DE102012219429A1

DE102012219429A1 - Bewegungsunterstützungseinrichtung und Gangunterstützungseinrichtung

Info

Publication number: DE102012219429A1
Application number: DE102012219429A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Ikeuchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: US20130102934A1; JP5636352B2; DE102012219429B4; JP2013090693A

Abstract

Eine Gangunterstützungseinrichtung weist Dreh-Aktuatoren auf, die Antriebskräfte aus elektrischer Energie erzeugen, die von Batterien zugeführt wird, welche in rechten und linken Beingliedern vorgesehen sind. Wenn eine Differenz in den SOC der Batterien der zwei Beinglieder vorliegt, dann steuert/regelt eine Steuer-/Regeleinrichtung die Dreh-Aktuatoren so, dass die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator, der einer Batterie mit einem niedrigeren SOC entspricht, kleiner als die Antriebskräfte der Dreh-Aktuatoren in dem Fall ist, in welchem die SOC der zwei Batterien gleich sind, während der Antrieb von dem Dreh-Aktuator entsprechend einer Batterie mit einem höheren SOC größer ist als die Antriebskräfte der Dreh-Aktuatoren in dem Fall, in welchem die SOC der zwei Batterien gleich sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bewegungsunterstützungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Benutzer bei seinen/ihren Bewegungen zu unterstützen, und auf eine Gangunterstützungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Benutzer bei seinem/ihrem Gang zu unterstützen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bisher ist eine Gangunterstützungseinrichtung bekannt, die mit rechten und linken Hüftgelenk-Aktuatoren ausgestattet ist, die an dem Unterleib-Bereich eines Fußgängers installiert sind, um Unterstützungskräfte um Hüftgelenke herum zu übertragen, mit rechten und linken Kniegelenk-Aktuatoren, die an den Knien des Fußgängers installiert sind, um Unterstützungskräfte um Kniegelenke herum zu übertragen, und mit einer Batterie, welche die rechten und linken Hüftgelenk-Aktuatoren und die rechten und linken Kniegelenk-Aktuatoren mit elektrischer Energie versorgt ( japanische Patent-Offenlegungsschrift Nummer 4060573 ). Der Benutzer der Gangunterstützungseinrichtung, das heißt der Fußgänger, trägt auf seinem/ihrem Rücken einen Rucksack, in welchem die Batterie aufbewahrt wird.
Die oben beschriebene Gangunterstützungseinrichtung erfordert jedoch eine Verkabelung, um die elektrische Energie von der in dem Rucksack aufbewahrten Batterie zu den Hüftgelenk-Aktuatoren und den Kniegelenk-Aktuatoren zu liefern. Im Allgemeinen ist, um eine zuverlässige Lieferung von elektrischer Energie sicherzustellen, die Verkabelung zur Zufuhr elektrischer Energie dicker ausgebildet als beispielsweise Signalleitungen zur Datenübertragung. Dies hat insofern ein Problem dargestellt, als dass die Verkabelung, die zwischen der Batterie in dem Rucksack und jedem Aktuator vorgesehen ist, wie in der japanischen Patent Veröffentlichungsschrift Nummer 4060573 , unvermeidlich eine komplizierte Anordnung mit sich bringt.
Eine mögliche Lösung kann eine Batterie sein, die an jedem Aktuator installiert ist. Allerdings geben nicht alle Aktuatoren gleiche Kraft-Niveaus aus, das heißt die von jedem Aktuator ausgegebene Kraft ist situationsabhängig unterschiedlich. Dies bedeutet, dass die Menge von Elektrizität, die von jedem Aktuator verbraucht wird, unterschiedlich ist. Zusätzlich ist der Verschlechterungsgrad von jeder Batterie unterschiedlich. Daher kann in dem Fall, in welchem eine Mehrzahl von Batterien angebracht sind, der verbleibende Ladungsbetrag (der Ladungszustand (SOC)) von jeder Batterie aufgrund einer Änderung in der verbrauchten elektrischen Energie, der Verschlechterung einer Batterie oder dergleichen variieren.
Geeignete Kräfte, die von allen Aktuatoren ausgegeben werden, versetzen die Gangunterstützungseinrichtung in die Lage, eine Gangunterstützung in geeigneter Weise durchzuführen. Aus diesem Grund sollte die Gangunterstützungseinrichtung die Gangunterstützung aussetzen, wenn irgendeiner der Aktuatoren unfähig wird, eine Kraft auszugeben. Wenn bei der Gangunterstützungseinrichtung jeder Aktuator mit einer Batterie versehen ist, dann ist es daher wünschenswert, wenn die Gangunterstützung gestoppt wird, wenn der verbleibende Ladungsbetrag von irgend einer Batterie auf Null reduziert ist (oder auf einen Wert nahe an Null). In diesem Fall setzt die Gangunterstützungseinrichtung die Gangunterstützung auch dann aus, wenn die verbleibenden Ladungsbeträge von vielen anderen Batterien nicht Null sind, was in unerwünschter Weise zu einer geringeren Betriebsdauer führt.
Dies stellt ein Problem nicht nur bei der Gangunterstützungseinrichtung dar, sondern auch bei allen Bewegungsunterstützungseinrichtungen zum Unterstützen der Benutzer bei ihren Bewegungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Vor dem oben beschriebenen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Bewegungsunterstützungseinrichtung bereitzustellen, die in dem Fall, in welchem die Einrichtung eine Mehrzahl von Energiequellen (d. h. Batterien) aufweist, dazu ausgebildet ist, die Nutzbarkeitsdauer davon abzuhalten, aufgrund einer Variation in dem verbleibenden Energiebetrag von jeder Energiequelle (das heißt dem verbleibenden Ladungsbetrag) abzunehmen.
Eine Bewegungsunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu ausgebildet, einen Benutzer bei seinen/ihren Bewegungen zu unterstützen und umfasst: eine Mehrzahl von Antrieben, die dazu konfiguriert sind, Kräfte zu erzeugen, um eine Bewegung eines Benutzers zu unterstützen, eine Mehrzahl von Energiequellen, welche Energie zu der Mehrzahl der Antriebe liefern, einen Restbetrag-Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen verbleibenden Energiebetrag von jeder der Energiequellen zu detektieren, und eine Steuer-/Regeleinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Mehrzahl der Antriebe auf der Basis eines Detektionsergebnis von dem Restbetrag-Detektor zu steuern/regeln, wobei die Mehrzahl der Antriebe so konfiguriert ist, dass ein Wirkungspunkt von jeder erzeugten Kraft in dem gleichen Teil des Benutzers liegt, und in dem Fall, in welchem einer oder eine Mehrzahl von Antrieben, zu welchen Energie von der gleichen Energiequelle geliefert wird, unter der Mehrzahl der Antriebe eine Antriebsquelle bilden, und eine Ausgabe oder Ausgaben von einem oder einer Mehrzahl der Antriebe, welche zu der Antriebsquelle gehören, als eine Ausgabe von der Antriebsquelle definiert sind, die Steuer-/Regeleinrichtung die Mehrzahl der Antriebe in dem Fall, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Energiebetrag unter den Energiequellen vorliegt, die Mehrzahl der Antriebe so steuert/regelt, dass die Antriebsquelle, welche einer Energiequelle mit einem kleinen verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine kleinere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Energiebeträge der Energiequellen gleich sind, während die Antriebsquelle, welche einer Energiequelle mit einem großen verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine größere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Energiebeträge der Energiequellen gleich sind.
Wenn eine Differenz in dem verbleibenden Energiebetrag unter den Energiequellen vorliegt, dann steuert/regelt gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuer-/Regeleinrichtung die Mehrzahl von Antrieben derart, dass eine Antriebsquelle, welche einer Energiequelle mit einem kleinen verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine kleinere Kraft erzeugt, wohingegen eine Antriebsquelle, welche einer Energiequelle mit einem großen verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine größere Kraft erzeugt, im Vergleich zu den Kräften, die von den Antriebsquellen in dem Fall erzeugt werden, in welchem die verbleibenden Energiebeträge der Energiequellen gleich sind. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu dem Fall, in welchem die verbleibenden Energiebeträge der Energiequellen gleich sind, der Energieverbrauch einer Antriebsquelle, welche einer Energiequelle mit einem kleinen verbleibenden Energiebetrag entspricht, geringer sein wird, wohingegen der Energieverbrauch eine Antriebsquelle, welche einer Energiequelle mit einem hohen verbleibenden Energiebetrag entspricht, größer sein wird.
Daher wird jeder Antrieb durch die Steuer-/Regeleinrichtung so gesteuert/geregelt, dass die Differenz in dem verbleibenden Energiebetrag unter den Energiequellen abnimmt. Wenn der verbleibende Energiebetrag von irgendeiner der Energiequellen Null erreicht (oder einen Wert nahe an Null) dann werden die verbleibenden Energiebeträge von anderen Energiequellen daher auch Null sein (oder Werte nahe an Null annehmen). In dem Fall, in welchem die Einrichtung eine Mehrzahl von Energiequellen aufweist, ermöglicht dies der Bewegungsunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Betriebszeit daran zu hindern, aufgrund einer Variation in den verbleibenden Energiebeträgen der Energiequellen abzunehmen.
Hierbei bezieht sich der Zustand, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Energiebetrag vorliegt, in der vorliegenden Erfindung nur auf einen Zustand, in welchem ein bestimmter Differenzbetrag vorliegt, der es ermöglicht, zu bestimmen, ob die Kräfte, die von einer Mehrzahl von Antrieben ausgegeben werden, auf der Grundlage von verbleibenden Energiebeträgen gesteuert/geregelt werden sollen, anstelle sich auf alle anderen Zustände als den, in welchem die verbleibenden Energiebeträge exakt gleich sind, zu beziehen.
Eine Gangunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Sitzelement, auf welchem ein Benutzer rittlings sitzt, eine Mehrzahl von Beingliedern, die mit dem Sitzelement verbunden sind, und einen Antrieb, der dazu konfiguriert ist, dass er fähig ist, die Beinglieder in einer Richtung anzutreiben, um das Sitzelement hoch zu drücken, wobei wenigstens ein Teil von dem Gewicht des Benutzers durch die Beinglieder vermittels des Sitzelements gehalten wird, wobei die Gangunterstützungseinrichtung eine Mehrzahl von Antrieben umfasst, wobei jeder der Antriebe ein einzelnes oder zwei oder mehr von der Mehrzahl von den Beingliedern antreibt, eine Mehrzahl von Batterien, die elektrische Energie zu einem einzelnen oder zu zweien oder mehreren von der Mehrzahl der Antriebe liefert, einen Restbetrag-Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen verbleibenden Ladungsbetrag von jeder Batterie zu detektieren, und eine Steuer-/Regeleinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Mehrzahl der Antriebe auf der Grundlage von einem Detektionsergebnis des Restbetrag-Detektors zu steuern/regeln, und in dem Fall, in welchem einer oder eine Mehrzahl der Antriebe, zu welchen elektrische Energie von der gleichen Batterie geliefert wird, unter der Mehrzahl der Antriebe eine Antriebsquelle bilden, und eine Ausgabe oder Ausgaben von einem oder einer Mehrzahl der Antriebe, die zu der Antriebsquelle gehören, als eine Ausgabe oder Ausgaben der Antriebsquelle definiert sind, die Steuer-/Regeleinrichtung die Mehrzahl der Antriebe in dem Fall, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag unter den Batterien vorliegt, die Mehrzahl der Antriebe so steuert/regelt, dass die Antriebsquelle, welche einer Batterie mit einem kleinen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine kleinere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge der Batterien gleich sind, während die Antriebsquelle, die einer Batterie mit einem großen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine größere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe von der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge der Batterien gleich sind.
Wenn eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag unter den Batterien vorliegt, dann steuert/regelt gemäß der Gangunterstützungseinrichtung der vorliegenden Erfindung die Steuer-/Regeleinrichtung die Mehrzahl von Antrieben derart, dass eine Antriebsquelle, welche einer Batterie mit einem kleinen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine kleinere Kraft erzeugt, wohingegen eine Antriebsquelle, welche einer Batterie mit einem großen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine größere Kraft erzeugt, im Vergleich zu einer Kraft, die von einer Antriebsquelle in dem Fall erzeugt wird, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge der Batterien gleich sind. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu dem Fall, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge von der Mehrzahl von Batterien gleich sind, der Energieverbrauch von einer Antriebsquelle, die einer Batterie mit einem kleinen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, kleiner sein wird, wohingegen der Energieverbrauch von einer Antriebsquelle, die einer Batterie mit einem großen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, höher sein wird.
Daher wird jede Antriebsquelle durch die Steuer-/Regeleinrichtung so gesteuert/geregelt, dass die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag unter den Batterien abnimmt. Wenn der verbleibende Ladungsbetrag von irgendeiner der Batterien Null erreicht (oder einen Wert nahe an Null), dann werden daher die verbleibenden Ladungsbeträge von anderen Batterien auch. Null sein (oder Werte nahe an Null annehmen). In dem Fall, in welchem die Einrichtung eine Mehrzahl von Batterien aufweist, ermöglicht dies, dass die Gangunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Betriebsdauer davon abhält, aufgrund einer Variation in den verbleibenden Ladungsbeträgen abzunehmen.
Hierbei bezieht sich der Zustand, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag vorliegt, in der vorliegenden Erfindung nur auf einem Zustand, in welchem ein Differenzbetrag vorliegt, welcher es ermöglicht zu bestimmen, ob es erforderlich ist, dass die von einer Mehrzahl von Antrieben ausgegebenen Kräfte auf der Grundlage der verbleibenden Ladungsbeträge gesteuert/geregelt werden, anstelle sich auf alle anderen Zustände als denjenigen, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge exakt den gleichen Wert haben, zu beziehen.
Wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen vorbestimmten zwei Batterien unter der Mehrzahl von Batterien zunimmt, steuert/regelt bei der Gangunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuer-/Regeleinrichtung vorzugsweise die zwei Antriebsquellen, welche den vorbestimmten zwei Batterien entsprechen, derart, dass die Differenz in elektrischer Energie, die den zwei Antriebsquellen zugeführt wird, zunimmt. Dies ermöglicht es, die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen den Batterien schneller zu verringern.
Bei der Gangunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert/regelt die Steuer-/Regeleinrichtung die zwei Antriebsquellen, welche den vorbestimmten zwei Batterien entsprechen, vorzugsweise so, dass die Differenz in der elektrischen Energie, welche den zwei Antriebsquellen zugeführt wird, zunimmt, wenn der Zustand, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen vorbestimmten zwei Batterien unter der Mehrzahl von Batterien vorliegt, länger andauert. Dies ermöglicht es, die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen den Batterien schneller zu verringern.
Bei der Gangunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert/regelt die Steuer-/Regeleinrichtung vorzugsweise die zwei Antriebsquellen, welche den vorbestimmten zwei Batterien entsprechen, so, dass die Differenz in der elektrischen Energie, die den zwei Antriebsquellen zugeführt wird, zunimmt, wenn der zeitabhängige Änderungsbetrag einer Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen vorbestimmten zwei Batterien unter der Mehrzahl von Batterien zunimmt. Dies macht es möglich, die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen den Batterien schneller zu verringern.
Bei der Gangunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert/regelt die Steuer-/Regeleinrichtung vorzugsweise in dem Fall, in welchem einer oder eine Mehrzahl der Antriebe, der/die der Antriebsquelle entspricht/entsprechen, eines oder die Mehrzahl der Beinglieder antreibt/antreiben, und in dem Fall, in welchem eine Kraft, mit welcher jedes Beinglied das Sitzelement hoch drückt, oder eine Kraft, die individuelle Kräfte kombiniert, als eine resultierende Beinglied-Kraft definiert ist, die zwei Antriebsquellen unter der Mehrzahl der Antriebsquellen so, dass die Differenz in der elektrischen Energie, die den vorbestimmten zwei Antriebsquellen zugeführt wird, abnimmt, wenn der Winkel zunimmt, der durch die individuellen resultierenden Beinglied-Kräfte gebildet wird.
Wenn keine Differenz in den Kräften zwischen den zwei Antriebsquellen vorliegt, dann werden die Kräfte in die gleiche Richtung übertragen, unabhängig von dem Winkel, der durch die resultierenden Beinglied-Kräfte der zwei Antriebsquellen gebildet wird. Wenn allerdings eine Differenz in den Kräften zwischen den zwei Antriebsquellen vorliegt, dann ändert sich die Richtung der resultierenden Kraft von den zwei resultierenden Beinglied-Kräften deutlich, wenn der Winkel zunimmt, der durch die resultierenden Beinglied-Kräfte der zwei Antriebsquellen gebildet wird. Wenn die Richtung der resultierenden Kraft der zwei resultierenden Beinglied-Kräfte sich ändert, dann ändert sich auch die Richtung der Kraft, um das Sitzelement hoch zu drücken, was möglicherweise bewirkt, dass sich der Benutzer unbehaglich fühlt.
Daher steuert/regelt die Steuer-/Regeleinrichtung die Mehrzahl der Antriebe so, dass die Differenz in der elektrischen Energie, die den zwei Antriebsquellen zugeführt wird, abnimmt, wenn der Winkel zunimmt, der durch die zwei resultierenden Beinglied-Kräfte gebildet wird, wodurch eine Änderung in der Richtung der resultierenden Kraft der zwei resultierenden Beinglied-Kräfte verringert wird. Dies macht es möglich, ein unbehagliches Gefühl des Verwenders zu reduzieren.
Bei der Gangunterstützungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert/regelt, falls die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag von vorbestimmten zwei Batterien unter der Mehrzahl der Batterien ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, die Steuer-/Regeleinrichtung dann vorzugsweise die Mehrzahl der Antriebe auf der Basis von einem Detektionsergebnis des Restbetrag-Detektors.
Eine von einem Antrieb ausgegebene Kraft ist häufig einseitig, in Abhängigkeit von einer Betriebssituation. In diesem Fall besteht eine Tendenz dazu, dass eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag unter den Batterien auftritt. Ein Versuch, unmittelbar eine Kraft zu reduzieren, die in Reaktion auf ein häufig auftretendes Ereignis zu erzeugen ist, neigt dazu, dem Benutzer Unbehagen zu verursachen. Um dies zu verhindern, reduziert die Steuer-/Regeleinrichtung eine zu erzeugende Kraft nur, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen zwei Batterien ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, wodurch eine verbesserte Annehmlichkeit für den Benutzer ermöglicht wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Gangunterstützungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht der Gangunterstützungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
3 ist eine Vorderansicht der Gangunterstützungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
4 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Oberschenkel-Rahmens der Gangunterstützungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Diagramm, welches einen Winkel von gespreizten Beinen der Gangunterstützungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel illustriert.
6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Verarbeitungsfluss einer Steuer-/Regeleinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel illustriert.
7 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und einem Anteilverhältnis in dem Fall illustriert, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge der Batterien von einem linken Beinglied und einem rechten Beinglied gleich sind.
8 illustriert eine Beziehung zwischen dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und dem Anteilverhältnis in einem Fall, in welchem jeweils eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen den Batterien von dem linken Beinglied und dem rechten Beinglied vorliegt, wobei 8(a) einen Fall illustriert, in welchem eine gemessene Trittkraft von dem linken Beinglied größer ist als die von dem rechten Beinglied und 8(b) einen Fall illustriert, in welchem eine gemessene Trittkraft von dem linken Beinglied kleiner ist als die von dem rechten Beinglied.
9 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung von der in 6 dargestellten Bestimmungseinrichtung für einen gewünschten rechts/links-Anteil illustriert.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Bein-Spreiz-Winkel und einem Verstärkungsfaktor einer Stellgröße illustriert.
11 ist ein Blockdiagramm, welches eine Verarbeitungsfunktion von einer Bestimmungseinrichtung für eine Stromanweisung illustriert, die in 6 dargestellt ist.
12 ist eine Ansicht, die die Verarbeitung von einer in 11 dargestellten Berechnungseinrichtung für ein gewünschtes Basismoment illustriert.
13 illustriert eine Beziehung zwischen dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und dem Anteilverhältnis in einem anderen Ausführungsbeispiel, welches sich von dem in 8 illustrierten unterscheidet, in einem Fall, in welchem jeweils eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen der Batterie von dem linken Beinglied und der Betrieb von dem rechten Beinglied vorliegt, und
14 illustriert eine Beziehung zwischen dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und dem Anteilverhältnis in einer anderen Ausführungsform, die sich von den in 8 und 13 illustrierten unterscheidet, in einem Fall, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen der Batterie von dem linken Beinglied und der Batterie von dem rechten Beinglied vorliegt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 wird zunächst die mechanische Konstruktion einer Gangunterstützungseinrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
1 bis 3 sind jeweils eine perspektivische Ansicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht, welche das Aussehen der Gangunterstützungseinrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel illustrieren, und 4 ist eine geschnittene Seitenansicht von einem Oberschenkel-Rahmen der Gangunterstützungseinrichtung.
Wie dargestellt, weist eine Gangunterstützungseinrichtung A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Sitzelement 1 auf, auf welchem ein Benutzer P sitzt, ein Paar von rechten und linken am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L, die an den Füßen der Beine des Benutzers P angebracht sind, und ein Paar von rechten und linken Beingliedern 3R und 3L, welche die am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L mit dem Sitzelement 1 verbinden. Die rechte und die linke am Fuß getragene Einheit 2R und 2L weisen die gleiche Konstruktion auf, wobei sie seitlich symmetrisch zueinander sind. Die rechten und linken Beinglieder 3R und 3L weisen auch die gleiche Konstruktion auf, wobei sie seitlich symmetrisch zueinander sind.
In der folgenden Beschreibung wird von dem rechten und dem linken Beinglied 3R und 3L das Beinglied auf der rechten Seite bei Betrachtung von der Vorderseite des Benutzers P als das rechte Beinglied 3R bezeichnet, und von dem rechten und dem linken Beinglied 3R und 3L wird das Beinglied auf der linken Seite bei Betrachtung von der Vorderseite des Benutzers P als das linke Beinglied 3L bezeichnet. Weiterhin wird von den rechten und linken am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L die auf der rechten Seite am Fuß getragenen Einheit, bei Betrachtung von der Vorderseite des Benutzers P, als die rechte am Fuß getragene Einheit 2R bezeichnet, und von den rechten und linken am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L wird die am Fuß getragene Einheit auf der linken Seite, bei Betrachtung von der Vorderseite des Benutzers P, als die linke am Fuß getragene Einheit 2L bezeichnet. Die folgende Beschreibung wird sich hauptsächlich auf das linke Beinglied 3L und die linke am Fuß getragene Einheit 2L der Gangunterstützungseinrichtung A konzentrieren.
In der folgenden Beschreibung können die Zeichen ”R” und ”L” an die Enden von Bezugszeichen angehängt werden, um zwischen der linken und der rechten Seite zu unterscheiden. Die Zeichen ”R” und ”L” an den Enden von Bezugszeichen werden verwendet, um die Zuordnung zu dem rechten Beinglied 3R und dem linken Beinglied 3L zu bedeuten.
Jedes von den Beingliedern 3R und 3L ist aus einem ersten Gelenk 4, einem Oberschenkel-Rahmen 5, einem zweiten Gelenk 6, einem Unterschenkel-Rahmen 7 und einem dritten Gelenk 8 gebildet. Der Oberschenkel-Rahmen 5 erstreckt sich von dem Sitzelement 1 vermittels des ersten Gelenks 4 herunter. Der Unterschenkel-Rahmen 7 erstreckt sich von der am Fuß getragenen Einheit 2R oder 2L über das zweite Gelenk 6 nach oben. Das dritte Gelenk 8 verbindet den Oberschenkel-Rahmen 5 und dem Unterschenkel-Rahmen 7 in der Mitte zwischen dem ersten Gelenk 4 und dem zweiten Gelenk 6 ausstreckbar miteinander.
Weiterhin ist jedes der Beinglieder 3R und 3L von der Gangunterstützungseinrichtung A mit einem Dreh-Aktuator 9 ausgestattet, der als ein Antrieb und als ein Antriebskraft-Übertragungsmechanismus 10 dient. Der Dreh-Aktuator 9 erzeugt eine Antriebskraft zum Antreiben des dritten Gelenks 8. Der Antriebskraft-Übertragungsmechanismus 10 überträgt die Antriebskraft des Dreh-Aktuators 9 auf das dritte Gelenk 8, um ein Antriebsmoment um die Achse des dritten Gelenks 8 zu übertragen.
Das Sitzelement 1 ist aus einem sattelförmigen Sitz 1a gebildet, der so angeordnet ist, dass der Sitz 1a zwischen den proximalen Enden von den zwei Beinen des Benutzers P positioniert ist, wenn der Benutzer P darauf rittlings sitzt, einem Stützrahmen 1b, der an der unteren Fläche des Sitzes 1a angebracht ist, und einem Hüftpolster 1c, das an dem hinteren Endabschnitt von dem Stützrahmen 1b angebracht ist (dem Abschnitt, der am hinteren Ende von dem Sitz 1a nach oben steigt). Ein gekrümmter Griff 1d, der von dem Benutzer P oder einem Assistenten gehalten werden kann, ist an dem Hüftpolster 1c angebracht.
Das erste Gelenk 4 von jedem der Beinglieder 3R und 3L ist ein Gelenk, das einen Freiheitsgrad (2 Freiheitsgrade) einer Rotation um zwei Gelenkachsen in einer Längsrichtung und in einer seitlichen Richtung aufweist. Genauer weist jedes von den ersten Gelenken 4 eine bogenförmige Führungsschiene 11 auf, die an dem Sitzelement 1 angebracht ist. Ein Gleiter 12, der an dem oberen Ende von dem Oberschenkel-Rahmen 5 von jedem der Beinglieder 3R und 3L befestigt ist, steht bewegbar mit der Führungsschiene 11 vermittels einer Mehrzahl von Rollen 13 in Eingriff, die drehbar an dem Gleiter 12 befestigt sind. Diese Anordnung ermöglicht es, dass jedes der Beinglieder 3R und 3L eine Schwenkbewegung in der Längsrichtung (eine longitudinale Ausschwenkbewegung) um die Achse des ersten Gelenkes durchführen, wobei die seitliche Achse, die durch einen Krümmungsmittelpunkt 4a von der Führungsschiene 11 verläuft (vergleiche 2), und die senkrecht zu einer Ebene ist, welche den Bogen der Führungsschiene 11 umfasst, als eine erste Gelenkachse von dem ersten Gelenk 4 genommen wird.
Weiterhin ist die Führungsschiene 11 drehbar an dem hinteren Ende (dem aufsteigenden Abschnitt) von dem Stützrahmen 1b des Sitzelements vermittels einer Stützwelle 4b gelagert, deren axiale Mitte in der Längsrichtung orientiert ist, wodurch es ermöglicht wird, dass die Führungsschiene 11 um die axiale Mitte der Stützwelle 4b schwenkt. Diese Anordnung ermöglicht es, dass jedes der Beinglieder 3R und 3L eine seitliche Schwenkbewegung durchführt, das heißt eine Adduktions-/Abduktionsbewegung um eine zweite Gelenkachse, wobei die axiale Mitte der Stützwelle 4b als die zweite Gelenkachse des ersten Gelenks 4 genommen wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt die zweite Gelenkachse des ersten Gelenks 4 eine dem ersten Gelenk 4 des rechten Beinglieds 3R und dem ersten Gelenk 4 des linken Beinglieds 3L gemeinsame Gelenkachse dar.
Wie oben beschrieben ist das erste Gelenk 4 so ausgelegt, dass es jedem der Beinglieder 3R und 3L ermöglicht, Schwenkbewegungen um die zwei Gelenkachsen durchzuführen, das heißt in der Längsrichtung und in der seitlichen Richtung.
Der rotatorische Freiheitsgrad des ersten Gelenks ist nicht auf zwei beschränkt. Alternativ kann das erste Gelenk beispielsweise so konstruiert sein, dass es einen rotatorischen Freiheitsgrad um drei Gelenkachsen hat, das heißt drei Freiheitsgrade. Weiterhin kann alternativ das erste Gelenk so ausgebildet sein, dass es beispielsweise einen rotatorischen Freiheitsgrad nur um eine Gelenkachse der seitlichen Richtung aufweist, das heißt einen Freiheitsgrad.
Die linke am Fuß getragene Einheit 2L weist einen Schuh 2a für den Benutzer P auf, so dass dieser seinen/ihren Fuß hinein setzen kann, und ein Verbindungselement 2b, das von innerhalb des Schuhs 2a. nach oben vorsteht. Jedes Bein des Benutzers landet durch den Schuh 2a in einem Zustand auf dem Boden, in welchem das Bein des Benutzers P ein Standbein, das heißt ein stützendes Bein ist. Das untere Ende von dem Unterschenkel-Rahmen 7 von jedem der Beinglieder 3R und 3L ist mit dem Verbindungselement 2b vermittels des zweiten Gelenks 6 verbunden. In diesem Fall weist das Verbindungselement 2b als einen integralen Teil davon einen flachen, plattenartigen Abschnitt 2bx aus, der unter einer Innensohle 2c in dem Schuh 2a (zwischen der Unterseite des Schuhs 2a und der Innensohle 2c) angeordnet ist, wie in 2 illustriert ist.
Das Verbindungselement 2b einschließlich des flachen, plattenartigen Abschnitts 2bx ist aus einem Element gebildet, das eine relativ hohe Steifigkeit aufweist, so dass dann, wenn die linke am Fuß getragene Einheit 2L gelandet ist, ein Teil einer Bodenreaktionskraft, die von einem Boden auf die linke am Fuß getragene Einheit 2L wirkt (eine Translationskraft, die groß genug ist, das Gewicht zu halten, welches wenigstens die Gangunterstützungseinrichtung A und einen Teil des Gewichts des Benutzers P kombiniert), auf die Beinglieder 3L und 3R vermittels des Verbindungselements 2b und des zweiten Gelenks 6 angewendet werden kann.
Die linke am Fuß getragene Einheit 2L kann beispielsweise eine pantoffelartige Fußbekleidung anstelle des Schuhs 2A aufweisen.
Das zweite Gelenk 6 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem freien Gelenk gebildet, beispielsweise einem Kugelgelenk, und hat einen rotatorischen Freiheitsgrad um drei Achsen. Alternativ kann das zweite Gelenk 6 ein Gelenk mit einem rotatorische Freiheitsgrad um beispielsweise zwei Achsen in der longitudinalen und seitlichen Richtung oder um zwei Achsen in der vertikalen und seitlichen Richtung sein.
Das dritte Gelenk 8 ist ein Gelenk mit einem rotatorischen Freiheitsgrad um eine Achse in der seitlichen Richtung und weist eine Lagerwelle 8a auf, die sich an dem unteren Ende des Oberschenkel-Rahmens 5 befindet, und die das obere Ende von dem Unterschenkel-Rahmen 7 drehbar lagert. Die axiale Mitte der Lagerwelle 8a ist im Wesentlichen parallel zu der ersten Gelenkachse von dem ersten Gelenk 4. Die axiale Mitte der Lagerwelle 8a dient als die Gelenkachse von dem dritten Gelenk 8, und der Unterschenkel-Rahmen 7 kann bezüglich des Oberschenkel-Rahmens 5 relativ um die Gelenkachse gedreht werden. Dies ermöglicht es, dass die Beinglieder 3R und 3L sich an dem dritten Gelenk 8 strecken und beugen.
Der Dreh-Aktuator 9 für jedes der Beinglieder 3R und 3L ist ein Dreh-Aktuator, der aus einem Elektromotor 15 gebildet ist, welcher mit einem Untersetzungsgetriebe 14 versehen ist. Der Dreh-Aktuator 9 ist auf der Außenfläche von einem oberen Endabschnitt (einem Abschnitt, der dem ersten Gelenk 4 benachbart ist) des Oberschenkel-Rahmens 5 so angebracht, dass die axiale Mitte von einer Ausgabewelle 9a parallel zu der Gelenkachse des dritten Gelenks 8 (der axialen Mitte der Stützwelle 8a) ist. Das Gehäuse des Dreh-Aktuators 9 (ein Abschnitt, der an einem Stator von dem Elektromotor 15 befestigt ist) von dem Dreh-Aktuator 9 ist fest an dem Oberschenkel-Rahmen 5 installiert.
Jeder von den Antriebskraft-Übertragungsmechanismen 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Antriebskurbelarm 16, einem Abtriebskurbelarm 17 und einer Verbindungsstange 18 gebildet.
Der Antriebskurbelarm 16 ist konzentrisch an der Ausgabewelle 9a des Dreh-Aktuators 9 angebracht. Der Abtriebskurbelarm 17 ist an dem Unterschenkel-Rahmen 7 konzentrisch zu der Gelenkachse des dritten Gelenks 8 fixiert. Die Verbindungsstange 18 hat ein Ende davon schwenkbar an dem Antriebskurbelarm 16 angebracht, und das andere Ende davon schwenkbar an dem Abtriebskurbelarm 17 angebracht. Die Verbindungsstange 18 erstreckt sich linear zwischen einem Schwenkabschnitt 18a für den Antriebskurbelarm 16 und einem Schwenkabschnitt 18b für den Abtriebskurbelarm 17.
Bei dem wie oben beschrieben konstruierten Antriebskraft-Übertragungsmechanismus 10 wird eine Antriebskraft (Ausgabemoment), die von der Ausgabewelle 9a des von dem Elektromotor 15 betriebenen Dreh-Aktuators 9 ausgegeben wird, in eine Translationskraft in der Längsrichtung der Verbindungsstange 18 durch den Antriebskurbelarm 16 von der Ausgabewelle 9A umgewandelt, und die Translationskraft (Stangenübertragungskraft) wird längst der Verbindungsstange 18 in der Längsrichtung davon übertragen. Weiterhin wird die Translationskraft der Verbindungsstange 18 durch den Abtriebskurbelarm 17 in ein Antriebsmoment umgewandelt, und das Antriebsmoment wird auf das dritte Gelenk 8 als eine Antriebskraft zum Strecken/Beugen von jedem der Beinglieder 3R und 3L um die Gelenkachse des dritten Gelenks 8 übertragen.
Hierbei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Summe der Längen von dem Oberschenkel-Rahmen 5 und dem Unterschenkel-Rahmen 7 von jedem der Beinglieder 3R und 3L so eingestellt dass sie größer ist als die Länge von einem Bein des Benutzers P, wenn das Beinglied linear ausgestreckt ist. Daher ist jedes von den Beingliedern 3R und 3L immer an dem dritten Gelenk 8 gebeugt. Ein Beugungswinkel θ1 (vergleiche 2) ist ein Winkel im Bereich von beispielsweise ungefähr 40° bis 70° während eines normalen Gangs des Benutzers P auf einem flachen Untergrund. Der Beugungswinkel θ1 bedeutet in diesem Fall einen Winkel (Winkel auf einer Seite eines spitzen Winkels), der durch eine gerade Linie, die das dritte Gelenk 8 und den Krümmungsmittelpunkt 4a der Führungsschiene 11 verbindet, und eine gerade Linie, die das dritte Gelenk 8 und das zweite Gelenk 6 verbindet, gebildet wird, wenn die Beinglieder 3R und 3L in der Richtung der Gelenkachse des dritten Gelenks 8 betrachtet werden, wie in 2 gezeigt ist.
Weiter ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Relativposition-Beziehung zwischen den Schwenkabschnitten 18a, 18b der Verbindungsstange 18, der Stützwelle 8a des dritten Gelenks 8 und der Ausgabewelle 9a des Dreh-Aktuators 9 so eingestellt, dass das Antriebsmoment, welches auf das dritte Gelenk 8 übertragen wird, größer ist, als das Ausgabemoment des Dreh-Aktuators 9 in einem Zustand, in welchem der Beugungswinkel θ1 von jedem der Beinglieder 3R und 3L in einen bestimmten Winkelbereich fällt (zum Beispiel einen Bereich von ungefähr 20° bis 70°), einschließlich des Winkelbereichs des normalen Gangs des Benutzers P auf einem flachen Untergrund. In diesem Fall schneiden sich, wie in 4 illustriert, die gerade Linie, die die Ausgabewelle 9a des Dreh-Aktuators 9 und die Stützwelle 8a des dritten Gelenks 8 verbindet, und die gerade Linie, welche den Schwenkabschnitt 18a der Verbindungsstange 18 und den Schwenkabschnitt 18b davon verbindet, schräg, wenn jedes der Beinglieder 3R und 3L in der Richtung der Gelenkachse des dritten Gelenks 8 betrachtet wird.
Weiterhin ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Position von dem Schwenkabschnitt 18b der Verbindungsstange 18 so eingestellt, dass das Antriebsmoment, welches auf das dritte Gelenk 8 übertragen wird, ein Moment ist, welches die Beinglieder 3R und 3L in eine Streckrichtung drängt, in dem Fall, in dem eine Zugkraft in der Längsrichtung der Verbindungsstange 18 auf die Verbindungsstange 18 von dem Dreh-Aktuator 9 in dem Zustand ausgeübt wird, in welchem der Beugungswinkel θ1 von jedem der Beinglieder 3R und 3L in einen gewissen Winkelbereich fällt (zum Beispiel einen Bereich von ungefähr 20° bis 70°), einschließlich des Winkelbereichs eines normalen Gangs des Benutzers P auf einem flachen Untergrund. In diesem Fall ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Beinglieder 3R und 3L in die Richtung der Gelenkachse des dritten Gelenks 8 betrachtet werden, der Schwenkabschnitt 18b der Verbindungsstange 18 näher an der Führungsschiene 11 vorgesehen als an der geraden Linie, welche die Ausgabewelle 9a des Dreh-Aktuators und die Stützwelle 8a des dritten Gelenks 8 verbindet.
Weiter weist, wie in 4 illustriert, der Oberschenkel-Rahmen 5 eine Batterie 19 und eine daran angebrachte Abdeckung 20 auf. Die Batterie 19 ist zwischen der Verbindungsstange 18 und der Führungsschiene 11 vorgesehen. Die Abdeckung 20 ist so ausgebildet, dass sie die Batterie 19 abdeckt und ist an dem Oberschenkel-Rahmen 5 angebracht. Daher ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Batterie 19 für jedes der Beinglieder 3R und 3L vorgesehen.
Die Batterie 19, die eine wieder aufladbare sekundäre Batterie ist, fungiert als die Energiequelle für elektrische Komponenten wie beispielsweise die Elektromotoren 15. Diese Batterien 19 sind elektrisch mit den Dreh-Aktuatoren 9 über eine (nicht gezeigte) elektrische Verkabelung verbunden.
Genauer ist die in dem Oberschenkel-Rahmen 5 des linken Beinglieds 3L vorgesehene Batterie 19 dazu ausgebildet, als eine Energiequelle zu dienen, die elektrische Energie an den Dreh-Aktuator 9 liefert, der eine Antriebskraft zum Antreiben des dritten Gelenks 8 von dem linken Beinglied 3L generiert. Ähnlich ist die Batterie 19, die in dem Oberschenkel-Rahmen 5 des rechten Beinglieds 3R angeordnet ist, dazu ausgebildet, als eine Energiequelle zu dienen, welche elektrische Energie an den Dreh-Aktuator 9 liefert, der eine Antriebskraft zum Antreiben des dritten Gelenks 8 des rechten Beinglieds 3R erzeugt.
Daher liefert die Batterie 19, die in jedem der Beinglieder 3R und 3L vorgesehen ist, elektrische Energie an den Dreh-Aktuator 9 entsprechend dem Beinglied (3R oder 3L), in welchem die Batterie 19 angeordnet ist.
Die Batterien 19 entsprechen den Batterien und den Energiequellen in der vorliegenden Erfindung. Die verbleibenden Ladungsbeträge oder SOC der Batterien 19 entsprechen den verbleibenden Ladungsbeträgen und den verbleibenden Energiebeträgen der vorliegenden Erfindung.
Als die Batterien kann ein Kondensator wie ein elektrischer Doppellagenkondensator (einschließlich von einem, der eine Mehrzahl von Kondensatorelementen kombiniert) verwendet werden, solange dieser dazu in der Lage ist, eine ausreichende Menge elektrischer Energie zu speichern, welche eine ausreichend lange Betriebsdauer der Gangunterstützungseinrichtung A sicherstellt. Alternativ kann die Batterie dadurch gebildet werden, dass eine Batterie und ein Kondensator kombiniert werden.
Die Batterien 19 sind in den Beingliedern 3R und 3L angeordnet, und jede der Batterien 19 liefert elektrische Energie an den Dreh-Aktuator 9 von dem Beinglied 3R oder 3L, in welchem die Batterie 19 angeordnet ist. Dies entspricht in der vorliegenden Erfindung, dass ”Energie einer Antriebsquelle von der gleichen Energiequelle unter einer Mehrzahl von Antrieben zugeführt wird” und entspricht auch, dass „elektrische Energie einer Antriebsquelle von der gleichen Batterie unter einer Mehrzahl von Antrieben zugeführt wird”.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Dreh-Aktuator 9 von jedem der Beinglieder 3R und 3L elektrisch mit einer einzelnen Batterie 19 für einen einzelnen Dreh-Aktuator 9 verbunden. In anderen Worten ist die einzelne Batterie 19 elektrisch mit dem einzelnen entsprechenden Dreh-Aktuator 9 verbunden. Genauer entspricht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Dreh-Aktuator 9 von dem linken Beinglied 3L einer Antriebsquelle in der vorliegenden Erfindung, und die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator 9 des linken Beinglied 3L entspricht einer Ausgabe der Antriebsquelle in der vorliegenden Erfindung. Wenn die einzelne Batterie 19 elektrische Energie an eine Mehrzahl von Dreh-Aktuatoren 9 liefert, dann entsprechen die Dreh-Aktuatoren 9 der Antriebsquelle in der vorliegenden Erfindung.
Vorstehend wurde in die grundsätzliche mechanische Konfiguration der Gangunterstützungseinrichtung A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei der Gangunterstützungseinrichtung A, die, wie oben beschrieben, gebildet ist, wird eine Antriebskraft (Antriebsmoment) in der Streckrichtung auf die dritten Gelenke 8 der Beinglieder 3R und 3L von den Dreh-Aktuatoren 9 durch die Antriebskraft-Übertragungsmechanismen 10 übertragen, in einem Zustand, in welchem sich die am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L in Kontakt mit einem Untergrund befinden, wodurch das Sitzelement 1 nach oben gedrückt wird. Dies bewirkt, dass eine nach oben wirkende Hubkraft von dem Sitzelement 1 auf den Benutzer P ausgeübt wird. Die Gangunterstützungseinrichtung A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stützt einen Teil des Gewichts des Benutzers (P (einen Teil der Schwerkraft, die auf den Benutzer P wirkt) durch die Hubkraft ab, um eine Last auf die Beine zu reduzieren, wenn der Benutzer P geht.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Antriebskraft des Dreh-Aktuators 9, die auf den Benutzer P vermittels des Sitzelements 1 wirkt, in der vorliegenden Erfindung dass „wenigstens ein Teil des Gewichts des Benutzers durch ein Beinglied vermittels eines Sitzelements gehalten wird” und entspricht auch dass „eine Mehrzahl von Antrieben so konfiguriert ist, dass der Wirkungspunkt von jeder erzeugten Kraft an dem gleichen Teil des Benutzers liegt”.
In diesem Fall wird von einer Stützkraft zum Stützen der gesamten Gangunterstützungseinrichtung A und des Benutzers P auf einem Boden, das heißt von einer gesamten Translationskraft, die von einem Boden auf einen Untergrund ausgeübt wird, mit welchem die Gangunterstützungseinrichtung A in Kontakt ist (nachfolgend als die Gesamt-Stützkraft bezeichnet), die Stützkraft zum Stützen der Gangunterstützungseinrichtung A selbst und eines Teils des Gewichts des Benutzers P auf einem Boden durch die Gangunterstützungseinrichtung A getragen, wohingegen die verbleibende Stützkraft von dem Benutzer P getragen wird. Nachfolgend wird von der vorgenannten Gesamt-Stützkraft die Stützkraft, die von der Gangunterstützungseinrichtung A getragen wird, als die Gangunterstützungseinrichtung-getragene Stützkraft bezeichnet, während die Stützkraft, die von dem Benutzer P getragen wird, als die Benutzergetragene Stützkraft bezeichnet wird.
Die Unterstützungseinrichtung-getragene Stützkraft wird in einem Zustand, in welchem beide Beine des Benutzers P Standbeine sind, getrennt auf das rechte und linke Beinglied 3R und 3L wirken, und wird in einem Zustand, in dem nur ein Bein ein Standbein ist, auf das Beinglied nur von einem der zwei Beinglieder 3R und 3L wirken. Das gleiche gilt für die Benutzer-getragene Stützkraft.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine (nicht gezeigte) Feder zum Vorspannen jedes der Beinglieder 3R und 3L in der Streckrichtung an dem dritten Gelenk 8 von jedem der Beinglieder 3R und 3L oder zwischen dem Oberschenkel-Rahmen und dem Unterschenkel-Rahmen 7 angebracht, um eine Last auf den Dreh-Aktuator 9 zu reduzieren, das heißt um ein erforderliches maximales Ausgabemoment zu reduzieren. Die Feder kann allerdings weggelassen werden.
Nun wird eine Beschreibung der Konfiguration zum Steuern/Regeln des Betriebs der Gangunterstützungseinrichtung A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gegeben. Bei der Gangunterstützungseinrichtung A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Steuer-/Regeleinheit 21, die den Betrieb von jedem der Dreh-Aktuatoren 9 steuert/regelt, in dem Stützrahmen 1b von dem Sitzelement 1 aufgenommen, wie in 2 illustriert ist.
Die Steuer-/Regeleinheit 21 ist aus einem Mikrocomputer gebildet, der eine (nicht gezeigte) zentrale Verarbeitungseinheit aufweist, die arithmetische Verarbeitungen durchführt, und einen (nicht gezeigten) Speicher, der eine Speichereinrichtung zum Speichern von Informationen ist. Der Speicher speichert und bewahrt ein Programm zur Durchführung der arithmetischen Verarbeitungen durch die zentrale Verarbeitungseinheit, Daten, auf die das Programm zugreift (zum Beispiel Schwellenwerte und Tabellen), Berechnungsergebnisse und dergleichen auf. Die Steuer-/Regeleinheit 21 ist weiter mit einer (nicht gezeigten) Eingabe-Schnittstelle versehen, um von außen Informationen einzugeben, die notwendig für die Berechnung sind, und eine (nicht gezeigte) Ausgabeschnittstelle, um Steuersignale auf Basis von Berechnungsergebnissen nach außen auszugeben.
Die Batterie 19 weist eine Batterieverwaltungseinheit (BMU) 19a auf. Die Batterieverwaltungseinheit 19a verwaltet den Zustand der Batterie 19, einschließlich eines SOC und einer Temperatur. Beispielsweise misst oder detektiert die Batterieverwaltungseinheit 19a den SOC, indem der in die Batterie strömende Strom und der aus der Batterie heraus strömende Strom addiert werden. Daher entspricht die Batterieverwaltungseinheit 19a in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dem Restbetrag-Detektor in der vorliegenden Erfindung.
Die Batterieverwaltungseinheit 19a steuert/regelt den Strom der in die oder aus der Batterie 19 fließt, entsprechend dem Zustand der Batterie 19, einschließlich des SOC und der Temperatur, die, wie oben beschrieben, detektiert werden. Die Batterieverwaltungseinheit 19a gibt ferner den SOC, die Temperatur oder dergleichen der Batterie 19 als ein Kommunikationssignal nach außen ab.
Der SOC der Batterie 19, der von der Batterieverwaltungseinheit 19a ausgegeben wird, wird als ein Kommunikationssignal an die Steuer-/Regeleinheit 21 geliefert. Die Steuer-/Regeleinheit 21 steuert/regelt den Betrieb von dem Elektromotor 15 des Dreh-Aktuators 9 auf der Grundlage des empfangenen SOC der Batterie 19. Hierbei entspricht die Steuer-/Regeleinheit 21 der Steuer-/Regeleinrichtung in der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren zum Messen des SOC, das von der Batterieverwaltungseinheit 19a verwendet wird, ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Beispielsweise kann ein interner Widerstandswert aus einer Spannung über die Anschlüsse der Batterie 19 (eine Spannung zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode) und einem Strom, der in der Batterie 19 fließt, abgeschätzt werden, und dann kann der SOC auf der Grundlage von dem abgeschätzten internen Widerstandswert abgeschätzt oder detektiert werden.
Daher gibt es im Allgemeinen verschiedene bekannte Techniken zum Detektieren des SOC der Batterie 19 und irgendeine von diesen kann verwendet werden. Der wesentliche verbleibende Energiebetrag der Batterie 19 wird stark durch die Temperatur der Batterie 19 beeinflusst. In diesem Fall kann die Temperatur der Batterie 19 durch einen Temperatursensor detektiert werden, und eine Korrekturverarbeitung auf Grundlage der detektierten Temperatur kann zu der Verarbeitung zum Messen des SOC hinzugefügt werden.
Der Wert des SOC (des verbleibenden Ladungsbetrags oder des verbleibenden Energiebetrags) von der sekundären Batterie, wie oben beschrieben, wird im Allgemeinen auf verschiedene Arten ausgedrückt, einschließlich von dem Ausdruck, der auf der Dimension einer Energie basiert (Ausdruck in Einheiten von [J], [W·h] oder dergleichen), dem Ausdruck, der auf der Dimension einer Ladungsmenge basiert (Ausdruck in Einheiten von [C],] [A·h] oder dergleichen) oder dem Ausdruck, der auf einem relativen Verhältnis in Bezug auf einen Kapazitätswert (Nennkapazität), wenn die Batterie 19 vollständig geladen ist, basiert (Ausdruck unter Verwendung von Prozent [%] oder dergleichen). Der SOC in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann durch irgendeinen von den obigen Ausdrücken ausgedrückt werden, aber wird aus Gründen der Bequemlichkeit in der folgenden Beschreibung durch das relative Verhältnis [%] in Bezug auf die Nennkapazität der Batterie 19 ausgedrückt.
Die Gangunterstützungseinrichtung A ist ferner mit einem Bein-Spreizwinkel-Sensor 11a, einem Paar von Kraftsensoren 22a, 22b zum Messen von Trittkräften, einem DMS-Sensor 23 und einem Winkelsensor 24 ausgestattet, wie unten gezeigt.
Der Bein-Spreizwinkel-Sensor 11a, der zwischen der Führungsschiene 11 und der Stützwelle 4b vorgesehen ist, fungiert als ein Winkelsensor, der ein Ausgabesignal auf Basis eines relativen Drehwinkels zwischen der Führungsschiene 11 und der Stützwelle 4b erzeugt. In der folgenden Beschreibung wird der an dem linken Beinglied 3L vorgesehene Bein-Spreizwinkel-Sensor 11a als 11aL bezeichnet, während derjenige, der dem rechten Beinglied 3R vorgesehen ist, durch 11aR bezeichnet werden wird. Die Stützwelle 4b ist eine dem rechten und dem linken Beinglied 3R und 3L gemeinsame Welle. Daher ist, wie in 2 illustriert, der Bein-Spreizwinkel-Sensor 11aR von dem rechten Beinglied 3R auf der Vorderseite des Benutzers P relativ zu dem Bein-Spreizwinkel-Sensor 11aL von dem linken Beinglied 3L angeordnet. Allerdings ist die Anordnung von den Bein-Spreizwinkel-Sensoren 11aR und 11aR von dem rechten und linken Beinglied 3R und 3L nicht darauf beschränkt und jeder von ihnen kann auf der Vorderseite angeordnet sein.
5 ist ein schematisches Diagramm der Gangunterstützungseinrichtung A, betrachtet von vorne. Der Bein-Spreizwinkel-Sensor 11aL von dem linken Beinglied 3L gibt einen Winkel θ21 auf der Seite eines spitzen Winkels aus, der gebildet wird durch eine Senkrechte zu der Bodenfläche (eine Schwerkraftlinie), die sich von der axialen Mitte der Stützwelle 4b des ersten Gelenks 4 aus erstreckt, detektiert durch einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor oder dergleichen, der als ein (nicht gezeigter) Detektor für eine Schwerkraftrichtung dient, und durch eine verlängerte Linie der zentralen Linie der Längsrichtung von dem Oberschenkel-Rahmen 5 von dem linken Beinglied 3L (nachfolgend bezeichnet als der Spreizwinkel des linken Beins). Wie in 5 illustriert, gibt der Bein-Spreizwinkel-Sensor 11aR von dem rechten Beinglied 3R einen Winkel θ2R auf einer Seite eines spitzen Winkels aus, der gebildet wird durch eine Senkrechte zu der Bodenoberfläche (eine Schwerkraftlinie), die sich von der axialen Mitte der Stützwelle 4b des ersten Gelenks 4 aus erstreckt, und durch eine verlängerte Linie der zentralen Linie der Längsrichtung von dem Oberschenkel-Rahmen 5 von dem rechten Beinglied 3R (nachfolgend bezeichnet als der Spreizwinkel des rechten Beins).
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Gabelungswinkel, wenn das rechte und das linke Bein gespreizt sind (nachfolgend bezeichnet als der Bein-Spreizwinkel) θ2 als der Winkel (auf der Seite eines spitzen Winkels) definiert, der durch die verlängerte Linie der zentralen Linie in der Längsrichtung des Oberschenkel-Rahmens 5 von dem rechten Beinglied 3R und die verlängerten Linie der zentralen Linie in der Längsrichtung des Oberschenkel-Rahmens 5 von dem linken Beinglied 3L gebildet wird. In anderen Worten wird der Bein-Spreizwinkel θ2 ausgedrückt durch „θ2 = θ2R + θ2L”. Daher misst oder detektiert die Steuer-/Regeleinheit 21 den Bein-Spreizwinkel θ2 mit einer Bein-Spreizwinkel-Messeinheit 65, wie nachfolgend diskutiert, auf Basis der Signale, die jeweils von den Bein-Spreizwinkel-Sensoren 11aR, 11aL von dem linken und dem rechten Beinglied 3R und 3L eingegeben werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Steuer-/Regeleinheit 21 dazu ausgebildet, den Bein-Spreizwinkel θ2 auf der Grundlage der Mess- oder Detektionsergebnisse der Bein-Spreizwinkel-Sensoren 11aR und 11aR von dem linken und rechten Beinglied 3R und 3L zu detektieren. Allerdings ist das Verfahren zum Messen oder Detektieren von dem Bein-Spreizwinkel θ2 nicht darauf beschränkt, und jedes beliebige andere Verfahren kann verwendet werden, solange das Verfahren die Messung oder Detektion des Bein-Spreizwinkels θ2 ermöglichen.
Wie in 2 illustriert, sind das Paar der Kraftsensoren 22a und 23b zum Messen von Trittkräften jeweils in dem Schuh 2a der am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L vorgesehen, um die Trittkraft von jedem Bein des Benutzers P zu messen (die Translationskraft in der vertikalen Richtung, um den Fuß von jedem Bein gegen eine Bodenfläche zu drücken). Die Trittkraft von jedem Bein ist, in anderen Worten, eine Translationskraft, welche die Kraft ausbalanciert, die auf jedes Bein in der vorgenannten Benutzergetragenen Stützkraft wirkt (dem Anteil von jedem Bein), und die Größe der Summe der Trittkräfte von beiden Beinen ist gleich der Größe der Benutzergetragenen Stützkraft.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Trittkraft messenden Kraftsensoren 22a und 22b an der unteren Fläche der Innensohle 2c in dem Schuh 2a an zwei Stellen angebracht, nämlich vorne und hinten, an der Stelle direkt unter dem Zehengrundgelenk (MP-Gelenk) und an einer Stelle direkt unter der Ferse von dem Fuß des Benutzers P, so dass sie der Unterseite des Fußes von dem Benutzer P gegenüber liegen. Jeder von den Trittkraft messenden Kraftsensoren 22a und 22b ist aus einem 1-Achsen-Kraftsensor zusammengesetzt und erzeugt ein Ausgabesignal auf Basis einer Translationskraft in Richtung senkrecht zu der Unterseite von dem Schuh 2a.
Weiter ist, wie in 4 illustriert, der DMS-Sensor 23, der als ein Sensor dient, um die Stangenübertragungskraft zu messen, an der Verbindungsstange 18 von jedem der Antriebskraft-Übertragungsmechanismen 10 an einer Position benachbart dem dritten Gelenk 8 installiert. Der DMS-Sensor 23 ist ein allgemein bekannter Sensor, der aus einer Mehrzahl von (nicht gezeigten) Dehnungsmessstreifen besteht, die an der Außenumfangsfläche der Verbindungsstange 18 angebracht sind, und erzeugt eine Ausgabe auf Basis der Translationskraft, die auf den Verbindungsstab 18 in der Längsrichtung davon wirkt. Der DMS-Sensor 23 weist eine hohe Empfindlichkeit für die Translationskraft in der Längsrichtung der Verbindungsstange 18 auf, während er eine hinreichend niedrige Empfindlichkeit für eine Kraft in die Scher-Richtung (transversale Richtung) der Verbindungsstange 18 zeigt.
Integral mit dem Dreh-Aktuator 9 ist an dem Oberschenkel-Rahmen 5 der Winkelsensor 24 installiert (vergleiche 3), beispielsweise ein Drehgeber, der eine Ausgabe auf Basis eines Drehwinkels (eines Drehwinkels von einer Referenzposition aus) der Ausgabewelle 9a von jedem der Dreh-Aktuatoren 9 erzeugt. Der Winkelsensor 24 misst einen Beugungswinkel von jedem der Beinglieder 3R und 3L, der einen Verlagerungswinkel (einen relativen Drehwinkel von dem Unterschenkel-Rahmen 7 zu einer Referenzposition in Beziehung auf den Oberschenkel-Rahmen 5) des dritten Gelenks 8 von jedem der Beinglieder 3R und 3L darstellt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Beugungswinkel bei dem dritten Gelenk 8 von jedem der Beinglieder 3R und 3L einzig auf der Grundlage des Drehwinkels der Ausgangswelle 9a von jedem der Dreh-Aktuatoren 9 bestimmt. Daher erzeugt der Winkelsensor 24 eine Ausgabe auf Basis von dem Beugungswinkel von jedem der Beinglieder 3R und 3L. Das dritte Gelenk von jedem der Beinglieder 3R und 3L entspricht einem Kniegelenk, so dass in der folgenden Beschreibung der Beugungswinkel von jedem von dem Beingliedern 3R und 3L an dem dritten Gelenk 8 als der Kniewinkel bezeichnet werden wird.
Ergänzend kann ein Winkelsensor, beispielsweise ein Drehgeber, an dem dritten Gelenk 8 von jedem der Beinglieder 3R und 3L angebracht sein, so dass der Kniewinkel von jedem der Beinglieder 3R und 3L direkt durch den Winkelsensor gemessen werden kann.
Wie in 6 illustriert, weist die Steuer-/Regeleinheit 21 einen linken Trittkraft-Messprozessor 60L auf, der die Trittkraft von dem linken Bein des Benutzers P auf der Basis von Ausgaben der Trittkraft messenden Kraftsensoren 22a und 22b von der am linken Fuß getragenen Einheit 2L misst (bezeichnet durch 22aL und 22bL in 6), einen rechten Trittkraft-Messprozessor 60R, der die Trittkraft des rechten Beins des Benutzers P auf der Grundlage der Ausgaben von den Trittkraft messenden Kraftsensoren 22a und 22b der am rechten Fuß getragenen Einheit 2R misst (bezeichnet durch 22aR und 22bR in 6), einen linken Kniewinkel-Messprozessor 61L, der den Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L auf der Basis einer Ausgabe eines linken Winkelsensors 24L misst, einen rechten Kniewinkel-Messprozessor 61R, welcher den Kniewinkel von dem rechten Beinglied 3R auf der Grundlage einer Ausgabe eines rechten Winkelsensors 24R misst, einen linken Stangenübertragungskraft-Messprozessor 62L, der eine Stangenübertragungskraft misst, die auf eine Verbindungsstange 18L eines Antriebskraft-Übertragungsmechanismus 10L wirkt (eine Translationskraft, die in der Längsrichtung der Verbindungsstange 18L wirkt), auf Basis einer Ausgabe eines linken DMS-Sensors 23L, einen rechten Stangenübertragungskraft-Messprozessor 62R, der eine Stangenübertragungskraft misst, die auf eine Verbindungsstange 18R eines Antriebskraft-Übertragungsmechanismus 10R wirkt (eine Translationskraft, die in Längsrichtung der Verbindungsstange 18R wirkt), auf der Basis einer Ausgabe eines rechten DMS-Sensors 23R, eine Bein-Spreizwinkel-Messeinheit 65, die den Bein-Spreizwinkel θ2 jeweils auf der Grundlage von Ausgaben der Bein-Spreizwinkel-Sensoren 11aR und 11aL der Beinglieder 3R und 3L misst, und einen Zeitzähler, 66, der die verstrichene Zeit einer Steuer-/Regelverarbeitung oder dergleichen zählt.
Die Steuer-/Regeleinheit 21 ist weiter mit einer Bestimmungseinrichtung für einen gewünschten rechts/links-Anteil 63 versehen, welche gewünschte Werte Fcmd_R und Fcmd_L der Anteile der Unterstützungseinrichtunggetragenen Stützkraft bestimmt, wobei die Anteile durch die Beinglieder 3R und 3L getragen werden. Um die gewünschten Werte Fcmd_R und Fcmd_L zu bestimmen, empfängt die Bestimmungseinrichtung 63 für einen gewünschten rechts/links-Anteil Werte von den rechten und linken Trittkräften Fft_R und Fft_L, welche durch die Trittkraft-Messprozessoren 60R und 60L gemessen werden (gemessene Trittkräfte), detektierte verbleibende Ladungsbeträge SOC_R und SOC_L, welche durch Batterieverwaltungseinheiten 19aR und 19aL detektiert werden, den Bein-Spreizwinkel θ2, der durch die Bein-Spreizwinkel-Messeinheit 65 gemessen wird, und eine verstrichene Zeit, die durch die Zeit-Zähleinrichtung 66 gezählt wird.
Ergänzend ist die Summe der Stützkräfte, die auf die Beinglieder 3R und 3L von einer Bodenseite durch Vermittlung der zweiten Gelenke 6 wirken (nachfolgend bezeichnet als die Gesamt-Hubkraft), um genauer zu sein der Wert, der erhalten wird, indem die Stützkraft zum Stützen der zwei am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L auf einem Boden von der Unterstützungseinrichtung-getragenen Stützkraft abgezogen wird. In anderen Worten hat die Gesamt-Hubkraft eine Bedeutung als eine Translationskraft nach oben (Unterstützungskraft), welche die Gangunterstützungseinrichtung A stützt, mit Ausnahme der zwei am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L, und einen Teil von dem Gewicht des Benutzers P stützt. Allerdings ist das Gesamtgewicht der zwei am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L hinreichend kleiner als das Gesamtgewicht von der Gangunterstützungseinrichtung A, so dass die Gesamt-Hubkraft im Wesentlichen mit der Unterstützungseinrichtunggetragenen Stützkraft übereinstimmt.
In der folgenden Beschreibung wird der Anteil der Unterstützungseinrichtung-getragenen Stützkraft, der den Beingliedern 3R und 3L zugeordnet wird, als der Gesamt-Hubkraft-Anteil bezeichnet. Die gewünschten Werte Fcmd_R und Fcmd_L von den Gesamt-Hubkraft-Anteilen der Beinglieder 3R und 3L werden als die gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L bezeichnet. Weiterhin wird der gewünschte Beinglied-Anteilwert Fcmd_L von dem linken Beinglied 3L als der linke gewünschte Anteilwert Fcmd_L bezeichnet, während der gewünschte Beinglied-Anteilwert Fcmd_R von dem rechten Beinglied 3R als der rechte gewünschte Anteilwert Fcmd_R bezeichnet werden wird.
Die Steuer-/Regeleinheit 21 umfasst weiter eine Bestimmungseinrichtung 64L für einen linke Stromanweisung und eine Bestimmungseinrichtung 64R für eine rechte Stromanweisung. Die Bestimmungseinrichtung 64L für eine linke Stromanweisung bestimmt einen Stromanweisungswert Imd_L von einem Elektromotor 15L auf der Basis von einem Messwert Frod_L der Stangenübertragungskraft der Verbindungsstange 18L, gemessen durch den linken Stangeübertragungskraft-Messprozessor 62L, und dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd_L, bestimmt durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil, und einem Messwert θ1_L von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L, gemessen durch den linken Kniewinkel-Messprozessor 61L.
Ähnlich bestimmt die Bestimmungseinrichtung 64R für die rechte Stromanweisung einen Stromanweisungswert Imd_R eines Elektromotors 15R auf der Grundlage von einem Messwert Frod_R der Stangenübertragungskraft der Verbindungsstange 18R, gemessen durch den rechten Stangenübertragungskraft-Messprozessor 62R, und dem gewünschten rechten Anteilwert Fcmd_R, bestimmt durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten links/rechts-Anteil, und einem Messwert θ1_R von dem Kniewinkel des rechten Beinglieds 3R, gemessen durch den rechten Kniewinkel-Messprozessor 61R.
Daher weist die Steuer-/Regeleinheit 21 Signalleitungen auf, die angeordnet sind für die Übertragung von Signalen wie z. B. Kommunikationssignalen, unter den Dreh-Aktuatoren 9, den Batterieverwaltungseinheiten 19a und den Sensoren 11aL, 11aR, 22a, 22b, 23 und 24. Die Signalleitungen sind dünner als die Verkabelung zur Zufuhr von elektrischer Energie, was es unwahrscheinlich macht, dass dies eine komplizierte Konfiguration für die Anordnung der Signalleitungen mit sich bringt.
Einer Kommunikationseinheit zur Übertragung von Signalen zur Kommunikation oder dergleichen kann alternativ auch eine drahtlose Kommunikationsverbindung unter Verwendung von Radiowellen oder dergleichen anstelle einer leitungsgebundene Kommunikation unter Verwendung von Signalleitungen sein. Falls für die Kommunikationseinheit eine drahtlose Kommunikation verwendet wird, dann gibt es kein Bedürfnis, Signalleitungen anzuordnen, so dass der Freiheitsgrad der Struktur der Gangunterstützungseinrichtung A verbessert werden kann.
Nun wird die Verarbeitung durch die Steuer-/Regeleinheit 21 im Detail beschrieben. Wenn die am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L an den Füßen des Benutzers P angebracht und das Sitzelement 1 unter der Hüfte des Benutzers P angeordnet worden ist, wird die Energie der Steuer-/Regeleinheit 21 eingeschaltet. Zu dieser Zeit beginnt die Steuer-/Regeleinheit 21, die verstrichene Zeit mit dem Zeitzähler 66 zu zählen, führt die unten beschriebene Verarbeitung mit vorbestimmten Steuer-/Regelzyklen durch und beginnt den Betrieb der Gangunterstützungseinrichtung A.
Zu jedem Steuer-/Regelzyklus führt die Steuer-/Regeleinheit 21 zunächst die Verarbeitung durch die Trittkraft-Messprozessoren 60R und 60L, die Verarbeitung durch die Kniewinkel-Messprozessoren 61R und 61L und die Verarbeitung durch die Stangenübertragungskraft-Messprozessoren 62R und 62L aus. Die Verarbeitung durch die Knie-Winkel-Messprozessoren 61R und 61L und die Verarbeitung durch die Stangenübertragungskraft-Messprozessoren 62R und 62L kann alternativ nach oder zeitgleich mit der Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil durchgeführt werden, was nachfolgend diskutiert wird.
Die Verarbeitung durch die Trittkraft-Messprozessoren 60R und 60L wird wie folgt durchgeführt. Der gleiche Verarbeitungs-Algorithmus gilt für beide Trittkraft-Messprozessoren 60R und 60L. Die Verarbeitung durch den linken Trittkraft-Messprozessor 60L wird repräsentativ unten beschrieben.
Der linke Trittkraft-Messprozessor 60L erhält, als die gemessene Trittkraft der Trittkraft Fft_L des linken Beins des Benutzers P, den Wert, der erhalten wird, indem die Kraft-Detektionswerte, die durch die Ausgaben der Trittkraft messenden Kraftsensoren 22a und 22b von dem linken Beinglied 3L angezeigt werden (genauer die Kraft-Detektionswerte, die nach dem Filtern mit einer Tiefpass-Charakteristik zum Entfernen von Rauschkomponenten erhalten werden) addiert werden. Das gleiche gilt für die Verarbeitung, die durch den rechten Trittkraft-Messprozessor 60R durchgeführt wird.
Bei der Verarbeitung durch den Trittkraft-Messprozessor 60R oder 60L, können die gemessenen Trittkräfte Fft_R oder Fft_L in dem Fall zwingend auf Null gesetzt werden, in dem die Summe der Kraft-Detektionswerte der entsprechenden Trittkraft messenden Kraftsensoren 22a und 22b ein sehr kleiner Wert ist, der gleich oder kleiner als ein vorbestimmter unterer Grenzwert ist, und eine Begrenzungsverarbeitung kann hinzugefügt werden, um die gemessenen Trittkräfte Fft_R oder Fft_L in dem Fall auf einen vorbestimmten oberen Grenzwert zu setzen, in welchem die Summe den oberen Grenzwert übersteigt.
Wie nachfolgend diskutiert, werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die gegenseitigen Verhältnisse der gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L bestimmt, auf der Basis der gegenseitigen Verhältnisse der gemessenen Trittkraft Fft_R von dem rechten Bein und der gemessenen Trittkraft Fft_L von dem linken Bein des Benutzers P. Daher ist ein Hinzufügen der vorgenannten Begrenzungsverarbeitung zu der Verarbeitung, die durch die Trittkraft-Messprozessoren 60R und 60L durchgeführt wird, effektiv, um häufige Änderungen in den gegenseitigen Verhältnissen von den gewünschten-Beinglied-Anteilwerten Fcmd_R und Fcmd_L einzuschränken.
Die Verarbeitung durch die Kniewinkel-Messprozessoren 61R und 61L wird wie folgt durchgeführt. Der gleiche Verarbeitungsalgorithmus gilt für beide Kniewinkel-Messprozessoren 61R und 61L. Die Verarbeitung durch den linken Kniewinkel-Messprozessor 61L wird repräsentativ unten beschrieben.
Auf Basis von dem Drehwinkel der Ausgangswelle 9a des Dreh-Aktuators 9, angegeben durch eine Ausgabe von dem Winkelsensor 24L, bestimmt der linke Kniewinkel-Messprozessor 61L einen vorläufigen Messwert von dem Kniewinkel des Beinglieds 3L gemäß einem arithmetischen Ausdruck oder einer voreingestellten Tabelle (einem arithmetischen Ausdruck oder einer Tabelle, welche/welcher die Beziehung zwischen dem Rotationswinkel und dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L angibt). Dann unterzieht der linke Kniewinkel-Messprozessor 61L den vorläufigen Messwert der Filterung mit einer Tiefpass-Charakteristik, um Rauschkomponenten zu entfernen, wodurch ein Messwerts θ1_L von dem Kniewinkel des linken Beinglieds 3L erhalten wird. Das gleiche gilt für die Verarbeitung durch den rechten Kniewinkel-Messprozessor 61R.
Ergänzend können die Kniewinkel, die von den Kniewinkel-Messprozessoren 61R und 61L gemessen werden, der in 2 gezeigte Winkel θ1 oder ein Ergänzungswinkel zu dem Winkel θ1 sein (= 180° – θ1). Weiter kann alternativ beispielsweise der Winkel, der durch die Längsrichtung von dem Oberschenkel-Rahmen 5 des Beinglieds 3R oder 3L und der geraden Linie gebildet wird, welche das dritte Gelenk 8 und das zweite Gelenk 6 von dem Beinglied 3R oder 3L verbindet, betrachtet in die Richtung der Gelenkachse von dem dritten Gelenk 8 von dem Beinglied 3R oder 3L, als der Kniewinkel definiert werden. In der folgenden Beschreibung werden die von den Knie-Winkel-Messprozessoren 61R und 61L gemessenen Kniewinkel durch den in 2 gezeigten Winkel θ1 bezeichnet.
Die Verarbeitung durch die Stangenübertragungskraft-Messprozessoren 62R und 62L wird wie folgt durchgeführt. Der gleiche Verarbeitungsalgorithmus gilt für beide Stangenübertragungskraft-Messprozessoren 62R und 62L. Die Verarbeitung durch den linken Stangenübertragungskraft-Messprozessor 62L wird repräsentativ unten beschrieben. Der linke Stangenübertragungskraft-Messprozessor 62L wandelt den Spannungswert von einer empfangenen Ausgabe von dem DMS-Kraftsensor 23L in einen Messwert der Stangenübertragungskraft Frod_L gemäß einem arithmetischen Ausdruck oder einer zuvor eingestellten Tabelle um (einem arithmetischen Ausdruck oder einer Tabelle, der/die eine Beziehung zwischen der Ausgabespannung und der Stangenübertragungskraft anzeigt). Das gleiche gilt für die Verarbeitung durch den rechten Stangenübertragungskraft-Messprozessor 62R.
In diesem Fall kann der Ausgabewert von jedem der DMS-Kraftsensoren 23 oder der Messwert von jeder der Stangenübertragungskräfte Frod_R und Frod_L einer Filterung mit Tiefpass-Charakteristik unterzogen werden, um Rauschkomponenten zu entfernen.
Die Verarbeitung durch die Bein-Spreizwinkel-Messeinheit 65 wird wie folgt durchgeführt. Wie oben beschrieben, wird der Bein-Spreizwinkel θ2 ausgedrückt durch die Summe von einem linken Bein-Spreizwinkel θ2L, der von dem Bein-Spreizwinkel-Sensor 11aL von dem linken Beinglied 3L ausgegeben wird, und einem rechten Bein-Spreizwinkel θ2R, der von dem Bein-Spreizwinkel-Sensor 11aR von dem rechten Beinglied 3R ausgegeben wird. Daher erhält die Bein-Spreizwinkel-Messeinheit 65 die Summe der Winkel, die von den Bein-Spreizwinkel-Sensoren 11aR und 11aL von dem rechten und dem linken Beinglied 3R und 3L ausgegeben werden, um dadurch den Bein-Spreizwinkel θ2 zu messen oder zu detektieren, und gibt das Resultat nach außen ab, nämlich in diesem Fall an die Bestimmungseinrichtung 23 für den gewünschten rechts/links-Anteil.
In diesem Fall kann der Ausgabewert von jeder Bein-Spreizwinkel-Messeinheit 65 oder die Summe von dem rechten Bein-Spreizwinkel θ2R und dem linken Bein-Spreizwinkel θ2L einer Filterung mit Tiefpass-Charakteristik unterzogen werden, um Rauschkomponenten zu entfernen.
Die Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil wird unter der Steuerung/Regelung der Steuer/Regeleinheit 21 durchgeführt wie nun beschrieben. Zunächst wird das grundlegende Verfahren zur Bestimmung der gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L beschrieben. Die Steuer-/Regeleinheit 21 bestimmt die gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L jeweils auf der Basis der gemessenen rechten und linken Trittkräfte Fft_R und Fft_L, wie in 7 illustriert, durch die Verarbeitung, die durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil durchgeführt wird. In 7 gibt die Abszissenachse das Verhältnis zwischen der gemessenen rechten und linken Trittkraft Fft_R und Fft_L an (nachfolgend bezeichnet als das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis), während die Ordinatenachse rechte und linke Anteilverhältnisse Ratio_R und Ratio_L der gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L angeben.
Hierbei gibt das Anteilverhältnis Ratio_L von dem linken Beinglied 3L (nachfolgend bezeichnet als das linke Anteilverhältnis) das Verhältnis von dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd_L relativ zu der Unterstützungseinrichtung-getragenen Stützkraft an, während das Anteilverhältnis von dem rechten Beinglied 3R Ratio_R (nachfolgend als das rechte Anteilverhältnis bezeichnet) das Verhältnis von dem rechten gewünschten Anteilwert Fcmd_R relativ zu der Unterstützungseinrichtung-getragenen Stützkraft angibt.
Die durchgezogene Linie in 7 gibt das Verhältnis zwischen dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd_L von dem linken Beinglied 3L an, während die gestrichelte Linie in 7 das Verhältnis zwischen dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und dem rechten gewünschten Anteilwert Fcmd_R von dem rechten Beinglied 3R angibt. Nachfolgend wird das Kennfeld, wie in 7 gezeigt, welches die Beziehung zwischen dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und den Anteilverhältnissen Ratio_R und Ratio_L zeigt, als das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld bezeichnet werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis durch Fft_R/(Fft_L + Fft_R) angegeben. Genauer ist das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0,5, wenn die gemessene Trittkraft von dem rechten Beinglied Fft_R und die gemessene Trittkraft von dem linken Beinglied Fft_L gleich sind, und befindet sich an dem Mittelpunkt der Abszissenachse von 7. Ferner nimmt das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis einen Wert an, der kleiner als 0,5 ist, wenn die gemessene Trittkraft von dem linken Bein Fft_L größer als die gemessene Trittkraft von dem rechten Bein Fft_R ist, und der Wert ist auf der linken Seite von dem Mittelpunkt auf der Abszissenachse in 7. Weiterhin nimmt das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis einen Wert an, der größer als 0,5 ist, wenn die gemessene Trittkraft von dem linken Bein Fft_L kleiner ist als die gemessene Trittkraft von dem rechten Bein Fft_R und der Wert ist auf der rechten Seite von dem Mittelpunkt auf der Abszissenachse in 7.
Wenn die gemessene Trittkraft von dem rechten Bein Fft_R Null ist, und die gemessene Trittkraft von dem linken Bein Fft_L einen Wert annimmt, der größer als 0 ist, dann ist das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0 und an dem linken Ende der Abszissenachse. Währenddessen ist dann, wenn die gemessene Trittkraft von dem linken Bein Fft_L 0 ist, und die gemessene Trittkraft von dem rechten Bein Fft_R einen Wert annimmt, der größer als 0 ist, das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 und an dem rechten Ende der Abszissenachse.
Das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis kann alternativ durch andere Techniken ausgedrückt werden, einschließlich „Fft_L/(Fft_L + Fft_R)”, anstelle auf „Fft_R/(Fft_L + Fft_R)” beschränkt zu sein.
Weiterhin liefert die Summe von dem rechten gewünschten Anteilwert Fcmd_R und dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd_L die Unterstützungseinrichtung-getragene Stützkraft. Daher wird die Summe von dem rechten Anteilverhältnis Ratio_R und dem linken Anteilverhältnis Ratio_L so eingestellt, dass sie 1 wird. In anderen Worten werden die durchgezogene Linie und die gestrichelte Linie in 7 so eingestellt, dass die Gesamtheit von dem rechten Anteilverhältnis Ratio_R und dem linken Anteilverhältnis Ratio_L entsprechend einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis immer 1 ist.
Dann werden das linke Anteilverhältnis Ratio_L (die durchgezogene Linie in 7) und das rechte Anteilverhältnis Ratio_R (die gestrichelte Linie in 7) auf der Basis von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis bestimmt, welches aus den gemessenen Trittkräften Fft_R und Fft_L erhalten wird.
Wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis 0,5 beträgt (Fft_R = Fft_L), dann bedeutet dies, dass die Trittkräfte von dem rechten und dem linken Bein des Benutzers P gleich sind, und die Kraft, die auf den Benutzer P von der Gangunterstützungseinrichtung A ausgeübt wird, ist bevorzugt in der vertikalen Richtung nach oben ausgerichtet, das heißt in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in welcher die Schwerkraft wirkt. Aus diesem Grund werden das rechte Anteilverhältnis Ratio_R und das linke Anteilverhältnis Ratio_L auf den gleichen Wert gesetzt, so dass die Hubkräfte, die auf den Benutzer P von dem Sitzelement 1 durch die Antriebsmomente wirken, die auf die dritten Gelenke 8 der Beinglieder 3R und 3L ausgeübt werden, gleich sind, was durch den Mittelpunkt der Ordinatenachse in 7 angezeigt wird.
Weiter bedeutet es, wie in 7 illustriert, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis kleiner als 0,5 ist (Fft_L > Fft_R), dass die Trittkraft von dem linken Bein des Benutzers P größer ist als die von dem rechten Bein des Benutzers P, und die auf den Benutzer P von der Gangunterstützungseinrichtung A wirkende Kraft ist vorzugsweise in einer schräg nach oben gerichteten Richtung von der Seite des linken Beins zu der Seite des rechten Beins hin orientiert. Aus diesem Grund wird das linke Anteilverhältnis Ratio_L auf einen Wert gesetzt, der größer ist als der Wert von dem rechten Anteilverhältnis Ratio_R, so dass die Hubkraft, die auf den Benutzer P von dem Sitzelement 1 aufgrund des Antriebsmoments wirkt, das auf das dritte Gelenk 8 ausgeübt wird, an dem rechten Beinglied 3R größer ist als an dem linken Beinglied 3L.
Wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis größer als 0,5 ist (Fft_L < Fft_R), dann bedeutet dies ferner, dass die Trittkraft des rechten Beins des Benutzers P größer ist als die des linken Beins des Benutzers P, und die Kraft, die auf den Benutzer P von der Gangunterstützungseinrichtung A ausgeübt wird, ist bevorzugt in einer Richtung schräg nach oben von der Seite des rechten Beines zu der des linken Beins gerichtet. Aus diesem Grund wird das rechte Anteilverhältnis Ratio_R auf einen Wert gesetzt, der größer ist als der Wert von dem linken Anteilverhältnis Ratio_L, so dass die Hubkraft, die auf den Benutzer P von dem Sitzelement 1 aufgrund des Antriebsmoments wirkt, welches auf das dritte Gelenk 8 ausgeübt wird, an dem linken Beinglied 3L größer ist an dem rechten Beinglied 3R.
Wie in 7 illustriert, wird das linke Anteilverhältnis Ratio_L durch eine gerade Linie angegeben, auf welcher das linke Anteilverhältnis Ratio_L 1 ist, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0 ist (an dem linken Ende von der Abszissenachse in 7), 0,5 ist, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0,5 ist (an dem Mittelpunkt der Abszissenachse in 7), und 0 ost, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist (an dem rechten Ende der Abszissenachse in 7). Das rechte Anteilverhältnis Ratio_R ist seitlich symmetrisch zu dem linken Anteilverhältnis Ratio_L, und wird durch eine gerade Linie angegeben, auf welcher das rechte Anteilverhältnis Ratio_R 0 ist, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0 ist (an dem linken Ende der Abszissenachse in 7), 0,5 ist, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0,5 ist (am Mittelpunkt der Abszissenachse in 7), und 1 ist, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist (an dem rechten Ende der Abszissenachse in 7).
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Steigungen und Schnittpunkte der Gleichungen der geraden Linien aus den Positionen von zwei Punkten bestimmt, durch welche die geraden Linien verlaufen, dann werden das rechte Anteilverhältnis Ratio_R und das linke Anteilverhältnis Ratio_L auf der Basis von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis bestimmt.
Die Gangunterstützungseinrichtung A kann einen Gang nicht geeignet unterstützen, solange nicht jeder Aktuator eine geeignete Kraft entsprechend der Trittkraft von jedem von dem rechten und dem linken Bein des Benutzers P ausgibt. Daher sollte, wenn irgendeiner der Aktuatoren unfähig wird, eine Kraft auszugeben, die Gangunterstützung ausgesetzt werden. Wenn daher die gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L auf der Basis nur von einem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis bestimmt werden, das heißt, wenn sie bestimmt werden, ohne den SOC der Batterie 19 von jedem der Beinglieder 3R und 3L zu berücksichtigen, dann wird auch dann, wenn der SOC von einer Batterie 19 genügend hoch ist, um die Gangunterstützungseinrichtung A anzutreiben, der Betrieb der Gangunterstützungseinrichtung A gestoppt werden, mit einer resultierenden reduzierten Verfügbarkeitszeit, wenn der SOC von der anderen Batterie 19 Null erreicht, oder einen Wert nahe an Null.
Um das oben beschriebene Problem zu vermeiden, wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei der Bestimmung der gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L der SOC der Batterie 19 von jedem der Beinglieder 3R und 3L zusätzlich zu dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis berücksichtigt, wodurch eine Steuerung/Regelung so ausgeführt wird, dass die Differenz in dem SOC zwischen den Batterien 19 bei Null oder einen Wert nahe an Null gehalten wird. Weitere Details werden unten beschrieben.
8 illustriert eine Beziehung zwischen dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis und den gewünschten Beinglied-Anteilwerten Fcmd_R und Fcmd_L in einem Fall, wenn eine Differenz im SOC zwischen den zwei Batterien 19 vorliegt. Genauer illustriert 8(a) einen Fall, in welchem ein linker detektierter verbleibender Ladungsbetrag SOC_L größer ist als ein rechter detektierter verbleibender Ladungsbetrag SOC_R. 8(b) illustriert einen Fall, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L kleiner ist als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R. In 8 und 13 und 14, wie nachfolgend diskutiert, geben die Ordinatenachse, die Abszissenachse, die durchgezogene Linie und die gestrichelte Linie das gleiche an wie diejenigen in 7.
In dem Fall, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L größer ist als der von einem rechten detektierten verbleibenden Ladungsbetrag SOC_R, wird der linke gewünschte Anteilwert Fcmd_L so eingestellt, dass er größer ist als der rechte gewünschte Anteilwert Fcmd_R, auch wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0,5 ist (Fft_R = Fft_L), wie in 8(a) illustriert ist. Dies bewirkt, dass die Batterie 19 von dem linken Beinglied 3L mehr elektrische Energie verbraucht als die Batterie 19 von dem rechten Beinglied 3R, wodurch es ermöglicht wird, die Differenz zwischen dem rechten detektierten verbleibenden Ladungsbetrag SOC_R und dem linken detektierten verbleibenden Ladungsbetrag SOC_L zu reduzieren.
Weiter wird dann, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis kleiner als 0,5 ist (Fft_L > Fft_R), der linke gewünschte Anteilwert Fcmd_L so eingestellt, dass er größer ist als der rechte gewünschte Anteilwert Fcmd_R, und die Differenz dazwischen (Fcmd_L – Fcmd_R) wird so eingestellt, dass sie größer ist als in einem Fall, in welchem die zwei SOC keine Variationen haben (vergleiche Verteilung-Verhältnis-Kennfeld in 7).
Weiter wird dann, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis größer als 0,5 ist (Fft_L < Fft_R), der linke gewünschte Anteilwert Fcmd_L so eingestellt, dass er größer ist als der rechte gewünschte Anteilwert Fcmd_R, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis unterhalb von einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 liegt (wobei α1 > 0,5). Wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis größer als 0,5 ist (Fft_L < Fft_R) und das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis gleich dem vorbestimmten rechts/links Trittkraft-Verhältnis α1 ist, dann wird der linke gewünschte Anteilwert Fcmd_L so eingestellt, das er den gleichen Wert hat wie der von dem rechten gewünschten Anteilwert Fcmd_R. Wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis größer als 0,5 ist (Fft_L < Fft_R) und das rechts/links Trittkraft-Verhältnis größer als das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist, dann wird der linke gewünschte Anteilwert Fcmd_L so eingestellt, dass er kleiner ist als der rechte gewünschte Anteilwert Fcmd_R.
Wenn daher der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L größer ist als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R, dann wird das linke Anteilverhältnis Ratio_L in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von 0 bis α1 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis das vorbestimmte rechts/links Trittkraft-Verhältnis α1 ist, wie in 8(a) illustriert. Das linke Anteilverhältnis Ratio_L wird ferner in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von α1 bis 1 liegt durch eine gerade Linie angegeben, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist, und die 0 erreicht, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis 1 ist. Ferner wird das rechte Anteilverhältnis Ratio_R in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von 0 bis α1 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die 0 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist. Das rechte Anteilverhältnis Ratio_R wird ferner in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von α1 bis 1 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist, und die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist.
Wenn der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L kleiner ist als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R, dann wird das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld dafür erhalten, indem das Verteilung-Verhältniss-Kennfeld, welches für den Fall gilt, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L größer ist als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R, seitlich invertiert wird. Genauer wird in diesem Fall, wie in 8(b) illustriert, das linke Anteilverhältnis Ratio_L in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von 0 bis α2 liegt (wobei α2 < 0,5), durch eine gerade Linie angegeben, die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis gleich dem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und wird ferner in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von α2 bis 1 liegt, durch eine andere gerade Linie angegeben, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist. Weiter wird das rechte Anteilverhältnis Ratio_R in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von 0 bis α2 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die 0 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0 ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis gleich dem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und wird ferner in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von α2 bis 1 liegt, durch eine andere gerade Linie angegeben, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist.
Wie bei dem Verteilung-Verhältnis-Kennfeld, das in 7 gezeigt ist, wird es so eingestellt, dass die Gesamtheit von dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd_L und dem rechten gewünschten Anteilwert Fcmd_R entsprechend einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis immer 1 ist, auch in den in 8 gezeigten Verteilung-Verhältnis-Kennfeldern.
Wenn bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel also eine Differenz in dem SOC zwischen der Batterie 19 von dem rechten Beinglied 3R und der Batterie 19 von dem linken Beinglied 3L vorliegt, dann verringert die Steuer/Regeleinheit 21 die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator 9 von dem Beinglied (3R oder 3L), welches die Batterie 19 mit dem geringeren SOC aufweist, und vergrößert die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator 9 von dem Beinglied (3L oder 3R), welches die Batterie 19 mit einem höheren SOC aufweist, verglichen mit den Antriebskräften der Dreh-Aktuatoren der Beinglieder 3R und 3L in dem Fall, in welchem die SOC gleich sind. Dies bewirkt auf einfache Weise, dass mehr Energie von der Batterie 19 von dem Beinglied (3L oder 3R), das einen höheren SOC aufweist, verbraucht wird, wodurch es einfach gemacht wird, eine Differenz SOC_d in dem SOC zwischen den Batterien 19 zu reduzieren (nachfolgend bezeichnet als die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag).
Wie oben beschrieben wird, obwohl die Gangunterstützungseinrichtung A eine Mehrzahl (2) von Batterien 19 aufweist, die Differenz in dem SOC zwischen den Batterien 19 auf einfache Weise reduziert, indem die Verteilung-Verhältnis-Kennfelder verwendet werden, die in 8 gezeigt sind, wodurch es möglich gemacht wird, die Betriebsdauer der Gangunterstützungseinrichtung A daran zu hindern, abzunehmen.
Die in 8 gezeigten Verteilung-Verhältnis-Kennfelder werden auf der Basis der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d bestimmt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wird ein Verteilung-Verhältnis-Kennfeld bestimmt, indem eine Stellgröße H bestimmt wird. Die Stellgröße H bedeutet den Verlagerungsbetrag der Position von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis, bei welchem jedes von den Anteilverhältnissen Ratio_R und Ratio_L 0,5 wird, in einer lateralen Richtung von der Position, bei welcher das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0,5 ist. Genauer ist dann, wenn die SOC von den Batterien 19 die gleichen sind, wie in dem in 7 illustrierten Fall, das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis, bei welchem die Anteilverhältnisse Ratio_R und Ratio_L 0,5 werden, 0,5 (der Mittelpunkt der Ordinaten-Achse in 7), und die Stellgröße H wird Null sein. Wenn der SOC von der Batterie 19 von dem linken Beinglied 3L größer ist als der von dem rechten Beinglied 3R (SOC_L > SOC_R), wie in dem in 8(a) illustrierten Fall, dann ist das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis, bei welchem die Anteilverhältnisse Ratio_R und Ratio_L 0,5 werden, α1, und die Stellgröße H wird „α1 – 0,5” sein. Weiterhin ist dann, wenn der SOC von der Batterie 19 von dem rechten Beinglied 3R höher ist als der von dem linken Beinglied 3L (SOC_L < SOC_R), wie in dem in 8(b) illustrierten Fall, das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis, bei welchem die Anteilverhältnisse Ratio_R und Ratio_L 0,5 werden, α2, und die Stellgröße H wird ”0,5 – α2” sein.
Wenn die Stellgröße H bestimmt wird, wird das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld bestimmt. Wenn der SOC von der Batterie 19 von dem linken Beinglied 3L höher ist als der von dem rechten Beinglied 3R (SOC_L > SOC_R), dann ist die Berechnung durchzuführen, indem das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 als ”H + 0,5” definiert wird. Nachfolgend, wird, wie oben beschrieben, das linke Anteilverhältnis Ratio_L in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen 0 und α1 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist, und in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen α1 und 1 liegt, durch eine gerade Linie, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist, und die Null erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist. Das rechte Anteilverhältnis Ratio_R wird in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen 0 und α1 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die Null erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist, und in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen α1 und 1 liegt, durch eine gerade Linie, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist, und die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist.
Wenn der SOC von der Batterie 19 von dem rechten Beinglied 3R höher ist als der von dem linken Beinglied 3L (SOC_L < SOC_R), dann ist die Berechnung so durchzuführen indem das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 definiert wird als „0,5 – H”. Wie oben beschrieben, wird das linke Anteilverhältnis Ratio_L, in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen 0 und α2 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen α2 und 1 liegt, durch eine gerade Linie, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und die Null erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist. Das rechte Anteilverhältnis Ratio_R wird einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen 0 und α2 liegt, durch eine gerade Linie angegeben, die Null erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, und die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und in einem Bereich, in welchem das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis zwischen α2 und 1 liegt, durch eine gerade Linie, die 0,5 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist, und die 1 erreicht, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Steigungen und Schnittpunkte der Gleichungen der geraden Linien aus den Positionen von zwei Punkten bestimmt, durch welche die gerade Linien verlaufen, dann wird das rechte Anteilverhältnis Ratio_R und das linke Anteilverhältnis Ratio_L auf Basis der rechts/links-Trittkraft-Verhältnisse bestimmt.
Wenn die SOC der Batterien 19 die gleichen sind (SOC_R = SOC_R), dann wird die Stellgröße H gleich Null sein, und das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld wird das in 7 gezeigte sein.
Die Steuer-/Regeleinheit 21 steuert/regelt die SOC von jeder der Batterien 19, indem die Stellgröße H bestimmt wird, auf Basis der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d, wie oben beschrieben. In anderen Worten verwendet die Steuer-/Regeleinheit 21 die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d von dem vorhergehenden Steuer-/Regelzyklus als eine Feedback-Komponente, um die Stellgröße H für einen gegenwärtigen Steuer-/Regelzyklus zu bestimmen, wodurch der SOC von jeder der Batterien 19 gesteuert/geregelt wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Steuer/Regeleinheit 21 einer Steuerung/Regelung so durch, dass der Wert der Stellgröße H zunimmt, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d zunimmt (nachfolgend bezeichnet als die „Proportional-Steuerung/Regelung”).
Wenn der Wert der Stellgröße H zunimmt, nimmt das Anteilverhältnis (Ratio_R oder Ratio_L) von dem Beinglied (3R oder 3L), das einen höheren SOC aufweist, zu, während das Anteilverhältnis (Ratio_L oder Ratio_R) von dem Beinglied (3L oder 3R), das einen niedrigeren SOC hat, abnimmt, verglichen mit dem Fall, in welchem der Wert von der Stellgröße H kleiner ist. Mit dieser Anordnung kann die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d schneller reduziert werden.
Die Proportional-Steuerung/Regelung durch die Steuer-/Regeleinheit 21 entspricht in der vorliegenden Erfindung, dass „die Steuer-/Regeleinheit zwei Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie, die den Antriebsquellen zugeführt wird, die vorbestimmten zwei Batterien entsprechen, zunimmt, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag der vorbestimmten zwei Batterien unter einer Mehrzahl von Batterien zunimmt”.
Weiter führt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Steuer-/Regeleinheit 21 die Steuerung/Regelung so aus, dass der Wert der Stellgröße H zunimmt, wenn der Zustand, in welchem eine Differenz in dem SOC zwischen den Batterien 19 vorliegt, für eine längere Zeit andauert (nachfolgend bezeichnet als die „Integral-Steuerung/Regelung”). Die Steuer-/Regeleinheit 21 speichert und bewahrt die Differenzen in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d in einem nicht gezeigten Speicher auf. Die Steuer-/Regeleinheit 21 detektiert die Zeit des Anhaltens von dem Zustand, in welchem die Differenz in dem SOC vorliegt, aus der Mehrzahl von gespeicherten und aufbewahrten Differenzen in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d. Auf diese Weise kann die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d schneller reduziert werden, indem die Stellgröße H vergrößert wird.
Die Integral-Steuerung/Regelung durch die Steuer-/Regeleinheit 21 entspricht bei der vorliegenden Erfindung. dass „die Steuer-/Regeleinrichtung zwei Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie, welche den Antriebsquellen geliefert wird, die zwei vorbestimmten Batterien entsprechen, zunimmt, wenn der Zustand, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag, der zwischen den vorbestimmten zwei Batterien unter einer Mehrzahl von Batterien vorliegt, länger andauert”.
Weiter führt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Steuer-/Regeleinheit 21 eine Steuerung/Regelung so durch, dass der Wert der Stellgröße H zunimmt, wenn ein zeitabhängiger Änderungsbetrag der Differenz in dem SOC zwischen den Batterien 19 zunimmt (nachfolgend bezeichnet als die „Differenzial-Steuerung/Regelung”). Die Steuer-/Regeleinheit 21 berechnet die Differenz zwischen den Differenzen in den verbleibenden Ladungsbeträgen SOC_d für alle benachbarten Steuer-/Regelzyklen unter der Mehrzahl der gespeicherten und aufbewahrten Differenzen in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d, wodurch der zeitabhängige Änderungsbetrag der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d detektiert wird. Daher kann die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d schneller reduziert werden, indem die Stellgröße H vergrößert wird.
Die Differenzial-Steuerung/Regelung durch die Steuer-/Regeleinheit 21 entspricht in der vorliegenden Erfindung, dass „die Steuer-/Regeleinrichtung zwei Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie, welche den Antriebsquellen zugeführt wird, welche vorbestimmten zwei Batterien unter einer Mehrzahl von Batterien entsprechen, zunimmt, wenn der zeitabhängige Änderungsbetrag der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag der vorbestimmten zwei Batterien zunimmt”.
Die Steuer-/Regeleinheit 21 führt die sogenannte PID-Steuerung/Regelung als eine Feedback-Steuerung/Regelung aus, um die Stellgröße H zu bestimmen, durch die oben beschriebene Proportional-Steuerung/Regelung, die Integral-Steuerung/Regelung und die Differenzial-Steuerung/Regelung. Genauer bestimmt die Steuer-/Regeleinheit 21 die Stellgröße H, indem ein Ausdruck, der erhalten wird, indem die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d mit einem vorbestimmten (proportionalen) Verstärkungsfaktor Kp, multipliziert wird, ein Integral-Wert, der erhalten wird, indem die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor Ki (integraler Ausdruck) multipliziert wird, und ein Differenzial-Wert, der erhalten wird, indem die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d mit einem vorbestimmten (differentiellen) Verstärkungsfaktor Kd multipliziert wird, addiert werden. Daher wird der SOC von jeder der Batterien 19 (durch die PID-Steuerung/Regelung) so gesteuert/geregelt, dass der SOC von jeder der Batterien 19 gleich wird, in einer schnelleren und stabileren Weise. Die vorbestimmten Verstärkungsfaktoren Kp, Ki, und Kd werden durch Experimente oder dergleichen bestimmt und zuvor in einem nicht gezeigten Speicher gespeichert und aufbewahrt.
Nachfolgend führt die Steuer-/Regeleinheit 21 die Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil durch. Unter Bezugnahme auf 9 wird die Verarbeitung unten im Detail beschrieben. 9 illustriert den Fluss der Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung für den gewünschten rechts/links-Anteil 63, durchgeführt unter der Steuerung/Regelung der Steuer-/Regeleinheit 21.
In einem ersten Schritt ST1 wird die Differenz zwischen einem linken detektierten verbleibenden Ladungsbetrag SOC_L und einem rechten detektierten verbleibenden Ladungsbetrag SOC_R berechnet, das heißt, die Differenz SOC_d in dem verbleibenden Ladungsbetrag. Die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d wird berechnet als „SOC_d = SOC_L – SOC_R”. Alternativ kann die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d auch berechnet werden als ”SOC_d = SOC_R – SOC_L”.
Dann schreitet die Steuer-/Regeleinheit 21 weiter zum Schritt ST2, um eine Totbereich-Verarbeitung durchzuführen. Bei der Totbereich-Verarbeitung wird, wenn der Absolutwert der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d, berechnet im Schritt ST1, ein vorbestimmter Wert oder weniger ist, angenommen, dass die Differenz Null ist, das heißt dass keine Differenz vorliegt. Daher wird dann, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d einen kleinen Wert annimmt, angenommen, dass keine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d vorliegt.
In Abhängigkeit von der Betriebssituation der Gangunterstützungseinrichtung A tritt häufig eine Differenz in dem SOC zwischen den Batterien 19 auf. In Reaktion auf ein solches häufiges Auftreten tendiert eine Änderung der Antriebskraft eines Dreh-Aktuators 9, um dieses Auftreten unmittelbar einzuholen, dazu, zu bewirken, dass sich der Benutzer P unbehaglich fühlt. Aus diesem Grund wird die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator 9, das heißt das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld nur geändert, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, wodurch eine verbesserte Bequemlichkeit für den Benutzer P ermöglicht wird. Der vorbestimmte Wert wird durch Experimente oder dergleichen bestimmt, wobei die Leistung oder dergleichen der Batterien berücksichtigt wird, um einen Wert zu erhalten, der die Benutzerfreundlichkeit der Gangunterstützungseinrichtung A nicht beeinträchtigt, und dieser Wert wird zuvor in einem nicht gezeigten Speicher gespeichert und aufbewahrt.
Die oben beschriebene Verarbeitung im Schritt ST2 entspricht in der vorliegenden Erfindung, dass „die Steuer-/Regeleinrichtung eine Mehrzahl von Antrieben auf der Basis von einem Detektionsergebnis des Restbetrag-Detektors steuert/regelt, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag von vorbestimmten zwei Batterien unter einer Mehrzahl von Batterien ein vorbestimmter Wert oder mehr ist”.
Anschließend schreitet die Steuer-/Regeleinrichtung 21 weiter zum Schritt ST3, um die PID-Steuerung/Regelung auf Basis der Proportional-Steuerung/Regelung, der Integral-Steuerung/Regelung und der Differenzial-Steuerung/Regelung, wie oben beschrieben, durchzuführen. Daher wird die Stellgröße H aus der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d bestimmt, der in den Schritten ST1 und ST2 bestimmt wurde.
Die oben beschriebene Verarbeitung in Schritt ST3 entspricht bei der vorliegenden Erfindung der Verarbeitung, bei der „die Steuer-/Regeleinrichtung zwei Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie zunimmt, die den Antriebsquellen zugeführt wird, welche vorbestimmten zwei Batterien entsprechen, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag von den vorbestimmten zwei Batterien unter einer Mehrzahl von Batterien zunimmt”, der Verarbeitung, bei welcher „die Steuer-/Regeleinrichtung zwei Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie zunimmt, die den zwei Antriebsquellen zugeführt werden, welche zwei vorbestimmten Batterien entsprechen, wenn der Zustand, bei welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag der vorbestimmten zwei Batterien unter einer Mehrzahl von Batterien vorliegt, länger andauert” und der Verarbeitung, bei welcher „die Steuer-/Regeleinrichtung zwei Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie zunimmt, die den Antriebsquellen zugeführt wird, welche vorbestimmten zwei Batterien unter einer Mehrzahl von Batterien entsprechen, wenn der zeitabhängiger Änderungsbetrag der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag der vorbestimmten zwei Batterien zunimmt”.
Nachfolgend schreitet die Steuer-/Regeleinheit 21 weiter zum Schritt ST4, in welchem dann, wenn die in Schritt ST3 bestimmte Stellgröße H einen vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet, die Steuer-/Regeleinheit 21 den vorbestimmten oberen Grenzwert als eine aktualisierte Stellgröße H erneut einstellt. Der vorbestimmte obere Grenzwert wird durch Experimente oder dergleichen so bestimmt, dass er ein Wert ist, der die Stellgröße H, die durch die auf der Berechnung auf Basis der PID-Steuerung/Regelung erhalten wird, daran hindert, zu groß zu werden, was bewirken würde, dass sich der Benutzer P unbehaglich fühlt. Der bestimmte obere Grenzwert wird gespeichert und zuvor in einem nicht gezeigten Speicher aufbewahrt.
Nachfolgend schreitet die Steuer-/Regeleinheit 21 weiter zu Schritt ST5, um die Stellgröße H erneut einzustellen, unter Verwendung eines Verstärkungsfaktors auf Basis von dem Bein-Spreizwinkel θ2, was in 10 gezeigt ist. In 10 gibt die Abszissenachse den Bein-Spreizwinkel θ2 an, während die Ordinaten-Achse den Verstärkungsfaktor angibt. Der Verstärkungsfaktor wird auf 1 gesetzt, wenn der Bein-Spreizwinkel θ2 Null ist, und wird auch so eingestellt dass er abnimmt, wenn der Bein-Spreizwinkel θ2 zunimmt.
Wie oben beschrieben, bestimmt die Gangunterstützungseinrichtung A die gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L auf Basis von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis des Benutzers P, wie in 7 illustriert, in dem Fall, in welchem die SOC der Batterien 19 gleich sind.
Wenn jedoch eine Differenz in dem SOC der Batterien 19 vorliegt, dann werden die gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L bestimmt, indem die detektierten verbleibenden Ladungsbeträge SOC_R und SOC_L zusätzlich zu dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis des Benutzers P berücksichtigt werden. Daher wird beispielsweise auch dann, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 0,5 ist, die Richtung einer Kraft, die auf den Benutzer P von der Gangunterstützungseinrichtung A wirkt, nicht vertikal nach oben gerichtet sein (die Richtung, die entgegengesetzt zu der wirkenden Schwerkraftrichtung ist). Stattdessen wird die Richtung schräg nach oben verlaufen, von der Seite des Beinglieds, das einen höheren SOC aufweist, zu dem Beinglied, das einen niedrigeren SOC aufweist.
Zu dieser Zeit bildet dann, wenn die Differenz zwischen dem gewünschten rechten Anteilwert Fcmd_R und dem gewünschten linken Anteilwert Fcmd_L groß ist, die Richtung, in welcher eine Kraft auf den Benutzer P von der Gangunterstützungseinrichtung A einwirkt, einen großen Winkel in Beziehung auf die vertikale und nach oben gerichtete Richtung (die der wirkenden Schwerkraft entgegengesetzte Richtung), verglichen mit dem Fall, in welchem die Differenz klein ist. In anderen Worten ist in diesem Fall die Richtung der Kraft, die durch die Gangunterstützungseinrichtung A ausgeübt wird, deutlich verschieden von der Richtung in dem Fall, in welchem die SOC gleich sind. Zu dieser Zeit nimmt die Differenz in der Richtung der Kraft zu, wenn der Bein-Spreizwinkel θ2 zunimmt, was häufig bewirkt, dass sich der Benutzer P unbehaglich fühlt. Wenn eine Differenz in dem SOC zwischen den Batterien 19 vorliegt, auch wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis nicht 0,5 ist, wird die Richtung der von der Gangunterstützungseinrichtung A auf den Benutzer P ausgeübten Kraft auch verschieden sein, verglichen mit dem Fall, in welchem die SOC die gleichen sind, was häufig bewirkt, dass sich der Benutzer P unbehaglich fühlt.
Daher wird das unangenehme Gefühl des Benutzers P reduziert, indem die Stellgröße H so eingestellt wird, dass, wenn der Bein-Spreizwinkel θ2 zunimmt, die vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnisse α1 und α2 abnehmen, ausgehend von denjenigen vor der Zunahme des Bein-Spreizwinkels θ2.
Das in 10 gezeigte Kennfeld, welches die Beziehung zwischen dem Bein-Spreizwinkel θ2 und dem Verstärkungsfaktor angibt, weist in dem vorliegenden Beispiel eine nach unten gekrümmt verlaufende Kurve auf, allerdings ist das Kennfeld nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Kennfeld eine gerade Linie aufweisen, mit einer negativen Steigung, oder kann andere Typen aufweisen, solange es einen monotonen Abfall anzeigt.
Die oben beschriebene Verarbeitung im Schritt ST5 entspricht der Verarbeitung bei der vorliegenden Erfindung, bei welcher „die Steuer-/Regeleinrichtung zwei Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie, die vorbestimmten zwei Antriebsquellen unter einer Mehrzahl von Antriebsquellen geliefert wird, abnimmt, wenn ein Winkel zunimmt, der durch die resultierenden Beinglied-Kräfte der vorbestimmten zwei Antriebsquellen gebildet ist”.
Nachfolgend schreitet die Steuer-/Regeleinheit 21 weiter zu Schritt ST6, um ein Verteilung-Verhältnis-Kennfeld auf der Basis der endgültigen Stellgröße H zu bestimmen, die im Schritt ST5 bestimmt wurde. Wenn die Stellgröße H Null ist, dann ergibt sich das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld, welches anzeigt, dass die SOC der Batterien 19 gleich sind, wie in 7 illustriert ist. Wenn die Stellgröße H nicht 0 ist, dann ergibt sich das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld, welches anzeigt, dass der SOC zwischen den Batterien 19 variiert, wie in 8 gezeigt ist. Auf Basis der Stellgröße H wird das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld bestimmt, und die Anteilverhältnisse Ratio_R und Ratio_L werden auf der Basis von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis bestimmt.
Anschließend schreitet die Steuer-/Regeleinheit 21 fort zu Schritt ST7, um die gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L zu bestimmen. Zu dieser Zeit wird der gewünschte Beinglied-Anteilwert für das rechte Beinglied 3R berechnet durch „den gewünschten Wert einer Gesamt-Hubkraft × Ratio_R”, während der gewünschte Beinglied-Anteilwert für das linke Beinglied 3L berechnet wird durch „den gewünschten Wert für eine Gesamt-Hubkraft × Ratio_L”.
Der gewünschte Wert einer Gesamt-Hubkraft wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zuvor, wie unten, beschrieben eingestellt und in einem nicht gezeigten Speicher gespeichert und aufbewahrt. Beispielsweise wird als der gewünschte Wert der Gesamt-Hubkraft die Größe der Schwerkraft eingestellt, die auf das Gewicht wirkt, das erhalten wird, indem das Gesamtgewicht der Gangunterstützungseinrichtung A (oder das Gewicht, das erhalten wird, indem das Gesamtgewicht der zwei am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L von dem Gesamtgewicht der Gangunterstützungseinrichtung A abgezogen wird) und das Gewicht von einem Teil des Gewichts des Benutzers P, das durch eine Hubkraft unterstützt wird, die auf den Benutzer P von dem Sitzelement 1 angewendet wird, addiert werden, beispielsweise das Gewicht, das erhalten wird, indem das volle Gewicht des Benutzers P mit einem voreingestellten Verhältnis multipliziert wird (das Gewicht, das erhalten wird durch die vorgenannte Addition mal Gravitationsbeschleunigung). In diesem Fall wird eine nach oben gerichtete Translationskraft mit einer Größe, die der Schwerkraft entspricht, welche auf einen Teil des Gewichts des Benutzers P wirkt, tatsächlich als die gewünschte Hubkraft eingestellt, die von dem Sitzelement 1 auf den Benutzer P auszuüben ist.
Alternativ kann eine Vereinbarung so getroffen werden, dass die Größe einer gewünschten Hubkraft, die auf den Benutzer P von dem Sitzelement 1 auszuüben ist, direkt eingestellt werden kann, und die Summe der Größen von der gewünschten Hubkraft und der Schwerkraft, die auf das Gesamtgewicht von der Gangunterstützungseinrichtung A wirkt, (oder das Gewicht, das erhalten wird, indem das Gesamtgewicht der zwei am Fuß getragenen Einheiten 2R und 2L von dem Gesamtgewicht der Gangunterstützungseinrichtung A abgezogen wird) kann als der gewünschte Wert von der Gesamt-Hubkraft eingestellt werden. Wenn eine vertikale Trägheitskraft, die durch eine Bewegung der Gangunterstützungseinrichtung A erzeugt wird, relativ groß wird in Beziehung auf die vorgenannte Schwerkraft, dann kann die Größe von der Gesamtkraft von der Trägheitskraft und der Schwerkraft als der gewünschte Wert der Gesamt-Hubkraft eingestellt werden. In diesem Fall ist es notwendig, die Trägheitskraft schrittweise abzuschätzen, und die Abschätzung kann unter Verwendung einer Technik durchgeführt werden, die beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung-Offenlegungsschrift Nummer 2007-330299 dargestellt ist.
Vorstehend wurde die Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung für den gewünschten rechts/links-Anteil 63 der Steuer-/Regeleinheit 21 beschrieben.
Die Steuer-/Regeleinheit 21 bestimmt die Stellgröße H auf der Basis der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d, durch die Verarbeitung in den Schritten ST1 bis ST7, und bestimmt die gewünschten Beinglied-Anteilwerte Fcmd_R und Fcmd_L aus den Anteilverhältnissen Ratio_R und Ratio_L, die gemäß dem Verteilung-Verhältnis-Kennfeld bestimmt wurden, welches aus der Stellgröße H erhalten wird, wodurch die Dreh-Aktuatoren 9 gesteuert/geregelt werden. Dies entspricht bei der vorliegenden Erfindung, dass „in dem Fall, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag unter den Batterien vorliegt, die Steuer-/Regeleinrichtung eine Mehrzahl von Antrieben so steuert/regelt, dass eine Antriebsquelle, die einer Batterie mit einem kleineren verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine kleinere Ausgabe erzeugt, während eine Antriebsquelle, die einer Batterie mit einem größeren verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine größere Ausgabe erzeugt, im Vergleich zu den Ausgaben der Antriebsquellen in dem Fall, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge der Batterien gleich sind”.
Weiter entspricht die Verarbeitung in den Schritten ST1 bis ST7 in dem Fall der Bewegungsunterstützungseinrichtung, welche die Bewegung des Benutzers P unterstützt, bei der vorliegenden Erfindung, dass „in dem Fall, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Energiebetrag unter Energiequellen vorliegt, die Steuer-/Regeleinrichtung eine Mehrzahl von Antrieben so steuert/regelt, dass eine Antriebsquelle, die einer Energiequelle mit einem kleineren verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine kleinere Ausgabe erzeugt, während eine Antriebsquelle, die einer Energiequelle mit einem größeren verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine größere Ausgabe erzeugt, im Vergleich zu den Ausgaben der Antriebsquellen in dem Fall, in welchem die Energiequellen die gleichen verbleibenden Energiebeträge aufweisen”.
Nach Durchführung der Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil, wie oben beschrieben, führt die Steuer-/Regeleinheit 21 die Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 64R oder 64L für die Stromanweisung durch. Der gleiche Verarbeitungsalgorithmus gilt für beide Bestimmungseinrichtungen 64R und 64L für die Stromanweisungen, so dass die Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 64L für die linke Stromanweisung beispielhaft unter Bezugnahme auf 11 unten beschrieben wird. 11 ist ein Blockdiagramm, welches die funktionalen Abschnitte von der Bestimmungseinrichtung für die linke Stromanweisung 64L illustriert. Bei der Beschreibung der Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 64L für die linke Stromanweisung kann die Hinzufügung der Bezugszeichen „R” oder „L” am Ende von jedem Bezugszeichen weggelassen werden, aber jedes Bezugszeichen bezieht sich auf das linke Beinglied 3L (das, bei welchem das Zeichen L weggelassen wurde), sofern nicht anderweitig angegeben.
Die Bestimmungseinrichtung für die linke Stromanweisung 64L umfasst einen Momentwandler 64a, der einen Messwert Frod der Stangenübertragungskraft der Verbindungsstange 18 durch den Messprozessor für die linke Stangenübertragungskraft 62L in einen Wert eines Antriebsmoments Tact umwandelt, das tatsächlich auf das dritte Gelenk 8 übertragen wird, auf der Basis von dem Messwert Frod (nachfolgend bezeichnet als das tatsächliche Gelenkmoment Tact), eine gewünschtes Basismoment-Berechnungseinrichtung 64b, die ein gewünschtes Basismoment Tcmd1 bestimmt, welches der Basiswert von einem gewünschten Wert eines Antriebsmoments ist, das auf das dritte Gelenk 8 auszuüben ist, auf der Basis von dem gewünschten linken Anteilwert Fcmd, der durch die Bestimmungseinrichtung für den gewünschten rechts/links-Anteil 63 bestimmt wurde, und eine Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c, die ein Drehmoment Tcor bestimmt, das zusätzlich auf das dritte Gelenk 8 auszuüben ist, um einen Einfluss einer Reibungskraft oder dergleichen zu kompensieren, die aufgrund einer Rotationsbewegung von dem Unterschenkel-Rahmen 7 in Bezug auf den Oberschenkel-Rahmen 5 erzeugt wird, wenn das dritte Gelenk 8 angetrieben wird (nachfolgend bezeichnet als das Unterschenkel-Kompensationsmoment Tcor).
Die linke Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64L umfasst weiter eine Addition-Berechnungseinrichtung 64d, welche das Unterschenkel-Kompensationsmoment Tcor, das durch die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c berechnet wird, zu dem gewünschten Basismoment Tcmd1 addiert, das durch die gewünschtes-Basismoment-Berechnungseinrichtung 64b bestimmt wird, um dadurch ein gewünschtes Gelenkmoment Tcmd als den endgültigen gewünschten Wert (für einen aktuellen Steuer-/Regelzyklus) von dem Antriebsmoment zu bestimmen, das auf das dritte Gelenk 8 von dem Dreh-Aktuator 9 vermittels des Antriebskraft-Übertragungsmechanismus 10 auszuüben ist, eine Subtraktion-Berechnungseinrichtung 64e, die eine Differenz Terr (= Tcmd – Tact) zwischen dem gewünschten Gelenkmoment Tcmd und einem tatsächlichen Gelenkmoment Tact bestimmt, das bestimmt wird durch den Momentwandler 64a, eine Feedback-Berechnungseinrichtung 64f, die eine Feedback-Stellgröße Ifb von einem Stromanweisungswert des Elektromotors 15 bestimmt, die erforderlich ist, um einen Fehler Terr auf Null zu setzen (um Tact an Tcmd anzugleichen), eine Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g, die eine Feedforward-Stellgröße Iff von dem Stromanweisungswert des Elektromotors 15 berechnet, die erforderlich ist, um zu bewirken, dass ein tatsächlicher Gesamt-Hubkraft-Anteil von dem linken Beinglied 3L einen gewünschten Beinglied-Anteilwert erreicht, und eine Additions-Berechnungseinrichtung 64h, die einen endgültigen Stromanweisungswert Tcmd bestimmt, indem die Feedback-Stellgröße Ifb und die Feedforward-Stellgröße Iff addiert werden.
Die Bestimmungseinrichtung für die linke Stromanweisung 64L führt zunächst die Verarbeitung durch den Momentwandler 64a, die gewünschtes Basismoment-Berechnungseinrichtung 64b und die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c durch, wie unten beschrieben.
Der Momentwandler 64a empfängt den Messwert Frod von der Stangenübertragungskraft der Verbindungsstange 18 von dem Antrieb-Übertragungsmechanismus 10 von dem linken Beinglied 3L und den Messwert θ1 von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L.
Wenn die Distanz zwischen der Gelenkachse von dem dritten Gelenk 8 und dem Schwenkabschnitt 18b der Verbindungsstange 18 in einer Richtung orthogonal zu der Längsrichtung der Verbindungsstange 18 (= die Richtung der Stangenübertragungskraft) durch r angegeben wird, dann ist in diesem Fall der Wert, der erhalten wird, indem der Messwert Frod der Stangenübertragungskraft mit dem Abstand r multipliziert wird (nachfolgend bezeichnet als die effektive Radiuslänge r), das vorgenannte tatsächliche Gelenkmoment Tact. Die effektive Radiuslänge r wird entsprechend dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L bestimmt.
Dann bestimmt der Momentwandler 64a die effektive Radiuslänge r aus dem empfangenen gemessenen Wert θ1 von dem Kniewinkel gemäß einem arithmetischen Ausdruck oder einer Tabelle (einem arithmetischen Ausdruck oder einer Tabelle, welche die Beziehung zwischen dem Kniewinkel und der effektiven Radiuslänge angibt), die zuvor eingestellt wurde. Nachfolgend multipliziert der Drehmomentwandler 64a die bestimmte effektive Radiuslänge r mit dem empfangenen Messwert Frod der Stangenübertragungskraft, um das tatsächliche Gelenkmoment Tact zu bestimmen, das auf das dritte Gelenk 8 durch die Stangenübertragungskraft mit dem Messwert Frod auszuüben ist.
Die Verarbeitung durch den Momentwandler 64a ist, in anderen Worten, eine arithmetische Verarbeitung, um ein Vektorprodukt (äußeres Produkt) aus dem Vektor der Stangenübertragungskraft und dem Positionsvektor von dem Schwenkabschnitt 18b der Verbindungsstange 18 relativ zu der Gelenkachse von dem dritten Gelenk 8 zu berechnen.
Die Berechnungseinrichtung für das gewünschte Basismoment 64b empfängt einen linken gewünschten Anteilwert Fcmd, der durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten links/rechts-Anteil bestimmt wird, und den Messwert θ1 von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L. Nachfolgend bestimmt die Berechnungseinrichtung für das gewünschte Basismoment 64b das gewünschte Basismoment Tcmd1 aus den empfangenen Werten wie folgt. Die Verarbeitung wird unten unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 illustriert schematisch die Konfiguration von einem wesentlichen Abschnitt von dem linken Beinglied 3L. Das rechte Beinglied 3R ist dasselbe wie bei dem linken Beinglied 3L, so dass die Beschreibung von dem rechten Beinglied 3R weggelassen wird.
Unter Bezugnahme auf 12 kann die Stützkraft, die auf das linke Beinglied 3L von einer Bodenseite vermittels des zweiten Gelenks 6 wirkt, als eine Translationskraft betrachtet werden, die von dem zweiten Gelenk 6 zu dem Krümmungsmittelpunkt 4a der Führungsschiene 11 gerichtet ist, und der gewünschte Wert der Größe der Translationskraft liefert den gewünschten Beinglied-Anteilwert Fcmd. Weiter ist, wenn angenommen wird, dass die Translationskraft (Stützkraft) mit der Größe von dem gewünschten Beinglied-Anteilwert Fcmd auf das linke Beinglied 3L von der Seite des Bodens angewendet wird, das Drehmoment, welches ein Moment ausbalanciert, das um die Gelenkachse des dritten Gelenks 8 durch den Vektor der Translationskraft erzeugt wird, das zu bestimmende gewünschte Basismoment Tcmd1.
In diesem Fall, wenn ein Segment, welches den Krümmungsmittelpunkt 4a der Führungsschiene 11 und das dritte Gelenk 8 verbindet, mit S1 bezeichnet wird, ein Segment, das das dritte Gelenk 8 und das zweite Gelenk 6 verbindet, durch S2 bezeichnet wird, und ein Segment, welches den Krümmungsmittelpunkt 4a der Führungsschiene 11 und das zweite Gelenk 6 verbindet, durch S3 bezeichnet wird, wie illustriert. Weiterhin werden die Längen der Segmente S1, S2 und S3 jeweils durch L1, L2 und L3 angegeben, und ein Winkel, der durch das Segment S2 und das Segment S3 gebildet ist, wird durch θ3 bezeichnet. Eine Beziehung, die durch den unten angegebenen Ausdruck (1) gegeben ist, ist zwischen dem gewünschten Beinglied-Anteilwert Fcmd und dem gewünschten Basismoment Tcmd1 etabliert. Tcmd1 = (Fcmd·sinθ3)·L2 (1)
Die rechte Seite von Ausdruck (1) gibt die Größe von dem Moment an, das um die Gelenkachse von dem dritten Gelenk 8 durch den Vektor einer Translationskraft erzeugt wird, wenn angenommen wird, dass die Translationskraft (Stützkraft) mit der Größe von dem gewünschten Beinglied-Anteilwert Fcmd auf das linke Beinglied 3L von der Bodenseite angewendet wird.
Dann bestimmt die Berechnungseinrichtung für das gewünschte Basismoment 64b das gewünschte Basismoment Tcmd1 gemäß dem oben angegebenen Ausdruck (1). In diesem Fall ist der Wert von L2, der notwendig für eine Berechnung der rechten Seite von Ausdruck (1) ist, ein fester Wert, der zuvor in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert und abgelegt wird. Weiterhin wird ein Winkel θ3 durch eine geometrische Berechnung bestimmt aus der Länge L1 von dem Segment S1, der Länge L2 von dem Segment S2 und dem Messwert θ1 von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L, der eingegeben wird. Die Länge L1 von dem Segment S1 hat einen festen Wert, der zuvor in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert und aufbewahrt wird, wie auch bei L2.
Um genauer zu sein gelten in einem Dreieck mit den Segmenten S1, S2 und S3 als den drei Seiten davon die unten gegebenen Beziehungen (2) und (3). L3² = L1² + L2² – 2·L1·L2·cos(180° – θ1) (2) L1² = L2² + L3² – 2·L2·L3·cos(θ3) (3)
Daher kann L3 aus den Werten von L1 und L2 und dem Messwert θ1 von dem Kniewinkel gemäß Ausdruck (2) berechnet werden. Dann kann der Winkel θ3 aus dem berechneten Wert von L3 und den Werten von L1 und L2 gemäß Ausdruck (3) berechnet werden.
Oben wurde die Verarbeitung durch die Berechnungseinrichtung für das gewünschte Basismoment 64b bereits beschrieben.
Der Messwert θ1 von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L wird in die Berechnungseinrichtung für das Unterschenkel-Kompensationsmoment 64c eingegeben. Dann berechnet die Berechnungseinrichtung für das Unterschenkel-Kompensationsmoment 64c das Unterschenkel-Kompensationsmoment Tcor, indem die Berechnung von einem Modell-Ausdruck (4) durchgeführt wird, der unten angegeben ist, unter Verwendung von dem eingegebenen Messwert θ1. Tcor = A1·θ1 + A2·sgn(ω1) + A3·ω1 + A4 – β1 + A5·sin(θ1/2) (4)
In Ausdruck (4) gibt ω1 auf der rechten Seite die Kniewinkel-Geschwindigkeit als die zeitabhängige Änderungsrate (Differentialwert) von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L an, β1 gibt eine Kniewinkel-Beschleunigung als die zeitabhängige Änderungsrate (Differentialwert) von der Kniewinkel-Geschwindigkeit ω1 an, und sgn() gibt eine Vorzeichenfunktion an, und A1, A2, A3, A4 und A5 geben Koeffizienten mit vorbestimmten Werten an.
Der erste Term auf der rechten Seite von Ausdruck (4) ist ein Term, um das gewünschte Gelenkmoment Tcmd in der Streckrichtung von dem linken Beinglied 3L zu reduzieren, von dem gewünschten Basismoment Tcmd1 aus, um die Größe eines Drehmoments, das auf das dritte Gelenk 8 unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Feder auszuüben ist, um das linke Beinglied 3L in der Streckrichtung vorzuspannen. Der zweite Term auf der rechten Seite bedeutet ein Moment, das auf das dritte Gelenk 8 auszuüben ist, um das dritte Gelenk 8 gegen eine Widerstandskraft anzutreiben, die an dem dritten Gelenk 8 aufgrund einer Reibungskraft (kinetischen Reibungskraft) zwischen dem Oberschenkel-Rahmen 5 und dem Unterschenkel-Rahmen 7 an dem dritten Gelenk 8 von dem linken Beinglied 3L erzeugt wird. Der dritte Term auf der rechten Seite bedeutet ein Drehmoment, das auf das dritte Gelenk 8 auszuüben ist, um das dritte Gelenk 8 gegen eine viskose Widerstandskraft zwischen dem Oberschenkel-Rahmen 5 und dem Unterschenkel-Rahmen 7 an dem dritten Gelenk 8 von dem linken Beinglied 3L anzutreiben, das heißt, um das dritte Gelenk 8 gegen die viskose Widerstandskraft anzutreiben, die aufgrund der Kniewinkel-Geschwindigkeit ω erzeugt wird. Der vierte Term auf der rechten Seite bedeutet ein Moment, das auf das dritte Gelenk 8 auszuüben ist, um das dritte Gelenk 8 gegen ein Trägheitskraft-Moment anzutreiben, das aufgrund der Kniewinkel-Beschleunigung β1 erzeugt wird, genauer das Moment einer Widerstandskraft, die an dem dritten Gelenk 8 aufgrund einer Trägheitskraft erzeugt wird, die durch eine Bewegung von einem Abschnitt des linken Beingliedes 3L erzeugt wird, der näher an der am Fuß getragenen Einheit 2 als an dem dritten Gelenk 8 ist (einem Abschnitt, der gebildet ist aus dem Unterschenkel-Rahmen 7, dem zweiten Gelenk 6 und der am Fuß getragenen Einheit 2). Der fünfte Term auf der rechten Seite bedeutet ein Moment, das auf das dritte Gelenk 8 auszuüben ist, um das dritte Gelenk 8 gegen das Moment einer Widerstandskraft anzutreiben, die an dem dritten Gelenk 8 erzeugt wird, aufgrund einer Schwerkraft, die auf den Abschnitt von dem linken Beinglied 3L wirkt, der näher an der am Fuß getragenen Einheit 2 ist als an dem dritten Gelenk 8 (den Abschnitt, der zusammengesetzt ist aus dem Unterschenkel-Rahmen 7, dem zweiten Gelenk 6 und der am Fuß getragenen Einheit 2).
Normalerweise ist der Winkel, bei welchem die Sinus-Funktion sin() in dem fünften Term angewendet werden sollte, der Winkel, der durch das Segment S2 in 12 (dem Segment, das das dritte Gelenk 8 und das zweite Gelenk 6 verbindet) und die vertikale Richtung (die Richtung der Schwerkraft) gebildet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Länge von dem Oberschenkel-Rahmen 5 und die Länge von dem Unterschenkel-Rahmen 7 ungefähr gleich, so dass der Winkel, der durch das Segment S2 und die vertikale Richtung gebildet ist, ungefähr halb so groß sein wird, wie der Knie-Winkel von dem linken Beinglied 3L, gemessen durch den Kniewinkel-Messprozessor 61. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde daher der Winkel, bei welchem die Sinus-Funktion sin() in dem fünften Term angewendet wird, auf θ1/2 gesetzt. Wenn jedoch ein Beschleunigungssensor oder ein Neigungsmesser oder dergleichen an der Gangunterstützungseinrichtung A angebracht ist, um die Erfassung von dem Neigungswinkel (der Neigungswinkel von dem Segment S2) von dem Unterschenkel-Rahmen 7 relativ zu der Richtung der Schwerkraft zu ermöglichen, dann wird bevorzugt der Neigungswinkel anstelle von θ1/2 in dem fünften Term verwendet.
Um die Berechnung auf der rechten Seite von Ausdruck (4) durchzuführen, wie oben beschrieben, berechnet die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c nacheinander den Wert von der Kniewinkel-Geschwindigkeit ω1 und den Wert von der Kniewinkel-Beschleunigung β1, die für die Berechnung erforderlich sind, aus der zeitlichen Entwicklung von dem Messwert θ1 von dem Kniewinkel des linken Beinglieds 3L, der nacheinander von dem linken Kniewinkel-Messprozessor 61L eingegeben wird. Dann führt die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c die Berechnung von der rechten Seite von Ausdruck (4) durch, unter Verwendung von dem eingegebenen Messwert θ1 (aktueller Wert), von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L, dem berechneten Wert (aktuellen Wert) von der Kniewinkel-Geschwindigkeit ω1 und dem, Wert (aktuellen Wert) von der Kniewinkel-Beschleunigung β1, wodurch das Unterschenkel-Kompensationsmoment Tcor berechnet wird.
Der „aktuelle Wert” bedeutet der Wert, der in einem aktuellen Steuer-/Regelzyklus von der Steuer-/Regeleinheit 21 bestimmt wird.
Ergänzend werden die Werte der Koeffizienten A1, A2, A3, A4 und A5, die für die Berechnung von Ausdruck (4) benutzt werden, zuvor experimentell identifiziert, durch einen Identifizierungsalgorithmus, welcher den Quadratwert der Differenz zwischen einem Wert der linken Seite (tatsächlicher Messwert) und einem Wert der rechten Seite (berechneter Wert) von Ausdruck (4) minimiert, und werden in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert und aufbewahrt. Die Verarbeitung durch die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c wurde oben beschrieben.
Ergänzend ist der Modell-Ausdruck (4) ein Ausdruck auf Basis einer Annahme, dass die Feder zum Vorspannen von dem linken Beinglied 3L in der Streckrichtung vorgesehen ist. Wenn die Feder nicht vorgesehen ist, dann ist der erste Term auf der rechten Seite von Ausdruck (4) unnötig. Der zweite Term nimmt unter den Termen von der rechten Seite von Ausdruck (4) im Allgemeinen einen relativ kleinen Wert im Vergleich mit anderen Termen an, so dass der zweite Term weggelassen werden kann. Weiter kann alternativ das Unterschenkel-Kompensationsmoment Tcor durch einen Modell-Ausdruck bestimmt werden, der unter dem dritten Term, dem vierten Term und dem fünften Term von der rechten Seite von Ausdruck (4) den Term weglässt, der einen relativ kleinen Wert im Vergleich zu den übrigen Thermen annimmt. Wenn beispielsweise der Abschnitt von dem linken Beinglied 3L, der sich näher an der am Fuß getragenen Einheit 2 als an dem dritten Gelenk 8 befindet, hinreichend leicht ist, dann können beide oder kann einer von dem vierten Term und dem fünften Term weggelassen werden.
Nachdem die Verarbeitung durch den Drehmomentwandler 64a, die gewünschtes Basismoment-Berechnungseinrichtung 64b und die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c wie oben beschrieben durchgeführt wurde, führt die linke Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64L die Verarbeitung durch die Addition-Berechnungseinrichtung 64d durch. Bei dieser Verarbeitung werden das gewünschte Basismoment Tcmd1 und das Unterschenkel-Kompensationsmoment Tcor, die jeweils durch die gewünschtes Basismoment-Berechnungseinrichtung 64b und die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c berechnet wurden, aufaddiert. In anderen Worten wird das gewünschte Basismoment Tcmd1 durch das Unterschenkel-Kompensationsmoment Tcor korrigiert. Auf diese Weise wird das gewünschte Gelenkmoment Tcmd(= Tcmd1 + Tcor) berechnet.
Das gewünschte Gelenkmoment Tcmd gibt, in anderen Worten, den gewünschten Wert für das Antriebsmoment für das dritte Gelenk 8 an, das erforderlich ist, um eine gewünschte Hubkraft auf den Benutzer P von dem Sitzelement 1 auszuüben.
Die linke Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64L führt ferner die Verarbeitung durch die Subtraktion-Berechnungseinrichtung 64e aus. Bei dieser Verarbeitung wird das tatsächliche Gelenkmoment Tact, das durch die Drehmoment-Umwandlungseinheit 64a berechnet wurde, von dem gewünschten Gelenkmoment Tcmd abgezogen, das durch die Addition-Berechnungseinrichtung 64d bestimmt wurde, um die Differenz Terr zwischen Tcmd und Tact(= Tcmd – Tact) zu bestimmen.
Nachfolgend führt die linke Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64L die Verarbeitung durch die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f durch. Zu dieser Zeit wird der Fehler Terr in die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f eingegeben. Die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f berechnet die Feedback-Stellgröße Ifb als eine Feedback-Komponente für den Strom-Anweisungswert Tcmd aus dem eingegebenen Fehler Terr gemäß einem vorbestimmten Feedback-Regelgesetz. Als Feedback-Regelgesetz wird beispielsweise ein PD-Gesetz (Proportional-Differenzial-Gesetz) benutzt. In diesem Fall werden das Ergebnis, das durch Multiplizieren des vorgenannten Fehlers Terr mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor Mp erhalten wird (Proportionalterm), und der Differentialwert (Differenzialterm), der durch Multiplizieren des Fehlers Terr mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor Md erhalten wird, addiert, um die Feedback-Stellgröße Ifb zu berechnen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ändert sich die Empfindlichkeit für eine Änderung in der Hubkraft von dem Sitzelement 1 in Reaktion auf eine Änderung in dem Strom (Änderung in dem Ausgabemoment) von dem Elektromotor gemäß dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird daher der Messwert θ1 von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L auch zusätzlich zu dem Fehler Terr in die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f eingegeben. Dann stellt die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f die Werte der Verstärkungsfaktoren Mp und Md von dem vorgenannten Proportionalterm und dem Differenzialterm jeweils auf der Basis von dem Messwert θ1 von dem Kniewinkel des linken Beinglieds 3L variabel entsprechend einer (nicht gezeigten) zuvor vorbereiteten Tabelle ein, wobei die Tabelle die Beziehung zwischen den Kniewinkeln θ1 und den Verstärkungsfaktoren Mp und Md anzeigt.
Währenddessen führt die linke Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64L die Verarbeitung durch die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g parallel zu der Verarbeitung durch die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f aus. In diesem Fall werden der linke gewünschte Anteilwert Fcmd, der durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil berechnet wird und der Messwert θ1 von dem Kniewinkel des linken Beinglieds 3L in die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g eingegeben.
Die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g berechnet die Feedforward-Stellgröße Iff als eine Feedforward-Komponente von dem Stromanweisungswertd von dem Elektromotor 15 gemäß einem Modell-Ausdruck (5) der unten angegeben ist. Iff = B1·Tcmd1 + B2·ω1 + B3·sgn(ω1) + B4·β1 + B5·θ1 (5)
Wobei Tcmd1 auf der rechten Seite von Ausdruck (5) das gleiche ist wie das gewünschte Basismoment Tcmd1, bestimmt durch die gewünschtes Basismoment-Berechnungseinrichtung 64b, ω1 und β1 jeweils die Kniewinkel-Geschwindigkeit und die Kniewinkel-Beschleunigung angeben, wie in Beziehung auf den vorgenannten Ausdruck (4) beschrieben, und B1, B2, B3, B4 und B5 Koeffizienten mit vorbestimmten Werten angeben.
Weiterhin bedeutet der erste Term auf der rechten Seite von Ausdruck (5) einen erforderlichen Basiswert für den Antriebsstrom von dem Elektromotor 15, der erforderlich ist, um ein Antriebsmoment auszuüben, das ein Moment ausgleicht, das um die Gelenkachse von dem dritten Gelenk 8 auf das dritte Gelenk 8 von dem linken Beinglied 3L in dem Fall ausgeübt wird, in dem angenommen wird, dass ein Antriebsmoment von dem gewünschten Basismoment Tcmd1, das heißt eine Stützkraft mit dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd auf das linke Beinglied 3L von einer Seite des Bodens ausgeübt wird. Der zweite Term auf der rechten Seite bedeutet eine Komponente von dem Antriebsstrom des Elektromotors 15, die erforderlich ist, um auf das dritte Gelenk 8 ein Antriebsmoment gegen eine viskose Widerstandskraft zwischen dem Oberschenkel-Rahmen 5 und dem Unterschenkel-Rahmen 7 an dem dritten Gelenk 8 von dem linken Beinglied 3L auszuüben, das heißt eine viskose Widerstandskraft zwischen dem Oberschenkel-Rahmen 5 und dem Unterschenkel-Rahmen 7, die entsprechend der Kniewinkel-Geschwindigkeit ω1 erzeugt wird. Der dritte Term auf der rechten Seite bedeutet eine Komponente von dem Antriebsstrom des Elektromotors 15, die erforderlich ist, um auf das dritte Gelenk 8 ein Antriebsmoment gegen eine kinetische Reibungskraft zwischen dem Oberschenkel-Rahmen 5 und dem Unterschenkel-Rahmen 7 an dem dritten Gelenk 8 von dem linken Beinglied 3L auszuüben. Der vierte Term auf der rechten Seite bedeutet eine Komponente von dem Antriebsstrom des Elektromotors 15, die erforderlich ist, um auf das dritte Gelenk 8 ein Antriebsmoment gegen ein Trägheitskraft-Moment auszuüben, das gemäß der Kniewinkel-Beschleunigung β1 ausgeübt wird. Der fünfte Term auf der rechten Seite ist ein Term, um den Antriebsstrom von dem Elektromotor 15 zu reduzieren, der ein Antriebsmoment in der Streckrichtung von dem linken Beinglied 3L erzeugt, um die Größe von dem Moment, das auf das dritte Gelenk 8 von einer (nicht gezeigten) Feder auszuüben ist, die das linke Beinglied 3L in der Streck Richtung vorspannt.
In diesem Fall berechnet die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g ω1 und β1, die erforderlich sind, um die rechte Seite von Ausdruck (5) zu berechnen, aus der zeitlichen Entwicklung von dem Messwert θ1 von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L, die, wie in dem Fall der Verarbeitung durch die Unterschenkel-Kompensationsmoment-Berechnungseinrichtung 64c eingegeben wird. Ferner berechnet die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g das gewünschte Basismoment Tcmd1, das notwendig ist, um die rechte Seite von Ausdruck (5) zu berechnen, aus dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd und dem Messwert θ1 von dem Kniewinkel, die durch die gleiche arithmetische Verarbeitung eingegeben werden, wie diejenige, die von der gewünschtes Basismoment-Berechnungseinrichtung 64b durchgeführt wird. Dann berechnet die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g die rechte Seite von Ausdruck (5) unter Verwendung von dem eingegebenen Messwert θ1 (aktuellen Wert), von dem Kniewinkel von dem linken Beinglied 3L, dem berechneten Wert (aktuellen Wert) von der Kniewinkel-Geschwindigkeit ω1, von dem berechneten Wert (aktuellen Wert) von der Kniewinkel-Beschleunigung β1 und von dem berechneten Wert (aktuellen Wert) von dem gewünschten Basismoment Tcmd1, wodurch die Feedforward-Stellgröße Iff berechnet wird.
Ergänzend werden die Werte der Koeffizienten B1, B2, B3, B4 und B5, die zur Berechnung von Ausdruck (5) verwendet werden, im Vorhinein durch einen Identifizierungsalgorithmus experimentell identifiziert, der den Quadratwert der Differenz zwischen einem Wert der linken Seite (tatsächlicher Messwert) und einem Wert von der rechten Seite (berechneter Wert) von Ausdruck (5) minimiert, und werden in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert und aufbewahrt.
Der Modell-Ausdruck (5) ist ein Ausdruck auf Basis einer Annahme, dass die Feder zum Vorspannen des linken Beinglieds 3L in der Streckrichtung vorgesehen ist. Wenn die Feder nicht vorgesehen ist, dann ist der fünfte Term auf der rechten Seite von Ausdruck (5) unnötig. Weiter kann die Feedforward-Stellgröße Formel durch einen Modell-Ausdruck bestimmt werden, bei welchem beispielsweise der zweite Term oder der vierte Term unter den Termen von der rechten Seite von Ausdruck (5) weggelassen wird. Weiter kann alternativ das gewünschte Basismoment Tcmd1, das durch die gewünschtes Basismoment Berechnungseinrichtung 64b berechnet wird, in die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g eingegeben werden, anstelle davon, den gewünschten Beinglied-Anteilwert Fcmd dort einzugeben. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit, Tcmd1 durch die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g zu berechnen.
Nachdem die Verarbeitung durch die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f und die Feedforward-Berechnungseinrichtung 64g wie oben beschrieben durchgeführt wurde, führt die Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64 die Verarbeitung durch die Addition-Berechnungseinrichtung 64h durch. Bei dieser Verarbeitung werden die Feedback-Stellgröße Ifb und die Feedforward-Stellgröße Iff, die durch die Feedback-Berechnungseinrichtung 64f bzw. die Feedforward Berechnungseinrichtung 64g berechnet wurden, aufaddiert. Auf diese Weise wird der Stromanweisungswert Icmd von dem linken Elektromotor 15 berechnet.
Oben wurde im Detail die Verarbeitung durch die linke Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64L beschrieben. Die Verarbeitung durch die rechte Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64R wird in der gleichen Weise durchgeführt.
Die Steuer-/Regeleinheit 21 gibt die Stromanweisungswerte Icmd_R und Icmd_L, die jeweils, wie oben beschrieben, durch die Stromanweisung-Bestimmungseinrichtung 64R und 64L bestimmt wurden, zu (nicht gezeigten) Antriebsschaltkreisen aus, die den Elektromotoren 15 der Beinglieder 3R und 3L entsprechen. Zu dieser Zeit bestromen die Antriebsschaltkreise die Elektromotoren 15 auf der Basis von den gelieferten Stromanweisungswerten Icmd. Das heißt, die Dreh-Aktuatoren 9 der Beinglieder 3R und 3L werden angetrieben und die Gangunterstützungseinrichtung A übt eine nach oben gerichtete Translationskraft als die Unterstützungskraft auf den Körperrumpf des Benutzers P aus.
Wie oben beschrieben, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, falls eine Differenz in dem SOC zwischen der Batterie 19 von dem Beinglied 3R und der Batterie 19 von dem Beinglied 3L vorliegt, das heißt, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d von Null verschieden ist, die Stellgröße H von dem Verteilung-Verhältnis-Kennfeld durch die Verarbeitung geändert, die durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten rechts/links-Anteil der Steuer-/Regeleinheit 21 so durchgeführt wird, dass die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator 9 mit der Batterie 19 mit einem niedrigeren SOC kleiner und die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator 9 mit der Batterie 19 mit einem höheren SOC größer ist, im Vergleich zu den Antriebskräften der Dreh-Aktuatoren 9 in dem Fall, in welchem die SOC der Batterien 19 gleich sind, das heißt, die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d Null ist, wodurch die Dreh-Aktuatoren 9 gemäß der aktualisierten Stellgröße H von dem Verteilung-Verhältnis-Kennfeld gesteuert/geregelt werden.
Mit dieser Verarbeitung werden die Antriebskräfte der Dreh-Aktuatoren 9 gesteuert/geregelt, um die Differenz in dem SOC der Batterien 19 zu reduzieren, das heißt die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d. Wenn daher der SOC von irgendeiner der Batterien 19 (zum Beispiel der Batterie 19 von dem linken Beinglied 3L) Null erreicht (oder einen Wert nahe an Null) dann erreicht die andere Batterie 19 (zum Beispiel die Batterie 19 von dem rechten Beinglied 3R) auch Null (oder einen Wert nahe Null). Das heißt, die Gangunterstützungseinrichtung A von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die eine Mehrzahl von (2) Batterien 19 für das rechte Beinglied 3R und das linke Beinglied 3L aufweist, ist dazu in der Lage, Variationen in den SOC der Batterien 19 zu reduzieren und ist daher in der Lage, eine Reduktion in der Betriebsdauer der Gangunterstützungseinrichtung A einzuschränken.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Steuer-/Regeleinheit 21 in dem Stützrahmen 1b von dem Sitzelement 1 aufgenommen, und die Ausgabesignale von den Sensoren 11aL, 11aR, 22a und 22b von beiden Beingliedern 3R und 3L werden in die Steuer-/Regeleinheit 21 eingegeben; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Steuer-/Regeleinheit in jedem von dem rechten und linken Beinglied 3R und 3L angeordnet sein, und der Bein-Spreizwinkel θ2, der SOC und die gemessene Trittkraft Fft_R (Fft_L) kann zwischen den Steuer-/Regeleinheiten übertragen werden, um dadurch den gewünschten Beinglied-Anteilwert Fcmd_R (Fcmd_L) unabhängig für jedes der Beinglieder 3R und 3L zu bestimmen.
In diesem Fall können das gleiche Programm, Daten, Tabellen und dergleichen zuvor in dem Speicher der Steuer-/Regeleinheit von jedem der Beinglieder 3L und 3R gespeichert und aufbewahrt werden, und das Beinglied (3L oder 3R) an welchem dasselbe (die Steuer-/Regeleinheit) angebracht ist, kann als das eigene Bein und das Beinglied 3R oder 3L) an welche dasselbe (die Steuer-/Regeleinheit) nicht befestigt ist, kann als das andere Bein bei der Durchführung der Verarbeitung definiert werden, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wobei das linke Bein als das eigene Bein und das rechte Bein als das andere Bein definiert ist. Auf diese Weise kann jede von den Steuer-/Regeleinheiten das Anteilverhältnis, den gewünschten Beinglied-Anteilwert und den Strom-Anweisungswert von ihrem eigenen Bein bestimmen. In diesem Fall wird auch der gewünschte Beinglied-Anteilwert auf Basis von dem SOC von jeder Batterie erhalten, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Weiter wurde das vorliegende Ausführungsbeispiel beschrieben, in dem als ein Beispiel die Gangunterstützungseinrichtung A genommen wurde, die angepasst ist, eine nach oben gerichtete Translationskraft als die Unterstützungskraft auf den Körperrumpf des Benutzers P zu übertragen; allerdings ist die Bewegungsunterstützungseinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf jede beliebige Bewegungsunterstützungseinrichtung angewendet werden, solange sie dazu angepasst ist, eine Bewegung so zu unterstützen, dass die Wirkungspunkte einer Mehrzahl von Aktuatoren in dem gleichen Abschnitt von dem Benutzer P liegen.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf eine Bewegungsunterstützungseinrichtung angewendet werden, die dazu ausgebildet ist, eine Unterstützungskraft (Translationskraft oder Moment) zum Unterstützen einer Bewegung auf einen Arm des Benutzers P auszuüben. Weiterhin sind Aktuatoren, die in der Bewegungsunterstützungseinrichtung oder einer Gangunterstützungseinrichtung vorgesehen sind, nicht auf den rotatorischen Typ beschränkt und können alternativ solche von einem direkt betriebenen Typ sein.
Weiterhin wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld, das angewendet wird, wenn eine Differenz zwischen dem SOC der Batterien 19 von den Beingliedern 3R und 3L vorliegt, wie in 8 illustriert eingestellt. Genauer wird das linke Anteilverhältnis Ratio_L so eingestellt, dass das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis durch eine gerade Linie in einem Bereich von 0 bis α1 angegeben wird, und das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis durch eine gerade Linie in einem Bereich von α1 bis 1 angegeben wird. Das rechte Anteilverhältnis Ratio_R wird so eingestellt, dass das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von 0 bis α2 durch eine gerade Linie und das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis in einem Bereich von α2 bis 1 durch eine gerade Linie angegeben ist.
Allerdings ist das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld nicht auf das oben beschriebene beschränkt und andere Typen von Verteilung-Verhältnis-Kennfeldern können verwendet werden, solange das Kennfeld so eingestellt ist, dass die Gesamtheit von dem rechten gewünschten Anteilwert Fcmd_R und dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd_L entsprechend einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis immer 1 wird, und, falls ein Unterschied in dem SOC zwischen den Batterien 19 von den Beingliedern 3R und 3L vorliegt, dann die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator von dem Beinglied (3R oder 3L) mit der Batterie 19 mit einem niedrigeren SOC kleiner ist während die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator 9 von dem Beinglied (3L oder 3R) mit der Batterie 19 mit einem höheren SOC größer ist, im Vergleich zu den Antriebskräften der Dreh-Aktuatoren 9 der Beinglieder 3R und 3L in dem Fall, in welchem die SOC davon gleich sind.
Beispielsweise kann das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld das in 13 gezeigte Verteilung-Verhältnis-Kennfeld sein. 13(a) illustriert einen Fall, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L größer ist als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R, während 13(b) einen Fall illustriert, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L kleiner als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R ist.
In einem Fall, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L größer ist als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R, dann wird der Fall durch eine nach oben gekrümmt verlaufende Kurve angegeben, bei welcher das linke Anteilverhältnis Ratio_L 1 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, 0,5 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist und 0 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist, und wird durch eine nach unten gekrümmt verlaufende Kurve angegeben, bei welcher das rechte Anteilverhältnis Ratio_R 0 wird, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis 0 ist, 0,5 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist und 1 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist (13(a)).
In einem Fall in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L kleiner als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R ist, dann wird der Fall angegeben durch eine nach unten gekrümmt verlaufende Kurve, bei welcher das linke Anteilverhältnis Ratio_L 1 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, 0,5 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist und 0 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist, und wird durch eine nach oben gekrümmt verlaufende Kurve angegeben, bei welcher das rechte Anteilverhältnis Ratio_R 0 wird wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis Null ist, wird, 0,5 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist und 1 wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist (13(b)).
Die Verteilung-Verhältnis-Kennfelder in 13(a) und 13(b) sind so eingestellt, dass die Gesamtheit von dem rechten gewünschten Anteilwert Fcmd_R und dem linken gewünschten Anteilwert Fcmd_L entsprechend einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis immer 1 wird.
Zusätzlich zu den Verteilung-Verhältnis-Kennfeldern in 13 kann ein in 14 gezeigtes Verteilung-Verhältnis-Kennfeld verwendet werden. 14(a) illustriert einen Fall, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L größer als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R ist, während 14(b) einen Fall illustriert, in welchem der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L kleiner ist als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R.
Wenn der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L größer als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R ist, dann wird das linke Anteilverhältnis Ratio_L durch eine gerade Linie angegeben, bei welcher 1 in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von 0 bis zu einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α3 (wobei a3 < 0,5) erreicht wird, und in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von α3 bis 1 durch eine gerade Linie, auf welcher 1 erreicht wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α3 ist, 0,5 erreicht wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist und 0 erreicht wird, wenn das vorbestimmte rechts/links-Trittkraft-Verhältnis 1 ist, während das rechte Anteilverhältnis Ratio_R durch eine gerade Linie angegeben wird, bei welcher Null erreicht wird in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von Null zu einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α3 und in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von α3 bis 1 durch eine gerade Linie, bei welcher Null erreicht wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α3 ist, 0,5 erreicht wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α1 ist und 1 erreicht wird, wenn das vorbestimmte rechts/links Trittkraft-Verhältnis 1 ist, (14(a)).
Wenn der linke detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_L kleiner als der rechte detektierte verbleibende Ladungsbetrag SOC_R ist, dann wird das linke Anteilverhältnis Ratio_L, in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von 0 bis zu einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α4 (wobei α4 > 0,5) durch eine gerade Linie angegeben, auf welcher 1 erreicht wird, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis Null ist, 0,5 erreicht wird, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis α2 ist und 0 erreicht wird, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis α4 ist, und durch eine gerade Linie, bei welcher Null in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von α4 bis 1 erreicht wird, während das rechte Anteilsverhältnis Ratio_R in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von Null bis zu einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α4 (wobei α4 > 0,5) durch eine gerade Linie angegeben ist, bei welcher Null erreicht wird, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis Null ist, 0,5 erreicht wird, wenn das rechts/links-Trittkraft-Verhältnis α2 ist und 1 erreicht wird, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis α4 ist, und durch eine gerade Linie, auf welcher 1 erreicht wird in einem Bereich von dem rechts/links-Trittkraft-Verhältnis von α4 bis 1 (14(b)).
14(a) und 14(b) werden so eingestellt, dass die Gesamtheit von dem gewünschten linken Anteilwert Fcmd_L und dem gewünschten rechten Anteilwert Fcmd_R entsprechend einem vorbestimmten rechts/links-Trittkraft-Verhältnis immer 1 ist.
In dem Fall der in 13 und 14 gezeigten Verteilung-Verhältnis-Kennfelder kann der gleiche Vorteil erhalten werden wie in dem Fall des in 8 gezeigten Verteilung-Verhältnis-Kennfelds, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird. Genauer wird, auch wenn eine Mehrzahl von (2) Batterien 19 verwendet wird, die Differenz in dem SOC zwischen den Batterien 19 auf einfache Weise reduziert, wodurch es möglich gemacht wird, eine Reduktion in der Betriebsdauer der Gangunterstützungseinrichtung A einzuschränken.
Weiter wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld auf der Basis der Stellgröße H bestimmt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Differenz D in dem Anteilverhältnis bestimmt werden, wenn das rechts/links Trittkraft-Verhältnis 0,5 ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Verteilung-Verhältnis-Kennfeld durch die oben beschriebene Berechnung bestimmt. Alternativ kann jedoch eine Mehrzahl von Verteilung-Verhältnis-Kennfeldern zuvor vorbereitet und in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert und abgelegt werden, dann kann ein Verteilung-Verhältnis-Kennfeld auf der Basis der Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag SOC_d ausgewählt werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde das in 9 gezeigte Flussdiagramm als ein Beispiel der Verarbeitung durch die Bestimmungseinrichtung 63 für den gewünschten Zinks/rechts-Anteil präsentiert; allerdings ist die Verarbeitung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann einer oder können eine Mehrzahl von Schritten ST2, ST4 und ST5 von dem Flussdiagramm von 9 entfernt werden, oder alle Schritte ST2, ST4 und ST5 können entfernt werden, das heißt die Verarbeitung eines Flussdiagramms, welches nur aus den Schritten ST1, 3, 6 und 7 besteht, kann ausgeführt werden. Dies liefert ebenfalls den Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Variationen in den SOC einer Mehrzahl der Batterien 19 verringert werden, was es möglich macht eine Reduktion in der Betriebsdauer der Gangunterstützungseinrichtung A einzuschränken.
Weiter wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Schritt ST3 die PID-Steuerung/Regelung verwendet. Alternativ kann jedoch irgendeine andere Steuerung/Regelung wie eine P-Steuerung/Regelung PD-Steuerung/Regelung oder PI-Steuerung/Regelung verwendet werden.
Eine Gangunterstützungseinrichtung weist Dreh-Aktuatoren auf, die Antriebskräfte aus elektrischer Energie erzeugen, die von Batterien zugeführt wird, welche in rechten und linken Beingliedern vorgesehen sind. Wenn eine Differenz in den SOC der Batterien der zwei Beinglieder vorliegt, dann steuert/regelt eine Steuer-/Regeleinrichtung die Dreh-Aktuatoren so, dass die Antriebskraft von dem Dreh-Aktuator, der einer Batterie mit einem niedrigeren SOC entspricht, kleiner als die Antriebskräfte der Dreh-Aktuatoren in dem Fall ist, in welchem die SOC der zwei Batterien gleich sind, während der Antrieb von dem Dreh-Aktuator entsprechend einer Batterie mit einem höheren SOC größer ist als die Antriebskräfte der Dreh-Aktuatoren in dem Fall, in welchem die SOC der zwei Batterien gleich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4060573 [0002, 0003]
JP 2007-330299 [0170]

Claims

Eine Bewegungsunterstützungseinrichtung, um einen Benutzer bei seinen/ihren Bewegungen zu unterstützen, umfassend: eine Mehrzahl von Antrieben, die dazu konfiguriert sind, Kräfte zu erzeugen, um eine Bewegung eines Benutzers zu unterstützen, eine Mehrzahl von Energiequellen, welche Energie an die Mehrzahl der Antriebe liefern, einen Restbetrag-Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen verbleibenden Energiebetrag von jeder der Energiequellen zu detektieren, und eine Steuer-/Regeleinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Mehrzahl der Antriebe auf Grundlage von einem Detektionsergebnis des Restbetrag-Detektors zu steuern/regeln, wobei die Mehrzahl der Antriebe so konfiguriert ist, dass ein Wirkungspunkt von jeder erzeugten Kraft in dem gleichen Teil des Benutzers liegt, und in dem Fall, in welchem einer oder eine Mehrzahl von Antrieben, zu welchen Energie von der gleichen Energiequelle geliefert wird, unter der Mehrzahl von den Antrieben eine Antriebsquelle bildet/bilden, und eine Ausgabe oder Ausgaben von einem oder einer Mehrzahl von den Antrieben, die zu der Antriebsquelle gehören, als eine Ausgabe von der Antriebsquelle definiert ist/sind, die Steuer-/Regeleinrichtung in dem Fall, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Energiebetrag unter den Energiequellen vorliegt, die Mehrzahl der Antriebe so steuert/regelt, dass die Antriebsquelle, welche einer Energiequelle mit einem kleinen verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine kleinere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Energiebeträge der Energiequellen gleich sind, während die Antriebsquelle, die einer Energiequelle mit einem großen verbleibenden Energiebetrag entspricht, eine größere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Energiebeträge der Energiequellen gleich sind.
Gangunterstützungseinrichtung, umfassend: ein Sitzelement, auf welchem ein Benutzer rittlings sitzt, eine Mehrzahl von Beingliedern, die mit dem Sitzelement verbunden sind, und einen Antrieb, der so konfiguriert ist, dass er dazu in der Lage ist, die Beinglieder in einer Richtung anzutreiben, um das Sitzelement hoch zu drücken, wobei wenigstens ein Teil von dem Gewicht des Benutzers durch die Beinglieder vermittels des Sitzelements abgestützt wird, wobei die Gangunterstützungseinrichtung eine Mehrzahl von Antrieben umfasst, wobei jeder der Antriebe ein einzelnes oder zwei oder mehr von der Mehrzahl der Beinglieder antreibt, eine Mehrzahl von Batterien, die elektrische Energie an einen einzelnen oder an zwei oder mehr von der Mehrzahl der Antriebe liefern, einen Restbetrag-Detektor, der dazu konfiguriert ist, einen verbleibenden Ladungsbetrag von jeder Batterie zu detektieren, und eine Steuer-/Regeleinrichtung, die dazu konfiguriert ist, die Mehrzahl der Antriebe auf der Grundlage von einem Detektionsergebnis von dem Restbetrag-Detektor zu steuern/regeln, und in dem Fall, in welchem einer oder eine Mehrzahl von den Antrieben, zu welchen elektrische Energie von der gleichen Batterie geliefert wird, unter der Mehrzahl von den Antrieben eine Antriebsquelle bildet/bilden, und eine Ausgabe oder Ausgaben von einem oder einer Mehrzahl von den Antrieben, die zu der Antriebsquelle gehören, als eine Ausgabe oder als Ausgaben von der Antriebsquelle definiert ist/sind, die Steuer-/Regeleinrichtung in dem Fall, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag unter den Batterien vorliegt, die Mehrzahl der Antriebe so steuert/regelt, dass die Antriebsquelle, welche einer Batterie mit einem kleinen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine kleinere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge der Batterien gleich sind, während die Antriebsquelle, die einer Batterie mit einem großen verbleibenden Ladungsbetrag entspricht, eine größere Ausgabe erzeugt als eine Ausgabe der Antriebsquelle in dem Fall, in welchem die verbleibenden Ladungsbeträge der Batterien gleich sind.
Gangunterstützungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei, wenn die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen vorbestimmten zwei Batterien unter der Mehrzahl der Batterien zunimmt, die Steuer-/Regeleinrichtung die zwei Antriebsquellen, welche den vorbestimmten zwei Batterien entsprechen, so steuert/regelt, dass die Differenz an elektrischer Energie zunimmt, die den zwei Antriebsquellen zugeführt wird.
Gangunterstützungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei, wenn ein Zustand, in welchem eine Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag zwischen zwei vorbestimmten Batterien unter der Mehrzahl der Batterien länger andauert, die Steuer-/Regeleinrichtung die zwei Antriebsquellen, welche den vorbestimmten zwei Batterien entsprechen, so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie zunimmt, welche den zwei Antriebsquellen zugeführt wird.
Gangunterstützungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei, wenn ein zeitabhängiger Änderungsbetrag einer Differenz im verbleibenden Ladungsbetrag zwischen vorbestimmten zwei Batterien unter der Mehrzahl der Batterien zunimmt, die Steuer-/Regeleinrichtung die zwei Antriebsquellen, welche den zwei vorbestimmten Batterien entsprechen, so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie zunimmt, die den zwei Antriebsquellen zugeführt wird.
Gangunterstützungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei in dem Fall, in welchem einer oder eine Mehrzahl der Antriebe, welcher/welche der Antriebsquelle entspricht/entsprechen, eines oder die Mehrzahl der Beinglieder antreibt/antreiben, und in dem Fall, in welchem eine Kraft, mit welcher jedes Beinglied das Sitzelement hoch drückt, oder eine Kraft, die individuelle Kräfte kombiniert, als eine resultierende Beinglied-Kraft definiert ist, die Steuer-/Regeleinrichtung vorbestimmte zwei Antriebsquellen unter der Mehrzahl der Antriebsquellen so steuert/regelt, dass die Differenz in der elektrischen Energie abnimmt, die den vorbestimmten zwei Antriebsquellen zugeführt wird, wenn ein Winkel zunimmt, der durch die einzelnen resultierenden Beinglied-Kräfte gebildet ist.
Gangunterstützungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei in dem Fall, in welchem die Differenz in dem verbleibenden Ladungsbetrag von vorbestimmten zwei Batterien unter der Mehrzahl der Batterien ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, die Steuer-/Regeleinrichtung die Mehrzahl der Antriebe auf der Grundlage eines Detektionsergebnis von dem Restbetrag-Detektor steuert/regelt.