CN105726266A - 摆动关节装置、步行能力辅助装置、及控制摆动关节刚性的方法 - Google Patents

摆动关节装置、步行能力辅助装置、及控制摆动关节刚性的方法 Download PDF

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Abstract

一种摆动关节装置，包括：驱动轴构件(6)；以能够绕驱动轴构件(6)摆动的方式被支撑的第一摆动臂(13)；设置成平行于驱动轴构件(6)的从动轴构件(7)；连接至第一摆动臂(13)以便以联锁的方式绕从动轴构件(7)摆动的联锁摆动构件(16)；连接至联锁摆动构件(16)以沿与联锁摆动构件(16)的联锁摆动方向相反的方向产生迫压力的弹性体；使从联锁摆动构件(16)来看的弹性体的刚性改变的刚性可变部；对摆动角度进行检测的第一角度检测部(11S)；以及控制部(50)，该控制部(50)根据通过第一角度检测部(11S)检测到的摆动角度来控制刚性可变部，用以调节从联锁摆动构件(16)来看的弹性体的刚性。

Description

摆动关节装置、步行能力辅助装置、及控制摆动关节刚性的方法
技术领域
本发明涉及一种执行周期性摆动运动并且改变关节的刚性的摆动关节装置、一种执行周期性摆动运动以辅助使用者的步行或跑步的步行能力辅助装置、以及用于控制摆动关节的刚性的方法，通过该方法，执行周期性摆动运动的关节的刚性被改变。
背景技术
作为用于对执行周期性摆动运动的关节进行控制的装置的示例，日本专利申请公报No.2004-344304(JP2004-344304A)公开了一种向使用者的下肢(范围为从股关节至脚)施加辅助力的步行辅助装置。步行辅助装置具有附接成以缠绕使用者的腰部的腰部用具、从使用者的股关节的侧面延伸至膝关节的侧面的连接杆、从使用者的膝关节的侧面延伸至小腿腓部的小腿部用具、附接在连接杆的处于股关节的侧面的位置处的股关节致动器、以及附接在连接杆的处于膝关节的侧面的位置处的膝关节致动器。然后，股关节致动器附接至腰部用具的连接部分并且使连接杆在股关节的侧面处相对于腰部用具绕股关节前后摆动。另外，膝关节致动器使小腿部用具在膝关节的侧面处相对于连接杆绕膝关节前后摆动。此外，股关节致动器与膝关节致动器均为电动机，并且电力是从附接至腰部用具的电池供给至电动机的。
另外，日本专利申请公报No.2012-125388(JP2012-125388A)公开了一种对使用者的小腿(范围为从膝盖至脚踝)的摆动运动进行辅助的步行康复装置。该步行康复装置具有绕使用者的腰部设置的控制器、从使用者的股关节的侧面延伸至膝关节的侧面的大腿连杆、从使用者的膝关节的两个侧面延伸至踝关节的小腿连杆、设置在膝关节的侧面处的马达、以及从使用者的踝关节延伸至使用者的脚底的脚部连杆。马达附接在位于大腿连杆与小腿连杆之间的连接部分处并且位于膝关节的侧面，并且马达使小腿连杆在膝关节的侧面处相对于大腿连杆绕膝关节前后摆动。电力是从包括在控制器中的电池供给至马达的。
此外，日本专利申请公报No.2013-236741(JP2013-236741A)公开了一种附接至一条腿完好而另一条腿有疾患的使用者的有疾患的那条腿上的单腿步行辅助机械，从而对有疾患的腿的摆动运动进行辅助。该单腿步行辅助机械具有设置在使用者的腰的侧面的腰附接部、从使用者的股关节的侧面延伸至膝关节的侧面的大腿连杆部、从膝关节的侧面向下延伸的小腿连杆部、设置在股关节的侧面的扭矩产生单元、以及设置在膝关节的侧面的缓冲器。扭矩产生单元由凸轮和压缩弹簧组成、在有疾患的腿随着完好的腿的迈出而向后摆动时产生扭矩、利用所产生的扭矩辅助有疾患的腿的迈出、并且无需诸如电动机之类的致动器。另外，扭矩产生单元构造成能够调节压缩弹簧的初始压缩量并且改变所产生的扭矩的程度。
在JP2004-344304A中描述的步行辅助装置以及在JP2012-125388A中描述的步行康复装置均用电动机对下肢或下肢的一部分的步行动作进行辅助，但当无来自电池的持续的电力供应时则不能对步行动作进行辅助。另外，由于需要步行辅助的使用者不堪携带大而重的电池，因而假定用在以上装置中的电池是相对较小的并且重量轻的。另外，JP2004-344304A和JP2012-125388A并未描述使电动机的消耗电力减少的任何具体构型。因此，假定在JP2004-344304A和JP2012-125388A中描述的辅助装置的持续操作时间相对较短。
此外，在JP2013-236741A中描述的单腿步行辅助机械在不使用电动机的情况下通过凸轮和压缩弹簧产生用于使腿部迈出的扭矩，并且辅助机械的持续操作时间也比在JP2004-344304A和JP2012-125388A中描述的辅助装置的持续操作时间长。然而，为了对应于每个使用者的体型的差异(下肢的惯性矩的差异)、每个使用者的下肢的摆动角度的差异、使用者的身体状况、步行地点的倾斜度的差异等，需要使用者通过诸如一字槽螺丝刀之类的工具来调节设置在扭矩产生单元的压缩弹簧上的确定部分的位置，并且手动地调节压缩弹簧的初始压缩量。因此，这种操作对使用者而言变得麻烦。
发明内容
本发明提供了一种摆动关节装置、一种步行能力辅助装置、以及一种用于控制摆动关节的刚性的方法，其中，执行摆动运动的关节的刚性被自动地调节成能够自动地调节通过摆动运动产生的扭矩并且能够进一步减小电力消耗或减小使用者的负担。
根据本发明的第一方面，提供了一种摆动关节装置，其包括：驱动轴构件；第一摆动臂，该第一摆动臂以能够绕驱动轴构件摆动的方式被支撑；从动轴构件，该从动轴构件设置成平行于驱动轴构件；联锁摆动构件，该联锁摆动构件经由动力传递部连接至第一摆动臂，以便随着第一摆动臂的摆动以联锁的方式绕从动轴构件摆动，同时以比作为第一摆动臂的摆动角度的第一摆动角度小的联锁摆动角度摆动；弹性体，该弹性体连接至联锁摆动构件以产生与联锁摆动角度相对应的迫压力，该迫压力是沿与联锁摆动构件的联锁摆动方向相反的方向产生的；刚性可变部，该刚性可变部使从联锁摆动构件来看的弹性体的刚性改变；第一角度检测部，该第一角度检测部对第一摆动角度和联锁摆动角度中的一者进行检测；以及控制部，该控制部根据通过第一角度检测部检测到的第一摆动角度和联锁摆动角度中的一者来控制刚性可变部，以调节从联锁摆动构件来看的弹性体的刚性。
根据以上第一方面，表观弹簧常数可变部是使用控制部根据第一摆动角度或联锁摆动角度来控制的。因此，由于用于辅助摆动运动所需的扭矩的程度是被自动地调节以用于包括摆动臂的摆动对象的摆动运动，因而可以无任何麻烦地调节扭矩。另外，由于用于辅助摆动运动所需的扭矩是使用伸缩弹簧来产生的，因而电力消耗或使用者的负荷可以被进一步降低。
另外，在以上方面中，弹性体可以是伸缩弹簧，以及刚性可变部可以是使从联锁摆动构件来看的伸缩弹簧的表观弹簧常数改变的表观弹簧常数可变部。
根据以上构型，由于伸缩弹簧被用作弹性体，使得可以确保最优的能量储存量并且可以容易地调节弹簧常数(刚性)以用于使用者的诸如步行和跑步之类的动作，因而可以平顺地储存和输出能量。
在以上构型中，表观弹簧常数可变部可以由刚性调节轴构件、刚性调节轴枢转部、枢转构件、以及伸缩弹簧构成，刚性调节轴构件设置在靠近联锁摆动构件的外周部的位置并且设置成平行于从动轴构件，刚性调节轴枢转部使刚性调节轴构件枢转，枢转构件连接至刚性调节轴构件以与刚性调节轴构件一起枢转，相当于伸缩弹簧的第一端的部分可以连接至枢转构件的位于远离刚性调节轴构件的位置处的弹簧固定端，相当于伸缩弹簧的第二端的部分可以连接至位于靠近联锁摆动构件的外周部的位置处的弹簧摆动端，弹簧摆动端在联锁摆动角度为零时的位置处与刚性调节轴构件同轴，连接至弹簧固定端和弹簧摆动端的伸缩弹簧在联锁摆动角度为零时可以具有自由长度，以及控制部可以根据联锁摆动角度来调节刚性调节角度，以调节从联锁摆动构件来看的伸缩弹簧的表观弹簧常数，所述刚性调节角度是形成于如下虚拟切线与虚拟线之间的角度：虚拟切线代表设在虚拟联锁摆动圆的圆周上并且设在刚性调节轴构件的位置处的切线，所述虚拟联锁摆动圆是绕从动轴构件以从动轴构件与刚性调节轴构件之间的距离作为半径的圆，该虚拟线在联锁摆动角度为零时将弹簧摆动端与弹簧固定端彼此连接。
根据以上构型，可以具体地实现包括有伸缩弹簧的表观弹簧常数可变部。另外，由于表观弹簧常数可以仅通过使用控制部来控制刚性调节轴部并使枢转构件枢转来调节，因而可以容易地调节表观弹簧常数。
在以上构型中，两个表观弹簧常数可变部可以附接至联锁摆动构件作为表观弹簧常数可变部。
根据以上构型，即使在伸缩弹簧是例如仅沿其伸长方向产生迫压力的弹簧时，也可以将一个表观弹簧常数可变部的伸缩弹簧构造成相对于沿一个方向的摆动运动而沿其伸长方向伸长，并将另一表观弹簧常数可变部的伸缩弹簧构造成相对于沿另一方向的摆动运动而沿其伸长方向伸长。因此，可以进一步简化表观弹簧常数可变部的结构。
在以上构型中，附接至联锁摆动构件的两个表观弹簧常数可变部中的第一表观弹簧常数可变部可以具有刚性调节轴枢转部，以及，附接至联锁摆动构件的两个表观弹簧常数可变部中的第二表观弹簧常数可变部可以不具有刚性调节轴枢转部，但可以具有枢转构件动力传递部，该枢转构件动力传递部将通过第一表观弹簧常数可变部的刚性调节轴枢转部产生的第一表观弹簧常数可变部的枢转构件的枢转驱动力传递至第二表观弹簧常数可变部的枢转构件。
根据以上构型，由于所述两个枢转构件可以通过一个刚性调节轴枢转部而同时枢转，因而该结构可以被进一步简化。
在以上方面中，摆动关节装置还可包括：第一驱动部，该第一驱动部基于来自控制部的控制信号而使第一摆动臂绕驱动轴构件摆动。
根据以上构型，第一驱动部使第一摆动臂摆动。因此，当摆动关节装置被用作例如支持使用者的步行或跑步的步行能力辅助装置时，可以在使用者跑步或步行时进一步减小负荷。
在以上方面中，摆动关节装置可还包括：第二摆动臂，该第二摆动臂以能够绕驱动轴构件摆动的方式被支撑；第二角度检测部，该第二角度检测部对作为第二摆动臂的摆动角度的第二摆动角度进行检测；第二驱动部，该第二驱动部基于来自控制部的控制信号使第二摆动臂绕驱动轴构件摆动；以及摆动连杆构件，该摆动连杆构件连接至第一摆动臂和第二摆动臂以基于第一摆动臂的第一摆动角度和第二摆动臂的第二摆动角度来操作。
根据以上构型，当摆动关节装置被用作例如支持使用者的步行或跑步的步行能力辅助装置时，第一摆动臂可以支持使用者的大腿部的运动，而第二摆动臂可以辅助使用者的小腿部。因此可以在使用者步行或跑步时进一步降低负荷。
在以上方面中，将第一摆动臂的摆动传递至联锁摆动构件的动力传递部可以是由齿轮、带、以及连杆机构中的一者构成的。
根据以上构型，联锁摆动构件可以在第一摆动臂的摆动运动被适当地传递至联锁摆动构件时以联锁的方式适当地摆动。
根据本发明的第二方面，提供了一种步行能力辅助装置，用于对下肢的运动施加辅助力，该装置包括：腰侧附接部，该腰侧附接部附接至腰侧部分；第一纵向摆动臂，该第一纵向摆动臂设置在大腿的侧面，并且具有靠近其上端部的轴孔；大腿附接部，该大腿附接部附接至第一摆动臂并且置于大腿上；驱动轴构件，该驱动轴构件插入到第一摆动臂的轴孔中，以便以能够相对于腰侧附接部前后摆动的方式支撑第一摆动臂；刚性可变部，该刚性可变部使绕驱动轴构件的刚性改变；以及控制部，该控制部对通过刚性可变部改变的绕驱动轴构件的刚性进行控制。
根据以上方面，刚性可变部是使用控制部来控制的，以控制绕驱动轴构件的刚性。因此，由于对于包括第一摆动臂的摆动对象的摆动运动而言，用于辅助摆动运动所需的扭矩的程度是被自动地调节的，因而可以无任何麻烦地调节扭矩。另外，由于产生了用于辅助摆动运动所需的扭矩，可以进一步减少电力消耗或使用者的负荷。
在以上方面中，刚性可变部可以具有伸缩弹簧，该伸缩弹簧可以在第一摆动臂的摆动角度为零时具有自由长度，并且该伸缩弹簧的伸缩量可以相对于第一摆动臂的摆动角度而改变，以改变绕驱动轴构件的刚性。
根据以上构型，伸缩弹簧的伸缩量相对于第一摆动臂的摆动角度是可变的。以此方式，可以实现使绕驱动轴构件的刚性改变的结构。
在以上构型中，刚性可变部可以由从动轴构件、联锁摆动构件、刚性调节轴构件、刚性调节轴枢转部、枢转构件、以及伸缩弹簧构成，从动轴构件设置为与驱动轴构件相平行，联锁摆动构件以能够绕从动轴构件摆动的方式被支撑并且经由动力传递部连接至第一摆动臂以随着第一摆动臂的摆动而以联锁的方式摆动，同时以比第一摆动臂的摆动角度小的联锁摆动角度摆动，刚性调节轴构件设置在靠近联锁摆动构件的外周部的位置处并且设置成与从动轴构件相平行，刚性调节轴枢转部使刚性调节轴构件枢转，枢转构件连接至刚性调节轴构件以与刚性调节轴构件一起枢转，相当于伸缩弹簧的第一端的部分可以连接至枢转构件的位于远离刚性调节轴构件的位置处的弹簧固定端，相当于伸缩弹簧的第二端的部分可以连接至位于靠近联锁摆动构件的外周部的位置处的弹簧摆动端，弹簧摆动端在联锁摆动角度为零时的位置处与刚性调节轴构件同轴，连接至弹簧固定端和弹簧摆动端的伸缩弹簧在联锁摆动角度为零时可以具有自由长度，以及，控制部可以对刚性调节轴枢转部进行控制以根据联锁摆动角度来调节刚性调节角度，以调节从联锁摆动构件来看的伸缩弹簧的表观弹簧常数，刚性调节角度是形成于如下虚拟切线与虚拟线之间的角度：所述虚拟切线代表设在虚拟联锁摆动圆的圆周上并且设在刚性调节轴构件的位置处的切线，所述虚拟联锁摆动圆是绕从动轴构件以从动轴构件与刚性调节轴构件之间的距离作为半径的圆，所述虚拟线在联锁摆动角度为零时将弹簧摆动端与弹簧固定端彼此连接。
根据以上构型，可以具体地实现包括伸缩弹簧的刚性可变部。另外，由于表观弹簧常数可以仅通过用控制部控制刚性调节轴枢转部并使枢转构件枢转来调节，因而可以容易地调节表观弹簧常数。
在以上构型中，控制部可以基于第一摆动臂绕驱动轴构件的摆动频率、包括第一摆动臂的摆动对象的绕驱动轴构件的惯性矩、伸缩弹簧的弹簧常数、伸缩弹簧的自由长度、从动轴构件与刚性调节轴构件之间的距离以及联锁摆动角度来调节刚性调节角度，使得伸缩弹簧的共振点与摆动对象的摆动频率一致。
根据以上构型，可以使用控制部将刚性调节角度(枢转构件的枢转角度)自动地调节至与包括第一摆动臂的摆动对象相对应的适当角度。因此，可以在执行摆动运动的关节的刚性被自动地调节时自动地调节所产生的扭矩。另外，即使当通过电动机使第一摆动臂执行摆动运动时，也可以以适当的扭矩辅助该摆动运动。因此，可以进一步减小电动机的用于摆动的消耗电力。此外，即使在不通过电动机使摆动臂摆动而通过使用者他/她自身使摆动臂摆动的情况下，也可以以适当的扭矩辅助该摆动运动。因此，使用者的负荷可以被进一步降低。
在以上方面中，步行能力辅助装置还可以包括：第一驱动部，该第一驱动部基于来自控制部的控制信号使第一摆动臂绕驱动轴构件摆动。
根据以上构型，由于第一驱动部使第一摆动臂摆动，可以在使用者步行或跑步时进一步减小负荷。
在以上方面中，步行能力辅助装置可还包括：第二摆动臂，该第二摆动臂以能够绕驱动轴构件摆动的方式被支撑；第二角度检测部，该第二角度检测部对作为第二摆动臂的摆动角度的第二摆动角度进行检测；第二驱动部，该第二驱动部基于来自控制部的控制信号使第二摆动臂绕驱动轴构件摆动；以及摆动连杆构件，该摆动连杆构件连接至第一摆动臂和第二摆动臂以基于第一摆动臂的第一摆动角度和第二摆动臂的第二摆动角度来操作。
根据以上构型，由于第一摆动臂可辅助使用者的大腿部的运动并且第二摆动臂可以辅助使用者的小腿部，因而可以在使用者步行或跑步时进一步减小负荷。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制摆动关节的刚性的方法，摆动关节包括：驱动轴构件；第一摆动臂，该第一摆动臂以能够绕驱动轴构件摆动的方式支撑；从动轴构件，该从动轴构件设置成平行于驱动轴构件；联锁摆动构件，该联锁摆动构件经由动力传递部连接至第一摆动臂，以随着第一摆动臂的摆动而以联锁的方式绕从动轴构件摆动，同时以比第一摆动臂的摆动角度小的联锁摆动角度摆动；弹性体，该弹性体连接至联锁摆动构件以产生与联锁摆动角度相对应的迫压力，该迫压力是沿与联锁摆动构件的联锁摆动方向相反的方向产生的；刚性可变部，刚性可变部使从联锁摆动构件来看的弹性体的刚性改变；以及对刚性可变部进行控制的控制部，该方法包括：利用控制部和刚性可变部根据联锁摆动角度来调节从联锁摆动构件来看的弹性体的刚性。
根据以上方面，表观弹簧常数可变部是使用控制部根据联锁摆动角度来控制的。因此，由于对于包括摆动臂的摆动对象的摆动运动而言，用于辅助摆动运动所需的扭矩的程度被自动地调节，因而可以无任何麻烦地调节扭矩。另外，由于用于辅助摆动运动所需的扭矩是使用伸缩弹簧来产生的，因而可以进一步减小电力消耗或使用者的负荷。
另外，在以上方面中，弹性体可以是伸缩弹簧，以及刚性可变部是使从联锁摆动构件来看的伸缩弹簧的表观弹簧常数改变的表观弹簧常数可变部。
根据以上构型，由于将伸缩弹簧用作弹性体，使得可以确保最优的能量储存量并且可以容易地调节弹簧常数(刚性)以用于使用者的诸如步行和跑步之类的动作，因而可以平顺地储存以及输出能量。
在以上构型中，表观弹簧常数可变部可以由刚性调节轴构件、刚性调节轴枢转部、枢转构件、以及伸缩弹簧构成，刚性调节轴构件设置在靠近联锁摆动构件的外周部的位置并且设置成平行于从动轴构件，刚性调节轴枢转部使刚性调节轴构件枢转，枢转构件连接至刚性调节轴构件以与刚性调节轴构件一起枢转，相当于伸缩弹簧的第一端的部分可以连接至枢转构件的位于远离刚性调节轴构件的位置处的弹簧固定端，相当于伸缩弹簧的第二端的部分可以连接至位于靠近联锁摆动构件的外周部的位置处的弹簧摆动端，弹簧摆动端在联锁摆动角度为零时的位置处与刚性调节轴构件同轴，连接至弹簧固定端和弹簧摆动端的伸缩弹簧在联锁摆动角度为零时可以具有自由长度，以及可以利用控制部来控制刚性调节轴枢转部以根据联锁摆动角度来调节刚性调节角度，从而调节从联锁摆动构件来看的伸缩弹簧的表观弹簧常数，所述刚性调节角度是形成于如下虚拟切线与虚拟线之间的角度：虚拟切线代表设在虚拟联锁摆动圆的圆周上并且设在刚性调节轴构件的位置处的切线，所述虚拟联锁摆动圆是绕从动轴构件以从动轴构件与刚性调节轴构件之间的距离作为半径的圆，该虚拟线在联锁摆动角度为零时将弹簧摆动端与弹簧固定端彼此连接。
根据以上构型，可以具体地实现包括伸缩弹簧的表观弹簧常数可变部。另外，由于可以仅通过利用控制部来控制刚性调节轴部并使枢转构件枢转来调节表观弹簧常数，因而可以容易地调节表观弹簧常数。
在以上构型中，可以利用控制部基于第一摆动臂绕驱动轴构件的摆动频率、包括第一摆动臂的摆动对象的绕驱动轴构件的惯性矩、伸缩弹簧的弹簧常数、伸缩弹簧的自由长度、从动轴构件与刚性调节轴构件之间的距离以及联锁摆动角度来调节刚性调节角度，使得伸缩弹簧的共振点与摆动对象的摆动频率一致。
根据以上构型，可以使用控制部将刚性调节角度(枢转构件的枢转角度)自动地调节至与包括摆动臂的摆动对象相对应的适当角度。因此，可以在执行摆动运动的关节的刚性被自动地调节时自动地调节所产生的扭矩。另外，即使当通过电动机使摆动臂执行摆动运动时，也可以以适当的扭矩辅助该摆动运动。因此，可以进一步减小电动机的用于摆动的消耗电力。此外，即使在不通过电动机使摆动臂摆动而通过使用者他/她自身使摆动臂摆动的情况下，也可以以适当的扭矩辅助该摆动运动。因此，使用者的负荷可以被进一步降低。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点和技术上的及工业上的意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1为描述第一实施方式的摆动关节装置的各构成部分的示意性形状和组装位置的分解立体图；
图2为图1中示出的各构成部分组装在一起的摆动关节装置的立体图；
图3为描述了使用者(使用者的臂部未示出)佩戴有图2中示出的摆动关节装置的状态的视图；
图4为描述了大腿摆动臂的摆动状态和小腿摆动臂的摆动的示例的视图；
图5为沿着图4的线V-V截取的、并描述了弹簧单元的构型的横截面图；
图6为描述了在沿缩短方向向弹簧单元施加力的情况下弹簧单元的操作的视图；
图7为描述了在沿伸长方向向弹簧单元施加力的情况下弹簧单元的操作的视图；
图8为示出了在大腿摆动臂的摆动角度为零时弹簧单元的外周的立体图；
图9为示出了在大腿摆动臂从图8中示出的状态向前方摆动时弹簧单元的外周的立体图；
图10为描述了在从动轴构件、刚性调节轴构件、以及弹簧固定端对齐时示意性示出的伸缩弹簧根据联锁摆动构件的摆动而伸长/缩短的状态的视图；
图11为描述了与图10相对比的在弹簧单元的枢转角度改变时示意性示出的伸缩弹簧根据联锁摆动构件的摆动而伸长/缩短的状态的视图；
图12为描述控制部的输入/输出的视图；
图13为描述控制部的处理程序的示例的流程图；
图14为描述用于计算用以对表观弹簧常数进行调节的刚性调节角度的程序的视图；以及
图15为描述了联锁摆动构件具有两个弹簧单元的示例的视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图给出作为用于实施本发明的实施方式的第一实施方式的描述。注意的是，在各个附图描述X轴、Y轴和Z轴时，X轴、Y轴和Z轴彼此正交，Z轴方向指示竖向向上方向、X轴方向指示相对于使用者(佩戴有摆动关节装置的使用者)的前方方向，以及Y轴方向指示相对于使用者的右侧方向。注意的是，在说明书中，图1中示出的“大腿摆动臂13”和“小腿摆动臂33”分别为“第一摆动臂”和“第二摆动臂”的示例。另外，“旋转角度检测部11S”和“旋转角度检测部31S”分别为“第一角度检测部”和“第二角度检测部”的示例。此外，“电动机11”和“电动机31”分别为“第一驱动部”和“第二驱动部”的示例。进一步地，“基部2”为“腰侧附接部”的示例。此外，“摆动关节装置1”为“步行能力辅助装置”的示例。此外，在下面的说明中示出了驱动轴构件6是凸出构件的示例。然而，驱动轴构件6可以是呈凸出形状的轴或者可以是对轴进行支撑的中空部(孔)。因此，“绕驱动轴构件6被支撑”的描述与“绕作为驱动轴构件6的中心轴线的驱动轴线6J而被支撑”的意思相同。此外，“小腿继动臂34”与“小腿臂35”为“摆动连杆构件”的示例。此外，“弹性体”包括“伸缩弹簧23K”，并且在以下的说明中使用伸缩弹簧。
第一实施方式的摆动关节装置1附接至使用者的一条腿(在第一实施方式中为左腿)以辅助使用者的诸如步行和跑步之类的动作。如在图1中示出的，摆动关节装置1由通过附图标记2、3、4、5、6和7指示的使用者附接部、通过附图标记11、12、13和19指示的大腿摆动部、通过附图标记16、21、22和23指示的刚性调节部、以及通过附图标记31、32、32P、32B、33、34、35、36和39指示的小腿摆动部构成。注意的是图1为示出了摆动关节装置1的各个构成部分的形状、组装位置等的分解立体图；并且图2示出了处于各个构成部分组装在一起的状态的摆动关节装置1。另外，图3示出了使用者佩戴摆动关节装置1的状态，而图4示出了大腿摆动臂13和小腿摆动臂33的摆动的示例。
基部2固定至腰附接部3，并且是用作用于保持大腿摆动部、刚性调节部、以及小腿摆动部的基础(板)的构件。另外，基部2具有驱动轴构件6并且具有从动轴构件7，驱动轴构件6在与佩戴该摆动关节装置1的使用者的股关节的侧面相对应的位置处近似平行于Y轴延伸，从动轴构件7设置成在驱动轴构件6的上侧平行于驱动轴构件6。注意的是驱动轴构件6插入到稍后将描述的小腿摆动臂33的通孔33H中，然后插入到大腿摆动臂13的通孔13H中。另外，从动轴构件7插入到联锁摆动构件16的通孔16H中。注意的是驱动轴线6J指示驱动轴构件6的中心轴线，而从动轴线7J指示从动轴构件7的中心轴线。
腰附接部3是缠绕在使用者的腰上且固定至使用者的腰并且构造成能够根据使用者的腰部尺寸进行调节的构件。另外，腰附接部3固定至基部2并且连接至肩带4的一个端部和另一个端部。
肩带4在其端部(一个端部和另一端部)处附接至腰附接部3的前面侧和背面侧，并且构造成能够调节其长度、并附接至控制单元5。使用者可以通过调节肩带4的长度并将控制单元5放在背上来将控制单元5像背包一样背在他的/她的背上。
控制单元5容置对电动机11、21、以及31进行控制的控制部、向控制部以及电动机11、21和31供给电力的电池等。
大腿摆动臂13(作为第一摆动臂的示例)由圆盘部13G和臂部构成，该圆盘部13G具有位于其外周面处的齿轮齿，该臂部从圆盘部13G向下延伸。圆盘部13G在其中心处具有通孔13H，并且驱动轴构件6插入到通孔13H中。因而，大腿摆动臂13以能够绕驱动轴构件6摆动的方式被支撑。另外，大腿摆动臂13的通孔13H设置在与使用者的股关节的侧面相对应的位置处，设置在大腿摆动臂13的下端部处的连杆孔13L设置在与使用者的膝关节的侧面相对应的位置处。注意的是大腿摆动臂13的向下延伸的长度构造成是可调节的，并且使用者能够根据他的/她的膝关节的位置来调节连杆孔13L的竖向位置。另外，大腿摆动臂13附接至大腿附接部19。大腿附接部19设置于使用者的大腿部(大腿的周围)上以便利将大腿摆动臂13附接至使用者的大腿部。
支架12是用于固定电动机11以使得电动机11的旋转轴与驱动轴构件6同轴的构件，并且支架12固定至基部2以使得通孔12H与驱动轴构件6同轴。注意的是，支架12是在将驱动轴构件6首先配装在小腿摆动臂33的通孔33H中、然后将驱动轴构件6配装在大腿摆动臂13的通孔13H中之后被固定至基部2的。
电动机11在其末端部处具有减速器11D，并且减速器11D被插入到支架12的通孔12H中从而被附接于大腿摆动臂13的圆盘部13G的中心处。另外，电动机11固定至支架12。此外，电动机11接收来自容置在控制单元5中的电池的电力以及来自容置在控制单元5中的控制部的驱动信号。因而，电动机11可以使大腿摆动臂13相对于支架12(即，基部2)(见图4)绕驱动轴构件6前后摆动。进一步的，电动机11具有诸如编码器之类的旋转角度检测部11S。旋转角度检测部11S向控制部输出与电动机11的轴的旋转角度相对应的信号。控制部能够基于来自旋转角度检测部11S的检测信号和减速器11D的减速比来检测减速器11D的旋转角度，并且控制部能够检测大腿摆动臂13的摆动角度。注意的是，支架12可以具有对大腿摆动臂13相对于支架12的摆动角度进行检测的角度检测部(角度传感器)或者可以具有对小腿摆动臂33相对于支架12的摆动角度进行检测的角度检测部(角度传感器)。另外，代替检测大腿摆动臂13的摆动角度的角度检测部，支架12可以具有检测联锁摆动构件16的摆动角度的角度检测部。
小腿摆动臂33具有通孔33H，驱动轴构件6插入到该通孔33H中。当驱动轴构件6插入到通孔33H中时，小腿摆动臂33以能够绕驱动轴构件6摆动的方式被支撑。带32B设置在小腿摆动臂33上，并且动力从由电动机31、带轮32P、以及带32B构成的动力传递部传递以使小腿摆动臂33绕驱动轴构件6摆动。
小腿继动臂34具有上端部和下端部，其中，所述上端部以可摆动的方式连接至小腿摆动臂33的末端，所述下端部以可摆动的方式连接至位于小腿臂35的上端侧的平行连杆形成部35M的端部。注意的是小腿继动臂34的向下延伸的长度构造成是可调节的。即，根据大腿摆动臂13的经调节的长度来调节小腿继动臂34的长度。
小腿臂35形成为大致倒L形并且在与L形的弯曲部分相对应的位置处具有连杆孔35L，该连杆孔35L与位于大腿摆动臂13的下端部处的连杆孔13L相连。因此，小腿臂35形成为使得位于上端侧的平行连杆形成部35M的一个端部以可摆动的方式连接至小腿继动臂34的下端部并且平行连杆形成部35M的另一端部以可摆动的方式连接至大腿摆动臂13的下端部。另外，小腿臂35具有下端部，脚部保持部36的上端部以可摆动的方式连接至小腿臂35的下端部。注意的是，小腿臂35的向下延伸的长度构造成是可调节的，以与使用者的小腿相匹配。另外，脚部保持部36形成为大致L形并且具有定位在使用者的脚部的底部处的下端部。此外，小腿臂35附接至小腿附接部39。小腿附接部39被设置于使用者的小腿(小腿腓部的周围)上以便利将小腿臂35附接至使用者的小腿部。
支架32是用于固定电动机31的构件，并且支架32被固定至基部2。另外，支架32具有通孔32H。
电动机31在其末端处具有减速器31D，并且减速器31D被插入到支架32的通孔32H中。另外，减速器31D附接至带轮32P，带32B被置于带轮32P与小腿摆动臂33之间。此外，电动机31接收来自容置在控制单元5中的电池的电力以及来自容置在控制单元5中的控制部的驱动信号。因而，电动机31可以经由带轮32P和带32B使小腿摆动臂33绕驱动轴构件6前后摆动(见图4)。进一步的，电动机31具有诸如编码器之类的旋转角度检测部31S。旋转角度检测部31S向控制部输出与电动机31的轴的旋转角度相对应的信号。控制部能够基于来自旋转角度检测部31S的检测信号、减速器31D的减速比、以及带轮比来检测小腿摆动臂33的旋转角度，并且能够检测小腿摆动臂33的摆动角度。
接下来将参照图4给出对佩戴有大腿摆动臂13的使用者的大腿部UL1的摆动进行辅助的操作的描述以及对佩戴有小腿臂35的使用者的小腿部UL2的摆动进行辅助的操作的描述。大腿摆动臂13在接收来自电动机11的动力时绕驱动轴构件6摆动。类似地，小腿摆动臂33在接收来自电动机31的动力时绕驱动轴构件6摆动。另外，大腿摆动臂13、小腿摆动臂33、小腿继动臂34、以及(小腿臂35的)平行连杆形成部35M构成了形成为平行四边形的平行连杆。因此，小腿继动臂34和小腿臂35相当于连接至大腿摆动臂13和小腿摆动臂33、并且基于大腿摆动臂13的摆动角度(图4中的角度θ1)和小腿摆动臂33的摆动角度(图4中的角度θ1-θ2)来操作的摆动连杆构件。注意的是，在图4中由实线表示的大腿摆动臂13、小腿摆动臂33、小腿继动臂34、以及小腿臂35的位置被设定为各个臂的初始位置(使用者保持直立姿势的情况下的位置)。
当大腿摆动臂13从其初始位置以角度θ1向前摆动时，如图4中示出地，使用者的大腿部UL1可以以角度θ1向前迈出。同时，当小腿摆动臂33从其初始位置以角度(θ1-θ2)向前摆动时，如图4中示出地，使用者的小腿部UL2可以向前迈出从而相对于大腿摆动臂13成角度θ2的倾斜。由于大腿摆动臂13的通过电动机11的摆动运动与小腿摆动臂33的通过电动机31的摆动运动可以分开地控制，因而允许使用者如他/她所愿地自由地调节角度θ1和角度θ2。另外，由于需要大扭矩的大腿部的迈出根据构型可以基于电动机11的扭矩和电动机31的扭矩两者，因而无需大型的电动机。
另外，当大腿摆动臂13摆动时，联锁摆动构件16以联锁的方式摆动(前后枢转)(即，摆动运动)。因而，摆动运动的能量经由联锁摆动构件16而蓄积在弹簧单元23中并且被用于沿相反的方向执行摆动运动。即，在大腿摆动臂13向前摆动时所产生的能量被蓄积在弹簧单元23中并在大腿摆动臂13向后摆动时使用，并且，在大腿摆动臂13向后摆动时所产生的能量被蓄积在弹簧单元中并在大腿摆动臂13向前摆动时使用。接下来，将给出包括弹簧单元23的刚性调节部的描述。
支架22是将电动机21固定于如下位置的构件：当联锁摆动角度为零时，在该位置处，电动机21的刚性调节轴构件21D(在该情况下为减速器)与设置在联锁摆动构件16的外周部上的弹簧接合构件16K同轴(参见图8和图9)，并且支架22被固定至基部2。另外，支架22在当联锁摆动角度为零时刚性调节轴构件21D与联锁摆动构件16的弹簧接合构件16K同轴的位置处具有通孔22H。注意的是，用作刚性调节轴构件21D的旋转轴线的刚性调节轴线21DJ(参见图5至图7)平行于驱动轴线6J和从动轴线7J。
联锁摆动构件16为圆盘状构件，该圆盘状构件在其外周面处具有齿轮齿16G。联锁摆动构件16在其中心处具有通孔16H，并且从动轴构件7被插入到通孔16H中。因此，联锁摆动构件16以能够绕从动轴构件7摆动的方式被支撑。另外，位于大腿摆动臂13的圆盘部13G的外周面处的齿轮齿与位于联锁摆动构件16的外周面处的齿轮齿彼此啮合，并且联锁摆动构件16随着大腿摆动臂13的摆动运动而摆动。此外，联锁摆动构件16的直径被设定为大致大于圆盘部13G的直径，并且圆盘部13G的齿轮齿与联锁摆动构件16的齿轮齿的比率被设定为例如1:10。在该情况下，例如，当大腿摆动臂13以60°的摆动角度摆动时，联锁摆动构件16以联锁的方式以6°的摆动角度摆动。此外，弹簧接合构件16K(参见图1，作为弹簧摆动端的示例)被设置在靠近联锁摆动构件16的外周部的位置处，即，设置于当联锁摆动角度为零时弹簧接合构件16K与刚性调节轴构件21D(设置在电动机21的轴上的减速器)同轴的位置处(参见图8和图9)。弹簧接合构件16K连接至弹簧单元23的伸缩弹簧的一个端部处。
电动机21在其末端部处具有刚性调节轴构件21D，并且刚性调节轴构件21D被插入到支架22的通孔22H中从而被附接至弹簧单元23的附接部23H。另外，电动机21固定至支架22。此外，电动机21接收来自容置在控制单元5中的电池的电力和容置在控制单元5中的控制部的驱动信号。另外，电动机21可以使弹簧单元23相对于支架22(即，基部2)绕刚性调节轴构件21D枢转(参见图4)。此外，电动机21具有诸如编码器之类的旋转角度检测部21S。旋转角度检测部21S向控制部输出与电动机21的轴的旋转角度相对应的信号。同时，控制部能够基于来自旋转角度检测部21S的检测信号和刚性调节轴构件21D的减速比来检测刚性调节轴构件21D的旋转角度，并且控制部能够检测弹簧单元23(枢转构件23A)的枢转角度。注意的是支架22可以具有角度检测部(角度传感器)，该角度检测部对弹簧单元23(枢转构件23A)的相对于支架22的枢转角度进行检测。注意的是下面将详细给出弹簧单元23的描述。
如在图5(沿图4中的线V-V截取的截面图)中示出的，弹簧单元23由具有附接部23H的枢转构件23A、轴承23B、具有摆动追随轴构件23C的摆动追随构件23M、轴23D、伸缩传递构件23E、垫圈23F和23G、以及伸缩弹簧23K构成。
枢转构件23A允许电动机21的刚性调节轴构件21D被配装在靠近枢转构件23A的一个端部设置的附接部23H中并且绕刚性调节轴线21DJ枢转。另外，枢转构件23A在枢转构件23A的另一端部处(在远离刚性调节轴构件的位置处)具有用于接纳轴承23B和摆动追随轴构件23C的通孔23A1。
摆动追随轴构件23C(作为弹簧固定端的示例)经由轴承23B附接于远离枢转构件23A的刚性调节轴构件21D的位置处。因此，具有摆动追随轴构件23C的摆动追随构件23M被支撑成能够绕平行于刚性调节轴线21DJ的弹簧支撑轴线23CJ枢转。另外，摆动追随构件23M具有通孔23M1和23M2，所述通孔23M1和23M2用于沿着与刚性调节轴线21DJ正交的方向接纳轴23D。
伸缩传递构件23E、垫圈23F、伸缩弹簧23K、以及垫圈23G配装到轴23D上，并且轴23D被插入到摆动追随构件23M的通孔23M1和23M2中。伸缩传递构件23E的附接部23E1经由轴承23N接纳设置在联锁摆动构件16的外周部上的弹簧接合构件16K(参见图1)。注意的是，当刚性调节轴线21DJ与用作弹簧接合构件16K的中心轴线的弹簧摆动轴线16KJ同轴时，伸缩弹簧23K具有自由长度并且处于既未缩短也未伸长的状态。
在弹簧单元23中，当联锁摆动构件16从具有上述构型的、图5中示出的状态向下移动时，如图6中示出地，弹簧接合构件16K向下推动伸缩传递构件23E和垫圈23F。因而，伸缩弹簧23K缩短，并且伸缩弹簧23K的迫压力沿使介于刚性调节轴线21DJ与弹簧摆动轴线16KJ之间的距离ΔLd变为零的方向被施加。
另一方面，当联锁摆动构件16从图5中示出的状态向上移动时，如图7中示出地，弹簧接合构件16K向上推动伸缩传递构件23E、轴23D和垫圈23G。因而，伸缩弹簧23K缩短，并且伸缩弹簧23K的迫压力沿使介于刚性调节轴线21DJ与弹簧摆动轴线16KJ之间的距离ΔLu变为零的方向被施加。
图8为在大腿摆动臂13的摆动角度为零时弹簧单元23的外周的立体图。在大腿摆动臂13的摆动角度为零时，刚性调节轴线21DJ与弹簧摆动轴线16KJ同轴，并且伸缩弹簧23K具有自由长度。弹簧单元23的枢转构件23A能够绕电动机21的刚性调节轴构件21D的刚性调节轴线21DJ枢转，并且枢转构件23A的枢转角度是通过电动机21来调节的。另外，弹簧单元23的摆动追随构件23M能够绕弹簧支撑轴线23CJ枢转。
图9示出了大腿摆动臂13从图8示出的状态沿着由附图标记R8指示的方向摆动的情况，并且示出了联锁摆动构件16以联锁的方式沿着由附图标记L8指示的方向摆动的情况。当大腿摆动臂13沿着由附图标记R8指示的方向摆动时，与位于大腿摆动臂13的圆盘部13G的外周部上的齿轮齿啮合的联锁摆动构件16以联锁的方式沿着由附图标记L8指示的方向摆动。因此，位于联锁摆动构件16的外周部上的弹簧接合构件16K沿远离刚性调节轴线21DJ的方向移动并且沿着远离弹簧支撑轴线23CJ的方向拉动伸缩传递构件23E。因而，伸缩弹簧23K缩短(参见图7)，并且在伸缩弹簧23K中产生的迫压力作用为用于使联锁摆动构件16沿使弹簧摆动轴线16KJ与刚性调节轴线21DJ同轴的方向枢转的力(用于使联锁摆动构件16沿与由附图标记L8指示的方向相反的方向枢转的力)。
接下来，将参照图10和图11给出刚性调节角度的描述。注意的是，图10、图11和图14分别示出了弹簧单元23Z的示意图，其中在图5中示出的弹簧单元23的结构被简化。在弹簧单元23Z的示意图中的每个示意图中，仅留下了在图5中示出的弹簧单元23的构型中的枢转构件23A、摆动追随轴构件23C、以及伸缩弹簧23K。伸缩弹簧23K的一个端部与摆动追随轴构件23C相接合，并且伸缩弹簧23K的另一端部与弹簧接合构件16K相接合。另外，在图10中示出的联锁摆动角度为零并且刚性调节轴线21DJ与弹簧摆动轴线16KJ同轴时，伸缩弹簧23K具有自由长度，在该长度处，伸缩弹簧23K既未伸长也未缩短。
在图10和图11中，设在用作绕从动轴构件7以从动轴构件7与刚性调节轴构件21D之间的距离作为半径的圆的虚拟联锁摆动圆(在本实施方式中为联锁摆动构件的外周圆)的外周上、并且设置在刚性调节轴构件21D的位置处的切线被表示为虚拟切线VS。另外，在联锁摆动角度为零时将弹簧固定端(以摆动追随轴构件23C为例子)与弹簧摆动端(以弹簧接合构件16K为例子)彼此连接的线被表示为虚拟线V23。此外，将从动轴构件7的从动轴线7J与刚性调节轴构件21D的刚性调节轴线21DJ彼此连接的线被表示为虚拟基准线VX。当弹簧摆动轴线16KJ设置在与虚拟参照线VX叠合的位置时，大腿摆动臂13的摆动角度为零，并且联锁摆动构件16的联锁摆动角度为零。另外，虚拟切线VS和虚拟参照线VX彼此正交。此外形成于虚拟切线VS与虚拟线V23之间的角度——即，图10中的角度φa和图11中的角度φb——为刚性调节角度。
图10示出了电动机21被控制成使得刚性调节角度φa变为近似直角的情况的示例。这里，假定大腿摆动臂13从摆动角度为零的状态沿着由附图标记L10指示的方向摆动，并且假定联锁摆动构件16从联锁摆动角度为零的状态沿着由附图标记R10指示的方向以θR10的联锁摆动角度摆动。在该情况下，弹簧接合构件16K从弹簧接合构件16K与刚性调节轴构件21D同轴的位置向弹簧接合构件16K’的如下位置移动：在该位置处，弹簧接合构件16K以θR10的联锁摆动角度向右旋转。因此，伸缩弹簧23K被置于伸缩弹簧23K’的状态，并且伸长了ΔLR10。由于伸缩弹簧23K’的伸长而产生的迫压力变成一种用于使联锁摆动构件16沿联锁摆动角度变为零的方向摆动的力。
对比图10、图11示出了电动机21被控制成使得刚性调节角度φb变为约45°的情况的示例。这里，如同在图10中的情况，假定大腿摆动臂从摆动角度为零的状态沿着由附图标记L10指示的方向摆动，并且假定联锁摆动构件16从联锁摆动角度为零的状态沿着由附图标记R10指示的方向以θR10的联锁摆动角度摆动。在该情况下，伸缩弹簧23K被置于伸缩弹簧23K’的状态，并且伸长了ΔLR11。然而，尽管联锁摆动构件16与图10中的情况相同地以θR10的联锁摆动角度摆动，但伸长量ΔLR11大于图10中示出的ΔLR10。即，图10中的伸缩弹簧23K’的迫压力大于图11中的伸缩弹簧23K’的迫压力。
如以上描述的，即使联锁摆动角度是相同的，也可以通过改变刚性调节角度来改变伸缩弹簧23K的伸缩量。换言之，可以通过改变刚性调节角度来改变从联锁摆动构件16来看的伸缩弹簧23K的表观弹簧常数。即，可以通过调节刚性调节角度来调节绕驱动轴构件6的刚性。注意的是，从联锁摆动构件16来看的伸缩弹簧23K的表观弹簧常数在刚性调节角度为直角时变为最小，而在刚性调节角度为零时变为最大(0°≤刚性调节角度≤90°)。
以上描述的弹簧单元23、刚性调节轴构件21D、和电动机21(刚性调节轴枢转部)构成表观弹簧常数可变部。表观弹簧常数可变部使从联锁摆动构件16来看的伸缩弹簧23K的表观弹簧常数改变并且使绕驱动轴构件6的刚性改变。另外，表观弹簧常数可变部、从动轴构件7、联锁摆动构件16构成刚性可变部。如以上所描述的，“刚性”表示用以使大腿摆动臂13摆动所需的每单位角度变化的扭矩，从联锁摆动构件16来看的伸缩弹簧23K的表观弹簧常数与该扭矩相关。因此“从联锁摆动构件16来看的弹性体的刚性”包括“从联锁摆动构件16来看的伸缩弹簧23K的表观弹簧常数”。该弹簧常数代表了一种刚性。弹性体的刚性可以改变以最优地储存能量并且最优地输出所保存的能量。此外，“使从联锁摆动构件16来看的弹性体的刚性改变的刚性可变部”包括“使从联锁摆动构件16来看的伸缩弹簧23K的表观弹簧常数改变的表观弹簧常数可变部”。
接下来将参照图12给出控制部50的输入/输出的描述。控制单元5容置控制部50和电池60。另外，控制单元5具有启动开关54、用作输入/输出部的触摸板55、以及用于为电池60充电的连接器61等。此外，控制部50(控制单元)具有中央处理单元(CPU)50A、电动机驱动器51、52和53等。注意的是，尽管控制部50也具有存储用于运行控制部50的处理的程序、各种测量结果的存储单元等，但存储单元未在图中显示。
如将在稍后描述的，控制部50计算用于使大腿摆动臂13摆动的目标摆动周期和目标摆动角度并经由电动机驱动器51向电动机11输出驱动信号。基于来自控制部50的驱动信号，电动机11经由减速器11D使大腿摆动臂13以规定的周期及规定的角度摆动。另外，电动机11的轴的旋转速度和旋转量是通过旋转角度检测部11S来检测的，并且检测信号在被输入到电动机驱动器51的同时经由电动机驱动器51输入至CPU50A。CPU50A执行反馈控制使得以来自旋转角度检测部11S的检测信号为基础的实际摆动周期和实际摆动角度更接近目标摆动周期和目标摆动角度。
另外，如将在稍后描述的，控制部50计算弹簧单元23的目标刚性调节角度，使得从联锁摆动构件16来看的表观弹簧常数具有最优值，并且控制部50经由电动机驱动器52将驱动信号输出至电动机21。基于来自控制部50的驱动信号，电动机21经由刚性调节轴构件21D使弹簧单元23枢转。另外，通过旋转角度检测部21S来检测电动机21的轴的旋转速度和旋转量，并且检测信号在被输入到电动机驱动器52的同时经由电动机驱动器52输入到CPU50A中。CPU50A执行反馈控制使得以来自旋转角度检测部21S的检测信号为基础的实际枢转角度更接近目标刚性调节角度。
如将在稍后描述的，控制部50计算用于使小腿摆动臂33摆动的目标摆动周期和目标摆动角度并经由电动机驱动器53向电动机31输出驱动信号。基于来自控制部50的驱动信号，电动机31经由减速器31D、带轮32P、以及带32B使小腿摆动臂33以规定的周期和规定的角度摆动。另外，电动机31的轴的旋转速度和旋转量是通过旋转角度检测部31S来检测的，并且检测信号在被输入到电动机驱动器53的同时经由电动机驱动器53输入至CPU50A。CPU50A执行反馈控制使得以来自旋转角度检测部31S的检测信号为基础的实际摆动周期和实际摆动角度更接近目标摆动周期和目标摆动角度。
启动开关54是用于启动控制部50的开关。另外，触摸板55是用于输入使用者的身高、体重等以及执行设定状态的显示等的设备。此外，用于充电的连接器61是连接有充电电缆从而为电池60充电的连接器。
接下来，将参照图13中示出的流程图给出控制部50的处理程序的描述。当使用者操作控制单元的启动按钮(步骤S10)时，控制部行进至步骤S15。
在步骤S15中，控制部处于等待经由触摸屏输入使用者的初始设定的状态。在确认使用者的身高和体重的输入后，控制部行进至步骤S20。注意的是，在使用者的输入甚至在经过规定的时间之后也未被确认的情况下，控制部设定例如默认的标准身高和体重并行进至步骤S20。
在步骤S20中，控制部在规定的时间段内测量使用者的步行(或跑步)状态而不向电动机11、21和31通电，并来自旋转角度检测部11S和31S的检测信号存储在存储单元中作为测量数据以与测量时间相对应。电动机11和31的轴构造成在未通电时空转。注意的是电动机21的轴构造成在未通电时被锁定而不空转。然后，在收集测量数据达例如规定数目的步骤或规定的时间之后，控制部行进至步骤S25。
在步骤S25中，控制部根据以来自旋转角度检测部11S的检测信号为基础的测量数据来计算大腿摆动臂的摆动角度(或摆动幅度)，并根据大腿摆动臂的角速度和角加速度来计算步行周期(或者摆动周期)。另外，控制部类似地根据以来自旋转角度检测部31S的检测信号为基础的测量数据来计算小腿摆动臂的摆动角度(或摆动幅度)，并根据小腿摆动臂的角速度和角加速度来计算步行周期(或摆动周期)。然后，控制部行进至步骤S30。
在步骤S30中，控制部基于在步骤S25中计算出的大腿摆动臂的摆动角度和摆动周期、以及在步骤15中输入的使用者的身高和体重等来计算目标刚性调节角度作为最优关节刚性。在此之后，控制部行进至步骤S35。注意的是，稍后将详细描述用于计算目标刚性调节角度的方法。
在步骤S35中，控制部控制电动机21以将弹簧单元23(枢转构件23A)的刚性调节角度设定于在步骤S30中计算出的目标刚性调节角度。在此之后，控制部行进至步骤S40。
在步骤S40中，控制部基于在步骤S25中计算出的大腿摆动臂的摆动角度和摆动周期以及小腿摆动臂的摆动角度和摆动周期、电池的输出电压等来计算对使用者的大腿部进行辅助的模式(向电动机11输出驱动信号的模式等)以及对使用者的小腿部进行辅助的模式(向电动机31输出驱动信号的模式)。在此之后，控制部行进至步骤S45。
在步骤S45中，控制部开始基于在步骤S40中计算出的模式向电动机11和31输出驱动信号以使大腿摆动臂13和小腿摆动臂33摆动并对使用者的步行(或跑步)动作进行辅助以使使用者的步行(或跑步)动作继续。在此之后，控制部行进至步骤S50。注意的是，向电动机11和31输出驱动信号甚至在控制部转至其他步骤之后仍旧继续。
在步骤S50中，控制部在操作电动机11和31并且对使用者的步行(或跑步)动作进行辅助的同时，如在步骤S20的测量中那样，将来自旋转角度检测部11S与31S的检测信号存储在存储单元中作为测量数据以与测量时间相对应。在此之后，控制部行进至步骤S55。注意的是，测量数据的收集甚至在控制部转至其他步骤之后仍旧继续。
在步骤S55中，控制部基于在步骤S50中收集到的测量数据来判定使用者是否想要停止对步行(或跑步)动作的辅助。当判定使用者想要停止对步行(或跑步)动作进行辅助(“是”)时，控制部停止向电动机11和31输出驱动信号以结束处理。另一方面，当判定使用者不想停止对步行(或跑步)动作进行辅助(“否”)时，控制部返回至步骤S25。
接下来将参照图14给出在图13中示出的流程图的步骤S30中所执行的用于计算目标刚性调节角度的程序的描述。图14为示意性地示出大腿摆动臂13、联锁摆动构件16、弹簧接合构件16K、摆动追随轴构件23C、以及伸缩弹簧23K的视图。注意的是，在图14中示出的示例中的大腿摆动臂13的摆动运动构造成经由带VB传递至联锁摆动构件16。
在图14中，与设在联锁摆动构件16的外周部上的刚性调节轴线21DJ相接触的切线被表示为虚拟切线VS。另外，穿过刚性调节轴线21DJ和从动轴线7J的线被表示为虚拟线VT。此外，联锁摆动构件16被表示为绕从动轴线7J的半径为r的标准圆。另外，伸缩弹簧23K的一个端部(相当于一个端部的部分)与弹簧单元的摆动追随轴构件23C(作为弹簧固定端的示例)相接合、并且伸缩弹簧23K的另一端部(相当于另一端部的部分)与弹簧接合构件16K(作为弹簧摆动端的示例)相接合。此外，伸缩弹簧23K在弹簧接合构件16K与刚性调节轴线21DJ同轴时具有自由长度，该自由长度被表示为L。此外，在联锁摆动构件16的联锁摆动角度为零时，弹簧接合构件16K与刚性调节轴线21DJ同轴。
当联锁摆动构件16从联锁摆动构件16的联锁摆动角度为零的状态(弹簧接合构件16K与刚性调节轴线21DJ同轴的状态)以联锁的方式以角度θ沿顺时针方向摆动时，弹簧接合构件16K从弹簧接合构件16K与刚性调节轴线21DJ同轴的位置移动至由附图标记16K’指示的位置，由此伸缩弹簧23K被置于由附图标记23K’指示的位置和伸缩状态。这里，由附图标记23K’指示的伸缩弹簧的长度被表示为L’。穿过附图标记16K’并且平行于虚拟切线VS的线被表示为虚拟线VS’。另外，摆动追随轴构件23C的位置被设定为位置(A)，虚拟线VS’与从位置(A)至虚拟线VS’的垂线相交的位置被设定为位置(C)，并且附图标记16K’的位置被设定为位置(B)。此外，刚性调节角度，即，在虚拟切线VS与将摆动追随轴构件23C和刚性调节轴线21DJ彼此连接的虚拟线V23之间形成的角度被表示为角度φ。
根据以上相应的设定，从动轴线7J与附图标记16K’之间的距离被表示为r。另外，从动轴线7J与虚拟切线VS之间的距离被表示为r。此外，位置(B)与虚拟线VT之间的距离被表示为r·sinθ。另外，位置(C)与虚拟线VT之间的距离被表示为Lcosφ。此外，虚拟切线VS与虚拟线VS’之间的距离被表示为r-r·cosθ＝r·(1-cosθ)。此外，位置(A)与虚拟切线VS之间的距离被表示为L·sinφ。此外，在角度θ——即联锁摆动构件16的联锁摆动角度——是很小的角度时，表示带VB的运动长度的联锁摆动构件16的沿外周方向的位移量表示为r·θ。
这里，当使用者的步行频率被表示为f并且此时的角速度被表示为ω时，以下表达式(1)成立。步行频率f可以根据测量到的使用者的步行(跑步)周期来计算。因此，可以计算在以下表达式(1)中的值ω。
ω＝2·π·f
另外，伸缩弹簧23K沿自由长度的方向伸缩时的弹簧常数被表示为k，并且当刚性调节角度为角度φ时的从联锁摆动构件16来看的伸缩弹簧的表观弹簧常数被表示为k′。此外，绕从动轴线7J的、包括使用者的下肢、大腿摆动臂13、以及联锁摆动构件16的惯性矩被表示为I。例如，可根据绕从动轴线7J摆动的各个构件的总质量(确立的)、该总质量的重心位置(确立的)、以及根据使用者的体重和身高推定的下肢的质量和重心位置来计算惯性矩I，并且以下表达式(2)成立。由于ω的值和惯性矩I以上述方式计算，表观弹簧常数k′可以根据以下表达式(2)计算。
ω＝√(k′/I)
k′＝I·ω2
进一步地，根据能量守恒定律以下表达式(3)成立。由于L、r、θ、k、和k′是以上述方式计算的，L′可以通过以下表达式(3)来计算。
(1/2)·k′·(r·θ)2＝(1/2)·k·(L′-L)2
L′＝L+r·θ·√(k′/k)
此外，在图14中，顶点位于位置(A)、位置(B)和位置(C)处的三角形为直角三角形。因此，根据勾股定理，以下表达式(4)成立。
(r·sinθ+L·cosφ)2+[r·(1-cosθ)+L·sinφ]2＝L′2
对以上表达式(4)进行整理，可以得出以下表达式(5)。
cos[(θ/2)-φ]＝[L′2-L2-2·r2·(1-cosθ)]/4·L·r·sin(θ/2)
这里，当以上表达式(5)由[L′2-L2-2·r2·(1-cosθ)]/4·L·r·sin(θ/2)＝χ置换时，由于在θ＝0的情况下χ＝√(k′/k)成立，因而可以获得以下表达式(6)。由于L′,L,r,θ,k,和k′是以上述方式计算的，因而能够计算χ。因此，可以计算角度φ。计算出的角度φ为目标刚性调节角度。
在φ＞θ/2的情况下，φ＝(θ/2)+cos-1χ
在φ≤θ/2的情况下，φ＝(θ/2)-cos-1χ
如以上描述的，基于大腿摆动臂13的绕驱动轴构件6的摆动频率(f)、包括大腿摆动臂13的摆动对象的绕驱动轴构件6的惯性矩(I)、伸缩弹簧23K的弹簧常数(k)、伸缩弹簧23K的自由长度(L)、从动轴构件7与刚性调节轴构件之间的距离(r)、以及联锁摆动角度(角度θ)，使用控制部50来调节刚性调节角度(角度φ)，使得伸缩弹簧的共振点与摆动对象的摆动频率一致。
因此，设定刚性调节角度φ，使得伸缩弹簧23K的共振点与包括摆动臂13的摆动对象(绕驱动轴构件6摆动的整个物体)的摆动频率一致以确立节约能量法则，由此可以使电动机11消耗的电力最小化。注意的是，刚性调节角度可以不根据以上表达式而根据其他方法来计算。即，精微地改变刚性调节角度，并且在该刚性调节角度处测量电动机11的在规定周期内的消耗电力。在此之后，再次精微地改变刚性调节角度，并且在该刚性调节角度处测量电动机11的在规定周期内的消耗电力。通过以这种方式反复测量电动机11的消耗电力，可以计算出获得最小消耗电力的刚性调节角度。
在弹簧单元的伸缩弹簧仅在其伸长方向上起作用而在其缩短方向上不起作用的情况下(例如，在伸缩弹簧被置于图10的示意图中示出的状态的情况下)、或者在图5中示出的弹簧单元的伸缩弹簧在伸长和缩短两个方向上均起作用但用于联锁摆动角度的迫压力不充分的情况下，等等，如在图15的示例中示出的，联锁摆动构件16可以具有两个弹簧单元，即，弹簧单元23和弹簧单元23’。注意的是，相当于弹簧单元23的伸缩弹簧的另一端部的部分与靠近刚性调节轴线21DJ设置的弹簧接合构件(未示出)相连接(相接合)，并且相当于弹簧单元23’的伸缩弹簧的另一端部的部分与靠近刚性调节轴线21DJ’设置的弹簧接合构件(未示出)相连接(相接合)。
在该情况下，弹簧单元23的枢转构件23A(绕刚性调节轴线21DJ枢转)由电动机21驱动并且枢转。另外，弹簧单元23’的枢转构件23A’(绕刚性调节轴线21DJ’枢转)经由附接至枢转构件23A的齿轮G1、由支架22(见图1)支撑的齿轮G2和G3、以及附接至枢转构件23A’的齿轮G4来接收枢转驱动力。通过适当地设定相邻齿轮之间的传动比，可以使弹簧单元23的刚性调节角度和弹簧单元23’的刚性调节角度彼此一致。
例如，即使当伸缩弹簧是仅在其伸长方向上产生迫压力的弹簧(见图10和图11)时，也可以将一个表观弹簧常数可变部的伸缩弹簧构造成相对于沿一个方向的摆动运动在该伸缩弹簧的伸长方向上伸长，并且可以将另一表观弹簧常数可变部的伸缩弹簧构造成相对于沿另一方向的摆动运动在该伸缩弹簧的伸长方向上伸长。因此，无需具有图5中示出的复杂结构的弹簧单元。因此，可以进一步简化弹簧单元的结构。
以上描述的第一实施方式的摆动关节装置1用于使用者的左腿。然而，通过增加用于右腿的基部(与基部2对称)、用于右腿的大腿摆动部(与通过附图标记11、12、13和19指示的各个构件相对称)、用于右腿的刚性调节部(与通过附图标记16、21、22和23指示的各个构件相对称)、以及用于右腿的小腿摆动部(与通过附图标记31、32、32P、32B、33、34、35、36和39指示的各个构件相对称)，控制单元5可以辅助使用者的双腿的步行(或跑步)动作。
第二实施方式的摆动关节装置是这样的摆动关节装置：其中，电动机11(以及旋转角度检测部11S)被从图1至图4中示出的第一实施方式的摆动关节装置1中去除，并且能够检测大腿摆动臂13的摆动角度的旋转角度检测部被增加至摆动关节装置1。在第二实施方式中，在使用者步行(跑步)时大腿部的运动可以不通过电动机来辅助，而小腿部的运动可以通过电动机31来辅助。另外，由于摆动关节装置具有刚性调节单元，因此该摆动关节装置可以根据节约能量法则将刚性调节角度设定为适当的角度，以适当地减小使用者的大腿部的动量。
另外，如同第一实施方式的情况，通过增加用于右腿的基部(与基部2对称)、用于右腿的大腿摆动部(与通过附图标记11、12、13和19指示的各个构件相对称)、用于右腿的刚性调节部(与通过附图标记16、21、22和23指示的各个构件相对称)、以及用于右腿的小腿摆动部(与通过附图标记31、32、32P、32B、33、34、35、36和39指示的各个构件相对称)，控制单元5可以辅助使用者的双腿的步行(或跑步)动作。
第三实施方式的摆动关节装置是这样的摆动关节装置：其中，电动机31、支架32、带轮32P、带32B、小腿摆动臂33、小腿继动臂34、小腿臂35、脚部保持部36、以及小腿附接部39被从图1至图4中示出的第一实施方式的摆动关节装置1中去除。在第三实施方式中，当使用者步行(或跑步)时，大腿部的运动通过电动机11来辅助，但是小腿部的动作未被辅助。注意的是，由于摆动关节装置具有刚性调节单元，因此该摆动关节装置可以根据节约能量法则将刚性调节角度设定为适当的角度以进一步降低电动机11的消耗电力。
另外，如同第一实施方式中的情况，通过增加用于右腿的基部(与基部2相对称)、用于右腿的大腿摆动部(与通过附图标记11、12、13和19指示的各个构件相对称)、以及用于右腿的刚性调节部(与通过附图标记16、21、22和23指示的各个构件相对称)，控制单元5可以辅助使用者的双腿的步行(或跑步)动作。
第四实施方式的摆动关节装置是这样的摆动关节装置：其中，电动机11(以及旋转角度检测部11S)被从第三实施方式的摆动关节装置中去除，并且向该摆动关节装置增加了能够检测大腿摆动臂13的摆动角度的旋转角度检测部。在第四实施方式中，在使用者步行(跑步)时，小腿部的运动可不被辅助。另外，使用者的大腿部的运动可不被辅助。然而，由于摆动关节装置具有刚性调节单元，因此该摆动关节装置可以根据节约能量法则将刚性调节角度设定为适当的角度，以适当地减小使用者的大腿部的动量。
另外，如同第一实施方式中的情况，通过增加用于右腿的基部(与基部2相对称)、用于右腿的大腿摆动部(与通过附图标记11、12、13和19指示的各个构件相对称)、以及用于右腿的刚性调节部(与通过附图标记16、21、22和23指示的各个构件相对称)，控制单元5可以辅助使用者的双腿的步行(或跑步)动作。
本发明的摆动关节装置的结构、构型、形状、外观以及用于控制摆动关节的刚性的方法可以在不背离本发明的范围的情况下以各种方式改变、增加、或删除。
在实施方式中描述的摆动关节装置和步行能力辅助装置的用途不限于辅助使用者的下肢的摆动运动(步行或跑步)，并且在实施方式中描述的用于控制摆动关节的刚性的方法的应用不限于辅助使用者的下肢的摆动运动。然而，摆动关节装置或步行能力辅助装置以及用于控制摆动关节的刚性的方法适用于执行周期性摆动运动的各种对象。
在实施方式中，大腿摆动臂13的摆动运动是通过齿轮传递至联锁摆动构件16的。然而，除齿轮之外，还可以通过带、带轮、连杆机构等来构成动力传递部。类似地，电动机31的摆动旋转运动是通过带轮和带传递至小腿摆动臂33的，但除了带和带轮之外，还可以通过齿轮、连杆机构等来传递电动机31的摆动旋转运动。另外，在图15的示例中，枢转驱动力是使用齿轮通过枢转构件驱动力传递部传递的。然而，除了齿轮之外，还可以经由带轮、带、连杆机构等来传递枢转驱动力。
此外，在本实施方式中对将伸缩弹簧23K用作弹性体的示例进行了说明，但是取代伸缩弹簧23K还可以使用各种弹性体。例如，将呈螺旋状卷绕的弹簧用作本实施方式的伸缩弹簧，但是也可以使用诸如板簧和波形弹簧之类的其他弹簧。由诸如橡胶和树脂之类的弹性材料、诸如油之类的液体或气体制成的弹性体均可以被使用。可根据其能量待被储存的物体(动作)的动量或已储存的能量来改变弹性体。在待被储存的能量相对较小的情况下，有效的是使用储存相对较少能量的弹性材料。另外，对于诸如步行和跑步之类的使用者的动作而言，由于相对较大的能量的储存量、弹簧常数(刚性)的等级、调节的容易性(例如，在弹簧成螺旋线圈的形状情况下，弹簧的匝数、线的厚度等)等，因而有效的是使用伸缩弹簧。出于该原因，有效地是使用伸缩弹簧。此外，就成本而言，伸缩弹簧是较好的。

Claims (18)

1.一种摆动关节装置，其特征在于包括：
驱动轴构件(6)；
第一摆动臂(13)，所述第一摆动臂(13)以能够绕所述驱动轴构件(6)摆动的方式被支撑；
从动轴构件(7)，所述从动轴构件(7)设置成平行于所述驱动轴构件(6)；
联锁摆动构件(16)，所述联锁摆动构件(16)经由动力传递部连接至所述第一摆动臂(13)以随着所述第一摆动臂(13)的摆动而以联锁的方式绕所述从动轴构件(7)摆动，同时以比作为所述第一摆动臂的摆动角度的第一摆动角度小的联锁摆动角度摆动；
弹性体，所述弹性体连接至所述联锁摆动构件(16)以产生与所述联锁摆动角度相对应的迫压力，所述迫压力是沿与所述联锁摆动构件(16)的联锁摆动方向相反的方向产生的；
刚性可变部，所述刚性可变部使从所述联锁摆动构件(16)来看的所述弹性体的刚性改变；
第一角度检测部(11S)，所述第一角度检测部(11S)对所述第一摆动角度和所述联锁摆动角度中的一者进行检测；以及
控制部(50)，所述控制部(50)根据通过所述第一角度检测部(11S)检测到的所述第一摆动角度和所述联锁摆动角度中的一者来控制所述刚性可变部，以调节从所述联锁摆动构件(16)来看的所述弹性体的刚性。
2.根据权利要求1所述的摆动关节装置，其中，
所述弹性体是伸缩弹簧(23K)，以及
所述刚性可变部是使从所述联锁摆动构件(16)来看的所述伸缩弹簧(23K)的表观弹簧常数改变的表观弹簧常数可变部。
3.根据权利要求2所述的摆动关节装置，其中，
所述表观弹簧常数可变部由刚性调节轴构件(21D)、刚性调节轴枢转部(21)、枢转构件(23A)、以及所述伸缩弹簧(23K)构成，所述刚性调节轴构件(21D)设置在靠近所述联锁摆动构件(16)的外周部的位置并且设置成平行于所述从动轴构件(7)，所述刚性调节轴枢转部(21)使所述刚性调节轴构件(21D)枢转，所述枢转构件(23A)连接至所述刚性调节轴构件(21D)以与所述刚性调节轴构件(21D)一起枢转，
相当于所述伸缩弹簧(23K)的第一端的部分连接至所述枢转构件(23A)的位于远离所述刚性调节轴构件(21D)的位置处的弹簧固定端(23C)，
相当于所述伸缩弹簧(23K)的第二端的部分连接至位于靠近所述联锁摆动构件(16)的外周部的位置处的弹簧摆动端(16K)，所述弹簧摆动端(16K)在所述联锁摆动角度为零时的位置处与所述刚性调节轴构件(21D)同轴，
连接至所述弹簧固定端(23C)和所述弹簧摆动端(16K)的所述伸缩弹簧(23K)在所述联锁摆动角度为零时具有自由长度，以及
所述控制部(50)根据所述联锁摆动角度来调节刚性调节角度，以调节从所述联锁摆动构件(16)来看的所述伸缩弹簧(23K)的所述表观弹簧常数，所述刚性调节角度是形成于如下虚拟切线与虚拟线之间的角度：所述虚拟切线代表设在虚拟联锁摆动圆的圆周上并且设在所述刚性调节轴构件(21D)的位置处的切线，所述虚拟联锁摆动圆是绕所述从动轴构件(7)以所述从动轴构件(7)与所述刚性调节轴构件(21D)之间的距离作为半径的圆，所述虚拟线在所述联锁摆动角度为零时将所述弹簧摆动端(16K)与所述弹簧固定端(23C)彼此连接。
4.根据权利要求3所述的摆动关节装置，其中，
两个表观弹簧常数可变部附接至所述联锁摆动构件(16)作为所述表观弹簧常数可变部。
5.根据权利要求4所述的摆动关节装置，其中，
附接至所述联锁摆动构件(16)的所述两个表观弹簧常数可变部中的第一表观弹簧常数可变部具有所述刚性调节轴枢转部(21)，以及
附接至所述联锁摆动构件的所述两个表观弹簧常数可变部中的第二表观弹簧常数可变部不具有所述刚性调节轴枢转部(21)，但是具有枢转构件动力传递部，所述枢转构件动力传递部将通过所述第一表观弹簧常数可变部的所述刚性调节轴枢转部(21)产生的所述第一表观弹簧常数可变部的所述枢转构件(23A)的枢转驱动力传递至所述第二表观弹簧常数可变部的所述枢转构件(23A)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的摆动关节装置，还包括：
第一驱动部(11)，所述第一驱动部(11)基于来自所述控制部(50)的控制信号使所述第一摆动臂(13)绕所述驱动轴构件(6)摆动。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的摆动关节装置，还包括：
第二摆动臂(33)，所述第二摆动臂(33)以能够绕所述驱动轴构件(6)摆动的方式被支撑；
第二角度检测部(31S)，所述第二角度检测部(31S)对作为所述第二摆动臂(33)的摆动角度的第二摆动角度进行检测；
第二驱动部(31)，所述第二驱动部(31)基于来自所述控制部(50)的控制信号使所述第二摆动臂(33)绕所述驱动轴构件(6)摆动；以及
摆动连杆构件，所述摆动连杆构件连接至所述第一摆动臂(13)和所述第二摆动臂(33)以基于所述第一摆动臂(13)的所述第一摆动角度和所述第二摆动臂(33)的所述第二摆动角度来操作。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的摆动关节装置，其中，
将所述第一摆动臂(13)的摆动传递至所述联锁摆动构件(16)的所述动力传递部是由齿轮、带、和连杆机构中的一者构成的。
9.一种步行能力辅助装置，用于对下肢的运动施加辅助力，所述步行能力辅助装置的特征在于包括：
腰侧附接部(1)，所述腰侧附接部(1)附接至腰侧部分；
第一摆动臂(13)，所述第一摆动臂(13)设置在大腿的侧面并且具有靠近所述第一摆动臂(13)的上端部的轴孔(13H)；
大腿附接部(19)，所述大腿附接部(19)附接至所述第一摆动臂(13)并且置于所述大腿上；
驱动轴构件(6)，所述驱动轴构件(6)插入到所述第一摆动臂(13)的所述轴孔(13H)中，以便以能够相对于所述腰侧附接部(1)前后摆动的方式支撑所述第一摆动臂(13)；
刚性可变部，所述刚性可变部使绕所述驱动轴构件(6)的刚性改变；以及
控制部(50)，所述控制部(50)对通过所述刚性可变部改变的绕所述驱动轴构件(6)的所述刚性进行控制。
10.根据权利要求9所述的步行能力辅助装置，其中，
所述刚性可变部具有伸缩弹簧(23K)，
所述伸缩弹簧(23K)在所述第一摆动臂(13)的摆动角度为零时具有自由长度，以及
所述伸缩弹簧(23K)的伸缩量相对于所述第一摆动臂(13)的所述摆动角度是可变的，以改变绕所述驱动轴构件(6)的刚性。
11.根据权利要求10所述的步行能力辅助装置，其中，
所述刚性可变部由从动轴构件(7)、联锁摆动构件(16)、刚性调节轴构件(21D)、刚性调节轴枢转部(21)、枢转构件(23A)、以及所述伸缩弹簧(23K)构成，所述从动轴构件(7)设置成平行于所述驱动轴构件(6)，所述联锁摆动构件(16)以能够绕所述从动轴构件(7)摆动的方式被支撑并且经由动力传递部连接至所述第一摆动臂(13)以随着所述第一摆动臂(13)的摆动而以联锁的方式摆动，同时以比所述第一摆动臂(13)的摆动角度小的联锁摆动角度摆动，所述刚性调节轴构件(21D)设置在靠近所述联锁摆动构件(16)的外周部的位置处并且设置成平行于所述从动轴构件(7)，所述刚性调节轴枢转部(21)使所述刚性调节轴构件(21D)枢转，所述枢转构件(23A)连接至所述刚性调节轴构件(21D)以与所述刚性调节轴构件(21D)一起枢转，
相当于所述伸缩弹簧(23K)的第一端的部分连接至所述枢转构件(23A)的位于远离所述刚性调节轴构件(21D)的位置处的弹簧固定端(23C)，
相当于所述伸缩弹簧(23K)的第二端的部分连接至位于靠近所述联锁摆动构件(16)的外周部的位置处的弹簧摆动端(16K)，所述弹簧摆动端(16K)在所述联锁摆动角度为零时的位置处与所述刚性调节轴构件(21D)同轴，
连接至所述弹簧固定端(23C)和所述弹簧摆动端(16K)的所述伸缩弹簧(23K)在所述联锁摆动角度为零时具有自由长度，以及
所述控制部(50)对所述刚性调节轴枢转部(21)进行控制，以根据所述联锁摆动角度来调节刚性调节角度，从而调节从所述联锁摆动构件(16)来看的所述伸缩弹簧(23K)的表观弹簧常数，所述刚性调节角度是形成于如下虚拟切线与虚拟线之间的角度：所述虚拟切线代表设在虚拟联锁摆动圆的圆周上并且设在所述刚性调节轴构件(21D)的位置处的切线，所述虚拟联锁摆动圆是绕所述从动轴构件(7)以所述从动轴构件(7)与所述刚性调节轴构件(21D)之间的距离作为半径的圆，所述虚拟线在所述联锁摆动角度为零时将所述弹簧摆动端(16K)与所述弹簧固定端(23C)彼此连接。
12.根据权利要求11所述的步行能力辅助装置，其中，
所述控制部(50)基于所述第一摆动臂(13)绕所述驱动轴构件(6)的摆动频率、包括所述第一摆动臂(13)的摆动对象的绕所述驱动轴构件(6)的惯性矩、所述伸缩弹簧(23K)的弹簧常数、所述伸缩弹簧(23K)的所述自由长度、所述从动轴构件(7)与所述刚性调节轴构件(21D)之间的距离以及所述联锁摆动角度来调节所述刚性调节角度，使得所述伸缩弹簧(23K)的共振点与所述摆动对象的摆动频率一致。
13.根据权利要求9至12中的任一项所述的步行能力辅助装置，还包括：
第一驱动部(11)，所述第一驱动部(11)基于来自所述控制部(50)的控制信号使所述第一摆动臂(13)绕所述驱动轴构件(6)摆动。
14.根据权利要求9至12中的任一项所述的步行能力辅助装置，还包括：
第二摆动臂(33)，所述第二摆动臂(33)以能够绕所述驱动轴构件(6)摆动的方式被支撑；
第二角度检测部(31S)，所述第二角度检测部(31S)对作为所述第二摆动臂(33)的摆动角度的第二摆动角度进行检测；
第二驱动部(31)，所述第二驱动部(31)基于来自所述控制部(50)的控制信号使所述第二摆动臂(33)绕所述驱动轴构件(6)摆动；以及
摆动连杆构件，所述摆动连杆构件连接至所述第一摆动臂(13)和所述第二摆动臂(33)以基于所述第一摆动臂(13)的所述第一摆动角度和所述第二摆动臂(33)的所述第二摆动角度来操作。
15.一种用于控制摆动关节的刚性的方法，所述摆动关节包括：驱动轴构件(6)；第一摆动臂(13)，所述第一摆动臂(13)以能够绕所述驱动轴构件(6)摆动的方式被支撑；从动轴构件(7)，所述从动轴构件(7)设置成平行于所述驱动轴构件(6)；联锁摆动构件(16)，所述联锁摆动构件(16)经由动力传递部连接至所述第一摆动臂(13)以随着所述第一摆动臂(13)的摆动而以联锁的方式绕所述从动轴构件(7)摆动，同时以比所述第一摆动臂(13)的摆动角度小的联锁摆动角度摆动；弹性体，所述弹性体连接至所述联锁摆动构件(16)以产生与所述联锁摆动角度相对应的迫压力，所述迫压力是沿与所述联锁摆动构件(16)的联锁摆动方向相反的方向产生的；刚性可变部，所述刚性可变部使从所述联锁摆动构件(16)来看的所述弹性体的刚性改变；以及控制部(50)，所述控制部(50)对所述刚性可变部进行控制，所述方法的特征在于包括：
利用所述控制部(50)和所述刚性可变部根据所述联锁摆动角度来调节从所述联锁摆动构件(16)来看的所述弹性体的刚性。
16.根据权利要求15所述的用于控制摆动关节的刚性的方法，其中，
所述弹性体是伸缩弹簧(23K)，以及
所述刚性可变部是使从所述联锁摆动构件(16)来看的所述伸缩弹簧(23K)的表观弹簧常数改变的表观弹簧常数可变部。
17.根据权利要求16所述的用于控制摆动关节的刚性的方法，其中，
所述表观弹簧常数可变部由刚性调节轴构件(21D)、刚性调节轴枢转部(21)、枢转构件(23A)、以及所述伸缩弹簧(23K)构成，所述刚性调节轴构件(21D)设置在靠近所述联锁摆动构件(16)的外周部的位置并且设置成平行于所述从动轴构件(7)，所述刚性调节轴枢转部(21)使所述刚性调节轴构件(21D)枢转，所述枢转构件(23A)连接至所述刚性调节轴构件(21D)以与所述刚性调节轴构件(21D)一起枢转，
相当于所述伸缩弹簧(23K)的第一端的部分连接至所述枢转构件(23A)的位于远离所述刚性调节轴构件(21D)的位置处的弹簧固定端(23C)，
相当于所述伸缩弹簧(23K)的第二端的部分连接至位于靠近所述联锁摆动构件(16)的外周部的位置处的弹簧摆动端(16K)，所述弹簧摆动端(16K)在所述联锁摆动角度为零时的位置处与所述刚性调节轴构件(21D)同轴，
连接至所述弹簧固定端(23C)和所述弹簧摆动端(16K)的所述伸缩弹簧(23K)在所述联锁摆动角度为零时具有自由长度，以及
利用所述控制部(50)来控制所述刚性调节轴枢转部(21)，以根据所述联锁摆动角度来调节刚性调节角度，从而调节从所述联锁摆动构件来看的所述伸缩弹簧的所述表观弹簧常数，所述刚性调节角度是形成于如下虚拟切线与虚拟线之间的角度：所述虚拟切线代表设在虚拟联锁摆动圆的圆周上并且设在所述刚性调节轴构件(21D)的位置处的切线，所述虚拟联锁摆动圆是绕所述从动轴构件(7)以所述从动轴构件(7)与所述刚性调节轴构件(21D)之间的距离作为半径的圆，所述虚拟线在所述联锁摆动角度为零时将所述弹簧摆动端(16K)与所述弹簧固定端(23C)彼此连接。
18.根据权利要求17所述的用于控制摆动关节的刚性的方法，其中，
利用所述控制部(50)基于所述第一摆动臂(13)绕所述驱动轴构件(6)的摆动频率、包括所述第一摆动臂的摆动对象的绕所述驱动轴构件(6)的惯性矩、所述伸缩弹簧(23K)的弹簧常数、所述伸缩弹簧(23K)的所述自由长度、所述从动轴构件(7)与所述刚性调节轴构件(21D)之间的距离、以及所述联锁摆动角度来调节所述刚性调节角度，使得所述伸缩弹簧(23K)的共振点与所述摆动对象的摆动频率一致。
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