CN108601699B - 步行辅助装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种步行辅助装置，其具备：被穿戴于用户的膝及腰的套装(200)；第一线(300a)，其连接套装(200)中的与用户的膝上接触的位置和与用户的腰接触的位置；第二线(301a)，其连接套装(200)中的与用户的膝后接触的位置和与用户的腰接触的位置；以及多个马达(400)，其与第一线(300a)、第二线(301a)连接，并且在第一期间内以使第一线(300a)、第二线(301a)双方具有大于200N/m的刚度的方式使张力产生，该第一期间包含用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及第一步行周期之后的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间。

Description

步行辅助装置及控制方法
技术领域
本公开涉及对步行运动进行辅助的步行辅助装置及控制方法。
背景技术
专利文献1中公开了一种用于对髋关节的屈伸进行辅助的关节运动辅助器具。专利文献1中公开的关节运动辅助器具具备：跨越髋关节延伸的辅助力传递带；配置于辅助力传递带的一端的第一安装器具；以及配置于助力传递带的另一端的第二安装器具。
现有技术文献
专利文献：国际公开第2012/124328号
发明内容
现有技术中，对于在步行辅助时用于进行效果更好的辅助的辅助时机(timing)，没有进行过讨论。
本公开的非限定且例示性的一方式提供一种步行辅助装置，包括：套装，其穿戴于用户的膝部及腰；第一线，其连接所述套装中的与所述用户的膝上接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；第二线，其连接所述套装中的与所述用户的膝后接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；以及多个马达，其与所述第一线及所述第二线连接，所述多个马达分别与所述第一线及所述第二线对应，所述多个马达在第一期间内使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有大于200N/m的刚度，所述第一期间包含所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着所述第一步行周期的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间。
另外，这些总括性或具体的方式可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的记录介质来实现，也可以通过装置、系统、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意组合来实现。计算机可读取的记录介质例如包括CD-ROM(Compact Disc-ReadOnly Memory，光盘只读存储器)等非易失性记录介质。
根据本公开，能够效果更好地执行步行时的辅助。本公开的一方式的附加的好处及优点从本说明书及附图中得到明确。该好处及/或优点能够由本说明书及附图所公开的各种方式及特征单独提供，为了获得其中一个以上的好处及/或优点，并不需要全部方式或特征。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的步行辅助装置的结构的图。
图2A是从前面观察穿戴了实施方式涉及的套装的用户的前视图。
图2B是从后面观察穿戴了实施方式涉及的套装的用户的后视图。
图3是从侧面观察穿戴了实施方式涉及的套装的用户的侧视图。
图4是实施方式涉及的马达控制部的功能框图。
图5是实施方式涉及的压力传感器的配置图。
图6是表示实施方式涉及的压力传感器和步行间隔设定部的一个示例的框图。
图7是表示步行周期中的步行周期的相位变化的一个示例的图。
图8A是表示第二线的安装实验中的线的张力的实验结果的图。
图8B是表示第二线的安装实验中的线的张力的实验结果的图。
图9是表示实施方式涉及的步行辅助装置的动作的流程图。
图10是表示实施方式涉及的第一线及第二线的刚度的时间上变化的时序图。
图11是表示实施方式的变形例1涉及的步行辅助装置的图。
图12是表示实施方式的变形例2涉及的步行辅助装置的图。
图13是表示第二线的安装实验中的人的能量代谢率的结果的图。
图14是表示目标扭矩决定部存储的关节目标扭矩的一个示例的图。
标号的说明
1 用户
11 步行周期设定部
12 目标刚度决定部
13 目标扭矩决定部
14 虚拟弹簧自然长度计算部
15 力控制部
20 步行间隔设定部
21 步行间隔计算部
30、30a、30b 压力传感器
100、101、102 步行辅助装置
200 套装
201 腰带
202、202a、202b 膝带
210a、210b、210c、210d 线固定部
211 第一位置
212 第二位置
213 第三位置
214 第四位置
300、300a、300b、300e、300f、300g、300h 第一线
301、301a、301b 第二线
400 马达
500 控制部
501 控制电路
502 输入输出IF
503 电源
510 控制部
511 通信设备
515 智能手机
具体实施方式
驱动人关节的肌肉有两种作用。一种作用是产生做出动态动作的关节扭矩，另一种作用是产生做静态动作即坚持的刚度。
以往的步行辅助装置对肌肉作用中的产生关节扭矩的作用进行辅助，而对于对产生刚度的作用的辅助没有进行过讨论。
因此，研究了如下步行辅助装置：通过配置使人的髋关节的前侧和后侧双方产生拉伸力的马达和线，来辅助人的髋关节的刚度，由此进行步行辅助。
本公开的一方式涉及的步行辅助装置，包括：套装，其穿戴于用户的膝部及腰；第一线，其连接所述套装中的与所述用户的膝上接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；第二线，其连接所述套装中的与所述用户的膝后接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；以及多个马达，其与所述第一线及所述第二线连接，所述多个马达分别与所述第一线及所述第二线对应，所述多个马达在第一期间内使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有大于200N/m的刚度，所述第一期间包含所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着所述第一步行周期的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间。
根据上述方式，步行辅助装置通过在第一期间内提高线(第一线及第二线)的刚度，对用户的着地一方的腿支承用户体重的力进行辅助。由此，在用户步行时用户比较容易支承自身的体重。这样，步行辅助装置能够效果更好地执行步行时的辅助。
例如，还具备控制电路，所述控制电路，取得所述第一步行周期及所述第二步行周期，将控制信号输出到所述多个马达，所述控制信号用于在所取得的所述第一步行周期及所述第二步行周期所含的所述第一期间内使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有大于200N/m的刚度。
根据上述方式，步行辅助装置通过由控制电路将控制信号输出到多个马达，能够基于更具体的结构对用户的步行进行辅助。
例如，所述多个马达通过卷绕或送出所述第一线及所述第二线来使所述张力产生。
根据上述方式，步行辅助装置通过由多个马达进行的线的卷绕或送出，能够基于更具体的结构对用户的步行进行辅助。
例如，所述多个马达在所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为50％以上且95％以下的第二期间内，使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有200N/m以下的刚度。
根据上述方式，步行辅助装置在用户的腿不着地而悬空时，降低线的刚度。当线的刚度较高时，会妨碍用户将腿向前方移动的动作。因此，通过降低线的刚度，用户使腿悬空而向前方移动时的动作变得比较容易。这样，步行辅助装置能够效果更好地执行步行时的辅助。
例如，所述多个马达使所述张力产生，使得：所述第一线及所述第二线的刚度在第四期间比第三期间小，所述第三期间包含所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着所述第一步行周期的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且30％以下的期间，所述第四期间是所述第二步行周期中的步行周期的相位为30％以上且50％以下的期间。
根据上述方式，步行辅助装置能够使从利用比较高的刚度对用户的着地一方的腿进行辅助的状态(第三期间)向用户使腿悬空的状态(第二期间)转变时的刚度的变化平缓。对用户而言，具有从步行辅助装置受到的力变化平缓而步行变得容易的效果。
此外，在本公开的一方式涉及的步行辅助装置的控制方法中，所述步行辅助装置具备：套装，其穿戴于用户的膝部及腰；第一线，其连接所述套装中的与所述用户的膝上接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；第二线，其连接所述套装中的与所述用户的膝后接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；多个马达，其与所述第一线及所述第二线连接；以及控制电路，所述多个马达分别与所述第一线及所述第二线对应，所述控制方法包括：通过所述控制电路取得第一步行周期和接着所述第一步行周期的第二步行周期，通过所述控制电路将控制信号输出到所述多个马达，所述控制信号用于在第一期间内利用所述多个马达使所述第一线及所述第二线产生张力以使所述第一线及所述第二线双方具有大于200N/m的刚度，所述第一期间包含所述第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及所述第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间。
例如，所述控制方法中，通过卷绕或送出所述第一线及所述第二线，利用所述多个马达使所述张力产生。
例如，所述控制方法中，在所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为50％以上且95％以下的第二期间内，利用所述多个马达使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有200N/m以下的刚度。
例如，利用所述多个马达使所述张力产生，使得：所述第一线及所述第二线的刚度在第四期间比第三期间小，所述第三期间包含所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着所述第一步行周期的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且30％以下的期间，所述第四期间是所述第二步行周期中的步行周期的相位为30％以上且50％以下的期间。
由此，起到与上述步行辅助装置相同的效果。
另外，这些总括性或具体的方式可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD-ROM等记录介质来实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质的任意组合来实现。
以下，参照附图对实施方式进行具体地说明。
另外，以下说明的实施方式均是示出总括性或具体的示例的实施方式。由以下的实施方式示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等仅是一个示例，并非是限定本公开的主旨。此外，对于以下实施方式的构成要素中没有记载在表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。
(实施方式)
图1是表示本实施方式涉及的步行辅助装置100的结构的图。图1所示的步行辅助装置100具备套装200、第一线300a及第一线300b、第二线301a及第二线301b、马达400和控制部500。另外，马达400是指多个马达。
另外，对第一线300a及第一线300b进行统称，也记为第一线300。此外，对第二线301a及第二线301b进行统称，也记为第二线301。
(套装200)
套装200包括腰带201、包含右膝带202a和左膝带202b的膝带202、马达400和控制部500。例如，马达400和控制部500配置于腰带201。
套装200被用户1穿戴。图2A是从前面观察穿戴了套装200的用户1的前视图，图2B是从后面观察穿戴了套装200的用户1的后视图。
如图2A及图2B所示，腰带201是通过缠绕于用户1的腰部而穿戴的。膝带202包含的右膝带202a、左膝带202b分别通过缠绕在对应的用户1的膝上而穿戴的。这里，“膝上”是指用户1的腿中比腰更靠近膝部的位置且属于用户1的身体的前面的部分。此外，膝上是还包含大腿的概念。以后也是同样的。腰带201可以是通过打结或用带扣固定等环腰束紧的带，也可以是用连接带(A hook and loop fastener(钩环扣)，velcro tape(魔术贴))固定的带。膝带202包含的右膝带202a、左膝带202b各自也同样可以是通过打结或用带扣固定等环膝上束紧的带，也可以是用连接带固定的带。
另外，更通常而言，腰带201的佩戴位置是比髋关节更靠近头一侧的位置(腰部、胸部、腹部等)，膝带202包含的右膝带202a、左膝带202b各自的佩戴位置是比髋关节更靠近对应的膝部一侧的位置(大腿部)即可。
(第一线300、第二线301)
第一线300的各条线连接套装200中与用户1的膝上接触的位置(第一位置)中的对应的位置和与用户1的腰接触的位置(第二位置)中的对应的位置。另外，第一线300位于用户身体的前面。
第一位置包含右腿的第一位置和左腿的第一位置。第一线300中包含的第一线300a与右腿的第一位置对应，第一线300中包含的第一线300b与左腿的第一位置对应。
第二位置包含右腰的第二位置和左腰的第二位置。第一线300中包含的第一线300a与右腰的第二位置对应，第一线300中包含的第一线300b与左腰的第二位置对应。
第一线300的各条线配置成施加预定值以上的张力。换言之，第一线300的各条线配置成在对应的第一位置与对应的第二位置之间不发生弯曲。
第二线301的各条线连接套装200中与用户1的膝后接触的位置(第三位置)和与用户1的腰接触的位置(第四位置)。另外，第二线301位于用户身体的后面。
第三位置包含右腿的第三位置和左腿的第三位置。第二线301中包含的第二线301a与右腿的第三位置对应，第二线301中包含的第二线301b与左腿的第三位置对应。
第四位置包含右腰的第四位置和左腰的第四位置。第二线301中包含的第二线301a与右腰的第四位置对应，第二线301中包含的第二线301b与左腰的第四位置对应。
这里，“膝后”是指用户1的腿上的膝关节与髋关节之间的位置且属于用户1的身体的后面的部分。“膝后”也可以说成是与“膝上”相背向的部分。另外，第三位置换言之是大腿部中的属于用户1的身体后面的部分。此外，与第二位置同样地，第四位置换言之是用户1的腰部中的属于用户1的身体后面(也称为腰背部)的部分。
与第一线300的各条线同样地，第二线301的各条线配置成施加预定值以上的张力。换言之，第二线301的各条线配置成在对应的第三位置与对应的第四位置之间不发生弯曲。
在图2A及图2B所示的示例中，第一线300a配置在用户1的右腿的前侧(前面侧)，第二线301a配置在用户1的右腿的后侧(后面侧)。此外，第一线300b配置在用户1的左腿的前侧，第二线301b配置在用户1的左腿的后侧。
第一线300a、第一线300b、第二线301a及第二线301b的一端分别被固定于线固定部210a、210b、210c及210d。第一线300a、第一线300b、第二线301a及第二线301b的一端也分别被记为第一线300a的第一端、第一线300b的第一端、第二线301a的第一端及第二线301b的第一端。
线固定部210a、线固定部210c位于右膝带202a上，线固定部210b、210d位于左膝带202b上。与用户1的膝上接触的位置相当于线固定部210a及210b，与用户1的膝后接触的位置相当于线固定部210c及210d。
此外，第一线300a、第一线300b、第二线301a及第二线301b的另一端分别与马达400包含的对应的马达连接。第一线300a、第一线300b、第二线301a及第二线301b的另一端也分别被记为第一线300a的第二端、第一线300b的第二端、第二线301a的第二端及第二线301b的第二端。
这里，对套装200中与用户1的膝上接触的位置、以及与用户1的腰接触的位置进行更详细地说明。图3表示从侧面观察穿戴了套装200的用户1的侧视图。这里，着眼于用户1的右腿，以用户的右腿佩戴的右膝带202a为例进行说明。
在图3中，位于右膝带202a上的第一位置211和与用户1的膝上接触的位置中的、与右腿的膝上接触的位置(右腿的第一位置)对应，位于腰带201上的第二位置212和与用户1的腰接触的位置中的、与右腰接触的位置(右腰的第二位置)对应。
这里，与右腿的膝上接触的位置是指右腿的膝关节与髋关节之间、即右腿的大腿部中属于用户1的身体前表面的范围即可，可以是任意位置。与右腰接触的位置是指大致骨盆的右侧附近、即从髋关节到右腰身(waist)间且属于用户1的身体前表面的范围即可，可以是任意位置。
在图3中，位于右膝带202a上的第三位置213相当于与用户1的膝后接触的位置中的、与右腿的膝后接触的位置(右腿的第三位置)，位于腰带201上的第四位置214相当于与用户1的腰接触的位置中的、与右腰接触的位置(右腰的第四位置)。
由此，用户1的髋关节位于第二位置212(第一线300a的与腰带201的连接位置)与第一位置211(第一线300a的与右膝带202a的连接位置)之间。此外，用户1的髋关节位于第四位置214(第二线301a的与腰带201的连接位置)与第三位置213(第二线301a的与右膝带202a的连接位置)之间。其结果，利用因第一线300a及第二线301a的张力而产生的扭矩及刚度，能够有效地辅助步行时的用户1的髋关节的动作。
换言之，通过上述的配置，用户1的髋关节位于第二位置212与第一位置211之间，而用户1的其他关节不位于第二位置212与第一位置211之间。同样，用户1的髋关节位于第四位置214与第三位置213之间，而用户1的其他关节不位于第四位置214与第三位置213之间。由此，因第一线300a及第二线301a的张力而产生的扭矩更直接地施加于用户1的髋关节，能够对用户1的步行进行辅助。此外，因第一线300a及第二线301a的张力而产生的刚度更直接地施加于用户1的髋关节，能够对用户1的步行进行辅助。
位于右膝带202a上的第三位置213相当于套装200中的与用户1的膝后接触的位置，位于腰带201上的第四位置214相当于与用户1的腰接触的位置。
第一线300a至少被固定于第一位置211及第二位置212即可。此外，同样地，第二线301a也至少被固定于第三位置213及第四位置214即可。
以上，以用户的右腿为例进行了说明。另外，对于佩戴于用户的左腿的左膝带202b、第一线300b、第二线301b的说明，能够按照上述的内容进行说明。
(马达400)
马达400各自包括轴或与轴连接的带轮。第一线300a、第一线300b、第二线301a、第二线301b分别与对应的马达的轴或带轮连接。马达400的一个示例是进行位置控制的电磁马达。马达400分别从控制部500取得控制信号，基于控制信号进行动作。
通过马达400中的对应的马达分别卷绕第一线300a、第一线300b、第二线301a、第二线301b，由此第一线300a、第一线300b、第二线301a、第二线301b的长度缩短。其结果，第一线300a、第一线300b、第二线301a、第二线301b的张力变大。这里的第一线300a的长度是指从马达400中的对应的马达起到第一线300a与右膝带202a的连接位置为止。换言之，这里的第一线300a的长度是指从第一线300a的整体长度减去被卷绕于马达400中的对应的马达的带轮的长度而得到的长度。对于第一线300b而言也是同样的。
此外，这里的第二线301a的长度是指从第二线301a的整体长度减去被卷绕于马达400中的对应的马达的带轮的长度而得到的长度。对于第二线301b而言也是同样的。
以下，使用图3，对第一线300a的张力、第二线301a的张力进行说明。
此外，对于图3所示的第一位置211与第二位置212之间的距离和第三位置213与第四位置214之间的距离，与用户1的身体部位的形状及尺寸相对应的最小距离是确定的。在第一位置211与第二位置212之间的距离等于最小距离的情况下，以在卷绕第一线300a的方向上增加马达扭矩的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此虽然第一线300a的长度不变，但是第一线300a的张力变大。同样，在第三位置213与第四位置214之间的距离等于最小距离的情况下，以在卷绕第二线301a的方向上增加马达扭矩的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此虽然第二线301a的长度不变，但是第二线301a的张力变大。
也就是说，在第一线300a在第一位置211与第二位置212之间不发生弯曲的状态下，以在卷绕第一线300a的方向上增加马达扭矩的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此第一线300a的张力变大。在第二线301a在第三位置213与第四位置214之间不发生弯曲的状态下，以在卷绕第二线301a的方向上增加马达扭矩的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此第二线301a的张力变大。
此外，通过由马达400中的对应的马达分别送出第一线300a、第一线300b、第二线301a、第二线301b，第一线300a、300b、第二线301a、301b的长度增加。其结果，第一线300a、第一线300b、第二线301a、第二线301b的张力变小。这里的第一线300a的长度是指从第一线300a的整体长度减去被卷绕于马达400中的对应的马达的带轮的长度而得到的长度。对于第一线300b而言也是同样的。此外，这里的第二线301a的长度是指从第二线301a的整体长度减去被卷绕于马达400中的对应的马达的带轮的长度而得到的长度。对于第二线301b而言也是同样的。
此外，在第一位置211与第二位置212之间的距离等于最小距离的情况下，以卷绕第一线300a的方向的马达扭矩减小的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此虽然第一线300a的长度不变，但是第一线300a的张力变小。同样，在第三位置213与第四位置214之间的距离等于最小距离的情况下，以卷绕第二线301a的方向的马达扭矩减小的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此虽然第二线301a的长度不变，但是第二线301a的张力变小。
也就是说，在第一线300a在第一位置211与第二位置212之间不发生弯曲的状态下，以卷绕第一线300a的方向的马达扭矩减小的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此第一线300a的张力变小。在第二线301a在第三位置213与第四位置214之间不发生弯曲的状态下，以卷绕第二线301a的方向的马达扭矩减小的方式使马达400中的对应的马达进行动作，由此第二线301a的张力变小。
以上，使用图3，对第一线300a的张力、第二线301a的张力进行了说明。另外，省略关于第一线300b的张力、第二线301b的张力的说明，但是能够按照上述说明、即“使用图3的关于第一线300a的张力、第二线301a的张力的说明”来进行说明。
(控制部500)
控制部500是用于控制马达400的控制装置。控制部500包括控制电路501、输入输出IF(接口)502和电源503。具体而言，控制部500对由马达400进行的第一线300a及第二线301a、第一线300b及第二线301b的卷绕、以及由马达400进行的第一线300a及第二线301a、第一线300b及第二线301b的送出进行控制。
例如，控制部500根据下述信息来控制马达400的动作，该信息包含：第一线300a及第二线301a、第一线300b及第二线301b的卷绕量的信息；第一线300a及第二线301a、第一线300b及第二线301b的送出量的信息；第一线300a及第二线301a、第一线300b及第二线301b的卷绕时机的信息；以及第一线300a及第二线301a、第一线300b及第二线301b的送出时机的信息。
作为一个示例，控制部500包括由通常的微机构成的控制电路501、输入输出IF502和电源503。
输入输出IF502是与微机的PCI总线等扩展槽连接的接口板。接口板的示例包括D/A板、A/D板、计数板等。
控制电路501经由输入输出IF502向马达400发送控制信号。输入输出IF502接收马达400的位置信息、马达400的扭矩信息及外部传感器的信号。
图4示出控制电路501的功能框图。控制电路501包括步行间隔设定部20、步行周期设定部11、目标刚度决定部12、目标扭矩决定部13、虚拟弹簧自然长度计算部14和力控制部15。详细情况将在后文中描述。
控制电路501取得右腿步行周期的信息、左腿步行周期的信息，并基于所取得的右腿步行周期的信息、左腿步行周期的信息，向马达400输出控制信号。
控制信号是用于在右腿步行周期中的右腿的第一期间内使张力产生以使第一线300a及第二线301a具有预定值以上的刚度、并且在左腿步行中的左腿的第一期间内使张力产生以使第一线300a及第二线301a具有预定值以上的刚度的信号。
以下，对右腿的步行辅助进行描述。右腿的第一期间是指，在右腿的第一步行周期(＝右腿的第n步(n为自然数))中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及在接着右腿的第一步行周期之后的右腿步行周期即右腿的第二步行周期(＝右腿的第(n+1)步)中的步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间。右腿的第一步行周期和右腿的第二步行周期是连续的右腿步行周期。也就是说，右腿的第一步行周期中的步行周期的相位为100％的时刻和右腿的第二步行周期中的步行周期的相位为0％的时刻是指相同的时刻。这里，预定值的一个示例是200N/m。另外，200N/m是作为为了利用步行辅助装置100适当地辅助步行所需要的最低限度的数值而导出的数值。
另外，控制信号也可以包含用于在右腿步行周期(右腿的第n步)中的步行周期的相位为50％以上且95％以下的期间(相当于第二期间)内使张力产生以使第一线300a及第二线301a具有上述预定值以下的刚度的信号。
另外，也可以包含如下信号，该信号使张力产生，以使得：与组合了右腿的第一步行周期(＝右腿的第n步)中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着右腿的第一步行周期之后的右腿步行周期即右腿的第二步行周期(＝右腿的第(n+1)步)中的步行周期的相位为0％以上且30％以下的期间所得到的连续的期间(相当于第三期间)相比，第一线300a及第二线301a的刚度在右腿的第二步行周期(＝右腿的第(n+1)步)中的步行周期的相位为30％以上且50％以下的期间(相当于第四期间)内较小。
以上，对右腿的步行辅助进行了描述。对于左腿的步行辅助，也能够与上述同样地说明。
步行间隔设定部20取得由传感器或外部设备计测出的用户1的步行信息。这里，步行信息是表示用户1的步行特征的信息，例如包含表示在步行中使脚着地的时机或者脚的角度变化等的信息。
步行间隔设定部20使用所取得的用户1的步行信息来设定步行间隔T，并将其输出到步行周期设定部11。步行间隔T是指用户1的右腿接地之后到接下来右腿再次接地为止的时间、或者用户1的左腿接地之后到接下来左腿再次接地为止的时间。
图5示出作为传感器的一个示例的压力传感器30a及30b(以后，也将其统称为压力传感器30)。压力传感器30被安装于人的脚后跟附近。根据从压力传感器30取得的信号，能够判断脚后跟是否正在接地。压力传感器30的信号是所测定的压力值。例如，由压力传感器30计测出预定值以上的压力值的期间意味着脚后跟正在接地。
压力传感器30的信号经由输入输出IF502输入到控制电路501。
图6示出步行间隔设定部20的一个示例。步行间隔设定部20基于从压力传感器30取得的信号，输出步行间隔T。步行间隔设定部20具有步行间隔计算部21。
例如，步行间隔计算部21将在从压力传感器30a取得的信号中检测出预定以上的压力值的增加变化的第一时机作为步行信息记录在存储器中。步行间隔计算部21将接下来在从压力传感器30a取得的信号中检测出预定以上的压力值的增加变化的第二时机作为步行信息记录在存储器中。另外，步行间隔计算部21在第一时机与第二时机之间的期间内，在从压力传感器30a取得的信号中不会检测出预定以上的压力值的增加变化。例如，在取得用户1的右腿的脚后跟接地的时机的情况下，预定以上的压力值的增加变化是压力值从大致0变化到预定以上的大小的压力值这一情况。步行间隔计算部21将从第一时机起到第二时机为止的时间作为步行间隔T输出。在上文中，对使用从压力传感器30a取得的信号作为步行间隔T输出的情况进行了说明。也可以使用从压力传感器30b取得的信号而将其决定为步行间隔T。即，步行间隔计算部21将在从压力传感器30b取得的信号中检测出预定以上的压力值的增加变化的第三时机作为步行信息记录在存储器中。接下来，步行间隔计算部21将在从压力传感器30b取得的信号中检测出预定以上的压力值的增加变化的第四时机作为步行信息记录在存储器中。另外，步行间隔计算部21在第三时机与第四时机的期间内在从压力传感器30a取得的信号中不会检测出预定以上的压力值的增加变化。例如，在取得用户1的左腿的脚后跟接地的时机的情况下，预定以上的压力值的变化是压力值从大致0增加变化到预定以上的大小的压力值这一情况。步行间隔计算部21将从第三时机起到第四时机为止的时间作为步行间隔T输出。
例如，在用户1的右腿的脚后跟重新接地的时机步行间隔计算部21输出步行间隔T的情况下，在用户1的右腿的脚后跟接地的时机更新步行间隔T。例如，在用户1的左腿的脚后跟重新接地的时机步行间隔计算部21输出步行间隔T的情况下，在用户1的左腿的脚后跟接地的时机更新步行间隔T。
图6所示的示例中的传感器是压力传感器30，但是例如也能够采用角度传感器来替代它。在传感器是角度传感器的情况下，作为一个示例将角度传感器安装于用户1的大腿部。控制部500取得用户1的髋关节角度。步行间隔设定部20基于用户1的髋关节角度来计算步行间隔T。
步行周期设定部11基于步行间隔T，推定当前时间点的步行周期的相位(GaitPhase，步态相位)π。另外，以后有时也将步行周期的相位π简称为步行周期π。步行周期π是以比例(％)的方式表示在将比例步行间隔T设为1时的当前时间点的进步的值。
图7示出步行周期(Gait phase)中的步行周期的相位(Percentage of gaitphase，步态相位的百分比)的变化的一个示例。在图7中，以％表示着眼于用户1的右腿的步行周期的相位。以下，对右腿的步行辅助进行说明。
在图7所示的右腿步行周期的相位为0％的时间点，用户1的右脚落在地面上。这里，在图7中右腿步行周期的相位为0％以上且60％以下的期间也记为站立期，60％以上且100％以下的期间也记为迈步期。
图4所示的步行周期设定部11从步行间隔设定部20取得右腿的步行间隔T。步行周期设定部11将当前时间点之前的预定期间内的多个步行间隔存储在存储器中，使用当前时间点之前的预定期间内的多个右腿的步行间隔的平均值，来计算当前的右腿的步行间隔Tnew。
例如，步行周期设定部11将预先通过实验等而决定的次数的右腿的步行间隔T存储在存储器中。例如，在使用3个周期的步行间隔的情况下，步行周期设定部11将最近的过去两次的右腿的步行间隔T存储在存储器中，在重新输入右腿的步行间隔T的时机，计算上述两次的右腿的步行间隔T和这次输入的步行间隔T共计3次的步行间隔T的平均值，并将其设为Tnew。
由于右腿的步行间隔T被更新的时机是步行周期的相位为0％的时机，所以在将当前时刻设为t、将右腿步行周期T被重新输入的时刻设为t0时，能够用下面的(式1)计算右腿步行周期的相位(＝右腿步行周期π)。右腿的步行间隔T被更新的时机也可以考虑是步行间隔计算部21在从压力传感器30a取得的信号中检测出预定以上的压力值的增加变化的第二时机。这是由于，步行间隔计算部21使用从第一时机起到第二时机为止的时间来输出右腿的步行间隔T的时间，比步行间隔T短。
Figure GDA0002696339420000171
在(式1)中，在当前的步行间隔比步行间隔的平均值长时，使得不超过1。除此以外，当基于压力传感器30的信号值而认为腿处于站立期时(＝压力传感器30为预定以上的压力值时)，能够实现不超过0.6等的应用。
步行周期设定部11将右腿步行周期的相位输出到目标刚度决定部12和目标扭矩决定部13。
目标刚度决定部12基于预先存储的规则，输出与右腿步行周期的相位对应的线目标刚度值K1、K2。规则的一个示例是按步行周期的相位具有K1及K2的表。这里，K1是第一线300a的刚度值，K2是第二线301a的刚度值。
目标刚度决定部12在右腿步行周期的相位为95％的时间点输出预定值以上的线的目标刚度值。这与在即将成为站立期之前使线产生可模拟高刚度的虚拟弹簧(后述)的张力的情况对应。
此外，目标刚度决定部12在右腿步行周期的相位为50％以上且95％以下的期间内输出预定值以下的线的目标刚度值。
目标扭矩决定部13基于右腿步行周期的相位的值，决定由第一线300a和第二线301a产生的针对髋关节的扭矩的值。目标扭矩决定部13例如基于关节目标扭矩τ，参照预先存储的规则，决定扭矩的值。
图14示出规则的一个示例。图14是表示目标扭矩决定部13存储的关节目标扭矩的一个示例的图。该规则是按步行周期的相位具有扭矩值的表。基于图14的值，能够对步行周期的相位进行线性插值等，确定与各步行周期的相位对应的目标扭矩。
步行辅助装置100使得在与用户1的腿的加速度相同的方向上产生扭矩。由此，在用户1步行时，能够利用步行辅助装置100对用户1施加于右腿的扭矩进行辅助。其结果，完成对用户1的步行的适当辅助。
虚拟弹簧自然长度计算部14基于关节目标扭矩值τ及线目标刚度值K1、K2，计算线模拟的虚拟弹簧的自然长度、更具体而言是线虚拟弹簧自然长度N1、N2。
这里，虚拟弹簧是指用于计算第一线300a的张力、第二线301a的张力的虚拟的弹簧。第一线300a、第二线301a由马达400中的对应的马达卷绕或送出，由此具有模拟具备预定刚度(换言之复原力)的虚拟弹簧的张力。
由第一线300a和第二线301a产生的针对用户1的髋关节的扭矩，由第一线300a施加于髋关节的扭矩和第二线301a施加于髋关节的扭矩之差决定。
第一线300a及第二线301a产生的扭矩与第一线300a的目标刚度值K1、第二线301a的目标刚度值K2、第一线300a的虚拟弹簧的长度的变化量、第二线301a的虚拟弹簧的长度的变化量成比例。基于此，决定第一线300a的虚拟弹簧的长度的变化量及第二线301a的虚拟弹簧的长度的变化量。虚拟弹簧自然长度计算部14预先基于相当于虚拟弹簧的安装长度的值，从虚拟弹簧的安装长度减去虚拟弹簧的变化量，来求取各线的虚拟弹簧自然长度N1、N2。
力控制部15使用线目标刚度值K1、K2、线虚拟弹簧自然长度N1、N2、以及分别从马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达取得的马达扭矩τm，以使第一线300a及第二线301b分别具有模拟虚拟弹簧的张力的方式进行力控制的计算，并向马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的各马达输出马达目标位置xr＝[xr1，xr2]。
力控制的计算的一个示例如下所示。另外，以后有时也将第一线300a及第二线301b简称为线。
当将马达扭矩设为τm＝[τm1，τm2]、将此时的线的张力设为Fm＝[Fm1，Fm2]时，线的张力能够由下式求取。
F＝Gτ (式2)
这里，G是由传动比(gear ratio)及带轮直径决定的转换系数。此时的马达目标位置如以下所示那样决定。
Figure GDA0002696339420000191
其中，n＝1、2 (式3)
这样，力控制部15计算马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达各自的目标位置xr＝[xr1，xr2]，并经由输入输出IF502，分别输出到马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达。
马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达分别移动到所输入的马达目标位置xr。由此，连接于马达400中的与第一线300a对应的马达的第一线300a、以及连接于马达400中的与第二线301b对应的马达中的对应马达的第二线301a分别具有模拟虚拟弹簧的张力。也就是说，第一线300a及第二线301a分别产生与线目标刚度值K1、K2的虚拟弹簧可产生的张力同等的张力。
以上，是马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达通过位置控制进行动作的情况下的示例，但是在通过扭矩控制进行动作的情况下也能够同样实现。
在马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达通过扭矩控制进行动作的情况下，力控制部15使用从目标刚度决定部12输出的线目标刚度值K1、K2、线虚拟弹簧自然长度N1、N2、以及分别从马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达取得的马达的位置信息xm，以使第一线300a及第二线301a具有模拟虚拟弹簧的张力的方式进行力控制的计算。其结果，力控制部15算出马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达各自的目标扭矩τm＝[τm1，τm2]，并输出到对应的马达400。
马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线301a对应的马达分别以产生马达目标扭矩τm＝[τm1，τm2]的方式进行动作，由此连接于马达400中的与第一线300a对应的马达的第一线300、以及连接于马达400中的与第二线301a对应的马达的第二线301具有模拟虚拟弹簧的张力。也就是说，第一线300a及第二线301b能够分别产生与线目标刚度值K1、K2的弹簧可产生的张力同等的张力。
以上，使用图7等，对右腿的步行辅助进行了说明。对于左腿的步行辅助也能够同样地进行说明。另外，图14所示的规则可以对右腿的步行辅助控制和左腿的步行辅助控制而言共同使用，也可以分别设定。
(实验结果)
图8A、图8B及图13示出发明人的实验结果。
使穿戴上套装的用户1以时速4.5km步行。套装具有第一线300及第二线301。第一线300位于用户的身体的前面，第二线301位于用户的身体的后面。第二线301连接套装中的与用户1的膝上接触的位置和与用户1的腰接触的位置。与第一线300及第二线301连接的马达400通过力控制部15进行动作控制，以使第二线301具有与虚拟弹簧同等的张力。
图8A是表示按步行周期的相位的第一线300的张力的实验结果。图8B是表示按步行周期的相位的第二线301的张力的实验结果。图8A及图8B的纵轴是张力(N)，图8A及图8B的横轴是步行周期的相位(％)。
图8A中所示的实线是与步行周期的相位无关地进行了马达控制以使第一线300具有模拟了具备高于200N/m的刚度(例如1000N/m)的高刚度弹簧的张力时(以下记为Constant)的结果。
同样，图8B中所示的实线是与步行周期的相位无关地进行了马达控制以使第一线301具有模拟了具备高于200N/m的刚度(例如1000N/m)的高刚度弹簧的张力时(以下记为Constant)的结果。
图8A中所示的虚线是进行了马达控制以仅在步行周期的相位为50％以上且85％以下的期间内模拟刚度为200N/m的弹簧进行动作，而在除此以外的期间内使第一线300具有模拟了与Constant条件的实验相同的高刚度的弹簧的张力时(以下记为Variable)的结果。
图8B中所示的虚线是进行了马达控制以仅在步行周期的相位为50％以上且85％以下的期间内模拟刚度为200N/m的弹簧进行动作，而在除此以外的期间内使第二线301具有模拟了与Constant条件的实验相同的高刚度的弹簧的张力时(以下记为Variable)的结果。
因此，在图8A及图8B所示的图表中，可知在步行周期的相位为50％以上且85％以下的期间内实线与虚线之差相对较大。
此外，综合进行的用户1的感官评价的结果是，通过Constant条件下的马达控制(图8A及图8B的实线)进行的步行辅助和通过Variable条件下的马达控制(图8A及图8B的虚线)进行的步行辅助的用户1的感觉差异最大的是迈步期的区域。
图13中示出使用用户1的呼气来计测用户1步行中的能量代谢率的结果。在图13中，能量代谢率较高的情况表示消耗了较大的能量。在图13中，以Constant条件下的能量代谢为100％，示出了Variable条件及Constant条件时的马达控制之下的用户1步行中的能量代谢。
Constant条件下的能量代谢率是100％，与此相对，Variable条件下的能量代谢率是82.6％。由此可知，Variable条件下的实验时的消耗能量比Constant条件下的实验时的消耗能量少。
通过Variable条件的实验的步行辅助，与Constant条件的实验的步行辅助相比，用户1能够以较小的能量进行步行。由此可知，Variable条件的实验的步行辅助的效果较高。
基于以上的实验结果可以说，以在步行周期的相位为50％以上且85％以下的期间内与除此以外的期间相比产生模拟了刚度较小的弹簧的张力的方式进行步行辅助时，能够进行适当的步行辅助。
图9是表示步行辅助装置100的动作的流程图。其表示右腿的步行辅助的动作。左腿的步行辅助的动作也能够与其同样地进行说明。
(步骤S101)
控制部500从传感器取得步行信息，并基于步行信息来设定并输出右腿的步行间隔T。
(步骤S102)
控制部500基于右腿的步行间隔T的信息，推定当前时间点的右腿步行周期的相位。
(步骤S103)
控制部500决定第一线300a及第二线301a的目标刚度。目标刚度被决定为在以下期间(相当于第一期间)内成为预定值(例如200N/m)以上，该期间包含右腿的第一步行周期中的右腿步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着右腿的第一步行周期之后的右腿步行周期即右腿的第二步行周期中的右腿步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间。
(步骤S104)
控制部500基于右腿步行周期的相位，在目标扭矩决定部13中决定由第一线300a及第二线301a产生的关节目标扭矩值τ。
(步骤S105)
控制部500基于由第一线300a及第二线301a产生的各关节目标扭矩值τ、以及线目标刚度值K1、K2，由虚拟弹簧自然长度计算部14决定由第一线300a模拟的线虚拟弹簧自然长度N1及由第二线301a模拟的线虚拟弹簧自然长度N2。
(步骤S106)
控制部500基于通过步骤S103决定的第一线300a及第二线301a的目标刚度、通过步骤S105决定的线虚拟弹簧自然长度、以及当前时间点的马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线300b对应的马达各自的马达扭矩，进行力控制的计算，决定包含马达的位置指令值信号的控制信号。
(步骤S107)
马达400中的与第一线300a对应的马达和与第二线300b对应的马达分别基于通过步骤S106由控制部500决定的马达的控制信号，变更第一线300a及第二线301a的张力。
(步骤S108)
控制部500判断是否继续进行步行辅助。在判断为继续进行步行辅助的情况下(步骤S108：是)，前进到步骤S101，在并非如此的情况下(步骤S108：否)，结束步行辅助。
以下，对步骤S103更具体地进行说明。图10是表示本实施方式涉及的第一线300a及第二线301a的刚度的时间上变化的时序图。
控制部500在右腿步行周期的相位为95％时使刚度的设定值大于200N/m。这是以人将腿的刚度提到最高时、即脚着地时的辅助为目的的。
接下来，在右腿步行周期的相位为30％时，控制部500设定大于200N/m并且比95％时的值小的刚度。由此，能够设定为使向迈步时的刚度(200N/m以下)的变化平缓并且不损害站立时的刚度的辅助效果的程度。
最后，控制部500在右腿步行周期的相位为50％时将刚度设定为200N/m以下的值。在该时机减小刚度的理由是由于在50％时相反侧的脚即左脚(即没有接地的那只脚)接地，不需要仅用单脚支承体重，并且是为了在迈步期(右腿步行周期的相位为60％以上且100％以下的期间)使腿顺畅地向前移动。
线所模拟的虚拟弹簧的刚度的值在组合了右腿步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间和0％以上且30％以下的期间而得到的期间内最大，在右腿步行周期的相位为30％以上且50％以下的期间内其次大。此外，线所模拟的虚拟弹簧的刚度的值在右腿步行周期的相位为50％以上且95％以下的期间内最小(200N/m以下的值)。控制部500基于各刚度值来控制马达400，由此能够利用第一线300a及第二线301a产生模拟了各刚度值的张力，从而能够有效地辅助人的步行。
(实施方式的变形例1)
在本变形例中，对控制部配置在步行辅助装置外部的形态进行说明。
图11是表示相当于实施方式中的控制部500的处理部设置于步行辅助装置101外部的设备(外部设备)的示例的图。外部设备的一个示例是智能手机515。智能手机515使用传感器计测步行间隔。
智能手机515通过由处理器执行预定的程序来发挥实施方式的控制电路501的功能。智能手机515通过无线或有线的通信将用于控制马达400的控制信号输出到控制部510。
步行辅助装置101具备套装200、第一线300a、第一线300b、第二线301a、第二线301b、马达400和控制部510。
控制部510包括输入输出IF502、电源503和通信设备511。控制电路501基于从外部设备取得的控制信号来控制马达400。
更具体而言，由通信设备511接收从智能手机515输出的马达400的控制信号，经由输入输出IF502来控制马达400。另一方面，从输入输出IF502输入马达400的位置信息及扭矩信息，经由通信设备511输出到智能手机515。
即，智能手机515和通信设备511作为实施方式中的控制电路501发挥功能。采用这样的结构，本变形例涉及的步行辅助装置101可发挥与实施方式的步行辅助装置100相同的功能。此外，还有如下优点：通过智能手机515上的程序来预定控制，由此程序的更新等维护作业变得容易。
(实施方式的变形例2)
图12是套装200的一个示例。图12的套装200具有兼具腰带201和膝带202a、膝带202b的功能的短裤形状。
在短裤形状的套装200的情况下，第一线300a、第一线300b也是被固定于第一位置211及第二位置212即可，第一线300a、第一线300b也可以被缝入套装200。此外，第二线301a、301b也同样地连接第三位置213及第四位置214即可，第二线301a、301b也可以被缝入套装200。此外，第一线300和/或第二线301不限于仅1根，也可以如图12所示那样用多根线来实现。在图12所示的示例中，套装200具备4根第一线300e、300f、300g及300h。
根据本变形例涉及的套装200，用户1能够按与穿着通常衣物相同的要领来穿戴步行辅助装置的套装200，具有便利性较高的优点。此外，在线被缝入套装200的情况下，具有如下优点：线不会露出到外部，能够防止线与用户1的身体、衣物及其他物体发生干扰或接触。
另外，在上述各实施方式中，各构成要素由专用的硬件构成，或者也可以通过执行适合于各构成要素的软件程序来实现。各构成要素也可以通过由CPU或处理器等程序执行部读取并执行被记录在硬盘或半导体存储器等记录介质中的软件程序来实现。
以上，基于实施方式，对一个或多个方式涉及的步行辅助装置等进行了说明，但是本发明并不限定于该实施方式。在不脱离本发明要旨的范围内，将本领域技术人员想到的各种变形施加于本实施方式、或者组合不同实施方式中的构成要素来构筑的形态也可以包含在一个或多个方式的范围内。
产业上的可利用性
本公开的步行辅助装置能够应用于有伤病的用户的步行辅助、疲劳时的步行辅助或老年人的步行辅助等。

Claims (9)

1.一种步行辅助装置，包括：
套装，其穿戴于用户的膝部及腰；
第一线，其连接所述套装中的与所述用户的膝上接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；
第二线，其连接所述套装中的与所述用户的膝后接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；以及
多个马达，其与所述第一线及所述第二线连接，所述多个马达分别与所述第一线及所述第二线对应，
所述多个马达在第一期间内使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有大于200N/m的刚度，所述第一期间包含所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着所述第一步行周期的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间，
所述步行周期，是所述用户的一只脚接地时作为相位0％，所述用户的所述一只脚再次接地时作为相位100％的情况下，相位0％至相位100％的期间。
2.根据权利要求1所述的步行辅助装置，
还具备控制电路，
所述控制电路，
取得所述第一步行周期及所述第二步行周期，
将控制信号输出到所述多个马达，所述控制信号用于在所取得的所述第一步行周期及所述第二步行周期所含的所述第一期间内使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有大于200N/m的刚度。
3.根据权利要求1或2所述的步行辅助装置，
所述多个马达通过卷绕或送出所述第一线及所述第二线来使所述张力产生。
4.根据权利要求1或2所述的步行辅助装置，
所述多个马达在所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为50％以上且95％以下的第二期间内，使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有200N/m以下的刚度。
5.根据权利要求1或2所述的步行辅助装置，
所述多个马达使所述张力产生，使得：所述第一线及所述第二线的刚度在第四期间比第三期间小，所述第三期间包含所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着所述第一步行周期的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且30％以下的期间，所述第四期间是所述第二步行周期中的步行周期的相位为30％以上且50％以下的期间。
6.一种步行辅助装置的控制方法，
所述步行辅助装置具备：
套装，其穿戴于用户的膝部及腰；
第一线，其连接所述套装中的与所述用户的膝上接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；
第二线，其连接所述套装中的与所述用户的膝后接触的位置和与所述用户的腰接触的位置；
多个马达，其与所述第一线及所述第二线连接；以及
控制电路，
所述多个马达分别与所述第一线及所述第二线对应，
所述控制方法包括：
通过所述控制电路取得第一步行周期和接着所述第一步行周期的第二步行周期，
通过所述控制电路将控制信号输出到所述多个马达，所述控制信号用于在第一期间内利用所述多个马达使所述第一线及所述第二线产生张力以使所述第一线及所述第二线双方具有大于200N/m的刚度，所述第一期间包含所述第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及所述第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且50％以下的期间，
所述步行周期，是所述用户的一只脚接地时作为相位0％，所述用户的所述一只脚再次接地时作为相位100％的情况下，相位0％至相位100％的期间。
7.根据权利要求6所述的控制方法，
通过卷绕或送出所述第一线及所述第二线，利用所述多个马达使所述张力产生。
8.根据权利要求6或7所述的控制方法，
在所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为50％以上且95％以下的第二期间内，利用所述多个马达使张力产生以使所述第一线及所述第二线双方具有200N/m以下的刚度。
9.根据权利要求6或7所述的控制方法，
利用所述多个马达使所述张力产生，使得：所述第一线及所述第二线的刚度在第四期间比第三期间小，所述第三期间包含所述用户的第一步行周期中的步行周期的相位为95％以上且100％以下的期间、以及接着所述第一步行周期的第二步行周期中的步行周期的相位为0％以上且30％以下的期间，所述第四期间是所述第二步行周期中的步行周期的相位为30％以上且50％以下的期间。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019087506A1 (ja) * 2017-10-31 2019-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アシスト装置、アシスト方法及びプログラム
TWI684442B (zh) * 2018-07-27 2020-02-11 國立陽明大學 步態學習輔助系統及其應用方法
CN113208583B (zh) * 2021-04-12 2022-05-27 华南理工大学 外骨骼辅助下的步态识别方法、介质和设备

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4344314B2 (ja) * 2004-12-28 2009-10-14 本田技研工業株式会社 体重免荷アシスト装置および体重免荷アシストプログラム
JP4417300B2 (ja) * 2005-07-13 2010-02-17 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
JP2009268728A (ja) * 2008-05-08 2009-11-19 Honda Motor Co Ltd 歩行補助装置
WO2011078104A1 (ja) 2009-12-22 2011-06-30 国立大学法人名古屋工業大学 ２脚受動歩行機
JP5868011B2 (ja) 2011-03-16 2016-02-24 国立大学法人九州大学 歩行運動補助具
JP5986445B2 (ja) * 2012-07-20 2016-09-06 国立大学法人九州大学 歩行用遊脚振子運動補助具およびアシスト力の制御方法
CA2885228C (en) 2012-09-17 2021-07-20 President And Fellows Of Harvard College Soft exosuit for assistance with human motion
US9610209B2 (en) * 2012-11-01 2017-04-04 Honda Motor Co., Ltd. Walking motion assist device
CN115040073A (zh) * 2013-05-31 2022-09-13 哈佛大学校长及研究员协会 运动控制系统
WO2015088863A2 (en) 2013-12-09 2015-06-18 President And Fellows Of Harvard College Assistive flexible suits, flexible suit systems, and methods for making and control thereof to assist human mobility
CN104008398B (zh) * 2014-06-11 2017-07-07 北京大学 一种基于多传感器信息融合的步态分类方法
JP5876550B1 (ja) * 2014-08-28 2016-03-02 国立大学法人九州大学 関節運動補助装置
JP6483419B2 (ja) * 2014-12-01 2019-03-13 トヨタ自動車株式会社 荷重判定方法

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