JP4666645B2 - 歩行補助装置の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、利用者（人）の歩行を補助する歩行補助装置に関する。
従来、この種の歩行補助装置としては、例えば特許文献１の図４に見られるものが知られている。この特許文献１の図４に見られるものは、利用者の胴体に背負わせたフレームから左右一対の脚リンクを延設して、その各脚リンクの下端部の足部材を利用者の足平に装着する。そして、フレームから利用者の股下に延設させたサドル状の支持部にユーザの体重の一部を支持しようとしている。各脚リンクは、フレーム寄りの第１関節（股関節に相当）と、中間部の第２関節（膝関節に相当）と、下端部の第３関節（足首関節に相当）とを備えている。
特開平７−１１２０３５号公報
前記特許文献１の図４に見られる如き構造の歩行補助装置では、各脚リンクの第１関節が、利用者の背面側に設けられている。このため、例えば各脚リンクの第２関節だけをアクチュエータにより駆動して、利用者の体重の一部を支えようとしても、利用者の背面側のフレームに作用する上向きの力と、利用者から支持部に作用する下向きの力とによって偶力が発生する。そして、この偶力により支持部が前下がり姿勢になってしまう。このため、利用者の支持部に対する接触箇所のずれを生じやすく、利用者の体重の一部を支持しつつ利用者に所望の持ち上げ力を安定に作用させることは実際にはできないと考えられる。なお、第１関節を駆動することで、上記偶力を打ち消すことは可能である。しかるに、その場合には、各脚リンクの第１関節および第２関節のアクチュエータの複雑な協調制御を必要とする。また、前記特許文献１のもので、支持部から利用者に持ち上げ力を作用させるとき、その持ち上げ力は、左右の脚リンクで分担することとなる。しかるに、特許文献１のものは、その持ち上げ力を各脚リンクに適切に分担させる技術を持たない。このため、利用者の各脚の動きに整合しない力が利用者の各脚に作用する恐れがあった。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、利用者がその脚で負担すべき重量を軽減するための所望の持ち上げ力を該利用者に安定に作用させることができる歩行補助装置を提供することを目的とする。さらに、その持ち上げ力を利用者の各脚に対応する脚リンクで適切に分担することができる歩行補助装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明の歩行補助装置の第１発明は、利用者の重量の一部を上方から受けるように利用者の両脚の付け根の間に配置される受け部と、該受け部にそれぞれ第１関節を介して連結された左右一対の大腿フレームと、各大腿フレームにそれぞれ第２関節を介して連結された左右一対の下腿フレームと、各下腿フレームにそれぞれ第３関節を介して連結されると共に前記利用者の左右の各脚の足平にそれぞれ装着され、前記利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、左側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された左側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する左用アクチュエータと、右側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された右側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する右用アクチュエータとを備え、各脚リンクの第２関節を前記アクチュエータにより駆動することにより前記受け部から利用者に上向きの持ち上げ力を作用させるようにした歩行補助装置であって、
前記利用者の各脚が立脚となるときに該脚に対応する脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線が、該脚リンクを利用者の矢状面で見たときに、該第３関節から、前記受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で該受け部の上方の位置に存する所定の点を通るように前記受け部に各脚リンクを連結するために、前記受け部に各脚リンクを連結する第１関節は、該脚リンクが前記所定の点を揺動中心点として少なくとも前後方向に揺動自在となるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節とされ、
前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第１力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、
前記受け部から前記利用者に作用させる上向きの持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力を設定する目標持ち上げ力設定手段と、
前記各脚リンクの下腿フレームの下端部との第３関節との間、または、各脚リンクの第３関節と足平装着部との間に介装された第２力センサと、
前記第２力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、
前記目標持ち上げ力と前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力との総和、または、前記目標持ち上げ力と該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力との総和を総目標持ち上げ力として決定する総目標持ち上げ力決定手段と、
該総目標持ち上げ力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、前記総目標持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分とを決定する分配手段と、
前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、第２発明は、利用者の重量の一部を上方から受けるように利用者の両脚の付け根の間に配置される受け部と、該受け部にそれぞれ第１関節を介して連結された左右一対の大腿フレームと、各大腿フレームにそれぞれ第２関節を介して連結された左右一対の下腿フレームと、各下腿フレームにそれぞれ第３関節を介して連結されると共に前記利用者の左右の各脚の足平にそれぞれ装着され、前記利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、左側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された左側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する左用アクチュエータと、右側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された右側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する右用アクチュエータとを備え、各脚リンクの第２関節を前記アクチュエータにより駆動することにより前記受け部から利用者に上向きの持ち上げ力を作用させるようにした歩行補助装置であって、
利用者の重量の一部を上方から受けるように利用者の両脚の付け根の間に配置される受け部と、該受け部にそれぞれ第１関節を介して連結された左右一対の大腿フレームと、各大腿フレームにそれぞれ第２関節を介して連結された左右一対の下腿フレームと、各下腿フレームにそれぞれ第３関節を介して連結されると共に前記利用者の左右の各脚の足平にそれぞれ装着され、前記利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、左側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された左側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する左用アクチュエータと、右側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された右側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する右用アクチュエータとを備え、各脚リンクの第２関節を前記アクチュエータにより駆動することにより前記受け部から利用者に上向きの持ち上げ力を作用させるようにした歩行補助装置であって、
前記利用者の各脚が立脚となるときに該脚に対応する脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線が、該脚リンクを利用者の矢状面で見たときに、該第３関節から、前記受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で該受け部の上方の位置に存する所定の点を通るように前記受け部に各脚リンクを連結するために、前記受け部に各脚リンクを連結する第１関節は、該脚リンクが前記所定の点を揺動中心点として少なくとも前後方向に揺動自在となるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節とされ、
前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第１力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、
前記各脚リンクの下腿フレームの下端部と第３関節との間、または、各脚リンクの第３関節と足平装着部との間に介装された第２力センサと、
該第２力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、
前記利用者の各脚の踏力の総和である全踏力のうちの歩行補助装置により補助すべき力の、該全踏力に対する割合の目標値である目標アシスト割合を設定する目標アシスト割合設定手段と、
該目標アシスト割合を前記利用者の各脚の踏力に乗じることにより、前記受け部から前記利用者に作用させるべき上向きの持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分とを決定する目標持ち上げ負担分決定手段と、
前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力、または、該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、該支持力のうちの左側脚リンクの負担分と右側脚リンクの負担分とをそれぞれ各脚リンクの目標装置支持力負担分として決定する分配手段と、
前記左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を左側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定すると共に、前記右側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を右側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する制御対象力目標値決定手段と、
前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えたことを特徴とする。
なお、前記各脚リンクの第１関節は、該脚リンクが前後方向と左右方向とに揺動自在になるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節であると共に、少なくとも該脚リンクの前後方向の揺動中心点が、前記所定の点として前記受け部の上方に存するように構成されていてもよい（第３発明）。
かかる第１〜第３発明の作用効果を概略的に説明すると、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに伝達される支持力（ベクトル）は、該第３関節から、前記受け部と利用者との接触箇所の前後の方向の幅内で該受け部の上方に存する前記所定の点に向かって発生する。このため、利用者から前記受け部に付与される荷重（利用者の重量の一部に相当する重力）の作用線（利用者と受け部との接触面に分布する荷重の重心点を通る上下方向の線）と各脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線とのずれを十分に小さくできる。つまり、利用者から前記受け部に付与される荷重と各脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力とによって受け部に発生する偶力を十分に小さくできる。この結果、利用者に対する受け部の位置あるいは姿勢を安定させることが可能となる。そして、本発明では、上記の如く、各脚リンクの第３関節から前記所定の点に向かう支持力を制御対象力とする。そして、該制御対象力が各脚リンク毎の所定の目標値になるように前記各アクチュエータを駆動することにより前記持ち上げ力を利用者に作用させる。これにより、利用者に所要の持ち上げ力を安定に作用させることが可能となる。
なお、本発明において、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力（ベクトル）は、利用者の重量の一部（受け部から利用者に作用させる持ち上げ力によって支えられる重量）と、歩行補助装置の全体重量から左右の各脚リンクの第３関節の下側の部分（足平装着部など）の重量を差し引いた重量（この重量は、一般には、歩行補助装置の全体重量にほぼ等しい）との総和を床に支えるためのトータルの支持力のうちの、各脚リンクの負担分に相当するものである。
前記第１〜第３発明をより詳しく説明すると、前記第１発明又は第２発明では、前記各脚リンクの第１関節は、前記した如く、該脚リンクが前記所定の点を揺動中心点として少なくとも前後方向に揺動自在となるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節とされる。
また、第３発明では、前記各脚リンクの第１関節は、前記した如く、該脚リンクが前後方向と左右方向とに揺動自在になるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節であると共に、少なくとも該脚リンクの前後方向の揺動中心点が、前記所定の点として前記受け部の上方に存するように構成されている。
これによれば、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力は、該脚リンクの第３関節から該脚リンクの大腿リンクの前後方向の揺動中心点（すなわち前記所定の点）に向かうベクトルとなる。そして、該脚リンクの前後方向の揺動中心点（以下、本欄では前後揺動中心点という）は、矢状面で見た時、受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で受け部の上方の位置に存することとなる。このため、例えば利用者から受け部への荷重の作用線が利用者の上体の前傾等により上記前後揺動中心点の前方にずれて前記受け部が前下がり姿勢になると、利用者から受け部への力の作用点が上記前後揺動中心点の下側で後方に変位する。ひいては、利用者から受け部への荷重の作用線が上記前後揺動中心点を通る状態に受け部の位置及び姿勢が自動的に収束しようとする。そして、利用者から受け部に付与される荷重の作用線が上記前後揺動中心点を通る状態では、この荷重と、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに伝達される支持力とが偶力を発生することが無いので、利用者に対する受け部の位置が安定する。このようにして、第２発明、あるいは第３発明によれば、利用者に対する受け部の位置ずれを防止することができる。ひいては、受け部から利用者への持ち上げ力を安定させることができる。なお、第３発明では、脚リンクの左右方向の揺動中心点は、受け部の上方および下方のいずれにあってもよい。
補足すると、第１又は第２発明では、第１関節は、例えば次のように構成される。すなわち、左右一対の円弧状または楕円弧状（楕円の周の一部の弧状）のガイドレールを、その円弧中心が前記受け部の上側に存するように該受け部に連結する。そして、このガイドレールに沿って揺動するように該ガイドレールに各脚リンクの大腿フレームを支持させることで、該第１関節を構成できる。また、第３発明では、例えば、上記各ガイドレールを、受け部に前後方向の軸ピンを介して連結し、この軸ピンの軸心まわりの該ガイドレールが揺動自在となるようにしておく。これにより、第３発明における第１関節を構成できる。
また、前記第１〜第３発明では、前記左用アクチュエータおよび右用アクチュエータは、それぞれ前記第２関節よりも前記受け部寄りの箇所で前記大腿フレームに連結して設けられ、各アクチュエータの駆動力を前記第２関節に伝達する左右一対の動力伝達手段を備えることが好ましい（第４発明）。
この第４発明によれば、重量が比較的大きなものとなる各アクチュエータが受け部寄りの箇所に設けられているので、歩行補助装置を装備した利用者の歩行運動時に、遊脚側のアクチュエータの運動に伴う慣性力を小さくすることができる。そのため、利用者の負担を軽減できる。なお、前記動力伝達手段としては、ワイヤやロッド、あるいは、流体が内部を通るチューブもしくはシャフトなどが挙げられる。
次に本発明における前記制御対象力の制御に関してより詳しく説明すると、前記第１発明では、前記した如く、前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第１力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、前記受け部から前記利用者に作用させる上向きの持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力を設定する目標持ち上げ力設定手段と、前記各脚リンクの下腿フレームの下端部との第３関節との間、または、各脚リンクの第３関節と足平装着部との間に介装された第２力センサと、前記第２力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、前記目標持ち上げ力と前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力との総和、または、前記目標持ち上げ力と該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力との総和を総目標持ち上げ力として決定する総目標持ち上げ力決定手段と、該総目標持ち上げ力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、前記総目標持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分とを決定する分配手段と、前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備える。
この第１発明によれば、前記目標持ち上げ力設定手段で設定された目標持ち上げ力と前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量（以下、本欄では、この重量を重量Ｘという）を床に支えるための支持力との総和、または、前記目標持ち上げ力と該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力との総和が総目標持ち上げ力として決定される。この総目標持ち上げ力は、利用者から受け部に付与される荷重（持ち上げ力に釣り合う力）と、歩行補助装置の重量Ｘまたは全体重量に相当する重力との総和を両脚リンクもしくは一方の脚リンクで床に支えるために必用な支持力を意味する。なお、歩行補助装置の重量Ｘと全体重量とは、一般には、ほぼ等しい。
さらに、第１発明では、この総目標持ち上げ力が、前記踏力計測手段で計測された利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比率に応じて分配される。それにより、総持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの目標負担分と右側脚リンクの目標負担分とが決定される。この場合、前記踏力計測手段で計測された利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比率は、利用者が自身の体重を各脚でどのように床に支えようとしているかの意思を反映している。例えば右脚の踏力に対して左脚の踏力が大きければ、利用者は、主に右脚で自身の重さを支えようとしている。従って、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比率に応じて総目標持ち上げ力を歩行補助装置の各脚リンクに分配して各脚リンクの目標負担分を決定することにより、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように目標持ち上げ力を各脚リンクに分配できる。すなわち、利用者が望んでいる各脚の動作を反映している右脚の踏力と左側の踏力との比率に合わせて、右側脚リンクの目標負担分と左側脚リンクの目標負担分との比率を決定できる。なお、より具体的には、例えば右側脚リンクの目標持ち上げ負担分は、前記目標持ち上げ力に対する右側脚リンクの目標持ち上げ負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との総和に対する右側の踏力の割合と同じなるように決定すればよい。また、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分は、前記目標持ち上げ力に対する左側脚リンクの目標持ち上げ負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との総和に対する左側の踏力の割合と同じなるように決定すればよい。補足すると、左側脚リンクの目標負担分は、該左側脚リンクの前記制御対象力の目標値としての意味を持ち、右側脚リンクの目標負担分は、該右側脚リンクの前記制御対象力の目標値としての意味を持つ。
そして、第１発明では、前記制御対象力計測手段により計測された左側脚リンクの制御対象力（左側脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する支持力）と前記分配手段により決定された左側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御する。同様に、前記制御対象力計測手段により計測された右側脚リンクの制御対象力（右側脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する支持力）と前記分配手段により決定された右側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御する。
このように各アクチュエータを制御することで、各脚リンクの実際の負担分を目標負担分に確実に制御できる。また、このとき、受け部から利用者に作用する実際の持ち上げ力を前記目標持ち上げ力に制御できることとなる。
これにより、第１発明では、歩行補助装置の重量を考慮しつつ、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように左右の脚リンクで総目標持ち上げ力を分担させながら、設定された目標持ち上げ力を適切に受け部から利用者に作用させることができる。その結果、利用者の各脚の負担をより効果的に軽減できる。
また、前記第２発明では、前記した如く、前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第１力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、前記各脚リンクの下腿フレームの下端部と第３関節との間、または、各脚リンクの第３関節と足平装着部との間に介装された第２力センサと、該第２力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、前記利用者の各脚の踏力の総和である全踏力のうちの歩行補助装置により補助すべき力の、該全踏力に対する
割合の目標値である目標アシスト割合を設定する目標アシスト割合設定手段と、該目標アシスト割合を前記利用者の各脚の踏力に乗じることにより、前記受け部から前記利用者に作用させるべき上向きの持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分とを決定する目標持ち上げ負担分決定手段と、前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力、または、該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、該支持力のうちの左側脚リンクの負担分と右側脚リンクの負担分とをそれぞれ各脚リンクの目標装置支持力負担分として決定する分配手段と、前記左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を左側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定すると共に、前記右側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を右側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する制御対象力目標値決定手段と、前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備える。
この第２発明では、前記目標アシスト割合設定手段により設定された目標アシスト割合を前記踏力計測手段により計測された前記利用者の各脚の踏力に乗じることにより、前記受け部から前記利用者に作用させるべき上向きの持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの目標持ち上げ負担分とが決定される。すなわち、前記計測した利用者の左脚の踏力に目標アシスト割合を乗じることにより、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分が決定され、前記計測した利用者の右脚の踏力に目標アシスト割合を乗じることにより、右側脚リンクの目標持ち上げ負担分が決定される。なお、左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの目標持ち上げ負担分との総和は、受け部から利用者に作用するトータルの持ち上げ力の目標値に相当する。これは、利用者の全踏力に前記目標アシスト割合を乗じた力にほぼ釣り合うものとなる。
この場合、前記踏力計測手段で計測された利用者の右脚の踏力と左脚の踏力とは、前記第１発明に関して説明した如く、利用者が自身の全体重を各脚でどのように床に支えようとしているかの意思を反映している。従って、上記の如く各脚リンクの目標持ち上げ負担分を決定することにより、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように、受け部から利用者へのトータルの持ち上げ力の目標値（各脚リンクの目標持ち上げ負担分の総和）を各脚リンクに分配できる。
さらに第２発明では、前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量（すなわち前記重量Ｘ）を床に支えるための支持力、または、該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力を、前記踏力計測手段により計測された前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配する。これにより、該支持力の目標値のうちの左側脚リンクの負担分と右側脚リンクの負担分とをそれぞれ各脚リンクの目標装置支持力負担分として決定する。すなわち、利用者が望んでいる各脚の動作を反映している右脚の踏力と左側の踏力との比率に合わせて、前記歩行補助装置の重量Ｘまたは全体重量を床に支えるための支持力（これは歩行補助装置の重量Ｘまたは全体重量に相当する重力に釣り合う力を意味する。以下、本欄では装置支持力という）が各脚リンクに分配されて各脚リンクの目標装置支持力負担分が決定される。なお、より具体的には、例えば右側脚リンクの目標装置支持力負担分は、前記装置支持力の目標値に対する右側脚リンクの目標装置支持力負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力の総和に対する右側の踏力の割合と同じなるように決定すればよい。同様に、左側脚リンクの目標装置支持力負担分は、前記装置支持力の目標値に対する左側脚リンクの目標装置支持力負担分の割合が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との総和に対する左脚の踏力の割合と同じになるように決定すればよい。
そして、第２発明では、前記目標持ち上げ負担分決定手段により決定された左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と前記分配手段により決定された左側脚リンクの目標装置支持力負担分との総和を左側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する。同様に、前記目標持ち上げ負担分決定手段により決定された右側脚リンクの目標持ち上げ負担分と前記分配手段により決定された右側脚リンクの目標装置支持力負担分との総和を右側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する。補足すると、この第２発明における左側脚リンクの制御対象力の目標値と右側脚リンクの制御対象力の目標値とは、それぞれ前記第１発明における左側脚リンクの目標負担分、右側脚リンクの目標負担分に相当するものである。
これにより、利用者が望んでいる各脚の動作を反映している右脚の踏力と左側の踏力との比率に合うようにして、各脚リンクの制御対象力の目標値が決定されることとなる。この場合、各脚リンクの制御対象力の目標値は、該脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との和である。従って、該制御対象力の目標値の両脚リンクについての総和は、受け部から利用者に作用させるべき持ち上げ力と歩行補助装置の前記重量Ｘまたは全体重量を床に支えるための支持力との総和に相当する。
さらに、第２発明では、前記制御対象力計測手段により計測された左側脚リンクの制御対象力と前記制御対象力目標値決定手段により決定された左側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御する。同様に、前記制御対象力計測手段により計測された右側脚リンクの制御対象力と前記制御対象力目標値決定手段により決定された右側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御する。
これにより、各脚リンクの実際の制御対象力（これは利用者から受け部に実際に付与される荷重（受け部から利用者に実際に作用する上向きの持ち上げ力に釣り合う力）と、歩行補助装置の前記重量Ｘまたは全体重量とを支えるための総支持力に対する各脚リンクの実際の負担分に相当する）を、目標値に確実に制御できる。また、このとき、受け部から利用者に作用する実際の持ち上げ力を、利用者の全踏力に前記目標アシスト割合を乗じた力に相当する持ち上げ力に制御できることとなる。
これにより、第２発明では、歩行補助装置の重量を考慮しつつ、利用者が望んでいる各脚の動作状態に適合するように左右の脚リンクで、利用者の全体重に目標アシスト比を乗じた重量を支える持ち上げ力を分担させながら、その持ち上げ力を適切に受け部から利用者に作用させることができる。その結果、利用者の各脚の負担をより効果的に軽減できる。
従って、第２発明によれば、利用者の各脚への装着部位を少なくしつつ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力を軽減すると共に、その軽減のための補助力（持ち上げ力）を利用者の各脚に対応する脚リンクで適切に分担することができる。
補足すると、以上説明した第１〜第４発明では、前記受け部は、例えば利用者が該着座部を跨いで着座する（利用者の両脚の付け根の間に着座部を位置させて該着座部に着座する）ようなもの（例えばサドル状のもの）でよい。この場合、各脚リンクの第１関節は、受け部の下側に設けることが好ましい。また、各脚リンクの第１関節は、例えば各脚リンクの前後方向の揺動運動とを可能とするだけでなく、各脚リンクの内転・外転を可能とする２軸回りの回転自由度を持つ関節であることが好ましい。さらに、該第１関節は、上下方向の軸回りの各脚リンクの回転運動（各脚リンクの内旋・外旋運動）が可能となるようにして、３軸回りの回転自由度を持つ関節であってもよい。また、各脚リンクの第２関節は、例えば左右方向の１軸まわりの回転自由度を持つ関節でもよいが、直動型の関節でもよい。また、各脚リンクの第３関節は、３軸まわりの回転自由度を持つ関節であることが好ましいが、ピッチ方向を含む２軸回りの回転自由度を持つ関節であってもよい。また、前記各脚リンクの足平装着部は、例えば該足平装着部を装着する前記利用者の足平をそのつま先側から挿入する環状部材を備えると共に該環状部材を介して該脚リンクの第３関節に連結されていることが好ましい。
また、各足平装着部の第１力センサは、例えば、前記利用者の各脚が立脚となるときに、その立脚の足平の底面と床との間に介在するように該足平装着部に設けられる。あるいは、例えば、各脚リンクの足平装着部が、前記環状部材を備える場合には、該環状部材の内側に、前記利用者の足平を支承する足平支承部材を該環状部材と非接触状態で配置する。そして、該足平支承部材を、該環状部材に第１力センサを介して吊設するようにする。
本発明の第１実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。なお、この第１実施形態は、本願発明のうちの前記第１〜第５発明の実施形態である。
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態の歩行補助装置の構造を説明する。図１は該歩行補助装置１の側面図、図２は図１のＩＩ線矢視図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、これらの図１〜図３の歩行補助装置１は、それを利用者Ａ（仮想線で示す）に装備して動作させた状態で示している。この場合、図示の利用者Ａはほぼ直立姿勢で起立している。但し、図２では、歩行補助装置１の構造を判り易くするために、利用者Ａは、その両脚を左右に開いた姿勢を採っている。
図１および図２を参照して、歩行補助装置１は、利用者Ａの体重の一部を支持する（利用者が自身の脚（立脚）で支持する重量を自身の体重よりも軽減する）体重免荷アシスト装置である。この歩行補助装置１は、利用者Ａが着座する着座部２と、この着座部２に連結された左右一対の脚リンク３Ｌ，３Ｒとを備えている。脚リンク３Ｌ，３Ｒは互いに同一構造である。なお、図１では、脚リンク３Ｌ，３Ｒは、同じ姿勢で利用者Ａの左右方向（図１の紙面に垂直な方向）に並んでいる。この状態では、図面上、重なっている（左側の脚リンク３Ｌが図の手前側に位置している）。
ここで、本明細書の実施形態の説明では、符号「Ｒ」は、利用者Ａの右脚もしくは歩行補助装置１の右側の脚リンク３Ｒに関連するものという意味で使用し、符号「Ｌ」は、利用者Ａの左脚もしくは歩行補助装置１の左側の脚リンク３Ｌに関連するものという意味で使用する。但し、左右を特に区別する必要が無いときは、符号Ｒ，Ｌをしばしば省略する。
着座部２は、サドル状のものであり、利用者Ａは着座部２を跨ぐようにして（着座部２を利用者Ａの両脚の付け根の間に配置するようにして）該着座部２の上面（座面）に着座可能とされている。この着座により、着座部２には、その上方から利用者Ａの体重の一部が付与されるようになっている。なお、着座部２は、本発明における受け部に相当するものである。
また、着座部２の前端部２ｆと後端部２ｒとは、図１に示す如く、上方側に突出されており、これにより、利用者Ａの着座部２に対する着座位置（前後方向の位置）が着座部２の前端部２ｆと後端部２ｒとの間に規制されるようになっている。なお、着座部２の前端部２ｆは、図２に示す如く二股状に形成されている。
各脚リンク３は、それぞれ着座部２の下面部に第１関節１０を介して連結された大腿フレーム１１と、この大腿フレーム１１に第２関節１２を介して連結された下腿フレーム１３と、この下腿フレーム１３に第３関節１４を介して連結された足平装着部１５とを備えている。
各脚リンク３の第１関節１０は、利用者Ａの股関節に相当する関節であり、該脚リンク３の左右方向の軸回りの揺動運動（脚リンク３の前後方向の振り出し運動）と、前後方向の軸回りの揺動運動（内転・外転運動）とを可能とする関節である。この第１関節１０は、着座部２の下側に配置されており、着座部２の下面部の前側寄りの箇所と後端箇所とで図１の一点鎖線で示す前後方向の軸心Ｃ上に同軸に配置された一対の軸ピン２０ｆ，２０ｒと、この軸ピン２０ｆ，２０ｒにそれぞれ回転自在に軸支されたブラケット２１ｆ，２１ｒと、これらのブラケット２１ｆ，２１ｒの下端部に固定された円弧状のガイドレール２２と、このガイドレール２２に沿って移動自在に該ガイドレール２２に支承されたプレート２３とを備えている。そして、このプレート２３から斜め前方および下方に向かって前記大腿フレーム１１が延設されている。該大腿フレーム１１は大略ロッド状の部材であり、プレート２３と一体に構成されている。
各軸ピン２０ｆ，２０ｒは、それぞれの両端部（前後端部）が着座部２の下面部に固定された軸受け２４ｆ，２４ｒを介して該着座部２に固定されている。そして、ブラケット２１ｆは、その上端部が軸ピン２０ｆの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン２０ｆに軸支され、該軸ピン２０ｆの軸心Ｃまわりに回転自在とされている。同様に、ブラケット２１ｒは、その上端部が軸ピン２０ｒの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン２０ｒに軸支され、該軸ピン２０ｒの軸心Ｃまわりに回転自在とされている。従って、各第１関節１０のガイドレール２２は、ブラケット２１ｆ，２１ｒと共に、軸ピン２０ｆ，２０ｒの軸心Ｃを回転軸心として、揺動するようになっている。なお、本実施形態では、脚リンク３Ｒ，３Ｌのそれぞれの第１関節１０Ｒ，１０Ｌは、回転軸心Ｃを共通としており、軸ピン２０ｆ，２０ｒを脚リンク３Ｒの第１関節１０Ｒと脚リンク３Ｌの第１関節１０Ｌとで共用している。すなわち、右側の第１関節１０Ｒのブラケット２１ｆＲおよび左側の第１関節１０Ｌのブラケット２１ｆＲは、いずれも共通の軸ピン２０ｆに軸支され、右側の第１関節１０Ｒのブラケット２１ｒＲおよび左側の第１関節１０Ｌのブラケット２１ｒＬは、いずれも共通の軸ピン２０ｒに軸支されている。
各脚リンク３の第１関節１０のプレート２３は、ガイドレール２２の円弧を含む面に平行な姿勢で該ガイドレール２２に近接して配置されている。このプレート２３には、図１に示すように複数（例えば４個）の回転自在なローラ２５を有するキャリア２６が固定されている。そして、このキャリア２６のローラ２５がガイドレール２２の上面（内周面）および下面（外周面）に同数づつ転動自在に係合されている。これにより、プレート２３は、ガイドレール２２に沿って移動自在とされている。この場合、ガイドレール２２と着座部２との位置関係およびガイドレール２２の円弧の半径は、ガイドレール２２の円弧の中心点Ｐが、図１に示すように歩行補助装置１を矢状面で見たとき、着座部２と利用者Ａとの接触面の前後方向の幅内で着座部２の上側に存在するように設定されている。該中心点Ｐは、本発明における所定の点に相当するものである。
以上説明した第１関節１０の構成により、プレート２３と一体の大腿フレーム１１は、利用者Ａの前後方向の回転軸心Ｃのまわりに揺動自在とされている。この揺動運動により、各脚リンク３の内転・外転運動が可能とされる。また、プレート２３と一体の大腿フレーム１１は、前記中心点（所定の点）Ｐを通る左右方向の軸まわりに（より正確にはガイドレール２２の円弧を含む面に垂直で中心点Ｐを通る軸まわりに）揺動自在とされている。この揺動運動により、各脚リンク３の前後の振り出し運動が可能とされる。なお、本実施形態では、第１関節１０は、前後方向および左右方向の２軸まわりの回転運動を可能とする関節である。ただし、さらに、上下方向の軸まわりの回転運動（各脚リンク３の内旋・外旋運動）が可能なように（すなわち、３軸まわりの回転運動が可能なように）第１関節を構成してもよい。あるいは、第１関節は、左右方向の１軸まわりの回転運動だけを可能とする関節（各脚リンク３の前後の揺動運動だけを可能とする関節）であってもよい。
また、各脚リンク３の第１関節１０のプレート２３は、図１に示す如く、歩行補助装置１を矢状面で見たとき、前記キャリア２６の箇所から着座部２の後方側に向かって延在している。そして、このプレート２３の後端部には、電動モータ２７と、この電動モータ２７のロータの回転角（所定の基準位置からの回転角）を検出する回転角検出手段としてのロータリエンコーダ２８とが同軸に取り付けられている。本実施形態では、各脚リンク３の第１〜第３関節１０，１２，１４のうちの第２関節１２を駆動するようにしており、上記電動モータ２７は、第２関節１２を駆動するアクチュエータである。また、ロータリエンコーダ２８は、第２関節１２の変位量（回転角）を検出する変位量センサとしての機能を持つ。該ロータリーエンコーダが検出する回転角は、第２関節１２の回転角（屈曲角度）を計測するために利用される。なお、左側脚リンク３Ｌの電動モータ２７Ｌと、右側脚リンク３Ｒの電動モータ２８Ｒとは、それぞれ本発明における左用アクチュエータ、右用アクチュエータに相当する。各アクチュエータは、油圧もしくは空圧アクチュエータを使用してもよい。また、各アクチュエータは、例えば着座部２の後部に適宜のブラケットを介して固定してもよい。あるいは、各アクチュエータを各脚リンク３の第２関節１２に取り付けて、該第２関節１２を直接的に駆動するようにしてもよい。また、第２関節１２の変位量を検出する変位量センサは、各脚リンク３の第２関節１２に直接的に取り付けてあってもよい。さらには、変位量センサは、ロータリエンコーダに代えて、ポテンショメータ等により構成してもよい。
各脚リンク３の第２関節１２は、利用者Ａの膝関節に相当する関節であり、該脚リンク３の伸展・屈曲運動を可能とする関節である。この第２関節１２は、大腿フレーム１１の下端部と下腿フレーム１３の上端部とを左右方向の軸心（より正確には、前記ガイドレール２２の円弧を含む面に垂直な方向の軸心）を有する軸ピン２９を介して連結し、その軸ピン２９の軸心まわりに下腿フレーム１３を大腿フレーム１１に対して相対回転自在としている。なお、第２関節１２には、大腿フレーム１１に対する下腿フレーム１３の回転可能範囲を規制する図示しないストッパが設けられている。
各脚リンク３の下腿フレーム１３は、該脚リンク３の第２関節１２から斜め下方に延在する大略ロッド状のものである。この下腿フレーム１３は、より詳しくは、第３関節１４寄りの部分を構成する下部下腿フレーム１３ｂと、この下部下腿フレーム１３ｂよりも上側の部分を構成するロッド状の上部下腿フレーム１３ａとを、これらの間に力センサ３０（これは本発明における第２力センサに相当する）を介在させて連結することで構成されている。下部下腿フレーム１３ｂは、上部下腿フレーム１３ａに比して十分に短いものとされている。これにより、力センサ３０は、第３関節１４の近傍に配置されている。該力センサ３０は、キスラーセンサ（登録商標）といわれる力センサであり、３軸の並進力（力センサ３０の表面に垂直な軸方向の並進力と該表面に平行で且つ互いに直交する２つの軸方向の並進力）を検出する３軸力センサである。但し、本実施形態では、後述するように、検出される３軸の並進力のうちの２軸の並進力の検出値だけを利用する。従って、力センサ３０を２軸の並進力を検出する２軸力センサで構成してもよい。
また、下腿フレーム１３の上部下腿フレーム１３ａの上端部には、前記第２関節１２の軸ピン２９のまわりに該下腿フレーム１３と一体に回転自在なプーリ３１が固定されている。このプーリ３１の外周部には、前記電動モータ２７の回転駆動力を該プーリ３１に伝達する駆動力伝達手段としての一対のワイヤ３２ａ，３２ｂの端部が固定されている。これらのワイヤ３２ａ，３２ｂは、プーリ３１の外周部の直径方向に対向する２箇所からそれぞれ該プーリ３１の接線方向に引き出されている。そして、ワイヤ３２ａ，３２ｂは、大腿フレーム１１沿いに配管された図示しないゴム管（ワイヤの保護管）の中を通って、電動モータ２７の回転駆動軸（図示省略）に連結されている。この場合、電動モータ２７の回転駆動軸の正転によってワイヤ３２ａ，３２ｂの一方がプーリ３１に巻き取られつつ他方がプーリ３１から引きだされ、また、電動モータ２７の回転駆動軸の逆転によってワイヤ３２ａ，３２ｂの他方がプーリ３１に巻き取られつつ一方がプーリ３１から引き出されるようにこれらのワイヤ３２ａ，３２ｂに電動モータ２７から張力が付与されるようになっている。これにより、電動モータ２７の回転駆動力がワイヤ３２ａ，３２ｂを介してプーリ３１に伝達され、該プーリ３１が回転駆動される（該プーリ３１を固定した下腿フレーム１３が大腿フレーム１１に対して第２関節１２の軸ピン２９の軸心まわりに回転する）ようになっている。
なお、下腿フレーム１３の下部下腿フレーム１３ｂの下端部は、図３に示す如く、二股状に形成された２股状に形成された二股部１３bbとなっている。
各脚リンク３の第３関節１４は、利用者Ａの足首関節に相当する関節である。この第３関節１４は、本実施.形態では、図３に示す如く、３軸まわりの回転を可能とするフリージョイント３３（図３参照）により構成され、このフリージョイント３３が下腿フレーム１３の下部下腿フレーム１３ｂの前記二股部１３bbに介装されて、該下腿フレーム１３の下端部（二股部１３bb）と足平装着部１５の上部の連結部３４とを連結している。これにより、足平装着部１５は、下腿フレーム１３に対して３自由度の回転が可能となっている。なお、足平装着部１５の前後方向の軸まわりの回転に関しては、その回転可能範囲が下腿フレーム１３の二股部１３bbによって規制されるようになっている。
各脚リンク３の足平装着部１５は、利用者Ａの各足平に履かせる靴３５と、この靴３５の内部に収容されて上端部が前記連結部３４に固定された鐙形状の環状部材３６とを備えている。環状部材３６は、図３に示す如く、その平坦な底板部を靴３５の内部の底面に当接させ、且つその底板部の両端に連なる湾曲部を靴３５の横断面沿いの側壁に当接させるようにして靴３５の内部に収容されている。また、靴３５の内部には、靴３５の内部の底面と環状部材３６の底板部とを覆うようにして可撓性の中敷部材３７（図１では図示省略）が挿入されている。なお、連結部３４は、靴３５の靴紐装着部の開口を介して靴３５の内部に挿入されている。
利用者Ａの各足平に各脚リンク３の足平装着部１５を装着するときには、その足平のつま先側の部分を、環状部材３６の内部を通し、且つ、該足平の底面に前記中敷部材３７を敷くようにして、靴３５の履き口から利用者Ａの足平を靴３５の内部に挿入し、さらに靴紐を締め付けることで、該足平に足平装着部１５が装着されるようになっている。
また、足平装着部１５の中敷部材３７の下面には、靴３５の前部側の箇所（環状部材３６の底板部よりも前側の箇所）と後側の箇所（環状部材３６の底板部よりも後側の箇所）とに力センサ３８，３９が取り付けられている。前側の力センサ３８は、足平装着部１５を装着した利用者Ａの足平のＭＰ関節（中趾節関節）のほぼ直下に存するように配置されている。また、後側の力センサ３９は、該足平の踵のほぼ直下に存するように配置されている。これらの力センサ３８，３９は、本実施形態では、足平装着部１５の底面（接地面）に垂直な方向（利用者Ａの脚が立脚となる状態ではほぼ床面に垂直な方向）の並進力を検出する１軸力センサである。以降、力センサ３６，３７をそれぞれＭＰセンサ３８、踵センサ３９という。なお、ＭＰセンサ３８、踵センサ３９は、それらを合わせて、本発明における第１力センサを構成する。ここで、中敷部材３７は、必ずしも剛体板である必用はなく、柔軟な（可撓性の）材質で構成してもよい。中敷部材３７を柔軟な材質で構成した場合には、その下面側に複数の第１力センサを設けることで、利用者Ａの足平の底面の各部にかかる力を精度良く検出することができる。一方、中敷部材３７を剛体板で構成した場合には、利用者Ａの足平全体による踏力を検出し易くなる。このため、中敷部材３７の下面側に設置する第１力センサの個数を減らすことができる。
以上が本実施形態の歩行補助装置１の構造的な構成である。補足すると、利用者Ａの各足平に各足平装着部１５を装着し、また、後述するように歩行補助装置１を動作させつつ（電動モータ２７により第２関節１２を駆動しつつ）利用者Ａが着座部２に着座した状態では、その利用者Ａおよび歩行補助装置１を前額面で見たとき（利用者Ａの正面側から見たとき）、例えば左側脚リンク３Ｌの大腿フレーム１１Ｌは、利用者Ａの左脚の内側面沿いに延在し（図２参照）、該第２リンク１１Ｌの下端部の第２関節１２Ｌも該左脚の内側に位置する。そして、図示を省略するが、この第２関節１２Ｌに連なる下腿フレーム１３Ｌは、前額面で見たとき、下腿フレーム１３Ｌの上部（上部下腿フレーム１３Ｌの上部）が第２関節１２Ｌから利用者Ａの左脚の内側面沿いに延在する。そして、下腿フレーム１３Ｌの下側の部分が徐々に湾曲しつつ、該左脚の脛の前側で該左脚の足平の甲の直上に至るように形成されている。右側脚リンク３Ｒについても同様である。
また、通常的な体型の利用者Ａが直立姿勢で起立したとき、各脚リンク３の第２関節１２が図１に示す如く利用者Ａの脚よりも前方に突き出るようになっている。すなわち、大腿フレーム１１の長さと下腿フレーム１３の長さとは、それらの長さの和が通常的な体型の利用者Ａの脚の股下寸法よりも多少長いものになるように設定されている。このような大腿フレーム１１および下腿フレーム１３の長さの設定と、上述の第２関節１２に設けられたストッパとによって、大腿フレーム１１および下腿フレーム１３が一直線となってしまう特異点状態や、大腿フレーム１１および下腿フレーム１３が図１に示す状態とは逆に屈曲した状態が生じないようになっている。この結果、各脚リンク３の特異点状態や逆屈曲状態に起因して、歩行補助装置１の制御が不能となってしまうことが防止される。
なお、各脚リンク３の第２関節は、直動型の関節であってもよい。
以上の如く構成された歩行補助装置１では、詳細は後述するが、利用者Ａの各脚の足平に足平装着部１５を装着した状態で、各電動モータ２７により各第２関節１２のトルクを発生させることで、着座部２から利用者Ａに上向きの持ち上げ力を作用させる。このとき、例えば利用者Ａの両脚を立脚（利用者Ａの体重を支えようとする脚）として起立している状態（いわゆる両脚支持期の状態）では、両足平装着部１５，１５が床に接地し、そのそれぞれの接地面に床反力が作用する。各足平装着部１５の接地面に作用する床反力は、それらの合力が、利用者Ａに作用する重力と歩行補助装置１に作用する重力との和に釣り合うような床反力、すなわち、利用者Ａと歩行補助装置１とを合わせた全重量を床に支えるための力（並進力。以下のこの力を全支持力という）である。なお、利用者Ａの脚が歩行補助装置１の脚リンク３と共に歩行運動をしているときには、全支持力には、より正確には、利用者Ａおよび歩行補助装置１の遊脚の運動によって発生する慣性力を支える力も加わるが、本実施形態の歩行補助装置１では、重量の大きな電動モータ２７（アクチュエータ）およびエンコーダ２８が各脚リンク３の膝付近ではなく、腰付近に配置されている。また、各脚リンク３の、利用者Ａに拘束（装着）される部分は足平装着部１５だけなので、利用者Ａへの装着部材が少なく、各脚リンク３が軽量なものとなっている。このため、歩行補助装置１の遊脚の運動に伴う上記慣性力は十分に小さいものとなっている。
この場合、本実施形態の歩行補助装置１では、その両足平装着部１５，１５だけが利用者Ａに装着されて拘束されている。また、各足平装着部１５には前記環状リンク部材３６が備えられている。このため、歩行補助装置１に作用する重力と該歩行補助装置１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重（下向きの並進力）とは、利用者Ａにはほとんど作用せずに、両脚リンク３，３から両足平装着部１５，１５の環状リンク部材３６，３６を経由して床面に作用する。
従って、歩行補助装置１の両脚リンク３，３には、前記全支持力のうち、歩行補助装置１に作用する重力と該歩行補助装置１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重とを支えるための支持力が作用する。この支持力を歩行補助装置１が両脚リンク３，３を介して負担することとなる。以下、このように歩行補助装置１が負担する支持力を補助装置負担支持力という。該補助装置負担支持力は、換言すれば、歩行補助装置１の全体の重量と着座部２が利用者Ａから受ける荷重に相当する重量（利用者Ａの体重の一部）とを床に支えるための支持力である。なお、利用者Ａの両脚が立脚であるとき（歩行補助装置１の両足平装着部１５が接地しているとき）は、前記補助装置負担支持力を両脚リンク３，３で分担して負担する（補助装置負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚リンク３で負担し、残部の支持力を他方の脚リンク３で負担する）こととなる。また、利用者Ａの一方の脚だけが立脚であるとき（他方の脚が遊脚であるとき）には、前記補助装置負担支持力の全てを立脚側の脚リンク３で負担することとなる。以降、補助装置負担支持力のうちの、各脚リンク３で負担する支持力（各脚リンク３に作用する支持力）を脚リンク支持力と言い、右側脚リンク３で負担する支持力を右側脚リンク支持力、左側脚リンク３で負担する支持力を左側脚リンク支持力と言う。左側脚リンク支持力と右側脚リンク支持力との総和は補助装置負担支持力に一致する。
一方、利用者Ａの両脚には、前記全支持力から前記補助装置負担支持力を差し引いた分の支持力が床面側から作用し、この支持力を利用者Ａがその脚で負担することとなる。以下、このように利用者Ａが負担する支持力を利用者負担支持力という。該利用者負担支持力は、換言すれば、利用者Ａの体重から、利用者Ａが歩行補助装置１の着座部２に作用させる荷重に相当する重量を差し引いた重量を床に支えるための支持力である。なお、利用者Ａの両脚が立脚であるときは、前記利用者負担支持力を利用者Ａの両脚で分担して負担する（利用者負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚で負担し、残部の支持力を他方の脚で負担する）こととなる。また、利用者Ａの一方の脚だけが立脚であるときには、前記利用者負担支持力の全てを該一方の脚で負担することとなる。以降、利用者負担支持力のうちの、各脚で負担する支持力（各脚に床面側から作用する支持力）を利用者脚支持力と言い、右脚で負担する支持力を利用者右脚支持力、左脚で負担する支持力を利用者左脚支持力と言う。利用者左脚支持力と利用者右脚支持力との総和は利用者負担支持力に一致する。また、利用者Ａが自身を支えるために各脚の足平を床面側に押し付ける力を該脚の踏力という。各脚の踏力は、上記利用者脚支持力に釣り合う力である。
補足すると、各脚リンク３に備えた力センサ３０は、第３関節１４の上側に設けられているので、該脚リンク３に係わる脚リンク支持力から、該脚リンク３の力センサ３０の下側の部分（足平装着部１５など）の重量を支えるための支持力を差し引いた支持力が該力センサ３０に作用する。その作用する支持力の３軸方向の成分（あるいは２軸方向の成分）が該力センサ３０で検出される。換言すれば、各力センサ３０に作用する力（これは本発明における制御対象力に相当する）は、歩行補助装置１の全体の重量から各力センサ３０の下側の部分の重量の総和を差し引いた重量と、利用者Ａから着座部２に付与される荷重に相当する重量とを支えるためのトータルの支持力のうちの、該力センサ３０を備えた脚リンク３での負担分に相当する。また、両力センサ３０，３０でそれぞれ検出される支持力の総和が、歩行補助装置１の全体の重量から各力センサ３０の下側の部分の重量の総和を差し引いた重量と、利用者Ａから着座部２に付与される荷重に相当する重量とを支えるためのトータルの支持力に一致する（以降、力センサ３０を支持力センサ３０という）。なお、歩行補助装置１の各支持力センサ３０の下側の部分の重量の総和は、歩行補助装置１の全体の重量に比して十分に小さい。このため、各支持力センサ３０に作用する支持力は、前記脚リンク支持力にほぼ等しい。さらに、各支持力センサ３０は、それを備えた脚リンク３の第３関節１４に近接して設けられている。このため、該支持力センサ３０に作用する支持力は、該脚リンク３の第３関節１４から下腿フレーム１３に作用する並進力（脚リンク支持力のうち、下腿フレーム１３に床側から第３関節１４を介して伝達される支持力）にほぼ等しい。以降、各支持力センサ３０に作用する支持力、あるいは各脚リンク３の第３関節１４から下腿フレーム１３に作用する並進力の、両脚リンク３，３についての総和を総持ち上げ力と言う。また、この総持ち上げ力のうちの各脚リンク３の負担分を総持ち上げ力負担分と言う。
また、左側足平装着部１５ＬのＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌに作用する力の総和が前記利用者左脚支持力（あるいは左脚の踏力）に相当し、右側足平装着部１５ＲのＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒに作用する力の総和が前記利用者右脚支持力（あるいは右脚の踏力）に相当する。なお、本実施形態では、ＭＰセンサ３８および踵センサ３９を１軸力センサとしたが、例えば靴３３の底面にほぼ平行な方向の並進力をも検出する２軸力センサ、もしくは３軸力センサでもよい。ＭＰセンサ３８および踵センサ３９は、少なくとも靴３３の底面または床面にほぼ垂直な方向の並進力を検出し得るセンサであることが望ましい。
次に、上記の如く構成された歩行補助装置１の制御装置を説明する。
図４は、該制御装置５０の構成（ハード構成）を概略的に示すブロック図である。図示の如く、制御装置５０は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ）および入出力回路（Ａ／Ｄ変換器など）により構成された演算処理部５１と、前記電動モータ２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれのドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌと、歩行補助装置１による利用者Ａの持ち上げ力（着座部２から利用者Ａに作用させる上向きの並進力）の大きさの目標値を設定するための持ち上げ力設定用キースイッチ５３と、利用者Ａの持ち上げ力を発生させるか否かを選択する持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４と、電源電池５５と、該電源電池５５に電源スイッチ５６（ＯＮ・ＯＦＦスイッチ）を介して接続され、電源スイッチ５６がＯＮ操作（閉成）されたときに電源電池５５から制御装置５０の各回路５１，５２Ｒ，５２Ｌに電源電力を供給する電源回路５７と備えている。なお、持ち上げ力設定用キースイッチ５３は、本発明における目標持ち上げ力設定手段に相当する。
この制御装置５０は、着座部２の後端部あるいは前記プレート２３Ｒ，２３Ｌなどにブラケット（図示せず）を介して固定されている。また、持ち上げ力設定用キースイッチ５３、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４および電源スイッチ５６は、制御装置５０の筐体（図示省略）の外面部に操作可能に装着されている。なお、持ち上げ力設定用キースイッチ５３は、持ち上げ力の所望の目標値を直接的に設定し、あるいは、あらかじめ用意された複数種類の目標値から選択的に設定し得るように、テン・キースイッチあるいは複数の選択スイッチなどにより構成されている。
制御装置５０には、図示を省略する接続線を介して前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌ、ロータリエンコーダ２８Ｒ，２８Ｌが接続されている。これらのセンサの出力信号が演算処理部５１に入力される。また、演算処理部５１には、持ち上げ力設定用キースイッチ５３および持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号（それらのスイッチの操作状態を示す信号）も入力される。また、制御装置５０には、前記ドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌからそれぞれ電動モータ２７Ｒ，２７Ｌに電流を流すべく図示しない接続線を介して該電動モータ２７Ｒ，２７Ｌに接続されている。そして、演算処理部５１は、後述する演算処理（制御処理）によって、各電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの通電電流の指令値（以下、指示電流値という）を決定する。そして、演算処理部５１は、この指示電流値で各ドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌを制御することにより各電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの発生トルクを制御するようにしている。
なお、前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌの出力信号（電圧信号）は、これらのセンサの近くでプリアンプにより増幅した後に制御装置５０に入力するようにしてもよい。また、前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌの出力信号は増幅された後、その電圧値がＡ／Ｄ変換されて演算処理部５１に取り込まれる。
前記演算処理部５１は、その主な機能的手段として、図５のブロック図で示すような機能的手段を備えている。この機能的手段は、ＲＯＭに格納されたプログラムによって実現される機能である。
図５を参照して、演算処理部５１は、右側脚リンク３ＲのＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力信号が入力される右側踏力計測処理手段６０Ｒと、左側脚リンク３ＬのＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力信号が入力される左側踏力計測処理手段６０Ｌとを備えている。右側踏力計測処理手段６０Ｒは、ＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力信号の電圧値から、利用者Ａの右脚の踏力の大きさ（前記利用者右脚支持力の大きさ）を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側踏力計測処理手段６０Ｌは、ＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌの出力信号の電圧値から、利用者Ａの左脚の踏力の大きさ（前記利用者左脚支持力の大きさ）を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌは本発明における踏力計測手段に相当するものである。
また、演算処理部５１は、ロータリエンコーダ２８Ｒ，２８Ｌの出力信号（パルス信号）がそれぞれ入力される右側膝角度計測処理手段６１Ｒおよび左側膝角度計測処理手段６１Ｌとを備えている。これらの膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌは入力された信号から、それぞれに対応する脚リンク３の第２関節１２における屈曲角度（第２関節１２の変位量）を計測する手段である。なお、各脚リンク３の第２関節１２は、該脚リンク３の膝関節に相当するものであるので、以下、第２関節における屈曲角度を膝角度という。また、これらの膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌは、本発明における関節変位量計測手段に相当するものである。
また、演算処理部５１は、右側脚リンク３Ｒの支持力センサ３０Ｒの出力信号と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒにより計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側支持力計測処理手段６２Ｒと、左側脚リンク３Ｌの支持力センサ３０Ｌの出力信号（出力電圧）と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌにより計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側支持力計測処理手段６２Ｌとを備えている。右側支持力計測処理手段６２Ｒは、入力された支持力センサ３０Ｒの出力信号および右側脚リンク３Ｒの膝角度の計測値を基に、前記右側脚リンク支持力のうちの支持力センサ３０Ｒに作用する支持力、すなわち右側脚リンク３Ｒの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側支持力計測処理手段６２Ｌは、入力された支持力センサ３０Ｌの出力信号および左側脚リンク３Ｌの膝角度の計測値を基に、前記左側脚リンク支持力のうちの支持力センサ３０Ｌに作用する支持力、すなわち左側脚リンク３Ｌの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌは、本発明における制御対象力計測手段に相当するものである。
また、演算処理部５１は、上記各計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌ、６１Ｒ，６０Ｌ，６２Ｒ，６２Ｌの計測値と、前記持ち上げ力設定用キースイッチ５３および持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号とが入力される左右目標負担分決定手段６３を備えている。この左右目標負担分決定手段６３は、入力値を基に、前記総持ち上げ力の目標値である目標総持ち上げ力を決定すると共に、その目標総持ち上げ力に対する各脚リンク３の負担分の目標値、すなわち各脚リンク３の前記総持ち上げ力負担分の目標値（以下、単に制御目標値という）を決定する処理を行なう手段である。なお、該制御目標値は、本発明（第４発明）における目標負担分に相当する。
さらに、演算処理部５１は、前記右側支持力計測処理手段６２Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値とが入力される右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒと、前記左側支持力計測処理手段６２Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された左側脚リンク３Ｌの制御目標値とが入力される左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌと、前記右側支持力計測処理手段６２Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒにより計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒと、前記左側支持力計測処理手段６２Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された左側脚リンク３Ｌの制御目標値と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌにより計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌとを備えている。各フィードバック操作量決定手段６４は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値との偏差から所定のフィードバック制御則により該偏差を０に収束させるようにフィードバック操作量（各電動モータ２７に対する前記指示電流値のフィードバック成分）を算出する手段である。また、各フィードフォワード操作量決定手段６５は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値と膝角度の計測値とから所定のフィードフォワード制御則によって総持ち上げ力負担分の計測値を制御目標値にするためのフィードフォワード操作量（各電動モータ２７に対する前記指示電流値のフィードフォワード成分）を算出する手段である。
そして、演算処理部５１は、右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒで算出されたフィードバック操作量と右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒで算出されたフィードフォワード操作量とを加算することで右側脚リンク３Ｒの電動モータ２７Ｒ用の指示電流値を求める加算処理手段６６Ｒと、左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌで算出されたフィードバック操作量と左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒで算出されたフィードフォワード操作量とを加算することで左側脚リンク３Ｌの電動モータ２７Ｌ用の指示電流値を求める加算処理手段６６Ｌとを備えている。
なお、前記フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌ、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌ、および加算処理手段６６Ｒ，６６Ｌは、本発明におけるアクチュエータ制御手段に相当するものである。
以上が、演算処理部５１の演算処理機能の概略である。
次に、演算処理部５１の処理の詳細説明を含めて、本実施形態の制御装置５０の制御処理を説明する。本実施形態の歩行補助装置１では、前記電源スイッチ５６をＯＦＦにした状態では、各脚リンク３の第２関節１２に駆動力が付与されない。このため、各関節１０，１２，１４が自由に動くことができる状態となっている。この状態では、各脚リンク３は自重によって折りたたまれている。この状態で、利用者Ａの各足平に各足平装着部１５を装着した後に、該利用者Ａもしくは付き添いの補助者が、着座部２を持ち上げて、利用者Ａの股下に配置する。
次いで、電源スイッチ５６をＯＮ操作すると、制御装置５０の各回路に電源電力が供給され、該制御装置５０が起動する。そして、該制御装置５０が起動すると、前記演算処理部５１が所定の制御処理周期で、以下に説明する処理を実行する。
各制御処理周期において、演算処理部５１は、まず、前記踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理を実行する。この処理を図６を参照して説明する。図６は、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じである。このため、図６では左側踏力計測処理手段６０Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
右側踏力計測処理手段６０Ｒの処理について代表的に説明すると、まず、脚リンク３ＲのＭＰセンサ３８Ｒの検出値（ＭＰセンサ３８Ｒの出力電圧値が示す力の検出値）と、踵センサ３９Ｒの検出値（踵センサ３９Ｒの出力電圧が示す力の検出値）とがそれぞれＳ１０１、Ｓ１０２においてローパスフィルタに通される。ローパスフィルタは、これらのセンサ３８Ｒ，３９Ｒの検出値からノイズ等の高周波成分を除去するものであり、そのカットオフ周波数は例えば１００Ｈｚである。
次いで、これらのローパスフィルタの出力がＳ１０３において加算される。これにより、利用者Ａの右脚の踏力の暫定計測値FRF_p_Rが得られる。この暫定計測値FRF_p_Rには、右側足平装着部１５Ｒの靴紐の締め付けなどに伴う、誤差分が含まれる。
そこで、本実施形態では、さらにＳ１０４において、この暫定計測値FRF_p_Rに変換処理を施すことで、最終的に利用者Ａの右脚の踏力の計測値FRF_Rを得る。Ｓ１０４の変換処理は、図７に示すテーブルに従って行なわれる。すなわち、FRF_p_Rが所定の第１閾値FRF1以下であるときには、計測値FRF_Rを０とする。これにより、足平装着部１５Ｒの靴紐の締め付けなどに伴う、微小な誤差分が計測値FRF_Rとして得られることが防止される。そして、暫定計測値FRF_p_Rが第１閾値FRF1よりも大きく、第２閾値FRF2（＞FRF1）以下である場合には、FRF_p_Rの値の増加に伴い、計測値FRF_Rの値をリニアに増加させる。そして、FRF_p_Rが第２閾値FRF2を超えると、FRF_Rの値を所定の上限値（FRF_p_Rが第２閾値FRF2に等しいときのFRF_Rの値）に保持する。なお、FRF_Rの上限値を設定する理由は後述する。
以上が、右側踏力計測処理手段６０Ｒの処理である。左側踏力計測処理手段６０Ｌの処理も同様である。
演算処理部５１は、次に、前記膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理と、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理とを順次行なう。これらの処理を図８および図９を参照して以下に説明する。図８は膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理および支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌのそれぞれ処理のアルゴリズムは同じである。また、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じである。このため、図８では左側膝角度計測処理手段６１Ｌおよび左側支持力計測処理手段６２Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
右側膝角度計測処理手段６１Ｒおよび右側支持力算出手段６２Ｒの処理を代表的に説明すると、まず、右側膝角度計測処理手段６１Ｒによって、Ｓ２０１およびＳ２０２の処理が実行され、右側脚リンク３Ｒの膝角度（第２関節１２Ｒにおける脚リンク３Ｒの屈曲角度）の計測値θ1_Rが得られる。Ｓ２０１では、ロータリエンコーダ２８Ｒの出力から、脚リンク３Ｒの膝角度の暫定計測値θ1p_Rが算出される。
ここで、図９を参照して、本実施形態では、脚リンク３Ｒの第１関節１０Ｒに係わる前記中心点Ｐ（大腿フレーム１１Ｒの前後方向の揺動運動の回転中心となる点Ｐ。以下、前後揺動中心点Ｐという）と第２関節１２Ｒの中心点とを結ぶ線分Ｓ１と、該第２関節１２Ｒの中心点と第３関節１４Ｒの中心点とを結ぶ線分Ｓ２との成す角度θ1_Rを右側脚リンク３Ｒの膝角度として計測する。左側脚リンク３Ｌの膝角度についても同様である。なお、図９では、脚リンク３の要部構成を模式化して示している。
この場合、前記Ｓ２０１では、脚リンク３Ｒの大腿フレーム１１Ｒと下腿フレーム１３Ｒとが所定の姿勢関係になっている状態（例えば図１の姿勢状態）、すなわち、膝角度θ1_Rがある所定値になっている状態での第２関節１２Ｒの回転位置を基準とし、この基準回転位置からの回転量（回転角変化量。これは電動モータ２７Ｒのロータの回転量に比例する）をロータリエンコーダ２８Ｒの出力信号から計測する。そして、この計測した第２関節１２Ｒの回転量を上記基準回転位置での脚リンク３Ｒの膝角度の値（これはあらかじめ図示しないメモリに記憶保持される）に加算してなる値を前記暫定計測値θ1p_Rとして求める。
この暫定計測値θ1p_Rには、高周波のノイズ成分が含まれることがあるので、さらにＳ２０２において、このθ1p_Rをローパスフィルタに通すことで、最終的に脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1p_Rが得られる。
以上が、右側膝角度計測処理手段６１Ｒの処理である。左側膝角度計測処理手段６１Ｌの処理も同様である。
補足すると、本実施形態で、上記線分Ｓ１，Ｓ２のなす角度θ1を脚リンク３の膝角度として計測するのは、その角度θ1の計測値を詳細を後述する左右目標負担分決定手段６３の処理などで使用するからである。この場合、本実施形態の歩行補助装置１では、各脚リンク３の大腿フレーム１１の軸心と上記線分Ｓ１とのなす角度は一定となる。従って、各膝角度計測処理手段６１では、例えば脚リンク３の大腿フレーム１１の軸心と下腿フレーム１３に係わる前記線分Ｓ２とのなす角度を該脚リンク３の膝角度として求めておき、後述する左右目標負担分決定手段６３の処理などで、その膝角度から上記角度θ1を求めるようにしてもよい。
上記のように脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが求められた後、Ｓ２０３において、右側支持力計測処理手段６２Ｒの処理が実行され、Ｓ２０２で得られた膝角度の計測値θ1_Rと、支持力センサ３０Ｒの検出値（支持力センサ３０Ｒの出力信号の電圧値が示す２軸の力の検出値）とから、該支持力センサ３０Ｒに作用する支持力（すなわち脚リンク３Ｒの前記総持ち上げ力負担分）の計測値Ｆankle_Rが算出される。この処理の詳細を前記図９を参照して説明する。
脚リンク３Ｒの支持力センサ３０Ｒに作用する支持力（総持ち上げ力負担分）Ｆankle_Rは、前記したように、脚リンク３Ｒの第３関節１４Ｒから下腿フレーム１３Ｒに作用する並進力にほぼ等しい。そして、その並進力は、第３関節１４Ｒから脚リンク３Ｒの前後揺動中心点Ｐに向かうベクトル（線分Ｓ３を作用線とするベクトル）とほぼ等しい。従って、Fankle_Rの向きは、本実施形態の歩行補助装置１では、脚リンク３Ｒの第３関節１４の中心点と前記前後揺動中心点Ｐとを結ぶ線分Ｓ３に平行な方向となる。
ここで、第１〜第３関節１０，１２，１４における摩擦力や重力、歩行時の加減速、歩行補助装置１の総持ち上げ力の大きさ等の影響によって、厳密には、Fankle_Rの向きは、線分Ｓ３とは僅かに非平行となる場合もある。但し、これらの影響は微小であるので、本実施形態においては、これらの影響を無視する。
一方、支持力センサ３０Ｒは、図示の如く、該支持力センサ３０Ｒの表面（上面または下面）に垂直なｚ軸方向の力Ｆzと、このｚ軸に垂直で支持力センサ３０Ｒの表面に平行なｘ軸方向の力Ｆxとを検出する。ｘ軸、ｚ軸は、支持力センサ３０Ｒに固定された座標軸であり、前記ガイドレール２２の円弧を含む面に平行な軸である。このとき、検出されるＦz、Fxは、それぞれＦankle_Rのｚ軸方向成分、ｘ軸方向成分である。従って、図示の如く、Ｆankle_Rとｚ軸とのなす角度をθｋとおくと、Ｆankle_Rは、Ｆz、Fxの検出値と、θｋとから次式（１）により算出することができる。

Ｆankle_R＝Ｆx・sinθk＋Fz・cosθk ……（１）

また、角度θkは次のように求められる。すなわち、線分Ｓ２と線分Ｓ３とのなす角度（＝Ｆankleの向きと線分Ｓ２とのなす角度）をθ2とすると、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を３辺とする三角形における線分Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの長さＬ１，Ｌ２は、一定値（あらかじめ定めらた既知の値）である。そして、線分Ｓ１，Ｓ２とのなす角度θ1は、右側膝角度計測処理手段６１Ｒで前記したように得られた計測値θ1_Rである。従って、線分Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの長さＬ１，Ｌ２（これらの値はあらかじめメモリに記憶保持される）と角度θ1の計測値θ1_Rとから幾何学的な演算によって、角度θ2が求められる。
具体的には、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を３辺とする三角形において、次式（２），（３）の関係式が成り立つ。なお、Ｌ３は、線分Ｓ３の長さである。

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

従って、Ｌ１，Ｌ２の値と、角度θ1の計測値とから式（２）により、Ｌ３を算出し、その算出したＬ３の値と、Ｌ１，Ｌ２の値とから式（３）により、角度θ2を算出できる。
さらに、ｚ軸と線分Ｓ２とのなす角度をθ3とおくと、この角度θ3は、支持力センサ３０の下腿フレーム１３に対する取り付け角度によってあらかじめ定まる一定値である。そして、この一定値の角度θ3（この値はあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている）から、上記の如く算出された角度θ2を減算することで式（１）の演算に必要な角度θｋの値が求められる。
従って、本実施形態では、右側支持力計測処理手段６２ＲのＳ２０３の処理では、上記の如く算出したθｋと脚リンク３Ｒの支持力センサ３０の検出値Ｆx，Ｆzとから前記式（１）により、右脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Ｆankle_Rが得られる。
以上が右側支持力計測処理手段６２ＲのＳ２０３の処理の詳細である。左側支持力計測手段６２Ｌの処理も同様である。
なお、本実施形態では、支持力センサ３０を３軸力センサあるいは２軸力センサとし、前記式（１）により、各脚リンクの総持ち上げ力負担分の計測値Fankleを得るようにしたが、支持力センサ３０が１軸力センサであっても、計測値Fankleを得ることが可能である。例えば、支持力センサ３０が図９のｘ軸方向の力Ｆxのみを検出するセンサである場合には、次式（４）により計測値Fankleを求めることができる。また、支持力センサ３０が図９のｚ軸方向の力Ｆzのみを検出するセンサである場合には、次式（５）により計測値Fankleを求めることができる。

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

但し、これらの式（４）または（５）を使用する場合には、角度θkが０度または９０度に近い値になると、Ｆankleの値の精度が悪くなる。従って、前記式（１）によりFankleの計測値を得ることが望ましい。
また、計測値Fankleは、Fxの２乗値とＦzの２乗値と和の平方根を求めることによって得るようにしてもよい。この場合には、膝角度の計測値θ1は不要である。
補足すると、以上説明した各計測処理手段６０，６１，６２の処理は、必ずしも順番に行なう必要はなく、時分割等により並列的に行なうようにしてもよい。但し、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理でθ1を使用する場合には、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理よりも膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理を先に行なう必要がある。
なお、本実施形態では、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分を計測するための支持力センサ３０（第２力センサ）を、第３関節１４と下腿フレーム１３（より正確には上部下腿フレーム１３ａ）との間に介在させるようにした。ただし、該支持力センサを第３関節１４と足平装着部１５の間（例えば第３関節１４と足平装着部１５の連結部３４との間）に介在させるようにしてもよい。この場合には、第３関節１４の回転角を計測して、第３関節１４と足平装着部１５の間の支持力センサで検出された支持力を座標変換することで、第３関節１４から下腿フレーム１３に作用する支持力を計測できる。
次いで、演算処理部５１は、前記左右目標負担分決定手段６３の処理を実行する。この処理を図１０を参照して以下に詳説する。図１０は左右目標負担分決定手段６３の処理の流れを示すブロック図である。
まず、Ｓ３０１において、前記したように各支持力計測処理手段６２によって求められた右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rと、左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Lとが加算され、総持ち上げ力Fankle_tが算出される。この総持ち上げ力Fankle_tは、前記した如く、各支持力センサ３０に作用する支持力、あるいは各脚リンク３の第３関節１４から下腿フレーム１３に作用する並進力の、両脚リンク３，３についての総和の計測値に相当するものである。また、総持ち上げ力Fankle_tは、前記補助装置負担支持力にほぼ等しい。
次いで、この総持ち上げ力Fankle_tから後述するＳ３０７の出力値およびＳ３１２の出力値を差し引いてなる値と、前記持ち上げ力設定用キースイッチ５３により設定された、着座部２から利用者Ａへの持ち上げ力（目標持ち上げ力）に対応する総持ち上げ力設定値とのうちの一方が、Ｓ３０２において、前記持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号（該スイッチ５４がＯＮになっているかＯＦＦになっているかを示す信号）に応じて選択的に出力される。この場合、本実施形態では、着座部２から利用者Ａが持ち上げ力を受けたい時に前記持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＮ操作され、それ以外では、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦ操作されている。そして、Ｓ３０２においては、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦになっているときには、前記総持ち上げ力Fankle_tを選択して出力する。また、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＮになっているときには、前記総持ち上げ力設定値を選択して出力する。
補足すると総持ち上げ力設定値は、前記キースイッチ５３による持ち上げ力の設定値に、歩行補助装置１の全体重量から各支持力センサ３０の下側の部分の総重量を差し引いた重量を支えるための支持力（すなわちその差し引いた重量が発生する重力に釣り合う支持力）の大きさを加えたものである。該支持力の大きさはあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている。なお、支持力センサ３０の下側の部分の総重量は歩行補助装置１の全体重量に比して十分に小さい。このため、上記持ち上げ力の設定値（目標持ち上げ力）に、歩行補助装置１の全体重量を支えるための支持力（歩行補助装置１の全体に作用する重力に釣り合う支持力）の大きさを加えたものを、総持ち上げ力設定値としてもよい。あるいは、キースイッチ５３の操作により、総持ち上げ力設定値を直接的に入力できるようにしてもよい。
次いで、Ｓ３０２の出力がＳ３０３において、ローパスフィルタに通され、これにより目標総持ち上げ力が決定される。このＳ３０３のローパスフィルタは、Ｓ３０２の出力が急変したとき（総持ち上げ力設定値が変更されたときや、Ｓ３０２の出力が総持ち上げ力Fankle_tから後述するＳ３０７の出力値およびＳ３１２の出力値を差し引いてなる値と、総持ち上げ力設定値との間で切り換わったときなど）に、目標総持ち上げ力が急変するのを防止、ひいては着座部２から利用者Ａに作用する持ち上げ力が急変するのを避けるためのものである。該ローパスフィルタのカットオフ遮断周波数は例えば０．５Ｈｚである。なお、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理は、本発明における総目標持ち上げ力決定手段に相当する。
次いで、Ｓ３０４において、前記したように各踏力計測処理手段６０によって求められた右脚の踏力の計測値FRF_Rの大きさと、左脚の踏力の計測値FRF_Lの大きさとを基に、目標総持ち上げ力を左右の各脚リンク３に分配するための比である分配比を決定する。この分配比は、目標総持ち上げ力の、右側脚リンク３Ｒへの分配割合である右分配比と、左側脚リンク３Ｌへの分配割合である左分配比とからなり、両分配比の和は１である。
この場合、右分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさとの和に対するFRF_Rの大きさの比、すなわち、FRF_R／（FRF_R＋FRF_L）に決定される。同様に、左分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさと和に対するFRF_Lの大きさの比、すなわち、FRF_L／（FRF_R＋FRF_L）に決定される。この場合、利用者Ａの一方の脚が立脚となり、他方の脚が遊脚となる状態（すなわち片脚支持状態）では、遊脚となる脚に対応する分配比は０であり、立脚となる脚に対応する分配比は１である。なお、Ｓ３０４の処理は、前記Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理と並行して行なうようにしてもよい。
ここで、前記各踏力計測処理手段６０のＳ１０４の変換処理（図６参照）において、各脚の踏力の計測値FRFに上限値を設定した理由を説明する。利用者Ａの両脚が立脚となる状態（すなわち両脚支持期の状態）において、各脚の踏力の前記暫定計測値FRF_pは一般には、滑らかに変化するわけではなく、頻繁な変動を生じやすい。このような場合に、暫定計測値FRF_pを基に、左右の分配比を決定すると、その分配比が頻繁に変化し、目標総持ち上げ力のうちの、各脚リンク３の分担割合が頻繁に変化しやすい。その結果、着座部２から利用者Ａに作用する持ち上げ力の微小変動が生じやすく、ひいては、利用者Ａに不快感を及ぼす恐れがある。そのために、本実施形態では、各脚の踏力の計測値FRFの上限値を設定し、両脚支持期の状態において、左右の分配比が頻繁に変化するような事態を防止した。この場合、両脚支持期の状態においては、基本的には開始直後の期間と、終了直前の期間とを除いて左右の分配比が共に１／２に維持されるようになり、左右の分配比が安定する。
なお、前記図７において、閾値FRF1のみを有し、利用者Ａの各脚の踏力の暫定計測値FRF_p_R(L)が閾値FRF1以上である場合にリニアに踏力の計測値FRF_R(L)が増加するように定めたテーブルに基づいて計測値FRF_R(L)を取得するようにしてもよい。暫定計測値FRF_pからFRF_R(L)を得るためのテーブルの閾値FRF1、FRF2等は、利用者Ａが好む持ち上げ力のフィーリングや、歩行補助装置１の重量、制御装置５０の計算能力などに応じて、適宜決定すればよい。
図１０の説明に戻って、次に、Ｓ３０５およびＳ３１０の処理が実行される。なお、これらの処理Ｓ３０５、３１０の処理は、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理あるいはＳ３０４の処理と並行して行なうようにしてもよい。
Ｓ３０５の処理は、ばねのような姿勢の復元力を右脚リンク３Ｒに発生させるための操作力を求める処理であり、Ｓ３１０の処理は、ばねのような姿勢の復元力を左脚リンク３Ｌにに発生させるための操作力を求める処理である。以下、これらの操作力をばね復元力という。
Ｓ３０５の処理およびＳ３１０の処理のアルゴリズムは同じであるので、以下に右側脚リンク３Ｒに係るＳ３０５の処理を前記図９を参照しつつ代表的に説明する。
Ｓ３０５の処理では、まず、前記した如く右側膝角度計測処理手段６１Ｒの処理によって求められた脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rを使用して、前記式（２）により図９の線分Ｓ３の長さＬ３、すなわち、脚リンク３Ｒの第３関節１４の中心点と前記前後揺動中心点Ｐとを結ぶ線分Ｓ３の長さＬ３を算出する。そして、その算出したＬ３からあらかじめ定めた基準値Ｌ３Ｓを差し引いた値（Ｌ３−Ｌ３Ｓ）に所定のばね定数ｋを乗算したものを、右側脚リンク３Ｒのばね復元力として求める。
すなわち、ばね復元力は次式（６）により算出される。

ばね復元力＝ｋ・（Ｌ３−ＬＳ３） ……（６）

左側脚リンク３Ｌに係る前記Ｓ３１０の処理も同様である。上記のようにして算出される各脚リンク３のばね復元力は、該脚リンク３の姿勢を、前記図９の線分Ｓ３の長さＬ３が前記基準値Ｌ３Ｓに一致するような姿勢に復元させるために歩行補助装置１に付加的に作用させるべき支持力（支持力の要求値）に相当する。
なお、本実施形態では、ばね復元力をフィードバック制御則としての比例制御則で求めているが、ＰＤ制御則などの他の手法で求めるようにしてもよい。また、前記線分Ｓ３の長さＬ３は、各脚リンク３の第３関節１４と着座部２との間隔にほぼ一定のオフセット値を加えた長さに等しい。このため、上記偏差（Ｌ３−Ｌ３Ｓ）を０に近づけるようにばね復元力を算出するということは、各脚リンク３の第３関節１４と着座部２との間隔と所定の基準値（Ｌ３Ｓから上記オフセット値を差し引いた値）との偏差を０に近づけるようにばね復元力を算出することと同等である。
次いで、右側脚リンク３Ｒに関するＳ３０６〜Ｓ３０９の処理と、左側脚リンク３Ｌに関するＳ３１１〜Ｓ３１４の処理とが実行される。右側脚リンク３Ｒに関するＳ３０６〜Ｓ３０９の処理では、まず、Ｓ３０６において、前記Ｓ３０３で得られた目標総持ち上げ力に右分配比を乗算する。これにより、目標総持ち上げ力のうちの右側脚リンク３Ｒによる負担分としての総持ち上げ力負担分の基本目標値が決定される。この基本目標値は、着座部２から利用者Ａに作用させる持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力のうちの右側脚リンク３Ｒの負担分と、歩行補助装置１の全体重量から各支持力センサ３０の下側の部分の総重量を差し引いた重量（あるいは歩行補助装置１の全体重量）を支えるための支持力のうちの右側脚リンク３Ｒの負担分との総和を意味する。
さらに、Ｓ３０７において、Ｓ３０５で求めたばね復元力に右分配比を乗算する。そして、その乗算結果の値（これは本発明における目標負担分の補正量に相当する）をＳ３０８において右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の基本目標値に加算することで、右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Rが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_RをＳ３０９でローパスフィルタに通すことで、最終的に右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Rが求められる。Ｓ３０９のローパスフィルタは、膝角度θ1の変動等に伴うノイズ成分を除去するためのものである。そのカットオフ周波数は、例えば１５Ｈｚである。
同様に、左側脚リンク３Ｌに関するＳ３１１〜Ｓ３１４の処理では、まず、Ｓ３１１において、前記Ｓ３０３で得られた目標総持ち上げ力に左分配比を乗算する。これにより、目標総持ち上げ力のうちの左側脚リンク３Ｌによる負担分としての総持ち上げ力負担分の基本目標値が決定される。この基本目標値は、着座部２から利用者Ａに作用させる持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力のうちの左側脚リンク３Ｌの負担分と、歩行補助装置１の全体重量から各支持力センサ３０の下側の部分の総重量を差し引いた重量（あるいは歩行補助装置１の全体重量）を支えるための支持力のうちの左側脚リンク３Ｌの負担分との総和を意味する。
さらに、Ｓ３１２において、Ｓ３１０で求めたばね復元力に左分配比を乗算する。そして、その乗算結果の値（これは本発明における目標負担分の補正量に相当する）をＳ３１３において左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の基本目標値に加算することで、左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Lが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_LをＳ３１４でローパスフィルタに通すことで、最終的に左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Lが求められる。例えば、Ｓ３０３の出力である目標総持ち挙げ力が２００Ｎ（ニュートン）であり、利用者Ａの左右の踏力に応じた左右分配比（Ｓ３０４の出力）が、０．４：０．６である場合には、Ｓ３０６の出力が１２０Ｎとなり、Ｓ３１１の出力が８０Ｎとなる。
以上が、左右目標負担分決定手段６３の処理である。以上のようにして、基本的には、左右の各脚リンク３の制御目標値T_Fankle_L，T_Fankle_Rは、それらの比率が利用者Ａの左右の踏力の比率を同じ比率になるように決定される。さらに、該制御目標値T_Fankle_L，T_Fankle_Rには、それぞれ前記左側脚リンク３Ｌ、右側脚リンク３Ｒに係わるばね復元力が付加される。なお、制御目標値T_Fankle_Lに付加されるばね復元力と、制御目標値T_Fankle_Rに付加されるばね復元力との総和は、Ｓ３０５、Ｓ３１０でそれぞれ算出されたばね復元力の、左右の分配比を重み係数とする重み付き平均値となる。従って、制御目標値T_Fankle_L，T_Fankle_Rの総和は、Ｓ３０３で決定した目標総持ち上げ力に、ばね復元力の上記重み付き平均値を加えたものとなる。
なお、Ｓ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３１１の処理は、本発明における分配手段に相当する。
以上のようにして左右目標負担分決定手段６３の処理を実行した後、演算処理部５１は、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌおよびフィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理を順次、もしくは並行して実行する。
フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理を図１１を参照して説明する。図１１は、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌのアルゴリズムは同じであるので、図１１では左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒの処理について代表的に説明すると、まず、前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値T_Fankle_Rと、前記右側支持力計測処理手段６２で計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとの偏差（T_Fankle_R−Fankle_R）がＳ４０１で算出される。そして、この偏差にＳ４０２、Ｓ４０３においてそれぞれゲインＫp、Ｋdが乗算される。さらに、Ｓ４０３の演算結果は、Ｓ４０４において微分され（図中の「ｓ」は微分演算子を意味する）、その微分値とＳ４０２の演算結果とがＳ４０５で加算される。これにより、右側電動モータ２７の電流の操作量Ｉfb_Rが偏差（T_Fankle_R−Fankle_R）を０に収束させるようにフィードバック制御則としてのＰＤ制御則により算出される。操作量Ｉfb_Rは、右側電動モータ２７の指示電流値のフィードバック成分を意味する。
この場合、本実施形態では、前記ゲインＫp，Ｋdの値は、Ｓ４０６において、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rに応じて可変的に設定される。これは、脚リンク３Ｒの膝角度によって、電動モータ２７Ｒの電流変化（トルク変化）に対する着座部２の持ち上げ力の変化の感度が変化するためである。この場合、膝角度θ1_Rが大きい程（脚リンク３Ｒが伸びるほど）、電動モータ２７Ｒの電流変化（トルク変化）に対する着座部２の持ち上げ力の変化の感度が高くなる。このため、Ｓ４０６においては、図示を省略するデータテーブルに基づいて、基本的には、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが大きいほど、ゲインＫp，Ｋdの値をそれぞれ小さくするように、該ゲインＫp，Ｋdの値を設定する。
以上が右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒの処理である。左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌの処理も同様である。なお、本実施形態では、フィードバック制御則としてＰＤ制御則を用いることによって、高速且つ安定に持ち上げ力を制御できるようにしている。但し、ＰＤ制御則以外のフィードバック制御則を使用してもよい。
次に、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理を図１２を参照して説明する。図１２は、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌのアルゴリズムは同じであるので、図１２では左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒの処理について代表的に説明すると、Ｓ５０１において、前記膝角度計測処理手段６１Ｒで計測された脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが微分されて該脚リンク３Ｒの第２関節１２の屈曲角度の角速度ω1_Rが算出される。さらに、Ｓ５０２において、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rと、前記支持力計測処理部６２Ｒで計測された脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとを用いて、脚リンク３Ｒのワイヤ３２ａ，３２ｂの実際の張力である実張力Ｔ1が算出される。この実張力Ｔ1の算出処理を図１３を参照して説明する。なお、図１３では、脚リンク３は模式化して記載している。また、図１３では、図９と同じ要素には、同一の参照符号を付している。
まず、脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rの線分Ｓ２に直交する成分Fankle_aが次式（７）により算出される。

Ｆankle_a＝Fankle_R・sinθ2 ……（７）

なお、角度θ2は、Fankle_Rと、線分Ｓ２とのなす角度であり、このθ２は、前記図９を参照して説明した通り、計測値θ1_Rを用いて幾何学的演算により算出される（前記式（２）、（３）を参照）。
そして、このようにして求めたＦankle_aに、次式（８）の通り、線分Ｓ２の長さＬ２を乗算することによって、Fankle_Rによって、第２関節１２（膝関節）に生じるモーメントＭ1を算出する。

Ｍ1＝Ｆankle_a・Ｌ２ ……（８）

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

Ｔ1＝Ｍ1／ｒ ……（９）

以上が、Ｓ５０２の処理の詳細である。
図１２の説明に戻って、さらに、Ｓ５０３において、脚リンク３Ｒのワイヤ３２ａ，３２ｂの目標張力Ｔ2が算出される。この目標張力Ｔ2は、前記左右目標負担分決定手段６３の処理で決定された脚リンク３Ｒの制御目標値（総持ち上げ力負担分の目標値）に対応して、ワイヤ３２ａ，３２ｂに発生させるべき張力である。この目標張力Ｔ2の算出は、Ｓ５０２の算出処理と同様である。より具体的には、前記式（７）の右辺のFankle_Rを、前記左右目標負担分決定手段６３の処理で決定された脚リンク３Ｒの制御目標値T_Fankle_Rに置き換えた式によって、制御目標値T_Fankle_Rの前記線分Ｓ２（図１３参照）に直交する成分が算出される。そして、その算出した成分を、前記式（８）の右辺のFankle_aの代わりに用いることで、脚リンク３Ｒの第２関節１２の目標モーメントが算出される。さらに、その目標モーメントを前記式（９）の右辺のＭ1の代わりに用いることで、ワイヤ３２ａ，３２ｂの目標張力Ｔ2が算出される。
以上がＳ５０３の処理である。
上記のようにＳ５０１〜Ｓ５０３の処理を実行した後、Ｓ５０４において、上記の如く算出された第２関節１２の角速度ω1_R、ワイヤ３２ａ，３２ｂの実張力Ｔ1および目標張力Ｔ2を用いて、所定のフィードフォワード処理により電動モータ２７Ｒの電流の操作量Ｉff_Rが決定される。操作量Ｉff_Rは、電動モータ２７Ｒの指示電流値のフィードフォワード成分を意味する。
このＳ５０４の処理では、次式（１０）で表されるモデル式により、操作量Ｉff_Rが算出される。

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

ここで、式（１０）中のＢ1は定数の係数、Ｂ2，Ｂ3は、それぞれ式（１０）の但し書きで示す如く、実張力Ｔ1の一次関数で表される係数である。なお、b0,b1,d0,d1は定数である。また、sgn( )は、符号関数である。
この式（１０）は、電動モータ２７の電流と、ワイヤ３２ａ，３２ｂの張力と、第２関節１２の角速度ω1との関係を表すモデル式である。式（１０）の右辺の第１項は、張力の比例項、第２項はワイヤ３２ａ，３２ｂとプーリ３１やゴム管（ワイヤ３２ａ，３２ｂの保護管）との間の粘性摩擦力や、に応じた項、第３項は、ワイヤ３２ａ，３２ｂとプーリ３１やゴム管（ワイヤ３２ａ，３２ｂの保護管）との間の動摩擦力に応じた項を意味する。なお、式（１０）の右辺には、さらに第２関節１２の角加速度に応じた項（すなわち慣性力に応じた項）を追加してもよい。
補足すると、式（１０）の演算に使用する各定数Ｂ1，b0，b1，d0，d1は、あらかじめ、式（１０）の左辺の値と右辺の値との差の２乗値を最小化するような同定アルゴリズムによって実験的に同定される。そして、同定された各定数Ｂ1，b0，b1，d0，d1は、図示しないメモリに記憶保持され、歩行補助装置１の動作時に使用される。
以上が、右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒの処理である。左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌの処理も同様である。
図５を参照して、以上のように、電動モータ２７Ｒの電流の操作量Ｉfb_R，Ｉff_Rと、電動モータ２７Ｌの電流の操作量Ｉfb_L，Ｉff_Lとを算出した後、演算処理部５１は、加算処理手段６６Ｒにより、操作量Ｉfb_R，Ｉff_Rを加算する。これにより、電動モータ２７Ｒの指示電流値を決定する。また、演算処理部５１は、加算処理手段６６Ｌにより、操作量Ｉfb_L，Ｉff_Lを加算する。これにより、電動モータ２７Ｌの指示電流値を決定する。そして、演算処理部５１は、これらの指示電流値をそれぞれ各電動モータ２７に係るドライバ回路５２に出力する。このとき、ドライバ回路５２は、与えられた指示電流値に従って電動モータ２７に通電する。
以上説明した演算処理部５１の制御処理が、所定の制御周期で実行される。これにより、各脚リンク３の実際の総持ち上げ力負担分の計測値Fankleが、該脚リンク３に対応する制御目標値T_Fankleに一致するように（収束するように）、電動モータ２７の発生トルク、ひいては、該脚リンク３の第２関節１２（膝関節）の駆動力が操作されることとなる。
以上説明した第１実施形態では、各脚リンク３の第３関節１４から下腿フレーム１３に伝達される支持力（並進力）の作用線は、該第３関節１４の中心点から着座部２と利用者Ａとの接触面の前後方向の幅内で着座部２の上方に存する前記前後揺動中心点Ｐを通る直線とほぼ等しくなる。そして、各脚リンク１３は、この前後揺動中心点Ｐを支点として、着座部２に対して前後方向に揺動自在である。このため、着座部２の位置及び姿勢は、利用者Ａから着座部２に付与される荷重（着座部２から利用者Ａへの持ち上げ力に釣り合う並進力）の作用点（より詳しくは、利用者Ａと着座部２との接触面に分布する荷重の重心点）が前後揺動中心点Ｐの直下に位置するような状態、すなわち、該荷重の作用線が前後揺動中心点Ｐを通る上下方向の直線となるような状態で平衡する。そして、利用者Ａの上体の傾斜などにより、利用者Ａから着座部２への荷重の作用点が変位すると、着座部２の位置および姿勢は上記の平衡状態に自動的に復帰しようとする。このため、矢状面で見たとき、利用者Ａから着座部２への荷重の作用線と、各脚リンク３の第３関節１４から下腿フレーム１３に伝達される支持力（並進力）の作用線とが基本的には共通の点Ｐを通るようになる。その結果、それらの作用線が前後方向で離間して、該荷重および支持力が着座部２に対して偶力して作用するような状態が回避される。従って、着座部２が利用者Ａに対して位置ずれしたりするのを防止して、着座部２の位置および姿勢を安定化することができる。ひいては、利用者Ａに所望の持ち上げ力を着座部２から安定且つ適切に作用させることができる。
また、利用者Ａの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に対応させて総目標持ち上げ力が左右の脚リンク３Ｌ，３Ｒに分配して、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分を決定し、この総持ち上げ力負担分を各脚リンク３で発生させる。このため、特に、前記持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＮ操作されている状態では、前記キースイッチ５３により設定した持ち上げ力（目標持ち上げ力）を円滑且つ安定に着座部２から利用者Ａに作用させることができ、利用者Ａの各脚の負担を効果的に軽減できる。
補足すると、総目標持ち上げ力は、前記したように、前記キースイッチ５３による持ち上げ力の設定値（目標持ち上げ力）と、歩行補助装置１の全体重量から各支持力センサ３０の下側の部分の総重量を差し引いた重量（あるいは歩行補助装置１の全体重量）を支えるための支持力の大きさとを加え合わせたもの（より正確には、その加算結果の値をローパスフィルタに通したもの）である。このため、前記したように各脚リンク３の総持ち上げ力負担分を決定することにより、結果的には、着座部２から利用者Ａに作用させるべき持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力が、利用者Ａの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に応じて、左右の脚リンク３Ｌ，３Ｒに分配される。そして、その分配された目標持ち上げ力の、各脚リンク３Ｌ，３Ｒの負担分が、各脚リンク３Ｌ，３Ｒから着座部２３に作用するように、各脚リンク３Ｌ，３Ｒの電動モータ２７Ｌ，２７Ｒが制御されることとなる。
さらに、ばね復元力を各脚リンク３に発生させるので、利用者Ａが膝を深く曲げるほど、大きな持ち上げ力が歩行補助装置１から得られる。これによって、利用者Ａが歩行補助装置１によるアシスト感を実感し易くなる。また、ばね復元力に関する前記ばね定数ｋ（前記式（６）を参照）の値を適切に設定しておくことで、各脚リンク３の姿勢が不適切な姿勢に発散してしまうのを防止することができる。
また、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦ操作されている状態では、歩行補助装置１の支持力センサ３０より上側にある部分の重量に相当する値が総目標持ち上げ力として決定される。この状態では、利用者Ａが意図的に着座部２に体重を掛けない限り、着座部２を利用者Ａに接触させつつ、それらの間で作用力が発生しない状態に平衡させることができる。そして、この状態から、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＮ操作されると、前記ローパスフィルタ（図１０のＳ３０３を参照）によって急激な持ち上げ力が着座部２から利用者Ａに作用するような事態を回避し、円滑に利用者Ａに持ち上げ力を作用させることができる。
さらに、各電動モータ２７の電流指示値をＰＤ制御則（フィードバック制御則）とフィードフォワード制御則とを併用して決定するので、高速且つ安定に持ち上げ力を制御できる。
なお、前記実施形態では、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分の目標値（制御目標値）にばね復元力を付加するようにしたが、このばね復元力の付加を省略するようにしてもよい（具体的には、図１０のＳ３０５、Ｓ３０７、Ｓ３１０、Ｓ３１２の処理を省略する）。この場合には、図１０のＳ３０１で求めたFankle_tをそのまま、Ｓ３０２に入力するようにすればよい。
また、図１に示すガイドレール２２は円弧状のものに限らず、楕円周の一部（楕円の弧）など、大腿フレーム１１を前後方向に揺動可能とする形状であれば他の形状であってもよい。ガイドレール２２が円弧形状でない場合には、歩行補助装置１の動作によって、前後揺動中心点Ｐの位置は所定領域内で変動する。この場合において、Fankleを求めるときには、所定の演算処理周期毎にその瞬間の大腿フレーム１１の回転中心が前後方向揺動中心点Ｐとして設定される。そして、その中心点Ｐと第３関節１４とを結ぶ直線をFankleの作用線として、該Fankleを前記実施形態と同様に算出するようにすればよい。
さらに、着座部２が無意味に回転してしまうことを防止する装具（腰ベルト等）が歩行補助装置１に設けた場合には、前後揺動中心点Ｐは着座部２の前後方向の幅内から外れた位置に設定される構成としてもよい。
次に、本発明の第２実施形態を図１４、図１５を参照して説明する。なお、本実施形態の歩行補助装置の機構的構成は、第１実施形態と同一であり、制御処理の一部のみが第１実施形態と相違している。従って、本実施形態の説明では、第１実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については第１実施形態と同一の参照符号を用い、説明を省略する。また、本実施形態は、前記第１実施形態と本発明のうちの第１〜第４発明、第６発明の実施形態である。
図１４は、本実施形態における制御装置５０の演算処理部５１の機能的手段を示すブロック図である。図示の如く、本実施形態では、前記持ち上げ力設定用キースイッチ５３の代わりに、利用者Ａの全踏力（左脚の踏力と右脚の踏力との総和）のうちの歩行補助装置１により補助する力の、該全踏力に対する割合の目標値である目標アシスト割合を設定するためのアシスト割合設定用キースイッチ７０（これは本発明における目標アシスト割合設定手段に相当する）が設けられている。なお、アシスト割合設定用キースイッチ７０は、アシスト割合の所望の目標値を直接的に設定し、あるいは、あらかじめ用意された複数種類の目標値から選択的に設定し得るように、テン・キースイッチあるいは複数の選択スイッチなどにより構成されている。
そして、このアシスト割合設定用キースイッチ７０の操作信号（該操作信号が示す目標アシスト割合の設定値）が、演算処理部５１の左右目標負担分決定手段７１に入力されるようになっている。ここで、本実施形態では、演算処理部５１の機能的手段にあっては、左右目標負担分決定手段７１の処理のみが、第１実施形態と相違しており、該左右目標負担分決定手段７１以外の演算処理部５１の各機能的手段の処理は、第１実施形態と同一である。従って、以降の本実施形態の説明は、この左右目標負担分決定手段７１の処理を中心に行なう。
本実施形態における左右目標負担分決定手段７１は、前記各計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌ、６１Ｒ，６０Ｌ，６２Ｒ，６２Ｌの計測値と、前記アシスト割合設定用キースイッチ７０および持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号とが入力される。そして、左右目標負担分決定手段７１は、それらの入力値を基に、各脚リンク３の前記制御目標値（各脚リンク３の第３関節１４から下腿フレーム１３に伝達される支持力の目標値、あるいは該脚リンク３の支持力センサ３０に作用する支持力の目標値）を決定する処理を行なうものである。
この左右目標負担分決定手段７１は、演算処理部５１の各制御処理周期において、以下に説明する如く、各脚リンク３の制御目標値を決定する。図１５は、その処理の流れを示すブロック図である。
まず、Ｓ１３０１において、各支持力計測処理手段６２によって求められた右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rと、左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Lとが加算される。これにより、総持ち上げ力Fankle_tが算出される。
次いで、上記総持ち上げ力Fankle_tから後述する補助装置重量支持力を差し引いたものと、前記各踏力計測処理手段６０によって得られた各脚の踏力の計測値FRF_RおよびFRF_Lの総和、すなわち全踏力の計測値（FRF_R＋FRF_L）とから、全踏力のうちの歩行補助装置１により実際に補助している力の、全踏力に対する割合である実アシスト割合をＳ１３０２において求める。具体的には、歩行補助装置１の全体重量から各支持力センサ３０の下側の部分の重量の総和を差し引いた重量を支えるために必要な支持力（該重量に相当する重力に釣り合う支持力）、または、歩行補助装置１の全体重量を支えるために必要な支持力（該全体重量に相当する重力に釣り合う支持力）を上記補助装置重量支持力とし、この補助装置重量支持力の大きさがあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている。そして、この補助装置重量支持力を総持ち上げ力Fankle_tから減じてなる値（これは、着座部２から利用者Ａに現在作用している上向きの持ち上げ力を意味する）を、全踏力の計測値（FRF_R＋FRF_L）で割り算する。これにより、実アシスト割合が求められる。すなわち、実アシスト割合＝（Fankle_t−補助装置重量支持力）／（FRF_R＋FRF_L）という演算により、実アシスト割合が求められる。
次いで、この実アシスト割合と、前記アシスト割合設定用キースイッチ７０により設定された目標アシスト割合の設定値とのうちの一方が、Ｓ１３０３において、前記持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号（該スイッチ５４がＯＮになっているかＯＦＦになっているかを示す信号）に応じて選択的に出力される。具体的には、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦになっているときには、前記Ｓ１３０２で求めた実アシスト割合を選択して出力する。また、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＮになっているときには、前記目標アシスト割合の設定値を選択して出力する。
次いで、Ｓ１３０３の出力がＳ１３０４において、ローパスフィルタに通され、これにより実際に使用する目標アシスト割合としての実用目標アシスト割合が決定される。このＳ１３０４のローパスフィルタは、Ｓ１３０３の出力が急変したとき（目標アシスト割合の設定値が変更されたときや、Ｓ１３０３の出力が実アシスト割合から目標アシスト割合の設定値に切り換わったときなど）に、実用目標アシスト割合が急変するのを防止し、ひいては着座部２から利用者Ａに作用する持ち上げ力が急変するのを避けるためのものである。該ローパスフィルタのカットオフ遮断周波数は例えば０．５Ｈｚである。
次いで、Ｓ１３０５において、上記実用目標アシスト割合を前記右側踏力計測処理手段６０Ｒで求めた利用者Ａの右脚の踏力の計測値FRF_Rに乗じる。これにより、着座部２から利用者Ａへの持ち上げ力のうちの、右側脚リンク３Ｒの負担分の目標値である右側目標持ち上げ負担分が決定される。同様に、Ｓ１３０６において、上記実用目標アシスト割合を前記左側踏力計測処理手段６０Ｌで求めた利用者Ａの左脚の踏力の計測値FRF_Lに乗じる。これにより、着座部２から利用者Ａへの持ち上げ力のうちの、左側脚リンク３Ｌの負担分の目標値である右側目標持ち上げ負担分が決定される。
なお、Ｓ１３０１〜Ｓ１３０６の処理は、前記第５発明および第６発明における目標持ち上げ負担分決定手段に相当する。
次いで、Ｓ１３０７において、前記各踏力計測処理手段６０によって求められた右脚の踏力の計測値FRF_Rの大きさと、左脚の踏力の計測値FRF_Lの大きさとを基に、前記補助装置重量支持力を左右の各脚リンク３に分配するための比である分配比を決定する。このＳ１３０７の処理は、第１実施形態における図１０のＳ３０４の処理と同じである。
次いで、Ｓ１３０８において、前記補助装置重量支持力にＳ１３０７で求めた右分配比を乗じる。これにより、補助装置重量支持力のうちの右側脚リンク３Ｒの負担分の目標値である右側目標装置支持力負担分が求められる。同様に、Ｓ１３１１において、前記補助装置重量支持力にＳ１３０７で求めた左分配比を乗じる。これにより、補助装置重量支持力のうちの左側脚リンク３Ｌの負担分の目標値である左側目標装置支持力負担分が求められる。なお、Ｓ１３０７、Ｓ１３０８、Ｓ１３１１の処理は、前記Ｓ１３０１〜Ｓ１３０６の処理と並行して行なうようにしてもよい。
次いで、右側脚リンク３Ｒに関するＳ１３０９、Ｓ１３１０の処理と、左側脚リンク３Ｌに関するＳ１３１２、Ｓ１３１３の処理とが実行される。右側脚リンク３Ｒに関するＳ１３０９、Ｓ１３１０の処理では、まず、Ｓ１３０９において、前記Ｓ１３０５で得られた右側目標持ち上げ負担分にＳ１３０８で得られた右側目標装置支持力負担分を加算する。これにより、右側脚リンク３Ｒの前記制御目標値の暫定値としての暫定制御目標値Tp_Fankle_Rが決定される。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_RをＳ１３１０でローパスフィルタに通すことで、最終的に右側脚リンク３Ｒの制御目標値T_Fankle_Rが求められる。Ｓ１３０９のローパスフィルタは、膝角度θ1の変動等に伴うノイズ成分を除去するためのものである。そのカットオフ周波数は、例えば１５Ｈｚである。
同様に、左側脚リンク３Ｌに関するＳ１３１２、Ｓ１３１３の処理では、まず、Ｓ１３１２において、前記Ｓ１３０６で得られた左側目標持ち上げ負担分にＳ１３１１で得られた左側目標装置支持力負担分を加算する。これにより、左側脚リンク３Ｌの前記制御目標値の暫定値としての暫定制御目標値Tp_Fankle_Lが決定される。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_LをＳ１３１３でローパスフィルタに通すことで、最終的に左側脚リンク３Ｌの制御目標値T_Fankle_Lが求められる。
上記の如く決定される各脚リンク３の制御目標値は、前記補助装置重量支持力と、着座部２から利用者Ａへのトータルの持ち上げ力との総和（すなわち前記総持ち上げ力）のうちの、各脚リンク３の負担分の目標値を意味する。
以上が、本実施形態における左右目標負担分決定手段７１の処理である。補足すると、Ｓ１３０５、Ｓ１３０６で左右の目標持ち上げ負担分を算出する処理は、利用者Ａの左右の脚の踏力の計測値FRF_R，ＦRF_Lの総和に前記実用目標アシスト割合を乗じたもの（これは着座部２から利用者Ａへのトータルの持ち上げ力の目標値に相当する）を、前記右分配比、左分配比によって左右の脚リンク３に分配することと同等である。
なお、Ｓ１３０７、Ｓ１３０８、Ｓ１３１１の処理は、第５発明、第６発明における分配手段に相当する。さらに、Ｓ１３０９、Ｓ１３１０、Ｓ１３１２、Ｓ１３１３の処理は、第６発明における制御対象力目標値決定手段に相当する。
以上説明した第２実施形態では、各脚リンク３の第３関節１４から下腿フレーム１３に伝達される支持力（並進力）の作用線は、該第３関節１４の中心点から着座部２と利用者Ａとの接触面の前後方向の幅内で着座部２の上方に存する前記前後揺動中心点Ｐを通る直線となる。そして、各脚リンク１３は、この前後揺動中心点Ｐを支点として、着座部２に対して前後方向に揺動自在である。従って、第１実施形態と同様に、着座部２が利用者Ａに対して位置ずれしたりするのを防止して、着座部２の位置および姿勢を安定化することができる。ひいては、利用者Ａに所望の持ち上げ力を着座部２から安定且つ適切に作用させることができる。
また、着座部２から利用者Ａに作用させるべきトータルの持ち上げ力の目標値を利用者Ａの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に対応させて左右の脚リンク３Ｌ，３Ｒに分配すると共に、歩行補助装置１の全重量を支えるための補助装置重量支持力を利用者Ａの右脚の踏力と左脚の踏力との比率に対応させて左右の脚リンク３Ｌ，３Ｒに分配する。これにより、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分の目標値たる制御目標値を決定し、この制御目標値の支持力を各脚リンク３で発生させる。このため、特に、前記持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＮ操作されている状態では、前記キースイッチ７０により設定したアシスト割合に相当する持ち上げ力を円滑且つ安定に着座部２から利用者Ａに作用させることができ、利用者Ａの各脚の負担を効果的に軽減できる。
また、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦ操作されている状態では、前記実アシスト割合が実用目標アシスト割合として決定される。このため、この状態では、利用者Ａが意図的に着座部２に体重を掛けない限り、着座部２を利用者Ａに接触させつつ、それらの間で作用力が発生しない状態に平衡させることができる。そして、この状態から、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＮ操作されると、前記ローパスフィルタ（図１５のＳ１３０４を参照）によって急激な持ち上げ力が着座部２から利用者Ａに作用するような事態を回避し、円滑に利用者Ａに持ち上げ力を作用させることができる。
さらに、各電動モータ２７の電流指示値をＰＤ制御則（フィードバック制御則）とフィードフォワード制御則とを併用して決定するので、第１実施形態と同様に、高速且つ安定に持ち上げ力を制御できる。
なお、第２実施形態では、前記第１実施形態で説明したばね復元力を、各制御目標値T_Fankle_L，T_Fankle_Rに付加することを省略した。ただし、第１実施形態と同様に、各脚リンク３のばね復元力を決定し、それを各制御目標値T_Fankle_L，T_Fankle_Rに付加するようにしてもよい。
また、前記第１および第２実施形態では、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦの状態でも、電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの動作制御を行なうようにした。ただし、該スイッチ５４がＯＦＦの状態では、例えば前記演算処理部５１の演算処理を行いながら、各ドライバ回路５２への出力を停止して、各電動モータ２７への通電を停止するようにしてもよい。このようにすることで、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４をＯＮにした瞬間に、それまで利用者Ａが着座部２に付与していた軽微な力（又はゼロ）に応じた持ち上げ力が発生する。そして、その後、最終的な総持ち上げ力の発揮に至るまで、ローパスフィルタ（図１のＳ３０３を参照）の効果によって、利用者Ａへの衝撃を少なくしつつ、持ち上げ力の発生から増加に至る状態遷移を非常にスムーズに実現できる。また、該スイッチ５４のＯＦＦ状態における各電動モータ２７の電力消費を削減できる。
また、前記第１および第２実施形態では、受け部をサドル状の着座部２で構成したが、例えば可撓性部材により構成することも可能である。以下にこの場合の実施形態を第３実施形態として説明する。この第３実施形態では、例えば、図１６に示すように、利用者Ａの腰にベルト１００を巻きつけ（ただし、ベルト１００を利用者Ａに完全に固定する必要はない）、このベルト１００の下端に受け部としての２つのハーネス状の可撓性部材１０１Ｌ、１０Ｒをぶら下げる。各可撓性部材１０１Ｒ，１０１Ｌは、その一端が利用者Ａの前側でベルト１００に固定され、他端が利用者Ａの背面側でベルト１００に固定されている。そして、可撓性部材１０１Ｒは、利用者Ａの右脚の付け根の内側を通って利用者Ａの股下部に接触され、可撓性部材１０１Ｌは、利用者Ａの左脚の付け根の内側を通って利用者Ａの股下部に接触される。これにより、各可撓性部材１０１Ｒ，Ｌの股下部分が利用者Ａの体重の一部を上方から受ける受け部として機能することとなる。また、各脚リンク３の大腿フレーム１１は、ベルト１００の左右の各側部に設けられた第１関節１０２を介して、少なくとも前後方向の揺動（第１関節１０２を支点とする揺動）が可能なように延設される。この場合、矢状面で見たとき、その揺動中心点（本発明における所定の点）は、可撓性部材１０１Ｒ，Ｌの受け部の上方に存する。各脚リンク３の大腿フレーム１１から下側の部分の構成は、前記第１実施形態、第２実施形態のものと同様でよい。なお、第２関節を駆動するアクチュエータは、例えばその第２関節に取り付ける。
また前記第１および第２実施形態では、各踏力計測処理手段６０において、前記図７のテーブルを使用したが、例えば図１７に示すようなテーブルを使用して各脚の踏力の暫定計測値FRF_pを計測値FRFに変換するようにしてもよい。以下に、この場合の実施形態を第４実施形態として説明する。この第４実施形態における図１７のテーブルは、暫定計測値FRF_pが閾値FRF1よりも小さいときには、FRFが負の値となるように定められている。より詳しくは、図１７のテーブルでは、FRF_pが閾値FRF1と、これよりも若干小さい閾値FRF3（この例ではFRF3＞０）との間の値であるときには、FRF_pの減少に伴い、リニアにFRFが小さくなっていき、FRF_pが閾値FRF3よりもさらに小さくなると（FRF_p＜０の場合を含む）、FRFが負の一定値（FRF_p＝FRF3であるときの、FRFの値）に維持される。
ここで、利用者Ａの歩行時に、例えば右脚を持ち上げると、そのときの運動加速度によってＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力が非常に小さい値（０近傍の値）または負の値になり、暫定計測値FRF_p_Rが閾値FRF1よりも小さくなる。このとき、図１７のテーブルを使用して得られる右脚の踏力の計測値FRF_Rは負の値となる。
そして、このように図１７のテーブルを使用して負の値の計測値FRF_Rが得られた場合には、前記第１実施形態においては、図１０の処理（左右目標負担分決定手段６３の処理）の一部を例えば次のように変更する。すなわち、図１０のＳ３０４において、負の値の計測値FRF_Rが得られた場合には、両分配比の比率をあらかじめ決められた所定の比率とする。例えば、上記の如くFRF_R＜０となったときには、左分配比：右分配比＝１．１：−０．１とする。すなわち、左分配比および右分配比のうちの、負の値となったFRFに対応する分配比を負の所定値（本実施形態では−０．１）とし、他方の分配比を正の所定値（本実施形態では１．１）とする。なお、それらの所定値は、左分配比と右分配比との和が１になるように定めておくことが望ましい。そして、この分配比を使用して、Ｓ３０６およびＳ３１１の処理を行なう。このとき、例えば、図１０のＳ３０３の出力である目標総持ち上げ力が２００Ｎである場合、Ｓ３０６およびＳ３１１の出力は、それぞれ−２０Ｎ、２２０Ｎとなる。なお、閾値FRF1よりも小さな暫定計測値FRF_pが得られた脚（上記の例では右脚）は、遊脚になったと判断され、その遊脚に対応するＳ３０５またはＳ３１０におけるばね復元力の算出処理は行なわれないものとする（その遊脚に対応するばね復元力を０とする）。これによって、片脚支持期（一方の脚だけを立脚とする時期）の開始時には、遊脚側の脚リンク３の第２関節１２が屈曲側に駆動され、利用者Ａによる遊脚側の脚の持ち上げ動作をアシストすることができる。
同様に第２実施形態においては、図１５の処理（左右目標負担分決定手段７１の処理）の一部を例えば次のように変更する。すなわち、図１５のＳ１３０７において、負の値の計測値FRF_Rが得られた場合には、第１実施形態に関して上記した如く、左分配比および右分配比のうちの、負の値となったFRFに対応する分配比を負の所定値（例えば−０．１）とし、他方の分配比を正の所定値（例えば１．１）とする（好ましくは、左分配比＋右分配比＝１）。そして、この分配比を使用して、Ｓ１３０８およびＳ１３１１の処理を行なう。これによって、前記第１実施形態に関して説明した場合と同様に、片脚支持期（一方の脚だけを立脚とする時期）の開始時には、遊脚側の脚リンク３の第２関節１２が屈曲側に駆動され、利用者Ａによる遊脚側の脚の持ち上げ動作をアシストすることができる。
また、前記各実施形態では、第１力センサをＭＰセンサ３８および踵センサ３９で構成し、これらのセンサ３８，３９を、前記図３に示した如く、利用者Ａの立脚の足平の底面と床との間に介在するように足平装着部１５に設けた。ただし、第１力センサの設置位置は、これに限られるものではない。該第１力センサは、例えば図１８に示すように足平装着部に設けるようにしてもよい。以下、この場合の実施形態を第５実施形態として説明する。
図１８に示すように、第５実施形態では、足平装着部１５の前記環状部材３６の内側に足平支承部材１００が備えられている。この足平支承部材１００は、スリッパ状のものであり、利用者Ａの足平の底面のほぼ全体に接触する板状の足底部１０１（靴の中敷状の部材）と、この足底部１０１に連結されたアーチ状部材１０２（横断面が大略半円弧状の部材）とから構成される。アーチ状部材１０２は、その両端の下端部が足底部１０１の両側部に一体に結合されている。該アーチ状部材１０２は、利用者Ａの足平のつま先側の部分を挿入可能である。そして、この挿入状態で、該足平が足底部１０１上に支承される。これらの足平支承部材１０１およびアーチ状部材１０２は、例えば金属や樹脂などの所定の剛性を有する材料で形成されている。
また、アーチ状部材１０２の上部の外面部と環状部材３６の上部の内面部との間に第１力センサを構成する引張力センサ１０３が介装されている。この引張力センサ１０３はアーチ状部材１０２と環状部材３６とに接合されている。該引張力センサ１０３は、例えば引張型のロードセルである。この場合、足平支承部材１００は、環状部材３６や靴３５と非接触状態で環状部材３６の内側に配置されている。これにより、足平支承部材１００は、それを下方から支える力が環状部材３６や靴３５から作用しないように、該環状部材３６に引張力センサ１０３を介して吊設されている。
なお、足底部１０１の上面やアーチ状部材１０２の内面に利用者Ａの足平を保護するためのクッション材を設けるようにしてもよい。
以上が、本実施形態における足平装着部１５の構造である。なお、本実施形態の足平装着部１５には、前記ＭＰセンサ３８および踵センサ３９や、中敷部材３７は備えられていない。そして、本実施形態の足平装着部１５を利用者Ａの各足平に装着するときには、その足平のつま先側の部分を、足平支承部材１００のアーチ状部材１０２の内部に通し、且つ、該足平を足底部１０１上に載せるようにして、靴３５の履き口から該足平を靴３５の内部に挿入すればよい。
このように構成された足平装着部１５を有する本実施形態の歩行補助装置では、立脚となる利用者Ａの脚の踏力は、引張力センサ１０３に作用する引張力として該引張力センサ１０３により検出されることとなる。
そして、本実施形態では、左右の各足平装着部１５の引張力センサ１０３の出力が前記ＭＰセンサ３８および踵センサ３９の出力の代わりに、演算処理部５１の各踏力計測処理手段６０に入力される。そして、各踏力計測処理手段６０は、それに対応する引張力センサ１０３の出力が表す力検出値（引張力を正の値とする）をローパスフィルタに通したものを、利用者Ａの各脚の暫定計測値FRF_ｐとして得る。さらに、各踏力計測処理手段６０は、その暫定計測値FRF_pから前記図７のテーブル（あるいは図１７のテーブル）に従って、踏力の計測値FRFを求める。
以上説明した以外の構成および処理は、前記第１実施形態（あるいは第２実施形態）と同じである。
本発明の第１実施形態の歩行補助装置の側面図（矢状面で見た図）。 図１のＩＩ線矢視図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 図１の第１実施形態の歩行補助装置の制御装置の構成（ハード構成）を概略的に示すブロック図。 第１実施形態における制御装置に備えた演算処理部の機能的構成を示すブロック図。 図５の踏力計測処理手段の処理の流れを示すブロック図。 図６のＳ１０４の処理で使用するテーブルを示すグラフ。 図５の膝角度計測処理手段の処理および支持力計測処理手段の処理の流れを示すブロック図。 図８のＳ２０１およびＳ２０３の処理を説明するための図。 図５の左右目標負担分決定手段の処理の流れを示すブロック図。 図５のフィードバック操作量決定手段の処理の流れを示すブロック図。 図５のフィードフォワード操作量決定手段の処理の流れを示すブロック図。 図１２のＳ５０２の処理を説明するための図。 本発明の第２実施形態の歩行補助装置における制御装置に備えた演算処理部の機能的構成を示すブロック図。 図１４の左右目標負担分決定手段の処理の流れを示すブロック図。 本発明の第３実施形態における受け部の構成例を説明するための図。 本発明の第４実施形態における図６のＳ１０４の処理で使用するテーブルの例を示すグラフ。 本発明の第５実施形態における足平装着部の構成を示す図。
符号の説明
１…歩行補助装置、２…着座部（受け部）、３…脚リンク、１０…第１関節、１１…大腿フレーム、１２…第２関節、１３…下腿フレーム、１４…第３関節、１５…足平装着部、２７…電動モータ（アクチュエータ）、３８，３９…第１力センサ、３０…第２力センサ、５０…制御装置、５３…持ち上げ力設定用キースイッチ（目標持ち上げ力設定手段）、６０…踏力計測処理手段（踏力計測手段）、６２…支持力計測処理手段（制御対象力計測手段）、６３…左右目標負担分決定手段（総目標持ち上げ力決定手段、分配手段、）、６４，６５，６６…アクチュエータ制御手段、７０…アシスト割合設定用キースイッチ（目標アシスト割合設定手段）、７１…左右目標負担分決定手段（目標持ち上げ分担分決定手段、分配手段、制御対象力目標値決定手段）、１０１Ｒ，Ｌ…可撓性部材（受け部）、１０２Ｒ，１０２Ｌ…第１関節。

Claims (4)

  1. 利用者の重量の一部を上方から受けるように利用者の両脚の付け根の間に配置される受け部と、該受け部にそれぞれ第１関節を介して連結された左右一対の大腿フレームと、各大腿フレームにそれぞれ第２関節を介して連結された左右一対の下腿フレームと、各下腿フレームにそれぞれ第３関節を介して連結されると共に前記利用者の左右の各脚の足平にそれぞれ装着され、前記利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、左側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された左側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する左用アクチュエータと、右側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された右側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する右用アクチュエータとを備え、各脚リンクの第２関節を前記アクチュエータにより駆動することにより前記受け部から利用者に上向きの持ち上げ力を作用させるようにした歩行補助装置であって、
    前記利用者の各脚が立脚となるときに該脚に対応する脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線が、該脚リンクを利用者の矢状面で見たときに、該第３関節から、前記受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で該受け部の上方の位置に存する所定の点を通るように前記受け部に各脚リンクを連結するために、前記受け部に各脚リンクを連結する第１関節は、該脚リンクが前記所定の点を揺動中心点として少なくとも前後方向に揺動自在となるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節とされ、
    前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第１力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、
    前記受け部から前記利用者に作用させる上向きの持ち上げ力の目標値である目標持ち上げ力を設定する目標持ち上げ力設定手段と、
    前記各脚リンクの下腿フレームの下端部との第３関節との間、または、各脚リンクの第３関節と足平装着部との間に介装された第２力センサと、
    前記第２力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、
    前記目標持ち上げ力と前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力との総和、または、前記目標持ち上げ力と該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力との総和を総目標持ち上げ力として決定する総目標持ち上げ力決定手段と、
    該総目標持ち上げ力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、前記総目標持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標負担分とを決定する分配手段と、
    前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの目標負担分とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標負担分との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えたことを特徴とする歩行補助装置。
  2. 利用者の重量の一部を上方から受けるように利用者の両脚の付け根の間に配置される受け部と、該受け部にそれぞれ第１関節を介して連結された左右一対の大腿フレームと、各大腿フレームにそれぞれ第２関節を介して連結された左右一対の下腿フレームと、各下腿フレームにそれぞれ第３関節を介して連結されると共に前記利用者の左右の各脚の足平にそれぞれ装着され、前記利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、左側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された左側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する左用アクチュエータと、右側の前記第１関節、大腿フレーム、第２関節、下腿フレーム、第３関節および足平装着部により構成された右側脚リンクの関節のうちの第２関節を駆動する右用アクチュエータとを備え、各脚リンクの第２関節を前記アクチュエータにより駆動することにより前記受け部から利用者に上向きの持ち上げ力を作用させるようにした歩行補助装置であって、
    前記利用者の各脚が立脚となるときに該脚に対応する脚リンクの第３関節から下腿フレームに作用する支持力の作用線が、該脚リンクを利用者の矢状面で見たときに、該第３関節から、前記受け部と利用者との接触面の前後方向の幅内で該受け部の上方の位置に存する所定の点を通るように前記受け部に各脚リンクを連結するために、前記受け部に各脚リンクを連結する第１関節は、該脚リンクが前記所定の点を揺動中心点として少なくとも前後方向に揺動自在となるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節とされ、
    前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に設けられた第１力センサの出力が示す力検出値に基づき計測する踏力計測手段と、
    前記各脚リンクの下腿フレームの下端部と第３関節との間、または、各脚リンクの第３関節と足平装着部との間に介装された第２力センサと、
    該第２力センサの出力が示す力検出値に基づき、各脚リンクの第３関節から下腿フレームに実際に作用する前記支持力を制御対象力として計測する制御対象力計測手段と、
    前記利用者の各脚の踏力の総和である全踏力のうちの歩行補助装置により補助すべき力の、該全踏力に対する割合の目標値である目標アシスト割合を設定する目標アシスト割合設定手段と、
    該目標アシスト割合を前記利用者の各脚の踏力に乗じることにより、前記受け部から前記利用者に作用させるべき上向きの持ち上げ力のうちの、左側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分と右側脚リンクの負担分の目標値である目標持ち上げ負担分とを決定する目標持ち上げ負担分決定手段と、
    前記歩行補助装置のうちの各第２力センサの下側の部分の総重量を該歩行補助装置の全体重量から差し引いた重量を床に支えるための支持力、または、該歩行補助装置の全体重量を床に支えるための支持力を、前記利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて前記各脚リンクに分配することにより、該支持力のうちの左側脚リンクの負担分と右側脚リンクの負担分とをそれぞれ各脚リンクの目標装置支持力負担分として決定する分配手段と、
    前記左側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を左側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定すると共に、前記右側脚リンクの目標持ち上げ負担分と目標装置支持力負担分との総和を右側脚リンクの前記制御対象力の目標値として決定する制御対象力目標値決定手段と、
    前記左側脚リンクの制御対象力と前記左側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該左側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記左用アクチュエータを制御すると共に、前記右側脚リンクの制御対象力と前記右側脚リンクの制御対象力の目標値とに基づいて、該右側脚リンクの制御対象力と目標値との差が０に近づくように前記右用アクチュエータを制御するアクチェエータ制御手段とを備えたことを特徴とする歩行補助装置。
  3. 前記各脚リンクの第１関節は、該脚リンクが前後方向と左右方向とに揺動自在になるように該脚リンクの大腿フレームと前記受け部とを連結する関節であると共に、少なくとも該脚リンクの前後方向の揺動中心点が、前記所定の点として前記受け部の上方に存するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の歩行補助装置。
  4. 前記左用アクチュエータおよび右用アクチュエータは、それぞれ前記第２関節よりも前記受け部寄りの箇所で前記大腿フレームに連結して設けられ、各アクチュエータの駆動力を前記第２関節に伝達する左右一対の動力伝達手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
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