CN103037827B - 腿辅助装置 - Google Patents

Abstract

提供一种具有与情况相适的异常发生时的处理的腿辅助装置。腿辅助装置具有腿装备及控制器。腿装备具有上连结体、下连结体、旋转接头、以及致动器。上连结体被安装至使用者的大腿。下连结体被安装至使用者的小腿。旋转接头可摆动地连结上连结体和下连结体。致动器使下连结体相对于上连结体摆动。控制器向致动器输出指令值，以使下连结体的摆动角追随目标轨迹。控制器还执行第一异常判定处理，即：在向致动器输出指令值之前检测出异常的情况下，切断从致动器向使用者的转矩传递。

Description

腿辅助装置

技术领域

本发明涉及向使用者的腿的关节施加转矩来辅助腿的动作的腿辅助装置。研究了对使用者的四肢(libms)的关节施加转矩来加强使用者的肌肉力量的动作辅助装置。这样的装置典型地包括沿使用者的四肢安装的多连结体多关节的机器人机构。具有这样的机构的动作辅助装置有时被称作“机器人外衣(robot suits)”、“外骨骼机器人(exoskeleton robot)”、或者“动力附装器(powered orthosis)”。本说明书所公开的技术是上述被俗称的装置的一种，并特别涉及沿使用者的腿安装的装置(腿辅助装置，leg support device)。

背景技术

腿辅助装置分为以下两类，即：用于操作者或军人等接受利用装置的训练的人的装置、及用于非健康人等不接受利用装置的训练的人使用的装置。比较起来，本说明书所公开的技术涉及后者的装置。以下，为了慎重起见，预先确认在本说明书中使用的若干用语。在本说明书中，使用者能够自由活动的腿被称作“健康腿”(Sound Leg)，至少一个关节不能自由活动的腿被称作“病腿”(Affected Leg)。另外，在本说明书中，膝和脚踝之间的部分被称作“小腿”，髋关节和膝关节之间的部分被称作“大腿”。

辅助腿的动作的腿辅助装置作为典型的机构具有被安装至使用者的腿的腿装备。腿装备包括：被安装至使用者的大腿的上连结体、被安装至使用者的小腿的下连结体、将上连结体和下连结体可摆动地连结的旋转接头、以及使下连结体相对于上连结体摆动的致动器。腿辅助装置主要对使用者的膝关节施加转矩，从而辅助行走动作、落座动作、或起立动作。此外，腿辅助装置也可以具有对膝关节以外的踝关节或髋关节施加转矩的致动器。但是，人的动作对膝关节产生的负担大，因此这样的腿辅助装置的主要目的在于对膝关节施加转矩，即减轻膝关节的负担。

当发生不良情况时，辅助腿的动作的腿辅助装置有可能会跌倒。因此，腿辅助装置优选具有当发生了某些不良情况时，尽可能避免跌倒的构造(measures)。特别是，在用于腿不能自由活动的非健康人的腿辅助装置中具有这样的构造很重要。

作为这样的构造的例子，在日本专利公开公报2006-61460(以下称为专利文献1)中公开了当检测出异常时切断向使用者的动力传递的装置。另外，在日本专利公开公报2002-191654(以下称为专利文献2)中公开了以下的腿辅助装置：采用滚珠丝杠作为向膝关节传递转矩的转矩传递机构，并且即使停止电力供应，传递机构也能够继续支承膝关节。

发明内容

(发明所要解決的问题)

专利文献1的技术在发生了异常时使膝关节自由地被动摆动。专利文献2的技术在发生了异常时约束(锁定)膝关节。这里，“自由地被动摆动”是指允许小腿通过从外部施加的力活动。如果使膝关节自由地被动摆动，则能够防止对膝关节施加过大的力，但是不能支承体重。如果锁定膝关节，则能够支承体重，但是有可能对膝关节施加过大的力。当发生了异常时，如何应对要依情况而定。本说明书提供一种腿辅助装置，该腿辅助装置具有与情况相适的发生异常时的处理。

(用于解决问题的手段)

本说明书公开的腿辅助装置包括腿装备及控制器。腿装备具有被安装至使用者的大腿的上连结体、被安装至使用者的小腿的下连结体、将上连结体和下连结体可摆动地连结的旋转接头、以及使下连结体相对于上连结体摆动的致动器。控制器向致动器输出指令值，以使下连结体的摆动角追随目标轨迹。

在这样的腿辅助装置中，存在若干在决定发生异常时的应对时应该考虑的情况。其中一个典型的情况是在向致动器输出指令值之前。致动器的典型的例子是马达。当致动器为马达时，即使对马达的控制电路提供电力，如果不提供指令值，马达也不会旋转。控制器优选如果在对马达(致动器)提供动力后并向致动器输出指令值之前检测出异常，则切断从致动器向使用者的转矩传递。如果切断从致动器向使用者的转矩传递，则至少不会从致动器对使用者施加转矩，因此能够防止从致动器对使用者施加过大的力。此外，所谓“切断转矩传递”有切断向致动器提供动力源(例如电力)、及切断从致动器向下连结体传递动力的路径两种。在后者的情况下，例如在致动器的输出轴与下连结体之间具有离合器，通过断开该离合器，能够切断转矩传递。

当控制器切断转矩传递时，优选旋转接头禁止下连结体向后方的摆动。更优选的是旋转接头可以包括单向离合器，所述单向离合器禁止下连结体向使用者后方的摆动，并且允许下连结体向使用者前方的摆动。在此，“下连结体向后方的摆动”是指下连结体的向使用者膝弯曲的方向的摆动。“下连结体向前方的摆动”是指下连结体向使用者的膝伸开的方向的摆动。以下，为了使说明简单，将“下连结体向后方的摆动”表现为“后方摆动”或者“向后方摆动”，将“下连结体向前方的摆动”表现为“前方摆动”或者“向前方摆动”。

通过禁止下连结体的后方摆动，能够在切断转矩传递后腿装备依然支承使用者的体重。另一方面，通过允许下连结体的前方摆动，能够防止在支承体重的方向以外的方向对膝关节施加过大的力。

除上述之外，本说明书公开的新的异常发生时处理通过实施例阐明。

附图说明

图1表示腿辅助装置的主视图；

图2表示腿辅助装置的侧视图；

图3表示膝关节摆动角的目标轨迹的一个例子；

图4是说明在图3中使用的参数的图；

图5表示腿辅助装置的控制框图；

图6是表示腿辅助装置整体的控制流程的流程图；

图7是控制系统异常判定处理的流程图；

图8是第一异常判定处理的流程图；

图9是第二异常判定处理的流程图；

图10是第三异常判定处理的流程图；

图11是第四异常判定处理的流程图；

图12是异常判定处理的另一实施方式的流程图；

图13是异常判定处理的其他实施方式的流程图；

图14是离地判定处理的流程图；

图15是停止按钮按下时的处理的流程图。

具体实施方式

参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1表示实施例的腿辅助装置10的主视图。图2表示腿辅助装置10的侧视图。腿辅助装置10包括沿使用者的右腿安装的腿装备12以及控制器40。在控制器40内描绘的虚线表示电池50。电池50向控制器提供电力，并向马达32提供电力(动力)。本实施例的腿辅助装置10是用于右腿的膝关节不能自由活动的使用者的装置，辅助使用者的行走动作、落座动作、或者起立动作。即，腿辅助装置10是用于具有一条病腿的非健康人的腿辅助装置。

对腿装备12的机械结构进行说明。腿装备12从使用者的大腿沿小腿被安装至右腿的外侧。腿装备12由具有上连结体14、下连结体16、以及脚连结体18的多关节多连结体机构构成。上连结体14的上端经由第一接头20a以能够摆动的方式与腰连结体30连结。下连结体16的上端通过第二接头20b以能够摆动的方式与上连结体14的下端连结。脚连结体18通过第三接头20c以能够摆动的方式与下连结体16的下端连结。上连结体14通过带被固定至使用者的大腿。下连结体16通过带被固定至使用者的下肢。脚连结体18通过带被固定至使用者的脚掌。固定脚连结体18的带在图示中省略。腰连结体30被固定于使用者的躯干(腰)。接头20a、20b、以及20c是使邻接的连结体相互摆动的旋转接头。

如果使用者安装腿装备12，则第一接头20a、第二接头20b、以及第三接头20c各自位于与使用者的右髋关节的俯仰轴、膝的俯仰轴、以及脚踝的俯仰轴大体相同的轴上。腿装备12的各连结体能够根据使用者的右腿的活动而摆动。各接头具有编码器21。编码器21检测与接头连结的邻接的两个连结体之间的摆动角度。即，编码器21检测各关节的角度。第一接头20a的编码器21检测绕使用者的右髋关节的俯仰轴的关节角。第二接头20b的编码器21检测绕使用者的右膝俯仰轴的关节角。第三接头20c的编码器21检测绕使用者的右脚踝俯仰轴的关节角。以下，有时将安装在各接头的编码器群21统称为角度传感器21。另外，两个连结体之间的角度相当于摆动角。连结体的摆动角相当于对应的使用者的关节角。例如，位于与膝关节相同的轴的第二接头20b的摆动角相当于使用者的膝关节的角度。

在脚连结体18上安装有接地传感器19。接地传感器19被安装于脚底的前后两个位置。接地传感器19检测右脚是否接地。接地传感器19可以是典型地在脚连结体18的脚底接地时输出“ON”信号，在脚底悬浮时输出“OFF”信号的“ON/OFF”开关，也可以是测量压力的压力传感器。在压力传感器的情况下，如果检测出的压力比预定的阈值大，则判定为“接地”，如果比预定的阈值小，则判定为“非接地”。

在第二接头20b上安装有马达(致动器)32。马达32位于使用者的膝关节的外侧。马达32位于与使用者的膝关节大体相同的轴上。马达32能够使下连结体16相对于上连结体14相对地摆动。即，马达32能够对使用者的右膝关节施加转矩。另外，在接头20b上配置有单向离合器60。如果单向离合器60与接头20b接合，则允许下连结体16向前方的摆动而禁止下连结体16向后方的摆动。单向离合器60例如在汽车的自动变速器等中被广泛使用，因此省略对其机械结构的说明。还希望注意由棘爪机构构成的单向离合器也广为人知。

该腿辅助装置10通过马达32对使用者的右膝关节施加转矩，从而辅助行走动作、落座动作或者起立动作。腿辅助装置10的控制器40具有下连结体16的摆动角的目标轨迹。“目标轨迹”是下连结体16的目标摆动角的时序数据。“目标轨迹”表示当理想的腿动作实现时小腿的摆动角随时间的变化。腿辅助装置10通过沿目标轨迹摆动下连结体16而引导使用者的小腿以实现理想的行走动作。

如前所述，目标摆动角相当于下连结体16相对于上连结体14的角度，另外也相当于使用者的膝关节角。目标轨迹有时事先存储于控制器40中，也有时由控制器40实时地生成。例如，当辅助行走动作时，控制器40交替地生成右腿处于支承腿期间时的目标轨迹(支承腿目标轨迹)和右腿处于自由腿期间时的目标轨迹(自由腿目标轨迹)。此时，控制器40在右腿处于自由腿期间时根据当前的状态生成用于接下来的支承腿期间的支承腿目标轨迹。另外，控制器40在右腿处于支承腿期间时根据当前的状态生成用于接下来的自由腿期间的自由腿目标轨迹。支承腿的脚尖被固定在地面上从而支承腿不能活动，与此相对，自由腿的脚尖活动。这样由于约束条件的不同，腿辅助装置10将一个行走周期分为支承腿目标轨迹和自由腿目标轨迹。

对支承腿目标轨迹和自由腿目标轨迹，即通常的行走动作中的膝关节角随时间的变化进行详细说明。图3是对行走中的右腿的动作进行说明的图。符号Ak表示的图示出了右膝关节角(膝角度)随时间的变化。膝角度Ak也相当于下连结体16的目标摆动角的时序数据，即目标轨迹。还希望注意图3的图示出了膝角度Ak随时间的变化(目标轨迹)的简要情况(倾向)，没有精密地示出膝角度。

图4是说明膝角度Ak的定义的图。实线表示右腿，虚线表示左腿。比髋关节靠上的实线表示躯干。图3中也一样。直线L1表示连结髋关节和膝关节的直线。直线L1相当于沿大腿的长度方向的直线。膝角度Ak被表示为从直线L1朝向小腿的角度。当膝伸直时相当于膝角度Ak＝0。当膝弯曲成直角时相当于膝角度Ak＝+90度。

返回到图3，继续对目标轨迹进行说明。定时Ta表示右腿着地的定时。定时Td表示右腿离地的定时。从定时Ta到定时Td相当于支承腿期间。定时Tb是在右腿的支承腿期间中膝角度Ak最大的定时。定时Tc相当于在支承腿期间的最后部分中，右腿的脚后跟开始悬浮并且小腿开始向后方摆动的定时。定时Tf表示右腿再次着地的定时。定时Te表示在自由腿期间中膝角度Ak变为最大的定时。在各个定时中的腿的形态如图3的(a)～(f)所示。如(a)和(f)所示，在着地定时Ta、Tb中，右腿的膝伸直，膝角度Ak＝0。图3的(c)表示定时Tc中的腿的形态。如(c)中实线(右腿)所示，在该定时Tc中，小腿在脚尖接地的状态下开始向后方摆动。即，在定时Tc中膝角度Ak从减少转为增加。另外，定时Tc相当于右腿位于最后方的定时，在该定时以后，右腿向前方摆出。

定时Td是右腿离地的定时。(d)表示定时Td中的腿的形态。从定时Tc到定时Td的期间是右腿整体在腿的脚接地的状态下向前方摆动的期间，被称作“预摆动期”。定时Te表示在自由腿期间中膝角度Ak变为最大的定时。在定时Te中，支承腿期间中的膝关节也变为最大值。Tb表示在支承腿期间中膝角度Ak变为最大的定时，(e)所示的腿的形态和(b)所示的腿的形态除了更换了左右腿之外，其余相同。

从定时Ta到定时Td相当于支承腿期间，并且从定时Td到定时Tf相当于自由腿期间。在支承腿期间，脚接地并且脚尖不移动。在自由腿期间腿的脚尖悬浮并且移动。控制器40在自由腿期间生成用于接下来的支承腿期间的目标轨迹(支承腿目标轨迹)，在支承腿期间生成用于接下来的自由腿期间的目标轨迹(自由腿目标轨迹)。控制器40预先存储目标轨迹的基本模式，并根据当前的状态(例如，行走速度等)对基本模式进行修正，决定接下来的期间的目标轨迹。在支承腿期间和自由腿期间，存在脚尖被固定和悬浮并移动的差别，因此，由于基本模式的修正算法不同，所以控制器40将一个行走周期的目标轨迹分为支承腿目标轨迹和自由腿目标轨迹。

控制器40按照各个目标轨迹控制马达32，以使下连结体16追随目标轨迹所示的随时间的变化。更具体地说，目标轨迹相当于对马达32的指令值的时序数据，控制器40将指令值逐个输出至马达32。

接下来，对腿辅助装置10的功能结构进行说明。图5示出了腿辅助装置10的框图。在控制器40内配备有目标轨迹生成模块42、指令值输出模块44、以及安全模块46。这些模块通过软件(程序)实现。实际上，执行这些软件的CPU作为各个模块发挥作用。

图5中的符号52示出了使用者操作的控制台。图5的符号54总称腿辅助装置10具有的全部传感器。因此，传感器54包括测量各连结体的摆动角的编码器21及检测脚是否接地的接地传感器19。此外，传感器54包括例如用于检测马达32是否过热的温度传感器、检测传感器和控制器之间的通信电缆的断路及从电池向其他单元提供电力的电力电缆的断路的传感器、以及检测是否有过电流流经马达32的过电流传感器等。安全模块46基于这些传感器54的传感器数据检测异常的发生。

图5的符号58表示腿辅助装置10的主开关。如果接通主开关，则对控制器40和马达32提供电力(动力)。符号56表示安装在电池50和马达32之间的电力切断开关。电力切断开关56在不提供电力时断开(切断电池50和马达32之间的电力供应路径)，在提供电力时闭合(连接电池50和马达32之间的电力供应路径)，是所谓的常闭型开关。安全模块46向电力切断开关56提供电力。即，如果来自安全模块46的电力供应中断，则电力切断开关56断开，从而切断向马达32的电力供应。

控制器40基于经由控制台52输入的使用者的指示，执行行走动作辅助、起立动作辅助、或者落座动作辅助等各种功能。例如，如果使用者指示行走动作辅助，则控制器40生成用于辅助行走动作的目标轨迹。如上所述，用于辅助行走动作的目标轨迹分为支承腿目标轨迹和自由腿目标轨迹。或者，如果使用者指示落座动作辅助，则控制器40生成用于辅助落座动作的目标轨迹。或者，如果使用者指示起立动作辅助，则控制器40生成用于辅助起立动作的目标轨迹。目标轨迹生成模块42负责生成目标轨迹。目标轨迹生成模块42存储有针对各动作的目标轨迹的基本模式。目标轨迹生成模块42基于传感器54的传感器数据对基本模式进行修正。被修正了的基本模式相当于用于驱动马达32的最终目标轨迹。

生成的目标轨迹被送至指令值输出模块44。指令值输出模块44以取样周期间隔对马达32输出指令值。即使电池50对马达32提供了电力，如果没有对马达32提供指令值，马达32也不运转。具体地说，从电池50供给的电力首先被供应到马达32附带的控制电路。控制电路不向马达32的转子提供电力直到从上位单元(在本实施例的情况下是控制器40)接收指令值为止。控制电路如果从上位单元接收到指令则开始向转子提供电力。即马达32只有从控制器40接收指令值后才旋转。

安全模块46从传感器54的传感器数据判断发生异常。安全模块46根据异常的种类，或者切断对马达32的电力供应，或者切换单向离合器60的接合和断开，从而对指令值输出模块44进行控制。在切断对马达32的电力供应时，安全模块46切断对电力切断开关56的电力供应。切断对马达32的电力供应相当于切断从马达32(致动器)向使用者的转矩传递的一个例子。

在说明安全模块46执行的处理之前，对腿辅助装置10的整体控制的流程进行说明。图6示出了腿辅助装置10整体控制的流程图。如果使用者使主开关58接通(S2)，则首先控制器40起动(S4)。在步骤S4中，目标轨迹生成模块42、指令值输出模块44、以及安全模块46被初始化。在安全模块46初始化的过程中，对电力切断开关56提供电力，电力切断开关56导通。然后，开始对马达32(致动器)提供电力(S6)。此外，如果步骤S6结束，则腿辅助装置10变为等待输入来自使用者的指示的状态(S8)。如果来自使用者的指示被输入，则腿辅助装置10执行与指示对应的马达控制(S10)。例如，当来自使用者的指示为行走动作辅助时，控制器40交替生成用于控制行走的目标轨迹(即支承腿目标轨迹和自由腿目标轨迹)，并且控制马达32以使下连结体16追随目标轨迹。当处理转移到步骤S10时，开始对马达32输出指令值。

如果根据使用者的指示的马达控制结束，则腿辅助装置10再次返回到等待来自使用者的输入的状态。在此期间，如果主开关被断开(S12：YES)，则控制器40切断向马达32的电力供应(S14)，接着执行结束处理(S16)。执行步骤S10前的状态相当于“对马达32输出指令值之前”。

接下来对安全模块46执行的处理进行说明。安全模块46执行控制系统异常判定处理(图7)、第一异常判定处理(图8)、第二异常判定处理(图9)、第三异常判定处理(图10)、以及第四异常判定处理(图11)。安全模块46按照上述顺序执行各异常判定处理。安全模块46每隔预定的周期反复执行上述处理。

对控制系统异常判定处理(图7)进行说明。安全模块46当检测到异常(S52)时，首先判定异常的种类是控制系统的异常还是控制系统的异常以外的异常(S54)。控制系统的异常的例子如下所示。安全模块46当接收到表示马达过热的传感器数据时，判断为发生了控制系统的异常。另外，安全模块46当下连结体的摆动角的目标值和测量值的差超过了预定的阈值时，判断为发生了控制系统的异常。控制系统以外的异常的例子如下所示。安全模块46在控制台52和控制器40之间的通信中断时，判断为发生了控制系统以外的异常。另外，安全模块46在电池50的余量降低到既定值以下时，判定为发生了控制系统以外的异常。另外，例如，当安全模块46与多个接地传感器19中的任一个通信中断时，判断为发生了控制系统以外的异常。

安全模块46在判断为发生了控制系统的异常的情况下(S56：YES)，立即停止向电力切断开关56的电力供应。即，安全模块46立即切断转矩传递(S60)。接下来，安全模块46使单向离合器60接合(S62)。此外，图中的记号“OWC”表示单向离合器。即，安全模块46(控制器40)在后述的第一异常判定处理(图8)之前，判定检测到的异常是否是致动器控制系统的异常(S56)，当判定为是致动器控制系统的异常时，立即切断转矩传递(S60)。当发生了控制系统的异常时，控制器40立即切断转矩传递。通过这样的处理，腿辅助装置10可靠地停止致动器。如果切断从致动器向使用者的转矩传递，则至少不会从致动器对使用者施加转矩，因此能够防止致动器对使用者施加过大的力。

安全模块46在发生的异常是控制系统以外的异常的情况下，接下来执行第一异常判定处理(图8)。在第一异常判定处理中，安全模块46判定是否处于控制器40向马达32输出指令值之前(S102)。当处于输出指令值之前时(S102：YES)，安全模块46立即停止向电力切断开关56的电力供应。即，安全模块46立即切断转矩传递(S104)。控制器40在向致动器输出指令值之前检测到异常时，切断从致动器向使用者的转矩传递(S104)。

安全模块46在检测到异常的定时处于开始输出指令值之后的情况下(S102：NO)，接下来执行第二异常判定处理(图9)。在第二异常判定处理中，安全模块46判定下连结体16是否处于摆动中(S202)。安全模块46在判定为下连结体16未处于摆动中的情况下(S202：NO)，切断转矩传递(S204)，并使单向离合器接合(S206)。

安全模块46在判定为下连结体16处于摆动中的情况下(S202：YES)，接下来执行第三异常判定处理(图10)。在第三异常判定处理中，安全模块46首先判定腿辅助装置10是否正在辅助使用者的某个动作(例如，行走动作、起立动作、或者落座动作)。在此，“动作辅助”是指控制器40控制马达32以使下连结体16追随目标轨迹。判定动作模式。例如，当腿辅助装置10以行走动作辅助模式动作时，步骤S302的判断变为“YES”。当腿辅助装置10处于动作辅助中时(S302：YES)，安全模块46输出指令值，直到在检测出异常时正被使用的目标轨迹(支承腿目标轨迹或者自由腿目标轨迹)的最后为止(S304)。在输出指令值直到最后为止之后，安全模块46切断转矩传递(S306)。同时安全模块46使单向离合器接合(S308)。

当在动作辅助时发生了异常、并且该异常为控制系统以外的异常时，能够短暂地继续之前执行的动作辅助的可能性极大。腿辅助装置10在这样的情况下，继续进行当前的支承腿控制(或者自由腿控制)直到最后为止，随后切断转矩传递。支承腿控制及自由腿控制都在两脚接地的状态下结束(参照图3的图形)。因此，无论哪一种控制，通过继续进行直到最后为止，控制器40都在两脚接地后切断转矩传递。即，控制器40在使用者稳定站立的状态下切断转矩传递。并且，这时，控制器40使单向离合器60接合。因此，由于下连结体16向后方摆动被禁止，所以腿装备12能够支承使用者的体重。

安全模块46当未处于动作辅助中时(S302：NO)，接下来执行第四异常判定处理(图11)。安全模块46在第四异常判定处理中首先切断转矩传递(S401)。接着，安全模块46基于下连结体16的摆动角度，判定使用者是否已落座(S402)。更详细地说，安全模块46在下连结体的摆动角度处于预定的范围内时，判定为已落座。预定的范围是例如45度以上。下连结体16的摆动角处于45度以上相当于下连结体16从膝伸直的状态向后方摆动45度以上(参照图4)。当下连结体16向后方摆动45度以上时，使用者已落座、或者正在椅子的正上方坐下的可能性高。即，下连结体16向后方摆动45度以上表示使用者已落座的可能性极高。此外，安全模块46还适于使用使用者的大腿的倾斜角(相对于铅垂方向的角度)和/或施加在脚掌的负荷的信息，来判定使用者是否已落座。通过使用这些信息，能够以更高的可靠度判断使用者是否已落座。

安全模块46在判定为使用者已落座的情况下(S402：YES)，执行接头断开处理(S404)。另一方面，安全模块46在判定为没有落座的情况下(S402：NO)，执行接头固定处理(S406)。在此，“接头断开处理”是指使下连结体在前方及后方的任一个方向都处于自由地被动摆动状态。“自由地被动摆动状态”是指允许基于外力的下连结体16的摆动。例如，在从下连结体16侧向马达32的起动转矩小的情况下，如果使马达32处于未通电状态，则可实现“自由地被动摆动状态”。另外，在马达32和下连结体16之间具有离合器的情况下，通过断开离合器可以实现“自由地被动摆动状态”。另外，“接头固定处理”表示至少禁止下连结体16的后方摆动。例如，上述的接合单向离合器相当于“接头固定处理”的一个例子。另外，在马达32具有制动器的情况下，使制动器工作也相当于“接头固定处理”的一个例子。此外，如果使制动器动作，则下连结体16的后方摆动及前方摆动这二者都被禁止。

S402、S404、以及S406的处理带来下述的好处。当使用者已落座时，即使断开接头，使用者也是安全的。另一方面，当使用者没有落座时，即当使用者站立的可能性高时，如果断开接头，则使用者可能跌到。在这样的情况下，通过不断开而固定接头，腿装备12支承使用者的体重，防止跌倒。

接下来，对通过安全模块46进行的异常判定处理的其他实施方式进行说明。图12示出了异常判定处理的其他实施方式的流程图。图12的流程图可以应用在安全模块46中来取代图7至图11所示的异常判定处理。

安全模块46在检测出异常的情况下(S502)，判定检测出的异常是否是致动器控制系统的异常(S504)。当判定为检测出的异常是控制系统的异常时(S504：YES)，安全模块46立即切断转矩传递(S507)。另一方面，当判定为检测出的异常是致动器控制系统以外的异常时(S504：NO)，继续进行对致动器的控制直到目标轨迹上预定的既定定时为止，随后切断转矩传递(S506，S507)。在此，既定定时典型地为右脚(病腿)着地的定时。即，安全模块46在检测出异常后，基于目标轨迹继续进行致动器控制直到右脚(病腿)着地为止，随后切断转矩传递。此外，右脚(病腿)是否接地基于接地传感器19的传感器数据判断。

安全模块46切断转矩传递，并且判定使用者是否已落座(S508)。安全模块46在判定为使用者已落座的情况下执行接头断开处理(S510)，在判定为没有落座的情况下执行接头固定处理(S512)。

对通过安全模块46进行的异常判定处理的其他实施方式进行说明。图13示出了异常判定处理的其他实施方式的流程图。图13的流程图可以应用在安全模块46中来取代图12所示的异常判定处理。安全模块46在检测出异常的情况下(S602)，首先判别控制器40执行的动作模式(S604)。动作模式根据在致动器控制中采用的目标轨迹的种类划分。行走辅助模式是辅助使用者的行走动作的模式，其采用了自由腿目标轨迹及支承腿目标轨迹中的任一者。落座动作辅助模式是辅助使用者的落座动作的模式。起立动作辅助模式是辅助使用者的起立动作的模式。

在落座动作辅助模式的情况下，安全模块46继续进行辅助直到使用者落座为止(S610)。随后，安全模块46切断转矩传递并执行接头断开处(S611、S612)。在起立动作辅助模式的情况下，安全模块46继续进行辅助直到使用者起立为止(S613)。随后，安全模块46切断转矩传递并执行接头固定处理(S614，S615)。另一方面，在行走动作模式的情况下，安全模块46继续进行基于目标轨迹的致动器控制直到两腿接地为止(S620)。当病腿处于自由腿期间时，安全模块46监控接地传感器19的传感器数据，判断病腿是否接地。安全模块46在确认病腿接地后，切断转矩传递，并执行接头固定处理(S622，S624)。病腿是否接地基于接地传感器19的传感器数据判断。

腿辅助装置10的安全模块46优选除上述任一种异常判定处理之外，还进行图14所示的离地判定处理。安全模块46判断接头是否被固定(S702)。当接头被固定时(S702：YES)，安全模块46基于接地传感器19的传感器数据，判定病腿是否接地(S704)。在此，当病腿未接地时(S704：NO)，安全模块46断开被固定的接头(S706)。

离地判定处理在暂且固定了腿装备12的第二接头20b后病腿离地的情况下，断开第二接头20b。固定“第二接头20b”是指禁止下连结体16的后方摆动。因此，如果固定第二接头20b，则腿装备12支承使用者的体重。随后，病腿离地暗示着使用者开始倒下的可能性高。在这样的情况下，断开第二接头20b，即，使第二接头20b处于能够被动摆动的状态，从而使使用者的膝能够对应于外力灵活地摆动。通过这样的处理，防止对膝施加预料之外的过大的负荷。

腿辅助装置10还具有多个停止按钮。停止按钮被安装在控制台52上。一个停止按钮是“通常停止按钮”，另一个停止按钮是“紧急停止按钮”。“紧急停止按钮”是当使用者感到异常时按下的按钮。即，区分“通常停止按钮”的操作和“紧急停止按钮”的操作也是判别异常的种类的一种。操作按钮时的处理的流程图如图15所示。安全模块46在检测到任一种停止按钮的操作的情况下(S802)，判别被操作的按钮的种类(S804)。当操作了紧急停止按钮时，安全模块46立即停止转矩传递(S808)，并执行接头固定处理(S810)。另一方面，安全模块46在操作了通常停止按钮时，继续进行基于目标轨迹的控制直到脚接地为止(S808)。随后，安全模块46停止转矩传递(S808)，并执行接头固定处理(S810)。

对以上说明的实施例的腿辅助装置10及其变形例的特征进行总结。第二接头20b是旋转接头并具有单向离合器。单向离合器禁止下连结体向后方摆动并且允许下连结体向前方摆动。控制器40在第一异常判定处理中判定为在开始向致动器输出指令值之后检测出异常的情况下，判定下连结体是否处于摆动中。控制器40在判定为下连结体未处于摆动中的情况下使单向离合器接合。这些处理相当于上述的第二异常判定处理。

当辅助使用者的行走动作时，控制器40交替生成用于控制支承腿的支承腿目标轨迹和用于控制自由腿的自由腿目标轨迹。同时，控制器40当安装了腿装备12的腿为支承腿时，基于支承腿目标轨迹输出指令值，当安装了腿装备的腿为自由腿时，基于自由腿目标轨迹输出指令值。控制器40在第二异常判定处理中判定为下连结体处于摆动中的情况下，输出指令值直到在检测出异常时正被使用的目标轨迹的最后为止。然后，控制器40在输出指令值直到目标轨迹的最后为止之后，切断转矩传递并使单向离合器接合。这些处理相当于上述的第三异常判定处理。

腿辅助装置10具有检测异常的传感器54。控制器40对致动器进行控制，以使下连结体的摆动角追随目标轨迹。控制器还根据检测出的异常的种类执行禁止下连结体向后方摆动的接头固定处理、及使下连结体成为自由地被动摆动状态的接头断开处理中的一者。

控制器40基于下连结体的摆动角度判定使用者是否已落座。控制器40在判定为已落座的情况下执行接头断开处理，在判定为未落座的情况下执行接头固定处理。

控制器40判定检测出的异常是否是致动器控制系统的异常。然后控制器40在判定为是致动器控制系统的异常的情况下立即判定使用者是否已落座，并切断转矩传递。随后控制器40根据判定结果执行接头断开处理及接头固定处理中的一者。

控制器40在判定为检测出的异常是致动器控制系统以外的异常的情况下，继续进行对致动器的控制直到目标轨迹上预定的既定定时为止，然后判定使用者是否已落座。接下来控制器40切断转矩传递并根据判定结果执行接头断开处理及接头固定处理中的一者。

控制器40如果在基于用于辅助使用者的起立动作的起立辅助目标轨迹控制致动器的期间检测出异常，则对致动器进行控制直到起立辅助目标轨迹的最后为止，然后切断转矩传递并执行接头断开处理。

控制器40如果在基于用于辅助使用者的落座动作的落座辅助目标轨迹控制致动器的期间检测出异常，则对致动器进行控制直到落座辅助目标轨迹的最后为止，然后切断转矩传递并执行接头固定处理。

控制器40如果在基于用于辅助使用者的行走动作的行走辅助目标轨迹控制致动器的期间检测出异常，则继续进行基于行走辅助目标轨迹的致动器控制直到右脚(作为病腿且安装有腿装备12的腿的脚)着地为止。控制器40如果检测出右脚接地，则切断转矩传递并执行接头固定处理。当采用单向离合器时，在检测出异常的定时执行接头固定处理，辅助膝关节支承体重。当病腿为自由腿时，控制器40继续进行辅助直到自由腿着地为止，然后切断转矩传递。

腿辅助装置10具有控制台(包含使用者操作的非常停止开关及通常停止开关)。控制器40在被操作了非常停止开关时立即切断转矩传递。控制器40在被操作了通常停止开关时，继续进行致动器控制直到目标轨迹上预定的既定定时为止。控制器40在到达既定定时后切断转矩传递。

对关于实施例的注意点及更合适的变形例进行描述。优选控制器40在切断转矩传递后，根据对下连结体的摆动角及使用者的右脚是否接地的判定中的至少一者，来执行禁止下连结体向后方摆动的接头固定处理及使下连结体成为自由地被动摆动状态的接头断开处理中的一者。根据下连结体的摆动角能够判定使用者是否着地。此外，在右脚未接地的情况下，也能够推定使用者没有着地的可能性高。

实施例的安全模块46的动作总的来说表现如下。安全模块46根据检测出的异常的种类(以及腿辅助装置10的状态)，执行以下四个处理中的一者。

(1)立即接头固定处理，所述立即接头固定处理立即固定连结体之间的摆动角度。

(2)立即接头断开处理，所述立即接头断开处理立即使连结体成为自由地被动摆动状态。

(3)动作后接头固定处理，所述动作后接头固定处理继续进行追随目标轨迹的控制直到目标轨迹上预定的定时为止，随后固定连结体之间的摆动角度。

(4)动作后接头断开处理，所述动作后接头断开处理继续进行追随目标轨迹的控制直到目标轨迹上预定的定时为止，随后使连结体成为自由地被动摆动状态。

在实施例的腿辅助装置10中，切断转矩传递的构件是切断向马达32的电力供应的电力切断开关56。切断转矩传递的构件除此以外也可以由配置在马达32的输出轴和下连结体16之间的离合器实现。当断开离合器时转矩传递路径被切断。

以上，对本发明的具体例子进行了详细的说明，但这些只不过是示例，并不限定权利要求书。权利要求书记载的技术包含对以上例示的具体例子进行种种变形、变更而成的技术。在本说明书或附图中说明的技术要素单独或者通过各种组合发挥技术上的有用性，并不限于申请时权利要求记载的组合。另外，在本说明书或附图中例示的技术能够同时达到多个目的，并通过达到其中的一个目的本身来实现技术上的有用性。

Claims (3)

1.一种腿辅助装置，其特征在于，包括：

腿装备，所述腿装备具有被安装至使用者的大腿的上连结体、被安装至使用者的小腿的下连结体、将上连结体和下连结体可摆动地连结的旋转接头、以及使下连结体相对于上连结体摆动的致动器；

控制器，所述控制器向致动器输出指令值，以使下连结体的摆动角追随目标轨迹；以及

单向离合器，所述单向离合器设置在旋转接头上，并禁止下连结体向后方摆动，并且允许下连结体向前方摆动，

控制器执行第一异常判定处理和第二异常判定处理，

所述第一异常判定处理是以下的处理：在向致动器输出指令值之前检测出异常的情况下，切断从致动器向使用者的转矩传递，

所述第二异常判定处理是以下的处理：在开始向致动器输出指令值之后检测出异常、并且下连结体处于摆动中的情况下，输出指令值直到正被使用的目标轨迹的最后为止，之后切断转矩传递，并且使单向离合器接合。

2.如权利要求1所述的腿辅助装置，其特征在于，

当辅助使用者的行走动作时，控制器交替生成用于控制支承腿的支承腿目标轨迹和用于控制自由腿的自由腿目标轨迹，并且当安装有腿装备的腿为支承腿时基于支承腿目标轨迹输出指令值，当安装有腿装备的腿为自由腿时基于自由腿目标轨迹输出指令值。

3.如权利要求1所述的腿辅助装置，其特征在于，

控制器在执行第一异常判定处理之前执行控制系统异常判定处理，即：判定检测出的异常是否是致动器控制系统的异常，并在判定为是致动器控制系统的异常的情况下立即切断转矩传递。