CN103845186A - 运动辅助设备和运动辅助方法 - Google Patents

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细田育英
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Abstract

本发明提供了一种运动辅助设备和运动辅助方法，该运动辅助设备包括：腿杆，该腿杆连接到用户的腰部区域和脚部区域并且包括线性运动致动器；腰部连接部分，配置成将腿杆的一端连接到腰部区域；以及脚部区域连接部分，配置成将腿杆的另一端连接到脚部区域。

Description

运动辅助设备和运动辅助方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年11月28日所提交的日本优先权专利申请JP2012-259827的权益，该日本优先权专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开的技术涉及一种运动辅助设备和运动辅助方法，该运动辅助设备和运动辅助方法被安装并且用在主要希望协助或照顾的老年人等的身体上，并且被配置成身体上以及精神上辅助身体的运动，包括行走运动。
背景技术
2010年日本的老龄比例（65岁或以上的老龄人口在总人口中所占据的比例）达到23.1%，并且预计在2025年达到30%。当老龄人口所占据的比例如上所述地快速增加时，亟待实现如下社会：其中，老年人可以尽可能地健康并且积极地生活，而不是处于全责护理照顾的状态，并且即使老年人处于全责护理照顾的状态中也可以尽可能地防止恶化以及独立地生活。
根据老龄化社会的到来，在包括老年人成员的老年人看护设施或家庭中，增加了对于用于辅助老年人的精神和身体的目的的机电仪器的需求。最重要的是，存在对于配置成执行身体协助的机器（诸如自动行走协助装置）或动力协助套装（suit）的高度需求。
在用于协助和照顾的机电仪器的开发中最重要的一点是尽可能地维持并且增加老年人的活动而不产生不必要的干扰。当由于老年人的体制下降而导致由机器过度地执行老年人的活动时，老年人的体制进一步地变弱，并且情况恶化（废用综合症）。动力协助套装是如下设备：该设备被配置成施加除了由人类肌肉所生成的力之外的人造力作为辅助力。因此，该设备是其中在补充老年人的体质下降的同时维持老年人自身的活动的示例性仪器。
采用力对老年人进行协助正在技术上变得可行。然而，近来动力协助套装的增殖速率不是很高。这可以认为是由下面的原因导致的。
（1）设备的安装和拆卸不容易。另外，长期使用可能导致不适。
（2）价格高，并且成本效益不好。
（3）安装的外观不自然并且是怪异的，以及因此减少了在市场上的外表竞争力。
（4）不可以执行从坐下到行走的广泛范围的用户的运动辅助。
（5）仪器的重量被施加给用户，并且仅仅可以执行笨重的辅助。另外，由于辅助力造成的横向反转力矩可以容易地发生。
（6）对于用户的体形的依赖性高。
（7）工作时间短。
例如，被配置成基于来自肌电传感器的输出和运动阶段估计的结果将驱动力施加到关节的力控制类型动力协助套装最近受到了关注（例如，参见Kawamoto H.,Lee S.,Kanbe S.,Sankai Y.:“Power As.sist Method forHAL-3 using EMG-based Feedback Controller”,Proc.of Int’l Conf.onSystems,Man and Cybernetics(SMC2003),pp.1648-1653,2003）。然而，根据该动力协助套装，应当将至少九个肌电传感器附接到一条腿，并且因此大大地消耗了安装劳力。另外，由于时间改变或出汗、肌电传感器可能从皮肤脱离。当肌电传感器与皮肤之间的吸附被破坏时，肌电传感器的输出值可能变得不稳定，动力协助套装可能发生故障，或可能将不适当的力施加到穿着套装的人体。这样的不足会影响动力协助套装的增殖。
另一方面，还提出了一种不使用肌电传感器的人体辅助设备（例如，参见J.Ghan,R.Steger,Kazerooni,H,“Control and System Identificationfor the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton”,Advanced Robotics,Volume 20,Number 9,pp.989-1014,Number 9,2006）。该人体辅助设备被配置成感测用户的关节的运动并且对关节施加力以辅助该运动。然而，因为人体辅助设备是安装在身体外部的设备，所以其保持了对用户的身体的横向方向上的尺寸的依赖性，并且设备的尺寸可能增加。
另外，还提出了一种安装在用户的双腿内侧的夹板类型行走辅助设备（例如，参见第4641225号日本专利）。然而，因为行走辅助设备的膝盖区域从身体大幅度地突出，所以产生了外观的问题。另外，因为在胯部下设置有弧形结构，所以当安装行走辅助设备时用户不可以坐在椅子上。即，行走辅助设备不可以执行从坐下到行走的广泛范围的运动辅助。
此外，提出了一种根据行走的阶段来执行髋部关节的辅助的行走协助系统（例如，参见公开日本专利申请第2011-62463号）。行走协助系统由用户所夹持的倒立的摆状类型运动体和被配置成辅助用户的腿的运动的行走辅助设备构成。然后，倒立的摆状类型运动体控制当用户夹持时基体的运动和基于目标运动速度的运动，并且行走辅助设备基于用户的腿的主体的运动和目标运动速度将力传送给用户，以使得目标运动速度具有在倒立的摆状类型运动体与行走辅助设备之间的预定速度关系。然而，该行走协助系统被设计成执行摆动腿的轻度辅助，而不可以执行实用性的力辅助，诸如上楼梯时所需要的提起体重，以及摆动腿的提升。
发明内容
期望提供一种良好的运动辅助设备和运动辅助方法，该运动辅助设备和运动辅助方法被安装并且用在主要希望协助或照顾的老人等的身体上，并且能够适当地在身体上以及精神上辅助开始行走运动的人体的锻炼。
期望提供一种良好的运动辅助设备和运动辅助方法，该运动辅助设备和运动辅助方法除了能够对用户的运动进行简单的协助之外，还能够：容易安装和拆卸、即使长期使用也能减少不适、以低成本获得高的效果、去除外观的问题、执行从坐下到行走的广泛范围的运动辅助、以及通过辅助力而不对用户施加仪器的重量来使得难以生成横向反转力矩。
根据本技术的实施例，提供了一种运动辅助设备，该运动辅助设备包括：腿杆，该腿杆连接到用户的腰部区域和脚部区域，并且该腿杆包括线性运动致动器；腰部连接部分，被配置成将腿杆的一端连接到腰部区域，以及脚部区域连接部分，被配置成将腿杆的另一端连接到脚部区域。
可以操作线性运动致动器以使得腿杆沿着腿杆的纵向方向伸缩。
腰部连接部分和脚部区域连接部分可以连接到一端和另一端，以使得腿杆布置在左腿和右腿内侧。
运动辅助设备还可以包括用户在其躯干处所穿戴的并且具有腰部连接部分的装备。
装备可以在用户的腹前部附近经由腰部连接部分连接到腿杆的一端。
装备可以将由线性运动致动器所生成的一个方向向上的力传送到用户的骨盆。
装备可以具有：环绕用户的腿的股部的股部套具，环绕用户的腰部区域并且连接到腿杆的一端的腰部套具，以及配置成连接腰部套具和股部套具的基本上线性的连接套具。
当线性运动致动器扩张并且腰部套具向上提升时，随着股部套具经由连接套具被提升，向上的力可以被传送到用户的骨盆。
运动辅助设备还可以包括脚底区域，脚底区域被配置成连接具有3个旋转自由度的脚部区域连接部分，以使得脚部连接部分的旋转中心布置在用户的脚部区域的拇指区域的向前方向和向后方向附近以及用户的脚底在脚底的横向方向上的中心附近。
腰部连接部分可以在用户的骨盆的横向方向上的中心附近连接腿杆的一端。
腿杆可以安装在用户的左腿和右腿中的每个上，并且左腿杆和右腿杆的腰部连接部分可以被布置为聚集于一个点。
腿杆可以具有向用户的躯体的前方部分弯曲的弯曲部分。
腿杆可以安装在用户的左腿和右腿中的每个上，并且腰部连接部分可以对围绕左腿杆和右腿杆的髋关节辊轴的可移动范围进行限制。
运动辅助设备还可以包括：力传感器，被配置成检测施加到线性运动致动器的外部力；以及控制部，被配置成基于力传感器的输出值对线性运动致动器进行力控制。
运动辅助设备还可以包括：地面传感器，被配置成检测脚部区域的鞋底的地面状态；以及控制部，被配置成基于地面传感器的输出值对线性运动致动器的运动进行控制。
运动辅助设备还可以包括控制部，控制部被配置成对线性运动致动器进行力控制，以使得压力Fstance是根据支撑腿侧的腿杆中用户的膝盖的屈曲量θKPJ而施加的，以支撑重量，并且使得提升力fswing是根据摆动腿侧的腿杆中用户的髋部关节的屈曲量θHPJ而施加的。
运动辅助设备还可以包括编码器，编码器被配置成检测线性运动致动器的位置。控制部可以使得在线性运动致动器的位置处用户的膝盖的屈曲量θKPJ与膝盖的屈曲量θKPJ近似。
控制部可以考虑到对于在支撑腿侧的腿杆中的压力Fstance以及在摆动腿侧的腿杆中的提升力fswing的自重补偿的力，对线性运动致动器进行力控制。
控制部可以对线性运动致动器进行力控制以使得用于摆动腿侧的腿杆的提升力不被施加到支撑腿侧的腿杆。
此外，根据本技术的实施例，提供了一种运动辅助方法，运动辅助方法对穿戴根据权利要求1的运动辅助设备的用户的运动进行辅助，运动辅助方法包括：确定脚部区域的地面状态；对线性运动致动器进行力控制，以根据在摆动腿侧的腿杆中用户的髋部关节的屈曲量θHPJ来施加提升力fswing；以及对线性运动致动器进行力控制，以使得根据在支撑腿侧的腿杆中用户的膝盖的屈曲量θKPJ来施加压力Fstance以支撑重量。
根据本公开的实施例，提供了一种运动辅助设备，被配置成仅通过脚部区域和腰部区域将设备固定到用户的身体，并且经由包括线性制运动致动器的腿杆连接用户的脚部区域和腰部区域。腿杆布置在两腿的内侧，并且以高速率对轻量的设备的重量进行补偿，而不受到身体的横向方向的尺寸的影响。腿杆和腰部的连接部分在用户的腹前部。腿杆经由简单的套具连接到用户的腰部区域，该套具被配置成将一个方向向上的力仅传送到用户的骨盆。另外，腿杆连接到脚部区域以关于鞋中心部分是可旋转的。
根据本公开的一个或更多个实施例，可以同时满足如下的多个必要条件，并且可以提供良好的运动辅助设备和运动辅助方法。
（1）容易安装和拆卸。
（2）减少长期使用的不适。
（3）低成本。
（4）可以辅助用户的体重的提升和摆动腿的升高两者。
（5）膝盖区域不向前突出，并且可以去除外观的问题。
（6）可以执行从坐下到行走的广泛范围的运动辅助。
（7）不容易将设备的重量施加给用户。
（8）不容易通过辅助力生成横向反转力矩。
（9）对用户的体型的依赖性低。
（10）设备小并且容易操作。
通过基于下面的实施例和附图进行的详细描述，本公开的技术的其他方面、特征以及优点将变得明显。
附图说明
图1是示意地示出施加了本公开的技术的腿协助套装100的配置的图；
图2是示出线性运动致动器120的配置示例的图；
图3是示出在主机计算机140周围所构建的腿协助套件100的控制系统300的配置示例的图；
图4是示意地示出被配置成将腿协助套装100固定到用户的腰部区域的套具400的配置的图；
图5是示意地示出如下方面的图，在该方面中：当使用用户的腹前部和躯干内侧作为动作点时，将力施加到脚部区域；
图6是示意地示出将腿协助套装安装到用户的脚部区域的配置的图；
图7A是示意地示出了行走运动由腿协助套装100所辅助的方面的图，其中，配置腿协助套装以使得左腿和右腿的自由髋关节辊轴彼此间隔分开；
图7B是示意地示出了行走运动由腿协助套装100所辅助的方面的图，其中，配置腿协助套装以使得左腿和右腿的自由髋关节辊轴聚集于一个点；
图8A是示意地示出在行走动作期间、当左腿和右腿的自由髋关节辊轴彼此间隔分开时、从支撑腿所接收到的协助力所进行的关于辊轴的横向反转力矩的图；
图8B是示意地示出在行走动作期间、当左腿和右腿的自由髋关节辊轴聚集于一个点时、从支撑腿所接收的协助力所进行的关于辊轴的横向反转力矩的图；
图9A是示意地示出腿协助套装的配置的图，其中，旋转关节901布置在中间部分中以生成沿用户的腿的向上方向和向下方向的伸缩力；
图9B是示意地示出腿协助套装的配置的图，该腿协助套装被配置成沿用户的腿的向上方向和向下方向以线性运动的类型伸缩；
图10是示意地示出穿着腿协助套装100的用户坐下的状态的图；
图11是示出腿杆（LR）110L和110R彼此不干扰的可运动范围的图；
图12是示意地示出用户的腿的运动和腿协助套装100的运动的图；
图13是示出用于控制腿协助套装100的运动的处理序列的流程图；
图14是示出腿协助套装1400的另一配置示例的图；
图15是示意地示出从上部看到的腰部带扣1402的外观的图；
图16是示意地示出腰部带扣1402安装在腰部套具1401上的方面的图；
图17是示意地示出腿杆（LR）1403的下端连接到脚部区域1404的方面的图；
图18是示意地示出线性运动致动器的另一配置示例的图；以及
图19是示意地示出线性运动致动器的另一配置示例的图。
具体实施方式
在下文中将参照附图描述本公开的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，采用相同的附图标记表示基本上具有相同功能和结构的结构性元件，并且省略对这些结构性元件的重复的说明。
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的技术的实施例。
图1示意地示出应用了本公开的技术的腿协助套装100的配置。
在附图中所示的腿协助套装100仅通过腰部区域和脚部区域被固定到用户的身体，以最小化用户的受限部分。腿协助套装100包括：腿杆（LR）110L和110R，在左腿和右腿处连接在腰部区域与脚部区域之间；以及线性运动致动器120L和120R，安装在腿杆（LR）110L和110R的中间部分附近的内部，线性运动致动器120L和120R使得腿杆（LR）110L和110R沿腿杆的纵向方向伸缩。
如图1所示，左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R两者布置在用户两腿的内侧。因此，当用户穿着腿协助套装100时，腿协助套装100不受到身体的横向方向的尺寸的影响。另外，腿协助套装100是轻量的，并且以高速率对设备的重量进行补偿。
左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R经由被配置为套具（将在下面描述）的简单装备（将在下面描述）连接到用户的腹前部。主机计算机140安装在腰部区域（套具）上，该主机计算机140被配置成执行计算处理，诸如线性运动致动器120L和120R或电池141等的驱动控制。
骨盆连接（PL）被配置在腿杆（LR）110L的上端的连接部分111L与腿杆（LR）110R的上端的连接部分111R之间。到腿杆（LR）110L的上端的套具的连接部分111L和到腿杆（LR）110R的上端的套具的连接部分111R两者均具有髋部转动（roll）关节（HRJ）和髋部俯仰（pitch）关节（HPJ）的两轴旋转自由度，并且可以通过两个自由度向前、向后、向左以及向右摆动腿（腿杆（LR）110L和110R）的脚尖的方向。髋部转动关节（HRJ）和髋部俯仰关节（HPJ）两者均是可旋转的不可致动的关节。腿杆（LR）110L和110R可以经由套具仅将由线性致动器120L和120R所生成的一个方向向上的力传送到用户的骨盆。
另外，左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R的下端连接到脚部区域，以关于鞋中心部分是可旋转的。左腿杆（LR）110L的下端的连接部分112L和右腿杆（LR）110R的下端的连接部分112R两者均具有脚踝摇摆（yaw）关节（AYJ）、脚踝转动关节（ARJ）、以及脚踝俯仰关节（APJ）的三轴旋转自由度，并且通过三个自由度可以自由地确定腿的脚部区域的姿势。脚踝摇摆关节AYJ、脚踝转动关节ARJ、以及脚踝俯仰关节APJ均是可旋转的不可致动的关节。
另外，接触传感器（footSW）130L和130R被安装在左脚底区域和右脚底区域，该接触传感器（footSW）130L和130R被配置成检测脚部的鞋底与道路表面之间的接触状态。
在此，回顾腿协助套装100的自由度配置，左腿和右腿中的每个具有腿杆（LR）110L和100R的上端的连接部分111L和111R的两个关节的自由度（HRJ和HPJ）、腿杆（LR）110L和100R的线性运动致动器120L和120R的直线推进的自由度、以及腿杆（LR）110L和100R的下端的连接部分112L和112R的三个关节的自由度（AYJ、ARJ以及APJ），即每条腿具有总共六个自由度。连接部分111L和111R的两个关节的自由度（HRJ和HPJ）向前、向后、向左以及向右摆动脚尖（腿杆（LR）110L和100R）的方向、直线推进的自由度确定在腿尖的方向上与脚部区域的距离（腿杆（LR）110L和100R的长度）、以及三个关节的自由度（AYJ、ARJ以及APJ）确定脚部区域的姿势。
另外，虽然考虑到将还安装有超过六个自由度的冗余自由度（例如，髋部摇摆关节HYJ）的腿协助套装100的自由度配置方法施加到腿的腿连接部分111L和111R中的每个，但是其控制可能是不必要地困难的（例如，在脚尖的方向向前、向后、向左以及向右的方向上的摆动中，髋部转动关节HRJ和髋部俯仰关节HPJ两个自由度是足够的，并且髋部摇摆关节HYJ是冗余的或非必要的自由度）。
如上所述，左线性运动致动器120L和右线性运动致动器120R安装在腿杆（LR）110L和110R的中间部分附近的内部，以沿纵向方向使得腿杆（LR）110L和110R伸缩。在图2中，示出了线性运动致动器120的配置示例。
线性运动致动器120包括驱动马达201。马达201的输出轴连接到滚珠丝杠202。滚珠丝杠202由丝杠轴202a和螺母202b构成，丝杠轴202a穿过螺母202b。在螺母202b的内周中形成有螺丝槽（未示出），并且当丝杠轴202a旋转时，螺母202b沿丝杠轴202a运动。因此，马达201的旋转运动被螺母202转换为直线运动，并且作为结果，生成了沿腿杆（LR）110的纵向方向的运动。
另外，被配制成检测旋转位置的编码器被安装到马达201的转子。丝杠轴202a的旋转量和螺母202b的运动量具有比例关系，并且因此，基于编码器204的输出值可以将丝杠轴202a的旋转量和螺母202b的运动量转换为腿杆（LR）110沿纵向方向上伸缩的位移量。
另外力传感器203安装到螺母202b。力传感器203检测当螺母202b沿丝杠轴202a的轴方向直接推进时所施加的外部力，换言之，当腿杆（LR）110沿纵向方向收缩时所施加的外部力。
此外，为了将马达201的旋转运动转换为线性运动，可以使用除了滚珠丝杠之外的机构来配置线性运动致动器120。在图18中，示出了线性运动致动器的另一配置示例。附图中所示的致动器180由导轨1801、可在导轨1801上运动的滑动器1802、旋转马达1803以及线缆1804组成，而不使用滚珠丝杠。通过旋转马达1803的旋转驱动、经由线缆1804拉动滑动器1802。然后，滑动器沿导轨1801在附图中向上和向下的方向运动。因为导轨1801和滑动器具有基本上相同的形状，所以线性运动致动器的轨迹展现出弧形。另外，如图19所示，当导轨1901和滑动器1902被形成为任意弯曲形状时，线性运动致动器1900可以被配制成展现出任意形状的轨迹。图19与图18的类似之处在于通过旋转马达1903的旋转驱动经由线缆1904拉动滑动器1902。线性运动致动器可能不具有线性轨迹而是具有任意弯曲的轨迹。如图19所示，当线性运动致动器由导轨1901、滑动器1902以及线缆1904构成时，可以实现具有任意弯曲形状轨迹的线性运动致动器。
图3示出了在主机计算机140周围所构建的腿协助套装100的控制系统300的配置示例。
被配制成执行与主机计算机140的通信的微型计算机301L和301R分别被安装在线性运动致动器120L和120R处。主机计算机140可以经由微型计算机301L和301R读取力传感器203L和203R的输出值以及编码器204L和240R的输出值。另外，主机计算机140可以经由微型计算机301L和301R施加控制目标值以驱动马达201L和201R的电路。
主机计算机140使用力传感器203L和203R的输出值以及编码器204L和204R的输出值来执行线性致动器120L和120R的力控制。线性致动器120L和120R中的每个具有生成大的误差成因（诸如建模或标识中的困难，诸如摩擦或惯性）。另一方面，在实施例中，为了在腿协助套装100中实现理想关节单元（IJU），对线性运动致动器120L和120R中的每个执行力控制。在线性运动致动器120L和120R中的每个的驱动中，施加了如下控制系统：该控制系统可以基于数值模型（理想响应模型）对输出转矩进行指示以处理具有以上所述的建模或标识中的困难的干扰的成因。具体地，使用力传感器203L和203R的值和编码器204L和204R的输出来控制马达201L和201R，并且基于数值模型实现精确响应（例如，参见第4715863号日本专利）。马达201L和201R示出了关于命令转矩和外部转矩、由指定的惯性和粘滞阻力所支配的精确的二阶系统的响应。因此，在没有由于（滚珠丝杠202等的）摩擦力等干扰关节的运动的情况下即使当将小的力施加到关节时，也可以精确地展示线性运动致动器120L和120R中的每个的加速度的变化。结果，可以提供辅助运动的力，而不将阻力施加到穿着腿协助套装100的用户的关节。
另外，被配置成执行与主机计算机140的通信的微型计算机302L和302R分别地安装在左脚底区域和右脚底区域的接触传感器（footSW）130L和130R处。主机计算机140可以经由微型计算机302L和302R读取接触传感器（footSW）130L和130R的输出值。
主机计算机140可以基于左脚底区域和右脚底区域与道路表面的接触状态确定左腿和右腿中的每个是支撑腿还是摆动腿。接下来，将在下面提供线性运动致动器120L和120R的力控制的详细描述，线性运动致动器120L和120R被配制成根据腿是支撑腿还是摆动腿的状态在主机计算机140中执行左线性运动致动器120L和右线性运动致动器120R的力控制。
图4示意地示出了轻量的套具400的配置，作为被配置成将腿协助套装100固定到用户的腰部的装备的示例。
套具400被配置成将从左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R所施加的向上的力传送到用户的骨盆。具体地，套具400由安装在用户的左股和右股上的左股套具（TH）401L和右股套具（TH）401R、安装在用户的腰部区域上的腰部套具（WH）402、以及将腰部套具（WH）402连接到股部套具（TH）401L和401R的线性连接套具（CH）403L和403R构成。
左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R的上端经由腰部连接件（WA）404上的连接部分111L和111R安装到具有环形形状的腰部套具（WH）402的前部。腰部连接件（WA）404由坚硬材料形成，并且采用单触连接与腰部套具（WH）402集成。当从腰部套具（WH）402移除腰部连接件（WA）404时，左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R从套具400分离。另外，左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R可以被配置成可分离地附接到腰部连接件（WA）404。
另外，线性连接套具（CH）403L和403R还经由腰部连接件（WA）404连接到腰部套具（WH）402的前部。
在此，当腿杆（LR）110L或110R扩张时，指向上方的力F被施加到腰部连接件（WA）的动作点设备。然后，左股套具（TH）401L和右股套具（TH）401R由指向上方的力F经由连接套具（CH）403L和403R向上提升。
腰部连接件（WA）404（即，腰部套具（WH）402的前部）布置在用户的腹前部的中心部分附近。当经由连接套具（CH）403L和403R向上提升左股套具（TH）401L和右股套具（TH）401R时，左股套具（TH）401L和右股套具（TH）401R在动作点AP1和AP2处与骨盆接触，并且指向上方的力F1和F2被施加到骨盆。因此，通过腿杆（LR）110L和110R的伸缩运动被施加到腰部连接件（WA）404的动作点AP的方向向上的力F，经由连接套具（CH）430L和403R被传送到骨盆，作为被施加到动作点AP1和AP2的力F1和F2。
环形腰部套具（WH）402的前部被布置在用户的腹前部。因此，对于穿着根据实施例的腿协助套装100的用户的力的动作点是用户的腹前部。
同时，考虑到将力的动作点理想地设置到躯干的内部，而不是用户的腹前部。然而，为了将力的动作点设置到用户的躯干的内部，在协助套装中应当使用已知的机械机构（诸如，平衡架或弧形滑动条）（例如，参见日本公开专利申请第2011-67227号），以及增加了设备的重量并且当用户穿着它时不可以容易地坐下。设备的价格等也会增加。另一方面，如图4所示，申请人已经考虑到，根据使用用户的腹前部作为力的动作点的腿协助套装100的配置，设备是轻量的，用户可以在穿着它的同时可以坐下，并且设备可以以以低成本来配置。
图5示意地示出了如下方面：当使用用户的腹前部和躯干内侧作为力的动作点时从用户的支撑腿附近的脚部区域施加力。在附图中，通过实线箭头示出了从脚部区域施加到腹前部的力Ff，通过虚线箭头示出了从脚部区域施加到躯干内部的力Fc。另外，与从脚部区域到腹前部的力Ff平行地示出了从脚部区域施加到躯干内部的力Fc在向前方向和向后方向的力的分量Ffx和Fcx。从附图可以看出，力Ffx小于力Fcx。使用用户的腹前部作为力的动作点意味着在向前反向和向后方向上施加到用户的身体的边缘力（marginal force）可以很小。
因此，如上所述以及如图4所示，与使用躯干的内部作为动作点的情况相比，使用用户的腹前部作为将力从腿协助套装100施加到用户的动作点使得难以在行走期间从腿杆（LR）110L和110R接收向前方向和向后方向的力动作，并且平稳的力辅助可以被执行。
图4所示的套具400可以被配置成使得用户可以通过例如在前部安装带扣（未示出）来容易地安装和拆卸设备。另外，可以将由主机计算机140、电池141等所构成的装置极其容易地安装在腰部连接件（WA）404上。因此，与夹板类型行走辅助设备（例如，参见第4641225号日本专利）相比，将理解未阻碍根据实施例的腿协助套装100的容易的安装和拆卸。
当将向上的力F施加到腰部连接件（WA）404时，连接套具（CH）403L和403R扩张，并且股部套具（TH）401L和401R发生变型。结果，力在动作点AP1和AP2处施加到骨盆。因此，在不必有力地紧固套具400的情况下，减少了由于安装而施加到用户的不适。
另外，当柔软材料或垫片（未示出）被布置在用户的股部套具（TH）401L和401R或臀部的动作点AP1和AP2附近时，可以分散施加到用户的压力并且可以进一步改进舒适性。
在夹板类型行走辅助设备（例如，参见第4641225号日本专利）中，通常，髋部关节区域的机构是复杂的，设备的重量增加并且成本增加，而且用户不可以在穿着它的同时坐下。另一方面，申请人已经考虑到根据实施例的腿协助套装100可以整体地改进可实施性而不产生以上所述的问题。
图6示意地示出了腿协助套装100被安装到用户的脚部区域的配置。如所示出的，腿协助套装100的左脚底区域601L和右脚底区域601R经由单触连接安装和拆卸机构602L和602R连接到用户所穿的鞋。
例如，安装到车辆的踏板或滑雪靴的滑雪板的夹具系统（未示出）可以被应用为单触（one touch）连接安装和拆卸机构602L和602R。
脚底区域601L和601R经由脚部区域连接关节603L和603R分别地连接到腿杆（LR）110L和110R的下端。脚部区域连接关节603L和603R具有脚踝摇摆关节（AYJ）、脚踝转动关节（ARJ）以及脚踝俯仰关节（APJ）三个旋转自由度。其旋转中心（支点）布置在在用户的拇指区域的向前方向和向后方向附近以及脚底的横向方向上的中心附近。即使当腿协助套装100通过这样的轴位置施加摆动腿的提升力时，当用户弯腿或腿变为弓形时也不容易施加令人不适的力矩。
另外，在夹板类型行走辅助设备（例如，参见第4641225号日本专利）中，在脚底横向方向中布置了支点。这是考虑到由于首先未假定腿的提升协助。在支点布置在脚底横向方向中而不是中心的配置中，实际上，当摆动腿变为弓形时的令人不适的力矩被施加到人体。因此，从通常的角度来看，期望脚部区域连接部分603L和603R的支点被布置在脚底横向方向的中心附近。
左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R的上端连接到腰部连接件（WA）404（如上所述）。在连接部分111L和111R处配置了在俯仰方向上和转动方向上的两轴自由关节，并且当从骨盆看去时，腿杆（LR）110L和110R自由地指向向前方向、向后方向、向左方向以及向右方向上。
在向左和向右转动方向上的自由关节可以被配置成尽可能被布置在骨盆的横向方向上的中心（优选地，与中心同心）。由于这个原因，将参照图8A和图8B连同图7A和图7B对此进行描述。
图7A示意地示出了如下方面：其中，在左腿和右腿的自由髋部转动关节之间的距离增加，并且行走动作由腿协助套装100所辅助。当在左腿和右腿的自由髋部转动关节之间的距离增加时，如在同一附图中的右侧所示，腿协助套装100的摆动腿侧的重量容易地被施加到用户（在附图中，由重量所生成的力矩由箭头701示出）。
同时，图7B示意地是示出了如下方面：其中，行走动作由腿协助套装100所辅助以使得左髋部转动关节和右髋转动关节聚集于一个点。在这种情况下，不容易生成骨盆连接的掉落，并且腿协助套装100的摆动腿的重量不容易被施加给用户。
另外，图8A和图8B示意地示出了在行走动作期间、当左腿和右腿的自由髋关节辊轴之间的距离增加时和当左腿和右腿的自由髋关节辊轴聚集于一个点时，由从支撑腿所接收的协助力所造成的关于辊轴的横向反转力矩。
在图8A中，在被配置成使得左腿和右腿的自由髋关节辊轴之间的距离增加的腿协助套装100中，通过箭头802示出了在行走动作期间由从支撑腿所接收的协助力801造成的关于辊轴的横向反转力矩。当左腿和右腿的自由髋关节辊轴之间的距离增加时，因为从用户的身体的中心看到的力矩臂803增加，所以横向反转力矩802容易增加并且容易施加到用户。
同时，在图8B中，在被配置成使得左腿和右腿的髋关节辊聚集于一个点的腿协助套装100中，通过箭头805示出了在行走动作期间从支撑腿所接收的协助力804进行的关于辊轴的横向反转力矩。当左腿和右腿的自由髋关节辊轴之间的距离减少时，因为从用户的身体的中心看到的力矩臂806减少，所以横向反转力矩805可以被抑制为低的水平并且不容易被施加到用户。
将图8A与图8B进行对比，当腿杆（LR）110L和110与腰部连接件（WA）404之间的连接点被布置到在骨盆的横向方向的中心附近时（即，如图8B所示），在每个阶段可以将横向反转力矩抑制在低的水平。
另外，当腿协助套装100被配置成将左腿和右腿的髋关节辊轴聚集在一个点时，在身体的横向方向上的零件的数量减少，重量减少，成本减少，并且人体对于横向方向的尺寸的一致性降低。
如上所述，腿杆（LR）110L和110R被配置成通过滚珠丝杠202的机构沿纵向方向自由地伸缩（当然，其可以被配制成使用除了滚珠丝杠之外的机构在纵向方向上自由地伸缩）。在此，将使用线性动作致动器120（如根据本实施例的腿协助套装100）在纵向方向上的运动协助锻炼（诸如腿部的弯曲和伸展）的方法与通过驱动腿的中间部分的旋转关节（诸如膝盖关节等）协助锻炼的方法进行比较。
图9A示意地示出了腿协助套装的配置，其中，旋转关节901被布置在腿的中间部分（例如膝盖等）以生成沿用户的腿的向上方向和向下方向的扩张和收缩的力。在这种情况下，在腿区域的上端的向上方向和向下方向上的操作空间中，通过姿势而大幅度地改变可操作水平（虽然，附图中通过箭头902示出了由旋转关节的旋转造成的力的生成方向，但是可操作水平大幅度地改变）。另外，在膝盖被扩张的特殊姿势中，可操作水平降低并且不可以施加向上的力。换言之，为了有效地生成向上的力以使得能够向上和向下的运动而不陷入特殊的姿势，应当有效地弯曲膝盖。然而，在弯曲膝盖的姿势中，如从图9A所看到的，腿协助套装在向前和向后方向上具有增加的悬垂量903，其导致了外观的退化。
同时，在图9B中，类似于实施例，示出了被配置成在向上方向和向下方向上生成扩张和收缩力的线性运动类型腿协助套装100的配置。如所示出地，虽然线性运动致动器120生成了向上和向下的力904，但是不存在特殊的姿势。因此，当执行向上和向下的运动时，因为可操作水平为恒定的而不依赖于直接动作关节值，所以总可以执行适当的力辅助。另外，为了有效地生成向上的力，可以不弯曲膝盖。因此，当执行向上和向下运动时，腿协助套装不在向前和向后方向上扩张，从而改进了外观。
接下来，将描述在穿着腿协助套装100坐下时，腿杆（LR）110L和110R与椅子之间的干扰。图10示意地示出了穿着根据实施例的腿协助套装100的用户坐下的状态。虽然当坐下时腿杆（LR）110L和110R与椅子之间可能发生干扰（如从图10可以看到地），但是与椅子1001之间的干扰不容易发生。为了维持裕量，如附图中虚线1002所示，腿杆（LR）110L和110R的部分可以轻微地弯曲以向用户的身体的前部突出从而提供非线性配置而不是直线形状。
另外，因为左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R布置在腿的内侧，所以腿杆（LR）110L和110R之间可能发生干扰。如上所述，左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R经由具有髋部转动关节HRJ和髋部俯仰关节HPJ的双周旋转自由度的连接部分111L和111R附接到可向前、向后、向左以及向右摆动的腰部套具（WH）402的前部。如图11所示，腿杆（LR）110L和110R可以具有不互相干扰的可运动范围。例如，可以在连接部分111L和111R中的每个中布置被配置成限制髋部转动关节（HRJ）的可运动范围的机械限制（未示出），并且如图11中的附图标记1101和1102所示，可以设置腿杆（LR）110L和110R的可运动范围。
接下来，将描述由腿协助套装100所施加的力的辅助方面。通过使得左腿和右腿交替地作为支撑腿和摆动腿来实现人的腿的动作，诸如行走或跑步、上楼梯和下楼梯等。
例如，当上楼梯时，支撑腿侧的腿执行扩张膝盖俯仰关节的运动和提升用户的重量的动作。当弯曲膝盖俯仰关节时，用户不可以容易地提升重量。在此，腿协助套件100可以根据膝盖对于支撑腿侧的线性运动致动器120的屈曲量θKPJ在支撑腿侧生成辅助重量的压力Fstance，并且将压力施加给用户（参见图12（a））。
另外，摆动腿侧的腿弯曲髋部俯仰关节以关于躯干弯曲股部，并且执行提升摆动腿的动作。虽然当弯曲髋部关节时提升了摆动腿，但是如果摆动腿的提升不充分，则摆动腿的脚尖可能碰撞地面。腿协助套件100可以根据在摆动腿侧的髋关节的屈曲量θKPJ生成用于摆动腿侧的线性运动致动器120的提升力fswing，并且将提升力施加给用户（参见图12（c））。
摆动腿侧的髋部俯仰关节的屈曲量θKPJ可以接近同一腿的线性运动致动器120的位置xswing。类似地，支撑腿侧的膝部俯仰关节的屈曲量θKPJ可以接近同一腿的线性运动致动器120的位置xstance（参见图12（d））。当然，编码器可以被附接到髋部俯仰关节或膝盖俯仰关节，并且可以被配制成直接地测量关节的屈曲量θKPJ和θHPJ。
当执行力辅助时，腿协助套装100可以施加用于连同支撑腿和摆动腿的自重补偿的力。假定支撑腿的腿协助套装100的自重被设置为mstance，用于自重补偿的力为-mstanceg。另外，假定摆动腿的腿协助套装100的自重被设置为mswing，用于自重补偿的力为mswingg。在此，提升方向被设置为正方向，并且降低方向被设置为负方向。
此外，因为提升摆动腿所需要的力还被施加到支撑腿侧，所以用于提升摆动腿的力没有从腰部连接件（WA）被施加到用户。
因此，分别地通过下面的等式（1）和（2）表示被施加到摆动腿和支撑腿的辅助力fswing和fstance的控制方面。然而，在每个等式中，Kp1和Kp2具有正的增益。
(Swing leg side)fswing＝Kp2xswing+mswingg  …(1)
(Stance leg side)fstance＝-Kp1xstance-mstanceg-fswing  …(2)
辅助力fswing和fstance是摆动腿侧和支撑腿侧的线性运动致动器120的力。可以基于安装在左脚区域和右脚区域（如上所述）两者中的接触传感器130L和130R的输出值执行支撑腿和摆动腿的确定。如由以上所述的等式（2）所表示的，因为用于将摆动腿提升力施加到用户的力-fswing应该首先被加到支撑腿侧的辅助力fstance，所以按照先摆动腿然后支撑腿的顺序计算辅助力fswing和fstance。
图13作为流程图示出了用于控制根据实施例的腿协助套装100的运动的处理序列。处理序列可以以例如主机计算机140执行预定的程序编码的方式实现处理序列。
首先，主机计算机140经由微型计算机302L和302R读取接触传感器（footSW）130L和130R的输出值，并且确定左脚和右脚两者的地面状态（步骤S1301）。被确定为着地的腿的腿被称为支撑腿（支撑），并且被确定为未着地的腿的腿被称为摆动腿（摆动）。
接下来，主机计算机140经由微型计算机301L和301R读取线性运动致动器120L和120R的编码器204L和204R的输出值，并且测量左腿杆（LR）110L和右腿杆（LR）110R的伸缩量x（步骤S1302）。支撑腿的伸缩量x被称为xstance，并且摆动腿的伸缩量被称为xswing。
另外，主机计算机140经由微型计算机301L和301R读取线性运动致动器120L和120R的力传感器203L和203R的输出值。
接下来，主机计算机140基于由以上所述的等式（1）和（2）所表示的控制侧按照摆动腿和支撑腿的顺序将线性运动致动器120L和120的生成力的目标值计算为fswing和fstance（步骤S1303）。
然后，主机计算机140经由微型计算机301L和301R将在步骤S1303中所计算出的生成力目标值fswing和fstance传送到马达201L和201R的驱动电路，并且基于线性运动致动器120L和120R的力传感器203L和203R的输出值执行力控制。
主机计算机140可以以控制周期（例如，10毫秒）反复地执行以上所述的控制循环S1301至S1304。
虽然图1或图4所示的腿协助套装100被配置为安装在对于用户的股部（TH）和腰部区域（WH）的环形套具上，但是本公开的技术不限于对于用户的固定方法。
图14示出了腿协助套装1400的另一配置示例。所示出的腿协助套装1400由腰部套具1401、腰部带扣1402、左腿杆1403L和右腿杆1403R以及左脚区域1404L和右脚区域1404R构成。被配置成在纵向方向上执行伸缩的线性运动致动器（未示出）被安装在用户的腿杆1403L和1403R的中间部分附近内部。另外，虽然在附图中未示出用户的腿，但是左腿杆（LR）1403L和右腿杆（LR）1403R被布置在用户的腿的内侧。因此，当用户穿着腿协助套装100时，对于身体的横向方向上的尺寸不存在影响。
腰部套具1401被配置成环形地覆盖用户的臀部和腰部区域。根据以上所述的配置，可以将从腿杆（LR）110L或110R的上端施加到腹前部的力施加到附图中的臀部。即，可以分散辅助力，并且可以减少用户的疼痛或压力。
腿杆（LR）1403L和1403R的上端经由腰部带扣1402安装到腰部套具1401。图15示意地示出了当从上方看时腰部带扣1402的外观。如所示出地，腰部带扣1402将腿杆（LR）1403L和1403R的上端与髋部转动关节HRJ和髋部俯仰关节HPJ的两轴旋转自由度相连接。髋部转动关节HRJ和髋部俯仰关节HPJ两者均是可旋转的不可致动的关节。腿杆（LR）1403L和1403R可以经由腰部带扣1402和腰部套具1401将由线性运动致动器所生成的一个方向向上的力仅传送到用户的骨盆。
另外，为了减少腰部带扣1402的旋转力矩，如图5所示，可以将腰部套具1401与腰部带扣1402的连接点布置在髋部俯仰关节HPJ的轴线附近。
图16示出了将带扣1402安装在腰部套具1401上的方面。如所示出地，腿杆1403L和1403R可以通过一个夹持部分1405的打开/闭合操作从左右腰部连接件1401上连同腰部带扣1402一起安装和拆卸，从而增加了安装和拆卸的容易度。当在附图中的箭头所示出的方向上操作构成夹具部分1405的一对钳具时，腰部带扣1402可以被固定到腰部套具1401。虽然省略了详细描述，但是当腰部带扣1402安装在腰部套具1401上时，同时也可以执行电气连接。
腰部带扣1402在用户的腹前部的中心附近附接到腰部套具1401。通过腿杆（LR）1403L和1403R的伸缩运动向上的力被施加到腰部带扣1402，并且被经由腰部套具1401传送到骨盆。
图17示出了腿杆（LR）1403的下端连接到脚部区域1404的方面。腿杆（LR）1403的下端构成了脚踝球形关节（ankle ball joint）1406。另外，脚部区域1404包括容纳脚踝球形关节1406的槽1407。在槽1407的上表面中形成了开口部分1408，通过该开口部分1408腿杆（LR）1403插入到槽1407。如附图中的箭头所示，当脚踝球形关节1406滑入槽1407或滑出槽1407时，腿杆（LR）1403可以容易地连接到脚部区域1404或可以容易地从脚部区域1404分离。
在脚踝球形关节1406插入到槽1407并且腿杆（LR）的下端1403连接到脚部区域1404的状态下，提供了脚踝摇摆关节AYJ、脚踝转动关节ARJ以及脚踝俯仰关节APJ的三轴旋转自由度，并且通过三个自由度可以自由地确定每个腿的脚部区域的姿势。脚踝摇摆关节AYJ、脚踝转动关节ARJ以及脚踝俯仰关节APJ均是可旋转的不可致动的关节。
从图16和图17中足够明显的是，腿协助套装1400可以使得左腿杆（LR）1403L和右腿杆（LR）1403R能够从腰部套具1401和脚部区域1404L和1404R容易的分离。
本领域内技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素，可以发生各种修改、组合、子组合以及替换，只要其在所述的权利要求及其等价条件的范围中即可。
另外，本技术还可以如下配置。
（1）一种运动辅助设备，包括：
腿杆，所述腿杆连接到用户的腰部区域和脚部区域，并且所述腿杆包括线性运动致动器，
腰部连接部分，被配置成将所述腿杆的一端连接到所述腰部区域，以及
脚部区域连接部分，被配置成将所述腿杆的另一端连接到所述脚部区域。
（2）根据（1）所述的运动辅助设备，包括用户的每个可移动的腿的腿杆。
（3）根据（1）所述的运动辅助设备，其中，所述线性运动致动器被操作以使得所述腿杆沿着所述腿杆的纵向方向伸缩。
（4）根据（1）所述的运动辅助设备，其中，所述腰部连接部分和所述脚部区域连接部分连接到所述一端和所述另一端，以使得所述腿杆布置在左腿和右腿内侧。
（5）根据（1）所述的运动辅助设备，还包括所述用户在其躯干处所穿戴的并且具有所述腰部连接部分的装备。
（6）根据（5）所述的运动辅助设备，其中，所述装备在所述用户的腹前部附近经由所述腰部连接部分连接到所述腿杆的所述一端。
（7）根据（1）或（5）所述的运动辅助设备，其中，所述腰部连接部分以两个旋转自由度连接到所述腿杆的所述一端。
（8）根据（5）所述的运动辅助设备，其中，所述装备将由所述线性运动致动器所生成的一个方向向上的力传送到所述用户的骨盆。
（9）根据（5）所述的运动辅助设备，其中，所述腿杆在所述一端是可从所述装备拆卸的。
（10）根据（1）所述的运动辅助设备，其中，所述脚部区域连接部分以三个旋转自由度连接到所述腿杆的另一端。
（11）根据（5）所述的运动辅助设备，其中，所述装备具有：环绕所述用户的腿的股部的股部套具，环绕所述用户的腰部区域并且连接到所述腿杆的所述一端的腰部套具，以及配置成连接所述腰部套具和所述股部套具的基本上线性的连接套具。
（12）根据（7）所述的运动辅助设备，其中，所述连接套具连接到所述腰部套具的前部附近。
（13）根据（11）所述的运动辅助设备，其中，当所述线性运动致动器扩张并且所述腰部套具向上提升时，随着所述股部套具经由所述连接套具被提升，向上的力被传送到所述用户的骨盆。
（14）根据（1）所述的运动辅助设备，还包括脚底区域，所述脚底区域经由一个接触附件和拆卸机构连接到由所述用户所穿着的鞋。
（15）根据（1）所述的运动辅助设备，还包括脚底区域，所述脚底区域被配置成连接具有3个旋转自由度的所述脚部区域连接部分，以使得所述脚部连接部分的旋转中心布置在所述用户的脚部区域的拇指区域的向前方向和向后方向附近以及所述用户的脚底在所述脚底的横向方向上的中心附近。
（16）根据（1）所述的运动辅助设备，其中，所述腰部连接部分在所述用户的骨盆的横向方向上的中心附近连接所述腿杆的所述一端。
（17）根据（16）所述的运动辅助设备，
其中，所述腿杆安装在所述用户的左腿和右腿中的每个上，以及
其中，左腿杆和右腿杆的所述腰部连接部分被布置为聚集于一个点。
（18）根据（1）所述的运动辅助设备，其中，所述腿杆具有向所述用户的躯体的前方部分弯曲的弯曲部分。
（19）根据（1）所述的运动辅助设备，其中，
其中，所述腿杆安装在所述用户的左腿和右腿中的每个上，以及
其中，所述腰部连接部分对围绕所述左腿杆和所述右腿杆的髋关节辊轴的可移动范围进行限制。
（20）根据（1）所述的运动辅助设备，还包括控制部，所述控制部被配置成对所述线性运动致动器的运动进行控制。
（21）根据（20）所述的运动辅助设备，还包括力传感器，所述力传感器被配置成检测施加到所述线性运动致动器的外部力，其中，所述控制部基于所述力传感器的输出值对所述线性运动致动器进行力控制。
（22）根据（20）所述的运动辅助设备，还包括地面传感器，所述地面传感器被配置成检测所述脚部区域的鞋底的地面状态，其中，所述控制部基于所述地面传感器的输出值对所述线性运动致动器的运动进行控制。
（23）根据（20）所述的运动辅助设备，还包括控制部，所述控制部被配置成对所述线性运动致动器进行力控制，以使得压力Fstance是根据支撑腿侧的所述腿杆中所述用户的膝盖的屈曲量θKPJ而施加的，以支撑重量，并且使得提升力fswing是根据摆动腿侧的所述腿杆中所述用户的髋部关节的屈曲量θHPJ而施加的。
（24）根据（23）所述的运动辅助设备，还包括编码器，所述编码器被配置成检测所述线性运动致动器的位置，
其中，所述控制部使得在所述线性运动致动器的位置处所述用户的膝盖的屈曲量θKPJ与所述膝盖的屈曲量θKPJ近似。
（25）根据（23）所述的运动辅助设备，其中，所述控制部考虑到对于在所述支撑腿侧的所述腿杆中的所述压力Fstance以及在所述摆动腿侧的所述腿杆中的所述提升力fswing的自重补偿的力，对所述线性运动致动器进行力控制。
（26）根据（25）所述的运动辅助设备，其中，所述控制部进一步考虑到用于所述摆动腿侧的所述腿杆的提升力不被施加到所述支撑腿侧的所述腿杆，对所述线性运动致动器进行力控制。
（27）一种运动辅助方法，所述运动辅助方法对穿戴根据权利要求1所述的运动辅助设备的用户的运动进行辅助，所述运动辅助方法包括：
确定所述脚部区域的地面状态；
对所述线性运动致动器进行力控制，以根据在摆动腿侧的所述腿杆中所述用户的髋部关节的屈曲量θHPJ来施加提升力fswing；以及
对所述线性运动致动器进行力控制，以使得根据在支撑腿侧的所述腿杆中用户的膝盖的屈曲量θKPJ来施加压力Fstance以支撑重量。
（28）根据（27）所述的运动辅助方法，其中，在所述第一控制步骤和所述第二控制步骤中，考虑到对于所述支撑腿侧和所述摆动腿侧的设备的自重补偿的力，对所述线性运动致动器进行力控制。
（29）根据（28）所述的运动辅助方法，其中，在所述第二控制步骤中，在所述支撑腿侧的所述腿杆中，进一步考虑到所述提升力fswing没有被施加到所述摆动腿侧的所述腿杆的事实，对所述线性运动致动器进行力控制。
（30）一种计算机可读程序，所述计算机可读程序对穿着根据（1）所述的运动辅助设备的用户的运动进行辅助，其中，计算机用作：确定单元，被配置成确定所述脚部区域的地面状态；第一控制单元，被配置成对所述线性运动致动器进行力控制，以根据在摆动腿侧的所述腿杆中所述用户的髋部关节的屈曲量θHPJ来施加提升力fswing；以及第二控制单元，被配制成对所述线性运动致动器进行力控制，以使得根据在支撑腿侧的所述腿杆中用户的膝盖的屈曲量θKPJ来施加压力Fstance以支撑重量。
在上文中，已经参照特定的实施例详细地描述了本公开的技术。然而，对于本领域内技术人员将是明显的是，可以对实施例进行各种修改和替换而不背离本公开的技术的精神。
虽然关注于施加了腿协助套装的实施例执行了描述，但是本公开的技术的精神不限于此。本公开的技术还可以施加到安装在人体除了腿部之外的区域的各种类型的协助套装，并且可以辅助除了行走之外的各种人类的运动。
综上，出于例示性示例的目的描述了本公开的技术，并且本公开的内容不应当被解释为受限的范围。为了确定本公开的技术的精神，应当考虑权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种运动辅助设备，包括：
腿杆，所述腿杆连接到用户的腰部区域和脚部区域，并且所述腿杆包括线性运动致动器，
腰部连接部分，被配置成将所述腿杆的一端连接到所述腰部区域，以及
脚部区域连接部分，被配置成将所述腿杆的另一端连接到所述脚部区域。
2.根据权利要求1所述的运动辅助设备，其中，所述线性运动致动器被操作以使得所述腿杆沿着所述腿杆的纵向方向伸缩。
3.根据权利要求1所述的运动辅助设备，其中，所述腰部连接部分和所述脚部区域连接部分连接到所述一端和所述另一端，以使得所述腿杆布置在左腿和右腿内侧。
4.根据权利要求1所述的运动辅助设备，还包括所述用户在其躯干处所穿戴的并且具有所述腰部连接部分的装备。
5.根据权利要求4所述的运动辅助设备，其中，所述装备在所述用户的腹前部附近经由所述腰部连接部分连接到所述腿杆的所述一端。
6.根据权利要求4所述的运动辅助设备，其中，所述装备将由所述线性运动致动器所生成的一个方向向上的力传送到所述用户的骨盆。
7.根据权利要求4所述的运动辅助设备，其中，所述装备具有：环绕所述用户的腿的股部的股部套具，环绕所述用户的腰部区域并且连接到所述腿杆的所述一端的腰部套具，以及配置成连接所述腰部套具和所述股部套具的基本上线性的连接套具。
8.根据权利要求7所述的运动辅助设备，其中，当所述线性运动致动器扩张并且所述腰部套具向上提升时，随着所述股部套具经由所述连接套具被提升，向上的力被传送到所述用户的骨盆。
9.根据权利要求1所述的运动辅助设备，还包括脚底区域，所述脚底区域被配置成连接具有3个旋转自由度的所述脚部区域连接部分，以使得所述脚部连接部分的旋转中心布置在所述用户的脚部区域的拇指区域的向前方向和向后方向附近以及所述用户的脚底在所述脚底的横向方向上的中心附近。
10.根据权利要求1所述的运动辅助设备，其中，所述腰部连接部分在所述用户的骨盆的横向方向上的中心附近连接所述腿杆的所述一端。
11.根据权利要求10所述的运动辅助设备，
其中，所述腿杆安装在所述用户的左腿和右腿中的每个上，以及
其中，左腿杆和右腿杆的所述腰部连接部分被布置为聚集于一个点。
12.根据权利要求1所述的运动辅助设备，其中，所述腿杆具有向所述用户的躯体的前方部分弯曲的弯曲部分。
13.根据权利要求1所述的运动辅助设备，
其中，所述腿杆安装在所述用户的左腿和右腿中的每个上，以及
其中，所述腰部连接部分对围绕所述左腿杆和所述右腿杆的髋关节辊轴的可移动范围进行限制。
14.根据权利要求1所述的运动辅助设备，还包括：
力传感器，被配置成检测施加到所述线性运动致动器的外部力，以及
控制部，被配置成基于所述力传感器的输出值对所述线性运动致动器进行力控制。
15.根据权利要求1所述的运动辅助设备，还包括：
地面传感器，被配置成检测所述脚部区域的鞋底的地面状态；以及
控制部，被配置成基于所述地面传感器的输出值对所述线性运动致动器的运动进行控制。
16.根据权利要求1所述的运动辅助设备，还包括控制部，所述控制部被配置成对所述线性运动致动器进行力控制，以使得压力Fstance是根据支撑腿侧的所述腿杆中所述用户的膝盖的屈曲量θKPJ而施加的，以支撑重量，并且使得提升力fswing是根据摆动腿侧的所述腿杆中所述用户的髋部关节的屈曲量θHPJ而施加的。
17.根据权利要求16所述的运动辅助设备，还包括编码器，所述编码器被配置成检测所述线性运动致动器的位置，
其中，所述控制部使得在所述线性运动致动器的位置处所述用户的膝盖的屈曲量θKPJ与所述膝盖的屈曲量θKPJ近似。
18.根据权利要求16所述的运动辅助设备，其中，所述控制部考虑到对于在所述支撑腿侧的所述腿杆中的所述压力Fstance以及在所述摆动腿侧的所述腿杆中的所述提升力fswing的自重补偿的力，对所述线性运动致动器进行力控制。
19.根据权利要求16所述的运动辅助设备，其中，所述控制部考虑到用于所述摆动腿侧的所述腿杆的提升力不被施加到所述支撑腿侧的所述腿杆，对所述线性运动致动器进行力控制。
20.一种运动辅助方法，所述运动辅助方法对穿戴根据权利要求1所述的运动辅助设备的用户的运动进行辅助，所述运动辅助方法包括：
确定所述脚部区域的地面状态；
对所述线性运动致动器进行力控制，以根据在摆动腿侧的所述腿杆中所述用户的髋部关节的屈曲量θHPJ来施加提升力fswing；以及
对所述线性运动致动器进行力控制，以使得根据在支撑腿侧的所述腿杆中用户的膝盖的屈曲量θKPJ来施加压力Fstance以支撑重量。
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