(57)【要約】【課題】  利用者にかかる慣性モーメントを低減させることが可能な肢体アシスト装置を提供する。【解決手段】  肢体アシスト装置１Ａは、利用者Ｐの体幹に装着される体装着部１０と、体装着部１０に連結された大腿リンク部２２Ｌと、大腿リンク部２２Ｌに膝関節部２３Ｌを介して連結された下腿リンク部２４Ｌと、下腿リンク部２４Ｌに連結され、かつ、利用者Ｐの足に装着される足装着部３０Ｌと、膝関節部２３Ｌよりも利用者Ｐの体幹側となるように設けられ、膝関節部２３Ｌを駆動するための駆動力を生成する膝関節部アクチュエータ４２Ｌと、膝関節部アクチュエータ４２Ｌが生成した駆動力によって、膝関節部２３Ｌを駆動する駆動力伝達部５０Ｌと、を備えている。【選択図】      図３
2006334200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の体幹に装着される体装着部と、
前記体装着部に連結され、前記利用者の大腿に沿って設けられる大腿リンク部と、
前記利用者の下腿に沿って設けられ、膝関節部を介して前記大腿リンク部に連結された下腿リンク部と、
前記下腿リンク部に連結され、前記利用者の下腿または足に装着される下肢装着部と、
前記体装着部に設けられ、駆動力伝達部を介して前記膝関節部に回転トルクを付与する膝関節部駆動用アクチュエータと、
を備えていることを特徴とする肢体アシスト装置。
【請求項２】
前記下肢装着部は、前記利用者の足に接地可能に装着されており、
前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、
前記膝関節部駆動用アクチュエータを制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項１に記載の肢体アシスト装置。
【請求項３】
前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記制御部は、前記膝関節部駆動用アクチュエータの駆動を解除することを特徴とする請求項２に記載の肢体アシスト装置。
【請求項４】
前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の肢体アシスト装置。
【請求項５】
前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項４に記載の肢体アシスト装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値が設定されており、
前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、前記体重免荷アシスト力が前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値の間に入るように、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項５に記載の肢体アシスト装置。
【請求項７】
前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置。
【請求項８】
前記大腿リンク部を介して前記体重免荷アシスト力が前記利用者に付与される部分と、前記体装着部における前記利用者の荷重がかけられる部分とは、ほぼ同一の垂直平面内に位置していることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置。
【請求項９】
前記体装着部と前記大腿リンク部とは股関節部を介して連結されており、
前記体装着部に前記膝関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けられ、前記股関節部に回転トルクを付与する股関節部駆動用アクチュエータをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１０】
前記下肢装着部は、前記利用者の足に接地可能に装着されており、
前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、
前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項９に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１１】
前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記制御部は、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータの少なくとも一方の駆動を解除することを特徴とする請求項１０に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１２】
前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記制御部は、前記利用者の大腿の振り出しをアシストするように、前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項１０に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１３】
前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１４】
前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項１３に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値が設定されており、
前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、前記体重免荷アシスト力が前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値の間に入るように、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項１４に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１６】
前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１７】
前記大腿リンク部を介して前記体重免荷アシスト力が前記利用者に付与される部分と、前記体装着部における前記利用者の荷重がかけられる部分とは、ほぼ同一の垂直平面内に位置していることを特徴とする請求項１０から請求項１６のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１８】
前記駆動力伝達部は、前記大腿リンク部に沿って設けられた膝関節部駆動用リンク部であることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置。
【請求項１９】
前記駆動力伝達部は、ベルト、ワイヤ、およびシャフトと歯車との組み合わせのいずれかによって駆動力を伝達し、前記膝関節部に回転トルクを付与することを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置。
【請求項２０】
前記下肢装着部は、足首関節部を介して前記下腿リンク部に連結されており、
前記体装着部に前記膝関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けられ、足首関節部駆動用リンク部を介して前記足首関節部に回転トルクを付与する足首関節部駆動用アクチュエータをさらに備えていることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の肢体アシスト装置。
【請求項２１】
利用者の体幹に装着される体装着部と、
前記体装着部に連結され、前記利用者の大腿に沿って設けられる大腿リンク部と、
前記利用者の下腿に沿って設けられ、膝関節部を介して前記大腿リンク部に連結された下腿リンク部と、
前記下腿リンク部に連結され、前記利用者の足に接地可能に装着される下肢装着部と、
前記体装着部に設けられ、駆動力伝達部を介して前記膝関節部に回転トルクを付与する膝関節部駆動用アクチュエータと、
前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、
を備えた肢体アシスト装置を制御するためにコンピュータを、
接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御する出力指令部として機能させることを特徴とする肢体アシストプログラム。
【請求項２２】
前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記出力指令部に、前記膝関節部駆動用アクチュエータの駆動を解除させることを特徴とする請求項２１に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項２３】
前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項２４】
前記肢体アシスト装置は、前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備えており、
前記出力指令部に、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする請求項２３に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項２５】
前記肢体アシスト装置は、前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備えており、
前記出力指令部に、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項２６】
利用者の体幹に装着される体装着部と、
前記体装着部に股関節部を介して連結され、前記利用者の大腿に沿って設けられる大腿リンク部と、
前記利用者の下腿に沿って設けられ、膝関節部を介して前記大腿リンク部に連結された下腿リンク部と、
前記下腿リンク部に連結され、前記利用者の足に接地可能に装着される下肢装着部と、
前記体装着部に設けられ、駆動力伝達部を介して前記膝関節部に回転トルクを付与する膝関節部駆動用アクチュエータと、
前記体装着部に前記膝関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けられ、前記股関節部に回転トルクを付与する股関節部駆動用アクチュエータと、
前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、
を備えた肢体アシスト装置を制御するためにコンピュータを、
接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御する出力指令部として機能させることを特徴とする肢体アシストプログラム。
【請求項２７】
前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記出力指令部に、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータの少なくとも一方の駆動を解除させることを特徴とする請求項２６に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項２８】
前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記出力指令部に、前記利用者の大腿の振り出しをアシストするように、前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする請求項２６に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項２９】
前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする請求項２６から請求項２８のいずれか一項に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項３０】
前記肢体アシスト装置は、前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備えており、
前記出力指令部に、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする請求項２９に記載の肢体アシストプログラム。
【請求項３１】
前記肢体アシスト装置は、前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備えており、
前記出力指令部に、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする請求項２６から請求項３０のいずれか一項に記載の肢体アシストプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者の肢体をアシストする肢体アシスト装置および肢体アシストプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、利用者に対して歩行のためのアシスト推進力を付与する歩行アシスト装置が開示されている。歩行アシスト装置は、脚の筋力が落ちた人、脚を怪我した人など、自力歩行が困難な人の歩行を助けるために利用される。また、歩行アシスト装置は、筋力や歩行姿勢の向上を狙ったエクササイズ用やアミューズメント用などとしても期待されている。
【０００３】
特許文献１に記載の歩行介助装置は、利用者の脚に装着され、利用者の股関節、膝関節、足首関節と同軸に設けられた関節駆動装置（アクチュエータ：電動モータと減速機との組み合わせ）によって股関節、膝関節、足首関節をそれぞれ回転させることによって、一定の推進力を利用者に付与する装置である。
【特許文献１】特開平５−３２９１８６号公報（段落００３４〜００３６、図１５、図１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の歩行介助装置は、利用者の脚全体を支持部材でしっかりと拘束する構造であるため、利用者の脚の動作によって非常に大きな慣性モーメントが発生してしまうという問題を有している。歩行介助装置では、利用者の脚の動作と同調して支持部材を駆動させる必要があるが、大きな慣性モーメントが発生すると、支持部材の応答遅れによって同調動作が困難となるおそれがある。
また、大きな慣性モーメントの悪影響を打ち消すために、各関節の関節駆動装置に十分なトルクを発生させるアクチュエータを適用した場合には、関節駆動装置が大型化し、消費電力が増加してしまう。
また、大きな慣性モーメントの発生は、利用者の装着フィーリングの低下や疲労にもつながる。
また、特許文献１に記載の歩行介助装置では、利用者の脚全体が支持部材でしっかりと拘束されるうえ、利用者の体重および歩行介助装置の重量を足し合わせた全重量を利用者自身の足によって支えなければならないため、利用者が不快な拘束感、痛み、高負荷感などを感じやすい。
さらに、特許文献１に記載の歩行介助装置は、脚全体を支持部材で拘束する構成であるため、体型、歩行時の癖などに応じて利用者それぞれに良くフィットした支持部材を作成する必要がある。
【０００５】
本発明は、このような背景に鑑みて創案されたものであり、利用者にかかる慣性モーメントを低減させることが可能な肢体アシスト装置を提供することを課題とする。
また、本発明は、利用者の脚の拘束を軽減しつつ、軽量で脚への負担を低減させることができ、様々な利用者に対応可能な肢体アシスト装置を提供することを課題とする。
また、本発明は、前記した肢体アシスト装置を好適に制御可能な肢体アシストプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明である肢体アシスト装置は、利用者の体幹に装着される体装着部と、前記体装着部に連結され、前記利用者の大腿に沿って設けられる大腿リンク部と、前記利用者の下腿に沿って設けられ、膝関節部を介して前記大腿リンク部に連結された下腿リンク部と、前記下腿リンク部に連結され、前記利用者の下腿または足に装着される下肢装着部と、前記体装着部に設けられ、駆動力伝達部を介して前記膝関節部に回転トルクを付与する膝関節部駆動用アクチュエータと、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
ここでいう「体幹」とは、利用者の肩、胸、背中、腹、腰および臀部を含む胴体部分のことである。
【０００８】
このようにすることで、肢体アシスト装置の中でも特に重量が大きい膝関節部駆動用アクチュエータを利用者の体幹方向へと配置位置を移したので、膝関節部駆動用アクチュエータの重量に起因した、肢体の動作に伴う利用者にかかる慣性モーメントを低減させることができる。このように、利用者にかかる慣性モーメントを低減させた結果、利用者の装着フィーリングを向上させ、利用者の疲労を抑えることができる肢体アシスト装置を提供することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の肢体アシスト装置であって、前記下肢装着部は、前記利用者の足に接地可能に装着されており、前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、前記膝関節部駆動用アクチュエータを制御する制御部と、をさらに備え、前記制御部は、接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００１０】
ここでいう「接地状態」とは、利用者の足に床反力が入力される状態をさす。すなわち、利用者の足が直接床面に接触する場合だけでなく、利用者がはいた靴などが床面に接触する場合も含んでいる。また、「遊脚状態」とは、利用者の足に床反力が入力されない状態をさす。このように、接地／遊脚状態を検出することで、必要なときのみに体重免荷アシスト力を生成することが可能となる。
ここでいう「体重免荷アシスト力」とは、利用者の体重の一部を支持する力である。このようにすることで、利用者の脚にかかる体重による負担を低減させることができる。また、ここでいう「体重」とは、利用者の体重、衣服および持ち物の重量を足し合わせた重さであり、本発明の肢体アシスト装置を利用しなければ、利用者が自身の脚で支えなければならない重さである。
このようにすることで、利用者の脚の拘束を軽減しつつ、軽量で脚への負担を低減させることが可能な肢体アシスト装置を提供することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の肢体アシスト装置であって、前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記制御部は、前記膝関節部駆動用アクチュエータの駆動を解除することを特徴とする。
【００１２】
このようにすることで、利用者の遊脚の動作を妨げることが無くなる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の肢体アシスト装置であって、前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする。
【００１４】
このようにすることで、目的に応じたアクチュエータの制御が可能となり、所望の体重免荷アシスト力を利用者に付与することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の肢体アシスト装置であって、前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００１６】
荷重検出手段が検出する荷重は、肢体アシスト装置による体重免荷アシスト力に対応している。このようにすることで、現時点での体重免荷アシスト力を用いたフィードバック制御が可能となる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の肢体アシスト装置であって、前記制御部は、前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値が設定されており、前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、前記体重免荷アシスト力が前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値の間に入るように、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００１８】
制御部は、荷重検出手段によって検出された荷重が目標体重免荷アシスト力の下限値よりも小さい場合には、この荷重が大きくなるようにアクチュエータを駆動する。また、制御部は、荷重検出手段によって検出された荷重が目標体重免荷アシスト力の上限値よりも大きい場合には、この荷重が小さくなるようにアクチュエータを駆動する。
このようにすることで、体重免荷アシスト力が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりすることを防ぎ、適正範囲の体重免荷アシスト力を付与するようにアクチュエータの駆動を制御することが可能となる。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置であって、前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００２０】
挙動検出手段の例として、アクチュエータの回転角度を検出するロータリーエンコーダが挙げられる。このようにすることで、肢体アシスト装置の挙動状態に応じてアクチュエータの駆動量を制御することができ、利用者の姿勢に悪影響を与えない体重免荷アシストが可能となる。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明は、請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置であって、前記大腿リンク部を介して前記体重免荷アシスト力が前記利用者に付与される部分と、前記体装着部における前記利用者の荷重がかけられる部分とは、ほぼ同一の垂直平面内に位置していることを特徴とする。
【００２２】
ここでいう「垂直平面」とは、床面に対して垂直な平面のことである。
このようにすることで、利用者Ｐにピッチ方向（Ｙ軸まわり）の不要なモーメントが発生することを防止することができる。
【００２３】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の肢体アシスト装置であって、前記体装着部と前記大腿リンク部とは股関節部を介して連結されており、前記体装着部に前記膝関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けられ、前記股関節部に回転トルクを付与する股関節部駆動用アクチュエータをさらに備えていることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の肢体アシスト装置であって、前記下肢装着部は、前記利用者の足に接地可能に装着されており、前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを制御する制御部と、をさらに備え、前記制御部は、接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００２５】
このようにすることで、重量の大きい膝関節部駆動用アクチュエータを股関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けることにより、股関節部駆動用アクチュエータにかかる負担を軽くすることができ、股関節部駆動用アクチュエータの小型化および省電力化を実現することができる。
【００２６】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の肢体アシスト装置であって、前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記制御部は、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータの少なくとも一方の駆動を解除することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の肢体アシスト装置であって、前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記制御部は、前記利用者の大腿の振り出しをアシストするように、前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００２８】
このようにすることで、利用者の遊脚の動作をもアシストすることができる。
【００２９】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置であって、前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の肢体アシスト装置であって、前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の肢体アシスト装置であって、前記制御部は、前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値が設定されており、前記制御部は、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、前記体重免荷アシスト力が前記目標体重免荷アシスト力の下限値および上限値の間に入るように、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１０から請求項１５のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置であって、前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１０から請求項１６のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置であって、前記大腿リンク部を介して前記体重免荷アシスト力が前記利用者に付与される部分と、前記体装着部における前記利用者の荷重がかけられる部分とは、ほぼ同一の垂直平面内に位置していることを特徴とする。
【００３４】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置であって、前記駆動力伝達部は、前記大腿リンク部に沿って設けられた膝関節部駆動用リンク部であることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の肢体アシスト装置であって、前記駆動力伝達部は、ベルト、ワイヤ、およびシャフトと歯車との組み合わせのいずれかによって駆動力を伝達し、前記膝関節部に回転トルクを付与することを特徴とする。
【００３６】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１８または請求項１９に記載の肢体アシスト装置であって、前記下肢装着部は、足首関節部を介して前記下腿リンク部に連結されており、前記体装着部に前記膝関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けられ、足首関節部駆動用リンク部を介して前記足首関節部に回転トルクを付与する足首関節部駆動用アクチュエータをさらに備えていることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項２１に記載の発明である肢体アシストプログラムは、利用者の体幹に装着される体装着部と、前記体装着部に連結され、前記利用者の大腿に沿って設けられる大腿リンク部と、前記利用者の下腿に沿って設けられ、膝関節部を介して前記大腿リンク部に連結された下腿リンク部と、前記下腿リンク部に連結され、前記利用者の足に接地可能に装着される下肢装着部と、前記体装着部に設けられ、駆動力伝達部を介して前記膝関節部に回転トルクを付与する膝関節部駆動用アクチュエータと、前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、を備えた肢体アシスト装置を制御するためにコンピュータを、接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御する出力指令部として機能させることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の肢体アシストプログラムであって、前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記出力指令部に、前記膝関節部駆動用アクチュエータの駆動を解除させることを特徴とする。
【００３９】
また、請求項２３に記載の発明は、請求項２１または請求項２２に記載の肢体アシストプログラムであって、前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする。
【００４０】
また、請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の肢体アシストプログラムであって、前記肢体アシスト装置は、前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備えており、前記出力指令部に、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする。
【００４１】
また、請求項２５に記載の発明は、請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載の肢体アシストプログラムであって、前記肢体アシスト装置は、前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備えており、前記出力指令部に、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする。
【００４２】
また、請求項２６に記載の発明である肢体アシストプログラムは、利用者の体幹に装着される体装着部と、前記体装着部に股関節部を介して連結され、前記利用者の大腿に沿って設けられる大腿リンク部と、前記利用者の下腿に沿って設けられ、膝関節部を介して前記大腿リンク部に連結された下腿リンク部と、前記下腿リンク部に連結され、前記利用者の足に接地可能に装着される下肢装着部と、前記体装着部に設けられ、駆動力伝達部を介して前記膝関節部に回転トルクを付与する膝関節部駆動用アクチュエータと、前記体装着部に前記膝関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けられ、前記股関節部に回転トルクを付与する股関節部駆動用アクチュエータと、前記利用者の足の接地／遊脚状態を検出する接地／遊脚状態検出手段と、を備えた肢体アシスト装置を制御するためにコンピュータを、接地状態の前記下肢装着部、前記下腿リンク部、前記大腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記体装着部を介して前記利用者に体重免荷アシスト力を付与するように、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御する出力指令部として機能させることを特徴とする。
【００４３】
また、請求項２７に記載の発明は、請求項２６に記載の肢体アシストプログラムであって、前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記出力指令部に、前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータの少なくとも一方の駆動を解除させることを特徴とする。
【００４４】
また、請求項２８に記載の発明は、請求項２６に記載の肢体アシストプログラムであって、前記接地／遊脚状態検出手段が遊脚状態を検出した場合には、前記出力指令部に、前記利用者の大腿の振り出しをアシストするように、前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする。
【００４５】
また、請求項２９に記載の発明は、請求項２６から請求項２８のいずれか一項に記載の肢体アシストプログラムであって、前記体重免荷アシスト力は、予め設定された値、または、前記利用者の体重の所定割合の値であることを特徴とする。
【００４６】
また、請求項３０に記載の発明は、請求項２９に記載の肢体アシストプログラムであって、前記肢体アシスト装置は、前記体装着部を介して前記大腿リンク部、前記下腿リンク部、前記駆動力伝達部および前記下肢装着部にかかる前記利用者の荷重を検出する荷重検出手段をさらに備えており、前記出力指令部に、前記荷重検出手段によって検出された荷重に基づいて、接地状態の前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする。
【００４７】
また、請求項３１に記載の発明は、請求項２６から請求項３０のいずれか一項に記載の肢体アシストプログラムであって、前記肢体アシスト装置は、前記大腿リンク部および前記下腿リンク部の挙動を検出する挙動検出手段をさらに備えており、前記出力指令部に、前記挙動検出手段によって検出された挙動に基づいて前記膝関節部駆動用アクチュエータおよび前記股関節部駆動用アクチュエータを駆動制御させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、利用者にかかる慣性モーメントを低減させ、利用者の装着フィーリングを向上させ、利用者の疲労を抑えることが可能な肢体アシスト装置を提供することができる。
また、重量の大きい膝関節部駆動用アクチュエータを股関節部駆動用アクチュエータと一体的に設けることにより、股関節部駆動用アクチュエータにかかる負担を軽くすることができ、股関節部駆動用アクチュエータの小型化および省電力化が実現可能な肢体アシスト装置を提供することができる。
また、利用者の脚の拘束を軽減しつつ、軽量で脚への負担を低減させることが可能な肢体アシスト装置および肢体アシストプログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態について、本発明の肢体アシスト装置を利用者の下肢に適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、位置、方向などに関する表現については、利用者の前後方向にＸ軸、左右方向にＹ軸、上下方向にＺ軸をとり、利用者が起立姿勢をとった状態を基準として説明する。また、脚リンク部など、左右一対となるように設けられた部材において、左右の部材を区別する場合には利用者Ｐを基準として符号の末尾にＬ（左），Ｒ（右）を付し、左右の区別をしない場合には、Ｌ，Ｒを付さずに説明する。
【００５０】
（第一の実施形態）
まず、本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置について説明する。図１ないし図４は、本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置の外観を示す図であり、図１は正面図、図２は背面図、図３および図４は側面図である。図５は、体装着部を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。図６は、足装着部を示す図であり、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。図７は、脚リンク部および駆動力伝達部を示す斜視図である。図７において、足首関節部は省略されている。また、図１ないし図４には、利用者Ｐが肢体アシスト装置１Ａを装着した状態が示されている。なお、説明の便宜上、これらの図面において、各アクチュエータ、各センサ、制御部、バッテリなどを接続する配線は省略されている。
図１ないし図４に示すように、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置（下肢アシスト装置ともいう）１Ａは、体装着部１０、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒ、足装着部３０Ｌ，３０Ｒ、アクチュエータユニット４０Ｌ，４０Ｒ、駆動力伝達部５０Ｌ，５０ＲおよびバックパックＢＰを備えている。
【００５１】
（体装着部１０）
図１ないし図４に示すように、体装着部（体幹装着部ともいう）１０は、利用者Ｐの体幹に装着される部分である。
図５に示すように、体装着部１０は、腰ベルト部１１、大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒ、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒ、補強部材１４Ｌ，１４Ｒおよび弛み防止ベルト部１５，１６Ｌ，１６Ｒを備えている。
【００５２】
腰ベルト部１１は、利用者Ｐの腰まわりに装着される帯状の布製部材であり、バックルＢＵによって係止位置を設定し、装着時の長さを調節することが可能である。
【００５３】
大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒは、利用者Ｐの大腿まわりに装着される布製部材であり、その上端部が腰ベルト部１１に固定されている。
【００５４】
アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒは、後記するアクチュエータユニット４０Ｌ，４０Ｒ（図１参照）を取り付けるための樹脂製部材であり、腰ベルト部１１の左右両端に一つずつ設けられている。
【００５５】
補強部材１４Ｌ，１４Ｒは、大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒとアクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒとを連結する樹脂製部材であり、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒがアクチュエータユニット４０Ｌ，４０Ｒのトルク反動でねじれないように補強している。
【００５６】
弛み防止ベルト部１５は、利用者Ｐの前側において腰ベルト部１１と大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒとを連結する布製部材であり、大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒの下方への弛みを防止している。
弛み防止ベルト部１６Ｌ，１６Ｒは、利用者Ｐの後側において腰ベルト部１１と大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒとを連結する布製部材であり、大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒの下方への弛みを防止している。
なお、腰ベルト部１１および大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒは、樹脂製であっても良い。また、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒおよび補強部材１４Ｌ，１４Ｒは、金属製であっても良い。さらに、弛み防止ベルト部１５，１６Ｌ，１６Ｒは、樹脂製または金属製であっても良い。
【００５７】
また、弛み防止ベルト部１６Ｌ，１６Ｒには、荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲが設けられている。
荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲは、体装着部１０を介して脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒおよび駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒにかかる利用者Ｐの荷重を検出するセンサであり、特許請求の範囲における「荷重検出手段」の一例である。肢体アシスト装置１Ａが利用者Ｐの体重の一部を支持しているとき、腰ベルト部１１が脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒ、足装着部３０Ｌ，３０Ｒおよび駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒによって支持される一方、大腿ベルト部１２Ｌ，１２Ｒには利用者Ｐの体重の一部がかかっているため、弛み防止ベルト部１６Ｌ，１６Ｒには、腰ベルト部１１および大腿ベルト部１２Ｌ，１２ＲによるＺ軸方向の引張力が生じる。荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲは、この引張力を検出することによって、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒなどにかかる利用者Ｐの荷重を検出する。
荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲとしては、ロードセル、歪みゲージ、圧電素子などを利用したものが好適である。なお、本実施形態では、１軸（Ｚ軸）検出用の荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲを用いたが、２軸以上検出可能な荷重センサを利用して、より高精度に脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒおよび駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒに預けられる利用者Ｐの荷重を検出するようにしても良い。また、荷重センサを前側の弛み防止ベルト部１５に取り付けても良く、荷重センサを体装着部１０の利用者Ｐの股下に位置する部分に取り付け、利用者Ｐによる押圧力を検出しても良い。
【００５８】
（脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒ）
図１ないし図４、および図７に示すように、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒは、体装着部１０と足装着部３０Ｌ，３０Ｒとを複数の関節部を介して連結しており、利用者Ｐの脚（肢体）の外側部に沿うように設けられている。
脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒは、股関節部２１Ｌ，２１Ｒ、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒ、膝関節部２３Ｌ，２３Ｒ、下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒおよび足首関節部２５Ｌ，２５Ｒを備えている。
【００５９】
股関節部２１Ｌ，２１Ｒは、利用者Ｐの股関節の外側に位置している。股関節部２１Ｌ，２１Ｒは、腰ベルト部１１と大腿リンク部２２Ｌ，２２ＲとをＹ軸まわりに回動可能に連結している。
【００６０】
大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒは、利用者Ｐの大腿の外側部に沿って延びるリンクである。大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒの上端は、股関節部２１Ｌ，２１Ｒに連結されている。また、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒの下端は、膝関節部２３Ｌ，２３Ｒに連結されている。
【００６１】
膝関節部２３Ｌ，２３Ｒは、利用者Ｐの膝関節の外側に位置し、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒと下腿リンク２４Ｌ，２４Ｒとを回動可能に連結している。
膝関節部２３Ｌ，２３Ｒは、他の例として、その回転軸と利用者Ｐの膝関節の回転軸とが平行または同軸となるように位置決めされても良い。
【００６２】
下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒは、利用者Ｐの下腿の外側部に沿って延びるリンクである。下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒの上端は、膝関節部２３Ｌ，２３Ｒに連結されている。また、下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒの下端は、足首関節部２５Ｌ，２５Ｒに連結されている。
【００６３】
足首関節部２５Ｌ，２５Ｒは、下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒと足装着部３０Ｌ，３０ＲとをＹ軸まわりに回動可能に連結している。この足首関節部２５Ｌ，２５Ｒは、利用者Ｐの歩行動作を阻害しないように、利用者Ｐの足首関節の動作に追従して動く。
【００６４】
（足装着部３０Ｌ，３０Ｒ）
図１ないし図４に示すように、足装着部３０Ｌ，３０Ｒは、利用者Ｐの足（肢端）に装着される部分であり、特許請求の範囲における「下肢装着部」の一例である。図６に示すように、足装着部３０Ｌ，３０Ｒは、靴部３１Ｌ，３１Ｒ、補強プレート３２Ｌ，３２Ｒおよび支持部材３３Ｌ，３３Ｒを備えている。なお、図６には、利用者Ｐの右足に装着される右足装着部３０Ｒが描かれており、利用者Ｐの左足に装着される左足装着部３０Ｌは、右足装着部３０Ｒと左右対称形状であるので、図示を省略する。
【００６５】
靴部３１Ｌ，３１Ｒは、利用者Ｐの足に、床面に接地可能に装着される靴である。
【００６６】
補強プレート３２Ｌ，３２Ｒは、利用者Ｐの足の外側部に沿って設けられた樹脂製部材であり、利用者Ｐの足の接地時に、靴部３１Ｌ，３１Ｒが受ける床反力を脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒに伝達可能な構造となっている。靴部３１Ｌ（３１Ｒ）、補強プレート３２Ｌ（３２Ｒ）および支持部材３３Ｌ（３３Ｒ）は一体として、足首関節部２５Ｌ（２５Ｒ）を介して下腿リンク部２４Ｌ（２４Ｒ）に対する回転運動が可能な構成となっている。
【００６７】
支持部材３３Ｌ，３３Ｒは、補強プレート３２Ｌ，３３Ｒと協働して足首関節部２５Ｌ，２５Ｒを支持する樹脂製部材である。
なお、補強プレート３２Ｌ，３２Ｒおよび支持部材３３Ｌ，３３Ｒは、金属製であっても良い。
【００６８】
本実施形態において、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒ、足装着部３０Ｌ，３０Ｒおよび駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒは、体装着部１０を介して伝達された利用者Ｐの体重の一部を支持可能な構造を有している。
【００６９】
靴部３１Ｌ，３１Ｒの底部には、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲが設けられている。接地センサ３１ａＬ，３１ａＲは、接地している間オン信号を制御部６０（図１１参照）に出力する。
接地センサ３１ａＬ，３１ａＲは、足装着部３０Ｌ，３０Ｒが接地状態および遊脚状態のいずれの状態であるかを検出するためのものであり、本実施形態では、足装着部３０Ｌ，３０Ｒの足底部３１Ｌ，３１Ｒに設けられている。この接地センサ３１ａＬ，３１ａＲが、特許請求の範囲における「接地／遊脚状態検出手段」の一例である。
また、「床面」は、建物の床に限定されず、地面など、肢体アシスト装置１Ａを装着した利用者Ｐが移動（歩行）する際に、足装着部３０Ｌ，３０Ｒが接地する面であれば良い。
接地センサ３１ａＬ，３１ａＲとしては、導電性ゴムスイッチ、圧電素子、歪みゲージなどを利用したものが好適である。本実施形態では、１軸検出用の接地センサ３１ａＬ，３１ａＲを用いたが、２軸以上検出可能な接地センサを利用しても良い。
すなわち、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲからの出力があるときが、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲが接地状態を検出している状態であり、出力がないときが、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲが遊脚状態を検出している状態である。
また、本実施形態では、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲを靴部３１Ｌ，３１Ｒの底部の中央部分に設ける構成としたが、靴部３１Ｌ，３１Ｒの底部の踵部分など、他の部分に設ける構成であっても良い。また、靴部３１Ｌ，３１Ｒにそれぞれ複数の接地センサ３１ａＬ，３１ａＲを設ける構成であっても良い。
【００７０】
本実施形態において、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒ、下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒ、第一のリンク部５１Ｌ，５１Ｒおよび第二のリンク部５３Ｌ，５３Ｒはアルミ製部材としたが、カーボンなど、軽量かつ十分な強度を有する他の材料から形成されていても良い。
すなわち、これら体装着部１０、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒ、足装着部３０Ｌ，３０Ｒおよび後記する駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒは、左右いずれか一方によって利用者Ｐに体重免荷アシスト力を付与可能な強度を有していれば良く、その材料は適宜選択可能である。
ここでいう「体重免荷アシスト力」は、肢体アシスト装置１Ａが利用者Ｐに付与する力であり、利用者Ｐの体重の一部を支持する力である。
【００７１】
（アクチュエータユニット４０Ｌ，４０Ｒ）
図１ないし図４に示すように、アクチュエータユニット４０Ｌ，４０Ｒは、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒ（図５参照）に取り付けられており、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒを備えている。
【００７２】
股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒは、電動モータおよび減速機を備え、電動モータの出力を減速機によって減速し、体装着部１０と大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒとの相対姿勢を変位させる。すなわち、この股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒが、股関節部２１Ｌ，２１Ｒに回転トルクを付与し、駆動するためのアクチュエータである。股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの基部は、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒに対して固定されており、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの出力軸は、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒの上端（股関節部２１Ｌ，２１Ｒの位置）に固定されている。すなわち、本実施形態に係る股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒは、股関節部２１Ｌ，２１Ｒと一体である。この股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの出力軸がＹ軸まわりに回動することによって、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒが体装着部１０に対して股関節部２１Ｌ，２１Ｒを軸としてＹ軸まわりに回動する。したがって、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒは、体装着部１０および大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒ間にトルクを発生させることができる。股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒがトルクを発生していない状態では、股関節部２１Ｌ，２１Ｒは、その回転抵抗は非常に小さく回動可能な状態となり、装着者Ｐの脚の振り出しに支障を来たさないようになっている。なお、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの取付関係は、前記したものに限定されない。また、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒを股関節部２１Ｌ，２１Ｒと別体とし、股関節部２１Ｌ，２１Ｒ用の駆動力伝達部を設け、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの駆動力を当該駆動力伝達部によって股関節部２１Ｌ，２１Ｒに伝達する構成であっても良い。
【００７３】
股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒには、エンコーダ（ロータリーエンコーダ）８１Ｌ，８１Ｒが設けられている。このエンコーダ８１Ｌ，８１Ｒは、特許請求の範囲における「挙動検出手段」の一例であり、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒの挙動に関するデータとして、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの回転角度を検出する。検出された回転角度は、制御部６０に出力される。
【００７４】
膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒは、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒと同軸に、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒと一体的に設けられており、電動モータおよび減速機を備え、電動モータの出力を減速機によって減速し、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒと下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒとの相対姿勢を変位させる。すなわち、この膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒが、股関節部２３Ｌ，２３Ｒに回転トルクを付与し、駆動するためのアクチュエータである。膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒの基部は、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒに対して固定されており、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒの出力軸は、後記する第一のリンク部５１Ｌ，５１Ｒの一端に固定されている。なお、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒの取付関係は、前記したものに限定されない。
【００７５】
膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒには、エンコーダ（ロータリーエンコーダ）８２Ｌ，８２Ｒが設けられている。このエンコーダ８２Ｌ，８２Ｒは、特許請求の範囲における「挙動検出手段」の一例であり、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒの挙動に関するデータとして、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒの回転角度を検出する。検出された回転角度は、制御部６０に出力される。
【００７６】
（駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒ）
図１ないし図４、および図７に示すように、駆動力伝達部（膝関節部駆動用リンク部）５０Ｌ，５０Ｒは、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒによって生成された駆動力を膝関節部２３Ｌ，２３Ｒに伝達するためのものである。駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒは、第一のリンク部５１Ｌ，５１Ｒ、第一の関節部５２Ｌ，５２Ｒ、第二のリンク部５３Ｌ，５３Ｒおよび第二の関節部５４Ｌ，５４Ｒを備えている。
【００７７】
第一のリンク部５１Ｌ，５１Ｒは、その一端が膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒの出力軸に連結され、その他端が第一の関節部５２Ｌ，５２Ｒに連結されている。
【００７８】
第一の関節部５２Ｌ，５２Ｒは、第一のリンク部５１Ｌ，５１Ｒと第二のリンク部５３Ｌ，５３ＲとをＹ軸まわりに回動可能に連結している。
【００７９】
第二のリンク部５３Ｌ，５３Ｒは、その一端が第一の関節部５２Ｌ，５２Ｒに連結され、その他端が第二の関節部５４Ｌ，５４Ｒに連結されている。
【００８０】
第二の関節部５４Ｌ，５４Ｒは、第二のリンク部５３Ｌ，５３Ｒと下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒの所定位置とをＹ軸まわりに回動可能に連結している。
【００８１】
本実施形態において、駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒは、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒの後側に設けられており、アクチュエータユニット４０Ｌ（４０Ｒ）、膝関節部２３Ｌ（２３Ｒ）、第二の関節部５４Ｌ（５４Ｒ）および第一の関節部５２Ｌ（５２Ｒ）の各軸中心が、平行四辺形の各頂点となるように配置されている。言い換えると、大腿リンク部２２Ｌ（２２Ｒ）、第一のリンク部５１Ｌ（５１Ｒ）、第二のリンク部５３Ｌ（５３Ｒ）および下腿リンク部２４Ｌ（２４Ｒ）の膝関節部２３Ｌ（２３Ｒ）から第二の関節部５４Ｌ（５４Ｒ）までの部位が、ほぼ平行四辺形となるように構成されている。肢体アシスト装置１Ａは、アクチュエータユニット４０Ｌ（４０Ｒ）、膝関節部２３Ｌ（２３Ｒ）、第二の関節部５４Ｌ（５４Ｒ）および第一の関節部５２Ｌ（５２Ｒ）の各軸中心が平行四辺形の各頂点に位置するといった関係を維持しつつ作動する機構であるので、関節部の角度の検出、制御および調整が容易となり、肢体アシスト装置１Ａの設計が容易となる。例えば、図３において、膝関節部２３Ｌおよび第二の関節部５４Ｌを結ぶ線分と第一のリンク部５１Ｌとは常に平行であるので、制御部６０は（図１１参照）、エンコーダ８２Ｌの出力値から、膝関節部２３Ｌと第二の関節部５４Ｌとの位置関係、すなわち、大腿リンク部２２Ｌと下腿リンク部２４Ｌとがなす角度を容易に認識することができる。
なお、駆動力伝達部５０Ｌ，５０Ｒの配置位置や各リンク部５１Ｌ，５１Ｒ，５３Ｌ，５３Ｒの長さなどは図示したものに限定されない。
本発明の原理は、膝関節部を駆動させる重量の大きい膝関節部駆動用アクチュエータを利用者Ｐの膝付近ではなく体幹（ここでは腰）に位置させ、かつ、膝関節部駆動用アクチュエータの駆動力を駆動力伝達部によって伝達して膝関節部を駆動し、かつ、下肢に沿ったリンク部および関節部の機構を簡素化した点にある。
すなわち、本発明では、体装着部、大腿リンク部、下腿リンク部および駆動力伝達部により構成された機構によって伝達された膝関節部駆動用アクチュエータの駆動力に基づいて膝関節部が駆動し、膝関節部の駆動が低慣性モーメントで実現される。
【００８２】
（バックパックＢＰ）
バックパックＢＰは、利用者Ｐが背負うものであり、制御部６０（図１１参照）、入出力インターフェース７０（図１１参照）およびバッテリ（図示せず）を収納している。制御部６０については、後に詳細に説明する。
入出力インターフェース７０は、制御部６０に外部のコンピュータなどを接続する際に使用される。例えば、外部のコンピュータから、制御部６０に利用者Ｐの体重などの個人データを制御部６０に与えるようにすることも可能である。
バッテリは、荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲ、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒ、エンコーダ８１Ｌ，８１Ｒ，８２Ｌ，８２Ｒ、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲおよび制御部６０に電力を供給する。バッテリによる電力供給は、制御部６０によって制御される。
【００８３】
なお、バックパックＢＰおよび入出力インターフェース７０は、本発明の必須構成要件ではない。すなわち、制御部６０、入出力インターフェース７０およびバッテリの利用者Ｐへの装着態様は、前記したバックパックＢＰによるものに限定されず、体装着部１０に直接取り付ける態様などであっても良い。
【００８４】
（動作例）
続いて、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａの動作例について説明する。図８および図９は、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置の動作例を説明するための図であり、図８は股関節部の動作例を説明するための図、図９は膝関節部の動作例を説明するための図である。図８および図９には、肢体アシスト装置１Ａのうち、説明に必要な部分のみが模式的に描かれている。
【００８５】
図８に示すように、肢体アシスト装置１Ａは、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒを駆動し、大腿リンク部２２Ｒを図８における反時計回りに回動させることによって、利用者Ｐの大腿を反時計回りに動かすことができる（図８（ａ）→図８（ｂ））。
また、肢体アシスト装置１Ａは、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒを駆動し、大腿リンク部２２Ｒを図８における時計回りに回動させることによって、利用者Ｐの右大腿を時計回りに動かすことができる（図８（ａ）→図８（ｃ））。
【００８６】
また、図９に示すように、肢体アシスト装置１Ａは、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒを駆動し、第一のリンク部５１Ｒを図９における反時計回りに回動させることによって、第二のリンク部５３Ｒが第二の関節部５４を介して下腿リンク部２４Ｒを押し、利用者Ｐの下腿を反時計回りに動かすことができる（図９（ａ）→図９（ｂ））。
また、肢体アシスト装置１Ａは、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒを駆動し、第一のリンク部５１Ｒを図９における時計回りに回動させることによって、第二のリンク部５３Ｒが第二の関節部５４Ｒを介して下腿リンク部２４Ｒを牽引し、利用者Ｐの右下腿を時計回りに動かすことができる（図９（ａ）→図９（ｃ））。
なお、図示はしないが、肢体アシスト装置１Ａの左脚側についても同様である。
【００８７】
肢体アシスト装置１Ａは、前記した動作を組み合わせることによって、利用者Ｐの歩行時における肢体（下肢）の動作をアシストしたり、利用者Ｐに対して体重免荷アシスト力を付与し、利用者Ｐの体重の一部を支持したりすることができる。
【００８８】
（慣性モーメントの比較）
続いて、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａによる慣性モーメントと、従来の構造による肢体アシスト装置による慣性モーメントとの比較を行う。
図１０は、肢体アシスト装置による慣性モーメントの比較を説明するための図であり、（ａ）は第一の実施形態に係る肢体アシスト装置による慣性モーメントを説明するための図、（ｂ）は従来の構造による肢体アシスト装置による慣性モーメントを説明するための図である。なお、図１０（ｂ）に示す従来の肢体アシスト装置１Ａ’において、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａの構成に対応する部分の符号には、その末尾に「’」を付している。
図１０（ａ）に示すように、利用者Ｐが肢体アシスト装置１Ａを装着した状態で歩行を行うと、肢体アシスト装置１Ａの重さによって、利用者Ｐの股関節軸まわり（Ｙ軸まわり）に慣性モーメントが発生する。
ここで、各部材の重量と、その重心と股関節軸との距離を以下のように定義する。
ｍ1：股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒの重量
ｒ1：股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒと股関節軸との距離（＝０）
ｍ2：膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒの重量
ｒ2：膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒと股関節軸との距離（＝０）
ｍ3：大腿リンク部２２Ｒの重量
ｒ3：大腿リンク部２２Ｒの重心と股関節軸との距離
ｍ4：下腿リンク部２４Ｒの重量
ｒ4：下腿リンク部２４Ｒの重心と股関節軸との距離
ｍ5：足装着部３０Ｒの重量
ｒ5：足装着部３０Ｒの重心と股関節軸との距離
ｍ6：駆動力伝達部５０Ｒの重量
ｒ6：駆動力伝達部５０Ｒの重心と股関節軸との距離
このとき、肢体アシスト装置１Ａの右脚側構成による股関節軸まわりの慣性モーメントＩｈは、およそ下記の式で示される。
Ｉｈ  ＝  ｍ3ｒ32  ＋  ｍ4ｒ42  ＋  ｍ5ｒ52  ＋  ｍ6ｒ62
【００８９】
また、図１０（ｂ）に示すように、利用者Ｐが従来の構造による肢体アシスト装置１Ａ’を装着した状態で歩行を行うと、肢体アシスト装置１Ａ’の重さによって、利用者Ｐの股関節軸まわりに慣性モーメントが発生する。この肢体アシスト装置１Ａ’は、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒ’を大腿リンク部２２Ｒ’と下腿リンク部２４Ｒ’との間に備え、駆動力伝達部を省略した構成である。
ここで、各部材の重量と、その重心と股関節軸との距離を以下のように定義する。
ｍ11：股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒ’の重量（＝ｍ1）
ｒ11：股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒ’の重心と股関節軸との距離（＝ｒ1＝０）
ｍ12：膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒ’の重量（＝ｍ2）
ｒ12：膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒ’の重心と股関節軸との距離
ｍ13：大腿リンク部２２Ｒ’の重量（＝ｍ3）
ｒ13：大腿リンク部２２Ｒ’の重心と股関節軸との距離（＝ｒ3）
ｍ14：下腿リンク部２４Ｒ’の重量（＝ｍ4）
ｒ14：下腿リンク部２４Ｒ’の重心と股関節軸との距離（＝ｒ4）
ｍ15：足装着部３０Ｒ’の重量（＝ｍ5）
ｒ15：足装着部３０Ｒ’の重心と股関節軸との距離（＝ｒ5）
このとき、肢体アシスト装置１Ａ’の右脚側構成による股関節軸まわりの慣性モーメントＩｈ’は、およそ下記の式で示される。
Ｉｈ’  ＝  ｍ12ｒ122  ＋  ｍ3ｒ32  ＋  ｍ4ｒ42  ＋  ｍ5ｒ52
【００９０】
ここで、一般に、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒ’は、駆動力伝達部５０Ｒよりも重く（ｍ12＞ｍ6）、股関節軸から離れている（ｒ12＞ｒ6）ので、  Ｉｈ＜Ｉｈ’  が成立する。すなわち、本発明の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａは、利用者Ｐの動作に伴う慣性モーメントを小さくし、利用者Ｐにかかる負担を低減させることによって、利用者の装着フィーリングを向上させ、利用者の疲労を抑えることができる。また、重量の大きい膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒを股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒと一体的に設けたので、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒにかかる負担（慣性モーメント）を軽くすることができ、結果として股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの小型化および省電力化を実現することができる。
【００９１】
続いて、制御部６０について詳細に説明する。図１１は、本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置の機能を示すブロック図である。
【００９２】
図１１に示すように、制御部６０は、体重記憶部６１、目標アシスト力算出部６２、初期トルク値算出部６３、比較部６４、アクチュエータ状態検出部６５、接地足判定部６６および出力指令部６７を備えている。
【００９３】
体重記憶部６１は、利用者Ｐの体重（体重データ）を取得し、記憶（一時記憶）する。体重は、利用者Ｐが直接制御部６０に入力しても良いし、利用者Ｐを認識した制御部６０が予め記憶しておいた利用者Ｐの体重を体重記憶部６１から読み出してきても良い。また、外部のコンピュータから、入出力インターフェース７０を介して体重記憶部６１に入力されるように構成しても良い。また、体重記憶部６１が、体重として、利用者Ｐの体重のみの値を記憶する構成であっても良い。
【００９４】
目標アシスト力算出部６２は、体重記憶部６１に記憶された体重データを読み出し、この体重データに基づいて目標体重免荷アシスト力を算出する。
この「目標体重免荷アシスト力」は、体重免荷アシスト装置１Ａによって利用者Ｐに付与される力（水平床面起立状態でＺ軸正方向）の目標値であり、利用者Ｐの体重の所定割合（例えば、体重の３０％）が設定される。本実施形態では、目標体重免荷アシスト力Ｆａと共に、最小体重免荷アシスト力Ｆａ１と、最大体重免荷アシスト力Ｆａ２と、が算出される。ここでいう最小体重免荷アシスト力Ｆａ１が、特許請求の範囲における「目標体重免荷アシスト力の下限値」に相当し、最大体重免荷アシスト力Ｆａ２が、特許請求の範囲における「目標体重免荷アシスト力の上限値」に相当する。
例えば、目標体重免荷アシスト力Ｆａとして、体重の３０％を支持する力を設定した場合、最小体重免荷アシスト力Ｆａ１として体重の２８％の値が算出され、最大体重免荷アシスト力Ｆａ２として体重の３２％の値が算出される。これらアシスト力Ｆａ，Ｆａ１，Ｆａ２は、利用者Ｐに付与したい体重免荷アシスト力、制御部６０の演算能力、各アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの特性、各センサ１０ａＬ，１０ａＲ，３１ａＬ，３１ａＲの特性などに応じて適宜設定される。
これら目標体重免荷アシスト力Ｆａ、最小体重免荷アシスト力Ｆａ１および最大体重免荷アシスト力Ｆａ２の割合設定は適宜変更可能であり、例えば、外部のコンピュータから、入出力インターフェース７０を介して任意の値を設定可能である。
【００９５】
初期トルク値算出部６３は、目標体重免荷アシスト力Ｆａに基づいて、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒに付与されるべき初期トルク値を算出する。
この初期トルク値は、（１）両足接地、（２）左足接地（右足遊脚）、（３）右足接地（左足遊脚）の３つの場合ごとに算出される。
すなわち、（１）両足接地の場合として、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒに付与される初期トルク値が算出される。
また、（２）左足接地の場合として、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌに付与される初期トルク値が算出される。このとき、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒに付与される初期トルク値は「０」である。
また、（３）右足接地の場合として、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒに付与される初期トルク値が算出される。このとき、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌに付与される初期トルク値は「０」である。
【００９６】
この初期トルク値は、肢体アシスト装置１Ａの初動応答性を向上させるためのものであり、肢体アシスト装置１Ａが初期状態からスムーズかつ早期に目標アシスト力Ｆａを発揮できるような状態へ移行できるような値とすることが好ましい。初期状態の各アクチュエータに初期トルク値に応じたトルクを発生させることで、利用者Ｐが急に肢体アシスト装置１Ａに体重を預けた場合などであっても肢体アシスト装置１Ａは利用者Ｐの転倒やバランスの崩れを確実に防ぎ、利用者Ｐの起立状態を安定的に確立させることができる。ここでいう初期状態としては、肢体アシスト装置１Ａを起動したときや、肢体アシスト装置１Ａの接地状態が変化したとき（両足接地→片足接地、片足接地→両足接地）が挙げられる。
また、初期トルク値の付与は、肢体アシスト装置１Ａの故障の防止にも貢献する。
なお、アシスト力Ｆａ，Ｆａ１，Ｆａ２およびアクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの回転角度に応じてアクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒが出力すべきトルク値も変わるので、初期トルク値は、各アクチュエータの現回転角度をも利用して設定される構成であっても良い。
【００９７】
比較部６４は、荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲの検出荷重に基づく現時点での体重免荷アシスト力Ｆｂ（以下、単に「荷重Ｆｂ」と記載する。）と、目標アシスト力算出部６２の算出結果と、を比較する。比較部６４は、荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲによる実際の検出値と、その検出値における脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒによる体重免荷アシスト力との関係を予め記憶している。したがって、比較部６４は、荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲの検出結果に基づいて、実際に作用している体重免荷アシスト力を得ることができる。
比較結果としては、（１１）Ｆｂ＜Ｆａ１、（１２）Ｆａ１≦Ｆｂ≦Ｆａ２、（１３）Ｆｂ＞Ｆａ２の３つがある。
比較結果は、出力指令部６７に出力される。
【００９８】
アクチュエータ状態検出部６５は、股関節部エンコーダ８１Ｌ，８１Ｒおよび膝関節部エンコーダ８２Ｌ，８２Ｒからの出力に基づいて、各関節部の状態を検出する。検出結果は、出力指令部６７に出力される。
【００９９】
接地足判定部６６は、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲの出力に基づいて、接地足が、（１）両足接地、（２）左足接地、（３）右足接地のいずれの状態であるかを判定する。
すなわち、接地足判定部６６は、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲの両方からの出力がある場合には、（１）両足接地の状態であると判定する。
また、接地足判定部６６は、接地センサ３１ａＬからのみの出力がある場合には、（２）左足接地（右足遊脚）の状態であると判定する。
また、接地足判定部６６は、接地センサ３１ａＲからのみの出力がある場合には、（３）右足接地（左足遊脚）の状態であると判定する。
判定結果は、出力指令部６７に出力される。
【０１００】
出力指令部６７は、初期トルク値算出部６３の算出結果と、比較部６４の比較結果と、アクチュエータ状態検出部６５の検出結果と、接地足判定部６６の判定結果と、に基づいて、各アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの出力を決定し、指令する。
【０１０１】
この出力指令部６７は、アクチュエータ状態検出部６５の検出結果およびこれらの変化量に基づいて、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒの挙動を予測し、この予測結果に基づいて、各アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの出力を決定する。
例えば、後記する図１７（ａ）において、角θ１Ｒが十分に大きくなって所定値（例えば、前回右足が床面から離間した時点での角度に設定）に近づいた場合には、もうすぐ右足が床面から離間することが予測される。すなわち、制御部６０は、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲの出力とエンコーダ８１Ｌ，８１Ｒの出力とに基づいて、前回、足が床面から離間した時点での角θ１（床面離間角度：股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒの回転角度に相当）を取得し、記憶している。そして、制御部６０は、この床面離間角度θ１を利用して、利用者Ｐの脚の挙動を予測している。
このときには、体重免荷アシスト力の比重を脚リンク部２０Ｌ側に移していくことで、右足が遊脚となって左側のシステム（体装着部１０、脚リンク部２０Ｌおよび足装着部３０Ｌ）のみで支持しなければならない状態に備えることができ（アクチュエータのトルク出力変動のスムーズな移動）、より安定した体重免荷アシストが実現する。
【０１０２】
（トルク発生方向）
続いて、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒによるトルク発生方向について説明する。図１２は、股関節部駆動用アクチュエータおよび膝関節部駆動用アクチュエータによるトルク発生方向を説明するための図であり、（ａ）は十分なトルクが発生している状態を示す模式図、（ｂ）はトルクが不十分であり、利用者が腰砕けのような状態になりつつある状態を示す模式図である。なお、以下の図面において、図中の「ＯＮ」はその足装着部３０Ｌ，３０Ｒが接地していることを示し、「ＯＦＦ」は足装着部３０Ｌ，３０Ｒが接地していないことを示す。
【０１０３】
図１２において、直線Ｌ１は、腰ベルト部１１に沿った水平線である。直線Ｌ２は、大腿リンク部２２Ｌ,２２Ｒの長手方向に延びる直線である。角θ１Ｌ，θ１Ｒは、直線Ｌ１と大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒとがなす角であり、角θ２Ｌ，θ２Ｒは、直線Ｌ２と下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒとがなす角である。
図１２（ａ）に示すように、肢体アシスト装置１Ａが十分な体重免荷アシスト力を発揮した場合には、利用者Ｐは全体重を自身の脚で支えなくても起立状態を維持することができる。
しかし、図１２（ｂ）に示すように、利用者Ｐの脚力が不十分であり、かつ、肢体アシスト装置１Ａが十分な体重免荷アシスト力を発揮しない場合には、肢体アシスト装置１Ａは、角θ１Ｌ，θ１Ｒが小さくなるように、そして、角θ２Ｌ，θ２Ｒが大きくなるように、姿勢を変えてしまう。
すなわち、肢体アシスト装置１Ａが体重免荷アシスト力を発揮するためには、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ（図１参照）が角θ１Ｌ，θ１Ｒを大きくする方向に、そして、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒ（図１参照）が角θ２Ｌ，θ２Ｒを小さくする方向に、それぞれトルクを発生させれば良い。
なお、各関節部２１Ｌ，２１Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒの可動範囲が、少なくとも一般的な人間の関節の可動範囲を超えないように、それぞれのアクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒが制御される。このため、安全性がより向上している。また、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒ、膝関節部２３Ｌ，２３Ｒおよび下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒは、利用者Ｐが起立姿勢であっても大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒおよび下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒが一直線とならないよう（伸びきらないよう）、膝関節部２３Ｌ，２３Ｒが常に屈折した状態となるように長さが調整されている（特異点回避。図３および図４参照）。すなわち、大腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒおよび下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒが一直線となったり（特異点状態）、これらが逆側に屈折したりすることを確実に防ぐ構造となっている。これによって利用者Ｐの装着部（体装着部１０、足装着部３０Ｌ，３０Ｒ）への衝撃が緩和され、かつ、アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒによる体重免荷量の制御性が向上する。なお、これらアクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの可動範囲を確実に制限するために、各アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒや各リンク部２２Ｌ，２２Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒに機械的なストッパを設けても良い。
【０１０４】
（発生トルクと体重免荷アシスト力との関係）
続いて、各アクチュエータの発生トルクと体重免荷アシスト力との関係について説明する。
図１３および図１４は、発生トルクと体重免荷アシスト力との関係を説明するための図であり、図１３は膝関節部駆動用アクチュエータの発生トルクと体重免荷アシスト力との関係を説明する図、図１４は股関節部駆動用アクチュエータの発生トルクと体重免荷アシスト力との関係を説明する図である。
まず、図１３を参照し、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒの発生トルクと体重免荷アシスト力との関係について説明する。ここで、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒは回動不能に固定されているものとする。
足装着部３０Ｒが接地し、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒが角θ２Ｒを小さくする方向にトルクを発生させると、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒには膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒを中心とした円の接線方向に回転力が与えられる。この回転力の抗重力方向（Ｚ軸方向）成分が、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒによる体重免荷アシスト力Ｆａ１Ｒである。
【０１０５】
続いて、図１４を参照し、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒの発生トルクとアシスト力との関係について説明する。ここで、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒは回動不能に固定されているものとする。
足装着部３０Ｒが接地し、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒが角θ１Ｒを大きくする方向にトルクを発生させると、体装着部１０には股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒを中心とする円の接線方向に回転力が与えられる。この回転力の抗重力方向（Ｚ軸方向）成分が、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒによる体重免荷アシスト力Ｆａ２Ｒである。
【０１０６】
なお、図示しないが、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌによる体重免荷アシスト力Ｆａ１Ｌと、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌによる体重免荷アシスト力Ｆａ２Ｌも適宜発生しており、肢体アシスト装置１Ａによる体重免荷アシスト力（全体アシスト力）Ｆａは、以下の式で示される。
（１）両足接地
Ｆａ＝Ｆａ１Ｒ＋Ｆａ２Ｒ＋Ｆａ１Ｌ＋Ｆａ２Ｌ
（２）左足接地
Ｆａ＝Ｆａ１Ｌ＋Ｆａ２Ｌ
（３）右足接地
Ｆａ＝Ｆａ１Ｒ＋Ｆａ２Ｒ
【０１０７】
（足装着部の荷重）
続いて、足装着部３０Ｌ，３０Ｒにかかる荷重について説明する。図１５は、歩行時に足装着部にかかる圧力を計測した結果を示すグラフである。この図によって、歩行時の圧力の推移と肢体アシスト装置１Ａの効果とが説明される。
肢体アシスト装置１Ａの足装着部３０Ｌ，３０Ｒの裏側の２箇所（踵部分、中足趾節関節部分（ＭＰ））に圧力センサを取り付けた状態で、利用者Ｐが肢体アシスト装置１Ａを装着し、歩行を行った。圧力センサの出力は電圧で示されている。利用者Ｐが歩行を行うと、足装着部３０Ｌ，３０Ｒに交互に踵から足先に荷重が推移している様子が分かる。肢体アシスト装置１Ａは、体重免荷アシスト力Ｆａを利用者Ｐに与えることによって、利用者Ｐの足にかかる最大荷重を低減（Ｆｃ→Ｆｃ’）させ、歩行を容易にする。
【０１０８】
（肢体アシスト装置の動作例）
続いて、肢体アシスト装置１Ａの動作例について説明する。図１６は、本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置の動作例を示すフローチャートである。
【０１０９】
まず、利用者Ｐが肢体アシスト装置１Ａを装着した状態で、利用者Ｐの体重が入力される。入力された体重は、体重記憶部６１に記憶される（ステップＳ１）。
【０１１０】
続いて、目標アシスト力算出部６２が、体重記憶部６１に記憶された利用者Ｐの体重に基づいて、目標体重免荷アシスト力Ｆａ（Ｆａ１，Ｆａ２）を算出する（ステップＳ２）。
【０１１１】
続いて、初期トルク値算出部６３が、目標体重免荷アシスト力Ｆａに基づいて、初期トルク値を算出する（ステップＳ３）。
【０１１２】
続いて、接地足判定部６６が、接地センサ３１ａＬ，３１ａＲからの出力に基づいて、接地足の特定を行う（ステップＳ４）。
【０１１３】
接地足が左足のみであると判定された場合には、出力指令部６７は、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌを、初期トルク値に応じたトルクを生じるように駆動する（ステップＳ５ａ）。
接地足が両足であると判定された場合には、出力指令部６７は、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｌ，４２Ｒを、初期トルク値に応じたトルクを生じるように駆動する（ステップＳ５ｂ）。
接地足が右足のみであると判定された場合には、出力指令部６７は、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒを、初期トルク値に応じたトルクを生じるように駆動する（ステップＳ５ｃ）。
【０１１４】
続いて、荷重センサ１０ａＬ，１０ａＲが荷重Ｆｂを検出し（ステップＳ６）、比較部６４が、検出された荷重と、算出された目標体重免荷アシスト力Ｆａ（Ｆａ１，Ｆａ２）と、を比較する（ステップＳ７）。
【０１１５】
荷重ＦｂがＦａ１未満である場合には、出力指令部６７は、接地足側のアクチュエータへの電流量を予め定められた所定量増加させ、発生トルクを所定量増加させる（ステップＳ８ａ）。
荷重ＦｂがＦａ１以上Ｆａ２以下である場合には、出力指令部６７は、接地足側のアクチュエータのトルクを維持させる（ステップＳ８ｂ）。
荷重ＦｂがＦａ２を超えている場合には、出力指令部６７は、接地足側のアクチュエータへの電流量を予め定められた所定量低減させ、発生トルクを所定量低減させる（ステップＳ８ｃ）。
なお、電流の増加／低減のための所定量は、制御部６０の演算能力、各アクチュエータ４１Ｌ，４１Ｒ，４２Ｌ，４２Ｒの特性、各センサ１０ａＬ，１０ａＲ，３１ａＬ，３１ａＲの特性などに応じて適宜設定される。
【０１１６】
続いて、制御部６０にＯＦＦ信号が入力された場合には（ステップＳ９でＹｅｓ）、足動作アシスト装置１Ａは本処理を終了する。制御部６０にＯＦＦ信号が入力されない場合には（ステップＳ９でＮｏ）、接地足判定部６６が接地足の変更があったか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【０１１７】
接地足の変更があったと判定された場合（両足接地→片足接地、片足接地→両足接地）には（ステップＳ１０でＹｅｓ）、ステップＳ４に移行する。また、接地足の変更がなかったと判定された場合には（ステップＳ１０でＮｏ）、ステップＳ６に移行する。
【０１１８】
（脚リンク部の状態遷移およびトルク発生）
続いて、利用者Ｐの歩行に伴う肢体アシスト装置１Ａの状態の遷移について、特に右脚リンク部２０Ｒの状態の遷移に注目して説明する。図１７および図１８は、利用者の歩行時における右脚リンク部の角θ１Ｒおよび角θ２Ｒの遷移を説明するための図である。
なお、歩行態様は利用者Ｐごとに異なり、歩行時の膝の角度なども利用者ごとに異なる。図１７および図１８には、その一例が示されている。
【０１１９】
利用者Ｐの右脚が最後部にあるとき（図１７（ａ）；状態１）、大腿リンク部２２Ｒと下腿リンク部２４Ｒとは一直線に近くなる。このとき、角θ１Ｒは最大となり（θ１Ｒ＝θ１Ｒｍａｘ）、角θ２Ｒは最小（θ２Ｒ＝θ２Ｒｍｉｎ）となる。ここで、右足装着部３０Ｒが接地しているので、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒは角θ１Ｒを大きくする方向にトルクを発生させ、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒは角θ２Ｒを小さくする方向にトルクを発生させる。
【０１２０】
状態１から利用者Ｐが右脚を前方（Ｘ軸正方向）に振り出すと、右足（足装着部３０Ｒ）が床面から離隔する。ここで、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒの発生トルクは「０」となる。右足離隔後、角θ１Ｒは徐々に小さくなると共に、足装着部３０Ｒは膝関節部２３Ｒに遅れて追従するので、角θ２Ｒは暫くの間大きくなり、最大（θ２Ｒ＝θ２Ｒｍａｘ）となった状態で膝関節部２３Ｒが前に出され続ける（図１７（ｂ）；状態２）。
【０１２１】
状態２から利用者Ｐが右脚を振り出し続けると、角θ１Ｒが最小（θ１Ｒ＝θ１Ｒｍｉｎ）となる（図１７（ｃ）；状態３）。その後、角θ１Ｒは徐々に大きくなるが、足装着部３０Ｒは膝関節部２３Ｒに遅れて前に出てくるため角θ２Ｒは徐々に小さくなり、右足装着部３０Ｒが接地する（図１７（ｄ）；状態４）。その後、左脚が前記した右脚と同様の動作を行っている間（図１８（ａ）；状態５、図１８（ｂ）；状態６、図１８（ｃ）；状態７（＝状態１））、すなわち右足の接地時には、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒは角θ１Ｒを常に大きくする方向にトルクを発生させ、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒは角θ２Ｒを常に小さくする方向にトルクを発生させる。
なお、遊脚時に、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒが図１７における反時計回りにトルクを発生させて、利用者Ｐの大腿に振り出し動作用のアシスト力を付与するように構成しても良い。
【０１２２】
前記した肢体アシスト装置１Ａによれば、以下の効果を得ることができる。
（１）肢体アシスト装置１Ａは、利用者Ｐの動作に伴う慣性モーメントを小さくし、利用者Ｐにかかる負担を低減させることによって、利用者の装着フィーリングを向上させ、利用者の疲労を抑えることができる。
（２）  肢体アシスト装置１Ａは、利用者Ｐの体重の一部を支持するので、利用者Ｐの体重支持に伴う脚への負担を低減させることができる。
（３）  肢体アシスト装置１Ａは、自身にかかる荷重を検出し、この荷重に基づいて、利用者Ｐの体重の一定割合を支持するので、利用者Ｐの姿勢の変化などに対応した支持が可能である。
（４）  肢体アシスト装置１Ａは、接地足側のみに体重免荷アシスト力を与えるので、歩行姿勢の変化に伴い好適な体重免荷アシスト力の付与が可能であると共に、遊脚の動作を妨げない。
（５）  肢体アシスト装置１Ａは、杖（松葉杖、四点支持杖など）と異なり、利用者Ｐの手による操作が不要であるので、利用者Ｐは、歩行アシスト中であっても手を使うことができる。また、長時間の使用にともなう腕、上体の疲労のおそれがない。
（６）  肢体アシスト装置１Ａは、利用者Ｐの脚に沿ったコンパクトな構成であるので、狭い通路、階段などを移動する場合であっても障害とならない。また、各リンク部２２Ｌ，２２Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒおよび各関節部２１Ｌ，２１Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒ，２５Ｌ，２５Ｒの構成は人間の下肢の機構に類似しており、これらが利用者Ｐの下肢（脚）に沿って配置されるため、直動アクチュエータを利用した構成や、利用者Ｐの下肢から離れた構成としたアシスト装置よりも、人間の歩行動作と同調しやすく体重免荷アシスト力の伝達効率も良い。
（７）  車輪を必要としないので、床面状況によらず使用可能である。
（８）  利用者Ｐの拘束部位が少なく、長時間の使用に向いている。すなわち、従来の歩行介助装置とは異なり、本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａは、膝、大腿などの拘束が不要なため、利用者Ｐの脚の拘束をほとんどなくすことができ、利用者Ｐが不快な拘束感、痛み、高負荷感などを感じることがない。また、肢体アシスト装置１Ａは、拘束部位が少なくて済むため、一層の軽量化が可能である。また、肢体アシスト装置１Ａは、利用者Ｐの体型、歩行時の癖などに影響されず、様々な利用者に一つの型の肢体アシスト装置１Ａを利用することができ、非常に汎用性の高いものとなっている。
（９）  また、本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａは、肢体アシスト装置１Ａから利用者Ｐに体重免荷アシスト力が付与される部分（アクチュエータユニット４０Ｌ，４０Ｒの取付部分）と利用者Ｐが体重を預ける部分（体装着部１０の大腿部分および股間部分）とが略同一の垂直平面（図３および図４のＹ−Ｚ平面）内に位置する点にも特徴を有する。このような構成とすることで、体重免荷アシスト時に利用者Ｐにピッチ方向（Ｙ軸まわり）の不要なモーメントが発生することが防止されている。
【０１２３】
（第二の実施形態）
続いて、本発明の第二の実施形態に係る肢体アシスト装置について、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図１９は、本発明の第二の実施形態に係る肢体アシスト装置を説明するための図である。なお、以下の図面には、各実施形態に係る肢体アシスト装置のうち、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａとの対比説明に必要な部分のみが模式的に描かれている。例えば、図１９〜２１では、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒが省略されている。
また、以下の図１９ないし図２２においては、左右の構成は同一であるため、右脚側の構成についてのみ符号を付し、左脚側の構成を省略している。
図１９に示すように、第二の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ｂは、駆動力伝達部５０Ｒの代わりに駆動力伝達部１５０Ｒを備えている。
駆動力伝達部１５０Ｒは、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒに接続され、その出力軸と一体的に回動する第一のプーリ１５１Ｒと、下腿リンク２４Ｒに設けられた第二のプーリ１５２Ｒと、第一のプーリ１５１Ｒと第二のプーリ１５２Ｒとに掛け渡された無端ベルト１５３Ｒと、を備えている。
膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒは、第一のプーリ１５１Ｒを回動させることによって、無端ベルト１５３Ｒを進退させ、第二のプーリ１５２Ｒを回動させることによって膝関節部２３Ｒを駆動することができる。
【０１２４】
（第三の実施形態）
続いて、本発明の第三の実施形態に係る肢体アシスト装置について、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図２０は、本発明の第三の実施形態に係る肢体アシスト装置を説明するための図である。
図２０に示すように、第三の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ｃは、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒの代わりに膝関節部駆動用アクチュエータ２４２Ｒを備えると共に、駆動力伝達部５０Ｒの代わりに駆動力伝達部２５０Ｒを備えている。
駆動力伝達部２５０Ｒは、下腿リンク２４Ｒに一体的に設けられ、膝関節部２３Ｒの外側部に位置するケーブル取付部２５１Ｒと、膝関節部駆動用アクチュエータ２４２Ｒとケーブル取付部２５１Ｒとの間に掛け渡された２本のケーブル２５２Ｒ，２５３Ｒを備えている。
膝関節部駆動用アクチュエータ２４２Ｒは、２本のケーブル２５２Ｒ，２５３Ｒを牽引または弛緩させることによって膝関節部２３Ｒを駆動することができる。
【０１２５】
（第四の実施形態）
続いて、本発明の第四の実施形態に係る肢体アシスト装置について、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図２１は、本発明の第四の実施形態に係る肢体アシスト装置を説明するための図である。
図２１に示すように、第四の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ｄは、膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒの代わりに膝関節部駆動用アクチュエータ３４２Ｒを備えると共に、駆動力伝達部５０Ｒの代わりに駆動力伝達部３５０Ｒを備えている。
駆動力伝達部３５０Ｒは、膝関節部駆動用アクチュエータ３４２Ｒの出力軸に連結されたシャフト３５１Ｒと、シャフト３５１Ｒの先端に設けられた第一の傘歯車３５２Ｒと、下腿リンク部２４Ｒに設けられ、第一の傘歯車３５２Ｒと歯合する第二の傘歯車３５３Ｒと、を備えている。
膝関節部駆動用アクチュエータ３４２Ｒは、シャフト３５１Ｒをシャフト軸まわりに回動させることによって膝関節部２３Ｒを駆動することができる。
なお、傘歯車の代わりに他のギヤ、例えば、斜歯歯車、直歯傘歯車、曲歯傘歯車、フェースギヤ、ハイポイドギヤ、ウォームギヤなどで膝関節部駆動用アクチュエータの駆動力を伝達し、膝関節部２３Ｒを回動させる構成であっても良い。
【０１２６】
（第五の実施形態）
続いて、本発明の第五の実施形態に係る肢体アシスト装置について、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図２２は、本発明の第五の実施形態に係る肢体アシスト装置を説明するための図である。
図２２に示すように、第五の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ｅは、さらに、足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒと、足首関節部駆動用リンク部４５０Ｒと、を備えている。
【０１２７】
足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒは、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒと同軸に、股関節部駆動用アクチュエータ４１Ｒおよび膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒと一体的に設けられており、電動モータおよび減速機を備え、電動モータの出力を減速機によって減速し、下腿リンク部２４Ｒと足装着部３０Ｒとの相対姿勢を変位させる。すなわち、足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒが、足首関節部２５Ｒに回転トルクを付与し、駆動するためのアクチュエータである。足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒの基部は、アクチュエータ取付部１３Ｒに対して固定されており、足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒの出力軸は、後記する第一のリンク部４５１Ｒの一端に固定されている。なお、足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒの取付関係は、前記したものに限定されない。
【０１２８】
足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒには、エンコーダ（ロータリーエンコーダ）８３Ｒが設けられている。このエンコーダ８３Ｒは、特許請求の範囲における「挙動検出手段」の一例であり、脚リンク部２０Ｒの挙動に関するデータとして、足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒの回転角度を検出する。検出された回転角度は、制御部６０に出力される。
【０１２９】
足首関節部駆動用リンク部４５０Ｒは、足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒに連結された第一のリンク部４５１Ｒと、第一のリンク部４５１Ｒに第一の関節部４５２Ｒを介して連結された第二のリンク部４５３Ｒと、第二のリンク部４５３Ｒに第二の関節部４５４Ｒを介して連結され、かつ、膝関節部２３Ｒに連結された第三のリンク部４５５Ｒと、第二のリンク部４５３Ｒに第二の関節部４５４Ｒを介して連結され、かつ、足装着部３０Ｒに第四の関節部４５７Ｒを介して連結された第四のリンク部４５６Ｒと、第四の関節部４５７Ｒおよび足首関節部２５Ｒに連結された第五のリンク部４５８Ｒと、を備えている。ここで、第四の関節部４５７Ｒは、靴部３０Ｒに固定されている。
足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｒは、第一のリンク部４５１Ｒを回動させることによって、第二のリンク部４５３Ｒを大腿軸方向に押引する。これによって、第三のリンク部４５５Ｒは、膝関節部２３Ｒを中心に回動し、第四のリンク部４５６Ｒを下腿軸方向に押引する。これによって、足装着部３０Ｒに取り付けられた第四の関節部４５７Ｒが押引され、足首関節部３０Ｒが駆動される。
なお、靴部３１Ｒが十分な強度を有する場合には、第五のリンク部４５８Ｒを省略可能である。
【０１３０】
また、図２２には、足首関節部駆動用リンク部４５０Ｒが駆動力伝達部５０Ｒよりも外側に設けられた場合を図示したが、足首関節部駆動用リンク部４５０Ｒが駆動力伝達部５０Ｒの内側（利用者Ｐ側）に設けられる構成であっても良い。
また、他の実施形態に係る駆動力伝達部１５０Ｒ，２５０Ｒ，３５０Ｒと、足首関節部駆動用リンク部４５０Ｒとを組み合わせた構成であっても良い。
【０１３１】
続いて、第五の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ｅのブロック図について、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａのブロック図との相違点を中心に説明する。図２３は、本発明の第五の実施形態に係る肢体アシスト装置の機能を示すブロック図である。
図２３に示すように、第五の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ｅは、足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｌ，４３Ｒと、これらの回転角度を検出するエンコーダ８３Ｌ，８３Ｒと、をさらに備えている。
アクチュエータ状態検出部６５は、エンコーダ８３Ｌ，８３Ｒからの出力に基づいて、足首関節部２５Ｌ，２５Ｒの状態を検出する。制御部６０は、エンコーダ８３Ｌ，８３Ｒの出力値から、下腿リンク部２４Ｌ，２４Ｒと足装着部３０Ｌ，３０Ｒとがなす角度を容易に認識することができる。
出力指令部６７は、さらに足首関節部駆動用アクチュエータ４３Ｌ，４３Ｒの出力を決定し、指令する。
【０１３２】
（変形例）
続いて、体装着部の変形例について、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、体装着部の変形例を示す図である。なお、図２４において、バックパックＢＰは省略されている。
図２４（ａ）に示す肢体アシスト装置１Ｆの体装着部６１０は、腰ベルト部１１、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒおよび股ベルト部６１２Ｌ，６１２Ｒを備えている。股ベルト部６１２Ｌ，６１２Ｒは、利用者Ｐの股まわりに装着される布製の部材であり、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒに連結されている。
この肢体アシスト装置１Ｆは、図１に示す肢体アシスト装置１Ａよりも体装着部のベルトをシンプル化することで、軽量化を図っている。
図２４（ｂ）に示す肢体アシスト装置１Ｇの体装着部７１０は、腰ベルト部１１、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒおよび大腿ベルト部７１２Ｌ，７１２Ｒを備えている。大腿ベルト部７１２Ｌ，７１２Ｒは、利用者Ｐの大腿まわりに装着される布製の部材であり、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒに連結されている。
この肢体アシスト装置１Ｇは、肢体アシスト装置１Ｆよりも利用者Ｐの大腿における支持機能を高め、その代わりに利用者Ｐの股間部分における応力を緩和させた例である。
図２４（ｃ）に示す肢体アシスト装置１Ｈの体装着部８１０は、腰ベルト部１１、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒおよび脇支持部８１２Ｌ，８１２Ｒを備えている。脇支持部８１２Ｌ，８１２Ｒは、利用者Ｐの脇を支持する部材であり、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒに連結されている。脇支持部８１２Ｌ，８１２Ｒ、アクチュエータ取付部１３Ｌ，１３Ｒ、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒおよび足装着部３０Ｌ，３０Ｒは、脇支持部８１２Ｌ，８１２Ｒにかかる利用者Ｐからの荷重を支持可能な構造を有している。
この肢体アシスト装置１Ｈは、疾病、怪我などで大腿や股間部分における拘束が困難な利用者Ｐに好適な例である。
これらの他、肢体アシスト装置による体重免荷アシスト力が利用者の顎部において付与されるような装置構成としても良い。
【０１３３】
続いて、制御部の変形例について、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図２５は、制御部の変形例を示すブロック図である。
図２５に示す肢体アシスト装置１Ｉの制御部９６０は、体重記憶部６１および目標アシスト力算出部６２の代わりに目標アシスト力記憶部９６１を備えている。
目標アシスト力記憶部９６１は、予め設定された所定値（例えば、１０ｋｇ）の目標体重免荷アシスト力Ｆａを記憶している。また、目標アシスト力記憶部９６１は、この目標体重免荷アシスト力Ｆａに対応した最小体重免荷アシスト力Ｆａ１（例えば、９ｋｇ）および最大体重免荷アシスト力Ｆａ２（例えば、１１ｋｇ）を記憶している。このような肢体アシスト装置１Ｉによる動作フローにおいては、これらの値を用いた初期トルク値の算出や、アクチュエータのトルクの制御が行われることになる。
【０１３４】
続いて、肢体アシスト装置の変形例について、第五の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ｅとの相違点を中心に説明する。図２６は、肢体アシスト装置の変形例を説明するための図である。
図２６に示すように、肢体アシスト装置１Ｊは、肢体アシスト装置１Ｅから膝関節部駆動用アクチュエータ４２Ｒと駆動力伝達部５０Ｒとを省略した構成を備えている。
すなわち、肢体アシスト装置１Ｊは、利用者Ｐの股関節および足首関節の動作をサポートすることができる。
【０１３５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
（１）  肢体アシスト装置は、股関節部駆動用アクチュエータを省略し、膝関節部駆動用アクチュエータのみで関節部を駆動する構成であっても良い。この場合には、肢体アシスト装置の軽量化と制御の単純化が実現する。
（２）  前記した肢体アシスト装置は、各アクチュエータおよび各リンク部を利用者の下肢の外側に沿うように配置する構成としたが、各アクチュエータおよび各リンク部の全て、または少なくとも一つを利用者の下肢の内側に配置する構成としても良い。また、肢体アシスト装置は、上肢に適用することも可能である。また、肢体アシスト装置によるアシスト部位を、利用者の膝関節だけでなく、足首関節、肘関節、手首関節とすることも可能である。
（３）  肢体アシスト装置は、足装着部を省略し、下腿リンク部の下端が床面に接地するような構成であっても良い。この場合には、足装着部による利用者の足の拘束の代わりに、脚リンク部に連結され、かつ、足首、下腿、膝および大腿のいずれかに装着される下肢装着部を設けることによって、肢体アシスト装置を利用者の歩行動作に同調させつつ、利用者の足底または下腿リンク部の下端に設けられた接地センサで接地足を検出することで、体重免荷アシスト制御が可能となる。
（４）  図１６の制御フローは、予め格納されたプログラム（肢体アシストプログラム（下肢アシストプログラムともいう））にしたがって制御部６０が処理を行う場合を例にとって説明したが、このプログラムは、記録媒体やネットワークによって肢体アシスト装置に外部から提供されるような構成としても良い。すなわち、コンピュータを肢体アシスト装置における制御部として機能させるプログラムも本発明の権利範囲に含まれる。
（５）  前記した肢体アシスト装置は、利用者の両下肢に設けられているが、左右いずれか一方の下肢に設けられる構成であっても良い。例えば、利用者の下肢の一方のみの機能が低下している場合には、機能が低下した下肢のみに肢体アシスト装置を設け、体重免荷アシスト力を付与することができる。
（６）  肢体アシスト装置における各関節部の構造は図示したものに限定されない。体装着部および足装着部の形状や材料も、前記したものに限定されない。また、肢体アシスト装置が、利用者に歩行のための推進力をアシストする制御を行う構成であっても良い。この場合には、足装着部のかわりに、利用者の下腿に装着される下肢装着部を利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置を示す正面図である。
【図２】同背面図である。
【図３】同側面図である。
【図４】同側面図である。
【図５】体装着部を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】足装着部を示す図であり、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図７】脚リンク部および駆動力伝達部を示す斜視図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置の動作を説明するための図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第一の実施形態に係る肢体アシスト装置の動作を説明するための図である。
【図１０】肢体アシスト装置による慣性モーメントの比較を説明するための図であり、（ａ）は第一の実施形態に係る肢体アシスト装置による慣性モーメントを説明するための図、（ｂ）は従来の構造による肢体アシスト装置による慣性モーメントを説明するための図である。
【図１１】本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置の機能を示すブロック図である。
【図１２】股関節部駆動用アクチュエータおよび膝関節部駆動用アクチュエータによるトルク発生方向を説明するための図であり、（ａ）は十分なトルクが発生している状態を示す模式図、（ｂ）はトルクが不十分であり、利用者が腰砕けのような状態になりつつある状態を示す模式図である。
【図１３】発生トルクと体重免荷アシスト力との関係を説明するための図であり、膝関節部駆動用アクチュエータの発生トルクと体重免荷アシスト力との関係を説明する図である。
【図１４】発生トルクと体重免荷アシスト力との関係を説明するための図であり、股関節部駆動用アクチュエータの発生トルクと体重免荷アシスト力との関係を説明する図である。
【図１５】歩行時に足装着部にかかる圧力を計測した結果を示すグラフである。
【図１６】本発明の第一の実施形態に係る肢体アシスト装置１Ａの動作例を示すフローチャートである。
【図１７】利用者の歩行時における右脚リンク部の状態の遷移を説明するための図である。
【図１８】利用者の歩行時における右脚リンク部の状態の遷移を説明するための図である。
【図１９】本発明の第二の実施形態に係る肢体アシスト装置を示す側面図である。
【図２０】本発明の第三の実施形態に係る肢体アシスト装置を示す側面図である。
【図２１】本発明の第四の実施形態に係る肢体アシスト装置を示す側面図である。
【図２２】本発明の第五の実施形態に係る肢体アシスト装置を示す側面図である。
【図２３】本発明の第五の実施形態に係る肢体アシスト装置の機能を示すブロック図である。
【図２４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、体装着部の変形例を示す図である。
【図２５】制御部の変形例を示すブロック図である。
【図２６】肢体アシスト装置の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ  肢体アシスト装置
１０    体装着部
２２Ｌ，２２Ｒ  大腿リンク部
２３Ｌ，２３Ｒ  膝関節部
２４Ｌ，２５Ｒ  下腿リンク部
２５Ｌ，２５Ｒ  足首関節部
３０Ｌ，３０Ｒ  足装着部（下肢装着部）
４１Ｌ，４１Ｒ  股関節部駆動用アクチュエータ
４２Ｌ，４２Ｒ，２４２Ｒ，３４２Ｒ  膝関節部駆動用アクチュエータ
５０Ｌ，５０Ｒ，１５０Ｒ，２５０Ｒ，３５０Ｒ  駆動力伝達部
６０，９６０  制御部
６１    体重記憶部
６２    目標アシスト力算出部
８１Ｌ，８１Ｒ，８２Ｌ，８２Ｒ  エンコーダ（挙動検出手段）
１５１Ｒ  第一のプーリ
１５２Ｒ  第二のプーリ
１５３Ｒ  無端ベルト
２５１Ｒ  ワイヤ取付部
２５２Ｒ，２５３Ｒ  ワイヤ
３５１Ｒ  シャフト
３５２Ｒ  第一の傘歯車
３５３Ｒ  第二の傘歯車
９６１  目標アシスト力記憶部
【図１】
2006334200.tif 000003
【図２】
2006334200.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006334200.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2006334200.tif 000016
【図１５】
2006334200.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2006334200.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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