(57)【要約】【課題】アクチュエータが出力するトルクを適切に制御する。【解決手段】歩行支援装置１は、膝関節アクチュエータ１８のモータ８１が回したい方向と、実際に出力軸である膝関節ピッチ軸８６が回っている方向から、膝関節アクチュエータ１８（モータ８１）の動きが能動的か受動的かを判断する。膝関節アクチュエータ１８の電流トルク特性は、能動的な場合と、受動的な場合とで異なり、歩行支援装置１は、膝関節アクチュエータ１８の動作が能動的な場合は、能動用の電流トルク特性を用い、受動的な場合は、受動用の電流トルク特性を用いて電流値を算出する。【選択図】図２
2014184087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支援対象者の脚部の関節の運動を支援するアクチュエータと、
前記関節において前記アクチュエータに出力させるトルクを取得するトルク取得手段と、
前記アクチュエータの動作方向を検出する検出手段と、
前記検出した動作方向と前記取得したトルクの方向が同じであるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段が同じと判断した場合、前記アクチュエータが動作方向にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択し、前記判断手段が否と判断した場合、前記アクチュエータが動作方向と逆にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択する選択手段と、
前記選択した電流トルク特性に従って、前記取得したトルクに対応する電流を前記アクチュエータに供給する供給手段と、
を具備したことを特徴とする支援装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、ギアヘッドを備え、
前記検出手段は、前記ギアヘッドよりも前記関節に対してトルクを出力する出力軸側で前記動作方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の支援装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記出力軸で前記動作方向を検出することを特徴とする請求項２に記載の支援装置。
【請求項４】
支援対象者の脚部の関節の運動を支援するアクチュエータを備えた支援装置用の支援プログラムであって、
前記関節において前記アクチュエータに出力させるトルクを取得するトルク取得機能と、
前記アクチュエータの動作方向を検出する検出機能と、
前記検出した動作方向と前記取得したトルクの方向が同じであるか否かを判断する判断機能と、
前記判断機能が同じと判断した場合、前記アクチュエータが動作方向にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択し、前記判断機能が否と判断した場合、前記アクチュエータが動作方向と逆にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択する選択機能と、
前記選択した電流トルク特性に従って、前記取得したトルクに対応する電流を前記アクチュエータに供給する供給機能と、
をコンピュータで実現する支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支援装置、及び支援プログラムに関し、例えば、脚部の関節の運動を支援するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行者に装着させ、歩行者の歩行動作をアクチュエータなどで支援（アシスト）する装着型の歩行支援装置（ウェアラブルモビリティ）が盛んに研究され、例えば、特許文献１の体重支持型の歩行補助装置が提案されている。
この特許文献１記載の歩行補助装置では、アシスト用のアクチュエータで上腿フレームと下腿フレーム間の角度を制御して着座部を上方に持ち上げることにより体重の一部を支える構造となっている。
【０００３】
これら歩行支援装置では、筋電センサやトルクセンサを用いて装着者の動きや関節で発生しているトルクを検出し、そのトルクの一部を、例えば、モータとギアから成るアクチュエータでアシストする。装着者の意志による動きに関しては、上記センサで対応が可能である。
【０００４】
しかし、人が装着する上では、装着者の意志によらない外部からの力（重力、慣性力、第三者からの力など）を受けて動作するバックドライバビリティが重要になる場合がある。
このような場合、アクチュエータは、駆動している方向と逆に回転することになるが、ギア機構を含むアクチュエータでは、能動的動き（モータが出力軸を回している場合）と受動的動き（モータが出力軸に回されている場合）において、電流トルク特性が異なることを本願発明者は見出した。
そのため、アシスト力をトルク制御する際には、能動・受動を区別せずにモータを電流制御すると、出力されるトルクが指定したいトルクと異なってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アクチュエータが出力するトルクを適切に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、支援対象者の脚部の関節の運動を支援するアクチュエータと、前記関節において前記アクチュエータに出力させるトルクを取得するトルク取得手段と、前記アクチュエータの動作方向を検出する検出手段と、前記検出した動作方向と前記取得したトルクの方向が同じであるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段が同じと判断した場合、前記アクチュエータが動作方向にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択し、前記判断手段が否と判断した場合、前記アクチュエータが動作方向と逆にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択する選択手段と、前記選択した電流トルク特性に従って、前記取得したトルクに対応する電流を前記アクチュエータに供給する供給手段と、を具備したことを特徴とする支援装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記アクチュエータは、ギアヘッドを備え、前記検出手段は、前記ギアヘッドよりも前記関節に対してトルクを出力する出力軸側で前記動作方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の支援装置を提供する。
請求項３に記載の発明では、前記検出手段は、前記出力軸で前記動作方向を検出することを特徴とする請求項２に記載の支援装置を提供する。
請求項４に記載の発明では、支援対象者の脚部の関節の運動を支援するアクチュエータを備えた支援装置用の支援プログラムであって、前記関節において前記アクチュエータに出力させるトルクを取得するトルク取得機能と、前記アクチュエータの動作方向を検出する検出機能と、前記検出した動作方向と前記取得したトルクの方向が同じであるか否かを判断する判断機能と、前記判断機能が同じと判断した場合、前記アクチュエータが動作方向にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択し、前記判断機能が否と判断した場合、前記アクチュエータが動作方向と逆にトルクを出力する場合の電流トルク特性を選択する選択機能と、前記選択した電流トルク特性に従って、前記取得したトルクに対応する電流を前記アクチュエータに供給する供給機能と、をコンピュータで実現する支援プログラムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、状況に応じた複数の電流トルク特性を用いることにより、アクチュエータが出力するトルクを適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】体重支持型の歩行支援装置の構成を表したものである。
【図２】能動方向と受動方向を説明するための図である。
【図３】能動方向、及び受動方向の電流トルク特性を説明するための図である。
【図４】歩行支援装置のシステム構成を示した図である。
【図５】電流補正処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１）実施形態の概要
本実施形態の支援装置では、歩行支援を行う歩行支援装置１を例に説明する。
歩行支援装置１は、図２に示したように、膝関節アクチュエータ１８のモータ８１が回したい方向と、実際に出力軸である膝関節ピッチ軸８６が回っている方向から、膝関節アクチュエータ１８（モータ８１）の動きが能動的か受動的かを判断する。
膝関節アクチュエータ１８の電流トルク特性は、能動的な場合と、受動的な場合とで異なり、歩行支援装置１は、膝関節アクチュエータ１８の動作が能動的な場合は、能動用の電流トルク特性を用い、受動的な場合は、受動用の電流トルク特性を用いて電流値を算出する。
歩行支援装置１は、能動・受動によって補正された当該電流を膝関節アクチュエータ１８に供給することにより、能動、受動にかかわらず、所望のトルクを出力させることができる。
また、出力軸の回転方向を検知する際にはギアヘッド８２よりも出力軸側に設置したエンコーダ２０で検知することにより出力軸の回転を直接的に検知できると共に、モータ８１が回したい方向と実際に出力軸が回っている方向の検知が容易になり、センサ個数・種類を抑えることが可能となる。
【００１１】
（２）実施形態の詳細
図１は、体重支持型の歩行支援装置１の構成を表したものである。
図１（ａ）は、本実施の形態に係る歩行支援装置１の構成を側面（進行方向に対して横方向）から見たところを示した図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）で示した状態の歩行支援装置１を正面（進行方向）から見た状態と、装着者１００の下半身部分を点線で表した図である。
図１に示したように、歩行支援装置１は、装着者１００が跨って乗ることにより、装着者１００の体重の一部を支持（負担）し、装着者１００の負荷を軽減するものである。体重の一部の負担は、後述するアクチュエータを駆動することで、着座部６１に上方の力を発生させることで行われている。
また、歩行支援装置１では、装着者１００は、腰部、上腿部、下腿部を固定する必要がないので、着脱も容易になる。
【００１２】
なお、図１（ａ）（ｂ）に示すように、点線で示した装着者１００が脚を伸ばした状態（直立状態）において、歩行支援装置１が膝関節部分で屈曲している。これにより、直立状態においても、着座部６１に上方の力を発生させて、体重の一部を負担することができる。
【００１３】
図１（ａ）に戻り、歩行支援装置１は、着座部６１、連結部材６３、プレート６２、ガイドレール６４、６５、荷重センサ６７、股関節ピッチ軸機構１７、膝関節アクチュエータ１８、足首関節ピッチ軸機構１９、上腿連結部材２６、下腿連結部材２７、足連結部材２８、足装着部２４、床反力センサ２４１、エンコーダ２０、膝関節ピッチ軸８６などから構成されている。
【００１４】
なお、股関節ピッチ軸機構１７、膝関節アクチュエータ１８、エンコーダ２０、膝関節ピッチ軸８６、足首関節ピッチ軸機構１９、上腿連結部材２６、下腿連結部材２７、足連結部材２８、足装着部２４、床反力センサ２４１については、図１（ｂ）に示すように、右脚用と左脚用の各部材が存在するが、一方の脚用を指定して説明する場合には、符号の後にＬＲを付けて区別して説明する。
また、図示しないが、本実施形態では、制御装置２やバッテリが着座部６１内、または着座部６１の下側等に配設されるが、他の位置例えば、上腿連結部材２６等に配設するようにしてもよい。
なお、図１（ａ）は、図面に向かって右側（足装着部２４のつま先側）が前方である。
【００１５】
着座部６１は、装着者１００が跨いで腰掛ける部材である。
着座部６１の上面には、装着者１００から６１が受ける圧力を検出する荷重センサ６７が配設されている。本実施形態では、この荷重センサ６７の検出値が所定の目標値（支援荷重という）となるように、膝関節アクチュエータ１８の出力が制御される。
これにより、装着者１００は、着座部６１から常に上方の付勢力を受けることで体重の一部が負担される。
【００１６】
着座部６１は、装着者１００の体重の少なくとも一部を下方から支える。着座部６１は、下方から装着者１００の股間部に押圧されるため、これにより、歩行支援装置１の上部が装着者１００の腰部に対して固定される。
【００１７】
連結部材６３は、着座部６１の後方に延設されており、この延設部分には左右用２枚のプレート６２が固定されている。連結部材６３は、プレート６２に対する着座部６１の位置を固定している。
２枚のプレート６２は、連結部材６３の軸心を中心に回転自在に配設されることで、連結部材６３が２枚のプレート６２に対する開閉軸として機能している。これにより、装着者１００の脚の開閉に伴い、２枚のプレート６２も連結部６３の軸心を中心に開閉する。
【００１８】
プレート６２は、着座部６１の後端側から着座部６１の前端側の下部まで形成され、下肢側に凸となった扇形の部材である。プレート６２は、下肢の運動に対して着座部６１を保持する部材であり、それに耐えうる剛性を有している。
プレート６２の表面にはガイドレール６４、６５（以下代表してガイドレール６５という）が、着座部６１の上方に位置する股関節ピッチ軸中心（股関節の位置）Ｋを中心とする同心円状に形成されている。
ガイドレール６５は、股関節ピッチ軸機構１７が装着者１００の歩行運動に伴って前後方向に移動する軌道を規定している。
【００１９】
股関節ピッチ軸機構１７は、ガイドレール６５による軌道上を自由移動するように構成されており、装着者１００の歩行運動に伴って股関節ピッチ軸機構１７がガイドレール６４、６５による軌道上を自由移動する。
例えば、装着者１００が右脚を前に出すことで重心が前方に移動した状態では、右股関節ピッチ軸機構１７Ｒは脚の動きに連動して軌道上を前方に自由移動し、立脚側の左脚は重心よりも後方への移動に連動して左股関節ピッチ軸機構１７Ｌは軌道上を後方に自由移動する。
このように、股関節ピッチ軸機構１７は、装着者１００が脚を前後方向に移動する力（動き）によって軌道上を前後方向に自由移動するものであり、特にアクチュエータによる前後方向の駆動はされていない。
股関節ピッチ軸機構１７には、ガイドレール６４、６５での位置を検出する位置センサが設置されている。この位置センサの値は、装着者１００の股関節角度を計算するのに用いることができるため、この位置センサは、股関節に関する関節角度センサとして機能している。
【００２０】
股関節ピッチ軸機構１７には、剛性を有する部材（例えば、柱状部材）で構成された上腿連結部材２６の一端が固定され、上腿連結部材２６の他端には膝関節アクチュエータ１８が接続されている。
上腿連結部材２６の一端は股関節ピッチ軸機構１７に対して固定されているため、股関節ピッチ軸機構１７に対する角度は変わらないが、股関節ピッチ軸機構１７が円弧上のガイドレール６５上を移動することにより、上腿連結部材２６は、ガイドレール６５の接線との角度θを一定に保ちながら、水平面に対する角度が変化する。
即ち、装着者１００の膝を上げる動作に伴い股関節ピッチ軸機構１７がガイドレール６５上を前方に移動するため、上腿連結部材２６は水平面との角度が小さくなる（水平に近づく）。
【００２１】
そして、上腿連結部材２６の他端側に位置する膝関節アクチュエータ１８は、ガイドレール６５の中心軸である股関節ピッチ軸中心Ｋを中心とる円弧上を前後に移動する。即ち、膝関節アクチュエータ１８は、股関節ピッチ軸機構１７の自由移動に伴い、股関節ピッチ軸中心Ｋから一定距離を保ちながら円弧運動をする。
上腿連結部材２６の他端側は、膝関節ピッチ軸８６を介して下腿連結部材２７が接続されている。
【００２２】
膝関節アクチュエータ１８は、入力される電流により制御され、その出力により、膝関節ピッチ軸８６を軸心として、上腿連結部材２６と下腿連結部材２７との膝関節角度を変えるように構成されている。
即ち、膝関節アクチュエータ１８は、膝関節角度を大きくする（直線に近づける）ことで、上腿連結部材２６にプレート６２等を介して接続されている着座部６１に対する上方の付勢力を発生させるようになっており、この上付勢力により装着者１００の体重の一部が支持されることになる。
膝関節アクチュエータ１８は、歩行支援対象者の脚部の関節の運動を支援するアクチュエータとして機能している。
【００２３】
なお、本実施形態の膝関節アクチュエータ１８は、膝関節ピッチ軸８６（上腿連結部材２６と下腿連結部材２７の接続点）の位置に配設される場合について説明するが、例えば、連結部材６３や着座部６１内、着座部６１下、股関節ピッチ軸機構１７の後方等の他の位置に配置するようにしてもよい。この場合、膝関節アクチュエータ１８の出力は、プーリを必要箇所に配置しワイヤーやベルトによる伝達機構、その他の力伝達機構により、上腿連結部材２６と下腿連結部材２７に作用させるようにしてもよい。
【００２４】
また、図示しないが、膝関節ピッチ軸８６と同軸となるようにエンコーダ２０が設置されており、膝関節ピッチ軸８６の回転角度を検出する。エンコーダ２０は、膝関節に関する関節角度センサとして機能している。
【００２５】
下腿連結部材２７は、剛性を有する部材（例えば、柱状部材）で構成され、膝関節アクチュエータ１８と反対の他端側には、足首関節ピッチ軸機構１９が取り付けられている。
足首関節ピッチ軸機構１９には、剛性を有する部材（例えば、柱状部材）で構成された足連結部材２８が取り付けられている。
足連結部材２８には、足首関節ピッチ軸機構１９の位置が装着者１００の足首関節と略同じ高さとなるように、装着者１００の足が挿入される足装着部２４が固定されている。
足首関節ピッチ軸機構１９は、下腿連結部材２７に対して、足連結部材２８と足装着部２４が自由にピッチ運動する。
図示しないが、足首関節ピッチ軸機構１９にも足首関節の角度を検出するエンコーダが設置されており、足首関節の角度を検出する関節角度センサとして機能している。
【００２６】
足装着部２４は、対向する一対の足連結部材２８の外側に配置されることで、図１（ｂ
）に示されるように、足装着部２４以外の各部材は両脚の間に収まることになる。
足装着部２４の底面には、各脚が支えている体重の負担割合を求めるために、歩行面からの反力を検出する床反力センサ２４１Ｒ、２４１Ｌが配置されている。
本実施形態では、各足装着部２４の底面略中央部に１つずつの床反力センサ２４１が配置されているが、立脚、遊脚の状態をより正確に判定するために、前後方向の複数箇所（例えば、つま先と踵の２箇所）に床反力センサを配置するようにしてもよい。
【００２７】
歩行支援装置１の装着手順は、次の通りである。
まず、歩行支援装置１の電源を切っておくと共に上腿連結部材２６と下腿連結部材２７を畳んでおく。
そして、装着者１００は、座った姿勢で左右の足に足装着部２４を装着する。
次に、装着者１００は立ち上がり、上腿連結部材２６、下腿連結部材２７を伸ばして着座部６１を股間に当てる。
【００２８】
次に、電源をオンすると、歩行支援装置１は、荷重センサ６７の検出値が支援荷重と一致するように、膝関節アクチュエータ１８を駆動し、着座部６１により装着者１００の体重を支持する。歩行支援装置１を脱ぐ場合は、逆の手順を行う。
このように、歩行支援装置１は、着脱が容易である。
【００２９】
なお、電源をオンした際には、着座部６１の荷重センサ６７が荷重を検出するまでの間、膝関節アクチュエータ１８からは支援荷重に対応する出力トルクよりも小さい装着時荷重に対応するトルクを出力することで、着座部６１はゆっくりと装着者１００の腰下まで上昇する。
電源オフの際には、膝関節アクチュエータ１８からは、装着時荷重よりも小さい脱着時荷重に対応するトルクを出力することで、着座部６１はゆっくりと下方にさがる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、歩行支援用アクチュエータとして膝関節アクチュエータ１８を用いたが、この他に足首関節ピッチ軸機構１９に対して足首関節アクチュエータを備えたり、股関節ピッチ軸機構１７をガイドレール６４、６５に沿って駆動する股関節アクチュエータを備えたりしてもよい。
【００３１】
以下では、アクチュエータのトルク制御について、膝関節アクチュエータ１８を例に説明するが、足首関節アクチュエータや股関節アクチュエータを備える場合も、同様の処理を行うことができる。
また、本実施の形態では、両脚の内側に装着するタイプの歩行支援装置１について説明するが、例えば、両脚の外側に装着し、腰部、大腿部、下腿部などを保持して駆動するタイプの歩行支援装置についても適用することができる。
【００３２】
図２の各図は、膝関節アクチュエータ１８（モータ８１）の能動方向と受動方向を説明するための図である。
膝関節アクチュエータ１８は、駆動力を発生するモータ８１と、当該モータの先端に形成されたギアヘッド８２を用いて構成されている。
モータ８１は、制御装置からの直流電流により図示しないモータ出力軸（主軸、スピンドル）を回転し、これによってギアヘッド８２を駆動する。
ギアヘッド８２の先端からは、ギア出力軸８３が伸びている。
ギアヘッド８２の内部には、歯車機構が設けられており、ギアヘッド８２は、モータ出力軸の回転数や回転トルクを当該歯車機構により変換してギア出力軸８３から出力する。
【００３３】
ギア８５は、ギア出力軸８３の先端にギア出力軸８３と同軸に取り付けられており、ギア出力軸８３が回転すると、これに伴ってギア８５も回転する。
ギア８７は、ギア出力軸８３と平行な膝関節ピッチ軸８６に取り付けられており、ギア８５とかみ合っている。
【００３４】
そのため、ギア出力軸８３が回転すると、膝関節ピッチ軸８６は、これと逆方向に回転する。
これらギアによる伝達機構により、膝関節アクチュエータ１８は、膝関節ピッチ軸８６にトルクを発生させ、上腿連結部材２６に対して下腿連結部材２７を回転させることができる。このように、膝関節ピッチ軸８６は、膝関節アクチュエータ１８の発生するトルクを関節（駆動の対象）に出力する出力軸となっている。
なお、以上のギア構成は一例であって、各種の変形が可能である。
【００３５】
エンコーダ２０は、膝関節ピッチ軸８６の端部に設けられており、膝関節ピッチ軸８６の角度を検出する。
一般に、エンコーダ２０は、モータ８１の後端の取り付けられ、モータ出力軸の回転を検出する。しかし、本実施の形態では、膝関節ピッチ軸８６の回転をモータ制御に用いるため、エンコーダ２０をモータ出力軸に設置すると、ギア機構の機械的遊びによる検出の遅れが生じる。そのため、歩行支援装置１では、エンコーダ２０を膝関節ピッチ軸８６に設置（即ち、駆動の対象にトルクを出力する出力軸に直接設置）することとした。
【００３６】
図２（ａ）では、膝関節ピッチ軸８６が紙面に向かって左に回転している。膝関節ピッチ軸８６の回転方向はエンコーダ２０により検出される。この回転方向を正回転とし、逆方向を負回転とする。
この図では、モータ８１には、膝関節ピッチ軸８６を正回転させる電流が供給されている。このように、モータ８１に正回転用の電流を供給し、膝関節ピッチ軸８６が正回転している場合、動作方向に差異がないので、モータ８１（換言すれば、膝関節アクチュエータ１８）が能動方向に動作している場合とする。
なお、モータ８１に負回転用の電流を供給し、膝関節ピッチ軸８６が負回転している場合も能動方向の動作である。
【００３７】
図２（ｂ）では、モータ８１には、膝関節ピッチ軸８６を正回転させる電流が供給されているのに対し、膝関節ピッチ軸８６は、逆の負方向に回転している。
このように、モータ８１に正回転用の電流を供給し、膝関節ピッチ軸８６が負回転している場合、動作方向に差異があるので、モータ８１（換言すれば、膝関節アクチュエータ１８）が受動方向に動作している場合とする。
なお、モータ８１に負回転用の電流を供給し、膝関節ピッチ軸８６が正回転している場合も受動方向の動作である。
膝関節アクチュエータ１８が受動方向の動作をするのは、例えば、装着者１００が脚部に伸展方向の力を加えつつ、重力によって脚部が屈曲する場合や、第三者からの力により、意図する方向とは逆方向に関節が曲がる場合などがある。
【００３８】
図３は、モータ８１の能動方向、及び受動方向の電流トルク特性を説明するための図である。
より詳細には、モータ８１は、ギアヘッド８２やギア８５、８７などのギア機構を経て出力軸（膝関節ピッチ軸８６）を駆動する。
以下で、説明する電流トルク特性は、モータ８１に供給する電流と、ギア機構を介して出力軸に伝達されたトルクとの特性であり、ギア機構込みの特性である。
【００３９】
図３（ａ）は、モータ８１の特性を測定するための実験装置を示した図である。図は、膝関節ピッチ軸８６を軸心方向から見た図を示している。
棒材９１は、膝関節ピッチ軸８６に垂直な平面内で固定され、膝関節ピッチ軸８６と共に軸心の回りに回転するようになっている。棒材９１の、膝関節ピッチ軸８６の中心から距離Ｌの位置には、ひも状の連結部材９２を介して計測器９３が取り付けられている。
計測器９３は、バネばかりなどで構成されており、ひも状の連結部材９２が棒材９１を引っ張る力（張力）を測定する。
【００４０】
このように構成された実験装置において、以下の手順で実験を行った。
初期状態として、所定の電流をモータ８１に供給して膝関節ピッチ軸８６を駆動しながら、ひも状の連結部材９２が棒材９１に対して垂直となる状態で、計測器９３を、回転とは逆方向に力Ｆで引き、釣り合いの位置で停止させる。
このように釣り合いの状態から、以下のようにして、能動方向のトルク測定を行う。
まず、電流値を一定に保ったまま、力Ｆを徐々に弱めていく。力を少し弱めてもギアヘッド８２などのギア機構やモータ８１の逆転回生が抵抗力となって、膝関節ピッチ軸８６は、すぐには回転しない。
そして、力Ｆを弱めていき、膝関節ピッチ軸８６が回転する瞬間の力Ｆ−ΔＦ１を記録する。これにより、当該電流値で膝関節ピッチ軸８６が能動方向に回転し始めるトルクが求まる。なお、トルクの値（トルクの大きさ）は（Ｆ−ΔＦ１）×Ｌとなる。そして、電流値を変えながら、各電流値に対するトルクを測定する。
【００４１】
一方、能動方向のトルク測定は、次のようにして行う。
まず、同様に計測器９３を釣り合いの位置で停止させる。
次に、電流値を一定に保ったまま、力Ｆを徐々に強めていく。力を少し強めてもギアヘッド８２などのギア機構やモータ８１の正転力行が抵抗力となって、膝関節ピッチ軸８６は、すぐには回転しない。
そして、力Ｆを強めていき、膝関節ピッチ軸８６が回転する瞬間の力Ｆ＋ΔＦ２を記録する。これにより、当該電流値で膝関節ピッチ軸８６が受動方向に回転し始めるトルクが求まる。なお、トルクの値は（Ｆ＋ΔＦ２）×Ｌとなる。そして、電流値を変えながら、各電流値に対するトルクを測定する。
【００４２】
図３（ｂ）は、以上の実験結果を示したグラフである。
縦軸はトルクを表し、横軸は電流を表す。このグラフは、モータ８１に供給される電流に対してギア機構を経て出力軸から出力されるトルクを表した電流トルク特性を表している。
理想特性９７は、ギア機構やモータ８１の特性などによる抵抗を無視した場合の理想の電流トルク特性（Ｉ−Ｔ特性）である。
受動特性９８は、受動方向の実測トルク値を電流に対してプロットしたものである。
能動特性９９は、能動方向の実測トルク値を電流に対してプロットしたものである。
【００４３】
このような特性において、膝関節アクチュエータ１８にＮを出力させたい場合、受動方向の場合はＩ１、能動方向の場合はＩ２、理想の場合はＩ３の電流を膝関節アクチュエータ１８に供給する必要がある。ここで、Ｉ１＜Ｉ３＜Ｉ２である。
このように、あるトルクを出力させる場合、受動方向の場合は、理想の場合よりも少ない電流で済み、能動方向の場合は、理想の場合より大きい電流を必要とする。
ちなみに、従来は、能動・受動にかかわらず、理想特性９７で制御していたため、欲しいトルクに対し、実際に出力されるトルクは、能動・受動に従って過不足していた。
【００４４】
歩行支援装置１は、次の式（１）によりモータ８１に供給する電流を計算する。
モータ入力電流＝（出力トルク）／（実効トルク比）×（モータ８１のトルク定数）・・・（式１）。
ここで、出力トルクは、実効トルク比を無視した理想のトルクであり、実際に膝関節ピッチ軸８６に出力させるトルクである。
【００４５】
実効トルク比は、理想的なトルクと実際に出力するトルクの比である。理想特性９７、受動特性９８、能動特性９９が何れも直線であることから、能動方向の場合は、能動特性９９の傾きを理想特性９７の傾きで除した値となり、例えば、０．７程度である。
一方、受動方向の場合は、受動特性９８の傾きを理想特性９７の傾きで除した値となり、例えば、１．５程度である。
【００４６】
モータ８１のトルク定数は、理想的な場合の、単位電流当たりにモータ８１が出力軸で出力するトルクであり、理想特性９７の傾きである。
なお、受動特性９８や能動特性９９が直線とならない場合は、近似式を用いたり、トルクと電流のマップを用意する。
【００４７】
図４は、歩行支援装置１のシステム構成を示した図である。
制御装置２は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶部、各種インターフェースなどを備えた電子制御ユニットであり、歩行支援装置１の各部を電子制御する。
【００４８】
制御装置２は、ＣＰＵで記憶部に記憶された歩行支援プログラム等の各種プログラムを実行することにより構成され、センサ情報取得部３、関節モーメント演算部４、アクチュエータ出力トルク算出部８、補正部７、デバイスパラメータ記憶部５、人体パラメータ記憶部６などを備えている。
【００４９】
センサ情報取得部３は、関節角度センサ９（エンコーダ２０など）から各関節の角度を取得し、床反力センサ２４１から床反力を取得し、荷重センサ６７から荷重を取得する。
関節モーメント演算部４は、各関節角度や、床反力センサ２４１の検出値や、デバイスパラメータ記憶部５や人体パラメータ記憶部６が記憶した各パラメータを用いて装着者１００の膝関節の関節モーメントを演算する。
アクチュエータ出力トルク算出部８は、関節モーメント演算部４の算出した関節モーメントに対して、出力軸である膝関節ピッチ軸８６にアシスト力として出力する出力トルクを算出する。
【００５０】
なお、出力トルクとは、出力トルクの値（大きさ）とトルクの方向（膝関節アクチュエータ１８の駆動方向）を含む概念であり、ベクトル量である。
このように、膝関節アクチュエータ１８は、関節においてアクチュエータに出力させるトルクを取得するトルク取得手段として機能している。
【００５１】
補正部７は、アクチュエータ出力トルク算出部８から出力トルク（出力トルクの値と膝関節アクチュエータ１８の駆動方向）を取得し、更に、センサ情報取得部３から膝関節ピッチ軸８６の現在の回転方向を取得する。
ここで、回転方向はアクチュエータの動作方向に対応し、このため、補正部７は、アクチュエータの動作方向を検出する検出手段として機能している。
【００５２】
そして、補正部７は、膝関節アクチュエータ１８の駆動方向と膝関節ピッチ軸８６の回転方向から、膝関節アクチュエータ１８の動作が能動方向であるか受動方向であるかを判断する。
このように、補正部７は、検出した動作方向（膝関節ピッチ軸８６の回転方向）と取得したトルクの方向（膝関節アクチュエータ１８の動作の方向）が同じであるか否かを判断する判断手段として機能している。
【００５３】
判断の後、補正部７は、能動・受動に従って、能動用の実効トルク比、または、受動用の実効トルク比を採用する。
このように、補正部７は、判断手段が同じと判断した場合、アクチュエータが動作方向にトルクを出力する場合の電流トルク特性（能動用の実効トルク比）を選択し、判断手段が否と判断した場合、アクチュエータが動作方向と逆にトルクを出力する場合の電流トルク特性（受動用の実効トルク比）を選択する選択手段として機能している。
【００５４】
更に、補正部７は、採用した実効トルク比と出力トルクを式（１）に代入して膝関節アクチュエータ１８に入力する電流を計算し、当該電流を膝関節アクチュエータ１８に供給する。
このように、補正部７は、選択した電流トルク特性に従って、取得したトルクに対応する電流をアクチュエータに供給する供給手段として機能している。
以上のようにして、補正部７は、能動・受動の実効トルク比を選択することによって膝関節アクチュエータ１８に供給する電流を補正する。
【００５５】
デバイスパラメータ記憶部５は、歩行支援装置１の各関節間の長さ、各部の重量や重心位置など、関節モーメントを計算するのに必要なパラメータのほか、能動用・受動用の実効トルク比やモータ８１のトルク定数など、式（１）に従って電流を補正するのに必要なパラメータを記憶している。
人体パラメータ記憶部６は、装着者の身長、体重などの身体的特徴を表すデータを記憶している。
このように、デバイスパラメータ記憶部５と人体パラメータ記憶部６には、関節モーメントなどを計算するのに必要な各種パラメータを記憶している。
【００５６】
図５は、歩行支援装置１が行う電流補正処理を説明するためのフローチャートである。
なお、歩行支援装置１は、以下の処理を左右の膝関節アクチュエータ１８に対して行う。
更に、歩行支援装置１が、股関節や足首関節など、他の箇所にアクチュエータを備えている場合は、これらについても順次行う。
【００５７】
まず、補正部７は、アクチュエータ出力トルク算出部８から膝関節アクチュエータ１８の動作方向（即ち、膝関節ピッチ軸８６を回転させる方向が正か負か）を取得する（ステップ５）。
次に、補正部７は、センサ情報取得部３のエンコーダ２０の検出値から、出力軸（膝関節ピッチ軸８６）の回転方向を取得する（ステップ１０）。
そして、補正部７は、膝関節アクチュエータ１８の動作方向と、膝関節ピッチ軸８６の回転方向が同じか否かを判断する（ステップ１５）。
【００５８】
膝関節アクチュエータ１８の動作方向と膝関節ピッチ軸８６の回転方向が同じ場合（ステップ１５；Ｙ）、補正部７は、能動方向であると判断する。
そして、補正部７は、能動用の電流トルク特性を採用し、デバイスパラメータ記憶部５から能動用の実効トルク比を読み取って式（１）に代入する（ステップ２５）。
【００５９】
次に、補正部７は、アクチュエータ出力トルク算出部８から出力トルクを取得し（ステップ３０）、当該出力トルクを式（１）に代入してモータ８１に入力する電流を算出する（ステップ３５）。
そして、補正部７は、算出した電流をモータ８１に入力して膝関節アクチュエータ１８を駆動する（ステップ４０）。
【００６０】
次に、制御装置２は、歩行支援動作を継続するか否かを判断し（ステップ４５）、継続する場合は（ステップ４５；Ｙ）、ステップ５に戻り、継続しない場合は（ステップ４５；Ｎ）処理を終了する。
例えば、歩行支援装置１は、歩行支援の動作開始、及び終了を装着者１００がスイッチを押すなどして選択できるようになっており、制御装置２は、当該スイッチがオンの場合に歩行支援動作を継続すると判断し、当該スイッチがオフの場合に歩行支援動作を終了すると判断する。
【００６１】
なお、この動作の開始、終了の操作スイッチは、上述した電源オン、オフの操作と共通にしても、別にしてもよい。
共通にする場合には、動作終了スイッチ（＝電源スイッチ）オフにより、膝関節アクチュエータ１８は、脱着時荷重に対応する出力トルクを出力することで、着座部６１はゆっくりと下方にさがる。
一方、電源スイッチとは別にする場合、膝関節アクチュエータ１８は支援荷重に対応する出力トルクの出力を継続する。
【００６２】
一方、膝関節アクチュエータ１８の動作方向と膝関節ピッチ軸８６の回転方向が異なる場合（ステップ１５；Ｎ）、補正部７は、受動方向であると判断する。
そして、補正部７は、受動用の電流トルク特性を採用し、デバイスパラメータ記憶部５から受動用の実効トルク比を読み取って式（１）に代入する（ステップ５０）。
【００６３】
次に、補正部７は、アクチュエータ出力トルク算出部８から出力トルクを取得し（ステップ５５）、当該出力トルクを式（１）に代入してモータ８１に入力する電流を算出する（ステップ６０）。
そして、補正部７は、算出した電流をモータ８１に入力して膝関節アクチュエータ１８を駆動する（ステップ４０）。
【００６４】
以上のようにして、歩行支援装置１は、膝関節アクチュエータ１８の動作が能動か受動かに応じて、駆動電流を補正し、適切なトルクが膝関節ピッチ軸８６から出力されるようにする。
【００６５】
歩行支援装置１は、以上の処理を左右の膝関節アクチュエータ１８に対して左右の膝関節アクチュエータ１８に対して独立に行うに行う。
【００６６】
以上説明した実施形態では、膝関節アクチュエータ１８を例に説明したが、膝以外の各種アクチュエータ、例えば股関節アクチュエータや、足関節アクチュエータ、更には、肘や肩手首等の動作を支援する支援装置における各種アクチュエータに適用することも可能である。
【００６７】
以上に説明した本実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
（１）膝関節アクチュエータ１８（モータ８１）の動作方向が能動か受動かに応じて膝関節アクチュエータ１８に供給する電流を補正することができる。
（２）電流を補正することにより、能動・受動にかかわらず、膝関節アクチュエータ１８に所望のトルクを出力させることができる。
（３）出力軸にエンコーダ２０を設置するため、ギア機構の機械的遊びによる検出の遅れを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  歩行支援装置
２  制御装置
３  センサ情報取得部
４  関節モーメント演算部
８  アクチュエータ出力トルク算出部
９  関節角度センサ
１７  股関節ピッチ軸機構（スライド機構）
１８Ｒ  右膝関節アクチュエータ
１８Ｌ  左膝関節アクチュエータ
１９  足首関節ピッチ軸機構
２０  エンコーダ
２４  足装着部
２４１Ｒ  右床反力センサ
２４１Ｌ  左床反力センサ
２６  上腿連結部材
２７  下腿連結部材
２８  足連結部材
６１  着座部
６２  プレート
６３  連結部材
６４  ガイドレール
６５  ガイドレール
６７  荷重センサ
８１  モータ
８２  ギアヘッド
８３  ギア出力軸
８５、８７  ギア
８６  膝関節ピッチ軸
９１  棒材
９２  連結部材
９３  計測器
９７  理想特性
９８  受動特性
９９  能動特性
１００  装着者
Ｋ  股関節ピッチ軸中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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