JP6280488B2 - パワーアシストスーツ、及び、該パワーアシストスーツの制御方法 - Google Patents
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Description
該歩行補助装置は、利用者の各脚の運動結果として各足平部に作用する実際の床反力ベクトルを直接的に検出し、その検出した床反力ベクトルに応じた大きさの支持力を各脚リンクで負担させる。このため、利用者の各脚の運動状態によらずに利用者の負担を適切に軽減することができるとされている。
更に、該歩行補助装置は、支持力を検出する支持力検出手段を備え、アクチュエータ制御手段は、検出された支持力が支持力の目標値に近付くようにフィードバック制御を行う。
該歩行介助システムによれば、リズム刺激を歩行者に提示して歩行者の歩行をコントロールし、加速度センサで検出された歩行者の動きから歩行者の歩行軌跡を求め、歩行軌跡に関する評価指標の時間的変化から歩行介助の改善効果が評価される。このため、該歩行介助システムによれば、歩行運動の改善効果を客観的に評価することができるとされている。
これに対し、非特許文献1のパワーアシストスーツの場合、パワーアシストスーツが支持すべき負荷が大きいため、大腿リンク、下腿リンク及びアクチュエータ等の質量が大きくなる。例えば、50kgの重量物を持つためには相当の強度を有する上肢構造が必要になり、上肢構造と重量物を支えるために、高強度の脚構造も必要になる。この場合、少なく見積もっても、上肢構造と脚構造の重量だけで60kgを超えてしまう。これだけの荷重を静的に支持するためのアクチュエータは、1kW程度の出力を有し、単なる歩行補助装置のものと比べ顕著に大きくなる。このため、パワーアシストスーツでは、腰関節や膝関節に対応する回転軸の周りでの慣性モーメントや摩擦が大きくなる。すると、パワーアシストスーツを装着した人の脚の力だけでは、もはや自在に歩行することは容易でなく、特に、遊脚期に脚を前に運ぶのが困難になる。このため、パワーアシストスーツが歩行の妨げとなってしまう。
しかしながら、特許文献3の歩行補助装置では、大腿リンク、下腿リンク及びアクチュエータの質量が考慮されておらず、歩行補助装置のダイナミクスが考慮されていない。このため、これらの質量が大きい場合、コントローラが下腿リンクを制御したとしても、下腿リンクの揺動角を遊脚軌道に的確に追従させることは困難である。つまり、特許文献3の歩行補助装置では、質量が大きくなると、使用者の遊脚の動作を的確にアシストすることが困難である。
また、遊脚期における足の速度は一定速度ではなく加減速するものであり、加減速のパターンは人によって異なる。このため、下腿リンクの揺動角が、最大揺動角と遊脚時間に基づいて設定された遊脚軌道に一致したとしても、使用者に応じた円滑な足の動きを実現することは困難である。
使用者の両脚に作用する負荷の一部を分担しながら前記使用者の歩行を許容するように構成された1組の脚ユニットと、
前記脚の各々の動作を検知可能な少なくとも1つのセンサと
を備え、
前記脚ユニットの各々は、
前記使用者の大腿に対応させられる第1リンクと、
前記使用者の下腿に対応させられる第2リンクと、
前記使用者の足に対応させられる足部と、
前記使用者の股関節に対応させられる第1回転軸と、
前記使用者の膝関節に対応させられる第2回転軸と、
前記使用者の足関節に対応させられる第3回転軸と、
前記第1回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第1アクチュエータと、
前記第2回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第2アクチュエータと、
を含み、
前記少なくとも1つのセンサは前記足部の加速度を検知可能である、
パワーアシストスーツの制御方法において、
前記少なくとも1つの加速度センサによって得られた遊脚期における前記足部の加速度データに基づいて、遊脚期における前記足部のための加速度軌道を生成し、
前記加速度軌道及び前記脚ユニットの質量に基づいて、前記第1アクチュエータ及び前記第2アクチュエータの各々のための目標トルクを設定し、
前記目標トルクに基づいて、前記第1アクチュエータ及び前記第2アクチュエータの各々によって発生させられる前記トルクを制御する
ことを特徴とするパワーアシストスーツの制御方法が提供される。
また、使用者によって足の加減速のパターンが異なっても、足部の加速度データに基づいて加速度軌道を生成し、生成された加速度軌道に基づいて目標トルクを設定することで、使用者に応じて目標トルクが設定される。このため、パワーアシストスーツは、使用者に応じて遊脚期の足部の速度を調整することができ、使用者は円滑に歩行することができる。
前記加速度軌道の生成に用いられる前記加速度データは、現在の遊脚期における前記足部の現加速度データと、少なくとも1つの過去の遊脚期における前記足部の過去加速度データとを含む。
前記少なくとも1つの過去加速度データに対し、時間軸にて順方向及び逆方向にローパスフィルタ処理を行う零位相フィルタ処理を施す。
一方、加速度データに対しローパスフィルタ処理を行った場合、処理前の加速度データに対し、処理後の加速度データの位相が遅れてしまう。この点、上記構成(4)によれば、零位相フィルタ処理を行うことで、位相の遅れをキャンセルすることができる。このため、パワーアシストスーツは、使用者の遊脚の動作をタイムラグ無く適切なタイミングでアシストすることができる。
前記現加速度データ及び前記ローパスフィルタ処理が施された前記少なくとも1つの過去加速度データに対し加重移動平均処理を施す。
前記少なくとも1つの過去加速度データは、複数の前記過去加速度データを含み、
前記加重移動平均処理の前に、前記複数の過去加速度データのうち直近の第1過去加速度データの遊脚期間の長さに、第1過去加速度データよりも前の第2過去加速度データの遊脚期間の長さを合わせるように、前記第2過去加速度データに補正処理を施す。
前記補正処理は、前記第1過去加速度データの遊脚期間の長さよりも、前記第2過去加速度データの遊脚期間の長さが不足期間だけ短い場合に、前記第2過去加速度データに対して前記不足期間に対応するデータを追加するものである。
前記補正処理は、前記第1過去加速度データの遊脚期間の長さに、前記第2過去加速度データの遊脚期間の長さを合わせるように、前記第2過去加速度データの時間軸のスケールを調整するものである。
前記補正処理は、前記第2過去加速度データの時間軸のスケールを調整するとともに、前記第2加速度データの加速度軸のスケールを調整するものである。
前記加重移動平均処理の重みは可変である。
前記少なくとも1つの過去加速度データは、複数の前記過去加速度データを含み、
前記加重移動平均処理の重みは、前記複数の過去加速度データのうち直近の第1過去加速度データの遊脚期間の長さと、第1過去加速度データよりも前の第2過去加速度データの遊脚期間の長さとの差の大きさに応じて変更される。
上記構成(11)によれば、第1過去加速度データの遊脚期間の長さと第2過去加速度データの遊脚期間の差が大きいほど、第2過去加速度データの重みを小さくすることで、直近の第1過去加速度データが加速度軌道に与える影響を大きくすることができる。この結果として、使用者が現在意図している足の動きを的確に実現可能な加速度軌道を生成することができる。また、直近の第1過去加速度データが加速度軌道に与える影響を大きくすることで、歩行速度を現在の歩行速度付近で安定させることも可能である。
前記使用者の脚の動作に関し立脚期から前記遊脚期への移行の判定を、前記足部の加速度データに基づいて行う。
前記移行の判定を、前記足部の加速度データの足裏垂直成分に基づいて行う。
前記使用者の脚の動作に関し前記遊脚期から立脚期への移行の判定を、前記足部の加速度データに基づいて行う。
前記使用者の脚の動作に関し前記遊脚期から立脚期への移行の判定を、一方の前記足部の足先方向速度と他方の前記足部の足先方向速度との差に基づいて行う。
前記少なくとも1つのセンサは、前記使用者の足裏圧力を測定可能であり、
前記使用者の脚の動作に関し前記遊脚期から立脚期への移行の判定を、前記足裏圧力に基づいて行う。
使用者の両脚に作用する負荷の一部を分担しながら前記使用者の歩行を許容するように構成された1組の脚ユニットと、
前記脚ユニットの動作を検知するための少なくとも1つのセンサと、
前記脚ユニットの動作を制御するための制御装置とを備え、
前記脚ユニットの各々は、
前記使用者の大腿に対応させられる第1リンクと、
前記使用者の下腿に対応させられる第2リンクと、
前記使用者の足に対応させられる足部と、
前記使用者の股関節に対応させられる第1回転軸と、
前記使用者の膝関節に対応させられる第2回転軸と、
前記使用者の足関節に対応させられる第3回転軸と、
前記第1回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第1アクチュエータと、
前記第2回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第2アクチュエータと、
を含み、
前記少なくとも1つのセンサは、前記足部の加速度を検出可能であり、
前記制御装置は、上記構成(1)乃至(16)の何れか1つに記載のパワーアシストスーツの制御方法を実行するように構成されている
ことを特徴とするパワーアシストスーツが提供される。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
下半身ユニット2は、1組の脚ユニット6(6A,6B)、及び、腰ユニット7を有する。1組の脚ユニット6は、使用者の両脚に装着可能であり、腰ユニット7は、脚ユニット6の上部に接続され、使用者の腰に装着可能である。
上半身ユニット3は、フレームユニット8、及び、肩ユニット9を含む。フレームユニット8は、腰ユニット7に固定され、使用者の背中に沿って上下方向に延びる。肩ユニット9は、フレームユニット8の上部に固定され、使用者の肩に引っ掛けることができる。
従って、第1リンク20の上端側は、第1回転軸26を介して腰ユニット7に揺動可能に連結され、第2リンク22の上端側は、第2回転軸28を介して第1リンク20の下端側に揺動可能に連結され、足部24は、第3回転軸30を介して第2リンク22の下端側に揺動可能に連結される。
なお、第1回転軸26、第2回転軸28及び第3回転軸30は、使用者の幅方向に延びており、第1リンク20、第2リンク22及び足部24は、使用者の前後方向に揺動可能である。
第1アクチュエータ32及び第2アクチュエータ34は、例えば電動モータによって構成される。
加速度センサ38は、足部24の加速度を検出可能なように、第2リンク22又は足部24に取り付けられる。本実施形態では、加速度センサ38は、第2リンク22の下端側に取り付けられる。加速度センサ38は、例えばジャイロセンサによって構成される。
第1回転角センサ40は、腰ユニット7又は上半身ユニット3に対する第1リンク20の回転角θ1を測定可能であり、例えば、第1アクチュエータ32に内蔵されたレゾルバによって構成される。
第2回転角センサ42は、第1リンク20に対する第2リンク22の回転角θ2を測定可能であり、例えば、第2アクチュエータ34に内蔵されたレゾルバによって構成される。
第3回転角センサ44は、第2リンク22に対する足部24の回転角θ3を測定可能であり、例えば、第3回転軸30の周りに配置されたレゾルバによって構成される。
式(1)〜(4)中、gnは、図7に示したように重力加速度を逆向きにしたものであり、gnxはgnのうち第2リンク22に垂直な方向の成分を表し、gnzは、gnのうち第2リンク22に平行な方向の成分を表している。accxは、加速度センサ38によって測定された第2リンク22に垂直な方向の第2リンクの加速度であり、acczは、加速度センサ38によって測定された第2リンク22に平行な方向の第2リンク22の加速度である。式(3)及び(4)は、accx及びacczから重力加速度の逆方向の成分であるgnx及びgnzをそれぞれ差し引いて、重力加速度の影響を考慮した第2リンク22の垂直方向の加速度accx’及び平行方向の加速度accz’を求めることを示している。
そして、式(5)及び(6)に示したように、加速度accx’及びaccz’から、足部24の加速度として、足裏垂直方向加速度accze及び足先方向加速度accxeが求められる。
図8は、判定工程S14を説明するためのチャートである。本実施形態では、立脚状態から遊脚状態への移行の判定、及び、遊脚状態から立脚状態への移行の判定が、足裏垂直方向加速度acczeに基づいて行われる。
具体的には、図8に示したように、足裏垂直方向加速度acczeが零から上昇して所定の閾値を超えたときに、立脚状態から遊脚状態へ移行したと判定される。一方、立脚状態から遊脚状態への移行から所定時間経過後に、足裏垂直方向加速度acczeが正の値から徐々に小さくなって零になったときに、遊脚状態から立脚状態へ移行したと判定される。
一方、遊脚状態から立脚状態への移行の判定は、足先方向加速度accxeから両脚の足先方向速度を求め、両脚の足先方向速度の大小関係に基づいて行ってもよい。たとえば、両脚の足先方向速度の大きさが逆転したときに、遊脚状態から立脚状態へ移行したと判定することができる。
なお、現加速データは、現在の足先方向加速度accxeであり、過去参照データは、過去の足先方向加速度accxeのデータから求められるものである。
目標トルク演算工程S20の後、アクチュエータ駆動制御工程S22が実行される。アクチュエータ駆動制御工程S22では、遊脚に対応する第1アクチュエータ32及び第2アクチュエータ34のトルクが目標トルクに一致するように調整される。これにより、制御対象の脚ユニット6において、足部24の現在の足先方向加速度を、加速度軌道に近づけることができる。
それから、現加速度データを格納する格納工程S24が実行され、加速度測定工程S11が再び実行される。なお、加速度測定工程S11は、例えば数msのサンプリング間隔で繰り返し実行される。
判定工程S26でフラグFが1である場合、過去参照データの演算を開始させる演算開始指示工程S27が実行される。過去参照データの演算は、1回の加速度データのサンプリングのうちに終了する必要は無く、次の遊脚までに終了していればよい。このため、過去参照データの演算を開始した後、フラグFを0に設定し、再び加速度測定工程S11が実行される。
過去参照データの演算方法では、まず、格納工程S29が実行され、一歩前データが二歩前データとして格納され、現加速度データが一歩前データとして格納される。一歩前データ及び二歩前データは、同じ脚の一歩前及び二歩前の足先方向加速度データaccxeであり、例えば左脚についての一歩前データ及び二歩前データ、或いは、右脚についての一歩前データ及び二歩前データである。
なお、本実施形態では、過去の加速度データとして、一歩前データ及び二歩前データを使用するが、一歩前データのみを用いてもよいし、三歩前データ又はそれ以前のデータを追加的に用いてもよい。
ここで、図11は、5歩分の加速度データを表すチャートであり、図12は、二歩前データの波形の補正方法の一例を説明するための図である。図12では、一歩前データ及び二歩前データが概略的に示されており、一歩前データと二歩前データの開始時点がそろえられている。そして、図12では、二歩前データの遊脚期間は、超過期間の分だけ一歩前データの遊脚期間よりも長い。この場合、二歩前データの超過期間に対応する部分を削除することにより、二歩前データの波形が、時間軸方向にて短くなるように補正され、二歩前データの遊脚期間が一歩前データの遊脚期間に一致する。
例えば図15の補正方法によれば、一歩前データの積分値S1が二歩前データの積分値S2に比べて大きければ、時間軸及び加速度軸の縮尺が補正された二歩前データの積分値S2’’が、時間軸の縮尺が補正された二歩前データの積分値S2’よりも大きくなるように、時間軸の縮尺が補正された二歩前データに一定の係数が乗じられる。
ここで、波形補正処理工程S30は、加重平均処理工程S32のための前処理工程であることがわかる。一歩前データ及び二歩前データに含まれるデータの数、即ち一歩前データ及び二歩前データの遊脚期間は相互に同じであるとは限らないため、前述の補正処理工程S30により、遊脚期間の長さを相互に一致させているのである。
なお、式(7)では、右辺を重みの係数c(n)の和で除算していないが、除算は後に行われる。
図16は、零位相フィルタ処理工程S34を説明するためのチャートである。過去加重平均値のスペクトルに、まず、時間軸にて順方向にローパスフィルタ処理を施すと、得られる順方向フィルタ処理値は、過去加重平均値に対して時間軸方向にて右方向に変位し、位相差をもつ。この順方向フィルタ処理値に対し、時間軸にて逆方向にローパスフィルタ処理を施すと、得られる零位相フィルタ処理値、すなわち過去参照データは、順方向フィルタ処理値に対し、時間軸方向にて逆方向に変位し、位相差をもつ。この2回のローパスフィルタ処理により、位相差が打ち消され、過去参照データの位相は、過去加重平均値の位相に一致する。
最後に、得られた過去参照データを格納する格納工程S36が実行され、過去参照データの演算が終了する。
また、過去参照データの演算において、過去の加速度データはすでに遊脚期間の全体にわたって取得されているため、時間軸方向にて順方向のみならず、逆方向にもローパスフィルタ処理を実行可能である。この結果として、過去参照データの演算において、零位相フィルタ処理を採用可能である。
加重平均処理工程S18では、式(8)を用いて、加速度軌道axr(i)が演算される。式中、ax(0,i−1)は、i−1番目の現加速度データ、即ち現在進行中の一歩におけるi−1番目の加速度データであり、c(0)は、その重み係数である。
重み係数c(n)は、例えば、c(0)>c(1)>c(2)で表される関係を満たすように設定される。この関係によれば、加速度軌道に占める直近の一歩の影響が大きくなる。あるいは、重み係数c(n)は、c(1)>c(0)≧c(2)や、c(2)>c(1)≧c(0)で表される関係を満たすように設定される。これらの関係によれば、現在の加速度データの影響を小さくすることで、得られる加速度軌道を滑らかにすることができる。
式(15)は各脚ユニット6の運動方程式であり、Mは慣性行列である。慣性行列Mは、脚ユニット6の幾何学的な形状及び質量に基づいて決定することができる。本実施形態では、目標トルクの演算が必要なアクチュエータは、各脚ユニット6につき、第1アクチュエータ32及び第2アクチュエータ34の2つであり、回転角情報は、第1回転角センサ40、第2回転角センサ42及び第3回転角センサ44の3つから得られる。このため、慣性行列Mは2×3のマトリクスに縮退できる。
なお、演算能力に応じて、式(17)に示したように非線形項h(θ,θ’)を考慮してもよい。また、本実施形態のように脚ユニット6の重力を考慮した自重補償制御を行わない場合には、重力項g(θ)を考慮してもよい。
そして、制御装置14は、加重平均処理工程S18及びS32を実行する加重平均処理部56、必要に応じて重み係数を補正する重み係数補正部58、零位相フィルタ処理工程S34を実行するフィルタ処理部60、目標トルク演算工程S20を実行するトルク演算部62、並びに、アクチュエータ駆動制御工程S22を実行するアクチュエータ駆動部64を有する。
更に制御装置14は、現加速度データを格納する現加速度データ格納部65、過去加速度データの格納部としての一歩前データ格納部66及び二歩前データ格納部68、過去参照データを格納する過去参照データ格納部70、並びに、初期値を格納する初期値格納部72を有する。
更に、パワーアシストスーツ1は、制御装置14、センサ及びアクチュエータのための電源として、図1〜図4に示したように、バッテリ76を有している。バッテリ76は、例えば、腰ユニット7に取り付けられる。
また、使用者によって足の加減速のパターンが異なっても、足部24の加速度データに基づいて加速度軌道axr(i)を生成し、生成された加速度軌道axr(i)に基づいて目標トルクτを設定することで、使用者に応じて目標トルクτが設定される。このため、パワーアシストスーツ1は、使用者に応じて遊脚期の足部の速度を調整することができ、使用者は円滑に歩行することができる。
この構成によれば、ローパスフィルタ処理によって、加速度データに含まれる高周波のノイズを排除し、使用者の足の加減速に即した加速度軌道axr(i)を確実に生成することができる。この結果として、パワーアシストスーツ1は、使用者の遊脚の動作をより的確にアシストすることができる。
加速度データに対しローパスフィルタ処理を行った場合、処理前の加速度データに対し、処理後の加速度データの位相が遅れてしまう。この点、零位相フィルタ処理を行うことで、位相の遅れをキャンセルすることができる。このため、パワーアシストスーツ1は、使用者の遊脚の動作をタイムラグ無く適切なタイミングでアシストすることができる。
この構成によれば、現加速度データ及び過去加速度データを加重移動平均処理することにより加速度軌道axr(i)を生成することができる。そして、加重移動平均処理を用いる場合、重みを付けることで、所望の加速度軌道axr(i)を生成することができる。例えば、現加速度データの重みを大きくすることで、使用者の歩行速度が変化しているような過渡期であっても、使用者が現在意図している足の動きを的確に実現可能な加速度軌道axr(i)を生成することができる。これによりパワーアシストスーツ1は、過去の状況に引きずられずに、現在の状況に応じて使用者の遊脚の動作を的確にアシストすることができる。このため、使用者は、急加速や急停止を自在に行うことができる。
この構成によれば、遊脚期間の短い第2過去加速度データにデータを追加することにより、簡単な構成にて、直近の第1過去加速度データの遊脚期間の長さに第2過去加速度データの遊脚期間の長さを合わせることができる。
この構成によれば、第2過去加速度データの遊脚期間の時間軸のスケールを調整することにより、簡単な構成にて、第1過去加速度データの遊脚期間の長さに、第2過去加速度データの遊脚期間の長さを合わせることができる。また、各遊脚期には、加速区間と減速区間とがあるが、時間軸のスケールを調整することで、加速区間同士又は減速区間同士の平均をとることができる。この結果、使用者が現在意図している足の動きをより的確に実現可能な加速度軌道axr(i)を生成することができる。
使用者の歩行速度が変化しているような過渡期では、遊脚期間の長さのみならず、加速度も一歩ずつ変化する。この構成によれば、第2過去加速度データの加速度軸のスケールも調整することで、過渡期であっても、相対的に古い第2過去加速度データを用いながら、使用者が現在意図している足の動きを的確に実現可能な加速度軌道axr(i)を生成することができる。
使用者の歩行速度は、過渡期のみならず、例えば、使用者が障害物につまずくことによっても変化する。このような不所望の変化を含む加速度データに基づいて加速度軌道axr(i)を生成した場合、使用者の意図する足の動きを的確に実現することが困難になるおそれがある。この点、上記構成によれば、各加速度データの重みを変化させることで、上述したような不所望の変化を含む加速度データが加速度軌道axr(i)に与える影響を小さくすることができる。この結果として、使用者が意図している足の動きを的確に実現可能な加速度軌道axr(i)を生成することができる。
遊脚期間の長さの差が大きい場合、不所望の変化を含む加速度データが存在する可能性がある。そこで、上記構成によれば、遊脚期間の長さの差の大きさに応じて重みを変更することで、不所望の変化を含む加速度データが加速度軌道axr(i)に与える影響を的確に小さくすることができる。
上記構成によれば、第1過去加速度データの遊脚期間の長さと第2過去加速度データの遊脚期間の差が大きいほど、第2過去加速度データの重みを小さくすることで、直近の第1過去加速度データが加速度軌道axr(i)に与える影響を大きくすることができる。この結果として、使用者が現在意図している足の動きを的確に実現可能な加速度軌道axr(i)を生成することができる。また、直近の第1過去加速度データが加速度軌道axr(i)に与える影響を大きくすることで、歩行速度を現在の歩行速度付近で安定させることも可能である。
加速度センサの応答速度は、一般的に圧力センサよりも早い。このため、上記構成によれば、立脚期から遊脚期への移行の判定を加速度データに基づいて行うことで、判定をより早く行うことができる。この結果として、パワーアシストスーツ1は、使用者が足を上げるのと略同時に足の動きをアシストすることができ、使用者はより円滑に歩行することができる。
上記構成によれば、立脚期から遊脚期への移行の判定を足部24の加速度データの足裏垂直成分に基づいて行うことで、判定をより的確に行うことができる。
上記構成によれば、遊脚期から立脚期への移行の判定を加速度データに基づいて行うことで、圧力センサを用いる必要がない。このため、簡単且つ安価な構成で、パワーアシストスーツ1の制御を行うことができる。
上記構成によれば、一方の足部24の足先方向速度と他方の足部24の足先方向速度との差に基づいて、遊脚期から立脚期への移行の判定を行うことで、判定を的確に行うことができる。
上記構成によれば、足裏圧力に基づいて遊脚期から立脚期への移行の判定を行うことで、判定を的確に行うことができる。
最後に、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
2 下半身ユニット
3 上半身ユニット
4 作業ユニット
6 脚ユニット
7 腰ユニット
8 フレームユニット
9 肩ユニット
10 ガイドレール
11 スライダ
12 駆動装置
13 フォーク
14 制御装置
20 第1リンク
22 第2リンク
24 足部
26 第1回転軸
28 第2回転軸
30 第3回転軸
32 第1アクチュエータ
34 第2アクチュエータ
36 ジャイロセンサ
38 加速度センサ
40 第1回転角センサ
42 第2回転角センサ
44 第3回転角センサ
46 中敷き
48 足裏圧力センサ
50 遊脚判定部
52 足裏垂直方向・足先方向加速度演算部
54 波形補正処理部
56 加重平均処理部
58 重み係数補正部
60 フィルタ処理部
62 トルク演算部
64 アクチュエータ駆動部
65 現加速度データ格納部
66 一歩前データ格納部
68 二歩前データ格納部
70 過去参照データ格納部
72 初期値格納部
74 接地圧力センサ
76 バッテリ
Claims (16)
- 使用者の両脚に作用する負荷の一部を分担しながら前記使用者の歩行を許容するように構成された1組の脚ユニットと、
前記脚の各々の動作を検知可能な少なくとも1つのセンサと
を備え、
前記脚ユニットの各々は、
前記使用者の大腿に対応させられる第1リンクと、
前記使用者の下腿に対応させられる第2リンクと、
前記使用者の足に対応させられる足部と、
前記使用者の股関節に対応させられる第1回転軸と、
前記使用者の膝関節に対応させられる第2回転軸と、
前記使用者の足関節に対応させられる第3回転軸と、
前記第1回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第1アクチュエータと、
前記第2回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第2アクチュエータと、
を含み、
前記少なくとも1つのセンサは前記足部の加速度を検知可能である、
パワーアシストスーツの制御方法において、
前記少なくとも1つのセンサによって得られた遊脚期における前記足部の加速度データに基づいて、遊脚期における前記足部のための加速度軌道を生成し、
前記加速度軌道及び前記脚ユニットの質量に基づいて、前記第1アクチュエータ及び前記第2アクチュエータの各々のための目標トルクを設定し、
前記目標トルクに基づいて、前記第1アクチュエータ及び前記第2アクチュエータの各々によって発生させられる前記トルクを制御するとともに、
前記加速度軌道の生成に用いられる前記加速度データは、現在の遊脚期における前記足部の現加速度データと、少なくとも1つの過去の遊脚期における前記足部の過去加速度データとを含む
ことを特徴とするパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記少なくとも1つの過去加速度データに対し、時間軸にて順方向及び逆方向にローパスフィルタ処理を行う零位相フィルタ処理を施す
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記現加速度データ及び前記ローパスフィルタ処理が施された前記少なくとも1つの過去加速度データに対し加重移動平均処理を施す
ことを特徴とする請求項2に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記少なくとも1つの過去加速度データは、複数の前記過去加速度データを含み、
前記加重移動平均処理の前に、前記複数の過去加速度データのうち直近の第1過去加速度データの遊脚期間の長さに、第1過去加速度データよりも前の第2過去加速度データの遊脚期間の長さを合わせるように、前記第2過去加速度データに補正処理を施す
ことを特徴とする請求項3に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記補正処理は、前記第1過去加速度データの遊脚期間の長さよりも、前記第2過去加速度データの遊脚期間の長さが不足期間だけ短い場合に、前記第2過去加速度データに対して前記不足期間に対応するデータを追加するものである
ことを特徴とする請求項4に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記補正処理は、前記複数の過去加速度データのうち直近の第1過去加速度データの遊脚期間の長さに、第1過去加速度データよりも前の第2過去加速度データの遊脚期間の長さを合わせるように、前記第2過去加速度データの時間軸のスケールを調整するものである
ことを特徴とする請求項4に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記補正処理は、前記第2過去加速度データの時間軸のスケールを調整するとともに、前記第2過去加速度データの加速度軸のスケールを調整するものである
ことを特徴とする請求項6に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記加重移動平均処理の重みは可変であることを特徴とする請求項3乃至7の何れか1項に記載のパワーアシストスーツの制御方法。
- 前記少なくとも1つの過去加速度データは、複数の前記過去加速度データを含み、
前記加重移動平均処理の重みは、前記複数の過去加速度データのうち直近の第1過去加速度データの遊脚期間の長さと、第1過去加速度データよりも前の第2過去加速度データの遊脚期間の長さとの差に応じて変更される
ことを特徴とする請求項8に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記加重移動平均処理の重みは、前記第1過去加速度データの遊脚期間の長さと、前記第2過去加速度データの遊脚期間の長さとの差が大きいほど、前記第2過去加速度データの重みが小さくなるように設定される
ことを特徴とする請求項9に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記使用者の脚の動作に関し立脚期から前記遊脚期への移行の判定を、前記足部の加速度データに基づいて行う
ことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記移行の判定を、前記足部の加速度データの足裏垂直成分に基づいて行う
ことを特徴とする請求項11に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記使用者の脚の動作に関し前記遊脚期から立脚期への移行の判定を、前記足部の加速度データに基づいて行う
ことを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 使用者の両脚に作用する負荷の一部を分担しながら前記使用者の歩行を許容するように構成された1組の脚ユニットと、
前記脚の各々の動作を検知可能な少なくとも1つのセンサと
を備え、
前記脚ユニットの各々は、
前記使用者の大腿に対応させられる第1リンクと、
前記使用者の下腿に対応させられる第2リンクと、
前記使用者の足に対応させられる足部と、
前記使用者の股関節に対応させられる第1回転軸と、
前記使用者の膝関節に対応させられる第2回転軸と、
前記使用者の足関節に対応させられる第3回転軸と、
前記第1回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第1アクチュエータと、
前記第2回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第2アクチュエータと、
を含み、
前記少なくとも1つのセンサは前記足部の加速度を検知可能である、
パワーアシストスーツの制御方法において、
前記少なくとも1つのセンサによって得られた遊脚期における前記足部の加速度データに基づいて、遊脚期における前記足部のための加速度軌道を生成し、
前記加速度軌道及び前記脚ユニットの質量に基づいて、前記第1アクチュエータ及び前記第2アクチュエータの各々のための目標トルクを設定し、
前記目標トルクに基づいて、前記第1アクチュエータ及び前記第2アクチュエータの各々によって発生させられる前記トルクを制御し、
前記使用者の脚の動作に関し前記遊脚期から立脚期への移行の判定を、前記足部の加速度データに基づいて行うとともに、
前記使用者の脚の動作に関し前記遊脚期から立脚期への移行の判定を、一方の前記足部の足先方向速度と他方の前記足部の足先方向速度との差に基づいて行う
ことを特徴とするパワーアシストスーツの制御方法。 - 前記少なくとも1つのセンサは、前記使用者の足裏圧力を測定可能であり、
前記使用者の脚の動作に関し前記遊脚期から立脚期への移行の判定を、前記足部の足裏圧力に基づいて行う
ことを特徴とする請求項1乃至14の何れか1項に記載のパワーアシストスーツの制御方法。 - 使用者の両脚に作用する負荷の一部を分担しながら前記使用者の歩行を許容するように構成された1組の脚ユニットと、
前記脚ユニットの動作を検知するための少なくとも1つのセンサと、
前記脚ユニットの動作を制御するための制御装置とを備え、
前記脚ユニットの各々は、
前記使用者の大腿に対応させられる第1リンクと、
前記使用者の下腿に対応させられる第2リンクと、
前記使用者の足に対応させられる足部と、
前記使用者の股関節に対応させられる第1回転軸と、
前記使用者の膝関節に対応させられる第2回転軸と、
前記使用者の足関節に対応させられる第3回転軸と、
前記第1回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第1アクチュエータと、
前記第2回転軸の周りでトルクを発生させるように構成された第2アクチュエータと、
を含み、
前記少なくとも1つのセンサは、前記足部の加速度を検出可能であり、
前記制御装置は、請求項1乃至15の何れか1項に記載のパワーアシストスーツの制御方法を実行するように構成されている
ことを特徴とするパワーアシストスーツ。
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