WO2005018525A1 - 装着式動作補助装置、装着式動作補助装置の制御方法および制御用プログラム - Google Patents

Abstract

　装着者の動作を補助あるいは代行する装着式動作補助装置は、装着者１に対して動力を付与するアクチュエータ201を有した動作補助装着具２と、装着者１の生体信号を検出する生体信号センサ221と、装着者１の筋骨格系を動作させるための神経伝達信号ｂおよび筋活動に伴う筋電位信号ｃを、生体信号センサにより検出された生体信号ａから取得する生体信号処理手段３と、生体信号処理手段３により取得された神経伝達信号ｂおよび筋電位信号ｃを用い、装着者１の意思に従った動力をアクチュエータ201に発生させるための指令信号ｄを生成する随意的制御手段４と、随意的制御手段４により生成された指令信号ｄに基づいて、神経伝達信号ｂに応じた電流および筋電位信号ｃに応じた電流をそれぞれ生成し、アクチュエータ201に供給する駆動電流生成手段５とを備える。

Description

明 細 書

装着式動作補助装置、装着式動作補助装置の制御方法および制御用プ ログラム

技術分野

[0001] 本発明は、装着者の動作を補助あるいは代行する装着式動作補助装置、装着式 動作補助装置の制御方法および制御用プログラムに関し、特に装着者に対して与え る違和感を抑えることのできる装着式動作補助装置、装着式動作補助装置の制御方 法および制御用プログラムに関する。

背景技術

[0002] 身体障害者や高齢者等にとっては、健常者であれば簡単に行える動作でも非常に 困難である場合が多い。このような人達のために今日まで種々の補助装置が開発さ れ、実用化されてきた。このような補助装置には、車椅子や介護ベッドのように装着 者が乗ってスィッチによりモータ等のァクチユエータを駆動させ、不足した力を補助 する装置と、人間に装着され、装着者の意思に基づいて動作に必要な力を補助する 装置とがある。人間に装着されるいわゆる装着式動作補助装置は、装着者の意思に 基づき必要な動力を随時発生でき、かつ介護者を必要としないので、身体的障害者 や高齢者等の介護、あるいはけが人や病人等のリハビリテーションに非常に便利で あり、実用化が期待されている。このような装着式動作補助装置としては、装着者の 筋活動に伴う筋電位信号を検出し、この検出結果に基づいてァクチユエータを駆動 することにより、ァクチユエータを装着者の意思に従って随意的に制御する装置が提 案されてレ、る ( 特午文 S I： Takao Nakai, uwoong Lee, Hiroaki Kawamoto and Yoshiyuki Sankai,

"Development of Power Assistive Leg for Walking Aid using EMG and Linux," Second Asian Symposium on Industrial Automation and Robotics, BITiiLH,

Bangkok,

Thailand, May 17-18, 2001)。

[0003] ところで、装着式動作補助装置では、動作補助のための動力を装着者に付与する タイミングが装着者の動きと調和しなければ、動作がぎこちなくなり、装着者にいわゆ る違和感を与えるという問題がある。ここで、動力付与のタイミングを装着者の動きと 調和させるには、タイミングを装着者の動きよりも所要の微小時間だけ早くする必要 力あることが知られている。

[0004] しかしながら、非特許文献 1の装着式動作補助装置では、装着者からの筋電位信 号を検出した後にァクチユエータに動力を発生させるための処理を開始するので、 動力付与のタイミングが装着者の動きよりも遅れ、装着者に著しレ、違和感を与える虞 があった。そこで、従来においては、人間の動作を複数のパターン (タスク）に分類す るとともに、各タスクを複数の所定の最小動作単位 (フェーズ）に分割し、フェーズ毎 に予め設定した大きさの電流を供給することにより、ァクチユエータを駆動制御する 装置が提案されている（非特許文献 2 /'Predictive Control Estimating Operator's Intention for

Stepping-up Motion by Exo-Skeleton Type Power Assist System HAL,"

Proceedings of the 2001 IEEE/RSJ, International Conference on Intelligent

Robots and Systems, Maui, Hawaii, Oct. 29 - Nov. 03, 2001， pp. 1578-1583) (非特 許文献 3 :李秀雄、山海嘉之、「Phase

Sequenceと EMGを用いた立ち座り、歩行動作のパワーアシスト制御」、第 19回日本口 ボット学会学術講演会予稿集 (2001年) )。

[0005] これらの装着式動作補助装置では、装着者から検出した関節角度等の物理量に 基づいて、装着者のタスクのフェーズを推定するとともに、推定したフェーズに応じて ァクチユエータを制御（自律制御）することにより、動力付与のタイミングの遅れに伴う 違和感を低減するようにしてレ、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかしながら、上記非特許文献 2および 3の装着式動作補助装置の制御系では、 自 律的制御によるものであるため、つまずく等の予期せぬ動作変更が生じた場合には 、該当するタスクのフェーズへの切り替えを円滑に行うことができず、装着者に著しい 違和感を与える虞があった。 [0007] 従って、本発明は、装着者に与える違和感を可及的に抑えることができる装着式動 作補助装置、装着式動作補助装置の制御方法および制御用プログラムを提供する ことを課題としている。

課題を解決するための手段

[0008] 上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

[0009] 本発明は、装着者の動作を補助あるいは代行する装着式動作補助装置であって、 装着者に対して動力を付与するァクチユエータを有した動作補助装着具と、装着者 の生体信号を検出する生体信号センサと、装着者の筋骨格系を動作させるための神 経伝達信号および筋活動に伴う筋電位信号を、生体信号センサにより検出された生 体信号から取得する生体信号処理手段と、生体信号処理手段により取得された神経 伝達信号および筋電位信号を用い、装着者の意思に従った動力をァクチユエータに 発生させるための指令信号を生成する随意的制御手段と、随意的制御手段により生 成された指令信号に基づレ、て、神経伝達信号に応じた電流および筋電位信号に応 じた駆動電流をそれぞれ生成し、ァクチユエータに供給する駆動電流生成手段とを 備えることを特 ί数とするものである。

[0010] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法は、装着者に対して動力を付与 するァクチユエータを有した動作補助装着具が装着者に装着された状態において、 装着者の生体信号を検出し、検出した生体信号から、装着者の筋骨格系を動作させ るための神経伝達信号および筋活動に伴う筋電位信号を取得し、取得した神経伝達 信号および筋電位信号を用い、装着者の意思に従った動力をァクチユエータに発生 させるための随意的指令信号を生成し、生成した随意的指令信号に基づいて、神経 伝達信号に応じた電流および筋電位信号に応じた電流をァクチユエータにそれぞれ 供給することを特徴とするものである。

[0011] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムは、ァクチユエータを制御 するためのコンピュータに、装着者の生体信号を検出するための処理と、生体信号 から、装着者の筋骨格系を動作させるための神経伝達信号および筋活動に伴う筋電 位信号を取得するための処理と、取得した神経伝達信号および筋電位信号を用い、 装着者の意思に従った動力をァクチユエータに発生させるための随意的指令信号を 生成する処理と、生成した随意的指令信号に基づいて、神経伝達信号に応じた電流 および筋電位信号に応じた電流をそれぞれ生成し、ァクチユエータに供給するため の処理とを行わせることを特徴とするものである。

[0012] また、本発明の装着式動作補助装置では、装着者の動作に関する物理量を検出 する物理量センサを有することが好ましい。また生体信号処理手段は、神経伝達信 号および筋電位信号からなる生体信号を増幅する手段と、生体信号から神経伝達信 号を抽出する第一のフィルタと、生体信号から筋電位信号を抽出する第二のフィルタ とを有するを特徴とするものである。

[0013] また、本発明の装着式動作補助装置では、駆動電流生成手段は、神経伝達信号 に応じて生成したパルス電流と筋電位信号に実質的に比例するように生成した電流 との総電流をァクチユエータに供給するとともに、パルス電流によりァクチユエータの 動作を開始させることを特徴とするものである。

[0014] また、本発明の装着式動作補助装置では、駆動電流生成手段が、ァクチユエータ への電流の供給を開始する際に、ァクチユエータを駆動可能な電流の下限値よりも 大きくなるように、パルス電流あるいは総電流を生成することを特徴とするものである。

[0015] また、本発明の装着式動作補助装置では、タスクとして分類した装着者の動作パタ ーンを構成する一連の最小動作単位（フェーズ)の各々の基準パラメータと、ァクチュ エータによる動力付与率 (パワーアシスト率）とを所要の対応関係となるように格納し たデータベースを備え、随意的制御手段は、物理量センサにより検出された物理量 をデータベースに格納された基準パラメータと比較することにより、装着者が行おうと しているタスクのフェーズを推定し、このフェーズに応じたパワーアシスト率を対応関 係に基づいて規定し、このパワーアシスト率となる動力をァクチユエータに発生させる ための指令信号を生成することを特徴とするものである。

[0016] また、本発明の装着式動作補助装置では、駆動電流生成手段が、装着者が反射 神経によって動作する場合に、当該動作の反対方向にァクチユエータを駆動するた めの電流を所定の時間だけ供給した後に、動作の方向にァクチユエータを駆動する ための電流を供給することを特徴とするものである。

[0017] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、神経伝達信号に応じて生 成したパルス電流と筋電位信号に実質的に比例するように生成した電流との総電流 をァクチユエータに供給するとともに、 ノ^レス電流の供給によりァクチユエータの動作 を開始させることを特徴とするものである。

[0018] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、ァクチユエータへの電流の 供給を開始する際に、ァクチユエータを駆動可能な電流の下限値よりも大きくなるよう に、パルス電流あるいは総電流を供給することを特徴とするものである。

[0019] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、さらに装着者の動作に関す る物理量を検出し、検出した物理量信号と、タスクとして分類した装着者の各動作パ ターンを構成する一連の最小動作単位 (フェーズ)の各々の基準パラメータとを比較 することにより、装着者が行おうとしているタスクのフェーズを推定するとともに、このフ エーズに応じた所要の動力付与率 (パワーアシスト率）となる動力をァクチユエータに 発生させるための随意的指令信号を生成し、この随意的指令信号に応じた駆動電 流を生成し、ァクチユエータに供給することを特徴とするものである。

[0020] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、装着者が反射神経によつ て動作する場合に、当該動作の反対方向にァクチユエータを駆動させるための電流 を所定の時間だけ供給した後に、動作の方向にァクチユエータを駆動させるための 電流を供給することを特徴とするものである。

[0021] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、コンピュータに、神 経伝達信号に応じて生成したノ^レス電流と筋電位信号に実質的に比例するように生 成した電流との総電流をァクチユエータに供給するとともに、パルス電流の供給により ァクチユエータの動作を開始させるための処理を行わせることを特徴とするものであ る。

[0022] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、コンピュータに、ァ クチユエータへの電流の供給を開始する際に、ァクチユエータを駆動可能な電流の 下限値よりも大きくなるように、パルス電流あるいは総電流を設定するための処理を 行わせることを特徴とするものである。

[0023] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、コンピュータに、タ スクとして分類した装着者の動作パターンを構成する一連の最小動作単位（フェーズ )の各々の基準パラメータと、ァクチユエータによる動力付与率 (パワーアシスト率）と を所要の対応関係となるように格納したデータベースにアクセスするための処理と、 装着者の動作に関する物理量を検出するための処理と、検出した物理量を、データ ベースに格納された基準パラメータと比較することにより、装着者が行おうとしている タスクのフェーズを推定し、このフェーズに応じたパワーアシスト率を対応関係に基づ いて規定し、このパワーアシスト率となる動力をァクチユエータに発生するための処理 とを行わせることを特徴とするものである。

[0024] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、コンピュータに、装 着者が反射神経によって動作する場合に、当該動作の反対方向にァクチユエータを 駆動するための駆動電流を所定の時間だけ供給した後に、動作の方向にァクチユエ ータを駆動するための駆動電流を供給するための処理を行わせることを特徴とするも のである。

[0025] また、本発明の装着式動作補助装置は、装着者に対して動力を付与するァクチュ エータを有した動作補助装着具と、装着者の生体信号を検出する生体信号センサと 、装着者の動作に関する物理量を検出する物理量センサと、生体信号センサにより 検出された生体信号を用い、装着者の意思に従った動力をァクチユエータに発生さ せるための指令信号を生成する随意的制御手段と、タスクとして分類した装着者の 動作パターンを構成する一連の最小動作単位 (フェーズ)の各々の基準パラメータを 格納したデータベースと、物理量センサにより検出された物理量とデータベースに格 納された基準パラメータとを比較することにより、装着者のタスクのフェーズを推定し、 このフェーズに応じた動力をァクチユエータに発生させるための指令信号を生成する 自律的制御手段と、随意的制御手段からの指令信号および自律的制御手段からの 指令信号を合成する信号合成手段と、信号合成手段により合成された総指令信号 に応じた総電流を生成し、ァクチユエータに供給する駆動電流生成手段とを備えるこ とを特徴とするものである。

[0026] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法は、装着者に対して動力を付与 するァクチユエータを有した動作補助装着具が装着者に装着された状態において、 装着者の生体信号および装着者の動作に関する物理量をそれぞれ検出し、検出し た生体信号を用いて、装着者の意思に従った動力をァクチユエータに発生させるた めの随意的指令信号を生成し、検出した物理量と、タスクとして分類した装着者の動 作パターンを構成する一連の最小動作単位 (フェーズ)の各々の基準パラメータとを 比較することにより、装着者が行おうとしているタスクのフェーズを推定し、このフエ一 ズに応じた動力をァクチユエータに発生させるための自律的指令信号を生成し、これ ら生成した随意的指令信号および自律的信号を合成し、合成した総指令信号に応じ た電流を生成し、ァクチユエータに供給することを特徴とするものである。

[0027] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、ァクチユエ一タを制 御するためのコンピュータに、装着者の生体信号および装着者の動作に関する物理 量をそれぞれ検出するための処理と、検出した生体信号を用いて、装着者の意思に 従った動力をァクチユエータに発生させるための随意的指令信号を生成するための 処理と、検出した物理量を、タスクとして分類した装着者の動作パターンを構成する 一連の最小動作単位 (フェーズ)の各々の基準パラメータと比較することにより、装着 者が行おうとしているフェーズを推定するとともに、このフェーズに応じた動力をァク チユエータに発生させるための随意的指令信号を生成するための処理と、これら生 成した随意的指令信号および自律的指令信号を合成した総指令信号に応じた電流 を生成し、ァクチユエータに供給するための処理とを行わせることを特徴とするもので める。

[0028] また、本発明の装着式動作補助装置では、データベースが、随意的制御手段から の指令信号と自律的制御手段からの指令信号との比 (ハイブリッド比）を、フェーズの 基準パラメータと所要の対応関係となるように格納し、信号合成手段は、 自律的制御 手段により推定されたタスクのフェーズに応じ、対応関係に基づいて規定されるハイ ブリツド比となるように、随意的制御手段からの指令信号および自律的制御手段から の指令信号を合成することを特徴とするものである。

[0029] また、本発明の装着式動作補助装置では、装着者の筋骨格系を動作させるための 神経伝達信号および筋活動に伴う筋電位信号を、生体信号センサにより検出された 生体信号から取得する生体信号処理手段を備え、駆動電流生成手段は、生体信号 処理手段により取得された神経伝達信号に応じて生成したパルス電流の供給により ：ータの動作を開始させることを特徴とするものである。

[0030] また、本発明の装着式動作補助装置では、駆動電流生成手段が、了クチユエ→ への電流の供給を開始する際に、ァクチユエータを駆動可能な電流の下限値よりも 大きくなるように、パルス電流あるいは総電流を生成することを特徴とするものである。

[0031] また、本発明の装着式動作補助装置では、データベースが、フェーズの各々の基 準パラメータと、ァクチユエータによる所要の動力付与率 (パワーアシスト率）とを所要 の対応関係となるように格納し、信号合成手段は、 自律的制御手段により推定された タスクのフェーズに応じたパワーアシスト率を対応関係に基づいて規定し、このパヮ 一アシスト率を満たすように随意的制御手段からの指令信号および自律的制御手段 力 の指令信号を合成することを特徴とするものである。

[0032] また、本発明の装着式動作補助装置では、駆動電流生成手段が、装着者が反射 神経によって動作する場合に、当該動作の反対方向にァクチユエータを駆動するた めの電流を所定の時間だけ供給した後に、動作の方向にァクチユエータを駆動する ための電流を供給することを特徴とするものである。

[0033] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、随意的指令信号と自律的 指令信号との比 (ハイブリッド比）を、フェーズの各々の基準パラメータと所要の対応 関係となるように予め設定し、推定したタスクのフェーズに応じたハイブリッド比を対応 関係に基づいて規定し、このハイブリッド比となるように総指令信号を合成することを 特徴とするものである。

[0034] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、ァクチユエータへの電流の 供給を開始する際に、ァクチユエータを駆動可能な電流の下限値よりも大きくなるよう に、神経伝達信号に応じた電流、あるいは当該電流と筋電位信号に応じた電流との 総電流を供給することを特徴とするものである。

[0035] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、装着者に付与する動力の 比率（パワーアシスト率）をフェーズの各々の基準パラメータに予め対応付けておき、 推定したタスクのフェーズに応じたパワーアシスト率となるように、総指令信号を設定 することを特 ί敷とするものである。

[0036] また、本発明の装着式動作補助装置の制御方法では、装着者が反射神経によつ て動作する場合に、当該動作の反対方向にァクチユエータを駆動するための駆動電 流を所定の時間だけ生成した後に、動作の方向にァクチユエータを駆動することを特 徴とするものである。

[0037] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、ァクチユエ一タを制 御するためのコンピュータに、随意的指令信号と自律的指令信号との比 (ハイブリッド 比）を、フェーズの各々の基準パラメータと所要の対応関係となるように格納したデー タベースにアクセスするための処理と、検出した物理量をデータベースに格納された 基準パラメータと比較することにより、装着者が行おうとしているタスクのフェーズを推 定するとともに、このフェーズに応じたハイブリッド比を対応関係に基づいて規定し、 このハイブリッド比となるように総指令信号を合成するための処理とを行わせることを 特徴とするものである。

[0038] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、コンピュータに、ァ クチユエータへの電流の供給を開始する際に、ァクチユエータを駆動可能な電流の 下限値よりも大きくなるように、パルス電流あるいは総電流を設定するための処理を 行わせることを特徴とするものである。

[0039] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、コンピュータに、タ スクとして分類した装着者の動作パターンを構成する一連の最小動作単位 (フェーズ )の各々の基準パラメータを、装着者に付与する動力の比率 (パワーアシスト率）に対 応付けて格納したデータベースにアクセスするための処理と、推定したタスクのフエ ーズに応じたパワーアシスト率となるように、総指令信号を設定するための処理とを行 わせることを特徴とするものである。

[0040] また、本発明の装着式動作補助装置の制御用プログラムでは、コンピュータに、装 着者が反射神経によって動作する場合に、当該動作の反対方向にァクチユエータを 駆動するための駆動電流を所定の時間だけ生成した後に、動作の方向にァクチユエ ータを駆動するための処理を行わせることを特徴とするものである。

発明の効果

[0041] 本発明によれば、生体信号から筋電位信号と、それに先行するか筋電位信号の先 頭部に位置する神経伝達信号とを取得するとともに、取得した神経伝達信号をァク チユエータの駆動開始用の信号 (トリガー信号)として使用することにより、ァクチユエ ータへの電流供給を開始した際に、速やかにァクチヱエータを動作させることができ る。このため、装着式動作補助装置の始動時の遅れを感じることがなぐ違和感のな レ、スムーズな動作が得られる。

[0042] また、本発明によれば、装着者の意思に従った動力をァクチユエータに発生させる ための随意的指令信号と、検出された物理量とデータベースに格納された基準パラ メータとの比較により推定されたタスクのフェーズに応じた動力をァクチユエ一タに発 生させるための自律的指令信号とを合成するので、ァクチユエータを素早く動作開始 させることができ、随意的動作を違和感なくスムーズに行うことができる。

[0043] また、本発明によれば、随意的指令信号と自律的指令信号とのハイブリッド比を制 御することにより、動力補助の開始の遅れなぐ装着者の筋力等に対して最適な動作 補助を行うことができる。またデータベースに格納されたハイブリッド比をフェーズごと に引き出せば、自動的にハイブリッド比を変更することができる。これにより、各動作 に適したハイブリッド比で、一層スムーズな動きをすることができる。

[0044] また、本発明によれば、神経伝達信号に応じて生成したパルス電流と筋電位信号 に実質的に比例するように生成した電流との総電流をァクチユエータに供給するとと もに、ノ^レス電流の供給によりァクチユエータの動作を開始させると、ァクチユエータ の駆動開始の遅れを防止することができる。またパルス電流あるいは総電流がァクチ ユエータの駆動開始可能電流未満の場合に、パルス電流あるいは総電流がァクチュ エータの駆動開始可能電流以上になるように、パルス電流を増幅することにより、神 経伝達信号に正確に対応させて、ァクチユエータの駆動を開始することができる。

[0045] また、本発明によれば、反射神経による動作を行う場合、動作方向に駆動する直前 に反対方向に所定の時間だけァクチユエータを駆動させることにより、装着者の反射 神経を利用して、かえって動作をスムーズにすることができる。

[0046] また、本発明によれば、物理量と基準パラメータとを比較することにより推定したタス クのフェーズに応じたパワーアシスト率となる動力をァクチユエータに発生させること により、異なる体力の装着者に対して最適な動力を付与して、パワーアシストすること ができる。 [0047] 以上の特徴を有する本発明の装着式動作補助装置を使用すると、身体障害者や 高齢者のように、身体動作を行うのに十分な筋力がない者や身体動作そのものが困 難になった者でも、違和感なくスムーズな動作を行うことができる。また例えば爆発物 の処理のような危険な作業を行うために重装備をしなければならない者でも、本発明 の装着式動作補助装置を装着すれば、あたかも重装備がないかのように軽快に作業 すること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0048] [図 1]装着式動作補助装置の全体構成を示す概略図である。

[図 2]動作補助装着具を示す斜視図である。

[図 3]第一の実施形態の装着式動作補助装置を示すブロック図である。

[図 4]生体信号処理手段の構成およびそれによる生体信号 (神経伝達信号と筋電位 信号が分離してレ、る）の処理の一例を示す概略図である。

[図 5]生体信号処理手段の構成およびそれによる生体信号 (神経伝達信号と筋電位 信号が重畳してレ、る）の処理の他の例を示す概略図である。

[図 6]第一の実施形態の制御方法を示すフローチャートである。

[図 7]神経伝達信号および筋電位信号が分離している生体信号から得られる駆動電 流の一例を示す概略図であり、（a)はパルス電流と駆動電流が重畳せずかつパルス 電流が駆動開始可能電流 It未満である様子を示す図、（b)は（a)の状態のパルス電 流を It以上の大きさとなるように増幅した様子を示す図である。

[図 8]神経伝達信号および筋電位信号が重畳している生体信号力 得られる駆動電 流の他の例を示す概略図であり、 (a)はパルス電流と駆動電流が重畳しかつこれら の総電流（立ち上がり時に相当）が駆動開始可能電流 It未満である様子を示す図、（ b)は（a)の状態の総電流を It以上の大きさとなるように増幅した様子を示す図である

[図 9]第一の実施形態の装着式動作補助装置においてパワーアシスト率を制御する 例を示すブロック図である。

[図 10]タスクおよびフェーズの例を示す概略図である。

[図 11]物理量を基準パラメータと比較することにより装着者 1が行おうとしてレ、るタスク 、およびその中のフェーズを推定するプロセスを示す図であり、（a)は装着者の動作 毎の各タスクとフェーズのデータベースを模式的に示す図、（b)は膝の回転角 Θおよ び角速度 Θ '、腰の回転角 Θおよび角速度 Θ '、および重心位置 COGおよび重心位 置の移動速度 COG'を示す図、（c)は全てのフェーズ (Al， A2， A3 · · · , Β1， Β2， Β3 · · · , CI, C2, C3 " ' )をマトリックス状に取り出した状態を模式的に示した図である。

[図 12]第一の実施形態の制御方法においてパワーアシスト率の制御を説明するため のフローチャートである。

[図 13]第二の実施形態の装着式動作補助装置を示すブロック図である。

[図 14]第二の実施形態の制御方法を示すフローチャートである。

[図 15]第二の実施形態の装着式動作補助装置においてパワーアシスト率を制御す る例を示すブロック図である。

[図 16]第二の実施形態の制御方法においてパワーアシスト率の制御を説明するため のフローチャートである。

[図 17]第二の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。

[図 18]駆動電流生成の別の改良例を示す概略図である。

[図 19]実施例 1で神経伝達信号に応じたパルス電流を付加した場合の実験結果を 示すグラフであり、（a)はひざの回転角 Θの変化を示すグラフ、（b)は増幅した生体 信号の変化を示すグラフ、 （c)は膝ァクチユエータのトルクを示すグラフである。

[図 20]実施例 1で神経伝達信号に応じたパルス電流を付加しない場合の実験結果を 示すグラフであり、（a)はひざの回転角 Θの変化を示すグラフ、（b)は増幅した生体 信号の変化を示すグラフ、 （c)は膝ァクチユエータのトルクを示すグラフである。

[図 21]実施例 2において随意的指令信号および自律的指令信号を合成する制御に より得られた膝ァクチユエータのトルクの一例の実験結果であり、 (a)はフェーズ番号 を示すグラフ、（b)はひざの回転角 Θの変化を示すグラフ、 （c)は自律制御によるひ ざのトノレクの変化を示すグラフ、 (d)随意制御によるひざのトノレクの変化を示すグラフ 、 (e)ハイブリット制御（自律制御 +随意制御）によるひざのトノレクの変化を示すグラフ である。

[図 22]実施例 2において随意的指令信号および自律的指令信号を合成する制御に より得られた膝ァクチユエータのトルクの別の例の実験結果であり、 (a)はフェーズ番 号を示すグラフ、（b)はひざの回転角 Θの変化を示すグラフ、 （c)は自律制御による ひざのトノレクの変化を示すグラフ、 (d)随意制御によるひざのトノレクの変化を示すダラ フ、 (e)ハイブリット制御（自律制御 +随意制御）によるひざのトルクの変化を示すダラ フである。

符号の説明

[0049] 1 人間 (装着者）

2 動作補助装着具

3 生体信号処理手段

4, 14, 24 随意的制御手段

5 駆動電流生成手段

6 データベース

7, 17 自律的制御手段

8 信号合成手段

10 人間機械系

13 物理量センサ

20, 20A, 20B， 20C 制御装置

21 電源

201 ァクチユエータ

202 アーム

203 ジョイント

221 生体信号センサ

222 重心センサ

発明を実施するための最良の形態

[0050] 以下、本発明を実施形態毎に説明するが、各実施形態の特徴は特に断りがなけれ ば他の実施形態にも適用可能である。

[1]第一の実施形態

(A)装着式動作補助装置の構成 第一の実施形態の装着式動作補助装置は、ァクチユエータを有した動作補助装着 具と、装着者の生体信号を検出する生体信号センサと、神経伝達信号および筋電位 信号を生体信号から取得する生体信号処理手段と、神経伝達信号および筋電位信 号を用レ、、装着者の意思に従った動力をァクチユエータに発生させるための指令信 号を生成する随意的制御手段と、随意的制御手段からの指令信号に基づいて、神 経伝達信号および筋電位信号に応じた電流をそれぞれ生成し、ァクチユエ一タに供 給する駆動電流生成手段とを備える。なお装着者が行おうとしているタスクのフエ一 ズに応じたパワーアシスト率となる動力をァクチユエータに発生させる場合には、この 装着式動作補助装置に装着者の動作に関する物理量を検出する物理量センサを設 ける。

(1)駆動系

図 1は、その一例の駆動系（ハード系）を概略的に示す。この装着式動作補助装置 は、人間（以下、装着者ともいう） 1の下半身に装着する動作補助装着具 2 (片方の脚 部は図示を省略)と、下半身 (例えば太腿)から生体信号 aを検出する生体信号セン サ 221と、足の裏に貼付されて装着者 1の重心を検出する重心センサ 222と、生体信 号センサ 221により検出した生体信号力 神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cを取得 する生体信号処理手段 3と、神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cに基づいて動作補 助装着具 2のァクチユエータ 201の駆動を制御する制御装置 20と、制御装置 20ゃァク チユエータ 201等に電力を供給するための電源 (バッテリー、外部電源) 21とを備える 図 2に示すように、動作補助装着具 2は、上部アーム 202aおよび中間アーム 202bを 回転自在に接合する腰用ジョイント 203aと、中間アーム 202bおよび下部アーム 202cを 回転自在に接合する膝用ジョイント 203bと、下部アーム 202cおよび踵部 205を回転自 在に接合する踝用ジョイント 203cと、腰用ジョイント 203aに設けられたァクチユエータ 201aと、膝用ジョイント 203bに設けられたァクチユエータ 201bとを有する。中間アーム 202bおよび下部アーム 202cには装着者 1の太腿およびふくらはぎに固定されるマジ ックテープ（登録商標）等の固定具 205a， 205bが取り付けられている。

タ 201a, 201bはモータと減速ギアからなる。 上部アーム 202aは、装着者 1の胴体に巻き付けられて固定されるウェスト部 204に 固定されている。ウェスト部 204の背側の上縁部には上下に開口した突起部 204aが 設けられており、突起部 204aの開口部には制御装置 20および電源 21等を収納した バッグ 220の下端突起 220aが係合する。このようにして、バッグ 220の荷重はウェスト部 204で受けられる。また踵部 205は装着者 1の踵を完全に覆う一体的な形状を有し、そ の一方の側壁は他方の側壁より高く延びて、その上端部には踝用ジョイント 203cが取 り付けられている。このため、動作補助装着具 2およびバッグ 220の荷重は全て踵部 205で支えられ、装着者 1にかかることはない。

(2)制御系

図 3は、第一の実施形態の装着式動作補助装置の制御系を示す。装着者 1と動作 補助装着具 2は、人間機械系 10を構成する。また制御装置 20は、随意的制御手段 4 を有する。随意的制御手段 4の入力端子には、装着者 1の生体信号 aを検出する生 体信号センサ 221が接続され、かつ、随意的制御手段 4の出力端子には、駆動電流 生成手段 5が接続してある。駆動電流生成手段 5は、動作補助装着具 2のァクチユエ ータ 201a, 201b (以下、ァクチユエータ 201と総称する）に接続してある。

(a)センサ

第一の実施形態の装着式動作補助装置は、人間 1に装着された状態にぉレ、て装 着者 1からの生体信号 aを検出する生体信号センサ 221を必須とする。生体信号セン サ 221は、通常装着者 1の皮膚に貼付するが、体内に埋め込むものでも良い。その他 に、図 1に示すように、重心センサ 222を有することが好ましい。重心センサ 222は例え ば足の裏に複数貼付されるもので、どの重心センサ 222に最も重量が力かっているか を検出することにより人体の動作方向を予測することができる。さらに、制御精度を向 上させるために、例えば、（1)装着者 1の動作の状態を示す信号を得るためのセンサ（ 力センサ、トルクセンサ、電流センサ、角度センサ、角速度センサ、加速度センサ、床 反力センサ等）、（2)外界の情報 (例えば、障害物の有無）を得るためのセンサ（CCD、 レーザセンサ、赤外線センサ、超音波センサ等）、（3)神経伝達信号 bおよび筋電位 信号 c以外の生体信号を得るためのセンサ（体温センサ、脈拍センサ、脳波センサ、 心電位センサ、発汗センサ等）を設けることができる。これらのセンサ自体は公知であ るので、個々の説明は省略する。

(b)生体信号処理手段

生体信号センサ 221により検出された生体信号 aは、神経伝達信号 bおよび筋電位 信号 cを有する。神経伝達信号 bは意思伝達信号とも言えるもので、 (i)

筋電位信号 cに先行している力、 [図 4参照]、 (ii)筋電位信号 cの先頭部と重なってい る [図 5参照]。神経伝達信号 bの周波数は一般に筋電位信号 cの周波数より高いの で、異なるバンドパスフィルタを用いることにより分離することができる。神経伝達信号 bは、生体信号 aを増幅器 31により増幅した後、高帯域 (例えば 33

Hz 数 kHz)のバンドパスフィルタ 32により取り出すことができ、また筋電位信号 cは、 生体信号を増幅器 31により増幅した後、中帯域 (例えば 33 Hz 500

Hz)のバンドパスフィルタ 33により取り出すことができる。なお、図 4および図 5では、 各フィルタは並列に接続されているがこれに限定されず、両フィルタが直列に接続さ れていても良い。また、神経伝達信号 bは筋電位信号 cの先頭部のみならず、先頭部 以降についても重なる場合が有り得る。この場合には、神経伝達信号 bの先頭部の みを後述するパルス電流の生成に利用するようにすれば良レ、。

[0053] 神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cには、スムージング処理を行う。図 4および図 5

中の各電流は、生体信号処理手段 3からの信号をスムージングして得た指令信号 d を入力とし、駆動電流生成手段 5によって生成されたものである。図 4に示すように神 経伝達信号 bは幅が狭いので、スムージングだけでもパルス状となり、この神経伝達 信号 bに基づいて駆動電流生成手段 5によって生成される電流もパルス状となる。な お、神経伝達信号 bに基づいて得られる電流 (パルス電流）は、矩形波状としても良 レ、。一方、図 5に示すように筋電位信号 cは幅が広いので、スムージングすることによ り実質的に筋電位に比例する山状となり、この筋電位信号 cに基づいて駆動電流生 成手段 5によって生成される電流も山状となる。

[0054] 神経伝達信号 bに基づいて生成されるパルス電流と、前記筋電位信号 cに基づい て比例的に生成される電流との総電流がァクチユエータ 201に供給されると、この総 電流に比例する大きさのトノレクをァクチユエータ 201が発生する。ここで、図 4および図 5のいずれの場合でも、総電流は十分に大きな電流で立ち上がるように設定してある ので、装着者 1の動作意思に遅れなくァクチユエータ 201が駆動され、装着者 1は自 分の意思に従った動作を違和感なく行うことができる。なお、図 4および図 5中でパル ス電流を特に大きく示している力 これはその役割を強調するためで、実際のパルス 電流と筋電位信号 cから得られた駆動電流との関係を示すものではない。各電流の 大きさは、装着者 1の動作時の感覚により適宜設定することができる。

(c)随意的制御手段

随意的制御手段 4は、神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cを用い、装着者 1の意思 に従った動力をァクチユエータ 201に発生させるための指令信号 dを生成する機能を 有する。随意的制御手段 4での制御則としては、比例制御を適用することができる。 比例制御により指令信号値と駆動電流値とが比例関係になり、さらにァクチユエータ 201の特性により駆動電流値とァクチユエータ 201の発生トルク値とが比例関係になる 。従って、随意的制御手段 4によって所要の指令信号 dを生成することにより、パワー アシスト率を所望の値に制御することができる。なお、随意的制御手段 4での制御則 としては、比例制御と微分制御および/または積分制御とを組み合わせたものを適 用しても良い。

ここで、パワーアシスト率とは、装着者 1が発生する力と装着具 2が発生する力との 分配率であり、手動または自動で調整する。このパワーアシスト率は正の値でも負の 値でも良い。正のアシスト率の場合、装着者 1の発生力に装着具 2の発生力が付加さ れる力 負のアシスト率の場合、装着者 1の発生力から装着具 2の発生力が差し引か れ (すなわち、装着者 1に負荷力 Sかかり）、装着者 1は通常以上の力を発生しなけれ ばならない。

(d)駆動電流生成手段

駆動電流生成手段 5は、随意的制御手段 4からの指令信号 dが入力されると、この 指令信号 dに基づいて、神経伝達信号 bに応じた電流および筋電位信号 cに応じた 駆動電流をそれぞれ生成し、ァクチユエータ 201に供給することにより、ァクチユエ一 タ 201を駆動する。

(B)制御方法および制御用プログラム

図 6は第一の実施形態の制御方法を示すフローチャートである。 [0056] 図 6に示す第一の実施形態の制御方法の好ましい一例では、装着者 1に対して動 力を付与するァクチユエータ 201を有した動作補助装着具 2を人間 1に装着し (ST501 )、装着者 1の生体信号 aを検出する（ST502)。図 4および図 5に示すように、生体信 号処理手段 3により生体信号 aから神経伝達信号 bと筋電位信号 cを取得し (ST503) 、取得した神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cを用い、装着者 1の意思に従った動 カをァクチユエータ 201に発生させるための随意的指令信号 dlを生成する（ST504)。 この随意的指令信号 dlは、神経伝達信号 bに応じたパルス電流を生成する指令信 号 dと、筋電位信号 cに比例した駆動電流を生成する指令信号 dとからなる。各指令 信号 dを駆動電流生成手段 5に入力することにより、駆動電流生成手段 5によってァ クチユエータ 201に供給する電流が生成される。随意的指令信号 dlの生成に、他の 信号 (例えば、第一の実施形態において記載した生体信号用センサ 221以外のセン サから得られる信号）を利用することもできる。以下実施形態においても、特に断りが なければ他の信号として上記と同じものを使用することができる。

[0057] ァクチユエータ 201を駆動可能な電流には下限値（閾値）があるので、神経伝達信 号 bに応じたパルス電流 (パルス電流と駆動電流が重畳していない場合）、またはパ ノレス電流と駆動電流 (パルス電流と駆動電流が重畳してレ、る場合）との総電流がその 下限値未満の場合には、パルス電流はァクチユエータ 201の迅速な駆動開始に役立 たず、駆動電流が下限値に達するまでァクチユエータ 201は駆動開始しない。これで は、装着者 1の大脳が動作開始の信号 (神経伝達信号 b)を発したときと動作補助装 置の始動までの間に相当の遅れが生じ、装着者 1に与える違和感が大きなものとなる 。これを解消するためには、神経伝達信号 bに応じたパルス電流に応じて直ぐにァク チユエータ 201を駆動開始させることが好ましい。

[0058] 図 7は神経伝達信号および筋電位信号が分離している生体信号から得られる駆動 電流の一例を示す概略図であり、（a)はパルス電流と駆動電流が重畳せずかつパル ス電流が駆動開始可能電流 It未満である様子を示す図、（b)は（a)の状態のパルス 電流を It以上の大きさとなるように増幅した様子を示す図である。図 8は神経伝達信 号および筋電位信号が重畳している生体信号から得られる駆動電流の他の例を示 す概略図であり、 (a)はパルス電流と駆動電流が重畳しかつこれらの総電流（立ち上 力 Sり時に相当）が駆動開始可能電流 It未満である様子を示す図、 （b)は (a)の状態の 総電流を It以上の大きさとなるように増幅した様子を示す図である。

[0059] ァクチユエータ 201および動作補助装着具 2の各アーム 202や各ジョイント 203には 慣性モーメントがあるので、装着者 1の意思に遅れなく動作補助を行うには、ァクチュ エータ 201に素早い立ち上がりのトルクを発生させることが好ましい。これらを実現す るため、本実施の形態では、図 7 (a)に示すようにパルス電流 82と駆動電流 81が重畳 していない場合、および図 8 (a)に示すようにパルス電流 83と駆動電流 81が重畳して レ、る場合のいずれにおいても、パルス電流 82 (またはパルス電流 83 +駆動電流 81) がァクチユエータ 201の駆動開始可能電流の下限値 It以上でない場合 (ST505におけ る No)、パルス電流 82 (またはパルス電流 83 +駆動電流 81)が駆動開始可能電流の 下限値 It以上（図 7 (b)および図 8 (b)を参照）になるように、パルス電流 82, 83を増幅 するようにしている（ST505a)。し力も、ァクチユエータ 201を確実に始動できるように、 必要に応じてパルス電流 82, 83の幅を大きくする（神経伝達信号 bに対応する時間よ り長くする）ようにしている。これらの結果、神経伝達信号 bに応じたパルス電流 82, 83 の供給により、確実にァクチユエータ 201を駆動開始することができる（ST506)。

[0060] こうしてァクチユエータ 201を駆動開始した後、筋電位信号 cに応じた駆動電流 81に 比例するように、ァクチユエータ 201に駆動トルクを発生させると（ST507)、装着者 1の 意思に応じた動作をパワーアシストすることができる。

[0061] 上記制御を実行するには、生体信号 aを検出する処理（ST502)と、生体信号 aから 神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cを取得する処理（ST503)と、取得した神経伝達 信号 bおよび筋電位信号 cを用い、装着者 1の意思に従った動力をァクチユエータ 201に発生させるための随意的指令信号 dlを生成する処理 (ST504)と、生成した随 意的指令信号 dlに基づいて、神経伝達信号 bに応じたパルス電流および筋電位信 号 cに応じた駆動電流をそれぞれ生成し、ァクチユエータ 201に供給する処理 (ST506 , ST507)とを行わせるための制御用プログラムを、装着式動作補助装置の制御装置 20 (例えば、 CPU,ハードディスクおよび RAM等の記憶装置、および入出力装置を有 するパソコン等のコンピュータからなる）の記憶装置に格納する。なお制御装置 20は 、バッグ 220に収納することができるが、必要に応じて装着式動作補助装置の外部に 配置し、装着式動作補助装置との間での信号の送受信を無線で行うようにしても良 レ、。

[0062] 図 9は、第一の実施形態の装着式動作補助装置において、ァクチユエータ 201の随 意的制御を行う際に、装着者 1の動作に関する物理量からタスクのフェーズを推定し 、推定したフェーズに対応するパワーアシスト率となる動力をァクチユエータに発生さ せる例を示す。図 9の装着式動作補助装置において、図 3の装着式動作補助装置と 同じ部分には同じ参照番号を付与し、類似の部分には類似の参照番号を付与して める。

[0063] 図 9の装着式動作補助装置の詳細を説明する前に、まずタスク (Task)およびその フェーズ (Phase)について説明する。タスクとは装着者の各動作パターンを分類した もので、フェーズは各タスクを構成する一連の最小動作単位である。

[0064] 図 10は、人間 1の基本動作として、歩行（タスク A)、立ち上がり（タスク B)、座り（タス ク C)、および階段の昇りまたは降り（タスク D)を例示している力 勿論タスクがこれら に限定される訳ではない。各タスクは上記フェーズからなり、例えば歩行タスク Aは、 両足が揃ったフェーズ 1と、右足が前に出たフェーズ 2と、左足が前にでて両足が揃 つた状態になったフェーズ 3と、左足が前に出たフェーズ 4からなる。このような一連の フェーズをフェーズ 'シークェンス（Phase Sequence)という。装着者 1の動作を補助す るのに適切な動力はフェーズ毎に異なる。そのため、各フェーズ 1一 4に異なるパヮ 一アシスト率 PARI, PAR2, PAR3, PAR4を付与することにより、フェーズ毎に最適な 動作補助を行うことができる。

[0065] 各人の動きを分析すると、各フェーズにおける各関節の回転角および角速度、歩 行速度および加速度、姿勢、重心の移動等が決まっていることが分かる。例えば、各 人の典型的な歩行パターンは決まっており、そのパターンで歩行するときに最も自然 に感じる。従って、各人の各関節の回転角および角速度等を、全タスクの全フェーズ について経験的に求め、それらを基準パラメータ（基準の回転角および角速度等）と してデータベースに格納しておけば良い。

[0066] 図 9の装着式動作補助装置は、装着者 1と動作補助装着具 2とからなる人間機械系

10と、装着者 1の生体信号 aから神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cを取得する生体 信号処理手段 3と、各フェーズの基準パラメータとともに、各フェーズに割り当てられ たパワーアシスト率 PAR等が格納されたデータベース 6とを有する。さらに、生体信号 a (神経伝達信号 bおよび筋電位信号 cを含む）とともに、物理量センサ 13により検出さ れた物理量 (各関節の回転角および角速度、歩行速度および加速度、姿勢、重心の 移動等、および必要に応じて、他のセンサからの信号)を取得し、取得した物理量を データベース ₆の基準パラメータと比較することにより得られる随意的指令信号 _d (パ ヮーアシスト率 PAR等を含む）を発生する随意的制御手段 14と、随意的制御手段 14 の指令信号 dに応じて動作補助装着具 2のァクチユエータ 201の駆動電流を生成する 駆動電流生成手段 5とを有する。

[0067] 図 11は、物理量を基準パラメータと比較することにより装着者 1が行おうとしている タスク、およびその中のフェーズを推定するプロセスを示す図であり、（a)は装着者の 動作毎の各タスクとフェーズのデータベースを模式的に示す図、（b)は膝の回転角 Θおよび角速度 Θ '、腰の回転角 Θおよび角速度 Θ '、および重心位置 COGおよび 重心位置の移動速度 COG'を示す図、（c)は全てのフェーズ (Al, A2, A3 · · · , B1, B2, Β3 · · · , CI, C2,。3 · · · )をマトリックス状に取り出した状態を模式的に示した図 である。

[0068] 図 11 (a)に示すタスクおよびフェーズは図 10に示すものである。例示したタスク A ( 歩行）、タスク B (立上り）、タスク C (座り） · · ·はそれぞれ、一連のフェーズ (フェーズ Al、フェーズ A2、フェーズ A3 · · ·、フェーズ Bl、フェーズ B2、フェーズ Β3 · · ·等）により 構成されている。

[0069] 装着者 1が動作を開始すると、物理量センサ 13により得られた各種の物理量の実測 値をデータベース 6に格納された基準パラメータと比較する。この比較は図 11 (b)の グラフで概略的に示す。このグラフでは、膝の回転角 Θおよび角速度 Θ '、腰の回転 角 Θおよび角速度 Θ '、および重心位置 COGおよび重心位置の移動速度 C〇G'を示 してレ、るが、勿論比較する物理量はこれらに限定されなレ、。

[0070] 一定の短い時間間隔で実測の物理量と基準パラメータとを比較する。比較は、全て のタスク（A, B,〇· · ·）における一連のフェーズについて行う。つまり、図 11 (c)に示 すように、図 11 (a)に示す全てのフェーズ (Al , A2, A3 · · · , Bl , B2, Β3 · · ·， Cl， C2 , C3 ' ' ' )をマトリックス状に取り出し、実測の物理量と比較することになる。

[0071] 図 1 1 (b)のグラフに示すように、例えば時間 t , t，い' 'ごとに比較していくと、実測

1 2 3

の物理量が全て一致する基準パラメータを有するフェーズを同定することができる。 一致の誤差を排除するために、複数の時間で一致することを確認した後で、フェーズ の同定を行えば良い。例えば図示の例で、実測値が複数の時間でフェーズ A1の基 準パラメータと一致したとすると、現在の動作はフェーズ A1の動作であることが分かる 。勿論、実測値と一致する基準パラメータを有するフェーズはタスクの最初のフエ一 ズ (Al , Bl , C 1等）とは限らない。

[0072] 図 12は、第一の実施形態の別の例として、パワーアシスト率 PARを制御する場合の 制御方法を示す。図 12の ST601 , ST602,および ST604— 606は、実質的に図 6の ST501 505aと同じであるので、それらの説明は省略し、ここでは ST607— 612の工程 について主に説明する。

[0073] 物理量センサ 13により人間機械系 10の物理量を検出する（ST603)。各関節の回転 角および角速度、歩行速度および加速度、姿勢等の物理量の物理量センサ 13は動 作補助装着具 2に取り付けるが、重心の移動等の物理量の物理量センサ 13は装着 者 1に直接貼付することが好ましレ、。

[0074] 物理量をデータベース 6に格納した各タスクの各フェーズの基準パラメータと順次 比較する（ST607)。図 1 1 (a)—（c)を参照して説明したように、全てのタスクおよびそ られのフェーズはマトリックス状に存在するので、物理量の実測値と各フェーズの基 準パラメータとを、例えば Al , A2, A3 · · · , B l , B2, Β3 · · · , C I , C2, C3 ' ' 'との順番 で順次比較する。基準パラメータは全てのタスクのフェーズ（単に「タスク/フェーズ」 という）の間で重複しなレ、ように設定されてレ、るので、全てのタスクのフェーズの基準 パラメータとの比較を行うと、物理量の実測値と一致する基準パラメータを有するタス クのフェーズが分かる（ST608)。物理量の実測値の測定誤差を考慮に入れて、判定 に必要な一致回数を予め設定しておき、その回数に到達したときに（ST609)、物理 量の実測値に対応するタスクのフェーズを推定する（ST610)。データベース 6を参照 することにより、補助すべき動作に対応するフェーズに割り付けたパワーアシスト率 PARを規定し、このパワーアシスト率 PARとなる動力をァクチユエータ 201に発生させ るように上記随意的指令信号 dを調整する (ST611)。駆動電流生成手段 5は調整後 の随意的指令信号 dに応じた電流（総電流）を生成し、この総電流の供給によりァク チユエータ 201を駆動する（ST612)。

[0075] 上記制御を実行するには、装着者 1の生体信号 aを検出する処理 (ST602)と、人間 機械系 10の物理量を検出する処理（ST603)と、検出した物理量と各タスク各フェーズ 基準パラメータとを比較することにより（ST607 609)、装着者が行おうとしているフエ ーズを推定し（ST610)、推定したフェーズに応じたパワーアシスト率 PARとなる動力を ァクチユエータに発生させるように、随意的指令信号 dを生成する処理 (ST611)と、随 意的指令信号 dに応じた電流を生成し、前記ァクチユエータに供給する処理 (ST612 )とを行わせる制御用プログラムを、装着式動作補助装置の制御装置 20Aの記憶装 置に格納する。

[0076] 以上の通り、フェーズ毎に最適化されたパワーアシスト率 PARとなるように随意的指 令信号 dを生成し、この随意的指令信号 dに応じた動力付与を行うことにより、スムー ズな動作補助を行うことができ、また神経伝達信号 bに応じたパルス電流によりァクチ ユエータの駆動を開始させることにより、駆動開始の遅れがなレ、（違和感のなレ、）動作 補助を行うことができる。

[2]第二の実施形態

(A)装着式動作補助装置の構成

図 13に例示するように、第二の実施形態の装着式動作補助装置は、ァクチユエ一 タ 201を有した動作補助装着具 2と、装着者 1の生体信号 aを検出する生体信号セン サ 221と、人間機械系 10の物理量を検出する物理量センサ 13と、物理量センサ 13に より検出された生体信号 aを用レ、、装着者 1の意思に従った動力をァクチユエータ 201 に発生させるための指令信号 d (随意的指令信号 dl)を生成する随意的制御手段 14 と、を有する。さらに、タスクとして分類した装着者 1の各動作パターンを構成する一 連の最小動作単位 (フェーズ)の各々の基準パラメータを格納したデータベース 6と、 物理量センサ 13により検出された物理量とデータベース 6に格納された基準パラメ一 タとを比較することにより、装着者 1のタスクのフェーズを推定し、推定したフェーズに 応じた動力をァクチユエータ 201に発生させるための指令信号 d (自律的指令信号 d2 )を生成する自律的制御手段 7と、随意的制御手段 4からの指令信号 dlおよび自律 的制御手段 7からの指令信号 d2を合成する指令信号合成手段 8と、指令信号合成 手段 8により合成された総指令信号 d3に応じた電流を生成し、ァクチユエータ 201に 供給する駆動電流生成手段 5とを備える。

[0077] 随意的制御手段 14自体は、図 3に示す第一の実施形態の随意的制御手段 4と同じ でよレ、。具体的には、図 4および図 5に示すように、神経伝達信号 bおよび筋電位信 号 cに応じた随意的指令信号 dlを生成し、神経伝達信号 bに応じたパルス電流をァ クチユエータ 201の駆動開始用のトリガー信号として使用することが好ましい。

[0078] 自律的制御手段 7は、図 10および図 11 (a) （c)に示すように、物理量センサ 13に より検出された物理量とデータベース 6に格納された各タスクの各フェーズの基準パ ラメータとを比較することにより、装着者 1のタスクのフェーズを推定し、このフェーズ に応じた動力をァクチユエータ 201に発生させるための自律的指令信号 d2を生成す る機能を有する。従って、図 10および図 11 (a)—（c)に関する説明はそのまま自律 的制御手段 7に当てはまる。

[0079] 指令信号合成手段 8は随意的制御手段 14からの随意的指令信号 dlと自律的制御 手段 7からの自律的指令信号 d2とを合成する。 自律的制御では、例えばフェーズ毎 に一定の動力を付与する。従って、合成された指令信号 d3は、動作の開始から終了 まで変化する随意的制御による動力と、フェーズ毎に一定の自律的制御による動力 とを加算した動力とをァクチユエータ 201に発生させる波形を有する。この指令信号合 成の効果は後で詳述する実施例から明らかである。

(B)制御方法および制御用プログラム

図 14は第二の実施形態の制御方法を示すフローチャートである。図 14に示される ように、この制御方法は、装着者 1に対して動力を付与するァクチユエータ 201を有し た動作補助装着具 2を人間 1に装着し (ST701)、装着者 1の生体信号 aを検出し（ ST702)、装着者 1および動作補助装着具 2からなる人間機械系 10の物理量を検出 する（ST703)。さらに、検出した生体信号 aを用い、装着者 1の意思に従った動力をァ クチユエータ 201に発生させるための随意的指令信号 dlを生成し (ST704)、検出した 物理量とデータベース 6に格納された各タスクの各フェーズの基準パラメータとを比 較することにより（ST705— 707)、装着者 1のタスクおよびそのフェーズを推定するとと もに、このタスクのフェーズに対応するハイブリッド比 α (随意的指令信号 dl/自律 的指令信号 d2)を規定する（ST708)。そして、このフェーズに応じた動力をァクチュ エータ 201に発生させるための自律的指令信号 d2を生成し (ST709)、規定したハイ ブリツド比 αとなるように随意的指令信号 dlおよび自律的指令信号 d2を合成して総 指令信号 d3を生成し (ST710)、この総指令信号 d3に応じて生成した電流の供給に よりァクチユエータ 201を駆動する（ST711)。

[0080] ST701 703は図 12に示す第一の実施形態の例の ST601— 603と同じであり、

ST705 708は図 12に示す第一の実施形態の例の ST607— 610と同じである。また生 体信号 aに応じた随意的指令信号 dlを生成する工程 (ST704)は、具体的には、図 1 2に示す ST604— 606aからなるものが好ましい。

[0081] なお、随意的指令信号 dlは、第一の実施形態と同様に、神経伝達信号 bに応じた パルス電流および筋電位信号 cに応じた駆動電流を生成するためのものとするのが 好ましレ、。また、ノ、イブリツド比 αは各タスクのフェーズ毎に、装着者 1の動作を違和 感なくアシストできるように予め設定され、データベース 6に格納しておく。このハイブ リツド比 αは、実測の物理量と基準パラメータとの比較によりフェーズが推定されると、 上述したように制御装置 20Αによって自動的に規定される。この結果、所要のハイブ リツド比 αとなるように総指令信号 d3が生成され、この総指令信号 d3に応じた動力の 付与により、種々の動作に応じた動作補助をスムーズに行うことができる。

[0082] 上記制御を実行するには、装着者 1の生体信号 aを検出する処理 (ST702)と、装着 者 1および動作補助装着具 2からなる人間機械系 10の物理量を検出する処理（ ST703)と、検出した生体信号 aを用いて装着者 1の意思に従った動力をァクチユエ一 タ 201に発生させるための随意的指令信号 dlを生成する処理（ST704)と、検出した 物理量と各タスクの各フェーズの基準パラメータとを比較することにより（ST705 707 )、装着者 1のタスクのフェーズを推測するとともに、このフェーズに対応するハイプリ ッド比ひを規定する処理（ST708)と、このフェーズに応じた動力をァクチユエータ 201 に発生させるための自律的指令信号 d2を生成する処理 (ST709)と、規定したハイブ リツド比 αとなるように随意的指令信号 dlおよび前記自律的指令信号 d2を合成して 総指令信号 d3を生成する処理 (ST710)と、生成した総指令信号 d3に応じて生成し た電流の供給によりァクチユエータ 201を駆動する処理（ST711)とを行わせる制御用 プログラムを、装着式動作補助装置の制御装置 20Bの記憶装置に格納する。

[0083] 図 15は第二の実施形態の装着式動作補助装置の別の例を示すブロック図である 。図 15に示されるように、この装着式動作補助装置は、装着者 1に対して動力を付与 するァクチユエータ 201を有した動作補助装着具 2と、装着者 1の生体信号 aを検出す る生体信号センサ 221と、装着者 1の動作に関する物理量を検出する物理量センサ 13と、生体信号センサ 221により検出された生体信号 aを用い、装着 1の意思に従った 動力をァクチユエータ 201に発生させるための指令信号 d (随意的指令信号 dl)を生 成する随意的制御手段 24とを有する。さらに、タスクとして分類した装着者 1の各動作 パターンを構成する一連の最小動作単位（フェーズ）の各々の基準パラメータを格納 したデータベース 6と、物理量センサ 13により検出された物理量と基準パラメータとを 比較することにより装着者 1の動作パターンを推測し、それに応じた動力をァクチユエ ータ 201に発生させるための指令信号 d (自律的指令信号 d2)を生成する自律的制 御手段 7と、随意的指令信号 dlおよび自律的指令信号 d2を合成する指令信号合成 手段 8と、指令信号合成手段 8により合成された総指令信号 dに応じた電流を生成し 、ァクチユエータ 201に供給する駆動電流生成手段 5とを備える。

[0084] 生体信号 aから装着者 1の筋骨格系を動作させるための神経伝達信号 bおよび筋 活動に伴う筋電位信号 cを取得することが好ましいが、これには第一の実施形態と同 じ生体信号処理手段 3 (図 15には 2つ示されている力 1つを兼用するようにしても良 レ、）を用いれば良いので、説明を省略する。またデータベース 6、自律的制御手段 17 、指令信号合成手段 8および駆動電流生成手段 5は図 13と同様のものを適用できる 。また随意的制御手段 24および自律的制御手段 17は、物理量センサ 13により検出さ れた物理量とデータベース 6に格納された基準パラメータとを比較することにより、装 着者 1が行おうとしているタスクのフェーズを推定し、このフェーズに応じたハイブリツ ド比ひおよびパワーアシスト率 PARとなるように、随意的指令信号 dlおよび自律的指 令信号 d2を生成する機能を有する。

[0085] 図 16はこの装着式動作補助装置の制御方法の好ましい一例を示すフローチャート である。図 17は第二の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。

[0086] 図 16および図 17に示されるように、この制御方法では、装着者 1に対して動力を付 与するァクチユエータ 201を有した動作補助装着具 2を人間 1に装着し (ST801)、装 着者 1の生体信号 aを検出し (ST802)、装着者 1および動作補助装着具 2からなる人 間機械系 10の物理量を検出し (ST803)、検出した物理量に応じた随意的指令信号 d 1を生成する（ST804)。さらに、検出した物理量と、データベース 6に格納された各フ エーズの基準パラメータとを比較することにより（ST805— 807)、装着者 1が行おうとし ているタスクのフェーズを推定するとともに、このフェーズに対応するハイブリッド比ひ およびパワーアシスト率 PARを規定し（ST808)、このフェーズに応じた動力でァクチュ エータ 201を駆動するための自律的指令信号 d2を生成する（ST809)。そして、規定し たハイブリッド比ひおよびパワーアシスト率 PARとなるように随意的指令信号 dlおよ び自律的指令信号 d2を合成して総指令信号 d3を生成し (ST810)、この総指令信号 d3に応じて生成した電流の供給によりァクチユエータ 201を駆動する（ST811)。

[0087] 上記制御を実行するには、装着者 1の生体信号 aを検出する処理 (ST802)と、装着 者 1および動作補助装着具 2からなる人間機械系 10の物理量を検出する処理（ ST803)と、検出した生体信号 aを用い、装着者 1の意思に従った動力をァクチユエ一 タ 201に発生させるための随意的指令信号 dlを生成する処理（ST804)と、検出した 物理量と各フェーズの基準パラメータとを比較することにより（ST805— 807)、装着者 1が行おうとしているフェーズを推定するとともに、このタスクのフェーズに対応するハ イブリツド比 αおよびパワーアシスト率 PARを規定する処理（ST808)と、このタスクのフ エーズに応じた動力をァクチユエータ 201に発生させるための自律的指令信号 d2を 生成する処理（ST809)と、規定したハイブリッド比ひおよびパワーアシスト率 PARとな るように、随意的指令信号 dlと前記自律的指令信号 d2を合成して総指令信号 d3を 生成する処理（ST810)と、生成した総指令信号 d3に応じて生成した電流の供給によ りァクチユエータ 201を駆動する処理 (ST811)とを行わせる制御用プログラムを、装着 式動作補助装置の制御装置 20Cの記憶装置に格納する。

[3]その他の機能

始動時の駆動制御 (1)反射動作の場合

例えば背後から急に押された場合、そのままでは倒れてしまうので、反射的に片足 を前に出して体を支えなければならなレ、。し力 単に片足を前に出すという制御を行 うと、片足を急に前に押したことになるので、装着者は本能的に片足を突っ張り、片 足を前に出す動作がぎこちなくなる。このような場合、図 18 (a)に示すように、動作方 向にァクチユエータ 201を駆動させる電流 91を供給する場合には、図 18 (b)に示すよ うに、電流 91を供給する直前に、ごく短時間（0.01秒から 0.3秒程度)反対方向の電流 92を供給してァクチユエータ 201を反対方向に駆動させると、装着者 1は反射的に片 足を前に出そうとし、動作はかえつてスムーズになる。このような反射神経を利用する 制御は通常のロボットではあり得ず、本発明の装着式動作補助装置のように装着者 1 が装着するものの場合に初めて効果を発揮するものである。

(2)通常の動作の場合

歩行のような通常の動作の場合でも、足を上昇させる自律的制御を行うと、突然足 を押されたような感じになることがある。このような違和感を取り除くためには、やはり 始動時に反対方向の電流 92を供給してァクチユエータ 201を反対方向に駆動させる 、その後で動作方向にァクチユエータ 201を駆動させる電流 91を供給すると、違和感 なくスムーズな動きをすることができる。

[0088] 本発明を以下の実施例により更に詳細に説明する力 本発明はこれらの例に限定 されるものではない。

実施例 1

図 19は実施例 1で神経伝達信号に応じたパルス電流を付加した場合の実験結果 を示すグラフであり、（a)はひざの回転角 Θの変化を示すグラフ、 （b)は増幅した生 体信号の変化を示すグラフ、 （c)は膝ァクチユエータのトルクを示すグラフである。図 20は実施例 1で神経伝達信号に応じたパルス電流を付加しない場合の実験結果を 示すグラフであり、（a)はひざの回転角 Θの変化を示すグラフ、（b)は増幅した生体 信号の変化を示すグラフ、 （c)は膝ァクチユエータのトルクを示すグラフである。

[0089] この実施例は第一の実施形態の効果を示すためのものである。装着者力^ラックス して椅子に座っている状態から膝関節の伸展動作を行った場合に、神経伝達信号 b をトリガー信号として用いる条件（図 19 (a)—（c)参照）、および神経伝達信号 bをトリ ガー信号として用いない条件、つまり筋電位信号 cに応じた駆動電流のみをァクチュ エータ 201bに供給する条件で（図 20 (a)—（c)参照）、それぞれ膝のァクチユエータ 201bのトノレクを測定した。

[0090] 前者の条件（図 19 (c)参照）の場合、実測した生体信号 aから得られたトルクの先端 部に、神経伝達信号 bに対応する所定の倍率のパルス電流を重畳したトルクが得ら れた。膝の回転角 Θの変化開始は、生体信号 aの検出から 0.2秒後であった。これに 対して、後者の条件（図 20 (c)参照）の場合、生体信号 aの波形のままのトルクが得ら れた。このトノレクの立ち上がりは緩やかであるので、膝の回転角 Θの変化開始まで生 体信号 aの検出から 0.3秒かかった。これらの結果から、神経伝達信号 bをトリガー信 号として用いて、所定の幅のパルス電流 (矩形波）を生体信号 aの先端部に生成する ことにより、ァクチユエータ 201bの駆動開始を素早くできることが分かる。

実施例 2

この実施例は第二の実施形態の効果を示すためのものである。図 21 (a)一 (e)は、 装着者が椅子に座った状態から立ち上がる動作を、 自律的制御および随意的制御 の組合せにより動力付与する場合を示した実験結果である。図 21(c)は自律的制御 による指令信号 dlに応じた膝ァクチユエータのトルクを示し、図 21(d)は随意的制御 による指令信号 d2に応じた膝ァクチユエータのトルクを示し、図 21(e)は自律的制御 による指令信号 dlと随意的制御による指令信号 d2とを合成した総指令信号 d3に応 じた膝ァクチユエ一タのトノレクを示す。なお、図 21(a)はフェーズ番号を示し、図 21(b) は膝の回転角 Θを示す。

[0091] また図 22 (a)一 (e)は、装着者が椅子に座った状態から立ち上がり動作を途中まで 行った後に、座り込んだ際に、 自律的制御および随意的制御の組合せにより動力付 与する場合を示した実験結果である。なお、図 22(a)はフェーズ番号を示し、図 22(b) は膝の回転角 Θを示す。

[0092] 図 22(e)のグラフから明らかなように、実際の膝ァクチユエ一タのトノレクはフェーズ 2 の立ち上がりで急激に増大し、フェーズ 3の立ち下がりで急激に低下した。椅子から の立ち上がりに対応するフェーズ 2の先端で、トルクが急激に増大したため、膝ァクチ ユエータは装着者の意思に遅れなく回動を開始し、装着者は十分にパワーアシスト 感を持つとともに、違和感なく立ち上がり動作をすることができた。またフェーズ 3の立 ち下がりでは、自律的制御によるトノレクが速やかに 0になることにより、装着者を不用 意に押し出そうとするトルクを装着者に付与する事態を防止し、装着者に与える違和 感を抑えること力できる。その結果、フェーズ 1一 4の全工程において、装着者は十分 なパワーアシスト感を持って、違和感なくスムーズに動作を行うことができた。

[0093] これに対して、図 21(d)に示す随意的制御による指令信号 dに応じたトルクでは、立 ち上がりが不十分であるので、膝ァクチユエータの始動を違和感のない程度に素早く することができなレ、。また図 21(c)

に示す自律的制御による指令信号 dに応じたトルク、つまり一定量のトノレクでは、動 作の過程で変化するトノレクと異なるので、やはり、違和感のないスムーズな一連の動 作を行うことができなレ、。すなわち、上述した随意的制御および自律的制御の組合 せによってのみ、素早い始動と装着者の動作にマッチしたトルクの両方が得られるこ とが分かる。

[0094] 一方、立ち上がりかけた後直ぐに座り込んだ場合には、図 22(e)のグラフから明らか なように、椅子からの立ち上がりに対応するフェーズ 2の先端で、トルクが急激に増大 したため、膝ァクチユエータは装着者の意思に遅れなく回動を開始し、装着者は十 分にパワーアシスト感を持つとともに、違和感なく立ち上がり動作をすることができた。 またフェーズ 3の途中においては、生体信号 aの生成が抑制されるため、随意的制御 によるトルクが減少し、 自律的制御による立ち上がる方向のトルクが付加されても、そ の影響は相殺され、全体のトルクは椅子に座る動作の際に違和感となるほどには大 きくなかった。この結果、動作 (タスク）を急に変更しても、装着者は十分なパワーァシ スト感を持って、違和感なくスムーズに動作を行うことができた。

[0095] これに対して、図 22(d)に示す随意的制御による指令信号 dに応じたトルクでは、立 ち上がりが不十分であるので、膝ァクチユエータの始動を違和感のない程度に素早く することができなレ、。また図 22(c)

に示す自律的制御による指令信号 dに応じたトルクでは、フェーズ 3からフェーズ 1に 急に変化する際に、一定のトルクが動作を妨げる方向に作用し、違和感がある。この ように、急に一連の動作でない動作をする場合でも、上述した随意的制御および自 律的制御の組合せにより、違和感を抑えられることが分かる。

本発明を上記実施形態および実施例により詳細に説明したが、本発明はそれらに 限定されるものではなぐ本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更を施すことが できる。

Claims

請求の範囲

[1] 装着者の動作を補助あるいは代行する装着式動作補助装置であって、

前記装着者に対して動力を付与するァクチユエータを有した動作補助装着具と、 前記装着者の生体信号を検出する生体信号センサと、

前記装着者の筋骨格系を動作させるための神経伝達信号および筋活動に伴う筋 電位信号を、前記生体信号センサにより検出された生体信号から取得する生体信号 処理手段と、

前記生体信号処理手段により取得された神経伝達信号および筋電位信号を用い、 前記装着者の意思に従った動力を前記ァクチユエータに発生させるための指令信号 を生成する随意的制御手段と、

前記随意的制御手段により生成された指令信号に基づいて、前記神経伝達信号 に応じた電流および前記筋電位信号に応じた電流をそれぞれ生成し、前記ァクチュ エータに供給する駆動電流生成手段とを備えることを特徴とする装着式動作補助装 置。

[2] 請求項 1に記載の装着式動作補助装置にぉレ、て、

前記装着者の動作に関する物理量を検出する物理量センサを備えることを特徴と する装着式動作補助装置。

[3] 請求項 1に記載の装着式動作補助装置において、

前記生体信号処理手段は、前記生体信号を増幅する手段と、前記生体信号から 前記神経伝達信号を抽出する第一のフィルタと、前記生体信号から前記筋電位信号 を抽出する第二のフィルタとを有することを特徴とする装着式動作補助装置。

[4] 請求項 1に記載の装着式動作補助装置において、

前記駆動電流生成手段は、前記神経伝達信号に応じて生成したパルス電流と前 記筋電位信号に実質的に比例するように生成した電流との総電流を前記ァクチユエ ータに供給するとともに、前記パルス電流の供給により前記ァクチユエータの動作を 開始させることを特徴とする装着式動作補助装置。

[5] 請求項 4に記載の装着式動作補助装置において、

前記駆動電流生成手段は、前記ァクチユエータへの電流の供給を開始する際に、 前記ァクチユエータを駆動可能な電流の下限値よりも大きくなるように、前記パルス電 流あるいは前記総電流を生成することを特徴とする装着式動作補助装置。

[6] 請求項 2に記載の装着式動作補助装置において、

タスクとして分類した装着者の動作パターンを構成する一連の最小動作単位 (フエ ーズ）の各々の基準パラメータと、前記ァクチユエータによる動力付与率 (パワーァシ スト率）とを所要の対応関係となるように格納したデータベースを備え、

前記随意的制御手段は、前記物理量センサにより検出された物理量と前記データ ベースに格納された基準パラメータとを比較することにより、前記装着者が行おうとし てレ、るタスクのフェーズを推定し、このフェーズに応じたパワーアシスト率を前記対応 関係に基づいて規定し、このパワーアシスト率となる動力を前記ァクチユエ一タに発 生させるための指令信号を生成することを特徴とする装着式動作補助装置。

[7] 請求項 1に記載の装着式動作補助装置において、

前記駆動電流生成手段は、前記装着者が反射神経によって動作する場合に、当 該動作の反対方向に前記ァクチユエータを駆動するための電流を所定の時間だけ 供給した後に、前記動作の方向に前記ァクチユエータを駆動するための電流を供給 することを特徴とする装着式動作補助装置。

[8] 装着者の動作を補助あるいは代行する装着式動作補助装置であって、

前記装着者に対して動力を付与するァクチユエータを有した動作補助装着具と、 前記装着者の生体信号を検出する生体信号センサと、

前記装着者の動作に関する物理量を検出する物理量センサと、

前記生体信号センサにより検出された生体信号を用い、前記装着者の意思に従つ た動力を前記ァクチユエータに発生させるための指令信号を生成する随意的制御手 段と、

タスクとして分類した装着者の動作パターンを構成する一連の最小動作単位 (フエ ーズ）の各々の基準パラメータを格納したデータベースと、

前記物理量センサにより検出された物理量と前記データベースに格納された基準 パラメータとを比較することにより、前記装着者のタスクのフェーズを推定し、このフエ ーズに応じた動力を前記ァクチユエータに発生させるための指令信号を生成する自 律的制御手段と、

前記随意的制御手段からの指令信号および前記自律的制御手段からの指令信号 を合成する信号合成手段と、

前記信号合成手段により合成された総指令信号に応じた総電流を生成し、前記ァ クチユエータに供給する駆動電流生成手段とを備えることを特徴とする装着式動作

[9] 請求項 8に記載の装着式動作補助装置において、

前記データベースは、前記随意的制御手段からの指令信号と前記自律的制御手 段からの指令信号との比 (ハイブリッド比）を、前記フェーズの基準パラメータと所要の 対応関係となるように格納し、

前記信号合成手段は、前記自律的制御手段により推定されたタスクのフェーズに 応じ、前記対応関係に基づいて規定されるハイブリッド比となるように、前記随意的制 御手段からの指令信号および前記自律的制御手段からの指令信号を合成すること を特徴とする装着式動作補助装置。

[10] 請求項 8に記載の装着式動作補助装置において、

前記装着者の筋骨格系を動作させるための神経伝達信号および筋活動に伴う筋 電位信号を、前記生体信号センサにより検出された生体信号から取得する生体信号 処理手段を備え、

前記駆動電流生成手段は、前記生体信号処理手段により取得された神経伝達信 号に応じて生成したノ^レス電流の供給により、前記ァクチユエータの動作を開始させ ることを特徴とする装着式動作補助装置。

[11] 請求項 10に記載の装着式動作補助装置において、

前記駆動電流生成手段は、前記ァクチユエータへの電流の供給を開始する際に、 前記ァクチユエータを駆動可能な電流の下限値よりも大きくなるように、前記パルス電 流あるいは前記総電流を生成することを特徴とする装着式動作補助装置。

[12] 請求項 8に記載の装着式動作補助装置において、

前記データベースは、前記フェーズの各々の基準パラメータと前記ァクチユエータ による動力付与率 (パワーアシスト率）とを所要の対応関係となるように格納し、 前記信号合成手段は、前記自律的制御手段により推定されたタスクのフェーズに 応じたパワーアシスト率を前記対応関係に基づいて規定し、このパワーアシスト率と なるように前記随意的制御手段からの指令信号および前記自律的制御手段からの 指令信号を合成することを特徴とする装着式動作補助装置。

[13] 請求項 8に記載の装着式動作補助装置において、

前記駆動電流生成手段は、前記装着者が反射神経によって動作する場合に、当 該動作の反対方向に前記ァクチユエータを駆動するための電流を所定の時間だけ 供給した後に、前記動作の方向に前記ァクチユエータを駆動するための電流を供給 することを特徴とする装着式動作補助装置。

[14] 装着者の動作を補助あるいは代行する装着式動作補助装置を制御する方法であ つて、

前記装着者に対して動力を付与するァクチユエータを有した動作補助装着具が前 記装着者に装着された状態において、

前記装着者の生体信号を検出し、

検出した生体信号から、前記装着者の筋骨格系を動作させるための神経伝達信号 および筋活動に伴う筋電位信号を取得し、

取得した神経伝達信号および筋電位信号を用い、前記装着者の意思に従った動 力を前記ァクチユエータに発生させるための随意的指令信号を生成し、

生成した随意的指令信号に基づレ、て、前記神経伝達信号に応じた電流および前 記筋電位信号に応じた電流を前記ァクチユエータにそれぞれ供給することを特徴と する装着式動作補助装置の制御方法。

[15] 請求項 14に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

前記神経伝達信号に応じて生成したパルス電流と前記筋電位信号に実質的に比 例するように生成した電流との総電流を前記ァクチユエータに供給するとともに、前 記パルス電流の供給により前記ァクチユエータの動作を開始させることを特徴とする 装着式動作補助装置の制御方法。

[16] 請求項 15に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

前記ァクチユエータへの電流の供給を開始する際に、前記ァクチユエータを駆動可 能な電流の下限値よりも大きくなるように、前記パルス電流に応じた電流あるいは総 電流を供給することを特徴とする装着式動作補助装置の制御方法。

[17] 請求項 14に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

さらに前記装着者の動作に関する物理量を検出し、検出した物理量とタスクとして 分類した装着者の各動作パターンを構成する一連の最小動作単位 (フェーズ)の各 々の基準パラメータとを比較することにより、前記装着者が行おうとしているタスクのフ エーズを推定するとともに、このフェーズに応じた所要の動力付与率 (パワーアシスト 率）となる動力を前記ァクチユエータに発生させるための随意的指令信号を生成し、 この随意的指令信号に応じた電流を生成し、前記ァクチユエータに供給することを特 徴とする装着式動作補助装置の制御方法。

[18] 請求項 14に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

前記装着者が反射神経によって動作する場合に、当該動作の反対方向に前記ァ クチユエータを駆動させるための電流を所定の時間だけ供給した後に、前記動作の 方向に前記ァクチユエータを駆動させるための電流を供給することを特徴とする装着 式動作補助装置の制御方法。

[19] 装着者の動作を補助あるいは代行する装着式動作補助装置を制御する方法であ つて、

前記装着者に対して動力を付与するァクチユエータを有した動作補助装着具が前 記装着者に装着された状態において、

前記装着者の生体信号および前記装着者の動作に関する物理量をそれぞれ検出 し、

検出した生体信号を用いて、前記装着者の意思に従った動力を前記ァクチユエ一 タに発生させるための随意的指令信号を生成し、

検出した物理量とタスクとして分類した装着者の動作パターンを構成する一連の最 小動作単位（フェーズ）の各々の基準パラメータとを比較することにより、前記装着者 が行おうとしているタスクのフェーズを推定し、このフェーズに応じた動力を前記ァク チユエータに発生させるための自律的指令信号を生成し、

これら生成した随意的指令信号および自律的指令信号を合成し、 合成した総指令信号に応じた電流を生成し、前記ァクチユエータに供給することを 特徴とする装着式動作補助装置の制御方法。

[20] 請求項 19に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

前記随意的指令信号と前記自律的指令信号との比 (ハイブリッド比)を、前記フエ一 ズの各々の基準パラメータと所要の対応関係となるように予め設定しておき、前記推 定したタスクのフェーズに応じたハイブリッド比を前記対応関係に基づレ、て規定し、こ のハイブリッド比となるように前記総指令信号を合成することを特徴とする装着式動作 補助装置の制御方法。

[21] 請求項 20に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

前記ァクチユエータへの電流の供給を開始する際に、前記ァクチユエータを駆動可 能な電流の下限値よりも大きくなるように、前記パルス電流あるいは前記総電流を供 給することを特徴とする装着式動作補助装置の制御方法。

[22] 請求項 19に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

前記装着者に付与する動力の比率 (パワーアシスト率）を前記フェーズの各々の基 準パラメータと所要の対応関係となるように予め設定しておき、前記推定したタスクの フェーズに応じたパワーアシスト率を前記対応関係に基づいて規定し、このパワーァ シスト率となるように前記総指令信号を合成することを特徴とする装着式動作補助装 置の制御方法。

[23] 請求項 19に記載の装着式動作補助装置の制御方法において、

前記装着者が反射神経によって動作する場合に、当該動作の反対方向に前記ァ クチユエータを駆動するための駆動電流を所定の時間だけ生成した後に、前記動作 の方向に前記ァクチユエータを駆動することを特徴とする装着式動作補助装置の制 御方法。

[24] 前記請求項 14に記載された制御方法を、装着式動作補助装置を制御するための コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

[25] 前記請求項 19に記載された制御方法を、装着式動作補助装置を制御するための コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。