JP5588724B2 - 歩行運動補助装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エージェントの脚に装着される装具を介してアクチュエータの力を当該脚に作用させることにより、当該脚の動作を伴う歩行運動を補助する装置に関する。
エージェントの脚に装着された歩行運動補助装置の動作によってこの脚の動作を補助しながら、トレッドミルの上で当該エージェントの歩行訓練を行う技術的手法が提案されている（特許文献１〜３参照）。
米国特許公報 ＵＳＰ６８２１２３３ 特許第４１８５１０８号公報 特開２００７−２７５２８３号公報
しかし、エージェントの歩行訓練に際して、エージェントが脚を持ち上げて前方に踏み出すことができず、この脚がトレッドミルのベルトに引っ掛かって後方に持ち運ばれてしまう場合がある。この場合、介助者がこのエージェントの脚を持ち上げてその前方への踏み出し等の動作を介助することが必要であることが多いため、介助者の負担が大きい。
そこで、本発明は、エージェントの歩行運動の介助者による介助の負担または必要性が軽減または解消されるように、エージェントの脚の動作を伴う歩行運動を補助することができる装置を提供することを解決課題とする。
本発明は、エージェントの胴体、大腿および下腿のそれぞれに装着される第１装具、第２装具および第３装具と、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータのそれぞれの出力の振幅および位相を制御する制御装置とを備え、前記第１アクチュエータの出力により前記第１装具および前記第２装具を介して前記エージェントの胴体および大腿の股関節回りの相対的な動作を補助するとともに、前記第２アクチュエータの出力により前記第２装具および前記第３装具を介して前記エージェントの大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助することによって前記エージェントの歩行運動を補助する装置に関する。
本発明の歩行運動補助装置は、前記制御装置が、前記エージェントの脚の周期的な動作に応じて時間変化する振動信号を第２運動振動子として検出するように構成されている運動振動子検出要素と、前記エージェントの運動状態を表わす複数の状態変数の連立微分方程式により定義され、入力振動信号に基づき、当該連立微分方程式に含まれるエネルギー持続入力項の値に応じた振幅と、第２固有角速度に基づいて定まる角速度とにしたがって時間変化する出力振動信号を生成する第２モデルに、前記運動振動子検出要素により検出された前記第２運動振動子を当該入力振動信号として入力することにより第２振動子を当該出力振動信号として生成するように構成されている第２振動子生成要素と、前記第２振動子生成要素により生成された前記第２振動子に基づき、前記第１アクチュエータに対する制御指令信号を生成する第１制御指令信号生成要素と、前記エージェントの股関節角度および膝関節角度のそれぞれの測定値と、前記エージェントの大腿および下腿のそれぞれの長さとに基づき、幾何学的関係にしたがって前額面に対する脚の着床位置を算定するように構成されている第１状態監視要素と、前記第１状態監視要素により算定された脚の着床位置が指定範囲に収まるように、前記エネルギー持続入力項の値を調節するように構成されているエネルギー調節要素と、前記運動振動子検出要素により検出された前記第２運動振動子の変化態様または前記第２振動子生成要素により生成された前記第２振動子の変化態様に基づき、前記エージェントの脚の動作状態を認識するように構成されている第２状態監視要素と、前記第２状態監視要素により認識された前記エージェントの脚の動作状態に応じて、異なる態様で当該脚の大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されている第２制御指令信号生成要素とを備えていることを特徴とする（第１発明）。
本発明の歩行運動補助装置によれば、エージェントの脚の動作に応じて時間変化する振動信号が「第２運動振動子」として検出される。また、第２運動振動子が第２モデルに入力されることにより「第２振動子」が生成される。そして、第２振動子に基づいて制御指令信号が生成され、当該信号に応じて第１アクチュエータの動作が制御される。
これにより、エージェントの脚の動作周期または位相変化速度と、第１アクチュエータの動作周期または位相変化速度との調和を図りながら、エージェントの脚の動作を補助する力が制御されうる。
また、エージェントの前額面に対する脚の着床位置（脚が遊脚状態から立脚状態に変化した時点における当該脚の足平位置）が指定範囲に収まるように、第２モデルを表現する連立微分方程式に含まれるエネルギー持続入力項の値が調節される。
これにより、第１アクチュエータによる大腿の動作を補助する力が調節される。たとえば、脚の前回着床位置が指定範囲より後方であった場合、エネルギー持続入力項の値が増加されることによって、当該脚の今回着床位置が前回着床位置よりも前方にいたるように大腿の動作を補助する力が強められる。一方、脚の前回着床位置が指定範囲より前方であった場合、エネルギー持続入力項の値が減少されることによって、当該脚の今回着床位置が前回着床位置よりも後方にいたるように大腿の動作を補助する力が弱められる。したがって、エージェントの歩行運動に際して、その大腿の動作のための介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
さらに、第２運動振動子の変化態様または第２振動子の変化態様に基づいて脚の動作状態が認識される。当該判定結果に応じて当該脚の大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助される。
これにより、エージェントの歩行運動に際して、エージェントの脚の動作状態に鑑みて適当な態様で、大腿および下腿が膝関節回りの動作が補助されうる。このため、エージェントの歩行運動に際して、その下腿の動作のための介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
なお、第２運動振動子または第２振動子の変化態様に鑑みて、健常者の脚の動作状態として推定される一の動作状態が、エージェントの脚の動作状態として認識される。すなわち、エージェントの脚の動作状態がある特定の状態になっていると認識されたことは、エージェントの脚の実際の動作状態が必ず当該特定の状態になっていることを意味していない。
第１発明の歩行運動補助装置において、前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、当該脚の遊脚状態および立脚状態において当該脚の大腿が後方に動く第２動作状態であることを認識するように構成され、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２動作状態であると認識された場合、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第２発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、エージェントの脚が第２動作状態（＝当該脚の遊脚状態および立脚状態において当該脚の大腿が後方に動く動作状態）であると認識された場合、当該脚の膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助される。
これにより、大腿が後方に振られたにもかかわらず脚の膝の伸展が不十分であるためにこの脚が床を踏みしめることが困難になる事態、あるいは、この脚が床を踏みしめた際にエージェントの胴体のバランスが崩れる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
第２発明の歩行運動補助装置において、前記第２状態監視要素が、前記第２動作状態としての、大腿が前額面後側にある第２前動作状態と、大腿が前額面前側にある第２後動作状態との別を認識するように構成され、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２後動作状態であると認識された場合、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２前動作状態であると判定された場合と比較して、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が強い力で補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第３発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、エージェントの脚が第２後動作状態（＝第２動作状態のうち当該脚が前額面後側にある動作状態）であると認識された場合、エージェントの脚が第２前動作状態（＝当該脚が第２動作状態かつ大腿が前額面前側にある動作状態）であると認識された場合よりも、当該脚の膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が強められる。
これにより、大腿が前額面前側に振られたにもかかわらず膝の伸展が不十分であるためにこの脚が床を踏みしめることが困難になる事態、あるいは、この脚が床を踏みしめた際にエージェントの胴体のバランスが崩れる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するための介助者による、エージェントの歩行運動の介助負担が軽減または解消されうる。
第３発明の歩行運動補助装置において、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２後動作状態であると認識された場合、少なくとも当該第２後動作状態の始期において、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が連続的または断続的に強められるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第４発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、エージェントの脚が第２後動作状態であると認識された場合、少なくとも当該第２後動作状態の始期において、当該脚の膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する連続的または強く補助される。
これにより、前額面前側に振られた脚の膝の伸展を補助する力の急な変化、ひいては、当該力の急変によりエージェントの脚の動作が不連続的になり、脚が床を踏みしめることが困難になる事態、あるいは、この脚が床を踏みしめた際にエージェントの胴体のバランスが崩れる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するための、介助者によるエージェントの歩行運動の介助負担が軽減または解消されうる。
第２〜第４発明のうちいずれか１つの歩行運動補助装置において、前記第１制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２動作状態であると認識された場合、少なくとも当該第２動作状態の初期において、胴体および大腿の股関節回りの相対的な動作を補助する力が当該股関節の角速度に応じて弱められるように、前記第１アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第５発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、第２動作状態の少なくとも初期（特に脚がまだ遊脚状態である期間）において、胴体および大腿の股関節回りの相対的な動作を補助する力が当該股関節の角速度に応じて減衰される。これにより、第２動作状態の脚が着床する際の床反力が過度に強くなる事態、ひいては、当該床反力によりエージェントがバランスを崩す事態が回避される。このため、当該事態を回避するための、介助者によるエージェントの歩行運動の介助負担が軽減または解消されうる。
第２〜第５発明のうちいずれか１つの歩行運動補助装置において、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２動作状態であると認識された場合、少なくとも当該第２動作状態の初期において、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が当該膝関節の角速度に応じて弱められるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第６発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、第２動作状態の少なくとも初期（特に脚がまだ遊脚状態である期間）において、大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が当該膝関節の角速度に応じて減衰される。これにより、第２動作状態の脚が着床する際の床反力が過度に強くなる事態、ひいては、当該床反力によりエージェントがバランスを崩す事態が回避される。このため、当該事態を回避するための、介助者によるエージェントの歩行運動の介助負担が軽減または解消されうる。
第２〜第６発明のうちいずれか１つの歩行運動補助装置において、前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、当該脚の遊脚状態において大腿が前方に動く第１動作状態であることを認識するように構成され、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第１動作状態であると認識された場合、膝を屈曲させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第７発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、エージェントの脚が第１動作状態（＝当該脚が立脚状態から遊脚状態に遷移する前後または後において大腿が前方に動く動作状態）であると認識された場合、当該脚の膝を屈曲させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助される。
これにより、大腿が前方に振られている脚の膝の屈曲、ひいては、当該脚の下端部（たとえば足平）の床面からの持ち上げ量が不十分であるために当該下端部が床に引っ掛かって歩行運動の継続が困難になる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
第７発明の歩行運動補助装置において、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第１状態監視要素により算定された脚の着床位置が前記指定範囲の下限値未満である場合、前記第１状態監視要素により算定された脚の着床位置が前記指定範囲の下限値以上である場合よりも、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第１動作状態であると判定されたことに応じた、膝を屈曲させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が強くなるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第８発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、前方に振られた遊脚の膝の屈曲、ひいては、当該遊脚の下端部の床面からの持ち上げ量が不十分であるために、当該下端部が床に着くタイミングが早まってしまい、当該脚の着床位置が指定範囲よりも後方になる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
第７または第８発明の歩行運動補助装置において、前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、前記第２動作状態から前記第１動作状態に遷移するまでの中間動作状態であることを認識するように構成され、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記中間動作状態であると認識された場合、大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が０になるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第９発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、中間動作状態（＝第２動作状態から第１動作状態への遷移状態）であると認識された脚の大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が０に制御されうる。これにより、着床している脚の膝の屈伸が補助力によって阻害されたためにエージェントの歩行運動が不連続的になる事態、または、バランスを崩す事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
第７または第８発明の歩行運動補助装置において、前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、前記第２動作状態から前記第１動作状態に遷移するまでの中間動作状態であることを認識するように構成され、前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記中間動作状態であると認識された場合、大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が連続的または断続的に変化するように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていてもよい（第１０発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、中間動作状態であると認識された脚の大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が連続的または断続的に変化するように制御されうる。これにより、着床している脚の膝の屈伸を補助する力が急変したためにエージェントの歩行運動が不連続的になる事態、または、バランスを崩す事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
第１発明の歩行運動補助装置において、トレッドミルを備え、前記制御装置が、前記エージェントが前記トレッドミルの上で歩行運動している状態で、前記第１状態監視要素により検出された前記トレッドミルの動作速度が高いほど前記第２固有角速度を高く設定するように構成されている固有角速度設定要素を備えていてもよい（第１１発明）。
第１発明の歩行運動補助装置において、前記第１状態監視要素が、前記エージェントの歩行速度または歩行周期を検出するように構成され、前記制御装置が、前記第１状態監視要素により検出された前記エージェントの歩行速度が高いほどまたは歩行周期が短いほど前記第２固有角速度を高く設定するように構成されている固有角速度設定要素を備えていてもよい（第１２発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、第２振動子の角速度（位相の１階時間微分値）ひいては第１アクチュエータによる動作補助力の角速度の基礎である第２固有角速度の高低が、エージェントの歩行速度の高低または歩行周期の長短に応じて定められる。このため、エージェントの歩行運動の位相または角速度と、歩行運動補助装置の動作の位相または角速度との調和を図りながら、エージェントの歩行運動が補助されうる。
第１発明の歩行運動補助装置において、前記運動振動子検出要素が、前記エージェントの脚の周期的な動作に応じて時間変化する振動信号であって、前記第２運動振動子と種類が同じまたは異なる振動信号を第１運動振動子として検出するように構成され、前記制御装置が、入力振動信号と相互に引き込み合うことで第１固有角速度に基づいて定まる角速度で振動する出力振動信号を生成する第１モデルに、前記運動振動子検出要素により検出された前記第１運動振動子を当該入力振動信号として入力することにより、当該出力振動信号として第１振動子を生成するように構成されている第１振動子生成要素と、前記運動振動子検出要素により検出された前記第１運動振動子の位相極性と前記第１振動子生成要素により生成された前記第１振動子の位相極性の相関関係を表わす第１位相差に基づき、相互作用しながら第２位相差をもって振動する第１仮想振動子と第２仮想振動子とが表現されている仮想モデルにしたがって、当該第２位相差が目標位相差に近づくように当該第２仮想振動子の角速度を前記第２固有角速度として設定するように構成されている固有角速度設定要素とを備えていてもよい（第１３発明）。
当該構成の歩行運動補助装置によれば、エージェントの脚の動作に応じて時間変化する振動信号が「第１運動振動子」として検出される。第１運動振動子は第２運動振動子と同じであっても異なっていてもよい。また、第１運動振動子が第１モデルに入力されることにより「第１振動子」が生成される。そして、第１アクチュエータによる動作補助力の角速度の基礎である第２固有角速度の高低が、第１運動振動子および第１振動子の位相差（第１位相差）に応じて定められる。
このため、エージェントの歩行運動の位相または角速度と、歩行運動補助装置の動作の位相または角速度との調和を図りながら、エージェントの歩行運動が補助されうる。
本発明の一実施形態としての歩行運動補助装置の構成説明図。 歩行運動補助装置の制御装置の構成説明図。 歩行運動補助装置の制御方法に関する説明図。 エネルギー持続入力項の値の調節方法に関する説明図。 動作状態判定および制御指令信号の生成方法に関する説明図。 着床位置の算出方法に関する説明図。 動作状態判定および制御指令信号の生成方法に関する説明図。 エージェントの動作状態に関する説明図。
本発明の歩行運動補助装置の実施形態について図面を用いて説明する。以下、脚体等の左右を区別するために符号「Ｌ」および「Ｒ」を用いるが、左右を区別する必要がない場合や左右成分を有するベクトルを表現する場合には当該符号を省略する。また、脚体（具体的には大腿）の屈曲運動（前方運動）および伸展運動（後方運動）を区別するために符号「＋」および「−」を用いる。
（歩行運動補助装置の構成）
図１に示されている歩行運動補助装置１は、第１装具１１と、第２装具１２と、第３装具１３と、第１アクチュエータＡ１と、第２アクチュエータＡ２とを備えている。図２に示されているように歩行運動補助装置１は、第１運動状態センサＳ１と、第２運動状態センサＳ２と、制御装置２とを備えている。
第１装具１１はエージェント（行為者である人間）の腰部の後側に押し当てられる腰当１１１と、腰当を腰部に固定するために腹部に巻き付けられるバンド１１２とを備えている。腰当１１１は可撓性のある適度に硬質の樹脂により形成されている。腰当１１１の左右両側には金属製の第１ベース部材が固定されている。左右それぞれの第１ベース部材には、第１アクチュエータＡ１が取り付けられている。
第２装具１２はエージェントの大腿に巻き付けられるバンドにより構成されている。第２装具１２には第１アクチュエータＡ１の出力を第２装具１２に伝達するための第１リンク部材１４１が取り付けられている。第１リンク部材１４１は硬質樹脂により略ロッド状に形成されるとともに、エージェントの大腿の横方向外側に配置される。第１リンク部材１４１の下端部には金属製の第２ベース部材が固定されている。第２ベース部材には、第２アクチュエータＡ２が取り付けられている。
第３装具１３はエージェントの下腿に巻き付けられるバンド１３１と、足平に装着されるサンダル１３２とを備えている。サンダル１３２はエージェントの足の甲および足首のそれぞれに巻き付けられるバンドによって足平に装着される。バンド１３１およびサンダル１３２のそれぞれには、第２アクチュエータＡ２の出力をバンド１３１およびサンダル１３２のそれぞれに伝達するための第２リンク部材１４２が取り付けられている。第２リンク部材１４２は硬質樹脂によりロッド状または細長いプレート状に形成されるとともに、エージェントの大腿の横方向外側に配置される。
第２リンク部材１４２がその中間に設けられた関節部における屈伸自由度を有していてもよい。第２リンク部材１４２のうち少なくとも下端部がサンダル１３２の底を支持するプレートに固定または当該プレートと一体に形成されていてもよい。当該下端部は金属製であってもよい。第３装具１３は、バンド１３１およびサンダル１３２のうち一方のみにより構成されていてもよい。
制御装置２は第１装具１１の腰当１１１に内蔵されているコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路，Ａ／Ｄ変換回路等により構成されている。）により構成されている。制御装置２は第１運動状態センサＳ１および第２運動状態センサＳ２のそれぞれからの出力信号に基づき、適宜メモリから読み出したソフトウェアおよびデータにしたがって演算処理を実行することにより第１アクチュエータＡ１および第２アクチュエータＡ２のそれぞれの動作を制御するように構成されている。
制御装置２は、運動振動子検出要素２１０と、第１振動子生成要素２２０と、固有角速度設定要素２３０と、第２振動子生成要素２４０と、第１制御指令信号生成要素２５０と、第１状態監視要素２６０と、エネルギー調節要素２７０と、第２状態監視要素２８０と、第１制御指令信号生成要素２９０とを備えている。各要素は、後述する演算処理を実行するように構成またはプログラムされている。各要素は一部または全部が共通のハードウェア資源により構成されていてもよい。
第１アクチュエータＡ１は第１モータＭＯＴ１および第１減速機構Ｇ１を備えている。第１モータＭＯＴ１の動作および第１減速機構Ｇ１の減速比のそれぞれは制御装置２により制御される。第１減速機構Ｇ１を経た後の第１モータＭＯＴ１の出力が第１アクチュエータＡ１の出力に該当する。第１アクチュエータＡ１の出力は、第１装具１１を介してエージェントの腰部に伝達されるとともに、第１リンク部材１４１および第２装具１２を介してエージェントの大腿に伝達される。
第２アクチュエータＡ２は第２モータＭＯＴ２および第２減速機構Ｇ２を備えている。第２モータＭＯＴ２の動作および第２減速機構Ｇ２の減速比のそれぞれは制御装置２により制御される。第２減速機構Ｇ２を経た後の第２モータＭＯＴ２の出力が第２アクチュエータＡ２の出力に該当する。第２アクチュエータＡ２の出力は、第２装具１２を介してエージェントの大腿に伝達されるとともに、第２リンク部材１４２および第３装具１３を介してエージェントの足平および下腿に伝達される。
第１運動状態センサＳ１は、エージェントの腰部の左右両側のそれぞれに配置され、股関節角度θ1に応じた信号を出力するロータリーエンコーダにより構成されている。股関節角度θ1は、エージェントの胴体および大腿の相対角度、ひいては、前額面（左右の股関節位置を含み、エージェントの身体を前後に二分する面）に対する大腿の角度を意味する（図６（ａ）参照）。股関節角度θ1は、大腿が前額面の前にある場合には正である一方、大腿が前額面の後にある場合には負であると定義される。そのほか、第１アクチュエータＡ１を構成する第１モータＭＯＴ１のロータ角度が脚体角度の算出基礎となる場合、当該ロータ角度に応じた信号を出力する、当該モータＭＯＴ１に設けられたホール素子が第１運動状態センサＳ１として採用されうる。
第２運動状態センサＳ２は、エージェントの膝の左右両側のそれぞれに配置され、膝関節角度θ2に応じた信号を出力するロータリーエンコーダにより構成されている。膝関節角度θ2は、エージェントの腰部および大腿の相対角度または膝の屈曲角度を意味する（図６（ａ）参照）。そのほか、第２アクチュエータＡ２を構成する第２モータＭＯＴ２のロータ角度が脚体角度の算出基礎となる場合、当該ロータ角度に応じた信号を出力する、当該モータＭＯＴ２に設けられたホール素子が第２運動状態センサＳ２として採用されうる。
（歩行運動補助装置の機能）
前記構成の歩行運動補助装置１によるエージェントの歩行運動の補助方法について説明する。図１に示されているように、エージェントはトレッドミルの上で歩行運動を行ってもよい。また、リフタによってエージェントの身体が持ち上げられ、あるいは、エージェントが手すりにつかまることにより、エージェントの脚にかかる体重の軽減が図られてもよい。
まず、運動状態検出要素２１０が第１運動状態センサＳ１の出力に基づき、第１運動振動子φ1および第２運動振動子φ2を検出する（図３／ＳＴＥＰ００２）。第１運動振動子φ1は、エージェントの左右の股関節角速度（ｄθ1L／ｄｔ，θ1R／ｄｔ）の変化態様を表わす振動信号である。第２運動振動子φ2は、エージェントの左右の股関節角度（θ1L，θ1R）の変化態様を表わす振動信号である。
運動検出要素２２０は、サンプリング周期または演算周期ごとに状態センサ２０２から出力信号を受け取り、エージェントの股関節角度およびその１階時間微分である股関節角速度を算出する。
なお、第１運動振動子φ1および第２運動振動子φ2がともに股関節角度または股関節角速度である等、同じであってもよい。第１運動振動子φ1が股関節角度であり、第２運動振動子φ2が股関節角速度であってもよい。エージェントの左右の股関節角度、股関節角速度、膝関節角度、膝関節角速度、肩関節角度および肩関節角速度の任意の組み合わせが第１運動振動子φ1および第２運動振動子φ2として検出されてもよい。エージェントの左右の脚に作用する床反力が第１運動振動子φ1および第２運動振動子φ2として検出されてもよい。
２次元ベクトルφ1の成分である左股関節角速度ｄθ1L／ｄｔおよび右股関節角速度ｄθ1R／ｄｔのそれぞれは、エージェントの左右対称の２つの身体部分である左大腿および右大腿のそれぞれの腰部に対する周期的な動きに応じてほぼ逆位相で周期的に変化する。同様に、２次元ベクトルφ2の成分である左股関節角度θ1Lおよび右股関節角度θ1Rのそれぞれは、エージェントの左大腿および右大腿のそれぞれの腰部に対する周期的な動きに応じてほぼ逆位相で周期的に変化する。
また、第１状態監視要素２６０が第１運動状態センサＳ１および第２運動状態センサＳ２のそれぞれの出力に基づき、股関節角度θ1＝（θ1L，θ1R）および第２運動振動子θ2＝（θ2L，θ2R）を検出する（図３／ＳＴＥＰ００４、図６（ａ）参照）。
さらに、第１振動子生成要素２２０が、運動振動子検出要素２１０により検出された第１運動振動子φ1が「第１モデル」に入力されることにより第１振動子ξ1＝（ξ1L，ξ1R）を生成する（図３／ＳＴＥＰ００６）。
第１モデルは、入力振動信号と相互に引き込み合うことで第１固有角速度ω1＝（ω1L，ω1R）に基づいて定まる角速度で振動する出力振動信号を生成するモデルである。第１モデルはファン・デル・ポル（Van der Pol）方程式（０１０）によって表現される。
(d2ξ1L/dt2)＝χ(1−ξ1L 2)(dξ1L/dt）−ω1L 2ξ1L＋g(ξ1L−ξ1R)＋K1φ1L，
(d2ξ1R/dt2)＝χ(1−ξ1R 2)(dξ1R/dt)−ω1R 2ξ1R＋g(ξ1R−ξ1L)＋K1φ1R ..(010)
χは第１振動子ξ1およびその１階時間微分（ｄξ1／ｄｔ）がξ1−（ｄξ1／ｄｔ）平面で安定なリミットサイクルを描くように設定される正の係数である。ｇは第１モデルにおいて左右の脚の動作の相関関係を表す第１相関係数である。Ｋ1はフィードバック係数である。第１固有角速度ω1は、歩行運動補助装置１の動作の位相変化態様を定める角速度から大きく外れない範囲で任意に設定され得る。
第１振動子ξ1＝（ξ1L，ξ1R）はルンゲ・クッタ法により求められる。第１振動子ξ1はファン・デル・ポル方程式の１つの性質である「相互引き込み」により、エージェントの動作の周期と略同等の周期で時間変化する第１運動振動子φ1の角速度と調和しながら、第１固有角速度ω1に応じて定まる角速度で振動する。
第１モデルはファン・デル・ポル方程式（０１０）のほか、入力振動信号である第１運動振動子φ1との相互引き込みにより、第１運動振動子φ1の角速度と調和した角速度で時間変化する出力振動信号が生成され得る任意の方程式によって表現されてもよい。
第１モデルによれば、エージェントの脚の動作が停滞したために第１運動振動子φ1がほぼ時間変化しないような場合でも、第１固有角速度ω1に応じて定まる角速度で振動するまた配送が変化する第１振動子ξ1が生成されうる。
また、固有角速度設定要素２３０が、運動振動子検出要素２１０により検出された第１運動振動子φ1と、第１振動子生成要素２２０により生成された第１振動子ξ1とに基づき、第２固有角速度ω2を設定する（図３／ＳＴＥＰ００８）。第２固有角速度ω2の今回設定値は、第１振動子ξ1の次回設定時に第１固有角速度ω1として用いられる（式（０１０）参照）。
具体的には、左右各成分について第１運動振動子φ1の位相極性および第１振動子ξ1の位相極性の相関関係を表わす第１位相差δθ1が関係式（０２１）にしたがって求められる。
δθ1＝∫dt・δθ(φ1,ξ1),
δθ(φ1,ξ1)≡sgn(ξ1){sgn(φ1)−sgn(dξ1／dt)},
sgn(θ)≡-1(θ＜0), 0(θ＝0)または1(θ＞0) ..(021)。
次に、過去３歩行周期にわたって第１位相差δθ1が一定であったことを要件として、仮想モデルにしたがって第２位相差δθ2が求められる。仮想モデルによれば、関係式（０２２）および（０２３）によって仮想運動振動子θhと仮想補助振動子θmとの相関関係が表されている。関係式（０２４）にしたがって第２位相差δθ2が求められる。
(dθh/dt)＝ωh＋εsin(θm−θh) ..(022)。
(dθm/dt)＝ωm＋εsin(θh−θm) ..(023)。
δθ2＝arcsin[(ωh−ωm)／2ε] ..(024)。
εは仮想運動振動子θhおよび仮想補助振動子θmの相関係数である。ωhは仮想運動振動子θhの角速度である。ωmは仮想補助振動子θmの角速度である。
続いて、第１位相差δθ1と、第２位相差δθ2との差δθ1−δθ2が最小になるように相関係数εが設定される。具体的には関係式（０２５）にしたがって、左右各成分についてφ1＝０かつｄφ1／ｄｔ＞０となる時刻｛ｔi｜ｉ＝１，２，..｝における相関係数εが逐次設定される。
ε(ti+1)＝ε(ti)−η{V(ti+1)−V(ti)}／｛ε(ti)−ε(ti-1)｝,
V(ｔi+1)≡(1/2){δθ1(ti+1)−δθ2(ti)}2 ..(025)。
η＝（ηL，ηR）は、第１位相差δθ1の左右各成分と第２位相差δθ2の左右各成分とを近づけるポテンシャルＶ＝（ＶL，ＶR）の安定性を表す係数である。
次に、相関係数εに基づき、仮想補助振動子θmの角速度ωmが一定であるという条件下で、左右各成分について第１および第２位相差の差δθ1−δθ2の各成分が最小となるように、系の安定性を表わす係数α＝（αL，αR）を用い、仮想運動振動子θhの角速度ωhが関係式（０２６）にしたがって求められる。
ωh(ti)＝−α∫dt・([4ε(ti)2−{ωh(t)−ωm(ti)}2]1/2
×sin［arcsin{(ωh(t)−ωm(ti-1))／2ε(ti)}−δθ1(ｔi)］) ..(026)。
続いて、左右各成分について、仮想運動振動子θHの角速度ωhに基づき、仮想補助振動子θmの角速度ωmが第２固有角速度ω2として設定される。具体的には、左右各成分について第２位相差δθ2が目標位相差δθ0に近づくように、系の安定性を表す係数β＝（βL，βR）を用い、関係式（０２７）にしたがって仮想補助振動子θmの角速度ωm＝（ωmL，ωmR）が設定される。
ωm(ti)＝β∫dt・([4ε(ti)2−{ωh(ti)−ωm(t)}2])
×sin[arcsin{(ωh(ti)−ωm(t))／2ε(ti)}−δθ0]) ..(027)。
エネルギー調節要素２７０がエネルギー持続入力項ζ0の値を調節する（図３／ＳＴＥＰ１００）。エネルギー持続入力項ζ0およびその値の調節方法については後述する。
続いて、第２振動子生成要素２４０が、運動振動子検出要素２１０により検出された第２運動振動子φ2と、固有角速度設定要素２３０により設定された第２固有角速度ω2と、エネルギー調節要素２７０により設定されたエネルギー持続入力項ζ0とに基づき、「第２モデル」にしたがって第２振動子ξ2＝（ξ2L+，ξ2L-，ξ2R+，ξ2R-）を生成する（図３／ＳＴＥＰ０１０）。
第２モデルは、エージェントの運動状態を表わす複数の状態変数の連立微分方程式により定義され、入力振動信号に基づき、当該連立微分方程式に含まれるエネルギー持続入力項ζ0の値に応じた振幅と、第２固有角速度ω2に基づいて定まる角速度とにしたがって時間変化する出力振動信号を生成するモデルである。
第２モデルはたとえば連立微分方程式（０３０）により定義される。
τ1L+(duL+/dt)＝cL+ζ0L+−uL+＋wL+/L-ξ2L-＋wL+/R+ξ2R+−λLvL+＋f1(ω2L)＋f2(ω2L)K2φ2L,
τ1L-(duL-/dt)＝cL-ζ0L-−uL-＋wL-/L+ξ2L+＋wL-/R-ξ2R-−λLvL-＋f1(ω2L)＋f2(ω2L)K2φ2L,
τ1R+(duR+/dt)＝cR+ζ0R+−uR+＋wR+/L+ξ2L+＋wR+/R-ξ2R+−λRvR+＋f1(ω2R)＋f2(ω2R)K2φ2R,
τ1R-(duR-/dt)＝cR-ζ0R-−uR-＋wR-/L-ξ2L-＋wR-/R+ξ2R+−λRvR-＋f1(ω2R)＋f2(ω2R)K2φ2R,
τ2i(dvi/dt)＝−v2i＋ξ2i (i=L+,L-,R+,R-),
ξ2i＝H(ui−uth)＝０(ui＜uth)もしくはui（ui≧uth）,または
ξ2i＝fs(ui)＝ui／(1＋exp(−ui／D)) ..(030)。
連立微分方程式（０３０）には各大腿の屈曲方向（前方）および伸展方向（後方）のそれぞれへの挙動状態（振幅および位相により特定される。）を表現する状態変数ｕiと、各挙動状態の順応性を表現するための自己抑制因子ｖiとが含まれている。また、連立微分方程式（０３０）にはエネルギー持続入力項ζ0に係る係数ｃiが含まれている。
第１時定数τ1iは状態変数ｕiの変化特性を規定する時定数であり、ω2依存性を有する係数ｔ（ω2）と、定数γ＝（γL，γR）とを用いて関係式（０３１）により表現されるが、第２固有角速度ω2に依存して変化する。
τ1L+＝τ1L-＝(t(ω2L)／ω2L)−γL，τ1R+＝τ1R-＝(t(ω2R)／ω2R)−γR ..(031)。
第２時定数τ2iは自己抑制因子ｖiの変化特性を規定する時定数である。ｗi/jはエージェントの左右各脚体の屈曲方向および伸展方向への動きを表わす状態変数ｕiおよびｕjの相関関係を第２振動子ξ2の各成分の相関関係として表現するための負の第２相関係数である。λLおよびλRは慣れ係数である。Ｋ2は第２運動振動子φ2に応じたフィードバック係数である。
第１の関数「ｆ1」は正の係数ｃを用いて関係式（０３２）により定義される第２固有角速度ω2の１次関数である。第２の関数「ｆ2」は係数ｃ0，ｃ1およびｃ2を用いて関係式（０３３）により定義される第２固有角速度ω2の２次関数である。
f1(ω2)≡cω2 ..(032)。
f2(ω2)≡c0ω2＋c1ω2＋c2ω2 2 ..(033)。
第２振動子ξ2iは、状態変数ｕiの値が閾値ｕth未満である場合は０、状態変数ｕiの値が閾値ｕth以上である場合はこのｕiの値をとる。あるいは、第２振動子ξ2iは、シグモイド関数ｆｓによって定義されている（関係式（０３０）参照）。これにより、左大腿の前側への挙動を表わす状態変数ｕL+が大きくなると第２振動子ξ2の左側屈曲成分ξ2L+の振幅が左伸展側成分ξ2L-よりも大きくなる。また、右大腿の前側への挙動を表わす状態変数ｕR+が大きくなると第２振動子ξ2の右側屈曲成分ξ2R+の振幅が右側伸展成分ξ2R-の振幅よりも大きくなる。
さらに、左大腿の後側への挙動を表わす状態変数ｕL-が大きくなると第２振動子ξ2の左側伸展成分ξ2L-の振幅が左側屈曲成分ξ2L+よりも大きくなる。また、右大腿の後側への挙動を表わす状態変数ｕR-が大きくなると第２振動子ξ2の右側伸展成分ξ2R-の振幅が右側屈曲成分ξ2R+の振幅よりも大きくなる。脚（大腿）の前方または後方への動きは、たとえば、股関節角速度の極性によって識別される。脚（大腿）の前方または後方への動きは、たとえば、股関節角速度の極性によって識別される。
その後、第１制御指令信号生成要素２５０が第２振動子ξ2に基づき、たとえば関係式（０４０）にしたがって第１制御指令信号η1＝（η1L，η1R）を設定する（図３／ＳＴＥＰ０１２）。
η1L＝χL+ξ2L+−χL-ξ2L-，η1R＝χR+ξ2R+−χR-ξ2R-..(040)。
第１制御指令信号η1の左成分η1Lは、第２振動子ξ2の左側屈曲成分ξ2L+および係数χL+の積と、左側伸展成分ξ2L-および係数（−χL-）の積との和として求められる。第１制御指令信号η1の右成分η1Rは、第２振動子ξ2の右側屈曲成分ξ2R+および係数χR+の積と、右側伸展成分ξ2R-および係数（−χR-）の積との和として求められる。
そして、制御装置２により第１制御指令信号η1に基づいてバッテリから左右の第１アクチュエータＡ１にそれぞれ供給される電流Ｉ1＝（Ｉ1L，Ｉ1R）が調節される。これにより、第１装具１１および第２装具１２を介して腰部（第１身体部分）および大腿（第２身体部分）を股関節回りの相対的な動作を補助するトルクｔｑ1＝（ｔｑ1L，ｔｑ1R）が調節される。トルクｔｑ1は電流Ｉ1に基づき、たとえばｔｑ1(ｔ)＝Ｇ1・Ｉ1(ｔ)（Ｇ1：比例係数）と表現される。
さらに、第２制御指令信号生成要素２９０が後述するように第２制御指令信号を生成する（図３／ＳＴＥＰ２００）。
そして、制御装置２により第２制御指令信号η2に基づいてバッテリから左右の第２アクチュエータＡ２にそれぞれ供給される電流Ｉ2＝（Ｉ2L，Ｉ2R）が調節される。これにより、第２装具１２および第３装具１３を介して大腿（第２身体部分）および下腿（第３身体部分）の膝関節回りの相対的な動作を補助するトルクｔｑ2＝（ｔｑ2L，ｔｑ2R）が調節される。トルクｔｑ2は電流Ｉ2に基づき、たとえばｔｑ2(ｔ)＝Ｇ2・Ｉ2(ｔ)（Ｇ2：比例係数）と表現される。
その後、運転スイッチがＯＮからＯＦＦに切り替えられたこと、または、動作異常が検知されたこと等の動作終了条件が満たされたか否かが判定される（図３／ＳＴＥＰ０１４）。そして、当該判定結果が否定的である場合（図３／ＳＴＥＰ０１４‥ＮＯ）、前記一連の処理が繰り返される一方、当該判定結果が肯定的である場合（図３／ＳＴＥＰ０１４‥ＹＥＳ）、前記一連の処理が終了する。
（エネルギー持続入力項の値の調節方法）
第２モデルを表現する連立微分方程式（０３０）に含まれるエネルギー持続入力項ζ0の値の調節方法について説明する（図３／ＳＴＥＰ１００参照）。動作開始時（運転スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた時点）においてエネルギー持続入力項ζ0は初期値０に設定されている。
まず、第１状態監視要素２６０によってエージェントの歩数がカウントアップされたか否かが判定される（図４／ＳＴＥＰ１０２）。歩数のカウントアップは、エージェントの左右いずれかの脚が遊脚状態から立脚状態に遷移したことを表わしている。
たとえば、エージェントの左股関節角速度ｄθ1L／ｄｔまたは右股関節角速度ｄθ1R／ｄｔが屈曲側（前方）で増加から減少に転じたこと、足裏に配置されている圧力センサの出力信号のレベルが閾値を超えて変化したこと、腰部等に設けられた加速度センサの出力信号により表わされる、当該エージェントに作用する加速度の鉛直方向成分が閾値を超えて変化したこと等、エージェントが遊脚（歩行面から浮いている脚）を着床させたことを示唆するセンサ信号に応じて歩数がカウントアップされる。
エージェントの歩数がカウントアップされた、すなわち、遊脚状態であった一方の脚が着床したと判定された場合（図４／ＳＴＥＰ１０２‥ＹＥＳ）、第１状態監視要素２６０によって当該脚の前額面を基準とした着床位置ｘが算定される（図４／ＳＴＥＰ１０４）。
着床位置ｘは、股関節角度θ1および膝関節角度θ2の計測値と、エージェントの大腿の長さＬ1および下腿の長さＬ2とに基づき、幾何学的関係式（１００）にしたがって算定される（図６（ａ）参照）。エージェントの大腿の長さＬ1および下腿の長さＬ2は、たとえば操作パネル等のインターフェースを通じて制御装置２に対して入力され、メモリに記憶されている。
x＝L1sinθ1＋L2sin(θ1−θ2) ..(100)。
エネルギー調節要素２７０により、エージェントの着床位置ｘが指定範囲の下限値ｘ1未満であるか否かが判定される（図４／ＳＴＥＰ１０６）。着床位置ｘが指定範囲の下限値ｘ1未満であると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ１０６‥ＹＥＳ）、エネルギー調節要素２７０によって当該脚が次に遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間のエネルギー持続入力項ζ0の値がζ1（＞０）だけ増やされた値に設定される（図４／ＳＴＥＰ１０８）。これは、図６（ｂ）に模式的に示されているように、エージェントの脚の前方への踏み込み量が不足している場合、大腿の前方への振り幅の増大により当該不足量の補償を図るためである。
また、第２制御指令信号生成要素２９０によって、当該脚が次に遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間の膝関節回りの動作を補助する力の強弱を定める係数knee_bstがｎδ（ｎ：自然数。δ＞０）だけ増やされた値に設定される（図４／ＳＴＥＰ１１０）。これは、図６（ｂ）に模式的に示されているように、エージェントの脚の前方への踏み込み量が不足している場合、膝の屈曲による下腿の持ち上げ量の増大により当該不足量の補償を図るためである。
その一方、着床位置ｘが指定範囲の下限値ｘ1以上であると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ１０６‥ＮＯ）、エネルギー調節要素２７０によって当該着床位置ｘが指定範囲の上限値ｘ2を超えているか否かがさらに判定される（図４／ＳＴＥＰ１１２）。
着床位置ｘが指定範囲の上限値ｘ2を超えていると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ１１２‥ＹＥＳ）、エネルギー調節要素２７０によって当該脚が次に遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間のエネルギー持続入力項ζ0の値がζ2（＞０）だけ減らされた値に設定される（図４／ＳＴＥＰ１１４）。これは、図６（ｃ）に模式的に示されているように、エージェントの脚の前方への踏み込み量が過多である場合、大腿の前方への振り幅の減少により当該過多状態の補正を図るためである。
続いて、エネルギー調節要素２７０によって、エネルギー持続入力項ζ0の最新値を対象としてリミット処理が実行される（図４／ＳＴＥＰ１１６）。具体的には、エネルギー持続入力項ζ0の値が許容範囲下限値を下回っている場合、エネルギー持続入力項ζ0は当該下限値等、許容範囲内の値に補正される。エネルギー持続入力項ζ0の値が許容範囲上限値を超えている場合、エネルギー持続入力項ζ0は当該上限値等、許容範囲内の値に補正される。エネルギー持続入力項ζ0の値が許容範囲に収まっている場合、エネルギー持続入力項ζ0の値はそのまま維持される。
エージェントの歩数がカウントアップされていないと判定された場合（図４／ＳＴＥＰ１０２‥ＮＯ）、または、着床位置ｘが指定範囲［ｘ1，ｘ2］に収まっていると判定された場合（図４／ＳＴＥＰ１０６‥ＮＯかつＳＴＥＰ１１２‥ＮＯ）、エネルギー持続入力項ζ0の値は変更されない。
（第２制御指令信号の生成方法）
第２アクチュエータＡ２に対する第２制御指令信号η2の生成方法について説明する（図３／ＳＴＥＰ２００参照）。
まず、第２状態監視要素２８０により、第２振動子ξ2の変化態様に基づき、エージェントの脚の動作状態が認識される（図５／ＳＴＥＰ２０２）。
当該認識の根拠について簡単に説明する。第２振動子ξ2の周期を定める第２固有角速度ω2は、第１運動振動子φ1および第１振動子ξ1の位相差δθ1を目標位相差δθ0に近づけるように設定される（図３／ＳＴＥＰ００８参照）。
このため、第２振動子ξ2の周期は第１運動振動子φ1の周期、ひいては、エージェントの歩行運動周期とほぼ同等視することができる。また、第２振動子ξ2および第１運動振動子φ1の位相差はほぼ一定（たとえば目標位相差δθ0）に維持される。よって、第２振動子ξ2の位相から、エージェントの運動状態を表わす第１運動振動子φ1の位相が推定されうる。以上が前記認識の根拠である。
なお、第２振動子ξ2の変化態様に代えて、第１運動振動子φ1（股関節角速度）の変化態様または第２運動振動子φ2（股関節角度）の変化態様に基づいて、エージェントの脚の動作状態が認識されてもよい。
図７（ａ）上段に示されているように第２振動子ξ2が振動または位相変化している状態について考える。第２振動子ξ2の位相と、股関節角度θ1の位相とはほぼ同一であると仮定する。エージェントの脚の動作状態として、第１動作状態、第２動作状態および中間動作状態の別が認識される。
第２振動子ξ2の位相ρ（ξ2）が第１基準角ρ1（−π／２＜ρ1＜０）から−π／２まで減少する期間においては、エージェントの脚の動作状態は第１動作状態であると認識される。「第１動作状態」は、脚の遊脚状態において大腿が前方に動く動作状態を意味する（図８（ｃ）（ｄ）参照）。
第２振動子ξ2の位相ρ（ξ2）が−π／２から＋π／２まで増加した上で、π／２から第２基準角ρ2（０＜ρ2＜π／２）まで減少する期間においては、エージェントの脚の動作状態は第２動作状態であると認識される。「第２動作状態」は、脚の遊脚状態および立脚状態において当該脚の大腿が後方に動く動作状態を意味する（図８（ｅ）（ｆ）参照）。
また、エージェントの脚の動作状態として、さらに第２前動作状態および第２後動作状態の別が認識される。
第２振動子ξ2の位相ρ（ξ2）が−π／２から中間基準角ρ0（−π／２＜ρ0＜０）まで増加する期間においては、エージェントの脚の動作状態は第２前動作状態であると認識される。「第２前動作状態」は第２動作状態のうち大腿が前額面後側にある状態を意味する（図８（ｃ）参照）。
第２振動子ξ2の位相ρ（ξ2）が中間基準角ρ0からπ／２まで増加した上で、π／２から第２基準角ρ2まで減少する期間においては、エージェントの脚の動作状態は第２後動作状態であると認識される。「第２後動作状態」は第２動作状態のうち大腿が前額面前側にある状態を意味する（図８（ｄ）参照）。
第２振動子ξ2の位相ρ（ξ2）が第２基準角ρ2から第１基準角ρ1まで増加する期間においては、エージェントの脚の動作状態は中間動作状態であると認識される。「中間動作状態」は、脚が第２動作状態から第１動作状態に遷移する動作状態を意味する（図８（ａ）（ｂ）参照）。
エージェントの脚が第１動作状態であると認識された場合（図５／ＳＴＥＰ２０４‥ＹＥＳ）、第２制御指令信号生成要素２９０により、当該脚が次に遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間の第２制御指令信号η2が−Ｃ・knee_bst（Ｃ＞０、knee_bst＞０）に設定される（図５／ＳＴＥＰ２０６）。knee_bstは前記のようにエージェントの着床位置ｘが指定範囲の下限値未満である場合、通常よりも大きな値に設定される係数である（図４／ＳＴＥＰ１０６‥ＹＥＳ，ＳＴＥＰ１１０参照）。
エージェントの脚が第２前動作状態であると認識された場合（図５／ＳＴＥＰ２０４‥ＮＯ，ＳＴＥＰ２０８‥ＹＥＳ）、第２制御指令信号生成要素２９０により、当該脚が次に遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間の第２制御指令信号η2がＣ1（Ｃ1＞０）に設定される（図５／ＳＴＥＰ２１０）。
エージェントの脚が第２後動作状態であると認識された場合（図５／ＳＴＥＰ２０８‥ＮＯ，ＳＴＥＰ２１２‥ＹＥＳ）、第２制御指令信号生成要素２９０により、当該脚が次に遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間の第２制御指令信号η2がＣ1＋Ｃ2ｅｘｐ（θ2−θ0）（Ｃ2＞０）に設定される（図５／ＳＴＥＰ２１４）。
また、第２制御指令信号生成要素２９０により、第２制御指令信号η2に対して、膝関節角速度（ｄθ2／ｄｔ）に応じたダンパ項−ｋ2d（ｄθ2／ｄｔ）が追加される（図５／ＳＴＥＰ２１６）。さらに、第１制御指令信号生成要素２５０により、第１制御指令信号η1に対して、股関節角速度（ｄθ1／ｄｔ）に応じたダンパ項−ｋ1d（ｄθ1／ｄｔ）が追加される。
エージェントの脚が中間動作状態であると認識された場合（図５／ＳＴＥＰ２１２‥ＮＯ）、第２制御指令信号生成要素２９０により、当該脚が次に遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間の第２制御指令信号η2が０に設定される（図５／ＳＴＥＰ２１８）。
以上のように脚の動作状態に応じて第２制御指令信号η2が設定されることにより、図７（ａ）下段に示されているように変化する第２制御指令信号η2に応じて第２アクチュエータＡ２の動作が制御される。なお、図７（ａ）下段に示されているように不連続的ではなく、図７（ｂ）に示されているように連続的に変化するように第２制御指令信号η2が生成されてもよい。
第２状態監視要素２８０により歩数がカウントアップされ、かつ、その際のknee_bstが１（規格化された閾値）を超えているか否かが判定される（図５／ＳＴＥＰ２２０）。
当該判定結果が肯定的である場合（図５／ＳＴＥＰ２２０‥ＹＥＳ）、第２制御指令信号生成要素２９０によって、次に脚が遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間のknee_bstがδだけ減らされた値に設定される（図５／ＳＴＥＰ２２２）。これは、図６（ｃ）に模式的に示されているように、エージェントの脚の前方への踏み込み量が過多である場合、膝の屈曲による下腿の持ち上げ量の低下により当該過多状態の補正を図るためである。
その一方、当該判定結果が否定的である場合（図５／ＳＴＥＰ２２０‥ＮＯ）、knee_bstはそのままに維持される。
（歩行運動補助装置の作用効果）
前記機能を発揮する歩行運動補助装置１によれば、エージェントの脚の動作に応じて時間変化する振動信号が第１運動振動子φ1として検出される（図３／ＳＴＥＰ００２参照）。また、第１運動振動子φ1が第１モデルに入力されることにより第１振動子ξ1が生成される（図３／ＳＴＥＰ００６参照）。そして、第１アクチュエータＡ１による動作補助力ｔｑ1の角速度の基礎である第２固有角速度ω2の高低が、第１運動振動子φ1および第１振動子ξ1の位相差（第１位相差）δθ1に応じて定められる（図３／ＳＴＥＰ００８参照）。
さらに、エージェントの脚の動作に応じて時間変化する振動信号が第２運動振動子φ2として検出される（図３／ＳＴＥＰ００２参照）。また、第２運動振動子φ2が第２モデルに入力されることにより第２振動子ξ2が生成される（図３／ＳＴＥＰ０１０参照）。そして、第２振動子ξ2に基づいて第１制御指令信号η1が生成され、当該信号に応じて第１アクチュエータＡ１の動作が制御される（図３／ＳＴＥＰ０１２参照）。
これにより、エージェントの脚の動作周期または位相変化速度と、第１アクチュエータＡ１の動作周期または位相変化速度との調和を図りながら、エージェントの脚の動作を補助する力ｔｑ1が制御されうる。
また、エージェントの前額面に対する脚の着床位置（脚が遊脚状態から立脚状態に変化した時点における当該脚の足平位置）ｘが指定範囲［ｘ1，ｘ2］に収まるように、第２モデルを表現する連立微分方程式（０３０）に含まれるエネルギー持続入力項ζ0の値が調節される（図４／ＳＴＥＰ１０８，ＳＴＥＰ１１４参照）。
これにより、第１アクチュエータＡ１による補助力ｔｑ1が調節される。たとえば、脚の前回着床位置が指定範囲より後方であった場合、エネルギー持続入力項ζ0の値が増加されることによって、当該脚の今回着床位置が前回着床位置よりも前方にいたるように大腿の動作を補助する力ｔｑ1が強められる（図４／ＳＴＥＰ１０８，図６（ｂ）参照）。一方、脚の前回着床位置が指定範囲より前方であった場合、エネルギー持続入力項ζ0の値が減少されることによって、当該脚の今回着床位置が前回着床位置よりも後方にいたるように大腿の動作を補助する力ｔｑ1が弱められる（図４／ＳＴＥＰ１１４，図６（ｃ）参照）。したがって、エージェントの歩行運動に際して、その大腿の動作のための介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
脚の着床位置ｘが指定範囲の下限値ｘ1未満である場合、当該脚の着床位置ｘが当該下限値ｘ1以上である場合よりも、エネルギー持続入力項ζ0の値が増やされる（図４／ＳＴＥＰ１０６‥ＹＥＳ→ＳＴＥＰ１０８参照）。
これにより、第２アクチュエータＡ２による補助力ｔｑ2が強められる（図６（ｂ）参照）。そして、前方に振られた遊脚の膝の屈曲、ひいては、当該遊脚の下端部の床面からの持ち上げ量が不十分であるために、当該下端部が床に着くタイミングが早まってしまい、当該脚の着床位置ｘが指定範囲よりも後方になる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
さらに、第２運動振動子φ2の変化態様または第２振動子ξ2の変化態様に基づいて脚の動作状態が認識される（図５／ＳＴＥＰ２０２、図７（ａ）参照）。当該認識結果に応じて当該脚の大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助される（図５／ＳＴＥＰ２０６，ＳＴＥＰ２１０，ＳＴＥＰ２１４，ＳＴＥＰ２１６，図７（ａ）参照）。
具体的には、エージェントの脚が第１動作状態（＝当該脚が立脚状態から遊脚状態に遷移する前後または後において大腿が前方に動く動作状態）であると認識された場合、当該脚の膝を屈曲させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助される（図５／ＳＴＥＰ２０６、図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）参照）。
これにより、大腿が前方に振られている脚の膝の屈曲、ひいては、当該脚の下端部（たとえば足平）の床面からの持ち上げ量が不十分であるために当該下端部が床に引っ掛かって歩行運動の継続が困難になる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
さらに、エージェントの脚が第２後動作状態（＝第２動作状態のうち当該脚が前額面後側にある動作状態）であると認識された場合、エージェントの脚が第２前動作状態（＝当該脚が第２動作状態かつ大腿が前額面前側にある動作状態）であると認識された場合よりも、当該脚の膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力ｔｑ2が強められる（図５／ＳＴＥＰ２１０，ＳＴＥＰ２１４，図７（ａ）（ｂ）、図８（ｃ）（ｄ）参照）。
これにより、大腿が前額面前側に振られたにもかかわらず膝の伸展が不十分であるためにこの脚が床を踏みしめることが困難になる事態、あるいは、この脚が床を踏みしめた際にエージェントの胴体のバランスが崩れる事態が回避されうる（図８（ｄ）（ｅ）参照）。このため、当該事態を回避するための介助者による、エージェントの歩行運動の介助負担が軽減または解消されうる。
また、第２後動作状態の始期（図７（ａ）位相ρ（ξ）が中間基準値ρ0から増加している期間参照）において、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が連続的または断続的に強められるように、第２制御指令信号η2が生成される。これにより、前額面前側に振られた脚の膝の伸展を補助する力の急な変化、ひいては、当該力の急変によりエージェントの脚の動作が不連続的になり、脚が床を踏みしめることが困難になる事態、あるいは、この脚が床を踏みしめた際にエージェントの胴体のバランスが崩れる事態が回避されうる。
さらに、中間動作状態（＝第２動作状態から第１動作状態への遷移状態）であると認識された脚の膝関節回りの動作を補助する力ｔｑ2が０に制御されうる（図５／ＳＴＥＰ２１８，図７（ａ）、図８（ｅ）（ｆ）参照）。これにより、着床している脚の膝の屈伸が補助力によって阻害されたためにエージェントの歩行運動が不連続的になるまたはバランスを崩す事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
中間動作状態（＝第２動作状態から第１動作状態への遷移状態）であると認識された脚の膝関節回りの動作を補助する力ｔｑ2が連続的または断続的に変化するように制御されうる（図５／ＳＴＥＰ２１８，図７（ｂ）、図８（ｅ）（ｆ）参照）。これにより、中間動作状態であると認識された脚の膝関節回りの動作を補助する力ｔｑ2が連続的または断続的に変化するように制御されうる。これにより、着床している脚の膝の屈伸を補助する力が急変したためにエージェントの歩行運動が不連続的になる事態、または、バランスを崩す事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
第２状態監視要素２８０によりエージェントの脚が第２動作状態（第２後動作状態）であると認識された場合、第１制御指令信号生成要素２５０により、第１制御指令信号η1に対して、股関節角速度（ｄθ1／ｄｔ）に応じたダンパ項−ｋ1d（ｄθ1／ｄｔ）が追加される（図５／ＳＴＥＰ２１２‥ＹＥＳ参照）。
これにより、第２動作状態の少なくとも終期において、第１アクチュエータＡ１による補助力ｔｑ1が当該股関節角速度（ｄθ1／ｄｔ）に応じて減衰される。そして、第２動作状態の脚が着床する際（図８（ｅ）参照）の床反力が過度に強くなったために当該床反力によりエージェントがバランスを崩す事態が回避される。このため、当該事態を回避するための、介助者によるエージェントの歩行運動の介助負担が軽減または解消されうる。
第２状態監視要素２８０により前記エージェントの脚が第２動作状態（第２後動作状態）であると認識された場合、第２制御指令信号生成要素２９０により、第２制御指令信号η2に対して、膝関節角速度（ｄθ2／ｄｔ）に応じたダンパ項−ｋ2d（ｄθ2／ｄｔ）が追加される（図５／ＳＴＥＰ２１２‥ＹＥＳ，ＳＴＥＰ２１６参照）。
これにより、第２動作状態の少なくとも初期（特に脚がまだ遊脚状態である期間（図８（ｄ）参照））において、第２アクチュエータＡ２による補助力ｔｑ2が当該膝関節角速度（ｄθ2／ｄｔ）に応じて減衰される。そして、第２動作状態の脚が着床する際（図８（ｅ）参照）の床反力が過度に強くなる事態、ひいては、当該床反力によりエージェントがバランスを崩す事態が回避される。このため、当該事態を回避するための、介助者によるエージェントの歩行運動の介助負担が軽減または解消されうる。
（本発明の他の実施形態）
猿、犬、馬、牛等、人間以外の動物の歩行運動がエージェントの歩行運動として補助されてもよい。
第１運動振動子φ1の検出（図３／ＳＴＥＰ１０２参照）および第１振動子ξ1の生成（図３／ＳＴＥＰ１０４参照）が省略され、トレッドミルの動作速度（＝エージェントが脚を接触させる無端ベルトの移動速度）の高低、股関節角速度の高低、歩行速度の高低または歩行周期の長短に応じて第２固有角速度ω2が設定された上で第２振動子ξ2が生成されてもよい。トレッドミルは、歩行運動補助装置の構成要素であってもよい。
エージェントの脚の動作状態として、第２前動作状態および第２後動作状態が区別なく第２動作状態（＝当該脚が遊脚状態から立脚状態に遷移するまでの間で当該脚の大腿が前方に動く動作状態）として認識されてもよい。この認識結果に応じて、当該脚の膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助されうる（図７（ａ）（ｂ）参照）。
これにより、大腿が前方に振られたにもかかわらず脚の膝の伸展が不十分であるためにこの脚が床を踏みしめることが困難になる事態、あるいは、この脚が床を踏みしめた際にエージェントの胴体のバランスが崩れる事態が回避されうる。このため、当該事態を回避するためのエージェントの歩行運動の介助者による介助負担が軽減または解消されうる。
第１運動振動子φ1の検出（図３／ＳＴＥＰ００２参照）および第１振動子ξ1の生成（図３／ＳＴＥＰ００６参照）が省略され、股関節角速度の高低、歩行速度の高低または歩行周期の長短に応じて第２固有角速度ω2が設定された上で第２振動子ξ2が生成されてもよい。
具体的には、第１状態監視要素２６０が、エージェントの歩行速度または歩行周期を検出するように構成され、固有角速度設定要素２３０が、エージェントの歩行速度が高いほどまたは歩行周期が短いほど第２固有角速度ω2を高く設定するように構成されていてもよい。
エージェントの歩行速度は、一歩または複数歩にわたる歩幅の累積値または平均値が、股関節角速度θ1の周期の累積値または平均値によって除算されることにより求められる。トレッドミルに設けられている速度計を用いて測定される、トレッドミルのベルト駆動速度がエージェントの歩行速度として求められてもよい。
エージェントの歩行周期は、股関節角速度θ1の周期の平均値として求められる。トレッドミルに設けられている圧力計を用いて測定される、トレッドミルのベルトにかかる圧力の鉛直方向成分の変動周期がエージェントの歩行周期として求められてもよい。
第２振動子ξ2の角速度（位相の１階時間微分値）ひいては第１アクチュエータＡ１による動作補助力ｔｑ1の角速度の基礎である第２固有角速度ω2の高低が、エージェントの歩行速度の高低または歩行周期の長短に応じて定められる。このため、エージェントの歩行運動の位相または角速度と、歩行運動補助装置の動作の位相または角速度との調和を図りながら、エージェントの歩行運動が補助されうる。
第２制御指令信号η2が、第１制御指令信号η1と同様に、前記のように生成される第２振動子ξ2に基づいて生成されてもよい。第２制御指令信号η2の基礎となる第２振動子ξ2は、第１制御指令信号η1の基礎となる第２振動子ξ2と同じであってもよく異なっていてもよい。第２制御指令信号η2の基礎となる第２振動子ξ2は、第２運動振動子φ2としての膝関節角速度（ｄθ2／ｄｔ）または膝関節角度θ2に基づき、第２モデルにしたがって生成されてもよい。
１‥歩行運動補助装置、２‥制御装置、Ａ１‥第１アクチュエータ、Ａ２‥第２アクチュエータ。

Claims (13)

  1. エージェントの胴体、大腿および下腿のそれぞれに装着される第１装具、第２装具および第３装具と、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータのそれぞれの出力の振幅および位相を制御する制御装置とを備え、前記第１アクチュエータの出力により前記第１装具および前記第２装具を介して前記エージェントの胴体および大腿の股関節回りの相対的な動作を補助するとともに、前記第２アクチュエータの出力により前記第２装具および前記第３装具を介して前記エージェントの大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助することによって前記エージェントの歩行運動を補助する装置であって、
    前記制御装置が、
    前記エージェントの脚の周期的な動作に応じて時間変化する振動信号を第２運動振動子として検出するように構成されている運動振動子検出要素と、
    前記エージェントの運動状態を表わす複数の状態変数の連立微分方程式により定義され、入力振動信号に基づき、当該連立微分方程式に含まれるエネルギー持続入力項の値に応じた振幅と、第２固有角速度に基づいて定まる角速度とにしたがって時間変化する出力振動信号を生成する第２モデルに、前記運動振動子検出要素により検出された前記第２運動振動子を当該入力振動信号として入力することにより第２振動子を当該出力振動信号として生成するように構成されている第２振動子生成要素と、
    前記第２振動子生成要素により生成された前記第２振動子に基づき、前記第１アクチュエータに対する制御指令信号を生成する第１制御指令信号生成要素と、
    前記エージェントの股関節角度および膝関節角度のそれぞれの測定値と、前記エージェントの大腿および下腿のそれぞれの長さとに基づき、幾何学的関係にしたがって前額面に対する脚の着床位置を算定するように構成されている第１状態監視要素と、
    前記第１状態監視要素により算定された脚の着床位置が指定範囲に収まるように、前記エネルギー持続入力項の値を調節するように構成されているエネルギー調節要素と、
    前記運動振動子検出要素により検出された前記第２運動振動子の変化態様または前記第２振動子生成要素により生成された前記第２振動子の変化態様に基づき、前記エージェントの脚の動作状態を認識するように構成されている第２状態監視要素と、
    前記第２状態監視要素により認識された前記エージェントの脚の動作状態に応じて、異なる態様で当該脚の大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されている第２制御指令信号生成要素とを備えていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  2. 請求項１記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、当該脚の遊脚状態および立脚状態において当該脚の大腿が後方に動く第２動作状態であることを認識するように構成され、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２動作状態であると認識された場合、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  3. 請求項２記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２状態監視要素が、前記第２動作状態としての、大腿が前額面前側にある第２前動作状態と、大腿が前額面後側にある第２後動作状態との別を認識するように構成され、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２後動作状態であると認識された場合、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２前動作状態であると判定された場合と比較して、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が強い力で補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  4. 請求項３記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２後動作状態であると認識された場合、少なくとも当該第２後動作状態の始期において、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が連続的または断続的に強められるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  5. 請求項２〜４のうちいずれか１つに記載の歩行運動補助装置において、
    前記第１制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２動作状態であると認識された場合、少なくとも当該第２動作状態の初期において、胴体および大腿の股関節回りの相対的な動作を補助する力が当該股関節の角速度に応じて弱められるように、前記第１アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  6. 請求項２〜５のうちいずれか１つに記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第２動作状態であると認識された場合、少なくとも当該第２動作状態の初期において、膝を伸展させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が当該膝関節の角速度に応じて弱められるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  7. 請求項２〜６のうちいずれか１つに記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、当該脚の遊脚状態において大腿が前方に動く第１動作状態であることを認識するように構成され、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第１動作状態であると認識された場合、膝を屈曲させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作が補助されるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  8. 請求項７記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第１状態監視要素により算定された脚の着床位置が前記指定範囲の下限値未満である場合、前記第１状態監視要素により算定された脚の着床位置が前記指定範囲の下限値以上である場合よりも、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記第１動作状態であると判定されたことに応じた、膝を屈曲させる方向に大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が強くなるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  9. 請求項７または８記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、前記第２動作状態から前記第１動作状態に遷移するまでの中間動作状態であることを認識するように構成され、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記中間動作状態であると認識された場合、大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が０になるように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  10. 請求項７または８記載の歩行運動補助装置において、
    前記第２状態監視要素が、前記エージェントの脚の動作状態として、前記第２動作状態から前記第１動作状態に遷移するまでの中間動作状態であることを認識するように構成され、
    前記第２制御指令信号生成要素が、前記第２状態監視要素により前記エージェントの脚が前記中間動作状態であると認識された場合、大腿および下腿の膝関節回りの相対的な動作を補助する力が連続的または断続的に変化するように、前記第２アクチュエータに対する制御指令信号を生成するように構成されていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  11. 請求項１記載の歩行運動補助装置において、
    トレッドミルを備え、
    前記制御装置が、
    前記エージェントが前記トレッドミルの上で歩行運動している状態で、前記第１状態監視要素により検出された前記トレッドミルの動作速度が高いほど前記第２固有角速度を高く設定するように構成されている固有角速度設定要素を備えていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  12. 請求項１記載の歩行運動補助装置において、
    前記第１状態監視要素が、前記エージェントの歩行速度または歩行周期を検出するように構成され、
    前記制御装置が、
    前記第１状態監視要素により検出された前記エージェントの歩行速度が高いほどまたは歩行周期が短いほど前記第２固有角速度を高く設定するように構成されている固有角速度設定要素を備えていることを特徴とする歩行運動補助装置。
  13. 請求項１記載の歩行運動補助装置において、
    前記運動振動子検出要素が、前記エージェントの脚の周期的な動作に応じて時間変化する振動信号であって、前記第２運動振動子と種類が同じまたは異なる振動信号を第１運動振動子として検出するように構成され、
    前記制御装置が、
    入力振動信号と相互に引き込み合うことで第１固有角速度に基づいて定まる角速度で振動する出力振動信号を生成する第１モデルに、前記運動振動子検出要素により検出された前記第１運動振動子を当該入力振動信号として入力することにより、当該出力振動信号として第１振動子を生成するように構成されている第１振動子生成要素と、
    前記運動振動子検出要素により検出された前記第１運動振動子の位相極性と前記第１振動子生成要素により生成された前記第１振動子の位相極性の相関関係を表わす第１位相差に基づき、相互作用しながら第２位相差をもって振動する第１仮想振動子と第２仮想振動子とが表現されている仮想モデルにしたがって、当該第２位相差が目標位相差に近づくように当該第２仮想振動子の角速度を前記第２固有角速度として設定するように構成されている固有角速度設定要素とを備えていることを特徴とする歩行運動補助装置。
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