KR20080046682A - 운동 보조 장치 - Google Patents
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Abstract
사용자의 상이한 신체부분의 각각의 운동 리듬과, 이 사용자의 운동을 보조하는 리듬의 종합적인 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 그 목적으로 하는 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬으로 사용자의 운동을 보조할 수 있는 장치 등을 제공한다.
본 발명의 보행 보조 장치(200)에 의하면, 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt)와, 고유 각속도(ωM)가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제 1 진동자(x)가 생성된다. 또, 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와 제 1 진동자(x)와의 위상차(제 1 위상차)(δθ1)에 기초하여 새로운 고유 각속도(ωM)가 설정된다. 또한, 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)에 기초하여, 고유 각속도(ωM)가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자(y)가 생성된다. 그리고, 제 2 진동자(y)에 기초하여, 보조 진동자(z)가 생성되고, 보조 진동자(z)에 따라 변동하는 힘(F)이 사용자의 신체에 작용한다.
운동 보조 장치, 운동 진동자 측정 수단, 제 1 진동자 생성 수단, 고유 각속도 설정 수단, 제 2 진동자 생성 수단, 보조 진동자 생성 수단
Description
본 발명은 사용자의 운동을 보조하기 위한 장치, 당해 장치를 제어하는 시스템,및 당해 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 당해 장치의 제어기능을 부여하는 프로그램에 관한 것이다.
사용자의 다리의 움직임을 보조하는 힘을 사용자의 다리를 포함하는 신체부분에 작용시킴으로써, 이 사용자의 보행운동을 보조하는 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허공개 2003-135543호 공보 참조). 또, 사용자의 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 특허공개 2004-073649호 공보 참조).
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 보행 보조 장치의 사용자의 대부분이 그렇듯이, 그 팔이 정상인 반면, 그 다리에 이상이 생겨서 그 운동기능이 저하되어, 수의적인 움직임이 곤란할 경우, 다음과 같은 폐해의 초래가 염려된다.
즉, 이상이 생긴 신체부분의 운동 리듬만이 반영된 형태로 보행 보조 장치에 의한 보행 보조 리듬이 설정된 경우, 이 보행 보조 리듬이 정상인 신체부분의 운동 리듬과의 조화, 게다가, 이상이 발생한 신체부분 및 정상인 신체부분 각각의 운동 리듬의 조화를 감안해서 생각하면 부적당한 것으로 될 가능성이 있다.
또, 정상인 신체부분의 운동 리듬만이 반영된 형태로 보행 보조 장치에 의한 보행 보조 리듬이 설정되는 경우도, 이 보행 보조 리듬이 정상인 신체부분의 운동 리듬과의 조화, 게다가 이상이 생긴 신체부분 및 정상인 신체부분의 각각의 운동 리듬의 조화를 감안해서 생각하면 부적당한 것으로 될 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은, 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 운동 리듬과, 이 사용자의 운동을 보조하는 리듬의 종합적인 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 그 목적으로 하는 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬으로 사용자의 운동을 보조할 수 있는 장치, 이 장치를 제어할 수 있는 시스템 및 운동 보조 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 이 장치의 제어기능을 부여하는 프로그램을 제공하는 것을 해결 과제로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 운동 보조 장치는, 보조 진동자에 따라 시간변화되는 힘을 사용자의 신체에 작용시킴으로써 사용자의 운동을 보조하기 위한 장치로서, 사용자의 2개의 상이한 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 각각 제 1 및 제 2 운동 진동자로서 측정하는 운동 진동자 측정 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제 1 진동자를 생성하는 제 1 진동자 생성 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 1 진동자와의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 2 운동 진동자에 기초하여, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 제 2 진동자 생성 수단과, 제 2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 2 진동자에 기초하여, 보조 진동자를 생성하는 보조 진동자 생성 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 우선 사용자의 「제 1 운동 진동자」에 기초하여 「제 1 진동자」가 생성된다. 여기에서 「진동」이란 현실적 또는 가상적인 것이 거의 일정한 주기를 가지고 흔들리는 것 이외에, 넓게는 시간변화되는 것을 포함하는 개념이다. 또 「진동자」란 값이 시간변화되는 전기 신호나, 소프트웨어에서 값이 시간변화되는 것으로서 정의된 함수 등을 포함하는 개념이다. 제 1 운동 진동자는 팔 등, 사용자의 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자이다. 제 1 진동자는 「상호 끌어당김」의 효과에 의해 사용자의 「제 1 운동 진동자」의 리듬과 조화되면서, 고유 각속도가 반영된 자율적인 리듬을 가지고 진동한다. 한편, 제 1 진동자는 사용자의 운동 리듬과 운동 보조 장치에 의한 보조 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키는 관점에서 사용자의 제 1 운동 진동자에 대하여 부적당한 위상차를 가지고 있을 가능성이 있다. 따라서, 제 1 진동자로부터 직접적으로 보조 진동자가 생성된 경우, 이 보조 진동자에 의해 보조된 사용자의 보행 리듬이 목표 리듬으로부터 괴리되어 버릴 우려가 있다.
그래서 「새로운 고유 각속도」가 사용자의 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자의 위상차에 따라 설정된다. 이것에 의해, 새로운 고유 각속도는 제 1 운동 진동자에 의해 특정되는 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 보조한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 것으로 된다. 또, 그 후에 새로운 고유 각속도가 반영된 형태로 새로운 제 1 진동자가 생성되는 것이 반복됨으로써, 제 1 운동 진동자의 리듬과 제 1 진동자의 리듬의 조화를 도모하면서, 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자의 위상차의 목표 위상차로부터의 편차를 서서히 감소시킬 수 있다.
계속해서, 사용자의 「제 2 운동 진동자」에 기초하여, 당해 새로운 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 「제 2 진동자」가 생성된다. 제 2 운동 진동자는 다리 등, 제 1 운동 진동자에 따른 신체부분과는 상이한 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자이다. 그리고, 이 제 2 진동자에 기초하여 「보조 진동자」가 생성되고, 이 보조 진동자에 따른 힘이 사용자의 신체에 작용시켜진다.
상기한 바와 같이, 상이한 신체부분의 운동 리듬이 반영된 형태로 보조 진동자가 생성된다. 이것에 의해 사용자의 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각에 따른 상이한 신체부분의 운동 리듬의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 근접시키도록, 사용자의 운동이 보조될 수 있다. 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 운동 리듬과 보조 진동자의 리듬의 종합적인 조화에 의해, 운동 보조 장치에 의한 보조 리듬이 사용자의 운동 리듬에 조화되고, 또한, 사용자의 운동 리듬도 운동 보조 장치에 의한 보조 리듬에 조화되는 것과 같이 사용자(인간)와 장치(기계)의 조화(상호의 타협)이 도모된다.
이상과 같이, 본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 운동 리듬과, 이 사용자의 운동을 보조하는 리듬의 종합적인 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 그 목적으로 하는 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다. 또한, 사용자의 「운동」에는, 보행, 주행, 물건제작에 수반되는 손발의 움직임 등, 여러 운동이 포함될 수 있다.
또, 본 발명의 운동 보조 장치는, 운동 진동자 측정 수단이, 상기 힘이 작용하지 않는 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 상기 힘이 작용하는 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 2 운동 진동자로서 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 운동 보조 장치에 의한 힘이 작용하는 신체부분의 운동 리듬(제 2 운동 진동자의 리듬)과, 운동 보조 장치에 의한 힘이 작용하지 않는 신체부분의 운동 리듬(제 1 운동 진동자의 리듬) 모두가 반영된 형태로 보조 진동자가 생성된다.
이것에 의해, 예를 들면, 정상인 신체부분의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자의 리듬과, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있기 때문에, 운동 보조 장치의 힘에 의해 보조되고 있는 신체부분의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자의 리듬과, 운동 보조 장치에 의한 운동 보조 리듬의 종합적인 조화의 관점에서 적절한 리듬을 가지고, 당해 이상이 생긴 신체부분의 움직임이 보조될 수 있다. 이 예에서는, 이상이 생긴 신체부분의 움직임이, 정상인 신체부분의 움직임에 의해 지배되면서도, 정상인 신체부분의 움직임이, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있는 신체부분의 움직임에 조화된다고 하는 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
또, 예를 들면, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있지만, 운동 보조 장치의 힘에 의해 보조되고 있지 않은 신체부분의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자의 리듬과, 정상이지만 운동 보조 장치의 힘에 의해 보조되고 있는 신체부분의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자의 리듬과, 운동 보조 장치에 의한 운동 보조 리듬의 종합적인 조화의 관점에서 적절한 리듬을 가지고, 당해 정상인 신체부분의 움직임이 보조될 수 있다. 이 예에서는, 정상인 신체부분의 움직임이 이상이 생긴 신체부분의 움직임에 의해 지배되면서도, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있는 신체부분의 움직임이 정상인 신체부분의 움직임에 조화되는 것과 같은 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 운동 보조 장치는, 운동 진동자 측정 수단이 상기 힘이 작용하는 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 상기 힘이 작용하지 않는 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 2 운동 진동자로서 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 운동 보조 장치에 의한 힘이 작용하는 신체부분의 운동 리듬(제 1 운동 진동자의 리듬)과, 운동 보조 장치에 의한 힘이 작용하지 않는 신체부분의 운동 리듬(제 2 운동 진동자의 리듬) 모두가 반영된 형태로 보조 진동자가 생성된다.
이것에 의해, 예를 들면, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있기 때문에, 운동 보조 장치의 힘에 의해 보조되고 있는 신체부분의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자의 리듬과, 정상인 신체부분의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자의 리듬과, 운동 보조 장치에 의한 운동 보조 리듬의 종합적인 조화의 관점에서 적절한 리듬을 가지고, 당해 이상이 발생한 신체부분의 움직임이 보조될 수 있다. 이 예에서는, 정상인 신체부분의 움직임이 이상이 생긴 신체부분의 움직임에 의해 지배되면서도, 이상이 생긴 신체부분의 움직임이 정상인 신체부분의 움직임에 조화되는 것과 같은 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
또, 예를 들면, 정상이지만 운동 보조 장치의 힘에 의해 보조되고 있는 신체부분의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자의 리듬과, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있지만, 운동 보조 장치의 힘에 의해 보조되고 있지 않은 신체부분의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자의 리듬과, 운동 보조 장치에 의한 운동 보조 리듬의 종합적인 조화의 관점에서 적절한 리듬을 가지고, 당해 정상인 신체부분의 움직임이 보조될 수 있다. 이 예에서는, 이상이 생긴 신체부분의 움직임이 정상인 신체부분의 움직임에 의해 지배되면서도, 정상인 신체부분의 움직임이 이상이 생긴 신체부분의 움직임에 조화되는 것과 같은 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 운동 보조 장치는, 운동 진동자 측정 수단이 사용자의 상지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 사용자의 하지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 2 운동 진동자로서 측정하고, 또는 사용자의 하지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 사용자의 상지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 2 운동 진동자로서 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 상지의 관절 주위의 운동 리듬과, 하지의 관절 주위의 운동 리듬과, 운동 보조 장치에 의한 운동 보조 리듬의 종합적인 조화의 관점에서 적절한 리듬으로, 상지의 관절 주위의 운동 또는 하지의 관절 주위의 운동이 보조될 수 있다.
또한, 본 발명의 운동 보조 장치는, 제 2 진동자 생성 수단이, 제 2 운동 진동자로서의 좌측 고관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하여, 제 1 운동 진동자로서의 우측 견관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하는 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하거나, 또는 제 2 운동 진동자로서의 우측 고관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하여, 제 1 운동 진동자로서의 좌측 견관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하는 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.
보행운동이나 주행운동 등의 사용자의 운동시에, 좌측 견관절 주위의 팔(상지)의 운동 리듬과, 우측 고관절 주위의 다리(하지)의 운동 리듬이 거의 일정한 관계를 유지하고, 또한, 우측 견관절 주위의 팔의 운동 리듬과, 좌측 고관절 주위의 다리의 운동 리듬이 거의 일정한 관계를 유지하는 것이 자연스럽게 신체를 움직이는 관점에서 사용자에게 있어서 바람직하다. 즉, 왼팔의 움직임과 우측 다리의 움직임이 조화되고, 또한, 오른팔의 움직임과 좌측 다리의 움직임이 조화되는 것이, 자연스럽게 보행하는 관점에서 사용자에게 있어서 바람직하다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 이 점을 감안하여, 사용자의 팔(특히 상완(上腕)부)의 전후로의 흔들기 동작에 따른 운동 리듬과, 이 팔과 좌우가 반대측의 다리(특히 대퇴부)의 전후로의 움직임에 따른 운동 리듬과, 운동 보조 장치에 의한 운동 보조 리듬과의 조화의 관점에서 적절한 리듬으로, 팔의 전후로의 흔들기 동작 또는 다리의 전후로의 움직임이 보조될 수 있다.
또, 본 발명의 운동 보조 장치는, 제 1 진동자 생성 수단이, 운동 진동자에 따라 출력이 변동하는 가상적인 복수의 제 1 요소의 관계를 표현하는 제 1 모델에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 복수의 제 1 요소의 관계를 조절하면서, 제 1 요소의 출력으로서 제 1 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 사용자의 실제의 운동에 관계되는 현실의 복수의 요소의 관계를 제 1 모델에서의 가상적인 복수의 제 1 요소 사이의 관계에 반영시킬 수 있다. 또, 이들 복수의 제 1 요소의 관계가 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 움직임에 따른 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 조절된다. 이상으로부터, 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 반영되어 있는 현실의 복수의 요소간의 관계를 감안하여 적당한 제 1 진동자가 생성될 수 있다. 예를 들면, 현실의 복수의 요소로서 좌우의 팔(상지)이 상정된 경우, 좌우의 팔이 번갈아 전후로 흔들리는 등의 정성적 관계가 반영된 형태로 제 1 진동자가 생성된다. 따라서, 사용자의 운동을 보조하는 보조 진동자의 리듬을 당해 관계를 감안하여 적당한 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 운동 보조 장치는, 제 2 진동자 생성 수단이, 운동 진동자 에 따라 출력이 변동하는 가상적인 복수의 제 2 요소의 관계를 표현하는 제 2 모델에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 복수의 제 2 요소의 관계를 조절하면서, 제 2 요소의 출력으로서 제 2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 사용자의 실제의 운동에 관계되는 현실의 복수의 요소의 관계를 제 2 모델에서의 가상적인 복수의 제 2 요소간의 관계에 반영시킬 수 있다. 또, 이들 복수의 제 2 요소의 관계가, 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 움직임에 따른 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 조절된다. 이상에 의해, 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 반영되어 있는 현실의 복수의 요소간의 관계를 감안하여 적당한 제 2 진동자가 생성될 수 있다. 예를 들면, 현실의 복수의 요소로서 사용자의 복수의 신경(뉴런)이 상정된 경우, 다른 신체부분의 운동을 지배하는 뉴런 간의 정성적 관계 등이 반영된 형태로 제 2 진동자가 생성된다. 따라서, 사용자의 운동을 보조하는 보조 진동자의 리듬을 당해 관계를 감안하여 적당한 것으로 할 수 있다.
또, 본 발명의 운동 보조 장치는, 고유 각속도 설정 수단이, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 1 진동자와의 위상차인 제 1 위상차에 기초하여, 가상 모델에서의 가상적인 2개의 진동자의 관계를 설정한 다음, 당해 2개의 진동자의 위상차인 제 2 위상차를 목표 위상차에 근접시키도록 당해 2개의 진동자 중 일방의 각속도를 새로운 고유 각속도로서 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 가상 모델에서의 가상적인 2개의 진동자의 관계가 사용자의 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자와의 위상차(제 1 위상차)에 따른 것으로 설정된다. 또, 당해 2개의 진동자의 위상차(제 2 위상차)를 목표 위상차에 근접시키도록 2개의 진동자의 각속도 중 일방이 새로운 고유 각속도로서 설정된다. 이것에 의해, 새로운 고유 각속도는 제 1 운동 진동자에 의해 특정되는 사용자의 운동 리듬과의 목표 위상차에 따른 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 보조한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 것으로 된다.
또한, 본 발명의 운동 보조 장치는, 고유 각속도 설정 수단이 제 1 위상차에 기초하여, 가상 모델에서의 가상적인 2개의 진동자의 관계를 표현하는 상관계수를 설정하는 상관계수 설정 수단과, 상관계수 설정 수단에 의해 설정된 상관계수에 기초하여, 제 1 위상차와 제 2 위상차와의 차가 최소가 되도록 가상 운동 진동자의 각속도를 설정하는 제 1 각속도 설정 수단과, 제 1 각속도 설정 수단에 의해 설정된 각속도에 기초하여, 제 2 위상차와 목표 위상차의 차가 최소가 되도록 가상 보조 진동자의 각속도를 새로운 고유 각속도로서 설정하는 제 2 각속도 설정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 가상 모델에서의 가상적인 2개의 진동자의 상관계수의 설정 등을 거쳐, 상기한 바와 같이 제 1 운동 진동자에 의해 특정되는 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 보조한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도가 새로운 고유 각도로서 설정될 수 있다. 이것에 의해, 운동 진동자에 의해 특정되는 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 위상차에 따른 목표 리듬에 일치시키는 관점에서 적당한 리듬 및 스케일을 갖는 보조 진동자가 설정될 수 있다.
또, 본 발명의 운동 보조 장치는, 보조 진동자 생성 수단이, 제 2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 2 진동자와, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 사용자의 운동의 스케일에 따른 제 2 운동 진동자를, 사용자의 목표 운동 스케일에 따른 목표값에 근접시키는 제 1 포텐셜이 포함되어 있는 제 1 보조 진동자를 포함하는 보조 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 「제 1 유도 진동자」에는, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자를 그 목표값에 근접시키기 위한 제 1 포텐셜이 포함되어 있다. 제 1 포텐셜은 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 새로운 고유 각속도에 따르고 있다. 따라서, 제 1 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자가 생성됨으로써 사용자의 운동 리듬과 유도 진동자의 리듬 조화, 및 사용자의 운동 리듬과 목표 리듬의 일치를 도모하고, 또한, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 값이 목표값에 근접하도록, 즉, 사용자의 운동 스케일이 목표 스케일에 근접하도록 사용자의 운동이 유도될 수 있다.
또한, 본 발명의 운동 보조 장치는, 보조 진동자 생성 수단이, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제 1 포텐셜에 따른 제 1 계수를, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정하면서, 제 1 계수와, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 값 및 목표값의 편차의 함수와, 제 2 진동자의 곱이 포함되어 있는 제 1 보조 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 제 1 보조 진동자가, 제 1 포텐셜에 따른 제 1 계수를 탄성 계수(스프링 계수)로 하고, 또한, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 값을 목표값으로 복원시키는 가상적인 스프링 등의 탄성 요소에 의한 탄성력으로서 표현된다. 이 제 1 계수는 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정된다. 이상에 의해, 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 반영되는, 근육의 수축 상태로부터 신전(伸展) 상태로의 이행시의 탄성력 등, 사용자의 신체부분의 탄성 요소의 특성이 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
또, 본 발명의 운동 보조 장치는, 보조 진동자 생성 수단이 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도와, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 시간 미분값에 따라, 이 제 2 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하는 제 2 포텐셜이 포함되어 있는 제 2 보조 진동자를 포함하는 보조 진동자를 생성한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 「제 2 유도 진동자」에는, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하기 위한 제 2 포텐셜이 포함되어 있다. 제 2 포텐셜은, 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 유도한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 새로운 고유 각속도에 따르고 있다. 따라서, 제 2 유도 진동자를 포함하는 유도 진동자가 생성됨으로써, 사용자의 운동 리듬과 유도 진동자의 리듬과의 조화, 및 사용자의 운동 리듬과 목표 리듬과의 일치를 도모하고, 또한, 사용자의 운동 스케일에 따른 운동 진동자의 시간 미분값에 따라 당해 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하면서, 사용자의 운동 스케일이 목표 스케일에 근접하도록 사용자의 운동이 유도될 수 있다.
또한, 본 발명의 운동 보조 장치는, 보조 진동자 생성 수단이, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제 2 포텐셜에 따른 제 2 계수를, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정하면서, 제 2 계수와, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 시간 미분값의 함수와, 제 2 진동자의 곱이 포함되어 있는 제 2 보조 진동자를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 운동 보조 장치에 의하면, 제 2 보조 진동자가, 제 2 포텐셜에 따른 제 2 계수를 수량감소 계수(댐퍼 계수)로 하고, 또한, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하는 가상적인 댐퍼 등의 감쇠 요소에 의한 감쇠력으로서 표현된다. 이 제 2 계수는 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정된다. 이상에 의해, 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 반영되는 근육의 신전 상태로부터 굴곡 상태로의 이행시의 점성력 등, 사용자의 신체부분의 감쇠 요소의 특성이 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제어 시스템은 보조 진동자에 따라 시간변화되는 힘을 사용자의 신체에 작용시킴으로써 사용자의 운동을 보조하기 위한 장치를 제어하는 시스템으로서, 사용자의 2개의 상이한 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 각각 제 1 및 제 2 운동 진동자로서 측정하는 운동 진동자 측정 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제 1 진동자를 생성하는 제 1 진동자 생성 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 1 진동자와의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 2 운동 진동자에 기초하여, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 제 2 진동자 생성 수단과, 제 2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 2 진동자에 기초하여, 보조 진동자를 생성하는 보조 진동자 생성 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어 시스템에 의하면, 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 운동 리듬과, 이 사용자의 운동을 보조하는 리듬의 종합적인 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 그 목적으로 하는 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있도록 운동 보조 장치가 제어된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제어 프로그램은, 보조 진동자에 따라 시간변화되는 힘을 사용자의 신체에 작용시킴으로써 사용자의 운동을 보조하기 위한 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 이 장치를 제어하는 기능을 부여하는 프로그램으로서, 사용자의 2개의 상이한 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 각각 제 1 및 제 2 운동 진동자로서 측정하는 운동 진동자 측정기능과, 운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제 1 진동자를 생성하는 제 1 진동자 생성기능과, 운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성기능에 의해 생성된 제 1 진동자의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정기능과, 운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 제 2 운동 진동자에 기초하여, 고유 각속도 설정기능에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 제 2 진동자 생성기능과, 제 2 진동자 생성기능에 의해 생성된 제 2 진동자에 기초하여, 보조 진동자를 생성하는 보조 진동자 생성기능을, 운동 보조 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어 프로그램에 의하면, 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 운동 리듬과, 이 사용자의 운동을 보조하는 리듬의 종합적인 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 그 목적으로 하는 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있도록 운동 보조 장치를 제어하는 기능이 이 운동 보조 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 부여된다.
도 1은 본 발명의 운동 보조 장치 및 그 제어 시스템의 구성 예시도.
도 2는 본 발명의 운동 보조 장치 및 그 제어 시스템의 기능 예시도.
도 3은 제 1 위상차의 설정방법에 관한 설명도.
도 4는 제 1 위상차의 설정방법에 관한 설명도.
도 5는 본 발명의 운동 보조 장치의 작용효과에 관한 실험결과의 설명도.
도 6은 본 발명의 운동 보조 장치의 작용효과에 관한 실험결과의 설명도.
도 7은 보조 진동자 생성에 관한 가상적인 스프링 및 댐퍼의 설명도.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
본 발명의 운동 보조 장치, 및 그 제어 시스템 및 제어 프로그램의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.
이하, 보행자의 다리체 등에 대하여 좌우를 구별하기 위하여 기본적으로 패러미터에 첨자 L, R을 붙이는데, 표기의 간단을 위해 첨자 L, R를 생략하는 경우도 있다.
도 1에 도시되어 있는 보행 보조 장치(운동 보조 장치)(200)는, 허리부 장착구(202)와, 대퇴부 장착구(204)와, 힘전달 부재(206)와, 배터리(208)와, 액추에이터(전동 모터)(210)와, 견관절 각도 센서(211)와, 고관절 각도 센서(212)를 구비하고 있다.
허리부 장착구(202)는 강성이 있는 소재와 유연성이 있는 소재가 조합되어 만들어져 있고, 사용자의 허리부에 장착된다. 대퇴부 장착구(204)도 강성이 있는 소재와 유연성이 있는 소재가 조합되어 만들어져 있고, 사용자의 대퇴부의 전후 각각에 장착된다. 힘전달 부재(206)는 경량의 경질 플라스틱 등의 정형성이 있는 소재로 만들어져 있고, 사용자의 대퇴부를 따라, 사용자의 허리부의 옆에서 하방으로 연장된 후에 대퇴부의 전후를 향하여 두 갈래로 갈라진 형상이며, 액추에이터(210) 및 전후의 대퇴부 장착구(204)의 각각에 연결되어 있다. 배터리(208)는 허리부 장착구(202)에 수납되어 있고(예를 들면, 허리부 장착구(202)를 구성하는 복수의 소재 사이에 고정되어 있고), 액추에이터(210) 등에 대하여 전력을 공급한다. 액추에이터(210)는 허리부 장착구(202)에 수납되어 있고, 힘전달 부재(206) 및 대퇴부 장착구(204)를 통하여 사용자의 대퇴부에 힘을 작용시킨다. 견관절 각도 센 서(211)는 사용자의 좌우의 견관절 부분에 설치된 로터리 인코더 등에 의해 구성되고, 견관절 각도에 따른 신호를 출력한다. 고관절 각도 센서(212)는 사용자의 허리부의 옆에 설치된 로터리 인코더 등에 의해 구성되고, 고관절 각도에 따른 신호를 출력한다.
도 1에 도시되어 있는 제어 시스템은 허리부 장착구(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 측정부(110)와, 제 1 진동자 생성부(120)와, 고유 각속도 설정부(130)와, 제 2 진동자 생성부(140)와, 보조 진동자 생성부(150)를 구비하고 있다. 각 부는 하드웨어로서의 CPU, ROM, RAM 등의 메모리, I/O 등과, CPU 등으로 구성되는 컴퓨터(100)에 대하여 여러 기능을 부여하는 소프트웨어로서의 본 발명의 「제어 프로그램」에 의해 구성되어 있다(이하 동일). 또한, 각 부는 각각 별개의 CPU 등에 의해 구성되어 있어도 되고, 공통의 CPU 등에 의해 구성되어 있어도 된다.
운동 진동자 측정부(110)는 견관절 각도 센서(211)의 출력에 기초하여, 「제 1 운동 진동자」로서 견관절 각속도(dφS/dt)를 측정한다. 또, 운동 진동자 측정부(110)는 고관절 각도 센서(212)의 출력에 기초하여, 「제 2 운동 진동자」로서 고관절 각도(φH)를 측정한다.
제 1 진동자 생성부(120)는 운동 진동자 측정부(110)에 의해 측정된 견관절 각속도(제 1 운동 진동자)(dφS/dt)와, 고유 각속도(ωM)에 기초하여, 「제 1 모델」에 따라 제 1 진동자(x)를 생성한다.
고유 각속도 설정부(130)는 견관절 각속도(dφS/dt)와, 제 1 진동자(x)와의 위상차(제 1 위상차)(δθ1)에 기초하여, 새로운 고유 각속도(ωM)를 설정한다.
제 2 진동자 생성부(140)는 운동 진동자 측정부(110)에 의해 측정된 고관절 각도(제 2 운동 진동자)(φH)와, 고유 각속도 설정부(130)에 의해 설정된 새로운 고유 각속도(ωM)에 기초하여, 「제 2 모델」에 따라 제 2 진동자(y)를 생성한다.
보조 진동자 생성부(150)는 제 2 진동자 생성부(140)에 의해 생성된 제 2 진동자(y)에 기초하여, 보행 보조 장치(200)에 의한 보조 진동자(z)를 생성한다.
상기 구성의 보행 보조 장치 및 그 제어 시스템의 기능에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다.
운동 진동자 측정부(110)가 견관절 각도 센서(211)의 출력에 기초하여, 사용자의 좌우의 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt)=(dφSL/dt, dφSR/dt)를 측정한다(도 2/s111). 운동 진동자 측정부(110)가 고관절 각도 센서(212)의 출력에 기초하여, 사용자의 좌우의 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)=(φHL, φHR)를 측정한다(도 2/s112).
또한, 제 1 진동자 생성부(120)가 운동 진동자 측정부(110)에 의해 측정된 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와 고유 각속도(ωM)=(ωML, ωMR)에 기초하여 「제 1 모델」에 따라 제 1 진동자()=(xL, xR))를 생성한다(도 2/s120). 제 1 모델은 제 1 운동 진동자(dφS/dt)에 따라 출력이 변동하는 가상적인 좌우의 다리체 등, 가상적인 복수의 제 1 요소의 관계를, 다음 식 (1)로 표현되는 반 데르 폴(van der Pol) 방정식에 의해 표현하는 것이다.
(d2xL/dt2)
=ξ(1-xL 2)(dxL/dt)-ωML 2xL
+g(xL-xR)+K(dφSL/dt),
(d2xR/dt2)
=ξ(1-xR 2)(dxR/dt)-ωMR 2xR
+g(xR-xL)+K(dφSR/dt) ‥(1)
여기에서 「ξ」는 제 1 진동자(x) 및 그 1회 시간 미분(dx/dt)이 x-(dx/dt) 평면에서 안정한 리미트 사이클을 그리도록 설정되는 계수(>0)이다. 「g」는 제 1 모델에서의 가상적인 좌우의 상지(팔)(제 1 요소)의 상관관계를 나타내는 제 1 상관계수이다. 제 1 상관계수(g)는 제 1 운동 진동자(dφS/dt)의 스케일(진폭) 및 리 듬(주파수), 제 2 운동 진동자(φH)의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정될 수 있다. 「K」는 피드백 계수이다. 또한 고유 각속도(ωM)는 보행 보조 장치(200)에 의한 실제의 보조 리듬(보행운동 보조 리듬)으로부터 크게 벗어나지 않는 범위에서 임의로 설정될 수 있다.
제 1 진동자(x)=(xL, xR)는 룽게 쿠타법(Runge Kutta method)에 의해 결정/생성된다. 제 1 진동자(x)의 성분(xL 및 xR)은 각각 좌우의 다리체에 관한 가상적인 보행 보조 리듬을 나타낸다. 이 제 1 진동자(x)는 반 데르 폴 방정식의 1개의 성질인 「상호 끌어당김」에 의해, 실제의 보행 리듬과 대략 동등의 리듬(각속도)으로 시간변화되는 제 1 운동 진동자(dφS/dt)의 리듬과 조화되면서도 「고유 각속도」(ωM)가 반영된 자율적인 리듬을 가지고 시간변화에 따라 진동한다고 하는 성질이 있다.
또, 「제 1 모델」은 식 (1)에 의해 표현되는 반 데르 폴 방정식과는 상이한 형태의 반 데르 폴 방정식에 의해 표현되어도 되고, 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와 상호 끌어당김 효과에 의해 진동자가 생성될 수 있는 모든 방정식에 의해 표현되어도 된다.
또, 고유 각속도 설정부(130)가 운동 진동자 측정부(110)에 의해 측정된 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와, 제 1 진동자 생성부(120)에 의해 생성된 제 1 진동자(x) 에 기초하여 새로운 고유 각속도(ωM)를 설정한다(도 2/s130).
구체적으로는, 좌우 각 성분에 대하여 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와, 제 1 진동자(x)와의 위상차(정확하게는 이 위상차가 반영된 변수)가 다음 식 (2.1)에 따라 제 1 위상차(δθ1)로서 설정된다(도 2/s131).
δθ1＝∫dt·δθ(dφS/dt, x),
δθ(dφS/dt, x)
≡sgn(x){sgn(dφS/dt)-sgn(dx/dt)},
sgn(θ)
≡-1(θ<0), 0(θ=0), 1(θ>0) ‥(2.1)
식 (2.1)로 정의되어 있는 δθ의 성질의 이해를 위해, 예로서 도 3에 도시되어 있는 견관절 각속도(dφS/dt) 및 제 1 진동자(x)가 진동한 경우를 생각한다. 또한, 간단하게 하기 위해, 「0」 「양의 값」 및 「음의 값」을 각각 「0」 「+」 및 「-」로 나타낸다.
시간(t0, t1)에서는 (dφS/dt, x, dx/dt)=(-, +, +)이므로 δθ는 「-2」가 된다. 또, 시간(t1, t2)에서는 (dφS/dt, x, dx/dt)=(+, +, +)이므로 δθ는 「0」이 된다. 또한, 시간(t2, t3)에서는 (dφS/dt, x, dx/dt)=(+, +, -)이므로 δθ는 「2」가 된다. 또, 시간(t3, t4)에서는 (dφS/dt, x, dx/dt)=(+, -, -)이므로 δθ 는 「-2」가 된다. 또한, 시간(t4, t5)에서는 (dφS/dt, x, dx/dt)=(-, -, -)이므로 δθ는 「0」이 된다. 또, 시간(t5, t6)에서는 (dφS/dt, x, dx/dt)=(-, -, +)이므로 δθ는 「2」가 된다.
제 1 진동자(x)의 1주기[t0, t6]에서, δθ가 「+2」인 누계 시간(=(t3-t2)+(t6-t5))의 총합이 δθ가 「-2」인 누계 시간(=(t1-t0)+(t4-t3))보다 크게 되어어 있다. 따라서, 이 경우, 식 (2.1)와 같이 δθ의 시간적분으로 표현되는 제 1 위상차(δθ1)는 δθ가 「+2」인 누계 시간이 δθ가 「-2」인 누계 시간보다도 커질수록 커지는 양의 값을 취하게 된다. 이것은, 제 1 운동 진동자(dφS/dt)의 위상이 제 1 진동자(x)의 위상보다도 진행되어 있는 것을 의미하고 있으며, 이것은 도 3에 도시하는 양 진동자의 위상관계에 합치한 결과가 되고 있다.
또한, 도 4에 되시되어 있는 바와 같이 (dφS/dt, d2φS/dt2)=(0, +)로 되는 시점(‥, tid , tid +1, ‥)과, (x, dx/dt)=(0, +)로 되는 시점과의 시간차에 따라 제 1 위상차(δθ1)(=θH-θM)가 설정되어도 된다.
다음에 과거 3보행 주기에 걸쳐 제 1 위상차(δθ1)가 일정했던 것을 요건으로 하여, 좌우 각 성분에 대하여, 다음 식 (2.2) 및 (2.3)에 의해 표시되는 「가상 모델」에 따라, 다음 식 (2.4)에 의해 표시되는 가상 운동 진동자(θh)와 가상 보조 진동자(θm)와의 위상차(θh-θm)가 제 2 위상차(δθ2)로서 설정된다.(도 2/s132).
(dθh/dt)=ωh+ε·sin(θm-θh) ‥(2.2)
(dθm/dt)=ωm+ε·sin(θh-θm) ‥(2.3)
δθ2=arcsin[(ωh-ωm)/2ε] ‥(2.4)
여기에서, ε은 가상 모델에서의 가상 운동 진동자(θh) 및 가상 보조 진동자(θm)의 상관계수이다. 또, ωh는 가상 운동 진동자(θh)의 각속도이며, ωm은 가상 보조 진동자(θm)의 각속도이다.
계속해서, 제 1 위상차(δθ1)와, 제 2 위상차(δθ2)와의 차(δθ1-δθ2)가 최소가 되도록 상관계수(ε)가 설정된다(도 2/s133). 구체적으로는 다음 식 (2.5)에 따라, 좌우 각 성분에 대하여, (dφS/dt, d2φS/dt2)=(0, +)이 되는 시각(‥, tid -1, tid, tid +1, ‥)(도 4 참조)에서의 상관계수(ε)가 차례차례 설정된다.
ε(tid +1)=ε(tid)-η{V(tid +1)-V(tid)}
/{ε(tid)-ε(tid -1)},
V(tid +1)≡(1/2){δθ1(tid +1)-δθ2(tid)}2 ‥(2.5)
여기에서, η=(ηL, ηR)의 각 성분은 제 1 위상차(δθ1)의 좌우 각 성분과, 제 2 위상차(δθ2)의 좌우 각 성분을 근접시키는 포텐셜(V)=(VL, VR)의 안정성을 나타내는 계수이다.
다음에 상관계수(ε)에 기초하여, 가상 보조 진동자(θm)의 고유 각속도(ωM)가 일정하다고 하는 조건하에서, 좌우 각 성분에 대하여, 제 1 및 제 2 위상차의 차(δθ1-δθ2)의 각 성분이 최소가 되도록 가상 운동 진동자(θh)의 각속도(ωh)가 다음 식 (2.6)에 따라서 설정된다(도 2/s134).
ωh(tid)
= -α∫dt·([4ε(tid)2-{ωh(t)-ωm(tid)}2]1/2
×sin[arcsin{(ωh(t)-ωm(tid-1))
/2ε(tid)}-θHM(tid)]) ‥(2.6)
여기에서, α=(αL, αR)의 각 성분은 계의 안정성을 나타내는 계수이다.
계속해서, 좌우 각 성분에 대하여, 가상 운동 진동자(θh)의 각속도(ωh)에 기초하여, 가상 보조 진동자(θm)의 각속도(ωm)가 새로운 고유 각속도(ωM)로서 설정된다(도 2/s135). 구체적으로는, 좌우 각 성분에 대하여, 제 2 위상차(δθ2)가 목표 위상차(δθ0)에 근접하도록, 다음 식 (2.7)에 따라 가상 보조 진동자(θm)의 각속도(ωm)=(ωmL, ωmR)가 설정된다.
ωm(tid)
=β∫dt·([4ε(tid)2-{ωh(tid)-ωm(t)}2)
×sin[arcsin{(ωh(tid)-ωm(t))/2ε(tid)}-δθ0]) ‥(2.7)
여기에서, β=(βL, βR)의 각 성분은 계의 안정성을 나타내는 계수이다.
계속해서, 제 2 진동자 생성부(140)가 운동 진동자 측정부(110)에 의해 측정된 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)와, 고유 각속도 설정부(130)에 의해 설정된 새로운 고유 각속도(ωM)에 기초하여, 「제 2 모델」에 따라 제 2 진동자(y)=(yL +, yL-, yR +, yR -)를 생성한다(도 2/s140). 제 2 모델은 제 2 운동 진동자(φH)에 따라 출력이 변동하는 가상적인 복수의 신경요소 등, 가상적인 복수의 제 2 요소의 관계를 표현하는 것이다. 보다 구체적으로는, 제 2 모델은 좌대퇴부의 굴곡방향(전방) 및 신전방향(후방)의 각각으로의 운동을 지배하는 신경요소(L+및 L-), 및 우측 대퇴부의 굴곡방향 및 신전방향의 각각으로의 운동을 지배하는 신경요소(R+및 R-)의 막 전위의 변동에 대응하는 상태변수(ui)(i=L+, L-, R+, R-)와, 신경요소(i)의 순응효과가 반영되는 자기억제 인자(vi)를 포함하는, 다음의 연립 미분방정식 (3)에 의해 표현된다.
τ1L+·duL +/dt
= -uL ++wL +/L-yL -+wL +/R+yR +
-λLvL ++f1(ωML)+f2(ωML)K(φHL),
τ1L-·duL -/dt
= -uL -+wL -/L+yL ++wL -/R-yR -
-λLvL -+f1(ωML)+f2(ωML)K(φHL),
τ1R+·duR +/dt
= -uR ++wR +/L+yL ++wR +/R-yR -
-λRvR ++f1(ωMR)+f2(ωMR)K(φHR),
τ1R-·duR -/dt
= -uR -+wR -/L-yL -+wR -/R+yR +
-λRvR -+f1(ωMR)+f2(ωMR)K(φHR),
τ2i·dvi/dt= -vi+yi,
yi=ｍax(0, ui) ‥(3)
여기에서, τ1i는 상태변수(ui)의 변화특성을 규정하는 시정수이며, 좌우 각 성분에 대하여, 다음 식 (3.1)에 의해 표시되는 바와 같이, 새로운 고유 각속도(ωM)에 대한 의존성을 갖는다.
τ1i≡t(ωML)/ωML-γL(i=L+, L-), 또는
t(ωMR)/ωMR-γR(i=R+, R-) ‥(3.1)
t(ω)는 ω 의존성을 갖는 계수이다. γ=(γL, γR)은 정수이다.
또, τ2i는 자기억제 인자(vi)의 변화특성을 규정하는 시정수이다. 또, wi/j(<0)는 가상적인 복수의 제 2 요소(신경요소)(i 및 j)의 관계를 나타내는 제 2 상관계수(정수)이다. 제 2 상관계수(wi /j)는 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt)의 스케일(진폭) 및 리듬(주파수), 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정될 수 있다. 「λL」 및 「λR」은 관용 계수이다. K는 고관절 각도(φH)에 따른 피드백 계수이다.
「f1」 및 「f2」는 각각 다음 식 (3.2) 및 (3.3)에 의해 정의되는 함수이다.
f1(ω)≡c·ω(c>0) ‥(3.2)
f2(ω)≡c0+c1ω+c2ω2 ‥(3.3)
고유 각속도(ωM)의 함수인 f1(ωM) 및 f2(ωM)의 계수(c, c0, c1, c2)는 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt)의 스케일(진폭) 및 리듬(주파수), 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 따른 계수로서 설정될 수 있다.
다음에, 보조 진동자 생성부(150)가 제 2 진동자 생성부(140)에 의해 생성된 제 2 진동자(yi)에 기초하여, 보조 진동자(z)를 생성한다(도 2/s150). 구체적으로는, 다음 식 (4)에 따라 보조 진동자(z)가 생성된다.
zL＝ p+yL +-p-yL -,
zR= -p+yR ++p-yR - ‥(4)
여기에서, p+ 및 p-는 활성화계수를 나타내고 있다.
그리고, 보조 진동자 생성부(150)에 의해 생성된 보조 진동자(z)에 따른 전류(I)=(IL, IR)가 배터리(208)로부터 좌우의 액추에이터(210)에 각각 공급되고, 액추에이터(210)의 동력에 따른 힘(F)=(FL, FR)이 사용자의 대퇴부에 작용한다.
이후, 상기 처리(도 2/s111, s112, ‥, s150)가 반복됨으로써, 사용자는 보행 보조 장치(200)에 의해 고관절 주위의 토크가 부여되면서 보행한다.
상기 기능을 발휘하는 본 발명의 보행 보조 장치(200) 및 그 제어 시스템에 의하면, 우선 사용자의 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt)에 기초하여, 제 1 진동자(x)가 생성된다(도 2/s120). 제 1 진동자(x)는 반 데르 폴 방정식(식 (1) 참조)의 특징인 「상호 끌어당김」의 효과에 의해 사용자의 제 1 운동 진동자(dφ S/dt)의 리듬과 조화되면서, 고유 각속도(ωM)가 반영된 자율적인 리듬을 가지고 진동한다. 한편, 제 1 진동자(x)는, 사용자의 운동 리듬과 보행 보조 장치(200)에 의한 보조 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키는 관점에서, 사용자의 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와 부적당한 위상차를 갖고 있을 가능성이 있다. 따라서, 제 1 진동자(x)로부터 직접적으로 보조 진동자(z)가 생성된 경우, 이 보조 진동자(z)에 의해 보조된 사용자의 보행 리듬이 목표 리듬으로부터 괴리되어 버릴 우려가 있다.
그래서, 새로운 고유 각속도(ωM)가 사용자의 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와 제 1 진동자(x)와의 위상차인 제 1 위상차(δθ1)에 따라 설정된다(도 2/s130). 이것에 의해, 새로운 고유 각속도(ωM)는 제 1 운동 진동자(dφS/dt)에 의해 특정되는 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 보조한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당하는 것으로 된다. 또, 그 후, 새로운 고유 각속도(ωM)가 반영된 형태로 새로운 제 1 진동자(x)의 생성(도 2/s120)이 반복됨으로써, 제 1 운동 진동자(dφS/dt)의 리듬과 제 1 진동자(x)의 리듬의 조화를 도모하면서, 제 1 운동 진동자(dφS/dt)와 제 1 진동자(x)와의 위상차(제 1 위상차)(δθ1)의 목표 위상차(δθ0)로부터의 편차를 서서히 감소시킬 수 있다.
계속해서, 사용자의 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)에 기초하여, 당해 새로운 고유 각속도(ωM)가 반영된 리듬(이 리듬은 제 2 요소(i)의 시정수(τ1i)에 의해 특정된다.)으로 진동하는 제 2 진동자(y)가 생성된다(도 2/s140). 그리고, 이 제 2 진동자(y)에 기초하여 보조 진동자(z)가 생성되고, 이 보조 진동자(z)에 따른 힘(F)이 사용자의 신체에 작용시켜진다(도 2/s150).
상기한 바와 같이, 상이한 신체부분, 즉, 상지(팔(특히 상완부)) 및 하지(다리(특히 대퇴부))의 각각의 운동 리듬이 반영된 형태로 보조 진동자(z)가 생성된다. 이것에 의해, 사용자의 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt) 및 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)의 각각에 따른 상지 및 하지의 운동 리듬의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 근접시키도록, 사용자의 운동이 보조될 수 있다. 사용자의 상지 및 하지의 각각의 운동 리듬과 보조 진동자의 리듬의 종합적인 조화에 의해, 보행 보조 장치(200)에 의한 보조 리듬이 사용자의 운동 리듬에 조화되고, 또한, 사용자의 운동 리듬도 보행 보조 장치(200)에 의한 보조 리듬에 조화된다고 하는 것과 같이 사용자(인간)와 장치(기계)의 조화(상호의 타협)이 도모된다.
이상과 같이, 본 발명의 보행 보조 장치(200)에 의하면, 사용자의 상이한 신체부분의 각각의 운동 리듬과, 이 사용자의 운동을 보조하는 리듬의 종합적인 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 그 목적으로 하는 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
또, 상지가 그 운동기능이 저하되어 있지 않은 정상인 신체부분에 해당되는 한편, 하지가 그 운동기능이 저하되어 있는 이상이 생긴 신체부분에 해당되는 경우, 하지의 움직임(대퇴부의 전후 운동)이, 상지의 움직임(상완부의 전후로의 흔들기 운동)에 의해 지배되면서도, 상지의 움직임이 하지의 움직임에 조화되는 것과 같은 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
또한, 하지가 그 운동기능이 저하되어 있지 않은 정상인 신체부분에 해당되는 한편, 상지가 그 운동기능이 저하되어 있는 이상이 생긴 신체부분에 해당되는 경우, 상지의 움직임(상완부의 전후로의 흔들기 운동)이, 하지의 움직임(대퇴부의 전후 운동)에 의해 지배되면서도, 하지의 움직임이 상지의 움직임에 조화된다고 하는 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
또, 사용자의 실제의 운동에 관계되는 현실의 복수의 요소의 정성적 관계를 제 1 모델에서의 가상적인 복수의 제 1 요소의 관계에 반영시킬 수 있다(식 (1) 참조). 또, 복수의 제 1 요소의 관계(제 1 상관계수(g))가 사용자의 상지 및 하지의 각각의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자(dφS/dt) 및 제 2 운동 진동자(φH)의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 조절될 수 있다. 이상에 의해, 제 1 운동 진동자(dφS/dt)나 제 2 운동 진동자(φH)의 리듬 등에 반영되어 있는 현실의 복수의 요소간의 관계를 감안하여 적당한 제 1 진동자(x)가 생성될 수 있다(도 2/s120). 예를 들면, 현실의 복수의 요소로서 좌우의 상지가 상정된 경우, 좌우의 상지가 번갈아 전후로 움직이는 등의 정성적 관계가 반영된 형태로 제 1 진동자(x)가 생성된다. 따라서, 사용자의 운동을 보조하는 보조 진동자(z)의 리듬을 당해 관계를 감안하여 적당한 것으로 할 수 있다.
또한, 사용자의 실제의 운동에 관계되는 현실의 복수의 요소의 관계를 제 2 모델에서의 가상적인 복수의 제 2 요소의 관계에 반영시킬 수 있다(식 (3) 참조). 또, 이들 복수의 제 2 요소의 관계(제 2 상관계수(wi /j))가 사용자의 상지 및 하지의 각각의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자(dφS/dt) 및 제 2 운동 진동자(φH)의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 조절될 수 있다. 이상에 의해, 제 1 운동 진동자(dφS/dt) 및 제 2 운동 진동자(φH)의 각각의 리듬 등에 반영되어 있는 현실의 복수의 요소의 관계를 감안하여 적당한 제 2 진동자(y)가 생성될 수 있다(도 2/s140). 예를 들면, 현실의 복수의 요소로서 사용자의 복수의 신경(뉴런)이 상정된 경우, 상이한 신체부분의 운동을 지배하는 복수의 뉴런의 정성적 관계 등이 반영된 형태로 제 2 진동자(y)가 생성된다. 따라서, 사용자의 운동을 보조하는 보조 진동자(z)의 리듬을 당해 관계를 감안하여 적당한 것으로 할 수 있다.
본 발명의 보행 보조 장치(200)의 상기 작용효과에 관한 실험결과에 대하여, 도 5 및 도 6을 사용하여 설명한다. 이 실험은 정상인 좌우의 상지의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt)가 반영된 형태로, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있는 좌우의 하지의 움직임이 보조되고 있는 상태에서 행해졌다.
도 5는 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)와 보조 진동자(z)와의 위상차의 시간변화의 모습을 도시한다. 당해 위상차가 목표 위상차(δθ0)에 거의 일치하고 있다. 이것은 보행 보조 장치(200)에 의한 보행운동 보조 리듬이 사용자의 하지(대퇴부)의 운동 리듬과의 당해 목표 위상차(δθ0)에 따른 조화라고 하는 관점에서 적절한 리듬으로 설정되어 있는 것을 의미하고 있다.
도 6은 제 2 운동 진동자(φH)와 보조 진동자(z)의 각각의 주기를 도시하고 있다. 양 진동자의 주기가 모두 제 1 운동 진동자(dφS/dt)의 주기에 따른 목표 주기(T0)에 거의 일치하고 있다. 이것은 제 1 운동 진동자(dφS/dt)에 반영되는 상지의 운동 리듬과, 제 2 운동 진동자(φH)에 반영되는 하지의 운동 리듬과, 보행 보조 장치(200)에 의한 보조 리듬의 종합적인 조화라고 하는 관점에서 적절한 리듬으로, 사용자의 하지(특히 대퇴부)의 움직임이 보조되고 있는 것을 의미하고 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 제 1 운동 진동자로서 견관절 각속도(dφS/dt)가 측정되고(도 2/s111), 또한, 제 2 운동 진동자로서 고관절 각도(φH)가 측정되었다(도 2/s112). 이것과는 다른 실시형태로서, 제 1 운동 진동자로서 견관절 각도나, 무릎관절, 다리관절, 견관절, 팔꿈치관절 등의 각도나 각속도, 사용자의 착지음, 호흡음, 단속적인 발성음 등, 사용자의 신체부분의 운동 리듬이 반영된 리듬으로 변동하는 여러 진동자가 측정되고, 제 2 운동 진동자로서, 제 1 운동 진동자에 관련되는 신체부분과는 상이한 신체부분의 관절 각도나 각속도, 착지음이 측정되어도 된다.
상기 실시형태에서는, 보행 보조 장치(200)에 의한 힘(F)이 작용하는 신체부분(하지)의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자(고관절 각도)(φH)의 리듬과, 보행 보조 장치(200)에 의한 힘(F)이 작용하지 않는 신체부분(상지)의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자(견관절 각속도)(dφS/dt)의 리듬 모두가 반영된 형태로 보조 진동자(z)가 생성되었다. 이것과는 다른 실시형태로서, 보행 보조 장치(200)에 의한 힘(F)이 작용하는 신체부분의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자의 리듬과, 보행 보조 장치(200)에 의한 힘(F)이 작용하지 않는 신체부분의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자의 리듬 모두가 반영된 형태로 보조 진동자(z)가 생성되어도 된다.
당해 다른 실시형태의 보행 보조 장치(200)에 의하면, 보행 보조 장치(200)에 의한 힘(F)이 작용하는 신체부분의 운동 리듬(제 1 운동 진동자의 리듬)과, 보행 보조 장치(200)에 의한 힘(F)이 작용하지 않는 신체부분의 운동 리듬(제 2 운동 진동자의 리듬) 모두가 반영된 형태로 보조 진동자가 생성된다.
이것에 의해, 예를 들면, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있기 때문에, 보행 보조 장치(200)의 힘(F)에 의해 보조되어 있는 신체부분의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자의 리듬과, 정상인 신체부분의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자의 리듬과, 보행 보조 장치(200)에 의한 운동 보조 리듬의 종합적인 조화의 관점에서 적절한 리듬을 가지고, 당해 이상이 생긴 신체부분의 움직임이 보조될 수 있다. 이 예 에서는, 정상인 신체부분의 움직임이 이상이 생긴 신체부분의 움직임에 의해 지배되면서도, 이상이 생긴 신체부분의 움직임이, 정상인 신체부분의 움직임에 조화되는 것과 같은 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
또, 예를 들면 정상이지만 보행 보조 장치(200)의 힘(F)에 의해 보조되고 있는 신체부분의 움직임에 따른 제 1 운동 진동자의 리듬과, 이상이 생겨 운동기능이 저하되어 있지만, 보행 보조 장치(200)의 힘(F)에 의해 보조되고 있지 않은 신체부분의 움직임에 따른 제 2 운동 진동자의 리듬과, 보행 보조 장치(200)에 의한 운동 보조 리듬의 종합적인 조화의 관점에서 적절한 리듬을 가지고, 당해 정상인 신체부분의 움직임이 보조될 수 있다. 이 예에서는, 이상이 생긴 신체부분의 움직임이 정상인 신체부분의 움직임에 의해 지배되면서도, 정상인 신체부분의 움직임이 이상이 생긴 신체부분의 움직임에 조화되는 것과 같은 상호 타협 효과를 얻을 수 있다.
상기 실시형태에서는, 사용자의 좌우의 대퇴부에 작용하는 힘(고관절 주위의 토크)(F)이 보조 진동자(z)에 따른 힘으로서 사용자의 보행운동을 보조했지만, 다른 실시형태로서, 무릎관절, 다리관절, 견관절, 팔꿈치관절, 수근관절 등, 여러 관절 주위의 토크 등, 사용자의 여러 신체부분에 작용하는 힘(F)이 보조 진동자(z)에 따른 힘으로서 사용자의 운동을 보조해도 된다. 토크(F)가 작용하는 관절의 조합은 사용자에 따라 다양하게 변경되어도 된다.
측정대상이 되는 운동 진동자의 종류가 많아질수록, 반 데르 폴 방정식 등의 제 1 진동자(x)의 생성에 따른 비선형 미분방정식(식 (1))이나, 제 2 진동자(yi)의 생성에 따른 비선형 미분방정식(식 (3))에서의 상관항은 많아지지만, 당해 상관계수의 조절에 의해 사용자의 신체의 여러 부분의 움직임을 감안한 한층더 치밀한 운동의 보조가 실현된다.
상기 실시형태에서는, 좌측 견관절 각속도(dφSL/dt)에 기초하는 고유 각속도(ωML)가 좌측의 제 2 요소(L+, L-)의 출력인 제 2 진동자(yL +, yL -)의 리듬을 특정하는 시정수(τ1L+, τ1L-)에 반영되고, 또한, 우측 견관절 각속도(dφSR/dt)에 기초하는 고유 각속도(ωMR)가 우측의 제 2 요소(R+, R-)의 출력인 제 2 진동자(yR +, yR -)의 리듬을 특정하는 시정수(τ1R+, τ1R-)에 반영되어 있는 제 2 모델에 따라 제 2 진동자(y)가 생성되었다(식 (3)(3.1)(3.2)참조). 이것과는 다른 실시형태로서, 우측 견관절 각속도(dφSR/dt)에 기초하는 고유 각속도(ωMR)가 좌측의 제 2 요소(L+, L-)의 출력인 제 2 진동자(yL +, yL -)의 시정수(τ1L+, τ1L-)에 반영되고, 또한, 좌측 견관절 각속도(dφSL/dt)에 기초하는 고유 각속도(ωML)가 우측의 제 2 요소(R+, R-)의 출력인 제 2 진동자(yR +, yR -)의 시정수(τ1R+, τ1R-)에 반영되어 있는 제 2 모델에 따라서 제 2 진동자(y)가 생성되어도 된다.
보행운동이나 주행운동 등의 사용자의 운동시에, 좌측 견관절 주위의 팔(상지)의 운동 리듬과, 우측 고관절 주위의 다리(하지)의 운동 리듬이 거의 일정한 관계를 유지하고, 또한, 우측 견관절 주위의 팔의 운동 리듬과, 좌측 고관절 주위의 다리의 운동 리듬이 거의 일정한 관계를 유지하는 것이 자연스럽게 신체를 옮기는 관점에서 사용자에게 있어서 바람직하다. 즉, 왼팔의 움직임과 우측 다리의 움직임이 조화되고, 또한, 오른팔의 움직임과 좌측 다리의 움직임이 조화되는 것이, 자연스럽게 보행하는 관점에서 사용자에게 있어서 바람직하다.
당해 다른 실시형태의 보행 보조 장치(200)에 의하면, 이 점을 감안하여, 사용자의 팔(특히 상완부)의 전후로의 흔들기 동작에 따른 운동 리듬과, 이 팔과 좌우가 반대측의 다리(특히 대퇴부)의 전후로의 움직임에 따른 운동 리듬과, 운동 보조 장치에 의한 운동 보조 리듬과의 조화의 관점에서 적절한 리듬으로, 팔의 전후로의 흔들기 동작 또는 다리의 전후로의 움직임이 보조될 수 있다.
상기 실시형태에서는 식 (4)에 따라 보조 진동자(z)가 생성되었지만, 다른 실시형태로서 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 근접시키는 것과 더불어, 또한 운동 스케일을 목표 스케일에 근접시키기 위하여 다음과 같은 수순에 따라 보조 진동자(z)가 생성되어도 된다.
즉, 우선, 다음 식 (5)에 따라 제 1 보조 진동자(z1)가 생성된다.
z1L=g1 +(ωML)g+(φHL)yL +-g1 -(ωML)g-(φHL)yL -,
z1R=g1 +(ωMR)g+(φHR)yR +-g1 -(ωMR)g-(φHR)yR - ‥(5)
여기에서 「g1 +」. 「g1 -」. 「g+」 및 「g-」는 다음 식 (5.1)∼(5.4)의 각각에 의해 정의되는 함수이다.
g1 +(ω)≡Σkak +ωk(ak +: 계수, k=0∼3) ‥(5.1)
g1 -(ω)≡Σkak -ωk(ak -: 계수, k=0∼3) ‥(5.2)
g+(φ)≡c1 +(φ-φ0+)+c2 +(φ-φ0+)3
(c1 +, c2 +: 계수, φ0+: 굴곡방향의 고관절 각도(φH)의 목표값) ‥(5.3)
g-(φ)≡c1 -(φ-φ0-)+c2 -(φ-φ0-)3
(c1 -, c2 -: 계수, φ0-: 신전방향의 고관절 각도(φH)의 목표값) ‥(5.4)
제 1 보조 진동자(z1)는 제 1 계수(g1 + 및 g1 -)를 각각 스프링 계수(탄성 계수)로 하는, 도 7에 도시되어 있는 2개의 가상적인 스프링(G1 + 및 G1 -)에 의한 탄성력으로서 파악된다. 제 1 계수(g1 +, g1 -)는 고유 각속도(ωM)에 따라 고관절 각도(사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자)(φH)를, 사용자의 목표 운동 스케일에 따른 목표값(φ0+(>0) 및 φ0-(<0))에 근접시키는 제 1 포텐셜(가상적인 스프링(탄성 요소)의 포텐셜)의 그래디언트를 특정하는 것이다(식 (5.1), (5.2) 참조). 즉, 제 1 보조 진동자(z1)는 제 1 포텐셜에 따른 제 1 계수(g1 +, g1 -)를 탄성 계수(스프링 계수)로 하고, 또한, 고관절 각도(φH)의 값을 목표값(φ0+, φ0-)으로 복원시키는 가상적인 스프링 등의 탄성 요소에 의한 탄성력으로서 표현된다. 이것에 의해, 근육의 수축 상태로부터 신전 상태로의 이행시의 탄성력 등, 사용자의 신체의 탄성 요소가 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
일방의 가상적인 스프링(G1 +)에 의한 탄성력은 그 스프링 계수(g1 +)에 따라 고관절 각도(φH)를 이 목표값(φ0+)에 근접시키도록 사용자의 대퇴부에 작용한다(식 (5) 참조). 즉, 고관절 각도(φH)가 목표값(φ0+) 미만일 경우, 스프링(G1 +)에 의한 탄성력이 고관절 각도(φH)를 증가시키는 방향(전방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다. 또, 고관절 각도(φH)가 목표값(φ0+)을 초과한 경우, 스프링(G1 +)에 의한 탄성력이 고관절 각도(φH)를 감소시키는 방향(후방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다.
또, 타방의 가상적인 스프링(G1 -)에 의한 탄성력은 그 스프링 계수(g1 -)에 따라 고관절 각도(φH)를 이 목표값(φ0-)에 근접시키도록 사용자의 대퇴부에 작용한다(식 (5) 참조). 즉 고관절 각도(φH)가 목표값(φ0-)을 초과해 있는 경우, 스프링(G1-)에 의한 탄성력이 고관절 각도(φH)를 감소시키는 방향(후방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다. 또, 고관절 각도(φH)가 목표값(φ0-)을 밑돈 경우, 스프링(G1 -)에 의한 탄성력이 고관절 각도(φH)를 증가시키는 방향(전방)으로 대퇴부를 움직이도록 이 대퇴부에 작용한다.
또, 다음 식 (6)에 따라 제 2 보조 진동자(z2)가 생성된다.
z2L= -g2 +(ωML)(dφHL/dt)H+(φHL)yL +
+g2 -(ωML)(dφHL/dt)H-(φHL)yL -,
z2R= -g2 +(ωMR)(dφHR/dt)H+(φHR)yR +
+g2 -(ωMR)(dφHR/dt)H-(φHR)yR - ‥(6)
여기에서 「g2 +」, 「g2 -」, 「H+」 및 「H-」는 다음 식 (6.1)∼(6.4)의 각각에 의해 정의되는 함수이다.
g2 +(ω)≡Σkbk +ωk(bk +: 계수, k=0∼3) ‥(6.1)
g2 -(ω)≡Σkbk -ωk(bk -: 계수, k=0∼3) ‥(6.2)
H+(φ)≡1(φ≤0), 0(φ>0) ‥(6.3)
H-(φ)≡1(φ>0), 0(φ≤0) ‥(6.4)
제 2 보조 진동자(z2)는 제 2 계수(g2 + 및 g2 -)를 각각 댐퍼 계수(감쇠 계수)로 하는, 도 7에 도시되어 있는 2개의 가상적인 댐퍼(G2+ 및 G2-)에 의해 사용자의 좌우의 대퇴부에 작용하는 감쇠력으로서 파악된다. 제 2 계수(g2 + 및 g2 -)는 고유 각속도(ωM)에 따라 고관절 각도(사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동 자)(φH)의 절대값의 증대를 억제하는 제 2 포텐셜(가상적인 댐퍼(감쇠 요소)의 포텐셜)의 그래디언트를 특정하는 것이다(식 (6.1), (6.2) 참조). 즉, 제 2 보조 진동자(z2)는 제 2 포텐셜에 따른 제 2 계수(g2 +, g2 -)를 수량 감소 계수(댐퍼 계수)로 하고, 또한, 고관절 각속도(사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 시간 미분값)(dφH/dt)에 따라, 고관절 각도(φH)의 절대값의 증대를 억제하는 가상적인 댐퍼 등의 감쇠 요소에 의한 감쇠력으로서 표현된다. 이것에 의해, 근육의 신전 상태로부터 굴곡 상태로의 이행시의 점성력 등, 사용자의 신체의 감쇠 요소가 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
일방의 가상적인 댐퍼(G2+)에 의한 감쇠력은 그 댐퍼 계수(g2+)와, 고관절 각속도(dφH/dt)에 따라, 전방측(굴곡측)으로의 고관절 각도(φH)의 절대값의 증대를 억제하도록 사용자의 대퇴부에 작용한다(식 (6) 참조). 즉, 가상적인 댐퍼(G2+)에 의한 감쇠력은 대퇴부의 전방으로의 과잉한 움직임을 억제하도록 이 대퇴부에 작용한다.
또, 타방의 가상적인 댐퍼(G2-)에 의한 탄성력은 그 댐퍼 계수(g2-)와, 고관절 각속도(dφH/dt)에 따라, 후방측(신전측)으로의 고관절 각도(φH)의 절대값의 증대를 억제하도록 사용자의 대퇴부에 작용한다(식 (6) 참조). 즉, 가상적인 댐퍼(G2+)에 의한 감쇠력은 대퇴부의 후방으로의 과잉한 움직임을 억제하도록 이 대퇴 부에 작용한다.
또, 제 2 보조 진동자(z2)에는, 고관절 각도(φH)의 함수로서의 계단함수(H+, H-)가 포함되어 있다. 따라서, 2개의 가상적인 댐퍼(G2+ 및 G2-)의 각각의 감쇠력이 상쇄되는 사태가 회피된다.
그리고, 보조 진동자 생성부(150)에 의해 생성된 제 1 보조 진동자(z1)와, 제 2 보조 진동자(z2)가 합성됨으로써 보조 진동자(z)(=z1+z2)가 생성된다.
당해 다른 실시형태의 보행 보조 장치(200)에 의하면, 다음 이유에 의해, 사용자의 운동 스케일이 목표 스케일에 근접하도록, 사용자의 보행운동 등의 운동이 보조(보조)될 수 있다.
제 1 보조 진동자(z1)에 포함되어 있는 제 1 계수(g1 +, g1 -)는 사용자의 고관절 각도(φH)를 그 목표값(φ0+, φ0-)에 근접시키기 위한 제 1 포텐셜(가상적인 탄성 요소의 포텐셜)에 따른 것이다. 제 1 계수(g1 +, g1 -)는 고유 각속도(ωM)(=가상 보조 진동자(θm)의 각속도(ωm))에 따른 것이다(식 (5.1), (5.2) 참조). 고유 각속도(ωM)는 상기한 바와 같이 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 보조한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당한다.
또한, 제 2 보조 진동자(z2)에 포함되어 있는 제 2 계수(g2 +, g2 -)는 사용자의 고관절 각도(φH)의 절대값의 증대를 억제하는 제 2 포텐셜(가상적인 감쇠 요소의 포텐셜)에 따른 것이다. 제 2 계수(g2 +, g2 -)는 고유 각속도(ωM)에 따른 것이다(식 (6.1), (6.2) 참조). 고유 각속도(ωM)는 상기한 바와 같이 사용자의 운동 리듬과의 조화를 도모하면서, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 일치시키도록 사용자의 운동을 보조한다고 하는 관점에서 적당한 진동자의 각속도에 상당한다.
따라서, 고유 각속도(ωM)에 따른 제 1 계수(g1+(ωM), g1-(ωM))가 반영된 형태로 제 1 보조 진동자(z1)가 생성되고, 또한, 고유 각속도(ωM)에 따른 제 2 계수(g2 +(ωM), g2 -(ωM))가 반영된 형태로 제 2 보조 진동자(z2)가 생성됨으로써 사용자의 운동 리듬과 보조 진동자(z)의 리듬의 조화, 및 사용자의 운동 리듬과 목표 리듬의 일치를 도모하면서, 사용자의 운동 스케일이 목표 스케일에 근접하도록 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
고관절 각도(φH)의 목표값(φ0+ 및 φ0-)은 보행 보조 장치(200)에 설치되어 있는 설정 버튼(도시 생략)의 조작을 통하여, 사용자에 의해 설정되는 목표로 하는 「보폭」에 따라, 사용자의 고관절 각도(φH)를 포함하는 다리체의 자세의 기하학적 조건에 따라 설정되어도 된다.
또, 고유 각속도(ωM)의 함수인 제 1 계수(g1 +(ωM) 및 g1 -(ωM))의 각각에 포함되는 계수(ak + 및 ak -)는 제 1 운동 진동자 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정되어도 된다. 이것에 의해, 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 반영되는, 근육의 수축 상태로부터 신전 상태로의 이행시의 탄성력 등, 사용자의 신체부분의 탄성 요소의 특성이 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
또한, 고유 각속도(ωM)의 함수인 제 2 계수(g2 +(ωM) 및 g2 -(ωM))의 각각에 포함되는 계수(bk + 및 bk -)는 제 1 운동 진동자 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정되어도 된다. 이것에 의해, 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 반영되는, 근육의 신전 상태로부터 굴곡 상태로의 이행시의 점성력 등, 사용자의 신체부분의 감쇠 요소의 특성이 반영된 리듬 및 스케일을 가지고 사용자의 운동이 보조될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태로서의 보행 보조 장치(200)의 제어 시스템이, 사용자의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽을 측정하는 상태 측정부와, 상태 측정부에 의해 판정된 사용자의 운동상태 및 생리상태 중 한쪽 또는 양쪽에 따라, 목표 위상차(δθ0)를 설정하는 목표 위상차 설정부를 더 구비하고 있어도 된다. 사용자의 「운동상태」에는, 비탈이나 계단을 오르는 상승보행 상태, 거의 평탄지를 보행하는 평지보행 상태, 비탈이나 계단을 내려오는 하강보행 상태, 빠르게 보행하는 퀵 보행 상태, 느리게 보행하는 슬로우 보행 상태 등이 포함될 수 있다. 또, 사용자의 「생리상태」에는, 피로도가 높은 상태, 피로도가 낮은 상태, 심박수나 발한량이 많은 상태나, 심박수가 적은 상태 등이 포함될 수 있다.
당해 구성의 운동 보조 장치에 의하면, 사용자의 견관절 각속도(제 1 운동 진동자)(dφS/dt)와 제 1 진동자(x)의 위상차가 사용자의 「보행 상태」에 따른 목표 위상차(δθ0)에 근접하도록 이 사용자의 운동이 보조될 수 있다. 이것에 의해, 사용자의 보행 상태의 변동에 따라, 사용자의 운동 리듬을 목표 리듬에 근접시키는 관점에서 적당한 리듬으로 사용자의 운동이 보조(보조)된다.
사용자의 보행 상태(운동 상태)는, 예를 들면, 다음과 같은 수순으로 측정된다.
즉, 사용자의 보행 상태와, n개의 운동 진동자에 의해 n차원 공간에 그려지는 궤도 패턴과의 대응 관계가 메모리로부터 읽어 내진다. 그리고, 이 대응 관계와, 운동 진동자 측정부(110)에 의해 측정된 고관절 각도(φH)를 포함하는 n개의 운동 진동자에 의해 n차원 공간에 그려지는 궤도 패턴에 기초하여, 사용자의 「보행 상태」가 측정된다. 보행 상태 측정용의 운동 진동자로서, 사용자의 고관절 각속도(dφH/dt)나, 무릎관절, 다리관절, 견관절, 팔꿈치관절의 각도나 각속도, 각가속도, 다리체의 일부의 위치, 또한 보행자의 착지음, 호흡음, 의도적인 발성음 등, 보행 리듬과 연관된 리듬으로 변동하는 여러 패러미터가 측정되어도 된다.
Claims (15)
- 보조 진동자에 따라 시간변화되는 힘을 사용자의 신체에 작용시킴으로써 사용자의 운동을 보조하기 위한 장치로서,사용자의 2개의 상이한 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 각각 제 1 및 제 2 운동 진동자로서 측정하는 운동 진동자 측정 수단과,운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제 1 진동자를 생성하는 제 1 진동자 생성 수단과,운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 1 진동자와의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과,운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 2 운동 진동자에 기초하여, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 제 2 진동자 생성 수단과,제 2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 2 진동자에 기초하여, 보조 진동자를 생성하는 보조 진동자 생성 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 운동 진동자 측정 수단이 상기 힘이 작용하지 않는 신체 부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 상기 힘이 작용하는 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 2 운동 진동자로서 측정하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 운동 진동자 측정 수단이 상기 힘이 작용하는 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 상기 힘이 작용하지 않는 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 제 2 운동 진동자로서 측정하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 운동 진동자 측정 수단이 사용자의 상지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 사용자의 하지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 2 운동 진동자로서 측정하고, 또는 사용자의 하지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 1 운동 진동자로서 측정하고, 또한, 사용자의 상지의 관절 각도 혹은 그 시간 미분을 제 2 운동 진동자로서 측정하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 진동자 생성 수단이, 제 2 운동 진동자로서의 좌측 고관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하여, 제 1 운동 진동자로서의 우측 견관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하는 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하고, 또는, 제 2 운동 진동자로서의 우측 고관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하여, 제 1 운동 진동자로서의 좌측 견관절 각도 또는 그 시간 미분에 기초하는 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 진동자 생성 수단이, 운동 진동자에 따라 출력이 변동하는 가상적인 복수의 제 1 요소의 관계를 표현하는 제 1 모델에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 복수의 제 1 요소의 관계를 조절하면서, 제 1 요소의 출력으로서 제 1 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 진동자 생성 수단이, 운동 진동자에 따라 출력이 변동하는 가상적인 복수의 제 2 요소의 관계를 표현하는 제 2 모델에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 복수의 제 2 요소의 관계를 조절하면서, 제 2 요소의 출력으로서 제 2 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 고유 각속도 설정 수단이 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 1 진동자와의 위상차인 제 1 위상차에 기초하여, 가상 모델에서의 가상적인 2개의 진동자의 관계를 설정한 다음, 당해 2개의 진동자의 위상차인 제 2 위상차를 목표 위상차에 근접시키도록 당해 2개의 진동자 중 일방의 각속도를 새로운 고유 각속도로서 설정하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 8 항에 있어서, 고유 각속도 설정 수단이, 제 1 위상차에 기초하여, 가상 모델에서의 가상적인 2개의 진동자의 관계를 표현하는 상관계수를 설정하는 상관계수 설정 수단과, 상관계수 설정 수단에 의해 설정된 상관계수에 기초하여, 제 1 위상차와 제 2 위상차와의 차가 최소가 되도록 가상 운동 진동자의 각속도를 설정하는 제 1 각속도 설정 수단과,제 1 각속도 설정 수단에 의해 설정된 각속도에 기초하여, 제 2 위상차와 목표 위상차의 차가 최소가 되도록 가상 보조 진동자의 각속도를 새로운 고유 각속도로서 설정하는 제 2 각속도 설정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 보조 진동자 생성 수단이, 제 2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 2 진동자와, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도에 따라, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 사용자의 운동의 스케일에 따른 제 2 운동 진동자를, 사용자의 목표 운동 스케일에 따른 목표값에 근접시키는 제 1 포텐셜이 포함되어 있는 제 1 보조 진동자를 포함하는 보조 진동자를 생성하는 것을 특징으 로 하는 운동 보조 장치.
- 제 10 항에 있어서, 보조 진동자 생성 수단이 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제 1 포텐셜에 따른 제 1 계수를, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정하면서, 제 1 계수와, 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 값 및 목표값의 편차의 함수와, 제 2 진동자와의 곱이 포함되어 있는 제 1 보조 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 보조 진동자 생성 수단이 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도와, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 사용자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 시간 미분값에 따라, 이 제 2 운동 진동자의 절대값의 증대를 억제하는 제 2 포텐셜이 포함되어 있는 제 2 보조 진동자를 포함하는 보조 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 제 12 항에 있어서, 보조 진동자 생성 수단이, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도의 함수로서 제 2 포텐셜에 따른 제 2 계수를, 운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 및 제 2 운동 진동자의 각각의 스케일 및 리듬, 및 이것들의 상관관계 중 일부 또는 전부에 기초하여 설정하면서, 제 2 계수와, 사용 자의 운동 스케일에 따른 제 2 운동 진동자의 시간 미분값의 함수와, 제 2 진동자와의 곱이 포함되어 있는 제 2 보조 진동자를 생성하는 것을 특징으로 하는 운동 보조 장치.
- 보조 진동자에 따라 시간변화되는 힘을 사용자의 신체에 작용시킴으로써 사용자의 운동을 보조하기 위한 장치를 제어하는 시스템으로서,사용자의 2개의 상이한 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 각각 제 1 및 제 2 운동 진동자로서 측정하는 운동 진동자 측정 수단과,운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제 1 진동자를 생성하는 제 1 진동자 생성 수단과,운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 1 진동자와의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정 수단과,운동 진동자 측정 수단에 의해 측정된 제 2 운동 진동자에 기초하여, 고유 각속도 설정 수단에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 제 2 진동자 생성 수단과,제 2 진동자 생성 수단에 의해 생성된 제 2 진동자에 기초하여, 보조 진동자를 생성하는 보조 진동자 생성 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
- 보조 진동자에 따라 시간변화되는 힘을 사용자의 신체에 작용시킴으로써 사용자의 운동을 보조하기 위한 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 이 장치를 제어하는 기능을 부여하는 프로그램으로서,사용자의 2개의 상이한 신체부분의 움직임에 따른 운동 진동자를 각각 제 1 및 제 2 운동 진동자로서 측정하는 운동 진동자 측정기능과,운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와, 고유 각속도가 반영된 형태로 상호 서로 끌어당기는 제 1 진동자를 생성하는 제 1 진동자 생성기능과,운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 제 1 운동 진동자와 제 1 진동자 생성기능에 의해 생성된 제 1 진동자와의 위상차에 기초하여, 새로운 고유 각속도를 설정하는 고유 각속도 설정기능과,운동 진동자 측정기능에 의해 측정된 제 2 운동 진동자에 기초하여, 고유 각속도 설정기능에 의해 설정된 고유 각속도가 반영된 리듬으로 진동하는 제 2 진동자를 생성하는 제 2 진동자 생성기능과,제 2 진동자 생성기능에 의해 생성된 제 2 진동자에 기초하여, 보조 진동자를 생성하는 보조 진동자 생성기능을 운동 보조 장치에 부속되는 컴퓨터에 대하여 부여하는 것을 특징으로 하는 제어 프로그램.
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