KR20080034499A - 운동 유도 장치, 그 제어 시스템 및 제어 프로그램 - Google Patents

Abstract

유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬으로 유저의 운동을 유도할 수 있는 장치 등을 제공한다. 본 발명의 보행 보조 장치(200)에 의하면, 유저의 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)와, 고유 각속도(ω_M)이 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제1 진동자(x)가 생성된다. 또, 고관절 각속도(dφ_H/dt)와 제1 진동자(x)의 위상차(θ_HM)에 기초하여, 새로운 고유 각속도(ω_M)가 설정된다. 또한, 고유 각속도(ω_M)가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자(y)가 생성된다. 그리고, 제2 진동자(y)에 기초하여 유도 진동자(z)가 생성되고, 유도 진동자(z)에 따른 토크가 유저의 신체에 작용한다. 또, 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 주기 변화의 크기가 임계값(δ)을 초과한 경우, 고유 각속도(ω_M) 대신 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자(y)가 생성된다.

유도 진동자, 운동 진동자 측정 수단, 고유 각속도, 진동자 생성 수단, 위상차, 운동 유도 장치

Description

운동 유도 장치, 그 제어 시스템 및 제어 프로그램{MOTION GUIDE DEVICE, AND ITS CONTROL SYSTEM AND CONTROL PROGRAM}

본 발명은 유저의 운동을 유도하기 위한 장치, 당해 장치를 제어하는 시스템, 및 당해 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 당해 장치의 제어기능을 부여하는 프로그램에 관한 것이다.

유저의 신체에 대하여 다리체 관절(고관절, 무릎관절, 발관절) 주위의 토크를 부여함으로써, 이 유저의 보행운동을 보조하는 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개 2003-135543호 공보 참조). 또, 유저의 보행운동 리듬의 변화에 추종하면서도, 보행 보조 장치에 의한 보행 보조 리듬에 자율성을 갖게 하도록, 이 보행 보조 장치를 제어하는 시스템이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개 2004-073649호 공보참조).

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그러나, 유저가 그 보행운동 리듬을 갑자기 변화시킨 경우, 보행 보조 장치에 의한 보행 보조 리듬이 이 갑작스런 변화에 추종하지 못하여, 유저에게 위화감이나 불안감 등을 느껴지게 해버릴 가능성이 있었다. 즉, 유저의 운동을 유도하는 리듬이, 이 유저의 운동 리듬의 갑작스런 변화에 추종하지 못하여, 유저에게 위화감 등을 느껴지게 할 가능성이 있었다.

그래서, 본 발명은 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬으로 유저의 운동을 유도할 수 있는 장치, 이 장치를 제어할 수 있는 시스템, 및 운동 유도 장치에 부속되는 컴퓨터에 당해 장치의 제어기능을 부여하는 프로그램을 제공하는 것을 해결 과제로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 운동 유도 장치는, 유도 진동자에 따라 유저의 운동을 유도하기 위한 장치로서, 유저의 운동 진동자를 측정하는 운동 진동자 측정 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제1 진동자를 생성하는 제1 진동자 생성 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 제2 진동자 생성 수단과, 제2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제2 진동자에 기초하여, 유도 진동자를 생성하는 유도 진동자 생성 수단을 구비하고, 제2 진동자 생성 수단이, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 주기변화의 크기가 임계값을 초과한 경우, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도 대신, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 각속도와, 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 운동 유도 장치에 의하면, 유저의 운동 리듬의 변화가 작은 경우, 즉, 운동 진동자의 주기변화의 크기가 임계값 이하일 경우, 다음과 같이 유저의 운동이 유도된다. 또한, 유저의 「운동」에는 보행, 주행, 물건 제작에 따르는 수작업 등, 여러 운동이 포함될 수 있다.

우선 「상호 끌어당김」의 효과에 의해 유저의 운동 진동자의 리듬과 조화되면서, 고유 각속도가 반영된 자율적인 리듬을 가지고 진동하는 「제1 진동자」가 생성된다. 여기에서 「진동」이란, 현실적 또는 가상적인 것이 거의 일정한 주기를 가지고 요동하는 것 이외에, 넓게는 시간 변화되는 것을 포함하는 개념이다. 또 「진동자」란 값이 시간 변화되는 전기신호나, 소프트웨어에서 값이 시간 변화되는 것으로서 정의된 함수 등을 포함하는 개념이다. 그런데, 이 제1 진동자는 유저의 운동 리듬과 운동 유도 장치에 의한 유도 리듬의 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키는 관점에서, 유저의 운동 진동자와 부적당한 위상차를 갖고 있을 가능성이 있다. 따라서, 제1 진동자로부터 직접적으로 유도 진동자가 생성된 경우, 이 유도 진동자에 의해 유도된 유저의 운동 리듬이 목표 리듬으로부터 괴리해버릴 우려가 있다.

그래서 「새로운 고유 각속도」가 유저의 운동 진동자와 제1 진동자의 위상차에 따라 설정된다. 이것에 의해, 새로운 고유 각속도는 운동 진동자에 의해 특정되는 유저의 운동 리듬과의, 목표 위상차에 따른 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 것이 된다. 또, 그 후, 새로운 고유 각속도가 반영된 형태에서 새로운 제1 진동자가 생성되는 것이 반복됨으로써, 제1 진동자의 리듬과 운동 진동자의 리듬의 조화를 도모하면서, 운동 진동자와 제1 진동자의 위상차의 목표 위상차로부터의 편차를 서서히 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화에의 유도 진동자의 추종성을, 유저에게 위화감 등을 주지 않는 관점에서 적당한 것으로 하여, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 적당한 페이스로 서서히 일치시킬 수 있다.

따라서, 당해 새로운 고유 각속도가 반영된 형태로 「제2 진동자」가 생성되고, 또한 제2 진동자에 기초하여 「유도 진동자」가 생성됨으로써, 이 유도 진동자에 의해 유도된 유저의 운동 리듬과 유도 진동자의 리듬을 조화시키면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시킬 수 있다. 유저의 운동 리듬과 유도 진동자의 리듬의 조화에 의해, 운동 유도 장치에 의한 유도 리듬이 유저의 운동 리듬과 조화되고, 또한, 유저의 운동 리듬도 운동 유도 장치에 의한 유도 리듬과 조화된다고 하는 것과 같이 유저(인간)와 장치(기계)의 조화(상호의 타협)가 도모된다.

한편, 유저의 운동 리듬의 변화가 큰 경우, 즉, 운동 진동자의 주기 변화의 크기가 임계값을 초과한 경우, 「고유 각속도」를 대신하여 「운동 진동자의 각속도」 및 「제1 진동자의 각속도」 중 한쪽 또는 양쪽에 기초하여 제2 진동자가 생성된다.

운동 진동자의 각속도에 기초하여 제2 진동자가 생성될 때, 제1 진동자의 생성 및 고유 각속도의 설정처리가 생략될 수 있다. 제1 운동 진동자의 각속도, 또는 운동 진동자의 각속도 및 제1 진동자의 각속도에 기초하여 제2 진동자가 생성될 때, 고유 각속도의 설정처리가 생략될 수 있다. 이와 같이 유저의 운동 리듬의 변화가 작을 경우에 실행되는 처리의 일부가 생략되는 만큼, 운동 진동자가 측정되고나서 유도 진동자가 생성되고, 이 유도 진동자가 유저에 대하여 공급될 때까지의 시간이 단축될 수 있다.

단, 운동 진동자 또는 제1 진동자로부터 직접적으로 유도 진동자가 생성된 경우, 유저의 운동 리듬의 갑작스런 변화에 따라 운동 유도 장치에 의한 유도 리듬이 과잉으로 운동 리듬으로부터 괴리되어 버려, 유저에게 현저한 위화감을 줄 우려가 있다. 이것은 유저의 운동 리듬의 변화가 커, 유저의 운동 리듬이 목표 리듬으로부터 크게 괴리되어 있을 가능성이 높은 상황에서는 보다 현저한 것으로 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 운동 진동자의 각속도 및 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽에 따라 「제2 진동자」가 생성되고, 이 제2 진동자에 기초하여 「유도 진동자」가 생성됨으로써 운동 리듬과 유도 리듬의 현저한 괴리가 억제될 수 있다.

또, 운동 진동자의 각속도에는, 유저의 운동 리듬이 직접적으로 반영되어 있다. 또한, 상기한 바와 같이 운동 진동자와의 「상호 끌어당김」의 효과에 의해 운동 진동자의 리듬과 조화되면서, 고유 각속도가 반영된 자율적인 리듬을 가지고 진동하는 제1 진동자의 각속도에도 유저의 운동 리듬이 강하게 반영되어 있다. 이 때문에, 운동 진동자의 각속도 및 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 제2 진동자 리듬은 갑자기 변화된 유저의 운동 리듬이 반영된 것으로 된다. 따라서, 이 제2 진동자에 기초하여 「유도 진동자」가 생성됨으로써, 이 유도 진동자의 리듬이 유저의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도하는 관점에서 적당한 것으로 될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 운동 유도 장치에 의하면, 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있다.

또, 본 발명의 운동 유도 장치는 유저의 운동 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽을 측정하는 상태 측정 수단과, 상태 측정 수단에 의해 판정된 유저의 운동 및 생리 상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 상기 임계값을 설정하는 임계값 설정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 운동 유도 장치에 의하면, 유저의 「운동상태」나 「생리상태」에 따라서는 유저의 운동 리듬의 변화에의 운동 유도 장치에 의한 유도 리듬의 응답성을 높게 한 편이 좋은 경우가 있는 반면, 이 응답성을 낮게 한 편이 좋은 경우가 있는 것을 감안하여, 유저의 「운동상태」 및 「생리상태」 중 한쪽 또는 양쪽에 따라 임계값이 설정된다.

게다가, 유저의 운동 리듬의 변화가 크게 변화된 경우, 즉, 운동 진동의 주기변화의 크기가 이 임계값을 초과한 경우, 상기한 바와 같이 고유 각속도의 설정처리 등이 생략된 다음, 유도 진동자가 생성될 수 있다. 또, 고유 각속도가 아니라 운동 진동자의 각속도 및 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 리듬으로 진동하는 「제2 진동자」가 생성되고, 이 제2 진동자에 기초하여 「유도 진동자」가 생성된다. 이걱에 의해, 유저의 운동 리듬의 변화에 대한 운동 유도 장치에 의한 유도 리듬의 응답성이 이 유저의 운동상태나 생리상태를 감안하여 적당한 것으로 조절될 수 있다.

또한, 유저의 「운동상태」에는, 비탈이나 계단을 오르는 상승보행 상태, 거의 평지를 보행하는 평지보행 상태, 비탈이나 계단을 내려가는 하강보행 상태, 빠르게 보행하는 퀵 보행 상태, 느리게 보행하는 슬로우 보행 상태 등이 포함될 수 있다. 또, 유저의 「생리상태」에는, 피로도가 높은 상태, 피로도가 낮은 상태, 심박수나 발한량이 많은 상태나, 심박수가 적은 상태 등이 포함될 수 있다.

또, 본 발명의 운동 유도 장치는, 유도 진동자 생성 수단이 제2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제2 진동자와, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 유저의 운동의 스케일에 따른 운동 진동자를 유저의 운동의 목표 스케일에 따른 목표값에 근접시키는 제1 포텐셜이 포함되어 있는 제1 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 운동 유도 장치에 의하면, 「제1 유도 진동자」에는, 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자를 그 목표값에 근접시키기 위한 제1 포텐셜이 포함되어 있다. 제1 포텐셜은 유저의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 새로운 고유 각속도에 따르고 있다. 따라서, 제1 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자가 생성됨으로써 유저의 운동 리듬과 유도 진동자의 리듬의 조화, 및 유저의 운동 리듬과 목표 리듬의 일치를 도모하고, 또한, 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 값이 목표값에 근접하도록, 즉, 유저의 운동 스케일이 목표 스케일에 근접하도록 유저의 운동이 유도될 수 있다.

또한, 본 발명의 운동 유도 장치는, 유도 진동자 생성 수단이, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제1 포텐셜에 따른 제1 계수와, 제1 운동 진동자의 값과 목표값의 편차의 함수와, 제2 진동자와의 곱이 포함되어 있는 제1 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 운동 유도 장치에 의하면, 제1 유도 진동자가, 제1 포텐셜에 따른 제1 계수를 탄성 계수(스프링 계수)로 하고, 또한, 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 값을 목표값에 복원시키는 가상적인 스프링 등의 탄성요소에 의한 탄성력으로서 표현된다. 이것에 의해, 근육의 수축상태로부터 신전상태로의 이행시의 탄성력 등, 유저의 신체부분의 탄성요소의 특성이 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 유저의 운동이 보조될 수 있다.

또, 본 발명의 운동 유도 장치는, 유도 진동자 생성 수단이, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도와, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 시간 미분값에 따라, 이 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하는 제2 포텐셜이 포함되어 있는 제2 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 운동 유도 장치에 의하면, 「제2 유도 진동자」에는, 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하기 위한 제2 포텐셜이 포함되어 있다. 제2 포텐셜은 유저의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 새로운 고유 각속도에 따르고 있다. 따라서, 제2 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자가 생성됨으로써, 유저의 운동 리듬과 유도 진동자의 리듬과의 조화, 및 유저의 운동 리듬과 목표 리듬의 일치를 도모하고, 또한, 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 시간 미분값에 따라 당해 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하면서, 유저의 운동 스케일이 목표 스케일에 접근하도록 유저의 운동이 유도될 수 있다.

또한, 본 발명의 운동 유도 장치는, 유도 진동자 생성 수단이, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제2 포텐셜에 따른 제2 계수와, 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 시간 미분값의 함수와, 제2 진동자의 곱이 포함되어 있는 제2 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 운동 유도 장치에 의하면, 제2 유도 진동자가, 제2 포텐셜에 따른 제2 계수를 감쇠 계수(댐퍼 계수)로 하고, 또한, 제2 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하는 가상적인 댐퍼 등의 감쇠 요소에 의한 감쇠력으로서 표현된다. 이것에 의해, 근육의 신전상태로부터 굴곡상태로의 이행시의 점성력 등, 유저의 신체부분의 감쇠 요소의 특성이 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 유저의 운동이 보조될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제어 시스템은 유도 진동자에 따라 유저의 운동을 유도하기 위한 장치를 제어하는 시스템으로서, 유저의 운동 진동자를 측정하는 운동 진동자 측정 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제1 진동자를 생성하는 제1 진동자 생성 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자와의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 제2 진동자 생성 수단과, 제2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제2 진동자에 기초하여, 유도 진동자를 생성하는 유도 진동자 생성 수단을 구비하고, 제2 진동자 생성 수단이, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 주기변화의 크기가 임계값 이상으로 된 경우, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도 대신, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 각속도와, 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제어 시스템에 의하면, 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있도록 운동 유도 장치가 제어된다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제어 프로그램은 유도 진동자에 따라 유저의 운동을 유도하기 위한 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 이 장치를 제어하는 기능을 부여하는 프로그램으로서, 유저의 운동 진동자를 측정하는 운동 진동자 측정기능과, 운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제1 진동자를 생성하는 제1 진동자 생성기능과, 운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 운동 진동자와 제1 진동자 생성기능에 의해 생성된 제1 진동자와의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정기능과, 고유 각속도 설정기능에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 제2 진동자 생성기능과, 제2 진동자 생성기능에 의해 생성된 제2 진동자에 기초하여, 유도 진동자를 생성하는 유도 진동자 생성기능과, 제2 진동자 생성기능의 일부로서, 운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 운동 진동자의 주기변화의 크기가 임계값 이상으로 된 경우, 고유 각속도 설정기능에 의해 설정된 고유 각속도 대신, 운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 운동 진동자의 각속도와, 제1 진동자 생성기능에 의해 생성된 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 기능을, 운동 유도 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제어 프로그램에 의하면, 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있도록 유도 장치를 제어하는 기능이 이 운동 유도 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 부여된다.

도 1은 본 발명의 운동 유도 장치 및 그 제어 시스템의 구성 예시도.

도 2는 본 발명의 운동 유도 장치 및 그 제어 시스템의 기능 예시도.

도 3은 본 발명의 운동 유도 장치 및 그 제어 시스템의 다른 기능 예시도.

도 4는 운동 진동자와 제1 기본 진동자와의 관계 예시도.

도 5는 본 발명의 운동 유도 장치의 작용효과에 관한 실험결과의 설명도.

도 6은 유도 진동자 생성에 관한 가상적인 스프링 및 댐퍼의 설명도.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 운동 유도 장치, 그 제어 시스템 및 제어 프로그램의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.

이하, 보행자의 다리체 등에 대하여 좌우를 구별하기 위하여 기본적으로 패러미터에 첨가 L, R을 붙이는데, 표기를 간단하게 하기 위해 첨자 L, R을 생략하는 경우도 있다.

도 1에 도시되어 있는 보행 보조 장치(운동 유도 장치)(200)는 허리부 장구(202)와, 대퇴부 장구(204)와, 힘 전달 부재(206)와, 배터리(208)와, 액추에이터(전동 모터)(210)와, 고관절 각도 센서(212)를 구비하고 있다.

허리부 장구(202)는 강성이 있는 소재와 유연성이 있는 소재가 조합되어 만들어져 있고, 유저의 허리부에 장착된다. 대퇴부 장구(204)도 강성이 있는 소재와 유연성이 있는 소재가 조합되어 만들어져 있고, 유저의 대퇴부의 전후 각각에 장착된다. 힘 전달 부재는, 경량의 경질 플라스틱 등의 정형성이 있는 소재로 만들어져 있고, 유저의 대퇴부를 따라, 유저의 허리부의 옆에서 하방으로 연장된 후에 대 퇴부의 전후를 향하여 두 갈래로 갈라진 형상으로, 액추에이터(210) 및 전후의 대퇴부 장구(204)의 각각에 연결되어 있다. 배터리(208)는 허리부 장구(202)에 수납되어 있고(예를 들면, 허리부 장구(202)를 구성하는 복수의 소재 사이에 고정되어 있고), 액추에이터(210) 등에 대하여 전력을 공급한다. 액추에이터(210)는 허리부 장구(202)에 수납되어 있고, 힘 전달 부재(206) 및 대퇴부 장구(204)를 통하여 유저의 대퇴부에 힘을 작용시킨다. 고관절 각도 센서(212)는 유저의 허리부의 옆에 설치된 로터리 인코더 등에 의해 구성되며, 고관절 각도에 따른 신호를 출력한다.

도 1에 도시되어 있는 제어 시스템은 허리부 장구(202)에 수납된 하드웨어로서의 컴퓨터(100)와, 이 컴퓨터(100)에 대하여 보행 보조 장치(200)의 제어기능을 부여하는 소프트웨어로서의 본 발명의 「제어 프로그램」에 의해 구성되어 있다.

제어 시스템은 운동 진동자 측정 유닛(102)과, 판정 유닛(104)과, 제1 진동자 생성 유닛(120)과, 고유 각속도 설정 유닛(130)과, 제2 진동자 생성 유닛(140)과, 유도 진동자 생성 유닛(150)을 구비하고 있다. 각 유닛은 하드웨어로서의 CPU, ROM, RAM 등의 메모리, I/O 등과, CPU 등으로 구성되는 컴퓨터에 대하여 여러 기능을 부여하는 소프트웨어로서의 본 발명의 「제어 프로그램」에 의해 구성되어 있다(이하 동일). 또한, 각 유닛은 각각 별개인 CPU 등에 의해 구성되어 있어도 되고, 공통의 CPU 등에 의해 구성되어 있어도 된다.

운동 진동자 측정 유닛(102)은 고관절 각도 센서(212)의 출력에 기초하여, 유저의 「운동 진동자」로서 유저의 운동 스케일에 따른 고관절 각도(φ_H)와, 그 시 간 미분인 고관절 각속도(dφ_H/dt)를 측정한다.

판정 유닛(104)은 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 주기변화의 크기가 임계값(δ)을 초과했는지 아닌지를 판정한다.

제1 진동자 생성 유닛(120)은 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각속도(dφ_H/dt)와, 고유 각속도(ω_M)에 기초하여 「제1 모델」에 따라 제1 진동자(x)를 생성한다.

고유 각속도 설정 유닛(130)은 고관절 각속도(dφ_H/dt)와, 제1 진동자(x)와의 위상차(제1 위상차)(δθ₁)에 기초하여, 고유 각속도(ω_M)를 새롭게 설정한다.

제2 진동자 생성 유닛(140)은 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각도(φ_H)와, 고유 각속도 설정 유닛(130)에 의해 설정된 고유 각속도(ω_M)에 기초하여 「제2 모델」에 따라 제2 진동자(y)를 생성한다.

유도 진동자 생성 유닛(150)은 제2 진동자 생성 유닛(140)에 의해 생성된 제2 진동자(y)에 기초하여, 유도 진동자(z)를 생성하고, 유도 진동자(z)에 따른 토크(F)를 보행 보조 장치(200)에 유저에 대하여 작용시킨다.

상기 구성의 보행 보조 장치 및 그 제어 시스템의 기능에 대하여 도 2∼도 3을 사용하여 설명한다.

운동 진동자 측정 유닛(102)이 고관절 각도 센서(212)의 출력에 기초하여, 유저의 좌우의 고관절 각도(φ_H=(φ_HL,φ_HR))를 측정한다(도 2/s101). 또, 운동 진 동ㅈ자 측정 유닛(102)이 고관절 각도 센서(212)의 출력에 기초하여, 유저의 좌우의 고관절 각속도(dφ_H/dt=(dφ_HL/dt,dφ_HR/dt))를 측정한다(도 2/s102).

또한, 판정 유닛(104)이 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 주기변화의 크기가 임계값(δ)을 초과했는지 아닌지를 판정한다. 예를 들면, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, (dφ_H/dt)=0 또한 (d²φ_H/dt²)>0이 되는 이웃하는 2개의 시점(t_id 및 t_{id +1})의 간격이 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 주기로 되고, 주기 변화의 크기{(t_{id +2}-t_{id +1})-(t_{id +1}-t_id)}가 임계값(δ)을 초과했는지 아닌지가 판정된다.

판정 유닛(104)에 의해 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 주기변화의 크기가 임계값(δ) 이하라고 판정된 경우, 다음 수순에 따라 유도 진동자(z)가 생성된다.

제1 진동자 생성 유닛(120)이 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각속도(dφ_H/dt) 및 고유 각속도(ω_M=(ω_ML,ω_MR))에 기초하여 「제1 모델」에 따라 제1 진동자(x=(x_L,x_R))를 설정한다(도 2/s120). 제1 모델은 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자에 따라 출력이 변동되는 가상적인 좌우의 다리체 등, 가상적인 복수의 제1 요소의 관계를, 다음 식(1)으로 표시되는 반·데르·폴 (van der Pol) 방정식에 의해 표현하는 것이다.

여기에서 「

」는 제1 진동자(x) 및 그 1회 시간 미분(dx/dt)가 x-(dx/dt) 평면에서 안정한 리미트 사이클을 그리도록 설정되는 계수(>0)이다. g는 제1 모델에서의 가상적인 좌우의 다리체(제1 요소)의 상관관계를 나타내는 제1 상관 계수이다. K는 피드백 계수이다. 또한, 고유 각속도(ω_M)는 보행 보조 장치(200)에 의한 실제의 보행 보조 리듬(보행 보조 리듬)으로부터 크게 벗어나지 않는 범위에서 임의로 설정되어도 된다.

제1 진동자(x=(x_L,x_R))는 룽게·쿠타법(Runge-Kutta Method)법에 의해 설정된다. 제1 진동자(x)의 성분(x_L 및 x_R)은 각각 좌우의 다리체에 관한 가상적인 보행 보조 리듬을 나타낸다. 또, 진동자(x)는 반·데르·폴 방정식의 1개의 성질인 「상호 끌어당김」에 의해, 실제의 보행 리듬과 대략 동등한 리듬(각속도)으로 시간 변화되는 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)의 리듬과 조화되면서도 「고유 각속도」(ω_M)이 반영된 자율적인 리듬을 가지고 시간변화에 따라 진동한다고 하는 성질이 있다.

또한, 고관절 각속도(제2 운동 진동자)(dφ_H/dt) 대신 또는 부가하여, 고관 절 각도(제1 운동 진동자)(φ_H)나, 무릎관절, 발관절, 어깨관절, 팔꿈치관절의 각도나 각속도, 게다가 보행자의 착지 소리, 호흡 소리, 단속적인 발성음 등, 유저의 보행 리듬(운동 리듬)이 반영된 리듬으로 변동하는 여러 진동자에 기초하여, 제1 진동자(x)가 생성되어도 된다.

또, 「제1 모델」은 식(1)에 의해 표현되는 반·데르·폴 방정식과는 상이한 형태의 반·데르·폴 방정식에 의해 표현되어도 되고, 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자와 상호 끌어당김 효과를 가지고 진동자가 생성될 수 있는 모든 방정식에 따라서 표현되어도 된다.

계속해서, 고유 각속도 설정 유닛(130)이, 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각속도(dφ_H/dt)와, 제1 진동자 생성 유닛(120)에 의해 생성된 제1 진동자(x)에 기초하여 새로운 고유 각속도(ω_M)를 설정한다(도 2/s130).

구체적으로는, 좌우 각 성분에 대하여, 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 위상(θ_H)과, 제1 진동자(x)의 위상(θ_M)과의 위상차(θ_H-θ_M)가 제1 위상차(δθ₁)로서 설정된다(도 2/s131). 예를 들면, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, (dφ_H/dt)=0 또한 (d²φ_H/dt²)>0이 되는 시점(‥, t_id, t_{id +1}, ‥)과, x=0 또한 (dx/dt)>0이 되는 시점과의 시간차에 따라, 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 위상(θ_H)과, 제1 진동자(x)의 위상(θ_M)과의 위상차(제1 위상차)(δθ₁)(=θ_H-θ_M)가 설정된다.

다음에 과거 3보행 주기에 걸쳐 제1 위상차(δθ₁)가 일정한 것을 요건으로 하여, 좌우 각 성분에 대하여, 다음 식(2.1) 및 (2.2)에 의해 표시되는 「가상 모델」에 따라, 다음 식(2.3)에 의해 표시되는 가상 운동 진동자(θ_h)와 가상 유도 진동자(θ_m)의 위상차(θ_h-θ_m)가 제2 위상차(δθ₂)로서 설정된다(도 2/s132).

여기에서, ε는 가상 모델에서의 가상 운동 진동자(θ_h) 및 가상 유도 진동자(θ_m)의 상관 계수이다. 또, ω_h는 가상 운동 진동자(θ_h)의 각속도이며, ω_m은 가상 유도 진동자(θ_m)의 각속도이다.

계속해서, 제1 위상차(δθ₁)와, 제2 위상차(δθ₂)와의 차(δθ₁-δθ₂)가 최소가 되도록 상관 계수(ε)가 설정된다(도 2/s133). 구체적으로는 다음 식(2.4) 에 따라, 좌우 각 성분에 대하여, 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)가 0이 되는 이산적인 시간(‥, t_{id -}1, t_id, t_{id +1}, ‥)(도 4 참조)에서의 상관 계수(ε)가 차례차례 설정된다.

여기에서, η=(η_L,η_R)의 각 성분은 제1 위상차(δθ₁)의 좌우 각 성분과, 제2 위상차(δθ₂)의 좌우 각 성분을 근접시키는 포텐셜(V=(V_L,V_R))의 안정성을 나타내는 계수이다.

다음에 상관 계수(ε)에 기초하여, 가상 유도 진동자(θ_m)의 고유 각속도(ω_M)가 일정하다고 하는 조건하에서, 좌우 각 성분에 대하여, 제1 및 제2 위상차의 차(δθ₁-δθ₂)의 각 성분이 최소가 되도록 가상 운동 진동자(θ_h)의 각속도(ω_h)가 다음 식(2.5)에 따라 설정된다(도 2/s134).

여기에서, α=(αL,αR)의 각 성분은 계의 안정성을 나타내는 계수이다.

계속해서, 좌우 각 성분에 대하여, 가상 운동 진동자(θ_h)의 각속도(ω_h)에 기초하여, 가상 유도 진동자(θ_m)의 각속도(ω_m)가 새로운 고유 각속도(ω_M)로서 설정된다(도 2/s135). 구체적으로는, 좌우 각 성분에 대하여, 제2 위상차(δθ₂)가 목표 위상차(δθ₀)에 근접하도록, 다음 식(2.6)에 따라 가상 유도 진동자(θ_m)의 각속도(ω_m=(ω_mL,ω_mR))가 설정된다.

여기에서, β=(β_L,β_R)의 각 성분은 계의 안정성을 나타내는 계수이다.

계속해서, 제2 진동자 생성 유닛(140)이 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각도(φ_H)와, 고유 각속도 설정 유닛(130)에 의해 설정된 새로운 고유각속도(ω_M)에 기초하여, 「제2 모델」에 따라, 제2 진동자(y=(y_{L +},y_{L -},y_{R +},y_{R -}))를 생성한다(도 2/s140). 제2 모델은 고관절 각도(φ_H) 등의 운동 진동자에 따라 출력이 변동되는 가상적인 복수의 신경 요소 등, 가상적인 복수의 제2 요소의 관계를 표현하는 것이다. 보다 구체적으로는, 제2 모델은 좌대퇴부의 굴곡방향(전방) 및 신전방향(후방)의 각각으로의 운동을 지배하는 신경 요소(L+ 및 L-), 및 우대퇴부의 굴곡방향 및 신전방향의 각각에 대한 운동을 지배하는 신경 요소(R+ 및 R-)의 막 전위의 변동에 대응하는 상태 변수(u_i(i=L+,L-,R+,R-))와, 신경 요소(i)의 순응효과가 반영되는 자기억제 인자(v_i)를 포함하는, 다음의 연립 미분방정식(3)에 의해 표현된다.

여기에서, τ_1i는 상태 변수(u_i)의 변화 특성을 규정하는 시정수이며, 좌우 각 성분에서, 다음 식(3.1)에 의해 표시되는 바와 같이 고유 각속도(ω_M)에 대한 의존성을 갖는다.

t(ω)는 ω 의존성을 갖는 계수이다. γ=(γ_L,γ_R)는 정수이다.

또, τ_2i는 자기억제 인자(v_i)의 변화 특성을 규정하는 시정수이다. 또, w_i/j(<0)는 가상적인 복수의 제2 요소(신경 요소)(i 및 j)의 관계를 나타내는 제2 상관 계수(정수)이며, 「λ_L」 및 「λ_R」은 관용 계수이다. K는 고관절 각도(φ_H)에 따른 피드백 계수이다.

「f₁」 및 「f₂」는 각각 다음 식(3.2) 및 (3.3)에 의해 정의되는 함수이다.

또한, 고관절 각도(φ_H) 대신 또는 구바하여, 고관절 각속도(dφ_H/dt)나, 무릎관절, 발관절, 어깨관절, 팔꿈치관절의 각도나 각속도, 게다가 보행자의 착지음, 호흡음, 의도적인 발성음 등, 보행 리듬과 연관된 리듬으로 변동하는 여러 진동자에 기초하여, 제2 진동자(y_i)가 생성되어도 된다.

다음에, 유도 진동자 생성 유닛(150)이, 제2 진동자 생성 유닛(140)에 의해 생성된 제2 진동자(y_i)에 기초하여, 유도 진동자(z)를 생성한다(도 2/s150). 구체적으로는, 다음 식(4)에 따라 유도 진동자(z)가 생성된다.

여기에서, p₊ 및 p_-는 활성화 계수를 나타내고 있다.

그리고, 유도 진동자 생성 유닛(150)에 의해 생성된 유도 진동자(z)에 따른 전류(I=(I_L,I_R))가 전지(208)로부터 좌우의 액추에이터(210)에 각각 공급되고, 힘 전달 부재(206) 및 대퇴부 장구(204)를 통하여 유저의 대퇴부에 힘(고관절 주위의 토크)(F)이 작용한다.

이후, 상기 처리(도 2/s101, sl02, ‥, s150)가 반복됨으로써 유저는 보행 보조 장치(200)에 의해 고관절 주위의 토크(F)가 작용하고 있는 상태에서 보행한다.

한편, 판정 유닛(104)에 의해 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 주기변화의 크기가 임계값(δ)을 초과했다고 판정된 경우, 다음 수순에 따라서 유도 진동자(z)가 생성된다. 이 경우, 고유 각속도(ω_M)의 설정(도 2/s130)이 생략되고, 제2 진동자(y)가 상기 방법과는 상이한 방법으로 생성된다.

즉, 이 경우, 제2 진동자 생성 유닛(140)이 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각도(φ_H)와, 고유 각속도(ω_M) 대신 제1 진동자 생성 유닛(120)에 의해 생성된 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)에 기초하여 「제2 모델」에 따라 제2 진동자(y=(y_{L +},y_{L -},y_{R +},y_{R -}))를 생성한다(도 3/s140). 게다가, 상기한 바와 같이, 이 제2 진동자(y)에 기초하여 유도 진동자(z)가 생성된다(도 3/s150). 그리고, 유도 진동자(z)에 따른 전류(I)가 액추에이터(210)에 공급되고, 유저에 대하여 고관절 주위의 토크(F)가 부여된다.

상기 기능을 발휘하는 본 발명의 보행 보조 장치(200) 및 그 제어 시스템에 의하면, 유저의 운동 리듬의 변화가 작은 경우, 즉, 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)의 주기변화의 크기가 임계값(δ) 이하일 경우, 다음과 같이 유저의 보행 운 동이 유도(보조)된다.

즉, 우선, 제1 진동자(x)가 생성된다(도 2/s120). 제1 진동자(x)는, 반·데르·폴 방정식(식(1))의 성질인 「상호 끌어당김」의 효과에 의해 유저의 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)의 리듬과 조화되면서, 고유 각속도(ω_M)가 반영된 자율적인 리듬을 가지고 진동한다. 한편, 제1 진동자(x)는 유저의 보행 리듬과 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬과의 조화를 도모하면서, 유저의 보행 리듬을 목표 리듬에 일치시키는 관점에서, 유저의 고관절 각속도(dφ_H/dt)에 대하여 부적당한 위상차를 갖고 있을 가능성이 있다. 따라서, 제1 진동자(x)로부터 직접적으로 유도 진동자(z)가 생성된 경우, 이 유도 진동자(z)에 의해 유도된 유저의 보행 리듬이 목표 리듬으로부터 괴리되어 버릴 우려가 있다.

그래서, 유저의 고관절 각속도(dφ_H/dt)와 제1 진동자(x)의 위상차(δθ₁)에 따라 새로운 고유 각속도(ω_M)가 설정된다(도 2/s130). 이것에 의해, 새로운 고유 각속도(ω_M)는 고관절 각속도(dφ/dt)에 의해 특정되는 유저의 운동 리듬과의 목표 위상차(δθ₀)에 따른 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자(가상 보행 보조 진동자가 해당한다.)의 각속도(θ_m)에 상당하는 것이 된다.

따라서, 당해 새로운 고유 각속도(ω_M)가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자(y)가 생성되고(도 2/s140), 또한 제2 진동자(y)에 기초하여 유도 진동자(z)가 생성됨으로써(도 2/s150), 이 유도 진동자(z), 나아가서는 토크(F)에 의해 유도된 유저의 운동 리듬과 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬을 조화시키면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시킬 수 있다. 유저의 운동 리듬과 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬과의 조화에 의해, 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬이 유저의 운동 리듬과 조화되고, 또한, 유저의 운동 리듬도 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬과 조화되는 것과 같이 유저(인간)과 장치(기계)의 조화(상호의 타협)가 도모된다.

또, 새로운 고유 각속도(ω_M)가 반영된 형태로 새로운 제1 진동자(x)가 생성되는 것이 반복됨으로써(도 2/s120), 제1 진동자(x)의 리듬과 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)의 리듬과의 조화를 도모하면서, 고관절 각속도(dφ_H/dt)와 제1 진동자(x)의 위상차(δθ₁)의 목표 위상차(δθ₀)로부터의 편차를 서서히 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화에 대한 유도 진동자(z) 나아가서는 유저의 신체에 작용하는 토크(F)의 추종성을, 유저에 위화감 등을 주지 않는 관점에서 적당한 것으로 하여, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 적당한 페이스로 서서히 일치시킬 수 있다.

한편, 유저의 운동 리듬의 변화가 클 경우, 즉, 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)의 주기변화의 크기가 임계값(δ)을 초과한 경우, 고유 각속도(ω_M) 대신에 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)에 기초하여, 제2 모델에 따라 제2 진동자(y)가 생성된다(도 3/s140).

제1 운동 진동자(x)의 각속도(ω_M1)에 기초하여 제2 진동자(y)가 생성될 때, 고유 각속도(ω_M)의 설정처리(도 2/s130)가 생략될 수 있다. 이와 같이 유저의 운동 리듬의 변화가 작을 경우에 실행되는 처리의 일부가 생략되는 만큼, 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)가 측정되고나서, 유도 진동자(z)가 생성되고, 유도 진동자(z)에 따라 힘(F)이 유저의 대퇴부에 작용할 때까지의 시간이 단축될 수 있다.

단, 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자 또는 제1 진동자(x)로부터 직접적으로 유도 진동자(z)가 생성된 경우, 유저의 운동 리듬의 갑작스런 변화에 따라 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬이 과잉으로 운동 리듬으로부터 괴리되어 버려, 유저에게 현저한 줄 우려가 있다. 이것은, 유저의 운동 리듬의 변화가 커, 유저의 운동 리듬이 목표 리듬으로부터 크게 괴리되어 있을 가능성이 높은 상황에서는 보다 현저하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)에 따라 제2 진동자(y)가 생성되고(도 3/s140), 이 제2 진동자(y)에 기초하여 유도 진동자(z)가 생성됨으로써(도 3/s150), 유저의 운동 리듬과 보행 보조 장치(200)에 의한 운동의 유도 (보조)리듬과의 현저한 괴리가 억제될 수 있다.

또, 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)의 각속도에는, 유저의 운동 리듬이 직접적으로 반영되어 있다. 또한, 상기한 바와 같이 「상호 끌어당김」의 효과 에 의해 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 리듬과 조화되면서, 고유 각속도(ω_M)가 반영된 자율적인 리듬을 가지고 진동하는 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)에도 유저의 운동 리듬이 강하게 반영되고 있다. 이 때문에, 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)이 반영된 제2 진동자(y)의 리듬은 갑자기 변화된 유저의 운동 리듬이 반영된 것으로 된다. 따라서, 이 제2 진동자(y)에 기초하여 유도 진동자(z)가 생성됨으로써(도 3/s150), 이 유도 리듬이, 유저의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 이 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도하는 관점에서 적당한 것으로 될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 보행 보조 장치(200) 및 그 제어 시스템에 의하면, 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있다.

또, 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자에 따라 출력이 변동되는 가상적인 복수의 제1 요소(좌우의 다리체)의 관계를 표현하는 제1 모델에 따라, 제1 요소의 출력으로서 제1 진동자(x)가 생성된다(식(1), 도 2/s120). 이것에 의해, 유저의 실제의 운동에 관계되는 현실의 복수의 요소의 관계를 제1 모델에서의 가상적인 복수의 제1 요소의 계수(g) 등에 의해 표시되는 상관관계에 반영시킴으로써 당해 현실의 복수의 요소 사이의 관계를 감안하여 적당한 제1 진동자(x)가 생성될 수 있다. 예를 들면, 현실의 복수의 요소로서 좌우의 다리체나 동일 다리체의 복수의 관절이 상정된 경우, 번갈아 전후로 움직이는 등의 좌우의 다리체의 정성적(定性的) 관계나 고관절 주위의 다리체 운동과 무릎관절 주위의 다리체 운동과의 주기나 위상차 등의 동일 다리체의 관절 사이의 정성적 관계 등이 반영된 형태로 제1 진동자(x)가 생성된다. 따라서, 유저의 운동을 유도하는 유도 진동자의 리듬 및 스케일을 당해 관계를 감안하여 적당한 것으로 할 수 있다.

또한, 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자에 따라 출력이 변동되는 가상적인 복수의 제2 요소의 관계를 표현하는 제2 모델에 따라, 제2 요소의 출력으로서 제2 진동자(y_i)가 생성된다(식(3), 도 2/s140). 이것에 의해, 유저의 실제의 운동에 관계되는 현실의 복수의 요소의 관계를 제2 모델에서의 가상적인 복수의 제2 요소의 계수(w_{i /j})에 의해 표시되는 상관관계에 반영시킴으로써 당해 현실의 복수의 요소간의 관계를 감안하여 적당한 제2 진동자가 생성될 수 있다. 예를 들면, 현실의 복수의 요소로서 유저의 복수의 신경(뉴런)이 상정된 경우, 좌우의 다리체에 의한 보행을 지배하는 뉴런 간의 정성적 관계 등이 반영된 형태로 제2 진동자(y_i)가 생성된다. 따라서, 유저의 운동을 유도하는 유도 진동자의 리듬 및 스케일을 당해 관계를 감안하여 적당한 것으로 할 수 있다.

본 발명의 보행 보조 장치(200)의 상기 작용효과에 관한 실험결과에 대하여, 도 5를 사용하여 설명한다.

유저가 거의 일정한 리듬으로 보행한 경우의 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬의 측정 결과가 도 5(a)에 도시되어 있다. 이 경우, 유저의 보행 주기(=2π/(고관절 각속도(dφ_H/dt)의 각속도(θ_H)))가 도 5(a)에 실선으로 도시되어 있는 바와 같이 거의 일정하게 유지되어 있다. 또, 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 주기(보행 보조 주기)는 도 5(a)에 파선으로 표시되어 있는 바와 같이, 유저의 보행 주기에 추종하고 있다.

유저가 보행 리듬을 크게 변화시키면서 보행한 경우의 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬의 측정결과가 도 5(b)에 도시되어 있다. 이 경우, 유저의 보행주기가 도 5(b)에 실선으로 표시되어 있는 바와 같이 크게 변화되고 있다(도 5(b) 화살표 1∼3). 또, 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 주기는 도 5(b)에 파선으로 표시되어 있는 바와 같이, 크게 변화된 유저의 보행 주기에 추종하여 크게 변화되고 있다.

이 실험결과로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 보행 보조 장치(운동 유도 장치)(200)에 의하면, 유저의 운동 리듬이 갑자기 변화된 경우에도, 이 변화 후의 운동 리듬에 따른 적당한 리듬을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 유저의 보행이 유도되었지만, 다른 실시형태로서 유저에 의한 자동차 등의 제품의 제조에 관한 수작업 등, 다른 동작이 보조되어도 된다.

상기 실시형태에서는 유도 진동자(z)에 따라 좌우의 고관절 주위의 토크(F)가 유저의 신체에 작용시켜졌지만, 다른 실시형태로서 무릎관절, 발관절, 어깨관절, 팔꿈치관절, 수근관절 등, 여러 관절 주위의 토크가 유도 진동자(z)에 따라 유저의 신체에 작용시켜져도 된다. 토크가 작용하는 관절의 조합은 유저에 따라 다양하게 변경되어도 된다. 또, 다른 실시형태로서 헤드폰 등의 청각 장치(도시 생 략)를 통하여 보행자가 청각적으로 지각가능한 주기적인 소리나, 고글 등의 시각 장치(도시 생략)을 통하여 지각가능한 주기적인 광 또는 표식이나, 마사지 기기 등에 의해 보행자가 등이나 어깨 등의 신체의 일부의 촉각을 통하여 지각가능한 주기적인 두드림(노크) 등이 유도 진동자(z)에 따라 유저에게 주어져도 된다.

측정 대상이 되는 운동 진동자의 종류가 많아질 수록, 반·데르·폴 방정식 등의 제1 진동자(x)의 생성에 따른 비선형 미분 방정식(식(1))이나, 제2 진동자(y_i)의 생성에 따른 비선형 미분 방정식(식(3))에서의 상관 항은 많아지지만, 당해 상관 계수의 조절에 의해 유저의 신체의 여러 부분의 움직임을 감안하여 한층더 치밀한 운동의 유도가 실현된다.

상기 실시형태에서는 고관절 각속도(dφ_H/dt)의 주기 변화의 크기가 임계값(δ)을 초과한 경우, 고유 각속도(ω_M)대신 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)에 기초하여, 제2 모델에 따라 제2 진동자(y)가 생성되었지만(도 3/s140), 다른 실시형태로서, 이 경우, 고유 각속도(ω_M) 대신 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자의 각속도, 또는 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자의 각속도 및 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)의 평균값 또는 가중평균값에 기초하여 제2 진동자(y)가 생성되어도 된다.

상기 실시형태에서는 식(4)에 따라서 유도 진동자(z)가 생성되었지만, 다른 실시형태로서 다음과 같은 수순에 따라 유도 진동자(z)가 생성되어도 된다.

우선, 다음 식(5)에 따라 제1 유도 진동자(z₁)가 생성된다.

여기에서 「g_{1 +}」「g_{1 -}」「g₊」 및 「g_-」는 다음 식(5.1)∼(5.4)의 각각에 의해 정의되는 함수이다.

제1 유도 진동자(z₁)는 제1 계수(g_{1 +} 및 g_{1 -})를 각각 스프링 계수(탄성 계수)로 하는, 도 6에 도시되어 있는 2개의 가상 스프링(G_{1 +} 및 G_{1 -})의 탄성력으로서 파악된다. 제1 계수(g_{1 +} 및 g_{1 -})는 고유 각속도(ω_M)에 따라 고관절 각도(유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자)(φ_H)를 유저의 목표 운동 스케일에 따른 목표값(φ₀₊(>0) 및 φ_0-(<0))에 근접시키는 제1 포텐셜(가상적인 스프링(탄성 요소)의 포텐셜)의 그래디언트를 특정하는 것이다(식(5.1), (5.2) 참조). 즉, 제1 유도 진동자(z₁)는 제1 포텐셜에 따른 제1 계수(g_{1 +},g_{1 -})를 탄성 계수(스프링 계수)로 하고, 또한, 고관절 각도(유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자)(φ_H)의 값을 목표값(φ ₀)으로 복원시키는 가상적인 스프링 등의 탄성 요소에 의한 탄성력으로서 표현된다. 이것에 의해, 근육의 수축 상태로부터 신전 상태로의 이행시의 탄성력 등, 유저의 신체의 탄성 요소가 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있다.

일방의 가상적인 스프링(G_{1 +})에 의한 탄성력은 그 스프링 계수(g_{1 +})에 따라 고관절 각도(φ_H)를 이 목표값(φ₀₊)에 근접시키도록 유저의 대퇴부에 작용한다(식(5) 참조). 즉, 고관절 각도(φ_H)가 목표값(φ₀₊) 미만일 경우, 스프링(G_{1 +})에 의한 탄성력이, 고관절 각도(φ_H)를 증가시키는 방향(전방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다. 또, 고관절 각도(φ_H)가 목표값(φ₀₊)를 초과한 경우, 스프링(G_{1 +})에 의한 탄성력이 고관절 각도(φ_H)를 감소시키는 방향(후방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다.

또, 타방의 가상적인 스프링(G_{1 -})에 의한 탄성력은 그 스프링 계수(g_{1 -})에 따라 고관절 각도(φ_H)를 이 목표값(φ_0-)에 근접시키도록 유저의 대퇴부에 작용한다(식(5) 참조). 즉, 고관절 각도(φ_H)가 목표값(φ_0-)를 초과한 경우, 스프링(G_{1 -})에 의한 탄성력이, 고관절 각도(φ_H)를 감소시키는 방향(후방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다. 또, 고관절 각도(φ_H)가 목표값(φ_0-)을 밑돈 경우, 스 프링(G_{1 -})에 의한 탄성력이 고관절 각도(φ_H)를 증가시키는 방향(전방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다.

고관절 각도(φ_H)의 목표값(φ₊ 및 φ_-)은 목표가 되는 운동 스케일(보폭)에 따라, 유저의 고관절 각도(φ_H)를 포함하는 다리체의 자세의 기하학적 조건에 따라 설정된다. 또, 새로운 고유 각속도(ω_M)의 함수인 제1 계수(g_{1 +}(ω_M) 및 g_{1 -}(ω_M))의 각각에 포함되는 계수(a_{k +} 및 a_{k -})는, 목표가 되는 운동 리듬(보행률(=단위시간(예를 들면 1분간)당의 보수))에 따른 계수로서 설정될 수 있다.

또한, 고관절 각도(φ_H)의 목표값(φ₀₊ 및 φ_0-)은 보행 보조 장치(200)에 설치되어 있는 설정 버튼(도시 생략)의 조작을 통하여, 유저에 의해 설정된 목표로 하는 「보폭」에 기초하여, 유저의 고관절 각도(φ_H)를 포함하는 다리체의 자세의 기하학적 조건에 따라 설정하면 된다. 또, 제1 계수(g_{1 +}(ω_M) 및 g_{1 -}(ω_M))의 각각에 포함되는 계수(a_{k +} 및 a_{k -})는 보행 보조 장치(200)에 설치되어 있는 설정 버튼(도시 생략)의 조작을 통하여, 유저에 의해 설정된 목표로 하는 「보행률」에 따라 설정되어도 된다.

또한, 다음 식(6)에 따라 제2 유도 진동자(z₂)가 생성된다.

여기에서 「g_{2 +}」, 「g_{2 -}」, 「H₊」 및 「H_-」는 다음 식(6.1)∼(6.4)의 각각에 의해 정의된다는 함수이다.

제2 유도 진동자(z₂)는 제2 계수(g_{2 +} 및 g_{2 -})를 각각 댐퍼 계수(감쇠 계수)로 하는, 도 4에 도시되어 있는 2개의 가상적인 댐퍼(G₂₊ 및 G_2-)에 의한 감쇠력으로서 파악된다. 제2 계수(g_{2 +} 및 g_{2 -})는, 고유 각속도(ω_M)에 따라, 고관절 각도(φ_H)의 절대값의 증대를 억제하는 제2 포텐셜(가상적인 댐퍼(감쇠 요소)의 포텐셜)의 그래디언트를 특정하는 것이다(식(6,1), (6,2) 참조). 즉, 제2 유도 진동자(z)는 제2 포텐셜에 따른 제2 계수(g_{2 +},g_{2 -})를 감쇠 계수(댐퍼 계수)로 하고, 또한, 고관절 각속도(유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자 시간 미분값)(dφ_H/dt)에 따라 고관절 각도(유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자)(φ_H)의 절대값의 증대를 억제하는 가 상적인 댐퍼 등의 감쇠요소에 의한 감쇠력으로서 표현된다. 이것에 의해, 근육의 신전 상태로부터 굴곡 상태로의 이행시의 점성력 등, 유저의 신체의 감쇠 요소가 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있다.

일방의 가상적인 댐퍼(G₂₊)에 의한 감쇠력은 그 댐퍼 계수(g_{2 -})와, 고관절 각속도(dφ_H/dt)에 따라, 전방측(굴곡측)으로의 고관절 각도(φ_H)의 절대값의 증대를 억제하도록 유저의 대퇴부에 작용한다(식(6) 참조). 즉, 댐퍼(G₂₊)에 의한 감쇠력은 대퇴부의 전방으로의 과잉한 움직임을 억제하도록 이 대퇴부에 작용한다.

또, 타방의 가상적인 댐퍼(G_2-)에 의한 탄성력은 그 댐퍼 계수(g_{2 -})와, 고관절 각속도(dφ_H/dt)에 따라, 후방측(신전측)으로의 고관절 각도(φ_H)의 절대값의 증대를 억제하도록 유저의 대퇴부에 작용한다(식(6) 참조). 즉, 댐퍼(G_2-)에 의한 감쇠력은 대퇴부의 후방으로의 과잉한 움직임을 억제하도록 이 대퇴부에 작용한다.

또, 제2 유도 진동자(z₂)에는, 고관절 각도(φ_H)의 함수로서의 계단 함수(H₊,H_-)가 포함되어 있다. 따라서, 2개의 가상적인 댐퍼(G₂₊ 및 G_2-)의 각각의 감쇠력이 상쇄되는 사태가 회피된다.

고유 각속도(ω_M)의 함수인 제2 계수(g_{2 +}(ω_M) 및 g_{2 -}(ω_M))의 각각에 포함되는 계수(b_{k +} 및 b_{K -})는 목표가 되는 운동 리듬에 따른 계수로서 설정될 수 있다. 또한, 당해 계수(b_{k +} 및 b_{k -})는 보행 보조 장치(200)에 설치되어 있는 설정 버튼(도시 생략)의 조작을 통하여, 유저에 의해 설정된 목표로 하는 「보행률」에 따라 설정되어도 된다.

그리고, 유도 진동자 생성 유닛(150)에 의해 생성된 제1 유도 진동자(z₁)와, 제2 유도 진동자(z₂)가 합성됨으로써 유도 진동자(z)(=z₁+z₂)가 생성된다.

당해 다른 실시형태의 보행 보조 장치(200)에 의하면, 다음 이유에 의해, 유저의 운동 스케일이 목표 스케일에 근접하도록, 유저의 보행운동 등의 운동이 유도(보조)될 수 있다.

즉, 제1 유도 진동자(z₁)에 포함되어 있는 제1 계수(g_{1 +},g_{1 -})는 유저의 고관절 각도(유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자)(φ_H)를 그 목표값(φ₀₊,φ_0-)에 근접시키기 위한 제1 포텐셜(가상적인 탄성 요소의 포텐셜)에 따른 것이다. 제1 계수(g_{1 +},g_{1 -})는 고유 각속도(ω_M)(=가상 유도 진동자(θ_m)의 각속도(ω_m))에 따른 것이다(식(5.1), (5.2) 참조). 이 고유 각속도(ω_M)는 상기한 바와 같이 유저의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당한다.

또한, 제2 유도 진동자(z₂)에 포함되어 있는 제2 계수(g_{2 +},g_{2 -})는 유저의 고관절 각도(유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자)(φ_H)의 절대값의 증대를 억제하는 제2 포텐셜(가상적인 감쇠 요소의 포텐셜)에 따른 것이다. 제2 계수(g_{2 +},g_{2 -})는 고 유 각속도(ω_M)에 따른 것이다(식(6.1), (6.2) 참조). 고유 각속도(ω_M)는 상기와 같이 유저의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 유저의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당한다.

따라서, 새로운 고유 각속도(ω_M)에 따른 제1 계수(g₁₊(ω_M),g_1-(ω_M))가 반영된 형태로 제1 유도 진동자(z₁)가 생성되고, 또한, 고유 각속도(ω_M)에 따른 제2 계수(g₂₊(ω_M),g_2-(ω_M))가 반영된 형태로 제2 유도 진동자(z₂)가 생성됨으로써, 유저의 운동 리듬과 유도 진동자(z), 나아가서는 유저의 대퇴부에 작용하는 힘(F)의 리듬과의 조화, 및 유저의 운동 리듬과 목표 리듬과의 일치를 도모하면서, 유저의 운동 스케일이 목표 스케일에 근접하도록 유저의 운동이 유도될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태로서의 보행 보조 장치(200)의 제어 시스템이 유저의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽을 측정하는 상태 측정 유닛과, 상태 측정 유닛에 의해 판정된 유저의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 상기 임계값(δ)을 설정하는 임계값 설정 유닛을 더 구비하고 있어도 된다. 유저의 「운동상태」에는, 비탈이나 계단을 오르는 상승보행 상태, 거의 평지를 보행하는 평지보행 상태, 비탈이나 계단을 내려가는 하강보행 상태, 빠르게 보행하는 퀵 보행 상태, 느리게 보행하는 슬로우 보행 상태 등이 포함될 수 있다. 또, 유저의 「생리상태」에는, 피로도가 높은 상태, 피로도가 낮은 상태, 심박수나 발한량이 많은 상태나, 심박수가 적은 상태 등이 포함될 수 있다.

당해 구성의 운동 유도 장치에 의하면, 유저의 「운동상태」나 「생리상태」에 따라서는, 유저의 운동 리듬의 변화에 대한 운동 유도 장치에 의한 유도 리듬의 응답성을 높게 한 편이 좋은 경우가 있는 한편, 이 응답성을 낮게 한 편이 좋은 경우가 있는 것을 감안하여, 유저의 「운동상태」 및 「생리상태」 중 한쪽 또는 양쪽에 따라 임계값(δ)이 설정된다. 예를 들면, 유저의 운동상태에 따라서는(예를 들면, 하강보행 상태나 퀵 보행 상태), 유저의 운동 리듬의 변화가 커도, 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬의 응답성을 낮게 한 편이 좋은 경우가 있다. 그 한편, 유저의 운동상태에 따라서는(예를 들면, 상승보행 상태나 슬로우 보행 상태), 유저의 운동 리듬의 변화가 작아도, 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 리듬의 응답성을 높게 한 편이 좋은 경우가 있다.

게다가, 유저의 운동 리듬의 변화가 크게 변화된 경우, 즉, 고관절 각속도(dφ_H/dt) 등의 운동 진동자의 주기변화의 크기가 이 임계값(δ)을 초과한 경우, 상기와 같이 고유 각속도(ω_M)의 설정처리(도 2/s130) 등이 생략된 뒤에, 유도 진동자(T)가 생성될 수 있다. 또, 고유 각속도(ω_M)가 아니고 제1 진동자(x)의 각속도(ω_M1)가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자(y)가 생성되고(도 3/s140), 이 제2 진동자(y)에 기초하여 유도 진동자(z)가 생성된다(도 3/s150). 이것에 의해, 유저의 운동 리듬의 변화에 대한 보행 보조 장치(200)에 의한 보행 보조 리듬(유도 리듬)의 응답성이 이 유저의 운동상태나 생리상태를 감안하여 적당한 것으로 조절될 수 있다.

유저의 보행상태(운동상태)는, 예를 들면, 다음과 같은 수순으로 측정된다.

즉, 유저의 보행 상태와, n개의 운동 진동자에 의해 n차원 공간에 그려지는 궤도 패턴과의 대응 관계가 메모리로부터 판독된다. 게다가, 이 대응 관계와, 운동 진동자 측정 유닛(102)에 의해 측정된 고관절 각속도(dφ_H/dt)를 포함하는 n개의 운동 진동자에 의해 n차원 공간에 그려지는 궤도 패턴에 기초하여, 유저의 「보행 상태」가 측정된다. 보행 상태 측정용의 운동 진동자로서, 유저의 고관절 각도(φ_H)나, 무릎관절, 발관절, 어깨관절, 팔꿈치관절의 각도나 각속도, 각가속도, 다리체의 일부의 위치, 게다가 보행자의 착지음, 호흡음, 의도적인 발성음 등, 보행 리듬과 연관된 리듬으로 변동하는 여러 패러미터가 측정되어도 된다.

또, 보행 보조 장치(200)의 제어 시스템이, 상태 측정 유닛에 의해 판정된 유저의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 제1 모델에서의 계수(g)(가상적인 복수의 제1 요소의 상관 관계)를 조절하는 제1 상관 조절 유닛을 더 구비하고 있어도 된다. 또한, 보행 보조 장치(200)의 제어 시스템이 상태 측정 유닛에 의해 판정된 유저의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 제2 모델에서의 계수(w_{i /j})(가상적인 복수의 제2 요소(가상적인 신경 요소)의 상관 관계)를 조절하는 제2 상관 조절 유닛을 더 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 운동 유도 장치(200)에 의하면, 좌우의 다리체 등, 현실의 복수의 요소의 관계가 유저의 「운동상태」나 「생리상태」에 따라 변동한다고 하는 사정이 반영된 형태로, 유저의 상태에 따라 유저의 운동이 적당한 리듬 및 스케일을 가 지고 리얼타임으로 유도될 수 있다.

또, 제1 유도 진동자(z₁) 및 제2 유도 진동자(z₂)가 합성됨으로써 유도 진동자(z)가 생성되는 경우(식(5), (6) 참조), 유저의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 이 유저의 운동의 목표 리듬 및 스케일에 따른 계수(φ₀₊,φ_0-,a_k+,a_k-,b_k+,b_k-,‥) 등이 설정되어도 된다. 이것에 의해 유저의 운동 리듬 및 스케일을, 이 유저의 「보행상태」에 따른 목표 리듬 및 스케일의 각각에 일치시키는 관점에서 적당한 리듬 및 스케일을 가지고 유저의 운동이 유도될 수 있다.

또한, 유저의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 목표 위상차(δθ₀)가 설정되어도 된다. 이것에 의해, 유저의 고관절 각속도(운동 진동자)(dφ_H/dt)와 보행 보조 장치(200)에 의한 유도 진동자(z)(나아가서는 토크(F))의 위상차가 유저의 「보행 상태」에 따른 목표 위상차(δθ₀)에 근접하도록, 이 유저의 운동이 유도될 수 있다. 이것에 의해, 유저의 보행 상태의 변동에 따라, 유저의 운동 리듬을 목표 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬으로 유저의 운동이 유도(보조) 된다.

Claims (9)

1. 유도 진동자에 따라 유저의 운동을 유도하기 위한 장치로서,

   유저의 운동 진동자를 측정하는 운동 진동자 측정 수단과,

   운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제1 진동자를 생성하는 제1 진동자 생성 수단과,

   운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과,

   고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 제2 진동자 생성 수단과,

   제2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제2 진동자에 기초하여, 유도 진동자를 생성하는 유도 진동자 생성 수단을 구비하고,

   제2 진동자 생성 수단이 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 주기 변화의 크기가 임계값을 초과한 경우, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도 대신, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 각속도와, 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 유도 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 유저의 운동 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽을 측정하는 상태 측정 수단과, 상태 측정 수단에 의해 판정된 유저의 운동 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 상기 임계값을 설정하는 임계값 설정 수단을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 운동 유도 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 유저의 운동 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽을 측정하는 상태 측정 수단과, 상태 측정 수단에 의해 측정된 유저의 운동 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라 운동 진동자의 각속도와 제1 진동자의 각속도의 가중도를 설정하는 가중도 설정 수단을 더 구비하고,

   제2 진동자 생성 수단이 운동 진동자의 각속도와 제1 진동자의 각속도의, 가중도 설정 수단에 의해 설정된 바중 평균 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 유도 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 유도 진동자 생성 수단이 제2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제2 진동자와, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 유저의 운동의 스케일에 따른 운동 진동자를, 유저의 운동의 목표 스케일에 따른 목표값에 근접하도록 제1 포텐셜이 포함되어 있는 제1 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 유도 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 유도 진동자 생성 수단이 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제1 포텐셜에 따른 제1 계수와, 제1 운동 진동자의 값과 목표값의 편차의 함수와, 제2 진동자의 곱이 포함되어 있는 제1 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 유도 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 유도 진동자·생성 수단이 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도와, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 시간 미분값에 따라, 이 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하는 제2 포텐셜이 포함되어 있는 제2 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 유도 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 유도 진동자 생성 수단이, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제2 포텐셜에 따른 제2 계수와, 유저의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 시간 미분값의 함수와, 제2 진동자의 곱이 포함되어 있는 제2 유도 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 유도 장치.
8. 유도 진동자에 따라 유저의 운동을 유도하기 위한 장치를 제어하는 시스템으로서,

   유저의 운동 진동자를 측정하는 운동 진동자 측정 수단과,

   운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제1 진동자를 생성하는 제1 진동자 생성 수단과,

   운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자와 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과,

   고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 제2 진동자 생성 수단과,

   제2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제2 진동자에 기초하여, 유도 진동자를 생성하는 유도 진동자 생성 수단을 구비하고,

   제2 진동자 생성 수단이, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 주기 변화의 크기가 임계값 이상으로 된 경우, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도 대신, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 운동 진동자의 각속도와, 제1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
9. 유도 진동자에 따라 유저의 운동을 유도하기 위한 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 이 장치를 제어하는 기능을 부여하는 프로그램으로서,

   유저의 운동 진동자를 측정하는 운동 진동자 측정 기능과,

   운동 진동자 측정 기능에 의해 측정된 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제1 진동자를 생성하는 제1 진동자 생성기능과,

   운동 진동자 측정 기능에 의해 측정된 운동 진동자와 제1 진동자 생성 기능에 의해 생성된 제1 진동자의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 기능과,

   고유 각속도 설정 기능에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 제2 진동자 생성기능과,

   제2 진동자 생성 기능에 의해 생성된 제2 진동자에 기초하여, 유도 진동자를 생성하는 유도 진동자 생성기능과,

   제2 진동자 생성 기능의 일부로서, 연동 진동자 측정 기능에 의해 측정된 운동 진동자의 주기 변화의 크기가 임계값 이상으로 된 경우, 고유 각속도 설정 기능에 의해 설정된 고유 각속도 대신, 운동 진동자 측정 기능에 의해 측정된 운동 진동자의 각속도와, 제1 진동자 생성 기능에 의해 생성된 제1 진동자의 각속도 중 한쪽 또는 양쪽이 반영된 리듬으로 진동하는 제2 진동자를 생성하는 기능을, 운동 유도 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.

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