(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者の動作に伴って発生する生体信号を検出する生体信号検出手段と、
前記装着者の動きに応じた物理現象を検出する物理現象検出手段と、
前記装着者に装着された動作補助装着具に補助動力を付与する駆動手段と、
前記物理現象検出手段により検出された検出信号に基づく演算処理を行なって補助動力を発生するように前記駆動手段を制御する制御手段とを有する装着式動作補助装置の動作制御システムであって、
複数の装着式動作補助装置に搭載された複数の制御手段を通信可能に接続する通信手段と、
一の装着式動作補助装置で得られた各信号のデータのうち少なくとも何れか一つの信号のデータを前記通信手段を介して他の装着式動作補助装置に転送するデータ転送手段と、を備え、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記データ転送手段により転送されたデータに基づいて前記他の装着式動作補助装置の動作を前記一の装着式動作補助装置の動作と一致させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項２】
請求項１に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記一の装着式動作補助装置の制御手段は、前記通信手段を介して前記他の装着式動作補助装置の制御手段と相互にデータを送受信可能に接続されることを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項３】
請求項２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記一の装着式動作補助装置の制御手段は、前記データ転送手段により転送されたデータに基づいて前記一の装着式動作補助装置の動作を前記他の装着式動作補助装置の動作と一致させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記物理現象検出手段は、前記駆動手段により駆動される前記装着者の関節の回動角度を検出する角度センサであることを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記物理現象検出手段は、前記装着者の関節に付与される前記駆動手段によるトルクを検出するトルクセンサであることを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項６】
請求項４に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記角度センサにより検出された前記一の装着式動作補助装置が装着された前記装着者の関節の回動角度に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項７】
請求項４に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記トルクセンサにより検出された前記一の装着式動作補助装置の前記駆動手段のトルクに基づいて前記他の装着式動作補助装置の前記駆動手段を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項８】
請求項６に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記一の装着式動作補助装置の前記角度センサにより検出された関節の回動角度と前記他の装着式動作補助装置の前記角度センサにより検出された関節の回動角度との差が予め設定された閾値を超えた場合には、前記生体信号検出手段により検出された生体信号に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項９】
請求項７に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記一の装着式動作補助装置の前記トルクセンサにより検出された一のトルクと前記他の装着式動作補助装置の前記トルクセンサにより検出された他のトルクとの差が予め設定された閾値を超えた場合には、前記生体信号検出手段により検出された生体信号に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記装着式動作補助装置の制御手段は、前記複数の装着式動作補助装置の中から任意の装着式動作補助装置の制御手段をマスタ制御手段として指定する指定手段を有することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記装着式動作補助装置の制御手段は、前記物理現象検出手段により検出された検出信号を前記通信手段を介して他の装着式動作補助装置に送信し、
前記他の装着式動作補助装置は、前記通信手段を介して送信された前記検出信号に対応する物理現象を装着者に体感させる体感手段を有することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１２】
第１の装着者の第１の装着式動作補助装置と、第２の装着者の第２の装着式動作補助装置との間で通信を行ない、第２の装着者の動作補助を行なう動作補助システムであって、
前記第１の装着式動作補助装置は、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度を受信し、この受信した第２の関節角度と、前記第１の装着式動作補助装置の前記受信した第２の関節角度に対応する第１の関節角度とに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の角度制御出力トルクを算出する第１の角度制御出力トルク算出手段と、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の力制御出力トルクを算出する第１の力制御出力トルク算出手段と、
前記第１の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度と、前記第１の装着者に発生する筋力に応じた第１の生体電位信号と、前記第１の装着式動作補助装置のフレームに作用する第１の相対力とに基づいて、第１のアシスト制御出力トルクを算出する第１のアシスト制御出力トルク算出手段と、
前記算出された第１の角度制御出力トルク及び前記第１の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の出力トルクを算出する第１の出力トルク算出手段と、
前記算出された第１の出力トルク及び前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を前記第２の装着式動作補助装置に送信する送信手段とを具備し、
前記第２の装着式動作補助装置は、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を受信し、この受信した第１の関節角度と、前記第２の装着式動作補助装置の前記受信した第１の関節角度に対応する第２の関節角度とに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の角度制御出力トルクを算出する第２の角度制御出力トルク算出手段と、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された第１の出力トルクを受信し、この受信した第１の出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第２の力制御出力トルクを算出する第２の力制御出力トルク算出手段と、
前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度と、前記第２の装着者に発生する筋力に応じた第２の生体電位信号と、前記第２の装着式動作補助装置のフレームに作用する第２の相対力とに基づいて、第２のアシスト制御出力トルクを算出する第２のアシスト制御出力トルク算出手段と、
前記算出された第２の角度制御出力トルク及び前記第２の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の出力トルクを算出する第２の出力トルク算出手段と、
前記算出された第２の出力トルクに応じて前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御する手段と
を具備することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第１の装着式動作補助装置は、
前記算出された第１の出力トルクに応じて前記第１の装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御する手段をさらに具備することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第２の装着式動作補助装置は、
前記算出された第２の出力トルク及び前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度を前記第１の装着式動作補助装置に送信する送信手段をさらに具備することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第２の装着式動作補助装置の送信手段は、
前記第２の装着者の状態を観測するためのモニタリング情報をさらに送信し、
前記動作補助システムは、
前記送信されたモニタリング情報を表示する表示手段をさらに具備することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１６】
請求項１２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第１の装着式動作補助装置は、
制御モードを設定する制御モード設定手段をさらに具備し、
前記第１の出力トルク算出手段は、
前記制御モード設定手段により、第１の制御モードが設定された場合に、前記算出された第１の角度制御出力トルク及び前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第２の制御モードが設定された場合に、前記第１の力制御出力トルク及び前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第３の制御モードが設定された場合に、前記算出された第１の角度制御出力トルク、前記第１の力制御出力トルク及び前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の出力トルクを算出し、
前記第２の装着式動作補助装置は、
制御モードを設定する制御モード設定手段をさらに具備し、
前記第２の出力トルク算出手段は、
前記設定手段により、第１のモードが設定された場合に、前記算出された第２の角度制御出力トルク及び前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の出力トルクを算出し、
前記制御モード設定手段により、第２の制御モードが設定された場合に、前記第２の力制御出力トルク及び前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の出力トルクを算出し、
前記制御モード設定手段により、第３のモードが設定された場合に、前記算出された第２の角度制御出力トルク、前記第２の力制御出力トルク及び前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の出力トルクを算出することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助システム。
【請求項１７】
他の装着者に装着された他の装着式動作補助装置と通信して、前記他の装着式動作補助装置に対して動作補助を指示或いは前記他の装着式動作補助装置からの指示に基づいて動作補助を行なう装着式動作補助装置であって、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の他の装着者の関節角度を受信し、この受信した他の装着者の関節角度と、前記装着式動作補助装置の前記受信した他の装着者の関節角度に対応する関節角度とに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する角度制御出力トルクを算出する角度制御出力トルク算出手段と、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する力制御出力トルクを算出する力制御出力トルク算出手段と、
前記装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記装着式動作補助装置の関節角度と、前記装着者に発生する筋力に応じた生体電位信号と、前記装着式動作補助装置のフレームに作用する相対力とに基づいて、アシスト制御出力トルクを算出するアシスト制御出力トルク算出手段と、
前記算出された角度制御出力トルク及び前記力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記他の装着者の装着式動作補助装置に対する出力トルクを算出する出力トルク算出手段と、
前記算出された出力トルクに応じて前記装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御する手段とを具備することを特徴とする装着式動作補助装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装着式動作補助装置であって、
前記算出された出力トルク及び前記装着式動作補助装置の関節角度を前記他の装着式動作補助装置に送信する送信手段をさらに具備することを特徴とする装着式動作補助装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の装着式動作補助装置であって、
前記装着者の状態を観測するためのモニタリング情報を送信する手段と、
前記他の装着式動作補助装置から送信されたモニタリング情報を表示する表示手段とをさらに具備することを特徴とする装着式動作補助装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載の装着式動作補助装置であって、
任意の制御モードを選択的に設定する制御モード設定手段をさらに具備し、
前記出力トルク算出手段は、前記設定手段により、第１の制御モードが設定された場合に、前記算出された角度制御出力トルク及び前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第２の制御モードが設定された場合に、前記力制御出力トルク及び前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第３の制御モードが設定された場合に、前記算出された角度制御出力トルク、前記力制御出力トルク及び前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記出力トルクを算出することを特徴とする装着式動作補助装置。
【請求項２１】
第１の装着者に装着された第１の装着式動作補助装置と、第２の装着者に装着された第２の装着式動作補助装置との間で通信を行ない、第２の装着者の動作補助を行なう装着式動作補助装置の動作補助方法であって、
前記第１の装着式動作補助装置が、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度を受信し、この受信した第２の関節角度と、前記第１の装着式動作補助装置の前記受信した第２の関節角度に対応する第１の関節角度とに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の角度制御出力トルクを算出し、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の力制御出力トルクを算出し、
前記第１の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度と、前記第１の装着者が発生する筋力に応じた第１の生体電位信号と、前記第１の装着式動作補助装置のフレームに作用する第１の相対力とに基づいて、第１のアシスト制御出力トルクを算出し、
前記算出された第１の角度制御出力トルク及び前記第１の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の出力トルクを算出し、
前記算出された第１の出力トルク及び前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を前記第２の装着式動作補助装置に送信し、
前記第２の装着式動作補助装置が、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を受信し、この受信した第１の関節角度と、前記第２の装着式動作補助装置の前記受信した第１の関節角度に対応する第２の関節角度とに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の角度制御出力トルクを算出し、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された第１の出力トルクを受信し、この受信した第１の出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第２の力制御出力トルクを算出し、
前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度と、前記第２の装着者が発生する筋力に応じた第２の生体電位信号と、前記第２の装着式動作補助装置のフレームに作用する第２の相対力とに基づいて、第２のアシスト制御出力トルクを算出し、
前記算出された第２の角度制御出力トルク及び前記第２の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の出力トルクを算出し、
前記算出された第２の出力トルクに応じて前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助方法。
【請求項２２】
他の装着者に装着された他の装着式動作補助装置と通信して、前記他の装着式動作補助装置に対して動作補助を指示或いは前記他の装着式動作補助装置からの指示に基づいて動作補助を行なう当該装着式動作補助装置における動作補助方法であって、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の他の装着者の関節角度を受信し、この受信した他の装着者の関節角度と、前記他の装着式動作補助装置の前記受信した他の装着者の関節角度に対応する関節角度とに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する角度制御出力トルクを算出し、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する力制御出力トルクを算出し、
当該装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、当該装着式動作補助装置の関節角度と、前記装着者に発生する筋力に応じた生体電位信号と、当該装着式動作補助装置のフレームに作用する相対力とに基づいて、アシスト制御出力トルクを算出し、
前記算出された角度制御出力トルク及び前記力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する出力トルクを算出し、
前記算出された出力トルクに応じて当該装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御することを特徴とする装着式動作補助装置の動作補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装着式動作補助装置を利用した動作補助システムに関し、特に、患者と医者とが遠く離れた場所にいる場合であっても、ネットワークを介して、患者の状態を医者が把握し、装着式動作補助装置を装着した患者に対して適切なリハビリテーションを行なうことができる装着式動作補助装置の動作補助システム及び装着式動作補助装置及び装着式動作補助装置の動作補助方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自立型のロボットとは別に、人体に装着して人体の機能をアシストする装着式動作補助装置の開発が進められている。この装着式動作補助装置は、装着者の生体電位信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、脳波検出信号等の生体情報を含む）を取得して、この取得した生体電位信号に基づいて、装着者の意思にしたがった動力を装着式動作補助装置のアクチュエータに供給することにより、装着者の動作をアシストするものである（特許文献１乃至特許文献３参照）。
【０００３】
一方、脳卒中、脊椎損傷などの要因により身体を動かせない患者に対して、筋力の回復や筋力低下の予防のために、医者や理学療法士によるリハビリテーションが行なわれていることは周知の事実である。
【０００４】
このようなリハビリテーションは、医者や理学療法士が患者と直接対面して、患者の状態を確認しながら行なうのが一般的である。また、患者が動けないなどの理由により、患者が病院に来院することができない場合であっても、ネットワークを介して、患者及び医者等の映像音声信号を双方向で通信することにより、リハビリテーションを行なうことは可能である。
【特許文献１】特開２００５−９５５６１号公報
【特許文献２】特開２００５−２３００９９号公報
【特許文献３】特開２００５−２５３６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のリハビリテーションの方法では、患者の状態を知る手段として、患者から医者などに伝えられる状態、医者の所見に依存しているために、患者の状態を客観的に知ることができない。すなわち、患者がどれだけの意思をもって身体を動かそうとし、実際に身体がどれだけ動いているかを客観的に知ることはできない。
【０００６】
有効なリハビリテーションを行なうには、患者の状態を客観的に知ることが必要であり、従来のリハビリテーション方法では、有効なリハビリテーションを行なうことが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、装着式動作補助装置を利用して患者、訓練者などの動作補助対象者の状態を客観的に把握し、効率的なリハビリテーションやトレーニングなどの動作補助を行なうことを可能とする装着式動作補助装置の動作補助システム及び装着式動作補助装置及び装着式動作補助装置の動作補助方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、装着者の動作に伴って発生する生体信号を検出する生体信号検出手段と、
前記装着者の動きに応じた物理現象を検出する物理現象検出手段と、
前記装着者に装着された動作補助装着具に補助動力を付与する駆動手段と、
前記物理現象検出手段により検出された検出信号に基づく演算処理を行なって補助動力を発生するように前記駆動手段を制御する制御手段とを有する装着式動作補助装置の動作制御システムであって、
複数の装着式動作補助装置に搭載された複数の制御手段を通信可能に接続する通信手段と、
一の装着式動作補助装置で得られた各信号のデータのうち少なくとも何れか一つの信号のデータを前記通信手段を介して他の装着式動作補助装置に転送するデータ転送手段と、を備え、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記データ転送手段により転送されたデータに基づいて前記他の装着式動作補助装置の動作を前記一の装着式動作補助装置の動作と一致させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする。
（２）本発明は、請求項１に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記一の装着式動作補助装置の制御手段は、前記通信手段を介して前記他の装着式動作補助装置の制御手段と相互にデータを送受信可能に接続されることを特徴とする。
（３）本発明は、請求項２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記一の装着式動作補助装置の制御手段は、前記データ転送手段により転送されたデータに基づいて前記一の装着式動作補助装置の動作を前記他の装着式動作補助装置の動作と一致させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする。
（４）本発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記物理現象検出手段は、前記駆動手段により駆動される前記装着者の関節の回動角度を検出する角度センサであることを特徴とする。
（５）本発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記物理現象検出手段は、前記装着者の関節に付与される前記駆動手段によるトルクを検出するトルクセンサであることを特徴とする。
（６）本発明は、請求項４に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記角度センサにより検出された前記一の装着式動作補助装置が装着された前記装着者の関節の回動角度に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。
（７）本発明は、請求項４に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記トルクセンサにより検出された前記一の装着式動作補助装置の前記駆動手段のトルクに基づいて前記他の装着式動作補助装置の前記駆動手段を制御することを特徴とする。
（８）本発明は、請求項６に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記一の装着式動作補助装置の前記角度センサにより検出された関節の回動角度と前記他の装着式動作補助装置の前記角度センサにより検出された関節の回動角度との差が予め設定された閾値を超えた場合には、前記生体信号検出手段により検出された生体信号に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。
（９）本発明は、請求項７に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記他の装着式動作補助装置の制御手段は、前記一の装着式動作補助装置の前記トルクセンサにより検出された一のトルクと前記他の装着式動作補助装置の前記トルクセンサにより検出された他のトルクとの差が予め設定された閾値を超えた場合には、前記生体信号検出手段により検出された生体信号に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。
（１０）本発明は、請求項１乃至９の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記装着式動作補助装置の制御手段は、前記複数の装着式動作補助装置の中から任意の装着式動作補助装置の制御手段をマスタ制御手段として指定する指定手段を有することを特徴とする。
（１１）本発明は、請求項１乃至１０の何れかに記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記装着式動作補助装置の制御手段は、前記物理現象検出手段により検出された検出信号を前記通信手段を介して他の装着式動作補助装置に送信し、
前記他の装着式動作補助装置は、前記通信手段を介して送信された前記検出信号に対応する物理現象を装着者に体感させる体感手段を有することを特徴とする。
（１２）本発明は、第１の装着者の第１の装着式動作補助装置と、第２の装着者の第２の装着式動作補助装置との間で通信を行ない、第２の装着者の動作補助を行なう動作補助システムであって、
前記第１の装着式動作補助装置は、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度を受信し、この受信した第２の関節角度と、前記第１の装着式動作補助装置の前記受信した第２の関節角度に対応する第１の関節角度とに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の角度制御出力トルクを算出する第１の角度制御出力トルク算出手段と、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の力制御出力トルクを算出する第１の力制御出力トルク算出手段と、
前記第１の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度と、前記第１の装着者に発生する筋力に応じた第１の生体電位信号と、前記第１の装着式動作補助装置のフレームに作用する第１の相対力とに基づいて、第１のアシスト制御出力トルクを算出する第１のアシスト制御出力トルク算出手段と、
前記算出された第１の角度制御出力トルク及び前記第１の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の出力トルクを算出する第１の出力トルク算出手段と、
前記算出された第１の出力トルク及び前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を前記第２の装着式動作補助装置に送信する送信手段とを具備し、
前記第２の装着式動作補助装置は、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を受信し、この受信した第１の関節角度と、前記第２の装着式動作補助装置の前記受信した第１の関節角度に対応する第２の関節角度とに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の角度制御出力トルクを算出する第２の角度制御出力トルク算出手段と、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された第１の出力トルクを受信し、この受信した第１の出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第２の力制御出力トルクを算出する第２の力制御出力トルク算出手段と、
前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度と、前記第２の装着者に発生する筋力に応じた第２の生体電位信号と、前記第２の装着式動作補助装置のフレームに作用する第２の相対力とに基づいて、第２のアシスト制御出力トルクを算出する第２のアシスト制御出力トルク算出手段と、
前記算出された第２の角度制御出力トルク及び前記第２の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の出力トルクを算出する第２の出力トルク算出手段と、
前記算出された第２の出力トルクに応じて前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御する手段と
を具備することを特徴とする。
（１３）本発明は、請求項１２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第１の装着式動作補助装置は、
前記算出された第１の出力トルクに応じて前記第１の装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御する手段をさらに具備することを特徴とする。
（１４）本発明は、請求項１２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第２の装着式動作補助装置は、
前記算出された第２の出力トルク及び前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度を前記第１の装着式動作補助装置に送信する送信手段をさらに具備することを特徴とする。
（１５）本発明は、請求項１４に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第２の装着式動作補助装置の送信手段は、
前記第２の装着者の状態を観測するためのモニタリング情報をさらに送信し、
前記動作補助システムは、
前記送信されたモニタリング情報を表示する表示手段をさらに具備することを特徴とする。
（１６）本発明は、請求項１２に記載の装着式動作補助装置の動作補助システムであって、
前記第１の装着式動作補助装置は、
制御モードを設定する制御モード設定手段をさらに具備し、
前記第１の出力トルク算出手段は、
前記制御モード設定手段により、第１の制御モードが設定された場合に、前記算出された第１の角度制御出力トルク及び前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第２の制御モードが設定された場合に、前記第１の力制御出力トルク及び前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第３の制御モードが設定された場合に、前記算出された第１の角度制御出力トルク、前記第１の力制御出力トルク及び前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の出力トルクを算出し、
前記第２の装着式動作補助装置は、
制御モードを設定する制御モード設定手段をさらに具備し、
前記第２の出力トルク算出手段は、
前記設定手段により、第１のモードが設定された場合に、前記算出された第２の角度制御出力トルク及び前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の出力トルクを算出し、
前記制御モード設定手段により、第２の制御モードが設定された場合に、前記第２の力制御出力トルク及び前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の出力トルクを算出し、
前記制御モード設定手段により、第３のモードが設定された場合に、前記算出された第２の角度制御出力トルク、前記第２の力制御出力トルク及び前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の出力トルクを算出することを特徴とする。
（１７）本発明は、他の装着者に装着された他の装着式動作補助装置と通信して、前記他の装着式動作補助装置に対して動作補助を指示或いは前記他の装着式動作補助装置からの指示に基づいて動作補助を行なう装着式動作補助装置であって、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の他の装着者の関節角度を受信し、この受信した他の装着者の関節角度と、前記装着式動作補助装置の前記受信した他の装着者の関節角度に対応する関節角度とに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する角度制御出力トルクを算出する角度制御出力トルク算出手段と、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する力制御出力トルクを算出する力制御出力トルク算出手段と、
前記装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記装着式動作補助装置の関節角度と、前記装着者に発生する筋力に応じた生体電位信号と、前記装着式動作補助装置のフレームに作用する相対力とに基づいて、アシスト制御出力トルクを算出するアシスト制御出力トルク算出手段と、
前記算出された角度制御出力トルク及び前記力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記他の装着者の装着式動作補助装置に対する出力トルクを算出する出力トルク算出手段と、
前記算出された出力トルクに応じて前記装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御する手段とを具備することを特徴とする。
（１８）本発明は、請求項１７に記載の装着式動作補助装置であって、
前記算出された出力トルク及び前記装着式動作補助装置の関節角度を前記他の装着式動作補助装置に送信する送信手段をさらに具備することを特徴とする。
（１９）本発明は、請求項１７に記載の装着式動作補助装置であって、
前記装着者の状態を観測するためのモニタリング情報を送信する手段と、
前記他の装着式動作補助装置から送信されたモニタリング情報を表示する表示手段とをさらに具備することを特徴とする。
（２０）本発明は、請求項１７に記載の装着式動作補助装置であって、
任意の制御モードを選択的に設定する制御モード設定手段をさらに具備し、
前記出力トルク算出手段は、前記設定手段により、第１の制御モードが設定された場合に、前記算出された角度制御出力トルク及び前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第２の制御モードが設定された場合に、前記力制御出力トルク及び前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記出力トルクを算出し、
前記設定手段により、第３の制御モードが設定された場合に、前記算出された角度制御出力トルク、前記力制御出力トルク及び前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記出力トルクを算出することを特徴とする。
（２１）本発明は、第１の装着者に装着された第１の装着式動作補助装置と、第２の装着者に装着された第２の装着式動作補助装置との間で通信を行ない、第２の装着者の動作補助を行なう装着式動作補助装置の動作補助方法であって、
前記第１の装着式動作補助装置が、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度を受信し、この受信した第２の関節角度と、前記第１の装着式動作補助装置の前記受信した第２の関節角度に対応する第１の関節角度とに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の角度制御出力トルクを算出し、
前記第２の装着式動作補助装置から送られた前記第２の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の力制御出力トルクを算出し、
前記第１の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度と、前記第１の装着者が発生する筋力に応じた第１の生体電位信号と、前記第１の装着式動作補助装置のフレームに作用する第１の相対力とに基づいて、第１のアシスト制御出力トルクを算出し、
前記算出された第１の角度制御出力トルク及び前記第１の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第１のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第１の出力トルクを算出し、
前記算出された第１の出力トルク及び前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を前記第２の装着式動作補助装置に送信し、
前記第２の装着式動作補助装置が、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された前記第１の装着式動作補助装置の第１の関節角度を受信し、この受信した第１の関節角度と、前記第２の装着式動作補助装置の前記受信した第１の関節角度に対応する第２の関節角度とに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の角度制御出力トルクを算出し、
前記第１の装着式動作補助装置から送信された第１の出力トルクを受信し、この受信した第１の出力トルクに基づいて、前記第２の装着式動作補助装置に対する第２の力制御出力トルクを算出し、
前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、前記第２の装着式動作補助装置の第２の関節角度と、前記第２の装着者が発生する筋力に応じた第２の生体電位信号と、前記第２の装着式動作補助装置のフレームに作用する第２の相対力とに基づいて、第２のアシスト制御出力トルクを算出し、
前記算出された第２の角度制御出力トルク及び前記第２の力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出された第２のアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記第１の装着式動作補助装置に対する第２の出力トルクを算出し、
前記算出された第２の出力トルクに応じて前記第２の装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御することを特徴とする。
（２２）本発明は、他の装着者に装着された他の装着式動作補助装置と通信して、前記他の装着式動作補助装置に対して動作補助を指示或いは前記他の装着式動作補助装置からの指示に基づいて動作補助を行なう当該装着式動作補助装置における動作補助方法であって、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の他の装着者の関節角度を受信し、この受信した他の装着者の関節角度と、前記他の装着式動作補助装置の前記受信した他の装着者の関節角度に対応する関節角度とに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する角度制御出力トルクを算出し、
前記他の装着式動作補助装置から送られた前記他の装着式動作補助装置の出力トルクを受信し、この受信した出力トルクに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する力制御出力トルクを算出し、
当該装着式動作補助装置のアクチュエータ部の出力トルクと、当該装着式動作補助装置の関節角度と、前記装着者に発生する筋力に応じた生体電位信号と、当該装着式動作補助装置のフレームに作用する相対力とに基づいて、アシスト制御出力トルクを算出し、
前記算出された角度制御出力トルク及び前記力制御出力トルクのうちの少なくとも１つと、前記算出されたアシスト制御出力トルクとに基づいて、前記他の装着式動作補助装置に対する出力トルクを算出し、
前記算出された出力トルクに応じて当該装着式動作補助装置のアクチュエータ部を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、他の装着式動作補助装置の制御手段は、データ転送手段により転送されたデータに基づいて他の装着式動作補助装置の動作を一の装着式動作補助装置の動作と一致させるように駆動手段を制御するため、例えば、医者や理学療法士が装着式動作補助装置を利用して患者、訓練者などの動作補助対象者の状態を客観的に把握し、効率的なリハビリテーションやトレーニングなどの動作補助を行なうことを可能にするとともに、患者や訓練者などの動作補助対象者側からも医者や理学療法士による動作補助の指示を直接的に受けることが可能になり、さらに両者が互いに離れた場所に居る場合でも通信手段を介して動作補助の指示を送受信できると共に、指示に対する動作補助対象者の動作を体感により確認することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る装着式動作補助装置を利用した動作補助システムについて説明する。なお、本実施の形態においては、動作補助対象者として、医者及び患者を対象として説明するが、本実施の形態の動作補助システムは、これらの者に限らず、例えば、訓練者及び訓練生を対象としても良く、動作補助が必要とされる全ての者について適用することができることはいうまでもない。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る装着式動作補助装置の動作補助システムの使用環境の概略を説明するための図である。
【００１２】
図１に示すように、医者１（第１の装着者）側の装着式動作補助装置（一の装着式動作補助装置）１０−１と患者２(第２の装着者)側の装着式動作補助装置（他の装着式動作補助装置）１０−２とはネットワーク３を介して接続されている。このネットワーク３は、例えば、両者が比較的近い位置に居る場合には、ブルートゥース、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｂなどの公衆無線ＬＡＮなどによる無線ネットワークが用いられ、また両者が異なる場所に居る場合には公衆電話回線などの有線ネットワークまたはインターネットが用いられる。
【００１３】
また、これら装着式動作補助装置１０−１、１０−２は、遠隔に設置されていても有線ネットワークまたはインターネットを介して相互に通信可能である。
【００１４】
医者１側の装着式動作補助装置１０−１及び患者２側の装着式動作補助装置１０−２は、例えば、腰、腿、脛などの人間（装着者）の体の関節同士の間に沿うように装着されるフレーム６０−１、６０−２がアクチュエータ部２５−１、２５−２に回動自在に接続されたものである。図１に例示する装着式動作補助装置は、膝関節および股関節にアクチュエータ部２５−１、２５−２を有する下半身用の装着式動作補助装置１０−１、１０−２であるが、本発明に係る動作補助システムの装着式動作補助装置はこれに限定されるものではなく、上半身用、または全身用の装着式動作補助装置を適用することができる。
【００１５】
そして、ネットワーク３を介して医者１側の装着式動作補助装置１０−１と患者２側の装着式動作補助装置１０−２との間で、アクチュエータ部２５−１、２５−２の物理現象の情報（例えば、関節角度や出力トルク）などの送受信が行なわれる。
【００１６】
本発明の代表的な実施の形態の態様として、以下の場合が考えられる。
【００１７】
実施の形態１．（患者→医者、患者←医者、双方向通信）  医者１が装着式動作補助装置１０−１を装着し、かつ患者２が装着式動作補助装置１０−２を装着した状態でリハビリテーションを行なう場合（以下「第１の実施の形態」という）
実施の形態２．  （患者→医者）  患者２が装着式動作補助装置１０−２を装着した状態で、患者２の装着式動作補助装置１０−２からデータ（関節角度、トルク、モニタリング情報など）を医者１の装着式動作補助装置１０−１に送信し、装着式動作補助装置１０−１に反映、或いは表示させることにより、医者１が患者２の診察を行なう場合（以下「第２の実施の形態」という）
なお、第２の実施の形態の場合、医者１の装着式動作補助装置１０−１からは装着式動作補助装置１０−２に対してはデータを送信しない。
【００１８】
実施の形態３．  （患者←医者）  医者１の装着式動作補助装置１０−１を動作させることにより、装着式動作補助装置１０−１からデータ（関節角度、トルク）を患者２の装着式動作補助装置１０−２に送信し、反映させることにより、医者１が患者２のリハビリを行なう場合（以下「第３の実施の形態」という）
なお、第３の実施の形態の場合、患者２の装着式動作補助装置１０−２からモニタリング用の情報が医者１の装着式動作補助装置１０−１に送られるが、他のデータは装着式動作補助装置１０−１に送られない。
【００１９】
以下、各実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、医者１が装着式動作補助装置１０−１を装着し、かつ患者２が装着式動作補助装置１０−２を装着した状態でリハビリテーションを行なう場合の動作補助システム１００について説明する。
【００２０】
動作補助システム１００は、マスタ側となる装着式動作補助装置１０−１とスレーブ側となる装着式動作補助装置１０−２とをネットワーク３を介して双方向で通信可能に連携するように構成されている。
【００２１】
医者１に装着された装着式動作補助装置１０−１は、装着式動作補助装置１０−１の関節角度値及び出力トルク値等の物理現象の検出信号（検出データ）を送信する通信手段を有し、当該通信手段及びネットワーク３を介して、装着式動作補助装置１０−１から出力された検出データを装着式動作補助装置１０−２に送信する。
【００２２】
患者側の装着式動作補助装置１０−２は、装着式動作補助装置１０−１から送信された装着式動作補助装置１０−１の関節角度値及び出力トルク値等の物理現象の検出信号（検出データ）を受信すると、この受信した装着式動作補助装置１０−１の関節角度値及び出力トルク値及び自己の装着式動作補助装置１０−２の関節角度値及び出力トルク値に基づいて、自己（患者２）の装着式動作補助装置１０−２に反映させる。
【００２３】
患者側の装着式動作補助装置１０−２が動作すると、医者側の装着式動作補助装置１０−１は、装着式動作補助装置１０−２から送信された装着式動作補助装置１０−２の関節角度値及び出力トルク値等の物理現象の検出信号（検出データ）を受信し、この受信した装着式動作補助装置１０−２の関節角度値及び出力トルク値及び自己の装着式動作補助装置１０−１の関節角度値及び出力トルク値に基づいて、自己（医者１）の装着式動作補助装置１０−１に反映させる。
【００２４】
装着式動作補助装置１０−１、１０−２を用いた動作補助システム１００では、このような通信をリアルタイムに行なう。したがって、医者１が装着式動作補助装置１０−１をリハビリテーションを行なうことを目的として動作させた場合、この動作は、直ちに患者１に装着された装着式動作補助装置１０−２に反映され、リハビリテーションが行なわれる。
【００２５】
また、装着式動作補助装置１０−２の状態（＝患者２の状態）は、装着式動作補助装置１０−１に反映され、その結果、医者１は装着式動作補助装置１０−１の状態を体感することにより、患者２の状態をリアルタイムで正確に把握することができ、当該把握した患者２の状態を参考にしながら、さらに、装着式動作補助装置１０−１を動作させることによって、より有効なリハビリテーションを行なうことが可能になる。
【００２６】
図２は、装着式動作補助装置の制御系統の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、装着式動作補助装置１０−１は、スーツ機構部（動作補助装着具）２０−１、生体情報測定部２１−１、相対力検出部２２−１、生体電位信号検出部２３−１、角度検出部２４−１、アクチュエータ部２５−１、制御装置２６−１、ドライバ２７−１、通信装置２８−１、体温測定部２９−１を有している。
【００２７】
スーツ機構部２０−１は、医者１に装着されるロボット型のスーツの機構部であり、人間（装着者）の骨格に沿うように装着されるフレーム６０−１、６０−２がアクチュエータ部２５−１、２５−２に回動自在に接続されたものである。尚、スーツ機構部２０−１の構成例については、後述する図３乃至図５を参照して説明する。
【００２８】
生体情報測定部２１−１は、装着式動作補助装置１０−１を装着する装着者の心電位、体温などの生体情報を測定し、制御装置２６−１に出力する。
【００２９】
相対力検出部２２−１は、スーツ機構部２０−１のフレームに作用する力、つまり駆動源であるアクチュエータ部２５−１の出力トルクと装着者である医者の筋力との関係で相対的に定まる力（相対力）を検出するものであり、例えば、力センサである。
【００３０】
この相対力とは、スーツ機構部２０−１のフレームに作用する力であって、アクチュエータ部２５−１の出力トルクによって装着者（医者１）が受ける力、すなわち、装着者がどの程度のアシストを受けているかを示すものである。例えば、装着者が実際に発生させることができる筋トルクの大きさによって、アクチュエータ部２５−１から同じトルクを受けても、装着者が受ける力（アシスト力の大きさ）は装着者自身の体格（体重）や関節の硬さによる負荷、及び外力(例えば、介護士による補助力)によって変動する。従って、スーツ機構部２０−１のフレームに実際どの程度の力が作用しているのかを測るということは、装着者がフレームから実際に受けている力を測ることになる。つまり、相対力とは、フレームに作用する力、すなわちフレームを介して装着者が受ける力（アシスト力）そのものである。
【００３１】
力センサは、スーツ機構部２０−１のフレームに作用する力を測定するものであり、例えば、印加された力に応じたひずみを検出し、発生した歪みの大きさに比例した電気信号を出力する歪みゲージからなり、スーツ機構部２０−１のフレームにおいてアクチュエータ部２５−１の駆動トルクによって撓みを生じる部位に設けられている。
【００３２】
生体電位信号検出部２３−１は、装着式動作補助装置１０−１を装着する装着者が関節まわりの筋肉を動かすときに発生する生体電位信号（例えば、筋電位信号や神経伝達信号、脳波など）を検出する生体信号検出手段であり、例えば、本実施の形態では筋電位センサが用いられる。また、本実施の形態においては、筋電位センサは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者の関節まわりの皮膚表面に貼着するように取り付けられる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、装着者の関節まわり（関節を動かす際に作用する筋肉の周辺）の皮膚表面に貼り付けられた筋電位センサにより検出される信号から得られる信号を筋電位信号という。
【００３４】
角度検出部２４−１は、装着者の膝関節の回動角度（物理現象の一つ）を検出する物理現象検出手段であり、例えば、角度センサが用いられる。角度センサは、例えば、スーツ機構部２０−１の関節角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダ等からなり、関節角度に応じたパルス数に対応した電気信号をセンサ出力として出力する。角度センサは、具体的には、スーツ機構部２０−１においてアクチュエータ部２５−１に連結されている２つのフレームの間の回動角度を検出する。
【００３５】
制御装置２６−１は、自己（医者１）の装着式動作補助装置１０−１の関節角度及び出力トルク、患者２の装着式動作補助装置１０−２から送られる装着式動作補助装置１０−２の関節角度及び出力トルク、装着式動作補助装置１０−１の生体電位信号及び相対力に基づいて、出力トルク値を算出する。ここで、算出される出力トルク値は、アクチュエータ部２５−１から出力されるべきトルクの値を示すものである。
【００３６】
そして、算出された出力トルク値に応じた信号をドライバ２７−１に供給する。また、算出された出力トルク値を、測定された装着式動作補助装置１０−１の関節角度とともに、装着式動作補助装置１０−２に送信する。
【００３７】
ドライバ２７−１は、制御装置２６−１から出力される出力トルク値に応じたトルクがアクチュエータ部２５−１から出力されるようにアクチュエータ部２５−１に動力を供給するものであり、本実施形態ではアクチュエータ部２５−１のモータに出力トルク値に応じた駆動電流を供給する。
【００３８】
アクチュエータ部２５−１は、アクチュエータ部２５−１に回動自在に接続されたフレームにドライバ２７−１から供給される駆動電流に基づく出力トルクをアシスト力として付与するものである。ここでいうアシスト力とは、スーツ機構部２０−１において装着者の関節に対応する位置に配置されるアクチュエータ部２５−１を回転軸として作用する力であり、アシストトルクともいえるものである。また、アクチュエータ部２５−１によるアシストトルクは制御装置２６−１にフィードバックされる。本実施形態においては、アクチュエータ部２５−１は、駆動源としての電動モータと、モータの回転駆動力を減速して伝達するギヤ機構とから構成される。
【００３９】
通信装置２８−１は、例えば、公衆回線またはインターネットに接続される通信用モデムやルータなどの通信機器を含む通信手段からなり、装着式動作補助装置１０−１で得られた各種データを他の装着式動作補助装置１０−２に送信する。
【００４０】
体温測定部２９−１は、例えば、医者１の動作による腿、脛などの体温を測定する温度センサであり、例えば、体温に応じた体温検出信号を出力するサーミスタなどからなる。
【００４１】
本実施の形態の動作補助システムは、装着式動作補助装置１０−１とは別体の情報表示装置３１が設けられている。この情報表示装置３１は、装着式動作補助装置１０−２から出力される関節角度、筋トルク、モータトルク、生体電位信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、心電位、脳波など）、体温などの情報を受信し、グラフ、図、数値などに変換して表示する。なお、グラフなどの視覚的なものに限らず、音などに変換して医者１に報知しても良い。また、情報表示装置３１は、装着式動作補助装置と一体に設けられてもいても良い。
【００４２】
患者２に装着される装着式動作補助装置１０−２は、上記装着式動作補助装置１０−１と同一構成であり、スーツ機構部（動作補助装着具）２０−２、生体情報測定部２１−２、相対力検出部２２−２、生体電位信号検出部２３−２、角度検出部２４−２、アクチュエータ部２５−２、制御装置２６−２、ドライバ２７−２、通信装置２８−２、体温測定部２９−２を有している。
【００４３】
スーツ機構部２０−２は、患者２に装着されるロボット型のスーツの機構部であり、前述したスーツ機構部２０−１と同一構成であり、スーツ機構部２０−２の構成例については、後述する図３乃至図５を参照して説明する。人間に装着されるである。
【００４４】
生体情報測定部２１−２は、装着式動作補助装置１０−２を装着する装着者の心電位、体温などの生体情報を測定し、制御装置２６−２に出力する。
【００４５】
相対力検出部２２−２は、スーツ機構部２０−２のフレームに作用する力、つまり駆動源であるアクチュエータ部２５−２の出力トルクと装着者である医者の筋力との関係で相対的に定まる力（相対力）を検出するものであり、例えば、力センサである。この相対力とは、アクチュエータ部２５−２の出力トルクと装着者である医者の筋力とを合計した合力であり、スーツ機構部２０−２のフレームに作用する総合力を意味する。
【００４６】
力センサは、スーツ機構部２０−２のフレームに作用する力を測定するものであり、例えば、印加された力に応じたひずみを検出し、発生した歪みの大きさに比例した電気信号を出力する歪みゲージからなり、スーツ機構部２０−２のフレームにおいてアクチュエータ部２５−１の駆動トルクによって撓みを生じる部位に設けられている。
【００４７】
生体電位信号検出部２３−２は、装着式動作補助装置１０−２を装着する装着者が発生する関節まわりの筋肉を動かすときに発生する生体電位信号（例えば、筋電位信号や神経伝達信号、脳波など）を検出するものであり、例えば、筋電位センサである。本実施の形態においては、筋電位センサは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者の関節まわりの皮膚表面に貼着するように取り付けられる。
【００４８】
角度検出部２４−２は、例えば、角度センサである。角度センサは、例えば、スーツ機構部２０−２の関節角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダ等からなり、関節角度に応じたパルス数に対応した電気信号をセンサ出力として出力する。角度センサは、具体的には、スーツ機構部２０−２においてアクチュエータ部２５−２に連結されている２つのフレームの間の回動角度を検出する。
【００４９】
制御装置２６−２は、自己の装着式動作補助装置１０−２の関節角度及び出力トルク、医者１の装着式動作補助装置１０−１から送られる装着式動作補助装置１０−１の関節角度及び出力トルク、装着式動作補助装置１０−２の生体電位信号及び相対力に基づいて、出力トルク値を算出する。ここで、算出される出力トルク値は、アクチュエータ部２５−２から出力されるべきトルクの値を示すものである。
【００５０】
そして、算出された出力トルク値に応じた信号をドライバ２７−２に供給する。また、算出された出力トルクを、測定された装着式動作補助装置１０−２の関節角度とともに、装着式動作補助装置１０−１に送信する。
【００５１】
制御装置２６−２は、さらに、装着式動作補助装置１０−２の関節角度、モータトルク患者２の筋トルク、生体電位信号（生体電位）、心電位、体温などのモニタリング情報を情報表示装置３１に送信する。
【００５２】
ドライバ２７−２は、制御装置２６−２から出力される出力トルク値に応じたトルクがアクチュエータ部２５−２から出力されるようにアクチュエータ部２５−２に動力を供給するものであり、本実施形態ではアクチュエータ部２５−２のモータに出力トルク値に応じた駆動電流を供給する。
【００５３】
アクチュエータ部２５−２は、アクチュエータ部２５−１に回動自在に接続されたフレームにドライバ２７−２から供給される駆動電流に基づく出力トルクをアシスト力として付与するものである。ここでいうアシスト力とは、スーツ機構部２０−２において装着者の関節に対応する位置に配置されるアクチュエータ部２５−２を回転軸として作用する力であり、アシストトルクともいえるものである。また、アクチュエータ部２５−２によるアシストトルクは制御装置２６−２にフィードバックされる。本実施形態においては、アクチュエータ部２５−２は、駆動源としての電動モータと、モータの回転駆動力を減速して伝達するギヤ機構とから構成される。
【００５４】
通信装置２８−２は、例えば、公衆回線またはインターネットに接続される通信用モデムやルータなどの通信機器を含む通信手段からなり、装着式動作補助装置１０−２で得られた各種データを他の装着式動作補助装置１０−１に送信する。
【００５５】
体温測定部２９−１は、例えば、患者２の動作による腿、脛などの体温を測定する温度センサであり、例えば、体温に応じた体温検出信号を出力するサーミスタなどからなる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、装着式動作補助装置１０−１、１０−２は、同じ機能のものであることを前提とするが、同一の機能を有さないものであっても良い。例えば、本実施の形態において、医者１が使用する装着式動作補助装置１０−１ではモニタリング情報の送信は行なわないので、モニタリング情報送信機能は、省略しても良い。患者２の装着式動作補助装置１０−２ではモニタリング情報の表示は行なわないため、情報表示装置３１は使用しないことから、当該情報表示装置３１は設けなくても良く、図２においては、当該情報表示装置３１は示していない。
【００５７】
また、例えば、患者２の右又は左の脚にだけ装着式動作補助装置１０−２を装着する場合などのように、装着式動作補助装置１０−２にアクチュエータ部２５−２が１つしか設けられていない場合には、医者１側の装着式動作補助装置１０−１は、必ずしも図１に示したような装着型のものでなくてもよく、たとえば、患者２側の装着式動作補助装置１０−２に設けられたアクチュエータ部２５−２に対応するレバーなどのアクチュエータ部２５−１を備える構成であってもよい。
【００５８】
ここで、上記スーツ機構部２０−１，２０−２の構成例について説明する。
【００５９】
図３はスーツ機構部２０−１，２０−２を装着した状態を前側からみた斜視図である。図４はスーツ機構部２０−１，２０−２を装着した状態を後側からみた斜視図である。
【００６０】
図３及び図４に示されるように、スーツ機構部２０−１，２０−２を装着した装着者１１２は、自らの意思で歩行動作を行うと、その際に発生した生体信号に応じた駆動トルクがアシスト力として付与され、例えば、通常歩行で必要とされる筋力の半分の力で歩行することが可能になる。従って、装着者１１２は、自身の筋力とアクチュエータ部２５−１、２５−２（本実施例では、電動式の駆動モータを用いる）からの駆動トルクとの合力によって全体重を支えながら歩行することができる。
【００６１】
その際、装着式動作補助装置１０−1、１０−２は、後述するように生体信号検出センサによる検出信号や歩行動作に伴う重心の移動に応じて付与されるアシスト力（モータトルク）が装着者１１２の意思を反映するように制御している。そのため、装着式動作補助装置１０−1、１０−２のアクチュエータは、装着者１１２の意思に反するような負荷を与え無いように制御されており、装着者１１２の動作を妨げないように制御される。
【００６２】
また、装着式動作補助装置１０−1、１０−２は、歩行動作以外にも、例えば、装着者１１２が椅子に座った状態から立ち上がる際の動作、あるいは立った状態から椅子に腰掛ける際の動作も補助することができる。さらには、装着者１１２が階段を上がったり、階段を下りる場合にもパワーアシストすることができる。特に筋力が弱っている場合には、階段の上り動作や、椅子から立ち上がる動作を行うことが難しいが、装着式動作補助装置１０−1、１０−２を装着した装着者１１２は、自らの意思に応じて駆動トルクを付与されて筋力の低下を気にせずに動作することが可能になる。
【００６３】
スーツ機構部２０−１，２０−２は、装着者１１２に装着されるフレーム機構１１８に駆動部を設けたものである。駆動部としては、装着者１１２の右側股関節に位置する右腿駆動モータ１２０と、装着者１１２の左側股関節に位置する左腿駆動モータ１２２と、装着者１１２の右膝関節に位置する右膝駆動モータ１２４と、装着者１１２の左膝関節に位置する左膝駆動モータ１２６とを有する。これらの駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６は、制御装置からの制御信号により駆動トルクを制御されるＤＣモータまたはＡＣモータなどからなる電動モータからなり、モータ回転を所定の減速比で減速する減速機構（駆動部に内蔵）を有しており、小型ではあるが十分な駆動力を付与することができる。また、駆動モータとしては、設置スペースが小さく済むように薄型化された超音波モータを用いても良いのは勿論である。
【００６４】
また、装着者１１２の腰に装着されるベルト状の腰締結部材１３０には、駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６を駆動させるための電源として機能するバッテリ１３２，１３４が取り付けられている。バッテリ１３２、１３４は、充電式バッテリであり、装着者１２の歩行動作を妨げないように左右に分散配置されている。
【００６５】
また、装着者１１２の背面側となる腰締結部材１３０の後側には、制御ユニット１３６が取り付けられている。この制御ユニット１３６は、前述した制御装置２６−１（２６−２）及び通信装置２８−１（２８−２）が収納されている。
【００６６】
そして、生体電位信号検出部２３−１（２３−２）は、装着者１１２の右腿の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ１３８ａ，１３８ｂと、装着者１１２の左腿の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ１４０ａ，１４０ｂと、右膝の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ１４２ａ，１４２ｂと、左膝の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ１４４ａ，１４４ｂとを有する。
【００６７】
これらの各生体信号検出センサ１３８ａ，１３８ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４４ａ，１４４ｂは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体電位信号を皮膚を介して検出する生体信号検出手段であり、微弱電位を検出するための電極（図示せず）を有する。尚、本実施例では、各生体信号検出センサ１３８ａ，１３８ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４４ａ，１４４ｂは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者１１２の皮膚表面に貼着するように取り付けられる。
【００６８】
人体においては、脳からの指令によって骨格筋を形成する筋肉の表面にシナプス伝達物質のアセチルコリンが放出される結果、筋線維膜のイオン透過性が変化して活動電位が発生する。そして、活動電位によって筋線維の収縮が発生し、筋力を発生させる。そのため、骨格筋の電位を検出することにより、歩行動作の際に生じる筋力を推測することが可能になり、この推測された筋力に基づく仮想トルクから歩行動作に必要なアシスト力を求めることが可能になる。
【００６９】
従って、制御装置２６−１（２６−２）では、これらの生体信号検出センサ１３８ａ，１３８ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４４ａ，１４４ｂによって検出された生体信号に基づいて４個の駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する駆動電流を求め、この駆動電流で駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６を駆動することで、アシスト力が付与されて装着者１１２の歩行動作を補助するように構成されている。
【００７０】
また、歩行動作による重心移動をスムーズに行うため、足の裏面にかかる荷重を検出し、重心位置を検出する必要がある。そのため、装着者１１２の左右足の裏面には、足の裏面の少なくとも２点以上で荷重を測定する荷重測定部１５０，１５２（図３及び図４中、破線で示す）を有する。
【００７１】
この荷重測定部１５０，１５２は、足の裏面に密着するように保持され、歩行動作に伴う体重移動によって変化する反力を検出するように構成されている。
【００７２】
図５はフレーム機構１１８の装着前の状態を示す斜視図である。図５に示されるように、フレーム機構１１８は、装着者１１２の腰に装着される腰締結部材１３０と、腰締結部材１３０の右側部から下方に設けられた右足補助部１５４と、腰締結部材１３０の左側部から下方に設けられた左足補助部１５５とを有する。腰締結部材１３０の背面側には、装着者１１２の腰背面側との隙間をなくして密着するフィッティング部１３１が取り付けられている。
【００７３】
右足補助部１５４と左足補助部１５５とは、左右対称に配置されており、腰締結部材１３０に固定されたブラケット１５６と、ブラケット１５６より下方に延在し装着者１１２の腿外側に沿うように形成された第１フレーム１５８と、第１フレーム１５８より下方に延在し装着者１１２の脛外側に沿うように形成された第２フレーム１６０と、装着者１１２の足の裏（靴を履く場合には、靴底）が載置される第３フレーム１６２とを有する。
【００７４】
ブラケット１５６の下端と第１フレーム１５８の上端との間には、軸受構造とされた第１関節１６４が介在しており、ブラケット１５６と第１フレーム１５８とを回動可能に連結している。この第１関節１６４は、股関節と一致する高さ位置に設けられており、ブラケット１５６が第１関節１６４の支持側に締結され、第１フレーム１５８が第１関節１６４の回動側に締結されている。また、第１関節１６４には、駆動モータ１２０，１２２が内蔵されており、第１関節１６４と駆動モータ１２０，１２２とは外観上一体化されている。
【００７５】
また、第１フレーム１５８の下端と第２フレーム１６０の上端との間には、軸受構造とされた第２関節１６６が介在しており、第１フレーム１５８と第２フレーム１６０とを回動可能に連結している。この第２関節１６６は、膝関節と一致する高さ位置に設けられており、第１フレーム１５８が第２関節１６６の支持側に締結され、第２フレーム１６０が第２関節１６６の回動側に締結されている。また、第２関節１６６には、駆動モータ１２４，１２６が内蔵されており、第２関節１６６と駆動モータ１２４，１２６とは外観上一体化されている。
【００７６】
また、第２フレーム１６０の下端と第３フレーム１６２の上端との間には、軸受構造とされた第３関節１６８が介在しており、第２フレーム１６０と第３フレーム１６２とを回動可能に連結している。そして、第３フレーム１６２の内側には、装着者１１２の足を装着する靴１８４が固定されている。
【００７７】
さらに、本実施例では、前述した荷重測定部１５０，１５２が靴１８４の内部に配されている。そのため、装着者１１２が靴１８４を履くことにより、装着者１１２の足の裏面が荷重測定部１５０，１５２に当接された状態に保持される。
【００７８】
従って、第１フレーム１５８及び第２フレーム１６０は、腰締結部材１３０に固定されたブラケット１５６に対して第１関節１６４及び第２関節１６６を回動支点とする歩行動作を行えるように取り付けられている。すなわち、第１フレーム１５８及び第２フレーム１６０は、装着者１１２の足と同じ動作を行えるように構成されている。また、第３関節１６８は、装着者１１２の足首の側方に位置するように設けられている。そのため、靴１８４は、第３関節１６８の回動動作により歩行動作に応じて装着者１１２の足首と同じように床面（または地面）に対する角度が変化する。
【００７９】
また、第１関節１６４及び第２関節１６６は、駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６の回転軸が、ギヤ機構を介して被駆動側となる第１フレーム１５８、第２フレーム１６０に駆動トルクを伝達するように構成されている。
【００８０】
さらに、駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６は、関節角度を検出する角度検出部２４−１（２４−２）を有する。この角度検出部２４−１（２４−２）は、例えば、第１関節１６４及び第２関節１６６の関節角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダなどの角度センサからなり、関節角度に応じたパルス数に対応した電気信号をセンサ出力として出力する。
【００８１】
第１関節６４の角度センサは、装着者１２の股関節の関節角度に相当するブラケット１５８と第１フレーム１５６との間の回動角度を検出する。また、第２関節１６６の角度センサは、装着者１１２の膝関節の関節角度に相当する第１フレーム１５６の下端と第２フレーム１６０との間の回動角度を検出する。
【００８２】
また、第１フレーム１５８の長手方向の中間位置には、装着者１１２の腿に締結されるベルト状の腿締結部材１７８が取り付けられている。腿締結部材１７８の内面側には、装着者１１２の腿との隙間をなくして密着するフィッティング部１７９が取り付けられている。
【００８３】
また、第２フレーム１６０の長手方向の中間位置には、装着者１１２の膝下の脛に締結されるベルト状の脛締結部材１８０が取り付けられている。脛締結部材１８０の内面側には、装着者１１２の脛との隙間をなくして密着するフィッティング部１８１が取り付けられている。
【００８４】
従って、駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６で発生された駆動トルクは、ギヤを介して第１フレーム１５８、第２フレーム１６０に伝達され、さらに腿締結部材１７８、脛締結部材１８０を介して装着者１１２の足にアシスト力として伝達される。
【００８５】
また、腿締結部材１７８、脛締結部材１８０のフィッティング部１７９，１８１の内周面には、装着者１１２の体温を測定する温度センサ３０１〜３０４と、他の装着者の体温を体感するための体感手段を形成する温度調整手段３１１〜３１４が取り付けられている。温度センサ３０１〜３０４としては、例えば、操作者１１２の体温に応じた温度検出信号を出力するサーミスタなどが用いられる。また、温度調整手段３１１〜３１４としては、例えば、印加された電流に応じた温度に冷却または加熱するペルチェ素子などが用いられる。
【００８６】
温度調整手段３１１〜３１４は、他の装着式動作補助装置１０−２の温度センサ３０１〜３０４により検出された体温を当該装着式動作補助装置１０−1において装着者１１２に体感させるために加熱または冷却を行なって装着者１１２（医者１）が他の装着式動作補助装置１０−２を装着された装着者（患者２）の体温の変化を体感することが可能になる。
【００８７】
各フレーム１５８，１６０，１６２は、夫々ジュラルミン等の軽量化された金属材の周囲を弾性を有する樹脂材で覆うように構成されており、腰締結部材１３０に取り付けられたバッテリ１３２，１３４、制御ユニット１３６等を含むフレーム機構１１８の重量を支えることができる。すなわち、フレーム機構１１８は、重量が装着者１１２に作用しないように構成されており、装着者１２に余計な荷重を与えないように取り付けられる。
【００８８】
腰締結部材１３０は、ベルト２２０，２３０と、一方のベルト２２０の端部に取り付けられたバックル２４０と、他方のベルト２３０の端部に取り付けられた係止用金具２４２とを有する。そして、腰締結部材１３０は、係止用金具２４２をバックル２４０に結合させ、且つベルト２２０，２３０の長さを調整することで装着者１１２の腰をホールドする。
【００８９】
図６は、本発明の実施の形態に係る装着式動作補助装置の制御装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、制御装置２６−１、２６−２は、データ格納部４１、角度制御部４２、力制御部４３、アシスト制御部４４、モード設定部４５、出力トルク結合部４６、トルク出力部４７及びデータ送信部（データ転送手段）４８、マスタ指定手段（指定手段）４９を具備している。
【００９０】
データ格納部４１は、角度制御部４２、力制御部４３及びアシスト制御部４４において使用されるパラメータを格納する。
【００９１】
角度制御部４２は、相手側の装着式動作補助装置から送られてくる「相手側関節角度」と、この「相手側関節角度」から得られる「相手側角速度」を目標値として制御を行なう。すなわち、相手側の装着式動作補助装置の関節角度及び関節角速度と、自己側の装着式動作補助装置の関節角度及び関節角速度とが一致するように制御を行なう。目標値追従制御の例としてはＰＤ制御があり、ＰＤ制御を使用する場合、下記式により、角度制御出力トルクが算出される。
【００９２】
角度制御出力トルク＝Ｇｐ＊（［相手側関節角度］−［自己側関節角度］）＋Ｇｄ＊（［相手側関節角速度］−［自己側関節角速度］）…（１）
但し、Ｇｐ，Ｇｄはデータ格納部４１から供給される制御パラメータである。なお、制御パラメータは、所定の値であっても、関数値であっても良い。また、角速度は角度情報から算出される。
【００９３】
力制御部４３は、相手側の装着式動作補助装置から送られてくる相手側の出力トルクに自己側の出力トルクが一致する、又は、比例するように制御を行なう。
【００９４】
例えば、相手側の出力トルクに自己側の出力トルクが比例するように制御する場合、例えば、下記の式により力制御が行なわれる。
【００９５】
力制御出力トルク＝Ｇｋ＊［相手側トルク］…（２）
但し、Ｇｋはデータ格納部４１から供給される出力トルク調整パラメータである。
【００９６】
アシスト制御部４４は、自己側の装着式動作補助装置１０−１（１０−２）のアクチュエータ部の出力トルク、関節角度、自己側の装着式動作補助装置１０−１（１０−２）を装着する装着者１１２が発生する生体電位信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、脳波を含む）及び自己側の装着式動作補助装置１０−１（１０−２）のフレーム機構１１８に作用する相対力に基づいて、アシスト制御出力トルクを出力する。なお、アシスト制御部４４については、後述する。
【００９７】
モード設定部４５は、装着者１１２の入力操作により、リハビリテーションを行なう際の制御方法の設定を行なうものであり、角度制御モード、力制御モード及び角度制御モードと力制御モードと同時に行なうハイブリッド制御モードの何れかの制御モードが選択的に設定される。
【００９８】
角度制御モードは、相手側の装着式動作補助装置の関節角度及び関節角速度と、自己側の装着式動作補助装置の関節角度及び関節角速度とが一致するように制御を行なうものであり、力制御部４３から送られる力制御出力トルクは使用されない。
【００９９】
力制御モードは、相手側の装着式動作補助装置から送られてくる相手側の出力トルクに自己側の出力トルクが一致する、又は、比例するように制御を行なうものであり、角度制御部４３から送られる角度制御出力トルクは使用されない。
【０１００】
ハイブリッド制御モードは、相手側の装着式動作補助装置の関節角度及び関節角速度と、自己側の装着式動作補助装置の関節角度及び関節角速度とが一致するように制御を行なう角度制御モードと、相手側の装着式動作補助装置から送られてくる相手側の出力トルクに自己側の出力トルクが一致する、又は、比例するように制御を行なう力制御モードとを組み合わせたモードである。
【０１０１】
出力トルク結合部４６は、モード設定部４５に設定されたモードに従って、トルクを出力するものである。
【０１０２】
具体的には、角度制御モードが設定されている場合には、
（出力トルク）＝（角度制御出力トルク）＋（アシスト制御出力トルク）…（３）
力制御モードが設定されている場合には、
（出力トルク）＝（力制御出力トルク）＋（アシスト制御出力トルク）…（４）
ハイブリッド制御モードが設定されている場合には、
（出力トルク）＝（角度制御出力トルク）＋（力制御出力トルク）＋（アシスト制御出力トルク）…（５）
なお、各モードにおいて、アシスト制御出力トルクを加算する場合について示しているが、アシスト制御出力トルクを加算しないとする設定としても良い。
【０１０３】
トルク出力部４７は、出力トルク結合部４６から出力された出力トルクを自己の装着式動作補助装置のドライバを介してモータに出力する。
【０１０４】
データ送信部４８は、出力トルク結合部４６から出力される出力トルク及び自己の装着式動作補助装置の角度検出部によって検出される関節角度をネットワークを介して、相手側の装着式動作補助装置に送信する。
【０１０５】
また、データ送信部４８は、通信装置２８−１（２８−２）を介して角度検出部２４−１（２４−２）、生体電位信号検出部２３−１（２３−２）、相対力検出部２２−１（２２−２）、生体情報測定部２１−１（２１−２）によって検出・測定され、或いは当該検出・測定されたデータに基づいて算出されるデータ、例えば、出力トルク、関節角度、筋トルク、モータトルク、生体電位、心電位、体温などのモニタリング情報をネットワークを介して、相手側の情報表示装置に送信する。
【０１０６】
マスタ指定部４９は、複数の装着式動作補助装置の中から任意の装着式動作補助装置の制御手段をマスタ制御手段として指定するためのものであり、例えば、装着者１１２が手動操作により操作するスイッチ部材、あるいは、赤外線などの無線信号を送信して任意の装着式動作補助装置の制御手段をマスタ制御手段として指定するリモートコントローラなどからなる。
【０１０７】
ここで、上記のようにフレーム機構１１８が装着者１１２に装着された際に装着者１１２の歩行動作に伴って制御装置２６−１（２６−２）が実行するアシスト制御処理の手順について図７のフローチャートを参照して説明する。図７に示されるように、制御装置２６−１（２６−２）は、ステップＳ１１（以下「ステップ」を省略する）で関節角度検出部２４−１（２４−２）により検出された関節角度（θex）を取得する。次にＳ１２に進み、生体信号検出部２３−１（２３−２）の筋電位センサ１３８ａ，１３８ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４４ａ，１４４ｂによって検出された筋電位信号(EMGex)を取得する。
【０１０８】
続いて、Ｓ１３に進み、上記Ｓ１１、Ｓ１２で取得された関節角度（θex）及び筋電位信号(EMGex)を基準パラメータデータベース（図示せず）と照合して装着者１１２の動作に対応するタスクのフェーズを特定する。基準パラメータデータベースには、フェーズ（一連の動作を区切った単位動作）に応じて、筋電位信号、神経伝達信号、関節角度等の変化のパターンが格納されている。この基準パラメータデータベースに格納された関節角度（θop）および筋電位信号（EMGop）と、Ｓ１１、Ｓ１２で取得された関節角度（θex）および筋電位信号(EMGex)とを照合することで、装着者１１２の動作に対応するタスクのフェーズを特定する。
【０１０９】
続いて、Ｓ１３ａでは、タスクのフェーズの特定ができたか否かをチェックする。Ｓ１３ａにおいて、筋電位信号(EMGex)が基準パラメータデータベースと一致せず、フェーズが特定できなかった場合は、Ｓ１３ｂに進み、Ｓ１２で取得された筋電位信号(EMGex)に基づいて指令信号（随意的制御信号）が生成される。この随意的制御信号は、たとえば、筋電位信号(EMGex)を予め設定された所定のゲイン（Ｐｂ）に基づいて増幅することで生成される（随意的制御手段）。
【０１１０】
また、上記Ｓ１３ａにおいて、フェーズが特定できた場合は、Ｓ１４に進み、Ｓ１４では、上記Ｓ１３で特定されたフェーズに応じた指令関数f(t)及びゲインＰを選択する（自律的制御手段）。
【０１１１】
そして、Ｓ１５に進み、関節角度検出部２４−１（２４−２）によって検出された関節角度に対応する基準パラメータの生体信号（EMGop）と、生体信号検出部２３−１（２３−２）の筋電位センサ１３８ａ，１３８ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４４ａ，１４４ｂによって検出された筋電位信号(EMGex)との差分を演算し、ΔEMG（＝EMGop−EMGex）を導出する（差分導出手段）。
【０１１２】
次のＳ１６では、上記Ｓ１５において演算された差分ΔEMGと予め設定された許容値（閾値）とを比較し、差分ΔEMGが許容値未満かどうかを確認する。このＳ１６において、差分ΔEMGが許容値未満であるときは、装着者１１２の関節動作に対する筋電位が装着者１１２の動作と対応しているため、アクチュエータ部２５−１（２５−２）の駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６からの駆動トルクをアシスト力として装着者１１２の脚に付与することができるものと判断する。
【０１１３】
従って、Ｓ１６において、差分ΔEMGが許容値未満であるときは、Ｓ１７に進み、トルク出力部４７からトルク指令信号をモータドライバ２７−１（２７−２）に送出する。これにより、アクチュエータ部２５−１（２５−２）の駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６は、装着者１１２から得られた関節角度（θex）及び筋電位信号(EMGex)に基づく駆動トルクを発生し、この駆動トルクを第１フレーム１５８、第２フレーム１６０及び第１締結ベルト１７８、第２締結ベルト１８０を介して装着者１１２の脚にアシスト力として伝達する。
【０１１４】
また、上記Ｓ１６において、差分ΔEMGが許容値を超える場合には、装着者１１２の関節動作に対する筋電位が装着者１１２の動作と対応していないため、駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６からの駆動トルクが装着者１１２が動作しようとした動きと対応していないものと判断する。従って、Ｓ１６において、差分ΔEMGが許容値以上であるときは、Ｓ１９に進み、ゲインＰの変更処理を行う。すなわち、Ｓ１９では、ゲインＰ’＝Ｐ×｛１−（ΔEMG／EMGop）｝の演算を行って補正ゲインＰ’に変更する。
【０１１５】
そして、Ｓ１７では、補正ゲインＰ’により生成された指令信号（制御信号）は、筋電位信号ＥＭＧｅｘにより補正されているので補正前のゲインＰよりも装着者の意思を反映した値となっており、モータドライバ２７−１（２７−２）にゲインＰの場合よりも装着者の意思が反映された制御信号が供給される。これにより、駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６は、ゲインＰの場合よりも小さい駆動トルクを発生することになる（随意的制御と自律的制御とが混在したハイブリッド制御手段）。
【０１１６】
その結果、駆動モータ１２０，１２２，１２４，１２６は、各動作のフェーズに拘り無く、装着者１１２の意思に対応した筋電位信号(EMGex)の実測値に基づく駆動トルクを発生し、この駆動トルクを第１フレーム５８、第２フレーム１６０及び第１締結ベルト１７８、第２締結ベルト１８０を介して装着者１１２の脚にアシスト力として伝達することができる。
【０１１７】
このように、上記Ｓ１９でゲインＰの変更処理を行うため、例えば、装着者１１２が動作の途中でその動作（フェーズ）を中止して別の動作（フェーズ）に移ろうとした場合でも、装着者１１２の筋電位信号が低下した時点でアシスト力も減少し、装着者１１２の意思に反して当初の動作を強いることがないように制御することができる。よって、装着者１１２は、上記のような自律制御と随意制御に近似した随意的制御とが混在した制御方法により、装着者１１２の意思に応じたアシスト力を得ることができる。
【０１１８】
Ｓ１８では、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理が行われているか否かを確認する。Ｓ１８において、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理が残っている場合には、上記Ｓ１１に戻り、次のフェーズに対する制御処理（Ｓ１１〜Ｓ１８）を行う。また、Ｓ１８において、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理を行ったときは、今回の制御処理を終了する。
【０１１９】
次に、本発明の実施の形態に係る動作補助システムの動作について、図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。図８は医者１側の装着式動作補助装置１０−１の制御装置２６−１の制御処理１を説明するためのフローチャートであり、図９は、患者２側の装着式動作補助装置１０−２の制御装置２６−２の制御処理１を説明するためのフローチャートである。
【０１２０】
本実施の形態においては、医者１が患者２に対して、リハビリ訓練を行なう場合について説明するが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、指導者と訓練生との間のトレーニングのようなものについても適用することができることはいうまでもない。
【０１２１】
また、装着式動作補助装置１０−１を装着した医者１と、装着式動作補助装置１０−２を装着した患者２とが互いに遠方に存在し、ネットワーク３を介して医者１から患者２に対してリハビリテーションを行なう場合について想定する。
【０１２２】
医者１は、装着式動作補助装置１０−１を装着していることから、患者２が装着した装着式動作補助装置１０−２の状態をスーツ機構部２０−１を介してリアルタイムに体感することが可能である。
【０１２３】
この場合において、医者１が装着式動作補助装置１０−１を動作させて患者２に対するリハビリ動作を開始する（Ｓ１０１）。
【０１２４】
次に、装着式動作補助装置１０−１の角度検出部２４−１がスーツ機構部２０−１の関節角度を検出し、生体電位信号検出部２３−１が医者１が関節まわりの筋肉を動かすときに発生する生体電位信号（例えば、筋電位信号や神経伝達信号など）を検出し、相対力検出部２２−１がアクチュエータ部２５−１の出力トルクと装着者である医者の筋力との関係で相対的に定まる相対力を検出し、体温検出部２９−２の温度センサ３０１〜３０４により患者２の体温（腿及び脛の体温）を検出し、これらの各検出信号を読み込む（Ｓ１０２）。
【０１２５】
続いて、Ｓ１０２で算出した関節角度、生体電位信号、相対力、体温の各検出信号を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して他の装着式動作補助装置１０−２に送信する（Ｓ１０２ａ）。
【０１２６】
次に、患者２の装着式動作補助装置１０−２で検出された関節角度、生体電位信号、相対力、体温の各検出信号を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して受信する（Ｓ１０２ｂ）。
【０１２７】
制御装置２６−１の角度制御部４２により、患者２の装着式動作補助装置１０−２の関節角度及び関節角速度と、医者１の装着式動作補助装置１０−１の対応する関節角度及び関節角速度とが一致するように制御を行なうための角度制御出力トルクを算出する。また、制御装置２６−１の力制御部４３により、患者２の装着式動作補助装置１０−２から送られてくるアクチュエータ部２５−２の出力トルクに装着式動作補助装置１０−１の対応するアクチュエータ部２５−１の出力トルクが一致する、又は、比例するように制御を行なうための力制御出力トルクを算出する。また、制御装置２６−１のアシスト制御部４４により、装着式動作補助装置１０−１の出力トルク、関節角度、生体電位及び相対力に基づいて、アシスト制御出力トルクを算出する（Ｓ１０３）。
【０１２８】
次にＳ１０３で算出した角度制御出力トルク、力制御出力トルク、アシスト制御出力トルクのトルク指令信号を出力トルク結合部４６よりドライバ２７−１に出力する（Ｓ１０３ａ）。
【０１２９】
制御装置２６−１の出力トルク結合部４６においては、制御装置２６−１のモード設定部４５に設定されたモードが角度制御モードであるか否かの判断を行なう（Ｓ１０４）。Ｓ１０４において、角度制御モードであると判断された場合（ＹＥＳの場合）には、（３）式に従って、角度制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１０５）。
【０１３０】
Ｓ１０４において、角度制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、次に、力制御モードであるか否かを確認する（Ｓ１０６）。Ｓ１０６において、力制御モードであると判断された場合（ＹＥＳの場合）には、（４）式に従って、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１０７）。
【０１３１】
Ｓ１０６において力制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、モード設定部４５には、上記角度制御モード、力制御モード以外のハイブリッドモードが設定されているものと判断する（Ｓ１０８）。続いて、（５）式に従って、角度制御出力トルク、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１０９）。
【０１３２】
その後、Ｓ１０５、Ｓ１０７、Ｓ１０９のいずれかで算出された出力トルクのトルク指令信号をトルク出力部４７を介してドライバ２７−１に出力し、ドライバ２７−１から出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）をアクチュエータ部２５−１のモータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する（Ｓ１１０）。
【０１３３】
次に、出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して他の装着式動作補助装置１０−２に送信する（Ｓ１１０ａ）。
【０１３４】
これにより、医者１の装着式動作補助装置１０−１は、離れた場所にいる患者２からの動作及び医者１自身の動作が反映され、医者１が患者２の状態（関節回動角度、トルク、体温変化）を感知（体感）しながら、リハビリテーションの指示を行なうことが可能になる。
【０１３５】
また、Ｓ１０５、Ｓ１０７、Ｓ１０９のいずれかで算出された出力トルク及び角度検出部２４−１で検出されたスーツ機構部２０−１の関節角度をデータ送信部４８から通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して患者２の装着式動作補助装置１０−２に送信する（Ｓ１１１）。この後は上記Ｓ１０１の処理に戻る。
【０１３６】
次に、患者２の装着式動作補助装置１０−２の制御装置２６−２が実行する制御処理１について、図９のフローチャートを参照して説明する。
【０１３７】
患者２の装着式動作補助装置１０−２の制御装置２６−２は、医者１の装着式動作補助装置１０−１で検出された関節角度、生体電位信号、相対力、体温の各検出信号を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して受信する（Ｓ１２１）。
【０１３８】
次に、角度検出部２４−２がスーツ機構部２０−２の関節角度を検出し、生体電位信号検出部２３−２が患者２が関節まわりの筋肉を動かすときに発生する生体電位信号（例えば、筋電位信号や神経伝達信号など）を検出し、相対力検出部２２−２がアクチュエータ部２５−２の出力トルクと装着者である患者の筋力との関係で相対的に定まる相対力を検出し、体温検出部２９−２の温度センサ３０１〜３０４により患者２の体温（腿及び脛の体温）を検出し、各検出信号を読み込む（Ｓ１２２）。
【０１３９】
続いて、Ｓ１２２で検出した関節角度、生体電位信号、相対力、体温の各検出信号を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して装着式動作補助装置１０−１に送信する（Ｓ１２２ａ）。
【０１４０】
制御装置２６−２の角度制御部４２は、医者１の装着式動作補助装置１０−１の関節角度及び関節角速度と、患者２の装着式動作補助装置１０−２の対応する関節角度及び関節角速度とが一致するように制御を行なうための角度制御出力トルクを算出し、制御装置２６−２の力制御部４３は、医者１の装着式動作補助装置１０−１から送られてくるアクチュエータ部２５−１の出力トルクに装着式動作補助装置１０−２の対応するアクチュエータ部２５−２の出力トルクが一致する、又は、比例するように制御を行なうための力制御出力トルクを算出し、アシスト制御部４４は、装着式動作補助装置１０−２の出力トルク、関節角度、生体電位及び相対力に基づいて、アシスト制御出力トルクを算出する（Ｓ１２３）。続いて、Ｓ１２３で算出した角度制御出力トルク、力制御出力トルク、アシスト制御出力トルクのトルク指令信号を出力トルク結合部４６よりドライバ２７−２に出力する（Ｓ１２３ａ）。
【０１４１】
制御装置２６−２の出力トルク結合部４６においては、制御装置２６−２のモード設定部４５に設定されたモードが角度制御モードであるか否かの判断を行なう（Ｓ１２４）。次に、Ｓ１２４において、角度制御モードであると判断された場合（ＹＥＳの場合）には、（３）式に従って、角度制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１２５）。
【０１４２】
Ｓ１２４において、角度制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、次に、力制御モードであるか否かを確認する（Ｓ１２６）。Ｓ１２６において、力制御モードであると判断された場合には、（４）式に従って、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１２７）。
【０１４３】
Ｓ１２６において、力制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、モード設定部４５には、上記角度制御モード、力制御モード以外のハイブリッドモードが設定されているものと判断する（Ｓ１２８）。そして、（５）式に従って、角度制御出力トルク、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１２９）。
【０１４４】
その後、Ｓ１２５、Ｓ１２７、Ｓ１２９のいずれかで算出された出力トルクのトルク指令信号をトルク出力部４７を介してドライバ２７−２に出力し、ドライバ２７−２から出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）をアクチュエータ部２５−２のモータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する（Ｓ１３０）。次に、出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して装着式動作補助装置１０−１に送信する（Ｓ１３０ａ）。
【０１４５】
これにより、医者１の装着式動作補助装置１０−１は、離れた場所にいる患者２からの動作及び医者１自身の動作が反映され、医者１が患者２の状態（関節回動角度、トルク、体温変化）を感知（体感）しながら、リハビリテーションの指示を行なうことが可能になる。
【０１４６】
また、Ｓ１２５、Ｓ１２７、Ｓ１２９のいずれかで算出された出力トルク及び角度検出部２４−２で検出されたスーツ機構部２０−２の関節角度をデータ送信部４８から通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して医者１の装着式動作補助装置１０−１に送信するとともに、モニタリング情報を医者１の表示装置３１に送信する（Ｓ１３１）。この後は上記Ｓ１２１の処理に戻る。
【０１４７】
ここで、モニタリング情報とは、医者１がモニタリングを行なうための情報であり、その情報は任意に定めることができる。本実施の形態においては、モニタリング情報として、関節角度、筋トルク、モータトルク、生体電位、心電位、体温を含むものとする。
【０１４８】
これにより、患者２のスーツ機構部２０−２の状態がスーツ機構部２０−１により反映されるとともに、医者側の情報表示装置３１にモニタリング情報がグラフ、図、数値などに変換されて表示される。これにより、医者１は、患者１の生体情報などを参照しながらリハビリテーションを行なうことができ、リハビリテーションを行なう際の参考にすることができる。
【０１４９】
したがって、本発明の実施の形態に係る動作補助システムによれば、医者１が患者２の状態（関節回動角度、トルク、体温変化）を装着式動作補助装置１０−２を介して体感することができるので、患者２の状態を客観的に把握することができ、その結果、効率的なリハビリテーションを行なうことができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る動作補助システムについて説明する。
【０１５０】
上述の第１の実施の形態の場合、医者１の装着式動作補助装置１０−１と、患者２の装着式動作補助装置１０−２とが双方向通信をする場合について説明したが、本実施の形態においては、装着式動作補助装置１０−１からはデータを送信することなく患者２の装着式動作補助装置１０−２からのデータを装着式動作補助装置１０−１にて受信するものである。
【０１５１】
医者１の装着式動作補助装置１０−１から各検出信号を含むデータを送信しない場合、装着式動作補助装置１０−１は装着式動作補助装置１０−２とマスタースレーブの関係となる。すなわち、患者２が装着式動作補助装置１０−２を動かした場合、その動作がそのまま装着式動作補助装置１０−１に反映されることになる。
【０１５２】
図１０は、本発明の実施の形態に係る医者１側の装着式動作補助装置１０−１の制御装置２６−１の制御処理２を説明するためのフローチャートであり、図１１は、患者２側の装着式動作補助装置１０−２の制御装置２６−２の制御処理２を説明するためのフローチャートである。
【０１５３】
まず、医者１側の装着式動作補助装置１０−１の動作について説明する。
【０１５４】
制御装置２６−１の角度制御部４２は、患者２の装着式動作補助装置１０−２から送られてくる関節角度及び関節角速度と、医者１の装着式動作補助装置１０−１の対応する関節角度及び関節角速度とが一致するように制御を行なうための角度制御出力トルクを算出する。また、制御装置２６−１の力制御部４３は、患者２の装着式動作補助装置１０−２から送られてくるアクチュエータ部２５−２の出力トルクに装着式動作補助装置１０−１の対応するアクチュエータ部２５−１の出力トルクが一致する、又は、比例するように制御を行なうための力制御出力トルクを算出する。また、アシスト制御部４４は、装着式動作補助装置１０−１の出力トルク、関節角度、生体電位及び相対力に基づいて、アシスト制御出力トルクを算出する（Ｓ１４１）。続いて、Ｓ１４１で算出した角度制御出力トルク、力制御出力トルク、アシスト制御出力トルクのトルク指令信号を出力トルク結合部４６よりドライバ２７−１に出力する（Ｓ１４１ａ）。なお、医者１が装着式動作補助装置１０−１を装着していない場合には、生体電位信号＝０として、アシスト制御出力トルクが算出される。
【０１５５】
制御装置２６−１の出力トルク結合部４６においては、制御装置２６−１のモード設定部４５に設定されたモードが角度制御モードであるか否かの判断を行なう（Ｓ１４２）。次に、Ｓ１４２において、角度制御モードであると判断された場合（ＹＥＳの場合）には、（３）式に従って、角度制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１４３）。
【０１５６】
また、Ｓ１４２において、角度制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、次に、力制御モードであるか否かを確認する（Ｓ１４４）。このＳ１４４において、力制御モードであると判断された場合には、（４）式に従って、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１４５）。
【０１５７】
また、Ｓ１４４において力制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、モード設定部４５には、上記角度制御モード、力制御モード以外のハイブリッドモードが設定されているものと判断する（Ｓ１４６）。そして、（５）式に従って、角度制御出力トルク、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１４７）。
【０１５８】
その後、Ｓ１４３、Ｓ１４５、Ｓ１４７のいずれかで算出された出力トルクのトルク指令信号をトルク出力部４７を介してドライバ２７−１に出力し、ドライバ２７−１から出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）をアクチュエータ部２５−１のモータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する（Ｓ１４８）。次に、出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して他の装着式動作補助装置１０−２に送信する（Ｓ１４９）。
【０１５９】
これにより、医者１の装着式動作補助装置１０−１に患者２からの動作が反映される。
【０１６０】
次に、患者２側の装着式動作補助装置１０−２の動作について、図１１のフローチャートを参照して説明する。
【０１６１】
装着式動作補助装置１０−２の角度検出部２４−２がスーツ機構部２０−２の関節角度を検出し、生体電位信号検出部２３−２が患者２が関節まわりの筋肉を動かすときに発生する生体電位信号（例えば、筋電位信号や神経伝達信号など）を検出し、相対力検出部２２−２が駆動源であるアクチュエータ部２５−２の出力トルクと装着者である患者の筋力との関係で相対的に定まる相対力を検出し、各検出信号を読み込む（Ｓ１５１）。続いて、Ｓ１５１で検出した関節角度、生体電位信号、相対力、体温の各検出信号を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して装着式動作補助装置１０−１に送信する（Ｓ１５１ａ）。
【０１６２】
制御装置２６−２の角度制御部４２は、患者２の装着式動作補助装置１０−２の関節角度及び関節角速度に対応する角度制御出力トルクを算出する。本実施の形態においては、装着式動作補助装置１０−１から関節角度に関するデータが送られてこないため、角度制御出力トルクは、下記式により、算出する。
角度制御出力トルク＝Ｇｐ’＊［自己側関節角度］＋Ｇｄ’＊［自己側関節角速度］…（１’）
但し、Ｇｐ’，Ｇｄ’はデータ格納部４１から供給される制御パラメータである。なお、制御パラメータは、所定の値であっても、関数値であっても良い。また、角速度は角度情報から算出する。
【０１６３】
アシスト制御部４４は、装着式動作補助装置１０−２の出力トルク、関節角度、生体電位及び相対力に基づいて、アシスト制御出力トルクを算出する（Ｓ１５２）。続いて、Ｓ１５２で算出した角度制御出力トルク、力制御出力トルク、アシスト制御出力トルクのトルク指令信号を出力トルク結合部４６よりドライバ２７−２に出力する（Ｓ１５２ａ）。
【０１６４】
なお、本実施の形態においては、制御装置２６−２の力制御部４３は、装着式動作補助装置１０−１から出力トルクに関するデータが送られてこないため、力制御出力トルク＝０となる。そのため、制御モードにかかわらず、（３）式にしたがって、角度制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１５３）。
【０１６５】
当該算出した出力トルクをトルク出力部４７を介してドライバ２７−２に出力し、ドライバ２７−２から出力トルクに対応する動力（モータの場合は駆動電流）をアクチュエータ部２５−２のモータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する（Ｓ１５４）。次に、出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して装着式動作補助装置１０−１に送信する（Ｓ１５４ａ）。
【０１６６】
また、Ｓ１５３で算出された出力トルク及び角度検出部２４−２で検出されたスーツ機構部２０−２の関節角度及びモニタリング情報をデータ送信部４８から通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して医者１の装着式動作補助装置１０−１及び情報表示装置３１に送信する（Ｓ１５５）。この後は、Ｓ１５１の処理に戻る。
【０１６７】
したがって、医者１は、装着式動作補助装置１０−１の状態を観察することにより、患者２の状態を間接的に把握することができ、適切なリハビリ指示を患者２に行なうことができる。また、医者１は、情報表示装置３１に表示されるモニタリング情報を参照することにより、よりリハビリテーションを行なう際の参考にすることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る動作補助システムについて説明する。
【０１６８】
上述の第２の実施の形態においては、医者１の装着式動作補助装置１０−１からはデータを送らずに、患者２の装着式動作補助装置１０−２から装着式動作補助装置１０−１にデータを送る場合について説明した。
【０１６９】
本実施の形態においては、患者２の装着式動作補助装置１０−２からはデータ（モニタリング情報を除く）を送らずに、医者１の装着式動作補助装置１０−１から装着式動作補助装置１０−２にデータを送るものとする。
【０１７０】
図１２は、医者の装着式動作補助装置の制御装置２６−１の制御処理３を説明するためのフローチャートであり、図１３は患者の装着式動作補助装置の制御装置２６−２の制御処理３を説明するためのフローチャートである。
【０１７１】
まず、医者１側の装着式動作補助装置１０−１の動作について説明する。
【０１７２】
装着式動作補助装置１０−１の角度検出部２４−１がスーツ機構部２０−１の関節角度を検出し、生体電位信号検出部２３−１が医者１が関節まわりの筋肉を動かすときに発生する生体電位信号（例えば、筋電位信号や神経伝達信号など）を検出し、相対力検出部２２−１が駆動源であるアクチュエータ部２５−１の出力トルクと装着者である医者１の筋力との関係で相対的に定まる相対力を検出し、体温検出部２９−２の温度センサ３０１〜３０４により患者２の体温（腿及び脛の体温）を検出し、各検出信号を読み込む（Ｓ１６１）。続いて、Ｓ１６１で検出した関節角度、生体電位信号、相対力、体温の各検出信号を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して装着式動作補助装置１０−２に送信する（Ｓ１６１ａ）。
【０１７３】
制御装置２６−１の角度制御部１２は、医者１の装着式動作補助装置１０−１の関節角度及び関節角速度に対応する角度制御出力トルクを算出する。本実施の形態においては、装着式動作補助装置１０−２から関節角度に関するデータが送られてこないため、角度制御出力トルクは、上記式（１’）により、算出する。
【０１７４】
アシスト制御部４４は、装着式動作補助装置１０−１の出力トルク、関節角度、生体電位及び相対力に基づいて、アシスト制御出力トルクを算出する（Ｓ１６２）。続いて、Ｓ１６２で算出した角度制御出力トルク、力制御出力トルク、アシスト制御出力トルクのトルク指令信号を出力トルク結合部４６よりドライバ２７−１に出力する（Ｓ１６２ａ）。
【０１７５】
なお、本実施の形態においては、制御装置２６−１の力制御部４３は、装着式動作補助装置１０−２から出力トルクに関するデータが送られてこないため、力制御出力トルク＝０となる。そのため、制御モードにかかわらず、（３）式にしたがって、角度制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１６３）。
【０１７６】
当該算出した出力トルクをトルク出力部４７を介してドライバ２７−１に出力し、ドライバ２７−１から出力トルクに対応する動力（モータの場合は駆動電流）をアクチュエータ部２５−１のモータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する（Ｓ１６４）。次に、出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して装着式動作補助装置１０−２に送信する（Ｓ１６４ａ）。
【０１７７】
また、Ｓ１６３で算出された出力トルク及び角度検出部２４−１で検出されたスーツ機構部２０−１の関節角度及びモニタリング情報をデータ送信部４８から通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して患者２の装着式動作補助装置１０−２に送信する（Ｓ１６５）。この後は、Ｓ１６１の処理に戻る。
【０１７８】
次に、患者２側の装着式動作補助装置１０−２の動作について説明する。
【０１７９】
制御装置２６−２の角度制御部４２は、医者１の装着式動作補助装置１０−１から送られてくる関節角度及び関節角速度と、患者２の装着式動作補助装置１０−２の対応する関節角度及び関節角速度とが一致するように制御を行なうための角度制御出力トルクを算出する。また、制御装置２６−２の力制御部４３は、医者１の装着式動作補助装置１０−１から送られてくるアクチュエータ部２５−１の出力トルクに装着式動作補助装置１０−２の対応するアクチュエータ部２５−２の出力トルクが一致する、又は、比例するように制御を行なうための力制御出力トルクを算出する。また、アシスト制御部４４は、装着式動作補助装置１０−２の出力トルク、関節角度、生体電位及び相対力に基づいて、アシスト制御出力トルクを算出する（Ｓ１７１）。続いて、Ｓ１７１で算出した角度制御出力トルク、力制御出力トルク、アシスト制御出力トルクのトルク指令信号を出力トルク結合部４６よりドライバ２７−２に出力する（Ｓ１７１ａ）。なお、医者１が装着式動作補助装置１０−１を装着していない場合には、生体電位信号＝０として、アシスト制御出力トルクが算出される。
【０１８０】
制御装置２６−２の出力トルク結合部４６においては、制御装置２６−２のモード設定部４５に設定されたモードが角度制御モードであるか否かの判断を行なう（Ｓ１７２）。次に、Ｓ１７２において、角度制御モードであると判断された場合（ＹＥＳの場合）には、（３）式に従って、角度制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１７３）。
【０１８１】
また、Ｓ１７２において、角度制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、次に、力制御モードであるか否かを確認する（Ｓ１７４）。このＳ１７４において、力制御モードであると判断された場合には、（４）式に従って、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１７５）。
【０１８２】
また、Ｓ１７４において力制御モードではないと判断された場合（ＮＯの場合）には、モード設定部４５には、上記角度制御モード、力制御モード以外のハイブリッドモードが設定されているものと判断する（Ｓ１７６）。そして、（５）式に従って、角度制御出力トルク、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する（Ｓ１７７）。
【０１８３】
その後、Ｓ１４３、Ｓ１４５、Ｓ１４７のいずれかで算出された出力トルクのトルク指令信号をトルク出力部４７を介してドライバ２７−２に出力し、ドライバ２７−２から出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）をアクチュエータ部２５−１のモータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する（Ｓ１７８）。次に、出力トルクに対応する制御信号（モータの場合には駆動電流）を通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して装着式動作補助装置１０−１に送信する（Ｓ１７８ａ）。これにより、患者２の装着式動作補助装置１０−２に医者１からの動作が反映される。
【０１８４】
その後、制御装置２６−２のデータ送信部４８を介して、モニタリング情報を送信する（Ｓ１７９）。その後は、Ｓ１７１の処理に戻る。送信されたモニタリング情報は、医者１側の装着式動作補助装置１０−１とは別に設けられた情報表示装置３１において、視覚化処理されて表示される。
【０１８５】
したがって、本実施の形態によれば、医者１の装着式動作補助装置１０−１に患者２の動作が反映されないものの、医者１が装着式動作補助装置１０−１を使用して、患者２の装着式動作補助装置１０−２に対してリハビリ動作を指示することができ、かつ患者２の心拍数、体温などのモニタリング情報をリハビリ指示を行ないながら把握することができる。
（第４の実施の形態）
装着式動作補助装置１０−１（１０−２）では、装着者１１２の意思に基づく補助動力を発生させる通常のアシスト制御処理（図７のフローチャートを参照）をメインの制御処理としている。そのため、本実施の形態では、リハビリテーションを行なう際は、予めモード設定部４５により設定された角度制御モード、力制御モード、ハイブリッド制御モードの制御処理の何れかを実行することになるが、装着者１１２の体調に応じて無理な動力（モータトルク）をフレーム機構１１８に印加しないように生体信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、脳波を含む）に基づくアシスト制御処理に自動的に切替えることも行えるようにしている。
【０１８６】
図１４〜図１６は第４の実施の形態の制御装置２６−２が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。尚、図１４において、前述した図９と同一処理には同一符号を付してその説明を省略する。
【０１８７】
図１４のＳ１２６において、力制御モードが設定されている場合（ＹＥＳの場合）は、図１５のＳ２０１に移行して力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分を導出する。続いて、Ｓ２０２では、上記力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が予め設定された閾値未満か否かを確認する。Ｓ２０２において、力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が閾値未満の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１２７に進み、前述したように、（４）式に従って、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する。
【０１８８】
また、Ｓ２０２において、力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が閾値を越える場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２０３に進み、アシスト制御トルクを出力トルクとする。これにより、力制御トルクと装着者１１２の意思で発生させる生体信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、脳波などの生体情報を含む）に基づくアシスト制御の出力トルクとの差分が閾値を越える場合には、角度制御トルクを排除してアシスト制御出力トルクのみによる補助動力をフレーム機構１１８に伝達するため、装着者１１２に無理な力が作用することを防止することが可能になる。よって、装着者１１２の体調が低下している場合には、助動力を抑制してリハビリテーションによる装着者１１２の負担を軽減することが可能になる。
【０１８９】
また、図１４のＳ１２８において、ハイブリッドモードが設定されている場合は、図１５のＳ２０４に進み、角度制御出力トルクとアシスト制御出力トルクとの差分を導出する。続いて、Ｓ２０５では、上記角度制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が予め設定された閾値未満か否かを確認する。
【０１９０】
Ｓ２０５において、角度制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が閾値未満の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ２０６に進み、力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分を導出する。
【０１９１】
また、Ｓ２０５において、角度制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が閾値を越える場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２０８に進み、アシスト制御出力トルクを出力トルクとする。これにより、装着者１１２の関節の回動角度に対する角度制御トルクと装着者１１２の意思で発生させる生体信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、脳波などの生体情報を含む）に基づくアシスト制御の出力トルクとの差分が大きすぎる場合には、角度制御トルクを排除してアシスト制御出力トルクのみによる補助動力をフレーム機構１１８に伝達するため、装着者１１２に無理な力が作用することを防止することが可能になる。よって、装着者１１２の体調が低下している場合には、助動力を抑制してリハビリテーションによる装着者１１２の負担を軽減することが可能になる。
【０１９２】
次のＳ２０７では、力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が閾値未満か否かを確認する。Ｓ２０７において、力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が閾値未満の場合（ＹＥＳの場合）は、図１４のＳ１２９に進み、（５）式に従って、角度制御出力トルク、力制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する。
【０１９３】
また、Ｓ２０７において、力制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が閾値を超える場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２０８に進み、アシスト制御出力トルクを出力トルクとする。これにより、力制御トルクと装着者１１２の意思で発生させる生体信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、脳波などの生体情報を含む）に基づくアシスト制御の出力トルクとの差分が大きすぎる場合には、力制御トルクを排除してアシスト制御出力トルクのみによる補助動力をフレーム機構１１８に伝達するため、装着者１１２に無理な力が作用することを防止することが可能になる。よって、装着者１１２の体調が低下している場合には、助動力を抑制してリハビリテーションによる装着者１１２の負担を軽減することが可能になる。
【０１９４】
また、図１４のＳ１２４で角度制御モードが設定されていない場合（ＮＯの場合）、図１５のＳ２０９に進み、角度制御出力トルクとアシスト制御出力トルクとの差分を導出する。続いて、Ｓ２１０では、上記角度制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が予め設定された閾値未満か否かを確認する。このＳ２１０において、角度制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が予め設定された閾値未満の場合（ＹＥＳの場合）、図１４のＳ１２５に進み、（３）式に従って、角度制御出力トルク及びアシスト制御出力トルクを基に出力トルクを算出する。
【０１９５】
また、Ｓ２１０において、角度制御トルクとアシスト制御出力トルクとの差分が予め設定された閾値を越える場合（ＮＯの場合）、Ｓ２１１に進み、アシスト制御出力トルクを出力トルクとする。これにより、装着者１１２の関節の回動角度に対する角度制御トルクと装着者１１２の意思で発生させる生体信号（例えば、筋電位信号、神経伝達信号、脳波などの生体情報を含む）に基づくアシスト制御の出力トルクとの差分が閾値を越える場合には、角度制御トルクを排除してアシスト制御出力トルクのみによる補助動力をフレーム機構１１８に伝達するため、装着者１１２に無理な力が作用することを防止することが可能になる。よって、装着者１１２の体調が低下している場合には、助動力を抑制してリハビリテーションによる装着者１１２の負担を軽減することが可能になる。
【０１９６】
上記Ｓ２０３，Ｓ２０８、Ｓ２１１のあとは、Ｓ２１２に進み、出力トルクに基づいた駆動電流をアクチュエータ部２５−２のモータ１２０，１２２，１２４，１２６に供給する。
【０１９７】
さらに、図１６のＳ２１３に進み、心拍数、体温などの検出値が所定範囲内に入っているか否かを確認する。Ｓ２１３において、心拍数、体温などの検出値が所定範囲内に入っている場合（ＹＥＳの場合）は、図１４のＳ１３１に進み、Ｓ１２５、Ｓ１２７、Ｓ１２９のいずれかで算出された出力トルク及び角度検出部２４−２で検出されたスーツ機構部２０−２の関節角度をデータ送信部４８から通信装置２８−１（２８−２）及びネットワーク３を介して医者１の装着式動作補助装置１０−１に送信するとともに、モニタリング情報を医者１の表示装置３１に送信する。この後は上記Ｓ１２１の処理に戻る。
【０１９８】
また、Ｓ２１３において、心拍数、体温などの検出値が所定範囲内に入っていない場合（ＮＯの場合）は、Ｓ２１４に進み、装着者１１２に無理な運動（負荷）が作用しているため、警告（アラーム）を発する。そして、Ｓ２１５では、駆動電流の値を徐々に減少させて装着者１１２の負荷を軽減させて装着者１１２に対する運動量を無理の無いレベルに低下させる。これにより、装着者１１２は、体調が悪いときは、関節の動きを少なくした比較的軽い運動に抑えることが可能になり、そのときの体調に合わせたリハビリテーションを安全に行なうことが可能になる。
【０１９９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明の実施の形態に係る装着式動作補助装置の動作補助システムの使用環境の概略を説明するための図である。
【図２】装着式動作補助装置の制御系統の構成を示すブロック図である。
【図３】スーツ機構部２０−１，２０−２を装着した状態を前側からみた斜視図である。
【図４】スーツ機構部２０−１，２０−２を装着した状態を後側からみた斜視図である。
【図５】フレーム機構１１８の装着前の状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る装着式動作補助装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】制御装置２６−１（２６−２）が実行するアシスト制御処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る医者側の装着式動作補助装置の制御装置２６−１の制御処理１を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る患者側の装着式動作補助装置の制御装置２６−２の制御処理１を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る医者側の装着式動作補助装置の制御装置２６−１の制御処理２を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る患者側の装着式動作補助装置の制御装置２６−２の制御処理２を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る医者側の装着式動作補助装置の制御装置２６−１の制御処理３を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る患者側の装着式動作補助装置の制御装置２６−２の制御処理３を説明するためのフローチャートである。
【図１４】第４の実施の形態の制御装置２６−２が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４の制御処理に続いて制御装置２６−２が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１５の制御処理に続いて制御装置２６−２が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０２０１】
１０−１、１０−２…装着式動作補助装置
２０−１、２０−２…スーツ機構部
２１−１、２１−２…生体情報測定部
２２−１、２２−２…相対力検出部
２３−１、２３−２…生体電位信号検出部
２４−１、２４−２…角度検出部
２５−１、２５−２…アクチュエータ部
２６−１、２６−２…制御装置
２７−１、２７−２…ドライバ
２８−１、２８−２  通信装置
２９−２、２９−１  体温検出部
４１…データ格納部
４２…角度制御部
４３…力制御部
４４…アシスト制御部
４５…モード設定部
４６…出力トルク結合部
４７…トルク出力部
４８…データ送信部
１１８  フレーム機構
１２０，１２２，１２４，１２６  モータ
１３８ａ，１３８ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４４ａ，１４４ｂ  生体信号検出センサ
１３０  腰締結部材
１５４  右足補助部
１５５  左足補助部
１５８  第１フレーム
１６０  第２フレーム
１６２  第３フレーム
１６４  第１関節
１６６  第２関節
１６８  第３関節
１７８  腿締結部材
１８０  締結部材
１７９，１８１  フィッティング部
３０１〜３０４  温度センサ
３１１〜３１４  温度調整手段
【図１】
0005229621.tif 000002
【図２】
0005229621.tif 000003
【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】
0005229621.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005229621.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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