JP2010142351A - 歩行補助装置及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行補助装置の脚リンクの関節を駆動するアクチュエータの動作を停止しても、重力によって荷重伝達部が落下するのを防止する。
【解決手段】荷重伝達部１に脚リンク３を介して連結された足平装着部２が接地しており、且つ、第３関節８での脚リンク３の屈曲度合いが所定の第１屈曲度合となる基準状態において、歩行補助装置Ａに作用する重力に起因して脚リンク３の屈曲度合いが第１屈曲度合いから変化するのを抑止する付勢トルクを第３関節８に付与する弾性部材４０を脚リンク３に搭載する。
【選択図】図２

Description

本発明は、利用者（人）の歩行時等における脚の運動を補助する歩行補助装置とその動作制御を行う制御装置に関する。

従来、この種の歩行補助装置としては、例えば特許文献１に見られるものが本願出願人により提案されている。この歩行補助装置は、利用者が跨ぐように着座する荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、この足平装着部を荷重伝達部に連結する脚リンクとを備える。この場合、脚リンクは、前記荷重伝達部から第１関節を介して延設された上側リンク部材と、前記足平装着部から第２関節を介して延設された下側リンク部材と、該上側リンク部材と下側リンク部材とを屈伸自在に連結する第３関節とから構成される。そして、第３関節が、上側リンク部材に搭載された駆動源（アクチュエータ）によって駆動されるようになっている。この第３関節の駆動によって、利用者の体重の一部を支える荷重（上向きの並進力）を荷重伝達部を介して利用者の体幹部に作用させる。これにより、利用者の脚の負担を軽減するようにしている。
特開２００７−２９６３３号公報

前記特許文献１に見られる歩行補助装置では、それを利用者から取り外す際等において、荷重伝達部を利用者の股下に配置した状態で、アククチュエータとしての電動モータ等の電源をオフにすると、荷重伝達部を利用者や付き添い者等が手作業で支持して限り、歩行補助装置に作用する重力によって荷重伝達部が急激に自然落下してしまう。そして、その自然落下に伴う衝撃によって、脚リンクの関節等の損傷を生じる恐れがあると共に、荷重伝達部等が他の物体に衝突し、該物体を破損してしまう恐れがあった。

また、特許文献１に見られるような歩行補助装置では、特に利用者が比較的大きく膝を曲げた状態で、荷重伝達部から利用者に作用させる荷重を大きくすることが利用者の脚の負担を効果的に軽減する上で望ましいと考えられる。

しかるに、従来の歩行補助装置では荷重伝達部から利用者に作用させる荷重を大きくするためには、アクチュエータの比較的大きな駆動力を必要とする。そのため、アクチュエータの大型化や重量増加を招き、ひいては、歩行補助装置の小型化、軽量化が困難となるという不都合があった。さらには、アクチュエータの比較的大きな駆動力を必要とするために、該アクチュエータのエネルギー消費量の増加を招くという不都合もあった。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、脚リンクの関節を駆動するアクチュエータの動作を停止しても、重力によって荷重伝達部が落下するのを防止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。さらに、アクチュエータの小型化や軽量化、あるいは、エネルギー消費の低減を図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。また、かかる歩行補助装置の動作制御に適した制御装置を提供することを目的とする。

本発明の歩行補助装置は、かかる目的を達成するために、利用者の体幹部に該利用者の体重の一部を支える荷重を伝達する荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、該足平装着部を荷重伝達部に連結する脚リンクと、アクチュエータを含むと共に該アクチュエータから出力される動力を前記脚リンクに設けられた関節に伝達することにより該関節を駆動する駆動機構とを備えた歩行補助装置において、少なくとも前記足平装着部が接地しており、且つ、前記脚リンクの姿勢が所定姿勢となる基準状態において、歩行補助装置に作用する重力によって脚リンクの姿勢が前記所定姿勢から変化するのを抑止する付勢力を該脚リンクの関節に付与する弾性部材を該脚リンクに搭載したことを特徴とする（第１発明）。

この第１発明によれば、少なくとも前記足平装着部が接地しており、且つ、前記脚リンクの姿勢が所定姿勢となる基準状態においては、アクチュエータの動作を停止しても（脚リンクの関節にアクチュエータから動力が付与されない状態にしても）、歩行補助装置に作用する重力によって脚リンクの姿勢が前記所定姿勢から変化するのが、前記弾性部材から脚リンクの関節に付与される付勢力によって抑止される。これにより、前記基準状態にて、アクチュエータの動作を停止するようにすれば、荷重伝達部が重力によって落下してしまうのを防止することができる。ひいては、歩行補助装置等の損傷を防止することができる。

本発明の歩行補助装置のより具体的な態様は、利用者の体幹部に該利用者の体重の一部を支える荷重を伝達する荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、該足平装着部を荷重伝達部に連結する脚リンクとを備え、該脚リンクが前記荷重伝達部から第１関節を介して延設された上側リンク部材と、前記足平装着部から第２関節を介して延設された下側リンク部材と、該上側リンク部材と下側リンク部材とを屈伸自在に連結する第３関節とから構成され、さらにアクチュエータを含むと共に該アクチュエータから出力される動力を前記第３関節に伝達することにより該第３関節を駆動する駆動機構を備えた歩行補助装置において、少なくとも前記足平装着部が接地しており、且つ、前記第３関節での脚リンクの屈曲度合いが所定の第１屈曲度合となる基準状態において、歩行補助装置に作用する重力に起因して該脚リンクの屈曲度合いが前記第１屈曲度合いから変化するのを抑止する付勢トルクを第３関節に付与する弾性部材を該脚リンクに搭載したことを特徴とする（第２発明）。

この第２発明によれば、少なくとも前記足平装着部が接地しており、且つ、前記第３関節での脚リンクの屈曲度合いが所定の第１屈曲度合となる基準状態においては、アクチュエータの動作を停止しても（脚リンクの第３関節にアクチュエータから動力が付与されない状態にしても）、歩行補助装置に作用する重力によって脚リンクの屈曲度合いが所定の第１屈曲度合いから変化するのが、前記弾性部材から第３関節に付与される付勢トルクによって抑止される。これにより、前記基準状態にて、アクチュエータの動作を停止するようにすれば、荷重伝達部が重力によって落下してしまうのを防止することができる。ひいては、歩行補助装置等の損傷を防止することができる。

なお、前記基準状態において、弾性部材により第３関節に付与される付勢トルクによって、脚リンクの屈曲度合いが前記第１屈曲度合いから変化するのを抑止するためには、少なくとも前記基準状態における該付勢トルクが、歩行補助装置に作用する重力に起因して前記第３関節に作用するトルクに釣り合うように設定されていればよい。この場合、重力に起因して第３関節に作用するトルクの大きさと前記付勢トルクとが正確に一致している必要はなく、それらのトルクの差が十分に微小なものとなればよい。これは、上側リンク部材と下側リンク部材との間には、一般に、ある程度の大きさの摩擦力が第３関節で発生し得るからである。

かかる第２発明では、前記脚リンクの屈曲度合いは、利用者の直立姿勢状態での屈曲度合いを含む所定の可変域において変更可能とされるのが一般的である。この場合、前記第１屈曲度合いは、該可変域における最大の屈曲度合いよりも利用者の直立姿勢状態での屈曲度合いにより近い屈曲度合いであることが好ましい（第３発明）。

なお、第２発明において、「利用者の直立姿勢状態での屈曲度合いにより近い屈曲度合い」というのは、直立姿勢状態での屈曲度合いと一致する屈曲度合いを含む。

かかる第２発明によれば、前記基準状態に対応する利用者の姿勢状態が直立姿勢状態またはこれに近い状態となるので、歩行補助装置の利用後等に、利用者が比較的楽な姿勢をとった状態（利用者の脚にさほど大きな力を発生させる必要の無い状態）にて、荷重伝達部が落下しないようにしつつアクチュエータの動作を停止させることができる。このため、利用者や、付き添い者等の労力をさほど必要とすることなく、歩行補助装置を利用者から取り外す等の作業を行うことが容易になる。

かかる第３発明では、前記弾性部材により第３関節に付与される付勢トルクは、少なくとも前記脚リンクの屈曲度合いが前記可変域における最大の屈曲度合いとなる状態で歩行補助装置に作用する重力に起因して前記第３関節に作用するトルクと該付勢トルクとの合成トルクが前記脚リンクの屈曲方向のトルクとなるように設定されていることが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、脚リンクの屈曲度合いが最大の屈曲度合いとなる状態（脚リンクを最大限に第３関節で折り曲げた状態）で、アクチュエータの動作を停止させた状態では、歩行補助装置に作用する重力に起因して第３関節に作用するトルクと弾性部材により第３関節に付与される付勢トルクとの合成トルクが前記脚リンクの屈曲方向のトルクとなる。このため、脚リンクの屈曲度合いを最大の屈曲度合いにした状態、すなわち、脚リンクを最大限にコンパクトに折り畳んだ状態に定常的に保つことができる。従って、歩行補助装置を使用していない状態で、歩行補助装置を小型な収納スペースで収納することができる。

前記第３発明あるいは第４発明では、前記弾性部材により第３関節に付与される付勢トルクは、前記脚リンクの屈曲度合いが、前記可変域のうちの所定の第２屈曲度合いよりも大きい屈曲度合いである場合に、歩行補助装置に作用する重力に起因して前記第３関節に作用するトルクと該付勢トルクとの合成トルクが前記脚リンクの伸展方向のトルクとなるように設定され、前記第１屈曲度合いは、前記第２屈曲度合い以下の屈曲度合いであることが好ましい（第５発明）。

すなわち、一般に、脚リンクの屈曲度合いが大きいほど、荷重伝達部から目標とする荷重を利用者に作用させるために要求される第３関節のトルク（脚リンクの伸展方向のトルク）は大きくなる。従って、脚リンクの屈曲度合いが、所定の第２屈曲度合いよりも大きい場合に、すなわち、該脚リンクの屈曲度合いが比較的大きい場合に、前記合成トルクが脚リンクの伸展方向のトルクとなるように前記付勢トルクを設定することによって、アクチュエータから第３関節に伝達することが要求されるトルクを小さくすることができる。その結果、アクチュエータが出力すべき最大の動力を小さめに抑制し、該アクチュエータの小型化、軽量化を図ることができる。さらに、アクチュエータが出力すべき動力を小さめに抑制できることから、該アクチュエータのエネルギー消費を低減することができる。また、前記第１屈曲度合いは、第２屈曲度合い以下の屈曲度合いであるので、脚リンクの屈曲度合いが比較的小さい場合、すなわち、脚リンクの屈曲度合いが利用者の直立姿勢状態での屈曲度合いに近い場合に、アクチュエータの動作を停止しても、前記付勢トルクによって、脚リンクの屈曲度合いの変化を抑制できる。その結果、前記第３発明に関して説明した如く、利用者が比較的楽な姿勢をとった状態（利用者の脚にさほど大きな力を発生させる必要の無い状態）にて、荷重伝達部が落下しないようにしつつアクチュエータの動作を停止させることができる。

前記第２〜第５発明では、前記駆動機構は、例えば前記第３関節の関節軸と同心に前記下側リンク部材に固定されたクランクアームと、前記クランクアームに一端部が連結された直動出力軸を有すると共に前記第３関節の関節軸と平行な揺動軸の軸心周りに揺動可能に上側リンク部材に搭載された直動アクチュエータとを備え、該直動アクチュエータの直動出力軸から出力される並進力を前記クランクアームを介して前記第３関節の回転駆動力に変換するように構成される。そして、この場合には、前記弾性部材は、前記直動アクチュエータの直動出力軸をその軸心方向に付勢するコイルバネにより構成されていることが好ましい（第６発明）。

かかる第６発明によれば、直動アクチュエータの直動出力軸から出力される並進力（直動出力軸からクランクアームに付与される並進力）と、この並進力をクランクアームを介して変換してなる第３関節の回転駆動力との比率が脚リンクの屈曲度合いに応じて変化する。このため、コイルバネにより直動出力軸に付与される付勢力（並進力）によって脚リンクの第３関節に付与される回転駆動力（付勢トルク）と、歩行補助装置に作用する重力に起因して第３関節に発生するトルクとを、脚リンクの屈曲度合いがある範囲内に存する状態で、釣り合わせるようにすることができる。従って、歩行補助装置に作用する重力に起因して脚リンクの屈曲度合いが変化するのを、直動アクチュエータの動作の停止状態で抑止することが可能となるような脚リンクの屈曲度合いの範囲を広げることができる。すなわち、ある範囲内における脚リンクの任意の屈曲度合いを前記第１屈曲度合いとして機能させることができる。その結果、直動アクチュエータの動作を停止しても荷重伝達部の落下を防止することが可能となる脚リンクの屈曲度合いの範囲が広がり、歩行補助装置の使い勝手を向上させることができる。

また、前記第２〜第６発明では、前記弾性部材は、その弾性変形量の変化に対する弾性力の変化率が該弾性変形量に応じて変化する特性を有することが好ましい（第７発明）。

この第７発明によれば、脚リンクの屈曲度合いに応じた前記付勢トルクの変化の特性を適切な特性にすることが容易になる。

具体的には、例えば前記第６発明において、前記コイルバネは、その圧縮量が所定値以下となる第１圧縮領域と、該圧縮量が該所定値を超える第２圧縮領域とで、該圧縮量の変化に対する弾性力の変化率が異なると共に、該第１圧縮領域での当該変化率よりも前記第２圧縮領域での当該変化率の方が大きくなる特性を有するコイルバネであり、該コイルバネは、前記脚リンクの屈曲度合いの増加する方向に前記直動出力軸が変位するに伴い圧縮されるように設けられていることが好ましい（第８発明）。

この第８発明によれば、脚リンクの屈曲度合いが比較的小さく、前記コイルバネの圧縮量が所定値以下の第１圧縮領域に存する状態では、前記付勢トルクがほぼ一定に保たれる状態を容易に実現できる。従って、脚リンクの屈曲度合いが前記第２屈曲度合いとなる状態で、コイルバネの圧縮量が第１圧縮領域に存するようにすることで、前記第２屈曲度合以下の任意の屈曲度合いにおいて、歩行補助装置に作用する重力に起因して第３関節に作用するトルクと、前記付勢トルクとを釣り合わせるようにすることを容易に実現できる。また、脚リンクの屈曲度合いが比較的大きく、前記コイルバネの圧縮量が所定値を超える第２圧縮領域に存する状態では、前記付勢トルクと、歩行補助装置に作用する重力に起因して第３関節に作用するトルクとの合成トルクを脚リンクの伸展方向に比較的大きなトルクにすることを容易に実現できる。

また、前記第６発明あるいは第８発明では、前記直動アクチュエータは、前記上側リンク部材のうちの前記第１関節寄りの箇所に搭載されており、前記コイルバネは、該直動アクチュエータと前記第３関節との間で前記直動出力軸と同心に配置されていることが好ましい（第９発明）。

この第９発明によれば、前記コイルバネが、該直動アクチュエータと前記第３関節との間で前記直動出力軸と同心に配置されているので、該コイルバネを上側リンク部材から張り出さないように配置することができる。従って、該コイルバネと駆動機構とを併せた構成を小型に構成できる。

また、本発明の歩行補助装置の制御装置は、前記第２〜第９発明の歩行補助装置の動作制御を行う制御装置であって、前記第３関節に付与されるトルク又は該トルクを規定する力を制御対象量として計測する制御対象量計測手段と、前記第３関節での脚リンクの屈曲度合いを計測する屈曲度合い計測手段と、前記制御対象量の目標値を決定する目標値決定手段と、少なくとも前記決定された制御対象量の目標値と前記計測された制御対象量の値とを基に、フィードバック制御側を用いて前記アクチュエータのフィードバック操作量を決定するフィードバック操作量決定手段と、少なくとも前記決定された制御対象量の目標値と前記計測された屈曲度合いの値とに基づき、前記アクチュエータのフィードフォワード操作量を決定するフィードフォワード操作量決定手段と、前記決定されたフィードバック操作量と前記決定されたフィードフォワード操作量との合成操作量に応じて前記アクチュエータを動作させるアクチュエータ駆動部とを備え、前記フィードフォワード操作量は、少なくとも前記決定された制御対象量の目標値に応じて決定される成分と、前記弾性部材により前記第３関節に付与される付勢トルクに依存して変化するように決定される成分とを含むことを特徴とする（第１０発明）。

この第１０発明では、前記フィードバック操作量とフィードフォワード操作量との合成操作量に応じて前記アクチュエータの動作が行われる。この場合、フィードフォワード操作量には、前記決定された制御対象量の目標値に応じて決定される成分に加えて、前記弾性部材により前記第３関節に付与される付勢トルクに依存して変化するように決定される成分が含まれる。このため、前記付勢トルクの影響をフィードフォワード的に考慮して、フィードフォワード操作量を決定できる。その結果、前記付勢トルクが脚リンクの屈曲度合いに応じて変化することの影響を補償して、前記合成操作量に応じてアクチュエータから出力される動力が過剰に変化するのを抑制することができると共に、制御対象量計測手段制御対象量により計測される実際の制御対象量をい目標値に速やかに追従させることが可能となる。

［第１実施形態］
本発明の歩行補助装置の第１実施形態を図１〜図１３を参照して説明する。

図１は本実施形態の歩行補助装置Ａの概略構成を示す側面図である。同図に示す如く、本実施形態の歩行補助装置Ａは、荷重伝達部としての着座部１と、利用者（図示省略）の各脚の足平に装着される左右一対の足平装着部２，２と、各足平装着部２，２を着座部１にそれぞれ連結する左右一対の脚リンク３，３とを備えている。左右の足平装着部２，２は互いに左右対称の同一構造である。左右の脚リンク３，３も互いに左右対称の同一構造である。なお、本実施形態の説明では、歩行補助装置Ａの左右方向は、足平装着部２，２を足平を装着した利用者の左右方向（図１では、その紙面にほぼ垂直な方向）を意味する。

各脚リンク３は、着座部１から第１関節４を介して下方に延設された上側リンク部材５と、足平装着部２から第２関節６を介して上方に延設された下側リンク部材７と、上側リンク部材５と下側リンク部材７とを、第１関節４と第２関節６との中間で屈伸自在に連結する第３関節８とから構成される。

そして、歩行補助装置Ａは、各脚リンク３毎に、第３関節８を駆動するための駆動機構９を備えている。左側脚リンク３の駆動機構９と、右側脚リンク３の駆動機構９とは、左右対称の同一構造である。なお、図１では右側脚リンク３の駆動機構９については、図を判りやすくするために、該駆動機構９の一部の記載を省略している。

着座部１は、利用者が跨ぐようにして（利用者の両脚の付け根の間に配置するようにして）着座するサドル状のシート部１ａと、シート部１ａの下面に装着された基体フレーム１ｂと、基体フレーム１ｂの後端部（シート部１ａの後側で上方に立ち上がる立ち上がり部分）に取り付けた腰当て部１ｃとから構成されている。

各脚リンク３の第１関節４は、前後方向および左右方向の２つの関節軸周りの回転自由度（２自由度）を有する関節である。さらに詳細には、各第１関節４は、着座部１の基体フレーム１ｂに組み付けられた円弧状のガイドレール１１を備えている。そして、このガイドレール１１には、各脚リンク３の上側リンク部材５の上端部に固定されたスライダ１２が、該スライダ１２に軸着した複数のローラ１３を介して移動自在に係合されている。このため、各脚リンク３は、ガイドレール１１の曲率中心４ａを通る左右方向の軸（より詳しくはガイドレール１１の円弧を含む平面に垂直な方向の軸）を第１関節４の第１の関節軸として、該第１の関節軸の周りに前後方向の揺動運動（前後の振り出し運動）を行うことが可能となっている。

また、ガイドレール１１は、着座部１の支持フレーム１ｂの後上端部に、軸心を前後方向に向けた支軸４ｂを介して軸支され、該支軸４ｂの軸心周りに揺動可能とされている。これにより、各脚リンク３は、支軸４ｂの軸心を第１関節４の第２の関節軸として、該第２の関節軸の周りに左右方向の揺動運動（内転・外転運動）を行うことが可能となっている。なお、本実施形態では、第１関節４の第２の関節軸は、右側の第１関節４と右側の第１関節４とで共通の関節軸となっている。

上記のように第１関節４は、各脚リンク３が、前後方向および左右方向の２つの関節軸周りの揺動運動を行うことが可能となるように構成されている。

なお、第１関節の回転自由度は２つに限られるものではない。例えば３つの関節軸周りの回転自由度（３自由度）を有するように第１関節を構成してもよい。あるいは、例えば左右方向の１つの関節軸周りの回転自由度（１自由度）だけを有するように第１関節を構成してもよい。

各足平装着部２は、利用者の各足平に履かせる靴２ａと、靴２ａ内から上方に突出する連結部材２ｂとを備え、利用者の各脚が立脚（支持脚）となる状態で、靴２ａを介して接地する。そして、連結部材２ｂに各脚リンク３の下側リンク部材７の下端部が第２関節６を介して連結されている。この場合、連結部材２ｂは、靴２ａ内の中敷２ｃの下側（靴２ａの底部と中敷２ｃとの間）に配置される平板状部分２bxを一体に備えている。そして、連結部材２ｂは、足平装着部２を接地させた時に、該足平装着部２に床から作用する床反力の一部（少なくとも歩行補助装置Ａと利用者の体重の一部とを合わせた重量を支えるのに充分な程度の大きさの並進力）を連結部材２ｂおよび第２関節６を介して脚リンク３に作用させることができるように、平板状部分２bxを含めて比較的高剛性の部材により形成されている。

なお、足平装着部２は、靴２ａの代わりに、例えばスリッパ状のものを備えるようにしてもよい。

第２関節６は、本実施形態では、ボールジョイントなどのフリージョイントにより構成され、３軸周りの回転自由度を有する関節となっている。ただし、第２関節６は、例えば前後および左右方向の２軸周り、あるいは、上下および左右方向の２軸周りの回転自由度を有する関節であってもよい。

第３関節８は、左右方向の１軸周りの回転自由度を有する関節であり、上側リンク部材５の下端部に下側リンク部材７の上端部を軸支する支軸８ａを有する。該支軸８ａの軸心は、第１関節４の第１の関節軸（ガイドレール１１の円弧を含む平面に垂直な方向の軸）とほぼ平行である。そして、この支軸８ａの軸心が第３関節８の関節軸となっており、その関節軸の周りに、下側リンク部材７が上側リンク部材５に対して相対回転可能とされている。これにより、該第３関節８での脚リンク３の屈伸運動が可能となっている。

各駆動機構９は、着座部１に着座した利用者の体重の一部を支える荷重（上向きの並進力）を着座部１から利用者に作用させるために、足平装着部２が接地している脚リンク３の第３関節８に対して、該脚リンク３の伸展方向の回転駆動力（トルク）を付与するものである。この駆動機構９は、脚リンク３の上側リンク部材５に搭載されており、直動出力軸１４ａを有する直動アクチュエータ１４と、その直動出力軸１４ａから出力される動力（直動出力軸１４ａの軸心方向の並進力）を回転駆動力に変換して第３関節８に伝達する動力伝達機構１５とから構成される。

以下に、駆動機構９の詳細を図２〜図４を参照して説明する。図２は歩行補助装置Ａの上側リンク部材５を破断して示す図、図３は図２のIII−III線断面図、図４は図３のIV−IV線断面図である。

駆動機構９が搭載された上側リンク部材５は、図２に示すように、その第１関節４側の端部（以降、股側端部という）と第３関節８側の端部（以降、膝側端部という）とが開口した中空構造のものである。そして、駆動機構９の直動アクチュエータ１４は、上側リンク部材５の股側端部寄りの箇所に配置され、動力伝達機構１５は、上側リンク部材５の股側端部寄りの箇所から膝側端部寄りの箇所にかけて上側リンク部材５の内部に収容されている。

直動アクチュエータ１４は、回転アクチュエータとしての電動モータ１６と、この電動モータ１６が出力する回転駆動力（トルク）を直動出力軸１４ａの軸心方向の並進力に変換するためのボールネジ機構等を収容した筐体１７とを備える。この場合、筐体１７は、概略四角筒状の主筐体１７ａと、該主筐体１７ａの一端部に固定された中空の副筐体１７ｂとから構成され、これらの主筐体１７ａ及び副筐体１７ｂの内部を直動出力軸１４ａが貫通している。そして、筐体１７は、その主筐体１７ａ及び副筐体１７ｂがそれぞれ上側リンク部材５の内部側、外部側に位置し、且つ、直動出力軸１４ａの軸心が概ね上側リンク部材５の長手方向に向くようにして上側リンク部材５の股側端部寄りの箇所に配置されている。また、本実施形態では、主筐体１７の他端部（副筐体１７と反対側の端部）には、弾性部材としてのコイルバネ４０が収容された大略円筒状のバネケース４１の一端部が固定されており、直動出力軸１４ａの主筐体１７ａ側の端部は、該バネケース４１内に突出している。

直動出力軸１４ａの軸心と直交する方向（図２の紙面にほぼ垂直な方向）での主筐体１７ａの両側部には、図３に示すように、ベアリング１８ａがそれぞれ組み込まれた一対の軸受け部材１８，１８が装着されている。これらの軸受け部材１８，１８は、それぞれのベアリング１８ａが同軸心に対向するようにして、主筐体１７ａに固定されている。

各軸受け部材１８のベアリング１８ａの内輪には、上側リンク部材５の内壁から、第３関節８の関節軸と平行な軸心を有するようにして突設された支軸１９が嵌挿されている。これにより、筐体１７は、支軸１９の軸心周りに揺動し得るように、上側リンク部材５に支持されている。以降、支軸１９を揺動軸１９という。

主筐体１７ａの内部には、ボールネジ機構の主要部が収容されている。本実施形態では、前記直動出力軸１４ａがボールネジ機構のネジ軸となっており、その外周面に螺旋状のネジ溝１４ａａが形成されている。また、該ボールネジ機構は、直動出力軸１４ａに同軸心に外挿された筒状のナット部材２０と、このナット部材２０の内周部に保持されると共にネジ溝１４ａａに係合された複数のボール２１とを備え、これらのナット部材２０及びボール２１が主筐体１７ａの内部に収容されている。そして、ナット部材２０を直動出力軸１４ａに対してその軸心周りに回転させることによって、ボール２１がネジ溝１４ａａに沿って転動しつつ、直動出力軸１４ａが、ナット部材２０に対して軸心方向に移動するようになっている。

ナット部材２０は、その軸心方向の中央部が前記揺動軸１９，１９の間に位置するようにして主筐体１７ａの内部に配置されている。より詳しくは、ナット部材２０は、その内部のほぼ中心部で、該ナット部材２０の軸心と揺動軸１９，１９の軸心とが直交するように設けられている。

このナット部材２０の軸心方向の一端部（副筐体１７ｂ側の端部）には、該ナット部材２０と同軸心に直動出力軸１４ａに外挿された筒状部材２２が固定されている。該筒状部材２２は、直動出力軸１４ａとの間にクリアランスを有し、主筐体１７ａの内部から副筐体１７ｂの内部まで延在している。そして、ナット部材２０の他端部（副筐体１７ｂと反対側の端部）の外周面と主筐体１７ａの内周面との間、並びに、筒状部材２２のナット部材２０寄りの外周面と主筐体１７ａの内周面との間には、それぞれ、ナット部材２０と同軸心のベアリング２３ａ，２３ｂが介装されている。さらに、筒状部材２２のナット部材２０と反対側の端部の外周面と副筐体１７ｂの内周面との間には、ナット部材２０と同軸心のベアリング２３ｃが介装されている。これにより、ナット部材２０及び筒状部材２２がそれらの軸心周り（直動出力軸１４ａの軸心周り）に一体に回転し得るように、ベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介して筐体１７に支承されている。

なお、本実施形態では、ナット部材２０と筒状部材２２とは別体構造であるが、ナット部材２０と筒状部材を２２とを一体に構成してもよい。

ここで、ナット部材２０の回転時には、直動出力軸１４ａがその軸心方向に動くことで、ナット部材２０にその軸心方向の力（スラスト力）が作用する。このため、本実施形態では、ベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうち、ナット部材２０の軸心方向の各端部寄りの位置に存するベアリング２３ａ，２３ｂはアンギュラベアリングにより構成されている。この場合、ベアリング２３ａの内輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ｂ側の端面には、ナット部材２０の外周面に形成された顎部２０ａが当接されている。さらに、ベアリング２３ａの外輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ｂと反対側の端面には、前記バネケース４１の主筐体１７ａ側の端面から突設された環状突起部４１ａが当接されている。また、ベアリング２３ｂの内輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ａ側の端面には、筒状部材２２の外周面に形成された顎部２２ａが当接されている。さらに、ベアリング２３ｂの外輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ａと反対側の端面には、主筐体１７ａの副筐体１７ｂ側の端部の内周面に形成された顎部１７ａａが当接されている。これにより、ナット部材２０の回転時に該ナット部材２０に作用するスラスト力を、ベアリング（アンギュラベアリング）２３ａ，２３ｂを介して主筐体１７ａで受けるようにしている。この場合、ナット部材２０及び筒状部材２２は、それらを併せて、ベアリング２３ａ，２３ｂの間に介在するインナーカラーとして機能する。

なお、ベアリング２３ａの外輪とベアリング２３ｂの外輪との間には、ナット部材２０に外挿された筒状のアウターカラー２５が介装されている。そして、ベアリング２３ａの外輪は、このアウターカラー２５と前記環状突起部４１ａとの間に挟まれ、ベアリング２３ｂの外輪は、アウターカラー２５と主筐体１７ａの顎部１７ａａとの間に挟まれている。

ところで、筐体１７を揺動軸１９，１９に揺動自在に支持するための軸受け部材１８，１８を筐体１７の外側に配置することも可能である。しかるに、これでは、揺動軸１９，１９の軸心方向での筐体１７の幅、すなわち、左右方向の幅が大きくなって、上側リンク部材５や直動アクチュエータ１４の左右方向の幅も大きくなる。

そこで、本実施形態では、前記各軸受け部材１８の装着箇所（前記ベアリング２３ａ，２３ｂの間隔内の箇所）において、主筐体１７ａと、その内側のアウターカラー２５とに、図３に示すように、それぞれ開口１７ａｂ，２５ｂが穿設されている。そして、各軸受け部材１８がこれらの開口１７ａｂ，２５ｂ内に収まると共にナット部材２０の外周面に近接するようにして、各軸受け部材１８が主筐体１７ａに装着されている。さらに詳細には、円筒状のアウターカラー２５には、その側壁の一部を切り欠いて開口２５ｂを穿設している。また、四角筒状の主筐体１７ａの側壁には、軸受け部材１８の外形と略同形状にの同形状を切り欠くようにして開口１７ａｂが穿設されている。そして、軸受け部材１８は、開口１７ａｂ，２５ｂ内に配置され、主筐体１７ａにボルト止めされる。これにより、各軸受け部材１８を主筐体１７ａの外表面から突出させないようにして、各軸受け部材１８の装着箇所における主筐体１７ａの幅（揺動軸１９の軸心方向での幅）ができるだけ小さくなるようにしている。

図４に示すように、副筐体１７ｂの外面から横方向（直動出力軸１４ａの軸心及び揺動軸１９の軸心とほぼ直交する方向）に、該副筐体１７ｂと一体のブラケット２６が突設されている。なお、本実施形態では、ブラケット２６は、副筐体１７ｂから前記ガイドレール１１側に向かって突設されている（図２参照）。このブラケット２６には、電動モータ１６のハウジング１６ｂが固定されている。この場合、電動モータ１６の出力軸（回転出力軸）１６ａは、直動出力軸１４ａの軸心と平行な方向に向けられ、ブラケット２６に穿設された穴２６ａを貫通している。そして、電動モータ１６の出力軸１６ａには、これと一体に回転自在な駆動プーリ２７ａが固定されている。なお、副筐体１７ｂの側壁のうち、直動出力軸１４ａの軸心と直交する方向で駆動プーリ２７ａに対向する箇所には、穴１７ｂａが開設されており、この穴１７ｂａを介して駆動プーリ２７ａが、副筐体１７ｂの内部の筒状部材２２に対向している。

副筐体１７ｂの内部には、ベアリング２３ｂ，２３ｃの間の箇所で、筒状部材２２と同軸心の被動プーリ２７ｂが収容されている。この被動プーリ２７ｂは、筒状部材２２及びナット部材２０と一体に回転し得るように、筒状部材２２の外周面に挿着され、前記穴１７ｂａを介して駆動プーリ２７ａに対向している。なお、被動プーリ２７ｂのベアリング２３ｃ側の端面は、ベアリング２３ｃの内輪の端面に当接され、被動プーリ２７ｂのベアリング２３ｂ側の端面とベアリング２３ｂの内輪との間には、筒状部材２２に外挿された筒状のカラー２８が介装されている。

そして、前記駆動プーリ２７ａと被動プーリ２７ｂとにベルト２７ｃが巻き掛けられており、このベルト２７ｃによって、両プーリ２７ａ，２７ｂが互いに連動して回転するようになっている。これにより、電動モータ１６がその出力軸１６ａから出力する回転駆動力（電動モータ１６の出力トルク）が駆動プーリ２７ａ、ベルト２７ｃ及び被動プーリ２７ｂから成る回転伝達機構（プーリ・ベルト式回転伝達機構）を介して筒状部材２２に伝達されるようになっている。この場合、筒状部材２２と一体にナット部材２０が回転駆動され、それに伴い、直動出力軸１４ａがその軸心方向に移動するように駆動されることとなる。換言すれば、電動モータ１６の回転駆動力が、上記のプーリ・ベルト式回転伝達機構とボールネジ機構とを介して直動出力軸１４ａの軸心方向の並進力に変換されることとなる。

なお、本実施形態では、電動モータ１６は、図示を省略する減速機を内蔵しており、電動モータ１６のロータに発生する回転駆動力は、該減速機を介して出力軸１６ａから出力される。

図３及び図４に示すように、筐体１７の内部から副筐体１７ｂ側に突出した直動出力軸１４ａの端部（以下、直動出力軸１４ａの後端部という）には、直動出力軸１４ａの移動量を制限するストッパ部材２９が装着されている。このストッパ部材２９は、直動出力軸１４ａの後端部の端面から突設された雄ネジ部１４ａｂに螺合されたナット２９ａと、雄ネジ部１４ａｂに外挿され、直動出力軸１４ａの後端部の端面とナット２９ａとの間に挟み込まれたワッシャ２９ｂ及び環状緩衝部材２９ｃとから構成される。なお、環状緩衝部材２９ｃは、ウレタンゴム等の弾性材から成り、ワッシャ２９ｂとナット２９ａとの間に介在する。

この場合、ストッパ部材２９の外径は、直動出力軸１４ａの外径（より詳しくは、副筐体１７ｂから突出している部分の最大外径）よりも若干大きなものとされ、該ストッパ部材２９が副筐体１７ｂに近づく向き（図３及び図４の左向き）に直動出力軸１４ａが移動したとき、ストッパ部材２９のワッシャ２９ｂが最終的に筒状部材２２に端面（ナット部材２０と反対側の端面）に当接するようになっている。そして、この当接により、直動出力軸１４ａのさらなる移動が制限されるようになっている。また、環状緩衝部材２９ｃの弾性変形により、当接時の衝撃を緩和している。さらに、環状緩衝部材２９ｃの当接側にワッシャ２９ｂを配置することにより、環状緩衝部材２９ｃが筒状部材２２等に噛み込んで動作不能となることを防止している。なお、以降の説明では、ストッパ部材２９が副筐体１７ｂに近づく向きへの直動出力軸１４ａの移動を直動出力軸１４ａの前進、これと逆向きへの直動出力軸１４ａの移動を直動出力軸１４ａの後退という。

ここで、電動モータ１６から筒状部材２２に回転駆動力（直動出力軸１４ａを前進させる向きの回転駆動力）を作用させた状態で、ストッパ部材２９が筒状部材２２の端面に当接すると、筒状部材２２からストッパ部材２９に回転駆動力が作用する。この場合、仮に、この回転駆動力が、雄ネジ部１４ａｂに対するストッパ部材２９のナット２９ａのネジ締めを緩める向きの回転駆動力である場合には、ナット２９ａのネジ締めが緩んでしまう恐れがある。このため、本実施形態では、直動出力軸１４ａの前進によってストッパ部材２９が筒状部材２２の端面に当接した時に筒状部材２２からストッパ部材２９に作用する回転駆動力の向きが、ストッパ部材２９のナット２９ａをネジ締めする向きとなるように、ナット２９ａのネジ締めの回転方向と、直動出力軸１４ａの前進時のナット部材２０の回転方向とが設定されている。例えば、雄ネジ部１４ａｂに対するナット２９ａのネジ締めが、ナット２９ａを時計周り方向に回転することでなされるように雄ネジ部１４ａｂ及びナット２９ａのネジ切方向が設定されている場合には、ボールネジ機構のナット部材２０を時計周り方向に回転することで、直動出力軸１４ａが前進する（直動出力軸１４ａに対してナット部材２０が後退する）ように、該直動出力軸１４ａ及びナット部材２０のネジ切方向が設定されている。これにより、直動出力軸１４ａの前進によってストッパ部材２９が筒状部材２２の端面に当接した時に、ナット２９ａのネジ締めを緩める向きの回転駆動力がストッパ部材２９に作用することが無いようになっている。

なお、ワッシャ２９ｂ及び環状緩衝部材２９ｃを直動出力軸１４ａの後端部に設ける代わりに、筒状部材２２の端面（ナット部材２０と反対側の端面）に固定するようにしてもよい。

以上が、直動アクチュエータ１４の詳細構造である。

図２を参照して、動力伝達機構１５は、第３関節８の関節軸（支軸８ａの軸心）と同軸心に下側リンク部材７に設けられたクランクアーム３０と、このクランクアーム３０と直動出力軸１４ａとの間で直動出力軸１４ａと同軸心に延在する連結ロッド３１とを備える。連結ロッド３１の長手方向の両端のうち、直動出力軸１４ａ側の一端は、該連結ロッド３１の端面から突設された雄ネジ部３１ａ（図３及び図４に示す）を直動出力軸１４ａに螺着することにより該直動出力軸１４ａに固定されている（図３及び図４を参照）。また、連結ロッド３１の他端はクランクアーム３０に連結されている。

なお、連結ロッド３１を直動出力軸１４ａと一体に構成してもよい。

クランクアーム３０は、第３関節８の関節軸と平行な軸心（該関節軸との間に間隔を存する軸心）を有する枢支ピン３３を備えている。該枢支ピン３３は下側リンク部材７に固定されている。そして、連結ロッド３１のクランクアーム３０側の端部は、この枢支ピン３３の軸心周りに回転自在に、該枢支ピン３３に枢着されている。この場合、詳細な図示は省略するが、枢支ピン３３に対する連結ロッド３１の枢着は、例えば球面ジョイント構造によりなされている。

以上の如く構成された動力伝達機構１５では、電動モータ１６を作動させることによって、直動アクチュエータ１４の直動出力軸１４ａに、その軸心方向の並進力を発生させると、その並進力が、連結ロッド３１を介してクランクアーム３０の枢支ピン３３に作用する。例えば図２に矢印Ｆで示す如く並進力Ｆが枢支ピン３３に作用する。このとき、枢支ピン３３は、第３関節８の関節軸に対して偏心しているので、枢支ピン３３に作用する並進力Ｆによって（より詳しくは、並進力Ｆのうち、第３関節８の関節軸（支軸８ａの軸心）と枢支ピン３３とを結ぶ直線と直交する方向の成分によって）、第３関節８の関節軸周りのモーメント（トルク）が下側リンク部材７に作用する。そして、このトルクによって、下側リンク部材７が上側リンク部材５に対して回転駆動され、第３関節８での脚リンク３の屈伸動作が行われる。この場合、本実施形態では、枢支ピン３３は、第３関節８の関節軸の軸心方向で見た場合に、該第３関節８の関節軸（支軸８ａの軸心）と、前記揺動軸１９とを結ぶ直線よりも、上側に配置されている。このため、直動アクチュエータ１４の直動出力軸１４ａに、その後退方向の並進力（クランクアーム３０の枢支ピン３３とナット部材２０との間で引張り力となる並進力）を発生させることで、第３関節８が脚リンク３の伸展方向に駆動されることとなる。また、この場合、脚リンク３の屈伸動作に伴い筐体１７を揺動させるための揺動軸１９，１９の軸心が、ボールネジ機構のナット部材２０の内部において、該ナット部材２０の軸心と直交しているので、ナット部材２０の内側で直動出力軸１４ａに曲げ力が作用するのを極力抑制することができる。このため、ナット部材２０の回転駆動に応じた直動出力軸１４ａの軸心方向の移動を安定且つ円滑に行うことができる。

本実施形態の歩行補助装置Ａでは、前記直動アクチュエータ１４の電動モータ１６を動力発生源として第３関節８に付与される駆動トルクに加えて、第３関節８に付勢トルクを付与する弾性部材としてのコイルバネ４０が上側リンク部材５に搭載されている。

なお、図２における参照符号４０ａ，４０ｂは後述する第２実施形態又は第３実施形態に係わる符合であり、本実施形態の説明では不要である。

上記コイルバネ４０は、連結ロッド３１に同軸心に外挿され、前記バネケース４１内に収容されている。従って、コイルバネ４０は、直動アクチュエータ１４と第３関節８との間で直動出力軸１４ａと同軸心に配置されている。該コイルバネ４０は、バネケース４１の内部で連結ロッド３１（又は直動出力軸１４ａ）の外周面から径方向外方に張り出すように突設された環状顎部３１ｂと、バネケース４１の筐体１７と反対側の端部の内周面から径方向内方に張り出すように突設された環状顎部４１ｂとの間に圧縮状態で介装され、該コイルバネ４０の両端が各々環状顎部３１ｂ，４１ｂに圧接されている。これにより、コイルバネ４０は、環状部材３１ｂ，４１ｂの間で、軸心方向の弾性力を発生する。そして、この弾性力（以下、バネ力という）によって、連結ロッド３１及び直動出力軸１４ａが、バネケース４１及び筐体１７に対して（ひいては、上側リンク部材５に対して）後退方向に付勢される。

このようにコイルバネ４０が発生するバネ力は、クランクアーム３０を介して第３関節８の関節軸周りのトルク（脚リンク３の伸展方向のトルク）に変換され、これが第３関節軸８に付与されることとなる。従って、コイルバネ４０は、脚リンク３の伸展方向の付勢力としての付勢トルク（以下、バネトルクという）を第３関節８の関節軸に付与するものとなる。この場合、第３関節８での脚リンク３の屈曲度合いが大きくなるに伴い（脚リンク３が折れ曲がるに伴い）、環状顎部３１ｂ，４１ｂの間の間隔が短くなってコイルバネ４０の圧縮量が大きくなるので、該コイルバネ４０のバネ力が大きくなる。ひいては、該バネ力によって、連結ロッド１１を介してクランクアーム３０の枢支ピン３３に付与される、直動出力軸１４ａの軸心方向の並進力（直動出力軸１４ａの後退方向の並進力）も大きくなる。なお、直動出力軸１４ａの軸心方向で枢支ピン３３に付与される並進力と、この並進力によって生じる第３関節８の関節軸周りのトルクとの間の関係は後述するように脚リンク３の屈曲度合いに応じて非線形に変化する。このため、前記バネトルクは、第３関節８での脚リンク３の屈曲度合いが大きくなるに伴い（バネ力が大きくなるに伴い）、単調に増加するとは限らない。

補足すると、コイルバネ４０及びバネケース４１を筐体１７の後方側（副筐体１７ｂ側）に配置するようにすることも可能である。ただし、このようにした場合には、コイルバネ４０及びバネケース４１が筐体１７の後方に突出することとなるため、その分のスペースが必要となると共に、他の物体との干渉も生じやすい。これに対して、本実施形態では、直動アクチュエータ１４と第３関節８との間で直動出力軸１４ａと同軸心にコイルバネ４０及びバネケース４１を配置して、上側リンク部材５内に収容しているため、コイルバネ４０と駆動機構９とを合わせた構成を小型にすることができると共に、外部の物体との干渉を回避できる。

以上が本実施形態の歩行補助装置Ａの機構的な主要構成である。このように構成された歩行補助装置Ａでは、接地している足平装着部２に連結されている脚リンク３の第３関節８に、脚リンク３の伸展方向のトルクを付与することによって、着座部１が上向きに付勢される。これにより、着座部１から利用者に上向きの並進力となる荷重（以下、持上げ力という）が作用することとなる。本実施形態では、第３関節８に付与される脚リンク３の伸展方向のトルクは、電動モータ１６から第３関節８に付与される駆動トルクとコイルバネ４０から第３関節８に付与されるバネトルクとの合成トルクである。従って、前記持上げ力は、本実施形態では、電動モータ１６から第３関節８に付与される駆動トルクに起因して発生する成分（以下、モータ持上げ力という）と、コイルバネ４０から第３関節８に付与されるバネトルクに起因して発生する成分（以下、バネ持上げ力という）との合成力となる。

本実施形態の歩行補助装置Ａは、上記持上げ力によって、利用者の体重の一部（利用者に作用する重力の一部）を支持し、利用者の歩行時や脚の屈伸運動時などにおける利用者の脚の負担を軽減する。

この場合、歩行補助装置Ａと利用者との全体を床に支える支持力（歩行補助装置Ａの接地面に床から作用するトータルの並進力。以下、全支持力という）のうち、歩行補助装置Ａ自身と利用者の体重の一部とを床に支える支持力を歩行補助装置Ａが負担し、残りの支持力を利用者が負担することとなる。以降、上記全支持力のうち、歩行補助装置Ａが負担する支持力を補助装置負担支持力、利用者が負担する支持力を利用者負担支持力という。利用者や歩行補助装置Ａの動きによって発生する慣性力が微小なものとなる静的な状態では、補助装置負担支持力から、歩行補助装置Ａに作用する重力に抗する支持力（該重力に釣り合う支持力）を差し引いた力が前記持上げ力となる。また、利用者に作用する重力に抗する支持力（該重力に釣り合う支持力）から、前記持上げ力を差し引いた力が利用者負担支持力となる。なお、補助装置負担支持力は、利用者の両脚が立脚となる状態では、脚リンク３，３の両方に分配的に作用し、片脚だけが立脚となる状態では、両脚リンク３，３のうちの該片脚側の脚リンク３だけに作用する。利用者負担支持力についても同様である。

ここで、コイルバネ４０から脚リンク３の第３関節に付与されるバネトルクと、該第３関節８での脚リンク３の屈曲度合いとの関係について図５〜図８を参照して説明する。図５は歩行補助装置Ａの１つの脚リンク３に係わる要部構成を模式化して示す図、図６は動力伝達機構１５の特性を示すグラフ、図７はバネ力の特性を示すグラフ、図８はバネ力によって発生する後述のモータ停止時脚リンク負担支持力の特性を示すグラフである。

図５を参照して、以降の説明では、各脚リンク３を第３関節８の関節軸方向（支軸８ａの軸心方向）で見た場合において（換言すれば、各脚リンク３を第３関節８の関節軸に直交する面に投影して見た場合において）、第３関節８の支軸８ａと前記ガイドレール１１の曲率中心４ａとを結ぶ直線Ｌ１と、第３関節８の支軸８ａと第２関節６とを結ぶ直線Ｌ２とのなす角度θ１を第３関節８での脚リンク３の屈曲度合いを代表する指標とする。以下、この角度θ１を膝角度θ１という。なお、図示の膝角度θ１は、第３関節８での脚リンク３の屈曲度合いが増加するに伴い（折れ曲がるに伴い）、０°寄りの角度から、１８０°寄りの角度に単調に増加する角度とされている。

補足すると、本実施形態では、歩行補助装置Ａの利用者の直立姿勢状態（両脚を真っ直ぐに伸ばして起立した状態）において、膝角度θ１が０°よりも大きい角度（例えば３０°程度）となるように、第３関節８と前記ガイドレール１１の曲率中心４ａとの間の間隔や、第３関節８と第２関節６との間の間隔が設定されている。この場合、本実施形態では、各脚リンク３の屈曲度合いは、前記ストッパ部材２９と、第３関節８に備えられた図示しないストッパ部材による機構的な制限によって、所定の可変域内で変化させることが可能となっている。その屈曲度合いの可変域は、それに対応する膝角度θ１の範囲に換算して言えば、例えば概略３０°〜１２０°の範囲である。なお、この膝角度θ１の可変域には、利用者の直立姿勢状態での膝角度θ１の値と、利用者の平地での通常的な歩行時に実現される膝角度θ１の範囲（例えば概略３０°〜６０°の範囲）とが含まれる。

また、各脚リンク３を第３関節８の関節軸の軸心方向で見た場合において、第３関節８の支軸８ａとクランクアーム３０に対する直動出力軸１４ａの枢着部としての枢支ピン３３とを結ぶ直線Ｌ３と、該枢支ピン３３を通って直動出力軸１４ａの軸心に平行な直線Ｌ４（これは本実施形態では直動出力軸１４ａの軸心に一致する）とのなす角度θ３を枢支ピン位相角θ３という。なお、図示の枢支ピン位相角θ３は、直線Ｌ３とＬ４とが一直線となる状態（直動出力軸１４ａの軸心上に第３関節８の関節軸が位置する状態）でのθ３の値が０°であるとし、この状態から枢支ピン３３が第３関節８の関節軸の周りに反時計回りに回転するに伴い（膝角度θ１が増加するに伴い）、１８０°に向かって単調に増加する角度とされている。

また、接地している足平装着部２に連結されている脚リンク３にあっては、歩行補助装置Ａに作用する重力に起因して、該脚リンク３の第３関節８に該脚リンク３の屈曲方向のトルク（以下、重力起因トルクという）が作用する。従って、着座部１から利用者に前記持上げ力を作用させ、あるいは、該着座部１が重力によって自然落下するのを防止するためには、各脚リンク３の第３関節８に、上記重力起因トルクと逆向きのトルク（脚リンク３の伸展方向のトルク）で、且つ、該重力起因トルク以上の大きさのトルクを付与する必要がある。

この場合、歩行補助装置Ａの使用後等において、直動アクチュエータ１４の電動モータ１６の運転を停止した状態（電動モータ１６の電源をＯＦＦにした状態）では、コイルバネ４０によるバネトルクのみが、脚リンク３の伸展方向のトルクとして第３関節８に付与される。そして、このバネトルクの大きさが上記重力起因トルクに比して小さ過ぎると、電動モータ１６の運転を停止した状態では、利用者又はその付き添い者等が着座部１を自発的に支持しない限り、該着座部１が重力によって自然落下してしまう。

そこで、本実施形態では、左右の足平装着部２，２が接地している状態（より詳しくは、左右の脚リンク３，３に床側から作用する支持力が互いにほぼ等しくなるように左右の足平装着部２，２が接地している状態。以降、両脚均等接地状態という）において、歩行補助装置Ａの両脚リンク３，３の屈曲度合いが、その可変域のうち、利用者の直立姿勢状態での屈曲度合いを含む所定の範囲内の屈曲度合いである場合に、各脚リンク３におけるバネトルクがほぼ前記重力起因トルクと釣り合うようにしている。

さらに詳細には、本実施形態では、歩行補助装置Ａの動作状態が、前記両脚均等接地状態となり、且つ、両電動モータ１６，１６の運転を停止した状態（以降、モータ停止両脚均等接地状態という）となっている場合に、両脚リンク３，３にそれぞれ床側から作用する支持力（以下、モータ停止時脚リンク負担支持力という）が、両脚リンク３，３の膝角度θ１に応じて、例えば図８のグラフａ３で示す如く変化するように、各脚リンク３における膝角度θ１に対するバネトルクの特性が設定されている。

ここで、両脚均等接地状態（モータ停止両脚均等接地状態を含む）は、各脚リンク３に床側から作用する支持力の大きさが左右の脚リンク３，３でほぼ均等になる状態であるので、左右の脚リンク３，３のそれぞれの上記モータ停止時脚リンク負担支持力の大きさは、互いにほぼ等しい。そして、モータ停止両脚均等接地状態において、各脚リンク３におけるバネトルクと、重力起因トルクとが釣り合う状態は、左右の脚リンク３，３のそれぞれのモータ停止時脚リンク負担支持力の大きさが、歩行補助装置Ａに作用する重力の大きさのほぼ半分に等しくなる状態（換言すれば左右の脚リンク３，３のそれぞれのモータ停止時脚リンク負担支持力の総和の大きさが、歩行補助装置Ａに作用する重力の大きさにほぼ等しくなる状態）である。また、モータ停止時脚リンク負担支持力とバネトルクとの間の関係は、次式（１）により与えられる。

モータ停止時脚リンク負担支持力＝バネトルク／（Ｄ２・sinθ２） ……（１）

なお、図５を参照して、上記式（１）におけるＤ２は、第３関節８と第２関節６との間の間隔、θ２は前記ガイドレール１１の曲率中心４ａと第２関節６とを結ぶ直線Ｌ３と、第３関節８と第２関節６とを結ぶ直線Ｌ２とがなす角度である。この場合、各脚リンク３について、図５に示す如く、前記曲率中心４ａと第２関節６の間の間隔をＤ３、該曲率中心４ａと第３関節８との間の間隔をＤ１とおくと、次式（２）、（３）の関係式が成り立つ。

Ｄ３²＝Ｄ１²＋Ｄ２²−２・Ｄ１・Ｄ２・cos（180°−θ１） ……（２）
Ｄ１²＝Ｄ２²＋Ｄ３²−２・Ｄ２・Ｄ３・cosθ２ ……（３）

従って、Ｄ１，Ｄ２の値（これらは定数値である）と、膝角度θ１とから式（２）により、Ｄ３を算出できる。そして、そのＤ３の値と、Ｄ１，Ｄ２の値とから式（３）により、角度θ２を算出できる。よって、θ２は、θ１の関数となり、θ１の値からθ２を算出できることとなる。ひいては、θ１の値を定めれば、そのθ１の値に対応するモータ停止時脚リンク負担支持力とバネトルクとの間の比率が前記式（１）により定まることとなる。

図８のグラフａ３で示す特性では、膝角度θ１が所定角度θ１ａ以下の範囲内の角度である場合には、モータ停止時脚リンク負担支持力が、歩行補助装置Ａの全体に作用する重力の大きさの半分の大きさの支持力（図８に破線で示す大きさの支持力。以下、自重負担支持力という）にほぼ等しくなる。該自重負担支持力は、換言すれば、両脚均等接地状態において、歩行補助装置Ａに作用する重力を支えるための支持力のうちの１つの脚リンク３当たりの負担分を意味する。なお、θ１ａは、θ１の可変域のうちの最大角度（脚リンク３の最大の屈曲度合いに対応する角度）よりも、利用者の直立姿勢状態での角度（≒３０°）に近い角度である。

また、膝角度θ１が、上記所定角度θ１ａよりも大きい角度である場合には、膝角度θ１が増加するに伴い、モータ停止時脚リンク負担支持力が自重負担支持力よりも大きな支持力に緩やかに増加した後、減少していく。この場合、θ１が、最大角度に近い所定角度θ１ｂ（＞θ１ａ）よりも大きい角度となる場合には、モータ停止時脚リンク負担支持力は、上記自重負担支持力よりも小さい支持力に低下する。

本実施形態では、モータ停止時脚リンク負担支持力が膝角度θ１に対して上記のように変化するように、バネトルクと膝角度θ１との関係が設定されている。このような特性は、前記枢支ピン位相角θ３と膝角度θ１との間の関係を適切に設定することで実現される。

より具体的には、本実施形態の動力伝達機構１５は、直動アクチュエータ１４の直動出力軸１４ａの軸心方向でクランクアーム３０の枢支ピン３３に作用する並進力を一定とした場合（直動出力軸１４ａに発生する軸心方向の並進力を一定とした場合）に、クランクアーム３０を介して第３関節８に付与されるトルク（以下、膝関節駆動トルクという）は、前記枢支ピン位相角θ３に対して図６のグラフａ１で示すように変化する。すなわち、枢支ピン位相角θ３が９０°である場合に、膝関節駆動トルクが最大となり、枢支ピン位相角θ３が９０°から０°側に減少し、または１８０°側に増加するに伴い、膝関節駆動トルクが減少する。このように、クランクアーム３０の枢支ピン３３に作用する並進力に対する膝関節駆動トルクの比率は、枢支ピン位相角θ３に対して非線形性な特性を有する。

一方、コイルバネ４０のバネ力は、膝角度θ１に対して図７のグラフａ２で示すように変化する。すなわち、本実施形態では、コイルバネ４０の圧縮量（弾性変形量）の変化に対するバネ力の変化率（すなわちバネ定数）は、一定値とされている。このため、バネ力は、膝角度θ１の増加に伴い、単調に増加する。

そして、バネトルク、ひいては、モータ停止時脚リンク負担支持力の、膝角度θ１に対する特性は、膝角度θ１と枢支ピン位相各θ３との間の関係に依存して規定される。なお、膝角度θ１の変化量と、枢支ピン位相角θ３の変化量とは同じになるので、任意の１つの膝角度θ１の値に対応する枢支ピン位相角θ３の値を決定すれば、θ１とθ３との間の関係が定まることとなる。。

図５を参照して、本実施形態では脚リンク３を第３関節８の関節軸の軸心方向で見た場合において、第３関節８と第２関節６とを結ぶ直線Ｌ２と、第３関節８と前記揺動軸１９とを結ぶ直線Ｌ６とがなす角度θ４（これは、膝角度θ１に一定の角度α（直線Ｌ１，Ｌ６のなす角度）を加えた角度に等しい）に、枢支ピン位相角θ３がほぼ等しくなるようにθ４（＝θ３＋α）とθ１との間の関係（ひいてはθ３とθ１との間の関係）が設定されている。

本実施形態では、このようにθ３とθ１との間の関係を設定することによって、図８のグラフａ３で示す特性が実現されている。

上記のようにθ１に対するバネトルク、ひいては、モータ停止時脚リンク負担支持力の特性が設定されているので、両脚リンク３，３の膝角度θ１がθ１ａ以上の角度となっている状態（利用者の直立姿勢状態を含む）では、各脚リンク３の第３関節８には、重力起因トルクに釣り合うバネトルクが付与される。このため、歩行補助装置Ａの使用後などに、両脚リンク３，３の膝角度θ１がθ１ａ以上の角度となっている状態（利用者の直立姿勢状態またはそれに近い状態）にて、電動モータ１６，１６の運転を停止するようにすれば、各脚リンク３の膝角度θ１の変化が抑制され、着座部１が重力によって自然落下するのを防止することができる。なお、モータ停止時脚リンク負担支持力が自重負担支持力から若干ずれていても（バネトルクの大きさと重力起因トルクの大きさとが若干差異があっても）、上側リンク部材５と下側リンク部材７と間にある程度の摩擦力が発生するので、各脚リンク３の膝角度θ１の変化が抑制される。従って、バネトルクと重力起因トルクとの合成トルクの大きさが、上側リンク部材５と下側リンク部材７と間の摩擦力により発生可能な程度のトルクの範囲内に収まれば、着座部１が重力によって自然落下するのを防止することができる。

また、θ１がθ１ｂ以上の角度となっている状態では、バネトルクの大きさが、重力起因トルクよりも小さくなるので、これらのバネトルクと重力起因トルクとの合成トルクは、脚リンク３の屈曲方向のトルクとなる。このため、両脚リンク３，３の屈曲度合いが最大の屈曲度合いとなる状態、すなわち、歩行補助装置Ａが最大限にコンパクトに折りたたまれた状態に安定に維持することができる。従って、歩行補助装置Ａを比較的小さな収納スペースに容易に収納することができる。

補足すると、本実施形態では、前記所定角度θ１ａ以下の任意の膝角度θ１に対応する脚リンク３の屈曲度合いが本発明における第１屈曲度合いに相当し、θ１≦θ１ａとなる屈曲度合いでの脚リンク３の姿勢が本発明における所定姿勢に相当する。さらに、前記両脚均等接地状態で、θ１≦θ１ａとなる状態が、本発明における基準状態に相当する。また、膝角度θ１が前記所定角度θ１ｂに一致する場合の脚リンク３の屈曲度合いが、本発明における第２屈曲度合いに相当する。

次に、本実施形態の歩行補助装置Ａの動作制御のための構成を説明する。本実施形態の歩行補助装置Ａでは、各直動アクチュエータ１４の電動モータ１６の動作制御を行うコントローラ５１（制御装置）が図１に示す如く着座部１の基体フレーム１ｂに収納されている。

さらに、歩行補助装置Ａには、次のようなセンサが備えられ、その各センサの出力が、電動モータ１６の動作制御用の検出データとしてコントローラ５１に入力される。図１に示すように、各足平装着部２の靴２ａ内には、利用者の各脚の踏力（各脚の足平を床面側に押し付ける上下方向の並進力）を計測するための一対の踏力計測用力センサ５２ａ，５２ｂが設けられている。各脚の踏力は、別の言い方をすれば、前記利用者負担支持力のうちの各脚に作用する力（各脚の負担分）に釣り合う並進力であり、両脚のそれぞれの踏力の総和の大きさは、利用者負担支持力の大きさに等しい。本実施形態では、踏力計測用力センサ５２ａ，５２ｂは、利用者の足平の中趾節関節(ＭＰ関節)の直下箇所と踵の直下箇所との前後２箇所で利用者の足平の底面に対向するように靴２ａ内の中敷２ｃの下面に取付けられている。これらの踏力計測用力センサ５２ａ，５２ｂは、それぞれ１軸力センサにより構成され、靴２ａの底面に垂直な方向の並進力に応じた出力を発生する。

また、図２に示すように、各動力伝達機構１５の連結ロッド３１の第３関節８の寄りの箇所に、直動出力軸１４ａから連結ロッド３１を介してクランクアーム３０の枢支ピン３３に伝達される並進力（以下、ロッド伝達力という）を計測するための力センサとしてのひずみゲージ式力センサ５３が取り付けられている。このひずみゲージ式センサ５３は、連結ロッド３１の外周面に固着された複数のひずみゲージ（図示省略）によって構成される公知のセンサであり、連結ロッド３１にその軸心方向（直動出力軸１４ａの軸心方向）で作用する並進力（すなわち前記ロッド伝達力）に応じた出力を発生する。この場合、ひずみゲージ式力センサ５３の計測対象であるロッド伝達力は、電動モータ１６からボールネジ機構を介して連結ロッド３１に伝達される並進力と、コイルバネ４０から連結ロッド３１に伝達される並進力（すなわち前記バネ力）とを合成してなる並進力である。なお、ひずみゲージ式力センサ５３は、連結ロッド３１の軸心方向の並進力に対しては、高い感度を有するが、連結ロッド３１のせん断方向（横断方向）の力に対する感度は十分に微小なものとなる。

また、第３関節８での各脚リンク３の屈曲度合いを表す指標としての前記膝角度θ１を計測するために、各電動モータ１６の出力軸１６ａ又はロータの回転角度（基準位置からの回転角度）に応じた出力を発生するロータリエンコーダなどの角度センサ５４（図４に示す）が、電動モータ１６に搭載されている。本実施形態では、各脚リンク３の膝角度θ１は、各電動モータ１６の出力軸１６ａ又はロータの回転角度に応じて一義的に定まる。従って、角度センサ５４の出力は、膝角度θ１に応じた出力となる。

補足すると、各脚リンク３の第３関節８にロータリエンコーダもしくはポテンショメータなどの角度センサを搭載し、その角度センサにより直接的に各脚リンク３の膝角度θ１を計測し得るようにしてもよい。

次に、前記コントローラ５１の機能を図９および図１０を参照してより詳細に説明する。図９は、コントローラ５１のハード構成の概略を示すブロック図、図１０は、コントローラ５１の演算処理部の処理機能を示すブロック図である。なお、以降の説明では、歩行補助装置Ａの左右を区別するために、参照符号の末尾に符号“Ｒ”、“Ｌ”を付加することがある。例えば利用者の前方に向かって右側の脚リンク３を“脚リンク３Ｒ”、左側の脚リンク３を“脚リンク３Ｌ”というように表記する。各参照符号の末尾の符号“Ｒ”、“Ｌ”は、それぞれ、右側の脚リンク３Ｒ、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。

図９に示すように、コントローラ５１は、演算処理部６１と、直動アクチュエータ１４Ｒ，１４Ｌのそれぞれの電動モータ１６Ｒ，１６Ｌに通電するドライバ回路６２Ｒ，６２Ｌとを備える。演算処理部６１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータにより構成され、前記踏力計測用力センサ５２ａＲ，５２ｂＲ，５２ａＬ，５２ｂＬの出力と、ひずみゲージ式力センサ５３Ｒ，５３Ｌの出力と、角度センサ５４Ｒ，５４Ｌの出力とがＡ／Ｄ変換器などから構成されるインターフェース回路（図示しない）を介して入力される。そして、該演算処理部６１は、入力された検出データと、あらかじめ記憶保持した参照データおよびプログラムとを用いて所要の演算処理を実行し、各電動モータ１６Ｒ，１６Ｌの通電電流の指令値（目標値）である指示電流値Icmd_R，Icmd_Lを決定する。そして、演算処理部６１は、この指示電流値Icmd_R，Icmd_Lの電流を各電動モータ１６Ｒ，１６Ｌに通電させるように各ドライバ回路６２Ｒ，６２Ｌを制御する。これにより、各電動モータ１６Ｒ，１６Ｌの出力トルクが制御される。

演算処理部６１は、上記指示電流値Icmd_R，Icmd_Lを決定するために、図６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、演算処理部６１に実装されたプログラムによって実現される機能である。

演算処理部６１は、図１０に示すように、右側の踏力計測用力センサ５２ａＲ，５２ｂＲの出力に基づき利用者の右脚の踏力を計測する右側踏力計測処理手段７０Ｒと、左側の踏力計測用力センサ５２ａＬ，５２ｂＬの出力に基づき利用者の左脚の踏力を計測する左側踏力計測処理手段７０Ｌと、右側の角度センサ５４Ｒの出力に基づき脚リンク３Ｒの膝角度を計測する右側膝角度計測処理手段７１Ｒと、左側の角度センサ５４Ｌの出力に基づき脚リンク３Ｌの膝角度を計測する左側膝角度計測処理手段７１Ｌと、右側のひずみゲージ式力センサ５３Ｒの出力に基づき動力伝達機構１５Ｒのロッド伝達力を計測する右側ロッド伝達力計測処理手段７２Ｒと、左側のひずみゲージ式力センサ５３Ｌの出力に基づき動力伝達機構１５Ｌのロッド伝達力を計測する左側ロッド伝達力計測処理手段７２Ｌとを備えている。

また、演算処理部６１は、前記補助装置負担支持力のうちの各脚リンク３Ｒ，３Ｌの負担分の目標値Fcmd_R，Fcmd_L（詳しくは脚リンク３Ｒ，３Ｌにそれぞれ第２関節６Ｒ，６Ｌを介して床側から作用する支持力の目標値Fcmd_R，Fcmd_L）を決定する左右目標負担分決定手段７３を備える。この左右目標負担分決定手段７３には、目標値Fcmd_R，Fcmd_Lを決定するために、踏力計測処理手段７０Ｒ，７０Ｌで計測された左右の踏力の値（計測値）Fft_R，Fft_Lと、膝角度計測処理手段７１Ｒ，７１Ｌで計測された左右の膝角度の計測値θ1_R，θ1_Lとが入力される。

補足すると、脚リンク３Ｒ，３Ｌにそれぞれ第２関節６Ｒ，６Ｌを介して床側から作用する支持力の総和（以降、総持上げ力という）は、より正確に言えば、前記補助装置負担支持力から、両足平装着部２Ｒ，２Ｌを床に支える支持力を差し引いたものとなる。換言すれば、上記総持上げ力は、歩行補助装置Ａの両足平装着部２Ｒ，２Ｌを除いた部分と利用者の体重の一部とを支える上向きの並進力としての意味を持つ。ただし、両足平装着部２Ｒ，２Ｌの総重量は、歩行補助装置Ａの総重量に比して充分に小さいので、総持上げ力は、前記補助装置負担支持力にほぼ一致する。以降の説明では、前記補助装置負担支持力のうちの各脚リンク３Ｒ，３Ｌの負担分を総持上げ力負担分という。また、各脚リンク３Ｒ，３Ｌの総持上げ力負担分の目標値Fcmd_R，Fcmd_Lを脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lという。

演算処理部６１は、さらに、前記右側ロッド伝達力計測処理手段７２Ｒによる動力伝達機構１５Ｒのロッド伝達力の計測値Frod_Rと前記左右目標負担分決定手段７３で決定された右側の脚リンク負担目標値Fcmd_Rと前記右側膝角度計測処理手段７１Ｒによる脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rとを基に、電動モータ１６Ｒの指示電流値Icmd_Rを決定する右側指示電流決定手段７４Ｒと、前記左側ロッド伝達力計測処理手段６２Ｌによる動力伝達機構１５Ｌのロッド伝達力の計測値Frod_Lと前記左右目標負担分決定手段７３で決定された左側の脚リンク負担目標値Fcmd_Lと前記左側膝角度計測処理手段７１Ｌによる脚リンク３Ｌの膝角度の計測値θ1_Lとを基に、電動モータ１６Ｌの指示電流値Icmd_Lを決定する左側指示電流決定手段７４Ｌとを備えている。

次に、演算処理部５１の処理の詳細を図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は演算処理部５１に備えた左右目標負担分決定手段７３の処理を説明するためのブロック図、図１２は図１１のＳ１０１における処理を示すフローチャート、図１３は演算処理部５１に備えた指示電流決定手段７４の処理を説明するためのブロック図である。

利用者の各足平に各足平装着部２を装着し、さらに、着座部１を利用者の股下に配置した状態で、コントローラ５１の電源が投入される。このとき、各電動モータ１６に図示しない電源電池からドライバ回路６２を介して電力を供給可能な状態になる。また、演算処理部６１は、所定の制御処理周期で、以下に説明する処理を実行する。

各制御処理周期において、演算処理部６１は、まず、前記踏力計測処理手段７０Ｒ，７０Ｌの処理、膝角度計測処理手段７１Ｒ，７１Ｌの処理、並びにロッド伝達力計測処理手段７２Ｒ，７２Ｌの処理を実行する。なお、ロッド伝達力計測処理手段７２Ｒ，７２Ｌの処理は、後述する左右目標負担分決定手段７３の処理の後に、もしくは該処理と並行して、行うようにしてもよい。

踏力計測処理手段７０Ｒ，７０Ｌの処理は、次のように行われる。その処理のアルゴリズムは、いずれの踏力計測処理手段７０Ｒ，７０Ｌでも同じであり、以下に右側踏力計測処理手段７０Ｒの処理を代表的に説明する。

右側踏力計測処理手段７０Ｒは、踏力計測用力センサ５２ａＲ，５２ｂＲのそれぞれの出力が示す力検出値（より詳しくは、ノイズ成分を除去するためのローパス特性のフィルタリングを施した後の力検出値）を互いに加え合わせてなる値を、利用者の右脚の踏力の計測値Fft_Rとして得る。左側踏力計測処理手段７０Ｌの処理も同様である。

なお、各踏力計測処理手段７０の処理では、それぞれに対応する踏力計測用力センサ５２ａ，５２ｂによる力検出値の総和が、所定の下限値以下の微小値である場合に、踏力の計測値Fftを強制的に“０”に設定したり、あるいは、当該総和が所定の上限値を超えている場合に、踏力の計測値Fftを強制的に該上限値に設定するリミット処理を付加するようにしてもよい。本実施形態では、後述するように、基本的には、利用者の右脚の踏力の計測値Fft_Rと左脚の踏力の計測値Fft_Lとの相互の割合いに応じて、脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lの相互の割合いが決定される。このため、各踏力計測処理手段７０の処理に上記リミット処理を付加することは、該脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lの相互の割合いの頻繁な変動を抑制する上で有効である。

また、膝角度計測処理手段７１Ｒ，７１Ｌの処理は、次のように行われる。その処理のアルゴリズムは、いずれの膝角度計測処理手段７１Ｒ，７１Ｌでも同じであり、以下に右側膝角度計測処理手段７１Ｒの処理を代表的に説明する。右側膝角度計測処理手段７１Ｒは、角度センサ５４Ｒの出力が示す電動モータ１６の出力軸１６ａＲ又はロータの回転角度から、あらかじめ設定された演算式またはデータテーブル（該回転角度と脚リンク３Ｒの膝角度との関係を表す演算式またはデータテーブル）に基づいて、脚リンク３Ｒの膝角度の暫定計測値を求める。そして、右側膝角度計測処理手段７１Ｒは、この暫定計測値に、ノイズ成分を除去するためのローパス特性のフィルタリングを施すことによって、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rを得る。左側膝角度計測処理手段７１Ｌの処理も同様である。

なお、膝角度計測処理手段７１Ｒ，７１Ｌでそれぞれ計測する膝角度θ１は、各脚リンク３の屈曲度合いを表す。従って、本実施形態では、膝角度計測処理手段７１Ｒ，７１Ｌが、本発明における屈曲度合い計測手段として機能するものとなっている。

補足すると、各膝角度計測処理手段７１で計測する膝角度は、前記図５に示した角度θ１であるが、その角度θ１の補角（＝１８０°−θ１）を脚リンク３の屈曲度合いを表す指標として計測するようにしてもよい。あるいは、例えば、各脚リンク３を第３関節８の関節軸方向で見たときに、該脚リンク３の第３関節８と前記揺動軸１９とを結ぶ直線Ｌ６と、該脚リンク３の第３関節８と第２関節６とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θ４を、脚リンク３の屈曲度合いを表す指標として計測するようにしてもよい。

また、ロッド伝達力計測処理手段７２Ｒ，７２Ｌの処理は次のように行われる。その処理のアルゴリズムは、いずれのロッド伝達力計測処理手段７２Ｒ，７２Ｌでも同じであり、以下に右側ロッド伝達力計測処理手段７２Ｒの処理を代表的に説明する。右側ロッド伝達力計測処理手段７２Ｒは、入力されるひずみゲージ式力センサ５３Ｒの出力の電圧値を、あらかじめ設定された演算式またはデータテーブル（該出力電圧とロッド伝達力との関係を表す演算式またはデータテーブル）に基づいて、ロッド伝達力の計測値Frod_Rに変換する。右側ロッド伝達力計測処理手段７２Ｒの処理も同様である。なお、この場合、各ひずみゲージ式力センサ５３の出力値、あるいは、各ロッド伝達力の計測値Frodにローパス特性のフィルタリング処理を施して、ノイズ成分を除去するようにしてもよい。

次いで、演算処理部６１は、前記左右目標負担分決定手段７３の処理を実行する。この処理を図１１及び図１２を参照して以下に詳説する。図１１は左右目標負担分決定手段７３の処理の全体を示すブロック図、図１２は図１１に示す処理のうちの左右分配比算出処理を示すフローチャートである。

まず、Ｓ１０１で左右分配比算出処理が実行される。この左右分配比算出処理は、前記総持上げ力（≒前記補助装置負担支持力）の目標値に対する右側の脚リンク負担目標値の比率である右分配比と、総持上げ力の目標値に対する左側の脚リンク負担目標値の比率である左分配比とを決定する処理である。なお、これらの右分配比と左分配比との総和は、“１”である。

上記左右分配比算出処理は、図１２のフローチャートに示す如く実行される。まず、Ｓ１０１１において、踏力計測処理手段７０Ｒ，７０Ｌによってそれぞれ求められた右脚の踏力の計測値Fft_Rと、左脚の踏力の計測値Fft_Lとの総和Fft_all（＝Fft_R＋Fft_L）が算出される。

次いで、Ｓ１０１２において、右脚の踏力の計測値Fft_RをFft_allで除算してなる値Fft_R／Fft_allが、右分配比の暫定値として設定される。

次いで、Ｓ１０１３において、この右分配比の暫定値にローパス特性のフィルタリングを施すことによって、最終的に右分配比（今回の制御処理周期での右分配比）が決定される。さらに、Ｓ１０１４において、上記の如く決定した右分配比を“１”から減算することによって、左分配比が決定される。なお、Ｓ１０１３のフィルタリング処理は、右分配比の急激な変化（ひいては、左分配比の急激な変化）を抑制するための処理である。

補足すると、Ｓ１０１２で右分配比の暫定値を決定する代わりに、左分配比の暫定値を決定し、その暫定値にローパス特性のフィルタリング処理を施したものを左分配比として決定してもよい。そして、このように決定した左分配比を、“１”から減算することによって、右分配比を決定するようにしてもよい。この場合は、Ｓ１０１２では、左脚の踏力の計測値Fft_LをFft_allで除算してなる値Fft_L／Fft_allを左分配比の暫定値として決定すればよい。

図１１の説明に戻って、上記のように右分配比および左分配比を決定した後、左右目標負担分決定手段７３は、次に、Ｓ１０２及びＳ１０７の処理を実行する。なお、これらのＳ１０２及びＳ１０７の処理は、Ｓ１０１の処理と並行して、あるいは、Ｓ１０１の処理の前に行うようにしてもよい。

Ｓ１０２の処理は、右側脚リンク３Ｒの屈曲度合いが所定の屈曲度合いよりも大きい場合に、右側脚リンク３Ｒの屈曲度合いを所定の屈曲度合いに復元させる（近づける）ように右側脚リンク３Ｒに付加的に作用させる支持力を求める処理である。同様に、Ｓ１０７の処理は、左側脚リンク３Ｌの膝角度が所定値よりも大きい角度である場合（左側脚リンク３Ｌの屈曲度合いが所定の屈曲度合いよりも大きい場合）に、左側脚リンク３Ｌの屈曲度合いを所定の屈曲度合いに復元させる（近づける）ように左側脚リンク３Ｌに付加的に作用させる支持力を求める処理である。以下、これらの支持力を復元支持力という。

Ｓ１０２の処理及びＳ１０７の処理のアルゴリズムはいずれも同じであるので、以下に、右側脚リンク３Ｒに係わるＳ１０２の処理を代表的に図５を参照しつつ説明する。

Ｓ１０２の処理では、まず、右側膝角度計測処理手段７１Ｒ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、曲率中心４ａＲと第２関節６Ｒとの間の間隔Ｄ３が算出される。そして、この算出された間隔Ｄ３と、あらかじめ定めた基準値ＤＳ３（Ｄ３の目標値）との偏差（ＤＳ３−Ｄ３）が、正の値である場合には、バネ定数に相当する所定のゲインｋ（＞０）を乗じることによって、復元支持力が算出される。また、上記偏差（ＤＳ３−Ｄ３）が“０”又は負の値である場合には、復元支持力は、偏差（ＤＳ３−Ｄ３）の値によらずに、“０”に決定される。すなわち、次式（４ａ）又は（４ｂ）により復元支持力が決定される。

ＤＳ３＞Ｄ３である場合
復元支持力＝ｋ・（ＤＳ３−Ｄ３） ……（４ａ）
ＤＳ３≦Ｄ３である場合
復元支持力＝０ ……（４ｂ）

左側脚リンク３Ｌに係わるＳ１０７の処理も同様である。このようにして決定される各脚リンク３の復元支持力は、該脚リンク３の屈曲度合いが、前記間隔Ｄ３が基準値ＤＳ３に一致するような所定の屈曲度合いよりも大きい場合に、該脚リンク３の屈曲度合いを所定の屈曲度合いに復元させる（近づける）ように該脚リンク３に付加的に作用させる支持力である。本実施形態では、前記間隔Ｄ３が基準値ＤＳ３に一致するような所定の屈曲度合は、例えば、利用者の平地での通常的な歩行時に実現される各脚リンク３の最大の屈曲度合いと同程度の屈曲度合いに設定されている。従って、復元支持力は、利用者の平地での通常的な歩行時には、基本的には“０”に設定される。そして、利用者がその両脚の膝を大きく曲げて、しゃがみこむような場合に、付加的な復元支持力を発生させるようにしている。

なお、本実施形態では、前記基準値ＤＳ３と間隔Ｄ３との偏差に応じて復元支持力を決定するようにしたが、膝角度の計測値θ１と上記基準値ＤＳ３に対応する膝角度θ１の値との偏差に応じて復元支持力を決定したり、曲率中心４ａと第２関節６とを結ぶ直線Ｌ３と第３関節８と間の間隔（＝Ｄ２・sinθ２）と、この間隔に対する基準値との偏差に応じて復元支持力を決定するようにしてもよい。

以上のようにしてＳ１０２、Ｓ１０７の処理を実行した後、左右目標負担分決定手段７３は、次に、右側脚リンク３Ｒに関するＳ１０３〜Ｓ１０６の処理と、左側脚リンク３Ｌに関するＳ１０８〜Ｓ１１１の処理とを実行する。右側脚リンク３Ｒに関するＳ１０３〜Ｓ１０６の処理では、まず、Ｓ１０３において、前記総持上げ力の目標値に、Ｓ１０１で決定された右分配比が乗算される。これにより、右側脚リンク３Ｒの脚リンク負担目標値の基本値が決定される。

ここで、総持上げ力の目標値は、本実施形態では、あらかじめ次のように設定され、図示しないメモリに記憶保持されている。例えば、歩行補助装置Ａの全体の重量（または該全体の重量から両足平装着部２，２の総重量を差し引いた重量）と、着座部１から利用者に作用させる持上げ力によって支えようとする利用者の体重の一部の重量（例えば利用者の全体重にあらかじめ設定した割合を乗じた重量）とを加え合わせた重量に作用する重力（該重量×重力加速度）の大きさが総持上げ力の目標値として設定される。この場合、結果的には、利用者の体重の一部の重量に作用する重力と同等の大きさの上向きの並進力が、着座部１から利用者への目標とする持上げ力として設定されることとなる。なお、着座部１から利用者への目標とする持上げ力の大きさを直接的に設定し得るようにして、その目標とする持上げ力と、歩行補助装置Ａの全体の重量（または該全体の重量から両足平装着部２，２の総重量を差し引いた重量）に作用する重力の大きさとの総和を総持上げ力の目標値として設定するようにしてもよい。また、歩行補助装置Ａの運動によって発生する上下方向の慣性力が上記重力に比して比較的大きくなる場合には、該慣性力と上記重力との総和の力の大きさを総持上げ力の目標値として設定してもよい。この場合、該慣性力を逐次推定する必要があるが、その推定は、例えば特開２００７−３３０２９９号公報にて本願出願人が提案した手法等の公知の手法によって行うことができる。

さらに、Ｓ１０４において、Ｓ１０２で決定された復元支持力に右分配比が乗算される。そして、この乗算結果の値が、Ｓ１０５において右側脚リンク３Ｒの脚リンク負担目標値の基本値に加えられる。これにより、右側脚リンク３Ｒの脚リンク負担目標値の暫定値が求められる。そして、この暫定値にＳ１０６でローパス特性のフィルタリング処理を施すことによって、最終的に右側脚リンク３Ｒの脚リンク負担目標値Ｆcmd_Rが決定される。Ｓ１０６のフィルタリング処理は、脚リンク３Ｒの膝角度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。

同様に、左側脚リンク３Ｌに関するＳ１０８〜Ｓ１１１の処理では、まず、Ｓ１０８において、前記総持上げ力の目標値に、Ｓ１０１で決定された左分配比が乗算される。これにより、左側脚リンク３Ｌの脚リンク負担目標値の基本値が決定される。さらに、Ｓ１０９において、Ｓ１０７で決定された復元支持力に左分配比が乗算される。そして、この乗算結果の値が、Ｓ１１０において左側脚リンク３Ｌの脚リンク負担目標値の基本値に加えられる。これにより、左側脚リンク３Ｌの脚リンク負担目標値の暫定値が求められる。そして、この暫定値にＳ１１１でローパス特性のフィルタリング処理を施すことによって、最終的に左側脚リンク３Ｌの脚リンク負担目標値Ｆcmd_Lが決定される。Ｓ１０６のフィルタリング処理は、脚リンク３Ｌの膝角度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。

以上が、左右目標負担分決定手段７３の処理である。この処理により、左右目標負担分決定手段７３は、利用者の平地での歩行時のように、両脚リンク３Ｒ，３Ｌの屈曲度合いが、所定の屈曲度合い（前記基準値ＤＳ３に対応する屈曲度合い）よりも小さい屈曲度合いとなる場合には、右側の脚リンク負担目標値Fcmd_Rと左側の脚リンク負担目標値Fcmd_Lとを、それらの相互の割合い（比率）が利用者の右脚の踏力の計測値Fft_Rと左脚の踏力の計測値Fft_Lとに応じて決定された右分配比と左分配比との比率（Fft_RとFft_Lとの比率）に一致するように決定することとなる。この場合、右側及び左側の脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lの総和は、総持ち上げ力の目標値に一致するように決定される。換言すれば、着座部１から利用者に、目標とする持上げ力を作用させるように、脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lが決定される。

そして、脚リンク３Ｒ，３Ｌの屈曲度合いが、上記所定の屈曲度合い（前記基準値ＤＳ３に対応する屈曲度合い）よりも大きくなるような状況では、脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lにはそれぞれ復元支持力が付加される。すなわち、脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lの総和に、各脚リンク３Ｒ，３Ｌを所定の屈曲度合いに向かって伸展させようとする支持力が付加される。この場合は、着座部１から利用者への目標とする持上げ力は、結果的に、総持ち上げ力の目標値に対応する持上げ力よりも大きく設定され、また、脚リンク３Ｒ，３Ｌの屈曲度合いが大きくなるに伴い、目標とする持上げ力が大きくなるように設定されることとなる。

なお、前記両脚均等接地状態で、両脚リンク３，３の膝角度θ１が互いに等しい状態では、右分配比と左分配比とがほぼ同じになると共に、前記復元支持力も左右でほぼ等しくなるので、右側及び左側の脚リンク負担目標値Fcmd_R，Fcmd_Lの大きさも、互いにほぼ等しくなる。

以上のようにして左右目標持上げ力決定手段７３の処理を実行した後、演算処理部６１は、指示電流決定手段７４Ｒ，７４Ｌの処理を実行する。その処理のアルゴリズムは、いずれの指示電流決定手段７４Ｒ，７４Ｌでも同じであり、以下に右側指示電流決定手段７４Ｒ処理を図１３を参照して代表的に説明する。図１３は、該右側指示電流決定手段６４Ｒの機能的手段を示すブロック図である。なお、この右側指示電流決定手段６４Ｒ処理の説明では、各参照符号の末尾に符号“Ｒ”、“Ｌ”を付記するのを省略するが、特にことわらない限り、各参照符号は、右側の脚リンク３Ｒに関するもの（符号“Ｒ”の付記が省略されているもの）であるとする。

右側指示電流決定手段６４は、前記右側ロッド伝達力計測処理手段７２によるロッド伝達力の計測値Frodを、該計測値Frodに対応して第３関節８に実際に付与される駆動トルクの値Tact（以下、実関節トルクTactという）に変換するトルク変換手段７４ａと、前記左右目標負担分決定手段７３により決定された右側脚リンク負担目標値Fcmdに対応して、第３関節８に付与すべき駆動トルクの目標値の基本値である基本目標トルクTcmd1を求める基本目標トルク演算手段７４ｂと、第３関節８を駆動する際に、下側リンク部材７が上側リンク部材５に対して回転運動することに起因して発生する摩擦力などの影響を補償するために第３関節８に付加的に付与すべきトルクTcor（以下、下腿補償トルクTcorという）を求める下腿補償トルク演算手段７４ｃとを備える。

さらに、右側指示電流決定手段６４は、基本目標トルク演算手段７４ｂで求めた基本目標トルクTcmd1に、下腿補償トルク演算手段７４ｃで求めた下腿補償トルクTcorを加えることにより、第３関節８に付与すべきトルクの最終的な（今回の制御処理周期における）目標値としての目標関節トルクTcmdを決定する加算演算手段７４ｄと、この目標関節トルクTcmdとトルク変換手段７４ａで求められた実関節トルクTactとの偏差Terr（＝Tcmd−Tact）を求める減算演算手段７４ｅと、該偏差Terrを“０”にする（TactをTcmdに一致させる）ために必要な電動モータ１６の指示電流値のフィードバック操作量Ifbを求めるフィードバック演算手段７４ｆと、右側脚リンク３の実際の総持上げ力負担分が脚リンク負担目標値になるようにするために要求される電動モータ１６の指示電流値のフィードフォワード操作量Iffを求めるフィードフォワード演算手段７４ｇと、フィードバック操作量Ifbとフィードフォワード操作量Iffとを加え合わせることで、最終的に指示電流値Icmdを決定する加算演算手段７４ｈとを備える。なお、前記目標関節トルクＴcmdは、電動モータ１６から第３関節８に付与される駆動トルクと、コイルバネ４０から第３関節８に付与される付勢トルク（バネトルク）との総和の目標値である。

そして、右側指示電流決定手段７４は、まず、トルク変換手段７４ａ、基本目標トルク演算手段７４ｂ、および下腿補償トルク演算手段７４ｃの処理を次のように実行する。

トルク変換手段７４ａには、右側動力伝達機構１５の連結ロッド３１のロッド伝達力の計測値Frodと、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１とが入力される。

ここで、前記連結ロッド１８の軸心方向（直動出力軸１４ａの軸心方向）に直交する方向での、第３関節８の関節軸と、前記クランクアーム３０の枢支ピン３３との距離をｒとおくと、ロッド伝達力の計測値Ｆrodに、この距離ｒ（以下、有効半径長ｒという）を乗じてなる値が、前記実関節トルクTactとなる。そして、該有効半径長ｒは、右側脚リンク３の膝角度に応じて定まる。そこで、トルク変換手段７４ａは、入力された膝角度の計測値θ1から、あらかじめ設定された演算式もしくはデータテーブル（膝角度と有効半径長との関係を表す演算式またはデータテーブル）により有効半径長ｒを求める。そして、トルク変換部７４ａは、その求めた有効半径長ｒを、入力されたロッド伝達力の計測値Frodに乗じることによって、第３関節８に付与されている実関節トルクTactを求める。

なお、このトルク変換手段７４ａの処理は、換言すれば、ロッド伝達力のベクトルと、クランクアーム３０の枢支ピン３３（連結ロッド１８の枢着部）の、第３関節８の関節軸に対する位置ベクトルとのベクトル積（外積）を算出する演算処理である。

補足すると、本実施形態では、ロッド伝達力によって第３関節８に付与されるトルクを本発明における制御対象量として使用する。従って、トルク変換手段７４ａが上記の如く求める実関節トルクTactは、該制御対象量の計測値に相当するものである。そして、本実施形態では、各脚リンク３毎に、前記ロッド伝達力計測処理手段７２とトルク変換手段７４ａとによって、本発明における制御対象量計測手段が実現されることとなる。

基本目標トルク演算手段７４ｂには、左右目標負担分決定手段７３により決定された右側の脚リンク負担目標値Fcmdと、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ1とが入力される。そして、基本目標トルク演算手段７４ｂは、これらの入力値から、次のようにして基本目標トルクTcmd1を求める。この処理を、図５を参照して以下に説明する。

図５を参照して、床側から第２関節６を介して脚リンク３に作用する支持力は、第２関節６からガイドレール１１の曲率中心４ａに向かう並進力と見なすことができ、この並進力の大きさの目標値が、前記脚リンク負担目標値Fcmdとなる。そして、この脚リンク負担目標値Fcmdの大きさの並進力（支持力）を床側から脚リンク３に作用させたと仮定した場合に、該並進力のベクトルによって第３関節８の関節軸のまわりに発生するモーメントに釣り合うトルクが、求めるべき前記基本目標トルクTcmd1である。

ここで、脚リンク負担目標値Fcmdと、基本目標トルクTcmd1との間には、前記した角度θ２と間隔Ｄ２とを用いて、次式（５）の関係が成立する。

Ｔcmd1＝（Fcmd・sinθ2）・Ｄ２ ……（５）

この式（５）の右辺は、脚リンク負担目標値Fcmdの大きさの並進力（支持力）を床側から脚リンク３に作用させたと仮定した場合に、該並進力のベクトルによって第３関節８の関節軸周りに発生するモーメントの大きさを示している。

そこで、基本目標トルク演算手段７４ｂは、この式（５）により、基本目標トルクTcmd1を求める。この場合、この式（５）の右辺の演算に必要なＤ２の値は、一定値であり、あらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている。また、角度θ2は、あらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている間隔Ｄ１，Ｄ２の値と、膝角度の計測値θ１とから、前記した式（２），（３）に基づいて算出される。

以上が基本目標トルク演算手段７４ｂの処理である。

補足すると、上記基本目標トルクTcmd1は、本発明における制御対象量の目標値に相当するものである。従って、本実施形態では、前記基本目標トルク演算手段７４ｂにより、本発明における目標値決定手段が実現される。

下腿補償トルク演算手段７４ｃには、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１が入力される。そして、下腿補償トルク演算手段６４ｃは、入力された計測値θ１を使用して、次式（６）のモデル式の演算を行うことにより、下腿補償トルクTcorを算出する。

Tcor＝A1・θ１＋A2・sgn（ω１）＋A3・ω１
＋A4・β１＋A5・sin（θ１／２）……（６）

ここで、式（６）の右辺におけるω１は右側脚リンク３の膝角度の時間的変化率（微分値）としての膝角速度、β１は該膝角速度ω１の時間的変化率（微分値）としての膝角加速度、sgn（ ）は符号関数である。また、A1，A2，A3，A4，A5は、あらかじめ定められた値の係数である。

式（６）の右辺の第１項は、右側脚リンク３のコイルバネ４０によるバネトルクの大きさの分だけ、脚リンク３の伸展方向の目標関節トルクTcmdを基本目標トルクTcmd1から減少させるための項である。また、右辺の第２項は、右側脚リンク３の第３関節８における上側リンク部材５と下側リンク部材７との間の摩擦力（動摩擦力）に起因して該第３関節８に発生する抵抗力に抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。また、右辺の第３項は、右側脚リンク３の第３関節８における上側リンク部材５と下側リンク部材７との間の粘性抵抗、すなわち、膝角速度ω１に応じて発生する粘性的な抵抗力に抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。また、右辺の第４項は、膝角加速度β１に応じて発生する慣性力モーメント、より詳しくは、右側脚リンク３の第３関節８よりも足平装着部２側の部分（下側リンク部材７と第２関節６と足平装着部２とから構成される部分）の運動による慣性力に起因して第３関節８に発生する抵抗力のモーメントに抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。また、右辺の第５項は、右側脚リンク３の第３関節８よりも足平装着部２側の部分（下側リンク部材７と第２関節６と足平装着部２とから構成される部分）に作用する重力に起因して第３関節８に発生する抵抗力のモーメントに抗して第３関節８を駆動するために該第３関節８に付与すべきトルクを意味する。

なお、第５項における正弦関数sin（ ）を作用させるべき角度は、本来は、前記図５の直線Ｌ２（第３関節８と第２関節６とを結ぶ直線）と鉛直方向（重力方向）とがなす角度である。本実施形態では、上側リンク部材５の長さと下側リンク部材７の長さとが概ね等しいため、直線Ｌ２と鉛直方向とがなす角度は、近似的に、膝角度計測処理手段７１で計測する脚リンク３の膝角度の１／２の角度となる。そこで、本実施形態では、第５項における正弦関数sin（ ）を作用させる角度を“θ１／２”とした。ただし、加速度センサや傾斜計などを歩行補助装置Ａに搭載し、重力方向に対する下側リンク部材７の傾斜角度（直線Ｌ２の傾斜角度）を検出し得るようにした場合には、その傾斜角度を第５項における“θ１／２”の代わりに使用することが望ましい。

下腿補償トルク演算手段６４ｃは、上記した式（６）の右辺の演算を行うために、その演算に必要な膝角速度ω１の値と、膝角加速度β１の値とを、右側膝角度計測処理手段７１から逐次入力される右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１の時系列から逐次算出する。そして、下腿補償トルク演算部７４ｃは、入力された右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１（今回値）と、算出した膝角速度ω１の値（今回値）および膝角加速度β１の値（今回値）と用いて、式（６）の右辺の演算を行うことによって、下腿補償トルクTcorを算出する。なお、“今回値”は、演算処理部６１の現在の制御処理周期で求めた値を意味する。

補足すると、式（６）の演算に使用する各係数A1，A2，A3，A4，A5の値は、あらかじめ、式（６）の左辺の値（実測値）と右辺の値（演算値）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、図示しないメモリに記憶保持される。

以上が下腿補償トルク演算手段７４ｃの処理である。このようにして下腿補償トルク演算手段７４ｃが求める下腿補償トルクTcorは、前記基本目標トルクTcmd1を補正するための付加的補正量としての意味を持つ。

補足すると、式（６）の右辺の各項のうちの第２項は、他の項に比べて一般に比較的小さい値となるので、省略してもよい。また、式（６）の右辺の第３項、第４項、第５項のうち、他の項よりも比較的小さい値となる項を省略したモデル式によって、下腿補償トルクTcorを決定するようにしてもよい。例えば、右側脚リンク３の第３関節８よりも足平装着部２側の部分が十分に軽量である場合には、第４項と第５項の両方または一方を省略してもよい。

右側指示電流決定手段７４は、以上の如くトルク変換手段７４ａ、基本目標トルク演算手段７４ｂ、および下腿補償トルク演算手段７４ｃの処理を実行した後、加算演算手段７４ｄの処理を実行する。この処理では、基本目標トルク演算手段７４ｂおよび下腿補償トルク演算手段７４ｃによりそれぞれ求められた基本目標トルクTcmd1と下腿補償トルクTcorとが加え合わされる。換言すれば、基本目標トルクTcmd1が下腿補償トルクTcorにより補正される。これにより、目標関節トルクTcmd（＝Tcmd1＋Tcor）が算出される。

このようにして算出される目標関節トルクTcmdは、着座部１から利用者に目標とする持上げ力を作用させる上で第３関節８に付与することが必要なトルクの目標値である。

右側指示電流決定手段７４は、さらに、減算演算手段７４ｅの処理を実行する。この処理では、加算演算手段７４ｄで求められた目標関節トルクTcmdから、トルク変換手段７４ａで求められた実関節トルクTactを減算することによって、TcmdとTactとの偏差Terr（＝Tcmd−Tact）が算出される。

次いで、右側指示電流決定手段７４は、フィードバック演算手段７４ｆの処理を実行する。このとき、フィードバック演算手段７４ｆには、偏差Terrが入力される。そして、該フィードバック演算手段７４ｆは、入力された偏差Terrから所定のフィードバック制御則により、指示電流値Icmdのフィードバック成分としてのフィードバック操作量Ifbを算出する。該フィードバック制御則としては、例えばＰＤ則（比例・微分則）が使用される。この場合、上記偏差Terrに所定のゲインＫpを乗じたもの（比例項）と、偏差Terrに所定のゲインＫdを乗じたものの微分値（微分項）とを加え合わせることによりフィードバック操作量Ｉfbが算出される。なお、本実施形態では、電動モータ１６の電流変化（出力トルクの変化）に対する着座部１の持上げ力の変化の感度が、脚リンク３の膝角度に応じて変化する。そこで、本実施形態では、フィードバック演算手段７４ｆには、偏差Terrに加えて、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１も入力される。そして、フィードバック演算手段７４ｆは、上記比例項および微分項の各ゲインＫp，Ｋｄの値を、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１に応じて、あらかじめ定められた図示しないデータテーブル（膝角度と各ゲインＫp，Ｋｄとの関係を示すデータテーブル）により可変的に設定する。

補足すると、本実施形態では、前記下腿補償トルク演算手段７４ｃと、加算演算手段７４ｄと、減算演算手段７４ｅと、フィードバック演算手段７４ｆとにより、本発明におけるフィードバック操作量決定手段が実現される。なお、本実施形態では、下腿補償トルク演算手段７４ｃを備えたが、これを省略してもよい。その場合には、加算演算手段７４ｄも省略し、減算演算手段７４ｅに、目標関節トルクTcmdの代わりに、基本目標トルクＴcmd1を入力するようにすればよい。

一方、右側指示電流決定手段７４は、フィードバック演算手段７４ｆの処理と並行して、フィードフォワード演算手段７４ｇの処理を実行する。この場合、フィードフォワード演算手段７４ｇには、左右目標負担分決定手段７３により決定された右側の脚リンク負担目標値Fcmdと、右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１とが入力される。

そして、フィードフォワード演算手段７４ｇは、次式（７）で表されるモデル式により、電動モータ１６の指示電流値のフィードフォワード成分としてのフィードフォワード操作量Ｉffを算出する。

Ｉff＝B1・Ｔcmd1＋B2・ω１＋B3・sgn（ω１）
＋B4・β１＋B5・θ１ ……（７）

ここで、式（７）の右辺におけるＴcmd1は、前記基本目標トルク演算手段７４ｂにより求められる基本目標トルクTcmd1と同じである。また、ω１，β１は、前記式（６）に関して説明した通り、それぞれ膝角速度、膝角加速度である。また、B1，B2，B3，B4，B5は、あらかじめ定められた値の係数である。

そして、式（７）の右辺の第１項は、Tcmd1に応じて決定される成分であり、右側の脚リンク負担目標値Fcmdの支持力を床側から右側脚リンク３に作用させたと仮定した場合に、第３関節８の関節軸まわりに発生するモーメントに釣り合うトルク（すなわち基本目標トルクＴcmd1）を、右側脚リンク３の第３関節８に付与するために要求される電動モータ１６の通電電流の基本要求値を意味する。また、右辺の第２項は、右側脚リンク３の第３関節８における上側リンク部材５と下側リンク部材７との間の粘性抵抗、すなわち、膝角速度ω1に応じて発生する粘性的な抵抗力に抗するトルクを第３関節８に付与するために要求される電動モータ１６の通電電流の成分を意味する。また、右辺の第３項は、右側脚リンク３の第３関節８における上側リンク部材５と下側リンク部材７との間の動摩擦力に抗するトルクを第３関節８に付与するために要求される電動モータ１６の通電電流の成分を意味する。また、右辺の第４項は、膝角加速度β１に応じて発生する慣性力モーメントに抗するトルクを第３関節８に付与するために要求される電動モータ１６の通電電流の成分を意味する。また、右辺の第５項は、右側脚リンク３のコイルバネ４０によるバネトルクの大きさの分だけ、脚リンク３の伸展方向のトルクを発生する電動モータ１６の通電電流を減少させるための項である。従って、第５項は、バネトルクに依存して変化するように決定される成分である。

この場合、フィードフォワード演算手段７４ｇは、下腿補償トルク演算手段７４ｃの処理の場合と同様に、式（７）の右辺の演算に必要なω１およびβ１を、入力される右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１の時系列から算出する。また、フィードフォワード演算手段７４ｇは、前記基本目標トルク演算手段７４ｂと同じ演算処理によって、入力される右側の脚リンク負担目標値Fcmdと膝角度の計測値θ１とから、式（７）の右辺の演算に必要な基本目標トルクＴcmd1を算出する。そして、フィードフォワード演算手段７４ｇは、入力された右側脚リンク３の膝角度の計測値θ１（今回値）と、算出した膝角速度ω１の値（今回値）と、膝角加速度β１の値（今回値）と、算出した基本目標トルクTcmd1の値（今回値）と用いて、式（７）の右辺の演算を行うことによって、フィードフォワード操作量Iffを算出する。

補足すると、式（７）の演算に使用する各係数B1，B2，B3，B4，B5の値は、あらかじめ、式（７）の左辺の値（実測値）と右辺の値（演算値）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、図示しないメモリに記憶保持される。なお、式（５）の右辺の各項のうち、例えば第２項または第４項を省略したモデル式によって、フィードフォワード操作量Iffを決定するようにしてもよい。また、フィードフォワード演算手段７４ｇに、脚リンク負担目標値Fcmdを入力する代わりに、前記基本目標トルク演算手段７４ｂにより算出される基本目標トルクTcmd1を入力してもよい。この場合には、フィードフォワード演算手段７４ｇでTcmd1を算出する必要はない。

また、本実施形態では、フィードフォワード演算手段７４ｇにより本発明におけるフィードフォワード操作量決定手段が実現される。

指示電流決定手段７４は、以上のように、フィードバック演算手段７４ｆおよびフィードフォワード演算手段７４ｇの処理を実行した後、加算演算手段７４ｈの処理を実行する。この処理では、フィードバック演算手段７４ｆおよびフィードフォワード演算手段７４ｇでそれぞれ求められたフィードバック操作量Ifbとフィードフォワード操作量Iffとが加え合わされる。これにより、フィードバック操作量Ifbとフィードフォワード操作量Iffとの合成操作量としての右側電動モータ１６の指示電流値Icmdが算出される。

以上が、右側指示電流決定手段７４Ｒの処理の詳細である。左側指示電流決定手段７４Ｌの処理も同様に行われる。

演算処理部６１は、以上の如く各指示電流決定手段７４Ｒ，７４Ｌで決定した指示電流値Icmd_R，Icmd_Lを、それぞれ各電動モータ１６Ｒ，１６Ｌに対応するドライバ回路６２Ｒ，６２Ｌに出力する。このとき、各ドライバ回路６２は、与えられた指示電流値Icmdに従って各電動モータ１６に通電する。

補足すると、本実施形態では、ドライバ回路６２によって、本発明におけるアクチュエータ駆動部が実現される。

以上説明した演算処理部６１の制御処理が、所定の制御処理周期で実行される。これにより、各脚リンク３の実関節トルクTactが、目標関節トルクTcmdに一致するように（収束するように）、各電動モータ１６の出力トルク、ひいては、該電動モータ１６から各脚リンク３の第３関節８に付与する駆動トルクがフィードバック制御されることとなる。その結果、着座部１から利用者に目標とする持上げ力が作用し、利用者の脚の負担が軽減されることとなる。

かかる本実施形態によれば、モータ停止両脚均等接地状態において、両脚リンク３，３の膝角度θ１が、所定角度θ１ａ以下であれば（利用者の直立姿勢状態を含む）、コイルバネ４０のバネ力により発生するモータ停止時脚リンク負担支持力が自重負担支持力にほぼ等しくなる。このため、両脚リンク３，３の膝角度θ１が、所定角度θ１ａ以下となる状態で、電動モータ１６の運転を停止しても、各脚リンク３の膝角度θ１が変化するのを抑止し、着座部１が落下してしまうのを防止できる。従って、歩行補助装置Ａの利用後などに、利用者が直立姿勢状態またはこれに近い状態で起立した状態で、電動モータ１６の運転を停止するようにすることで、着座部１を利用者や付き添い者が支えずとも、該着座部１の落下を防止しつつ、該着座部１を利用者の股下から容易に脱離させるようにすることできる。

また、両脚リンク３，３の膝角度θ１が比較的大きな角度になると（θ１＞θ１ｂになると）、コイルバネ４０によるバネトルクと重力起因トルクとの合成トルクが脚リンク３の屈曲方向のトルクになる（ひいてはモータ停止時脚リンク負担支持力が自重負担支持力よりも小さくなる）。このため、歩行補助装置Ａの収納時等に、両脚リンク３，３を最大限に折り畳んだ状態（膝角度θ１を可変域の最大角度にした状態）に定常的に保つことができる。従って、歩行補助装置Ａを比較的小さな収納スペースに収納することができる。

さらに、膝角度θ１が所定角度θ１ａとθ１ｂとの間の角度である場合には、バネトルクと重力起因トルクとの合成トルクが脚リンク３の伸展方向のトルクとなる（ひいてはモータ停止時脚リンク支持力が自重負担支持力よりも大きくなる）ので、脚リンク３の屈曲度合いが比較的大きなものとなる状態（ひいては、目標トルクＴcmdが比較的大きくなる状態）での電動モータ１６の出力トルクを小さく抑制することができる。その結果、電動モータ１６に要求される出力トルクの最大値を小さめに抑制し、該電動モータ１６の小型化、軽量化を図ることができる。

また、両脚均等接地状態において、膝角度θ１がθ１ｂ以下となる状態では、電動モータ１６，１６に、歩行補助装置Ａの全体の重量を支えるために必要な動力を発生させる必要が無いので、電動モータ１６，１６の消費電力を低減することができる。

また、各電動モータ１６の動作制御においては、前記フィードフォワード操作量Iffに、前記式（７）の第５項の成分、すなわち、バネトルクに依存して変化するように決定される成分を含めることによって、バネトルクの影響を補償し、各電動モータ１６の出力トルクの過剰な変化を防止できると共に、該出力トルクを目標関節トルクTcmdに素早く追従させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図１４及び図１５を参照して説明する。図１４及び図１５は、本実施形態における弾性部材（コイルバネ）のバネ力の特性を示すグラフ、図８は本実施形態におけるバネ力によって発生するモータ停止時脚リンク負担支持力の特性を示すグラフである。なお、本実施形態は、第１実施形態と弾性部材に係わる構成のみが相違するので、その相違点を中心に説明する。そして、第１実施形態と同一の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ると共に説明を省略する。

前記第１実施形態では、弾性部材としてのコイルバネ４０は、そのバネ定数（コイルバネ４０の圧縮量（弾性変形量）の変化に対するバネ力の変化率）が一定のものとなっていた。これに対して、本実施形態における弾性部材としてのコイルバネ４０は、そのバネ定数が、該コイルバネ４０の圧縮量に応じて２段階に変化するように構成されている。

具体的には図２を参照して、本実施形態では、コイルバネ４０は、その全体のうちの一端側の部分４０ａと他端側の残余の部分４０ｂとで、それぞれのバネ定数が異なるものとなっている。このようなコイルバネ４０は、例えば部分４０ａの材質と、部分４０ｂの材質とを異なるものとし、部分４０ａ，４０ｂのうちの一方の材質を他方の材質よりも剛性の低い材質にすることで構成される。

なお、コイルバネ４０の全体の材質を均一にした場合であっても、コイルバネ４０ａの自然長状態での部分４０ａにおける線間ピッチと、部分４０ｂにおける線間ピッチとを互いに異ならせることで、部分４０ａ，４０ｂのバネ定数を互いに異ならせることも可能である。さらには、線間ピッチと材質との両者を、部分４０ａと部分４０ｂとで異ならせるようにしてもよい。

以降、コイルバネ４０の部分４０ａ，４０ｂのうち、バネ定数が小さい側の部分、例えば部分４０ａを低バネ定数部分４０ａ、バネ定数が大きい側の部分４０ｂを高バネ定数部分４０ｂという。また、以降の本実施形態の説明では、特にことわらない限り、「コイルバネ４０」は、上記の如く低バネ定数部分４０ａ及び高バネ定数部４０ｂから構成される本実施形態のコイルバネを意味する。

このようなコイルバネ４０では、それを圧縮していくと、まず、低バネ定数部分４０ａが圧縮され、次いで、高バネ定数部分４０ｂが圧縮される。従って、コイルバネ４０の圧縮量（弾性変形量）が所定値以下となる第１圧縮領域では、該コイルバネ４０の全体のバネ定数が実質的に小さいバネ定数となり、該圧縮量（弾性変形量）が所定値を超える第２圧縮領域では、該コイルバネ４０の全体のバネ定数が実質的に大きいバネ定数に変化する。

本実施形態では、このようなコイルバネ４０が第１実施形態と同じ組み付け形態で、各脚リンク３の上側リンク部材５に搭載されている。

このため、各脚リンク３のコイルバネ４０のバネ力は、膝角度θ１に対して図１４のグラフａ４で示すように変化する。

すなわち、膝角度θ１が所定角度θ１ｃ以下である場合（コイルバネ４０の圧縮量が第１圧縮領域内の圧縮量である場合）には、θ１の増加に伴い、バネ力が緩やかに増加する。従って、θ１≦θ１ｃである場合には、θ１の変化に対して、バネ力がさほど変化しないようになっている。そして、膝角度θ１が所定角度θ１ｃを超えると（コイルバネ４０の圧縮量が第２圧縮領域内の圧縮量になると）、θ１≦θ１ｃである場合よりも大きな増加度合いで、θ１の増加に伴いバネ力が増加する。以降、所定角度θ１ｃをバネ定数変転角度θ１ｃという。

この場合、本実施形態では、上記バネ定数変転角度θ１ｃは、膝角度θ１の可変域内で、例えば利用者の平地での歩行時に実現される最大の膝角度と概ね同程度の角度となるように、コイルバネ４０の部分４０ａ，４０ｂの長さ（自然長状態での長さ）が設定されている。

また、本実施形態では、前記モータ停止両脚均等接地状態において、前記モータ停止時脚リンク負担支持力が、両脚リンク３，３の膝角度θ１に対して図１５のグラフａ５で示す如く変化するように、各脚リンク３における膝角度θ１に対するバネトルクの特性が設定されている。

図１５のグラフａ５で示す特性では、θ１≦θ１ｃである場合には、モータ停止時脚リンク負担支持力が、前記自重負担支持力とほぼ同等の大きさの支持力に保たれる。そして、θ１＞θ１ｃである場合には、膝角度θ１が増加するに伴い、モータ停止時脚リンク負担支持力が自重負担支持力よりも大きな支持力に増加した後、減少していく。この場合、本実施形態のコイルバネ４０の第２圧縮領域でのバネ定数は、前記第１実施形態におけるコイルバネ４０のバネ定数に比べて大きなものとされている。このため、θ１＞θ１ｃである場合におけるモータ停止時脚リンク負担支持力は、自重負担支持力よりも比較的大きな支持力となる。また、θ１が、その可変域における最大角度（脚リンク３の最大の屈曲度合いに対応する角度）に近い所定角度θ１ｄ（＞θ１ｃ）よりも大きい角度になると、モータ停止時脚リンク負担支持力は、上記自重負担支持力よりも小さい支持力に低下する。

本実施形態では、モータ停止時脚リンク負担支持力が膝角度θ１に対して上記のように変化するように、バネトルクと膝角度θ１との関係が設定されている。このような特性は、前記枢支ピン位相角θ３と膝角度θ１との間の関係を適切に設定することで実現される。例えば、図５に示した前記角度θ４（＝θ３＋α）と、θ１との差が所定値（例えば４５°）となるように、θ３とθ１との間の関係を設定しておくことで、図１５のグラフａ５に示した特性を実現することができる。

補足すると、本実施形態では、前記バネ定数変転角度θ１ｃ以下の任意の膝角度θ１に対応する脚リンク３の屈曲度合いが本発明における第１屈曲度合いに相当し、θ１≦θ１ｃとなる屈曲度合いでの脚リンク３の姿勢が本発明における所定姿勢に相当する。さらに、前記両脚均等接地状態で、θ１≦θ１ｃとなる状態が、本発明における基準状態に相当する。また、膝角度θ１が前記所定角度θ１ｄに一致する場合の脚リンク３の屈曲度合いが、本発明における第２屈曲度合いに相当する。

本実施形態の歩行補助装置は、以上説明した事項以外は、第１実施形態の歩行補助装置Ａと同じである。但し、制御装置５１の制御処理に関しては、前記式（６）における係数A1，A2，A3，A4，A5の値や、式（７）における係数B1，B2，B3，B4，B5の値としては、本実施形態の歩行補助装置用に改めて同定した値が用いられる。また、前記指示電流決定手段６４のトルク変換手段７４ａの処理では、ロッド伝達力の計測値Ｆrodから実関節トルクTactを求めるために使用する演算式またはデータテーブル（膝角度と前記有効半径長との関係を表す演算式またはデータテーブル）としては、本実施形態の歩行補助装置用に改めて設定されたものが用いられる。

かかる本実施形態の歩行補助装置では、コイルバネ４０のバネ定数が膝角度θ１に応じて２段階に変化するので、第１実施形態の歩行補助装置Ａで奏する効果に加えて、次のような効果を奏することができる。すなわち、両脚均等接地状態において、モータ停止時脚リンク負担支持力を自重負担支持力にほぼ一致させることができる両脚リンク３，３の膝角度θ１の範囲（θ１ｃ以下の範囲）を第１実施形態の歩行補助装置Ａよりも広げることができる。このため、歩行補助装置の利用後等において電動モータ１６，１６の運転を停止する時に、着座部１の落下を防止し得る適切な脚リンク３，３の膝角度θ１の範囲が比較的広い範囲となるので、利用者等は、脚リンク３，３の膝角度θ１にさほど注意することなく、電動モータ１６，１６の運転を停止させることができる。従って、歩行補助装置の使い勝手を向上させることができる。

また、両脚リンク３，３の膝角度θ１が、モータ停止時脚リンク負担支持力＞自重負担支持力となる範囲（θ１ｃ＜θ１＜θ１ｄとなる範囲）内の角度である場合に、モータ停止時脚リンク負担支持力を、自重負担支持力よりも十分に大きい支持力にすることができる。加えて、モータ停止時脚リンク負担支持力＞自重負担支持力となる上限の膝角度θ１ｄを膝角度θ１の可変域の最大角度に極力近づけることができる。この結果、電動モータ１６に要求される出力トルクの最大値をより一層小さめに抑制し、該電動モータ１６の小型化、軽量化をより一層図ることができる。また、電動モータ１６の出力トルクを小さめに抑制できることから、該電動モータ１６の消費電力をより一層低減することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は、本実施形態における弾性部材（コイルバネ）のバネ力の特性を示すグラフ、図１７は本実施形態におけるバネ力によって発生するモータ停止時脚リンク負担支持力の特性を示すグラフである。なお、本実施形態は、前記第２実施形態と弾性部材に係わる特性のみが相違するので、その相違点を中心に説明する。そして、第２実施形態と同一の機能部分については、第２実施形態と同一の参照符号を用いると共に説明を省略する。

本実施形態は、各脚リンク３のコイルバネ４０は、第２実施形態と同様に、バネ定数が互いに異なる低バネ定数部分４０ａと高バネ定数部分４０ｂとを有する。従って、コイルバネ４０のバネ定数が、該コイルバネ４０の圧縮量に応じて２段階に変化するようになっている。そして、このコイルバネ４０は、第１実施形態及び第２実施形態と同じ組み付け形態で、各脚リンク３の上側リンク部材５に搭載されている。このため、本実施形態における各脚リンク３のコイルバネ４０のバネ力は、膝角度θ１に対して図１６のグラフａ６で示すように変化する。

すなわち、第２実施形態の場合と同様に、膝角度θ１が所定のバネ定数変転角度θ１ｃ以下である場合には、θ１の増加に伴い、バネ力が緩やかに増加する。そして、膝角度θ１がバネ定数変転角度θ１ｃを超えると（コイルバネ４０の圧縮量が第２圧縮領域内の圧縮量になると）、θ１≦θ１ｃである場合よりも大きな増加度合いで、θ１の増加に伴いバネ力が増加する。

この場合、バネ定数変転角度θ１ｃは、第２実施形態の場合と同じであり、利用者の平地での歩行時に実現される最大の膝角度と概ね同程度の角度である。ただし、本実施形態では、前記高バネ定数部分４０ｂのバネ定数が、第２実施形態のものよりも大きなバネ定数に設定されている。このため、θ１＞θ１ｃである場合におけるバネ力が、第２実施形態の場合よりも大きな増加度合いで、増加するようになっている。以降の本実施形態の説明では、特にことわらない限り、「コイルバネ４０」は、上記の如き特性を有する本実施形態のコイルバネを意味する。

そして、本実施形態では、前記モータ停止両脚均等接地状態において、前記モータ停止時脚リンク負担支持力が、両脚リンク３，３の膝角度θ１に対して図１７のグラフａ７で示す如く変化するように、各脚リンク３における膝角度θ１に対するバネトルクの特性が設定されている。

図１７のグラフａ７で示す特性は、概ね第２実施形態の場合と同様の傾向の特性である。すなわち、θ１≦θ１ｃである場合には、モータ停止時脚リンク負担支持力が、前記自重負担支持力とほぼ同等の大きさの支持力に保たれる。そして、θ１＞θ１ｃである場合には、膝角度θ１が増加するに伴い、モータ停止時脚リンク負担支持力が自重負担支持力よりも大きな支持力に増加した後、減少していく。なお、本実施形態では、θ１＞θｃである場合には、常に、モータ停止時脚リンク負担支持力＞自重負担支持力となっている。

本実施形態では、モータ停止時脚リンク負担支持力が膝角度θ１に対して上記のように変化するように、バネトルクと膝角度θ１との関係が設定されている。このような特性は、前記枢支ピン位相角θ３と膝角度θ１との間の関係を適切に設定することで実現される。例えば、図５に示した前記角度θ４（＝θ３＋α）と、θ１との差が所定値（例えば５°）となるように、θ３とθ１との間の関係を設定しておくことで、図１７のグラフａ７に示した特性を実現することができる。

ここで、本実施形態では、第１実施形態にて説明した制御装置５１の制御処理と同様の制御処理が実行される。このため、両脚均等接地状態における各脚リンク３の脚リンク負担目標値Ｆcmdは、図１７に破線で示す如く、両脚リンク３，３の膝角度θ１に応じて変化する（ただし、両脚リンク３，３のそれぞれの膝角度θ１は互いに同一であるとする）。

すなわち、膝角度θ１が、所定値θ１ｅ以下である場合には、脚リンク負担目標値Fcmdは一定値（前記総持上げ力の目標値の半分の値）となる。該所定値θ１ｅは、前記式（４ａ）の右辺の間隔Ｄ３（曲率中心４ａＲと第２関節６Ｒとの間の間隔Ｄ３）が基準値ＤＳ３に等しくなるときの膝角度θ１の値、すなわち、利用者の平地での通常的な歩行時に実現される各脚リンク３の最大の膝角度と同程度の角度である。従って、所定値θｅ１は、前記バネ定数変転角度θ１ｃとほぼ同等の角度である。

この場合、脚リンク負担目標値Fcmdは、着座部１から利用者に作用させようとする持上げ力の半分（１つの脚リンク３あたりの持上げ力の負担分）だけ、前記自重負担支持力よりも大きな支持力となる。

また、θ１が所定値θ１ｅを超えると、前記式（４ａ）により決定される復元支持力が脚リンク負担目標値Fcmdに付加されることで、θ１の増加の伴い、脚リンク負担目標値Fcmdが増加する。この場合、脚リンク負担目標値Fcmdは、θ１≦θ１ｅである場合の値よりも、付加される復元支持力の分だけ、大きくなる。両脚均等接地状態における、このような脚リンク負担目標値Fcmdの変化の特性は、前記第１実施形態及び第２実施形態でも同じである。

なお、本実施形態では、θ１ｅはθ１ｃよりも若干小さい角度となっているが、θ１ｅ＝θ１ｃであってもよい。

そして、本実施形態では、θ１＞θ１ｅである場合のモータ停止時脚リンク負担支持力が、脚リンク負担目標値に、できるだけ近い値になるように、前記高バネ定数部分４０ｂのバネ定数（換言すれば前記第２圧縮領域におけるコイルバネ４０のバネ定数）が設定されている。図示例では、８０°〜１１０°の範囲内で、モータ停止時脚リンク負担支持力と脚リンク負担目標値との差が微小となるように設定されている。

補足すると、本実施形態では、前記バネ定数変転角度θ１ｃ以下の任意の膝角度θ１に対応する脚リンク３の屈曲度合いが本発明における第１屈曲度合いに相当し、θ１≦θ１ｃとなる屈曲度合いでの脚リンク３の姿勢が本発明における所定姿勢に相当する。さらに、前記両脚均等接地状態で、θ１≦θ１ｃとなる状態が、本発明における基準状態に相当する。

本実施形態の歩行補助装置は、以上説明した事項以外は、第１実施形態及び第２実施形態の歩行補助装置と同じである。但し、制御装置５１の制御処理に関しては、前記式（６）における係数A1，A2，A3，A4，A5の値や、式（７）における係数B1，B2，B3，B4，B5の値としては、本実施形態の歩行補助装置用に改めて同定した値が用いられる。また、前記指示電流決定手段６４のトルク変換手段７４ａの処理では、ロッド伝達力の計測値Ｆrodから実関節トルクTactを求めるために使用する演算式またはデータテーブル（膝角度と前記有効半径長との関係を表す演算式またはデータテーブル）としては、本実施形態の歩行補助装置用に改めて設定されたものが用いられる。

かかる本実施形態の歩行補助装置によれば、両脚均等接地状態において、両脚リンク３，３の膝角度θ１がθ１ｃ以下である場合には、第２実施形態と同様にモータ停止時脚リンク負担支持力が自重負担支持力にほぼ一致させることができる。そして、この状態では、着座部１の落下を防止しつつ、電動モータ１６，１６の運転を停止させることができ、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

一方、両脚均等接地状態において、θ１＞θ１ｃとなる膝角度θ１の範囲では、モータ停止時脚リンク負担支持力を脚リンク負担目標値Fcmdに極力近づけるようにバネトルクが設定されているので、電動モータ１６の最大出力トルクをより一層低減して、該電動モータ１６の小型化、軽量化をより一層図ることができる。さらに、電動モータ１６の消費電力をより一層低減することができる。

次に、前記した各実施形態の変形態様をいくつか説明する。前記各実施形態では、荷重伝達部をサドル状のシート部１ａを有する着座部１により構成したが、例えば両脚の付け根の間で利用者に接する部分を備えるハーネス状の可撓性部材により荷重伝達部を構成してもよい。

また、前記各実施形態では、第１関節４を円弧状のガイドレール１１を有するものに構成して、各脚リンク３の前後方向の揺動支点としてのガイドレール１１の曲率中心４ａが着座部１の上方に位置するようにしたが、例えば脚リンク３の上端部を着座部１の側部や下部で横方向（左右方向）の軸で軸支する単純な関節構造で第１関節４を構成してもよい。

また、片方の脚が骨折等で不自由な利用者の歩行を補助するため、前記各実施形態の左右の脚リンク３，３のうち、利用者の不自由な脚側の脚リンクのみを残して、他方の脚リンクを省略するようにしてもよい。

また、前記各実施形態では、各脚リンク３の第３関節８は、該脚リンク３を屈伸させる回転型の関節であるが、該第３関節８を例えば直動型の関節により構成してもよい。

また、前記各実施形態では、直動アクチュエータ１４は、電動モータ１６とボールネジ機構とを有する構成にしたが、シリンダ構造の直動アクチュエータを使用してもよい。また、電動モータが出力する回転駆動力をワイヤを介して第３関節８に伝達するように駆動機構を構成したり、ロッドを介して連結された一対のクランクアームを介して電動モータの回転駆動力を第３関節８に伝達するようにしてもよい。さらに、電動モータなどの回転アクチュエータを第３関節８の関節軸と同心に組み付けて、該回転アクチュエータの回転駆動力を直接的に第３関節８に付与するようにしてもよい。

また、前記各実施形態では、弾性部材をコイルバネ４０により構成したが、脚リンク３の屈伸に応じて体積が変化する気室（例えばシリンダチューブ内にピストンによって画成される一対の気室）を有する空気バネにより弾性部材を構成してもよい。この場合、例えば気室に連通する空気通路に可変絞りを設け、この可変絞りの開口面積を脚リンク３の屈曲度合いに応じて変化させることで、空気バネのバネ定数を変化させるようにすることも可能である。

また、前記各実施形態では、弾性部材としてのコイルバネ４０のバネ定数を２段階に変化させるようにしたが、３段階以上に変化させるようにコイルバネを構成してもよい。

また、前記各実施形態では、第３関節８に付与されるトルクを本発明における制御対象量として用いたが、前記ロッド伝達力により第３関節８に付与されるトルクが規定されるので、該ロッド伝達力を本発明における制御対象量として使用してもよい。この場合には、第３関節８に付与するトルクの目標値に相当するロッド伝達力の目標値を設定し、この目標値に、ロッド伝達力の計測値Ｆrodを一致させるように、電動モータ１６の出力トルクを制御すればよい。

本発明の実施形態の歩行補助装置の概略構成を示す側面図。 図１の歩行補助装置の上側リンク部材を破断して示す図。 図２のIII−III線断面図。 図３のIV−IV線断面図。 実施形態の歩行補助装置の１つの脚リンクに係わる要部構成を模式化して示す図。 実施形態の歩行補助装置の駆動機構の動力伝達機構の特性を説明するためのグラフ。 第１実施形態における歩行補助装置の弾性部材（コイルバネ）の特性を説明するためのグラフ。 第１実施形態における歩行補助装置のモータ停止時脚リンク負担支持力の特性を説明するためのグラフ。 実施形態の歩行補助装置の動作制御を行うコントローラのハード構成の概略を示すブロック図。 図９のコントローラの演算処理部の処理機能を示すブロック図。 図１０の演算処理部に備えた左右目標負担分決定手段の処理を説明するためのブロック図。 図１１のＳ１０１における処理を示すフローチャート。 図１０の演算処理部に備えた指示電流決定手段の処理を説明するためのブロック図。 第２実施形態における歩行補助装置の弾性弾性部材（コイルバネ）の特性を説明するためのグラフ。 第２実施形態における歩行補助装置のモータ停止時脚リンク負担支持力の特性を説明するためのグラフ。 第３実施形態における歩行補助装置の弾性弾性部材（コイルバネ）の特性を説明するためのグラフ。 第３実施形態における歩行補助装置のモータ停止時脚リンク負担支持力の特性を説明するためのグラフ。

符号の説明

Ａ…歩行補助装置、１…着座部（荷重伝達部）、２…足平装着部、３…脚リンク、４…第１関節、５…上側リンク部材、６…第２関節、７…下側リンク部材、８…第３関節、９…駆動機構、１４…直動アクチュエータ、１４ａ…直動出力軸、１６…電動モータ（回転アクチュエータ）、３０…クランクアーム、４０…コイルバネ（弾性部材）、５１…コントローラ（制御装置）、６２…ドライバ回路（アクチュエータ駆動部）、７１…膝角度計測処理手段（屈曲度合い計測手段）、７２…ロッド伝達力計測処理手段（制御対象量計測手段）、７４ａ…トルク変換手段（制御対象量計測手段）、７４ｂ…基本目標トルク演算手段（目標値決定手段）、７４ｃ…下腿補償トルク演算手段７４ｃ（フィードバック操作量決定手段）、７４ｄ…加算演算手段（フィードバック操作量決定手段）、７４ｅ…減算演算手段（フィードバック操作量決定手段）、７４ｆ…フィードバック演算手段（フィードバック操作量決定手段）、７４ｇ…フィードフォワード演算手段（フィードフォワード操作量決定手段）。

Claims (10)

1. 利用者の体幹部に該利用者の体重の一部を支える荷重を伝達する荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、該足平装着部を荷重伝達部に連結する脚リンクと、アクチュエータを含むと共に該アクチュエータから出力される動力を前記脚リンクに設けられた関節に伝達することにより該関節を駆動する駆動機構とを備えた歩行補助装置において、
   少なくとも前記足平装着部が接地しており、且つ、前記脚リンクの姿勢が所定姿勢となる基準状態において、歩行補助装置に作用する重力によって脚リンクの姿勢が前記所定姿勢から変化するのを抑止する付勢力を該脚リンクの関節に付与する弾性部材を該脚リンクに搭載したことを特徴とする歩行補助装置。
2. 利用者の体幹部に該利用者の体重の一部を支える荷重を伝達する荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、該足平装着部を荷重伝達部に連結する脚リンクとを備え、該脚リンクが前記荷重伝達部から第１関節を介して延設された上側リンク部材と、前記足平装着部から第２関節を介して延設された下側リンク部材と、該上側リンク部材と下側リンク部材とを屈伸自在に連結する第３関節とから構成され、さらにアクチュエータを含むと共に該アクチュエータから出力される動力を前記第３関節に伝達することにより該第３関節を駆動する駆動機構を備えた歩行補助装置において、
   少なくとも前記足平装着部が接地しており、且つ、前記第３関節での脚リンクの屈曲度合いが所定の第１屈曲度合となる基準状態において、歩行補助装置に作用する重力に起因して該脚リンクの屈曲度合いが前記第１屈曲度合いから変化するのを抑止する付勢トルクを第３関節に付与する弾性部材を該脚リンクに搭載したことを特徴とする歩行補助装置。
3. 請求項２記載の歩行補助装置において、前記脚リンクの屈曲度合いは、利用者の直立姿勢状態での屈曲度合いを含む所定の可変域において変更可能であり、前記第１屈曲度合いは、該可変域における最大の屈曲度合いよりも利用者の直立姿勢状態での屈曲度合いにより近い屈曲度合いであることを特徴とする歩行補助装置。
4. 請求項３記載の歩行補助装置において、前記弾性部材により第３関節に付与される付勢トルクは、少なくとも前記脚リンクの屈曲度合いが前記可変域における最大の屈曲度合いとなる状態で歩行補助装置に作用する重力に起因して前記第３関節に作用するトルクと該付勢トルクとの合成トルクが前記脚リンクの屈曲方向のトルクとなるように設定されていることを特徴とする歩行補助装置。
5. 請求項３又は４記載の歩行補助装置において、前記弾性部材により第３関節に付与される付勢トルクは、前記脚リンクの屈曲度合いが、前記可変域のうちの所定の第２屈曲度合いよりも大きい屈曲度合いである場合に、歩行補助装置に作用する重力に起因して前記第３関節に作用するトルクと該付勢トルクとの合成トルクが前記脚リンクの伸展方向のトルクとなるように設定され、前記第１屈曲度合いは、前記第２屈曲度合い以下の屈曲度合いであることを特徴とする歩行補助装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の歩行補助装置において、前記駆動機構は、前記第３関節の関節軸と同心に前記下側リンク部材に固定されたクランクアームと、前記クランクアームに一端部が連結された直動出力軸を有すると共に前記第３関節の関節軸と平行な揺動軸の軸心周りに揺動可能に上側リンク部材に搭載された直動アクチュエータとを備え、該直動アクチュエータの直動出力軸から出力される並進力を前記クランクアームを介して前記第３関節の回転駆動力に変換するように構成され、前記弾性部材は、前記直動アクチュエータの直動出力軸をその軸心方向に付勢するコイルバネにより構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
7. 請求項２〜６のいずれか１項に記載の歩行補助装置において、前記弾性部材は、その弾性変形量の変化に対する弾性力の変化率が該弾性変形量に応じて変化する特性を有することを特徴とする歩行補助装置。
8. 請求項６記載の歩行補助装置において、前記コイルバネは、その圧縮量が所定値以下となる第１圧縮領域と、該圧縮量が該所定値を超える第２圧縮領域とで、該圧縮量の変化に対する弾性力の変化率が異なると共に、該第１圧縮領域での当該変化率よりも前記第２圧縮領域での当該変化率の方が大きくなる特性を有するコイルバネであり、
   該コイルバネは、前記脚リンクの屈曲度合いの増加する方向に前記直動出力軸が変位するに伴い圧縮されるように設けられていることを特徴とする歩行補助装置。
9. 請求項６又は８記載の歩行補助装置において、前記直動アクチュエータは、前記上側リンク部材のうちの前記第１関節寄りの箇所に搭載されており、前記コイルバネは、該直動アクチュエータと前記第３関節との間で前記直動出力軸と同心に配置されていることを特徴とする歩行補助装置。
10. 請求項２〜９記載の歩行補助装置の動作制御を行う制御装置であって、
    前記第３関節に付与されるトルク又は該トルクを規定する力を制御対象量として計測する制御対象量計測手段と、前記第３関節での脚リンクの屈曲度合いを計測する屈曲度合い計測手段と、前記制御対象量の目標値を決定する目標値決定手段と、少なくとも前記決定された制御対象量の目標値と前記計測された制御対象量の値とを基に、フィードバック制御側を用いて前記アクチュエータのフィードバック操作量を決定するフィードバック操作量決定手段と、少なくとも前記決定された制御対象量の目標値と前記計測された屈曲度合いの値とに基づき、前記アクチュエータのフィードフォワード操作量を決定するフィードフォワード操作量決定手段と、前記決定されたフィードバック操作量と前記決定されたフィードフォワード操作量との合成操作量に応じて前記アクチュエータを動作させるアクチュエータ駆動部とを備え、前記フィードフォワード操作量は、少なくとも前記決定された制御対象量の目標値に応じて決定される成分と、前記弾性部材により前記第３関節に付与される付勢トルクに依存して変化するように決定される成分とを含むことを特徴とする歩行補助装置の制御装置。

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