JP6272735B2 - 歩行補助装置および歩行制御プログラム - Google Patents
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Description
特許文献1 特開2013―111408
位相角φ=Arctan(ω/θ) (1)
位相角φ=−Arctan(ω/θ)+0.5π (2)
そして、左股関節角度θLが正であって、使用者900が屈曲運動を行っている間は、関係式(2)によって位相角φは算出される。
位相角φ=−Arctan(ω/θ)+1.5π (3)
そして、左股関節角度θLが負であって、使用者900が伸展運動を行っている間は、関係式(3)によって位相角φLは算出される。そして、使用者900が継続して屈曲運動および伸展運動を行うと、再び、関係式(2)および関係式(3)により、次の周期の左位相角φLが算出される。このようにして、使用者900の左股関節角度θLと左股関節角速度ωLとから、左位相角φLが算出される。
アシストトルクP=−2sinφA (4)
閾値=単調増加位相角(前回値)+2π/歩行周期×制御周期 (5)
ここで、歩行周期は、屈曲運動および伸展運動を含む前回の歩行周期である。また、制御周期は、算出部202から新たな位相角φが出力されるまでの単位時間である。修正部203は、位相角φが閾値以下であると判断した場合(ステップS201:Yes)、位相増加刻みを前回の位相角φの歩行周期から定められる単位時間の基準増加量に基づいた関係式(6)に設定する(ステップS202)。
位相増加刻み=A×2π/歩行周期×制御周期 (6)
ここで、Aは任意の正の定数である。
位相増加刻み=B×(位相角φ−前回の単調増加位相角) (7)
ここで、Bも任意の正の定数である。
F(n)=(1−Klearned)×fn(t)+Klearned×F(n−1)(t) (8)
関係式(8)により算出された学習済の位相パターンは、位相パターン記憶部215に記憶され、直線化処理および次回の位相パターン学習処理に用いられる。
直線化処理後の位相角φ3=2π×T2−TS/TE−TS (9)
修正部203は、単調増加処理後の位相角φ1を直線化処理後の位相角φ3に修正する。
右アシスト位相角φAR=右位相角φR−固定値−K×(π−(右位相角φR−左位相角φL)) (10)
ここで、Kは、どれくらい左右対称に強制的に改善させるかにより定まる任意の定数である。
Claims (10)
- 使用者の周期的な歩行動作に補助力を付与する付与部と、
前記付与部の動作を制御する制御部と、
前記使用者の股関節角度および股関節角速度の少なくともいずれかを検出する検出部と、
前記使用者の股関節の周期的な動作に対して規定される位相角を、前記検出部の検出結果に基づいて算出する算出部と、を備える歩行補助装置であって、
前記歩行補助装置は、前記歩行動作が繰り返されるに従って、時間経過に対する前記位相角の位相パターンが直線に漸近するように、入力された位相角を予め定められた位相変化パターンに基づき段階的に修正して第1修正位相角として出力する第1位相角修正部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1修正位相角および所定の位相角のいずれか一方に対して予め設定されている連続的な前記補助力の変化パターンに基づいて目標値を取得して、前記目標値に従って前記付与部を制御する
ことを特徴とする歩行補助装置。 - 前記歩行補助装置は、前記算出部が算出した前記位相角が、前回の前記位相角に前記歩行動作の周期から定められる単位時間当たりの基準増加量を加えた値よりも大きいか否かにより異なる増分値を定め、前回の前記位相角に前記増分値を加えて修正して第2修正位相角として出力する第2位相角修正部をさらに備え、
前記第2修正位相角が、前記第1位相角修正部に入力される請求項1に記載の歩行補助装置。 - 前記第2位相角修正部は、前記算出部が算出した前記位相角が、前回の前記位相角に前記周期から定められる単位時間当たりの基準増加量を加えた値よりも大きい場合には、前記増分値を前記算出部が算出した前記位相角と前回の前記位相角の差に基づいて定め、大きくない場合には、前記増分値を前記基準増加量に基づいて定める請求項2に記載の歩行補助装置。
- 過去の前記第2修正位相角の時系列的な変化を逐次記憶する記憶部を備え、
前記第1位相角修正部は、入力された位相角を前記記憶部に記憶された過去の前記第2修正位相角の時系列的な変化に基づき修正して、第1修正位相角として出力する請求項2または3に記載の歩行補助装置。 - 前記記憶部は、現在の前記第2修正位相角の時系列的な変化と、前記記憶部に記憶された前記過去の第2修正位相角の時系列的な変化のうち対応する時刻における前記位相角とを重み付け平均処理を行うことにより得られる位相角の時系列的な変化を、新たな過去の第2修正位相角の時系列的な変化として記録する請求項4に記載の歩行補助装置。
- 前記第1位相角修正部は、入力された位相角を前記記憶部に記憶された過去の第2修正位相角の時系列的な変化に当てはめて対応する対応時刻を同定し、前記歩行動作の周期に対する前記対応時刻の位相角を前記第1修正位相角として出力する請求項4または5に記載の歩行補助装置。
- 前記記憶部は、前記歩行動作における周期のばらつきを正規化により除去して、前記記憶部に記憶される過去の第2修正位相角の時系列的な変化を修正する請求項4から6のいずれか1項に記載の歩行補助装置。
- 前記付与部は、前記使用者の左足に前記補助力を付与する左用アクチュエータと、前記使用者の右足に前記補助力を付与する右用アクチュエータとを有し、
前記検出部は、前記使用者の左股関節角度を検出する左用角度センサと、前記使用者の右股関節角度を検出する右用角度センサとを有し、
前記制御部は、前記左用角度センサの出力に基づいて前記左用アクチュエータを制御し、前記右用角度センサの出力に基づいて前記右用アクチュエータを制御する請求項1から7のいずれか1項に記載の歩行補助装置。 - 前記修正部は、前記歩行動作における左足の位相角と右足の位相角の差に基づいて、前記位相角を修正する請求項8に記載の歩行補助装置。
- 使用者の股関節角度および股関節角速度の少なくともいずれかを検出する検出ステップと、
前記使用者の股関節の周期的な動作に対して規定される位相角を、前記検出ステップの検出結果に基づいて算出する算出ステップと、
歩行動作が繰り返されるに従って、時間経過に対する前記位相角の位相パターンが直線に漸近するように、入力された位相角を予め定められた位相変化パターンに基づき段階的に修正して第1修正位相角として出力する第1修正ステップと、
前記第1修正位相角および所定の位相角のいずれか一方に対して予め設定されている連続的な補助力の変化パターンに基づいて、前記歩行動作に補助力を付与する付与部の前記補助力の目標値を取得する取得ステップと、
前記目標値に従って前記付与部を制御する制御ステップと
を、歩行補助装置が備えるシステム制御部に実行させる歩行制御プログラム。
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