(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの身体活動、前記ユーザの歩行訓練の間に、当該ユーザの体重を免荷する装置であって、
複数のロープ（４１、４２、４３、４４）であって、各ロープ（４１、４２、４３、４４）は、該当の駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）から該当の偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）まで延在して当該偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）によって偏向されてから当該各ロープ（４１、４２、４３、４４）の第１の自由端（４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ）まで延在するとともに、当該各ロープ（４１、４２、４３、４４）を介して、前記偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）内に生じた力によって受動的に変位できるように当該偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）が設計された複数のロープ（４１、４２、４３、４４）と、
前記第１の自由端（４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ）に結合されるとともに、前記ユーザ（４）に結合されるように設計された結節点（６０）であって、前記身体活動時の前記ユーザ（４）に対し免荷する及び／又は水平面に沿った力を作用させるために、前記駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）が、その設計上、前記複数のロープの各ロープ（４１、４２、４３、４４）の引込・解放を通じて行う調節の対象たる当該各ロープ（４１、４２、４３、４４）に沿った現在のロープ力（ＦＲ）を合計すると、当該結節点（６０）を介して前記ユーザ（４）に作用する現在の合力（Ｆ）になる結節点（６０）と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記現在のロープ力（ＦＲ）を決定する複数の力センサ（７１０、７２０、７３０、７４０）を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のロープの各ロープ（４１、４２、４３、４４）は、前記現在のロープ力（ＦＲ）を決定するための該当のロープ力センサ（７１０、７２０、７３０、７４０）と相互作用し、前記ロープ力センサ（７１０、７２０、７３０、７４０）は前記結節点（６０）に配置され、当該各ロープ（４１、４２、４３、４４）は該当のばね要素（７１、７２、７３、７４）を介して前記結節点（６０）に接続され、当該各ロープ力センサ（７１０、７２０、７３０、７４０）は該当の前記現在のロープ力（ＦＲ）に対応する前記ばね要素（７１、７２、７３、７４）の長さを測定し、前記前記ロープ力センサ（７１０、７２０、７３０、７４０）の各々は、前記結節点（６０）に接続された回転センサ（７１２、７２２、７３２、７４２）のシャフトに結合したシリンダ上に巻かれるとともに、該当のばね要素（７１、７２、７３、７４）に接続された該当のロープ（４１、４２、４３、４４）の該当の第１の自由端（４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ）に接続された測定ケーブル（７１１、７２１、７３１、７４１）を備えるケーブル伸長式トランスデューサによって形成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記現在の合力（Ｆ）を調節するために、前記駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）を制御するように設計された制御ユニットを更に備え、当該制御ユニットは、前記現在の合力（Ｆ）が所望の力（Ｆｄｅｓ）に接近するように、又は、前記結節点（６０）の現在の位置が前記結節点（６０）の所望の位置に接近するように、前記駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）を制御するべく設計されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記装置（１）は、少なくとも第１のロープ（４１）及び第２のロープ（４２）を備えるとともに、第３のロープ（４３）及び第４のロープ（４４）を更に備え、
前記第１のロープ（４１）は、当該第１のロープ（４１）の該当の駆動ユニット（５１０）から第１の偏向デバイス（３１）に向かって延在し、当該第１の偏向デバイス（３１）によって偏向されてから、前記結節点（６０）に向かって延在し、
前記第２のロープ（４２）は、当該第２のロープ（４２）の関連駆動ユニット（５２０）から第２の偏向デバイス（３２）に向かって延在し、当該第２の偏向デバイス（３２）によって偏向されてから、前記結節点（６０）に向かって延在し、
前記第３のロープ（４３）は、当該第３のロープ（４３）の該当の駆動ユニット（５３０）から第３の偏向デバイス（３３）に向かって延在し、当該第３の偏向デバイス（３３）によって偏向されてから、前記結節点（６０）に向かって延在し、
前記第４のロープ（４４）は、当該第４のロープ（４４）の該当の駆動ユニット（５４０）から第４の偏向デバイス（３４）に向かって延在し、当該第４の偏向デバイス（３４）によって偏向されてから、前記結節点（６０）に向かって延在する
ことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記偏向デバイスは、支持枠又は部屋の天井から懸架するように設計されたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
水平に延在する長尺軸（Ｌ）に沿って延びる少なくとも第１の誘導レール（２１）を備えるとともに、水平に延在する長尺軸（Ｌ’）に沿って延びる第２の誘導レール（２２）を更に備え、
当該２つの誘導レール（２１、２２）は、
各々が支持構造体、当該装置（１）の支持枠（１０）、又は部屋の天井に接続されるように設計され、
夫々が相互に平行に延び、
各々が当該誘導レール（２１、２２）の前記長尺軸（Ｌ、Ｌ’）周りに４５°の角度で傾斜する
ことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の偏向デバイス（３１）及び前記第２の偏向デバイス（３２）は、前記第１の誘導レール（２１）の前記長尺軸（Ｌ）に沿った前記第１の誘導レール（２１）に沿って摺動できるように前記第１の誘導レール（２１）に摺動可能に接続され、前記第３の偏向デバイス（３３）及び前記第４の偏向デバイス（３４）は、前記第２の誘導レール（２２）の前記長尺軸（Ｌ’）に沿った前記第２の誘導レール（２２）に沿って摺動できるように前記第２の誘導レール（２２）に摺動可能に接続され、前記偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）はそれぞれ、基部（３４０）を備え、前記基部（３４０）を介して、前記それぞれの偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）は、前記関連誘導レール（２１、２２）に摺動可能に接続され、前記各偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）は、前記それぞれのアーム（３４１）が前記それぞれの基部（３４０）に対して前記それぞれの誘導レール（２１、２２）の前記長尺軸（Ｌ、Ｌ’）に平行に延びる枢動軸（Ａ）周りに枢動できるように、前記それぞれの偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）の前記基部（３４０）にヒンジ止めしたアーム（３４１）を備え、前記偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）はそれぞれ、前記それぞれのアーム（３４１）に接続した偏向要素（３４４）を備え、前記偏向要素（３４４）の周りに、前記それぞれのロープ（４１、４２、４３、４４）は、偏向されるように布設され、前記偏向要素（３４４）は、前記それぞれのアーム（３４１）に回転可能に接続したローラであり捕捉手段（Ｃ）は、前記関連誘導レール（２１、２２）に対して前記それぞれの偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）を捕捉するために前記各偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）に設けられることを特徴とする、請求項５又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の偏向デバイス（３１）及び前記第２の偏向デバイス（３２）は、第１の偏向ユニット（３５）を形成するように接続要素（３５０）によって接続され、前記第３の偏向デバイス（３３）及び前記第４の偏向デバイス（３４）は、第２の偏向ユニット（３６）を形成するように接続要素（３６０）によって接続され、前記接続要素（３５０、３６０）は弾性又は非弾性であり、前記接続要素（３５０、３６０）は、弾性接続要素の場合、ロープ力の不在下で前記それぞれの誘導レール（２１、２２）の前記長尺軸（Ｌ、Ｌ’）に沿って同じ長さを有し、前記接続要素（３５０、３６０）は、前記それぞれの偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）に解放可能に接続され、前記それぞれの接続要素（３５０、３６０）は、ロープ部材、剛性ロッド又はばねであり、第１の偏向ユニット（３５）は、前記第１の誘導レール（２１）の前記長尺軸（Ｌ）に沿って前記第１のロープ（４１）の前記駆動ユニット（５１０）と前記第２のロープ（４２）の前記駆動ユニット（５２０）との間に配置され、第２の偏向ユニット（３６）は、前記第２の誘導レール（２２）の前記長尺軸（Ｌ’）に沿って前記第３のロープ（４３）の前記駆動ユニット（５３０）と前記第４のロープ（４４）の前記駆動ユニット（５４０）との間に配置されることを特徴とする、請求項５、又は請求項５に戻って参照する場合の請求項６から８のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）はそれぞれ、たわみ継手（５３）を介してウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）に接続したアクチュエータ（５１２、５２２、５３２、５４２）を備え、前記ウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）の周りに、前記それぞれのロープ（４１、４２、４３、４４）が巻かれ、前記それぞれのアクチュエータ（５１２、５２２、５３２、５４２）は、前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）上にトルクを加えて前記それぞれのロープ（４１、４２、４３、４４）を引き込むか又は解放するように設計され、前記それぞれの駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）は、前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）を捕捉するブレーキを備えることができ、前記それぞれの駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）は、少なくとも１つの押圧部材（５４）を備え、圧力ローラは、前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）の周りに券かれた前記それぞれのロープ（４１、４２、４３、４４）を前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）に押圧して、前記それぞれのロープ（４１、４２、４３、４４）が前記関連ウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）から外れるか又は筋を跳び越えるのを防止するように構成したことを特徴とする、請求項１から９のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置（１）は、前記装置（１）の現在の状態（ｓ）及び／又は前記ユーザ（４）の位置（ｗ）を決定するセンサ手段を備え、前記現在の状態は、前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）から繰り出した前記ロープ（４１、４２、４３、４４）の長さ（ｓｗ）及び前記偏向ユニット（３５、３６）の前記それぞれの誘導レール（２１、２２）に沿った位置（ｘＴ）によって定義されることを特徴とする、請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御ユニットは、前記駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）、前記それぞれのアクチュエータ（５１２、５２２、５３２、５４２）によって前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）上に加えられたトルク（ｕ）、又は前記それぞれのトルクに比例する量を制御して、前記ユーザ（４）に対する現在の力（Ｆ）が前記ユーザ（４）に対する所望の力（Ｆｄｅｓ）に接近するように設計され、前記制御ユニットは、前記トルクを制御し、それにより、前記現在の力（Ｆ）が所望の力（Ｆｄｅｓ）に接近するように前記現在の力（Ｆ）に影響を与える及び／又は前記トルクを制御し、それにより、前記可動偏向ユニット（３５、３６）の移動がそれぞれ所望の移動に接近するように前記可動偏向ユニット（３５、３６）の移動に影響を与えるように構成され、前記偏向ユニット（３５、３６）の前記所望の移動は、前記２つの偏向ユニット（３５、３６）間の相対変位がゼロに接近するように定義され、前記制御ユニットは、比例積分制御器を介して、前記ユーザ（４）に対する前記所望の力（Ｆｄｅｓ）と前記現在の力（Ｆ）との間の誤差の関数及び／又は前記偏向ユニット（３５、３６）の前記所望の移動と前記現在の移動との間の誤差の関数内で前記トルク（ｕ＝ｉＦｗ）を算出するように構成され、前記関数は、
ＪＦｗ＝Ｆｄｅｓ＋（ＫＰ＋ＫＩ／ｓ）（Ｆｄｅｓ−Ｆ）、及び
ｒ’ＴＦｗ＝ｋＴ（ΔＸＴ，ｄｅｓ−ΔＸＴ）
として定義され、
式中、行列Ｊは、前記ロープ力（ＦＲ）と前記ユーザ（４）に対する前記現在の力Ｆとの間の現在の幾何学的関係を記述する３×４のヤコビアンであり、Ｆｗは、前記トルク（ｕ）に比例するウインチ力Ｆｗのベクトルであり、ＫＰ及びＫＩは、比例利得及び積分利得をそれぞれ含む行列であり、ｓは、ラプラス演算子であり、ｒ’は、ロープ力（ＦＲ）と前記偏向ユニット（３５、３６）の変位をもたらす力との間の幾何学的関係を記述するベクトルであり、ΔＸＴは、前記偏向ユニット（３５、３６）の相対変位であり、ΔＸＴ，ｄｅｓは、前記偏向ユニット（３５、３６）の所望の相対変位であり、ｋＴは、スカラー比例制御利得であることを特徴とする、請求項１から１１のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御ユニットは、
−前記結節点（６０）上に力平衡があり、
−前記偏向ユニット（３５、３６）上に力平衡があり、及び
−前記偏向ユニット（３５、３６）の両方が、前記それぞれの誘導レール（２１、２２）に沿って同じ位置に存在する
条件下で前記センサ手段を用いて決定した、前記装置（１）の現在の状態（ｓ）及び前記ユーザ（４）の前記位置（ｗ）、又は所望のウインチ位置（ｓｗ，ｄｅｓ）に応じて、前記ロープ（４１、４２、４３、４４）のそれぞれに対する前記所望のロープ力（ＦＲ，ｄｅｓ）を算出するように設計され、
前記制御ユニットは、前記駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）、前記それぞれのアクチュエータ（５１２、５２２、５３２、５４２）によって前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）上に加えられた前記トルク（ｕ）を制御し、それにより、前記現在のロープ力（ＦＲ）が前記それぞれの所望のロープ力（ＦＲ，ｄｅｓ）に接近するか、又は前記結節点（６０）又はユーザ（４）の前記現在の位置が前記結節点（６０）又はユーザ（４）の所望の位置に接近するように設計され、前記制御ユニットは、前記現在のロープ力（ＦＲ）を前記所望のロープ力（ＦＲ，ｄｅｓ）により迅速に接近させるために、前記複数の駆動ユニット（５１０、５２０、５３０、５４０）への事前定義トルクを同時に抑制するように構成され、前記制御ユニットは、
ｕ＝ｉ（ＦＲ，ｄｅｓ＋Ｋｒ（ＦＲ，ｄｅｓ−ＦＲ））＋Ｕｆｆ
に従って前記トルク（ｕ）を制御するように構成され、ＦＲ，ｄｅｓは、算出した所望のロープ力であり、ｉは、前記それぞれのウインチの伝達比であり、Ｋｒ∈Ｒｎxｎは、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、ｎ∈Ｎは、ロープの本数であり、Ｕｆｆは、前記装置の静的条件でゼロになる任意選択の追加項であり、前記式によって、前記事前定義トルクを前記複数のウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）に同時に適用できることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置（１）は、前記結節点（６０）を前記ユーザ（４）に結合するベール（８０）を備え、前記ベール（８０）は、前記ベール（８０）が垂直軸（ｚ）周りに回転できるように前記結節点（６０）に回転可能に接続され、前記ベール（８０）は、２つの対向する自由端（８１、８２）を備え、前記２つの自由端（８１、８２）のそれぞれは、ハーネス（９５）を前記ベール（８０）に接続する接続要素（９６、９７）を受け入れる受けを備え、前記ハーネス（９５）は、前記ユーザ（４）を前記ベール（８０）を介して前記結節点（６０）に接続するために前記ユーザ（４）に取り付けるように設計され、前記接続要素（９６、９７）は、前記装置（１）を前記ユーザ（４）に適合させるために長さ調節可能であるように設計したことを特徴とする、請求項１から１３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちいずれか一項に記載の装置を使用してユーザの体重を免荷する装置を制御する方法であって、
−複数のウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）のトルク（ｕ）を算出するステップ、
−前記ウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）それぞれに結合したロープ（４１、４２、４３、４４）に沿って作用する現在のロープ力（ＦＲ）を調節するために、前記トルク（ｕ）を前記ウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）上に加えるステップであって、前記各ロープ（４１、４２、４３、４４）は、前記それぞれのロープ（４１、４２、４３、４４）の第１の自由端（４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ）を介して結節点（６０）に接続され、前記結節点（６０）に、ユーザ（４）は、前記ロープ力（ＦＲ）が前記結節点（６０）を介して前記ユーザ（４）に作用する現在の合力（Ｆ）になるように事前に結合され、前記ロープ（４１、４２、４３、４４）はそれぞれ、偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）によって偏向され、前記偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）は、前記ロープ（４１、４２、４３、４４）を介して前記偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）内に生じた力によって変位可能である、ステップ、及び
−前記トルク（ｕ）を算出するステップであって、前記算出したトルク（ｕ）を前記ウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）上に加えると、前記結節点（６０）の位置が前記結節点（６０）の所望の位置に接近する、又は前記ユーザ（４）に対する前記現在の合力（Ｆ）が前記ユーザ（４）に対する所望の力（Ｆｄｅｓ）に接近する、及び／並びに前記可動偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）がそれぞれ所望の移動に接近するように、前記トルク（ｕ）を算出するステップであり、前記装置（１）の現在の状態（ｓ）及び前記ユーザ（４）の現在の位置（ｗ）を決定し、前記トルク（ｕ）は、前記現在の状態（ｓ）及び前記ユーザ（４）の前記現在の位置（ｗ）に応じて算出される、ステップ
を含む方法。
【請求項１６】
前記偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）は、対で偏向ユニット（３５、３６）を形成し、それにより、前記偏向ユニット（３５、３６）の前記２つの偏向デバイス（３１、３２、３３、３４）が第１の方向（ｘ）に沿って一緒に変位できるようにし、第１のロープ（４１）及び第２のロープ（４２）並びに関連する第１の偏向ユニット（３５）が設けられ、第３のロープ（４３）及び第４のロープ（４４）並びに関連する第２の偏向ユニット（３６）が更に設けられ、前記現在の状態（ｓ）は、前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）から繰り出した前記ロープ（４１、４２、４３、４４）の長さ（ｓｗ）及び前記偏向ユニット（３５、３６）の前記第１の方向（ｘ）に沿った位置（ｘＴ）によって定義されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記トルク（ｕ）は、
−前記結節点（６０）上に力平衡があり、
−前記偏向ユニット（３５、３６）上に力平衡があり、及び
−、前記偏向ユニット（３５、３６）が、前記第１の方向（ｘ）に沿った同じ位置に存在する
条件を要求する、前記装置（１）の前記現在の状態（ｓ）及び前記ユーザ（４）の前記現在の位置（ｗ）に応じて決定した、前記ロープ（４１、４２、４３、４４）のそれぞれの所望のロープ力（ＦＲ，ｄｅｓ）又は前記それぞれのウインチ（５１１、５２１、５３１、５４１）から繰り出した前記ロープ（４１、４２、４３、４４）の部分の所望の長さ（ｓｗ，ｄｅｓ）を受け入れる内側制御ループにより決定されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
事前定義トルクは、前記現在のロープ力（ＦＲ）を前記所望のロープ力（ＦＲ，ｄｅｓ）により迅速に接近させるために、前記複数のウインチ（５１０、５２０、５３０、５４０）に同時に適用されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記トルク（ｕ）は、
Ｕ＝ｉ（ＦＲ，ｄｅｓ＋Ｋｒ（ＦＲ，ｄｅｓ−ＦＲ））＋Ｕｆｆ
に従って決定され、ＦＲ，ｄｅｓは、算出した所望のロープ力であり、ｉは、前記ウインチの伝達比であり、Ｋｒ∈Ｒｎxｎは、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、ｎ∈Ｎは、ロープの本数であり、Ｕｆｆは、前記装置（１）の静的条件でゼロになる任意選択の追加項であることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記トルク（ｕ＝ｉＦｗ）又は前記トルクに比例する量は、比例積分制御器を介して、前記ユーザ（４）に対する前記所望の力（Ｆｄｅｓ）と前記現在の力（Ｆ）との間の誤差の関数、及び／又は前記偏向ユニット（３５、３６）の前記所望の移動と前記現在の移動との間の誤差の関数内で算出され、前記関数は、方程式：
ＪＦｗ＝Ｆｄｅｓ＋（ＫＰ＋ＫＩ／ｓ）（Ｆｄｅｓ−Ｆ）、
ｒ’ＴＦｗ＝ｋＴ（ΔＸＴ，ｄｅｓ−ΔＸＴ）
を介して定義され、式中、行列Ｊは、ロープ力と前記ユーザ（４）に対する前記現在の力（Ｆ）との間の現在の幾何学的関係を記述する３×４のヤコビアンであり、Ｆｗは、前記トルク（ｕ）に比例するウインチ力Ｆｗのベクトルであり、ＫＰ及びＫＩは、比例利得及び積分利得をそれぞれ含む行列であり、ｓは、ラプラス演算子であり、ｒ’は、ロープ力と、前記偏向ユニット（３５、３６）の変位をもたらす力との間の幾何学的関係を記述するベクトルであり、ΔＸＴは、偏向ユニット（３５、３６）の相対変位であり、ΔＸＴ，ｄｅｓは、前記偏向ユニット（３５、３６）の所望の相対変位であり、ｋＴはスカラー比例制御利得であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの身体活動中、特にユーザ（例えば患者）の歩行訓練の間に、ユーザの体重を（例えば誘導的に）免荷する装置に関する。当然ながら、動物、ロボット又は他のあらゆる物体も、本発明による装置によって免荷できる。したがって、用語「ユーザ」とは、具体的にヒトを指すことができるが、免荷すべき他のあらゆる物体を意味することもできる。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、この種の公知のデバイスにおいて、ユーザは、トレッドミルを歩行する間、昇降線から静的に懸架される。したがって、ユーザが実施できる身体活動（訓練）の種類は、かなり制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記に基づき、本発明の基礎をなす問題は、多種多様な身体活動又は移動を可能にする一方で、同時にユーザ（物体）を規定の方式で安全に支持する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この問題は、請求項１に記載の特徴を有するデバイス並びに請求項１５に記載の特徴を有する方法によって解決される。
【０００５】
好ましい実施形態は、以下で説明するそれぞれの下位請求項で述べられる。
【０００６】
好ましい実施形態によれば、本発明による装置は、前記身体活動時にユーザを継続的に免荷するために、複数のロープであって、各ロープが、特に適切な剛性支持構造体（例えば支持枠又は天井）に接続した関連駆動ユニットに結合され、それぞれの駆動ユニットから、それぞれのロープを偏向する（唯一関連付けた）偏向デバイスに延在し、次にそれぞれのロープの第１の自由端に延在する、複数のロープ、及び前記第１の自由端に結合され、前記ユーザに結合するように設計した結節点を備え、駆動ユニットは、それぞれのロープを引き込み、解放して（例えば巻き取り、巻き出す）、それぞれのロープに沿った現在のロープ力を発生させるように設計され、現在のロープ力は、前記結節点を介して前記ユーザに対して加えられた現在の合力になる。特に、結節点は、伸長体、例えば枠であってもよい。特に、ロープは、必ずしも１点で交差する必要はない。
好ましくは、偏向デバイスは、受動的に変位可能であり（即ち、偏向デバイスの空間上の位置を特に誘導的に変更できる）、このことは、偏向デバイス自体がそれぞれの偏向デバイスを能動的に移動させる移動発生手段を備えないが、ロープを介して偏向デバイス内に生じた力によって変位できることを特に意味する。特に、偏向デバイスは、互いに接続でき（例えば、対で、変位方向に沿って偏向デバイス間の一定距離を維持する間にそれぞれの２つの偏向デバイスが一緒に変位できるように）、偏向デバイスは、１つ又は複数の誘導レールによって誘導でき、又は偏向デバイスの重心を空間の位置内で（受動的に）変更できるように、特にワイヤ又は別の（細長い）支持要素によって支持構造体（例えば支持枠又は部屋の天井）から懸架できる。同様に、前記誘導レール（複数可）も、支持構造体（例えば支持枠又は天井）に接続できる。
２つの偏向要素（又は更には２つ以上の偏向要素）間の接続は、互換的であってもよい（例えば個別の）接続手段（要素）によって実現できる。しかし、偏向デバイスは、互いに一体に接続することもできる（即ち単一部品を形成する）。
【０００７】
ロープ力は、ロープ合力が純粋に垂直に作用する力であるように制御できるが、前記身体活動（例えば歩行訓練）時にユーザを特定の方向に向けるように水平面に分力を有することもできる。更に、力を制御できるだけでなく、結節点の位置も制御できる。このことは、荷の輸送（代替適用例）、又は単にユーザの上にデバイスを位置決めするために使用できる。
【０００８】
好ましくは、本発明による装置は、意図した通りに結節点に結合したユーザ（又は物体）が、原則として３次元空間で移動を実施する。即ち、水平、即ち前後方向、及び横方向にも、更には垂直にも移動でき（例えば、結節点に結合されたユーザがアクセス可能な水平に延在する空間に設けた階段又は傾斜面等の何らかの他の物体を登る）、垂直軸周りに回転でき、湾曲部を歩行する又は向きを変えるのを可能にするように構成される。当然ながら、本発明による装置は、トレッドミル等の公知のデバイスと組み合わせることもできる。
【０００９】
しかし、本発明の一実施形態では、偏向デバイスは、空間内又は誘導レールに沿って移動しないように固定できる。特に、偏向デバイスは、誘導レールに解放可能に固定され、そのために偏向ユニットが誘導レールに沿った移動に関して一時的に係止可能であるように設計する。
【００１０】
本発明の更なる実施形態によれば、支持枠は、水平伸長面に沿って延在する上側枠部を備え、支持枠は、複数の垂直に延在する脚部材を備えることができ、脚部材を介して上側枠部は床上に支持できる。
【００１１】
本発明の更なる態様によれば、本発明による装置は、ロープの力を直接または間接的に測定する、又はユーザに対する力を直接的に測定するように設計した力センサを備える。特に、ロープのそれぞれは、現在作用するロープ力、及びそれによるユーザに対する現在の合力を決定する関連ロープ力センサと相互作用する。代替的に、現在のロープ力は、駆動ユニットと相互作用する電流センサにより検出できる（例えば、そのようなセンサは、ウインチのアクチュエータ内に統合できる）。
【００１２】
好ましくは、これらのロープ力センサは、現在作用するロープ力（現在のロープ力）に対応する（例えばアナログ又はデジタル）出力信号を供給する。
【００１３】
本発明の一実施形態では、前記出力信号は、前記出力信号をデジタル化する処理手段を介して制御ユニット（コントロール・ユニットとも示す）に送信され、この制御ユニットは、ロープ力センサによって供給された前記出力信号により現在作用するロープ力を決定できる。
【００１４】
本発明の一態様によれば、制御ユニットは、前記現在の合力を調節し、予め定義した様式でユーザを免荷する（更には最終的にはユーザを引っ張る）ために、前記駆動ユニットを介して直接的に、又は前記ロープ力（即ち結節点に作用する個々のロープ力）を（内側）制御ループ内に制御することによって間接的に、前記現在の合力（結節点／ユーザに対する）又は結節点の位置を制御するように設計され、制御ユニットは、好ましくは、ロープのそれぞれに対する現在の所望の（参照）ロープ力を算出し、駆動ユニットをそれに応じて制御し、それによりそれぞれのロープ力センサ（又は別のセンサ）を用いて決定した現在のロープ力は、一定時間後、少なくとも漸近的にそれぞれの所望のロープ力に一致（接近）するように設計される。当然ながら、制御は、好ましくは連続的に行われ、特に、所望のロープ力（又は所望の合力）及び現在のロープ力（又は現在の合力）は、（例えば一定の割合で）繰り返し算出／検知できる。
両方の場合（例えばロープの合力ベクトルの間接的な制御、又は直接的な制御）において、制御ユニットは、ロープ合力を制御するだけでなく、同時に受動的に変位可能な偏向ユニットの移動に望ましい様式で影響を与えるようにも設計できる。例えば、４つのウインチの場合、３次元ロープ合力の補正から４つの個々のウインチ力の補正への写像は、一意ではない。これは、未定の方程式を表す。この結果、変位可能偏向ユニットのダイナミクスにも影響を与える自由をもたらす。例えば、偏向ユニットの特定の相対ダイナミクスを強制することが望ましい場合がある。２つの偏向ユニットの場合、２つの偏向ユニット（トロリとも示される）の、互いに対する特定の所望の（例えば漸近的に安定な）相対変位を強制すると、方程式に欠落している追加拘束を与える。
【００１５】
代替的に（又は追加として）、制御ユニットは、駆動ユニットを制御し、それにより結節点の現在の（空間）位置（例えば空間固定座標系又は前記装置に対する）が結節点の（現在の）所望の位置に接近するように設計できる。
【００１６】
本発明の一実施形態では、装置は、少なくとも２本のロープ、好ましくは４本のロープ、即ち、第１のロープ、第２のロープ、第３のロープ及び第４のロープを備える（好ましくは、必ずしもそうではないが偶数のロープがある）。
好ましくは、第１のロープは、第１のロープの関連駆動ユニットから第１の偏向デバイスに向かって延在し、第１の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。同様に、第２のロープは、好ましくは、第２のロープの関連駆動ユニットから第２の偏向デバイスに向かって延在し、第２の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。更に、第３のロープも（存在する場合）、好ましくは、第３のロープの関連駆動ユニットから第３の偏向デバイスに向かって延在し、第３の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。最後に、第４のロープも（存在する場合）、好ましくは、第４のロープの関連駆動ユニットから第４の偏向デバイスに向かって延在し、第４の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。好ましくは、２つ以上の偏向デバイスを互いに接続して偏向ユニットを形成し、それにより、偏向ユニットの組み合わせた移動は、こうした移動に作用する（多数の）ロープ力によって支配される。
【００１７】
本発明の一態様では、各ロープは、ばね要素を介して結節点に接続できる。
【００１８】
特に、ロープ力センサは、それぞれのばね要素の長さを測定する手段、例えばリニア・エンコーダ又はワイヤ・センサと組み合わせて、そのようなばね要素（それぞれのロープ内に挿入される）を用いて形成でき、ロープ力センサは、回転センサ（例えば電位計）のシャフトに結合したシリンダ（スプール）上に巻かれた測定ケーブルを備えるケーブル伸長式トランスデューサであってもよく、それぞれの回転センサは、それぞれのばね要素の一端に接続され、それぞれの測定ケーブルは、それぞれのばね要素のもう一端に接続される。
ここで、それぞれのばね要素が伸びる又は収縮するときにトランスデューサの測定ケーブルをシリンダから繰り出す又はシリンダに巻き取る場合、シリンダ及びシャフトは、それに応じて回転し、したがって測定ケーブルの直線的な伸長に比例する回転センサの（電気）出力信号がもたらされる。それぞれのばね要素のばね定数が分かれば、それによりロープ力をそれぞれのばね要素のばね力を介して決定できる。この点について、ロープに作用する個々のロープ力及び／又は直接的に、ユーザに作用するロープ合力を測定するために、あらゆる他の力センサも採用できることに留意されたい。ロープの空間における角度を測定し、それによって力の方向（例えば角度センサ又は慣性測定ユニットによって）を測定するセンサ、或いは偏向ユニットにおいて接続した偏向デバイス間に作用する力を測定し、それによってロープ力又はロープの分力を間接的に測定するセンサを採用することも可能である。
【００１９】
好ましくは、力センサは、結節点の近くに置かれるが、それぞれの駆動ユニット又はウインチにより近く置くこともでき、更にはそれぞれの駆動ユニット（例えばそれぞれのウインチを駆動するアクチュエータ）の電流の測定に基づくものであってもよい。
【００２０】
本発明の一態様によれば、装置は、少なくとも第１の誘導レール（例えば２本のロープ及び２つの偏向デバイスの場合）を備え、好ましくは第２の誘導レールも備え、第１の誘導レール及び第２の誘導レールはそれぞれ、長尺軸に沿って延びる。
これらの長尺軸は、好ましくは、（例えばユーザが）装置を意図した通りに作動できる装置の作動位置に対して水平に延在する。好ましくは、誘導レール（複数可）は、前記支持構造体（例えば装置が配置される支持枠又は部屋の天井）に接続できる。支持枠の場合、誘導レール（複数可）は、前記上側枠部に接続できる。好ましくは、誘導レールは、互いに対して平行に延びるように配置する。特に、２本の誘導レールの場合、各誘導レールは、特に４５°の角度だけその長尺軸周りに傾けることができる。
【００２１】
好ましくは、第１の偏向デバイス及び第２の偏向デバイスは、第１の誘導レールの長尺軸に沿った第１の誘導レールに沿って摺動できるように第１の誘導レールに摺動可能に接続される。４本のロープの場合、第３の偏向デバイス及び第４の偏向デバイスは、好ましくは、第２の誘導レールの長尺軸に沿った第２の誘導レールに沿って摺動できるように第２の誘導レールに摺動可能に接続される。
【００２２】
詳細には、個々の偏向デバイスは、基部（例えばカートの形態）を備えることができ、この基部を介して、それぞれの偏向デバイスは、関連誘導レールに摺動可能に接続でき、特に、各偏向デバイスは、それぞれの偏向デバイスの基部にヒンジ止めしたアームを備え、それにより、それぞれのアームは、それぞれの基部に対してそれぞれの誘導レールの長尺軸に平行に延びる枢動軸周りに枢動できる。
更に、偏向デバイスはそれぞれ、それぞれのアームに接続した偏向要素を備えることができ、この偏向要素の周りに、それぞれのロープが偏向されるように布設され、それぞれの偏向要素は、それぞれのアーム上に回転可能に支持したローラによって形成でき、それにより、特に、それぞれのローラは、それぞれの誘導レールの長尺軸を横切って延びる回転軸周りに回転できる。更に、捕捉手段は、例えばトレッドミルと共に装置を使用する際に、それぞれの偏向デバイスを関連誘導レールに対して捕捉するために、各偏向デバイスに設けることができる。
【００２３】
本発明の更なる態様によれば、第１の偏向デバイス及び第２の偏向デバイスは、第１の偏向ユニット（第１のトロリとも示される）を形成するように接続要素によって（又は一体接続によって）接続され、この接続要素は、好ましくは弾性（特に、回復力が弾性接続要素の伸びに比例するように）又は非弾性である。同様に、４本のロープの場合、第３の偏向デバイス及び第４の偏向デバイスは、好ましくは、第２の偏向ユニット（第２のトロリとも示される）を形成するように更なる接続要素によって（又は一体接続によって）接続され、この接続要素も、弾性であっても、非弾性であってもよく（上記を参照）、特に、前記接続要素は、それぞれの誘導レールの長尺軸に沿って同じ長さを有する。
更に、接続要素は、接続要素をそれぞれの長尺軸に沿って異なる長さを有する接続要素と置き換え可能にするために、関連偏向デバイスを解放可能に接続するように設計できる。更に、それぞれの接続要素は、可撓性ロープ部材であっても、剛性ロッド（特に炭素繊維複合材から作製したもの）であってもよい。
【００２４】
好ましくは、第１のロープの駆動ユニット及び第２のロープの駆動ユニットは、第１の誘導レールの長尺軸に沿って互いに面し、第１の偏向ユニットは、第１の誘導レールの長尺軸に沿って前記駆動ユニットの間に配置される。同様にして、４本のロープの場合、更に、第３のロープの駆動ユニット及び第４のロープの駆動ユニットも、第２の誘導レールの長尺軸に沿って互いに面し、第２の偏向ユニットは、第２の誘導レールの長尺軸に沿って前記駆動ユニットの間に配置される。好ましくは、駆動ユニットは、長方形の隅に配置される。
【００２５】
本発明の更なる態様によれば、駆動ユニットはそれぞれ、特にたわみ継手を介して、それぞれのロープが周りに巻かれたウインチに接続したアクチュエータ（特にサーボ・モータ）を備え、それぞれのアクチュエータは、それぞれのウインチの駆動軸を介してそれぞれのウインチ上にトルクを加えて、それぞれのロープを引き込む又は開放する、即ちウインチから巻き出したそれぞれのロープの長さを調節するように設計される。任意選択で、それぞれの駆動ユニットは、それぞれのウインチを捕捉するブレーキを備えてもよい。
更に、それぞれのロープが関連ウインチから外れる又は筋を跳び越えるのを防止するために、それぞれの駆動ユニットは、好ましくは、特に圧力ローラの形態の少なくとも１つの押圧部材を備え、この押圧部材は、関連ウインチの周りに巻かれたそれぞれのロープを予め定義可能な圧力でウインチに押圧する。
【００２６】
本発明の更なる態様によれば、駆動ユニットは、免荷すべき重量を補償するように設計したアクチュエータ免荷システムに結合でき、そのために、アクチュエータは、全トルクをウインチに永続的に加える必要がなく、移動又は移動の一部の変更を単に支持するだけでよい。
【００２７】
本発明の更に別の態様によれば、装置は、装置の現在の状態、及び装置又は空間固定座標系に対するユーザ（結節点）の位置を決定するセンサ手段を備える。特に、前記現在の状態は、それぞれのウインチから巻き出したロープの長さ及び偏向デバイスのそれぞれの誘導レールに沿った位置によって示される。
【００２８】
詳細には、ウインチから巻き出した長さ（即ちそれぞれのウインチから巻き出したそれぞれのロープの部分の長さ）は、好ましくは、ウインチの駆動軸に結合したマルチターン・エンコーダによってそれぞれ検出される。他のセンサ（例えばケーブル伸長式トランスデューサ）を前記長さの決定に採用することもできる。
【００２９】
更に、前記マルチターン・エンコーダによって供給された出力信号から、結節点の位置を制御ユニットにより決定することもできる。更に、それぞれの誘導レールに沿った偏向ユニットの位置はそれぞれ、距離センサ、例えばリニア・エンコーダ、磁気トランスデューサ又は光レーザ距離センサによって捕捉でき、レーザ・センサの場合の距離センサは、各誘導レールの自由端に配置でき、このセンサの出力信号も信号処理ユニットによってデジタル化し、更に制御ユニットに送信できる。
【００３０】
偏向デバイス間の弾性接続要素の場合、現在のロープ力は、偏向デバイスの位置を用いて算出できる（例えば装置は、偏向デバイスの位置を用いて現在のロープ力を算出する又は結節点上の分力を直接的に算出するように設計される）。この場合、結節点での力センサは、省くことができる。
【００３１】
更に、結節点の加速度を決定するには、３つの直交軸に沿った結節点の加速度を検知できる加速度センサを結節点に設けることができる。結節点は、互いに回転可能に接続した上側結節点部材及び下側結節点部材を備えることができ、ロープは、上側結節点部材に接続され、ベール（ｂａｉｌ）（以下を参照）は、ベールが垂直軸周りに回転するように下側結節点部材に接続できる。
結節点の角速度（即ち上側結節点部材の角速度）を決定するには、ジャイロスコープを結節点上に設けることができる。結節点の向き（即ち上側結節点部材の向き）を検知するには、磁力計を結節点上に設けることができる。更に、垂直軸周りの前記ベールの回転角度を検知するには、結節点の上側部材（部分）と下側部材（部分）との間の角度を測定する電位計を結節点上に設けることができる。加速度センサ、ジャイロスコープ、磁力計及び電位計は、それぞれの検知量を表すアナログ又はデジタル出力信号を供給でき、特に、これらのセンサは、好ましくは、それぞれの出力信号をデジタル化し、及び／又はそれぞれの出力信号を制御ユニットに送信するように構成した信号処理ユニットに接続され、前記信号処理ユニットは、好ましくは、フレキシブル・データ線又はワイヤレス接続により結節点に接続される。
更に、信号処理ユニットは、結節点上に配置することもできる。好ましくは、加速度センサ、ジャイロスコープ及び磁力計は、結節点に配置した慣性測定ユニット（ＩＭＵ）内に統合でき、このＩＭＵは、好ましくは、デジタル出力信号を供給し、特に、この出力信号は、信号処理ユニットによって転送される。上記した例では、制御ユニットは、個々のセンサによって供給された前記（デジタル化）出力信号を更に処理及び／又は分析して、ウインチから巻き出したロープの長さ、偏向ユニットの位置又は結節点（ユーザ）の位置等のそれぞれの量を決定するように設計できる。
【００３２】
特に、加速度センサ、ジャイロスコープ、磁力計及び電位計は、合力の向きの測定、並びにユーザ及び結節点の位置検出を向上させるために使用できる。
【００３３】
本発明の更に好ましい態様によれば、制御ユニットは、特に上記のセンサ手段を用いて決定した装置の現在の状態及び／又はユーザの空間位置に応じて、駆動ユニット、特に、それぞれのアクチュエータによってそれぞれのウインチ上に加えられたトルクを制御し、それにより、ユーザに対する現在の合力が、ユーザに対する所望の合力に接近（一致）するか、又はユーザ（結節点）の現在の位置がユーザ（結節点）の現在の所望の位置（参照）に接近（一致）するように設計される。
特に、制御ユニットは、直接的に、即ち、（現在の）所望の合力と現在の合力との間の誤差（例えば差異）の関数として駆動ユニットに制御信号を送ることによって、或いは間接的に、内側制御ループ又は内側ループと示される制御ループにより現在のロープ力又はウインチ位置（例えばウインチから巻き出したロープ部分の長さ）を制御することによって、この現在の合力を制御できる。
【００３４】
そのような内側ループを用いることなく現在の合力を直接的に制御するには、制御ユニットは、現在の合力における前記誤差の関数として複数の駆動ユニットに事前定義トルクを同時に適用して、例えば高度に動的な状況で迅速な反応を実現するように構成できる。
【００３５】
したがって、本発明の一実施形態では、例えばユーザの歩行方向が誘導レールの長尺軸に沿って向いている場合、制御ユニットは、第１の偏向ユニット又は第２の偏向ユニットのロープを同じ量だけ同時に引っ張るようにそれぞれの駆動ユニットに命令することによってユーザに対して横方向の補正を実施するように設計できる。同様に、制御ユニットは、誘導レールの長尺軸上で互いに対向する駆動ユニットの２本の対応するロープを同じ量だけ同時に引っ張るようにそれぞれの駆動ユニットに命令することによってユーザに対して前方又は後方への補正を実施するように設計できる。
【００３６】
代替実施形態では、前記関数は、以下のように定義できる。ウインチ上に加えられたウインチ力Ｆｗ又は対応するトルクｕ＝ｉＦｗ（ｉは、ウインチ力とウインチ・トルクとの間の幾何学的関係、例えばウインチ径、又は可能な追加伝達比を乗じたウインチ径を示す）は、式：
ＪＦｗ＝Ｆｄｅｓ＋（ＫＰ＋ＫＩ／ｓ）（Ｆｄｅｓ−Ｆ）
を満たす必要がある（この式は、一定の係数ｉまでのトルクに有効である）。
式中、行列Ｊは、現在の幾何学的形態（結節点、偏向ユニットの位置）のみに依存する３×４のヤコビアンであり、Ｆは、ユーザに対する現在の力ベクトルであり、Ｆｗは、ウインチ力Ｆｗのベクトルである。ＫＰ及びＫＩは、比例利得及び積分利得のそれぞれを含む行列であり、ｓはラプラス演算子である。これは、未定の方程式であるので、ウインチ力Ｆｗの選択には更なる自由がある。このことは、例えば２つの偏向ユニット間の相対変位の漸近的な減衰を達成するために、偏向ユニットの所望の移動を強制する別の式を追加することによって解くことができる。相対変位は、ロープ力の関数でもあるので、方程式を解くことができる。
【００３７】
前記間接制御の場合、前記内側ループ（制御ユニットによって提供される）は、特に、
−結節点上に力平衡がある、
−偏向ユニット上に力平衡がある、及び
−偏向ユニットの両方が、それぞれの誘導レールに沿って同じ位置に存在する
場合に所望の静的平衡を要求することによって、前記内側ループの参照である所望のロープ力又はウインチ位置の算出に使用する。
【００３８】
特に、制御ユニット（内側ループ）は、駆動ユニット（例えばウインチ上の対応トルク）を制御し、それにより、現在のウインチ位置又はロープ力（ロープ力センサ又は偏向デバイスの位置を用いて決定できる）がそれぞれ、それぞれの（現在の）所望のロープ力又はウインチ位置に接近（一致）するように設計される。
【００３９】
更に、本発明の一実施形態では、制御ユニットは、制御ユニットによって使用される以下の制御法則
ｕ＝ｉ（ＦＲ，ｄｅｓ＋Ｋｒ（ＦＲ，ｄｅｓ−ＦＲ））＋Ｕｆｆ
に従って個々のウインチに適用したトルクを制御するように構成され、ＦＲ，ｄｅｓ∈Ｒｎx１は、算出した参照ロープ力であり（例えば前記間接制御に従って算出）、ｉ∈Ｒは、それぞれのウインチの伝達比であり、Ｋｒ∈Ｒｎxｎは、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、ｎ∈Ｎは、ロープの本数（例えば４）であり、Ｕｆｆ∈Ｒｎx１は、装置の静的条件でゼロになる任意選択の追加項であり、上記式により、事前定義トルク（例えば前記直接制御に従って算出）を同時に複数のウインチに適用できる。
【００４０】
本発明の更なる態様によれば、制御ユニットは、前記トルクを制御し、それにより、結節点の現在の位置が結節点のそれぞれの所望の位置に接近するように構成することもできる。
【００４１】
更に、上述のベールは、特に、２つの対向する自由端を備え、特に、２つの自由端のそれぞれは、ハーネスをベールに接続する接続要素を受け入れる受け（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）（例えばベールによって形成したフックの形態）を備え、このハーネスは、ハーネスを結節点に（接続要素及びベールを介して）接続するために、ユーザによって身に付けられる。本発明の変形形態では、接続要素は、例えば装置をユーザの身長に適合させるために、長さ調節可能であるように設計される。
【００４２】
加速度センサ、ジャイロスコープ、磁力計及び電位計（上記を参照）に接続できる信号処理ユニットは、好ましくは（フレキシブル）データ線（ケーブル）に通して結節点上に設けられたロープ力センサにも接続できる。信号処理ユニットは、それにより、ロープ力センサから供給された出力信号を、出力信号を更に処理できる制御ユニットに送信する。
【００４３】
信号処理ユニットが結節点の移動時に結節点を追従可能にするには、信号処理ユニットは、好ましくは、誘導レールのうち１つに摺動可能に接続するか、又は結節点に直接接続される。信号処理ユニットは、更なる駆動ユニットによって駆動でき、特に、制御ユニットは、誘導レールに沿った偏向ユニット（又は結節点）及び信号処理ユニットの位置に応じて誘導レールに沿った信号処理ユニットの位置も制御して、偏向ユニット又は結節点と、それぞれの誘導レールに沿った可動信号処理ユニットとの間の一定距離を維持するように構成される。可動信号処理ユニットのそれぞれの位置は、適切なセンサで検知し、制御ユニットによって結節点の現在の位置と比較できる。
【００４４】
本発明による問題は、請求項１５に記載の、身体活動中に特にユーザの体重を免荷する装置を制御する方法によって更に解決され、方法は、特に、本発明による装置を使用する。
【００４５】
本発明による方法は、
−特に、それぞれのロープの第１の自由端を介してそれぞれが結節点に接続された複数のロープのシステムの現在の状態を決定するステップ、この結節点に、ユーザ（歩行時に結節点を水平及び垂直にも変位可能にする）又は物体を結合し、このロープはそれぞれ、それぞれのロープに沿って結節点に作用するロープ力を調節するために、それぞれのウインチに巻き取り、ウインチから巻き出され、ロープはそれぞれ、（唯一の）関連偏向デバイスによって偏向され、この偏向デバイスはそれぞれ、（受動的に）可動であり（例えば第１の方向に沿って）、特に上記したように特に互いに接続される、ステップ、
−特に、（装置又は空間固定座標系に対する）ユーザの位置を決定するステップ、
−ユーザに対する力がユーザに対するそれぞれの所望の力に接近（一致）する、ユーザ（結節点）の現在の位置がユーザ（結節点）の（現在の）所望の位置に接近する、及び／又は可動偏向デバイス（又はユニット）がそれぞれ所望の移動に接近するように、装置の現在の状態及び／又はユーザの位置に応じて、ウインチのそれぞれのトルク（又は対応するウインチ力）を算出するステップ、並びに
−ユーザ（又は結節点）に対する現在の合力を（現在の）所望の合力に接近させる、ユーザ（又は結節点）の現在の位置をユーザ（又は結節点）の（現在の）所望の位置に接近させる、及び／又は可動偏向デバイス（又はユニット）をそれぞれ特定の所望の移動に接近させるために、それぞれのトルクを関連ウインチ上に加えるステップ
を含むことができる。
【００４６】
好ましくは、偏向デバイスは、対でグループ化され（又は、より更なる偏向デバイスを備えることができる）、各対の偏向デバイスは、一緒に変位する（即ち受動的に変位する間に互いに対して一定距離を維持する）ように設計され、この対は、偏向ユニットと示される。特に、少なくとも２本のロープが設けられ、このロープは、偏向したロープのロープ力に応じて第１の方向（ｘ方向）に沿って変位可能である第１の偏向ユニットによって偏向される。
好ましくは、４本のロープが設けられ、第１のロープ及び第２のロープは、第１の偏向ユニットによって偏向され、第３のロープ及び第４のロープは、第１の方向（第１の偏向ユニットに平行である）に沿って受動的に変位可能な第２の偏向ユニットによって偏向される。
【００４７】
特に、前記現在の状態は、それぞれのウインチから巻き出したロープの長さ及び偏向ユニット（複数可）の第１の方向に沿った位置（複数可）によって定義される。
【００４８】
更に、ウインチの現在のトルクは、好ましくは、ユーザに対する所望の合力とユーザに対する現在の合力との間の現在の誤差（例えば差異）に基づき直接的に、或いは間接的に、内側制御ループ又は内側ループと示される制御ループ内に個々のロープ力又はウインチ位置（例えばそれぞれのウインチから巻き出したロープの部分の長さ）を制御することによって算出される（上記の対応する説明も参照されたい）。
間接的制御の場合、ロープのそれぞれに対する所望のロープ力は、好ましくは、
−結節点上に力平衡がある、
−偏向ユニット（複数可）上に力平衡がある、及び
−偏向ユニットの両方が、第１の方向に沿って同じ位置に存在する（２つ以上の偏向ユニットがある場合）
場合に所望の静的平衡から決定される。
【００４９】
ここで、制御ユニットは、好ましくは、駆動ユニットを制御（駆動ユニットへのトルクを抑制）し、それにより、現在のロープ力が算出した所望のロープ力に接近するように設計される。
【００５０】
ユーザに対する力を直接制御する場合、本発明による方法は、特にユーザに対する現在の合力Ｆをユーザに対する所望の合力Ｆｄｅｓにより迅速に接近させるために、事前定義トルクを複数のウインチに同時に適用することを提供する。
【００５１】
特に、本発明の一実施形態では、動的状況（例えば結節点／ユーザの速い動き）においてできるだけ迅速に制御目標を達成するように、トルクｕ（個々のウインチに適用される）は、既に上記で説明したように、
ｕ＝ｉＦＲ，ｄｅｓ＋Ｋｒ（ＦＲ，ｄｅｓ−ＦＲ）＋Ｕｆｆ
に従って決定できる。
式中、ＦＲ，ｄｅｓは、所望のロープ力（参照）であり、ＦＲは、現在のロープ力であり、Ｋｒは、フィードバック利得を含む行列であり、ｕｆｆは、任意選択の追加項（装置の静的条件でゼロになる）であり、上記式により、事前定義トルクを同時に複数のウインチに適用できる。
【００５２】
更なる実施形態によれば、例えば現在の動作モード及び例えば現在のセンサ情報に基づいて、制御ユニットは、一般に、ユーザに対し作用すべき所望の力Ｆｄｅｓ、又は結節点の所望の位置を決定するように設計できる。例えば、所望の力は、ユーザが転倒しない限り与えられる、垂直方向における一定の免荷力であってもよい。転倒が検出されると（現在のセンサ情報に基づき）、所望の力が規定に応じてユーザを捉え、転倒を妨げるように所望の力が算出される。
別の例では、力は、ユーザが特定の移動パターンに従うのを助ける誘導力（歩行方向でユーザを前に引っ張る力等）であっても、運動課題をユーザにとってより困難なものにする揺動力若しくは抵抗力であってもよい。結節点の所望の力又は位置は、例えばソフトウェア・インターフェース又は遠隔制御ユニットにより、装置の人間オペレータによっても命令できる。
【００５３】
更に別の実施形態では、前記トルクは、好ましくは、特に比例積分制御器を介して、ユーザに対する所望の力Ｆｄｅｓと現在の力Ｆとの間の誤差の関数、及び／又は偏向ユニット（３５、３６）の前記所望の移動と前記現在の移動との間の誤差の関数内で算出され、特に、前記関数は、式：
ＪＦｗ＝Ｆｄｅｓ＋（ＫＰ＋ＫＩ／ｓ）（Ｆｄｅｓ−Ｆ）、
ｒ’ＴＦｗ＝ｋＴ（ΔＸＴ，ｄｅｓ−ΔＸＴ）
によって定義される。
式中、行列Ｊは、ロープ力と結節点力ベクトルとの間の現在の幾何学的関係を記述する３×４のヤコビアンであり、Ｆは、ユーザに対する現在の力であり、Ｆｗは、前記トルクｕに比例するウインチ力Ｆｗのベクトルである。ＫＰ及びＫＩは、比例利得及び積分利得をそれぞれ含む行列であり、ｓは、ラプラス演算子であり、ｒ’は、ロープ力と、偏向ユニットの変位をもたらす力との間の幾何学的関係を記述するベクトルであり、ΔＸＴは、偏向ユニットの互いに対する相対変位であり、ΔＸＴ，ｄｅｓは、トロリの所望の相対変位であり、ｋＴはスカラー比例制御利得である。
制御については、対応する上記説明も参照されたい。本明細書で説明する装置の使用は、医療使用に限定されず、物体を輸送、免荷するあらゆる他の分野、特に建築の分野でも採用できることに留意されたい。
【００５４】
本発明の更なる特徴及び利点は、図面を参照しながら実施形態の詳細な説明により説明するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による装置の例示的支持枠の図である。
【図２】ロープ、駆動ユニット、偏向ユニット及び可動信号処理ユニットの斜視図である。
【図３】図２による駆動ユニットの斜視図である。
【図４】本発明による装置のばね要素、ロープ力センサ、結節点及びベールの斜視図である。
【図５】本発明による装置の偏向デバイス（ユニット）の斜視図である。
【図６】本発明による装置のばね要素、結節点、ロープ力センサ及びベールのより詳細な斜視図である。
【図７】ユーザが使用したときの本発明による装置の概略的な斜視図である。
【図８】本発明による装置の偏向デバイスを捕捉する捕捉手段の概略的な斜視図である。
【図９】本発明による装置の別の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１は、図２から図８と共に、身体活動（例えば図７に示す歩行訓練）時にユーザ４を誘導的に免荷する本発明による装置１を示す。
【００５７】
装置１は、複数の垂直に延在する脚部材１０１によって支持される上側枠部１００を有する適切な支持構造体（例えば支持枠）１０を備え、それにより、脚部材１０１は、３次元作業空間３を（上側枠部１００と共に）限定するものであり、この３次元作業空間３内でユーザ４が水平ｘ−ｙ面に沿って（並びに、対応する物体、例えば傾斜面、階段等が作業空間３に設けられる場合は垂直に）移動できる。代替的に、部屋の天井を支持構造体として使用できる。その場合、前記作業空間３は前記天井の下に延在する。
【００５８】
上側枠部１００は、ｘ方向に沿って延在する２つの平行長尺部材１０２、及びｙ方向に沿って延在し、２つの長尺部材１０２を接続する５つの平行横部材１０３によって形成される。長尺部材１０２及び横部材１０３は、水平に延在する上側枠部１００に及ぶ。
【００５９】
第１の誘導レール２１及び第２の誘導レール２２は、支持構造体１０（例えば上側枠部１００）に取り付けられ、２つの誘導レール２１、２２はそれぞれ、それぞれの長尺軸Ｌ、Ｌ’に沿って延在する。第１の誘導レール２１は、図２に示す第１の偏向デバイス３１及び第２の偏向デバイス３２を摺動可能に支持するように設計され、一方で、第２の誘導レール２２は、第３の偏向デバイス３３及び第４の偏向デバイス３４を摺動可能に支持するように設計される。
ここで、第１の偏向デバイス３１及び第２の偏向デバイス３２、並びに第３の偏向デバイス３３及び第４の偏向デバイス３４は、剛性接続手段３５０、３６０によって接続され、それにより、２対の偏向デバイス３１、３２、３３、３４はそれぞれ、それぞれの誘導レール２１、２２に沿って摺動できる偏向ユニット（トロリ）３５、３６を形成する。好ましくは、誘導レール２１、２２は、図５に示すように角度Ｗ＝４５°だけ枢動する。
【００６０】
図８に示すように、各偏向デバイス３１、３２、３３、３４は、捕捉要素Ｃにより関連誘導レール２１、２２に対して捕捉できる。そのような要素Ｃは、偏向デバイス３１、３２、３３、３４を停止可能にする個別要素とすることができるが、偏向デバイス３１、３２、３３、３４内に統合してもよく、それぞれの偏向デバイス３１、３２、３３、３４をそれぞれの誘導レール２１、２２に挟持させるように設計できる。特に、捕捉された偏向デバイス３１、３２、３３、３４は、装置１をトレッドミルで使用する際に使用できる。
【００６１】
各偏向ユニット３５、３６は、例えば図２に示す２本のロープ４１、４２、４３、４４を偏向するように構成する。個々のロープ４１、４２、４３、４４はそれぞれ、それぞれのロープ４１、４２、４３、４４が巻き上げられるウインチ５１１、５２１、５３１、５４１をそれぞれ備える駆動ユニット５１０、５２０、５３０、５４０から、それぞれの偏向ユニット３５、３６の関連偏向デバイス３１、３２、３３、３４に延在する。
偏向デバイス３１、３２、３３、３４から、ロープ４１、４２、４３、４４は、結節点６０に向かって延在し、この結節点６０に、各ロープ４１、４２、４３、４４の第１の自由端が、例えば図２、図４及び図６に示すばね要素７１、７２、７３、７４を介して接続される。
【００６２】
個々の駆動ユニット５１０、５２０、５３０、５４０の組付け位置Ｄを図１に示す。各偏向ユニット３５、３６は、それぞれの誘導レール２１、２２の両側にそれぞれの長尺軸Ｌ、Ｌ’に沿って位置決めした２つの駆動ユニット５１０、５２０；５３０、５４０に関連する。
【００６３】
図５では、単一の偏向デバイス３４を示し（他も同様に構成される）、前記偏向デバイス３４をその隣接する片方（図示せず）に接続する接続要素３６０が破線で示される。偏向デバイス３４は、基部３４０を備え、この基部３４０は、基部３４０が誘導レール２２に沿って摺動可能になるようにそれぞれの誘導レール２２と摺動可能に係合する。
Ｕ字形アーム３４１は、アーム３４１がｘ方向（長尺軸Ｌ’）に沿って延びる枢動軸Ａ周りに枢動できるように、基部３４０の２つの突出領域３４２、３４３に枢動可能にヒンジ止めされる。アーム３４１は、回転軸Ａ’周りに回転可能であるローラの形態の偏向要素３４４を支承するように働き、このローラ３４４の周りに、それぞれのロープ４４は、偏向されるように布設される。
【００６４】
詳細には、図３に示すように、各駆動ユニット５１０、５２０、５３０、５４０は、（たわみ）継手５３を介して、それぞれのロープ４１、４２、４３、４４を巻き上げるウインチ５１１、５２１、５３１、５４１の駆動軸５５に接続したアクチュエータ（サーボ・モータ）５１２、５２２、５３２、５４２を備える。
それぞれのウインチ５１１、５２１、５３１、５４１及びそれぞれのアクチュエータ５１２、５２２、５３２、５４２は、共通のプラットフォーム５０に組み付けられ、２つの保持要素５１、５２は、プラットフォーム５０から突出し、この保持要素５１、５２に、それぞれのウインチ５１１、５２１、５３１、５４１が回転可能に支持される。更に、それぞれの駆動ユニット５１０、５２０、５３０、５４０は、それぞれのロープ４１、４２、４３、４４を関連ウインチ５１１、５２１、５３１、５４１に押圧する少なくとも１つの圧力ローラ５４を備え、それにより、それぞれのロープ４１、４２、４３、４４は、規定の様式で巻き取り、繰り出すことができる。
【００６５】
駆動ユニット５１０、５２０、５３０、５４０は、センサ手段（いくつかの個々のセンサから構成してもよい、上記を参照）と相互作用し、センサ手段は、それぞれのウインチ５１１、５２１、５３１、５４１から現在巻き出してあるそれぞれのロープ４１、４２、４３、４４（の一部分）の長さｓｗ、偏向ユニット３５、３６のｘ方向に沿った（即ちそれぞれの誘導レール２１、２２に沿った）位置ｘＴ、並びに結節点６０（ユーザ４）の位置ｎを表す（又はそれらに変換できる）出力信号を供給するように構成される。
【００６６】
図６に示すように、ロープ４１、４２、４３、４４は、結節点６０で交差し、この結節点６０に、ロープ４１、４２、４３、４４がばね要素７１、７２、７３、７４それぞれを介して結合される。ロープ４１、４２、４３、４４に沿って結節点６０、よってユーザ４に現在作用しているロープ力ＦＲ（図７を参照）を検出可能にするためには、ケーブル伸長式トランスデューサの形態の４つのロープ力センサ７１０、７２０、７３０、７４０が結節点６０上に設けられ、それぞれのトランスデューサ７１０、７２０、７３０、７４０のそれぞれの測定ケーブル７１１、７２１、７３１、７４１は、それぞれのロープ４１、４２、４３、４４の第１の自由端４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａに接続され（直接的に、又はそれぞれのばね要素７１、７２、７３、７４をそれぞれのロープ４１、４２、４３、４４の第１の自由端４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａに接続する接続要素を介して）、一方で、対応する電位計７１２、７２２、７３２、７４２は、結節点６０（の上側部材）に結合される。
ばね要素７１、７２、７３、７４が伸びると、対応する測定ケーブル７１１、７２１、７３１、７４１が引き出され、トランスデューサ（電位計）７１０、７２０、７３０、７４０は、測定ケーブル７１１、７２１、７３１、７４１の引出し長さに対応する出力信号を発生させ、この引出し長さは、それぞれのロープ４１、４２、４３、４４上に現在作用しているロープ力ＦＲに対応する（及びそれによってそれぞれのばね要素７１、７２、７３、７４を伸ばす）。しかし、他のあらゆる想定できる力センサをロープ力を決定するために同様に適用できる。更に、ロープ４１、４２、４３、４４内／上の専用の力センサを省いてもよい。代わりに、ウインチ・アクチュエータ５１２、５２２、５３２、５４２の電流を検知するセンサを、それぞれのウインチ・トルクを予測するために使用できる。そのようなセンサは、各駆動ユニット／ウインチ５１０、５２０、５３０、５４０に関連付けできる。
更に、力センサ７１０、７２０、７３０、７４０は、接続要素が弾性である場合に省くことができる。というのは、この場合、ロープ力は誘導レール２１、２２に沿った偏向デバイス３１、３２、３３、３４の位置から決定できるためである。非弾性接続の場合も、結節点の少なくとも分力は、偏向ユニットの位置から算出できる（例示的実施形態では、ｘ方向への結節点分力は、トロリが質量及び摩擦等の無視できるダイナミクスを有すると仮定して、単にトロリの位置に基づき算出できる）。
【００６７】
更に、結節点６０は、装置１の動作状態に対して、ケーブル伸長式トランスデューサ７１０、７２０、７３０、７４０に接続した上側結節点部材６１、及び上側結節点部材６１上に回転可能に支持された下側結節点部材６２を備え、それにより、下側結節点部材６２に結合した、水平に延在するベール８０は、垂直軸ｚ周りに回転できる。
【００６８】
結節点６０は、結節点６０の３つの直交軸（例えばｘ、ｙ及びｚ）に沿った加速度を検知する加速度センサ９０、並びに結節点６０の角速度を検知するジャイロスコープ９１、及び上側結節点部材６１に対する前記軸ｚ周りのベール８０の回転角度を検知する電位計９２を備えることができる。更に、結節点は、３つの軸周りの向きを検知する磁力計１９０を備えることができる。加速度センサ９０、ジャイロスコープ９１及び磁力計１９０は、それぞれのセンサのデジタル出力信号を供給する慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２９０内に統合できる。
【００６９】
これらの量（又は所望の量を決定するのに使用できる量）を表す、対応する出力信号は、ロープ力センサ７１０、７２０、７３０、７４０からの出力信号と共に、結節点６０から延在するフレキシブル・データ線（ケーブル）９３を介して図２に示す可動信号処理ユニット９４に送信される。信号処理ユニット９４は、誘導レール２１、２２のうち１つに摺動可能に支持される。
【００７０】
信号処理ユニット９４は、更なる駆動ユニットによって駆動でき、好ましくは、信号処理ユニット（信号ボックスとも呼ぶ）９４の移動は、信号処理ユニット９４を接続した制御ユニット（図示せず）によって制御され、それにより、制御ユニットは、信号処理ユニット９４によって送信した出力信号を装置１を制御するために使用できる。
特に、制御ユニットは、偏向ユニット３５、３６又は結節点６０とｘ方向に沿った信号処理ユニット９４との間の距離が一定であるように信号処理ユニット９４の移動を制御するように構成される。特に、それぞれの誘導レール２１、２２に沿った信号処理ユニット９４の移動（ｘ方向）は、制御ユニットによって、信号処理ユニットがユーザ４の現在の歩行方向に対して常に結節点６０（ユーザ４）の背後に配置されるように制御される。
【００７１】
図７に示すように、ベール８０は、ユーザ４が身に付けるハーネス９５を保持するために使用される。次に、ハーネス９５は、ベール８０の自由端上に形成した、対応する受け８１、８２と係合する２つの接続要素９６、９７及びベール８０を結合した結節点６０を介してユーザ４を支持する。
【００７２】
結節点６０上に加えられる現在の合力Ｆの制御に関して、現在のシステムのような非線形システムに関する追跡問題の対処の仕方について古典的な制御理論の多くの方法がある。例えば、システムを線形化でき、最適な制御器を得ることができる。以下では、一般性を失うことなく４本のロープに関する制御を説明するが、２本のロープ又はより多くの任意の数のロープに関しても同様に行うことができる。
【００７３】
１つの考えは、ベクトルＦＲ∈Ｒ４に包含した個々のロープ力を内側ループ内に制御することによって、前記出力力ベクトルＦを間接的に制御することである。これらのロープ力ＦＲは、両方のデバイス状態ｓ、即ち、ロープ４１、４２、４３、４４の巻き出した（部分の）長さｓｗ（図７に示すロープ４１、４２、４３、４４の個々のｓｗは、互いに十分に異なってもよいことに留意されたい）、偏向ユニット３５、３６の位置ｘＴ及びユーザ位置ｗの関数である：
ＦＲ＝ｈ（ｓ，ｗ）。
【００７４】
対象４に作用する３次元の力ベクトルＦは、４本の個々のロープの力ベクトルＦＲの和によって与えられる。したがって、潜在的に、同じ合力を与えるロープ力ベクトルに関して無限数の解があると思われる。しかし、上述のように、ウインチ力（トルク）は、ロープ力に影響を与えるだけでなく、トロリ（偏向ユニット）の移動にも影響を与える。
【００７５】
このことを使用して、２つの更なる制御目標、ａ）静的条件においても有効である解を見つけること（この場合、トロリ３５、３６に作用する力の和は、平衡状態にあることになり、その位置を保持できる）、ｂ）トロリ３５、３６が常に同じ位置ｘ（図７を参照）であるようにトロリ３５、３６を同様に移動させること、を公式化できる。例えば、単なる垂直力が望ましく、ヒト４が２つの直線誘導レール２１と２２との間の中間に立っている場合、トロリ３５、３６は、ヒト４が滑車（偏向デバイス）３１，３２、３３、３４に及ぶ正方形の中心の下に立つように位置決めすべきである。
【００７６】
第１の目標は、全ての速度及び加速度がゼロである、
ｄｓｗ／ｄｔ＝０，ｄ２ｓｗ／ｄｔ２＝０，ｄｘＴ／ｄｔ＝０，ｄ２ｘＴ／ｄｔ２＝０，ｄｗ／ｄｔ＝０，ｄ２ｗ／ｄｔ２＝０
静的条件において、正確な力をユーザ（物体）４上に加え、即ち、制御ユニット（制御器）の現在の合力（出力）Ｆが所望の合力Ｆｄｅｓに一致することを要求することによって数式化でき、このことは、式Ｆ＝Ｆｄｅｓが満たされたことを意味する。この要件は、２つのトロリ３５、３６上の力平衡によって見出される。
【００７７】
まとめると、このことにより、結節点６０上の力均衡から３つの式が生じ、更に２つのトロリ３５、３６上のｘ方向への力均衡から２つの式が生じ、２つのトロリ３５、３６にｘ方向の同じ位置ｘＴにあるように命じる１つの式が生じる。これらの６つの式は、４つの所望のロープ力ＦＲ，ｄｅｓ及び２つのトロリ位置を見つけるために使用できる。
【００７８】
適切な基準（例えば飽和）を取り、ロープ４１、４２、４３、４４に常に張力をかけたままにすることを確実にできる。
【００７９】
次に、所望のロープ力ＦＲを各ウインチ５１１、５２１、５３１、５４１の個々のフィードバック・ループのための参照として使用できる。
【００８０】
例えば、制御法則は、
ｕ＝ｉ（ＦＲ，ｄｅｓ＋Ｋｒ（ＦＲ，ｄｅｓ−ＦＲ））＋Ｕｆｆ
とすることができる。
ＦＲ，ｄｅｓは、算出した所望の（参照）ロープ力であり、ｉは、アクチュエータ−ウインチ・ユニット（駆動ユニット）５１０、５２０、５３０、５４０の伝達比であり、Ｋｒ∈Ｒ４×４は、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、Ｕｆｆは、静的条件でゼロになる潜在的な追加項を示す。最初の２つの項は、少なくともヒト４が静止して立っているときに、システムがヒト４に対する所望の力に漸近的に接近することを保証することになる。
【００８１】
システムが動的条件で迅速に反応するのを確実にするには、項Ｕｆｆを使用できる。１つの可能性は、アクチュエータ５１２、５２２、５３２、５４２が集団で作動する、一種の「協働制御（ｓｙｎｅｒｇｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ）」を使用することである。例えば、対角フィードバック行列ＫＣ∈Ｒ３×３を使用して、デカルト空間内に仮想入力ベクトルｕ＊：
ｕ＊＝ＫＣ（Ｆｄｅｓ−Ｆ）∈Ｒ３
を生成することができる。
【００８２】
次に、この３次元ベクトルｕ＊は、関数ρによって４つのウインチ・トルクｕ：
ｕ＝ρ（ｕ＊）
に写像する必要がある。
【００８３】
ヒトの筋肉と同様に、この関数は、アクチュエータ５１２、５２２、５３２、５４２を関数集合内にひとまとめにする協働効果を符号化できる。
【００８４】
例えば、垂直方向ｚでユーザ４に作用する分力が参照と比較してかなり低く、したがってｕ＊ｚ＞０である場合、全ての４つのウインチ５１１、５２１、５３２、５４１は、均等に引っ張ることができる。このことは、単に、垂直分力ｕ＊ｚが全てのウインチ５１１、５２１、５３２、５４１に対し均等に抑制されることを意味する。誘導レール２１、２２に平行であるｘ方向への分力は、片側のウインチ（符号に応じて、ウインチは５１１及び５３１とすることができる、図２を参照）が対として作用し、両方を均等に引っ張る一方で、反対側の対５２１、５４１は、更なるトルクを生じないように分配できる。
誘導レール２１、２２に直交する方向に必要な補正は、同様の様式で分配でき、符号に応じて、一対のウインチ５１１、５２１又は５３１、５４１を引っ張る。この種類の制御法則は、ユーザ（物体）４に作用する力の迅速な補正をもたらし、また、受動トロリ３５、３６のそれらの「理想的な」漸近的位置に向かう移動を加速させる。静的な状態では、制御器のこの部分は、トルクｕを全く発生しないことになる。
【００８５】
図９に示す別の実施形態によれば、選択した右手デカルト座標系では、ｚ点は上方であり、ｘ点は既定の歩行方向における前方であって、誘導レール２１、２２に平行である。結節点６０の接合部が力のみを伝達することを保証するので、ハーネスは、結節点をヒト上の特定点ｗ＝（ｗｘ、ｗｙ、ｗｚ）Ｔに接続する単一ケーブルによって表すことができる（図７を参照）。
【００８６】
デバイス構成要素の現在の位置及び速度を説明する状態ベクトルを組み立てる。ヒトの現在の位置ベクトルｗを仮定すると、構成は、ベクトルｓｗ∈Ｒ４：
ｓｗ＝（ｓａ  ｓｂ  ｓｃ  ｓｄ）Ｔ  （１）
に包含した各ウインチ５１１、５２１、５３１、５４１から解放されたロープの長さによって、及びベクトルｘＴ∈Ｒ２：
ｘＴ＝（ｘＴ，ａｂ  ｘＴ，ｃｄ）Ｔ  （２）
に包含した偏向ユニット３５、３６の位置によって完全に表される。
【００８７】
状態ベクトルｓ∈Ｒ１２は、こうした変数及びそれらの導関数：
0005922800.tif 000002
【００８８】
ここで、本発明者は、ユーザ４に作用する、ユーザに対する力ベクトルＦｎ（「ｎ」は結節点を表し、力ベクトルは短くＦとも示す）をユーザが移動する間に制御することを仮定する。結節点位置は、ｎ＝（ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ）Ｔである。ケーブル（即ちロープ）力は、ベクトルＦｒ∈Ｒ＋（ロープ力は、ＦＲとしても示されることに留置されたい）に包含され、
Ｆｒ＝（Ｆａ  Ｆｂ  Ｆｃ  Ｆｄ）Ｔ  （４）
であり、ユーザ４に対するデカルト力ベクトルＦｎ∈Ｒ３は、
Ｆｎ＝（Ｆｎｘ  Ｆｎｙ  Ｆｎｚ）Ｔ  （５）
である。
【００８９】
結節点６０上の力平衡は、ケーブル力をユーザ４に作用する力Ｆｎに写像する：
Ｆｎ＝Ｊ（ｘＴ，ｎ）Ｆｒ  （６）。
【００９０】
写像Ｊは、ロープが及ぶ２つの面内のロープ力を行列Ｒを介して最初に加算することによって効率的に計算して、ｘ分力並びに分力Ｆａｂ及びＦｃｄを得ることができ、次に、これらを行列Ｓ：
0005922800.tif 000003
を介してデカルト空間に変換し、
0005922800.tif 000004
であり、
0005922800.tif 000005
である。
【００９１】
現在の偏向ユニット３５、３６は、ｘＴを位置決めし、結節点位置ｎはこれらの行列内に角度を定義する。
【００９２】
偏向ユニット３５、３６の移動は、運動の式：
0005922800.tif 000006
によって支配され、
0005922800.tif 000007
である。
【００９３】
ウインチ５１１、５２１、５３１、５４１のための運動の式は、
0005922800.tif 000008
によって示され、ウインチ・アクチュエータ力は、ＦＷ（例えば伝達比ｉを乗じたトルク）である。ロープ力は、ばね７１、７２、７３、７４（図６を参照）のばね偏向の一次関数：
Ｆｒ＝ｃＦ（−ｓＷ＋ＧｘＴ−ｌ）  （１３）
であり、行列
0005922800.tif 000009
であり、ベクトルｌは、４つの偏向デバイス３１、３２、３３、３４から結節点６０までの距離を含む（ベクトルｎ）。これらの式がずれるのを防ぐために、ロープ長さｓｗは、適切に定義される。
【００９４】
力センサがない場合でさえ、偏向デバイス３１、３２、３３、３４の位置により、ｘ方向への力を暗示的に測定することが可能である。偏向デバイス３１、３２、３３、３４の質量を無視できると仮定すると、これらの位置は、ｘ方向に作用するケーブル力の分力によって決定される。偏向デバイス３１、３２、３３、３４上の静的平衡は、（１０）をゼロに設定することによって得られる。（６）と組み合わせると、ｘ方向への力は、
0005922800.tif 000010
によって得られる。
【００９５】
これらの角度は、幾可学的形状（ロープ長さ、偏向デバイスの位置）のみに基づいて算出される。この推定を強固に保つために、Ｆａｂ及びＦｃｄは、好ましくは、力センサが利用可能である場合であっても実測値ではなく所望の値として取る。
【００９６】
次に、理想的な制御器は、対象４の移動に関わらず、出力が対象（ユーザとも示される）４に作用する所望の力ベクトルＦｎ，ｄｅｓ：
0005922800.tif 000011
に一致するようにアクチュエータ・トルクｕを抑制することになる。好ましくは、力制御器（制御ユニットによって提供される）は、ウインチによって実現すべきデカルト力ベクトルｃＦｆｃを抑制するデカルト空間において使用される。この力は、ＰＩ（比例積分）制御及び参照のフィードフォワード：
0005922800.tif 000012
によって算出され、ｓは、ラプラス演算子であり、ＫＰは、比例利得の正定値行列であり、ＫＩは、積分利得の正定値行列である。
【００９７】
デカルト力は、（６）の逆問題であるウインチ力Ｆｗに写像する必要がある。４つのウインチ力及び３つの結節点分力のみがあると仮定すれば、所与の結節点力を有する（６）への多数の解がある。
偏向デバイス３１、３２、３３、３４が可動ではない場合、二次計画法を使用して拘束を満たす最小のケーブル力を見つけることができる。しかし、現在のシステムでは、ロープ力は、出力ベクトルにのみ影響を与えるのではなく、（１０）に従った偏向デバイス３１、３２、３３、３４の移動にも影響を与える。今度は、偏向デバイス３１、３２、３３、３４の位置は、適用可能な力の多角形を定義する。
【００９８】
したがって、ロープ力を最小にする代わりに、偏向デバイスのダイナミクスを考慮に入れて、（６）の逆写像の階数不足を解決できる。この考えは、ロープ力が、偏向デバイス３１、３２、３２、３４が一緒に留まり、長方形基部を有する多角形をもたらすように適用されることである。この挙動は、法則：
0005922800.tif 000013
によって強制され、正定数はｋＴである。
【００９９】
（１０）の場合、これにより、
0005922800.tif 000014
がもたらされる。
【０１００】
力に対するこの追加拘束を用いると、制御法則は、所望の力とウインチ力が協働して働くようにデカルト空間内の所望の力をウインチ力に写像する：
0005922800.tif 000015
デカルト空間における所望の参照力はＦｎ，ｄｅｓであり、修正した写像の行列は、
0005922800.tif 000016
であり、
0005922800.tif 000017
である。
【０１０１】
上記では、ばねに基づく測定値と偏向デバイスに基づく測定値との線形結合（例えば平均値）としてｘ方向の力を算出できる。
【符号の説明】
【０１０２】
１      装置
４      ユーザ
３１    偏向デバイス
４１    ロープ
４１ａ  第１の自由端
６０    結節点
７１    ばね要素
５１０  駆動ユニット
７１０  力センサ
【図１】
0005922800.tif 000018
【図２】
0005922800.tif 000019
【図３】
0005922800.tif 000020
【図４】
0005922800.tif 000021
【図５】
0005922800.tif 000022
【図６】
0005922800.tif 000023
【図７】
0005922800.tif 000024
【図８】
0005922800.tif 000025
【図９】
0005922800.tif 000026