JP2008017981A - 歩行補助装具の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】利用者Aが着座する着座部2と、利用者Aの各脚の足平に装着する左右一対の足平装着部15R,15Lと、着座部2と足平装着部15R,15Lを連結する左右一対の脚リンク3R,3Lと、脚リンク3R,3Lの関節12を駆動するアクチュエータ27R,27Lと、着座部2から利用者Aへの作用力を検出する作用力検出手段90とを有する。利用者Aへの作用力が、上向きの所定の下限値以上に保たれるように、作用力の検出値に応じてアクチュエータ27R,27Lの少なくともいずれか一方の駆動力を制御する。
【選択図】図1
Description
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(あらかじめ定められた既知の値)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。
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を算出できる。そして、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。
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_a=Fankle_R・sinθ2 ……(6)
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)。
M1=Fankle_a・L2 ……(7)
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(8)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が算出される。
T1=M1/r ……(8)
以上が、S502の処理の詳細である。
Iff_R=B1・T2+B2・ω1_R+B3・sgn(ω1_R) ……(9)
但し、B2=b0+b1・T1、B3=d0+d1・T1
ここで、式(9)中のB1は定数の係数、B2,B3は、それぞれ式(9)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。
Claims (9)
- 着座した利用者の重量の一部を受ける着座部と、
利用者の各脚の足平にそれぞれ装着され、該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、
複数の関節をそれぞれ有し、前記着座部と各足平装着部とをそれぞれ連結する左右一対の脚リンクと、
各脚リンクの少なくとも1つの関節を駆動する右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータと、
前記着座部から前記利用者に作用する上下方向の作用力を検出する作用力検出手段と、
該作用力が上向きの所定の下限値以上に保たれるように、少なくとも前記検出された作用力に応じて前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータのうちの少なくともいずれか一方の駆動力を制御するアクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とする歩行補助装具の制御装置。 - 前記作用力の目標値である目標作用力を前記下限値以上の値に制限して設定する目標作用力設定手段を備え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記検出された作用力を前記設定された目標作用力に近づけるように、前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータのうちの少なくともいずれか一方の駆動力を前記目標作用力と前記検出された作用力との偏差に応じてフィードバック制御することを特徴とする請求項1記載の歩行補助装具の制御装置。 - 前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に備えた第1力センサの出力に基づき計測する踏力計測手段を備え、前記目標作用力設定手段は、前記目標作用力を、前記下限値以上の値に制限しつつ、前記計測された利用者の各脚の踏力の総和に応じて設定することを特徴とする請求項1または2記載の歩行補助装具の制御装置。
- 前記目標作用力設定手段は、少なくとも前記踏力の総和が所定値以下であるとき、前記目標作用力を前記下限値に設定し、該踏力の総和が所定値よりも大きいときには、前記目標作用力を前記下限値よりも大きい値に設定することを特徴とする請求項3記載の歩行補助装具の制御装置。
- 前記目標作用力設定手段は、前記踏力の総和に対する前記目標作用力の設定の仕方を選択的に変更可能であることを特徴とする請求項3または4記載の歩行補助装具の制御装置。
- 前記アクチュエータ制御手段は、前記着座部から前記利用者に実際に作用する作用力のうちの、右側脚リンクによる負担分と左側脚リンクによる前記作用力の負担分との比率が前記踏力計測手段により計測された前記利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比率に応じて定めた目標比率になるように決定した前記各アクチュエータの第1操作量と、前記少なくともいずれか一方のアクチュエータに対して前記目標作用力と前記検出された作用力との偏差に応じて決定したフィードバック操作量である第2操作量とに応じて各アクチュエータの駆動力を制御することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の歩行補助装具の制御装置。
- 前記計測された踏力が前記利用者の左右の脚で異なるとき、前記目標作用力と前記検出された作用力との偏差に応じてフィードバック制御するアクチュエータは、前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータのうち、前記計測された踏力がより大きい側の利用者の脚に対応する脚リンク用のアクチュエータを少なくとも含むことを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の歩行補助装具の制御装置。
- 前記歩行補助装具の運動により該歩行補助装具で実際に発生する上下方向の慣性力と該歩行補助装具に作用する重力とに抗して床側から各脚リンクに作用する支持力の総和を装具自重補償力として推定する装具自重補償力推定手段と、
前記目標作用力と前記推定された装具自重補償力との総和を前記歩行補助装具の目標総持上げ力として決定する目標総持上げ力決定手段と、
前記目標総持上げ力を、前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて分配することにより、該目標総持上げ力のうちの各脚リンクの負担分の目標値である目標負担分を決定する分配手段とを備え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記右側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該右側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように決定した前記右側脚リンク用アクチュエータの第1操作量と、前記左側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該左側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように決定した前記左側脚リンク用アクチュエータの第1操作量と、前記少なくともいずれか一方のアクチュエータに対して前記目標作用力と前記検出された作用力との偏差に応じて決定したフィードバック操作量である第2操作量とに応じて各アクチュエータの駆動力を制御することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の歩行補助装具の制御装置。 - 前記各脚リンクに床側から実際に作用する支持力を制御対象力として、該脚リンクに備えた第2力センサの出力に基づき計測する制御対象力計測手段を備え、
前記アクチュエータ制御手段は、少なくとも前記右側脚リンクの目標負担分に応じて前記右側脚リンク用アクチュエータに対する右側フィードフォワード操作量を決定する手段と、前記右側脚リンクの目標負担分と前記検出された右側脚リンクの制御対象力との偏差に応じて右側脚リンク用アクチュエータに対する右側第1フィードバック操作量を決定する手段と、少なくとも前記左側脚リンクの目標負担分に応じて前記左側脚リンク用アクチュエータに対する左側フィードフォワード操作量を決定する手段と、前記左側脚リンクの目標負担分と前記検出された左側脚リンクの制御対象力との偏差に応じて左側脚リンク用アクチュエータに対する左側第1フィードバック操作量を決定する手段と、前記目標作用力と前記検出された作用力との偏差に応じていずれか一方のアクチュエータに対する第2フィードバック操作量を決定する手段とを備え、
該アクチュエータ制御手段は、前記計測された利用者の右脚の踏力が左脚の踏力よりも大きい場合、または、前記計測された右側脚リンクの制御対象力が左側脚リンクの制御対象力よりも大きい場合には、前記右側フィードフォワード操作量および前記第2フィードバック操作量をそれぞれ右側脚リンク用アクチュエータの前記第1操作量、第2操作量として、該第1操作量を該第2操作量により補正してなる操作量に応じて前記右側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御すると共に、前記左側フィードフォワード操作量を前記左側第1フィードバック操作量により補正してなる操作量を左側脚リンク用アクチュエータの前記第1操作量として、該第1操作量に応じて前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御し、前記計測された利用者の左脚の踏力が右脚の踏力よりも大きい場合、または、前記計測された左側脚リンクの制御対象力が右側脚リンクの制御対象力よりも大きい場合には、前記左側フィードフォワード操作量および前記第2フィードバック操作量をそれぞれ左側脚リンク用アクチュエータの前記第1操作量、第2操作量として、該第1操作量を該第2操作量により補正してなる操作量に応じて前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御すると共に、前記右側フィードフォワード操作量を前記右側第1フィードバック操作量により補正してなる操作量を右側脚リンク用アクチュエータの前記第1操作量として、該第1操作量に応じて前記右側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御することを特徴とする請求項8記載の歩行補助装具の制御装置。
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