JP2007068580A - 運動補助装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の歩行補助装置200によれば、第1運動振動子(肩関節角速度)dφS/dtと、固有角速度ωMが反映された形で相互に引き込み合う第1振動子xが生成される。また、第1運動振動子dφS/dtと第1振動子xとの位相差θHMに基づき、新たな固有角速度ωMが設定される。さらに、第2運動振動子(股関節角度)φHに基づき、固有角速度ωMが反映されたリズムで振動する第2振動子yが生成される。そして、第2振動子yに基づき、補助振動子zが生成され、補助振動子zに応じて変動する力Fがユーザの身体に作用する。
【選択図】 図1
Description
+g(xL−xR)+K(dφSL/dt),
(d2xR/dt2)=ξ(1−xR 2)(dxR/dt)−ωMR 2xR
+g(xR−xL)+K(dφSR/dt) ‥(1)
δθ(dφS/dt,x)
≡sgn(x){sgn(dφS/dt)−sgn(dx/dt)},
sgn(θ)≡−1(θ<0),0(θ=0),1(θ>0) ‥(2.1)
(dθm/dt)=ωm+ε・sin(θh−θm) ‥(2.3)
θhm=arcsin[(ωh−ωm)/2ε] ‥(2.4)
V(tid+1)≡(1/2){θHM(tid+1)−θhm(tid)}2 ‥(2.5)
×sin[sin-1{(ωh(t)−ωm(tid-1))/2ε(tid)}−θHM(tid)])
‥(2.6)
×sin[sin-1{(ωh(tid)−ωm(t))/2ε(tid)}−θd])‥(2.7)
−λLvL+f1(ωML)+f2(ωML)K(φHL),
τ1L-・duL-/dt=−uL-+wL-/L+yL++wL-/R-yR-
−λLvL-+f1(ωML)+f2(ωML)K(φHL),
τ1R+・duR+/dt=−uR++wR+/L+yL++wR+/R-yR-
−λRvR++f1(ωMR)+f2(ωMR)K(φHR),
τ1R-・duR-/dt=−uR-+wR-/L-yL-+wR-/R+yR+
−λRvR-+f1(ωMR)+f2(ωMR)K(φHR),
τ2i・dvi/dt=−vi+yi,
yi=max(0,ui) ‥(3)
t(ωMR)/ωMR−γR(i=R+,R−) ‥(3.1)
f2(ω)≡c0+c1ω+c2ω2 ‥(3.3)
zR=−p+yR++p-yR- ‥(4)
z1R=g1+(ωMR)g+(φHR)yR+−g1-(ωMR)g-(φHR)yR- ‥(5)
g1-(ω)≡Σkak-ωk (ak-:係数,k=0〜3)‥(5.2)
g+(φ)≡c1+(φ−φ0+)+c2+(φ−φ0+)3
(c1+,c2+:係数,φ0+:屈曲方向の股関節角度φHの目標値)‥(5.3)
g-(φ)≡c1-(φ−φ0-)+c2-(φ−φ0-)3
(c1-,c2-:係数,φ0-:伸展方向の股関節角度φHの目標値)‥(5.4)
+g2-(ωML)(dφHL/dt)H-(φHL)yL-,
z2R=−g2+(ωMR)(dφHR/dt)H+(φHR)yR+
+g2-(ωMR)(dφHR/dt)H-(φHR)yR-‥(6)
g2-(ω)≡Σkbk-ωk (bk-:係数,k=0〜3)‥(6.2)
H+(φ)≡1(φ≦0),0(φ>0) ‥(6.3)
H-(φ)≡1(φ>0),0(φ≦0) ‥(6.4)
Claims (15)
- 補助振動子に応じて時間変化する力をユーザの身体に作用させることによってユーザの運動を補助するための装置であって、
ユーザの2つの異なる身体部分の動きに応じた運動振動子をそれぞれ第1および第2運動振動子として測定する運動振動子測定手段と、
運動振動子測定手段により測定された第1運動振動子と、固有角速度が反映された形で相互に引き込み合う第1振動子を生成する第1振動子生成手段と、
運動振動子測定手段により測定された第1運動振動子と第1振動子生成手段により生成された第1振動子との位相差に基づき、新たな固有角速度を設定する固有角速度設定手段と、
運動振動子測定手段により測定された第2運動振動子に基づき、固有角速度設定手段により設定された固有角速度が反映されたリズムで振動する第2振動子を生成する第2振動子生成手段と、
第2振動子生成手段により生成された第2振動子に基づき、補助振動子を生成する補助振動子生成手段とを備えていることを特徴とする運動補助装置。 - 運動振動子測定手段が、前記力が作用しない身体部分の動きに応じた運動振動子を第1運動振動子として測定し、且つ、前記力が作用する身体部分の動きに応じた運動振動子を第2運動振動子として測定することを特徴とする請求項1記載の運動補助装置。
- 運動振動子測定手段が、前記力が作用する身体部分の動きに応じた運動振動子を第1運動振動子として測定し、且つ、前記力が作用しない身体部分の動きに応じた運動振動子を第2運動振動子として測定することを特徴とする請求項1記載の運動補助装置。
- 運動振動子測定手段が、ユーザの上肢の関節角度若しくはその時間微分を第1運動振動子として測定し、且つ、ユーザの下肢の関節角度若しくはその時間微分を第2運動振動子として測定し、またはユーザの下肢の関節角度若しくはその時間微分を第1運動振動子として測定し、且つ、ユーザの上肢の関節角度若しくはその時間微分を第2運動振動子として測定することを特徴とする請求項1、2または3記載の運動補助装置。
- 第2振動子生成手段が、第2運動振動子としての左股関節角度またはその時間微分に基づき、第1運動振動子としての右肩関節角度またはその時間微分に基づく固有角速度が反映されたリズムで振動する第2振動子を生成し、或いは、第2運動振動子としての右股関節角度またはその時間微分に基づき、第1運動振動子としての左肩関節角度またはその時間微分に基づく固有角速度が反映されたリズムで振動する第2振動子を生成することを特徴とする請求項1、2または3記載の運動補助装置。
- 第1振動子生成手段が、運動振動子に応じて出力が変動する仮想的な複数の第1要素の関係を表現する第1モデルに従って、運動振動子測定手段により測定された第1および第2運動振動子のそれぞれのスケールおよびリズム、並びにこれらの相関関係のうち一部または全部に基づいて複数の第1要素の関係を調節しながら、第1要素の出力として第1振動子を生成することを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の運動補助装置。
- 第2振動子生成手段が、運動振動子に応じて出力が変動する仮想的な複数の第2要素の関係を表現する第2モデルに従って、運動振動子測定手段により測定された第1および第2運動振動子のそれぞれのスケールおよびリズム、並びにこれらの相関関係のうち一部または全部に基づいて複数の第2要素の関係を調節しながら、第2要素の出力として第2振動子を生成することを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記載の運動補助装置。
- 固有角速度設定手段が、運動振動子測定手段により測定された第1運動振動子と第1振動子生成手段により生成された第1振動子との位相差である第1位相差に基づき、仮想モデルにおける仮想的な2つの振動子の関係を設定した上で、当該2つの振動子の位相差である第2位相差を目標位相差に近付けさせるように当該2つの振動子のうち一方の角速度を新たな固有角速度として設定することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6または7記載の運動補助装置。
- 固有角速度設定手段が、第1位相差に基づき、仮想モデルにおける仮想的な2つの振動子の関係を表現する相関係数を設定する相関係数設定手段と、
相関係数設定手段により設定された相関係数に基づき、第1位相差と第2位相差との差が最小になるように仮想運動振動子の角速度を設定する第1角速度設定手段と、
第1角速度設定手段により設定された角速度に基づき、第2位相差と目標位相差との差が最小になるように仮想補助振動子の角速度を新たな固有角速度として設定する第2角速度設定手段とを備えていることを特徴とする請求項8記載の運動補助装置。 - 補助振動子生成手段が、第2振動子生成手段により生成された第2振動子と、固有角速度設定手段により設定された固有角速度に応じて、運動振動子測定手段により測定されたユーザの運動のスケールに応じた第2運動振動子を、ユーザの目標運動スケールに応じた目標値に近付ける第1ポテンシャルとが含まれている第1補助振動子を含む補助振動子を生成することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9記載の運動補助装置。
- 補助振動子生成手段が、固有角速度設定手段により設定された固有角速度の関数として第1ポテンシャルに応じた第1係数を、運動振動子測定手段により測定された第1および第2運動振動子のそれぞれのスケールおよびリズム、並びにこれらの相関関係のうち一部または全部に基づいて設定しながら、第1係数と、ユーザの運動スケールに応じた第2運動振動子の値および目標値の偏差の関数と、第2振動子との積が含まれている第1補助振動子を生成することを特徴とする請求項10記載の運動補助装置。
- 補助振動子生成手段が、固有角速度設定手段により設定された固有角速度と、運動振動子測定手段により測定されたユーザの運動スケールに応じた第2運動振動子の時間微分値とに応じて、該第2運動振動子の絶対値の増大を抑制する第2ポテンシャルとが含まれている第2補助振動子を含む補助振動子を生成することを特徴とする請求項1〜11のうちいずれか1項記載の運動補助装置。
- 補助振動子生成手段が、固有角速度設定手段により設定された固有角速度の関数として第2ポテンシャルに応じた第2係数を、運動振動子測定手段により測定された第1および第2運動振動子のそれぞれのスケールおよびリズム、並びにこれらの相関関係のうち一部または全部に基づいて設定しながら、第2係数と、ユーザの運動スケールに応じた第2運動振動子の時間微分値の関数と、第2振動子との積が含まれている第2補助振動子を生成することを特徴とする請求項12記載の運動補助装置。
- 補助振動子に応じて時間変化する力をユーザの身体に作用させることによってユーザの運動を補助するための装置を制御するシステムであって、
ユーザの2つの異なる身体部分の動きに応じた運動振動子をそれぞれ第1および第2運動振動子として測定する運動振動子測定手段と、
運動振動子測定手段により測定された第1運動振動子と、固有角速度が反映された形で相互に引き込み合う第1振動子を生成する第1振動子生成手段と、
運動振動子測定手段により測定された第1運動振動子と第1振動子生成手段により生成された第1振動子との位相差に基づき、新たな固有角速度を設定する固有角速度設定手段と、
運動振動子測定手段により測定された第2運動振動子に基づき、固有角速度設定手段により設定された固有角速度が反映されたリズムで振動する第2振動子を生成する第2振動子生成手段と、
第2振動子生成手段により生成された第2振動子に基づき、補助振動子を生成する補助振動子生成手段とを備えていることを特徴とする制御システム。 - 補助振動子に応じて時間変化する力をユーザの身体に作用させることによってユーザの運動を補助するための装置に付属するコンピュータに対して該装置を制御する機能を付与するプログラムであって、
ユーザの2つの異なる身体部分の動きに応じた運動振動子をそれぞれ第1および第2運動振動子として測定する運動振動子測定機能と、
運動振動子測定機能により測定された第1運動振動子と、固有角速度が反映された形で相互に引き込み合う第1振動子を生成する第1振動子生成機能と、
運動振動子測定機能により測定された第1運動振動子と第1振動子生成機能により生成された第1振動子との位相差に基づき、新たな固有角速度を設定する固有角速度設定機能と、
運動振動子測定機能により測定された第2運動振動子に基づき、固有角速度設定機能により設定された固有角速度が反映されたリズムで振動する第2振動子を生成する第2振動子生成機能と、
第2振動子生成機能により生成された第2振動子に基づき、補助振動子を生成する補助振動子生成機能とを、運動補助装置に付属するコンピュータに対して付与することを特徴とする制御プログラム。
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