JP2007054616A - Controller for walking assistance device - Google Patents

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JP2007054616A JP2006200203A JP2006200203A JP2007054616A JP 2007054616 A JP2007054616 A JP 2007054616A JP 2006200203 A JP2006200203 A JP 2006200203A JP 2006200203 A JP2006200203 A JP 2006200203A JP 2007054616 A JP2007054616 A JP 2007054616A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a walking assistance device capable of stably applying a desired lifting force for reducing weight to be born by user's legs to a user. <P>SOLUTION: The walking assistance device 1 is equipped with a receiving part 2 for receiving part of the body weight of the user A applied from the above and a pair of right and left leg links 3R, 3L connected to the receiving part 2 via first joints 10R, L. Foot sole mounting parts 15 at lower ends of respective leg links 3 are each mounted on the foot sole of each leg of the user A. Respective leg links 3 are connected to the receiving part 2 such that, among supporting forces acting on the leg links 3 from the floor side when respective legs of the user A are standing legs, the line of action of the supporting force transmitted from the third joint 14 of the leg links 3 to low thigh frames 13 passes, in a sagittal plane, from the third joints 14 to a specific point P positioned above the receiving part 2 within the width in the front-rear direction of the contact face between the receiving part 2 and the user A. The supporting force is controlled to a prescribed target value. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、利用者(人)の歩行を補助する歩行補助装置に関する。   The present invention relates to a walking assistance device that assists a user (person) in walking.

従来、この種の歩行補助装置としては、例えば特許文献1の図4に見られるものが知られている。この特許文献1の図4に見られるものは、利用者の胴体に背負わせたフレームから左右一対の脚リンクを延設して、その各脚リンクの下端部の足部材を利用者の足平に装着する。そして、フレームから利用者の股下に延設させたサドル状の支持部にユーザの体重の一部を支持しようとしている。各脚リンクは、フレーム寄りの第1関節(股関節に相当)と、中間部の第2関節(膝関節に相当)と、下端部の第3関節(足首関節に相当)とを備えている。
特開平7−112035号公報
Conventionally, as this type of walking assistance device, for example, the one shown in FIG. 4 of Patent Document 1 is known. In FIG. 4 of Patent Document 1, a pair of left and right leg links are extended from a frame carried on the user's torso, and the foot member at the lower end of each leg link is used as the foot of the user. Attach to. Then, a part of the user's weight is supported by a saddle-shaped support portion extending from the frame to the user's crotch. Each leg link includes a first joint (corresponding to a hip joint) close to the frame, a second joint (corresponding to a knee joint) at an intermediate portion, and a third joint (corresponding to an ankle joint) at the lower end.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-112035

前記特許文献1の図4に見られる如き構造の歩行補助装置では、各脚リンクの第1関節が、利用者の背面側に設けられている。このため、例えば各脚リンクの第2関節だけをアクチュエータにより駆動して、利用者の体重の一部を支えようとしても、利用者の背面側のフレームに作用する上向きの力と、利用者から支持部に作用する下向きの力とによって偶力が発生する。そして、この偶力により支持部が前下がり姿勢になってしまう。このため、利用者の支持部に対する接触箇所のずれを生じやすく、利用者の体重の一部を支持しつつ利用者に所望の持ち上げ力を安定に作用させることは実際にはできないと考えられる。なお、第1関節を駆動することで、上記偶力を打ち消すことは可能である。しかるに、その場合には、各脚リンクの第1関節および第2関節のアクチュエータの複雑な協調制御を必要とする。また、前記特許文献1のもので、支持部から利用者に持ち上げ力を作用させるとき、その持ち上げ力は、左右の脚リンクで分担することとなる。しかるに、特許文献1のものは、その持ち上げ力を各脚リンクに適切に分担させる技術を持たない。このため、利用者の各脚の動きに整合しない力が利用者の各脚に作用する恐れがあった。   In the walking assist device having the structure as shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the first joint of each leg link is provided on the back side of the user. For this reason, for example, even if only the second joint of each leg link is driven by the actuator to support a part of the weight of the user, the upward force acting on the frame on the back side of the user and the user Coupled force is generated by the downward force acting on the support portion. Then, due to this couple, the support portion is in a forward downward posture. For this reason, it is considered that it is difficult to cause a desired lifting force to act stably on the user while supporting a part of the weight of the user, easily causing a shift of the contact portion with respect to the support portion of the user. In addition, it is possible to cancel the couple by driving the first joint. However, in that case, complicated cooperative control of the actuators of the first joint and the second joint of each leg link is required. Moreover, in the thing of the said patent document 1, when making lifting force act on a user from a support part, the lifting force will be shared by the left and right leg links. However, the thing of patent document 1 does not have the technique which distributes the lifting force appropriately to each leg link. For this reason, there is a possibility that a force that does not match the movement of each leg of the user may act on each leg of the user.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、利用者がその脚で負担すべき重量を軽減するための所望の持ち上げ力を該利用者に安定に作用させることができる歩行補助装置を提供することを目的とする。さらに、その持ち上げ力を利用者の各脚に対応する脚リンクで適切に分担することができる歩行補助装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and provides a walking assist device capable of stably acting on a user a desired lifting force for reducing the weight that the user should bear on the leg. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a walking assistance device that can appropriately share the lifting force with leg links corresponding to each leg of the user.

かかる目的を達成するために、本発明の歩行補助装置の第1発明は、利用者の重量の一部を上方から受けるように利用者の両脚の付け根の間に配置される受け部と、該受け部にそれぞれ第1関節を介して連結された左右一対の大腿フレームと、各大腿フレームにそれぞれ第2関節を介して連結された左右一対の下腿フレームと、各下腿フレームにそれぞれ第3関節を介して連結されると共に前記利用者の左右の各脚の足平にそれぞれ装着され、前記利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、左側の前記第1関節、大腿フレーム、第2関節、下腿フレーム、第3関節および足平装着部により構成された左側脚リンクの関節のうちの第2関節を駆動する左用アクチュエータと、右側の前記第1関節、大腿フレーム、第2関節、下腿フレーム、第3関節および足平装着部により構成された右側脚リンクの関節のうちの第2関節を駆動する右用アクチュエータとを備え、各脚リンクの第2関節を前記アクチュエータにより駆動することにより前記受け部から利用者に上向きの持ち上げ力を作用させるようにした歩行補助装置であって、
前記利用者の各脚が立脚となるときに該脚に対応する脚リンクの第3関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線が、該脚リンクを利用者の矢状面で見たときに、該第3関節から、前記受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で該受け部の上方の位置に存する所定の点を通るように前記受け部に各脚リンクを連結し、
前記支持力を制御対象力として、該制御対象力が各脚リンク毎の所定の目標値になるように前記各アクチュエータを制御することにより前記持ち上げ力を利用者に作用させる手段を備えたことを特徴とする。
In order to achieve such an object, the first aspect of the walking assistance device of the present invention includes a receiving portion disposed between the bases of both legs of the user so as to receive a part of the weight of the user from above, A pair of left and right thigh frames connected to the receiving portion via a first joint, a pair of left and right thigh frames connected to each thigh frame via a second joint, and a third joint to each lower thigh frame, respectively. A pair of left and right foot mounting portions that are connected to each other and attached to the foot of each of the left and right legs of the user, and are grounded when each of the user's legs is a standing leg, and the first of the left side A left actuator that drives a second joint among the joints of the left leg link constituted by the joint, the thigh frame, the second joint, the lower leg frame, the third joint, and the foot mounting portion, and the right first joint and thigh Frame, second And a right actuator for driving a second joint among the joints of the right leg link constituted by a node, a lower leg frame, a third joint, and a foot mounting portion, and the second joint of each leg link is driven by the actuator A walking assist device adapted to cause an upward lifting force to act on the user from the receiving portion,
When the line of support force acting on the lower leg frame from the third joint of the leg link corresponding to the leg when each leg of the user becomes a standing leg, when the leg link is viewed in the sagittal plane of the user Further, each leg link is connected to the receiving portion from the third joint so as to pass through a predetermined point located above the receiving portion within the width in the front-rear direction of the contact surface between the receiving portion and the user. And
Means for causing the lifting force to act on the user by controlling each actuator so that the support force is a control target force and the control target force becomes a predetermined target value for each leg link. Features.

かかる第1発明によれば、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに伝達される支持力(ベクトル)は、該第3関節から、前記受け部と利用者との接触箇所の前後の方向の幅内で該受け部の上方に存する前記所定の点に向かって発生する。このため、利用者から前記受け部に付与される荷重(利用者の重量の一部に相当する重力)の作用線(利用者と受け部との接触面に分布する荷重の重心点を通る上下方向の線)と各脚リンクの第3関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線とのずれを十分に小さくできる。つまり、利用者から前記受け部に付与される荷重と各脚リンクの第3関節から下腿フレームに作用する支持力とによって受け部に発生する偶力を十分に小さくできる。この結果、利用者に対する受け部の位置あるいは姿勢を安定させることが可能となる。そして、本発明では、上記の如く、各脚リンクの第3関節から前記所定の点に向かう支持力を制御対象力とする。そして、該制御対象力が各脚リンク毎の所定の目標値になるように前記各アクチュエータを駆動することにより前記持ち上げ力を利用者に作用させる。これにより、利用者に所要の持ち上げ力を安定に作用させることが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the supporting force (vector) transmitted from the third joint of each leg link to the crus frame is from the third joint in the direction before and after the contact portion between the receiving portion and the user. It occurs toward the predetermined point existing above the receiving part within the width. For this reason, the line of action of the load (gravity corresponding to a part of the weight of the user) applied from the user to the receiving part (up and down passing through the center of gravity of the load distributed on the contact surface between the user and the receiving part) The deviation between the direction line) and the action line of the supporting force acting on the lower leg frame from the third joint of each leg link can be made sufficiently small. That is, the couple generated in the receiving portion by the load applied from the user to the receiving portion and the supporting force acting on the lower leg frame from the third joint of each leg link can be sufficiently reduced. As a result, it is possible to stabilize the position or posture of the receiving portion with respect to the user. In the present invention, as described above, the support force from the third joint of each leg link toward the predetermined point is set as the control target force. Then, the lifting force is applied to the user by driving the actuators so that the control target force becomes a predetermined target value for each leg link. Thereby, it becomes possible to make a required lifting force act on a user stably.

なお、本発明において、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに作用する支持力(ベクトル)は、利用者の重量の一部(受け部から利用者に作用させる持ち上げ力によって支えられる重量)と、歩行補助装置の全体重量から左右の各脚リンクの第3関節の下側の部分(足平装着部など)の重量を差し引いた重量(この重量は、一般には、歩行補助装置の全体重量にほぼ等しい)との総和を床に支えるためのトータルの支持力のうちの、各脚リンクの負担分に相当するものである。   In the present invention, the supporting force (vector) acting on the lower leg frame from the third joint of each leg link is a part of the weight of the user (weight supported by the lifting force acting on the user from the receiving portion). The weight obtained by subtracting the weight of the lower part of the third joint of each of the left and right leg links (such as the foot mounting portion) from the total weight of the walking assist device (this weight is generally the total weight of the walking assist device) This is equivalent to the share of each leg link out of the total support force for supporting the sum total on the floor.

かかる第1発明では、より具体的には、前記各脚リンクの第1関節は、該脚リンクが前記所定の点を揺動中心点として少なくとも前後方向に揺動自在となるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節であることが好ましい(第2発明)。   More specifically, in the first invention, the first joint of each leg link is configured such that the leg link is swingable at least in the front-rear direction with the predetermined point as a swing center point. It is preferable that the thigh frame is a joint that connects the thigh frame and the receiving portion (second invention).

あるいは、前記各脚リンクの第1関節は、該脚リンクが前後方向と左右方向とに揺動自在になるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節であると共に、少なくとも該脚リンクの前後方向の揺動中心点が、前記所定の点として前記受け部の上方に存するように構成されていることが好ましい(第3発明)。   Alternatively, the first joint of each leg link is a joint that connects the thigh frame of the leg link and the receiving portion so that the leg link can swing in the front-rear direction and the left-right direction, and at least It is preferable that the pivot center point in the front-rear direction of the leg link is located above the receiving portion as the predetermined point (third invention).

これらの第2発明、第3発明によれば、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに作用する支持力は、該脚リンクの第3関節から該脚リンクの大腿リンクの前後方向の揺動中心点(すなわち前記所定の点)に向かうベクトルとなる。そして、該脚リンクの前後方向の揺動中心点(以下、本欄では前後揺動中心点という)は、矢状面で見た時、受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で受け部の上方の位置に存することとなる。このため、例えば利用者から受け部への荷重の作用線が利用者の上体の前傾等により上記前後揺動中心点の前方にずれて前記受け部が前下がり姿勢になると、利用者から受け部への力の作用点が上記前後揺動中心点の下側で後方に変位する。ひいては、利用者から受け部への荷重の作用線が上記前後揺動中心点を通る状態に受け部の位置及び姿勢が自動的に収束しようとする。そして、利用者から受け部に付与される荷重の作用線が上記前後揺動中心点を通る状態では、この荷重と、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに伝達される支持力とが偶力を発生することが無いので、利用者に対する受け部の位置が安定する。このようにして、第2発明、あるいは第3発明によれば、利用者に対する受け部の位置ずれを防止することができる。ひいては、受け部から利用者への持ち上げ力を安定させることができる。なお、第3発明では、脚リンクの左右方向の揺動中心点は、受け部の上方および下方のいずれにあってもよい。   According to these second and third inventions, the support force acting on the lower leg frame from the third joint of each leg link is the swing of the leg link from the third joint of the leg link in the front-rear direction. The vector goes to the center point (that is, the predetermined point). The front-rear swing center point of the leg link (hereinafter referred to as the front-rear swing center point in this section) is the width in the front-rear direction of the contact surface between the receiving part and the user when viewed in the sagittal plane. It exists in the position above a receiving part. For this reason, for example, when the line of action of the load from the user to the receiving portion shifts forward of the front / rear swing center point due to the forward tilt of the upper body of the user and the receiving portion is in the forwardly lowered posture, the user The point of application of the force to the receiving portion is displaced rearward below the front / rear swing center point. As a result, the position and posture of the receiving portion tend to converge automatically in a state where the line of action of the load from the user to the receiving portion passes through the center point of front and rear oscillation. In a state where the line of action of the load applied from the user to the receiving portion passes through the center point of back-and-forth swing, the load and the supporting force transmitted from the third joint of each leg link to the lower leg frame are even. Since no force is generated, the position of the receiving portion relative to the user is stabilized. Thus, according to the 2nd invention or the 3rd invention, position shift of a receiving part to a user can be prevented. As a result, the lifting force from the receiving portion to the user can be stabilized. In the third invention, the swing center point of the leg link in the left-right direction may be above or below the receiving portion.

補足すると、第2発明では、第1関節は、例えば次のように構成される。すなわち、左右一対の円弧状または楕円弧状(楕円の周の一部の弧状)のガイドレールを、その円弧中心が前記受け部の上側に存するように該受け部に連結する。そして、このガイドレールに沿って揺動するように該ガイドレールに各脚リンクの大腿フレームを支持させることで、該第1関節を構成できる。また、第3発明では、例えば、上記各ガイドレールを、受け部に前後方向の軸ピンを介して連結し、この軸ピンの軸心まわりの該ガイドレールが揺動自在となるようにしておく。これにより、第3発明における第1関節を構成できる。   Supplementally, in the second invention, the first joint is configured as follows, for example. That is, a pair of left and right arc-shaped or elliptical arc-shaped guide rails (a part of the arc of the circumference of the ellipse) are connected to the receiving portion so that the center of the arc exists on the upper side of the receiving portion. The first joint can be configured by supporting the thigh frame of each leg link on the guide rail so as to swing along the guide rail. In the third aspect of the invention, for example, each of the guide rails is connected to the receiving portion via a shaft pin in the front-rear direction so that the guide rail around the axis of the shaft pin can swing. . Thereby, the 1st joint in the 3rd invention can be constituted.

また、前記第1〜第3発明では、前記左用アクチュエータおよび右用アクチュエータは、それぞれ前記第2関節よりも前記受け部寄りの箇所で前記大腿フレームに連結して設けられ、各アクチュエータの駆動力を前記第2関節に伝達する左右一対の動力伝達手段を備えることが好ましい(第4発明)。   In the first to third aspects of the invention, the left actuator and the right actuator are connected to the thigh frame at locations closer to the receiving part than the second joint, respectively, and the driving force of each actuator is It is preferable to include a pair of left and right power transmission means for transmitting to the second joint (fourth invention).

この第4発明によれば、重量が比較的大きなものとなる各アクチュエータが受け部寄りの箇所に設けられているので、歩行補助装置を装備した利用者の歩行運動時に、遊脚側のアクチュエータの運動に伴う慣性力を小さくすることができる。そのため、利用者の負担を軽減できる。なお、前記動力伝達手段としては、ワイヤやロッド、あるいは、流体が内部を通るチューブもしくはシャフトなどが挙げられる。   According to the fourth aspect of the invention, since each actuator having a relatively large weight is provided at a location near the receiving portion, the actuator of the free leg side actuator can be used during the walking motion of the user equipped with the walking assist device. The inertial force accompanying the movement can be reduced. Therefore, the burden on the user can be reduced. Examples of the power transmission means include a wire and a rod, or a tube or a shaft through which a fluid passes.

前記第1〜第4発明では、前記制御対象力の制御に関しては、より具体的には、前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第1力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、前記受け部から前記利用者に作用させる上向きの持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力を設定する目標持ち上げ力設定手段と、前記各脚リンクの下腿フレームの下端部との第3関節との間、または、各脚リンクの第3関節と足平装着部との間に介装された第2力センサと、前記第2力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、前記目標持ち上げ力と前記歩行補助装置のうちの各第2力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力との総和、または、前記目標持ち上げ力と該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力との総和を総目標持ち上げ力として決定する総目標持ち上げ力決定手段と、該総目標持ち上げ力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、前記総目標持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分とを決定する分配手段と、前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が0に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が0に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えることが好ましい(第5発明)。   In the first to fourth aspects of the invention, more specifically, regarding the control of the control target force, the pedaling force of each leg of the user is output from the first force sensor provided in each foot mounting portion. Treading force measuring means for measuring based on the detected force value, target lifting force setting means for setting a target lifting force that is a target value of upward lifting force that acts on the user from the receiving portion, and each leg link A second force sensor interposed between the lower joint of the lower leg frame and the third joint, or between the third joint of each leg link and the foot mounting portion, and the output of the second force sensor Control target force measuring means for measuring the support force actually acting on the lower leg frame from the third joint of each leg link as a control target force, the target lifting force, and the walking assist device Of the lower part of each of the second force sensors The sum of the support force for supporting the weight on the floor by subtracting the weight from the total weight of the walking assist device, or the sum of the support force for supporting the target lifting force and the entire weight of the walking assist device on the floor A total target lifting force determining means for determining the total target lifting force, and distributing the total target lifting force to each leg link in accordance with a ratio of the pedaling force of the left leg and the right leg of the user. A distribution means for determining a target share which is a target value of the left leg link and a target share which is a target value of the right leg link of the total target lifting force, and the left side Based on the control target force of the leg link and the target share of the left leg link, the left actuator is controlled so that the difference between the control target force of the left leg link and the target share approaches zero, and Right leg Actuator control means for controlling the right actuator based on the control target force of the right leg link and the target share of the right leg link so that the difference between the control target force of the right leg link and the target share approaches zero (5th invention).

この第5発明によれば、前記目標持ち上げ力設定手段で設定された目標持ち上げ力と前記歩行補助装置のうちの各第2力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量(以下、本欄では、この重量を重量Xという)を床に支えるための支持力との総和、または、前記目標持ち上げ力と該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力との総和が総目標持ち上げ力として決定される。この総目標持ち上げ力は、利用者から受け部に付与される荷重(持ち上げ力に釣り合う力)と、歩行補助装置の重量Xまたは全体重量に相当する重力との総和を両脚リンクもしくは一方の脚リンクで床に支えるために必用な支持力を意味する。なお、歩行補助装置の重量Xと全体重量とは、一般には、ほぼ等しい。   According to the fifth aspect of the present invention, the total weight of the walking assist device is calculated by using the target lifting force set by the target lifting force setting means and the total weight of the lower portion of each second force sensor in the walking assist device. The total of the support force for supporting the weight subtracted from the weight (hereinafter, this weight is referred to as weight X in this column) or the target lifting force and the total weight of the walking assist device for supporting the floor. The total with the support force is determined as the total target lifting force. This total target lifting force is the sum of the load applied by the user to the receiving portion (the force that balances the lifting force) and the weight corresponding to the weight X or the total weight of the walking assist device. This means the supporting force necessary to support the floor. In general, the weight X and the total weight of the walking assist device are substantially equal.

さらに、第5発明では、この総目標持ち上げ力が、前記踏力計測手段で計測された利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比率に応じて分配される。それにより、総持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの目標負担分と右側脚リンクの目標負担分とが決定される。この場合、前記踏力計測手段で計測された利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比率は、利用者が自身の体重を各脚でどのように床に支えようとしているかの意思を反映している。例えば右脚の踏力に対して左脚の踏力が大きければ、利用者は、主に右脚で自身の重さを支えようとしている。従って、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比率に応じて総目標持ち上げ力を歩行補助装置の各脚リンクに分配して各脚リンクの目標負担分を決定することにより、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように目標持ち上げ力を各脚リンクに分配できる。すなわち、利用者が望んでいる各脚の動作を反映している右脚の踏力と左側の踏力との比率に合わせて、右側脚リンクの目標負担分と左側脚リンクの目標負担分との比率を決定できる。なお、より具体的には、例えば右側脚リンクの目標持ち上げ負担分は、前記目標持ち上げ力に対する右側脚リンクの目標持ち上げ負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との総和に対する右側の踏力の割合と同じなるように決定すればよい。また、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分は、前記目標持ち上げ力に対する左側脚リンクの目標持ち上げ負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との総和に対する左側の踏力の割合と同じなるように決定すればよい。補足すると、左側脚リンクの目標負担分は、該左側脚リンクの前記制御対象力の目標値としての意味を持ち、右側脚リンクの目標負担分は、該右側脚リンクの前記制御対象力の目標値としての意味を持つ。   Further, in the fifth aspect, the total target lifting force is distributed according to the ratio of the pedaling force of the right leg and the pedaling force of the left leg measured by the pedaling force measuring means. Thereby, the target share of the left leg link and the target share of the right leg link in the total lifting force are determined. In this case, the ratio between the pedaling force of the user's right leg and the pedaling force of the left leg measured by the pedaling force measuring means indicates how the user intends to support his / her weight on the floor with each leg. Reflects. For example, if the pedaling force of the left leg is larger than the pedaling force of the right leg, the user tries to support his / her weight mainly by the right leg. Therefore, the total target lifting force is distributed to each leg link of the walking assist device according to the ratio of the pedaling force of the right leg and the left leg of the user, and the target share of each leg link is determined. The target lifting force can be distributed to each leg link so as to match the motion state of each leg desired by the person. That is, the ratio between the target burden for the right leg link and the target burden for the left leg link, in accordance with the ratio of the right leg treading force and the left treading force that reflects the desired movement of each leg. Can be determined. More specifically, for example, the target lifting burden of the right leg link is the ratio of the target lifting burden of the right leg link to the target lifting force between the pedaling force of the user's right leg and left leg. What is necessary is just to determine so that it may become the same as the ratio of the right pedaling force with respect to the sum total. The left leg link target lifting share is the ratio of the left leg link target lifting load to the target lifting force, and the ratio of the left pedaling force to the sum of the right leg pedaling force and the left leg pedaling force of the user. What is necessary is just to determine so that it may become. Supplementally, the target share of the left leg link has a meaning as the target value of the control target force of the left leg link, and the target share of the right leg link is the target of the control target force of the right leg link. It has meaning as a value.

そして、第5発明では、前記制御対象力計測手段により計測された左側脚リンクの制御対象力(左側脚リンクの第3関節から下腿フレームに実際に作用する支持力)と前記分配手段により決定された左側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が0に近づくように前記左用アクチュエータを制御する。同様に、前記制御対象力計測手段により計測された右側脚リンクの制御対象力(右側脚リンクの第3関節から下腿フレームに実際に作用する支持力)と前記分配手段により決定された右側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が0に近づくように前記右用アクチュエータを制御する。   In the fifth invention, the control target force of the left leg link measured by the control target force measuring means (the support force actually acting on the lower leg frame from the third joint of the left leg link) and the distribution means are determined. The left actuator is controlled so that the difference between the control target force of the left leg link and the target share approaches zero based on the target share of the left leg link. Similarly, the right leg link control target force (support force actually acting on the lower leg frame from the third joint of the right leg link) measured by the control target force measuring means and the right leg link determined by the distributing means The right actuator is controlled so that the difference between the control target force of the right leg link and the target share approaches zero based on the target share.

このように各アクチュエータを制御することで、各脚リンクの実際の負担分を目標負担分に確実に制御できる。また、このとき、受け部から利用者に作用する実際の持ち上げ力を前記目標持ち上げ力に制御できることとなる。   By controlling each actuator in this way, the actual burden on each leg link can be reliably controlled to the target burden. At this time, the actual lifting force acting on the user from the receiving portion can be controlled to the target lifting force.

これにより、第5発明では、歩行補助装置の重量を考慮しつつ、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように左右の脚リンクで総目標持ち上げ力を分担させながら、設定された目標持ち上げ力を適切に受け部から利用者に作用させることができる。その結果、利用者の各脚の負担をより効果的に軽減できる。   Thus, in the fifth aspect of the invention, the total target lifting force is shared by the left and right leg links so as to conform to the motion state of each leg desired by the user while considering the weight of the walking assist device. The target lifting force can be appropriately applied to the user from the receiving portion. As a result, the burden on each leg of the user can be more effectively reduced.

また、前記第1〜第4発明では、前記第5発明と別の形態として、前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第1力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、前記各脚リンクの下腿フレームの下端部と第3関節との間、または、各脚リンクの第3関節と足平装着部との間に介装された第2力センサと、該第2力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、前記利用者の各脚の踏力の総和である全踏力のうちの歩行補助装置により補助すべき力の、該全踏力に対する割合の目標値である目標アシスト割合を設定する目標アシスト割合設定手段と、該目標アシスト割合を前記利用者の各脚の踏力に乗じることにより、前記受け部から前記利用者に作用させるべき上向きの持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分とを決定する目標持ち上げ負担分決定手段と、前記歩行補助装置のうちの各第2力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力、または、該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、該支持力のうちの左側脚リンクの負担分と右側脚リンクの負担分とをそれぞれ各脚リンクの目標装置支持力負担分として決定する分配手段と、前記左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を左側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定すると共に、前記右側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を右側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する制御対象力目標値決定手段と、前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標値との差が0に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標値との差が0に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えるようにしてもよい(第6発明)。   In the first to fourth aspects of the invention, as a form different from the fifth aspect of the invention, the pedal force of each leg of the user is indicated by the output of the first force sensor provided on each foot mounting portion. A treading force measuring means for measuring based on the detected value is interposed between the lower end of the lower leg frame of each leg link and the third joint, or between the third joint of each leg link and the foot mounting portion. A control target force that measures the support force actually acting on the lower leg frame from the third joint of each leg link as a control target force based on the second force sensor and the force detection value indicated by the output of the second force sensor. A target assist ratio that sets a target assist ratio that is a target value of the ratio of the force to be assisted by the walking assist device out of the total pedaling force that is the sum of the pedaling force of each leg of the user and the measuring means. Setting means and the target assist ratio for each leg of the user; Of the upward lifting force to be applied to the user from the receiving portion by multiplying the pedaling force, the target lifting share that is the target value of the left leg link share and the target value of the right leg link share A target lifting share determining means for determining a target lifting share, and a weight obtained by subtracting the total weight of the lower part of each second force sensor of the walking assist device from the total weight of the walking assist device. The support force for supporting the floor on the floor or the support force for supporting the entire weight of the walking assist device on the floor is determined according to the ratio of the pedal force of the left leg and the right leg of the user. Distributing means for determining the share of the left leg link and the share of the right leg link of the support force as the share of the target device support force of each leg link by distributing to the links, and the left leg link Goals Determining the sum of the lifting load share and the target device supporting force share as a target value of the control target force of the left leg link, and the sum of the target lifting share of the right leg link and the target device supporting force share Based on the control target force target value determination means for determining the control target force of the right leg link, the control target force of the left leg link, and the target value of the control target force of the left leg link, The left actuator is controlled so that the difference between the control target force of the left leg link and the target value approaches zero, and based on the control target force of the right leg link and the target value of the control target force of the right leg link. The actuator control means for controlling the right actuator may be provided so that the difference between the control target force of the right leg link and the target value approaches zero (sixth invention).

この第6発明では、前記目標アシスト割合設定手段により設定された目標アシスト割合を前記踏力計測手段により計測された前記利用者の各脚の踏力に乗じることにより、前記受け部から前記利用者に作用させるべき上向きの持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの目標持ち上げ負担分とが決定される。すなわち、前記計測した利用者の左脚の踏力に目標アシスト割合を乗じることにより、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分が決定され、前記計測した利用者の右脚の踏力に目標アシスト割合を乗じることにより、右側脚リンクの目標持ち上げ負担分が決定される。なお、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの目標持ち上げ負担分との総和は、受け部から利用者に作用するトータルの持ち上げ力の目標値に相当する。これは、利用者の全踏力に前記目標アシスト割合を乗じた力にほぼ釣り合うものとなる。   In the sixth aspect of the present invention, the target assist ratio set by the target assist ratio setting means is multiplied by the pedaling force of each leg of the user measured by the pedaling force measuring means, thereby acting on the user from the receiving portion. Of the upward lifting force to be generated, a target lifting burden for the left leg link and a target lifting burden for the right leg link are determined. That is, by multiplying the measured user's left leg treading force by the target assist ratio, the target lifting burden for the left leg link is determined, and the measured user's right leg treading force is multiplied by the target assist ratio. Thus, the target lifting share for the right leg link is determined. The sum of the target lifting burden for the left leg link and the target lifting burden for the right leg link corresponds to the target value of the total lifting force acting on the user from the receiving portion. This substantially balances the force obtained by multiplying the total pedaling force of the user by the target assist ratio.

この場合、前記踏力計測手段で計測された利用者の右脚の踏力と左脚の踏力とは、前記第5発明に関して説明した如く、利用者が自身の全体重を各脚でどのように床に支えようとしているかの意思を反映している。従って、上記の如く各脚リンクの目標持ち上げ負担分を決定することにより、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように、受け部から利用者へのトータルの持ち上げ力の目標値(各脚リンクの目標持ち上げ負担分の総和)を各脚リンクに分配できる。   In this case, the pedaling force of the user's right leg and the pedaling force of the left leg measured by the pedaling force measuring means is as follows. It reflects the intention of supporting. Therefore, by determining the target lifting share of each leg link as described above, the target value of the total lifting force from the receiving part to the user so as to match the operating state of each leg desired by the user. (The sum of the target lifting burden for each leg link) can be distributed to each leg link.

さらに第6発明では、前記歩行補助装置のうちの各第2力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量(すなわち前記重量X)を床に支えるための支持力、または、該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力を、前記踏力計測手段により計測された前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配する。これにより、該支持力の目標値のうちの左側脚リンクの負担分と右側脚リンクの負担分とをそれぞれ各脚リンクの目標装置支持力負担分として決定する。すなわち、利用者が望んでいる各脚の動作を反映している右脚の踏力と左側の踏力との比率に合わせて、前記歩行補助装置の重量Xまたは全体重量を床に支えるための支持力(これは歩行補助装置の重量Xまたは全体重量に相当する重力に釣り合う力を意味する。以下、本欄では装置支持力という)が各脚リンクに分配されて各脚リンクの目標装置支持力負担分が決定される。なお、より具体的には、例えば右側脚リンクの目標装置支持力負担分は、前記装置支持力の目標値に対する右側脚リンクの目標装置支持力負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力の総和に対する右側の踏力の割合と同じなるように決定すればよい。同様に、左側脚リンクの目標装置支持力負担分は、前記装置支持力の目標値に対する左側脚リンクの目標装置支持力負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との総和に対する左脚の踏力の割合と同じになるように決定すればよい。   Furthermore, in the sixth aspect of the invention, the floor is supported by a weight obtained by subtracting the total weight of the lower part of each second force sensor from the total weight of the walking assist device (that is, the weight X). The supporting force or the supporting force for supporting the entire weight of the walking assist device on the floor is determined according to the ratio of the pedaling force of the left leg and the pedaling force of the right leg measured by the pedaling force measuring means. Distribute to each leg link. Thereby, the share of the left leg link and the share of the right leg link in the target value of the support force are determined as the target device support force share of each leg link, respectively. That is, the support force for supporting the weight X or the total weight of the walking assist device on the floor in accordance with the ratio of the pedaling force of the right leg and the pedaling force of the left leg reflecting the motion of each leg desired by the user. (This means the force that balances the gravity corresponding to the weight X of the walking assist device or the total weight. In the following, this device support force is distributed to each leg link) and the target device support force burden of each leg link is distributed. Minutes are determined. More specifically, for example, the target device supporting force share of the right leg link is the ratio of the target device supporting force share of the right leg link to the target value of the device supporting force, which is the pedaling force of the user's right leg And the ratio of the right pedaling force to the total pedaling force of the left leg. Similarly, the target device supporting force share of the left leg link is the ratio of the target device supporting force share of the left leg link to the target value of the device supporting force, and the pedaling force of the user's right leg and left leg It may be determined so as to be the same as the ratio of the pedal force of the left leg to the sum of.

そして、第6発明では、前記目標持ち上げ負担分決定手段により決定された左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と前記分配手段により決定された左側脚リンクの目標装置支持力負担分との総和を左側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する。同様に、前記目標持ち上げ負担分決定手段により決定された右側脚リンクの目標持ち上げ負担分と前記分配手段により決定された右側脚リンクの目標装置支持力負担分との総和を右側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する。補足すると、この第6発明における左側脚リンクの制御対象力の目標値と右側脚リンクの制御対象力の目標値とは、それぞれ前記第6発明における左側脚リンクの目標負担分、右側脚リンクの目標負担分に相当するものである。   In the sixth aspect of the present invention, the sum of the left leg link target lifting load determined by the target lifting load determining means and the left leg link target device supporting force share determined by the distributing means is the left leg link. The target value of the control target force of the link is determined. Similarly, the control of the right leg link is the sum of the target lifting burden of the right leg link determined by the target lifting burden determining means and the target device supporting force share of the right leg link determined by the distributing means. It is determined as the target value of the target force. Supplementally, the target value of the control target force of the left leg link and the target value of the control target force of the right leg link in the sixth invention are respectively the target share of the left leg link and the right leg link in the sixth invention. This is equivalent to the target share.

これにより、利用者が望んでいる各脚の動作を反映している右脚の踏力と左側の踏力との比率に合うようにして、各脚リンクの制御対象力の目標値が決定されることとなる。この場合、各脚リンクの制御対象力の目標値は、該脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との和である。従って、該制御対象力の目標値の両脚リンクについての総和は、受け部から利用者に作用させるべき持ち上げ力と歩行補助装置の前記重量Xまたは全体重量を床に支えるための支持力との総和に相当する。   As a result, the target value of the control target force of each leg link is determined so as to match the ratio of the right leg pedaling force and the left leg pedaling force reflecting the movement of each leg desired by the user. It becomes. In this case, the target value of the control target force of each leg link is the sum of the target lifting share of the leg link and the target device support force share. Therefore, the sum of the target value of the control target force for both leg links is the sum of the lifting force to be applied to the user from the receiving portion and the supporting force for supporting the weight X or the total weight of the walking assist device on the floor. It corresponds to.

さらに、第6発明では、前記制御対象力計測手段により計測された左側脚リンクの制御対象力と前記制御対象力目標値決定手段により決定された左側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標値との差が0に近づくように前記左用アクチュエータを制御する。同様に、前記制御対象力計測手段により計測された右側脚リンクの制御対象力と前記制御対象力目標値決定手段により決定された右側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標値との差が0に近づくように前記右用アクチュエータを制御する。   Further, in the sixth invention, based on the control target force of the left leg link measured by the control target force measuring means and the target value of the control target force of the left leg link determined by the control target force target value determining means. Thus, the left actuator is controlled so that the difference between the control target force of the left leg link and the target value approaches zero. Similarly, based on the control target force of the right leg link measured by the control target force measurement means and the target value of the control target force of the right leg link determined by the control target force target value determination means, the right leg link The right actuator is controlled so that the difference between the leg link control target force and the target value approaches zero.

これにより、各脚リンクの実際の制御対象力(これは利用者から受け部に実際に付与される荷重(受け部から利用者に実際に作用する上向きの持ち上げ力に釣り合う力)と、歩行補助装置の前記重量Xまたは全体重量とを支えるための総支持力に対する各脚リンクの実際の負担分に相当する)を、目標値に確実に制御できる。また、このとき、受け部から利用者に作用する実際の持ち上げ力を、利用者の全踏力に前記目標アシスト割合を乗じた力に相当する持ち上げ力に制御できることとなる。   As a result, the actual control target force of each leg link (this is the load that is actually applied from the user to the receiving portion (the force that balances the upward lifting force that actually acts on the user from the receiving portion) and the walking assistance (Corresponding to the actual burden of each leg link with respect to the total support force for supporting the weight X or the total weight of the device) can be reliably controlled to the target value. At this time, the actual lifting force acting on the user from the receiving portion can be controlled to a lifting force equivalent to a force obtained by multiplying the total pedaling force of the user by the target assist ratio.

これにより、第6発明では、歩行補助装置の重量を考慮しつつ、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように左右の脚リンクで、利用者の全体重に目標アシスト比を乗じた重量を支える持ち上げ力を分担させながら、その持ち上げ力を適切に受け部から利用者に作用させることができる。その結果、利用者の各脚の負担をより効果的に軽減できる。   Accordingly, in the sixth aspect of the invention, the target assist ratio is set to the total weight of the user with the left and right leg links so as to conform to the operation state of each leg desired by the user while considering the weight of the walking assist device. The lifting force can be appropriately applied to the user from the receiving portion while sharing the lifting force that supports the multiplied weight. As a result, the burden on each leg of the user can be more effectively reduced.

従って、第6発明によれば、利用者の各脚への装着部位を少なくしつつ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力を軽減すると共に、その軽減のための補助力(持ち上げ力)を利用者の各脚に対応する脚リンクで適切に分担することができる。   Therefore, according to the sixth aspect of the invention, while reducing the user's mounting site on each leg, the user himself / herself can reduce the force to be supported on the floor with the leg, and the auxiliary force (lifting force) for the reduction. ) Can be appropriately shared by leg links corresponding to each leg of the user.

補足すると、以上説明した第1〜第6発明では、前記受け部は、例えば利用者が該着座部を跨いで着座する(利用者の両脚の付け根の間に着座部を位置させて該着座部に着座する)ようなもの(例えばサドル状のもの)でよい。この場合、各脚リンクの第1関節は、受け部の下側に設けることが好ましい。また、各脚リンクの第1関節は、例えば各脚リンクの前後方向の揺動運動とを可能とするだけでなく、各脚リンクの内転・外転を可能とする2軸回りの回転自由度を持つ関節であることが好ましい。さらに、該第1関節は、上下方向の軸回りの各脚リンクの回転運動(各脚リンクの内旋・外旋運動)が可能となるようにして、3軸回りの回転自由度を持つ関節であってもよい。また、各脚リンクの第2関節は、例えば左右方向の1軸まわりの回転自由度を持つ関節でもよいが、直動型の関節でもよい。また、各脚リンクの第3関節は、3軸まわりの回転自由度を持つ関節であることが好ましいが、ピッチ方向を含む2軸回りの回転自由度を持つ関節であってもよい。また、前記各脚リンクの足平装着部は、例えば該足平装着部を装着する前記利用者の足平をそのつま先側から挿入する環状部材を備えると共に該環状部材を介して該脚リンクの第3関節に連結されていることが好ましい。   Supplementally, in the first to sixth inventions described above, the receiving portion is seated, for example, by the user straddling the seating portion (the seating portion is positioned between the bases of both legs of the user). (E.g., saddle-shaped). In this case, the first joint of each leg link is preferably provided below the receiving portion. Further, the first joint of each leg link, for example, allows not only the swinging motion of each leg link in the front-rear direction but also the free rotation about two axes that enables the inner and outer rotation of each leg link. It is preferable that the joint has a degree. Further, the first joint is a joint having a degree of freedom of rotation about three axes so that the rotation of each leg link about the vertical axis (internal rotation / external rotation of each leg link) is possible. It may be. The second joint of each leg link may be, for example, a joint having a degree of freedom of rotation about one axis in the left-right direction, or may be a direct acting joint. The third joint of each leg link is preferably a joint having a degree of freedom of rotation about three axes, but may be a joint having a degree of freedom of rotation about two axes including the pitch direction. Further, the foot mounting portion of each leg link includes, for example, an annular member for inserting the foot of the user who wears the foot mounting portion from the toe side of the leg link, and the leg link via the annular member. It is preferable that it is connected to the third joint.

また、各足平装着部の第1力センサは、例えば、前記利用者の各脚が立脚となるときに、その立脚の足平の底面と床との間に介在するように該足平装着部に設けられる。あるいは、例えば、各脚リンクの足平装着部が、前記環状部材を備える場合には、該環状部材の内側に、前記利用者の足平を支承する足平支承部材を該環状部材と非接触状態で配置する。そして、該足平支承部材を、該環状部材に第1力センサを介して吊設するようにする。   Further, the first force sensor of each foot mounting portion may be mounted on the foot so that, for example, when each leg of the user is a stance leg, the leg is interposed between the bottom surface of the foot of the stance leg and the floor. Provided in the section. Alternatively, for example, when the foot mounting portion of each leg link includes the annular member, a foot supporting member that supports the user's foot is not in contact with the annular member inside the annular member. Arrange in a state. Then, the foot support member is suspended from the annular member via the first force sensor.

本発明の第1実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。なお、この第1実施形態は、本願発明のうちの前記第1〜第5発明の実施形態である。   A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this 1st Embodiment is embodiment of the said 1st-5th invention among this invention.

まず、図1〜図3を参照して、本実施形態の歩行補助装置の構造を説明する。図1は該歩行補助装置1の側面図、図2は図1のII線矢視図、図3は図1のIII−III線断面図である。なお、これらの図1〜図3の歩行補助装置1は、それを利用者A(仮想線で示す)に装備して動作させた状態で示している。この場合、図示の利用者Aはほぼ直立姿勢で起立している。但し、図2では、歩行補助装置1の構造を判り易くするために、利用者Aは、その両脚を左右に開いた姿勢を採っている。   First, with reference to FIGS. 1-3, the structure of the walking assistance apparatus of this embodiment is demonstrated. 1 is a side view of the walking assist device 1, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. In addition, the walking assistance apparatus 1 of these FIGS. 1-3 is shown in the state which equipped and operated it to the user A (it shows with a virtual line). In this case, the illustrated user A stands up in an almost upright posture. However, in FIG. 2, in order to facilitate understanding of the structure of the walking assist device 1, the user A takes a posture in which both legs are opened to the left and right.

図1および図2を参照して、歩行補助装置1は、利用者Aの体重の一部を支持する(利用者が自身の脚(立脚)で支持する重量を自身の体重よりも軽減する)体重免荷アシスト装置である。この歩行補助装置1は、利用者Aが着座する着座部2と、この着座部2に連結された左右一対の脚リンク3L,3Rとを備えている。脚リンク3L,3Rは互いに同一構造である。なお、図1では、脚リンク3L,3Rは、同じ姿勢で利用者Aの左右方向(図1の紙面に垂直な方向)に並んでいる。この状態では、図面上、重なっている(左側の脚リンク3Lが図の手前側に位置している)。   With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the walking assist device 1 supports a part of the weight of the user A (the weight that the user supports with his / her own leg (standing leg) is less than the own body weight). It is a weight relief assist device. The walking assist device 1 includes a seating portion 2 on which a user A is seated, and a pair of left and right leg links 3L and 3R connected to the seating portion 2. The leg links 3L and 3R have the same structure. In FIG. 1, the leg links 3 </ b> L and 3 </ b> R are aligned in the left-right direction of the user A (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) with the same posture. In this state, they overlap in the drawing (the left leg link 3L is located on the front side of the drawing).

ここで、本明細書の実施形態の説明では、符号「R」は、利用者Aの右脚もしくは歩行補助装置1の右側の脚リンク3Rに関連するものという意味で使用し、符号「L」は、利用者Aの左脚もしくは歩行補助装置1の左側の脚リンク3Lに関連するものという意味で使用する。但し、左右を特に区別する必要が無いときは、符号R,Lをしばしば省略する。   Here, in the description of the embodiment of the present specification, the symbol “R” is used to mean that it relates to the right leg of the user A or the right leg link 3R of the walking assist device 1, and the symbol “L”. Is used to mean that it is related to the left leg of the user A or the left leg link 3L of the walking assist device 1. However, the symbols R and L are often omitted when it is not necessary to distinguish between left and right.

着座部2は、サドル状のものであり、利用者Aは着座部2を跨ぐようにして(着座部2を利用者Aの両脚の付け根の間に配置するようにして)該着座部2の上面(座面)に着座可能とされている。この着座により、着座部2には、その上方から利用者Aの体重の一部が付与されるようになっている。なお、着座部2は、本発明における受け部に相当するものである。   The seat 2 is saddle-shaped, so that the user A straddles the seat 2 (so that the seat 2 is placed between the bases of both legs of the user A). It can be seated on the upper surface (seat surface). By this sitting, a part of the weight of the user A is given to the seating portion 2 from above. The seat 2 corresponds to the receiving part in the present invention.

また、着座部2の前端部2fと後端部2rとは、図1に示す如く、上方側に突出されており、これにより、利用者Aの着座部2に対する着座位置(前後方向の位置)が着座部2の前端部2fと後端部2rとの間に規制されるようになっている。なお、着座部2の前端部2fは、図2に示す如く二股状に形成されている。   Further, as shown in FIG. 1, the front end 2f and the rear end 2r of the seating portion 2 protrude upward, so that the seating position (position in the front-rear direction) of the user A with respect to the seating portion 2 is achieved. Is regulated between the front end 2f and the rear end 2r of the seating portion 2. Note that the front end 2f of the seat 2 is formed in a bifurcated shape as shown in FIG.

各脚リンク3は、それぞれ着座部2の下面部に第1関節10を介して連結された大腿フレーム11と、この大腿フレーム11に第2関節12を介して連結された下腿フレーム13と、この下腿フレーム13に第3関節14を介して連結された足平装着部15とを備えている。   Each leg link 3 includes a thigh frame 11 connected to the lower surface of the seating portion 2 via a first joint 10, a crus frame 13 connected to the thigh frame 11 via a second joint 12, A foot mounting portion 15 connected to the lower leg frame 13 via a third joint 14 is provided.

各脚リンク3の第1関節10は、利用者Aの股関節に相当する関節であり、該脚リンク3の左右方向の軸回りの揺動運動(脚リンク3の前後方向の振り出し運動)と、前後方向の軸回りの揺動運動(内転・外転運動)とを可能とする関節である。この第1関節10は、着座部2の下側に配置されており、着座部2の下面部の前側寄りの箇所と後端箇所とで図1の一点鎖線で示す前後方向の軸心C上に同軸に配置された一対の軸ピン20f,20rと、この軸ピン20f,20rにそれぞれ回転自在に軸支されたブラケット21f,21rと、これらのブラケット21f,21rの下端部に固定された円弧状のガイドレール22と、このガイドレール22に沿って移動自在に該ガイドレール22に支承されたプレート23とを備えている。そして、このプレート23から斜め前方および下方に向かって前記大腿フレーム11が延設されている。該大腿フレーム11は大略ロッド状の部材であり、プレート23と一体に構成されている。   The first joint 10 of each leg link 3 is a joint corresponding to the hip joint of the user A, and the swinging motion of the leg link 3 about the left-right axis (the swinging motion of the leg link 3 in the front-rear direction), This is a joint that enables swinging motion (inner rotation / abduction motion) around the axis in the front-rear direction. The first joint 10 is disposed below the seating portion 2, and is located on a front-rear axis C indicated by a one-dot chain line in FIG. 1 at a location near the front side and a rear end location of the lower surface portion of the seating portion 2. A pair of shaft pins 20f and 20r arranged coaxially with each other, brackets 21f and 21r rotatably supported by the shaft pins 20f and 20r, and a circle fixed to the lower ends of these brackets 21f and 21r, respectively. An arc-shaped guide rail 22 and a plate 23 supported on the guide rail 22 so as to be movable along the guide rail 22 are provided. The thigh frame 11 extends from the plate 23 obliquely forward and downward. The thigh frame 11 is a substantially rod-shaped member, and is configured integrally with the plate 23.

各軸ピン20f,20rは、それぞれの両端部(前後端部)が着座部2の下面部に固定された軸受け24f,24rを介して該着座部2に固定されている。そして、ブラケット21fは、その上端部が軸ピン20fの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン20fに軸支され、該軸ピン20fの軸心Cまわりに回転自在とされている。同様に、ブラケット21rは、その上端部が軸ピン20rの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン20rに軸支され、該軸ピン20rの軸心Cまわりに回転自在とされている。従って、各第1関節10のガイドレール22は、ブラケット21f,21rと共に、軸ピン20f,20rの軸心Cを回転軸心として、揺動するようになっている。なお、本実施形態では、脚リンク3R,3Lのそれぞれの第1関節10R,10Lは、回転軸心Cを共通としており、軸ピン20f,20rを脚リンク3Rの第1関節10Rと脚リンク3Lの第1関節10Lとで共用している。すなわち、右側の第1関節10Rのブラケット21fRおよび左側の第1関節10Lのブラケット21fRは、いずれも共通の軸ピン20fに軸支され、右側の第1関節10Rのブラケット21rRおよび左側の第1関節10Lのブラケット21rLは、いずれも共通の軸ピン20rに軸支されている。   Each shaft pin 20f, 20r is fixed to the seating portion 2 via bearings 24f, 24r whose both ends (front and rear end portions) are fixed to the lower surface portion of the seating portion 2. The upper end portion of the bracket 21f is fitted to the outer periphery of the intermediate portion of the shaft pin 20f, is pivotally supported by the shaft pin 20f, and is rotatable about the axis C of the shaft pin 20f. Similarly, the upper end of the bracket 21r is fitted to the outer periphery of the intermediate portion of the shaft pin 20r, is pivotally supported by the shaft pin 20r, and is rotatable about the axis C of the shaft pin 20r. Accordingly, the guide rails 22 of the first joints 10 swing together with the brackets 21f and 21r about the axis C of the shaft pins 20f and 20r as the rotation axis. In the present embodiment, the first joints 10R and 10L of the leg links 3R and 3L have a common rotation axis C, and the shaft pins 20f and 20r are connected to the first joint 10R of the leg link 3R and the leg link 3L. The first joint 10L is shared. That is, the bracket 21fR of the right first joint 10R and the bracket 21fR of the left first joint 10L are both supported by the common shaft pin 20f, and the bracket 21rR of the right first joint 10R and the left first joint. All 10L brackets 21rL are pivotally supported by a common shaft pin 20r.

各脚リンク3の第1関節10のプレート23は、ガイドレール22の円弧を含む面に平行な姿勢で該ガイドレール22に近接して配置されている。このプレート23には、図1に示すように複数(例えば4個)の回転自在なローラ25を有するキャリア26が固定されている。そして、このキャリア26のローラ25がガイドレール22の上面(内周面)および下面(外周面)に同数づつ転動自在に係合されている。これにより、プレート23は、ガイドレール22に沿って移動自在とされている。この場合、ガイドレール22と着座部2との位置関係およびガイドレール22の円弧の半径は、ガイドレール22の円弧の中心点Pが、図1に示すように歩行補助装置1を矢状面で見たとき、着座部2と利用者Aとの接触面の前後方向の幅内で着座部2の上側に存在するように設定されている。該中心点Pは、本発明における所定の点に相当するものである。   The plate 23 of the first joint 10 of each leg link 3 is disposed adjacent to the guide rail 22 in a posture parallel to the plane including the arc of the guide rail 22. A carrier 26 having a plurality of (for example, four) rotatable rollers 25 is fixed to the plate 23 as shown in FIG. The same number of rollers 25 of the carrier 26 are engaged with the upper surface (inner peripheral surface) and the lower surface (outer peripheral surface) of the guide rail 22 so as to roll freely. Accordingly, the plate 23 is movable along the guide rail 22. In this case, the positional relationship between the guide rail 22 and the seating portion 2 and the radius of the arc of the guide rail 22 are such that the center point P of the arc of the guide rail 22 indicates that the walking assist device 1 is a sagittal plane as shown in FIG. When viewed, it is set so as to exist above the seating portion 2 within the width in the front-rear direction of the contact surface between the seating portion 2 and the user A. The center point P corresponds to a predetermined point in the present invention.

以上説明した第1関節10の構成により、プレート23と一体の大腿フレーム11は、利用者Aの前後方向の回転軸心Cのまわりに揺動自在とされている。この揺動運動により、各脚リンク3の内転・外転運動が可能とされる。また、プレート23と一体の大腿フレーム11は、前記中心点(所定の点)Pを通る左右方向の軸まわりに(より正確にはガイドレール22の円弧を含む面に垂直で中心点Pを通る軸まわりに)揺動自在とされている。この揺動運動により、各脚リンク3の前後の振り出し運動が可能とされる。なお、本実施形態では、第1関節10は、前後方向および左右方向の2軸まわりの回転運動を可能とする関節である。ただし、さらに、上下方向の軸まわりの回転運動(各脚リンク3の内旋・外旋運動)が可能なように(すなわち、3軸まわりの回転運動が可能なように)第1関節を構成してもよい。あるいは、第1関節は、左右方向の1軸まわりの回転運動だけを可能とする関節(各脚リンク3の前後の揺動運動だけを可能とする関節)であってもよい。   Due to the configuration of the first joint 10 described above, the thigh frame 11 integrated with the plate 23 can swing around the rotation axis C in the front-rear direction of the user A. By this swinging motion, the inner and outer motions of each leg link 3 are made possible. Further, the thigh frame 11 integrated with the plate 23 passes around the center point P around the axis in the left-right direction passing through the center point (predetermined point) P (more precisely, perpendicular to the plane including the arc of the guide rail 22). It can be swung freely (around the axis). By this swinging motion, the swinging motion of each leg link 3 forward and backward is made possible. In the present embodiment, the first joint 10 is a joint that enables rotational movement about two axes in the front-rear direction and the left-right direction. However, the first joint is configured so that it can rotate around the vertical axis (internal and external rotation of each leg link 3) (that is, it can rotate around three axes). May be. Alternatively, the first joint may be a joint that allows only a rotational movement around one axis in the left-right direction (a joint that enables only a swinging movement of each leg link 3 forward and backward).

また、各脚リンク3の第1関節10のプレート23は、図1に示す如く、歩行補助装置1を矢状面で見たとき、前記キャリア26の箇所から着座部2の後方側に向かって延在している。そして、このプレート23の後端部には、電動モータ27と、この電動モータ27のロータの回転角(所定の基準位置からの回転角)を検出する回転角検出手段としてのロータリエンコーダ28とが同軸に取り付けられている。本実施形態では、各脚リンク3の第1〜第3関節10,12,14のうちの第2関節12を駆動するようにしており、上記電動モータ27は、第2関節12を駆動するアクチュエータである。また、ロータリエンコーダ28は、第2関節12の変位量(回転角)を検出する変位量センサとしての機能を持つ。該ロータリーエンコーダが検出する回転角は、第2関節12の回転角(屈曲角度)を計測するために利用される。なお、左側脚リンク3Lの電動モータ27Lと、右側脚リンク3Rの電動モータ28Rとは、それぞれ本発明における左用アクチュエータ、右用アクチュエータに相当する。各アクチュエータは、油圧もしくは空圧アクチュエータを使用してもよい。また、各アクチュエータは、例えば着座部2の後部に適宜のブラケットを介して固定してもよい。あるいは、各アクチュエータを各脚リンク3の第2関節12に取り付けて、該第2関節12を直接的に駆動するようにしてもよい。また、第2関節12の変位量を検出する変位量センサは、各脚リンク3の第2関節12に直接的に取り付けてあってもよい。さらには、変位量センサは、ロータリエンコーダに代えて、ポテンショメータ等により構成してもよい。   Further, as shown in FIG. 1, the plate 23 of the first joint 10 of each leg link 3 is directed from the position of the carrier 26 toward the rear side of the seating portion 2 when the walking assist device 1 is viewed in the sagittal plane. It is extended. At the rear end of the plate 23, there is an electric motor 27 and a rotary encoder 28 as a rotation angle detecting means for detecting the rotation angle of the rotor of the electric motor 27 (rotation angle from a predetermined reference position). It is attached coaxially. In the present embodiment, the second joint 12 among the first to third joints 10, 12, and 14 of each leg link 3 is driven, and the electric motor 27 is an actuator that drives the second joint 12. It is. The rotary encoder 28 has a function as a displacement amount sensor that detects the displacement amount (rotation angle) of the second joint 12. The rotation angle detected by the rotary encoder is used to measure the rotation angle (bending angle) of the second joint 12. The electric motor 27L of the left leg link 3L and the electric motor 28R of the right leg link 3R correspond to the left actuator and the right actuator in the present invention, respectively. Each actuator may use a hydraulic or pneumatic actuator. Each actuator may be fixed to the rear part of the seating part 2 via an appropriate bracket, for example. Alternatively, each actuator may be attached to the second joint 12 of each leg link 3 so that the second joint 12 is directly driven. Further, the displacement amount sensor for detecting the displacement amount of the second joint 12 may be directly attached to the second joint 12 of each leg link 3. Furthermore, the displacement amount sensor may be constituted by a potentiometer or the like instead of the rotary encoder.

各脚リンク3の第2関節12は、利用者Aの膝関節に相当する関節であり、該脚リンク3の伸展・屈曲運動を可能とする関節である。この第2関節12は、大腿フレーム11の下端部と下腿フレーム13の上端部とを左右方向の軸心(より正確には、前記ガイドレール22の円弧を含む面に垂直な方向の軸心)を有する軸ピン29を介して連結し、その軸ピン29の軸心まわりに下腿フレーム13を大腿フレーム11に対して相対回転自在としている。なお、第2関節12には、大腿フレーム11に対する下腿フレーム13の回転可能範囲を規制する図示しないストッパが設けられている。   The second joint 12 of each leg link 3 is a joint corresponding to the knee joint of the user A, and is a joint that allows the leg link 3 to extend and bend. The second joint 12 has a horizontal axis between the lower end of the thigh frame 11 and the upper end of the lower leg frame 13 (more precisely, the axis in the direction perpendicular to the plane including the arc of the guide rail 22). The lower leg frame 13 is rotatable relative to the thigh frame 11 around the axis of the axis pin 29. The second joint 12 is provided with a stopper (not shown) that restricts the rotatable range of the crus frame 13 relative to the thigh frame 11.

各脚リンク3の下腿フレーム13は、該脚リンク3の第2関節12から斜め下方に延在する大略ロッド状のものである。この下腿フレーム13は、より詳しくは、第3関節14寄りの部分を構成する下部下腿フレーム13bと、この下部下腿フレーム13bよりも上側の部分を構成するロッド状の上部下腿フレーム13aとを、これらの間に力センサ30(これは本発明における第2力センサに相当する)を介在させて連結することで構成されている。下部下腿フレーム13bは、上部下腿フレーム13aに比して十分に短いものとされている。これにより、力センサ30は、第3関節14の近傍に配置されている。該力センサ30は、キスラーセンサ(登録商標)といわれる力センサであり、3軸の並進力(力センサ30の表面に垂直な軸方向の並進力と該表面に平行で且つ互いに直交する2つの軸方向の並進力)を検出する3軸力センサである。但し、本実施形態では、後述するように、検出される3軸の並進力のうちの2軸の並進力の検出値だけを利用する。従って、力センサ30を2軸の並進力を検出する2軸力センサで構成してもよい。   The lower leg frame 13 of each leg link 3 is generally rod-shaped and extends obliquely downward from the second joint 12 of the leg link 3. More specifically, the crus frame 13 includes a lower crus frame 13b constituting a portion near the third joint 14, and a rod-like upper crus frame 13a constituting a portion above the lower crus frame 13b. The force sensor 30 (this corresponds to the second force sensor in the present invention) is interposed between and connected to each other. The lower leg frame 13b is sufficiently shorter than the upper leg frame 13a. Thereby, the force sensor 30 is arranged in the vicinity of the third joint 14. The force sensor 30 is a force sensor referred to as a Kistler sensor (registered trademark), and includes three translational forces (two axial forces perpendicular to the surface of the force sensor 30 and two parallel to the surface and orthogonal to each other. This is a triaxial force sensor for detecting an axial translational force. However, in this embodiment, as described later, only the detected value of the biaxial translational force among the detected triaxial translational forces is used. Therefore, the force sensor 30 may be constituted by a biaxial force sensor that detects a biaxial translational force.

また、下腿フレーム13の上部下腿フレーム13aの上端部には、前記第2関節12の軸ピン29のまわりに該下腿フレーム13と一体に回転自在なプーリ31が固定されている。このプーリ31の外周部には、前記電動モータ27の回転駆動力を該プーリ31に伝達する駆動力伝達手段としての一対のワイヤ32a,32bの端部が固定されている。これらのワイヤ32a,32bは、プーリ31の外周部の直径方向に対向する2箇所からそれぞれ該プーリ31の接線方向に引き出されている。そして、ワイヤ32a,32bは、大腿フレーム11沿いに配管された図示しないゴム管(ワイヤの保護管)の中を通って、電動モータ27の回転駆動軸(図示省略)に連結されている。この場合、電動モータ27の回転駆動軸の正転によってワイヤ32a,32bの一方がプーリ31に巻き取られつつ他方がプーリ31から引きだされ、また、電動モータ27の回転駆動軸の逆転によってワイヤ32a,32bの他方がプーリ31に巻き取られつつ一方がプーリ31から引き出されるようにこれらのワイヤ32a,32bに電動モータ27から張力が付与されるようになっている。これにより、電動モータ27の回転駆動力がワイヤ32a,32bを介してプーリ31に伝達され、該プーリ31が回転駆動される(該プーリ31を固定した下腿フレーム13が大腿フレーム11に対して第2関節12の軸ピン29の軸心まわりに回転する)ようになっている。   A pulley 31 is fixed to the upper end of the upper crus frame 13 a of the crus frame 13 so as to be rotatable integrally with the crus frame 13 around the shaft pin 29 of the second joint 12. Fixed to the outer peripheral portion of the pulley 31 are ends of a pair of wires 32 a and 32 b as driving force transmitting means for transmitting the rotational driving force of the electric motor 27 to the pulley 31. These wires 32 a and 32 b are drawn in the tangential direction of the pulley 31 from two locations facing each other in the diameter direction of the outer peripheral portion of the pulley 31. The wires 32 a and 32 b pass through a rubber tube (wire protection tube) (not shown) piped along the thigh frame 11 and are connected to a rotation drive shaft (not shown) of the electric motor 27. In this case, one of the wires 32 a and 32 b is wound around the pulley 31 by the normal rotation of the rotation drive shaft of the electric motor 27 and the other is pulled out from the pulley 31. Tension is applied to the wires 32 a and 32 b from the electric motor 27 so that the other of the wires 32 a and 32 b is wound around the pulley 31 and the other is pulled out from the pulley 31. Thereby, the rotational driving force of the electric motor 27 is transmitted to the pulley 31 via the wires 32a and 32b, and the pulley 31 is rotationally driven (the lower leg frame 13 to which the pulley 31 is fixed is The shaft pin 29 of the two joints 12 is rotated about the axis).

なお、下腿フレーム13の下部下腿フレーム13bの下端部は、図3に示す如く、二股状に形成された2股状に形成された二股部13bbとなっている。   In addition, the lower end part of the lower leg frame 13b of the lower leg frame 13 is a bifurcated portion 13bb formed in a bifurcated shape, as shown in FIG.

各脚リンク3の第3関節14は、利用者Aの足首関節に相当する関節である。この第3関節14は、本実施.形態では、図3に示す如く、3軸まわりの回転を可能とするフリージョイント33(図3参照)により構成され、このフリージョイント33が下腿フレーム13の下部下腿フレーム13bの前記二股部13bbに介装されて、該下腿フレーム13の下端部(二股部13bb)と足平装着部15の上部の連結部34とを連結している。これにより、足平装着部15は、下腿フレーム13に対して3自由度の回転が可能となっている。なお、足平装着部15の前後方向の軸まわりの回転に関しては、その回転可能範囲が下腿フレーム13の二股部13bbによって規制されるようになっている。   The third joint 14 of each leg link 3 is a joint corresponding to the ankle joint of the user A. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the third joint 14 is constituted by a free joint 33 (see FIG. 3) that can rotate around three axes. It is interposed in the bifurcated portion 13bb of the crus frame 13b, and connects the lower end portion (bifurcated portion 13bb) of the crus frame 13 and the connecting portion 34 on the upper part of the foot mounting portion 15. As a result, the foot mounting portion 15 can rotate with respect to the crus frame 13 with three degrees of freedom. Note that the rotation range of the foot mounting portion 15 around the axis in the front-rear direction is regulated by the bifurcated portion 13bb of the lower leg frame 13.

各脚リンク3の足平装着部15は、利用者Aの各足平に履かせる靴35と、この靴35の内部に収容されて上端部が前記連結部34に固定された鐙形状の環状部材36とを備えている。環状部材36は、図3に示す如く、その平坦な底板部を靴35の内部の底面に当接させ、且つその底板部の両端に連なる湾曲部を靴35の横断面沿いの側壁に当接させるようにして靴35の内部に収容されている。また、靴35の内部には、靴35の内部の底面と環状部材36の底板部とを覆うようにして可撓性の中敷部材37(図1では図示省略)が挿入されている。なお、連結部34は、靴35の靴紐装着部の開口を介して靴35の内部に挿入されている。   The foot mounting portion 15 of each leg link 3 includes a shoe 35 to be worn on each foot of the user A, and a hook-shaped annular member housed inside the shoe 35 and having an upper end fixed to the connecting portion 34. And a member 36. As shown in FIG. 3, the annular member 36 has its flat bottom plate abutted against the inner bottom surface of the shoe 35, and curved portions connected to both ends of the bottom plate abutd against the side wall along the cross section of the shoe 35. It is accommodated inside the shoe 35 as described above. A flexible insole member 37 (not shown in FIG. 1) is inserted into the shoe 35 so as to cover the bottom surface of the shoe 35 and the bottom plate portion of the annular member 36. The connecting portion 34 is inserted into the shoe 35 through the opening of the shoelace mounting portion of the shoe 35.

利用者Aの各足平に各脚リンク3の足平装着部15を装着するときには、その足平のつま先側の部分を、環状部材36の内部を通し、且つ、該足平の底面に前記中敷部材37を敷くようにして、靴35の履き口から利用者Aの足平を靴35の内部に挿入し、さらに靴紐を締め付けることで、該足平に足平装着部15が装着されるようになっている。   When the foot mounting portion 15 of each leg link 3 is mounted on each foot of the user A, the toe side portion of the foot is passed through the inside of the annular member 36 and the bottom surface of the foot is The foot mounting portion 15 is attached to the foot by inserting the foot of the user A into the shoe 35 through the mouth of the shoe 35 so that the insole member 37 is laid and further tightening the shoelace. It has come to be.

また、足平装着部15の中敷部材37の下面には、靴35の前部側の箇所(環状部材36の底板部よりも前側の箇所)と後側の箇所(環状部材36の底板部よりも後側の箇所)とに力センサ38,39が取り付けられている。前側の力センサ38は、足平装着部15を装着した利用者Aの足平のMP関節(中趾節関節)のほぼ直下に存するように配置されている。また、後側の力センサ39は、該足平の踵のほぼ直下に存するように配置されている。これらの力センサ38,39は、本実施形態では、足平装着部15の底面(接地面)に垂直な方向(利用者Aの脚が立脚となる状態ではほぼ床面に垂直な方向)の並進力を検出する1軸力センサである。以降、力センサ36,37をそれぞれMPセンサ38、踵センサ39という。なお、MPセンサ38、踵センサ39は、それらを合わせて、本発明における第1力センサを構成する。ここで、中敷部材37は、必ずしも剛体板である必用はなく、柔軟な(可撓性の)材質で構成してもよい。中敷部材37を柔軟な材質で構成した場合には、その下面側に複数の第1力センサを設けることで、利用者Aの足平の底面の各部にかかる力を精度良く検出することができる。一方、中敷部材37を剛体板で構成した場合には、利用者Aの足平全体による踏力を検出し易くなる。このため、中敷部材37の下面側に設置する第1力センサの個数を減らすことができる。   In addition, on the lower surface of the insole member 37 of the foot mounting portion 15, a location on the front side of the shoe 35 (location on the front side of the bottom plate portion of the annular member 36) and a location on the rear side (the bottom plate portion of the annular member 36). The force sensors 38 and 39 are attached to the rear side portion). The front-side force sensor 38 is disposed so as to be almost directly below the MP joint (medium joint joint) of the foot of the user A wearing the foot mounting portion 15. Further, the rear side force sensor 39 is disposed so as to be almost directly below the foot heel. In the present embodiment, these force sensors 38 and 39 are in a direction perpendicular to the bottom surface (grounding surface) of the foot mounting portion 15 (in a state where the legs of the user A are standing legs, the direction is substantially perpendicular to the floor surface). It is a uniaxial force sensor that detects a translational force. Hereinafter, the force sensors 36 and 37 are referred to as an MP sensor 38 and a heel sensor 39, respectively. The MP sensor 38 and the heel sensor 39 together constitute a first force sensor in the present invention. Here, the insole member 37 does not necessarily have to be a rigid plate, and may be made of a soft (flexible) material. When the insole member 37 is made of a flexible material, by providing a plurality of first force sensors on the lower surface side of the insole member 37, it is possible to accurately detect the force applied to each part of the bottom surface of the user A's foot. it can. On the other hand, when the insole member 37 is formed of a rigid plate, it is easy to detect the pedaling force of the user A's entire foot. For this reason, the number of first force sensors installed on the lower surface side of the insole member 37 can be reduced.

以上が本実施形態の歩行補助装置1の構造的な構成である。補足すると、利用者Aの各足平に各足平装着部15を装着し、また、後述するように歩行補助装置1を動作させつつ(電動モータ27により第2関節12を駆動しつつ)利用者Aが着座部2に着座した状態では、その利用者Aおよび歩行補助装置1を前額面で見たとき(利用者Aの正面側から見たとき)、例えば左側脚リンク3Lの大腿フレーム11Lは、利用者Aの左脚の内側面沿いに延在し(図2参照)、該第2リンク11Lの下端部の第2関節12Lも該左脚の内側に位置する。そして、図示を省略するが、この第2関節12Lに連なる下腿フレーム13Lは、前額面で見たとき、下腿フレーム13Lの上部(上部下腿フレーム13Lの上部)が第2関節12Lから利用者Aの左脚の内側面沿いに延在する。そして、下腿フレーム13Lの下側の部分が徐々に湾曲しつつ、該左脚の脛の前側で該左脚の足平の甲の直上に至るように形成されている。右側脚リンク3Rについても同様である。   The above is the structural configuration of the walking assist device 1 of the present embodiment. Supplementally, each foot mounting portion 15 is mounted on each foot of the user A, and the walking assist device 1 is operated as described later (while the second joint 12 is driven by the electric motor 27). In a state where the person A is seated on the seating portion 2, when the user A and the walking assist device 1 are viewed on the front face (when viewed from the front side of the user A), for example, the thigh frame 11L of the left leg link 3L Extends along the inner surface of the left leg of the user A (see FIG. 2), and the second joint 12L at the lower end of the second link 11L is also located inside the left leg. Although not shown in the drawing, the lower leg frame 13L connected to the second joint 12L has the upper part of the lower leg frame 13L (the upper part of the upper lower leg frame 13L) from the second joint 12L as viewed from the front face. It extends along the inner surface of the left leg. The lower portion of the lower leg frame 13L is gradually curved and is formed so as to reach directly above the foot of the left leg on the front side of the shin of the left leg. The same applies to the right leg link 3R.

また、通常的な体型の利用者Aが直立姿勢で起立したとき、各脚リンク3の第2関節12が図1に示す如く利用者Aの脚よりも前方に突き出るようになっている。すなわち、大腿フレーム11の長さと下腿フレーム13の長さとは、それらの長さの和が通常的な体型の利用者Aの脚の股下寸法よりも多少長いものになるように設定されている。このような大腿フレーム11および下腿フレーム13の長さの設定と、上述の第2関節12に設けられたストッパとによって、大腿フレーム11および下腿フレーム13が一直線となってしまう特異点状態や、大腿フレーム11および下腿フレーム13が図1に示す状態とは逆に屈曲した状態が生じないようになっている。この結果、各脚リンク3の特異点状態や逆屈曲状態に起因して、歩行補助装置1の制御が不能となってしまうことが防止される。   When the user A having a normal body stands in an upright posture, the second joints 12 of the leg links 3 protrude forward from the legs of the user A as shown in FIG. That is, the length of the thigh frame 11 and the length of the lower leg frame 13 are set so that the sum of the lengths is slightly longer than the crotch dimension of the leg of the user A having a normal body shape. Due to the setting of the lengths of the thigh frame 11 and the crus frame 13 and the stopper provided in the second joint 12 described above, a singular point state where the thigh frame 11 and the crus frame 13 are aligned, The state where the frame 11 and the lower leg frame 13 are bent opposite to the state shown in FIG. 1 does not occur. As a result, it is possible to prevent the walking assist device 1 from being disabled due to the singular point state or the reverse bending state of each leg link 3.

なお、各脚リンク3の第2関節は、直動型の関節であってもよい。   The second joint of each leg link 3 may be a direct acting joint.

以上の如く構成された歩行補助装置1では、詳細は後述するが、利用者Aの各脚の足平に足平装着部15を装着した状態で、各電動モータ27により各第2関節12のトルクを発生させることで、着座部2から利用者Aに上向きの持ち上げ力を作用させる。このとき、例えば利用者Aの両脚を立脚(利用者Aの体重を支えようとする脚)として起立している状態(いわゆる両脚支持期の状態)では、両足平装着部15,15が床に接地し、そのそれぞれの接地面に床反力が作用する。各足平装着部15の接地面に作用する床反力は、それらの合力が、利用者Aに作用する重力と歩行補助装置1に作用する重力との和に釣り合うような床反力、すなわち、利用者Aと歩行補助装置1とを合わせた全重量を床に支えるための力(並進力。以下のこの力を全支持力という)である。なお、利用者Aの脚が歩行補助装置1の脚リンク3と共に歩行運動をしているときには、全支持力には、より正確には、利用者Aおよび歩行補助装置1の遊脚の運動によって発生する慣性力を支える力も加わるが、本実施形態の歩行補助装置1では、重量の大きな電動モータ27(アクチュエータ)およびエンコーダ28が各脚リンク3の膝付近ではなく、腰付近に配置されている。また、各脚リンク3の、利用者Aに拘束(装着)される部分は足平装着部15だけなので、利用者Aへの装着部材が少なく、各脚リンク3が軽量なものとなっている。このため、歩行補助装置1の遊脚の運動に伴う上記慣性力は十分に小さいものとなっている。   In the walking assist device 1 configured as described above, as will be described in detail later, each electric motor 27 causes each of the second joints 12 to be mounted with the foot mounting portion 15 mounted on the foot of each leg of the user A. By generating torque, an upward lifting force is applied to the user A from the seating portion 2. At this time, for example, in a state where both legs of the user A are standing up (legs that support the weight of the user A) (a so-called both-leg supporting period), both foot mounting portions 15 and 15 are placed on the floor. A ground reaction force acts on each grounding surface. The floor reaction force acting on the ground contact surface of each foot mounting portion 15 is a floor reaction force such that the resultant force balances the sum of the gravity acting on the user A and the gravity acting on the walking assist device 1, that is, The force for supporting the total weight of the user A and the walking assist device 1 on the floor (translational force. This force is referred to as the total support force below). When the leg of the user A is walking together with the leg link 3 of the walking assist device 1, the total support force is more accurately determined by the movement of the free leg of the user A and the walking assist device 1. Although the force which supports the inertial force which generate | occur | produces is also added, in the walking auxiliary device 1 of this embodiment, the heavy electric motor 27 (actuator) and the encoder 28 are arrange | positioned not near the knee of each leg link 3, but near the waist. . Moreover, since the part restrained (mounted) by the user A of each leg link 3 is only the foot mounting part 15, there are few mounting members to the user A and each leg link 3 is lightweight. . For this reason, the said inertia force accompanying the exercise | movement of the free leg of the walking assistance apparatus 1 is a thing small enough.

この場合、本実施形態の歩行補助装置1では、その両足平装着部15,15だけが利用者Aに装着されて拘束されている。また、各足平装着部15には前記環状リンク部材36が備えられている。このため、歩行補助装置1に作用する重力と該歩行補助装置1が着座部2を介して利用者Aから受ける荷重(下向きの並進力)とは、利用者Aにはほとんど作用せずに、両脚リンク3,3から両足平装着部15,15の環状リンク部材36,36を経由して床面に作用する。   In this case, in the walking assist device 1 of the present embodiment, only the both foot mounting portions 15 and 15 are mounted and restrained by the user A. Each foot mounting portion 15 is provided with the annular link member 36. For this reason, the gravity acting on the walking assistance device 1 and the load (downward translational force) that the walking assistance device 1 receives from the user A via the seating portion 2 hardly act on the user A, It acts on the floor surface from the both leg links 3 and 3 via the annular link members 36 and 36 of the both foot mounting portions 15 and 15.

従って、歩行補助装置1の両脚リンク3,3には、前記全支持力のうち、歩行補助装置1に作用する重力と該歩行補助装置1が着座部2を介して利用者Aから受ける荷重とを支えるための支持力が作用する。この支持力を歩行補助装置1が両脚リンク3,3を介して負担することとなる。以下、このように歩行補助装置1が負担する支持力を補助装置負担支持力という。該補助装置負担支持力は、換言すれば、歩行補助装置1の全体の重量と着座部2が利用者Aから受ける荷重に相当する重量(利用者Aの体重の一部)とを床に支えるための支持力である。なお、利用者Aの両脚が立脚であるとき(歩行補助装置1の両足平装着部15が接地しているとき)は、前記補助装置負担支持力を両脚リンク3,3で分担して負担する(補助装置負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚リンク3で負担し、残部の支持力を他方の脚リンク3で負担する)こととなる。また、利用者Aの一方の脚だけが立脚であるとき(他方の脚が遊脚であるとき)には、前記補助装置負担支持力の全てを立脚側の脚リンク3で負担することとなる。以降、補助装置負担支持力のうちの、各脚リンク3で負担する支持力(各脚リンク3に作用する支持力)を脚リンク支持力と言い、右側脚リンク3で負担する支持力を右側脚リンク支持力、左側脚リンク3で負担する支持力を左側脚リンク支持力と言う。左側脚リンク支持力と右側脚リンク支持力との総和は補助装置負担支持力に一致する。   Therefore, both the leg links 3 and 3 of the walking assistance device 1 include the gravity acting on the walking assistance device 1 and the load received by the walking assistance device 1 from the user A via the seating portion 2 out of the total supporting force. Supporting force to support The walking assist device 1 bears this supporting force via the both leg links 3 and 3. Hereinafter, the support force borne by the walking assist device 1 in this way is referred to as an assist device burden support force. In other words, the auxiliary device burden supporting force supports the entire weight of the walking auxiliary device 1 and the weight corresponding to the load received by the seat A 2 from the user A (part of the weight of the user A) on the floor. It is a support force for. When both legs of the user A are standing legs (when the both foot mounting portions 15 of the walking assistance device 1 are in contact with the ground), the auxiliary device burden supporting force is shared by both the leg links 3 and 3. (A part of the support force of the auxiliary device burden support force is borne by one leg link 3 and the remaining support force is borne by the other leg link 3). Further, when only one leg of the user A is a standing leg (when the other leg is a free leg), all of the auxiliary device burden supporting force is borne by the leg link 3 on the standing leg side. . Hereinafter, the support force borne by each leg link 3 (the support force acting on each leg link 3) of the auxiliary device burden support force is referred to as the leg link support force, and the support force borne by the right leg link 3 is the right side. The leg link support force and the support force borne by the left leg link 3 are referred to as the left leg link support force. The sum of the left leg link support force and the right leg link support force coincides with the auxiliary device burden support force.

一方、利用者Aの両脚には、前記全支持力から前記補助装置負担支持力を差し引いた分の支持力が床面側から作用し、この支持力を利用者Aがその脚で負担することとなる。以下、このように利用者Aが負担する支持力を利用者負担支持力という。該利用者負担支持力は、換言すれば、利用者Aの体重から、利用者Aが歩行補助装置1の着座部2に作用させる荷重に相当する重量を差し引いた重量を床に支えるための支持力である。なお、利用者Aの両脚が立脚であるときは、前記利用者負担支持力を利用者Aの両脚で分担して負担する(利用者負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚で負担し、残部の支持力を他方の脚で負担する)こととなる。また、利用者Aの一方の脚だけが立脚であるときには、前記利用者負担支持力の全てを該一方の脚で負担することとなる。以降、利用者負担支持力のうちの、各脚で負担する支持力(各脚に床面側から作用する支持力)を利用者脚支持力と言い、右脚で負担する支持力を利用者右脚支持力、左脚で負担する支持力を利用者左脚支持力と言う。利用者左脚支持力と利用者右脚支持力との総和は利用者負担支持力に一致する。また、利用者Aが自身を支えるために各脚の足平を床面側に押し付ける力を該脚の踏力という。各脚の踏力は、上記利用者脚支持力に釣り合う力である。   On the other hand, on both legs of the user A, the support force obtained by subtracting the auxiliary device burden support force from the total support force acts from the floor side, and the user A bears the support force on the legs. It becomes. Hereinafter, the support force borne by the user A in this way is referred to as the user support force. In other words, the user-bearing support force is a support for supporting the weight, which is obtained by subtracting the weight corresponding to the load that the user A acts on the seating portion 2 of the walking assist device 1 from the weight of the user A. It is power. When both legs of the user A are standing legs, the user burden support force is shared by both legs of the user A (part of the user burden support force is supported by one leg). And the remaining leg is borne by the other leg). Further, when only one leg of the user A is a standing leg, all of the user burden supporting force is borne by the one leg. Hereinafter, of the user-borne support force, the support force borne by each leg (the support force acting on each leg from the floor side) is referred to as the user leg support force, and the support force borne by the right leg is the user. The right leg support force and the support force borne by the left leg are called the user left leg support force. The sum of the user left leg support force and the user right leg support force coincides with the user burden support force. In addition, the force that the user A presses the foot of each leg against the floor in order to support himself / herself is referred to as the stepping force of the leg. The pedaling force of each leg is a force that balances the user leg support force.

補足すると、各脚リンク3に備えた力センサ30は、第3関節14の上側に設けられているので、該脚リンク3に係わる脚リンク支持力から、該脚リンク3の力センサ30の下側の部分(足平装着部15など)の重量を支えるための支持力を差し引いた支持力が該力センサ30に作用する。その作用する支持力の3軸方向の成分(あるいは2軸方向の成分)が該力センサ30で検出される。換言すれば、各力センサ30に作用する力(これは本発明における制御対象力に相当する)は、歩行補助装置1の全体の重量から各力センサ30の下側の部分の重量の総和を差し引いた重量と、利用者Aから着座部2に付与される荷重に相当する重量とを支えるためのトータルの支持力のうちの、該力センサ30を備えた脚リンク3での負担分に相当する。また、両力センサ30,30でそれぞれ検出される支持力の総和が、歩行補助装置1の全体の重量から各力センサ30の下側の部分の重量の総和を差し引いた重量と、利用者Aから着座部2に付与される荷重に相当する重量とを支えるためのトータルの支持力に一致する(以降、力センサ30を支持力センサ30という)。なお、歩行補助装置1の各支持力センサ30の下側の部分の重量の総和は、歩行補助装置1の全体の重量に比して十分に小さい。このため、各支持力センサ30に作用する支持力は、前記脚リンク支持力にほぼ等しい。さらに、各支持力センサ30は、それを備えた脚リンク3の第3関節14に近接して設けられている。このため、該支持力センサ30に作用する支持力は、該脚リンク3の第3関節14から下腿フレーム13に作用する並進力(脚リンク支持力のうち、下腿フレーム13に床側から第3関節14を介して伝達される支持力)にほぼ等しい。以降、各支持力センサ30に作用する支持力、あるいは各脚リンク3の第3関節14から下腿フレーム13に作用する並進力の、両脚リンク3,3についての総和を総持ち上げ力と言う。また、この総持ち上げ力のうちの各脚リンク3の負担分を総持ち上げ力負担分と言う。   Supplementally, since the force sensor 30 provided in each leg link 3 is provided on the upper side of the third joint 14, the force sensor 30 of the leg link 3 is detected from the leg link supporting force related to the leg link 3. A support force obtained by subtracting a support force for supporting the weight of the side portion (eg, foot mounting portion 15) acts on the force sensor 30. The force sensor 30 detects a component in the triaxial direction (or a component in the biaxial direction) of the acting supporting force. In other words, the force acting on each force sensor 30 (this corresponds to the force to be controlled in the present invention) is the sum of the weight of the lower part of each force sensor 30 from the total weight of the walking assist device 1. Of the total support force for supporting the subtracted weight and the weight corresponding to the load applied to the seating portion 2 from the user A, this corresponds to the share of the leg link 3 provided with the force sensor 30. To do. Further, the sum of the supporting forces detected by the both force sensors 30 and 30 is obtained by subtracting the sum of the weights of the lower portions of the force sensors 30 from the total weight of the walking assist device 1 and the user A To the total support force for supporting the weight corresponding to the load applied to the seating portion 2 (hereinafter, the force sensor 30 is referred to as the support force sensor 30). The total sum of the weights of the lower portions of the supporting force sensors 30 of the walking assistance device 1 is sufficiently smaller than the total weight of the walking assistance device 1. For this reason, the support force acting on each support force sensor 30 is substantially equal to the leg link support force. Furthermore, each supporting force sensor 30 is provided close to the third joint 14 of the leg link 3 provided with the supporting force sensor 30. For this reason, the supporting force acting on the supporting force sensor 30 is a translational force acting on the crus frame 13 from the third joint 14 of the leg link 3 (of the leg link supporting force, the third force is applied to the crus frame 13 from the floor side). Is substantially equal to the supporting force transmitted through the joint 14. Hereinafter, the sum of the supporting force acting on each supporting force sensor 30 or the translational force acting on the lower leg frame 13 from the third joint 14 of each leg link 3 is referred to as the total lifting force. Moreover, the share of each leg link 3 in the total lifting force is referred to as the total lifting force share.

また、左側足平装着部15LのMPセンサ38Lおよび踵センサ39Lに作用する力の総和が前記利用者左脚支持力(あるいは左脚の踏力)に相当し、右側足平装着部15RのMPセンサ38Rおよび踵センサ39Rに作用する力の総和が前記利用者右脚支持力(あるいは右脚の踏力)に相当する。なお、本実施形態では、MPセンサ38および踵センサ39を1軸力センサとしたが、例えば靴33の底面にほぼ平行な方向の並進力をも検出する2軸力センサ、もしくは3軸力センサでもよい。MPセンサ38および踵センサ39は、少なくとも靴33の底面または床面にほぼ垂直な方向の並進力を検出し得るセンサであることが望ましい。   The sum of the forces acting on the MP sensor 38L and the heel sensor 39L of the left foot mounting portion 15L corresponds to the user left leg supporting force (or the treading force of the left leg), and the MP sensor of the right foot mounting portion 15R. The sum of the forces acting on the 38R and the heel sensor 39R corresponds to the user's right leg supporting force (or the right leg pedaling force). In this embodiment, the MP sensor 38 and the heel sensor 39 are uniaxial force sensors. However, for example, a biaxial force sensor or a triaxial force sensor that also detects a translational force in a direction substantially parallel to the bottom surface of the shoe 33. But you can. The MP sensor 38 and the heel sensor 39 are desirably sensors that can detect at least a translational force in a direction substantially perpendicular to the bottom surface or floor surface of the shoe 33.

次に、上記の如く構成された歩行補助装置1の制御装置を説明する。   Next, the control device of the walking assist device 1 configured as described above will be described.

図4は、該制御装置50の構成(ハード構成)を概略的に示すブロック図である。図示の如く、制御装置50は、マイクロコンピュータ(CPU、RAM、ROM)および入出力回路(A/D変換器など)により構成された演算処理部51と、前記電動モータ27R,27Lのそれぞれのドライバ回路52R,52Lと、歩行補助装置1による利用者Aの持ち上げ力(着座部2から利用者Aに作用させる上向きの並進力)の大きさの目標値を設定するための持ち上げ力設定用キースイッチ53と、利用者Aの持ち上げ力を発生させるか否かを選択する持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54と、電源電池55と、該電源電池55に電源スイッチ56(ON・OFFスイッチ)を介して接続され、電源スイッチ56がON操作(閉成)されたときに電源電池55から制御装置50の各回路51,52R,52Lに電源電力を供給する電源回路57と備えている。なお、持ち上げ力設定用キースイッチ53は、本発明における目標持ち上げ力設定手段に相当する。   FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration (hardware configuration) of the control device 50. As shown in the figure, the control device 50 includes an arithmetic processing unit 51 constituted by a microcomputer (CPU, RAM, ROM) and an input / output circuit (A / D converter, etc.) and respective drivers for the electric motors 27R, 27L. Lifting force setting key switch for setting a target value of the magnitude of the lifting force (upward translational force acting on the user A from the seating portion 2) by the circuits 52R and 52L and the walking assist device 1 53, a lifting control ON / OFF switch 54 for selecting whether or not to generate the lifting force of the user A, a power supply battery 55, and a connection to the power supply battery 55 via a power switch 56 (ON / OFF switch) When the power switch 56 is turned ON (closed), power is supplied from the power battery 55 to the circuits 51, 52R, and 52L of the control device 50. It includes a power supply circuit 57 for. The lifting force setting key switch 53 corresponds to the target lifting force setting means in the present invention.

この制御装置50は、着座部2の後端部あるいは前記プレート23R,23Lなどにブラケット(図示せず)を介して固定されている。また、持ち上げ力設定用キースイッチ53、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54および電源スイッチ56は、制御装置50の筐体(図示省略)の外面部に操作可能に装着されている。なお、持ち上げ力設定用キースイッチ53は、持ち上げ力の所望の目標値を直接的に設定し、あるいは、あらかじめ用意された複数種類の目標値から選択的に設定し得るように、テン・キースイッチあるいは複数の選択スイッチなどにより構成されている。   The control device 50 is fixed to the rear end portion of the seating portion 2 or the plates 23R and 23L via a bracket (not shown). Further, the lifting force setting key switch 53, the lifting control ON / OFF switch 54, and the power switch 56 are operably mounted on the outer surface of a casing (not shown) of the control device 50. The lift force setting key switch 53 is a numeric key switch so that a desired target value of the lift force can be set directly or can be selectively set from a plurality of types of target values prepared in advance. Alternatively, it is composed of a plurality of selection switches.

制御装置50には、図示を省略する接続線を介して前記MPセンサ38R,38L、踵センサ39R,39L、支持力センサ30R,30L、ロータリエンコーダ28R,28Lが接続されている。これらのセンサの出力信号が演算処理部51に入力される。また、演算処理部51には、持ち上げ力設定用キースイッチ53および持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54の操作信号(それらのスイッチの操作状態を示す信号)も入力される。また、制御装置50には、前記ドライバ回路52R,52Lからそれぞれ電動モータ27R,27Lに電流を流すべく図示しない接続線を介して該電動モータ27R,27Lに接続されている。そして、演算処理部51は、後述する演算処理(制御処理)によって、各電動モータ27R,27Lの通電電流の指令値(以下、指示電流値という)を決定する。そして、演算処理部51は、この指示電流値で各ドライバ回路52R,52Lを制御することにより各電動モータ27R,27Lの発生トルクを制御するようにしている。   The control device 50 is connected to the MP sensors 38R and 38L, the saddle sensors 39R and 39L, the supporting force sensors 30R and 30L, and the rotary encoders 28R and 28L through connection lines (not shown). Output signals from these sensors are input to the arithmetic processing unit 51. In addition, operation signals for the lifting force setting key switch 53 and the lifting control ON / OFF switch 54 (signals indicating the operating state of these switches) are also input to the arithmetic processing unit 51. Further, the control device 50 is connected to the electric motors 27R and 27L through connection lines (not shown) so as to flow currents from the driver circuits 52R and 52L to the electric motors 27R and 27L, respectively. And the arithmetic processing part 51 determines the command value (henceforth an instruction | indication current value) of the energizing current of each electric motor 27R and 27L by the arithmetic processing (control processing) mentioned later. The arithmetic processing unit 51 controls the torque generated by the electric motors 27R and 27L by controlling the driver circuits 52R and 52L with the indicated current value.

なお、前記MPセンサ38R,38L、踵センサ39R,39L、支持力センサ30R,30Lの出力信号(電圧信号)は、これらのセンサの近くでプリアンプにより増幅した後に制御装置50に入力するようにしてもよい。また、前記MPセンサ38R,38L、踵センサ39R,39L、支持力センサ30R,30Lの出力信号は増幅された後、その電圧値がA/D変換されて演算処理部51に取り込まれる。   The output signals (voltage signals) of the MP sensors 38R and 38L, the heel sensors 39R and 39L, and the supporting force sensors 30R and 30L are amplified by a preamplifier near these sensors and then input to the control device 50. Also good. The output signals of the MP sensors 38R and 38L, the eyelid sensors 39R and 39L, and the supporting force sensors 30R and 30L are amplified, and the voltage values are A / D converted and taken into the arithmetic processing unit 51.

前記演算処理部51は、その主な機能的手段として、図5のブロック図で示すような機能的手段を備えている。この機能的手段は、ROMに格納されたプログラムによって実現される機能である。   The arithmetic processing unit 51 includes functional means as shown in the block diagram of FIG. 5 as main functional means. This functional means is a function realized by a program stored in the ROM.

図5を参照して、演算処理部51は、右側脚リンク3RのMPセンサ38Rおよび踵センサ39Rの出力信号が入力される右側踏力計測処理手段60Rと、左側脚リンク3LのMPセンサ38Rおよび踵センサ39Rの出力信号が入力される左側踏力計測処理手段60Lとを備えている。右側踏力計測処理手段60Rは、MPセンサ38Rおよび踵センサ39Rの出力信号の電圧値から、利用者Aの右脚の踏力の大きさ(前記利用者右脚支持力の大きさ)を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側踏力計測処理手段60Lは、MPセンサ38Lおよび踵センサ39Lの出力信号の電圧値から、利用者Aの左脚の踏力の大きさ(前記利用者左脚支持力の大きさ)を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの踏力計測処理手段60R,60Lは本発明における踏力計測手段に相当するものである。   Referring to FIG. 5, the arithmetic processing unit 51 includes a right pedal force measurement processing means 60R to which output signals from the MP sensor 38R and the heel sensor 39R of the right leg link 3R are input, and the MP sensor 38R and the heel of the left leg link 3L. And a left treading force measurement processing means 60L to which an output signal of the sensor 39R is input. The right pedaling force measurement processing means 60R measures the magnitude of the pedaling force of the right leg of the user A (the magnitude of the user's right leg supporting force) from the voltage values of the output signals of the MP sensor 38R and the heel sensor 39R. It is a means to perform. Similarly, the left treading force measurement processing means 60L determines the magnitude of the treading force of the left leg of the user A (the magnitude of the user left leg supporting force) from the voltage values of the output signals of the MP sensor 38L and the heel sensor 39L. It is a means for performing processing to measure. The pedaling force measurement processing means 60R and 60L correspond to the pedaling force measurement means in the present invention.

また、演算処理部51は、ロータリエンコーダ28R,28Lの出力信号(パルス信号)がそれぞれ入力される右側膝角度計測処理手段61Rおよび左側膝角度計測処理手段61Lとを備えている。これらの膝角度計測処理手段61R,61Lは入力された信号から、それぞれに対応する脚リンク3の第2関節12における屈曲角度(第2関節12の変位量)を計測する手段である。なお、各脚リンク3の第2関節12は、該脚リンク3の膝関節に相当するものであるので、以下、第2関節における屈曲角度を膝角度という。また、これらの膝角度計測処理手段61R,61Lは、本発明における関節変位量計測手段に相当するものである。   The arithmetic processing unit 51 includes a right knee angle measurement processing unit 61R and a left knee angle measurement processing unit 61L to which output signals (pulse signals) of the rotary encoders 28R and 28L are respectively input. These knee angle measurement processing means 61R and 61L are means for measuring the bending angle (displacement amount of the second joint 12) at the second joint 12 of the corresponding leg link 3 from the input signals. Since the second joint 12 of each leg link 3 corresponds to the knee joint of the leg link 3, the bending angle at the second joint is hereinafter referred to as the knee angle. These knee angle measurement processing means 61R and 61L correspond to the joint displacement amount measurement means in the present invention.

また、演算処理部51は、右側脚リンク3Rの支持力センサ30Rの出力信号と前記右側膝角度計測処理手段61Rにより計測された右側脚リンク3Rの膝角度とが入力される右側支持力計測処理手段62Rと、左側脚リンク3Lの支持力センサ30Lの出力信号(出力電圧)と前記左側膝角度計測処理手段61Lにより計測された左側脚リンク3Lの膝角度とが入力される左側支持力計測処理手段62Lとを備えている。右側支持力計測処理手段62Rは、入力された支持力センサ30Rの出力信号および右側脚リンク3Rの膝角度の計測値を基に、前記右側脚リンク支持力のうちの支持力センサ30Rに作用する支持力、すなわち右側脚リンク3Rの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側支持力計測処理手段62Lは、入力された支持力センサ30Lの出力信号および左側脚リンク3Lの膝角度の計測値を基に、前記左側脚リンク支持力のうちの支持力センサ30Lに作用する支持力、すなわち左側脚リンク3Lの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの支持力計測処理手段62R,62Lは、本発明における制御対象力計測手段に相当するものである。   Further, the arithmetic processing unit 51 receives the right support force measurement process in which the output signal of the support force sensor 30R of the right leg link 3R and the knee angle of the right leg link 3R measured by the right knee angle measurement processing means 61R are input. Left side support force measurement processing in which the means 62R, the output signal (output voltage) of the support force sensor 30L of the left leg link 3L, and the knee angle of the left leg link 3L measured by the left knee angle measurement processing unit 61L are input. Means 62L. The right support force measurement processing means 62R acts on the support force sensor 30R of the right leg link support force based on the input output signal of the support force sensor 30R and the measured value of the knee angle of the right leg link 3R. It is means for performing processing for measuring the supporting force, that is, the total lifting force share of the right leg link 3R. Similarly, the left support force measurement processing means 62L is based on the input output signal of the support force sensor 30L and the measurement value of the knee angle of the left leg link 3L, and the support force sensor 30L of the left leg link support force. Means for performing a process of measuring the supporting force acting on the left leg link 3L, that is, the total lifting force share of the left leg link 3L. These supporting force measurement processing means 62R and 62L correspond to the control target force measuring means in the present invention.

また、演算処理部51は、上記各計測処理手段60R,60L、61R,60L,62R,62Lの計測値と、前記持ち上げ力設定用キースイッチ53および持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54の操作信号とが入力される左右目標負担分決定手段63を備えている。この左右目標負担分決定手段63は、入力値を基に、前記総持ち上げ力の目標値である目標総持ち上げ力を決定すると共に、その目標総持ち上げ力に対する各脚リンク3の負担分の目標値、すなわち各脚リンク3の前記総持ち上げ力負担分の目標値(以下、単に制御目標値という)を決定する処理を行なう手段である。なお、該制御目標値は、本発明(第4発明)における目標負担分に相当する。   The arithmetic processing unit 51 receives the measurement values of the measurement processing means 60R, 60L, 61R, 60L, 62R, and 62L and the operation signals of the lifting force setting key switch 53 and the lifting control ON / OFF switch 54. A left / right target share determination means 63 is provided. The left and right target share determination means 63 determines a target total lifting force, which is a target value of the total lifting force, based on the input value, and a target value for a share of each leg link 3 with respect to the target total lifting force. That is, it is means for performing processing for determining a target value for the total lifting force share of each leg link 3 (hereinafter simply referred to as a control target value). The control target value corresponds to a target share in the present invention (fourth invention).

さらに、演算処理部51は、前記右側支持力計測処理手段62Rで計測された右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段63で決定された右側脚リンク3Rの制御目標値とが入力される右側フィードバック操作量決定手段64Rと、前記左側支持力計測処理手段62Lで計測された左側脚リンク3Lの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段63で決定された左側脚リンク3Lの制御目標値とが入力される左側フィードバック操作量決定手段64Lと、前記右側支持力計測処理手段62Rで計測された右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段63で決定された右側脚リンク3Rの制御目標値と前記右側膝角度計測処理手段61Rにより計測された右側脚リンク3Rの膝角度とが入力される右側フィードフォワード操作量決定手段65Rと、前記左側支持力計測処理手段62Lで計測された左側脚リンク3Lの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段63で決定された左側脚リンク3Lの制御目標値と前記左側膝角度計測処理手段61Lにより計測された左側脚リンク3Lの膝角度とが入力される左側フィードフォワード操作量決定手段65Lとを備えている。各フィードバック操作量決定手段64は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値との偏差から所定のフィードバック制御則により該偏差を0に収束させるようにフィードバック操作量(各電動モータ27に対する前記指示電流値のフィードバック成分)を算出する手段である。また、各フィードフォワード操作量決定手段65は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値と膝角度の計測値とから所定のフィードフォワード制御則によって総持ち上げ力負担分の計測値を制御目標値にするためのフィードフォワード操作量(各電動モータ27に対する前記指示電流値のフィードフォワード成分)を算出する手段である。   Further, the arithmetic processing unit 51 controls the right leg link 3R control target determined by the right leg link load determination unit 63 and the total lifting force share of the right leg link 3R measured by the right support force measurement processing unit 62R. Values are input by the right feedback manipulated variable determining means 64R, the left lifting force measurement processing means 62L and the left leg link 3L total lifting force share and the left and right target share determining means 63. The left feedback operation amount determining means 64L to which the control target value of the left leg link 3L is inputted, the total lifting force share of the right leg link 3R measured by the right support force measurement processing means 62R, and the left and right target share The control target value of the right leg link 3R determined by the determination unit 63 and the knee angle of the right leg link 3R measured by the right knee angle measurement processing unit 61R. Are input by the right feedforward manipulated variable determining means 65R, the left leg link 3L total lifting force share measured by the left supporting force measurement processing means 62L, and the left and right target share determining means 63. Left-side feedforward manipulated variable determining means 65L to which the control target value of the left-side leg link 3L and the knee angle of the left-side leg link 3L measured by the left-side knee angle measurement processing means 61L are input. Each feedback manipulated variable determiner 64 determines the feedback manipulated variable (each electric motor so that the deviation converges to 0 by a predetermined feedback control law from the deviation between the input measurement value of the total lifting force share and the control target value. 27 for calculating the feedback component of the indicated current value with respect to 27. Each feedforward manipulated variable determining means 65 is configured to measure the total lifting force share according to a predetermined feedforward control law from the input measurement value of the total lifting force share, the control target value, and the knee angle measurement value. Is a means for calculating a feedforward manipulated variable (a feedforward component of the command current value for each electric motor 27) for setting the control target value to.

そして、演算処理部51は、右側フィードバック操作量決定手段64Rで算出されたフィードバック操作量と右側フィードフォワード操作量決定手段65Rで算出されたフィードフォワード操作量とを加算することで右側脚リンク3Rの電動モータ27R用の指示電流値を求める加算処理手段66Rと、左側フィードバック操作量決定手段64Lで算出されたフィードバック操作量と左側フィードフォワード操作量決定手段65Rで算出されたフィードフォワード操作量とを加算することで左側脚リンク3Lの電動モータ27L用の指示電流値を求める加算処理手段66Lとを備えている。   Then, the arithmetic processing unit 51 adds the feedback operation amount calculated by the right feedback operation amount determination unit 64R and the feedforward operation amount calculated by the right feedforward operation amount determination unit 65R to thereby add the right leg link 3R. Addition processing means 66R for obtaining an instruction current value for electric motor 27R, feedback operation amount calculated by left feedback operation amount determination means 64L, and feedforward operation amount calculated by left feedforward operation amount determination means 65R Thus, there is provided addition processing means 66L for obtaining an indicated current value for the electric motor 27L of the left leg link 3L.

なお、前記フィードバック操作量決定手段64R,64L、フィードフォワード操作量決定手段65R,65L、および加算処理手段66R,66Lは、本発明におけるアクチュエータ制御手段に相当するものである。   The feedback manipulated variable determining means 64R and 64L, the feedforward manipulated variable determining means 65R and 65L, and the addition processing means 66R and 66L correspond to the actuator control means in the present invention.

以上が、演算処理部51の演算処理機能の概略である。   The above is the outline of the arithmetic processing function of the arithmetic processing unit 51.

次に、演算処理部51の処理の詳細説明を含めて、本実施形態の制御装置50の制御処理を説明する。本実施形態の歩行補助装置1では、前記電源スイッチ56をOFFにした状態では、各脚リンク3の第2関節12に駆動力が付与されない。このため、各関節10,12,14が自由に動くことができる状態となっている。この状態では、各脚リンク3は自重によって折りたたまれている。この状態で、利用者Aの各足平に各足平装着部15を装着した後に、該利用者Aもしくは付き添いの補助者が、着座部2を持ち上げて、利用者Aの股下に配置する。   Next, the control process of the control apparatus 50 of this embodiment is demonstrated including the detailed description of the process of the arithmetic process part 51. FIG. In the walking assist device 1 of the present embodiment, no driving force is applied to the second joints 12 of the leg links 3 in a state where the power switch 56 is turned off. For this reason, each joint 10, 12, 14 can be freely moved. In this state, each leg link 3 is folded by its own weight. In this state, after each foot mounting portion 15 is mounted on each foot of the user A, the user A or an attendant assistant lifts the seating portion 2 and places it on the inseam of the user A.

次いで、電源スイッチ56をON操作すると、制御装置50の各回路に電源電力が供給され、該制御装置50が起動する。そして、該制御装置50が起動すると、前記演算処理部51が所定の制御処理周期で、以下に説明する処理を実行する。   Next, when the power switch 56 is turned on, power is supplied to each circuit of the control device 50, and the control device 50 is activated. And when this control apparatus 50 starts, the said arithmetic processing part 51 will perform the process demonstrated below with a predetermined | prescribed control processing period.

各制御処理周期において、演算処理部51は、まず、前記踏力計測処理手段60R,60Lの処理を実行する。この処理を図6を参照して説明する。図6は、踏力計測処理手段60R,60Lの処理の流れを示すブロック図である。なお、踏力計測処理手段60R,60Lのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じである。このため、図6では左側踏力計測処理手段60Lに関するものについては、括弧書きで示している。   In each control processing cycle, the arithmetic processing unit 51 first executes the processing of the treading force measurement processing means 60R and 60L. This process will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a processing flow of the treading force measurement processing means 60R and 60L. The pedaling force measurement processing means 60R and 60L have the same processing algorithm. For this reason, in FIG. 6, the parts related to the left pedaling force measurement processing means 60L are shown in parentheses.

右側踏力計測処理手段60Rの処理について代表的に説明すると、まず、脚リンク3RのMPセンサ38Rの検出値(MPセンサ38Rの出力電圧値が示す力の検出値)と、踵センサ39Rの検出値(踵センサ39Rの出力電圧が示す力の検出値)とがそれぞれS101、S102においてローパスフィルタに通される。ローパスフィルタは、これらのセンサ38R,39Rの検出値からノイズ等の高周波成分を除去するものであり、そのカットオフ周波数は例えば100Hzである。   The processing of the right pedal force measurement processing means 60R will be described representatively. First, the detection value of the MP sensor 38R of the leg link 3R (the detection value of the force indicated by the output voltage value of the MP sensor 38R) and the detection value of the heel sensor 39R (The detected value of the force indicated by the output voltage of the eyelid sensor 39R) is passed through a low-pass filter in S101 and S102, respectively. The low-pass filter removes high-frequency components such as noise from the detection values of these sensors 38R and 39R, and the cut-off frequency is 100 Hz, for example.

次いで、これらのローパスフィルタの出力がS103において加算される。これにより、利用者Aの右脚の踏力の暫定計測値FRF_p_Rが得られる。この暫定計測値FRF_p_Rには、右側足平装着部15Rの靴紐の締め付けなどに伴う、誤差分が含まれる。   Next, the outputs of these low-pass filters are added in S103. Thereby, provisional measurement value FRF_p_R of the pedaling force of the right leg of the user A is obtained. The provisional measurement value FRF_p_R includes an error due to the tightening of the shoelace of the right foot attachment portion 15R.

そこで、本実施形態では、さらにS104において、この暫定計測値FRF_p_Rに変換処理を施すことで、最終的に利用者Aの右脚の踏力の計測値FRF_Rを得る。S104の変換処理は、図7に示すテーブルに従って行なわれる。すなわち、FRF_p_Rが所定の第1閾値FRF1以下であるときには、計測値FRF_Rを0とする。これにより、足平装着部15Rの靴紐の締め付けなどに伴う、微小な誤差分が計測値FRF_Rとして得られることが防止される。そして、暫定計測値FRF_p_Rが第1閾値FRF1よりも大きく、第2閾値FRF2(>FRF1)以下である場合には、FRF_p_Rの値の増加に伴い、計測値FRF_Rの値をリニアに増加させる。そして、FRF_p_Rが第2閾値FRF2を超えると、FRF_Rの値を所定の上限値(FRF_p_Rが第2閾値FRF2に等しいときのFRF_Rの値)に保持する。なお、FRF_Rの上限値を設定する理由は後述する。   Therefore, in the present embodiment, the provisional measurement value FRF_p_R is further converted in S104 to finally obtain the measurement value FRF_R of the pedaling force of the right leg of the user A. The conversion process of S104 is performed according to the table shown in FIG. That is, when FRF_p_R is equal to or less than a predetermined first threshold value FRF1, the measured value FRF_R is set to zero. As a result, it is possible to prevent a minute error amount from being obtained as the measured value FRF_R due to the tightening of the shoelace of the foot mounting portion 15R. When the provisional measurement value FRF_p_R is larger than the first threshold value FRF1 and equal to or less than the second threshold value FRF2 (> FRF1), the value of the measurement value FRF_R is linearly increased as the value of FRF_p_R increases. When FRF_p_R exceeds the second threshold value FRF2, the value of FRF_R is held at a predetermined upper limit value (the value of FRF_R when FRF_p_R is equal to the second threshold value FRF2). The reason for setting the upper limit value of FRF_R will be described later.

以上が、右側踏力計測処理手段60Rの処理である。左側踏力計測処理手段60Lの処理も同様である。   The above is the processing of the right pedal force measurement processing means 60R. The same applies to the processing of the left treading force measurement processing means 60L.

演算処理部51は、次に、前記膝角度計測処理手段61R,61Lの処理と、支持力計測処理手段62R,62Lの処理とを順次行なう。これらの処理を図8および図9を参照して以下に説明する。図8は膝角度計測処理手段61R,61Lの処理および支持力計測処理手段62R,62Lの処理の流れを示すブロック図である。なお、膝角度計測処理手段61R,61Lのそれぞれ処理のアルゴリズムは同じである。また、支持力計測処理手段62R,62Lのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じである。このため、図8では左側膝角度計測処理手段61Lおよび左側支持力計測処理手段62Lに関するものについては、括弧書きで示している。   Next, the arithmetic processing unit 51 sequentially performs the processing of the knee angle measurement processing means 61R and 61L and the processing of the supporting force measurement processing means 62R and 62L. These processes will be described below with reference to FIGS. FIG. 8 is a block diagram showing the processing flow of the knee angle measurement processing means 61R and 61L and the processing of the supporting force measurement processing means 62R and 62L. Note that the processing algorithms of the knee angle measurement processing means 61R and 61L are the same. Further, the processing algorithms of the supporting force measurement processing means 62R and 62L are the same. For this reason, in FIG. 8, the left knee angle measurement processing unit 61L and the left support force measurement processing unit 62L are shown in parentheses.

右側膝角度計測処理手段61Rおよび右側支持力算出手段62Rの処理を代表的に説明すると、まず、右側膝角度計測処理手段61Rによって、S201およびS202の処理が実行され、右側脚リンク3Rの膝角度(第2関節12Rにおける脚リンク3Rの屈曲角度)の計測値θ1_Rが得られる。S201では、ロータリエンコーダ28Rの出力から、脚リンク3Rの膝角度の暫定計測値θ1p_Rが算出される。   The processing of the right knee angle measurement processing means 61R and the right support force calculation means 62R will be described representatively. First, the processing of S201 and S202 is executed by the right knee angle measurement processing means 61R, and the knee angle of the right leg link 3R is determined. A measured value θ1_R of (the bending angle of the leg link 3R at the second joint 12R) is obtained. In S201, the provisional measurement value θ1p_R of the knee angle of the leg link 3R is calculated from the output of the rotary encoder 28R.

ここで、図9を参照して、本実施形態では、脚リンク3Rの第1関節10Rに係わる前記中心点P(大腿フレーム11Rの前後方向の揺動運動の回転中心となる点P。以下、前後揺動中心点Pという)と第2関節12Rの中心点とを結ぶ線分S1と、該第2関節12Rの中心点と第3関節14Rの中心点とを結ぶ線分S2との成す角度θ1_Rを右側脚リンク3Rの膝角度として計測する。左側脚リンク3Lの膝角度についても同様である。なお、図9では、脚リンク3の要部構成を模式化して示している。   Here, referring to FIG. 9, in the present embodiment, the center point P (the point P serving as the center of rotation of the swinging motion of the thigh frame 11R in the front-rear direction) related to the first joint 10R of the leg link 3R. An angle formed by a line segment S1 connecting the center point of the second joint 12R and a line segment S2 connecting the center point of the second joint 12R and the center point of the third joint 14R. θ1_R is measured as the knee angle of the right leg link 3R. The same applies to the knee angle of the left leg link 3L. In addition, in FIG. 9, the principal part structure of the leg link 3 is shown typically.

この場合、前記S201では、脚リンク3Rの大腿フレーム11Rと下腿フレーム13Rとが所定の姿勢関係になっている状態(例えば図1の姿勢状態)、すなわち、膝角度θ1_Rがある所定値になっている状態での第2関節12Rの回転位置を基準とし、この基準回転位置からの回転量(回転角変化量。これは電動モータ27Rのロータの回転量に比例する)をロータリエンコーダ28Rの出力信号から計測する。そして、この計測した第2関節12Rの回転量を上記基準回転位置での脚リンク3Rの膝角度の値(これはあらかじめ図示しないメモリに記憶保持される)に加算してなる値を前記暫定計測値θ1p_Rとして求める。   In this case, in S201, the thigh frame 11R of the leg link 3R and the crus frame 13R are in a predetermined posture relationship (for example, the posture state in FIG. 1), that is, the knee angle θ1_R is a predetermined value. The rotation amount of the second joint 12R in a state of being in the state is used as a reference, and the rotation amount from this reference rotation position (rotation angle change amount, which is proportional to the rotation amount of the rotor of the electric motor 27R) is the output signal of the rotary encoder 28R. Measure from Then, a value obtained by adding the measured rotation amount of the second joint 12R to the knee angle value of the leg link 3R at the reference rotation position (which is stored in advance in a memory not shown) is used as the provisional measurement. Obtained as the value θ1p_R.

この暫定計測値θ1p_Rには、高周波のノイズ成分が含まれることがあるので、さらにS202において、このθ1p_Rをローパスフィルタに通すことで、最終的に脚リンク3Rの膝角度の計測値θ1p_Rが得られる。   Since the provisional measurement value θ1p_R may include a high-frequency noise component, the measurement value θ1p_R of the knee angle of the leg link 3R is finally obtained by passing this θ1p_R through a low-pass filter in S202. .

以上が、右側膝角度計測処理手段61Rの処理である。左側膝角度計測処理手段61Lの処理も同様である。   The above is the processing of the right knee angle measurement processing means 61R. The same applies to the processing of the left knee angle measurement processing means 61L.

補足すると、本実施形態で、上記線分S1,S2のなす角度θ1を脚リンク3の膝角度として計測するのは、その角度θ1の計測値を詳細を後述する左右目標負担分決定手段63の処理などで使用するからである。この場合、本実施形態の歩行補助装置1では、各脚リンク3の大腿フレーム11の軸心と上記線分S1とのなす角度は一定となる。従って、各膝角度計測処理手段61では、例えば脚リンク3の大腿フレーム11の軸心と下腿フレーム13に係わる前記線分S2とのなす角度を該脚リンク3の膝角度として求めておき、後述する左右目標負担分決定手段63の処理などで、その膝角度から上記角度θ1を求めるようにしてもよい。   Supplementally, in the present embodiment, the angle θ1 formed by the line segments S1 and S2 is measured as the knee angle of the leg link 3 because the measured value of the angle θ1 is determined by the left and right target share determination means 63 which will be described in detail later. This is because it is used for processing. In this case, in the walking assist device 1 of the present embodiment, the angle formed by the axis of the thigh frame 11 of each leg link 3 and the line segment S1 is constant. Accordingly, in each knee angle measurement processing means 61, for example, an angle formed by the axis of the thigh frame 11 of the leg link 3 and the line segment S2 related to the crus frame 13 is obtained as a knee angle of the leg link 3 and will be described later. The angle θ1 may be obtained from the knee angle by the processing of the left / right target share determination means 63.

上記のように脚リンク3Rの膝角度の計測値θ1_Rが求められた後、S203において、右側支持力計測処理手段62Rの処理が実行され、S202で得られた膝角度の計測値θ1_Rと、支持力センサ30Rの検出値(支持力センサ30Rの出力信号の電圧値が示す2軸の力の検出値)とから、該支持力センサ30Rに作用する支持力(すなわち脚リンク3Rの前記総持ち上げ力負担分)の計測値Fankle_Rが算出される。この処理の詳細を前記図9を参照して説明する。   After the measurement value θ1_R of the knee angle of the leg link 3R is obtained as described above, the processing of the right support force measurement processing means 62R is executed in S203, and the measurement value θ1_R of the knee angle obtained in S202 and the support From the detected value of the force sensor 30R (the detected value of the biaxial force indicated by the voltage value of the output signal of the supporting force sensor 30R), the supporting force acting on the supporting force sensor 30R (that is, the total lifting force of the leg link 3R). The measured value Fankle_R is calculated. Details of this processing will be described with reference to FIG.

脚リンク3Rの支持力センサ30Rに作用する支持力(総持ち上げ力負担分)Fankle_Rは、前記したように、脚リンク3Rの第3関節14Rから下腿フレーム13Rに作用する並進力にほぼ等しい。そして、その並進力は、第3関節14Rから脚リンク3Rの前後揺動中心点Pに向かうベクトル(線分S3を作用線とするベクトル)とほぼ等しい。従って、Fankle_Rの向きは、本実施形態の歩行補助装置1では、脚リンク3Rの第3関節14の中心点と前記前後揺動中心点Pとを結ぶ線分S3に平行な方向となる。   The supporting force (total lifting force share) Fankle_R acting on the supporting force sensor 30R of the leg link 3R is substantially equal to the translational force acting on the crus frame 13R from the third joint 14R of the leg link 3R as described above. The translational force is substantially equal to a vector (a vector having the line segment S3 as an action line) from the third joint 14R toward the longitudinal swing center point P of the leg link 3R. Accordingly, the direction of Fankle_R is a direction parallel to the line segment S3 connecting the center point of the third joint 14 of the leg link 3R and the center point P of the front-rear swing in the walking assistance device 1 of the present embodiment.

ここで、第1〜第3関節10,12,14における摩擦力や重力、歩行時の加減速、歩行補助装置1の総持ち上げ力の大きさ等の影響によって、厳密には、Fankle_Rの向きは、線分S3とは僅かに非平行となる場合もある。但し、これらの影響は微小であるので、本実施形態においては、これらの影響を無視する。   Here, strictly speaking, the direction of Fankle_R depends on the frictional force and gravity at the first to third joints 10, 12, and 14, acceleration / deceleration during walking, and the magnitude of the total lifting force of the walking assist device 1. The line segment S3 may be slightly non-parallel. However, since these influences are minute, in the present embodiment, these influences are ignored.

一方、支持力センサ30Rは、図示の如く、該支持力センサ30Rの表面(上面または下面)に垂直なz軸方向の力Fzと、このz軸に垂直で支持力センサ30Rの表面に平行なx軸方向の力Fxとを検出する。x軸、z軸は、支持力センサ30Rに固定された座標軸であり、前記ガイドレール22の円弧を含む面に平行な軸である。このとき、検出されるFz、Fxは、それぞれFankle_Rのz軸方向成分、x軸方向成分である。従って、図示の如く、Fankle_Rとz軸とのなす角度をθkとおくと、Fankle_Rは、Fz、Fxの検出値と、θkとから次式(1)により算出することができる。   On the other hand, the supporting force sensor 30R has a force Fz in the z-axis direction perpendicular to the surface (upper surface or lower surface) of the supporting force sensor 30R and a surface perpendicular to the z axis and parallel to the surface of the supporting force sensor 30R as shown in the figure. A force Fx in the x-axis direction is detected. The x-axis and the z-axis are coordinate axes fixed to the supporting force sensor 30R, and are axes parallel to a plane including the arc of the guide rail 22. At this time, the detected Fz and Fx are the z-axis direction component and the x-axis direction component of Fankle_R, respectively. Therefore, as shown in the figure, if the angle formed by Fankle_R and the z-axis is θk, Fankle_R can be calculated from the detected values of Fz and Fx and θk by the following equation (1).


Fankle_R=Fx・sinθk+Fz・cosθk ……(1)

また、角度θkは次のように求められる。すなわち、線分S2と線分S3とのなす角度(=Fankleの向きと線分S2とのなす角度)をθ2とすると、線分S1,S2,S3を3辺とする三角形における線分S1,S2のそれぞれの長さL1,L2は、一定値(あらかじめ定めらた既知の値)である。そして、線分S1,S2とのなす角度θ1は、右側膝角度計測処理手段61Rで前記したように得られた計測値θ1_Rである。従って、線分S1,S2のそれぞれの長さL1,L2(これらの値はあらかじめメモリに記憶保持される)と角度θ1の計測値θ1_Rとから幾何学的な演算によって、角度θ2が求められる。

Fankle_R = Fx ・ sinθk + Fz ・ cosθk (1)

Further, the angle θk is obtained as follows. That is, assuming that the angle formed by the line segment S2 and the line segment S3 (= the angle formed by the direction of Fankle and the line segment S2) is θ2, the line segment S1 in the triangle having the line segments S1, S2, and S3 as three sides. Each length L1, L2 of S2 is a fixed value (a known value determined in advance). The angle θ1 formed by the line segments S1 and S2 is the measured value θ1_R obtained as described above by the right knee angle measurement processing means 61R. Therefore, the angle θ2 is obtained by geometric calculation from the lengths L1 and L2 of these line segments S1 and S2 (these values are stored in advance in the memory) and the measured value θ1_R of the angle θ1.

具体的には、線分S1,S2,S3を3辺とする三角形において、次式(2),(3)の関係式が成り立つ。なお、L3は、線分S3の長さである。   Specifically, the following relational expressions (2) and (3) are established in a triangle having the line segments S1, S2 and S3 as three sides. L3 is the length of the line segment S3.


L32=L12+L22−2・L1・L2・cosθ1 ……(2)
L12=L22+L32−2・L2・L3・cosθ2 ……(3)

従って、L1,L2の値と、角度θ1の計測値とから式(2)により、L3を算出し、その算出したL3の値と、L1,L2の値とから式(3)により、角度θ2を算出できる。

L3 2 = L1 2 + L2 2 -2 · L1 · L2 · cosθ1 (2)
L1 2 = L2 2 + L3 2 -2, L2, L3, cosθ2 (3)

Therefore, L3 is calculated from the values of L1 and L2 and the measured value of the angle θ1 by the equation (2), and the angle θ2 is calculated from the calculated value of L3 and the values of L1 and L2 by the equation (3). Can be calculated.

さらに、z軸と線分S2とのなす角度をθ3とおくと、この角度θ3は、支持力センサ30の下腿フレーム13に対する取り付け角度によってあらかじめ定まる一定値である。そして、この一定値の角度θ3(この値はあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている)から、上記の如く算出された角度θ2を減算することで式(1)の演算に必要な角度θkの値が求められる。   Furthermore, if the angle formed by the z-axis and the line segment S2 is θ3, this angle θ3 is a constant value determined in advance by the mounting angle with respect to the lower leg frame 13 of the support force sensor 30. Then, by subtracting the angle θ2 calculated as described above from the constant angle θ3 (this value is stored and held in advance in a memory not shown), the angle θk necessary for the calculation of the equation (1) is obtained. A value is determined.

従って、本実施形態では、右側支持力計測処理手段62RのS203の処理では、上記の如く算出したθkと脚リンク3Rの支持力センサ30の検出値Fx,Fzとから前記式(1)により、右脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rが得られる。   Therefore, in the present embodiment, in the process of S203 of the right support force measurement processing means 62R, the above equation (1) is obtained from θk calculated as described above and the detection values Fx and Fz of the support force sensor 30 of the leg link 3R. A measurement value Fankle_R for the total lifting force share of the right leg link 3R is obtained.

以上が右側支持力計測処理手段62RのS203の処理の詳細である。左側支持力計測手段62Lの処理も同様である。   The above is the details of the processing in S203 of the right supporting force measurement processing means 62R. The same applies to the processing of the left supporting force measuring means 62L.

なお、本実施形態では、支持力センサ30を3軸力センサあるいは2軸力センサとし、前記式(1)により、各脚リンクの総持ち上げ力負担分の計測値Fankleを得るようにしたが、支持力センサ30が1軸力センサであっても、計測値Fankleを得ることが可能である。例えば、支持力センサ30が図9のx軸方向の力Fxのみを検出するセンサである場合には、次式(4)により計測値Fankleを求めることができる。また、支持力センサ30が図9のz軸方向の力Fzのみを検出するセンサである場合には、次式(5)により計測値Fankleを求めることができる。   In the present embodiment, the support force sensor 30 is a three-axis force sensor or a two-axis force sensor, and the measurement value Fankle for the total lifting force share of each leg link is obtained by the equation (1). Even if the supporting force sensor 30 is a uniaxial force sensor, the measurement value Fankle can be obtained. For example, when the support force sensor 30 is a sensor that detects only the force Fx in the x-axis direction of FIG. 9, the measurement value Fankle can be obtained by the following equation (4). Further, when the support force sensor 30 is a sensor that detects only the force Fz in the z-axis direction of FIG. 9, the measurement value Fankle can be obtained by the following equation (5).


Fankle=Fx/sinθk ……(4)
Fankle=Fz/cosθk ……(5)

但し、これらの式(4)または(5)を使用する場合には、角度θkが0度または90度に近い値になると、Fankleの値の精度が悪くなる。従って、前記式(1)によりFankleの計測値を得ることが望ましい。

Fankle = Fx / sinθk (4)
Fankle = Fz / cosθk (5)

However, when these equations (4) or (5) are used, if the angle θk becomes a value close to 0 degrees or 90 degrees, the accuracy of the value of Fankle deteriorates. Therefore, it is desirable to obtain the measured value of Fankle by the equation (1).

また、計測値Fankleは、Fxの2乗値とFzの2乗値と和の平方根を求めることによって得るようにしてもよい。この場合には、膝角度の計測値θ1は不要である。   The measured value Fankle may be obtained by obtaining the square root of the sum of the square value of Fx, the square value of Fz, and the sum. In this case, the measured value θ1 of the knee angle is not necessary.

補足すると、以上説明した各計測処理手段60,61,62の処理は、必ずしも順番に行なう必要はなく、時分割等により並列的に行なうようにしてもよい。但し、支持力計測処理手段62R,62Lの処理でθ1を使用する場合には、支持力計測処理手段62R,62Lの処理よりも膝角度計測処理手段61R,61Lの処理を先に行なう必要がある。   Supplementally, the processes of the measurement processing means 60, 61, 62 described above are not necessarily performed in order, and may be performed in parallel by time division or the like. However, when θ1 is used in the processing of the supporting force measurement processing means 62R and 62L, it is necessary to perform the processing of the knee angle measurement processing means 61R and 61L before the processing of the supporting force measurement processing means 62R and 62L. .

なお、本実施形態では、各脚リンク3の総持ち上げ力負担分を計測するための支持力センサ30(第2力センサ)を、第3関節14と下腿フレーム13(より正確には上部下腿フレーム13a)との間に介在させるようにした。ただし、該支持力センサを第3関節14と足平装着部15の間(例えば第3関節14と足平装着部15の連結部34との間)に介在させるようにしてもよい。この場合には、第3関節14の回転角を計測して、第3関節14と足平装着部15の間の支持力センサで検出された支持力を座標変換することで、第3関節14から下腿フレーム13に作用する支持力を計測できる。   In the present embodiment, the supporting force sensor 30 (second force sensor) for measuring the total lifting force share of each leg link 3 is used as the third joint 14 and the lower leg frame 13 (more precisely, the upper lower leg frame). 13a). However, the supporting force sensor may be interposed between the third joint 14 and the foot mounting portion 15 (for example, between the third joint 14 and the connecting portion 34 of the foot mounting portion 15). In this case, the rotation angle of the third joint 14 is measured, and the support force detected by the support force sensor between the third joint 14 and the foot mounting portion 15 is coordinate-transformed, whereby the third joint 14 The supporting force acting on the lower leg frame 13 can be measured.

次いで、演算処理部51は、前記左右目標負担分決定手段63の処理を実行する。この処理を図10を参照して以下に詳説する。図10は左右目標負担分決定手段63の処理の流れを示すブロック図である。   Next, the arithmetic processing unit 51 executes the processing of the left / right target share determination means 63. This process will be described in detail below with reference to FIG. FIG. 10 is a block diagram showing the flow of processing of the left / right target share determination means 63.

まず、S301において、前記したように各支持力計測処理手段62によって求められた右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rと、左側脚リンク3Lの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Lとが加算され、総持ち上げ力Fankle_tが算出される。この総持ち上げ力Fankle_tは、前記した如く、各支持力センサ30に作用する支持力、あるいは各脚リンク3の第3関節14から下腿フレーム13に作用する並進力の、両脚リンク3,3についての総和の計測値に相当するものである。また、総持ち上げ力Fankle_tは、前記補助装置負担支持力にほぼ等しい。   First, in S301, as described above, the measurement value Fankle_R for the total lifting force share of the right leg link 3R and the measurement value Fankle_L for the total lifting force share of the left leg link 3L obtained by each supporting force measurement processing unit 62 as described above. And the total lifting force Fankle_t is calculated. As described above, the total lifting force Fankle_t is the supporting force acting on each supporting force sensor 30 or the translational force acting on the lower leg frame 13 from the third joint 14 of each leg link 3 with respect to the both leg links 3 and 3. This corresponds to the measured value of the sum. Further, the total lifting force Fankle_t is substantially equal to the assisting device burden supporting force.

次いで、この総持ち上げ力Fankle_tから後述するS307の出力値およびS312の出力値を差し引いてなる値と、前記持ち上げ力設定用キースイッチ53により設定された、着座部2から利用者Aへの持ち上げ力(目標持ち上げ力)に対応する総持ち上げ力設定値とのうちの一方が、S302において、前記持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54の操作信号(該スイッチ54がONになっているかOFFになっているかを示す信号)に応じて選択的に出力される。この場合、本実施形態では、着座部2から利用者Aが持ち上げ力を受けたい時に前記持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がON操作され、それ以外では、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がOFF操作されている。そして、S302においては、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がOFFになっているときには、前記総持ち上げ力Fankle_tを選択して出力する。また、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がONになっているときには、前記総持ち上げ力設定値を選択して出力する。   Next, a value obtained by subtracting an output value of S307 and an output value of S312 described later from the total lifting force Fankle_t, and the lifting force set from the seating portion 2 to the user A set by the lifting force setting key switch 53 In S302, one of the total lifting force setting values corresponding to (target lifting force) is an operation signal of the lifting control ON / OFF switch 54 (whether the switch 54 is ON or OFF). Are selectively output in accordance with the signal shown in FIG. In this case, in this embodiment, when the user A wants to receive a lifting force from the seating portion 2, the lifting control ON / OFF switch 54 is turned ON, and otherwise, the lifting control ON / OFF switch 54 is turned OFF. ing. In S302, when the lifting control ON / OFF switch 54 is OFF, the total lifting force Fankle_t is selected and output. When the lifting control ON / OFF switch 54 is ON, the total lifting force setting value is selected and output.

補足すると総持ち上げ力設定値は、前記キースイッチ53による持ち上げ力の設定値に、歩行補助装置1の全体重量から各支持力センサ30の下側の部分の総重量を差し引いた重量を支えるための支持力(すなわちその差し引いた重量が発生する重力に釣り合う支持力)の大きさを加えたものである。該支持力の大きさはあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている。なお、支持力センサ30の下側の部分の総重量は歩行補助装置1の全体重量に比して十分に小さい。このため、上記持ち上げ力の設定値(目標持ち上げ力)に、歩行補助装置1の全体重量を支えるための支持力(歩行補助装置1の全体に作用する重力に釣り合う支持力)の大きさを加えたものを、総持ち上げ力設定値としてもよい。あるいは、キースイッチ53の操作により、総持ち上げ力設定値を直接的に入力できるようにしてもよい。   Supplementally, the total lifting force setting value is for supporting the weight obtained by subtracting the total weight of the lower part of each supporting force sensor 30 from the total weight of the walking assist device 1 to the lifting force setting value by the key switch 53. The magnitude of the supporting force (that is, the supporting force that balances the gravity generated by the subtracted weight) is added. The magnitude of the support force is stored in advance in a memory (not shown). The total weight of the lower part of the supporting force sensor 30 is sufficiently smaller than the total weight of the walking assist device 1. For this reason, the magnitude of the supporting force for supporting the entire weight of the walking assist device 1 (the supporting force that balances the gravity acting on the entire walking assist device 1) is added to the set value of the lifting force (target lifting force). The total lifting force setting value may be used. Alternatively, the total lifting force setting value may be directly input by operating the key switch 53.

次いで、S302の出力がS303において、ローパスフィルタに通され、これにより目標総持ち上げ力が決定される。このS303のローパスフィルタは、S302の出力が急変したとき(総持ち上げ力設定値が変更されたときや、S302の出力が総持ち上げ力Fankle_tから後述するS307の出力値およびS312の出力値を差し引いてなる値と、総持ち上げ力設定値との間で切り換わったときなど)に、目標総持ち上げ力が急変するのを防止、ひいては着座部2から利用者Aに作用する持ち上げ力が急変するのを避けるためのものである。該ローパスフィルタのカットオフ遮断周波数は例えば0.5Hzである。なお、S301〜S303の処理は、本発明における総目標持ち上げ力決定手段に相当する。   The output of S302 is then passed through a low pass filter in S303, thereby determining the target total lifting force. This low-pass filter of S303 is used when the output of S302 changes suddenly (when the total lifting force setting value is changed, or when the output of S302 subtracts the output value of S307 and S312 described later from the total lifting force Fankle_t). The target total lifting force is prevented from abruptly changing, and thus the lifting force acting on the user A from the seating portion 2 is abruptly changed. It is for avoidance. The cutoff cutoff frequency of the low-pass filter is, for example, 0.5 Hz. In addition, the process of S301-S303 is corresponded to the total target lifting force determination means in this invention.

次いで、S304において、前記したように各踏力計測処理手段60によって求められた右脚の踏力の計測値FRF_Rの大きさと、左脚の踏力の計測値FRF_Lの大きさとを基に、目標総持ち上げ力を左右の各脚リンク3に分配するための比である分配比を決定する。この分配比は、目標総持ち上げ力の、右側脚リンク3Rへの分配割合である右分配比と、左側脚リンク3Lへの分配割合である左分配比とからなり、両分配比の和は1である。   Next, in S304, based on the magnitude of the measured value FRF_R of the right leg treading force and the magnitude of the measured value FRF_L of the tread force of the left leg obtained by each of the treading force measurement processing means 60 as described above, the target total lifting force A distribution ratio, which is a ratio for distributing to the left and right leg links 3, is determined. This distribution ratio includes a right distribution ratio that is a distribution ratio of the target total lifting force to the right leg link 3R and a left distribution ratio that is a distribution ratio to the left leg link 3L, and the sum of both distribution ratios is 1. It is.

この場合、右分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさとの和に対するFRF_Rの大きさの比、すなわち、FRF_R/(FRF_R+FRF_L)に決定される。同様に、左分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさと和に対するFRF_Lの大きさの比、すなわち、FRF_L/(FRF_R+FRF_L)に決定される。この場合、利用者Aの一方の脚が立脚となり、他方の脚が遊脚となる状態(すなわち片脚支持状態)では、遊脚となる脚に対応する分配比は0であり、立脚となる脚に対応する分配比は1である。なお、S304の処理は、前記S301〜S303の処理と並行して行なうようにしてもよい。   In this case, the right distribution ratio is determined as the ratio of the magnitude of FRF_R to the sum of the magnitude of the measurement value FRF_R and the magnitude of the measurement value FRF_L, that is, FRF_R / (FRF_R + FRF_L). Similarly, the left distribution ratio is determined as the ratio of the magnitude of FRF_L to the sum of the magnitude of the measurement value FRF_R and the magnitude and sum of the measurement value FRF_L, that is, FRF_L / (FRF_R + FRF_L). In this case, in a state where one leg of the user A is a standing leg and the other leg is a free leg (that is, one leg is supported), the distribution ratio corresponding to the leg that is a free leg is 0, and the leg is a standing leg. The distribution ratio corresponding to the legs is 1. The process of S304 may be performed in parallel with the processes of S301 to S303.

ここで、前記各踏力計測処理手段60のS104の変換処理(図6参照)において、各脚の踏力の計測値FRFに上限値を設定した理由を説明する。利用者Aの両脚が立脚となる状態(すなわち両脚支持期の状態)において、各脚の踏力の前記暫定計測値FRF_pは一般には、滑らかに変化するわけではなく、頻繁な変動を生じやすい。このような場合に、暫定計測値FRF_pを基に、左右の分配比を決定すると、その分配比が頻繁に変化し、目標総持ち上げ力のうちの、各脚リンク3の分担割合が頻繁に変化しやすい。その結果、着座部2から利用者Aに作用する持ち上げ力の微小変動が生じやすく、ひいては、利用者Aに不快感を及ぼす恐れがある。そのために、本実施形態では、各脚の踏力の計測値FRFの上限値を設定し、両脚支持期の状態において、左右の分配比が頻繁に変化するような事態を防止した。この場合、両脚支持期の状態においては、基本的には開始直後の期間と、終了直前の期間とを除いて左右の分配比が共に1/2に維持されるようになり、左右の分配比が安定する。   Here, the reason why the upper limit value is set for the measurement value FRF of the pedaling force of each leg in the conversion process of S104 of each pedaling force measurement processing means 60 (see FIG. 6) will be described. In a state where both legs of the user A are standing legs (that is, in a state in which both legs are supported), the provisional measurement value FRF_p of the pedaling force of each leg generally does not change smoothly and tends to frequently change. In such a case, when the left / right distribution ratio is determined based on the provisional measurement value FRF_p, the distribution ratio changes frequently, and the share ratio of each leg link 3 in the target total lifting force changes frequently. It's easy to do. As a result, minute fluctuations in the lifting force that acts on the user A from the seating portion 2 are likely to occur, and as a result, the user A may be uncomfortable. For this reason, in this embodiment, an upper limit value of the measurement value FRF of the treading force of each leg is set to prevent a situation in which the left / right distribution ratio changes frequently in the state of both-leg support period. In this case, in the both-leg support period, the right and left distribution ratios are basically maintained at ½ except for the period immediately after the start and the period immediately before the end. Is stable.

なお、前記図7において、閾値FRF1のみを有し、利用者Aの各脚の踏力の暫定計測値FRF_p_R(L)が閾値FRF1以上である場合にリニアに踏力の計測値FRF_R(L)が増加するように定めたテーブルに基づいて計測値FRF_R(L)を取得するようにしてもよい。暫定計測値FRF_pからFRF_R(L)を得るためのテーブルの閾値FRF1、FRF2等は、利用者Aが好む持ち上げ力のフィーリングや、歩行補助装置1の重量、制御装置50の計算能力などに応じて、適宜決定すればよい。   In FIG. 7, when the provisional measurement value FRF_p_R (L) of the leg force of each leg of the user A is equal to or more than the threshold value FRF1, the measurement value FRF_R (L) of the pedal force increases linearly. The measured value FRF_R (L) may be acquired based on a table determined to do so. The threshold values FRF1, FRF2, etc. of the table for obtaining FRF_R (L) from the provisional measurement value FRF_p depend on the feeling of lifting force preferred by the user A, the weight of the walking assist device 1, the calculation capability of the control device 50, etc. And may be determined as appropriate.

図10の説明に戻って、次に、S305およびS310の処理が実行される。なお、これらの処理S305、310の処理は、S301〜S303の処理あるいはS304の処理と並行して行なうようにしてもよい。   Returning to the description of FIG. 10, next, the processes of S305 and S310 are executed. Note that the processing of these processing S305 and 310 may be performed in parallel with the processing of S301 to S303 or the processing of S304.

S305の処理は、ばねのような姿勢の復元力を右脚リンク3Rに発生させるための操作力を求める処理であり、S310の処理は、ばねのような姿勢の復元力を左脚リンク3Lにに発生させるための操作力を求める処理である。以下、これらの操作力をばね復元力という。   The process of S305 is a process for obtaining an operating force for generating a spring-like posture restoring force on the right leg link 3R, and the process of S310 is a spring-like posture restoring force applied to the left leg link 3L. It is the process which calculates | requires the operation force for generating. Hereinafter, these operating forces are referred to as spring restoring forces.

S305の処理およびS310の処理のアルゴリズムは同じであるので、以下に右側脚リンク3Rに係るS305の処理を前記図9を参照しつつ代表的に説明する。   Since the algorithm of the process of S305 and the process of S310 are the same, the process of S305 related to the right leg link 3R will be representatively described below with reference to FIG.

S305の処理では、まず、前記した如く右側膝角度計測処理手段61Rの処理によって求められた脚リンク3Rの膝角度の計測値θ1_Rを使用して、前記式(2)により図9の線分S3の長さL3、すなわち、脚リンク3Rの第3関節14の中心点と前記前後揺動中心点Pとを結ぶ線分S3の長さL3を算出する。そして、その算出したL3からあらかじめ定めた基準値L3Sを差し引いた値(L3−L3S)に所定のばね定数kを乗算したものを、右側脚リンク3Rのばね復元力として求める。   In the process of S305, first, using the measured value θ1_R of the knee angle of the leg link 3R obtained by the process of the right knee angle measurement processing unit 61R as described above, the line segment S3 of FIG. Length L3, that is, the length L3 of the line segment S3 connecting the center point of the third joint 14 of the leg link 3R and the center point P of the front-rear swing is calculated. Then, a value obtained by subtracting a predetermined reference value L3S from the calculated L3 (L3-L3S) and a predetermined spring constant k is obtained as the spring restoring force of the right leg link 3R.

すなわち、ばね復元力は次式(6)により算出される。   That is, the spring restoring force is calculated by the following equation (6).


ばね復元力=k・(L3−LS3) ……(6)

左側脚リンク3Lに係る前記S310の処理も同様である。上記のようにして算出される各脚リンク3のばね復元力は、該脚リンク3の姿勢を、前記図9の線分S3の長さL3が前記基準値L3Sに一致するような姿勢に復元させるために歩行補助装置1に付加的に作用させるべき支持力(支持力の要求値)に相当する。

Spring restoring force = k · (L3-LS3) (6)

The process of S310 related to the left leg link 3L is the same. The spring restoring force of each leg link 3 calculated as described above restores the posture of the leg link 3 so that the length L3 of the line segment S3 in FIG. 9 matches the reference value L3S. This corresponds to the supporting force (the required value of the supporting force) that should be additionally applied to the walking assist device 1.

なお、本実施形態では、ばね復元力をフィードバック制御則としての比例制御則で求めているが、PD制御則などの他の手法で求めるようにしてもよい。また、前記線分S3の長さL3は、各脚リンク3の第3関節14と着座部2との間隔にほぼ一定のオフセット値を加えた長さに等しい。このため、上記偏差(L3−L3S)を0に近づけるようにばね復元力を算出するということは、各脚リンク3の第3関節14と着座部2との間隔と所定の基準値(L3Sから上記オフセット値を差し引いた値)との偏差を0に近づけるようにばね復元力を算出することと同等である。   In this embodiment, the spring restoring force is obtained by a proportional control law as a feedback control law, but may be obtained by other methods such as a PD control law. The length L3 of the line segment S3 is equal to the length obtained by adding a substantially constant offset value to the distance between the third joint 14 of each leg link 3 and the seat 2. For this reason, calculating the spring restoring force so that the deviation (L3-L3S) approaches 0 means that the distance between the third joint 14 of each leg link 3 and the seating portion 2 and a predetermined reference value (from L3S). This is equivalent to calculating the spring restoring force so that the deviation from the value obtained by subtracting the offset value approaches 0.

次いで、右側脚リンク3Rに関するS306〜S309の処理と、左側脚リンク3Lに関するS311〜S314の処理とが実行される。右側脚リンク3Rに関するS306〜S309の処理では、まず、S306において、前記S303で得られた目標総持ち上げ力に右分配比を乗算する。これにより、目標総持ち上げ力のうちの右側脚リンク3Rによる負担分としての総持ち上げ力負担分の基本目標値が決定される。この基本目標値は、着座部2から利用者Aに作用させる持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力のうちの右側脚リンク3Rの負担分と、歩行補助装置1の全体重量から各支持力センサ30の下側の部分の総重量を差し引いた重量(あるいは歩行補助装置1の全体重量)を支えるための支持力のうちの右側脚リンク3Rの負担分との総和を意味する。   Next, the processes of S306 to S309 related to the right leg link 3R and the processes of S311 to S314 related to the left leg link 3L are executed. In the processing of S306 to S309 relating to the right leg link 3R, first, in S306, the target total lifting force obtained in S303 is multiplied by the right distribution ratio. Thereby, the basic target value for the total lifting force share as the share by the right leg link 3R of the target total lifting force is determined. This basic target value is determined from each supporting force sensor based on the share of the right leg link 3R in the target lifting force, which is the target lifting force that acts on the user A from the seating portion 2, and the total weight of the walking assist device 1. This means the total sum of the support force for supporting the weight obtained by subtracting the total weight of the lower part of 30 (or the total weight of the walking assist device 1) and the burden on the right leg link 3R.

さらに、S307において、S305で求めたばね復元力に右分配比を乗算する。そして、その乗算結果の値(これは本発明における目標負担分の補正量に相当する)をS308において右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の基本目標値に加算することで、右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Rが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_RをS309でローパスフィルタに通すことで、最終的に右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Rが求められる。S309のローパスフィルタは、膝角度θ1の変動等に伴うノイズ成分を除去するためのものである。そのカットオフ周波数は、例えば15Hzである。   Further, in S307, the spring restoring force obtained in S305 is multiplied by the right distribution ratio. Then, the value of the multiplication result (this corresponds to the correction amount for the target burden in the present invention) is added to the basic target value for the total lifting force share of the right leg link 3R in S308, thereby making the right leg link 3R. The provisional target value Tp_Fankle_R for the total lifting force share is obtained. Then, the provisional target value Tp_Fankle_R is passed through a low-pass filter in S309, so that a control target value T_Fankle_R that is a target value for the total lifting force share of the right leg link 3R is finally obtained. The low-pass filter of S309 is for removing noise components associated with fluctuations in the knee angle θ1. The cutoff frequency is 15 Hz, for example.

同様に、左側脚リンク3Lに関するS311〜S314の処理では、まず、S311において、前記S303で得られた目標総持ち上げ力に左分配比を乗算する。これにより、目標総持ち上げ力のうちの左側脚リンク3Lによる負担分としての総持ち上げ力負担分の基本目標値が決定される。この基本目標値は、着座部2から利用者Aに作用させる持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力のうちの左側脚リンク3Lの負担分と、歩行補助装置1の全体重量から各支持力センサ30の下側の部分の総重量を差し引いた重量(あるいは歩行補助装置1の全体重量)を支えるための支持力のうちの左側脚リンク3Lの負担分との総和を意味する。   Similarly, in the processing of S311 to S314 regarding the left leg link 3L, first, in S311, the target total lifting force obtained in S303 is multiplied by the left distribution ratio. Thereby, the basic target value of the total lifting force share as the share by the left leg link 3L of the target total lifting force is determined. This basic target value is determined from each supporting force sensor based on the share of the left leg link 3L in the target lifting force that is a target value of the lifting force that acts on the user A from the seating portion 2 and the total weight of the walking assist device 1. 30 means the sum total of the load of the left leg link 3L in the supporting force for supporting the weight obtained by subtracting the total weight of the lower part of 30 (or the total weight of the walking assist device 1).

さらに、S312において、S310で求めたばね復元力に左分配比を乗算する。そして、その乗算結果の値(これは本発明における目標負担分の補正量に相当する)をS313において左側脚リンク3Lの総持ち上げ力負担分の基本目標値に加算することで、左側脚リンク3Lの総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Lが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_LをS314でローパスフィルタに通すことで、最終的に左側脚リンク3Lの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Lが求められる。例えば、S303の出力である目標総持ち挙げ力が200N(ニュートン)であり、利用者Aの左右の踏力に応じた左右分配比(S304の出力)が、0.4:0.6である場合には、S306の出力が120Nとなり、S311の出力が80Nとなる。   In S312, the spring restoring force obtained in S310 is multiplied by the left distribution ratio. Then, the value of the multiplication result (which corresponds to the correction amount for the target burden in the present invention) is added to the basic target value for the total lifting force share of the left leg link 3L in S313, thereby left leg link 3L. The provisional target value Tp_Fankle_L for the total lifting force share is obtained. Then, the provisional target value Tp_Fankle_L is passed through a low-pass filter in S314, so that a control target value T_Fankle_L that is a target value for the total lifting force share of the left leg link 3L is finally obtained. For example, when the target total lifting force, which is the output of S303, is 200 N (Newton), and the left / right distribution ratio (output of S304) according to the left / right pedaling force of the user A is 0.4: 0.6 The output of S306 is 120N and the output of S311 is 80N.

以上が、左右目標負担分決定手段63の処理である。以上のようにして、基本的には、左右の各脚リンク3の制御目標値T_Fankle_L,T_Fankle_Rは、それらの比率が利用者Aの左右の踏力の比率を同じ比率になるように決定される。さらに、該制御目標値T_Fankle_L,T_Fankle_Rには、それぞれ前記左側脚リンク3L、右側脚リンク3Rに係わるばね復元力が付加される。なお、制御目標値T_Fankle_Lに付加されるばね復元力と、制御目標値T_Fankle_Rに付加されるばね復元力との総和は、S305、S310でそれぞれ算出されたばね復元力の、左右の分配比を重み係数とする重み付き平均値となる。従って、制御目標値T_Fankle_L,T_Fankle_Rの総和は、S303で決定した目標総持ち上げ力に、ばね復元力の上記重み付き平均値を加えたものとなる。   The above is the processing of the left / right target share determination means 63. As described above, basically, the control target values T_Fankle_L and T_Fankle_R of the left and right leg links 3 are determined so that the ratio of the left and right pedaling forces of the user A is the same. Further, spring restoring forces related to the left leg link 3L and the right leg link 3R are added to the control target values T_Fankle_L and T_Fankle_R, respectively. Note that the sum of the spring restoring force added to the control target value T_Fankle_L and the spring restoring force added to the control target value T_Fankle_R is the weighting factor of the left and right distribution ratios of the spring restoring forces calculated in S305 and S310, respectively. Is a weighted average value. Therefore, the sum of the control target values T_Fankle_L and T_Fankle_R is obtained by adding the weighted average value of the spring restoring force to the target total lifting force determined in S303.

なお、S304、S306、S311の処理は、本発明における分配手段に相当する。   Note that the processing of S304, S306, and S311 corresponds to the distribution means in the present invention.

以上のようにして左右目標負担分決定手段63の処理を実行した後、演算処理部51は、フィードバック操作量決定手段64R,64Lおよびフィードフォワード操作量決定手段65R,65Lの処理を順次、もしくは並行して実行する。   After executing the processing of the left and right target share determination means 63 as described above, the arithmetic processing unit 51 performs the processing of the feedback operation amount determination means 64R and 64L and the feedforward operation amount determination means 65R and 65L sequentially or in parallel. And run.

フィードバック操作量決定手段64R,64Lの処理を図11を参照して説明する。図11は、フィードバック操作量決定手段64R,64Lの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードバック操作量決定手段64R,64Lのアルゴリズムは同じであるので、図11では左側フィードバック操作量決定手段64Lに関するものについては、括弧書きで示している。   The processing of the feedback manipulated variable determining means 64R and 64L will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a block diagram showing the flow of processing of the feedback manipulated variable determining means 64R, 64L. Since the algorithms of the feedback manipulated variable determining means 64R and 64L are the same, in FIG. 11, those relating to the left feedback manipulated variable determining means 64L are shown in parentheses.

右側フィードバック操作量決定手段64Rの処理について代表的に説明すると、まず、前記左右目標負担分決定手段63で決定された右側脚リンク3Rの制御目標値T_Fankle_Rと、前記右側支持力計測処理手段62で計測された右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとの偏差(T_Fankle_R−Fankle_R)がS401で算出される。そして、この偏差にS402、S403においてそれぞれゲインKp、Kdが乗算される。さらに、S403の演算結果は、S404において微分され(図中の「s」は微分演算子を意味する)、その微分値とS402の演算結果とがS405で加算される。これにより、右側電動モータ27の電流の操作量Ifb_Rが偏差(T_Fankle_R−Fankle_R)を0に収束させるようにフィードバック制御則としてのPD制御則により算出される。操作量Ifb_Rは、右側電動モータ27の指示電流値のフィードバック成分を意味する。   The processing of the right feedback manipulated variable determining means 64R will be described representatively. First, the control target value T_Fankle_R of the right leg link 3R determined by the left and right target share determining means 63 and the right support force measurement processing means 62 are described. A deviation (T_Fankle_R−Fankle_R) from the measured value Fankle_R of the total lifting force share of the measured right leg link 3R is calculated in S401. The deviation is multiplied by gains Kp and Kd in S402 and S403, respectively. Further, the calculation result of S403 is differentiated in S404 (“s” in the figure means a differential operator), and the differential value and the calculation result of S402 are added in S405. Thereby, the operation amount Ifb_R of the current of the right electric motor 27 is calculated by the PD control law as the feedback control law so that the deviation (T_Fankle_R−Fankle_R) converges to zero. The manipulated variable Ifb_R means a feedback component of the command current value of the right electric motor 27.

この場合、本実施形態では、前記ゲインKp,Kdの値は、S406において、脚リンク3Rの膝角度の計測値θ1_Rに応じて可変的に設定される。これは、脚リンク3Rの膝角度によって、電動モータ27Rの電流変化(トルク変化)に対する着座部2の持ち上げ力の変化の感度が変化するためである。この場合、膝角度θ1_Rが大きい程(脚リンク3Rが伸びるほど)、電動モータ27Rの電流変化(トルク変化)に対する着座部2の持ち上げ力の変化の感度が高くなる。このため、S406においては、図示を省略するデータテーブルに基づいて、基本的には、脚リンク3Rの膝角度の計測値θ1_Rが大きいほど、ゲインKp,Kdの値をそれぞれ小さくするように、該ゲインKp,Kdの値を設定する。   In this case, in this embodiment, the values of the gains Kp and Kd are variably set in S406 according to the measured value θ1_R of the knee angle of the leg link 3R. This is because the sensitivity of the change in the lifting force of the seating portion 2 with respect to the current change (torque change) of the electric motor 27R changes depending on the knee angle of the leg link 3R. In this case, the greater the knee angle θ1_R is (the longer the leg link 3R is), the higher the sensitivity of the lifting force of the seating portion 2 to the current change (torque change) of the electric motor 27R. For this reason, in S406, based on a data table (not shown), basically, the larger the measured value θ1_R of the knee angle of the leg link 3R, the smaller the gains Kp and Kd are. Set the values of gains Kp and Kd.

以上が右側フィードバック操作量決定手段64Rの処理である。左側フィードバック操作量決定手段64Lの処理も同様である。なお、本実施形態では、フィードバック制御則としてPD制御則を用いることによって、高速且つ安定に持ち上げ力を制御できるようにしている。但し、PD制御則以外のフィードバック制御則を使用してもよい。   The above is the processing of the right feedback manipulated variable determining means 64R. The same applies to the processing of the left feedback manipulated variable determining means 64L. In the present embodiment, the lifting force can be controlled stably at high speed by using a PD control law as a feedback control law. However, a feedback control law other than the PD control law may be used.

次に、フィードフォワード操作量決定手段65R,65Lの処理を図12を参照して説明する。図12は、フィードフォワード操作量決定手段65R,65Lの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードフォワード操作量決定手段65R,65Lのアルゴリズムは同じであるので、図12では左側フィードフォワード操作量決定手段65Lに関するものについては、括弧書きで示している。   Next, the processing of the feedforward manipulated variable determining means 65R, 65L will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram showing a processing flow of the feedforward manipulated variable determining means 65R, 65L. Since the algorithms of the feedforward manipulated variable determining means 65R and 65L are the same, the left feedforward manipulated variable determining means 65L is shown in parentheses in FIG.

右側フィードフォワード操作量決定手段65Rの処理について代表的に説明すると、S501において、前記膝角度計測処理手段61Rで計測された脚リンク3Rの膝角度の計測値θ1_Rが微分されて該脚リンク3Rの第2関節12の屈曲角度の角速度ω1_Rが算出される。さらに、S502において、脚リンク3Rの膝角度の計測値θ1_Rと、前記支持力計測処理部62Rで計測された脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとを用いて、脚リンク3Rのワイヤ32a,32bの実際の張力である実張力T1が算出される。この実張力T1の算出処理を図13を参照して説明する。なお、図13では、脚リンク3は模式化して記載している。また、図13では、図9と同じ要素には、同一の参照符号を付している。   The processing of the right feedforward manipulated variable determining means 65R will be described representatively. In S501, the measured value θ1_R of the knee link of the leg link 3R measured by the knee angle measurement processing means 61R is differentiated to obtain the leg link 3R. The angular velocity ω1_R of the bending angle of the second joint 12 is calculated. Furthermore, in S502, the measured value θ1_R of the knee angle of the leg link 3R and the measured value Fankle_R of the total lifting force share of the leg link 3R measured by the support force measurement processing unit 62R are used. An actual tension T1 that is an actual tension of the wires 32a and 32b is calculated. The calculation process of the actual tension T1 will be described with reference to FIG. In FIG. 13, the leg link 3 is schematically illustrated. In FIG. 13, the same elements as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.

まず、脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rの線分S2に直交する成分Fankle_aが次式(7)により算出される。   First, the component Fankle_a orthogonal to the line segment S2 of the measurement value Fankle_R of the total lifting force share of the leg link 3R is calculated by the following equation (7).


Fankle_a=Fankle_R・sinθ2 ……(7)

なお、角度θ2は、Fankle_Rと、線分S2とのなす角度であり、このθ2は、前記図9を参照して説明した通り、計測値θ1_Rを用いて幾何学的演算により算出される(前記式(2)、(3)を参照)。

Fankle_a = Fankle_R ・ sinθ2 (7)

The angle θ2 is an angle formed by Fankle_R and the line segment S2, and this θ2 is calculated by geometric calculation using the measured value θ1_R as described with reference to FIG. (See equations (2) and (3)).

そして、このようにして求めたFankle_aに、次式(8)の通り、線分S2の長さL2を乗算することによって、Fankle_Rによって、第2関節12(膝関節)に生じるモーメントM1を算出する。   Then, the moment M1 generated in the second joint 12 (the knee joint) is calculated by Fankle_R by multiplying the thus obtained Fankle_a by the length L2 of the line segment S2 as shown in the following equation (8). .


M1=Fankle_a・L2 ……(8)

ワイヤ32a,32bの実張力T1によってプーリ31に発生するモーメントは、定常状態では上記モーメントM1に釣り合う。そこで、さらに、このモーメントM1を次式(9)の通り、プーリ31の有効半径rで除算することにより、ワイヤ32a,32bの実張力T1を算出する。

M1 = Fankle_a · L2 (8)

The moment generated in the pulley 31 by the actual tension T1 of the wires 32a and 32b is balanced with the moment M1 in a steady state. Therefore, the actual tension T1 of the wires 32a and 32b is calculated by further dividing the moment M1 by the effective radius r of the pulley 31 as shown in the following equation (9).


T1=M1/r ……(9)

以上が、S502の処理の詳細である。

T1 = M1 / r (9)

The above is the details of the processing of S502.

図12の説明に戻って、さらに、S503において、脚リンク3Rのワイヤ32a,32bの目標張力T2が算出される。この目標張力T2は、前記左右目標負担分決定手段63の処理で決定された脚リンク3Rの制御目標値(総持ち上げ力負担分の目標値)に対応して、ワイヤ32a,32bに発生させるべき張力である。この目標張力T2の算出は、S502の算出処理と同様である。より具体的には、前記式(7)の右辺のFankle_Rを、前記左右目標負担分決定手段63の処理で決定された脚リンク3Rの制御目標値T_Fankle_Rに置き換えた式によって、制御目標値T_Fankle_Rの前記線分S2(図13参照)に直交する成分が算出される。そして、その算出した成分を、前記式(8)の右辺のFankle_aの代わりに用いることで、脚リンク3Rの第2関節12の目標モーメントが算出される。さらに、その目標モーメントを前記式(9)の右辺のM1の代わりに用いることで、ワイヤ32a,32bの目標張力T2が算出される。   Returning to the description of FIG. 12, in S503, the target tension T2 of the wires 32a and 32b of the leg link 3R is calculated. This target tension T2 should be generated on the wires 32a and 32b corresponding to the control target value (target value for the total lifting force share) of the leg link 3R determined by the processing of the left and right target share determination means 63. It is tension. The calculation of the target tension T2 is the same as the calculation process in S502. More specifically, the control target value T_Fankle_R is calculated by replacing the Fankle_R on the right side of the equation (7) with the control target value T_Fankle_R of the leg link 3R determined by the processing of the left and right target share determination means 63. A component orthogonal to the line segment S2 (see FIG. 13) is calculated. Then, by using the calculated component instead of Fankle_a on the right side of the equation (8), the target moment of the second joint 12 of the leg link 3R is calculated. Further, the target tension T2 of the wires 32a and 32b is calculated by using the target moment instead of M1 on the right side of the equation (9).

以上がS503の処理である。   The above is the process of S503.

上記のようにS501〜S503の処理を実行した後、S504において、上記の如く算出された第2関節12の角速度ω1_R、ワイヤ32a,32bの実張力T1および目標張力T2を用いて、所定のフィードフォワード処理により電動モータ27Rの電流の操作量Iff_Rが決定される。操作量Iff_Rは、電動モータ27Rの指示電流値のフィードフォワード成分を意味する。   After executing the processing of S501 to S503 as described above, in S504, a predetermined feed is performed using the angular velocity ω1_R of the second joint 12 calculated as described above, the actual tension T1 and the target tension T2 of the wires 32a and 32b. The operation amount Iff_R of the current of the electric motor 27R is determined by the forward process. The manipulated variable Iff_R means a feedforward component of the command current value of the electric motor 27R.

このS504の処理では、次式(10)で表されるモデル式により、操作量Iff_Rが算出される。   In the process of S504, the manipulated variable Iff_R is calculated by the model equation represented by the following equation (10).


Iff_R=B1・T2+B2・ω1_R+B3・sgn(ω1_R) ……(10)
但し、B2=b0+b1・T1、B3=d0+d1・T1

ここで、式(10)中のB1は定数の係数、B2,B3は、それぞれ式(10)の但し書きで示す如く、実張力T1の一次関数で表される係数である。なお、b0,b1,d0,d1は定数である。また、sgn( )は、符号関数である。

Iff_R = B1 · T2 + B2 · ω1_R + B3 · sgn (ω1_R) (10)
However, B2 = b0 + b1 · T1, B3 = d0 + d1 · T1

Here, B1 in the equation (10) is a constant coefficient, and B2 and B3 are coefficients represented by a linear function of the actual tension T1, as indicated by the proviso in the equation (10). Note that b0, b1, d0, and d1 are constants. Sgn () is a sign function.

この式(10)は、電動モータ27の電流と、ワイヤ32a,32bの張力と、第2関節12の角速度ω1との関係を表すモデル式である。式(10)の右辺の第1項は、張力の比例項、第2項はワイヤ32a,32bとプーリ31やゴム管(ワイヤ32a,32bの保護管)との間の粘性摩擦力や、に応じた項、第3項は、ワイヤ32a,32bとプーリ31やゴム管(ワイヤ32a,32bの保護管)との間の動摩擦力に応じた項を意味する。なお、式(10)の右辺には、さらに第2関節12の角加速度に応じた項(すなわち慣性力に応じた項)を追加してもよい。   This equation (10) is a model equation representing the relationship among the current of the electric motor 27, the tension of the wires 32a and 32b, and the angular velocity ω1 of the second joint 12. The first term on the right side of equation (10) is the proportional term of tension, the second term is the viscous frictional force between the wires 32a and 32b and the pulley 31 and the rubber tube (the protective tube of the wires 32a and 32b). The corresponding term, the third term, means a term corresponding to the dynamic frictional force between the wires 32a, 32b and the pulley 31 or the rubber tube (the protective tube of the wires 32a, 32b). Note that a term corresponding to the angular acceleration of the second joint 12 (that is, a term corresponding to the inertial force) may be added to the right side of Expression (10).

補足すると、式(10)の演算に使用する各定数B1,b0,b1,d0,d1は、あらかじめ、式(10)の左辺の値と右辺の値との差の2乗値を最小化するような同定アルゴリズムによって実験的に同定される。そして、同定された各定数B1,b0,b1,d0,d1は、図示しないメモリに記憶保持され、歩行補助装置1の動作時に使用される。   Supplementally, each constant B1, b0, b1, d0, d1 used for the calculation of Expression (10) minimizes in advance the square value of the difference between the value on the left side and the value on the right side of Expression (10). It is experimentally identified by such an identification algorithm. The identified constants B1, b0, b1, d0, d1 are stored in a memory (not shown) and used when the walking assist device 1 is operated.

以上が、右側フィードフォワード操作量決定手段65Rの処理である。左側フィードフォワード操作量決定手段65Lの処理も同様である。   The above is the processing of the right feedforward manipulated variable determining means 65R. The same applies to the processing of the left feedforward manipulated variable determining means 65L.

図5を参照して、以上のように、電動モータ27Rの電流の操作量Ifb_R,Iff_Rと、電動モータ27Lの電流の操作量Ifb_L,Iff_Lとを算出した後、演算処理部51は、加算処理手段66Rにより、操作量Ifb_R,Iff_Rを加算する。これにより、電動モータ27Rの指示電流値を決定する。また、演算処理部51は、加算処理手段66Lにより、操作量Ifb_L,Iff_Lを加算する。これにより、電動モータ27Lの指示電流値を決定する。そして、演算処理部51は、これらの指示電流値をそれぞれ各電動モータ27に係るドライバ回路52に出力する。このとき、ドライバ回路52は、与えられた指示電流値に従って電動モータ27に通電する。   With reference to FIG. 5, as described above, after calculating the operation amounts Ifb_R, Iff_R of the electric motor 27R and the operation amounts Ifb_L, Iff_L of the electric motor 27L, the arithmetic processing unit 51 performs the addition process. The operation amounts Ifb_R and Iff_R are added by means 66R. Thereby, the command current value of the electric motor 27R is determined. Further, the arithmetic processing unit 51 adds the operation amounts Ifb_L and Iff_L by the addition processing means 66L. Thereby, the command current value of the electric motor 27L is determined. Then, the arithmetic processing unit 51 outputs these indicated current values to the driver circuits 52 associated with the respective electric motors 27. At this time, the driver circuit 52 energizes the electric motor 27 in accordance with the indicated current value.

以上説明した演算処理部51の制御処理が、所定の制御周期で実行される。これにより、各脚リンク3の実際の総持ち上げ力負担分の計測値Fankleが、該脚リンク3に対応する制御目標値T_Fankleに一致するように(収束するように)、電動モータ27の発生トルク、ひいては、該脚リンク3の第2関節12(膝関節)の駆動力が操作されることとなる。   The control processing of the arithmetic processing unit 51 described above is executed at a predetermined control cycle. As a result, the torque generated by the electric motor 27 so that the measured value Fankle of the actual total lifting force share of each leg link 3 matches the control target value T_Fankle corresponding to the leg link 3 (so as to converge). As a result, the driving force of the second joint 12 (the knee joint) of the leg link 3 is operated.

以上説明した第1実施形態では、各脚リンク3の第3関節14から下腿フレーム13に伝達される支持力(並進力)の作用線は、該第3関節14の中心点から着座部2と利用者Aとの接触面の前後方向の幅内で着座部2の上方に存する前記前後揺動中心点Pを通る直線とほぼ等しくなる。そして、各脚リンク13は、この前後揺動中心点Pを支点として、着座部2に対して前後方向に揺動自在である。このため、着座部2の位置及び姿勢は、利用者Aから着座部2に付与される荷重(着座部2から利用者Aへの持ち上げ力に釣り合う並進力)の作用点(より詳しくは、利用者Aと着座部2との接触面に分布する荷重の重心点)が前後揺動中心点Pの直下に位置するような状態、すなわち、該荷重の作用線が前後揺動中心点Pを通る上下方向の直線となるような状態で平衡する。そして、利用者Aの上体の傾斜などにより、利用者Aから着座部2への荷重の作用点が変位すると、着座部2の位置および姿勢は上記の平衡状態に自動的に復帰しようとする。このため、矢状面で見たとき、利用者Aから着座部2への荷重の作用線と、各脚リンク3の第3関節14から下腿フレーム13に伝達される支持力(並進力)の作用線とが基本的には共通の点Pを通るようになる。その結果、それらの作用線が前後方向で離間して、該荷重および支持力が着座部2に対して偶力して作用するような状態が回避される。従って、着座部2が利用者Aに対して位置ずれしたりするのを防止して、着座部2の位置および姿勢を安定化することができる。ひいては、利用者Aに所望の持ち上げ力を着座部2から安定且つ適切に作用させることができる。   In the first embodiment described above, the line of action of the support force (translation force) transmitted from the third joint 14 of each leg link 3 to the crus frame 13 is from the center point of the third joint 14 to the seating portion 2. It is substantially equal to a straight line passing through the longitudinal swing center point P existing above the seating portion 2 within the width in the longitudinal direction of the contact surface with the user A. Each leg link 13 is swingable in the front-rear direction with respect to the seating portion 2 with the front-rear swing center point P as a fulcrum. For this reason, the position and posture of the seating part 2 are the points of action of the load applied to the seating part 2 from the user A (translational force that balances the lifting force from the seating part 2 to the user A). The center of gravity of the load distributed on the contact surface between the person A and the seating portion 2) is located immediately below the longitudinal swing center point P, that is, the line of action of the load passes through the longitudinal swing center point P. Equilibrate in a state where it is a straight line in the vertical direction. When the point of application of the load from the user A to the seating part 2 is displaced due to the inclination of the upper body of the user A, the position and posture of the seating part 2 automatically attempt to return to the above-described equilibrium state. . For this reason, when viewed in the sagittal plane, the action line of the load from the user A to the seating portion 2 and the support force (translation force) transmitted from the third joint 14 of each leg link 3 to the crus frame 13 The action line basically passes through a common point P. As a result, a state in which the action lines are separated in the front-rear direction and the load and the supporting force act on the seat portion 2 as a couple is avoided. Therefore, the seating part 2 can be prevented from being displaced with respect to the user A, and the position and posture of the seating part 2 can be stabilized. As a result, a desired lifting force can be stably and appropriately applied to the user A from the seat portion 2.

また、利用者Aの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に対応させて総目標持ち上げ力が左右の脚リンク3L,3Rに分配して、各脚リンク3の総持ち上げ力負担分を決定し、この総持ち上げ力負担分を各脚リンク3で発生させる。このため、特に、前記持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がON操作されている状態では、前記キースイッチ53により設定した持ち上げ力(目標持ち上げ力)を円滑且つ安定に着座部2から利用者Aに作用させることができ、利用者Aの各脚の負担を効果的に軽減できる。   Further, the total target lifting force is distributed to the left and right leg links 3L and 3R in accordance with the ratio between the pedaling force of the right leg and the left leg of the user A, and the total lifting force share of each leg link 3 is distributed. The total lifting force share is generated at each leg link 3. For this reason, in particular, when the lifting control ON / OFF switch 54 is ON, the lifting force (target lifting force) set by the key switch 53 is applied to the user A from the seating portion 2 smoothly and stably. The burden on each leg of the user A can be effectively reduced.

補足すると、総目標持ち上げ力は、前記したように、前記キースイッチ53による持ち上げ力の設定値(目標持ち上げ力)と、歩行補助装置1の全体重量から各支持力センサ30の下側の部分の総重量を差し引いた重量(あるいは歩行補助装置1の全体重量)を支えるための支持力の大きさとを加え合わせたもの(より正確には、その加算結果の値をローパスフィルタに通したもの)である。このため、前記したように各脚リンク3の総持ち上げ力負担分を決定することにより、結果的には、着座部2から利用者Aに作用させるべき持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力が、利用者Aの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に応じて、左右の脚リンク3L,3Rに分配される。そして、その分配された目標持ち上げ力の、各脚リンク3L,3Rの負担分が、各脚リンク3L,3Rから着座部23に作用するように、各脚リンク3L,3Rの電動モータ27L,27Rが制御されることとなる。   Supplementally, as described above, the total target lifting force is determined based on the setting value (target lifting force) of the lifting force by the key switch 53 and the total weight of the walking assist device 1 in the lower part of each supporting force sensor 30. It is the sum of the amount of supporting force to support the weight minus the total weight (or the total weight of the walking assist device 1) (more precisely, the value of the addition result is passed through a low-pass filter) is there. Therefore, by determining the total lifting force share of each leg link 3 as described above, as a result, the target lifting force that is the target value of the lifting force that should be applied to the user A from the seating portion 2 is The left leg link 3L, 3R is distributed according to the ratio of the pedaling force of the right leg and the left leg of the user A. Then, the electric motors 27L, 27R of the leg links 3L, 3R so that the share of the distributed target lifting force of the leg links 3L, 3R acts on the seat portion 23 from the leg links 3L, 3R. Will be controlled.

さらに、ばね復元力を各脚リンク3に発生させるので、利用者Aが膝を深く曲げるほど、大きな持ち上げ力が歩行補助装置1から得られる。これによって、利用者Aが歩行補助装置1によるアシスト感を実感し易くなる。また、ばね復元力に関する前記ばね定数k(前記式(6)を参照)の値を適切に設定しておくことで、各脚リンク3の姿勢が不適切な姿勢に発散してしまうのを防止することができる。   Furthermore, since a spring restoring force is generated in each leg link 3, a larger lifting force is obtained from the walking assist device 1 as the user A bends the knee deeper. This makes it easier for the user A to feel the assist feeling of the walking assist device 1. Further, by appropriately setting the value of the spring constant k relating to the spring restoring force (see the formula (6)), the posture of each leg link 3 can be prevented from diverging into an inappropriate posture. can do.

また、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がOFF操作されている状態では、歩行補助装置1の支持力センサ30より上側にある部分の重量に相当する値が総目標持ち上げ力として決定される。この状態では、利用者Aが意図的に着座部2に体重を掛けない限り、着座部2を利用者Aに接触させつつ、それらの間で作用力が発生しない状態に平衡させることができる。そして、この状態から、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がON操作されると、前記ローパスフィルタ(図10のS303を参照)によって急激な持ち上げ力が着座部2から利用者Aに作用するような事態を回避し、円滑に利用者Aに持ち上げ力を作用させることができる。   In the state where the lifting control ON / OFF switch 54 is turned off, a value corresponding to the weight of the portion above the supporting force sensor 30 of the walking assist device 1 is determined as the total target lifting force. In this state, unless the user A intentionally puts a weight on the seating part 2, the seating part 2 can be brought into contact with the user A and balanced to a state in which no acting force is generated between them. Then, when the lifting control ON / OFF switch 54 is turned on from this state, a situation in which a sudden lifting force acts on the user A from the seating portion 2 by the low-pass filter (see S303 in FIG. 10). Thus, the lifting force can be applied to the user A smoothly.

さらに、各電動モータ27の電流指示値をPD制御則(フィードバック制御則)とフィードフォワード制御則とを併用して決定するので、高速且つ安定に持ち上げ力を制御できる。   Furthermore, since the current instruction value of each electric motor 27 is determined using both the PD control law (feedback control law) and the feedforward control law, the lifting force can be controlled at high speed and stably.

なお、前記実施形態では、各脚リンク3の総持ち上げ力負担分の目標値(制御目標値)にばね復元力を付加するようにしたが、このばね復元力の付加を省略するようにしてもよい(具体的には、図10のS305、S307、S310、S312の処理を省略する)。この場合には、図10のS301で求めたFankle_tをそのまま、S302に入力するようにすればよい。   In the above-described embodiment, the spring restoring force is added to the target value (control target value) for the total lifting force share of each leg link 3, but the addition of the spring restoring force may be omitted. Good (specifically, the processing of S305, S307, S310, and S312 in FIG. 10 is omitted). In this case, Fankle_t obtained in S301 of FIG. 10 may be input to S302 as it is.

また、図1に示すガイドレール22は円弧状のものに限らず、楕円周の一部(楕円の弧)など、大腿フレーム11を前後方向に揺動可能とする形状であれば他の形状であってもよい。ガイドレール22が円弧形状でない場合には、歩行補助装置1の動作によって、前後揺動中心点Pの位置は所定領域内で変動する。この場合において、Fankleを求めるときには、所定の演算処理周期毎にその瞬間の大腿フレーム11の回転中心が前後方向揺動中心点Pとして設定される。そして、その中心点Pと第3関節14とを結ぶ直線をFankleの作用線として、該Fankleを前記実施形態と同様に算出するようにすればよい。   Further, the guide rail 22 shown in FIG. 1 is not limited to an arc shape, but may be any other shape as long as the thigh frame 11 can swing in the front-rear direction, such as a part of an elliptical circumference (an elliptical arc). There may be. When the guide rail 22 is not arcuate, the position of the front / rear swing center point P varies within a predetermined region by the operation of the walking assist device 1. In this case, when obtaining Fankle, the rotational center of the thigh frame 11 at that moment is set as the forward / backward swing center point P at every predetermined calculation processing cycle. Then, the straight line connecting the center point P and the third joint 14 may be used as the Fankle action line, and the Fankle may be calculated in the same manner as in the above embodiment.

さらに、着座部2が無意味に回転してしまうことを防止する装具(腰ベルト等)が歩行補助装置1に設けた場合には、前後揺動中心点Pは着座部2の前後方向の幅内から外れた位置に設定される構成としてもよい。   Furthermore, when the walking assistance device 1 is provided with a brace (such as a waist belt) that prevents the seat 2 from rotating meaninglessly, the longitudinal swing center point P is the width of the seat 2 in the longitudinal direction. It is good also as a structure set to the position remove | deviated from the inside.

次に、本発明の第2実施形態を図14、図15を参照して説明する。なお、本実施形態の歩行補助装置の機構的構成は、第1実施形態と同一であり、制御処理の一部のみが第1実施形態と相違している。従って、本実施形態の説明では、第1実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については第1実施形態と同一の参照符号を用い、説明を省略する。また、本実施形態は、前記第1実施形態と本発明のうちの第1〜第4発明、第6発明の実施形態である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the mechanical configuration of the walking assistance device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and only a part of the control processing is different from the first embodiment. Therefore, in the description of the present embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are used for the same components or the same function as in the first embodiment, and the description thereof is omitted. Moreover, this embodiment is an embodiment of the first embodiment and the first to fourth inventions and the sixth invention of the present invention.

図14は、本実施形態における制御装置50の演算処理部51の機能的手段を示すブロック図である。図示の如く、本実施形態では、前記持ち上げ力設定用キースイッチ53の代わりに、利用者Aの全踏力(左脚の踏力と右脚の踏力との総和)のうちの歩行補助装置1により補助する力の、該全踏力に対する割合の目標値である目標アシスト割合を設定するためのアシスト割合設定用キースイッチ70(これは本発明における目標アシスト割合設定手段に相当する)が設けられている。なお、アシスト割合設定用キースイッチ70は、アシスト割合の所望の目標値を直接的に設定し、あるいは、あらかじめ用意された複数種類の目標値から選択的に設定し得るように、テン・キースイッチあるいは複数の選択スイッチなどにより構成されている。   FIG. 14 is a block diagram showing functional means of the arithmetic processing unit 51 of the control device 50 in the present embodiment. As shown in the drawing, in this embodiment, instead of the lifting force setting key switch 53, the walking assist device 1 of the total pedaling force of the user A (the sum of the pedaling force of the left leg and the pedaling force of the right leg) is assisted. There is provided an assist ratio setting key switch 70 (which corresponds to the target assist ratio setting means in the present invention) for setting a target assist ratio that is a target value of the ratio of the power to the total pedaling force. The assist ratio setting key switch 70 is a numeric key switch so that a desired target value of the assist ratio can be set directly or can be selectively set from a plurality of types of target values prepared in advance. Alternatively, it is composed of a plurality of selection switches.

そして、このアシスト割合設定用キースイッチ70の操作信号(該操作信号が示す目標アシスト割合の設定値)が、演算処理部51の左右目標負担分決定手段71に入力されるようになっている。ここで、本実施形態では、演算処理部51の機能的手段にあっては、左右目標負担分決定手段71の処理のみが、第1実施形態と相違しており、該左右目標負担分決定手段71以外の演算処理部51の各機能的手段の処理は、第1実施形態と同一である。従って、以降の本実施形態の説明は、この左右目標負担分決定手段71の処理を中心に行なう。   An operation signal of the assist ratio setting key switch 70 (a set value of the target assist ratio indicated by the operation signal) is input to the left and right target share determination means 71 of the arithmetic processing unit 51. Here, in the present embodiment, the functional means of the arithmetic processing unit 51 is different from the first embodiment only in the processing of the left and right target share determination means 71, and the left and right target share determination means The processing of each functional means of the arithmetic processing unit 51 other than 71 is the same as that of the first embodiment. Therefore, the following description of the present embodiment will be focused on the processing of the left and right target share determination means 71.

本実施形態における左右目標負担分決定手段71は、前記各計測処理手段60R,60L、61R,60L,62R,62Lの計測値と、前記アシスト割合設定用キースイッチ70および持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54の操作信号とが入力される。そして、左右目標負担分決定手段71は、それらの入力値を基に、各脚リンク3の前記制御目標値(各脚リンク3の第3関節14から下腿フレーム13に伝達される支持力の目標値、あるいは該脚リンク3の支持力センサ30に作用する支持力の目標値)を決定する処理を行なうものである。   The left and right target share determination means 71 in this embodiment includes the measurement values of the measurement processing means 60R, 60L, 61R, 60L, 62R, and 62L, the assist ratio setting key switch 70, and the lifting control ON / OFF switch 54. The operation signal is input. Then, the left and right target share determination means 71 determines the control target value of each leg link 3 (the target of the support force transmitted from the third joint 14 of each leg link 3 to the crus frame 13 based on those input values. Value or a target value of the supporting force acting on the supporting force sensor 30 of the leg link 3) is determined.

この左右目標負担分決定手段71は、演算処理部51の各制御処理周期において、以下に説明する如く、各脚リンク3の制御目標値を決定する。図15は、その処理の流れを示すブロック図である。   The left / right target share determining means 71 determines the control target value of each leg link 3 in each control processing cycle of the arithmetic processing unit 51 as described below. FIG. 15 is a block diagram showing the flow of the processing.

まず、S1301において、各支持力計測処理手段62によって求められた右側脚リンク3Rの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rと、左側脚リンク3Lの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Lとが加算される。これにより、総持ち上げ力Fankle_tが算出される。   First, in S1301, the measurement value Fankle_R for the total lifting force share of the right leg link 3R and the measurement value Fankle_L for the total lifting force share of the left leg link 3L obtained by each supporting force measurement processing unit 62 are added. The Thereby, the total lifting force Fankle_t is calculated.

次いで、上記総持ち上げ力Fankle_tから後述する補助装置重量支持力を差し引いたものと、前記各踏力計測処理手段60によって得られた各脚の踏力の計測値FRF_RおよびFRF_Lの総和、すなわち全踏力の計測値(FRF_R+FRF_L)とから、全踏力のうちの歩行補助装置1により実際に補助している力の、全踏力に対する割合である実アシスト割合をS1302において求める。具体的には、歩行補助装置1の全体重量から各支持力センサ30の下側の部分の重量の総和を差し引いた重量を支えるために必要な支持力(該重量に相当する重力に釣り合う支持力)、または、歩行補助装置1の全体重量を支えるために必要な支持力(該全体重量に相当する重力に釣り合う支持力)を上記補助装置重量支持力とし、この補助装置重量支持力の大きさがあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている。そして、この補助装置重量支持力を総持ち上げ力Fankle_tから減じてなる値(これは、着座部2から利用者Aに現在作用している上向きの持ち上げ力を意味する)を、全踏力の計測値(FRF_R+FRF_L)で割り算する。これにより、実アシスト割合が求められる。すなわち、実アシスト割合=(Fankle_t−補助装置重量支持力)/(FRF_R+FRF_L)という演算により、実アシスト割合が求められる。   Next, the sum of the subtraction force measurement values FRF_R and FRF_L obtained by subtracting the auxiliary device weight support force described later from the total lifting force Fankle_t and the pedal force measurement processing means 60, that is, the measurement of the total pedal force From the value (FRF_R + FRF_L), an actual assist ratio, which is a ratio of the force actually supported by the walking assist device 1 out of the total pedaling force to the total pedaling force, is obtained in S1302. Specifically, the supporting force necessary to support the weight obtained by subtracting the total weight of the lower portion of each supporting force sensor 30 from the total weight of the walking assist device 1 (the supporting force that balances the gravity corresponding to the weight). ) Or a supporting force necessary to support the entire weight of the walking assist device 1 (a supporting force that balances the gravity corresponding to the entire weight) is defined as the assist device weight supporting force, and the magnitude of the assist device weight supporting force. Is stored in advance in a memory (not shown). Then, a value obtained by subtracting this auxiliary device weight supporting force from the total lifting force Fankle_t (this means an upward lifting force currently acting on the user A from the seating portion 2) is a measured value of the total pedaling force. Divide by (FRF_R + FRF_L). Thereby, the actual assist ratio is obtained. That is, the actual assist ratio is obtained by the calculation of actual assist ratio = (Fankle_t−auxiliary device weight support force) / (FRF_R + FRF_L).

次いで、この実アシスト割合と、前記アシスト割合設定用キースイッチ70により設定された目標アシスト割合の設定値とのうちの一方が、S1303において、前記持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54の操作信号(該スイッチ54がONになっているかOFFになっているかを示す信号)に応じて選択的に出力される。具体的には、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がOFFになっているときには、前記S1302で求めた実アシスト割合を選択して出力する。また、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がONになっているときには、前記目標アシスト割合の設定値を選択して出力する。   Next, one of the actual assist ratio and the set value of the target assist ratio set by the assist ratio setting key switch 70 is an operation signal (the switch) of the lifting control ON / OFF switch 54 in S1303. 54 is selectively output according to a signal indicating whether 54 is ON or OFF. Specifically, when the lifting control ON / OFF switch 54 is OFF, the actual assist ratio obtained in S1302 is selected and output. When the lifting control ON / OFF switch 54 is ON, the set value of the target assist ratio is selected and output.

次いで、S1303の出力がS1304において、ローパスフィルタに通され、これにより実際に使用する目標アシスト割合としての実用目標アシスト割合が決定される。このS1304のローパスフィルタは、S1303の出力が急変したとき(目標アシスト割合の設定値が変更されたときや、S1303の出力が実アシスト割合から目標アシスト割合の設定値に切り換わったときなど)に、実用目標アシスト割合が急変するのを防止し、ひいては着座部2から利用者Aに作用する持ち上げ力が急変するのを避けるためのものである。該ローパスフィルタのカットオフ遮断周波数は例えば0.5Hzである。   Next, the output of S1303 is passed through a low-pass filter in S1304, thereby determining a practical target assist ratio as a target assist ratio to be actually used. The low-pass filter of S1304 is used when the output of S1303 changes suddenly (when the target assist ratio setting value is changed, or when the output of S1303 is switched from the actual assist ratio to the target assist ratio setting value). This is to prevent the practical target assist ratio from changing suddenly, and in turn, to prevent the lifting force acting on the user A from the seating portion 2 from changing suddenly. The cutoff cutoff frequency of the low-pass filter is, for example, 0.5 Hz.

次いで、S1305において、上記実用目標アシスト割合を前記右側踏力計測処理手段60Rで求めた利用者Aの右脚の踏力の計測値FRF_Rに乗じる。これにより、着座部2から利用者Aへの持ち上げ力のうちの、右側脚リンク3Rの負担分の目標値である右側目標持ち上げ負担分が決定される。同様に、S1306において、上記実用目標アシスト割合を前記左側踏力計測処理手段60Lで求めた利用者Aの左脚の踏力の計測値FRF_Lに乗じる。これにより、着座部2から利用者Aへの持ち上げ力のうちの、左側脚リンク3Lの負担分の目標値である右側目標持ち上げ負担分が決定される。   Next, in step S1305, the practical target assist ratio is multiplied by the measurement value FRF_R of the pedaling force of the right leg of the user A obtained by the right pedaling force measurement processing unit 60R. Thus, the right target lifting burden, which is the target value of the burden on the right leg link 3R, of the lifting force from the seat 2 to the user A is determined. Similarly, in S1306, the practical target assist ratio is multiplied by the measurement value FRF_L of the pedaling force of the left leg of the user A obtained by the left pedaling force measurement processing unit 60L. Thus, the right target lifting burden, which is the target value of the burden on the left leg link 3L, of the lifting force from the seating section 2 to the user A is determined.

なお、S1301〜S1306の処理は、前記第5発明および第6発明における目標持ち上げ負担分決定手段に相当する。   Note that the processing of S1301 to S1306 corresponds to the target lifting burden determining means in the fifth and sixth inventions.

次いで、S1307において、前記各踏力計測処理手段60によって求められた右脚の踏力の計測値FRF_Rの大きさと、左脚の踏力の計測値FRF_Lの大きさとを基に、前記補助装置重量支持力を左右の各脚リンク3に分配するための比である分配比を決定する。このS1307の処理は、第1実施形態における図10のS304の処理と同じである。   Next, in step S1307, the auxiliary device weight support force is determined based on the measured value FRF_R of the right leg pedaling force and the measured value FRF_L of the left leg pedaling force obtained by each of the pedaling force measurement processing means 60. A distribution ratio which is a ratio for distributing to the left and right leg links 3 is determined. The process of S1307 is the same as the process of S304 of FIG. 10 in the first embodiment.

次いで、S1308において、前記補助装置重量支持力にS1307で求めた右分配比を乗じる。これにより、補助装置重量支持力のうちの右側脚リンク3Rの負担分の目標値である右側目標装置支持力負担分が求められる。同様に、S1311において、前記補助装置重量支持力にS1307で求めた左分配比を乗じる。これにより、補助装置重量支持力のうちの左側脚リンク3Lの負担分の目標値である左側目標装置支持力負担分が求められる。なお、S1307、S1308、S1311の処理は、前記S1301〜S1306の処理と並行して行なうようにしてもよい。   Next, in S1308, the auxiliary device weight support force is multiplied by the right distribution ratio obtained in S1307. Thereby, the right target apparatus supporting force share which is the target value of the burden of the right leg link 3R in the auxiliary apparatus weight supporting force is obtained. Similarly, in S1311, the auxiliary device weight supporting force is multiplied by the left distribution ratio obtained in S1307. Thereby, the left target apparatus supporting force share which is the target value of the burden of the left leg link 3L in the auxiliary apparatus weight supporting force is obtained. Note that the processing of S1307, S1308, and S1311 may be performed in parallel with the processing of S1301 to S1306.

次いで、右側脚リンク3Rに関するS1309、S1310の処理と、左側脚リンク3Lに関するS1312、S1313の処理とが実行される。右側脚リンク3Rに関するS1309、S1310の処理では、まず、S1309において、前記S1305で得られた右側目標持ち上げ負担分にS1308で得られた右側目標装置支持力負担分を加算する。これにより、右側脚リンク3Rの前記制御目標値の暫定値としての暫定制御目標値Tp_Fankle_Rが決定される。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_RをS1310でローパスフィルタに通すことで、最終的に右側脚リンク3Rの制御目標値T_Fankle_Rが求められる。S1309のローパスフィルタは、膝角度θ1の変動等に伴うノイズ成分を除去するためのものである。そのカットオフ周波数は、例えば15Hzである。   Next, the processes of S1309 and S1310 related to the right leg link 3R and the processes of S1312 and S1313 related to the left leg link 3L are executed. In the processing of S1309 and S1310 related to the right leg link 3R, first, in S1309, the right target apparatus supporting force share obtained in S1308 is added to the right target lifting share obtained in S1305. Thereby, the provisional control target value Tp_Fankle_R as the provisional value of the control target value of the right leg link 3R is determined. Then, the provisional target value Tp_Fankle_R is passed through a low-pass filter in S1310, so that the control target value T_Fankle_R for the right leg link 3R is finally obtained. The low pass filter of S1309 is for removing noise components associated with fluctuations in the knee angle θ1. The cutoff frequency is 15 Hz, for example.

同様に、左側脚リンク3Lに関するS1312、S1313の処理では、まず、S1312において、前記S1306で得られた左側目標持ち上げ負担分にS1311で得られた左側目標装置支持力負担分を加算する。これにより、左側脚リンク3Lの前記制御目標値の暫定値としての暫定制御目標値Tp_Fankle_Lが決定される。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_LをS1313でローパスフィルタに通すことで、最終的に左側脚リンク3Lの制御目標値T_Fankle_Lが求められる。   Similarly, in the processing of S1312, S1313 related to the left leg link 3L, first, in S1312, the left target device supporting force share obtained in S1311 is added to the left target lifting burden obtained in S1306. Thereby, the provisional control target value Tp_Fankle_L as the provisional value of the control target value of the left leg link 3L is determined. Then, the provisional target value Tp_Fankle_L is passed through a low-pass filter in S1313, so that the control target value T_Fankle_L for the left leg link 3L is finally obtained.

上記の如く決定される各脚リンク3の制御目標値は、前記補助装置重量支持力と、着座部2から利用者Aへのトータルの持ち上げ力との総和(すなわち前記総持ち上げ力)のうちの、各脚リンク3の負担分の目標値を意味する。   The control target value of each leg link 3 determined as described above is the sum of the auxiliary device weight supporting force and the total lifting force from the seat 2 to the user A (that is, the total lifting force). Means the target value of the share of each leg link 3.

以上が、本実施形態における左右目標負担分決定手段71の処理である。補足すると、S1305、S1306で左右の目標持ち上げ負担分を算出する処理は、利用者Aの左右の脚の踏力の計測値FRF_R,FRF_Lの総和に前記実用目標アシスト割合を乗じたもの(これは着座部2から利用者Aへのトータルの持ち上げ力の目標値に相当する)を、前記右分配比、左分配比によって左右の脚リンク3に分配することと同等である。   The above is the processing of the left and right target share determining means 71 in the present embodiment. Supplementally, the process of calculating the left and right target lifting burdens in S1305 and S1306 is obtained by multiplying the sum of the measured values FRF_R and FRF_L of the left and right leg tapping force of the user A by the practical target assist ratio (this is seating) Is equivalent to distributing the right and left leg links 3 according to the right distribution ratio and the left distribution ratio.

なお、S1307、S1308、S1311の処理は、第5発明、第6発明における分配手段に相当する。さらに、S1309、S1310、S1312、S1313の処理は、第6発明における制御対象力目標値決定手段に相当する。   Note that the processing in S1307, S1308, and S1311 corresponds to the distribution means in the fifth and sixth inventions. Furthermore, the processing of S1309, S1310, S1312, and S1313 corresponds to the control target force target value determining means in the sixth invention.

以上説明した第2実施形態では、各脚リンク3の第3関節14から下腿フレーム13に伝達される支持力(並進力)の作用線は、該第3関節14の中心点から着座部2と利用者Aとの接触面の前後方向の幅内で着座部2の上方に存する前記前後揺動中心点Pを通る直線となる。そして、各脚リンク13は、この前後揺動中心点Pを支点として、着座部2に対して前後方向に揺動自在である。従って、第1実施形態と同様に、着座部2が利用者Aに対して位置ずれしたりするのを防止して、着座部2の位置および姿勢を安定化することができる。ひいては、利用者Aに所望の持ち上げ力を着座部2から安定且つ適切に作用させることができる。   In the second embodiment described above, the action line of the support force (translation force) transmitted from the third joint 14 of each leg link 3 to the crus frame 13 is from the center point of the third joint 14 to the seating portion 2. It becomes a straight line passing through the longitudinal swing center point P existing above the seating portion 2 within the width in the longitudinal direction of the contact surface with the user A. Each leg link 13 is swingable in the front-rear direction with respect to the seating portion 2 with the front-rear swing center point P as a fulcrum. Therefore, similarly to the first embodiment, the seating portion 2 can be prevented from being displaced with respect to the user A, and the position and posture of the seating portion 2 can be stabilized. As a result, a desired lifting force can be stably and appropriately applied to the user A from the seating portion 2.

また、着座部2から利用者Aに作用させるべきトータルの持ち上げ力の目標値を利用者Aの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に対応させて左右の脚リンク3L,3Rに分配すると共に、歩行補助装置1の全重量を支えるための補助装置重量支持力を利用者Aの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に対応させて左右の脚リンク3L,3Rに分配する。これにより、各脚リンク3の総持ち上げ力負担分の目標値たる制御目標値を決定し、この制御目標値の支持力を各脚リンク3で発生させる。このため、特に、前記持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がON操作されている状態では、前記キースイッチ70により設定したアシスト割合に相当する持ち上げ力を円滑且つ安定に着座部2から利用者Aに作用させることができ、利用者Aの各脚の負担を効果的に軽減できる。   Further, the target value of the total lifting force to be applied to the user A from the seating portion 2 is distributed to the left and right leg links 3L and 3R in accordance with the ratio of the pedaling force of the right leg and the left leg of the user A. At the same time, the assisting device weight supporting force for supporting the total weight of the walking assisting device 1 is distributed to the left and right leg links 3L, 3R in accordance with the ratio of the pedaling force of the right leg and the left leg of the user A. . As a result, a control target value that is a target value for the total lifting force share of each leg link 3 is determined, and a support force of this control target value is generated at each leg link 3. For this reason, in particular, when the lifting control ON / OFF switch 54 is ON, a lifting force corresponding to the assist ratio set by the key switch 70 is applied to the user A from the seating portion 2 smoothly and stably. The burden on each leg of the user A can be effectively reduced.

また、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がOFF操作されている状態では、前記実アシスト割合が実用目標アシスト割合として決定される。このため、この状態では、利用者Aが意図的に着座部2に体重を掛けない限り、着座部2を利用者Aに接触させつつ、それらの間で作用力が発生しない状態に平衡させることができる。そして、この状態から、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がON操作されると、前記ローパスフィルタ(図15のS1304を参照)によって急激な持ち上げ力が着座部2から利用者Aに作用するような事態を回避し、円滑に利用者Aに持ち上げ力を作用させることができる。   When the lifting control ON / OFF switch 54 is turned off, the actual assist ratio is determined as the practical target assist ratio. For this reason, in this state, unless the user A intentionally puts a weight on the seating portion 2, the seating portion 2 is brought into contact with the user A and balanced to a state where no acting force is generated between them. Can do. In this state, when the lifting control ON / OFF switch 54 is turned ON, a sudden lifting force is applied to the user A from the seating portion 2 by the low-pass filter (see S1304 in FIG. 15). Thus, the lifting force can be applied to the user A smoothly.

さらに、各電動モータ27の電流指示値をPD制御則(フィードバック制御則)とフィードフォワード制御則とを併用して決定するので、第1実施形態と同様に、高速且つ安定に持ち上げ力を制御できる。   Furthermore, since the current instruction value of each electric motor 27 is determined by using both the PD control law (feedback control law) and the feedforward control law, the lifting force can be controlled at high speed and stably as in the first embodiment. .

なお、第2実施形態では、前記第1実施形態で説明したばね復元力を、各制御目標値T_Fankle_L,T_Fankle_Rに付加することを省略した。ただし、第1実施形態と同様に、各脚リンク3のばね復元力を決定し、それを各制御目標値T_Fankle_L,T_Fankle_Rに付加するようにしてもよい。   In the second embodiment, adding the spring restoring force described in the first embodiment to the control target values T_Fankle_L and T_Fankle_R is omitted. However, as in the first embodiment, the spring restoring force of each leg link 3 may be determined and added to each control target value T_Fankle_L, T_Fankle_R.

また、前記第1および第2実施形態では、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54がOFFの状態でも、電動モータ27R,27Lの動作制御を行なうようにした。ただし、該スイッチ54がOFFの状態では、例えば前記演算処理部51の演算処理を行いながら、各ドライバ回路52への出力を停止して、各電動モータ27への通電を停止するようにしてもよい。このようにすることで、持ち上げ制御ON・OFFスイッチ54をONにした瞬間に、それまで利用者Aが着座部2に付与していた軽微な力(又はゼロ)に応じた持ち上げ力が発生する。そして、その後、最終的な総持ち上げ力の発揮に至るまで、ローパスフィルタ(図1のS303を参照)の効果によって、利用者Aへの衝撃を少なくしつつ、持ち上げ力の発生から増加に至る状態遷移を非常にスムーズに実現できる。また、該スイッチ54のOFF状態における各電動モータ27の電力消費を削減できる。   In the first and second embodiments, the operation control of the electric motors 27R and 27L is performed even when the lifting control ON / OFF switch 54 is OFF. However, when the switch 54 is in the OFF state, for example, while performing the arithmetic processing of the arithmetic processing unit 51, the output to each driver circuit 52 is stopped and the energization to each electric motor 27 is stopped. Good. By doing so, at the moment when the lifting control ON / OFF switch 54 is turned ON, a lifting force corresponding to the slight force (or zero) that the user A has applied to the seating portion 2 is generated. . Then, until the final total lifting force is exhibited, the effect of the low-pass filter (see S303 in FIG. 1) reduces the impact on the user A and increases the generation of the lifting force. Transition can be realized very smoothly. Further, the power consumption of each electric motor 27 when the switch 54 is in the OFF state can be reduced.

また、前記第1および第2実施形態では、受け部をサドル状の着座部2で構成したが、例えば可撓性部材により構成することも可能である。以下にこの場合の実施形態を第3実施形態として説明する。この第3実施形態では、例えば、図16に示すように、利用者Aの腰にベルト100を巻きつけ(ただし、ベルト100を利用者Aに完全に固定する必要はない)、このベルト100の下端に受け部としての2つのハーネス状の可撓性部材101L、10Rをぶら下げる。各可撓性部材101R,101Lは、その一端が利用者Aの前側でベルト100に固定され、他端が利用者Aの背面側でベルト100に固定されている。そして、可撓性部材101Rは、利用者Aの右脚の付け根の内側を通って利用者Aの股下部に接触され、可撓性部材101Lは、利用者Aの左脚の付け根の内側を通って利用者Aの股下部に接触される。これにより、各可撓性部材101R,Lの股下部分が利用者Aの体重の一部を上方から受ける受け部として機能することとなる。また、各脚リンク3の大腿フレーム11は、ベルト100の左右の各側部に設けられた第1関節102を介して、少なくとも前後方向の揺動(第1関節102を支点とする揺動)が可能なように延設される。この場合、矢状面で見たとき、その揺動中心点(本発明における所定の点)は、可撓性部材101R,Lの受け部の上方に存する。各脚リンク3の大腿フレーム11から下側の部分の構成は、前記第1実施形態、第2実施形態のものと同様でよい。なお、第2関節を駆動するアクチュエータは、例えばその第2関節に取り付ける。   Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment, although the receiving part was comprised by the saddle-shaped seat part 2, it can also be comprised, for example by a flexible member. Hereinafter, an embodiment in this case will be described as a third embodiment. In the third embodiment, for example, as shown in FIG. 16, the belt 100 is wrapped around the waist of the user A (however, it is not necessary to completely fix the belt 100 to the user A). Two harness-shaped flexible members 101L and 10R as receiving portions are suspended from the lower end. One end of each flexible member 101R, 101L is fixed to the belt 100 on the front side of the user A, and the other end is fixed to the belt 100 on the back side of the user A. The flexible member 101R passes through the inside of the base of the right leg of the user A and contacts the crotch part of the user A, and the flexible member 101L passes the inside of the base of the left leg of the user A. It passes through and touches user A's crotch. Thereby, the crotch part of each flexible member 101R, L functions as a receiving part that receives a part of the weight of the user A from above. Further, the thigh frame 11 of each leg link 3 swings at least in the front-rear direction via the first joints 102 provided on the left and right sides of the belt 100 (swing with the first joint 102 as a fulcrum). Is extended so that it is possible. In this case, when viewed in the sagittal plane, the swing center point (predetermined point in the present invention) exists above the receiving portions of the flexible members 101R and 101L. The configuration of the lower part from the thigh frame 11 of each leg link 3 may be the same as that of the first embodiment and the second embodiment. Note that the actuator that drives the second joint is attached to the second joint, for example.

また前記第1および第2実施形態では、各踏力計測処理手段60において、前記図7のテーブルを使用したが、例えば図17に示すようなテーブルを使用して各脚の踏力の暫定計測値FRF_pを計測値FRFに変換するようにしてもよい。以下に、この場合の実施形態を第4実施形態として説明する。この第4実施形態における図17のテーブルは、暫定計測値FRF_pが閾値FRF1よりも小さいときには、FRFが負の値となるように定められている。より詳しくは、図17のテーブルでは、FRF_pが閾値FRF1と、これよりも若干小さい閾値FRF3(この例ではFRF3>0)との間の値であるときには、FRF_pの減少に伴い、リニアにFRFが小さくなっていき、FRF_pが閾値FRF3よりもさらに小さくなると(FRF_p<0の場合を含む)、FRFが負の一定値(FRF_p=FRF3であるときの、FRFの値)に維持される。   In each of the first and second embodiments, the table of FIG. 7 is used in each pedal force measurement processing means 60. For example, a provisional measurement value FRF_p of the pedal force of each leg using a table as shown in FIG. May be converted into a measured value FRF. Hereinafter, an embodiment in this case will be described as a fourth embodiment. The table of FIG. 17 in the fourth embodiment is defined so that FRF becomes a negative value when provisional measurement value FRF_p is smaller than threshold value FRF1. More specifically, in the table of FIG. 17, when FRF_p is a value between the threshold value FRF1 and a slightly lower threshold value FRF3 (FRF3> 0 in this example), FRF is linearly reduced as FRF_p decreases. As FRF_p becomes smaller than the threshold value FRF3 (including the case of FRF_p <0), FRF is maintained at a constant negative value (the value of FRF when FRF_p = FRF3).

ここで、利用者Aの歩行時に、例えば右脚を持ち上げると、そのときの運動加速度によってMPセンサ38Rおよび踵センサ39Rの出力が非常に小さい値(0近傍の値)または負の値になり、暫定計測値FRF_p_Rが閾値FRF1よりも小さくなる。このとき、図17のテーブルを使用して得られる右脚の踏力の計測値FRF_Rは負の値となる。   Here, when the user A is walking, for example, when the right leg is lifted, the outputs of the MP sensor 38R and the heel sensor 39R become very small values (near 0) or negative values depending on the motion acceleration at that time. The provisional measurement value FRF_p_R is smaller than the threshold value FRF1. At this time, the measured value FRF_R of the right leg pedaling force obtained using the table of FIG. 17 is a negative value.

そして、このように図17のテーブルを使用して負の値の計測値FRF_Rが得られた場合には、前記第1実施形態においては、図10の処理(左右目標負担分決定手段63の処理)の一部を例えば次のように変更する。すなわち、図10のS304において、負の値の計測値FRF_Rが得られた場合には、両分配比の比率をあらかじめ決められた所定の比率とする。例えば、上記の如くFRF_R<0となったときには、左分配比:右分配比=1.1:−0.1とする。すなわち、左分配比および右分配比のうちの、負の値となったFRFに対応する分配比を負の所定値(本実施形態では−0.1)とし、他方の分配比を正の所定値(本実施形態では1.1)とする。なお、それらの所定値は、左分配比と右分配比との和が1になるように定めておくことが望ましい。そして、この分配比を使用して、S306およびS311の処理を行なう。このとき、例えば、図10のS303の出力である目標総持ち上げ力が200Nである場合、S306およびS311の出力は、それぞれ−20N、220Nとなる。なお、閾値FRF1よりも小さな暫定計測値FRF_pが得られた脚(上記の例では右脚)は、遊脚になったと判断され、その遊脚に対応するS305またはS310におけるばね復元力の算出処理は行なわれないものとする(その遊脚に対応するばね復元力を0とする)。これによって、片脚支持期(一方の脚だけを立脚とする時期)の開始時には、遊脚側の脚リンク3の第2関節12が屈曲側に駆動され、利用者Aによる遊脚側の脚の持ち上げ動作をアシストすることができる。   When the negative measured value FRF_R is obtained using the table of FIG. 17 as described above, in the first embodiment, the process of FIG. 10 (the process of the left and right target share determination means 63 is performed). ) Is changed as follows, for example. That is, in S304 of FIG. 10, when a negative measured value FRF_R is obtained, the ratio of both distribution ratios is set to a predetermined ratio. For example, when FRF_R <0 as described above, left distribution ratio: right distribution ratio = 1.1: −0.1. That is, of the left distribution ratio and the right distribution ratio, the distribution ratio corresponding to the negative FRF is set to a predetermined negative value (-0.1 in this embodiment), and the other distribution ratio is set to a positive predetermined value. Value (1.1 in this embodiment). The predetermined values are preferably determined so that the sum of the left distribution ratio and the right distribution ratio is 1. Then, the processing of S306 and S311 is performed using this distribution ratio. At this time, for example, when the target total lifting force that is the output of S303 in FIG. 10 is 200 N, the outputs of S306 and S311 are −20 N and 220 N, respectively. Note that the leg (the right leg in the above example) for which the provisional measurement value FRF_p smaller than the threshold value FRF1 is determined to be a free leg, and the spring restoring force calculation process in S305 or S310 corresponding to the free leg. Is not performed (the spring restoring force corresponding to the free leg is set to 0). As a result, at the start of the one-leg support period (time when only one leg is a standing leg), the second joint 12 of the leg link 3 on the free leg side is driven to the bending side, and the leg on the free leg side by the user A is driven. Can assist the lifting operation.

同様に第2実施形態においては、図15の処理(左右目標負担分決定手段71の処理)の一部を例えば次のように変更する。すなわち、図15のS1307において、負の値の計測値FRF_Rが得られた場合には、第1実施形態に関して上記した如く、左分配比および右分配比のうちの、負の値となったFRFに対応する分配比を負の所定値(例えば−0.1)とし、他方の分配比を正の所定値(例えば1.1)とする(好ましくは、左分配比+右分配比=1)。そして、この分配比を使用して、S1308およびS1311の処理を行なう。これによって、前記第1実施形態に関して説明した場合と同様に、片脚支持期(一方の脚だけを立脚とする時期)の開始時には、遊脚側の脚リンク3の第2関節12が屈曲側に駆動され、利用者Aによる遊脚側の脚の持ち上げ動作をアシストすることができる。   Similarly, in the second embodiment, a part of the processing of FIG. 15 (processing of the left and right target share determination means 71) is changed as follows, for example. That is, when a negative measurement value FRF_R is obtained in S1307 in FIG. 15, as described above with respect to the first embodiment, the FRF that has become a negative value of the left distribution ratio and the right distribution ratio. Is set to a negative predetermined value (for example, -0.1), and the other distribution ratio is set to a positive predetermined value (for example, 1.1) (preferably left distribution ratio + right distribution ratio = 1). . Then, the processing of S1308 and S1311 is performed using this distribution ratio. Thus, similarly to the case described with respect to the first embodiment, at the start of the one-leg support period (a period when only one leg is a standing leg), the second joint 12 of the leg link 3 on the free leg side is bent. It is possible to assist the user A in lifting the leg on the free leg side.

また、前記各実施形態では、第1力センサをMPセンサ38および踵センサ39で構成し、これらのセンサ38,39を、前記図3に示した如く、利用者Aの立脚の足平の底面と床との間に介在するように足平装着部15に設けた。ただし、第1力センサの設置位置は、これに限られるものではない。該第1力センサは、例えば図18に示すように足平装着部に設けるようにしてもよい。以下、この場合の実施形態を第5実施形態として説明する。   Further, in each of the embodiments, the first force sensor is constituted by the MP sensor 38 and the heel sensor 39, and these sensors 38 and 39 are formed on the bottom surface of the foot of the leg of the user A as shown in FIG. The foot mounting portion 15 is provided so as to be interposed between the floor and the floor. However, the installation position of the first force sensor is not limited to this. For example, the first force sensor may be provided in the foot mounting portion as shown in FIG. Hereinafter, this embodiment will be described as a fifth embodiment.

図18に示すように、第5実施形態では、足平装着部15の前記環状部材36の内側に足平支承部材100が備えられている。この足平支承部材100は、スリッパ状のものであり、利用者Aの足平の底面のほぼ全体に接触する板状の足底部101(靴の中敷状の部材)と、この足底部101に連結されたアーチ状部材102(横断面が大略半円弧状の部材)とから構成される。アーチ状部材102は、その両端の下端部が足底部101の両側部に一体に結合されている。該アーチ状部材102は、利用者Aの足平のつま先側の部分を挿入可能である。そして、この挿入状態で、該足平が足底部101上に支承される。これらの足平支承部材101およびアーチ状部材102は、例えば金属や樹脂などの所定の剛性を有する材料で形成されている。   As shown in FIG. 18, in the fifth embodiment, a foot support member 100 is provided inside the annular member 36 of the foot mounting portion 15. The foot support member 100 has a slipper shape, and has a plate-like sole portion 101 (shoe insole-like member) that contacts almost the entire bottom surface of the foot of the user A, and the sole portion 101. And an arch-like member 102 (a member having a substantially semicircular cross section). The lower end portions of both ends of the arch-shaped member 102 are integrally coupled to both side portions of the sole portion 101. The arched member 102 can be inserted into the toe side portion of the user A's foot. In this inserted state, the foot is supported on the sole 101. These foot support member 101 and arch-shaped member 102 are formed of a material having a predetermined rigidity, such as metal or resin.

また、アーチ状部材102の上部の外面部と環状部材36の上部の内面部との間に第1力センサを構成する引張力センサ103が介装されている。この引張力センサ103はアーチ状部材102と環状部材36とに接合されている。該引張力センサ103は、例えば引張型のロードセルである。この場合、足平支承部材100は、環状部材36や靴35と非接触状態で環状部材36の内側に配置されている。これにより、足平支承部材100は、それを下方から支える力が環状部材36や靴35から作用しないように、該環状部材36に引張力センサ103を介して吊設されている。   Further, a tensile force sensor 103 constituting a first force sensor is interposed between the outer surface portion of the upper portion of the arch-shaped member 102 and the inner surface portion of the upper portion of the annular member 36. The tensile force sensor 103 is joined to the arched member 102 and the annular member 36. The tensile force sensor 103 is, for example, a tension type load cell. In this case, the foot support member 100 is disposed inside the annular member 36 in a non-contact state with the annular member 36 or the shoe 35. Thus, the foot support member 100 is suspended from the annular member 36 via the tensile force sensor 103 so that the force for supporting the foot support member 100 from below does not act from the annular member 36 or the shoe 35.

なお、足底部101の上面やアーチ状部材102の内面に利用者Aの足平を保護するためのクッション材を設けるようにしてもよい。   A cushion material for protecting the foot of the user A may be provided on the upper surface of the sole 101 or the inner surface of the arch-shaped member 102.

以上が、本実施形態における足平装着部15の構造である。なお、本実施形態の足平装着部15には、前記MPセンサ38および踵センサ39や、中敷部材37は備えられていない。そして、本実施形態の足平装着部15を利用者Aの各足平に装着するときには、その足平のつま先側の部分を、足平支承部材100のアーチ状部材102の内部に通し、且つ、該足平を足底部101上に載せるようにして、靴35の履き口から該足平を靴35の内部に挿入すればよい。   The above is the structure of the foot mounting portion 15 in the present embodiment. Note that the foot mounting portion 15 of the present embodiment is not provided with the MP sensor 38, the heel sensor 39, or the insole member 37. When the foot mounting portion 15 of the present embodiment is mounted on each foot of the user A, the toe side portion of the foot is passed through the arched member 102 of the foot support member 100, and The foot may be inserted into the shoe 35 through the mouth of the shoe 35 so that the foot rests on the sole 101.

このように構成された足平装着部15を有する本実施形態の歩行補助装置では、立脚となる利用者Aの脚の踏力は、引張力センサ103に作用する引張力として該引張力センサ103により検出されることとなる。   In the walking assist device of the present embodiment having the foot mounting portion 15 configured as described above, the pedaling force of the leg of the user A serving as a standing leg is caused by the tensile force sensor 103 as a tensile force acting on the tensile force sensor 103. Will be detected.

そして、本実施形態では、左右の各足平装着部15の引張力センサ103の出力が前記MPセンサ38および踵センサ39の出力の代わりに、演算処理部51の各踏力計測処理手段60に入力される。そして、各踏力計測処理手段60は、それに対応する引張力センサ103の出力が表す力検出値(引張力を正の値とする)をローパスフィルタに通したものを、利用者Aの各脚の暫定計測値FRF_pとして得る。さらに、各踏力計測処理手段60は、その暫定計測値FRF_pから前記図7のテーブル(あるいは図17のテーブル)に従って、踏力の計測値FRFを求める。   In this embodiment, the output of the tensile force sensor 103 of each of the left and right foot mounting portions 15 is input to each pedal force measurement processing means 60 of the arithmetic processing unit 51 instead of the outputs of the MP sensor 38 and the heel sensor 39. Is done. Each of the treading force measurement processing means 60 passes the detected force value (the tensile force is a positive value) represented by the output of the corresponding tensile force sensor 103 through a low-pass filter to each leg of the user A. Obtained as provisional measurement value FRF_p. Further, each pedal force measurement processing means 60 obtains a pedal force measurement value FRF from the provisional measurement value FRF_p according to the table of FIG. 7 (or the table of FIG. 17).

以上説明した以外の構成および処理は、前記第1実施形態(あるいは第2実施形態)と同じである。   Configurations and processes other than those described above are the same as those in the first embodiment (or the second embodiment).

本発明の第1実施形態の歩行補助装置の側面図(矢状面で見た図)。The side view (figure seen by sagittal plane) of the walk auxiliary device of a 1st embodiment of the present invention. 図1のII線矢視図。FIG. 2 is a view taken along line II in FIG. 図1のIII−III線断面図。III-III sectional view taken on the line of FIG. 図1の第1実施形態の歩行補助装置の制御装置の構成(ハード構成)を概略的に示すブロック図。The block diagram which shows schematically the structure (hardware structure) of the control apparatus of the walking assistance apparatus of 1st Embodiment of FIG. 第1実施形態における制御装置に備えた演算処理部の機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the arithmetic processing part with which the control apparatus in 1st Embodiment was equipped. 図5の踏力計測処理手段の処理の流れを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of a process of the treading force measurement process means of FIG. 図6のS104の処理で使用するテーブルを示すグラフ。The graph which shows the table used by the process of S104 of FIG. 図5の膝角度計測処理手段の処理および支持力計測処理手段の処理の流れを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of the process of the knee angle measurement process means of FIG. 5, and the process of a support force measurement process means. 図8のS201およびS203の処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process of S201 and S203 of FIG. 図5の左右目標負担分決定手段の処理の流れを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of a process of the right-and-left target share determination means of FIG. 図5のフィードバック操作量決定手段の処理の流れを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of a process of the feedback operation amount determination means of FIG. 図5のフィードフォワード操作量決定手段の処理の流れを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of a process of the feedforward manipulated variable determination means of FIG. 図12のS502の処理を説明するための図。The figure for demonstrating the process of S502 of FIG. 本発明の第2実施形態の歩行補助装置における制御装置に備えた演算処理部の機能的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the functional structure of the arithmetic processing part with which the control apparatus in the walking assistance apparatus of 2nd Embodiment of this invention was equipped. 図14の左右目標負担分決定手段の処理の流れを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of a process of the right-and-left target share determination means of FIG. 本発明の第3実施形態における受け部の構成例を説明するための図。The figure for demonstrating the structural example of the receiving part in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態における図6のS104の処理で使用するテーブルの例を示すグラフ。The graph which shows the example of the table used by the process of S104 of FIG. 6 in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における足平装着部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the foot mounting part in 5th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…歩行補助装置、2…着座部(受け部)、3…脚リンク、10…第1関節、11…大腿フレーム、12…第2関節、13…下腿フレーム、14…第3関節、15…足平装着部、27…電動モータ(アクチュエータ)、38,39…第1力センサ、30…第2力センサ、50…制御装置、53…持ち上げ力設定用キースイッチ(目標持ち上げ力設定手段)、60…踏力計測処理手段(踏力計測手段)、62…支持力計測処理手段(制御対象力計測手段)、63…左右目標負担分決定手段(総目標持ち上げ力決定手段、分配手段、)、64,65,66…アクチュエータ制御手段、70…アシスト割合設定用キースイッチ(目標アシスト割合設定手段)、71…左右目標負担分決定手段(目標持ち上げ分担分決定手段、分配手段、制御対象力目標値決定手段)、101R,L…可撓性部材(受け部)、102R,102L…第1関節。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Walking assistance apparatus, 2 ... Seating part (receiving part), 3 ... Leg link, 10 ... 1st joint, 11 ... Thigh frame, 12 ... 2nd joint, 13 ... Lower leg frame, 14 ... 3rd joint, 15 ... Foot mounting portion, 27 ... electric motor (actuator), 38, 39 ... first force sensor, 30 ... second force sensor, 50 ... control device, 53 ... lifting force setting key switch (target lifting force setting means), 60 ... pedal force measurement processing means (pedal force measurement means), 62 ... support force measurement processing means (control target force measurement means), 63 ... left and right target share determination means (total target lifting force determination means, distribution means), 64, 65, 66 ... Actuator control means, 70 ... Key switch for assist ratio setting (target assist ratio setting means), 71 ... Left / right target share determination means (target lift share determination means, distribution means, control target force) Value determining means), 101R, L ... flexible member (receiving portion), 102R, 102L ... first joint.

Claims (6)

利用者の重量の一部を上方から受けるように利用者の両脚の付け根の間に配置される受け部と、該受け部にそれぞれ第1関節を介して連結された左右一対の大腿フレームと、各大腿フレームにそれぞれ第2関節を介して連結された左右一対の下腿フレームと、各下腿フレームにそれぞれ第3関節を介して連結されると共に前記利用者の左右の各脚の足平にそれぞれ装着され、前記利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、左側の前記第1関節、大腿フレーム、第2関節、下腿フレーム、第3関節および足平装着部により構成された左側脚リンクの関節のうちの第2関節を駆動する左用アクチュエータと、右側の前記第1関節、大腿フレーム、第2関節、下腿フレーム、第3関節および足平装着部により構成された右側脚リンクの関節のうちの第2関節を駆動する右用アクチュエータとを備え、各脚リンクの第2関節を前記アクチュエータにより駆動することにより前記受け部から利用者に上向きの持ち上げ力を作用させるようにした歩行補助装置であって、
前記利用者の各脚が立脚となるときに該脚に対応する脚リンクの第3関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線が、該脚リンクを利用者の矢状面で見たときに、該第3関節から、前記受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で該受け部の上方の位置に存する所定の点を通るように前記受け部に各脚リンクを連結し、
前記支持力を制御対象力として、該制御対象力が各脚リンク毎の所定の目標値になるように前記各アクチュエータを制御することにより前記持ち上げ力を利用者に作用させる手段を備えたことを特徴とする歩行補助装置。
A receiving part disposed between the bases of both legs of the user so as to receive a part of the weight of the user from above, and a pair of left and right thigh frames respectively connected to the receiving part via a first joint; A pair of left and right lower leg frames connected to each thigh frame via a second joint, respectively, and each leg frame connected to each foot via a third joint and attached to the foot of each left and right leg of the user A pair of left and right foot mounting portions that come into contact with each leg of the user as a standing leg, and the left side first joint, thigh frame, second joint, lower leg frame, third joint, and foot mounting portion. A left actuator that drives a second joint among the joints of the left leg link, and the first joint on the right side, the thigh frame, the second joint, the lower leg frame, the third joint, and a foot mounting portion. Right A right actuator for driving a second joint of the joints of the leg links, and driving the second joint of each leg link by the actuator so that an upward lifting force is applied to the user from the receiving portion. A walking assist device,
When the line of support force acting on the lower leg frame from the third joint of the leg link corresponding to the leg when each leg of the user becomes a standing leg, when the leg link is viewed in the sagittal plane of the user Further, each leg link is connected to the receiving portion from the third joint so as to pass through a predetermined point located above the receiving portion within the width in the front-rear direction of the contact surface between the receiving portion and the user. And
Means for causing the lifting force to act on the user by controlling each actuator so that the support force is a control target force and the control target force becomes a predetermined target value for each leg link. A featured walking aid.
前記各脚リンクの第1関節は、該脚リンクが前記所定の点を揺動中心点として少なくとも前後方向に揺動自在となるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節であることを特徴とする請求項1記載の歩行補助装置。   The first joint of each leg link is a joint that connects the thigh frame of the leg link and the receiving portion so that the leg link can swing at least in the front-rear direction with the predetermined point as a swing center point. The walking assistance device according to claim 1, wherein 前記各脚リンクの第1関節は、該脚リンクが前後方向と左右方向とに揺動自在になるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節であると共に、少なくとも該脚リンクの前後方向の揺動中心点が、前記所定の点として前記受け部の上方に存するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の歩行補助装置。   The first joint of each leg link is a joint that connects the thigh frame of the leg link and the receiving portion so that the leg link can swing in the front-rear direction and the left-right direction, and at least the leg link 2. The walking assist device according to claim 1, wherein a swing center point in the front-rear direction of the link is arranged above the receiving portion as the predetermined point. 前記左用アクチュエータおよび右用アクチュエータは、それぞれ前記第2関節よりも前記受け部寄りの箇所で前記大腿フレームに連結して設けられ、各アクチュエータの駆動力を前記第2関節に伝達する左右一対の動力伝達手段を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の歩行補助装置。   The left actuator and the right actuator are each connected to the thigh frame at a position closer to the receiving part than the second joint, and a pair of left and right powers that transmit the driving force of each actuator to the second joint. The walking assist device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a transmission unit. 前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第1力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、
前記受け部から前記利用者に作用させる上向きの持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力を設定する目標持ち上げ力設定手段と、
前記各脚リンクの下腿フレームの下端部との第3関節との間、または、各脚リンクの第3関節と足平装着部との間に介装された第2力センサと、
前記第2力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、
前記目標持ち上げ力と前記歩行補助装置のうちの各第2力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力との総和、または、前記目標持ち上げ力と該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力との総和を総目標持ち上げ力として決定する総目標持ち上げ力決定手段と、
該総目標持ち上げ力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、前記総目標持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分とを決定する分配手段と、
前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が0に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が0に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の歩行補助装置。
Treading force measuring means for measuring the treading force of each leg of the user based on a force detection value indicated by an output of a first force sensor provided in each foot mounting portion;
A target lifting force setting means for setting a target lifting force that is a target value of an upward lifting force that acts on the user from the receiving portion;
A second force sensor interposed between the lower joint of each leg link and the lower end of the lower leg frame, or between the third joint of each leg link and the foot mounting portion;
Control target force measuring means for measuring, as a control target force, the support force actually acting on the lower leg frame from the third joint of each leg link based on the force detection value indicated by the output of the second force sensor;
The sum of the target lifting force and the supporting force for supporting the weight obtained by subtracting the total weight of the lower part of each second force sensor of the walking assist device from the total weight of the walking assist device, or A total target lifting force determining means for determining a sum of the target lifting force and a supporting force for supporting the entire weight of the walking assist device on the floor as a total target lifting force;
By distributing the total target lifting force to each leg link according to the ratio of the pedaling force of the left leg and the right leg of the user, the burden of the left leg link out of the total target lifting force A distribution means for determining a target share which is a target value of minutes and a target share which is a target value of a share of the right leg link;
Based on the control target force of the left leg link and the target share of the left leg link, the left actuator is controlled so that the difference between the control target force of the left leg link and the target share approaches zero. Based on the control target force of the right leg link and the target share of the right leg link, the right actuator is controlled so that the difference between the control target force of the right leg link and the target share approaches zero. The walking assist device according to any one of claims 1 to 4, further comprising an actuator control means for performing the operation.
前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第1力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、
前記各脚リンクの下腿フレームの下端部と第3関節との間、または、各脚リンクの第3関節と足平装着部との間に介装された第2力センサと、
該第2力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第3関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、
前記利用者の各脚の踏力の総和である全踏力のうちの歩行補助装置により補助すべき力の、該全踏力に対する割合の目標値である目標アシスト割合を設定する目標アシスト割合設定手段と、
該目標アシスト割合を前記利用者の各脚の踏力に乗じることにより、前記受け部から前記利用者に作用させるべき上向きの持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分とを決定する目標持ち上げ負担分決定手段と、
前記歩行補助装置のうちの各第2力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力、または、該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、該支持力のうちの左側脚リンクの負担分と右側脚リンクの負担分とをそれぞれ各脚リンクの目標装置支持力負担分として決定する分配手段と、
前記左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を左側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定すると共に、前記右側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を右側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する制御対象力目標値決定手段と、
前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標値との差が0に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標値との差が0に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の歩行補助装置の制御装置。
Treading force measuring means for measuring the treading force of each leg of the user based on a force detection value indicated by an output of a first force sensor provided in each foot mounting portion;
A second force sensor interposed between the lower end portion of the lower leg frame of each leg link and the third joint, or between the third joint of each leg link and the foot mounting portion;
Control target force measuring means for measuring, as a control target force, the support force that actually acts on the lower leg frame from the third joint of each leg link based on the force detection value indicated by the output of the second force sensor;
A target assist ratio setting means for setting a target assist ratio that is a target value of a ratio of the total pedaling force, which is the total pedaling force of each leg of the user, to be supported by the walking assist device with respect to the total pedaling force;
By multiplying the pedal assist force of each leg of the user by the target assist ratio, the target lift that is the target value of the share of the left leg link out of the upward lifting force to be applied to the user from the receiving portion A target lifting share determining means for determining a target lifting share that is a target value of the share and the share of the right leg link;
The supporting force for supporting the weight obtained by subtracting the total weight of the lower part of each second force sensor of the walking assist device from the total weight of the walking assist device, or the entire weight of the walking assist device. Is distributed to each leg link in accordance with the ratio of the pedaling force of the left leg and the right leg of the user, so that the burden on the left leg link of the supporting force is distributed. A distribution means for determining the share of the right leg link and the share of the right leg link as the share of the target device supporting force of each leg link;
The sum of the left leg link target lifting share and the target device supporting force share is determined as a target value of the left leg link control target force, and the right leg link target lifting share and target device supporting force are determined. Control target force target value determining means for determining the sum of the share and the share as a target value of the control target force of the right leg link;
Based on the control target force of the left leg link and the target value of the control force of the left leg link, the left actuator is controlled so that the difference between the control target force of the left leg link and the target value approaches zero. In addition, based on the control target force of the right leg link and the target value of the control target force of the right leg link, the right leg link is controlled so that the difference between the control target force of the right leg link and the target value approaches zero. The control device for the walking assist device according to any one of claims 1 to 4, further comprising an actuator control means for controlling the actuator.
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