みを示す位相遅れ量dpの値が用いられる(即ち、α=dp)。f(x)には、xが0の近傍(例えば−π/4からπ/4までの範囲)で単調増加するような関数を使用することが好ましい。f(x)として、例えば、下式(10)を用いることができる。
f(x)=Ksin(x) ・・・・(10)
但し、K:定数である。
Φas=Φc−β ・・・・(11)
但し、β:目標位相差である。つまり、補助位相演算部45は、演算された振動子位相Φcから補助すべき位相で補助力τを発揮させるための目標位相差βを減じることにより、設定されたタイミングで補助するように調整された補助力位相Φasを算出する。目標位相差βは、屈曲運動の補助力に対する値と、伸展運動の補助力に対する値との両方を、図4に示される入力インターフェース27において別々に設定可能であり、目標値記憶部26に記憶されている。
τL=G×sinΦas ・・・・(12)
τR=−τL ・・・・(13)
但し、G:ゲインである。ゲインGは補助力τの強弱を設定するための係数であり、歩行補助装置1を装着する使用者Uの使用目的や使用時の体調等に応じて異なる値に設定される。
τL=LUT(Φas) ・・・・(14)
次に、図14〜図16を参照して第2実施形態を説明する。なお、第1実施形態と形態又は機能が同一又は同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
ωo(t+1)=ωo(t)+G((Φ−Φc)−α) ・・・・(15)
但し、G:ゲインである。
2 :メインフレーム(支援駆動部)
3 :サブフレーム(支援駆動部)
4 :駆動源(支援駆動部)
5 :制御装置
6 :左右加速度センサ(上体運動検出部)
21 :左右変位位相演算部
22 :左右変位位相補正部
23 :補助力算出部
24 :振動子位相演算部
25 :補助力決定部
26 :目標値記憶部
27 :入力インターフェース
36 :位相抽出部
44 :位相振動子積分演算部
45 :補助位相演算部
101 :歩行補助装置
104 :駆動源(支援駆動部)
105 :制御装置
106 :左右加速度センサ(上体運動検出部)
107 :上下加速度センサ(上体運動検出部)
114 :下腿フレーム(支援駆動部)
115 :足支持部(支援駆動部)
121 :上下変位位相算出部
122 :上下変位位相補正部
123 :左右動作判別部
C :重心
Gx :上下加速度
Gy :左右加速度
P :人間
U :使用者
α :補助目標位相差
β :目標位相差
τ :補助力
Claims (9)
- 使用者の移動運動を支援するべく前記使用者に装着される移動運動支援装置であって、
前記使用者の移動運動に必要な所定の関節の周りに装着され、移動運動に伴う所定の関節動作を支援するように駆動可能に構成された支援駆動部と、
前記使用者の胴体に設けられ、前記使用者の上体の運動を検出する上体運動検出部と、
前記支援駆動部の動作を制御する制御部とを備え、
前記上体運動検出部が前記使用者の上体の左右方向の運動を少なくとも検出し、
前記制御部は、前記上体運動検出部の検出結果に基づいて、前記使用者の上体の左右方向の位置及び左右方向の速度を算出し、算出した左右方向の位置及び速度を用いた演算を実行することによって前記使用者の移動運動における位相を推定し、所定の位相で前記支援駆動部を駆動することを特徴とする移動運動支援装置。 - 前記制御部は、前記上体運動検出部の検出結果に基づいて、前記使用者の脚の接地タイミングを推定し、推定した接地タイミングに対して所定の位相差をもって前記支援駆動部を駆動することを特徴とする請求項1に記載の移動運動支援装置。
- 前記上体運動検出部は、前記使用者の胴体の加速度を検出する加速度センサであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動運動支援装置。
- 前記加速度センサは、前記使用者の胴体の左右方向の横加速度を検出する左右加速度センサを含むことを特徴とする請求項3に記載の移動運動支援装置。
- 前記加速度センサは、前記使用者の胴体の上下方向の加速度を検出する上下加速度センサを含むことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の移動運動支援装置。
- 前記支援駆動部は、前記使用者の大腿部に補助力を付与し、股関節の屈曲、伸展動作を補助することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の移動運動支援装置。
- 前記支援駆動部は、前記使用者の足に補助力を付与し、足関節の底屈、背屈動作を補助することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の移動運動支援装置。
- 前記制御部は、更に前記支援駆動部を前記使用者の上体の運動に協調させながら駆動することを特徴とする請求項1に記載の移動運動支援装置。
- 前記制御部は、前記支援駆動部を、少なくとも前記使用者の上体の回転速度又は傾斜角度に基づいた上体の運動に協調させながら駆動することを特徴とする請求項8に記載の移動運動支援装置。
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