RU2272705C2 - Support reaction evaluating method amd method for evaluating moments of articulated joints of double-leg walking body - Google Patents

Support reaction evaluating method amd method for evaluating moments of articulated joints of double-leg walking body Download PDF

Info

Publication number
RU2272705C2
RU2272705C2 RU2004102386/28A RU2004102386A RU2272705C2 RU 2272705 C2 RU2272705 C2 RU 2272705C2 RU 2004102386/28 A RU2004102386/28 A RU 2004102386/28A RU 2004102386 A RU2004102386 A RU 2004102386A RU 2272705 C2 RU2272705 C2 RU 2272705C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
specified
gravity
leg
support
indicated
Prior art date
Application number
RU2004102386/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004102386A (en
Inventor
Масаказу КАВАИ (JP)
Масаказу КАВАИ
Ясуси ИКЕУЧИ (JP)
Ясуси ИКЕУЧИ
Хисаси КАТО (JP)
Хисаси КАТО
Original Assignee
Хонда Гикен Когьо Кабусики Кайся
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хонда Гикен Когьо Кабусики Кайся filed Critical Хонда Гикен Когьо Кабусики Кайся
Publication of RU2004102386A publication Critical patent/RU2004102386A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2272705C2 publication Critical patent/RU2272705C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: measuring technique, possibly measurements of support reaction efforts acting upon legs of walking moving bodies, evaluation of efforts acting upon articulated joints of legs of such bodies.
SUBSTANCE: method comprises steps of evaluating reaction of support according to number of body legs touching support. Calculated values of support reaction efforts are received with use of techniques depending upon respective supporting states. For example, when double-leg walking moving body rests upon one support, designed value of support reaction effort is received from mass value, gravity acceleration and gravity center acceleration of walking body. When double-leg walking body rests upon two supports, designed values of support reaction efforts are received on base of mass value, gravity acceleration and acceleration of gravity center of walking moving body and from positions of concrete part of each leg relative to gravity center. Method for evaluating moments of articulated joints of double-leg walking body is realized due to using reverse-dynamic model while taking into account support reaction efforts.
EFFECT: possibility for determining support reaction efforts acting upon legs of walking body and moments acting upon articulated joints of its leg in real time.
9 cl, 15 dwg

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к способу оценки сил реакции опоры (пола), действующих на ноги двуногого шагающего движущегося тела, например человека или двуногого шагающего робота, и дополнительно относится к способу оценки моментов, действующих на суставы ног двуногого шагающего движущегося тела, благодаря использованию расчетных значений сил реакции опоры.The present invention relates to a method for evaluating the reaction forces of a support (floor) acting on the legs of a bipedal walking moving body, such as a person or a bipedal walking robot, and further relates to a method for evaluating the moments acting on the joints of the legs of a bipedal walking moving body, using calculated forces support reactions.

Предпосылки для создания настоящего изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Например, при осуществлении оперативного управления устройства для содействия ходьбе, содействующего движениям ходьбы человека, или управления движениями движущегося двуногого шагающего робота, становится необходимым последовательное определение сил реакции опоры, действующих на ноги (в частности, сил, действующих на части ног, касающиеся грунта, от опоры (пола)) человека или двуногого шагающего робота. Благодаря определению сил реакции опоры становится возможным определение моментов или аналогичных воздействий, действующих на суставы ног двуногого шагающего движущегося тела, и на основе полученных моментов или аналогичных воздействий становится возможным определение требуемых сил устройства, необходимых для содействия ходьбе, или требуемых вращающих моментов для соответствующих суставов двуногого шагающего робота или аналогичного устройство.For example, when performing operational control of a device to facilitate walking, facilitating human walking movements, or controlling the movements of a moving two-legged walking robot, it becomes necessary to sequentially determine the reaction forces of the support acting on the legs (in particular, the forces acting on the parts of the legs touching the ground from support (gender)) of a person or a two-legged walking robot. By determining the reaction forces of the support, it becomes possible to determine the moments or similar influences acting on the joints of the legs of a bipedal walking moving body, and based on the obtained moments or similar influences, it becomes possible to determine the required forces of the device needed to facilitate walking, or the required torques for the corresponding joints of the biped walking robot or similar device.

Методика определения вышеупомянутых сил реакции опоры известна и описана, например, в публикации №2000-249570 нерассмотренной выложенной патентной заявки. В соответствии с этой методикой форма, имея в виду то, что форма волны временного изменения силы реакции опоры на каждую ногу периодически изменяется в течение постоянной ходьбы двуногого шагающего движущегося тела, сила реакции опоры на каждую ногу воспринимается как комплексная величина (линейная комбинация) множества тригонометрических функций, имеющих взаимно различные периоды, составляющие 1/n (n=1, 2,...) периода ходьбы. В этом случае в качестве весового коэффициента каждой тригонометрической функции при комбинировании множества тригонометрических функций использовали задаваемое значение, определяемое заранее для двуногого шагающего движущегося тела, или значение, получаемое благодаря ее регулировке в зависимости от географических и геометрических особенностей местности.The methodology for determining the aforementioned reaction forces of the support is known and described, for example, in publication No. 2000-249570 of the unexamined patent application. In accordance with this methodology, the shape, bearing in mind that the waveform of a temporary change in the reaction force of the support on each leg, periodically changes during the constant walking of the bipedal walking moving body, the reaction force of the support on each leg is perceived as a complex quantity (linear combination) of many trigonometric functions having mutually different periods of 1 / n (n = 1, 2, ...) of the walking period. In this case, as the weight coefficient of each trigonometric function, when combining many trigonometric functions, a predetermined value determined in advance for a two-legged walking moving body, or a value obtained due to its adjustment depending on the geographical and geometric features of the area, was used.

Однако, несмотря на то что вышеуказанная методология помогает в определении сил реакции опоры, действующих на ноги в отношении одного шага или множества шагов двуногого шагающего движущегося тела, если ходьба двуногого шагающего движущегося тела последовательно изменяется, то трудно точно определить силы реакции опоры. Кроме того, для увеличения точности определения сил реакции опоры необходимо установить вышеуказанные весовые коэффициенты тригонометрических функций на двуногое шагающее движущееся тело, или отрегулировать их в зависимости от географических и геометрических особенностей местности или аналогичных факторов. Таким образом, трудно определить силы реакции опоры с уменьшением влияния окружающей среды на движение двуногого шагающего движущегося тела или с различием в индивидуальности двуногого шагающего движущегося тела.However, despite the fact that the above methodology helps in determining the reaction forces of the support acting on the legs with respect to one step or the set of steps of a two-legged walking moving body, if the walking of the two-legged walking moving body changes sequentially, it is difficult to accurately determine the reaction forces of the support. In addition, to increase the accuracy of determining the reaction forces of the support, it is necessary to establish the above weighting coefficients of trigonometric functions on a bipedal walking moving body, or to adjust them depending on the geographic and geometric features of the terrain or similar factors. Thus, it is difficult to determine the reaction forces of the support with a decrease in the influence of the environment on the movement of the bipedal walking moving body or with a difference in the individuality of the bipedal walking moving body.

Например, в случае двуногого шагающего робота, известен один, в котором к лодыжкам или ступням соответствующих ног прикрепляют датчики силы, например шестиосные датчики силы, и силы реакции опоры получают благодаря выходным сигналам этих датчиков силы. Кроме того, известна также методология ходьбы двуногого шагающего движущегося тела на плите пуансона, помещенной на опору (пол), и определение сил реакции опоры с помощью выходных сигналов плиты пуансона.For example, in the case of a bipedal walking robot, one is known in which force sensors, for example six-axis force sensors, are attached to the ankles or feet of the corresponding legs, and the reaction forces of the support are obtained due to the output signals of these force sensors. In addition, the methodology of walking a biped walking walking body on a punch plate placed on a support (floor) is also known, and the reaction forces of the support are determined using the output signals of the punch plate.

Однако методология, в которой используют датчики силы, имеет недостаток, заключающийся в том, что при определении сил реакции опоры на ноги, в частности, человека, поскольку датчики силы должны быть прикреплены к лодыжкам или ступням человека, датчики силы становятся препятствующими для ходьбы в обычной среде существования. Кроме того, при использовании плиты пуансона силы реакции опоры могут быть только определены в среде, где расположена плита пуансона.However, the methodology in which force sensors are used has the disadvantage that when determining the reaction forces of the support on the legs, in particular, of a person, since force sensors must be attached to the ankles or feet of a person, force sensors become obstructive for walking in normal environment of existence. In addition, when using the punch plate, the reaction forces of the support can only be determined in the environment where the punch plate is located.

Настоящее изобретение было разработано ввиду недостатков предшествующего уровня техники, и его задачей было обеспечение способа оценки сил реакции опоры, который обеспечивает возможность точного определения сил реакции опоры в реальном масштабе времени с помощью относительно простой методики, и который пригоден для определения сил реакции опоры по отношению, в частности, к человеку как двуногому шагающему движущемуся телу.The present invention was developed in view of the drawbacks of the prior art, and its object was to provide a method for evaluating support reaction forces in real time using a relatively simple technique, and which is suitable for determining support reaction forces with respect to in particular, to a person as a two-legged walking moving body.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является обеспечение способа оценки моментов суставов двуногого шагающего движущегося тела, который обеспечивает возможность точного определения в реальном масштабе времени моментов, действующих на суставы, например коленные суставы ног, благодаря использованию расчетных значений сил реакции опоры.In addition, it is an object of the present invention to provide a method for evaluating the moments of joints of a bipedal walking moving body, which enables accurate real-time determination of the moments acting on joints, such as knee joints of the legs, by using the calculated support reaction forces.

Сущность настоящего изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В начале будет дано объяснение основных принципов способа, соответствующего настоящему изобретению, оценки силы реакции опоры двуногого шагающего движущегося тела.In the beginning, an explanation will be given of the basic principles of the method corresponding to the present invention, of evaluating the reaction force of the support of a bipedal walking moving body.

В качестве состояний движения ног двуногого шагающего движущегося тела, например, в качестве состояний движения ног при ходьбе, имеется состояние одного положения (касания), в котором, как иллюстрируется на фиг.1(а), только одна нога 2 (нога на передней стороне в направлении движения, иллюстрируемом на чертеже) обеих ног 2,2 двуногого шагающего движущегося тела 1 касается грунта, и состояние двух положений (касания), в которых обе ноги 2,2 касаются грунта, как показано на фиг.1(b).As the state of movement of the legs of a bipedal walking moving body, for example, as the state of movement of the legs when walking, there is a state of one position (touch), in which, as illustrated in figure 1 (a), only one leg 2 (the leg on the front side in the direction of movement illustrated in the drawing) of both legs 2.2 of the bipedal walking moving body 1 touches the ground, and the state of two positions (touch) in which both legs 2.2 touch the ground, as shown in figure 1 (b).

В этом случае, прежде всего, в вышеуказанном состоянии одного положения, уравнение движения для центра тяжести (в частности, уравнение поступательного перемещения центра тяжести) двуногого шагающего движущегося тела в абсолютной системе координат, зафиксированной относительно грунта, на котором двуногое шагающее движущееся тело движется, дано выражением зависимости, в котором произведение ускорения центра тяжести и массы двуногого шагающего движущегося тела равно результирующей силе тяжести, действующей на центр тяжести (= масса двуногого шагающего движущегося тела × ускорение силы тяжести), и силе реакции опоры, действующей из опоры на касающуюся грунта часть ноги, касающейся грунта. В частности, как, например, показано на фиг.1(а), в абсолютной системе Cf координат, зафиксированной относительно опоры А, дано, что составляющими ускорения а центра G0 тяжести двуногого шагающего движущегося тела 1 в направлении оси Х (горизонтальное направление в направлении движения вперед двуного шагающего движущегося тела 1) и направлении оси Z (вертикальное направление) являются составляющие ах и az, соответственно, а составляющими силы F реакции опоры, действующей на ногу 2 (нога 2 на опорной стороне ноги), касающуюся грунта, в направлении оси Х и в направлении оси Z являются составляющие Fx и Fz, соответственно, а уравнение движения для центра G0 тяжести представляет собой следующее уравнение (1):In this case, first of all, in the above state of one position, the equation of motion for the center of gravity (in particular, the equation of translational displacement of the center of gravity) of a two-legged walking moving body in an absolute coordinate system fixed relative to the ground on which the two-legged walking moving body is given the expression of the dependence in which the product of the acceleration of the center of gravity and the mass of the bipedal walking moving body is equal to the resulting force of gravity acting on the center of gravity (= mass of the two walking body moving (acceleration of gravity), and the reaction force of the support acting from the support on the touching part of the foot touching the ground. In particular, as, for example, shown in Fig. 1 (a), in the absolute coordinate system Cf fixed relative to the support A, it is given that the acceleration components a of the center of gravity G0 of the bipedal walking moving body 1 in the direction of the X axis (horizontal direction in the direction the forward movement of the two walking moving body 1) and the Z-axis direction (vertical direction) are components ax and az, respectively, and the components F of the reaction force of the support acting on foot 2 (foot 2 on the supporting side of the foot) touching the ground in the direction of and X and in the direction of the Z axis are the components Fx and Fz, respectively, and the equation of motion for the center of gravity G0 is the following equation (1):

Figure 00000002
Figure 00000002

(в котором M - масса двуногого шагающего движущегося тела, a g - ускорение силы тяжести).(in which M is the mass of the bipedal walking moving body, and g is the acceleration of gravity).

Заключенные в скобки части T(,) на обеих сторонах в уравнении (1) представляют двухкомпонентные векторы. В приведенном описании обозначение в виде T(,) представляет вектор.The brackets of the part T (,) on both sides in equation (1) represent two-component vectors. In the above description, the notation in the form of T (,) represents a vector.

Таким образом, если определяют ускорение а=T(ах, az) центра G0 тяжести двуногого шагающего движущегося тела 1, то расчетное значение силы F=(Fx, Fz) реакции опоры может быть получено с помощью следующего уравнения (2) при использовании ускорения а, величины массы М двуногого шагающего движущегося тела 1 и величины ускорения g силы тяжести.Thus, if the acceleration a = T (ax, az) of the center of gravity G0 of a bipedal walking moving body 1 is determined, then the calculated value of the force F = (Fx, Fz) of the support reaction can be obtained using the following equation (2) using acceleration a , the mass M of the bipedal walking moving body 1 and the acceleration value g of gravity.

Figure 00000003
Figure 00000003

В этом случае масса М, необходимая для получения расчетного значения силы F реакции опоры, может быть определена заранее посредством измерения или аналогичным образом. Кроме того, что касается положения центра G0 тяжести и ускорения а, то их можно определить последовательно в соответствии с известной методикой, в которой используют выходные сигналы датчиков, например датчиков для определения улов сгибания (углов поворота) соответствующих суставов двуногого шагающего движущегося тела 1, измерителя ускорения, гиродатчики и так далее, как будет подробно описано позднее.In this case, the mass M necessary to obtain the calculated value of the support reaction force F can be determined in advance by measurement or the like. In addition, with regard to the position of the center of gravity and acceleration G0, a, they can be determined sequentially in accordance with a known method in which the output signals of sensors, for example sensors, are used to determine the bending catch (rotation angles) of the corresponding joints of a biped walking moving body 1, meter accelerations, gyro sensors and so on, as will be described in detail later.

Затем, уравнение движения для центра тяжести (в частности, уравнение перемещения центра тяжести) двуногого шагающего движущегося тела в вышеуказанном состоянии касания грунта обеими ногами дается выражением зависимости, в котором произведение ускорения центра тяжести и массы двуногого шагающего движущегося тела равно результирующей силе тяжести, действующей на центр тяжести (= масса двуногого шагающего движущегося тела × ускорение силы тяжести), и силам реакции опоры, действующим из опоры на соответствующие касающиеся грунта части обеих ног (две силы реакции опоры, соответствующие обеим ногам, соответственно). В частности, как показано на фиг.1(b), что, если координатными составляющими Х и Z силы Ft реакции опоры на ногу 2 на передней стороне в направлении движения вперед двуногого шагающего движущегося тела 1 являются Ffx и Ffz, а координатными составляющими Х и Z силы Fr реакции опоры на ногу 2 на задней стороне являются Frx и Frz, соответственно, то уравнение (2) движения центра G0 тяжести выражается следующим уравнением (3):Then, the equation of motion for the center of gravity (in particular, the equation of displacement of the center of gravity) of a bipedal walking moving body in the above state of touching the ground with both legs is given by an expression of dependence in which the product of the acceleration of the center of gravity and the mass of the bipedal walking moving body is equal to the resulting gravity acting on center of gravity (= mass of a bipedal walking moving body × acceleration of gravity), and support reaction forces acting from the support on the corresponding parts of the ground touching their feet (two floor reaction force corresponding to both feet, respectively). In particular, as shown in FIG. 1 (b), if the coordinate components X and Z of the reaction force Ft support the leg 2 on the front side in the forward direction of the bipedal walking moving body 1 are Ffx and Ffz, and the coordinate components X and Z forces of the reaction Fr support on the leg 2 on the rear side are Frx and Frz, respectively, then equation (2) of the center of gravity G0 is expressed by the following equation (3):

Figure 00000004
Figure 00000004

Значения ax, az, M и g в уравнении (3) описаны выше.The values of ax, az, M, and g in equation (3) are described above.

С другой стороны, в соответствии со знаниями авторов настоящей заявки, в состоянии двух положений силы Ff,Fr реакции опоры, действующие на ноги 2, 2 соответственно, могут, как представляется, действовать из конкретных частей 12f, 12r (например, лодыжек) в окрестности нижних концевых частей соответствующих ног 2,2 к центру G0 тяжести двуногого шагающего движущегося тела 1, как показано на фиг.1(b). После этого устанавливают выражение некоторой зависимости между положением конкретной части 12f, 12r ноги 2 относительно центра G0 тяжести и силой Ff, Fr реакции опоры, действующей на ногу 2, то есть выражение зависимости, представляющее зависимость, в которой направление сегмента, соединяющегося между центром G0 тяжести и конкретной частью 12f, 12r ноги 2 (направление радиус-вектора конкретной части 12f, 12r относительно центра G0 тяжести) аналогично направлению силы Ff, Fr реакции опоры, относящейся к ноге 2.On the other hand, in accordance with the knowledge of the authors of this application, in the state of two positions of the force Ff, Fr, the support reactions acting on the legs 2, 2, respectively, can seem to act from specific parts 12f, 12r (e.g., ankles) in the vicinity the lower end parts of the corresponding legs 2.2 to the center of gravity G0 of the bipedal walking moving body 1, as shown in figure 1 (b). After this, an expression of a certain relationship is established between the position of the specific part 12f, 12r of the leg 2 relative to the center of gravity G0 and the force Ff, Fr of the support reaction acting on the leg 2, that is, the dependence expression representing the dependence in which the direction of the segment connecting between the center of gravity G0 and the specific part 12f, 12r of leg 2 (the direction of the radius vector of the specific part 12f, 12r relative to the center of gravity G0) is similar to the direction of the reaction force Ff, Fr of the support relating to leg 2.

В частности, как следует из фиг.1(b), дано, что координатами положения центра G0 тяжести в вышеупомянутой абсолютной системе Cf координат являются координаты Xg, Zg, координатами положения конкретной части 12f ноги 2 передней стороны являются координаты Xf, Zf, а координатами положения конкретной части 12r ноги 2 задней стороны являются координаты Xr, Zr, при этом вышеупомянутые выражения зависимости принимают вид уравнений (4).In particular, as follows from Fig. 1 (b), it is given that the coordinates of the position of the center of gravity G0 in the above-mentioned absolute coordinate system Cf are the coordinates Xg, Zg, the coordinates of the position of the specific part 12f of the front side foot 2 are the coordinates Xf, Zf, and the coordinates the position of the specific part 12r of the legs 2 of the rear side are the coordinates Xr, Zr, while the above expression of dependence take the form of equations (4).

Figure 00000005
Figure 00000005

После этого из этих уравнений (4) и вышеупомянутого уравнения (3) получают следующие уравнения (5).After that, from these equations (4) and the aforementioned equation (3), the following equations (5) are obtained.

Figure 00000006
Figure 00000006

(в которых ΔZf=Xf-Xg, ΔZf=Zf-Zg, ΔXr=Xr-Xg, ΔZr=Zr-Zg)(in which ΔZf = Xf-Xg, ΔZf = Zf-Zg, ΔXr = Xr-Xg, ΔZr = Zr-Zg)

Таким образом, если определяют ускорение а=T(ах, az) центра G0 тяжести двуногого шагающего движущегося тела 1 и определяют положения (они выражены ΔXf, ΔZf, ΔXr и ΔZr в уравнениях (5)) конкретных частей 12f, 12r, соответственно, ног 2,2 относительно центра G0 тяжести двуногого шагающего движущегося тела 1, то расчетные значения сил Ff=T(Ffx, Ffz), Fr=T(Frx, Frz) реакции опоры, действующие на соответствующие ноги 2,2, могут быть получены с помощью вышеупомянутых уравнений (5) при использовании значения массы M и значения ускорения силы тяжести g двуногого шагающего движущегося тела 1 и определенного ускорения и положения конкретных частей 12f, 12r.Thus, if the acceleration a = T (ax, az) of the center of gravity G0 of the bipedal walking moving body 1 is determined and the positions (they are expressed by ΔXf, ΔZf, ΔXr and ΔZr in equations (5)) of the specific parts 12f, 12r, respectively, of the legs are determined 2.2 relative to the center of gravity G0 of the bipedal walking moving body 1, then the calculated values of the forces Ff = T (Ffx, Ffz), Fr = T (Frx, Frz) of the support reaction acting on the corresponding legs 2.2 can be obtained using the above equations (5) when using the mass value M and the acceleration value of gravity g of a bipedal walking movement egosya body 1 and a certain acceleration and position of specific parts 12f, 12r.

В этом случае масса М, необходимая для получения расчетных значений сил Ff, Fr реакции опоры, может быть определена заранее посредством измерения или аналогичным образом. Что касается ускорения центра G0 тяжести, то положение центра G0 тяжести и положения конкретных частей 12f, 12r относительно центра G0 тяжести, хотя детали будут описаны позднее, можно определить последовательно с помощью известной методологии или аналогичным способом при использовании выходных сигналов датчиков, детектирующих углы сгибания (углы поворота) соответствующих суставов двуногого шагающего движущегося тела 1, измерителей ускорения, гиродатчиков и так далее.In this case, the mass M necessary to obtain the calculated values of the reaction forces Ff, Fr of the support can be determined in advance by measurement or the like. Regarding the acceleration of the center of gravity G0, the position of the center of gravity G0 and the position of specific parts 12f, 12r relative to the center of gravity G0, although the details will be described later, can be determined sequentially using a known methodology or in a similar way using the output signals of sensors that detect bending angles ( rotation angles) of the corresponding joints of the biped walking walking body 1, acceleration meters, gyro sensors, and so on.

Далее настоящее изобретение будет описано на основе того, что было объяснено выше. Для решения вышеупомянутых задач способ оценки силы реакции опоры для двуногого шагающего движущегося тела в соответствии с настоящим изобретением, то есть способ оценки силы реакции опоры, действующей на каждую ногу двуногого шагающего движущегося тела, предусматривает первый этап оценки того, является ли состояние движения ног указанного двуногого шагающего движущегося тела состоянием одного положения, в котором только одна из ног касается грунта, или состоянием двух положений, в котором обе ноги касаются грунта; второй этап, в течение которого последовательно определяют положения центра тяжести указанного двуногого шагающего движущегося тела и последовательно определяют ускорения указанного центра тяжести в абсолютной системе координат относительно грунта путем использования данных временного ряда положений указанного центра тяжести; и третий этап, в течение которого определяют положения конкретной части относительно указанного центра тяжести, по меньшей мере, в указанном состоянии двух положений, причем указанная конкретная часть предварительно определена в окрестности нижней концевой части каждой ноги. В таком случае способ оценки силы реакции опоры, соответствующий настоящему изобретению, отличается тем, что дополнительно предусматривает этап получения расчетных значений указанной силы реакции опоры, действующей на ногу, касающуюся грунта, последовательно, в состоянии одного положения указанного двуногого шагающего движущегося тела на основе уравнения движения для указанного центра тяжести, выражаемого с помощью массы и ускорения силы тяжести двуногого шагающего движущегося тела, ускорения указанного центра тяжести и указанной силы реакции опоры, действующей на ногу, касающуюся грунта; и этап получения расчетных значений указанных сил реакции опоры, соответственно действующих на обе ноги, последовательно, в состоянии двух положений указанного двуногого шагающего движущегося тела на основе уравнения движения для указанного центра тяжести, выраженного с помощью массы и ускорения силы тяжести двуногого шагающего движущегося тела, ускорения указанного центра тяжести и указанных сил реакций опоры, соответственно действующих на обе ноги, и выражения зависимости между положением указанной конкретной части каждой ноги относительно указанного центра тяжести и указанной силой реакции опоры, действующей на указанную ногу, причем указанную зависимость определяют на основе допущения, что указанная сила реакции опоры, действующая на каждую ногу, действует из указанной конкретной части указанной ноги к указанному центру тяжести.The present invention will now be described based on what has been explained above. To solve the aforementioned problems, a method for evaluating a support reaction force for a bipedal walking moving body in accordance with the present invention, that is, a method for estimating a reaction force of a support acting on each leg of a bipedal walking moving body, comprises a first step of assessing whether the state of movement of the legs of said bipedal a walking moving body with a state of one position in which only one of the legs touches the ground, or a state of two positions in which both legs touch the ground; the second stage, during which successively determine the position of the center of gravity of the specified biped walking moving body and sequentially determine the acceleration of the specified center of gravity in the absolute coordinate system relative to the ground by using data from a time series of positions of the specified center of gravity; and a third step, during which the position of the specific part relative to the specified center of gravity is determined, at least in the indicated state of the two positions, said specific part being predefined in the vicinity of the lower end part of each leg. In this case, the method for evaluating the reaction force of the support in accordance with the present invention is characterized in that it further comprises the step of obtaining calculated values of said reaction force of the support acting on the foot touching the ground, sequentially, in a state of one position of said bipedal walking moving body based on the equation of motion for the specified center of gravity, expressed using mass and acceleration of gravity of the bipedal walking moving body, acceleration of the specified center of gravity and indicated with silt reaction support, acting on the foot, touching the ground; and the step of obtaining the calculated values of the indicated reaction forces of the support, respectively acting on both legs, sequentially, in the state of two positions of the indicated biped walking moving body based on the equation of motion for the specified center of gravity, expressed using mass and acceleration of gravity of the biped walking walking body, acceleration the specified center of gravity and the indicated reaction forces of the support, respectively acting on both legs, and the expression of the relationship between the position of the specified specific part of each leg from ositelno said center of gravity and said force acting on said foot floor reaction wherein said relationship is determined based on the assumption that, acting on each said foot floor reaction force acts from said specific portion of said leg to said center of gravity.

В соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, на вышеупомянутом первом этапе оценивают, является ли состояние движения ног двуногого шагающего движущегося тела состоянием одного положения или состоянием двух положений, и расчетные значения вышеупомянутых сил реакции опоры получают с помощью методик, зависящих от соответствующих опорных состояний. В частности, в состоянии одного положения двуногого шагающего движущегося тела расчетное значение вышеупомянутой силы реакции опоры, действующей на ногу, касающуюся грунта, получают из значений массы, ускорения силы тяжести и ускорения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела (смотри уравнение (2)) на основе вышеупомянутого уравнения движения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела (смотри уравнение (1)).In accordance with the present invention, as described above, in the aforementioned first step, it is evaluated whether the state of movement of the legs of the bipedal walking moving body is a state of one position or a state of two positions, and the calculated values of the aforementioned reaction forces of the support are obtained using techniques that depend on the respective reference states . In particular, in the state of one position of the bipedal walking moving body, the calculated value of the aforementioned reaction force of the support acting on the foot touching the ground is obtained from the values of mass, acceleration of gravity and acceleration of the center of gravity of the bipedal walking moving body (see equation (2)) based on the above equation of motion of the center of gravity of a bipedal walking moving body (see equation (1)).

С другой стороны, в состоянии двух положений двуногого шагающего движущегося тела расчетные значения сил реакции опоры, действующих на обе ноги, соответственно, получают из массы, ускорения силы тяжести и ускорения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела, и положения конкретной части каждой ноги относительно центра тяжести (смотри уравнение (5)) на основе вышеупомянутого уравнения движения для центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела (смотри уравнение (3)) и выражения зависимости (уравнение (4)) между положением конкретной части каждой ноги относительно вышеупомянутого центра тяжести и вышеупомянутой силой реакции опоры, действующей на ногу субъекта. Между прочим, в состоянии одного положения сила реакции опоры, действующая на свободную ногу (ногу, не касающуюся грунта), равна нулю.On the other hand, in a state of two positions of a bipedal walking moving body, the calculated values of the reaction forces of the support acting on both legs, respectively, are obtained from mass, acceleration of gravity and acceleration of the center of gravity of the bipedal walking moving body, and the position of the specific part of each leg relative to the center of gravity (see equation (5)) based on the above equation of motion for the center of gravity of a bipedal walking moving body (see equation (3)) and the relationship expression (equation (4)) between the position of the conc the back of each leg with respect to the aforementioned center of gravity and the aforementioned reaction force of the support acting on the leg of the subject. Incidentally, in the state of one position, the reaction force of the support acting on the free leg (the leg not touching the ground) is zero.

В этом случае масса двуногого шагающего движущегося тела, необходимая для получения расчетного значения силы реакции опоры, может быть получена заранее путем измерения или аналогичным способом. Что касается положения центра тяжести и ускорения двуногого шагающего движущегося тела и положения конкретной части каждой ноги относительно центра тяжести, то представляется возможным определять их в реальном масштабе времени при использовании данных выходных сигналов датчиков, которые относительно малы по размеру и просты для крепления к двуногому шагающему движущемуся телу, например датчики (потенциометры или аналогичные приборы), детектирующие углы сгибания (углы поворота) соответствующих суставов двуногого шагающего движущегося тела, измерители ускорения, гиродатчики и так далее.In this case, the mass of the bipedal walking moving body necessary to obtain the calculated value of the reaction force of the support can be obtained in advance by measurement or a similar method. As for the position of the center of gravity and acceleration of the bipedal walking moving body and the position of the specific part of each leg relative to the center of gravity, it seems possible to determine them in real time using these output signals of the sensors, which are relatively small in size and easy to attach to the bipedal walking moving the body, for example sensors (potentiometers or similar devices) detecting the bending angles (rotation angles) of the corresponding joints of the biped walking walking bodies, accelerometers, gyro sensors, and so on.

Таким образом, в соответствии со способом оценки силы реакции опоры, соответствующим настоящему изобретению, представляется возможным определять силы реакции опоры в реальном масштабе времени с помощью относительно простой методики без крепления датчиков силы к лодыжкам или ступням двуногого шагающего движущегося тела или использования плиты пуансона.Thus, in accordance with the support reaction force estimation method according to the present invention, it is possible to determine the support reaction forces in real time using a relatively simple technique without attaching force sensors to the ankles or feet of a bipedal walking moving body or using a punch plate.

В способе оценки силы реакции опоры, соответствующем настоящему изобретению, как описано выше, предпочтительно, чтобы конкретной частью каждой ноги являлась лодыжка ноги. В соответствии с этим особенно увеличивается достоверность вышеупомянутого допущения в состоянии касания грунта обеими ногами. Таким образом, может быть увеличена точность не только расчетного значения силы реакции опоры в вышеупомянутом состоянии одного положения, но также расчетных значений сил реакции опоры в состоянии двух положений. То есть сила реакции опоры может быть точно оценена независимо от состояния движения ног.In the method for evaluating the support reaction force of the present invention as described above, it is preferred that the ankle of the foot is a specific part of each leg. In accordance with this, the reliability of the above assumption is particularly increased in the state of touching the ground with both legs. Thus, the accuracy of not only the calculated value of the support reaction force in the aforementioned state of one position, but also the calculated values of the reaction force of the support in the state of two positions can be increased. That is, the reaction force of the support can be accurately estimated regardless of the state of movement of the legs.

Кроме того, способ оценки силы реакции опоры, соответствующий настоящему изобретению, предусматривает этап измерения ускорения в направлении вверх-вниз нижней части тела, поддерживаемой на обеих ногах через посредство тазобедренного сустава каждой ноги, причем указанная нижняя часть тела расположена вблизи указанных тазобедренных суставов, в котором на указанном первом этапе состояние движения указанного двуногого шагающего движущегося тела оценивают так, что, если ускорение указанной нижней части тела в направлении вверх-вниз увеличивается до заданного порогового значения или более, то начинается указанное состояние двух положений, тогда как состояние одного положения заканчивается, и, если расчетное значение указанной силы реакции опоры, действующей на ногу, которая собирается сделать отрыв (от поверхности грунта), уменьшается до заданного порогового значения или менее в указанном состоянии двух положений, то указанное состояние двух положений заканчивается, тогда как указанное состояние одного положения начинается.In addition, a method for evaluating the support reaction force according to the present invention includes the step of measuring the up and down acceleration of the lower body supported on both legs through the hip joint of each leg, said lower body being located close to said hip joints, in which in said first step, the state of motion of said biped walking body is evaluated so that if the acceleration of said lower body in an up-down direction increases If it starts to a predetermined threshold value or more, then the indicated state of two positions starts, while the state of one position ends, and if the calculated value of the indicated reaction force of the support acting on the leg, which is going to make a separation (from the ground surface), decreases to a predetermined threshold values or less in the indicated state of two positions, then the indicated state of two positions ends, while the indicated state of one position begins.

В частности, при переходе состояния движения ног из состояния одного положения в состояние двух положений во время движения (во время ходьбы) двуногого шагающего движущегося тела приземление свободной ноги вызывает ускорение нижней части тела в направлении вверх-вниз (ускорение вверх), чтобы временно стать чрезвычайно большим. Такое явление нормально не возникает в другом состоянии движения ног. С другой стороны, при переходе состояния движения ног из состояния двух положений в состояние одного положения, операция отрыва (от поверхности грунта) одной из ног побуждает силу реакции опоры, действующую на эту ногу, уменьшаться до нуля. Таким образом, благодаря оценке состояния движения ног, как описано выше, может быть получено правильное суждение о том, находятся ли они в состоянии одного положения или в состоянии двух положений. Как результат, способ вычисления расчетного значения силы реакции опоры, который отличает состояние одного положения от состояния двух положений, может включаться при адекватной синхронизации, чтобы в соответствии с этим увеличивать точность расчетного значения силы реакции опоры. Ускорение в направлении вверх-вниз нижней части тела, необходимое для оценки состояния движения ног, может быть просто определено из выходных сигналов измерителя ускорения, например, благодаря креплению измерителя ускорения к нижней части тела.In particular, when the state of movement of the legs changes from one state to two states during the movement (while walking) of a two-legged walking moving body, the landing of the free leg causes the lower body to accelerate up and down (acceleration up) to temporarily become extremely great. This phenomenon does not normally occur in another state of leg movement. On the other hand, when the state of movement of the legs changes from the state of two positions to the state of one position, the tearing operation (from the ground surface) of one of the legs causes the reaction force of the support acting on this leg to decrease to zero. Thus, by assessing the state of movement of the legs, as described above, a correct judgment can be obtained on whether they are in the state of one position or in the state of two positions. As a result, the method of calculating the calculated value of the reaction force of the support, which distinguishes the state of one position from the state of two positions, can be activated with adequate synchronization in order to increase the accuracy of the calculated value of the reaction force of the support. The acceleration in the up and down direction of the lower body, necessary for assessing the state of movement of the legs, can simply be determined from the output signals of the acceleration meter, for example, by attaching the acceleration meter to the lower body.

Если вышеупомянутое тело, например, подобное телу человека, имеет талию, связанную с обеими ногами через посредство тазобедренных суставов, и грудную клетку, расположенную на талии так, чтобы свободно отклоняться относительно талии, то предпочтительно, чтобы подлежащее измерению ускорение в направлении вверх-вниз нижней части тела было ускорением талии в направлении вверх-вниз.If the aforementioned body, for example, like a human body, has a waist connected to both legs through the hip joints and a chest located on the waist so as to freely deviate from the waist, it is preferable that the acceleration to be measured in the up-down direction of the lower body part was the acceleration of the waist in the up and down direction.

Кроме того, в способе оценки силы реакции опоры, соответствующем настоящему изобретению, различные методики рассматриваются в качестве методики определения положения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела и ускорения центра тяжести на вышеупомянутом втором этапе, и представляется возможным использовать различные известные методы. Однако предпочтительно определять положение центра тяжести и ускорение центра тяжести в соответствии со следующим способом.In addition, in the method for evaluating the support reaction force of the present invention, various techniques are considered as methods for determining the position of the center of gravity of a bipedal walking moving body and acceleration of the center of gravity in the aforementioned second step, and it is possible to use various known methods. However, it is preferable to determine the position of the center of gravity and the acceleration of the center of gravity in accordance with the following method.

В частности, способ предусматривает этап соответствующего измерения угла отклонения тела, поддерживаемого на обеих ногах через посредство тазобедренного сустава каждой ноги, углов сгибания, соответственно, по меньшей мере, тазобедренного сустава и коленного сустава каждой ноги и ускорения заданной опорной точки указанного двуногого шагающего движущегося тела в указанной абсолютной системе координат, в котором на указанном втором этапе на основе угла отклонения указанного тела, углов сгибания, соответственно, указанных тазобедренных суставов и указанных коленных суставов, модели связи жестких тел, образованной путем выражения указанного двуногого шагающего движущегося тела как связного тела из множества жестких тел, предварительно определенных масс соответствующих частей соответствующих жестких тел двуногого шагающего движущегося тела, соответствующих соответствующим жестким телам указанной модели связи жестких тел, и положений предварительно определенных центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях соответствующих жестких тел, последовательно определяют положения центра тяжести указанного двуногого шагающего движущегося тела относительно указанной опорной точки, ускорения указанного центра тяжести относительно указанной опорной точки последовательно определяют на основе данных временного ряда положений указанного центра тяжести, а ускорение указанного центра тяжести в указанной абсолютной системе координат получают из ускорения указанного центра тяжести относительно указанной опорной точки и ускорения указанной опорной точки в указанной абсолютной системе координат.In particular, the method comprises the step of appropriately measuring the angle of deviation of the body supported on both legs through the hip joint of each leg, the bending angles of at least the hip joint and the knee joint of each leg, and accelerating the predetermined reference point of said biped walking body in the specified absolute coordinate system in which at the specified second stage, based on the deflection angle of the specified body, the bending angles, respectively, of the specified hip joints and said knee joints, a rigid body coupling model formed by expressing said biped walking walking body as a connected body from a plurality of rigid bodies, predetermined masses of corresponding parts of corresponding rigid two-legged walking moving body bodies corresponding to corresponding rigid bodies of said rigid body coupling model, and the provisions of the predefined centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body in the corresponding parts of the corresponding are rigid bodies, sequentially determine the position of the center of gravity of the indicated bipedal walking moving body relative to the specified reference point, the acceleration of the specified center of gravity relative to the specified reference point is sequentially determined based on the data of the time series of the positions of the specified center of gravity, and the acceleration of the specified center of gravity in the specified absolute coordinate system is obtained from the acceleration the specified center of gravity relative to the specified reference point and the acceleration of the specified reference point in the specified absolute the exact coordinate system.

В частности, если опорная точка установлена для двуногого шагающего движущегося тела произвольно, то положение центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела относительно опорной точки почти определяется взаимной постуральной зависимостью в теле бедра каждой ноги от тазобедренного сустава до коленного сустава и голени на нижней стороне ниже коленного сустава. Путем измерения угла отклонения тела и углов сгибания, соответственно, тазобедренных суставов и коленных суставов из этих данных измерения может быть определена такая постуральная зависимость. Кроме того, хотя детали будут описаны позднее, если предполагается, что вышеупомянутая модель связи жестких тел предназначена для моделирования двуногого шагающего движущегося тела (например, модель, рассматривающаяся в качестве жестких тел части (включая тело) на верхней стороне тазобедренных суставов обеих ног двуногого шагающего движущегося тела и бедра и голени каждой ноги), то положение центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела относительно вышеупомянутой опорной точки может быть определено на основе масс соответствующих частей соответствующих жестких тел двуногого шагающего движущегося тела, положений центров тяжести соответствующих частей жесткого тела (в частности, положений соответствующих частей соответствующих жестких тел в системе координат, зафиксированной в соответствующих частях соответствующих жестких тел) и вышеупомянутой постуральной зависимости. Кроме того, ускорение центра тяжести относительно опорной точки может быть получено как дифференцированная величина второго порядка положения центра тяжести, которую определяют из данных временного ряда положений центра тяжести. Таким образом, путем измерения ускорения опорной точки в вышеупомянутой абсолютной системе координат ускорение центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела может быть получено как суммарное (комплексное) ускорение ускорения центра тяжести относительно опорной точки и ускорения опорной точки.In particular, if the reference point is set arbitrarily for the bipedal walking moving body, then the position of the center of gravity of the bipedal walking moving body relative to the reference point is almost determined by the mutual postural dependence in the thigh body of each leg from the hip joint to the knee joint and lower leg on the lower side below the knee joint. By measuring the angle of deviation of the body and the angles of bending, respectively, of the hip joints and knee joints, this postural relationship can be determined from these measurement data. In addition, although the details will be described later, if it is assumed that the aforementioned rigid body coupling model is intended to model a bipedal walking moving body (for example, a model considered as rigid part bodies (including the body) on the upper side of the hip joints of both legs of a bipedal walking moving body body and thighs and lower legs of each leg), then the position of the center of gravity of the bipedal walking moving body relative to the aforementioned reference point can be determined based on the masses corresponding parts corresponding to the rigid bodies of the bipedal walking moving body, the center of gravity of the relevant parts of the rigid body (in particular, the provisions of the relevant parts of the respective rigid bodies in a coordinate system fixed in the relevant parts of the respective rigid bodies) and the aforementioned postural dependence. In addition, the acceleration of the center of gravity relative to the reference point can be obtained as a differentiated second-order value of the position of the center of gravity, which is determined from the data of the time series of the positions of the center of gravity. Thus, by measuring the acceleration of the reference point in the aforementioned absolute coordinate system, the acceleration of the center of gravity of the bipedal walking moving body can be obtained as the total (complex) acceleration of the acceleration of the center of gravity relative to the reference point and the acceleration of the reference point.

В этом случае углы отклонения тела, необходимые для получения ускорения двуногого шагающего движущегося тела, как описано выше, могут быть получены из выходных сигналов измерителей ускорения и гиродатчиков или измерителей отклонения или аналогичных приборов, прикрепленных к телу, а углы сгибания тазобедренного сустава и коленного сустава каждой ноги могут быть получены из выходных сигналов датчиков, например потенциометров, прикрепленных к частям соответствующих суставов. Кроме того, ускорение опорной точки в абсолютной системе координат может быть получено из выходных сигналов датчиков, например измерителей ускорения, прикрепленных к части, образующей одно целое с опорной точкой. Кроме того, массы соответствующих частей соответствующих жестких тел двуногого шагающего движущегося тела и положения центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях жестких тел могут быть получены заранее посредством измерения или аналогичным образом.In this case, the body deflection angles necessary to obtain acceleration of the bipedal walking moving body, as described above, can be obtained from the output signals of acceleration meters and gyro sensors or deflection meters or similar devices attached to the body, and the flexion angles of the hip joint and knee joint of each legs can be obtained from the output signals of sensors, for example, potentiometers attached to parts of the respective joints. In addition, the acceleration of the reference point in the absolute coordinate system can be obtained from the output signals of the sensors, for example, acceleration meters, attached to the part forming a whole with the reference point. In addition, the masses of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies of the biped walking walking body and the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body in the corresponding parts of the rigid bodies can be obtained in advance by measurement or the like.

Таким образом, становится возможным простое определение в реальном масштабе времени положения и ускорения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела без монтажа относительно больших датчиков и так далее на двуногое шагающее движущее тело.Thus, it becomes possible to simply determine in real time the position and acceleration of the center of gravity of a bipedal walking moving body without mounting relatively large sensors and so on to the bipedal walking moving body.

При определении положения и ускорения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела предпочтительно, чтобы опорная точка была установлена на теле. В соответствии с этим датчики, например измерители ускорения, предназначенные для измерения ускорения опорной точки в абсолютной системе координат, могут быть смонтированы на теле и, таким образом, датчики, прикрепленные к ногам, могут быть уменьшены, чтобы в соответствии с этим сделать возможным предотвращение ситуации, в которой датчики начинают мешать движениям ходьбы двуногого шагающего движущегося тела.When determining the position and acceleration of the center of gravity of a bipedal walking moving body, it is preferable that the reference point be mounted on the body. Accordingly, sensors, for example acceleration meters, designed to measure the acceleration of a reference point in an absolute coordinate system, can be mounted on the body and, thus, the sensors attached to the legs can be reduced to accordingly prevent a situation in which the sensors begin to interfere with the walking movements of the bipedal walking moving body.

С другой стороны, если тело, подобное телу человека, имеет талию, связанную с обеими ногами через посредство тазобедренных суставов, и грудную клетку, расположенную на талии так, чтобы отклоняться относительно талии, то предпочтительно, чтобы угол отклонения тела, используемый для определения положения центра тяжести, содержал углы отклонения талии и грудной клетки, соответственно. В частности, в этом случае предпочтительно, чтобы вышеупомянутая модель связи жестких тел была моделью, выражающей (представляющей) голень, расположенную на нижней стороне коленного сустава каждой ноги двуногого шагающего движущегося тела, бедро между коленным суставом и тазобедренным суставом, талию и верхнюю часть тела, расположенную на верхней стороне талии и включающую в себя грудную клетку, в качестве жестких тел, соответственно.On the other hand, if a body similar to a human body has a waist connected to both legs through the hip joints and a chest located on the waist so as to deviate from the waist, it is preferable that the body deflection angle used to determine the center position severity, contained the angles of deviation of the waist and chest, respectively. In particular, in this case, it is preferable that the aforementioned rigid body communication model is a model expressing the shin located on the lower side of the knee joint of each leg of the bipedal walking moving body, the hip between the knee joint and the hip joint, waist and upper body, located on the upper side of the waist and including the chest, as rigid bodies, respectively.

В соответствии с этим, особенно в том случае, если двуногое шагающее тело является человеком, то положение его центра тяжести и его ускорение могут быть точно определены, чтобы в соответствии с этим увеличить точность расчетных значений сил реакции опоры.In accordance with this, especially if the two-legged walking body is a man, then the position of its center of gravity and its acceleration can be precisely determined in order to increase the accuracy of the calculated values of the reaction forces of the support.

При определении положения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела относительно опорной точки на основе углов отклонения тела и так далее, как описано выше, положение конкретной части каждой ноги относительно центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела может быть определено путем определения положения конкретной части относительно опорной точки на вышеупомянутом третьем этапе. В этом случае параметры, необходимые для определения положения конкретной части относительно опорной точки, отличаются в зависимости от установленного положения опорной точки. Например, если конкретной частью является лодыжка каждой ноги, а опорная точка установлена на теле, то можно определить положение конкретной части каждой ноги относительно опорной точки на основе угла отклонения тела (угла отклонения талии, если тело имеет талию и грудную клетку, а опорная точка установлена на талии), углов сгибания тазобедренного сустава и коленного сустава каждой ноги, и размеров (длин) бедра и голени каждой ноги.When determining the position of the center of gravity of the bipedal walking moving body relative to the reference point based on the body deflection angles and so on, as described above, the position of the specific part of each leg relative to the center of gravity of the bipedal walking moving body can be determined by determining the position of the specific part relative to the reference point on the above third stage. In this case, the parameters necessary to determine the position of a particular part relative to the reference point differ depending on the established position of the reference point. For example, if the specific part is the ankle of each leg, and the reference point is mounted on the body, then you can determine the position of the specific part of each leg relative to the reference point based on the angle of deviation of the body (the angle of deviation of the waist, if the body has a waist and chest, and the reference point is set at the waist), the flexion angles of the hip joint and knee joint of each leg, and the size (length) of the thigh and lower leg of each leg.

В таком случае способ оценки момента для двуногого шагающего движущегося тела, соответствующий настоящему изобретению, представляет собой способ оценки момента, действующего, по меньшей мере, на один сустав каждой ноги двуногого шагающего движущегося тела, путем использования расчетных значений силы реакции опоры на каждую ногу, последовательно полученных с помощью вышеупомянутого способа оценки силы реакции опоры. В таком случае способ оценки момента, соответствующий настоящему изобретению, отличается тем, что предусматривает этап соответствующего измерения угла отклонения тела, поддерживаемого на обеих ногах, через посредство тазобедренного сустава каждой ноги, углов сгибания, соответственно, по меньшей мере, тазобедренного сустава и коленного сустава каждой ноги, и ускорения заданной опорной точки указанного двуногого шагающего движущегося тела в указанной абсолютной системе координат; этап последовательного определения углов отклонения соответствующих частей соответствующих жестких тел двуногого шагающего движущегося тела, корреспондирующихся с жесткими телами указанной модели связи жестких тел, на основе угла отклонения указанного тела, углов сгибания, соответственно, указанного тазобедренного сустава и указанного коленного сустава каждой ноги, и модели связи жестких тел, образованной путем выражения указанной двуногого шагающего движущегося тела как связного тела из множества жестких тел; этап последовательного определения положений центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел относительно указанной опорной точки на основе углов отклонения указанных соответствующих частей соответствующих жестких тел, предварительно определенных масс соответствующих частей соответствующих жестких тел и положений предварительно определенных центров тяжести соответствующих частей жестких тел в соответствующих частях соответствующих жестких тел, и последовательного определения ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел относительно указанной опорной точки на основе данных временного ряда положений центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел; этап последовательного определения ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел в указанной абсолютной системе координат из ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел относительно указанной опорной точки, и ускорений указанной опорной точки в указанной абсолютной системе координат; этап последовательного определения угловых скоростей соответствующих частей соответствующих жестких тел на основе данных временного ряда углов отклонения соответствующих частей соответствующих жестких тел; этап последовательного определения расчетных положений точки приложения силы реакции опоры каждой ноги в указанном двуногом шагающем движущемся теле на основе, по меньшей мере, угла отклонения бедра указанной ноги или угла сгибания коленного сустава указанной ноги в качестве соответствующих частей жесткого тела указанного двуногого шагающего движущегося тела; и этап оценки момента, действующего, по меньшей мере, на один из суставов каждой ноги указанного двуногого шагающего движущегося тела на основе модели обратной динамики при использовании расчетных значений указанной силы реакции опоры, расчетного положения указанной точки приложения силы реакции опоры, ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел и угловых скоростей указанных соответствующих частей соответствующих жестких тел в указанной абсолютной системе координат, углов отклонения соответствующих частей соответствующих жестких тел, предварительно определенных масс и размеров соответствующих частей соответствующих жестких тел, положений предварительно определенных центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях соответствующих жестких тел, и предварительно определенных моментов инерции соответствующих частей соответствующих жестких тел.In such a case, the moment estimation method for the bipedal walking moving body according to the present invention is a method for estimating the moment acting on at least one joint of each leg of the bipedal walking moving body by using the calculated values of the support reaction force on each leg in series obtained using the aforementioned method for evaluating the reaction force of the support. In such a case, the moment estimation method according to the present invention is characterized in that it comprises the step of appropriately measuring the angle of deviation of the body supported on both legs, through the hip joint of each leg, the flexion angles, respectively, of at least the hip joint and knee joint of each legs, and acceleration of a given reference point of the specified biped walking walking body in the specified absolute coordinate system; the step of sequentially determining the deflection angles of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies of the bipedal walking moving body corresponding to the rigid bodies of the indicated rigid body communication model, based on the deflection angle of the specified body, the bending angles of the specified hip joint and the specified knee joint of each leg, and the communication model rigid bodies formed by expressing said biped walking walking body as a connected body from a plurality of rigid bodies; the step of sequentially determining the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the respective rigid bodies relative to the indicated reference point based on the deflection angles of the indicated corresponding parts of the respective rigid bodies, the predetermined masses of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies and the positions of the predefined centers of gravity of the corresponding parts of the rigid bodies in the corresponding parts of the corresponding rigid bodies , and sequentially determining the accelerations of the centers of gravity of the co sponding portions corresponding to the rigid bodies with respect to said reference point based on time series data center of gravity position corresponding portions corresponding to the rigid bodies; the step of sequentially determining the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies in the specified absolute coordinate system from the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies relative to the specified reference point, and the accelerations of the specified reference point in the specified absolute coordinate system; the step of sequentially determining the angular velocities of the corresponding parts of the respective rigid bodies based on data from a time series of deviation angles of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies; the step of sequentially determining the calculated positions of the point of application of the reaction force of the support of each leg in the indicated biped walking moving body based on at least the angle of deviation of the thigh of the specified leg or the angle of flexion of the knee joint of the specified leg as the corresponding parts of the rigid body of the specified biped walking moving body; and the step of evaluating the moment acting on at least one of the joints of each leg of the indicated biped walking moving body based on the inverse dynamics model using the calculated values of the indicated support reaction force, the calculated position of the indicated application point of the support reaction force, the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts corresponding rigid bodies and angular velocities of said respective parts of corresponding rigid bodies in said absolute coordinate system, deviation angles corresponding x parts of the respective rigid bodies, predetermined masses and sizes of the corresponding parts of the respective rigid bodies, the positions of the predetermined centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body in the corresponding parts of the respective rigid bodies, and the predetermined moments of inertia of the corresponding parts of the respective rigid bodies.

Если, как описано выше, второй этап в вышеупомянутом способе оценки силы реакции опоры предусматривает соответствующее измерение угла отклонения тела, то углы сгибания, соответственно, тазобедренного сустава и коленного сустава каждой ноги и ускорение опорной точки двуногого шагающего движущегося тела в абсолютной системе координат необходимо вновь измерить для определения положения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела относительно опорной точки и так далее. Кроме того, модель связи жестких тел может быть аналогичной модели связи жестких тел, используемой для определения положения центра тяжести двуногого шагающего движущегося тела и так далее.If, as described above, the second stage in the aforementioned method for evaluating the support reaction force provides for a corresponding measurement of the deflection angle of the body, then the bending angles of the hip joint and knee joint of each leg and the acceleration of the reference point of the biped walking moving body in the absolute coordinate system must be measured again to determine the position of the center of gravity of a bipedal walking moving body relative to a reference point and so on. In addition, the rigid body coupling model may be similar to the rigid body coupling model used to determine the center of gravity of a bipedal walking moving body and so on.

В способе оценки момента, соответствующем настоящему изобретению, как описано выше, посредством измерения угла отклонения тела и углов сгибания тазобедренных суставов и коленных суставов, соответственно, можно получить из данных измерения углы отклонения соответствующих частей соответствующих жестких тел (они представляют взаимную постуральную зависимость соответствующих частей соответствующих жестких тел), например тела, бедер, голеней и так далее, двуногого шагающего движущегося тела. В таком случае, на основе масс соответствующих частей соответствующих жестких тел, положений центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях соответствующих жестких тел (в частности, положений соответствующих частей жесткого тела в системе координат, зафиксированной относительно соответствующих частей жестких тел) и углов отклонения соответствующих частей соответствующих жестких тел представляется возможным определить положения центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел относительно опорной точки. Кроме того, ускорение центра тяжести каждой соответствующей части жесткого тела относительно опорной точки получают как дифференцированную величину второго порядка положения центра тяжести, которое получают из данных временного ряда положений центра тяжести, таким образом, посредством измерения ускорения опорной точки в абсолютной системе координат, может быть получено ускорение центра тяжести каждой соответствующей части жесткого тела двуногого шагающего движущегося тела в абсолютной системе координат как комплексное (суммарное) ускорение ускорения центра тяжести относительно опорной точки и ускорения опорной точки (ускорения в абсолютной системе координат).In the method for estimating the moment corresponding to the present invention, as described above, by measuring the angle of deviation of the body and the flexion angles of the hip joints and knee joints, respectively, it is possible to obtain from the measurement data the deviation angles of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies (they represent the mutual postural dependence of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies), such as the body, hips, legs, and so on, of a two-legged walking moving body. In this case, based on the masses of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies, the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body in the corresponding parts of the corresponding rigid bodies (in particular, the positions of the corresponding parts of the rigid body in the coordinate system fixed relative to the corresponding parts of the rigid bodies) and the deflection angles of the corresponding of the parts of the corresponding rigid bodies, it seems possible to determine the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies respect to a reference point. In addition, the acceleration of the center of gravity of each corresponding part of the rigid body relative to the reference point is obtained as a second-order differential value of the position of the center of gravity, which is obtained from the data of the time series of the positions of the center of gravity, thus, by measuring the acceleration of the reference point in the absolute coordinate system, it can be obtained acceleration of the center of gravity of each corresponding part of the rigid body of a two-legged walking moving body in the absolute coordinate system as complex (total) acceleration of the acceleration of the center of gravity relative to the reference point and acceleration of the reference point (acceleration in the absolute coordinate system).

Кроме того, угловую скорость каждой соответствующей части жесткого тела получают как дифференцированную величину второго порядка угла отклонения, которую определяют из данных временного ряда углов отклонения каждой соответствующей части жесткого тела.In addition, the angular velocity of each corresponding part of the rigid body is obtained as a differentiated second-order value of the deflection angle, which is determined from the data of the time series of deflection angles of each corresponding part of the rigid body.

В соответствии со знаниями авторов этой заявки положение точки приложения силы реакции опоры каждой ноги в двуногом шагающем движущемся теле, например положение точки приложения силы реакции опоры каждой ноги относительно лодыжки ноги, имеет тесную корреляцию с углом отклонения бедра каждой ноги как соответствующей части жесткого тела двуногого шагающего движущегося тела, и углом сгибания коленного сустава каждой ноги. Таким образом, представляется возможным получение расчетного положения точки приложения силы реакции опоры в двуногом шагающем движущемся теле на основе, по меньшей мере, угла отклонения бедра каждой ноги и угла сгибания его коленного сустава.In accordance with the knowledge of the authors of this application, the position of the point of application of the reaction force of the support of each leg in a bipedal walking moving body, for example, the position of the point of application of the reaction force of the support of each leg relative to the ankle of the foot, has a close correlation with the angle of deviation of the thigh of each leg as the corresponding part of the bipedal walking body moving body, and the angle of flexion of the knee joint of each leg. Thus, it is possible to obtain the estimated position of the point of application of the reaction force of the support in the bipedal walking moving body based on at least the angle of deviation of the thigh of each leg and the angle of flexion of its knee joint.

В таком случае, если ускорения центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел двуногого шагающего движущегося тела, угловые скорости соответствующих частей соответствующих жестких тел и расчетное положение точки приложения силы реакции опоры получены так, как это описано выше, то представляется возможным оценить моменты, действующие на коленный сустав и тазобедренный сустав каждой ноги на основе известной, так называемой, модели обратной динамики при использовании тех данных и так далее вместе с расчетными значениями сил реакции опоры, полученных с помощью вышеупомянутого способа оценки силы реакции опоры. Короче говоря, методика, основанная на этой модели обратной динамики, использует уравнение движения для движения переноса центра тяжести соответствующей части каждого жесткого тела двуногого шагающего движущегося тела и уравнение движения для движения поворота соответствующей части жесткого тела (например, движение поворота вокруг центра тяжести соответствующей части жесткого тела) и дает возможность получения моментов, действующих на соответствующие суставы двуногого шагающего движущегося тела, соответствующие соответствующим суставам (соединениям) модели связи жестких тел, надлежащим образом от сустава, ближнего к точке приложения силы реакции опоры. Хотя детали будут описаны позднее, допуская, что, например, каждая нога является связным телом, имеющим бедро и голень в качестве соответствующих частей жесткого тела, соответственно, сила (сила реакции сустава), действующая на коленный сустав ноги, может быть получена путем применения ускорения центра тяжести голени, расчетного значения силы реакции опоры, действующей на ноги, и значения массы голени в уравнении движения для движения переноса центра тяжести голени каждой ноги. Кроме того, момент коленного сустава ноги может быть оценен путем применения силы реакции опоры, действующей на коленный сустав ноги, угловой скорости голени ноги, расчетного положения точки приложения силы реакции опоры ноги, расчетного значения силы реакции на ноги, значений данных, относящихся к положению центра тяжести голени в голени и размеру (длине) голени, значения момента инерции голени, значения угла отклонения голени в уравнении движения для движения поворота голени.In this case, if the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies of the bipedal walking moving body, the angular velocities of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies and the calculated position of the point of application of the support reaction force are obtained as described above, it is possible to evaluate the moments acting on the knee the joint and hip joint of each leg based on the well-known so-called reverse dynamics model using those data and so on together with the calculated values and the reaction forces of the support obtained using the aforementioned method for evaluating the reaction force of the support. In short, a technique based on this inverse dynamics model uses the equation of motion for the center of gravity transfer of the corresponding part of each rigid body of a bipedal walking moving body and the equation of motion for the rotation motion of the corresponding part of the rigid body (for example, the rotation motion around the center of gravity of the corresponding part of the rigid body) and makes it possible to obtain moments acting on the corresponding joints of a biped walking walking body, corresponding to the corresponding pose (s) of a rigid body link model, in order from the joint closest to the point of application of force of the floor reaction. Although the details will be described later, assuming that, for example, each leg is a connected body having a hip and lower leg as corresponding parts of a rigid body, respectively, the force (joint reaction force) acting on the knee joint of the leg can be obtained by applying acceleration the center of gravity of the lower leg, the calculated value of the reaction force of the support acting on the legs, and the mass of the lower leg in the equation of motion for the movement of the center of gravity of the lower leg of each leg. In addition, the moment of the knee joint of the leg can be estimated by applying the reaction force of the support acting on the knee joint of the leg, the angular velocity of the leg of the leg, the estimated position of the point of application of the reaction force of the leg support, the estimated value of the reaction force to the legs, data values related to the center position the severity of the lower leg in the lower leg and the size (length) of the lower leg, the moment of inertia of the lower leg, the value of the angle of deviation of the lower leg in the equation of motion for the motion of rotation of the lower leg.

Кроме того, сила реакции сустава, действующая на тазобедренный сустав ноги, может быть получена путем применения ускорения центра тяжести бедра, силы реакции сустава, действующей на коленный сустав ноги, и значения массы бедра в уравнении движения переноса центра тяжести бедра. Кроме того, момент на тазобедренном суставе ноги, может быть оценен путем применения сил реакции сустава, соответственно действующих на коленный сустав и тазобедренный сустав ноги, угловой скорости бедра ноги, значений данных, относящихся к положению центра тяжести бедра в бедре и размеру (длине) бедра, и значения угла отклонения бедра в уравнении движения для движения поворота бедра.In addition, the joint reaction force acting on the hip joint of the leg can be obtained by applying acceleration of the center of gravity of the thigh, the reaction force of the joint acting on the knee joint of the leg, and the value of the mass of the thigh in the equation of motion of the transfer of the center of gravity of the thigh. In addition, the moment on the hip joint of the leg can be estimated by applying the reaction forces of the joint, respectively, acting on the knee joint and hip joint of the leg, the angular velocity of the hip of the leg, data values related to the position of the center of gravity of the thigh in the thigh and the size (length) of the thigh , and the hip deflection angle in the equation of motion for the hip rotation movement.

В соответствии со способом оценки момента, соответствующим настоящему изобретению, как описано выше, путем оценки моментов, действующих на суставы ноги при использовании расчетных значений сил реакции опоры, полученных с помощью вышеупомянутого способа оценки силы реакции опоры, соответствующего настоящему изобретению, представляется возможным относительно просто оценить в реальном масштабе времени моменты, действующие на суставы ноги без крепления относительно больших датчиков и так далее к двуногому шагающему движущемуся телу.According to the moment estimation method according to the present invention, as described above, by evaluating the moments acting on the leg joints using the calculated support reaction force values obtained by the aforementioned support reaction force estimation method according to the present invention, it seems relatively easy to evaluate in real time, the moments acting on the joints of the leg without mounting relatively large sensors and so on to the bipedal walking moving body.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - схематическое изображение, приведенное для объяснения основного принципа способа оценки силы реакции опоры, соответствующего настоящему изобретению.Figure 1 is a schematic diagram provided to explain the basic principle of a method for evaluating the reaction force of a support according to the present invention.

Фиг.2 - схематическая иллюстрация человека как двуногого шагающего движущегося тела и состава приборов, прикрепленных к человеку, в одном варианте осуществления настоящего изобретения.Figure 2 is a schematic illustration of a person as a bipedal walking moving body and the composition of devices attached to a person, in one embodiment of the present invention.

Фиг.3 - блок-схема, приведенная для объяснения функций арифметического процессора, предусматриваемого в приборах, иллюстрируемых на фиг.2.Figure 3 is a block diagram shown to explain the functions of the arithmetic processor provided in the devices illustrated in figure 2.

Фиг.4 - схема, иллюстрирующая модель связи жестких тел, используемую в обработке данных арифметического процессора, иллюстрируемого на фиг.3.FIG. 4 is a diagram illustrating a rigid body communication model used in data processing of the arithmetic processor illustrated in FIG. 3.

Фиг.5 - диаграмма, иллюстрирующая корреляцию между составляющими направления движения вперед вектора точки приложения силы реакции опоры и углом отклонения бедра в течение нормальной ходьбы.5 is a diagram illustrating the correlation between the components of the forward direction of the vector of the point of application of the reaction force of the support and the angle of deviation of the thigh during normal walking.

Фиг.6 - диаграмма, иллюстрирующая корреляцию между составляющими вертикального направления вектора точки приложения силы реакции опоры и углом отклонения бедра в течение нормальной ходьбы.6 is a diagram illustrating the correlation between the components of the vertical direction of the vector of the point of application of the reaction force of the support and the angle of deviation of the thigh during normal walking.

Фиг.7 - диаграмма, иллюстрирующая корреляцию между составляющими направления движения вперед вектора точки приложения силы реакции опоры и углом сгибания коленного сустава при сидении на стуле.7 is a diagram illustrating the correlation between the components of the forward direction vector of the point of application of the support reaction force and the angle of flexion of the knee joint when sitting on a chair.

Фиг.8 - диаграмма, иллюстрирующая корреляцию между составляющими направления движения вперед вектора точки приложения силы реакции опоры и углом сгибания коленного сустава при вставании со стула.Fig. 8 is a diagram illustrating the correlation between the components of the forward direction vector of the point of application of the reaction force of the support and the angle of flexion of the knee joint when rising from a chair.

Фиг.9 - диаграмма, иллюстрирующая корреляцию между составляющими направления движения вперед вектора точки приложения силы реакции опоры и углом отклонения бедра при восхождении по лестнице.9 is a diagram illustrating the correlation between the components of the forward direction of the vector of the point of application of the reaction force of the support and the angle of the deviation of the thigh when climbing the stairs.

Фиг.10 - диаграмма, иллюстрирующая корреляцию между составляющими направления движения вперед вектора точки приложения силы реакции опоры и углом отклонения бедра при спуске вниз по лестнице.Figure 10 is a diagram illustrating the correlation between the components of the forward direction of the vector of the point of application of the reaction force of the support and the angle of the deflection of the thigh when descending down the stairs.

Фиг.11 - схема для объяснения обработки данных в средстве арифметического процессора, иллюстрируемого на фиг.3, предназначенном для оценки момента сустава.11 is a diagram for explaining data processing in the arithmetic processor illustrated in FIG. 3, designed to evaluate the moment of the joint.

Фиг.12 - график, иллюстрирующий состояния временных изменений расчетных значений сил реакции опоры в течение нормальной ходьбы, которые получены с помощью варианта осуществления настоящего изобретения.12 is a graph illustrating the state of temporary changes in the calculated values of the reaction forces of the support during normal walking, which are obtained using an embodiment of the present invention.

Фиг.13 - график, иллюстрирующий состояния временных изменений расчетных значений сил реакции опоры при восхождении по лестнице, которые получены с помощью варианта осуществления настоящего изобретения.13 is a graph illustrating the state of temporary changes in the calculated values of the reaction forces of the support when climbing stairs, which are obtained using an embodiment of the present invention.

Фиг.14 - график, иллюстрирующий состояния временных изменений расчетных значений сил реакции опоры при вставании со стула, которые получены с помощью варианта осуществления настоящего изобретения.Fig. 14 is a graph illustrating the state of temporary changes in the calculated values of the support reaction forces when standing up from a chair, which are obtained using an embodiment of the present invention.

Фиг.15 - график, иллюстрирующий состояния временных изменений расчетных значений моментов, действующих на коленный сустав и тазобедренный сустав, которые получены с помощью варианта осуществления настоящего изобретения.Fig is a graph illustrating the state of temporary changes in the calculated values of the moments acting on the knee joint and hip joint, which are obtained using an embodiment of the present invention.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретенияDetailed Description of a Preferred Embodiment of the Present Invention

Один вариант осуществления будет описан со ссылкой на вышеупомянутые фиг.1 и фиг.2-10.One embodiment will be described with reference to the aforementioned FIGS. 1 and 2-10.

Настоящий вариант осуществления является вариантом осуществления, в котором способ оценки силы реакции опоры и способ оценки момента, соответствующие настоящему изобретению, применяют для человека, являющегося примером двуногого шагающего движущегося тела.The present embodiment is an embodiment in which a method for evaluating a support reaction force and a moment estimating method according to the present invention are applied to a person who is an example of a two-legged walking moving body.

На фиг.2 в качестве примера приведена иллюстрация человека 1, на которой в соответствии с ориентировочной классификацией его строения человек имеет пару ног 2, 2 (левую и правую ногу), туловище 5, содержащее талию 3 и грудную клетку 4, голову 6 и пару рук 7, 7 (левую и правую руку). Талия 3 связана с соответствующими ногами 2, 2 через посредство пары тазобедренных суставов 8, 8 (левого и правого), так что туловище 5 поддерживается на обеих ногах 2, 2. Кроме того, грудная клетка 4 туловища 5 расположена на верхней стороне талии 3 так, чтобы свободно отклоняться к передней стороне человека 1 относительно талии 3. И, наконец, руки 7, 7 проходят из обеих левой и правой боковых частей верхней части грудной клетки 4, а голова 6 поддерживается на верхней концевой части грудной клетки 4.Figure 2 shows as an example an illustration of man 1, on which, in accordance with the approximate classification of his structure, a man has a pair of legs 2, 2 (left and right leg), a trunk 5 containing a waist 3 and a chest 4, a head 6 and a pair hands 7, 7 (left and right hand). Waist 3 is connected to the corresponding legs 2, 2 through a pair of hip joints 8, 8 (left and right), so that the trunk 5 is supported on both legs 2, 2. In addition, the chest 4 of the trunk 5 is located on the upper side of the waist 3 so so as to freely deviate to the front of man 1 relative to the waist 3. And finally, the arms 7, 7 extend from both left and right side parts of the upper chest 4, and the head 6 is supported on the upper end of the chest 4.

Каждая из ног 2, 2 имеет бедро 9, проходящее от тазобедренного сустава 8, и голень 11, проходящую от кончика бедра 9 через посредство коленного сустава 10, а ступня 13 связана с концевой частью голени 11 через посредство лодыжки (голеностопного сустава) 12.Each of the legs 2, 2 has a hip 9 extending from the hip joint 8, and a shin 11 extending from the tip of the hip 9 through the knee joint 10, and the foot 13 is connected to the end part of the leg 11 through the ankle (ankle joint) 12.

В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения для оценки силы реакции опоры, действующей на каждую ногу 2 человека 1, имеющего вышеописанное строение, и для дополнительной оценки моментов, действующих на коленный сустав 10 и тазобедренный сустав 8, человек 1 оснащен следующими приборами.In the present embodiment of the present invention, to assess the reaction force of the support acting on each leg 2 of a person 1 having the structure described above, and to further evaluate the moments acting on the knee joint 10 and the hip joint 8, the person 1 is equipped with the following devices.

В частности, на грудную клетку 4 туловища 5 смонтирован гиродатчик 14 (называемый далее гиродатчиком 14 грудной клетки), который генерирует выходные сигналы, соответствующие угловой скорости отклонения грудной клетки 4, измеритель 15 ускорения (называемый ниже измерителем 15 ускорения грудной клетки в направлении вперед-назад), который генерирует выходные сигналы, соответствующие ускорению грудной клетки 4 в направлении вперед-назад, арифметический процессор 16, содержащий центральный процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и так далее, и батарею 17, служащую в качестве источника питания для арифметического процессора 16 и так далее. В таком случае эти приборы: гиродатчик 14 грудной клетки, измеритель 15 ускорения грудной клетки в направлении вперед-назад, арифметический процессор 16 и батарея 17 - размещены, например, в приемном элементе 18, выполненном в виде ранца, который закреплен на грудной клетке 4 при использовании ремня или аналогичного крепления (не показано), и унитарно прикреплены к грудной клетке 4 через посредство приемного элемента 18.In particular, a gyro sensor 14 (hereinafter referred to as the chest gyro sensor 14) is mounted on the chest 4 of the body 5, which generates output signals corresponding to the angular velocity of the deflection of the chest 4, an acceleration meter 15 (referred to below as the chest acceleration meter 15 in the forward-backward direction ), which generates output signals corresponding to the acceleration of the chest 4 in the forward-backward direction, the arithmetic processor 16, comprising a central processor, random access memory, th storage device, and so on, and a battery 17 serving as a power source for the arithmetic processor 16 and so on. In this case, these devices: a chest gyro sensor 14, a chest acceleration meter 15 in the forward-backward direction, an arithmetic processor 16 and a battery 17 are placed, for example, in a receiving element 18, made in the form of a satchel, which is mounted on the chest 4 with using a belt or similar fastener (not shown), and unitarily attached to the chest 4 through the receiving element 18.

Ускорение, представляемое посредством выходных сигналов измерителя 15 ускорения грудной клетки, более определенно является ускорением в направлении вперед-назад в направлении горизонтальной секции грудной клетки 4 (в направлении, перпендикулярном центральной оси грудной клетки 4). В состоянии, в котором человек 1 прямо (вертикально) стоит на плоской площадке, оно является ускорением в горизонтальном направлении (в направлении оси Х абсолютной системы координат, как иллюстрируется на фиг.2) вперед-назад, тогда как в состоянии, в котором талия 3 или грудная клетка 4 отклоняется из вертикального направления (направления оси Z абсолютной системы координат, как иллюстрируется на фиг.2), оно является ускорением в направлении, отклоненном относительно горизонтального направления, на угол отклонения грудной клетки 4 относительно вертикального направления.The acceleration represented by the outputs of the chest acceleration meter 15 is more specifically acceleration in the forward and backward direction in the horizontal section of the chest 4 (in the direction perpendicular to the central axis of the chest 4). In the state in which person 1 stands straight (vertically) on a flat platform, it is acceleration in the horizontal direction (in the direction of the X axis of the absolute coordinate system, as illustrated in FIG. 2) back and forth, while in the state in which the waist 3 or the chest 4 deviates from the vertical direction (the Z axis direction of the absolute coordinate system, as illustrated in FIG. 2), it is an acceleration in the direction deviated relative to the horizontal direction by the angle of the chest deflection 4 relative but vertical direction.

Кроме того, гиродатчик 19 (называемый ниже гиродатчиком 19 талии), предназначенный для генерирования выходных сигналов, соответствующих угловой скорости отклонения талии 3, измеритель 20 ускорения (называемый измерителем 20 ускорения талии в направлении вперед-назад), предназначенный для генерирования выходных сигналов, соответствующих ускорению талии 3 в направлении вперед-назад, и измеритель 21 ускорения (называемый ниже измерителем 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз), предназначенный для генерирования выходных сигналов, соответствующих ускорению талии в направлении вверх-вниз, унитарно смонтированы/закреплены на талии 3 туловища 5 через посредство крепежного средства, например ремня (не показано).In addition, the gyro sensor 19 (hereinafter referred to as the waist gyro sensor 19) for generating output signals corresponding to the angular velocity of the deflection of the waist 3, an acceleration meter 20 (referred to as the front and back waist acceleration meter 20) for generating output signals corresponding to the acceleration waist 3 in the front-back direction, and an acceleration meter 21 (hereinafter referred to as the waist acceleration meter 21 in the up-down direction) for generating output signals, respectively vuyuschih waist acceleration in the up-down unitarily mounted / fixed to the body 5 of the waist 3 through fastening means such as a belt (not shown).

В этом случае измеритель 20 ускорения талии в направлении вперед-назад, более конкретно, является датчиком, аналогичным измерителю 15 ускорения грудной клетки в направлении вперед-назад, предназначенному для детектирования ускорения в направлении вперед-назад в направлении горизонтальной секции талии 3 (в направлении перпендикулярном центральной оси талии 3). Кроме того, измеритель 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз более конкретно является датчиком, предназначенным для детектирования ускорения в направлении вверх-вниз в направлении центральной оси талии 3 (то есть перпендикулярно ускорению, детектируемому посредством измерителя 20 ускорения талии в направлении вперед-назад). Между прочим, измеритель 20 ускорения талии в направлении вперед-назад и измеритель 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз могут быть унитарно образованы как двухосный измеритель ускорения.In this case, the waist acceleration meter 20 in the front-back direction, more specifically, is a sensor similar to the chest acceleration meter 15 in the front-back direction, designed to detect acceleration in the front-back direction in the direction of the horizontal section of the waist 3 (in the direction perpendicular the central axis of the waist 3). In addition, the waist-up acceleration meter 21 is more specifically a sensor for detecting the up-down acceleration in the direction of the center axis of the waist 3 (i.e., perpendicular to the acceleration detected by the waist-acceleration meter 20 in the front-back direction) . Incidentally, the waist acceleration meter 20 in the front-back direction and the waist acceleration meter 21 in the up-down direction can be unitarily formed as a biaxial acceleration meter.

Кроме того, на тазобедренном суставе 8 и коленном суставе 10 каждой ноги 2 смонтированы датчик 22 углов тазобедренного сустава и датчик 23 углов коленного сустава, которые генерируют выходные сигналы, соответствующие относительным углам Δθс и Δθd сгибания. Что касается датчиков 22 углов тазобедренного сустава, то хотя на фиг.2 показан только датчик 22 углов тазобедренного сустава, относящийся к тазобедренному суставу 8 ноги 2 на этой стороне (правая сторона человека 1 обращена вперед), на тазобедренном суставе 8 ноги 2 на другой стороне (левая сторона человека 1 обращена назад) смонтирован датчик 22 углов тазобедренного сустава, сносно с датчиком 22 углов тазобедренного сустава на этой стороне.In addition, on the hip joint 8 and knee joint 10 of each leg 2, a sensor 22 of the angles of the hip joint and a sensor 23 of the angles of the knee joint are mounted, which generate output signals corresponding to the relative bending angles Δθc and Δθd. As for the sensors 22 of the angles of the hip joint, although Fig. 2 shows only the sensor 22 of the angles of the hip joint related to the hip joint of 8 legs 2 on this side (the right side of the person 1 is facing forward), on the hip joint 8 of the legs 2 on the other side (the left side of the person 1 is facing back) a sensor of 22 angles of the hip joint is mounted, tolerably with a sensor of 22 angles of the hip joint on this side.

Эти датчики 22 и 23 углов образованы, например, потенциометрами и прикреплены к каждой ноге 2 через посредство, например, ленточного элемента (не показано). В этом случае угол Δθс сгибания, детектируемый посредством каждого датчика 22 углов тазобедренного сустава, более конкретно является углом поворота бедра 9 ноги 2 вокруг тазобедренного сустава 8 (вокруг центральной оси тазобедренного сустава в направлении влево-вправо человека 1) относительно талии 3, при использовании в качестве критерия состояния, в котором задана постуральная зависимость между талией 3 и бедром ноги 2 (например, постуральная зависимость, в которой центральная ось талии 3 и центральная ось бедра 9 становятся по существу параллельными, когда человек 1 находится в вертикальном положении). Аналогичным образом, угол Δθd сгибания, детектируемый посредством каждого датчика 23 углов коленного сустава, является углом поворота голени 11 вокруг коленного сустава 10 (вокруг центральной оси коленного сустава 10 в направлении влево-вправо человека 1) относительно бедра 9, при использовании в качестве критерия состояния, в котором задана постуральная зависимость между бедром 9 и голенью 11 ноги 2 (например, постуральная зависимость, в которой центральная ось бедра 9 и центральная ось голени 11 становятся по существу параллельными друг другу).These angle sensors 22 and 23 are formed, for example, by potentiometers and attached to each leg 2 through, for example, a tape element (not shown). In this case, the bending angle Δθc detected by each sensor 22 of the angles of the hip joint, more specifically, is the angle of rotation of the hip 9 of the leg 2 around the hip joint 8 (around the central axis of the hip joint in the left-right direction of the person 1) relative to the waist 3, when used in as a criterion of a condition in which a postural relationship between the waist 3 and the thigh of the leg 2 is given (for example, a postural relationship in which the central axis of the waist 3 and the central axis of the thigh 9 become essentially pairs allelic when person 1 is upright). Similarly, the bending angle Δθd detected by each knee angle sensor 23 is the angle of rotation of the lower leg 11 around the knee joint 10 (around the central axis of the knee joint 10 in the left-right direction of person 1) relative to the hip 9, when used as a condition criterion , in which a postural relationship between the thigh 9 and the lower leg 11 of the leg 2 is specified (for example, a postural dependence in which the central axis of the thigh 9 and the central axis of the lower leg 11 become substantially parallel to each other).

Между прочим, вышеупомянутые соответствующие датчики 14, 15 и 19-23 соединены с арифметическим процессором 16 через посредство сигнальных линий (не показано) для ввода выходных сигналов (датчиков) в арифметический процессор 16.Incidentally, the above-mentioned respective sensors 14, 15 and 19-23 are connected to the arithmetic processor 16 via signal lines (not shown) for inputting output signals (sensors) to the arithmetic processor 16.

Как иллюстрируется на фиг.3, вышеупомянутый арифметический процессор 16 предусмотрен с функциональными средствами. В частности, арифметический процессор 16 предусмотрен со средством 24 для оценки движения ноги, предназначенным для оценки того, является ли состояние движения ног 2, 2 человека состоянием одного положения (состояние, иллюстрируемое на фиг.1(а)) или состоянием двух положений (состояние, иллюстрируемое на фиг.1(b)), при использовании данных детектирования измерителя 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз и данных расчетного значения силы реакции опоры каждой ноги 2, получаемых с помощью описываемого позднее средства 36 для оценки силы реакции опоры. Кроме того, арифметический процессор 16 предусмотрен со средством 25 для измерения углов отклонения грудной клетки, предназначенным для измерения угла θa отклонения грудной клетки 4 в абсолютной системе Cf координат (а конкретно, угла θа отклонения относительно, например, вертикального направления; смотри фиг.2), при использовании данных детектирования измерителя 15 ускорения грудной клетки в направлении вперед-назад и гиродатчика 14 грудной клетки, и со средством 26 для измерения углов отклонения талии, предназначенным для измерения угла θb отклонения талии 3 в абсолютной системе Cf координат (а конкретно, угла θb отклонения относительно, например, вертикального направления; смотри фиг.2), при использовании данных детектирования измерителя 20 ускорения талии в направлении вперед-назад и гиродатчика 19 талии.As illustrated in FIG. 3, the aforementioned arithmetic processor 16 is provided with functionality. In particular, the arithmetic processor 16 is provided with means 24 for assessing the movement of the legs, designed to assess whether the state of movement of the legs 2, 2 of the person is a state of one position (the state illustrated in figure 1 (a)) or a state of two positions (state illustrated in FIG. 1 (b)), using the detection data of the waist acceleration meter 21 in the up-down direction and the calculated reaction force value of the support of each leg 2 obtained using the later described means 36 for evaluating the reaction force supports. In addition, the arithmetic processor 16 is provided with means 25 for measuring chest deflection angles for measuring chest deflection angle θa 4 in the absolute coordinate system Cf (specifically, the deflection angle θa relative to, for example, the vertical direction; see FIG. 2) , using the detection data of the chest acceleration meter 15 in the forward and backward direction and the chest gyro sensor 14, and with the means 26 for measuring the waist deviation angles intended to measure the angle θb from the deviation of the waist 3 in the absolute coordinate system Cf (specifically, the deviation angle θb relative to, for example, the vertical direction; see FIG. 2), using the detection data of the waist acceleration meter 20 in the front-back direction and the waist gyro sensor 19.

Между прочим, арифметический процессор 16 предусмотрен со средством 27 для измерения опорного ускорения, предназначенного для получения ускорения (ускорения перемещения) а0=T0х, a0z), в абсолютной системе Cf координат, начала О координат системы Ср координат тела (координаты xz, как показано на фиг.2), которое устанавливают на талии 3 в качестве опорной точки человека 1 в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения, как иллюстрируется на фиг.2, при использовании данных детектирования измерителя 20 ускорения талии в направлении вперед-назад и измерителя 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз и данных угла θb отклонения талии 3, измеряемого с помощью средства 26 для измерения угла отклонения талии. В этом случае система Ср координат тела более конкретно является системой координат (системой координат, направления трех осей которой являются аналогичными, что и направления вышеупомянутой абсолютной системы Cf координат), в которой начало О координат устанавливают, например, в средней точке линии, соединяющей соответствующие центры левого и правого тазобедренных суставов 8, 8 человека 1, направление оси z устанавливают в вертикальном направлении, а направление оси х устанавливают в горизонтальном направлении движущегося вперед человека 1.Incidentally, the arithmetic processor 16 is provided with means 27 for measuring the reference acceleration intended to obtain acceleration (acceleration of displacement) a 0 = T (a 0 x, a 0 z), in the absolute coordinate system Cf, the coordinate origin of the coordinate system Cp of the body (xz coordinates, as shown in FIG. 2), which is set on the waist 3 as the reference point of person 1 in the present embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 2, using the detection data of the forward acceleration meter 20 red-back and the waist acceleration meter 21 in the up-down direction and the waist deflection angle data θb 3, measured by means 26 for measuring the waist deflection angle. In this case, the body coordinate system Cp is more specifically a coordinate system (a coordinate system whose directions of three axes are similar to the directions of the above-mentioned absolute coordinate system Cf), in which the origin of coordinates O is set, for example, at the midpoint of the line connecting the corresponding centers left and right hip joints 8, 8 of a person 1, the direction of the z axis is set in the vertical direction, and the direction of the x axis is set in the horizontal direction of the forward moving person and 1.

Кроме того, арифметический процессор 16 предусмотрен со средством 28 для вычисления положения ноги, предназначенным для получения углов θс и θd отклонения относительно бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2 в абсолютной системе Cf координат (в частности, углов θс и θd отклонения относительно, например, вертикального направления; смотри фиг.2), при использовании данных детектирования датчика 22 углов тазобедренного сустава и датчика 23 углов коленного сустава ноги 2 и данных угла θb отклонения талии 3, полученных с помощью вышеупомянутого средства 26 для измерения углов отклонения талии.In addition, the arithmetic processor 16 is provided with means 28 for calculating the position of the legs, designed to obtain the angles θc and θd of deviation relative to the hip 9 and lower leg 11 of each leg 2 in the absolute coordinate system Cf (in particular, the angles θc and θd of the deviation relative to, for example, vertical direction; see FIG. 2), using the detection data of the sensor 22 of the angles of the hip joint and the sensor 23 of the angles of the knee joint of the leg 2 and the data of the angle θb of the deflection of the waist 3 obtained using the aforementioned means 26 for and measuring the angle of deviation of the waist.

Кроме того, арифметический процессор 16 предусмотрен со средством 29 для вычисления положения центра тяжести соответствующей части, предназначенным для определения положений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела (в частности, положений центров тяжести в вышеупомянутой системе Ср координат тела) человека 1, соответствующих позднее описываемой модели связи жестких тел, при использовании данных угла θа отклонения грудной клетки 4, угла θb отклонения талии 3, угла θс отклонения бедра 9 и угла θd отклонения голени 11 каждой ноги 2, полученных с помощью вышеупомянутого средства 25 для измерения угла отклонения грудной клетки, средства 26 для измерения угла отклонения талии и средства 28 для вычисления положения ноги: со средством 30 для вычисления положения центра тяжести тела, предназначенного для получения положения центра тяжести всего человека 1 в вышеупомянутой системе Ср координат тела, при использовании данных положений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела: со средством 31 для вычисления положения лодыжки, предназначенным для получения - при использовании данных положения центра G0 тяжести всего человека 1 (смотри фиг.1; называемого ниже центром G0 тяжести тела) и данных о соответствующих углах θс и θd отклонения бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2 с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги - положения лодыжки 12 каждой ноги 2 как конкретной части каждой ноги 2 в настоящем варианте осуществления относительно центра G0 тяжести тела (в частности, ΔX, ΔZ, ΔXr и ΔZr в вышеупомянутых уравнениях (5)); и со средством 32 для вычисления ускорения центра тяжести тела, предназначенным для определения ускорения а=T(ах, az) (смотри фиг.1) центра G0 тяжести в абсолютной системе Cf координат при использовании данных положения центра тяжести тела, полученных с помощью вышеупомянутого средства 30 для вычисления положения центра тяжести тела, и данных ускорения а0 начала О координат системы Ср координат тела, полученных с помощью средства 27 для измерения опорного ускорения.In addition, the arithmetic processor 16 is provided with means 29 for calculating the position of the center of gravity of the corresponding part, designed to determine the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body (in particular, the positions of the centers of gravity in the aforementioned body coordinate system Cp) of the person 1 corresponding to the model described later connection of rigid bodies, using the data of the angle of deflection of the chest 4, angle of deflection 3 of the waist 3, angle 9 of the hip 9 and angle of the deflection and 11 of each leg 2 obtained using the aforementioned means 25 for measuring the angle of deviation of the chest, means 26 for measuring the angle of deviation of the waist and means 28 for calculating the position of the legs: with means 30 for calculating the position of the center of gravity of the body, intended to obtain the position of the center of gravity total person 1 in the aforementioned system of coordinates of the body coordinates, using these positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body: with means 31 for calculating the position of the ankle, designated for - using position data G0 center of gravity of the person 1 (see Figure 1; referred to below as the body’s center of gravity G0) and data on the corresponding deflection angles θc and θd of the hip 9 and lower leg 11 of each leg 2 using the aforementioned means 28 for calculating the position of the leg — the position of the ankle 12 of each leg 2 as a specific part of each leg 2 in the present embodiment relative to the center of gravity G0 of the body (in particular, ΔX, ΔZ, ΔXr and ΔZr in the above equations (5)); and with the means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity of the body, designed to determine the acceleration a = T (ax, az) (see Fig. 1) of the center of gravity G0 in the absolute coordinate system Cf using the position of the center of gravity of the body obtained using the above means 30 for calculating the position of the center of gravity of the body, and the acceleration data a 0 of the origin 0 of the coordinates of the coordinate system Cp of the body coordinates obtained using the means 27 for measuring the reference acceleration.

Кроме того, арифметический процессор 16 предусмотрен со средством 33 для вычисления ускорения соответствующей части ноги, предназначенным для определения ускорений (ускорений перемещения) центров тяжести бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2 в абсолютной системе Cf координат, при использовании данных положений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела человека 1 (в частности, положений центров тяжести соответствующих частей жесткого тела, относящихся к каждой ноге 2), полученных с помощью вышеупомянутого средства 29 для вычисления положения центра тяжести соответствующей части, и данных ускорения а0 начала О координат системы Ср координат тела, полученных с помощью вышеупомянутого средства 27 для измерения опорного ускорения: со средством 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги, предназначенным для определения угловых скоростей бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2 в абсолютной системе Cf координат, при использовании данных об соответствующих углах θс и θd отклонения бедра 9 и голени 11 ноги 2, полученных с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги; и со средством 35 для оценки точки приложения силы реакции, предназначенным для оценки положения точки приложения силы реакции опоры каждой ноги 2, касающейся грунта, при использовании данных угла θс отклонения бедра 9, полученного с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги, и угла θd сгибания коленного сустава 10, измеряемого с помощью вышеупомянутого датчика 23 углов коленного сустава.In addition, the arithmetic processor 16 is provided with means 33 for calculating the acceleration of the corresponding part of the leg, designed to determine the accelerations (accelerations of displacement) of the centers of gravity of the thigh 9 and lower leg 11 of each leg 2 in the absolute coordinate system Cf, using these positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding the rigid body of a person 1 (in particular, the provisions of the centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body related to each leg 2) obtained using the above means 29 To calculate the position of center of gravity of the corresponding part, and data of the acceleration a 0 of the origin O of the coordinate system Cp body coordinate obtained by the aforementioned means 27 for measuring the reference acceleration: with a means 34 for calculating the angular velocity of the respective leg, intended to determine the angular velocity of the thigh 9 and lower leg 11 of each leg 2 in the absolute coordinate system Cf, using data on the corresponding angles θc and θd of the deviation of the thigh 9 and lower leg 11 of leg 2 obtained using the aforementioned tool and 28 to calculate the position of the feet; and with means 35 for evaluating the point of application of the reaction force, designed to assess the position of the point of application of the reaction force of the support of each leg 2, touching the ground, using the data of the angle of deviation θc hip 9 obtained using the above means 28 for calculating the position of the legs, and the angle θd flexion of the knee joint 10, measured using the aforementioned sensor 23 angles of the knee joint.

Кроме того, арифметический процессор 16 предусмотрен со средством 36 для оценки силы реакции опоры, предназначенным для оценки значения силы реакции опоры, действующей на каждую ногу 2, при использовании данных ускорения а центра тяжести тела, полученных с помощью вышеупомянутого средства 32 для вычисления ускорения центра тяжести тела, данных положения лодыжки 12 каждой ноги 2 относительно центра тяжести тела, полученных с помощью вышеупомянутого средства 31 для вычисления положения лодыжки, и данных о результате суждения о состоянии движения ног 2, 2, полученных с помощью вышеупомянутого средства 24 для оценки движения ноги; и со средством 37 для оценки момента сустава, предназначенным для оценки моментов, действующих на коленный сустав 10 и тазобедренный сустав 8, соответственно, каждой ноги 2, при использовании данных об этих расчетных значениях силы реакции опоры, данных ускорений центров тяжести бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2, полученных с помощью вышеупомянутого средства 33 для вычисления ускорения соответствующей части ноги, данных угловых скоростей бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2, полученных с помощью вышеуказанного средства 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги, данных расчетного положения точки приложения силы реакции опоры, полученных с помощью вышеупомянутого средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры, и данных об углах θс и θd отклонения бедра 9 и голени 11, соответственно, каждой ноги 2, полученных с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ног.In addition, the arithmetic processor 16 is provided with a support reaction force estimator 36 for estimating a support reaction force acting on each leg 2 using the acceleration data of the body center of gravity obtained using the above-mentioned means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity body, data of the position of the ankle 12 of each leg 2 relative to the center of gravity of the body, obtained using the above-mentioned means 31 for calculating the position of the ankle, and data on the result of judging the state of motion ia legs 2, 2 obtained using the aforementioned means 24 for assessing leg movement; and with means 37 for evaluating the moment of the joint, designed to assess the moments acting on the knee joint 10 and the hip joint 8, respectively, of each leg 2, using data on these calculated values of the reaction force of the support, data of accelerations of the centers of gravity of the thigh 9 and lower leg 11 each leg 2 obtained using the aforementioned means 33 for calculating the acceleration of the corresponding part of the leg, the data of the angular velocities of the thigh 9 and lower leg 11 of each leg 2 obtained using the above means 34 for calculating the angular soon the corresponding part of the leg, the data of the estimated position of the point of application of the support reaction force obtained by the above-mentioned means 35 for estimating the point of application of the reaction force of the support, and the angles θc and θd of the deviation of the hip 9 and lower leg 11, respectively, of each leg 2 obtained from using the aforementioned means 28 for calculating the position of the legs.

Теперь, работа этого варианта осуществления будет описана вместе с более подробным содержимым обработки данных соответствующих средств вышеупомянутого арифметического процессора 16.Now, the operation of this embodiment will be described together with more detailed data processing contents of the corresponding means of the aforementioned arithmetic processor 16.

В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения, если человек 1 включает переключатель источника питания (не показано) арифметического процессора 16 в состоянии, в котором обе ноги 2, 2 касаются опоры (пола), например, при движении ног 2, 2, например, при ходьбе, то обработка данных посредством арифметического процессора 16 выполняется в последовательности на заданное время цикла, как будет описано ниже, чтобы в соответствии с этим последовательно получать расчетные значения сил реакции опоры и так далее, действующих на каждую ногу 2.In the present embodiment of the present invention, if the person 1 turns on the power supply switch (not shown) of the arithmetic processor 16 in a state in which both legs 2, 2 touch the support (floor), for example, when moving legs 2, 2, for example, when walking , then the data processing by the arithmetic processor 16 is performed in sequence for a predetermined cycle time, as will be described below, in order to subsequently receive the calculated values of the reaction forces of the support and so on acting on each leg 2.

В частности, арифметический процессор 16 сначала выполняет обработку данных вышеупомянутого средства 24 для оценки движения ноги. При обработке данных средства 24 для оценки движения ноги данные детектирования ускорения талии 3 в направлении вверх, получаемые с помощью вышеупомянутого измерителя 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз, сравнивают с заданным пороговым значением, определенным заранее на вышеупомянутое время цикла. В таком случае, если детектируемое значение ускорения превышает пороговое значение, то считают, что начинается состояние двух положений, как иллюстрируется на вышеупомянутом чертеже фиг.1(b), тогда как состояние одного положения, как показано на фиг.1(а), заканчивается. В частности, при переходе из состояния одного положения в состояние двух положений в течение ходьбы человека 1, касание ноги 2 стороны свободной ноги пола (опоры) побуждает талию 3 вблизи тазобедренных суставов 8 генерировать по существу вверх относительно большое ускорение (ускорение, которое не может генерироваться в нормальном состоянии одного положения). Таким образом, путем сравнения данных детектирования ускорения талии 3 в направлении вверх, получаемых с помощью измерителя 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз, с заданным пороговым значением, как описано выше, вышеупомянутое средство 24 для оценки движения ноги определяет начало состояния двух положений и конец состояния одного положения.In particular, the arithmetic processor 16 first performs data processing of the aforementioned means 24 for estimating the movement of the leg. When processing the data of the means 24 for estimating the movement of the leg, the detection data of the acceleration of the waist 3 in the upward direction obtained by the aforementioned measuring instrument 21 of the acceleration of the waist in the up-down direction is compared with a predetermined threshold value determined in advance for the aforementioned cycle time. In this case, if the detected acceleration value exceeds the threshold value, then it is believed that the state of two positions begins, as illustrated in the above drawing of Fig. 1 (b), while the state of one position, as shown in Fig. 1 (a), ends . In particular, when moving from a state of one position to a state of two positions during walking of a person 1, touching the foot 2 of the side of the free foot of the floor (support) causes the waist 3 near the hip joints 8 to generate substantially higher acceleration (acceleration that cannot be generated) in the normal state of one position). Thus, by comparing the detection data of the acceleration of the waist 3 in the upward direction obtained by the measuring tool 21 of the acceleration of the waist in the up-down direction with a predetermined threshold value, as described above, the aforementioned means 24 for assessing the movement of the legs determines the beginning of the state of two positions and the end state of one position.

Кроме того, при обработке средства 24 для оценки движения ноги расчетных значений сил Ft и Fr реакции опоры (смотри фиг.1(b)), действующих на обе ноги 2, 2, соответственно, которые получают в состоянии двух положений с помощью средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры, как будет описано позднее, расчетное значение силы Fr=T(Frx, Frz) реакции опоры (в частности, абсолютное значение =√(Frx2+Frz2) силы Fr реакции опоры, полученной во время предшествующего цикла арифметического процессора 16), действующей на ногу 2 на задней стороне относительно направления движения вперед человека, сравнивают с заданным пороговым значением (положительное значение приблизительно "0"), определенным заранее. В таком случае, если абсолютная величина расчетного значения силы Fr реакции опоры опускается до порогового значения или ниже, то полагают, что состояние двух положений заканчивается, и начинается состояние одного положения. В настоящем варианте осуществления исходное состояние состояния движения ног 2, 2 является состоянием двух положений, и средство 24 для оценки движения ноги считает, что состояние движения ног 2, 2 является состоянием двух положений до тех пор, пока расчетное значение силы реакции опоры, действующей на каждую из ног 2, 2, не понизится до вышеупомянутого порогового значения или менее.In addition, when processing the means 24 for assessing the movement of the legs of the calculated values of the support reaction forces Ft and Fr (see Fig. 1 (b)) acting on both legs 2, 2, respectively, which are obtained in the state of two positions using the means 35 for estimates of the point of application of the support reaction force, as will be described later, the calculated value of the support reaction force Fr = T (Frx, Frz) (in particular, the absolute value = √ (Frx 2 + Frz 2 ) of the support reaction force Fr obtained during the previous cycle arithmetic processor 16) acting on leg 2 on the back side relative to directions of a person’s forward movement are compared with a predetermined threshold value (a positive value of approximately “0”) determined in advance. In this case, if the absolute value of the calculated value of the support reaction force Fr falls to a threshold value or lower, then it is assumed that the state of two positions ends and the state of one position begins. In the present embodiment, the initial state of the state of movement of the legs 2, 2 is a state of two positions, and the means 24 for evaluating the movement of the legs considers that the state of the movement of the legs 2, 2 is a state of two positions until the calculated value of the reaction force of the support acting on each of legs 2, 2, will not drop to the above threshold value or less.

Параллельно с обработкой данных средства 24 для оценки движения ноги, как описано выше, арифметический процессор 16 выполняет обработку данных с помощью вышеупомянутых средства 25 для измерения углов отклонения грудной клетки и средства 26 для измерения углов отклонения талии. В этом случае при обработке данных средства 25 для измерения углов отклонения грудной клетки угол θа отклонения грудной клетки 4 в абсолютной системе Cf координат получают последовательно на время предшествующего цикла в соответствии с известной методикой при использовании обработки данных так называемого фильтра Кальмана на основе данных детектирования ускорения грудной клетки 4 в направлении вперед-назад и угловой скорости грудной клетки 4, которые вводят из измерителя 15 ускорения грудной клетки вперед-назад и гиродатчика 14 грудной клетки, соответственно. Аналогичным образом, при обработке данных средства 25 для измерения угла отклонения талии, угол θb отклонения талии 3 в абсолютной системе Cf координат получают последовательно при использовании обработки данных фильтра Кальмана на основе данных детектирования ускорения талии 3 в направлении вперед-назад и угловой скорости талии 3, которые вводят из измерителя 20 ускорения талии в направлении вперед-назад и гиродатчика 19 талии, соответственно. В этом случае, в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения углы θа и θb отклонения грудной клетки 4 и талии 3, соответственно, в абсолютной системе Cf координат являются углами отклонения относительно, например, вертикального направления (направления силы тяжести).In parallel with the processing of the data of the means 24 for estimating the movement of the legs, as described above, the arithmetic processor 16 performs data processing using the aforementioned means 25 for measuring the angles of the chest and means 26 for measuring the angles of the waist. In this case, when processing the data of the means 25 for measuring the angles of chest deflection, the chest deflection angle θa 4 in the absolute coordinate system Cf is obtained sequentially for the duration of the previous cycle in accordance with the known method using data processing of the so-called Kalman filter based on the detection of chest acceleration cells 4 in the forward-backward direction and angular velocity of the chest 4, which are injected from the chest acceleration meter 15 back and forth and the chest sensor 14 Christmas trees, respectively. Similarly, when processing the data of the means 25 for measuring the angle of the waist deviation, the waist deflection angle θb 3 in the absolute coordinate system Cf is obtained sequentially using the processing of the Kalman filter data based on the detection data of the acceleration of the waist 3 in the forward-backward direction and the angular velocity of the waist 3, which are introduced from the meter 20 acceleration of the waist in the front-back direction and gyro sensor 19 of the waist, respectively. In this case, in the present embodiment of the present invention, the angles θa and θb of the deflection of the chest 4 and waist 3, respectively, in the absolute coordinate system Cf are the deflection angles relative to, for example, the vertical direction (direction of gravity).

Также представляется возможным получать углы отклонения грудной клетки 4 и талии 3, например, путем интегрирования данных детектирования угловых скоростей посредством гиродатчиков 14 и 19. Однако так же, как в настоящем варианте осуществления, углы θa и θb отклонения грудной клетки 4 и талии 3 могут быть точно измерены при использовании обработки данных фильтра Кальмана.It is also possible to obtain the deflection angles of the chest 4 and waist 3, for example, by integrating the angular velocity detection data by means of gyro sensors 14 and 19. However, as in the present embodiment, the deflection angles θa and θb of the chest 4 and waist 3 can be accurately measured using Kalman filter data processing.

В таком случае арифметический процессор 16 выполняет обработку данных вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги и обработку данных вышеупомянутого средства 27 для измерения опорного ускорения.In this case, the arithmetic processor 16 performs data processing of the aforementioned means 28 for calculating the position of the legs and data processing of the aforementioned means 27 for measuring the reference acceleration.

При обработке данных с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги углы θс и θd отклонения (углы отклонения относительно вертикального направления; смотри фиг.2) бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2 в абсолютной системе Cf координат получают на вышеупомянутое время цикла следующим образом. В частности, угол θс отклонения бедра 9 каждой ноги 2 вычисляют из значения текущего времени данных детектирования угла Δθc сгибания тазобедренного сустава 8 посредством вышеупомянутого датчика 22 углов тазобедренного сустава, прикрепленного к ноге 2, и значения текущего времени угла θb отклонения талии 3, полученного с помощью вышеупомянутого средства 25 для измерения углов отклонения талии, при использовании следующего уравнения (6).When processing the data using the aforementioned means 28 for calculating the position of the leg, the deviation angles θc and θd (deviation angles with respect to the vertical direction; see FIG. 2) of the hips 9 and lower legs 11 of each leg 2 in the absolute coordinate system Cf are obtained for the aforementioned cycle time as follows. In particular, the hip deflection angle θc of each leg 2 is calculated from the current time value of the flexion angle detection information Δθc of the hip joint 8 by means of the aforementioned hip joint angle sensor 22 attached to the leg 2 and the current value of the waist deflection angle θb of the waist 3 obtained by the aforementioned means 25 for measuring the deflection angles of the waist, using the following equation (6).

Figure 00000007
Figure 00000007

В этом случае угол θb отклонения талии 3 принимает отрицательное значение, если талия 3 отклонена относительно вертикального направления так, что верхняя концевая часть талии 3 выступает перед человеком 1 по сравнению с ее нижней концевой частью, а угол Δθс сгибания тазобедренного сустава 8 принимает положительное значение, если бедро 9 отклонено относительно центральной оси талии 3 так, что нижняя концевая часть бедра 9 выступает вперед человека 1.In this case, the deviation angle θb of the waist 3 assumes a negative value if the waist 3 is deviated relative to the vertical direction so that the upper end part of the waist 3 protrudes in front of the person 1 in comparison with its lower end part, and the flexion angle Δθc of the hip joint 8 takes a positive value, if the thigh 9 is deflected relative to the central axis of the waist 3 so that the lower end part of the thigh 9 projects forward of person 1.

Кроме того, угол θd отклонения голени 11 каждой ноги 2 вычисляют из значения текущего времени угла θс отклонения бедра, полученного вышеописанным образом, и значения текущего времени данных детектирования угла Δθd сгибания коленного сустава 10, полученного посредством вышеупомянутого датчика 23 углов коленного сустава, прикрепленного к ноге 2, при использовании следующего уравнения(7).In addition, the leg deflection angle θd of the lower leg 11 of each leg 2 is calculated from the current time value of the hip deflection angle θc obtained in the manner described above and the current time value of the bend angle detection information Δθd of the knee joint 10 obtained by the aforementioned knee angle sensor 23 attached to the leg 2, using the following equation (7).

Figure 00000008
Figure 00000008

В этом случае угол сгибания коленного сустава 10 принимает положительное значение, если голень 11 отклоняется относительно центральной оси бедра 9 к задней стороне бедра 9.In this case, the bending angle of the knee joint 10 takes a positive value if the lower leg 11 deviates relative to the central axis of the thigh 9 to the back of the thigh 9.

Кроме того, при обработке данных вышеупомянутого средства 27 для измерения опорного ускорения ускорение а0=T0х, a0z) начала О координат вышеупомянутой системы Ср координат тела в абсолютной системе Cf координат получают следующим образом. В частности, если дано, что значение текущего времени данных детектирования ускорения талии 3 в направлении вперед-назад посредством вышеупомянутого измерителя 20 ускорения талии в направлении вперед-назад равно ар, а значение текущего времени данных детектирования ускорения талии 3 в направлении вверх-вниз посредством вышеупомянутого измерителя 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз равно aq, то ускорение а0=T0х, a0z) в абсолютной системе Cf координат получают из тех данных детектирования ар и aq и значения текущего времени угла θb отклонения талии 3, полученного с помощью вышеупомянутого средства 25 для измерения угла отклонения талии, при использовании следующего уравнения (8).In addition, when processing the data of the aforementioned means 27 for measuring the reference acceleration, the acceleration a 0 = T (a 0 x, a 0 z) of the coordinate origin of the aforementioned body coordinate system Cp in the absolute coordinate system Cf is obtained as follows. In particular, if it is given that the current time value of the detection data of the acceleration of the waist 3 in the forward-backward direction by the aforementioned measuring instrument 20 of the acceleration of the waist in the front-backward direction is ap, and the current time value of the data of the detection of the acceleration of the waist 3 in the up-down direction by the aforementioned of the waist acceleration meter 21 in the up and down direction is equal to aq, then the acceleration a 0 = T (a 0 x, a 0 z) in the absolute coordinate system Cf is obtained from the detection data ap and aq and the current angle θb from the deviation of the waist 3 obtained by the aforementioned means 25 for measuring the angle of deviation of the waist, using the following equation (8).

Figure 00000009
Figure 00000009

В таком случае арифметический процессор 16 выполняет обработку данных вышеупомянутого средства 29 для вычисления положения центра тяжести соответствующей части и определяет положения (положения относительно начала координат системы Ср координат тела) центров тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел человека 1 в вышеупомянутой системе Ср координат тела при использовании модели связи жестких тел, описываемой ниже.In this case, the arithmetic processor 16 performs data processing of the aforementioned means 29 for calculating the position of the center of gravity of the corresponding part and determines the position (position relative to the origin of the coordinate system Cp of the body coordinates) of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies of the person 1 in the aforementioned system of Cp coordinates of the body when using the model communication of rigid bodies described below.

Как показано на фиг.4, модель R связи жестких тел, используемая в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения, является моделью, которая выражает (представляет) человека 1 посредством связывания вместе жестких тел R1, R1, соответствующих бедрам 9 соответствующих обеих ног, жестких тел R2, R2, соответствующих голеням 11, 11, жесткого тела R3, соответствующего талии 3, и жесткого тела R4, соответствующей части 38 (называемой ниже верхней частью 38 тела) в комбинации вышеупомянутых грудной клетки 4, тел 7, 7 рук и головы 6. В этом случае часть взаимосвязи между каждым жестким телом R1 и жестким телом R3 и часть взаимосвязи между жестким телом R1 и жестким телом R2 соответствуют тазобедренному суставу 8 и коленному суставу 10, соответственно. Кроме того, часть взаимосвязи между жестким телом R3 и жестким телом R4 является частью 39 центра шарнира качания для грудной клетки 4 относительно талии 3.As shown in FIG. 4, the rigid body coupling model R used in the present embodiment of the present invention is a model that expresses (represents) person 1 by binding together the rigid bodies R1, R1 corresponding to the hips 9 of the corresponding both legs, rigid bodies R2 , R2 corresponding to lower legs 11, 11, rigid body R3 corresponding to waist 3, and rigid body R4 corresponding to part 38 (referred to below as upper part 38 of the body) in a combination of the above chest 4, bodies 7, 7 of the arm and head 6. B in this case, the part is mutually tie between each rigid body R1 and the rigid body R3 and the relationship between the part rigid body R1 and the rigid body R2 correspond to the hip joint 8 and the knee joint 10, respectively. In addition, part of the relationship between the rigid body R3 and the rigid body R4 is part 39 of the center of the hinge for the chest 4 relative to the waist 3.

В настоящем варианте осуществления положения центров G1, G2, G3 и G4 тяжести соответствующих жестких тел (бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2, талии 3 и верхней части 38 тела) человека 1, соответствующие жестким телам R1-R4 такой модели R связи жестких тел в соответствующих частях соответствующих жестких тел, записывают заранее и хранят в памяти (не показано) арифметического процессора 16.In the present embodiment, the positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 of the corresponding rigid bodies (hips 9 and lower legs 11 of each leg 2, waist 3 and upper body 38) of a person 1 corresponding to rigid bodies R1-R4 of such a rigid body communication model R in the corresponding parts of the respective rigid bodies, recorded in advance and stored in the memory (not shown) of the arithmetic processor 16.

В этом случае положения центров G1, G2, G3 и G4 тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел, записываемые/хранимые в арифметическом процессоре 16, являются положениями в системе координат, которая зафиксирована относительно соответствующей части каждого жесткого тела. В этом случае в качестве данных, представляющих каждое из положений центров G1, G2, G3 и G4 тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел, используют, например, расстояние в направлении центральной оси соответствующей части жесткого тела от центральной точки сустава на одной концевой части такой соответствующей части жесткого тела. В частности, например, как показано на фиг.4, положение центра G1 тяжести каждого бедра 9 дается как положение с расстоянием t1 в направлении центральной оси бедра 9 от центра тазобедренного сустава 8 бедра 9, положение центра G2 тяжести каждой голени 11 дается как положение с расстоянием t2 в направлении центральной оси голени 11 от центра коленного сустава 10 голени 11, а значения этих расстояний t1 и t2 получают заранее и записывают/хранят в арифметическом процессоре 16. Это также относится к положениям центров G3, G4 тяжести других соответствующих частей жестких тел.In this case, the positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 of the corresponding parts of the respective rigid bodies, recorded / stored in the arithmetic processor 16, are the positions in the coordinate system, which is fixed relative to the corresponding part of each rigid body. In this case, as data representing each of the positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 of the corresponding parts of the respective rigid bodies, for example, the distance in the direction of the central axis of the corresponding part of the rigid body from the central point of the joint at one end part of such corresponding part is used hard body. In particular, for example, as shown in FIG. 4, the position of the center of gravity G1 of each hip 9 is given as the position with a distance t1 in the direction of the central axis of the hip 9 from the center of the hip joint 8 of the hip 9, the position of the center of gravity G2 of each lower leg 11 is given as position c the distance t2 in the direction of the central axis of the lower leg 11 from the center of the knee joint 10 of the lower leg 11, and the values of these distances t1 and t2 are obtained in advance and recorded / stored in the arithmetic processor 16. This also applies to the positions of the centers of gravity G3, G4 of other corresponding parts th rigid body.

Строго говоря, на положение центра G4 тяжести верхней части 38 тела оказывает влияние движения рук 7, 7, входящих в состав верхней части 38 тела. Однако ввиду того, что руки 7, 7 в процессе ходьбы, в общем, занимают симметричное взаимное расположение относительно центральной оси грудной клетки 4, положение центра G4 тяжести верхней части 38 тела сильно не изменяется и по существу соответствует, например, положению центра G4 тяжести верхней части 38 тела в состоянии прямого (вертикального) положения.Strictly speaking, the position of the center of gravity G4 of the upper body 38 is influenced by the movements of the arms 7, 7 that make up the upper body 38. However, due to the fact that the arms 7, 7 during walking generally occupy a symmetrical relative position relative to the central axis of the chest 4, the position of the center of gravity G4 of the upper body 38 does not change much and essentially corresponds, for example, to the position of the center of gravity G4 of the upper body parts 38 in a state of direct (vertical) position.

Кроме того, в настоящем варианте осуществления помимо данных, представляющих положения центров G1, G2, G3 и G4 тяжести соответствующих частей жестких тел (бедро 9 и голень 11 каждой ноги 2, талия 3 и верхняя часть 38 тела), в арифметическом процессоре 16 заранее определяются и записываются/хранятся данные масс соответствующих частей соответствующих жестких тел и данные о размерах соответствующих частей соответствующих жестких тел (например, данные о длинах соответствующих частей соответствующих жестких тел).In addition, in the present embodiment, in addition to data representing the positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 of the corresponding parts of the rigid bodies (hip 9 and lower leg 11 of each leg 2, waist 3 and upper body 38), arithmetic processor 16 is predetermined and mass data of the corresponding parts of the respective rigid bodies and data on the sizes of the corresponding parts of the respective rigid bodies (for example, data on the lengths of the corresponding parts of the respective rigid bodies) are recorded / stored.

Масса голени 11 является массой, включающей в себя стопу 13 ((прим. пер.) массу стопы). Кроме того, данные, ранее записанные/хранимые в арифметическом процессоре 16, как описано выше, могут быть получены посредством фактического измерения или аналогичным образом или могут быть получены расчетным путем из высоты и массы человека 1 на основе статистических данных нормального человека. В общем, положения центров G1, G2, G3 и G4 тяжести, массы и размеры вышеупомянутых соответствующих частей соответствующих жестких тел имеют корреляцию с высотой или массой человека, и на основе этой корреляции можно относительно точно оценить положения центров G1, G2, G3 и G4 тяжести, массы и размеры вышеупомянутых соответствующих частей соответствующих жестких тел из данных о высоте и массе человека.The mass of the leg 11 is the mass including the foot 13 ((approx. Per.) Mass of the foot). In addition, data previously recorded / stored in the arithmetic processor 16, as described above, can be obtained by actual measurement or the like, or can be obtained by calculation from the height and mass of person 1 based on statistics of a normal person. In general, the positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4, the masses and sizes of the above-mentioned corresponding parts of the corresponding rigid bodies correlate with the height or weight of the person, and based on this correlation, the positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 can be estimated relatively accurately , masses and sizes of the aforementioned corresponding parts of the respective rigid bodies from data on the height and weight of a person.

Вышеуказанное средство 29 для вычисления положения центра тяжести соответствующей части определяет положения центров G1, G2, G3 и G4 тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел в системе Ср координат тела (координаты x, z на фиг.4), имеющей начало О координат, зафиксированное на талии 3, из ранее записанных/хранимых в арифметическом процессоре 16, как описано выше, значений текущего времени угла θа отклонения грудной клетки 4 (= углу отклонения верхней части 38 тела) и угла θb отклонения талии 3, полученных с помощью вышеупомянутого средства 25 для измерения угла отклонения грудной клетки и средства 26 для измерения угла отклонения талии, соответственно, и значений текущего времени углов θс и θd отклонения бедра 9 и голени 11, соответственно, каждой ноги 2, полученных с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги.The above-mentioned means 29 for calculating the position of the center of gravity of the corresponding part determines the position of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies in the body coordinate system Сp (coordinates x, z in FIG. 4) having the coordinate origin O fixed on the waist 3, from previously recorded / stored in the arithmetic processor 16, as described above, the current time values of the chest deflection angle θa 4 (= upper body deflection angle 38) and waist deflection angle θb obtained using the above medium 25 for measuring the angle of deviation of the chest and means 26 for measuring the angle of deviation of the waist, respectively, and the current time values of the angles θc and θd of the deviation of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, of each leg 2, obtained using the aforementioned means 28 for calculating the position of the leg .

В этом случае, поскольку углы θa-θd отклонения соответствующих частей соответствующих жестких тел (бедра 9 и голени 11 каждой ноги 2, талии 3 и верхней части 38 тела) получают так, как это описано выше, то положения и позы соответствующих частей соответствующих жестких тел в системе Ср координат тела могут быть определены из данных углов θа-θd отклонения и данных о размерах соответствующих частей соответствующих жестких тел. Таким образом, определяют положения центров G1, G2, G3 и G4 соответствующих частей соответствующих жестких тел в системе Ср координат тела.In this case, since the deflection angles θa-θd of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies (hips 9 and lower legs 11 of each leg 2, waist 3 and upper body 38) are obtained as described above, the positions and postures of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies in the body coordinate system Cp, the deviations and data on the dimensions of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies can be determined from the data of the angles θa-θd Thus, the positions of the centers G1, G2, G3 and G4 of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies are determined in the body coordinate system Cp.

В частности, например, со ссылкой на фиг.4, относительно ноги 2, расположенной на левой стороне фиг.4, поскольку угол отклонения бедра 9 в системе Ср координат тела (угол отклонения относительно направления оси z) равен θс (в этом случае θс<0, как показано на фиг.4), то координаты положения центра G1 тяжести бедра 9 с системе Ср координат тела становятся (t1·sinθc, -t1·cosθc). С другой стороны, поскольку угол отклонения голени 11 в системе Ср координат тела равен θd (θd<0, как показано на фиг.4) и дано, что длина бедра 9 равна Lc, то координаты положения центра G2 тяжести голени 11 в системе Ср координат тела становятся (Lc·sinθc+t2·sinθd, -Lc·cosθc-t2·cosθd). Центры тяжести бедра 9 и голени 11 другой ноги 2, талии 3 и верхней части 38 тела могут быть определены так же, как это описано выше.In particular, for example, with reference to FIG. 4, with respect to the leg 2 located on the left side of FIG. 4, since the angle of deviation of the hip 9 in the body coordinate system CP (the angle of deviation relative to the direction of the z axis) is θc (in this case, θc < 0, as shown in Fig. 4), then the coordinates of the position of the center of gravity center G1 of the hip 9 with the coordinate system Cp of the body become (t1 · sinθc, -t1 · cosθc). On the other hand, since the angle of deviation of the lower leg 11 in the body coordinate system Ср is equal to θd (θd <0, as shown in Fig. 4) and it is given that the length of the thigh 9 is Lc, the coordinates of the position of the center of gravity G2 of the lower leg 11 in the coordinate system С bodies become (Lc · sinθc + t2 · sinθd, -Lc · cosθc-t2 · cosθd). The centers of gravity of the thigh 9 and lower leg 11 of the other leg 2, waist 3 and upper body 38 can be defined in the same way as described above.

После определения положений центров G1, G2, G3 и G4 тяжести соответствующих частей соответствующих жестких тел в системе Ср координат тела с помощью средства 29 для вычисления положения центра тяжести соответствующей части, как описано выше, арифметический процессор 16 выполняет обработку данных вышеупомянутого средства 30 для вычисления положения центра тяжести тела и определяет положение (Xg, zg) центра G0 тяжести тела человека в системе Ср координат тела при использовании данных положений центров G1, G2, G3 и G4 тяжести соответствующих частей соответствующих тел и данных масс соответствующих частей соответствующих жестких тел.After determining the positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 of the corresponding parts of the respective rigid bodies in the body coordinate system Cp using the means 29 for calculating the position of the center of gravity of the corresponding part, as described above, the arithmetic processor 16 performs data processing of the aforementioned means 30 for calculating the position the center of gravity of the body and determines the position (Xg, zg) of the center G0 of the body’s gravity in the body coordinate system Cp using these positions of the centers of gravity G1, G2, G3 and G4 of the corresponding parts, respectively existing bodies and given masses of the corresponding parts of the corresponding rigid bodies.

В этом случае дано, что положение центра G3 тяжести талии 3 в системе Ср координат тела и ее масса составляют (х3, z3) и m3, соответственно, положение центра G4 тяжести верхней части 38 тела в системе Ср координат тела и ее масса составляют (х4, z4) и m4, соответственно, положение центра G1 тяжести бедра 9 ноги 2 на левой стороне человека 1, обращенной вперед, в системе Ср координат тела и его масса составляют (х1L, z1L) и m1L, соответственно, положение центра G2 тяжести голени 11 той же ноги в системе Ср координат тела и ее масса составляют (x2L, z2L) и m2L, соответственно, положение центра G1 тяжести бедра 9 ноги 2 на правой стороне в системе Ср координат тела и его масса составляют (x1R, z1R) и m1R, соответственно, положение центра G2 тяжести голени 11 той же ноги в системе Ср координат тела и ее масса составляют (x2R, z2R) и m2R, соответственно, а масса человека 1 равна M (= m1L+m2L+m1R+m2R+m3+m4), причем положение (Xg, zg) центра G0 тяжести человека в системе Ср координат тела определяют с помощью следующих уравнений (9).In this case, it is given that the position of the center of gravity G3 of the waist 3 in the body coordinate system CP and its mass are (x3, z3) and m3, respectively, the position of the center of gravity G4 of the upper body 38 in the body coordinate system CP and its mass are (x4 , z4) and m4, respectively, the position of the center of gravity center G1 of the thigh 9 legs 2 on the left side of the person 1, facing forward, in the CP coordinate system of the body and its mass are (x1L, z1L) and m1L, respectively, the position of the center of gravity center G2 of the lower leg 11 of the same leg in the CP coordinate system of the body and its mass are (x2L, z2L) and m2L, respectively, the position of the center of gravity G1 of the thigh 9 legs 2 on the right side in the body coordinate system CP and its mass are (x1R, z1R) and m1R, respectively, the position of the center of gravity center G2 of the tibia 11 of the same leg in the body coordinate system CP and its mass are (x2R , z2R) and m2R, respectively, and the mass of person 1 is M (= m1L + m2L + m1R + m2R + m3 + m4), and the position (Xg, zg) of the person’s center of gravity G0 in the body coordinate system Cp is determined using the following equations (9).

Figure 00000010
Figure 00000010

После выполнения обработки данных средства 30 для вычисления положения центра тяжести тела, как описано выше, арифметический процессор 16 дополнительно выполняет обработку данных вышеупомянутого средства 32 вычисления ускорения центра тяжести тела и обработку данных вышеупомянутого средства 31 для вычисления положения лодыжки.After processing the data of the means 30 for calculating the position of the center of gravity of the body, as described above, the arithmetic processor 16 further performs the data processing of the above means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity of the body and processing the data of the above means 31 for calculating the position of the ankle.

В этом случае, при обработке данных средства 32 для вычисления ускорения центра тяжести тела, вначале при использовании данных временного ряда положений (Xg, zg) центра G0 тяжести тела в системе Ср координат тела, полученных с помощью средства 30 для вычисления положения центра тяжести тела на время предшествующего цикла, определяют дифференцированное значение второго порядка положения (Xg, zg) центра G0 тяжести тела в системе Ср координат тела, то есть ускорение T(d2xg/dt2, d2zg/dt2) центра G0 тяжести тела относительно начала О координат системы Ср координат тела. В таком случае, посредством определения векторной суммы ускорения T(d2xg/dt2, d2zg/dt2) и ускорения а0=T0х, a0z), определенного с помощью вышеупомянутого средства 27 для измерения опорного ускорения, начала О координат системы Ср координат тела в абсолютной системе Cf координат определяют ускорение а=T(ах, az) центра G0 тяжести тела в абсолютной системе Cf координат.In this case, when processing the data of the means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity of the body, first when using the data of the time series of positions (Xg, zg) of the center of gravity G0 of the body in the body coordinate system Cp obtained by means of 30 for calculating the position of the center of gravity of the body on the time of the preceding cycle, a differentiated second-order value of the position (Xg, zg) of the body’s center of gravity G0 in the body coordinate system CP is determined, that is, the acceleration T (d 2 xg / dt 2 , d 2 zg / dt 2 ) of the body’s gravity center G0 relative to the beginning About the coordinates of the system CPco nate body. In this case, by determining the vector sum of the acceleration T (d 2 xg / dt 2 , d 2 zg / dt 2 ) and the acceleration a 0 = T (a 0 x, a 0 z) determined using the above-mentioned means 27 for measuring the reference accelerations, the origin of the coordinates of the body coordinate system Cp in the absolute coordinate system Cf determine the acceleration a = T (ax, az) of the body's center of gravity G0 in the absolute coordinate system Cf.

Кроме того, при обработке данных вышеупомянутого средства 31 для вычисления положения лодыжки, в начале из значений текущего времени данных углов θс и θd отклонения бедра 9 и голени 11, соответственно, каждой ноги 2, полученных с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычислении положения ноги, значений текущего времени данных угла θb отклонения талии, полученных с помощью вышеупомянутого средства 26 для измерения угла отклонения талии, и данных о размерах (длинах) бедра 9 и лодыжки 11, определяют положение лодыжки 12 каждой ноги 2 в вышеупомянутой системе Ср координат тела путем обработки данных, подобной обработке данных вышеупомянутого средства 29 для вычисления положения центра тяжести соответствующей части. В частности, со ссылкой на фиг.4 относительно ноги 2, расположенной на левой стороне фиг.4, дано, что длина голени 11 (длина от центра коленного сустава 10 до лодыжки 12) составляет Ld, координатами (х12, z12) положения лодыжки 12 в системе Ср координат тела становятся (Lc·sinθc+Ld·sinθd, -Lc·cosθc-Ld·cosθd) (где θс<0 и θd<0), как показано на фиг.4. Это также применимо к другой ноге 2.In addition, when processing data of the aforementioned means 31 for calculating the position of the ankle, at the beginning of the current time values of the angles θc and θd of the deviation of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, of each leg 2, obtained using the aforementioned means 28 for calculating the position of the leg, values the current time of the data of the angle of deviation of the waist θb obtained using the aforementioned means 26 for measuring the angle of deviation of the waist, and data on the size (length) of the thigh 9 and ankle 11, determine the position of the ankle 12 of each leg 2 in the above bodily coordinate system Cp by processing similar to the aforementioned data processing means 29 for calculating the position of center of gravity of the respective parts. In particular, with reference to FIG. 4 with respect to the leg 2 located on the left side of FIG. 4, it is given that the length of the lower leg 11 (the length from the center of the knee joint 10 to the ankle 12) is Ld, with coordinates (x12, z12) of the position of the ankle 12 in the body coordinate system Cp, they become (Lc · sinθc + Ld · sinθd, -Lc · cosθc-Ld · cosθd) (where θc <0 and θd <0), as shown in FIG. 4. This also applies to the other leg 2.

В таком случае значения текущего времени данных положения (х12, z12) лодыжки 12 в системе Ср координат тела и положении (Xg, zg) центра G0 тяжести в системе Ср координат тела, полученных с помощью вышеупомянутого средства 30 для вычисления положения центра тяжести тела, определяют радиус-вектор T(x12-xg, z12-zg) лодыжки 12 каждой ноги 2 относительно центра G0 тяжести тела, то есть ΔXf, ΔZf, ΔXr и ΔZr в вышеупомянутых уравнениях (5).In this case, the current time values of the position data (x12, z12) of the ankle 12 in the body coordinate system CP and the position (Xg, zg) of the center of gravity G0 in the body coordinate system CP obtained using the aforementioned means 30 for calculating the position of the body's center of gravity are determined the radius vector T (x12-xg, z12-zg) of the ankle 12 of each leg 2 relative to the center of gravity G0 of the body, i.e., ΔXf, ΔZf, ΔXr and ΔZr in the above equations (5).

В таком случае арифметический процессор 16 выполняет обработку данных вышеупомянутого средства 36 для оценки силы реакции опоры следующим образом. В частности, в этой обработке данных, если состояние движения ног 2, 2, определенное с помощью вышеупомянутого средства 24 для оценки движения ноги, во время текущего цикла является состоянием одного положения, то получают расчетное значение силы F=T(Fx, Fz) реакции опоры, действующей на ногу 2, касающуюся грунта, из значений массы M и ускорения g силы тяжести человека 1 (они хранятся в арифметическом процессоре 16) и значения текущего времени ускорения а=T(ах, az) центра G0 тяжести тела в абсолютной системе Cf координат, полученного с помощью вышеупомянутого средства 32 для вычисления ускорения центра тяжести тела, при использовании вышеупомянутого уравнения (2). В этом случае сила реакции опоры, действующая на ногу 2, не касающуюся грунта (свободную ногу 2), составляет T(0, 0).In this case, the arithmetic processor 16 performs data processing of the aforementioned means 36 for estimating the reaction force of the support as follows. In particular, in this data processing, if the state of movement of the legs 2, 2, determined using the aforementioned means 24 for evaluating the movement of the legs, during the current cycle is a state of one position, then the calculated value of the reaction force F = T (Fx, Fz) is obtained the support acting on the foot 2, touching the ground, from the values of the mass M and acceleration g of the gravity of the person 1 (they are stored in the arithmetic processor 16) and the values of the current acceleration time a = T (ax, az) of the center of gravity G0 of the body in the absolute system Cf coordinates obtained using the above of the means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity of the body, using the above equation (2). In this case, the reaction force of the support acting on the leg 2, not touching the ground (free leg 2), is T (0, 0).

С другой стороны, если состояние движения ног 2, 2, определенное с помощью вышеупомянутого средства 24 для оценки движения ноги, во время текущего цикла является состоянием двух положений, то получают расчетные значения сил Ff=T(Ffx, Ffz) и Ff=T(Frx, Frz), соответственно, реакции опоры, действующих на ноги 2, из значений массы M и ускорения g силы тяжести человека 1, значения текущего времени ускорения а=T(ах, az) центра G0 тяжести тела в абсолютной системе Cf координат, полученного с помощью вышеупомянутого средства 32 для вычисления ускорения центра тяжести тела, и данных значений текущего времени положения лодыжки 12 каждой ноги 2 относительно центра G0 тяжести тела (значений текущего времени данных о ΔXf, ΔZf, ΔXr и ΔZr в вышеупомянутых уравнениях (5)), полученных с помощью вышеупомянутого средства 31 для вычисления положения лодыжки, при использовании вышеупомянутого уравнения (5).On the other hand, if the state of movement of the legs 2, 2, determined using the aforementioned means 24 for assessing the movement of the legs, during the current cycle is a state of two positions, then the calculated values of the forces Ff = T (Ffx, Ffz) and Ff = T ( Frx, Frz), respectively, of the reaction of the support acting on the legs 2, from the values of the mass M and the acceleration g of the person’s gravity 1, the values of the current acceleration time a = T (ax, az) of the body’s center of gravity G0 in the absolute coordinate system Cf obtained using the aforementioned means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity ate, and the data of the values of the current time of the position of the ankle 12 of each leg 2 relative to the center G0 of gravity of the body (the values of the current time of the data on ΔXf, ΔZf, ΔXr and ΔZr in the above equations (5)) obtained using the aforementioned ankle position calculator using the above equation (5).

С другой стороны, параллельно обработке данных средства 30 для вычисления положения центра тяжести тела, средства 32 для вычисления ускорения центра тяжести тела, средства 31 для вычисления положения лодыжки и средства 36 для оценки силы реакции опоры, как описано выше, арифметический процессор 16 выполняет обработку данных вышеупомянутых средства 33 для вычисления ускорения соответствующей части ноги, средства 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги и средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры.On the other hand, in parallel with the data processing, the means 30 for calculating the position of the center of gravity of the body, the means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity of the body, the means 31 for calculating the position of the ankle and the means 36 for evaluating the reaction force of the support, as described above, the arithmetic processor 16 performs data processing the aforementioned means 33 for calculating the acceleration of the corresponding part of the leg, means 34 for calculating the angular velocity of the corresponding part of the leg, and means 35 for estimating the point of application of the support reaction force.

В этом случае, при обработке данных вышеупомянутого средства 33 для вычисления ускорения соответствующей части ноги, в начале аналогично тому, как в вышеупомянутом средстве 32 для вычисления ускорения центра тяжести тела, использующем данные временного ряда положений центров G1 и G2 тяжести бедра 9 и голени 11, соответственно, являющихся соответствующими частями каждой ноги 2 в системе Ср координат тела, которые получают с помощью вышеупомянутого средства 29 для вычисления положения центра тяжести соответствующей части на время предшествующего цикла, получают дифференцированные значения второго порядка положений центров G1 и G2 тяжести бедра 9 и голени 11, соответственно, в системе Ср координат тела, то есть ускорения (ускорения относительно начала О координат системы Ср координат тела) соответствующих центров G1 и G2 тяжести бедра 9 и голени 11 в системе Ср координат тела. В таком случае, благодаря получению векторной суммы этих соответствующих ускорений и ускорения а0=T0х, a0z) талии 3 в абсолютной системе Cf координат с помощью вышеупомянутого средства 27 для измерения опорного ускорения, определяют ускорения (более конкретно, координатные составляющие ускорений в абсолютной системе Cf координат) бедра 9 и голени 11, соответственно, в абсолютной системе Cf координат.In this case, when processing the data of the aforementioned means 33 for calculating the acceleration of the corresponding part of the leg, at the beginning it is similar to the aforementioned means 32 for calculating the acceleration of the center of gravity of the body, using data from the time series of the positions of the centers of gravity G1 and G2 of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, which are the corresponding parts of each leg 2 in the body coordinate system Cp, which are obtained using the aforementioned means 29 for calculating the position of the center of gravity of the corresponding part for the time preceding of the second cycle, differential values of the second order of the positions of the centers of gravity of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, are obtained in the body coordinate system Сp, that is, the acceleration (acceleration relative to the origin О of the coordinate system of the body coordinate system Сp) of the corresponding center of gravity of the hip 9 and lower leg 11 in the CP coordinate system of the body. In this case, by obtaining the vector sum of these corresponding accelerations and accelerations a 0 = T (a 0 x, a 0 z) of the waist 3 in the absolute coordinate system Cf using the aforementioned means 27 for measuring the reference acceleration, accelerations (more specifically, coordinate acceleration components in the absolute coordinate system Cf) of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, in the absolute coordinate system Cf.

Кроме того, при обработке данных вышеупомянутого средства 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги, использующего данные временного ряда углов θс и θd отклонения бедра 9 и голени 11, соответственно, каждой ноги 2, получаемые с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги на время предшествующего цикла, получают дифференцированные значения второго порядка углов θс и θd отклонения бедра 9 и голени 11, соответственно, то есть угловых скоростей бедра 9 и голени 11, соответственно.In addition, when processing the data of the aforementioned means 34 for calculating the angular velocity of the corresponding part of the leg, using the data of the time series of the angles θc and θd of the deviation of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, of each leg 2, obtained using the aforementioned means 28 for calculating the position of the legs at the time of the previous cycle, differential values of the second order of the angles θc and θd of the deviation of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, that is, the angular velocities of the thigh 9 and lower leg 11, respectively, are obtained.

Кроме того, при обработке данных средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры по отношению к ноге 2, касающейся грунта, определяют вектор (радиус-вектор точки приложения силы реакции опоры относительно лодыжки 12; называемый ниже вектором точки приложения силы реакции опоры) от лодыжки 12 ноги 2 к точке приложения силы реакции опоры ступни 13 ноги 2 (точка, в которой считают сконцентрированной общую силу реакции опоры, действующую на касающуюся грунта часть ступни 13), получают как данные, представляющие положение точки приложения силы реакции опоры, например, из значения текущего времени угла θс отклонения бедра, полученного с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги, на основе заданной корреляции, как показано на фиг.5 и фиг.6.In addition, when processing data of the means 35 for estimating the point of application of the support reaction force with respect to the foot 2 touching the ground, a vector (radius vector of the application of the reaction force of the support relative to the ankle 12; hereinafter referred to as the vector of the application point of the support reaction force) from the ankle is determined 12 feet 2 to the point of application of the reaction force of the support of the foot 13 of the foot 2 (the point at which the total reaction force of the support acting on the part of the foot 13 touching the ground is considered concentrated) is obtained as data representing the position of the application point with support reaction arms, for example, from the current time value of the hip deflection angle θc obtained using the aforementioned leg position calculating means 28 based on a predetermined correlation, as shown in FIG. 5 and FIG. 6.

В частности, в соответствии со знаниями авторов этой заявки, угол θс отклонения бедра 9 или угла Δθd сгибания коленного сустава 10 ноги 2, касающейся грунта, имеет относительно большую корреляцию с точкой приложения силы реакции опоры. Вышеупомянутый вектор точки приложения силы реакции опоры, в частности, составляющие вектора точки приложения силы реакции опоры в направлении движения вперед (направление оси X) человека 1, и составляющие вектора точки приложения силы реакции опоры в вертикальном направлении (вектор оси Z), соответственно, изменяются в зависимости, например, от угла θс отклонения бедра 9, как показано на фиг.5 и фиг.6. В этом случае отрицательный угол θс отклонения бедра 9 является углом, если бедро 9 отклонено относительно центральной оси талии 3 так, что нога 2 проходит к тыльной стороне человека 1 (например, нога 2 на правой стороне человека 1, обращенного вперед на фиг.2), тогда как положительный угол θс является углом, если бедро 9 отклонено относительно центральной оси талии 3 так, что нога 2 находится на передней стороне человека 1 (например, нога 2 на левой стороне человека 1, обращенного вперед на фиг.2).In particular, in accordance with the knowledge of the authors of this application, the angle of deviation of the thigh 9 or the angle Δθd of bending of the knee joint 10 of the leg 2 touching the ground has a relatively large correlation with the point of application of the support reaction force. The aforementioned support point reaction force application point vector, in particular, the components of the support reaction force application point vector in the forward direction (X axis direction) of the person 1, and the support reaction force application point vector vector in the vertical direction (Z axis vector), respectively, change depending, for example, on the angle θc deviation of the thigh 9, as shown in Fig.5 and Fig.6. In this case, the negative deflection angle θc of the hip 9 is the angle if the hip 9 is deflected relative to the central axis of the waist 3 so that the foot 2 extends to the back of the person 1 (for example, foot 2 on the right side of the person 1 facing forward in FIG. 2) while the positive angle θc is the angle if the hip 9 is deflected relative to the central axis of the waist 3 so that the leg 2 is on the front side of the person 1 (for example, leg 2 on the left side of the person 1 facing forward in FIG. 2).

Таким образом, в настоящем варианте осуществления приближенные выражения, использующие угол θс отклонения бедра 9 в качестве параметра, который представляет корреляции, иллюстрируемые на фиг.5 и фиг.6, получают и заранее записывают и хранят в арифметическом процессоре 16. В таком случае, при обработке данных вышеупомянутого средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры, значение текущего времени угла θс отклонения бедра, полученное с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги, подставляют в вышеупомянутые приближенные выражения, чтобы в соответствии с этим получить вышеупомянутый вектор точки приложения силы реакции опоры (в частности, составляющие вектора точки приложения силы реакции опоры в направлении оси Х и в направлении оси Z).Thus, in the present embodiment, approximate expressions using the hip deflection angle θc of 9 as a parameter that represents the correlations illustrated in FIGS. 5 and 6 are obtained and pre-recorded and stored in the arithmetic processor 16. In this case, when processing the data of the aforementioned means 35 for estimating the point of application of the support reaction force, the value of the current time of the hip deflection angle θc obtained using the aforementioned leg position calculating means 28 is substituted into the aforementioned approximate expression, in accordance with this vector to obtain the above-mentioned force application points of floor reaction (particularly, the components of the application point of the floor reaction force in the X direction and in the direction of the axis of the axis Z).

В этом случае в корреляциях, иллюстрируемых на фиг.5 и фиг.6, в котором угол θс отклонения бедра имеет минимальное значение, даже при одинаковом угле θс отклонения бедра, значение вектора точки приложения силы реакции опоры отличается между стадией уменьшения угла θс отклонения и стадией его увеличения. Таким образом, в настоящем варианте осуществления при получении вышеупомянутого приближенного выражения переход вышеупомянутой корреляции от приземления пятки ступни 13 на пол (на опору) для съема кончиков пальцев ноги с опоры классифицируется в первой фазе (фаза а1 на фиг.5; фаза b1 на фиг.6), в которой угол θс отклонения бедра 9 является положительным, второй фазе (фаза а2 на фиг.5; фаза b2 на фиг.6), в которой угол θс отклонения бедра 9 является отрицательным, и скорость изменения угла θс отклонения, то есть угловая скорость отклонения бедра 9, является отрицательной, и в третьей фазе (фаза а3 на фиг.5; фаза b3 на фиг.6), в которой угол θс отклонения бедра является отрицательным, а угловая скорость отклонения бедра 9 является положительной, и эти фазы аппроксимируются аналогичной функцией или другими функциями относительно составляющих направления оси Х и составляющих направления оси Z вектора точки приложения силы реакции опоры, соответственно. Приближенное выражение фазы в комбинации первой и второй фаз а1 и а2 в корреляции фиг.5, если дано, что составляющие направления оси Х вектора точки приложения силы реакции опоры являются рх, выражаются, например, полиномиальной функцией шестого порядка в видеIn this case, in the correlations illustrated in FIGS. 5 and 6, in which the hip deflection angle θc has a minimum value, even at the same hip deflection angle θc, the value of the support reaction force application point vector differs between the step of decreasing the deflection angle θc and the stage its increase. Thus, in the present embodiment, upon receipt of the aforementioned approximate expression, the transition of the aforementioned correlation from the landing of the heel of the foot 13 to the floor (to the support) for removing the tips of the toes from the support is classified in the first phase (phase a1 in FIG. 5; phase b1 in FIG. 6), in which the angle of deviation θc of the thigh 9 is positive, the second phase (phase a2 in FIG. 5; phase b2 in Fig.6), in which the angle θc of deviation of the hip 9 is negative, and the rate of change of the angle of deviation θc, i.e. the angular velocity of the hip deflection 9, which is negative, and in the third phase (phase a3 in Fig. 5; phase b3 in Fig. 6), in which the angle of deviation of the hip is θc and the angular velocity of the deviation of the hip 9 is positive, and these phases are approximated by a similar function or other functions relative to the components of the direction of the X axis and the components of the direction of the Z axis of the vector of the point of application of the support reaction force, respectively. The approximate expression of the phase in the combination of the first and second phases a1 and a2 in the correlation of Fig. 5, if it is given that the components of the direction of the axis of the vector of the point of application of the support reaction force are px, are expressed, for example, by a sixth-order polynomial function in the form

px=x1·θc6+x2·θc5+x3·θc4+x4·θc3+x5·θc2+x6·θc+x7 px = x 1 · θc 6 + x 2 · θc 5 + x 3 · θc 4 + x 4 · θc 3 + x 5 · θc 2 + x 6 · θc + x 7

(где x1-x7 являются постоянными величинами).(where x 1 -x 7 are constant values).

Кроме того, приближенное выражение третьей фазы а3 в корреляции фиг.5 выражается, например, полиномиальной функцией четвертого порядка в видеIn addition, the approximate expression of the third phase a3 in the correlation of Fig. 5 is expressed, for example, by a fourth-order polynomial function in the form

px=x8·θc4+x9·θc3+x10·θc2+x11·θc+x12 px = x 8 · θc 4 + x 9 · θc 3 + x 10 · θc 2 + x 11 · θc + x 12

(где x8-x12 являются постоянными величинами).(where x 8 -x 12 are constant values).

Кроме того, приближенное выражение фазы в комбинации первой и второй фаз b1 и b2 в корреляции фиг.6, если дано, что составляющие направления оси Z вектора точки приложения силы реакции опоры являются pz, выражаются, например, полиномиальной функцией шестого порядка в видеIn addition, the approximate expression of the phase in the combination of the first and second phases b1 and b2 in the correlation of FIG. 6, if it is given that the components of the direction of the Z axis of the point of application of the support reaction force are pz, are expressed, for example, by a sixth order polynomial function in the form

pz=z1·θc6+z2·θc5+z3·θc4+z4·θc3+z5·θc2+z6·θc+z7 pz = z 1 · θc 6 + z 2 · θc 5 + z 3 · θc 4 + z 4 · θc 3 + z 5 · θc 2 + z 6 · θc + z 7

(где z1-z7 являются постоянными величинами).(where z 1 -z 7 are constant values).

Кроме того, приближенное выражение третьей фазы b3 в корреляции фиг.6 выражается, например, полиномиальной функцией третьего порядка в видеIn addition, the approximate expression of the third phase b3 in the correlation of Fig.6 is expressed, for example, by a polynomial function of the third order in the form

pz=z8·θc3+z9·θc2+z10·θc+z11 (где z8-z11 являются постоянными величинами).pz = z 8 · θc 3 + z 9 · θc 2 + z 10 · θc + z 11 (where z 8 -z 11 are constant values).

В таком случае при определении вектора точки приложения силы реакции опоры определяют, является ли угол θс отклонения бедра 9 положительным или отрицательным, и дополнительно определяют, является ли угловая скорость отклонения бедра, вычисленная посредством дифференцирования первого порядка данных временного ряда углов θс отклонения бедра 9, положительной или отрицательной. Кроме того, из определенного положительного или отрицательного угла θс и определенной положительной или отрицательной угловой скорости отклонения определяют, которая из фаз проявляется в настоящее время, и путем подставления значения текущего времени угла θс отклонения бедра 9 в приближенное выражение оцениваемой фазы вычисляют вектор точки приложения силы реакции опоры. В соответствии с этим могут быть дискриминационно вычислены величина вектора точки приложения силы реакции опоры на стадии уменьшения угла θс отклонения бедра 9 и величина вектора точки приложения силы реакции опоры на стадии его увеличения.In this case, when determining the vector of the point of application of the reaction force of the support, it is determined whether the angle of deviation of the hip 9 is positive or negative, and it is further determined whether the angular velocity of the hip calculated by differentiating the first order of the time series data of the angle of deviation of the hip 9 is positive or negative. In addition, from a certain positive or negative angle θc and a certain positive or negative angular velocity of deviation, it is determined which phase is currently being manifested, and by substituting the current time of the angle of deviation θc of the hip 9 into the approximate expression of the estimated phase, the point of application of the reaction force is calculated supports. In accordance with this, the magnitude of the vector of the point of application of the force of support of the support at the stage of decreasing the angle θc of deviation of the hip 9 and the magnitude of the vector of the point of application of the force of the reaction of support at the stage of increasing it can be discriminated.

В настоящем варианте осуществления корреляцию между углом θс отклонения бедра 9 ноги и вектором точки приложения силы реакции опоры аппроксимируют посредством полиномов, чтобы в соответствии с этим получить вектор точки приложения силы реакции опоры. Однако также представляется возможным записывать/хранить корреляции, иллюстрируемые на фиг.5 и фиг.6, в виде таблицы данных, и при использовании таблицы данных получать вектор точки приложения силы реакции опоры из угла θс отклонения бедра 9.In the present embodiment, the correlation between the deflection angle θc of the hip 9 of the leg and the support force reaction point vector is approximated by polynomials so as to obtain the support reaction force application point vector. However, it is also possible to record / store the correlations illustrated in FIGS. 5 and 6 in the form of a data table, and when using the data table, to obtain the vector of the support reaction force application point from the hip deflection angle θc 9.

Кроме того, положение точки приложения силы реакции опоры имеет также корреляцию с углом сгибания коленного сустава 10 ноги 2, касающейся грунта. Таким образом, положение точки приложения силы реакции опоры может быть определено из угла Δθd сгибания коленного сустава 10, измеряемого посредством датчика 23 углов коленного сустава, вместо угла θс отклонения бедра 9. В альтернативном варианте осуществления, используя как угол θс отклонения бедра 9, так и угол Δθd сгибания коленного сустава 10, может быть оценено положение точки приложения силы реакции опоры с помощью карты или аналогичным образом.In addition, the position of the point of application of the support reaction force also has a correlation with the bending angle of the knee joint 10 of the leg 2 touching the ground. Thus, the position of the point of application of the support reaction force can be determined from the bending angle Δθd of the knee joint 10, measured by the knee angle sensor 23, instead of the hip deflection angle θc 9. In an alternative embodiment, using both the hip deflection angle θc 9 and the bending angle Δθd of the knee 10, the position of the point of application of the support reaction force can be estimated using a map or the like.

Кроме того, если человек 1 сидит на стуле или встает со стула из сидячего положения, то корреляция, иллюстрируемая на фиг.7 (при сидении на стуле) или на фиг.8 (при вставании со стула), устанавливается между положением точки приложения силы реакции опоры и углом Δθd сгибания коленного сустава 10, а при восхождении или спуске по лестнице, фиг.9 (при восхождении по лестнице) или фиг.10 (при опускании по лестнице), устанавливается корреляция между положением точки приложения силы реакции опоры и углом θс отклонения бедра 9. Таким образом, при сидении на стуле или вставании со стула может быть оценено положение точки приложения силы реакции опоры из угла Δθd сгибания коленного сустава 10 на основе корреляции, иллюстрируемой на фиг.7 или фиг.8, тогда как при восхождении по лестнице или опускании по лестнице положение точки приложения силы реакции опоры может быть оценено из угла θс отклонения бедра 9 на основе корреляции, иллюстрируемой на фиг.9 или фиг.10.In addition, if person 1 sits on a chair or rises from a chair from a sitting position, then the correlation illustrated in Fig. 7 (when sitting on a chair) or in Fig. 8 (when rising from a chair) is established between the position of the point of application of the reaction force the support and the angle Δθd of bending the knee joint 10, and when climbing or descending the stairs, Fig. 9 (when climbing the stairs) or Fig. 10 (when lowering the stairs), a correlation is established between the position of the point of application of the reaction force of the support and the deviation angle θc hips 9. So, when sitting on while standing or getting up from a chair, the position of the point of application of the reaction force of the support from the angle Δθd of bending of the knee joint 10 can be estimated based on the correlation illustrated in Fig. 7 or Fig. 8, whereas when climbing stairs or lowering the stairs, the position of the point of application of the reaction force the support can be estimated from the angle θc deviation of the thigh 9 based on the correlation illustrated in Fig.9 or Fig.10.

В таком случае, после оценки положения точки приложения силы реакции, как описано выше, арифметический процессор 16 выполняет обработку данных вышеупомянутого средства 37 для оценки момента сустава и получает моменты, действующие на коленный сустав 10 и тазобедренный сустав 8 каждой ноги 2. Эту обработку данных осуществляют на основе так называемой модели обратной динамики при использовании значений текущего времени данных, соответственно полученных с помощью вышеупомянутых средства 36 для оценки силы реакции опоры, средства 33 для вычисления ускорения соответствующей части, средства 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги, средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры и средства 28 для вычисления положения ноги. Эта модель обратной динамики использует уравнение движения для движения переноса каждой соответствующей части жесткого тела человека 1 и уравнение движения для движения его поворота для того, чтобы получить моменты, действующие на суставы надлежащим образом от сустава ближе к точке приложения силы реакции опоры. В настоящем варианте осуществления моменты, действующие на коленный сустав 10 и тазобедренный сустав 8 каждой ноги 2, получают надлежащим образом.In this case, after evaluating the position of the point of application of the reaction force, as described above, the arithmetic processor 16 performs data processing of the aforementioned means 37 for estimating the joint moment and obtains the moments acting on the knee joint 10 and the hip joint 8 of each leg 2. This data processing is carried out based on the so-called reverse dynamics model, using the current time values of the data, respectively obtained using the aforementioned means 36 for assessing the reaction force of the support, means 33 for calculating For accelerating the corresponding part, means 34 for calculating the angular velocity of the corresponding part of the leg, means 35 for estimating the point of application of the reaction force of the support, and means 28 for calculating the position of the leg. This reverse dynamics model uses the equation of motion for the transport movement of each corresponding part of the rigid body of a person 1 and the equation of motion for the movement of its rotation in order to obtain the moments acting on the joints properly from the joint closer to the point of application of the support reaction force. In the present embodiment, the moments acting on the knee joint 10 and the hip joint 8 of each leg 2 are obtained appropriately.

Более конкретно, как следует из фиг.11, в начале, что касается голени 11 каждой ноги 2, то сила (сила реакции сустава), действующая на лодыжку 12 на кончике голени 11, сила (сила реакции сустава), действующая на часть коленного сустава 10 голени 11, и ускорение переноса центра G2 тяжести голени 11, соответственно, даются как T(F1x, F1z), T(F2x, F2z) и T(a1x, a1z) в соответствии с системой обозначения составляющих в абсолютной системе Cf координат, а масса голени 11 дается как m2. В этом случае, уравнением движения переноса центра G2 тяжести голени 11 становится следующее уравнение (10).More specifically, as follows from Fig. 11, at the beginning, with regard to the lower leg 11 of each leg 2, the force (reaction force of the joint) acting on the ankle 12 at the tip of the lower leg 11, the force (reaction force of the joint) acting on part of the knee joint 10 of the leg 11, and the acceleration of the transfer of the center of gravity G2 of the leg 11, respectively, are given as T (F 1 x, F 1 z), T (F 2 x, F 2 z) and T (a 1 x, a 1 z) in in accordance with the designation system of the components in the absolute coordinate system Cf, and the mass of the leg 11 is given as m 2 . In this case, the following equation (10) becomes the equation of motion of the transfer of the center of gravity of the lower leg 11.

T(m2·а2x, m2·a2z)=T(F1x-F2x, F1z-F2z-m2·g). T (m 2 · a 2 x, m 2 · a 2 z) = T (F 1 xF 2 x, F 1 zF 2 zm 2 · g).

Следовательно,Hence,

Figure 00000011
Figure 00000011

В этом случае ускорение T2х, a2z) центра G2 тяжести голени 11 получают с помощью средства 33 для вычисления ускорения соответствующей части ноги. Кроме того, сила T(F1x, F1z) реакции сустава, действующая на лодыжку 12 на кончике голени 11, приблизительно равна расчетному значению силы реакции опоры, полученной с помощью вышеупомянутого средства 36 для оценки силы реакции опоры для ноги 2, имеющей голень 11. Более конкретно, в состоянии одного положения, если нога 2 находится на грунте, то сила T(F1x, F1z) реакции сустава является силой T(Fx, Fz) реакцией опоры, полученной посредством вышеупомянутого уравнения (2), и, если нога 2 является свободной ногой, то T(F1x, F1z)=T(0, 0). С другой стороны, в состоянии двух положений, если нога 2 является ногой на задней стороне человека 1, обращенной вперед в направлении движения вперед, то сила T(F1x, F1z) реакции сустава является силой T(Fx, Fz) реакции опоры вышеупомянутых уравнений (5), и если нога 2 является ногой передней стороны, то она является силой T(Ffx, Ffz) реакции опоры вышеупомянутых уравнений (5).In this case, the acceleration T (a 2 x, a 2 z) of the center of gravity G2 of the lower leg 11 is obtained using the means 33 for calculating the acceleration of the corresponding part of the leg. In addition, the joint reaction force T (F 1 x, F 1 z) acting on the ankle 12 at the tip of the lower leg 11 is approximately equal to the calculated value of the support reaction force obtained using the aforementioned means 36 for assessing the reaction force of the support for leg 2 having drumstick 11. More specifically, in a single position, if leg 2 is on the ground, then the joint reaction force T (F 1 x, F 1 z) is the force T (Fx, Fz) of the support reaction obtained by the above equation (2) , and if foot 2 is a free foot, then T (F 1 x, F 1 z) = T (0, 0). On the other hand, in a two-position state, if leg 2 is a foot on the back of person 1 facing forward in the forward direction, then the joint reaction force T (F 1 x, F 1 z) is the reaction force T (Fx, Fz) support of the above equations (5), and if leg 2 is a foot of the front side, then it is the reaction force T (Ffx, Ffz) of the support of the above equations (5).

Таким образом, силу T(F2x, F2z) реакции сустава, действующую на коленном суставе 10 каждой ноги 2, определяют из данных ускорения T2x, a2z) центра G2 тяжести голени 11, получаемых с помощью средства 33 для вычисления ускорения соответствующей части ноги, данных о силе T(F1x, F1z) реакции опоры, получаемых с помощью средства 36 для оценки силы реакции опоры, данных массы mz голени, получаемых заранее, и значения ускорения g силы тяжести, при использовании вышеупомянутого уравнения (10).Thus, the force T (F 2 x, F 2 z) of the joint reaction acting on the knee joint 10 of each leg 2 is determined from the acceleration data T (a 2 x, a 2 z) of the center of gravity G2 of the lower leg 11 obtained by means of 33 to calculate the acceleration of the corresponding part of the leg, data on the support reaction force T (F 1 x, F 1 z) obtained by means of 36 for evaluating the reaction force of the support, the leg mass data mz obtained in advance, and the gravity acceleration value g, using the above equation (10).

Кроме того, как следует из фиг.11, дано, что момент, действующий на лодыжку 12 у кончика голени 11, равен M1, момент, действующий на часть коленного сустава 10 голени 11, равен М2, момент инерции вокруг центра G2 тяжести голени 11 равен IG2, а угловая скорость вокруг центра G2 тяжести голени равна α2. Кроме того, дано, что в соответствии с вышеупомянутой фиг.4 расстояние между центром G2 тяжести голени 11 и центром коленного сустава 10 составляет t2, а расстояние между центром G2 тяжести голени 11 и лодыжкой 12 составляет t2' (=Ld-t2), а уравнение движения для движения поворота вокруг центра G2 тяжести голени становится следующим уравнением (11).In addition, as follows from Fig. 11, it is given that the moment acting on the ankle 12 at the tip of the lower leg 11 is M 1 , the moment acting on the part of the knee joint 10 of the lower leg 11 is equal to M 2 , the moment of inertia around the center of gravity G2 of the lower leg 11 is equal to I G2 , and the angular velocity around the center of gravity G2 of the lower leg is α 2 . In addition, it is given that in accordance with the above figure 4, the distance between the center of gravity G2 of the lower leg 11 and the center of the knee joint 10 is t 2 , and the distance between the center of gravity G2 of the lower leg 11 and the ankle 12 is t 2 '(= Ld-t 2 ), and the equation of motion for the motion of rotation around the center of gravity G2 of the lower leg becomes the following equation (11).

IG2·α2=M1-M2+F1x·t2'·cosθd-F1z·t2'·sinθd+F2x·t2·cosθd-F2z·t2·sinθd.I G2 · α 2 = M 1 -M 2 + F 1 x · t 2 '· cosθd-F 1 z · t 2 ' · sinθd + F 2 x · t 2 · cosθd-F 2 z · t 2 · sinθd.

Следовательно,Hence,

Figure 00000012
Figure 00000012

В этом случае M1 в уравнении (11) является моментом, получаемым как векторное произведение вектора точки приложения силы реакции опоры, получаемого с помощью вышеупомянутого средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры по отношению к ноге 2, имеющей голень 11, относящегося к уравнению (11), и вектора силы реакции опоры, получаемого с помощью вышеупомянутого средства 36 для оценки силы реакции опоры по отношению к ноге 2. α2 является угловой скоростью голени 11, определяемой с помощью вышеупомянутого средства 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги. θd является углом отклонения голени 11, определяемым с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги. T(F1x, F1z) является, как описано выше, расчетным значением силы реакции опоры, получаемым с помощью вышеупомянутого средства 36 для оценки силы реакции опоры. Кроме того, T(F2x, F2z) получают с помощью вышеупомянутого уравнения (10). Момент IG2 инерции определяют заранее и хранят в арифметическом процессоре 16 вместе с данными массы m2 и размере голени 11 и так далее.In this case, M 1 in equation (11) is the moment obtained as the vector product of the point of application of the reaction force of the support obtained by the aforementioned means 35 for estimating the point of application of the reaction force of the support with respect to the leg 2 having the lower leg 11 related to the equation (11) and the floor reaction force vector produced by the above means 36 to estimate the floor reaction force with respect to the leg 2. α 2 is the angular velocity of the crus 11 determined by the above means 34 to calculate the angular Scabbers the corresponding part of the foot. θd is the deflection angle of the lower leg 11 determined by the aforementioned means 28 for calculating the position of the leg. T (F 1 x, F 1 z) is, as described above, the calculated value of the support reaction force obtained by the aforementioned means 36 for evaluating the support reaction force. In addition, T (F 2 x, F 2 z) is obtained using the above equation (10). The moment I G2 of inertia is determined in advance and stored in the arithmetic processor 16 together with the data of mass m 2 and the size of the lower leg 11 and so on.

Таким образом, момент M2, действующий на коленный сустав 10, получают из данных расчетного значения силы реакции опоры, полученных с помощью средства 36 для оценки силы реакции опоры, данных вектора точки приложения силы реакции опоры, полученных с помощью средства 35 для оценки точки приложения силы реакции опоры, данных угловой скорости α2 голени 11, определенной с помощью средства 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги, данных угла θd отклонения голени 11, определенной с помощью средства 28 для вычисления положения ноги, данных силы T(F2x, F2z) реакции сустава, полученных с помощью вышеупомянутого уравнения (10), и данных момента IG2 инерции, размере Ld и положении t2 центра G2 тяжести голени 11, полученных заранее, используя вышеупомянутое уравнение (11).Thus, the moment M 2 acting on the knee joint 10 is obtained from the data of the calculated value of the support reaction force obtained by means 36 for estimating the support reaction force, the data of the support reaction force application point vector obtained by means 35 for evaluating the application point the reaction force of the support, the data of the angular velocity α 2 of the lower leg 11 determined using the means 34 for calculating the angular velocity of the corresponding part of the leg, the data of the angle θd of the deviation of the lower leg 11 determined using the means 28 for calculating the position of the leg, joint reaction force data T (F 2 x, F 2 z) obtained using the aforementioned equation (10) and inertia moment I G2 , size Ld and t 2 position t 2 of gravity center G2 11 obtained in advance using the above equation ( eleven).

После получения момента M2, действующего на часть коленного сустава 10 голени 11, как описано выше, средство 37 для оценки момента сустава в соответствии с обработкой данных, подобной обработке данных вычисления момента коленного сустава, вычисляет момент, действующий на часть тазобедренного сустава 8 бедра 9. Основная идея этой обработки данных аналогична методике получения момента M2 коленного сустава 10, и, таким образом, отпадает необходимость в ее подробной иллюстрации и объяснении. Ниже приведены основные ее принципы.After receiving the moment M 2 acting on the part of the knee joint 10 of the lower leg 11, as described above, the means 37 for estimating the moment of the joint in accordance with data processing similar to the processing of the data for calculating the moment of the knee joint calculates the moment acting on the part of the hip joint 8 of the thigh 9 The main idea of this data processing is similar to the technique for obtaining the moment M 2 of the knee joint 10, and thus, there is no need for a detailed illustration and explanation thereof. Below are its main principles.

В частности, в начале получают силу T(F3х, F3z) реакции сустава, действующую на часть тазобедренного сустава 8 бедра 9, используя следующее уравнение (12) (уравнение аналогичного вида, что и вышеупомянутое уравнение (10)), основанное на уравнении движения для движения переноса центра G1 тяжести (смотри фиг.4) бедра 9.In particular, at the beginning, the joint reaction force T (F 3 x, F 3 z) is obtained, acting on the part of the hip joint 8 of the hip 9, using the following equation (12) (an equation of the same form as the above equation (10)), based on the equation of motion for the motion of the center of gravity transfer G1 (see figure 4) of the hip 9.

Figure 00000013
Figure 00000013

В этом случае сила T(F2x, F2z) является силой реакции коленного сустава 10, полученной прежде с помощью вышеупомянутого уравнения (10). Ускорение T(a1x, a1z) является ускорением (ускорением переноса) центра G1 тяжести бедра 9 в абсолютной системе Cf координат, которое получают с помощью вышеупомянутого средства 33 для вычисления ускорения соответствующей части ноги. Кроме того, масса m1 является массой бедра 9, полученной заранее, а g является ускорением силы тяжести.In this case, the force T (F 2 x, F 2 z) is the reaction force of the knee joint 10, previously obtained using the above equation (10). The acceleration T (a 1 x, a 1 z) is the acceleration (transfer acceleration) of the center of gravity G1 of the hip 9 in the absolute coordinate system Cf, which is obtained using the above-mentioned means 33 for calculating the acceleration of the corresponding part of the leg. In addition, the mass m 1 is the mass of the thigh 9 obtained in advance, and g is the acceleration of gravity.

В таком случае получают момент M3, действующий на часть тазобедренного сустава бедра 9, используя следующее уравнение (13), основанное на уравнении движения для движения поворота вокруг центра G1 тяжести бедра 9.In this case, the moment M 3 is obtained, acting on the part of the hip joint of the thigh 9, using the following equation (13) based on the equation of motion for the rotation around the center of gravity G1 of the thigh 9.

Figure 00000014
Figure 00000014

В этом случае M2 является моментом коленного сустава 10, полученным с помощью вышеупомянутого уравнения (11), сила T(F2x, F2z) является силой реакции коленного сустава 10, полученной с помощью вышеупомянутого уравнения (10), сила T(F3x, F3z) является силой реакции тазобедренного сустава 8, полученной с помощью вышеупомянутого уравнения (12), IG2 является моментом инерции вокруг центра G1 тяжести бедра 9, полученным заранее, угловая скорость α1 является угловой скоростью бедра 9, полученной с помощью вышеупомянутого средства 34 для вычисления угловой скорости соответствующей части ноги, а θс является углом отклонения бедра 9, полученным с помощью вышеупомянутого средства 28 для вычисления положения ноги. Кроме того, расстояние t1 является расстоянием от центра тазобедренного сустава 8 до центра G1 тяжести бедра 9 (смотри фиг.4), а расстояние t1' является расстоянием от центра коленного сустава 10 до центра G1 тяжести бедра 9 (Lc-t1 на фиг.4), которые определяют на основе положения центра G1 тяжести и размера (длины) бедра 9, полученных заранее.In this case, M 2 is the moment of the knee joint 10 obtained using the above equation (11), the force T (F 2 x, F 2 z) is the reaction force of the knee joint 10 obtained using the above equation (10), the force T ( F 3 x, F 3 z) is the reaction force of the hip joint 8 obtained using the above equation (12), I G2 is the moment of inertia around the center of gravity G1 of the thigh 9 obtained in advance, the angular velocity α 1 is the angular velocity of the thigh 9 obtained using the aforementioned means 34 for calculating the angular velocity awns corresponding leg, and θs is the angle of deflection of the thigh 9, obtained via the aforementioned means 28 for calculating the position of the legs. In addition, the distance t 1 is the distance from the center of the hip joint 8 to the center of gravity G1 of the thigh 9 (see FIG. 4), and the distance t 1 'is the distance from the center of the knee joint 10 to the center G1 of the gravity of the thigh 9 (Lc-t 1 on 4), which are determined based on the position of the center G1 of gravity and the size (length) of the thigh 9 obtained in advance.

Обработку данных, описанную выше, последовательно выполняют на время цикла вышеупомянутого арифметического процессора 16, так что сила реакции опоры, действующая на каждую ногу 2, и моменты, действующие на коленный сустав 10 и тазобедренный сустав 9 каждой ноги 2, последовательно оценивают в реальном масштабе времени.The data processing described above is sequentially performed for the cycle time of the aforementioned arithmetic processor 16, so that the support reaction force acting on each leg 2 and the moments acting on the knee joint 10 and the hip joint 9 of each leg 2 are sequentially evaluated in real time .

Хотя в этой заявке и не приведено подробного описания, но полученные расчетные значения моментов, действующих на коленных суставах 10 и тазобедренных суставах 8, используют для управления, например, устройства, способствующего ходьбе человека 1 (устройство содержит электрические двигатели или аналогичные исполнительные механизмы, которые могут прикладывать вспомогательные крутящие моменты к коленным суставам 10 и тазобедренным суставам 8).Although this application does not provide a detailed description, the calculated values of the moments acting on the knee joints 10 and hip joints 8 are used to control, for example, a device that promotes walking of a person 1 (the device contains electric motors or similar actuators, which can apply auxiliary torques to the knee joints 10 and the hip joints 8).

Состояния временных изменений расчетных значений сил реакции опоры (в частности, абсолютных величин расчетных значений сил реакции опоры), полученных посредством вышеупомянутой обработки данных арифметического процессора 16, показаны на фиг.12-14 сплошными линиями. Кроме того, состояния временных изменений расчетных значений моментов на коленном суставе 10 и тазобедренном суставе 8, полученных посредством обработки данных арифметического процессора 16, показаны на фиг.15 сплошными линиями. В этом случае, на фиг.12 и фиг.15 приведены иллюстрации, в которых человек 1 идет по плоской площадке по существу с постоянной скоростью, на фиг.13 приведена иллюстрация, в которой человек 1 идет вверх по лестнице, а на фиг.14 приведена иллюстрация, в которой человек 1 встает из состояния сидения на стуле. На фиг.12-14 штрихпунктирными линиями также иллюстрируются сравнительные примеры (соответствующие истинным значениям сил реакции опоры), полученные посредством фактического измерения сил реакции опоры при использовании измерителя силы или аналогичного измерительного прибора. Кроме того, на фиг.15 штрихпунктирными линиями также иллюстрируются сравнительные примеры (соответствующие истинным значениям моментов на коленном суставе 10 и тазобедренном суставе 8), полученные посредством фактического измерения моментов на коленном суставе 10 и тазобедренном суставе 8 при использовании измерителя крутящего момента или аналогичного измерительного прибора.The states of temporary changes in the calculated values of the support reaction forces (in particular, the absolute values of the calculated values of the support reaction forces) obtained by the above-mentioned data processing of the arithmetic processor 16 are shown in Figs. 12-14 by solid lines. In addition, the state of temporary changes in the calculated values of the moments on the knee joint 10 and the hip joint 8 obtained by processing the data of the arithmetic processor 16 are shown in Fig. 15 by solid lines. In this case, FIG. 12 and FIG. 15 are illustrations in which person 1 is walking on a flat platform at substantially constant speed, FIG. 13 is an illustration in which person 1 is walking up the stairs, and FIG. 14 an illustration is shown in which person 1 rises from a state of sitting on a chair. 12-14, dotted lines also illustrate comparative examples (corresponding to the true values of the support reaction forces) obtained by actually measuring the reaction forces of the support using a force meter or similar measuring device. In addition, FIG. 15 also shows comparative examples (corresponding to the true values of the moments on the knee joint 10 and the hip joint 8), obtained by actually measuring the moments on the knee joint 10 and the hip joint 8 using a torque meter or a similar measuring device. .

Из фиг.12-14 становится очевидным, что в соответствии с настоящим изобретением точные расчетные значения сил реакции опоры получены независимо от типа движения окружающей среды ног 2. Кроме того, в настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.15, моменты на коленном суставе 10 и тазобедренном суставе 8 могут быть также оценены с относительно высокой точностью при использовании расчетных значений сил реакции опоры.12-14, it becomes apparent that in accordance with the present invention, the exact calculated values of the reaction forces of the support are obtained regardless of the type of movement of the environment of the legs 2. In addition, in the present embodiment, as shown in FIG. 15, moments on the knee joint 10 and the hip joint 8 can also be estimated with relatively high accuracy using the calculated support reaction forces.

Как описано выше, в соответствии с этим вариантом осуществления представляется возможным просто оценить в реальном масштабе времени силу реакции опоры, действующую на тазобедренный сустав 8 и коленный сустав 10 каждой ноги 2, при использовании относительно небольших и легких датчиков, например датчиков 22 и 23, прикрепленных к тазобедренным суставам 8 и коленным суставам 10, соответственно, и гиродатчиков 14 и 19 и измерителей 15, 20 и 21, прикрепленных к туловищу 5, без крепления таких датчиков к ногам 2, так как это препятствует ходьбе человека или создает нагрузки для движения ног 2. Кроме того, такая оценка может быть выполнена с относительно высокой точностью независимо от типа движения или окружающей среды движения ног 2, то есть идет ли человек по плоской площадке, поднимается ли по лестнице и так далее.As described above, in accordance with this embodiment, it is possible to simply evaluate in real time the reaction force of the support acting on the hip joint 8 and knee joint 10 of each leg 2, using relatively small and light sensors, for example, sensors 22 and 23, attached to the hip joints 8 and knee joints 10, respectively, and gyro sensors 14 and 19 and meters 15, 20 and 21 attached to the body 5, without the attachment of such sensors to the legs 2, as this prevents walking or çäàåò load leg movement 2. In addition, such an assessment may be made with relatively high accuracy irrespective of the motion type or motion environment of legs 2, that is, whether there is a person on the flatland, whether the ladder is raised, and so on.

В варианте осуществления, который был описан выше, описание было дано для случая, взятого в качестве примера, в котором настоящее изобретение применяется для человека 1. Однако настоящее изобретение применимо также к двуногому шагающему роботу, взятому в качестве двуногого шагающего движущегося тела. Здесь, в случае двуногого шагающего робота, он может иметь конструкцию, в которой талия и грудная клетка выполнены как одно целое. В этом случае представляется возможным прикрепить гиродатчик и измеритель ускорения в направлении вперед-назад к талии или грудной клетке и оценивать силы реакции опоры и моменты на суставах ног аналогичным образом, как это делается в настоящем варианте осуществления изобретения. Кроме того, в случае двуногого шагающего робота также представляется возможным определять углы сгибания тазобедренных суставов и коленных суставов на основе управляющих величин контроллера для исполнительных механизмов этих суставов.In the embodiment described above, the description was given for a case taken as an example in which the present invention is applied to human 1. However, the present invention also applies to a biped walking robot, taken as a biped walking walking body. Here, in the case of a bipedal walking robot, it can have a structure in which the waist and chest are made as one unit. In this case, it is possible to attach the gyro sensor and the acceleration meter in the forward-backward direction to the waist or chest and evaluate the reaction forces of the support and the moments on the joints of the legs in the same way as in the present embodiment. In addition, in the case of a bipedal walking robot, it also seems possible to determine the bending angles of the hip joints and knee joints based on the control values of the controller for the actuators of these joints.

В вышеупомянутом варианте осуществления данные детектирования измерителя 21 ускорения талии в направлении вверх-вниз используют для оценки состояния движения ног 2. Однако вместо таких данных детектирования можно использовать, например, составляющие ускорения а0 талии 3 в вертикальном направлении (в направлении оси Z) в абсолютной системе Cf координат, которые получают с помощью вышеупомянутого средства 27 для измерения опорного ускорения.In the aforementioned embodiment, the detection data of the waist acceleration meter 21 in the up and down direction is used to assess the state of movement of the legs 2. However, instead of such detection data, for example, the acceleration components a0 of the waist 3 in the vertical direction (in the Z-axis direction) in the absolute system can be used Cf coordinates that are obtained using the aforementioned means 27 for measuring reference acceleration.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Как описано выше, настоящее изобретение является пригодным при осуществлении содействия ходьбе или регулирования ходьбы двуногого шагающего движущегося тела, например человека или робота, при этом могут быть определены силы реакции опоры и моменты суставов, действующие на ноги движущегося тела.As described above, the present invention is useful in facilitating walking or regulating the walking of a bipedal walking moving body, such as a person or a robot, while support reaction forces and joint moments acting on the legs of the moving body can be determined.

Claims (9)

1. Способ оценки силы реакции опоры, действующей на каждую из ног двуногого шагающего движущегося тела, предусматривающий1. A method of evaluating the reaction force of the support acting on each of the legs of a bipedal walking moving body, comprising первый этап оценки того, является ли состояние движения ног указанного двуногого шагающего движущегося тела состоянием одного положения, в котором только одна из ног касается грунта, или состоянием двух положений, в котором обе ноги касаются грунта;a first step in evaluating whether the state of movement of the legs of the biped walking body is a state of one position in which only one of the legs touches the ground, or a state of two positions in which both legs touch the ground; второй этап последовательного определения положений центра тяжести указанного двуногого шагающего движущегося тела и последовательного определения ускорений указанного центра тяжести в абсолютной системе координат, зафиксированной относительно грунта, путем использования данных временного ряда положений указанного центра тяжести;the second stage of sequentially determining the positions of the center of gravity of the indicated biped walking moving body and sequentially determining the accelerations of the specified center of gravity in the absolute coordinate system fixed relative to the ground by using data from a time series of the positions of the specified center of gravity; третий этап последовательного определения положений конкретной части относительно указанного центра тяжести, по меньшей мере, в указанном состоянии двух положений, причем указанная конкретная часть предварительно определена в окрестности нижней концевой части каждой ноги;a third step of sequentially determining the positions of a particular part with respect to the indicated center of gravity in at least two states in the indicated state, said specific part being predetermined in the vicinity of the lower end part of each leg; этап получения расчетных значений указанной силы реакции опоры, действующей на ногу, касающуюся грунта, последовательно, в состоянии одного положения указанного двуногого шагающего движущегося тела на основе уравнения движения для указанного центра тяжести, выражаемого с помощью массы и ускорения силы тяжести двуногого шагающего движущегося тела, ускорения указанного центра тяжести и указанной силы реакции опоры, действующей на ногу, касающуюся грунта;the step of obtaining the calculated values of the indicated reaction force of the support acting on the foot touching the ground, sequentially, in the state of one position of the indicated biped walking moving body based on the equation of motion for the specified center of gravity, expressed using mass and acceleration of gravity of the biped walking walking body, acceleration the specified center of gravity and the indicated reaction force of the support acting on the foot touching the ground; этап получения расчетных значений указанных сил реакции опоры, действующих на обе ноги, последовательно, в состоянии двух положений указанного двуногого шагающего движущегося тела на основе уравнения движения для указанного центра тяжести, выраженного с помощью массы и ускорения силы тяжести двуногого шагающего движущегося тела, ускорения указанного центра тяжести и указанных сил реакций опоры, действующих на обе ноги, и выражения зависимости между положением указанной конкретной части каждой ноги относительно указанного центра тяжести и указанной силы реакции опоры, действующей на указанную ногу, причем указанное выражение зависимости определяют на основе допущения, что указанная сила реакции опоры, действующая на каждую ногу, действует из указанной конкретной части указанной ноги к указанному центру тяжести.the step of obtaining the calculated values of the indicated reaction forces of the support acting on both legs, sequentially, in the state of two positions of the specified biped walking moving body based on the equation of motion for the specified center of gravity, expressed using mass and acceleration of gravity of the biped walking walking body, acceleration of the specified center the severity and the indicated reaction forces of the support acting on both legs, and the expression of the relationship between the position of the specified specific part of each leg relative to the specified center STI and said floor reaction force acting on said leg, said expression is determined depending on the assumption that said floor reaction force acting on each leg body acts from said specific portion of said leg to said center of gravity. 2. Способ по п.1, в котором указанной конкретной частью каждой ноги является лодыжка указанной ноги.2. The method according to claim 1, wherein said specific part of each leg is an ankle of said leg. 3. Способ по п.1, дополнительно предусматривающий этап измерения ускорения в направлении вверх-вниз нижней части тела, поддерживаемой на обеих ногах посредством тазобедренного сустава каждой ноги, причем указанная нижняя часть тела расположена вблизи указанных тазобедренных суставов, в котором на указанном первом этапе состояние движения указанного двуногого шагающего движущегося тела оценивают так, что если ускорение указанной нижней части тела в направлении вверх-вниз увеличивается до заданного порогового значения или более, то начинается указанное состояние двух положений, тогда как состояние одного положения заканчивается, и если расчетное значение указанной силы реакции опоры, действующей на ногу, которая собирается сделать отрыв, уменьшается до заданного порогового значения или менее в указанном состоянии двух положений, то указанное состояние двух положений заканчивается, тогда как указанное состояние одного положения начинается.3. The method according to claim 1, further comprising the step of measuring acceleration in the up-down direction of the lower body supported on both legs by the hip joint of each leg, said lower body being located near said hip joints, wherein the movements of said bipedal walking moving body are evaluated so that if the acceleration of said lower body in the up-down direction increases to a predetermined threshold value or more, then the specified state of two positions is determined, while the state of one position ends, and if the calculated value of the indicated reaction force of the support acting on the leg, which is going to make a separation, decreases to a predetermined threshold value or less in the specified state of two positions, then the specified state of two positions ends , while the indicated state of one position begins. 4. Способ по п.1, дополнительно предусматривающий этап соответствующего измерения угла отклонения тела, поддерживаемого на обеих ногах посредством тазобедренного сустава каждой ноги, углов сгибания, по меньшей мере, тазобедренного сустава и коленного сустава каждой ноги и ускорения заданной опорной точки указанного двуногого шагающего движущегося тела в указанной абсолютной системе координат, в котором на указанном втором этапе на основе угла отклонения указанного тела, углов сгибания указанных тазобедренных суставов и указанных коленных суставов, модели связи жестких тел, образованной путем представления указанного двуногого шагающего движущегося тела как связного тела из множества жестких тел, предварительно определенных масс соответствующих частей соответствующего жесткого тела двуногого шагающего движущегося тела, соответствующих соответствующим жестким телам указанной модели связи жестких тел, и положений, предварительно определенных центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях соответствующего жесткого тела, последовательно определяют положения центра тяжести указанного двуногого шагающего движущегося тела относительно указанной опорной точки, последовательно определяют ускорения указанного центра тяжести относительно указанной опорной точки на основе данных временного ряда положений указанного центра тяжести, а ускорение указанного центра тяжести в указанной абсолютной системе координат определяют из ускорения указанного центра тяжести относительно указанной опорной точки и ускорения указанной опорной точки в указанной абсолютной системе координат.4. The method according to claim 1, further comprising the step of appropriately measuring the angle of deviation of the body supported on both legs by the hip joint of each leg, the bending angles of at least the hip joint and knee joint of each leg, and accelerating the predetermined reference point of the indicated bipedal walking body in the specified absolute coordinate system in which at the specified second stage, based on the angle of deviation of the specified body, the bending angles of the specified hip joints and the specified track joints, a rigid body coupling model formed by representing the indicated biped walking walking body as a connected body from a plurality of rigid bodies, predetermined masses of the corresponding parts of the corresponding rigid body of the biped walking walking body, corresponding to the corresponding rigid bodies of the specified rigid body coupling model, and positions, predefined centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body in the corresponding parts of the corresponding rigid body, the positions of the center of gravity of the indicated biped walking moving body relative to the indicated reference point are determined, the accelerations of the specified center of gravity relative to the indicated reference point are successively determined based on the time series of the positions of the specified center of gravity, and the acceleration of the specified center of gravity in the specified absolute coordinate system is determined from the acceleration of the specified center gravity relative to the specified reference point and the acceleration of the specified reference point in the specified absolute system coordinates. 5. Способ по п.4, в котором указанную опорную точку устанавливают на указанном теле.5. The method according to claim 4, in which the specified reference point is installed on the specified body. 6. Способ по п.4, в котором указанное тело имеет талию, связанную с обеими ногами посредством тазобедренных суставов, и грудную клетку, расположенную на талии так, чтобы отклоняться относительно указанной талии, а угол отклонения указанного тела, используемый для определения положения указанного центра тяжести, содержит углы отклонения талии и грудной клетки.6. The method according to claim 4, in which the specified body has a waist associated with both legs through the hip joints, and a chest located on the waist so as to deviate from the specified waist, and the angle of deviation of the specified body used to determine the position of the specified center severity, contains the angles of deviation of the waist and chest. 7. Способ по п.6, в котором указанная модель связи жестких тел является моделью, представляющей голень, расположенную на нижней стороне коленного сустава каждой ноги двуногого шагающего движущегося тела, бедро между указанным коленным суставом и указанным тазобедренным суставом, указанную талию и верхнюю часть тела, расположенную на верхней стороне указанной талии и включающую в себя указанную грудную клетку, в качестве жестких тел.7. The method according to claim 6, in which the specified model of the connection of rigid bodies is a model representing the lower leg located on the lower side of the knee joint of each leg of a bipedal walking moving body, the hip between the specified knee joint and the specified hip joint, the specified waist and upper body located on the upper side of the specified waist and including the specified chest, as rigid bodies. 8. Способ оценки момента, действующего, по меньшей мере, на один сустав каждой ноги двуногого шагающего движущегося тела, путем использования расчетных значений силы реакции опоры на каждой ноге, последовательно определенных с помощью способа по п.1, предусматривающий8. A method for evaluating the moment acting on at least one joint of each leg of a bipedal walking moving body by using the calculated values of the reaction force of the support on each leg, sequentially determined using the method according to claim 1, comprising этап соответствующего измерения угла отклонения тела, поддерживаемого на обеих ногах посредством тазобедренного сустава каждой ноги, углов сгибания, по меньшей мере, тазобедренного сустава и коленного сустава каждой ноги и ускорения заданной опорной точки указанного двуногого шагающего движущегося тела в указанной абсолютной системе координат;a step of appropriately measuring a body deflection angle supported on both legs by a hip joint of each leg, bending angles of at least a hip joint and a knee joint of each leg, and accelerating a predetermined reference point of the indicated biped walking moving body in the indicated absolute coordinate system; этап последовательного определения углов отклонения соответствующих частей соответствующего жесткого тела двуногого шагающего движущегося тела, соответствующих соответствующим жестким телам указанной модели связи жестких тел, на основе угла отклонения указанного тела, углов сгибания соответственно указанного тазобедренного сустава и указанного коленного сустава каждой ноги и модели связи жестких тел, образованной путем представления указанного двуногого шагающего движущегося тела как связного тела из множества жестких тел;the step of sequentially determining the deflection angles of the corresponding parts of the corresponding rigid body of the bipedal walking moving body, corresponding to the corresponding rigid bodies of the specified rigid body coupling model, based on the deflection angle of the specified body, the bending angles of the indicated hip joint and the specified knee joint of each leg and the rigid body coupling model, formed by representing the indicated two-legged walking moving body as a coherent body of many rigid bodies; этап последовательного определения положений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела относительно указанной опорной точки на основе углов отклонения указанных соответствующих частей соответствующего жесткого тела, предварительно определенных масс соответствующих частей соответствующего жесткого тела и положений предварительно определенных центров тяжести соответствующих частей жесткого тела, в соответствующих частях соответствующего жесткого тела и последовательного определения ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела относительно указанной опорной точки на основе данных временного ряда положений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела:the step of sequentially determining the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body relative to the indicated reference point based on the deflection angles of the indicated corresponding parts of the corresponding rigid body, the predetermined masses of the corresponding parts of the corresponding rigid body and the positions of the predefined centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body, in the corresponding parts of the corresponding rigid body and sequential determination of accelerations cent s gravity of the respective rigid-body portions relative to said reference point based on time series data positions corresponding to the centers of gravity corresponding to the rigid body parts: этап последовательного определения ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела в указанной абсолютной системе координат из ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела относительно указанной опорной точки и ускорений указанной опорной точки в указанной абсолютной системе координат;the step of sequentially determining the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body in the specified absolute coordinate system from the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body relative to the specified reference point and the accelerations of the specified reference point in the specified absolute coordinate system; этап последовательного определения угловых скоростей соответствующих частей соответствующего жесткого тела на основе данных временного ряда углов отклонения соответствующих частей соответствующего жесткого тела;the step of sequentially determining the angular velocities of the corresponding parts of the corresponding rigid body based on data from a time series of deviation angles of the corresponding parts of the corresponding rigid body; этап последовательного определения расчетных положений точки приложения силы реакции опоры каждой ноги в указанном двуногом шагающем движущемся теле на основе, по меньшей мере, угла отклонения бедра указанной ноги и угла сгибания коленного сустава указанной ноги в качестве соответствующих частей жесткого тела указанного двуногого шагающего движущегося тела иa step of sequentially determining the calculated positions of the point of application of the reaction force of the support of each leg in the indicated biped walking moving body based on at least the angle of deviation of the thigh of the specified leg and the angle of flexion of the knee joint of the specified leg as the corresponding parts of the rigid body of the specified biped walking moving body and этап оценки момента, действующего, по меньшей мере, на один из суставов каждой ноги указанного двуногого шагающего движущегося тела на основе модели обратной динамики при использовании расчетных значений указанной силы реакции опоры, расчетного положения указанной точки приложения силы реакции опоры, ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела и угловых скоростей указанных соответствующих частей соответствующего жесткого тела в указанной абсолютной системе координат, углов отклонения соответствующих частей соответствующего жесткого тела, предварительно определенных масс и размеров соответствующих частей соответствующего жесткого тела, положений предварительно определенных центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях соответствующего жесткого тела, и предварительно определенных моментов инерции соответствующих частей соответствующего жесткого тела.the step of evaluating the moment acting on at least one of the joints of each leg of the indicated biped walking moving body based on the inverse dynamics model using the calculated values of the indicated support reaction force, the calculated position of the indicated application point of the support reaction force, the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body and angular velocities of the indicated corresponding parts of the corresponding rigid body in the specified absolute coordinate system, deviation angles respectively uyuschih parts corresponding rigid body of predetermined weight and dimensions of the respective parts of the corresponding rigid bodies of predetermined positions corresponding to the centers of gravity of the rigid body portions in the respective parts of the respective rigid-body and the pre-defined moments of inertia of the respective portions corresponding to the rigid body. 9. Способ оценки момента, действующего, по меньшей мере, на один сустав каждой ноги двуногого шагающего движущегося тела, путем использования расчетных значений силы реакции опоры на каждой ноге, последовательно определенных с помощью способа по п.4, предусматривающий9. A method for evaluating the moment acting on at least one joint of each leg of a bipedal walking moving body by using the calculated values of the reaction force of the support on each leg, sequentially determined using the method of claim 4, comprising этап последовательного определения углов отклонения в указанной абсолютной системе координат соответствующих частей соответствующего жесткого тела двуногого шагающего движущегося тела, соответствующих жестким телам указанной модели связи жестких тел, на основе угла отклонения указанного тела, углов сгибания соответственно указанного тазобедренного сустава и указанного коленного сустава каждой ноги и указанной модели связи жестких тел;the step of sequentially determining the deviation angles in the indicated absolute coordinate system of the corresponding parts of the corresponding rigid body of the bipedal walking moving body corresponding to the rigid bodies of the specified rigid body communication model, based on the deflection angle of the specified body, the bending angles of the specified hip joint and the specified knee joint of each leg and the specified rigid body communication models; этап последовательного определения положений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела относительно указанной опорной точки на основе углов отклонения указанных соответствующих частей соответствующего жесткого тела, предварительно определенных масс соответствующих частей соответствующего жесткого тела и положений центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях соответствующего жесткого тела и последовательного определения ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела относительно указанной опорной точки на основе данных временного ряда положений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела;the step of sequentially determining the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body relative to the indicated reference point based on the deflection angles of the indicated corresponding parts of the corresponding rigid body, the predetermined masses of the corresponding parts of the corresponding rigid body and the positions of the centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body in the corresponding parts of the corresponding rigid body and sequential determining accelerations of the centers of gravity corresponding to stey appropriate rigid body with respect to said reference point based on time series data corresponding to positions of centers of gravity of the corresponding parts of the rigid body; этап последовательного определения ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела в указанной абсолютной системе координат из ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела относительно указанной опорной точки и ускорений указанной опорной точки в указанной абсолютной системе координат;the step of sequentially determining the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body in the specified absolute coordinate system from the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body relative to the specified reference point and the accelerations of the specified reference point in the specified absolute coordinate system; этап последовательного определения угловых скоростей соответствующих частей соответствующего жесткого тела на основе данных временного ряда углов отклонения соответствующих частей соответствующего жесткого тела;the step of sequentially determining the angular velocities of the corresponding parts of the corresponding rigid body based on data from a time series of deviation angles of the corresponding parts of the corresponding rigid body; этап последовательного определения расчетных положений точки приложения силы реакции опоры каждой ноги в указанном двуногом шагающем движущемся теле на основе, по меньшей мере, угла отклонения бедра указанной ноги и угла сгибания коленного сустава указанной ноги в качестве соответствующих частей жесткого тела указанного двуногого шагающего движущегося тела иthe step of sequentially determining the calculated positions of the point of application of the reaction force of the support of each leg in the indicated biped walking moving body based on at least the angle of deviation of the thigh of the specified leg and the angle of flexion of the knee joint of the specified leg as the corresponding parts of the rigid body of the specified biped walking moving body and этап оценки момента, действующего, по меньшей мере, на один из суставов каждой ноги указанного двуногого шагающего движущегося тела на основе модели обратной динамики при использовании расчетного значения указанной силы реакции опоры, расчетного положения указанной точки приложения силы реакции опоры, ускорений центров тяжести соответствующих частей соответствующего жесткого тела и угловых скоростей указанных соответствующих частей соответствующего жесткого тела в указанной абсолютной системе координат, углов отклонения соответствующих частей соответствующего жесткого тела, предварительно определенных масс и размеров соответствующих частей соответствующего жесткого тела, положений предварительно определенных центров тяжести соответствующих частей жесткого тела в соответствующих частях соответствующего жесткого тела и предварительно определенных моментов инерции соответствующих частей соответствующего жесткого тела.the step of evaluating the moment acting on at least one of the joints of each leg of the indicated biped walking moving body based on the inverse dynamics model using the calculated value of the indicated support reaction force, the calculated position of the indicated support reaction force application point, the accelerations of the centers of gravity of the corresponding parts of the corresponding rigid body and angular velocities of the indicated corresponding parts of the corresponding rigid body in the specified absolute coordinate system, deviation angles respectively pertinent part a corresponding rigid body of predetermined weight and dimensions of the respective parts of the corresponding rigid bodies of predetermined positions corresponding to the centers of gravity of the rigid body portions in the respective parts of the respective rigid-body and the pre-defined moments of inertia of the respective portions corresponding to the rigid body.
RU2004102386/28A 2001-06-27 2002-06-27 Support reaction evaluating method amd method for evaluating moments of articulated joints of double-leg walking body RU2272705C2 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US30081501P 2001-06-27 2001-06-27
US60/300,815 2001-06-27
US60/300815 2001-06-27
JP2001214174 2001-07-13
JP2001-214174 2001-07-13
JP2002-039201 2002-02-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004102386A RU2004102386A (en) 2005-02-27
RU2272705C2 true RU2272705C2 (en) 2006-03-27

Family

ID=35286201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004102386/28A RU2272705C2 (en) 2001-06-27 2002-06-27 Support reaction evaluating method amd method for evaluating moments of articulated joints of double-leg walking body

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2272705C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004102386A (en) 2005-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2296668C2 (en) Method for evaluating reaction of support and method for evaluating moments of two-legged walking body&#39;s joints
EP1415770B1 (en) Method of estimating floor reactions of bipedal walking body; and method of estimating joint moments of bipedal walking body
US6971267B2 (en) Method and processor for obtaining moments and torques in a biped walking system
US7402142B2 (en) Method and processor for obtaining moments and torques in a biped walking system
EP1627712B1 (en) Method of assuming acting point of floor reaction force to biped walking mobile body and method of assuming joint moment of biped walking mobile body
EP1627711B1 (en) Method of assuming acting point of floor reaction force to biped walking mobile body and method of assuming joint moment of biped walking mobile body
JP3844695B2 (en) Method of estimating floor reaction force action point for bipedal mobile body
JP4130739B2 (en) Method for estimating floor reaction force of bipedal moving objects
RU2272705C2 (en) Support reaction evaluating method amd method for evaluating moments of articulated joints of double-leg walking body

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120628