JP2011193901A - Leg assisting device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a leg assisting device having processing for the time of abnormality occurrence suited to situations.SOLUTION: The leg assisting device 10 includes a leg device 12 and a controller 40. The leg device 12 includes an upper link 14 mounted on the thigh of a user, a lower link 16 mounted on the lower thigh of the user, a rotary joint 20b for swingably connecting the upper link 14 and the lower link 16, and a motor 32 for swinging the lower link relative to the upper link. The controller 40 outputs a command value to the motor 32 so that the swing angle of the lower link 16 follows a target truck. The controller 40 further executes according to the kind of detected abnormality, either one of joint fixing processing of inhibiting the backward swing of the lower link 16 and joint releasing processing of turning the lower link 16 to a state in which it can be swung passively in both forward and backward directions.

Description

本発明は、ユーザの脚の関節にトルクを加えて脚の動作を補助する脚補助装置に関する。ユーザの四肢(libms)の関節にトルクを加えてユーザの筋力を補強する動作補助装置が研究されている。そのような装置は、典型的には、ユーザの四肢に沿って装着される多リンク多関節のロボット機構を備えている。そのような機構を有する動作補助装置は、「ロボットスーツ」、「エグゾスケルトンロボット(exoskelton robot)」、或いは、「動力付装具(powered orthosis)と呼ばれることがある。本明細書が開示する技術は、そのように俗称される装置の一種であり、特にユーザの脚に沿って装着される装置(脚補助装置、leg support device)に関する。   The present invention relates to a leg assist device that applies torque to a leg joint of a user to assist the operation of the leg. Research has been conducted on motion assist devices that reinforce the user's muscle strength by applying torque to the joints of the user's limbs (libms). Such devices typically include multi-link articulated robotic mechanisms that are worn along the user's limbs. A motion assisting device having such a mechanism is sometimes called a “robot suit”, an “exoskelton robot”, or a “powered orthosis”. It is a kind of such a device, and particularly relates to a device (leg support device) that is worn along a user's leg.

脚補助装置は、作業者や軍人など、装置を扱う訓練を受けた者のための装置と、非健常者など、装置を扱う訓練を受けない者が使うための装置の2種類がある。本明細書が開示する技術は、どちらかといえば、後者の装置に関する。以下、本明細書で用いる用語の幾つかを念のため確認しておく。本明細書では、ユーザが自在に動かすことができる脚を「健常脚」(Sound Leg)と称し、少なくとも1つの関節を自由に動かすことができない脚を「患脚」(Affected Leg)と称する。また、本明細書では、膝と足首の間の部分を「下腿」と称し、股関節と膝関節の間の部分を大腿と称する。   There are two types of leg assist devices: devices for personnel who have been trained to handle devices, such as workers and military personnel, and devices to be used by those who are not trained to handle devices, such as non-healthy people. The technology disclosed in the present specification relates to the latter apparatus. Hereafter, some of the terms used in this specification are confirmed just in case. In this specification, a leg that a user can freely move is referred to as a “sound leg”, and a leg that cannot freely move at least one joint is referred to as an “affected leg”. Further, in this specification, a portion between the knee and the ankle is referred to as “lower leg”, and a portion between the hip joint and the knee joint is referred to as a thigh.

脚の動作を補助する脚補助装置は、典型的な機構として、ユーザの脚に装着される脚装具を有する。脚装具は、ユーザの大腿に装着される上リンクと、ユーザの下腿に装着される下リンクと、上リンクと下リンクを揺動可能に連結する回転ジョイントと、上リンクに対して下リンクを揺動させるアクチュエータで構成されている。脚補助装置は、主としてユーザの膝関節にトルクを加え、歩行動作、着座動作、或いは立ち上がり動作を補助する。なお、脚補助装置は、膝関節の他に足首関節や股関節にトルクを加えるアクチュエータを有していてもよい。しかしながら、人間の動作は膝関節への負担が大きいため、そのような脚補助装置の主たる目的は膝関節へのトルク付与、即ち、膝関節の負担軽減である。   As a typical mechanism, a leg assist device that assists leg movement has a leg brace that is attached to a user's leg. The leg orthosis includes an upper link to be attached to the user's thigh, a lower link to be attached to the user's lower leg, a rotary joint that pivotably connects the upper link and the lower link, and a lower link to the upper link. The actuator is made to swing. The leg assist device mainly applies torque to the knee joint of the user to assist the walking motion, the seating motion, or the standing motion. The leg assist device may include an actuator that applies torque to the ankle joint and the hip joint in addition to the knee joint. However, since a human operation has a heavy burden on the knee joint, the main purpose of such a leg assist device is to apply torque to the knee joint, that is, to reduce the burden on the knee joint.

脚の動作を補助する脚補助装置の場合、不具合が生じると転倒に繋がる虞がある。そのため、脚補助装置は、何らかの不具合が生じたときに、可能な限り転倒を回避するような仕組み(measures)を備えることが好ましい。特に、脚を自由に動かすことができない非健常者に使用される脚補助装置にはそのような仕組みを備えることが重要である。   In the case of a leg assist device that assists in the operation of the leg, there is a risk of falling if a malfunction occurs. For this reason, it is preferable that the leg assisting device has a mechanism (measures) that avoids a fall as much as possible when some trouble occurs. In particular, it is important to provide such a mechanism in a leg assist device used for an unhealthy person who cannot freely move the leg.

そのような仕組みにの例として、特許文献1には、異常を検知した場合にユーザへの動力伝達を遮断する装置が開示されている。また、特許文献2には、膝関節へのトルク伝達機構としてボールねじを採用し、電力供給がストップしても伝達機構が膝関節を支え続けることができる脚補助装置が開示されている。   As an example of such a mechanism, Patent Document 1 discloses a device that interrupts power transmission to a user when an abnormality is detected. Further, Patent Document 2 discloses a leg assist device that employs a ball screw as a torque transmission mechanism to the knee joint so that the transmission mechanism can continue to support the knee joint even when power supply is stopped.

特開2006−61460号公報JP 2006-61460 A 特開2002−191654号公報JP 2002-191654 A

特許文献1の技術は、異常が発生したときに膝関節を受動揺動自在にする。特許文献2の技術は、異常が発生したときに膝関節を拘束(ロック)する。ここで、「受動揺動自在」とは、外から加わる力によって下腿が動くことが許容されることを意味する。膝関節を受動揺動自在にすると、過大な力が膝関節に加わることを防止できるが、体重を支えることができなくなる。膝関節をロックすると、体重を支えることはできるが、過大な力が膝関節に加わる虞がある。異常が発生した場合に、どのように対処するかは状況に依存する。本明細書は、状況に適した異常発生時の処理を備えた脚補助装置を提供する。   The technique of Patent Document 1 makes the knee joint passively swingable when an abnormality occurs. The technique of Patent Document 2 restrains (locks) the knee joint when an abnormality occurs. Here, “passive swinging freely” means that the lower leg is allowed to move by a force applied from the outside. Making the knee joint passively swingable can prevent excessive force from being applied to the knee joint, but cannot support weight. When the knee joint is locked, the weight can be supported, but an excessive force may be applied to the knee joint. How to deal with abnormalities depends on the situation. The present specification provides a leg assist device including a process in the event of an abnormality suitable for a situation.

本明細書が開示する脚補助装置は、脚装具とコントローラを備えている。脚装具は、ユーザの大腿に装着される上リンクと、ユーザの下腿に装着される下リンクと、上リンクと下リンクを揺動可能に連結する回転ジョイントと、上リンクに対して下リンクを揺動させるアクチュエータとを有する。コントローラは、下リンクの揺動角が目標軌道に追従するようにアクチュエータに指令値を出力する。コントローラはさらに、検知された異常の種類に応じて、下リンクの後方への揺動を禁止するジョイント固定処理と、下リンクを前方と後方のいずれの方向にも受動揺動自在状態にするジョイント解放処理のいずれかを実行する。ジョイント固定処理は、下リンクの少なくとも後方への揺動を禁止すればよい。例えばブレーキのように、後方への揺動と前方への揺動の双方を禁止してよい。好ましくは、後方への揺動は禁止するが、前方への揺動は許容するワンウエイクラッチであるのがよい。   The leg assist device disclosed in this specification includes a leg brace and a controller. The leg orthosis includes an upper link to be attached to the user's thigh, a lower link to be attached to the user's lower leg, a rotary joint that pivotably connects the upper link and the lower link, and a lower link to the upper link. And an actuator for swinging. The controller outputs a command value to the actuator so that the swing angle of the lower link follows the target trajectory. The controller further includes a joint fixing process for prohibiting the lower link from swinging backward according to the type of abnormality detected, and a joint for allowing the lower link to be passively swingable in either the forward or backward direction. Execute one of the release processing. In the joint fixing process, it is only necessary to prohibit the lower link from swinging at least backward. For example, both backward swing and forward swing may be prohibited like a brake. Preferably, it is a one-way clutch that prohibits rearward swinging but allows forward swinging.

上記の脚補助装置は、状況に応じて、ジョイント固定処理とジョイント解放処理を使い分ける。上記の脚補助装置は、状況に応じた異常発生時の処理を備える。   The above-mentioned leg assist device uses a joint fixing process and a joint releasing process properly depending on the situation. Said leg assistance apparatus is provided with the process at the time of abnormality generation according to a condition.

状況に応じた異常発生時の処理は、たとえば以下のとおりである。コントローラは、下リンクの揺動角度に基づいて、ユーザが着座しているか否かを判定する。コントローラは、着座していると判定した場合はジョイント解放処理を実行し、着座していないと判定した場合はジョイント固定処理を実行する。   The processing when an abnormality occurs according to the situation is, for example, as follows. The controller determines whether the user is seated based on the swing angle of the lower link. When it is determined that the controller is seated, the controller performs joint release processing, and when it is determined that the controller is not seated, the controller performs joint fixing processing.

或いは、コントローラは、検知した異常がアクチュエータ制御系の異常であるか否かを判定する。そしてコントローラは、制御系の異常であると判定した場合には直ちにユーザが着座しているか否かを判定し、トルク伝達を遮断するとともに判定結果に応じてジョイント解放処理とジョイント固定処理のいずれかを実行する。コントローラはさらに、検知した異常がアクチュエータ制御系以外の異常であると判定した場合に、目標軌道上に予め定められている既定タイミングまでアクチュエータの制御を継続した後にユーザが着座しているか否かを判定し、トルク伝達を遮断するとともに判定結果に応じてジョイント解放処理とジョイント固定処理のいずれかを実行する。上記のほか、本明細書が開示する新規な異常発生時処理は、実施例を通じて明らかにされる。   Alternatively, the controller determines whether or not the detected abnormality is an abnormality in the actuator control system. If the controller determines that the control system is abnormal, the controller immediately determines whether the user is seated, cuts off torque transmission, and performs either joint release processing or joint fixing processing according to the determination result. Execute. In addition, when the controller determines that the detected abnormality is an abnormality other than the actuator control system, the controller determines whether or not the user is seated after continuing control of the actuator to a predetermined timing on the target trajectory. Determination is performed, torque transmission is interrupted, and either joint release processing or joint fixing processing is executed according to the determination result. In addition to the above, a novel abnormality occurrence process disclosed in the present specification will be clarified through examples.

なお、「トルク伝達を遮断する」ことは、アクチュエータへの動力源(例えば電力)の供給を遮断することと、アクチュエータから下リンクへの動力伝達経路を遮断することの2種類がある。後者の場合、例えばアクチュエータの出力軸と下リンクの間にクラッチを備え、そのクラッチを解放することによって、トルク伝達を遮断することができる。また、「下リンクの後方への揺動」とは、ユーザの膝が折れ曲がる方向の下リンクの揺動を意味する。「下リンクの前方への揺動」とは、ユーザの膝が伸びる方向の下リンクの揺動を意味する。以下、説明を簡単にするために、「下リンクの後方への揺動」を「後方揺動」、或いは「後方に揺動する」と表現し、「下リンクの前方への揺動」を「前方揺動」或いは「前方に揺動する」と表現する。   Note that “cutting off torque transmission” has two types: cutting off the supply of a power source (for example, electric power) to the actuator and cutting off the power transmission path from the actuator to the lower link. In the latter case, for example, a clutch is provided between the output shaft of the actuator and the lower link, and torque transmission can be interrupted by releasing the clutch. Further, “backward swing of the lower link” means swinging of the lower link in a direction in which the user's knee is bent. The “swing of the lower link forward” means swinging of the lower link in the direction in which the user's knee extends. Hereinafter, for the sake of simplicity, “backward swing of the lower link” is expressed as “backward swing” or “backward swing”, and “backward swing of the lower link” is referred to as “backward swing”. Expressed as “forward swing” or “forward swing”.

脚補助装置の正面図を示す。The front view of a leg assistance apparatus is shown. 脚補助装置の側面図を示す。A side view of a leg auxiliary device is shown. 膝関節揺動角の目標軌道の一例を示す。An example of the target trajectory of the knee joint swing angle is shown. 図3で用いられるパラメータを説明する図である。It is a figure explaining the parameter used in FIG. 脚補助装置の制御ブロック図を示す。The control block diagram of a leg auxiliary device is shown. 脚補助装置全体の制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of control of the whole leg assistance apparatus. 制御系異常判定処理のフローチャートである。It is a flowchart of a control system abnormality determination process. 第1異常判定処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 1st abnormality determination process. 第2異常判定処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 2nd abnormality determination process. 第3異常判定処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 3rd abnormality determination process. 第4異常判定処理のフローチャートである。It is a flowchart of a 4th abnormality determination process. 異常判定処理の他の実装形態のフローチャートである。It is a flowchart of other mounting forms of an abnormality determination process. 異常判定処理のさらに他の実装形態のフローチャートである。It is a flowchart of other implementation form of abnormality determination processing. 離地判定処理のフローチャートである。It is a flowchart of a takeoff determination process. 停止ボタン押下時の処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process at the time of pressing down a stop button.

図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。図1は、実施例の脚補助装置10の正面図を示す。図2は、脚補助装置10の側面図を示す。脚補助装置10は、ユーザの右脚に沿って装着される脚装具12と、コントローラ40を備えている。コントローラ40内に描かれた破線はバッテリ50を表している。バッテリ50は、コントローラへ電力を供給するとともに、モータ32に電力(動力)を供給する。本実施例の脚補助装置10は、右脚の膝関節を自由に動かすことができないユーザのための装置であり、ユーザの歩行動作、着座動作、或いは、立ち上がり動作を補助する。即ち、脚補助装置10は、一つの患脚を有する非健常者のための脚補助装置である。   Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1: shows the front view of the leg assistance apparatus 10 of an Example. FIG. 2 shows a side view of the leg assist device 10. The leg assist device 10 includes a leg brace 12 attached along the user's right leg and a controller 40. A broken line drawn in the controller 40 represents the battery 50. The battery 50 supplies electric power (power) to the motor 32 while supplying electric power to the controller. The leg assist device 10 of the present embodiment is a device for a user who cannot freely move the knee joint of the right leg, and assists the user's walking motion, sitting motion, or standing motion. That is, the leg assist device 10 is a leg assist device for a non-healthy person having one affected leg.

脚装具12の機械的構造を説明する。脚装具12は、ユーザの大腿から下腿に沿って右脚の外側に装着される。脚装具12は、上リンク14、下リンク16、及び足リンク18を有する多関節多リンク機構で構成されている。上リンク14の上端が第1ジョイント20aを介して腰リンク30に揺動可能に連結されている。下リンク16の上端が、第2ジョイント20bによって、上リンク14の下端に揺動可能に連結されている。足リンク18は、第3ジョイント20cによって、下リンク16の下端に揺動可能に連結されている。上リンク14は、ベルトでユーザの大腿に固定される。下リンク16は、ベルトでユーザの下肢に固定される。足リンク18は、ベルトでユーザの足裏に固定される。足リンク18を固定するベルトは、図示を省略している。腰リンク30は、ユーザの体幹(腰)に固定される。ジョイント20a、20b、及び、20cは、隣接するリンクを相互に揺動させる回転ジョイントである。   The mechanical structure of the leg orthosis 12 will be described. The leg orthosis 12 is attached to the outside of the right leg from the user's thigh to the lower leg. The leg orthosis 12 is composed of an articulated multi-link mechanism having an upper link 14, a lower link 16, and a foot link 18. An upper end of the upper link 14 is swingably connected to the waist link 30 through the first joint 20a. The upper end of the lower link 16 is slidably connected to the lower end of the upper link 14 by the second joint 20b. The foot link 18 is swingably connected to the lower end of the lower link 16 by a third joint 20c. The upper link 14 is fixed to the user's thigh with a belt. The lower link 16 is fixed to the user's lower limb with a belt. The foot link 18 is fixed to the sole of the user with a belt. The belt for fixing the foot link 18 is not shown. The waist link 30 is fixed to the trunk (waist) of the user. The joints 20a, 20b, and 20c are rotary joints that swing adjacent links.

ユーザが脚装具12を装着すると、第1ジョイント20a、第2ジョイント20b、及び第3ジョイント20cは夫々、ユーザの右股関節のピッチ軸、膝のピッチ軸、及び、足首のピッチ軸と略同軸に位置する。脚装具12の各リンクは、ユーザの右脚の動きに応じて揺動することができる。各ジョイントは、エンコーダ21を有している。エンコーダ21は、ジョイントに連結している隣接する2つのリンクの間の揺動角度を検出する。即ち、エンコーダ21は、各関節の角度を検出する。第1ジョイント20aのエンコーダ21は、ユーザの右股関節のピッチ軸周りの関節角を検出する。第2ジョイント20bのエンコーダ21は、ユーザの右膝ピッチ軸周りの関節角を検出する。第3ジョイント20cのエンコーダ21は、ユーザの右足首ピッチ軸周りの関節角を検出する。以下では、各ジョイントに取り付けられているエンコーダ群21を角度センサ21と総称することがある。また、2つのリンクの間の角度が揺動角に相当する。リンクの揺動角は、対応するユーザの関節角に相当する。例えば、膝関節と同軸に位置する第2ジョイント20bの揺動角は、ユーザの膝関節の角度に相当する。   When the user wears the leg brace 12, the first joint 20a, the second joint 20b, and the third joint 20c are substantially coaxial with the pitch axis of the user's right hip joint, the knee pitch axis, and the ankle pitch axis, respectively. To position. Each link of the leg brace 12 can swing according to the movement of the user's right leg. Each joint has an encoder 21. The encoder 21 detects a swing angle between two adjacent links connected to the joint. That is, the encoder 21 detects the angle of each joint. The encoder 21 of the first joint 20a detects the joint angle around the pitch axis of the user's right hip joint. The encoder 21 of the second joint 20b detects the joint angle around the user's right knee pitch axis. The encoder 21 of the third joint 20c detects a joint angle around the user's right ankle pitch axis. Hereinafter, the encoder group 21 attached to each joint may be collectively referred to as an angle sensor 21. The angle between the two links corresponds to the swing angle. The swing angle of the link corresponds to the joint angle of the corresponding user. For example, the swing angle of the second joint 20b positioned coaxially with the knee joint corresponds to the angle of the user's knee joint.

足リンク18には、接地センサ19が取り付けられている。接地センサ19は、足底の前と後ろの2箇所に取り付けられている。接地センサ19は、右足が接地しているか否かを検知する。接地センサ19は、典型的には足リンク18の足底が接地したときに「ON」信号を出力し、足底が浮いているときに「OFF」信号を出力するON/OFFスイッチであってよいし、圧力を計測する圧力センサであってよい。圧力センサの場合、検出された圧力が予め定められた閾値よりも大きければ「接地」と判定され、閾値よりも小さければ「非接地」と判定される。   A ground sensor 19 is attached to the foot link 18. The grounding sensor 19 is attached at two locations in front of and behind the sole. The ground sensor 19 detects whether or not the right foot is grounded. The ground sensor 19 is typically an ON / OFF switch that outputs an “ON” signal when the sole of the foot link 18 is grounded and outputs an “OFF” signal when the sole is floating. It may be a pressure sensor that measures pressure. In the case of a pressure sensor, if the detected pressure is greater than a predetermined threshold, it is determined as “ground”, and if it is less than the threshold, it is determined as “non-ground”.

第2ジョイント20bには、モータ(アクチュエータ)32が取り付けられている。モータ32は、ユーザの膝関節の外側に位置する。モータ32は、ユーザの膝関節に略同軸に位置する。モータ32は、上リンク14に対して下リンク16を相対的に揺動させることができる。即ちモータ32は、ユーザの右膝関節にトルクを加えることができる。また、ジョイント20bには、ワンウエイクラッチ60が備えられている。ワンウエイクラッチ60は、ジョイント20bに係合すると、下リンク16の前方への揺動は許容するが、後方への揺動は禁止する。ワンウエイクラッチ60は、例えば自動車の自動変速機などで一般に使われているので、その機械的構造については説明を省略する。ラチェット機構で構成されているワンウエイクラッチもよく知られていることに留意されたい。   A motor (actuator) 32 is attached to the second joint 20b. The motor 32 is located outside the user's knee joint. The motor 32 is positioned substantially coaxially with the user's knee joint. The motor 32 can swing the lower link 16 relative to the upper link 14. That is, the motor 32 can apply torque to the right knee joint of the user. The joint 20b is provided with a one-way clutch 60. When the one-way clutch 60 is engaged with the joint 20b, the lower link 16 is allowed to swing forward but is not allowed to swing backward. Since the one-way clutch 60 is generally used in, for example, an automatic transmission of an automobile, the description of the mechanical structure is omitted. It should be noted that one-way clutches constructed with a ratchet mechanism are also well known.

この脚補助装置10は、モータ32によってユーザの右膝関節にトルクを加え、歩行動作や着座動作、或いは、立ち上がり動作を補助する。脚補助装置10のコントローラ40は、下リンク16の揺動角の目標軌道を有している。「目標軌道」は、下リンク16の目標揺動角の時系列データである。「目標軌道」は、理想的な脚動作が実現されるときの下腿の揺動角の経時的変化を表している。脚補助装置10は、目標軌道に沿って下リンク16を揺動することによって、理想的な歩行動作が実現されるようにユーザの下腿を誘導する。   The leg assist device 10 applies torque to the user's right knee joint by the motor 32 to assist the walking motion, the seating motion, or the standing motion. The controller 40 of the leg assist device 10 has a target trajectory for the swing angle of the lower link 16. “Target trajectory” is time-series data of the target swing angle of the lower link 16. The “target trajectory” represents the temporal change in the swing angle of the lower leg when an ideal leg motion is realized. The leg assist device 10 guides the user's lower leg so that an ideal walking motion is realized by swinging the lower link 16 along the target trajectory.

前述したように、目標揺動角は、上リンク14に対する下リンク16の角度に相当し、また、ユーザの膝関節角にも相当する。目標軌道は、予めコントローラ40に記憶されている場合もあれば、コントローラ40がリアルタイムに生成する場合もある。例えば、歩行動作を補助する場合、コントローラ40は、右脚が立脚期間にあるときの目標軌道(立脚目標軌道)と、右脚が遊脚期間にあるときの目標軌道(遊脚目標軌道)を交互に生成する。このとき、コントローラ40は、右脚が遊脚期間にあるときに、現在の状態に応じて次の立脚期間のための立脚目標軌道を生成する。またコントローラ40は、右脚が立脚期間にあるときに、現在の状態に応じて次の遊脚期間のための遊脚目標軌道を生成する。立脚は足先が床面に固定されて動かないのに対して遊脚は足先が動く。そのように拘束条件が異なるから、脚補助装置10は、一歩行サイクルを立脚目標軌道と遊脚目標軌道に分けている。   As described above, the target swing angle corresponds to the angle of the lower link 16 with respect to the upper link 14, and also corresponds to the knee joint angle of the user. The target trajectory may be stored in the controller 40 in advance, or may be generated in real time by the controller 40. For example, when assisting the walking motion, the controller 40 determines a target trajectory (standing leg target trajectory) when the right leg is in the standing leg period and a target trajectory (free leg target trajectory) when the right leg is in the swinging leg period. Generate alternately. At this time, when the right leg is in the swing leg period, the controller 40 generates a stance target trajectory for the next stance period according to the current state. In addition, when the right leg is in the stance period, the controller 40 generates a free leg target trajectory for the next free leg period according to the current state. In the case of a standing leg, the tip of the foot is fixed to the floor, and the free leg moves. Since the constraint conditions are different as described above, the leg assist device 10 divides one walking cycle into a standing target trajectory and a free leg target trajectory.

立脚目標軌道と遊脚目標軌道、即ち、通常の歩行動作における膝関節角の経時的変化について詳しく説明する。図3は、歩行中の右脚の動きを説明する図である。符号Akが示すグラフは、右膝関節角(膝角度)の時間変化を示している。膝角度Akは、下リンク16の目標揺動角の時系列データ、即ち目標軌道にも相当する。図3のグラフは、膝角度Akの時間的変化(目標軌道)の概略(傾向)を表しているのであって膝角度を精密に表してはいないことに留意されたい。   A time-dependent change in the knee joint angle in the normal walking motion, that is, the standing target trajectory and the free leg target trajectory will be described in detail. FIG. 3 is a diagram for explaining the movement of the right leg during walking. The graph indicated by the symbol Ak indicates the time change of the right knee joint angle (knee angle). The knee angle Ak also corresponds to time-series data of the target swing angle of the lower link 16, that is, the target trajectory. It should be noted that the graph of FIG. 3 represents the outline (trend) of the temporal change (target trajectory) of the knee angle Ak and does not accurately represent the knee angle.

図4は、膝角度Akの定義を説明する図である。実線が右脚を表しており、破線が左脚を表している。股関節より上の実線は体幹を表している。図3でも同様である。直線L1は、股関節と膝関節を結ぶ直線を示している。直線L1は大腿の長手方向に沿った直線に相当する。膝角度Akは、直線L1から下腿へ向かう角度として表される。膝が伸びきったときが膝角度Ak=0に相当する。膝が直角に曲がったときが膝角度Ak=+90度に相当する。   FIG. 4 is a diagram illustrating the definition of the knee angle Ak. The solid line represents the right leg and the broken line represents the left leg. The solid line above the hip joint represents the trunk. The same applies to FIG. A straight line L1 indicates a straight line connecting the hip joint and the knee joint. The straight line L1 corresponds to a straight line along the longitudinal direction of the thigh. The knee angle Ak is expressed as an angle from the straight line L1 toward the lower leg. When the knee is fully extended, the knee angle Ak = 0. When the knee bends at a right angle corresponds to a knee angle Ak = + 90 degrees.

図3に戻って目標軌道の説明を続ける。タイミングTaは、右脚が着地するタイミングを示している。タイミングTdは右脚が離地するタイミングを示している。タイミングTaからTdまでが立脚期間に相当する。タイミングTbは、右脚の立脚期間中で最も膝角度Akが大きくなるタイミングである。タイミングTcは、立脚期間の最後の部分において、右脚の踵が浮き始めるとともに下腿が後方に揺動し始めるタイミングに相当する。タイミングTfは右脚が再び着地するタイミングを示している。タイミングTeは、遊脚期間において膝角度Akが最大となるタイミングを示す。それぞれのタイミングにおける脚の形態を図1の(a)から(f)に示す。(a)と(f)が示すように、着地タイミングTa、Tbでは、右脚の膝は伸びきっており、膝角度Ak=ゼロである。図3の(c)は、タイミングTcにおける脚の形態を示す。(c)において実線(右脚)が示すように、このタイミングTcにおいて、足先が接地したまま下腿が後方に揺動し始める。即ち、タイミングTcで膝角度Akは減少から増加に転じる。また、タイミングTcは、右脚が最も後方に位置するタイミングに相当し、このタイミング以降、右脚は前方へ振り出される。   Returning to FIG. 3, the description of the target trajectory will be continued. Timing Ta indicates the timing at which the right leg lands. Timing Td indicates the timing at which the right leg takes off. The period from timing Ta to Td corresponds to the stance period. The timing Tb is a timing at which the knee angle Ak becomes the largest during the standing period of the right leg. Timing Tc corresponds to the timing at which the heel of the right leg starts to float and the lower leg starts to swing backward in the last part of the stance period. Timing Tf indicates the timing at which the right leg lands again. Timing Te indicates a timing at which the knee angle Ak becomes maximum during the swing leg period. The form of the leg at each timing is shown in FIGS. As shown in (a) and (f), at the landing timings Ta and Tb, the knee of the right leg is fully extended, and the knee angle Ak is zero. FIG. 3C shows the shape of the leg at the timing Tc. As shown by the solid line (right leg) in (c), at this timing Tc, the lower leg starts to swing backward while the foot tip is grounded. That is, at the timing Tc, the knee angle Ak changes from decreasing to increasing. Further, the timing Tc corresponds to the timing at which the right leg is located most rearward, and after this timing, the right leg is swung forward.

タイミングTdは、右脚が離地するタイミングである。(d)は、タイミングTdにおける脚の形態を示す。タイミングTcからTdまでの期間は、脚の足が接地したまま右脚全体が前方へ揺動する期間であり、プレスイング期と呼ばれている。タイミングTeは、遊脚期間において膝角度Akが最大となるタイミングを示す。タイミングTeにおいて、立脚期間における膝関節も最大値となる。Tbが立脚期間において膝角度Akが最大となるタイミングを示しており、(e)に示す脚の態様と(b)に示す脚の態様は、左右の脚が入れ替わっていることを除き、同じである。   Timing Td is a timing at which the right leg takes off. (D) shows the form of the leg at the timing Td. The period from timing Tc to Td is a period in which the entire right leg swings forward while the leg leg is grounded, and is called a pressing period. Timing Te indicates a timing at which the knee angle Ak becomes maximum during the swing leg period. At the timing Te, the knee joint during the stance period also becomes the maximum value. Tb indicates the timing at which the knee angle Ak becomes maximum during the stance period, and the aspect of the leg shown in (e) and the aspect of the leg shown in (b) are the same except that the left and right legs are interchanged. is there.

タイミングTaからTdまでが立脚期間に相当しタイミングTdからTfまでが遊脚期間に相当する。立脚期間では足が接地しており足先は移動しない。遊脚期間では脚の足先は浮いており移動する。コントローラ40は、遊脚期間において次の立脚期間のための目標軌道(立脚目標軌道)を生成し、立脚期間において次の遊脚期間のための目標軌道(遊脚目標軌道)を生成する。コントローラ40は、目標軌道の基本パターンを予め記憶しており、現在の状態(例えば、歩行速度など)に応じて、基本パターンを修正し、次の期間の目標軌道を決定する。立脚期間と遊脚期間は足先が固定されているか浮いて移動するかの違いがあり、そのため、基本パターンの修正アルゴリズムが異なるため、コントローラ40は一歩行周期分の目標軌道を立脚目標軌道と遊脚目標軌道に分けている。   From timing Ta to Td corresponds to the stance period, and from timing Td to Tf corresponds to the swing leg period. During the stance period, the feet are grounded and the toes do not move. During the free leg period, the toes of the legs float and move. The controller 40 generates a target trajectory (a stance target trajectory) for the next stance period in the free leg period, and generates a target trajectory (a free leg target trajectory) for the next free leg period in the stance period. The controller 40 stores the basic pattern of the target trajectory in advance, corrects the basic pattern according to the current state (for example, walking speed, etc.), and determines the target trajectory for the next period. There is a difference between the stance period and the free leg period in which the toes are fixed or floating, and the basic pattern correction algorithm is different. Therefore, the controller 40 sets the target trajectory for one walking cycle as the stance target trajectory. It is divided into free leg target trajectories.

コントローラ40は、夫々の目標軌道に従って、下リンク16が目標軌道に示された経時変化に追従するようにモータ32を制御する。より具体的には、目標軌道はモータ32への指令値の時系列データに相当し、コントローラ40は指令値を逐次にモータ32へ出力する。   The controller 40 controls the motor 32 according to each target trajectory so that the lower link 16 follows a change with time indicated in the target trajectory. More specifically, the target trajectory corresponds to time-series data of command values for the motor 32, and the controller 40 sequentially outputs the command values to the motor 32.

次に、脚補助装置10の機能的構成を説明する。図5に、脚補助装置10のブロック図を示す。コントローラ40内には、目標軌道生成モジュール42、指令値出力モジュール44、及び、セイフティモジュール46が用意されている。それらのモジュールは、ソフトウエア(プログラム)によって実現されている。実際には、それらのソフトウエアを実行するCPUが、夫々のモジュールとして機能する。   Next, a functional configuration of the leg assist device 10 will be described. FIG. 5 shows a block diagram of the leg assist device 10. In the controller 40, a target trajectory generation module 42, a command value output module 44, and a safety module 46 are prepared. These modules are realized by software (program). Actually, the CPU that executes the software functions as each module.

図5における符号52は、ユーザが操作するコンソールを示している。図5の符号54は、脚補助装置10が備える全てのセンサを総称する。従って、センサ54には、各リンクの揺動角を計測するエンコーダ21、足が接地しているか否かを検知する接地センサ19を含む。さらにセンサ54には、例えば、モータ32がオーバヒートしたか否かを検知するための温度センサ、センサとコントローラの間の通信ケーブルの断線や、バッテリから他のユニットに電力を供給するパワーケーブルの断線を検知するセンサ、モータ32に過電流が流れたか否かを検知する過電流センサなどが含まれる。セイフティモジュール46は、それらセンサ54のセンサデータに基づいて、異常の発生を検知する。   Reference numeral 52 in FIG. 5 indicates a console operated by the user. Reference numeral 54 in FIG. 5 generically refers to all sensors included in the leg assist device 10. Therefore, the sensor 54 includes an encoder 21 that measures the swing angle of each link and a ground sensor 19 that detects whether or not the foot is grounded. Further, the sensor 54 includes, for example, a temperature sensor for detecting whether or not the motor 32 has overheated, a disconnection of a communication cable between the sensor and the controller, and a disconnection of a power cable that supplies power from the battery to another unit. And an overcurrent sensor for detecting whether or not an overcurrent has flowed through the motor 32. The safety module 46 detects the occurrence of an abnormality based on the sensor data of the sensors 54.

図5の符号58は、脚補助装置10のメインスイッチを示している。メインスイッチをONにすると、コントローラ40とモータ32へ電力(動力)が供給される。符号56は、バッテリ50とモータ32の間に介挿された電力遮断スイッチを示している。電力遮断スイッチ56は、電力が供給されていない間は開放(バッテリ50とモータ32の間の電力供給経路を遮断)し、電力が供給されると閉鎖(バッテリ50とモータ32の間の電力供給経路を接続)する、いわゆるノーマリOFFタイプである。セイフティモジュール46が、電力遮断スイッチ56へ電力を供給する。即ち、セイフティモジュール46からの電力供給が途切れると、電力遮断スイッチ56が開放され、モータ32への電力供給が遮断される。   5 denotes a main switch of the leg assist device 10. When the main switch is turned on, electric power (power) is supplied to the controller 40 and the motor 32. Reference numeral 56 denotes a power cutoff switch inserted between the battery 50 and the motor 32. The power cut-off switch 56 is opened while power is not supplied (cuts off the power supply path between the battery 50 and the motor 32), and is closed when power is supplied (power supply between the battery 50 and the motor 32). It is a so-called normally OFF type that connects routes). The safety module 46 supplies power to the power cutoff switch 56. That is, when the power supply from the safety module 46 is interrupted, the power cut-off switch 56 is opened and the power supply to the motor 32 is cut off.

コントローラ40は、コンソール52を介して入力されるユーザの指示に基づいて、歩行動作補助、立ち上がり動作補助、或いは、着座動作補助など、各種の機能を実行する。例えば、ユーザが歩行動作補助を指示すると、コントローラ40は歩行動作補助用の目標軌道を生成する。歩行動作補助用の目標軌道が立脚目標軌道と遊脚目標軌道に分かれていることは前述したとおりである。あるいは、ユーザが着座動作補助を指示すると、コントローラ40は着座動作補助用の目標軌道を生成する。あるいは、ユーザが立ち上がり動作補助を指示すると、コントローラ40は立ち上がり動作補助用の目標軌道を生成する。目標軌道の生成は目標軌道生成モジュール42が担当する。目標軌道生成モジュール42は、各動作に対して目標軌道の基本パターンを記憶している。目標軌道生成モジュール42は、センサ54のセンサデータに基づいて基本パターンを修正する。修正された基本パターンが、モータ32を駆動するための最終的な目標軌道に相当する。   The controller 40 executes various functions such as walking motion assistance, standing motion assistance, or seating motion assistance based on user instructions input via the console 52. For example, when the user instructs walking motion assistance, the controller 40 generates a target trajectory for walking motion assistance. As described above, the target trajectory for assisting the walking motion is divided into the standing target trajectory and the free leg target trajectory. Alternatively, when the user instructs sitting assistance, the controller 40 generates a target trajectory for sitting action assistance. Alternatively, when the user instructs to assist the rising motion, the controller 40 generates a target trajectory for assisting the rising motion. The target trajectory generation module 42 is in charge of generating the target trajectory. The target trajectory generation module 42 stores a basic pattern of the target trajectory for each operation. The target trajectory generation module 42 corrects the basic pattern based on the sensor data of the sensor 54. The corrected basic pattern corresponds to the final target trajectory for driving the motor 32.

生成された目標軌道は指令値出力モジュール44に送られる。指令値出力モジュール44は、サンプリング周期間隔で指令値をモータ32へ出力する。モータ32は、バッテリ50から電力を供給されても指令値が供給されなければ回転しない。具体的には、バッテリ50から供給される電力は、まずモータ32に付随する制御回路に供給される。制御回路は、上位ユニット(本実施例の場合はコントローラ40)から指令値を受信するまでは、モータ32のロータに電力を供給しない。制御回路は、上位ユニットからの指令を受けるとロータへの電力供給を開始する。即ち、モータ32は、コントローラ40から指令値を受信して初めて回転する。   The generated target trajectory is sent to the command value output module 44. The command value output module 44 outputs command values to the motor 32 at sampling cycle intervals. Even if electric power is supplied from the battery 50, the motor 32 does not rotate unless a command value is supplied. Specifically, the power supplied from the battery 50 is first supplied to a control circuit associated with the motor 32. The control circuit does not supply power to the rotor of the motor 32 until the command value is received from the host unit (the controller 40 in this embodiment). When receiving a command from the upper unit, the control circuit starts supplying power to the rotor. That is, the motor 32 rotates only after receiving a command value from the controller 40.

セイフティモジュール46は、センサ54のセンサデータから異常発生を判断する。セイフティモジュール46は、異常の種類に応じて、モータ32への電力の供給を遮断したり、ワンウエイクラッチ60の係合と開放を切り換えたり、指令値出力モジュール44を制御する。モータ32への電力供給を遮断する場合は、セイフティモジュール46は、電力遮断スイッチ56への電力供給を遮断する。モータ32への電力供給の遮断は、モータ32(アクチュエータ)からユーザへのトルク伝達を遮断することの一例に相当する。   The safety module 46 determines the occurrence of abnormality from the sensor data of the sensor 54. The safety module 46 cuts off the power supply to the motor 32, switches between engagement and disengagement of the one-way clutch 60, and controls the command value output module 44 according to the type of abnormality. When the power supply to the motor 32 is cut off, the safety module 46 cuts off the power supply to the power cut-off switch 56. The interruption of power supply to the motor 32 corresponds to an example of interrupting torque transmission from the motor 32 (actuator) to the user.

セイフティモジュール46が実行する処理を説明する前に、脚補助装置10全体の制御の流れを説明する。図6に、脚補助装置10全体の制御のフローチャートを示す。ユーザがメインスイッチ58をONすると(S2)、まずコントローラ40が立ち上がる(S4)。ステップS4では、目標軌道生成モジュール42、指令値出力モジュール44、及び、セイフティモジュール46が初期化される。セイフティモジュール46の初期化の課程で、電力遮断スイッチ56に電力が供給され、電力遮断スイッチ56が導通する。そして、モータ32(アクチュエータ)への電力供給が開始される(S6)。なお、ステップS6が終了すると、脚補助装置10は、ユーザからの指示入力待ち状態となる(S8)。ユーザからの指示が入力されると、脚補助装置10は、指示に対応したモータ制御を実行する(S10)。例えば、ユーザからの指示が歩行動作補助である場合、コントローラ40は、歩行制御用の目標軌道(即ち、立脚目標軌道と遊脚目標軌道)を交互に生成しながら、下リンク16が目標軌道に追従するようにモータ32を制御する。処理がステップS10に移ると、モータ32への指令値出力がスタートする。   Before describing the processing executed by the safety module 46, the overall control flow of the leg assist device 10 will be described. FIG. 6 shows a flowchart of control of the leg assist device 10 as a whole. When the user turns on the main switch 58 (S2), the controller 40 first starts up (S4). In step S4, the target trajectory generation module 42, the command value output module 44, and the safety module 46 are initialized. In the course of initialization of the safety module 46, power is supplied to the power cutoff switch 56, and the power cutoff switch 56 becomes conductive. Then, power supply to the motor 32 (actuator) is started (S6). Note that when step S6 is completed, the leg assist device 10 waits for an instruction input from the user (S8). When an instruction from the user is input, the leg assist device 10 executes motor control corresponding to the instruction (S10). For example, when the instruction from the user is a walking motion assist, the controller 40 alternately generates a target trajectory for walking control (that is, a standing target trajectory and a free leg target trajectory), while the lower link 16 becomes the target trajectory. The motor 32 is controlled to follow. When the process moves to step S10, command value output to the motor 32 starts.

ユーザの指示に応じたモータ制御が終了すると、脚補助装置10は、再びユーザからの入力待ち状態に戻る。この間、メインスイッチがOFFされると(S12:YES)、コントローラ40はモータ32への電力供給を遮断し(S14)、次いで終了処理を実行する(S16)。ステップS10が実行される前の状態が、「モータ32への指令値出力前」に相当する。   When the motor control according to the user's instruction is finished, the leg assist device 10 returns to the input waiting state again from the user. During this time, if the main switch is turned off (S12: YES), the controller 40 cuts off the power supply to the motor 32 (S14), and then executes an end process (S16). The state before step S10 is executed corresponds to “before command value output to motor 32”.

次にセイフティモジュール46が実行する処理を説明する。セイフティモジュール46は、制御系異常判定処理(図7)、第1異常判定処理(図8)、第2異常判定処理(図9)、第3異常判定処理(図10)、及び、第4異常判定処理(図11)を実行する。セイフティモジュール46は、各異常判定処理を上記の順番で実行する。セイフティモジュール46は、所定の周期毎に、上記の処理を繰り返し実行する。   Next, processing executed by the safety module 46 will be described. The safety module 46 includes a control system abnormality determination process (FIG. 7), a first abnormality determination process (FIG. 8), a second abnormality determination process (FIG. 9), a third abnormality determination process (FIG. 10), and a fourth abnormality. A determination process (FIG. 11) is executed. The safety module 46 executes each abnormality determination process in the above order. The safety module 46 repeatedly executes the above processing every predetermined cycle.

制御系異常判定処理(図7)について説明する。セイフティモジュール46は、異常を検知すると(S52)、まず、異常の種類が制御系の異常かそれ以外の異常かを判定する(S54)。制御系の異常の例を次に示す。セイフティモジュール46は、モータのオーバーヒートを示すセンサデータを受信した場合に、制御系の異常が発生したと判断する。またセイフティモジュール46は、下リンクの揺動角の目標値と計測値の差が予め定められた閾値を超えている場合に制御系の異常が発生したと判断する。制御系以外の異常の例を次に示す。セイフティモジュール46は、コンソール52とコントローラ40との間の通信が途絶えた場合、制御系以外の異常が発生したと判断する。またセイフティモジュール46は、バッテリ50の残量が既定値以下に低下した場合に、制御系以外の異常が発生したと判定する。また例えば、セイフティモジュール46は複数の接地センサ19のうちのいずれか一つと通信が途絶えた場合に、制御系以外の異常が発生したと判断する。   The control system abnormality determination process (FIG. 7) will be described. When the safety module 46 detects an abnormality (S52), the safety module 46 first determines whether the type of abnormality is a control system abnormality or any other abnormality (S54). The following are examples of control system abnormalities. The safety module 46 determines that an abnormality in the control system has occurred when sensor data indicating motor overheating is received. The safety module 46 determines that a control system abnormality has occurred when the difference between the target value of the swing angle of the lower link and the measured value exceeds a predetermined threshold. Examples of abnormalities other than those in the control system are as follows. When the communication between the console 52 and the controller 40 is interrupted, the safety module 46 determines that an abnormality other than the control system has occurred. In addition, the safety module 46 determines that an abnormality other than the control system has occurred when the remaining amount of the battery 50 falls below a predetermined value. For example, the safety module 46 determines that an abnormality other than the control system has occurred when communication with any one of the plurality of ground sensors 19 is interrupted.

セイフティモジュール46は、制御系の異常が発生したと判断した場合(S56:YES)、直ちに電力遮断スイッチ56への電力供給を停止する。即ち、セイフティモジュール46は、直ちにトルク伝達を遮断する(S60)。次にセイフティモジュール46は、ワンウエイクラッチ60を係合する(S62)。なお、図中の記号「OWC」は、ワンウエイクラッチを意味する。即ち、セイフティモジュール46(コントローラ40)は、後述する第1異常判定処理(図8)に先立って、検知した異常がアクチュエータ制御系の異常であるか否かを判定し(S56)、制御系の異常であると判定した場合には直ちにトルク伝達を遮断する(S60)。制御系の異常が発生した場合は、コントローラ40は直ちにトルク伝達を遮断する。そのような処理によって、脚補助装置10は、アクチュエータを確実に停止する。アクチュエータからユーザへのトルク伝達を遮断すれば、少なくともアクチュエータからユーザにトルクが加えられることがないので、アクチュエータからユーザに過大な力が加わることが防止できる。   When the safety module 46 determines that an abnormality has occurred in the control system (S56: YES), the safety module 46 immediately stops the power supply to the power cutoff switch 56. That is, the safety module 46 immediately cuts off the torque transmission (S60). Next, the safety module 46 engages the one-way clutch 60 (S62). The symbol “OWC” in the figure means a one-way clutch. That is, the safety module 46 (controller 40) determines whether or not the detected abnormality is an abnormality of the actuator control system prior to a first abnormality determination process (FIG. 8) described later (S56). If it is determined that there is an abnormality, the torque transmission is immediately interrupted (S60). When an abnormality of the control system occurs, the controller 40 immediately cuts off the torque transmission. With such a process, the leg assist device 10 reliably stops the actuator. If torque transmission from the actuator to the user is interrupted, torque is not applied to the user from at least the actuator, so that an excessive force can be prevented from being applied to the user from the actuator.

セイフティモジュール46は、発生した異常が制御系以外の異常であった場合は、次に第1異常判定処理を実行する(図8)。第1異常判定処理では、セイフティモジュール46は、コントローラ40がモータ32への指令値出力前であるか否かを判定する(S102)。指令値出力前である場合は(S102:YES)、セイフティモジュール46は、直ちに電力遮断スイッチ56への電力供給を停止する。即ち、セイフティモジュール46は、直ちにトルク伝達を遮断する(S104)。コントローラ40は、アクチュエータへ指令値を出力する前に異常を検知した場合には、アクチュエータからユーザへのトルク伝達を遮断する(S104)。   If the abnormality that has occurred is an abnormality other than that in the control system, the safety module 46 next executes a first abnormality determination process (FIG. 8). In the first abnormality determination process, the safety module 46 determines whether or not the controller 40 is before outputting a command value to the motor 32 (S102). If it is before the command value is output (S102: YES), the safety module 46 immediately stops the power supply to the power cutoff switch 56. That is, the safety module 46 immediately cuts off the torque transmission (S104). If the controller 40 detects an abnormality before outputting the command value to the actuator, the controller 40 cuts off torque transmission from the actuator to the user (S104).

セイフティモジュール46は、異常を検知したタイミングが、指令値出力の開始後であった場合(S102:NO)、次に第2異常判定処理を実行する(図9)。第2異常判定処理では、セイフティモジュール46は、下リンク16が揺動中であるか否かを判定する(S202)。セイフティモジュール46は、下リンク16が揺動中でないと判定した場合(S202:NO)、トルク伝達を遮断するとともに(S204)、ワンウエイクラッチを係合する(S206)。   If the timing at which the abnormality is detected is after the start of the command value output (S102: NO), the safety module 46 next executes a second abnormality determination process (FIG. 9). In the second abnormality determination process, the safety module 46 determines whether or not the lower link 16 is swinging (S202). When it is determined that the lower link 16 is not swinging (S202: NO), the safety module 46 interrupts torque transmission (S204) and engages the one-way clutch (S206).

セイフティモジュール46は、下リンク16が揺動中であると判定した場合(S202:YES)、次いで第3異常判定処理を実行する(図10)。第3異常判定処理では、セイフティモジュール46はまず、脚補助装置10がユーザの何らかの動作(例えば、歩行動作、立ち上がり動作、或いは、着座動作)を補助している最中であるか否かを判定する。ここで、「動作補助」とは、下リンク16が目標軌道に追従するようにコントローラ40がモータ32を制御することを意味する。動作モードを判定する。例えば、脚補助装置10が歩行動作補助モードで動作している場合、ステップS302の判断は「YES]となる。脚補助装置10が動作補助中である場合(S302:YES)、セイフティモジュール46は、異常が検知されたときに用いていた目標軌道(立脚目標軌道又は遊脚目標軌道)の最後まで指令値を出力する(S304)。最後まで指令値を出力した後で、セイフティモジュール46はトルク伝達を遮断する(S306)。同時にセイフティモジュール46は、ワンウエイクラッチを係合する(S308)。   If it is determined that the lower link 16 is swinging (S202: YES), the safety module 46 then executes a third abnormality determination process (FIG. 10). In the third abnormality determination process, the safety module 46 first determines whether or not the leg assist device 10 is assisting a user's action (for example, walking action, rising action, or sitting action). To do. Here, “operation assistance” means that the controller 40 controls the motor 32 so that the lower link 16 follows the target trajectory. Determine the operating mode. For example, when the leg assist device 10 is operating in the walking motion assist mode, the determination in step S302 is “YES.” When the leg assist device 10 is assisting the operation (S302: YES), the safety module 46 is The command value is output to the end of the target trajectory (standing target trajectory or swing target trajectory) used when the abnormality is detected (S304) After outputting the command value to the end, the safety module 46 outputs torque. The transmission is cut off (S306), and at the same time, the safety module 46 engages the one-way clutch (S308).

動作補助中に異常が発生した場合、しかもその異常が制御系以外の異常であった場合は、しばらくの間はそれまで実行していた動作補助を継続できる可能性が極めて高い。脚補助装置10は、そのような場合には、現在の立脚制御(或いは、遊脚制御)を最後まで継続し、その後、トルク伝達を遮断する。立脚制御、及び、遊脚制御は、いずれも、両足が接地している状態で終了する(図3のグラフ参照)。従って、いずれの制御であっても最後まで継続することによって、コントローラ40は、両足が接地してからトルク伝達を遮断する。即ち、コントローラ40は、ユーザが安定に立った状態でトルク伝達を遮断する。しかもこのとき、コントローラ40はワンウエイクラッチ60を係合する。従って、下リンク16が後方へ揺動することが禁止されるので、脚装具12は、ユーザの体重を支えることができる。   If an abnormality occurs during the operation assistance, and if the abnormality is an abnormality other than that in the control system, it is highly possible that the operation assistance that has been performed for a while can be continued. In such a case, the leg assist device 10 continues the current stance control (or swinging leg control) until the end, and then interrupts the torque transmission. Both the standing leg control and the swing leg control are finished in a state where both feet are in contact with the ground (see the graph of FIG. 3). Therefore, by continuing to the last in any control, the controller 40 interrupts | blocks torque transmission, after both feet contact | ground. That is, the controller 40 cuts off the torque transmission while the user is in a stable state. Moreover, at this time, the controller 40 engages the one-way clutch 60. Therefore, since the lower link 16 is prohibited from swinging backward, the leg brace 12 can support the weight of the user.

セイフティモジュール46は、動作補助中でない場合(S302、NO)、次いで第4異常判定処理を実行する(図11)。セイフティモジュール46は、第4異常判定処理においてまず、トルク伝達を遮断する(S401)。次に、セイフティモジュール46は、下リンク16の揺動角度に基づいて、ユーザが着座しているか否かを判定する(S402)。より詳しくは、セイフティモジュール46は、下リンクの揺動角度が予め定められた範囲内であるときに、着座していると判定する。予め定められた範囲は、例えば、45度以上である。下リンク16の揺動角が45度以上であるとは、下リンク16が、膝が伸びきった状態から45度以上後方へ揺動していることに相当する(図4参照)。下リンク16が45度以上後方に揺動しているとき、ユーザが着座しているか、或いは椅子の真上まで腰が下がっている可能性が高い。即ち、下リンク16が45度以上後方へ揺動していることは、ユーザが着座している可能性が極めて高いことを意味する。なお、セイフティモジュール46は、ユーザの大腿の傾斜角(鉛直方向に対する角度)、及び/又は、足裏に加わっている荷重の情報も使って、ユーザが着座しているか否かを判定することも好適である。それらの情報を使うことで、ユーザが着座しているか否かを一層高い信頼性で判断することができる。   When the safety module 46 is not assisting the operation (S302, NO), the safety module 46 then executes a fourth abnormality determination process (FIG. 11). In the fourth abnormality determination process, the safety module 46 first interrupts torque transmission (S401). Next, the safety module 46 determines whether or not the user is seated based on the swing angle of the lower link 16 (S402). More specifically, the safety module 46 determines that the user is seated when the swing angle of the lower link is within a predetermined range. The predetermined range is, for example, 45 degrees or more. The swing angle of the lower link 16 being 45 degrees or more corresponds to the lower link 16 swinging backward by 45 degrees or more from the state where the knee is fully extended (see FIG. 4). When the lower link 16 swings backward by 45 degrees or more, there is a high possibility that the user is seated or the waist is lowered to just above the chair. That is, the fact that the lower link 16 swings backward by 45 degrees or more means that the possibility that the user is seated is extremely high. The safety module 46 may also determine whether the user is seated by using information on the inclination angle of the user's thigh (angle with respect to the vertical direction) and / or the load applied to the sole. Is preferred. By using such information, it can be determined with higher reliability whether the user is seated or not.

セイフティモジュール46は、ユーザが着座していると判定した場合(S402:YES)、ジョイント解放処理を実行する(S404)。他方、セイフティモジュール46は、着座していないと判定した場合(S402:NO)、ジョイント固定処理を実行する(S406)。ここで、「ジョイント解放処理」とは、下リンクを前方と後方のいずれの方向にも受動揺動自在状態にすることを意味する。受動揺動自在状態とは、外力に起因する下リンク16の揺動を許容することを意味する。例えば、「受動揺動自在状態」は、下リンク16側からモータ32へ向けた起動トルクが小さい場合には、モータ32を無通電状態にすれば達成される。また、モータ32と下リンク16の間にクラッチを備える場合には、クラッチを解放することによって「受動揺動自在状態」が達成される。また、「ジョイント固定処理」は、少なくとも下リンク16の後方揺動を禁止することを意味する。例えば、前述したワンウエイクラッチを係合することが、「ジョイント固定処理」の一例に相当する。また。モータ32がブレーキを備える場合にはブレーキを動作させることも「ジョイント固定処理」の一例に相当する。なお、ブレーキを動作させると下リンク16の後方揺動と前方揺動の両者とも禁止される。   When the safety module 46 determines that the user is seated (S402: YES), the safety module 46 executes joint release processing (S404). On the other hand, if it is determined that the safety module 46 is not seated (S402: NO), the joint fixing process is executed (S406). Here, the “joint release process” means that the lower link is in a freely swingable state in both the front and rear directions. The passive swingable state means that the lower link 16 is allowed to swing due to an external force. For example, the “passive swingable state” is achieved when the motor 32 is turned off when the starting torque from the lower link 16 toward the motor 32 is small. Further, when a clutch is provided between the motor 32 and the lower link 16, the “passive swingable state” is achieved by releasing the clutch. The “joint fixing process” means that at least the lower link 16 is prevented from swinging backward. For example, engaging the above-described one-way clutch corresponds to an example of “joint fixing process”. Also. When the motor 32 includes a brake, operating the brake corresponds to an example of “joint fixing process”. When the brake is operated, both the backward swing and the forward swing of the lower link 16 are prohibited.

S402、S404、及び、S406の処理は次の利点を与える。ユーザが着座している場合は、ジョイントを解放しても、ユーザは安全である。他方、ユーザが着座していない場合、即ち、ユーザが立っている可能性が高い場合、ジョイントを解放するとユーザが転倒する虞がある。そのような場合は、ジョイントを解放せず固定することによって、脚装具12がユーザの体重を支え、転倒を防止する。   The processes of S402, S404, and S406 provide the following advantages. If the user is seated, the user is safe even if the joint is released. On the other hand, when the user is not seated, that is, when the possibility that the user is standing is high, the user may fall down when the joint is released. In such a case, by fixing the joint without releasing it, the leg brace 12 supports the weight of the user and prevents falling.

次に、セイフティモジュール46による異常判定処理の他の実装形態を説明する。図12に、異常判定処理の他の実装形態のフローチャートを示す。図12のフローチャートは、図7から図11に示した異常判定処理の代わりにセイフティモジュール46に実装されてよい。   Next, another implementation form of the abnormality determination process by the safety module 46 will be described. FIG. 12 shows a flowchart of another implementation of the abnormality determination process. The flowchart of FIG. 12 may be implemented in the safety module 46 instead of the abnormality determination process shown in FIGS.

セイフティモジュール46は、異常を検知すると(S502)、検知した異常がアクチュエータ制御系の異常であるか否かを判定する(S504)。検知した異常が制御系の異常であると判定した場合(S504:YES)、セイフティモジュール46は、直ちにトルク伝達を遮断する(S507)。他方、検知した異常がアクチュエータ制御系以外の異常であると判定した場合は(S504:NO)、目標軌道上に予め定められている既定タイミングまでアクチュエータの制御を継続した後にトルク伝達を遮断する(S506、S507)。ここで、既定タイミングは、典型的には、右足(患脚)が着地するタイミングがよい。即ち、セイフティモジュール46は、異常を検知したのち、右足(患脚)が着地するまで目標軌道に基づいたアクチュエータ制御を継続し、その後、トルク伝達を遮断する。なお、右足(患脚)が接地したか否かは、接地センサ19のセンサデータに基づいて判断する。   When detecting the abnormality (S502), the safety module 46 determines whether the detected abnormality is an abnormality of the actuator control system (S504). When it is determined that the detected abnormality is an abnormality in the control system (S504: YES), the safety module 46 immediately interrupts torque transmission (S507). On the other hand, when it is determined that the detected abnormality is an abnormality other than the actuator control system (S504: NO), the torque transmission is interrupted after continuing the control of the actuator to a predetermined timing predetermined on the target trajectory ( S506, S507). Here, the predetermined timing is typically a timing at which the right foot (affected leg) lands. That is, after detecting the abnormality, the safety module 46 continues the actuator control based on the target trajectory until the right foot (affected leg) has landed, and then interrupts the torque transmission. Whether or not the right foot (affected leg) is grounded is determined based on the sensor data of the ground sensor 19.

セイフティモジュール46は、トルク伝達を遮断するとともに、ユーザが着座しているか否かを判定する(S508)。セイフティモジュール46は、ユーザが着座していると判定した場合にはジョイント解放処理を実行し(S510)、着座していないと判定した場合にはジョイント固定処理を実行する(S512)。   The safety module 46 interrupts torque transmission and determines whether or not the user is seated (S508). The safety module 46 executes joint release processing when it is determined that the user is seated (S510), and performs joint fixing processing when it is determined that the user is not seated (S512).

セイフティモジュール46による異常判定処理のさらに他の実装形態を説明する。図13に、異常判定処理の別の実装形態のフローチャートを示す。図13のフローチャートは、図12に示した異常判定処理の代わりにセイフティモジュール46に実装されてよい。セイフティモジュール46は、異常を検知すると(S602)、まずコントローラ40が実行している動作モードを判別する(S604)。動作モードとは、アクチュエータ制御に採用している目標軌道の種類によって分けられる。歩行補助モードは、ユーザの歩行動作を補助するモードであり、遊脚目標軌道と立脚目標軌道のいずれかを採用している場合である。着座動作補助モードは、ユーザの着座動作を補助するモードである。立ち上がり動作補助モードは、ユーザの立ち上がり動作を補助するモードである。   Still another embodiment of the abnormality determination process by the safety module 46 will be described. FIG. 13 shows a flowchart of another implementation form of the abnormality determination process. The flowchart of FIG. 13 may be implemented in the safety module 46 instead of the abnormality determination process shown in FIG. When the safety module 46 detects an abnormality (S602), it first determines the operation mode being executed by the controller 40 (S604). The operation mode is classified according to the type of target trajectory used for actuator control. The walking assist mode is a mode for assisting the user's walking motion, and is a case where either a free leg target trajectory or a stance target trajectory is employed. The seating operation assist mode is a mode for assisting the user's seating operation. The start-up operation assist mode is a mode that assists the user's start-up operation.

着座動作補助モードの場合、セイフティモジュール46は、ユーザが着座するまでは補助を継続する(S610)。その後、セイフティモジュール46は、トルク伝達を遮断するとともにジョイント解放処理を実行する(S611、S612)。立ち上がり動作補助モードの場合、セイフティモジュール46は、ユーザが立ち上がるまでは補助を継続する(S613)。その後、セイフティモジュール46は、トルク伝達を遮断するとともにジョイント固定処理を実行する(S614、S615)。他方、歩行動作モードの場合、セイフティモジュール46は、両脚が接地するまで目標軌道に基づくアクチュエータ制御を継続する(S620)。患脚が遊脚期間にある場合、セイフティモジュール46は、接地センサ19のセンサデータをモニタし、患脚が接地したか否かを判断する。セイフティモジュール46は、患脚の接地を確認したのち、トルク伝達を遮断し、ジョイント固定処理を実行する(S622、S624)。患脚が接地したか否かは、接地センサ19のセンサデータに基づいて判断する。   In the seating operation assist mode, the safety module 46 continues assisting until the user is seated (S610). Thereafter, the safety module 46 cuts off torque transmission and executes joint release processing (S611, S612). In the stand-up operation assist mode, the safety module 46 continues assist until the user stands up (S613). Thereafter, the safety module 46 interrupts torque transmission and executes joint fixing processing (S614, S615). On the other hand, in the walking motion mode, the safety module 46 continues the actuator control based on the target trajectory until both legs come in contact with the ground (S620). When the affected leg is in the swing leg period, the safety module 46 monitors the sensor data of the ground sensor 19 and determines whether or not the affected leg is grounded. After confirming the contact of the affected leg, the safety module 46 cuts off torque transmission and executes joint fixing processing (S622, S624). Whether or not the affected leg is grounded is determined based on the sensor data of the ground sensor 19.

上記したいずれかの異常判定処理に加えて、脚補助装置10のセイフティモジュール46は、図14で示される離地判定処理を行うことが好ましい。セイフティモジュール46は、ジョイントが固定されているか否かを判断する(S702)。ジョイントが固定されている場合(S702:YES)、セイフティモジュール46は、接地センサ19のセンサデータに基づいて、患脚が接地しているか否かを判定する(S704)。ここで、患脚が接地していない場合(S704:NO)、セイフティモジュール46は固定されていたジョイントを解放する(S706)。   In addition to any one of the abnormality determination processes described above, the safety module 46 of the leg assist device 10 preferably performs the takeoff determination process shown in FIG. The safety module 46 determines whether or not the joint is fixed (S702). When the joint is fixed (S702: YES), the safety module 46 determines whether the affected leg is grounded based on the sensor data of the ground sensor 19 (S704). If the affected leg is not in contact with the ground (S704: NO), the safety module 46 releases the fixed joint (S706).

離地判定処理は、一旦、脚装具12の第2ジョイント20bを固定したのちに患脚が離地した場合に、第2ジョイント20bを解放する。「第2ジョイント20b」を固定するとは、下リンク16の後方揺動を禁止することを意味する。従って第2ジョイント20bを固定すれば、脚装具12はユーザの体重を支える。その後、患脚が離地することは、ユーザが倒れ始めた可能性が高いことを示唆する。そのような場合は、第2ジョイント20bを解放し、即ち、第2ジョイント20bを受動揺動可能状態とし、ユーザの膝が外力に応じて柔軟に揺動できるようにする。そのような処理によって、膝に予期しない過大な負荷が加わることを防止する。   In the takeoff determination process, when the affected leg is taken off after the second joint 20b of the leg appliance 12 is fixed, the second joint 20b is released. “Fixing the second joint 20b” means prohibiting the lower link 16 from swinging backward. Therefore, if the second joint 20b is fixed, the leg brace 12 supports the weight of the user. Thereafter, the fact that the affected leg leaves the ground indicates that the user is likely to have started to fall. In such a case, the second joint 20b is released, that is, the second joint 20b is set in a passive swingable state so that the user's knee can swing flexibly according to an external force. Such a treatment prevents an unexpected excessive load from being applied to the knee.

脚補助装置10はまた、複数の停止ボタンを備える。停止ボタンはコンソール52に備えられている。一つの停止ボタンは「通常停止ボタン」であり、他の一つの停止ボタンは「緊急停止ボタン」である。「緊急停止ボタン」は、ユーザが異常を感じた場合に押すボタンである。即ち、「通常停止ボタン」の操作と「緊急停止ボタン」の操作を区別することも、異常の種類判別の一種である。ボタン操作時の処理のフローチャートを図15に示す。セイフティモジュール46は、いずれかの停止ボタンの操作を検知すると(S802)、操作されたボタンの種類を判別する(S804)。緊急停止ボタンが操作された場合、セイフティモジュール46は、直ちにトルク伝達を停止し(S808)、ジョイント固定処理を実行する(S810)。他方、セイフティモジュール46は、通常停止ボタンが操作された場合、足が接地するまでは目標軌道に基づく制御を継続する(S808)。その後、セイフティモジュール46は、トルク伝達を停止し(S808)、ジョイント固定処理を実行する(S810)。   The leg assist device 10 also includes a plurality of stop buttons. A stop button is provided on the console 52. One stop button is a “normal stop button” and the other one is an “emergency stop button”. The “emergency stop button” is a button that is pressed when the user feels an abnormality. That is, distinguishing the operation of the “normal stop button” and the operation of the “emergency stop button” is also a kind of abnormality type determination. FIG. 15 shows a flowchart of processing at the time of button operation. When the safety module 46 detects the operation of any one of the stop buttons (S802), the safety module 46 determines the type of the operated button (S804). When the emergency stop button is operated, the safety module 46 immediately stops the torque transmission (S808) and executes the joint fixing process (S810). On the other hand, when the normal stop button is operated, the safety module 46 continues the control based on the target trajectory until the foot comes in contact with the ground (S808). Thereafter, the safety module 46 stops torque transmission (S808) and executes joint fixing processing (S810).

以上説明した実施例の脚補助装置10、及びその変形例の特徴をまとめる。第2ジョイント20bは回転ジョイントであり、ワンウエイクラッチを備えている。ワンウエイクラッチは、後方への下リンクの揺動を禁止するとともに前方への揺動は許容する。コントローラ40は、第1異常判定処理において、異常検知がアクチュエータへの指令値の出力を開始した後であると判定した場合に、下リンクが揺動中であるか否かを判定する。コントローラ40は、下リンクが揺動中でないと判定した場合にワンウエイクラッチを係合する。それらの処理は、上記した第2異常判定処理に相当する。   The features of the leg assist device 10 of the embodiment described above and the modifications thereof will be summarized. The second joint 20b is a rotary joint and includes a one-way clutch. The one-way clutch prohibits the lower link from swinging backward and allows forward swing. In the first abnormality determination process, the controller 40 determines whether or not the lower link is swinging when it is determined that the abnormality detection is after starting to output the command value to the actuator. The controller 40 engages the one-way clutch when it is determined that the lower link is not swinging. Those processes correspond to the second abnormality determination process described above.

コントローラ40は、ユーザの歩行動作を補助する場合に、立脚制御用の立脚目標軌道と遊脚制御用の遊脚目標軌道を交互に生成する。同時にコントローラ40は、脚装具12を装着した脚が立脚の場合は立脚目標軌道に基づいて指令値を出力し、脚装具を装着した脚が遊脚の場合は遊脚目標軌道に基づいて指令値を出力する。コントローラ40は、第2異常判定処理において下リンクが揺動中であると判定した場合に、異常が検知されたときに用いていた目標軌道の最後まで指令値を出力する。そしてコントローラ40は、目標軌道の最後まで指令値を出力した後にトルク伝達を遮断するとともにワンウエイクラッチを係合する。それらの処理は、上記した第3異常判定処理に相当する。   When assisting the user's walking motion, the controller 40 alternately generates a stance target trajectory for standing leg control and a free leg target trajectory for swing leg control. At the same time, the controller 40 outputs a command value based on the stance target trajectory when the leg wearing the leg brace 12 is a standing leg, and the command value based on the free leg target trajectory when the leg wearing the leg brace is a free leg. Is output. When the controller 40 determines that the lower link is swinging in the second abnormality determination process, the controller 40 outputs the command value to the end of the target trajectory used when the abnormality is detected. The controller 40 outputs the command value to the end of the target trajectory, and then interrupts torque transmission and engages the one-way clutch. Those processes correspond to the above-described third abnormality determination process.

脚補助装置10は、異常を検知するセンサ54を備えている。コントローラ40は、下リンクの揺動角が目標軌道に追従するようにアクチュエータを制御する。コントローラはさらに、検知された異常の種類に応じて、下リンクの後方への揺動を禁止するジョイント固定処理と、下リンクを受動揺動自在状態にするジョイント解放処理のいずれかを実行する。   The leg assist device 10 includes a sensor 54 that detects an abnormality. The controller 40 controls the actuator so that the swing angle of the lower link follows the target trajectory. The controller further executes either a joint fixing process for prohibiting backward swinging of the lower link or a joint releasing process for making the lower link passively swingable in accordance with the detected abnormality type.

コントローラ40は、下リンクの揺動角度に基づいて、ユーザが着座しているか否かを判定する。コントローラ40は、着座していると判定した場合はジョイント解放処理を実行し、着座していないと判定した場合はジョイント固定処理を実行する。   The controller 40 determines whether or not the user is seated based on the swing angle of the lower link. When it is determined that the controller 40 is seated, the controller 40 performs joint release processing, and when it is determined that the controller 40 is not seated, the controller 40 performs joint fixing processing.

コントローラ40は、検知した異常がアクチュエータ制御系の異常であるか否かを判定する。そしてコントローラ40は、制御系の異常であると判定した場合には直ちにユーザが着座しているか否かを判定し、トルク伝達を遮断する。その後にコントローラ40は、判定結果に応じてジョイント解放処理とジョイント固定処理のいずれかを実行する。   The controller 40 determines whether or not the detected abnormality is an actuator control system abnormality. When it is determined that the control system is abnormal, the controller 40 immediately determines whether or not the user is seated and interrupts torque transmission. Thereafter, the controller 40 executes either a joint release process or a joint fixing process according to the determination result.

コントローラ40は、検知した異常がアクチュエータ制御系以外の異常であると判定した場合には、目標軌道上に予め定められている既定タイミングまでアクチュエータの制御を継続した後にユーザが着座しているか否かを判定する。次いでコントローラ40は、トルク伝達を遮断するとともに判定結果に応じてジョイント解放処理とジョイント固定処理のいずれかを実行する。   If the controller 40 determines that the detected abnormality is an abnormality other than the actuator control system, whether or not the user is seated after continuing control of the actuator to a predetermined timing on the target trajectory. Determine. Next, the controller 40 cuts off the torque transmission and executes either the joint release process or the joint fixing process according to the determination result.

コントローラ40は、ユーザの立ち上がり動作を補助するための立ち上がり補助目標軌道に基づいてアクチュエータを制御している間に異常を検知した場合は、立ち上がり補助目標軌道の最後までアクチュエータを制御した後、トルク伝達を遮断するとともにジョイント解放処理を実行する。   When the controller 40 detects an abnormality while controlling the actuator based on the rising assist target trajectory for assisting the user's rising motion, the controller 40 controls the actuator to the end of the rising assist target trajectory, and then transmits the torque. And joint release processing is executed.

コントローラ40は、ユーザの着座動作を補助するための着座補助目標軌道に基づいてアクチュエータを制御している間に異常を検知した場合は、着座補助目標軌道の最後までアクチュエータを制御した後、トルク伝達を遮断するとともにジョイント固定処理を実行する。   If the controller 40 detects an abnormality while controlling the actuator based on the seating assist target track for assisting the user's seating operation, the controller 40 controls the actuator to the end of the seating assist target track, and then transmits the torque. And joint fixing processing is executed.

コントローラ40は、ユーザの歩行動作を補助するための歩行補助目標軌道に基づいてアクチュエータを制御している間に異常を検知した場合は、右足(患脚であり、脚装具12を装着した脚の足)が着地するまで歩行補助目標軌道に従ったアクチュエータの制御を継続する。コントローラ40は、右足の接地を検知したらトルク伝達を遮断するとともにジョイント固定処理を実行する。ワンウエイクラッチを採用している場合は、異常を検知したタイミングでジョイント固定処理を実行し、膝関節が体重を支えることを補助する。患脚が遊脚の場合は、コントローラ40は、遊脚が着地するまで補助を継続した後に、トルク伝達を遮断する。   When the controller 40 detects an abnormality while controlling the actuator based on the walking assist target trajectory for assisting the user's walking motion, the controller 40 detects the right foot (the affected leg and the leg wearing the leg brace 12). Continue to control the actuator according to the walking assist target trajectory until the foot) lands. When the controller 40 detects the ground contact of the right foot, it cuts off the torque transmission and executes the joint fixing process. When a one-way clutch is adopted, joint fixing processing is executed at the timing when an abnormality is detected to assist the knee joint in supporting weight. When the affected leg is a swing leg, the controller 40 continues assisting until the swing leg lands, and then interrupts torque transmission.

脚補助装置10は、コンソール(ユーザが操作する非常停止スイッチと通常停止スイッチを含む)を備えている。コントローラ40は、非常停止スイッチが操作された場合には直ちにトルク伝達を遮断する。コントローラ40は、通常停止スイッチが操作された場合には、目標軌道上に予め定められた既定タイミングまでアクチュエータ制御を継続する。コントローラ40は、既定タイミングに到達したらトルク伝達を遮断する。   The leg assist device 10 includes a console (including an emergency stop switch operated by a user and a normal stop switch). The controller 40 immediately cuts off the torque transmission when the emergency stop switch is operated. When the normal stop switch is operated, the controller 40 continues the actuator control until a predetermined timing on the target trajectory. The controller 40 cuts off the torque transmission when the predetermined timing is reached.

実施例についての留意点、及び、さらなる好適な変形例を述べる。コントローラ40は、トルク伝達を遮断した後、下リンクの揺動角と、ユーザの右足が接地しているか否かの判定の少なくとも一方に応じて、下リンクの後方への揺動を禁止するジョイント固定処理と、下リンクを受動揺動自在状態にするジョイント解放処理のいずれかを実行することが好ましい。下リンクの揺動角によってユーザが着地しているか否かを判定することができる。さらに、右足が接地していない場合も、ユーザが着地していない可能性が高いと推定することができる。   Points to note about the embodiment and further preferred modifications will be described. After the torque transmission is interrupted, the controller 40 prohibits the lower link from swinging backward according to at least one of the swing angle of the lower link and the determination as to whether or not the user's right foot is in contact with the ground. It is preferable to execute either a fixing process or a joint releasing process for making the lower link passively swingable. Whether or not the user is landing can be determined based on the swing angle of the lower link. Furthermore, even when the right foot is not in contact with the ground, it can be estimated that there is a high possibility that the user has not landed.

実施例のセイフティモジュール46の動作は、総じて表現すると、以下のとおりである。セイフティモジュール46は、検知した異常の種類(及び、脚補助装置10の状態)に応じて、以下の4つの処理のいずれかを実行する。
(1)即時にリンク間の揺動角度を固定する即時ジョイント固定処理。
(2)即時にリンクを受動揺動自在状態にする即時ジョイント解放処理。
(3)目標軌道上に予め定められたタイミングまで目標軌道に追従させる制御を継続した後にリンク間の揺動角度を固定する動作後ジョイント固定処理。
(4)目標軌道上に予め定められたタイミングまで目標軌道に追従させる制御を継続した後にリンクを受動揺動自在状態にする動作後ジョイント解放処理。
The operation of the safety module 46 of the embodiment is generally expressed as follows. The safety module 46 executes one of the following four processes according to the detected abnormality type (and the state of the leg assist device 10).
(1) Immediate joint fixing process for immediately fixing the swing angle between links.
(2) Immediate joint release processing that immediately makes the link passively swingable.
(3) Post-operation joint fixing processing for fixing the swing angle between links after continuing control to follow the target track on the target track until a predetermined timing.
(4) Post-operation joint release processing for making the link passively swingable after continuing control to follow the target trajectory until a predetermined timing on the target trajectory.

実施例の脚補助装置10では、トルク伝達を遮断する手段はモータ32への電力供給を遮断する電力遮断スイッチ56であった。トルク伝達を遮断する手段はその他、モータ32の出力軸と下リンク16の間に配置されたクラッチによって実現されてもよい。クラッチを開放すればトルク伝達経路が遮断される。   In the leg assist device 10 of the embodiment, the means for interrupting torque transmission is the power cutoff switch 56 that shuts off the power supply to the motor 32. In addition, the means for interrupting the torque transmission may be realized by a clutch disposed between the output shaft of the motor 32 and the lower link 16. When the clutch is released, the torque transmission path is interrupted.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

10:脚補助装置
12:脚装具
14:上リンク
16:下リンク
18:足リンク
19:接地センサ
20a、20b、20c:ジョイント
21:エンコーダ(角度センサ)
30:腰リンク
32:モータ
40:コントローラ
42:目標軌道生成モジュール
44:指令値出力モジュール
46:セイフティモジュール
50:バッテリ
52:コンソール
54:センサ
56:電力遮断スイッチ
58:メインスイッチ
60:ワンウエイクラッチ
10: Leg assist device 12: Leg orthosis 14: Upper link 16: Lower link 18: Foot link 19: Ground sensors 20a, 20b, 20c: Joint 21: Encoder (angle sensor)
30: waist link 32: motor 40: controller 42: target trajectory generation module 44: command value output module 46: safety module 50: battery 52: console 54: sensor 56: power cut-off switch 58: main switch 60: one-way clutch

Claims (7)

ユーザの大腿に装着される上リンクと、ユーザの下腿に装着される下リンクと、上リンクと下リンクを揺動可能に連結する回転ジョイントと、上リンクに対して下リンクを揺動させるアクチュエータとを有する脚装具と、
アクチュエータに指令値を出力するコントローラと、
を備えており、
コントローラは、
検知された異常の種類に応じて、下リンクの後方への揺動を禁止するジョイント固定処理と、下リンクを前方と後方のいずれの方向にも受動揺動自在状態にするジョイント解放処理のいずれかを実行することを特徴とする脚補助装置。
An upper link to be mounted on the user's thigh, a lower link to be mounted on the user's lower leg, a rotary joint that connects the upper link and the lower link in a swingable manner, and an actuator that swings the lower link with respect to the upper link A leg brace having
A controller that outputs command values to the actuator;
With
The controller
Depending on the type of abnormality detected, either the joint fixing process that prohibits the lower link from swinging backward or the joint release process that makes the lower link passively swingable in either the forward or backward direction. A leg assisting device characterized by performing the above.
コントローラは、
下リンクの揺動角度に基づいて、ユーザが着座しているか否かを判定し、
着座していると判定した場合はジョイント解放処理を実行し、着座していないと判定した場合はジョイント固定処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の脚補助装置。
The controller
Determine whether the user is seated based on the swing angle of the lower link,
2. The leg assist device according to claim 1, wherein joint release processing is executed when it is determined that the user is seated, and joint fixing processing is executed when it is determined that the user is not seated.
コントローラは、
検知した異常がアクチュエータ制御系の異常であるか否かを判定し、
制御系の異常であると判定した場合には直ちにユーザが着座しているか否かを判定し、トルク伝達を遮断するとともに判定結果に応じてジョイント解放処理とジョイント固定処理のいずれかを実行することを特徴とする請求項2に記載の脚補助装置。
The controller
Determine whether the detected abnormality is an actuator control system abnormality,
If it is determined that the control system is abnormal, it is immediately determined whether the user is seated, the torque transmission is cut off, and either the joint release process or the joint fixing process is executed according to the determination result The leg auxiliary device according to claim 2 characterized by things.
コントローラは、
検知した異常がアクチュエータ制御系以外の異常であると判定した場合に、目標軌道上に予め定められている既定タイミングまでアクチュエータの制御を継続した後にユーザが着座しているか否かを判定し、トルク伝達を遮断するとともに判定結果に応じてジョイント解放処理とジョイント固定処理のいずれかを実行することを特徴とする請求項3に記載の脚補助装置。
The controller
When it is determined that the detected abnormality is other than the actuator control system, it is determined whether the user is seated after continuing control of the actuator to a predetermined timing on the target trajectory, and torque 4. The leg assist device according to claim 3, wherein the transmission is interrupted and either the joint release process or the joint fixing process is executed according to the determination result.
コントローラは、ユーザの立ち上がり動作を補助するための立ち上がり補助目標軌道に基づいてアクチュエータを制御している間に異常を検知した場合は直ちにトルク伝達を遮断するとともにジョイント解放制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の脚補助装置。   If the controller detects an abnormality while controlling the actuator based on the rising assist target trajectory for assisting the user's rising motion, the controller immediately cuts off torque transmission and executes joint release control. The leg auxiliary device according to claim 1. コントローラは、ユーザの着座動作を補助するための着座補助目標軌道に基づいてアクチュエータを制御している間に異常を検知した場合は直ちにトルク伝達を遮断するとともにジョイント固定処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の脚補助装置。   When the controller detects an abnormality while controlling the actuator based on the seating assist target trajectory for assisting the user's seating operation, the controller immediately cuts off the torque transmission and executes the joint fixing process. The leg auxiliary device according to claim 1. コントローラは、ユーザの歩行動作を補助するための歩行補助目標軌道に基づいてアクチュエータを制御している間に異常を検知した場合は、脚装具を装着している脚が着地するまで歩行補助目標軌道に従ったアクチュエータの制御を継続し、脚装具を装着している脚が着地したらトルク伝達を遮断するとともにジョイント固定処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の脚補助装置。   If the controller detects an abnormality while controlling the actuator based on the walking assist target trajectory for assisting the user's walking motion, the walking assist target trajectory until the leg wearing the leg brace lands. 2. The leg assisting device according to claim 1, wherein the control of the actuator according to claim 1 is continued, and when the leg wearing the leg brace lands, torque transmission is interrupted and joint fixing processing is executed.
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