(57)【要約】【課題】装具の暴れが発生する場合でも、人間の歩行運動を補助できる装置を提供する。【解決手段】歩行補助装置１０は、固有角速度設定要素２３が、上体に対する左右の大腿の周期的運動の周期を表す左運動周期ＴＬと右運動周期ＴＲの乖離度Ｘが閾値以上であると判定したとき、アクチュエータ１４の周期的動作を定める制御振動子ηを生成する第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒのうち少なくとも大きな値の固有角速度をより小さな値に設定し、第２左固有角速度ω２Ｌの値と第２右固有角速度ω２Ｒの値を近づけるように強制的に設定するように構成されている。【選択図】  図３
2013022280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の上体に取り付けられる第１装具と、前記人間の左右の大腿のそれぞれに対して取り付けられる一対の第２装具と、一対のアクチュエータと、前記第１装具に対する前記一対の第２装具それぞれの姿勢を表す信号を前記人間の左右の股関節角度のそれぞれに応じた信号として出力するように構成されている左股関節角度センサ及び右股関節角度センサと、少なくとも前記左股関節角度センサ及び前記右股関節角度センサの出力信号に基づいて前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作を制御するように構成されている制御装置とを備え、
前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作によって前記第１装具に対して前記一対の第２装具のそれぞれを動かすことにより、前記上体に対する前記左右の大腿の相対的な周期的運動を伴う前記人間の歩行運動を補助する装置であって、
前記制御装置は、
左側の前記アクチュエータの左固有角速度にしたがって位相が変化する周期的動作を定める波形信号としての左制御振動子を生成するとともに、右側の前記アクチュエータの右固有角速度にしたがって位相が変化する周期的動作を定める波形信号としての右制御振動子を生成し、
前記左股関節角度センサの出力の時間変化態様に基づいて、前記上体に対する前記左大腿の周期的運動の周期を表す左運動周期にしたがって時間変化する波形信号である第１左基礎振動子と、前記右股関節角度センサの出力の時間変化態様に基づいて、前記上体に対する前記右大腿の周期的運動の周期を表す右運動周期にしたがって時間変化する波形信号である第１右基礎振動子とを出力する第１基礎振動子出力要素と、
前記左股関節角度センサの出力の時間変化態様を表す波形信号の角速度の高低に応じて高低が定まる角速度で時間変化する波形信号である第２左基礎振動子と、前記右股関節角度センサの出力の時間変化態様を表す波形信号の角速度の高低に応じて高低が定まる角速度で時間変化する波形信号である第２右基礎振動子とを生成する第２基礎振動子生成要素と、
前記第２左基礎振動子の角速度が大きいほど前記左固有角速度を大きな値に設定すると共に、前記第２右基礎振動子の角速度が大きいほど前記右固有角速度を大きな値に設定する固有角速度設定要素とを備え、
前記固有角速度設定要素が、前記第１基礎振動子出力要素により出力される前記第１左基礎振動子及び前記第１右基礎振動子のそれぞれの位相変化周期である前記左運動周期と前記右運動周期の乖離度が閾値を超えているか否かを判定し、前記乖離度が前記閾値を超えていると判定したとき、前記左固有角速度と前記右固有角速度のうち少なくとも大きな値の固有角速度をより小さな値にし、前記左固有角速度の値と前記右固有角速度の値とを近づけるように、前記左固有角速度の値を左指定値に、かつ前記右固有角速度の値を右指定値に強制的に設定するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
請求項１記載の歩行補助装置であって、
前記固有角速度設定要素が、前記左運動周期及び前記右運動周期に基づいて、前記左運動周期が長いほど前記左固有角速度が小さく、前記右運動周期が長いほど前記右固有角速度が小さくなるように、前記左指定値及び前記右指定値を定めることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の歩行補助装置であって、
前記左指定値は前記右指定値と同一の値であることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の歩行補助装置であって、
前記乖離度は、前記左運動周期と前記右運動周期のうち大きな値の一の周期を他の周期により除算した値であることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の歩行補助装置であって、
前記第２基礎振動子生成要素は、入力波形信号と相互に引き込み合うことで第１左固有角速度及び第１右固有角速度に基づいて定まる角速度の時間変化態様で表現される出力波形信号を生成する第１モデルに対して、前記第１基礎振動子出力要素により測定された前記第１左基礎振動子及び前記第１右基礎振動子を入力波形信号として入力することにより、出力波形信号として、前記第２左基礎振動子及び前記第２右基礎振動子を生成するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項記載の歩行補助装置であって、
前記第１基礎振動子出力要素は、前記左股関節角度センサの出力の時間変化態様を表わす他の波形信号である第３左基礎振動子と、前記右股関節角度センサの出力の時間変化態様を表わす他の波形信号である第３右基礎振動子とを出力し、
前記固有角速度設定要素は、前記第１左基礎振動子と前記第２左基礎振動子との位相差である左位相差を左目標位相差に近づけるように第２左固有角速度として前記左固有角速度を設定すると共に、前記第１右基礎振動子と前記第２右基礎振動子との位相差である右位相差を右目標位相差に近づけるように第２右固有角速度として前記右固有角速度を設定し、
前記制御装置は、
人間の各大腿の屈曲運動状態及び伸展運動状態のそれぞれを表わす複数の状態変数の連立微分方程式により定義され、入力波形信号と、前記固有角速度設定要素により設定された前記第２左固有角速度及び前記第２右固有角速度とに基づいて定まる前記連立微分方程式の解の時間変化態様で表現される出力波形信号を生成する第２モデルに対して、前記第３左基礎振動子及び前記第３右基礎振動子を入力波形信号として入力することにより、左屈曲係数、左伸展係数、右屈曲係数及び右伸展係数のそれぞれの値に応じた振幅にしたがって変化する左屈曲振動子、左伸展振動子、右屈曲振動子及び右伸展振動子を出力波形信号として生成するように構成されている状態振動子生成要素と、
前記状態振動子生成要素により生成された前記左屈曲振動子及び前記左伸展振動子を組み合わせることにより左側の前記アクチュエータに対する左制御振動子を生成するとともに、前記右屈曲振動子及び前記右伸展振動子を組み合わせることにより右側の前記アクチュエータに対する右制御振動子を生成するように構成されている制御振動子生成要素とを備えることを特徴とする歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の歩行運動を補助する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下肢等の身体部分の機能が低下している人間に周期的に変化する力を与えることにより、人間の周期的運動である歩行運動を補助する装置が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
この歩行補助装置は、人間の上体に取り付けられる第１装具と、人間の左右の大腿それぞれに対して取り付けられる一対の第２装具と、第１装具に対する一対の第２装具それぞれの姿勢を表す信号を人間の左右の股関節角度のそれぞれに応じた信号として出力する左右の股関節角度センサとを備えるように構成されている。そして、歩行補助装置は、左右の股関節角度センサにより計測された人間の上体に対する左右の大腿に関する周期的運動に基づいて、上体に対して左右の大腿が適度に動かされるように歩行補助装置の動作を制御する。
【特許文献１】特開２００７−６１５２７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、第１装具と第２装具には使用者が快適に上体及び左右の大腿に取り付けるための調節代があるので、装具の取り付けが不十分である場合の他、例えば、緩めに取り付けたために、歩行により取り付けに緩みが生じた場合など、使用者の歩行の間に一対の第２装具に対して第１装具が上下運動する装具の暴れが発生することがある。
【０００５】
装具の暴れ等の異常が発生した場合、左右の股関節角度センサにより計測された周期的運動の周期が実際の人間の歩行運動の周期と差異を生じ、人間の歩行運動と歩行補助装置の周期的な動作との調和が図れず、装置の使用者に違和感を覚えさせる可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、装着する装具の暴れ等の異常が発生した場合でも、人間の歩行運動と調和を図る歩行補助装置の周期的な動作により、人間の歩行運動を補助することができる装置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】
【０００７】
本発明は、人間の上体に取り付けられる第１装具と、前記人間の左右の大腿のそれぞれに対して取り付けられる一対の第２装具と、一対のアクチュエータと、前記第１装具に対する前記一対の第２装具それぞれの姿勢を表す信号を前記人間の左右の股関節角度のそれぞれに応じた信号として出力するように構成されている左股関節角度センサ及び右股関節角度センサと、少なくとも前記左股関節角度センサ及び前記右股関節角度センサの出力信号に基づいて前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作を制御するように構成されている制御装置とを備え、前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作によって前記第１装具に対して前記一対の第２装具のそれぞれを動かすことにより、前記上体に対する前記左右の大腿の相対的な周期的運動を伴う前記人間の歩行運動を補助する装置に関する。
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の歩行補助装置は、前記制御装置が、左側の前記アクチュエータの左固有角速度にしたがって位相が変化する周期的動作を定める波形信号としての左制御振動子を生成するとともに、右側の前記アクチュエータの右固有角速度にしたがって位相が変化する周期的動作を定める波形信号としての右制御振動子を生成し、前記左股関節角度センサの出力の時間変化態様に基づいて、前記上体に対する前記左大腿の周期的運動の周期を表す左運動周期にしたがって時間変化する波形信号である第１左基礎振動子と、前記右股関節角度センサの出力の時間変化態様に基づいて、前記上体に対する前記右大腿の周期的運動の周期を表す右運動周期にしたがって時間変化する波形信号である第１右基礎振動子とを出力する第１基礎振動子出力要素と、前記左股関節角度センサの出力の時間変化態様を表す波形信号の角速度の高低に応じて高低が定まる角速度で時間変化する波形信号である第２左基礎振動子と、前記右股関節角度センサの出力の時間変化態様を表す波形信号の角速度の高低に応じて高低が定まる角速度で時間変化する波形信号である第２右基礎振動子とを生成する第２基礎振動子生成要素と、前記第２左基礎振動子の角速度が大きいほど前記左固有角速度を大きな値に設定すると共に、前記第２右基礎振動子の角速度が大きいほど前記右固有角速度を大きな値に設定する固有角速度設定要素とを備え、前記固有角速度設定要素が、前記第１基礎振動子出力要素により出力される前記第１左基礎振動子及び前記第１右基礎振動子のそれぞれの位相変化周期である前記左運動周期と前記右運動周期の乖離度が閾値を超えているか否かを判定し、前記乖離度が前記閾値を超えていると判定したとき、前記左固有角速度と前記右固有角速度のうち少なくとも大きな値の固有角速度をより小さな値にし、前記左固有角速度の値と前記右固有角速度の値とを近づけるように、前記左固有角速度の値を左指定値に、かつ前記右固有角速度の値を右指定値に強制的に設定するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の歩行補助装置によれば、まず、左右の股関節角度センサにより、第１装具に対する左右の第２装具それぞれの姿勢を表す信号が、人間の左右の股関節角度のそれぞれに応じた信号として出力される。
【００１０】
次に、第１基礎振動子出力要素により、左右の股関節角度センサからの信号に基づく出力の時間変化態様に基づいて、上体に対する左大腿の周期的運動の周期を表す左運動周期にしたがって時間変化する波形信号である第１左基礎振動子と、上体に対する右大腿の周期的運動の周期を表す右運動周期にしたがって時間変化する波形信号である第１右基礎振動子とが出力される。
【００１１】
次に、第２基礎振動子生成要素により、第２左基礎振動子と第２右基礎振動子とが生成される。第２左基礎振動子と第２右基礎振動子とは、左右の股関節角度センサそれぞれの出力の時間変化態様を表す波形信号の角速度の高低に応じて高低が定まる角速度で時間変化する波形信号である。
【００１２】
次に、固有角速度設定要素により、第２左基礎振動子の角速度が大きいほど左固有角速度が大きな値に設定されると共に、第２右基礎振動子の角速度が大きいほど右固有角速度が大きな値に設定される。
【００１３】
次に、制御装置により、左固有角速度及び右固有角速度それぞれにより決定される左制御振動子及び右制御振動子が生成される。左制御振動子及び右制御振動子に基づいて、一対のアクチュエータのそれぞれの周期的動作が制御される。
【００１４】
そして、歩行補助装置は、一対のアクチュエータそれぞれの動作により、第１装具に対して一対の第２装具それぞれを動かし、上体に対する左右の大腿の相対的な周期的運動を伴う人間の歩行運動を補助する。
【００１５】
ここで、固有角速度設定要素は、左運動周期と右運動周期の乖離度が閾値を超えているか否かを判定し、乖離度が閾値を超えていると判定したとき、左固有角速度と右固有角速度のうち少なくとも大きな値の固有角速度を減少させて、左固有角速度の値と右固有角速度の値とを近づけるように、左固有角速度の値を左指定値に、かつ右固有角速度の値を右指定値に強制的に設定する。
【００１６】
左運動周期と右運動周期は、第１基礎振動子出力要素により出力される上体に対する左右の大腿の周期的運動の周期を表す。また、左固有角速度と右固有角速度は、左右一対のアクチュエータの周期的動作を定める左制御振動子及び右制御振動子を決定するものである。
【００１７】
本発明の歩行補助装置によれば、左運動周期と右運動周期との乖離度が閾値を超えている場合、装着する装具の暴れ等の異常が発生していると判断することができる。そして、乖離度が閾値を超えていると判定したとき、左固有角速度と右固有角速度のうち少なくとも大きな値の固有角速度を減少させて、左固有角速度の値と右固有角速度の値とを近づけることにより、装具の暴れ等の異常の影響が軽減又は排除された左固有角速度と右固有角速度に設定することができる。
【００１８】
従って、装具の暴れ等の異常の影響が軽減又は排除された状態に設定された左固有角速度と右固有角速度にしたがって、左右一対のアクチュエータを周期的に動作させることができる。この結果、歩行補助装置の周期的な動作を人間の歩行運動に調和させ、装置の使用者に歩行補助の違和感を覚えさせないようにすることができる。
【００１９】
本発明の歩行補助装置において、前記固有角速度設定要素が、前記左運動周期及び前記右運動周期に基づいて、前記左運動周期が長いほど前記左固有角速度が小さく、前記右運動周期が長いほど前記右固有角速度が小さくなるように、前記左指定値及び前記右指定値を定めることが好ましい。
【００２０】
本発明の歩行補助装置によれば、左運動周期が長いほど左固有角速度が小さく、右運動周期が長いほど右固有角速度が小さくなるように、歩行補助装置の周期的な動作を人間の歩行運動に調和させる左固有角速度及び右固有角速度に設定する。
【００２１】
従って、設定された左固有角速度及び右固有角速度に基づいて左制御振動子及び右制御振動子を決定するので、歩行補助装置の周期的な動作を人間の歩行運動に調和させ、装置の使用者に歩行補助の違和感を覚えさせないようにすることができる。
【００２２】
本発明の歩行補助装置において、前記左指定値は前記右指定値と同一の値であることが好ましい。
【００２３】
本発明の歩行補助装置によれば、固有角速度設定要素により左固有角速度の値と右固有角速度の値が同一の値に設定されるので、上体に対してバランスのとれた正常な左右の大腿の相対的な周期的運動による歩行補助を実現できる。
【００２４】
本発明の歩行補助装置において、前記乖離度は、前記左運動周期と前記右運動周期のうち大きな値の一の周期を他の周期により除算した値であることが好ましい。
【００２５】
装具の暴れが発生した場合、使用者の１歩の歩行の間に、歩行運動に加えて装具の上下運動も周期的運動として計測されるので、装具の暴れが発生した左右の第２装具いずれかに対応する運動周期が他の第２装具に対応する運動周期より小さくなる。
【００２６】
本発明の歩行補助装置によれば、左運動周期と右運動周期のうち大きな値の一の周期を他の周期により除算した値である乖離度が閾値を超えるか否かを判定するので、乖離度が閾値以上である場合は装具の暴れが発生していると判断することができる。
【００２７】
尚、本発明の歩行補助装置において、前記第２基礎振動子生成要素は、入力波形信号と相互に引き込み合うことで第１左固有角速度及び第１右固有角速度に基づいて定まる角速度の時間変化態様で表現される出力波形信号を生成する第１モデルに対して、前記第１基礎振動子出力要素により測定された前記第１左基礎振動子及び前記第１右基礎振動子を入力波形信号として入力することにより、出力波形信号として、前記第２左基礎振動子及び前記第２右基礎振動子を生成するように構成してもよい。
【００２８】
また、本発明の歩行補助装置において、前記第１基礎振動子出力要素は、前記左股関節角度センサの出力の時間変化態様を表わす他の波形信号である第３左基礎振動子と、前記右股関節角度センサの出力の時間変化態様を表わす他の波形信号である第３右基礎振動子とを出力し、前記固有角速度設定要素は、前記第１左基礎振動子と前記第２左基礎振動子との位相差である左位相差を左目標位相差に近づけるように第２左固有角速度として前記左固有角速度を設定すると共に、前記第１右基礎振動子と前記第２右基礎振動子との位相差である右位相差を右目標位相差に近づけるように第２右固有角速度として前記右固有角速度を設定し、前記制御装置は、人間の各大腿の屈曲運動状態及び伸展運動状態のそれぞれを表わす複数の状態変数の連立微分方程式により定義され、入力波形信号と、前記固有角速度設定要素により設定された前記第２左固有角速度及び前記第２右固有角速度とに基づいて定まる前記連立微分方程式の解の時間変化態様で表現される出力波形信号を生成する第２モデルに対して、前記第３左基礎振動子及び前記第３右基礎振動子を入力波形信号として入力することにより、左屈曲係数、左伸展係数、右屈曲係数及び右伸展係数のそれぞれの値に応じた振幅にしたがって変化する左屈曲振動子、左伸展振動子、右屈曲振動子及び右伸展振動子を出力波形信号として生成するように構成されている状態振動子生成要素と、前記状態振動子生成要素により生成された前記左屈曲振動子及び前記左伸展振動子を組み合わせることにより左側の前記アクチュエータに対する左制御振動子を生成するとともに、前記右屈曲振動子及び前記右伸展振動子を組み合わせることにより右側の前記アクチュエータに対する右制御振動子を生成するように構成されている制御振動子生成要素とを備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の歩行補助装置の構成説明図。
【図２】歩行補助装置の制御装置の構成説明図。
【図３】歩行補助装置の制御方法に関する説明図。
【図４】左固有角速度及び右固有角速度の設定方法に関する説明図。
【図５】本発明の歩行補助装置の作用効果に関する実験結果の説明図。
【図６】装具の暴れに関する説明図。
【図７】低速歩行に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（歩行補助装置の構成）
以下、脚体等の左右を区別するために符号「Ｌ」及び「Ｒ」を用いるが、左右を区別する必要がない場合や左右成分を有するベクトルを表現する場合には当該符号を省略する。また、上体に対する各大腿の屈曲運動（前方運動）及び伸展運動（後方運動）を区別するために符号「＋」及び「−」を用いる。
【００３１】
図１に示されている歩行補助装置１０は、第１装具１１と、左右一対の第２装具１２と、左右一対のアクチュエータ１４と、バッテリ１６と、制御装置２０と、股関節角度センサ２０２とを備えている。
【００３２】
第１装具１１は、人間又は利用者の上体又は腰部（第１身体部分）に巻き付けられるように装着される。第１装具１１のうち少なくとも人間の背中に当接する背後部は、軽量合金、硬質樹脂又はカーボンファイバ等の剛性素材により構成され、その他の部分は繊維等の柔軟性素材により構成されている。
【００３３】
第２装具１２は、繊維等の柔軟性素材により構成され、人間の大腿（第２身体部分）に巻き付けられるように装着される。
【００３４】
アクチュエータ１４は電動モータにより構成され、必要に応じてモータに加え減速機及びコンプライアンス機構のうち一方又は両方により構成される。アクチュエータ１４は第１装具１１が上体に取り付けられたとき、上体の左右両側に配置されるように第１装具１１に連結されている。アクチュエータ１４は、軽量の軽量合金、硬質樹脂又はカーボンファイバ等の剛性素材により形成されている連結部材１５を介して大腿に装着される第２装具１２に連結される。
【００３５】
これにより、アクチュエータ１４が動作することで、上体及び各大腿の相対運動が補助されるように上体及び各大腿に力が作用する。上体及び各大腿の相対運動には、離床している脚体の大腿の上体に対する前後運動が含まれ、着床している脚体に対する上体の前後運動が含まれる。
【００３６】
バッテリ１６は制御装置２０とともに第１装具１１の背後部に取り付けられるケース１３に収納されており、アクチュエータ１４及び制御装置２０等に対して電力を供給する。なお、バッテリ１６及び制御装置２０のそれぞれ又はこれらを収納するケース１３の配置箇所は適宜変更されてもよい。
【００３７】
股関節角度センサ２０２は、人間の腰部左右両側に配置されるロータリーエンコーダにより構成され、第１装具１１に対する一対の第２装具１２Ｌ，１２Ｒそれぞれの姿勢を表す信号を左右の股関節角度のそれぞれに応じた信号として出力する。股関節角度は、大腿が基本前額面の前方にある場合には正値になり、大腿が基本前額面の後方にある場合には負値になるように定義される。
【００３８】
制御装置２０はコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、信号入力回路、信号出力回路等により構成される。）と、このコンピュータのメモリ又は記憶装置に格納されているソフトウェアとにより構成されている。制御装置２０は、バッテリ１６からアクチュエータ１４に対する供給電力を調節するほか、アクチュエータ１４の動作を制御する。
【００３９】
図２に示されるように、制御装置２０は、運動振動子出力要素２１（本発明の第１基礎振動子出力要素に相当する）と、第１状態振動子生成要素２２（本発明の第２基礎振動子出力要素に相当する）と、固有角速度設定要素２３と、第２状態振動子生成要素２４（本発明の状態振動子出力要素に相当する）と、制御振動子生成要素２５とを備えている。
【００４０】
制御装置２０の各構成要素は、記憶装置に格納されているプログラムを読み取り、当該プログラムにしたがって担当する演算処理を実行する演算処理装置により構成されている。各構成要素は、共通の演算処理装置により構成されていてもよく、物理的に別個の演算処理装置により構成されていてもよい。
【００４１】
運転スイッチ（図示略）が操作され、バッテリ１６から制御装置２０に対して電力が供給されることにより、制御装置２０は諸機能を発揮しうる。
【００４２】
（歩行補助装置の機能）
運動振動子出力要素２１が、股関節角度センサ２０２の出力に基づき、人間の左右の股関節の角速度の時間変化を表わす波形信号を第１運動振動子φ１＝（φ１Ｌ，φ１Ｒ）（本発明の第１基礎振動子に相当する）として生成する（図３／ＳＴＥＰ００２）。「φ１Ｌ」は第１左運動振動子を表わし、「φ１Ｒ」は第１右運動振動子を表わしている。さらに、運動振動子出力要素２１は股関節角度センサ２０２の出力に基づき、人間の左右の股関節の角度の時間変化を表す波形信号を第２運動振動子φ2＝（φ２Ｌ，φ２Ｒ）（本発明の第３基礎振動子に相当する）として生成する（図３／ＳＴＥＰ００４）。「φ２Ｌ」は第２左運動振動子を表わし、「φ２Ｒ」は第２右運動振動子を表わしている。
【００４３】
また、運動振動子出力要素２１が、人間の上体に対する左右の大腿の周期的運動の周期を表す運動周期Ｔ＝（ＴＬ，ＴＲ）を出力する（図３／ＳＴＥＰ００６）。「ＴＬ」は左運動周期を表わし、「ＴＲ」は右運動周期を表わし、ＴＬとＴＲはそれぞれ、第１左基礎振動子と第１右基礎振動子の位相変化周期、例えば、第１左基礎振動子と第１右基礎振動子の最近の位相変化周期の１周期、又は複数の周期の平均周期を表す。尚、運動周期Ｔ＝（ＴＬ，ＴＲ）は、異なる身体部分の周期的運動の周期、例えば、人間の上体に対する左右の上腕の周期的運動の周期としてもよい。
【００４４】
次に、第１状態振動子生成要素２２が、運動振動子出力要素２１により生成された第１運動振動子φ1を入力波形信号として第１状態振動子モデル（本発明の第１モデルに相当する）に入力することにより、出力波形信号として第１状態振動子ξ１（本発明の第２基礎振動子に相当する）を生成する（図３／ＳＴＥＰ００８）。
【００４５】
「第１状態振動子モデル」は左右の脚体等、複数の第１要素の相関関係を表現するモデルであり、入力波形信号と相互に引き込み合うことで第１固有角速度ω１＝（ω１Ｌ，ω１Ｒ）に基づいて定まる角速度で変化する出力波形信号を生成するモデルである。第１状態振動子モデルは、例えば関係式（１０）により表わされるファン・デル・ポル（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐｏｌ）方程式によって定義される。
【００４６】
なお、第１状態振動子生成要素２２は、後述する固有角速度設定要素２３により設定された最新の第２固有角速度ω２を最新の第１固有角速度ω１として採用することにより第１状態振動子モデルを逐次更新し、以後の第１運動振動子φ1を入力波形信号として最新の第１状態振動子モデルに入力することにより、出力波形信号として以後の第１状態振動子ξ１を生成してもよい。
【００４７】
(d2ξ1L／dt2)＝Ａ(１−ξ1L2)(dξ1L／dt)−ω1L2ξ1L＋ｇ(ξ1L−ξ1R)Ｋ1φ1L，
(d2ξ1R／dt2)＝Ａ(１−ξ1R2)(dξ1R／dt)−ω1R2ξ1R＋ｇ(ξ1R−ξ1L)Ｋ1φ1R  ‥(１０)
「Ａ」は第１状態振動子ξ１及びその１階時間微分値（ｄξ1／ｄｔ）がξ１−（ｄξ１／ｄｔ）平面で安定なリミットサイクルを描くように設定される正係数である。「ｇ」は人間の左右の大腿の相関関係を、第１状態振動子ξ1の左右各成分の相関関係（複数の第１要素の出力振動信号の相関関係）に反映させるための第１相関係数である。「Ｋ１」は第１運動振動子φ１に応じたフィードバック係数である。
【００４８】
第１状態振動子ξ1＝（ξ１Ｌ，ξ１Ｒ）はルンゲ・クッタ法にしたがって生成される。第１状態振動子ξ1の成分ξ１Ｌ及びξ１Ｒのそれぞれの角速度は、左右の大腿それぞれの運動を補助する仮定的なリズムを表わしている。また、第１状態振動子ξ1はファン・デル・ポル方程式の１つの性質である「相互引き込み」により、実際の歩行運動リズムとほぼ同じ角速度又はリズムで変化する第１運動振動子φ１のリズムと調和しながらも第１固有角速度ω1に基づいて定まる自律的な角速度またはリズムをもって周期的に変化または振動するという性質がある。
【００４９】
なお、関係式（１０）で表現されたファン・デル・ポル方程式とは異なる形のファン・デル・ポル方程式によって第１状態振動子モデルが表現されてもよく、入力波形信号との相互引き込みを伴い、第１固有角速度ω1に基づいて定まる角速度で周期的に変化する出力波形信号が生成されるあらゆる方程式によって第１状態振動子モデルが表現されてもよい。
【００５０】
次に、固有角速度設定要素２３が、後述する第２状態振動子ξ２の角速度を定める適当な第２固有角速度ω２＝（ω２Ｌ，ω２Ｒ）を設定する。
【００５１】
人間の周期運動と歩行補助装置１０の周期動作との位相差は、歩行補助装置１０の動作に対する人間の運動態様を定めるものである。例えば、この位相差が正である場合、人間は歩行補助装置１０を先導するような形態で運動することができる。一方、この位相差が負である場合、人間は歩行補助装置１０によって先導されるような形態で運動することができる。
【００５２】
このため、第１状態振動子ξ１の第１運動振動子φ１に対する位相差（第１位相差）δθ１が目標位相差δθ０から乖離していると、人間の運動態様が不安定になりやすい。その結果、制御振動子ηに応じた角速度で周期的に変化するトルクによって腰部及び大腿部の相対的運動が補助される人間の運動リズムが、目標運動リズムから乖離してしまう可能性が高い。
【００５３】
そこで、第１運動振動子φ1と第１状態振動子ξ1との相互調和性を維持しつつも、人間の運動リズムを目標運動リズムに一致させるため、歩行補助装置１０の補助リズムと人間の運動リズムとの適切な位相差を実現する観点から、固有角速度設定要素２３により第２状態振動子ξ２の角速度を定める適当な第２固有角速度ω２が設定される。
【００５４】
本実施形態の歩行補助装置１０は、使用者の歩行により第２装具１２Ｌ，１２Ｒに対して第１装具１１が上下運動する装具の暴れ等が発生したか否かを判定するため、第１左状態振動子ξ１Ｌ及び第１右状態振動子ξ１Ｒの周期の乖離度を用いる。具体的には、固有角速度設定要素２３が、第１左状態振動子ξ１Ｌ及び第１右状態振動子ξ１Ｒの周期の乖離度Ｘを計算する（図３／ＳＴＥＰ０１０）。乖離度Ｘは、第１左状態振動子ξ１Ｌの周期と第１右状態振動子ξ１Ｒの周期のうち大きな値の一の周期を他の周期により除算した値である。
【００５５】
次に、固有角速度設定要素２３が、乖離度Ｘが閾値（＝１＋α（α＞０。例えば、０．５））を超えているか否かの判定を行う（図３／ＳＴＥＰ０１２）。乖離度Ｘが閾値を超えていない場合（図３／ＳＴＥＰ０１２…Ｎｏ）、装具暴れ等は発生していないと判断される。
【００５６】
そして、第１運動振動子φ1と第１状態振動子ξ1との位相差が第１位相差δθ1として設定される（図３／ＳＴＥＰ０１４）。例えば、φ１＝０かつ（ｄφ１／ｄｔ）＞０となる時刻と、ξ１＝０かつ（ｄξ１／ｄｔ）＞０となる時刻との時間差に基づいて第１位相差δθ１が算定又は設定される。
【００５７】
次に、第２位相差δθ２が設定される（図３／ＳＴＥＰ０１６）。具体的には、関係式（２１）および（２２）により表現される仮想モデルにおいて定義されている第１仮想振動子ψ１＝（ψ１Ｌ，ψ１Ｒ）と第２仮想振動子ψ２＝（ψ２Ｌ，ψ２Ｒ）との位相差が、関係式（２３）にしたがって第２位相差δθ２として設定される。第１仮想振動子ψ１は仮想モデルにおいて第１運動振動子φ１を擬似的に表現する。第２仮想振動子ψ２は仮想モデルにおいて制御振動子ηを擬似的に表現する。
dψ1L／dt＝ω1L＋εLsin(ψ2L−ψ1L)，dψ1R／dt＝ω1R＋εRsin(ψ2R−ψ1R)‥(２１)
dψ2L／dt＝ω2L＋εLsin(ψ1L−ψ2L)，dψ2R／dt＝ω2R＋εRsin(ψ1R−ψ2R)‥(２２)
δθ2L＝arcsin{(ω1+L−ω2+L)/2εL}，δθ2R＝arcsin{(ω1+R−ω2+R)/2εR}‥(２３)
ε＝（εL，εR）の各成分は第１仮想振動子ψ1の各成分および第２仮想振動子ψ2の各成分の相関関係を表わす相関係数である。ω1+＝（ω1+L，ω1+R）は第１仮想振動子ψ1の各成分の角速度である。ω2+＝（ω2+L，ω2+R）は第２仮想振動子ψ2の各成分の角速度である。
【００５８】
続いて、第１位相差δθ1と第２位相差δθ2との偏差が最小になるように相関係数εが設定される（図３／ＳＴＥＰ０１８）。具体的には関係式（２４）にしたがって、左右各成分について第１運動振動子φ1が０となる各時刻ｔkにおける相関係数ε（ｔi）が逐次設定される。
【００５９】
εL(tk+1)＝εL(t k)−ＢL{Ｖ1L(tk+1)−Ｖ1L(tk)}{εL(tk)−εL(tk-1)}，
εR(tk+1)＝εR(t k)−ＢR{Ｖ1R(tk+1)−Ｖ1R(tk)}{εR(tk)−εR(tk-1)}，
Ｖ1L(tk+1)≡(1/2){δθ1L(tk+1)−δθ2L(tk)}2，
Ｖ1R(tk+1)≡(1/2){δθ1R(tk+1)−δθ2R(tk)}2  ‥(２４)
Ｂ＝（ＢL，ＢR）の各成分は第１位相差δθ１の各成分と、第２位相差δθ２の左右各成分とを近づけるポテンシャルＶ1＝（Ｖ1Ｌ，Ｖ1Ｒ）の安定性を表す係数である。
【００６０】
次に、相関係数εに基づき、第２仮想振動子ψ2の角速度ω2+が一定であるという条件下で各成分について第１位相差δθ1および第２位相差δθ2の偏差が最小となるように第１仮想振動子ψ1の角速度が第１角速度ω1+として関係式（２５）にしたがって設定される（図３／ＳＴＥＰ０２０）。
ω1+L(tk)＝−αL∫dtｑ1L(t)，ω1+R(tk)＝−αR∫dtｑ1R(t)，
ｑ1L(t)＝(４εL2(t)−(ω1+L(t)−ω2+L(tk)))1/2
×sin(arcsin{(ω1+L(t)−ω2+L(tk-1))／２εL(tk)}−δθ2L(tk))，
ｑ1R(t)＝(４εR2(t)−(ω1+R(t)−ω2+R(tk)))1/2
×sin(arcsin{(ω1+R(t)−ω2+R(tk-1))／２εR(tk)}−δθ2R(tk))‥(２５)
α＝（αL，αR）の各成分は系の安定性を表す係数である。
【００６１】
相関係数ε及び第１角速度ω1+が設定されることにより、第１運動振動子φ1及び第１状態振動子ξ1の相互調和性を、第１仮想振動子ψ1及び第２仮想振動子ψ2に持たせるように仮想モデルが構築される。すなわち、人間の周期運動を表現する第１仮想振動子ψ1と、歩行補助装置１０の周期動作を表現する第２仮想振動子ψ2とが第２位相差δθ2で相互に調和しながら周期変化するように仮想モデルが構築される。
【００６２】
続いて、左右各成分について第１角速度ω1+に基づき、第２仮想振動子ψ2の角速度が第２角速度ω2+として設定される（図３／ＳＴＥＰ０２２）。左右各成分について第２位相差δθ2が目標位相差δθ0に近づくように、関係式（２６）にしたがって第２角速度ω2+＝（ω2+L，ω2+R）を設定する。そして、第２角速度ω2+が第２固有角速度ω2として設定される（図３／ＳＴＥＰ０２４）。今回の第２固有角速度ω２は、次回の第１固有角速度ω１として第１状態振動子ξ１の次回の生成に際して用いられる。
【００６３】
ω2+L(tk)＝βL∫dtｑ2L(t)，ω2+R(tk)＝βR∫dtｑ2R(t)，
ｑ2L(t)＝(４εL2(tk)−(ω1+L(t)−ω2+L(tk)))1/2
×sin(arcsin{(ω1+L(tk)−ω2+L(t))／２εL(tk)}−δθ0)，
ｑ2R(t)＝(４εR2(tk)−(ω1+R(t)−ω2+R(tk)))1/2
×sin(arcsin{(ω1+R(tk)−ω2+R(t))／２εR(tk)}−δθ0)‥(２６)
β＝（βL，βR）の各成分は系の安定性を表す係数である。
【００６４】
これにより、第１仮想振動子ψ1により表現されている人間の周期運動と、第２仮想振動子ψ2により表現されている歩行補助装置１０の周期動作とに第１運動振動子φ1および第１状態振動子ξ1が有する相互調和性を持たせながらも、両者の位相差を目標位相差δθ0に近づける観点から適切に第２角速度ω2＋が設定される。
【００６５】
尚、固有角速度設定要素２３の仮想モデルは、第１状態振動子ξ１の角速度が大きいほど、第２固有角速度ω２の値を大きな値に、そして、第１状態振動子ξ１の角速度が小さいほど、第２固有角速度ω２の値を小さな値に設定するように、仮想モデルの係数が決定されている。
【００６６】
次に、第２状態振動子生成要素２４が、連立微分方程式（０３０）により定義される第２状態振動子モデル（本発明の第２モデルに相当する）に対して、入力波形信号として運動振動子出力要素２１から出力される第２運動振動子φ２を入力することにより、出力波形信号として第２状態振動子ξ２を生成する（図３／ＳＴＥＰ０２６）。第２状態振動子ξ２には、左屈曲振動子ξ２L+、左伸展振動子ξ２L-、右屈曲振動子ξ２R+及び右伸展振動子ξ２R-が含まれる。
【００６７】
「第２状態振動子モデル」は、各大腿の屈曲運動状態及び伸展運動状態のそれぞれを表わす複数の状態変数ｕi（ｉ＝Ｌ＋，Ｌ−，Ｒ＋，Ｒ−）及び各大腿の屈曲運動状態及び伸展運動状態のそれぞれの順応性を表現するための自己抑制因子ｖiの連立微分方程式（０３０）により定義されている。
【００６８】
【数１】
2013022280.tif 000003
【００６９】
「Ｈ」は、ヘビサイドのステップ関数である。「ｃL+」は、左大腿の屈曲運転状態を表わす状態変数ｕL+の振幅の大小を定める「左屈曲係数」である。「ｃL-」は、左大腿の伸展運転状態を表わす状態変数ｕL-の振幅の大小を定める「左伸展係数」である。「ｃR+」は、右大腿の屈曲運転状態を表わす状態変数ｕR+の振幅の大小を定める「右屈曲係数」である。「ｃR-」は、右大腿の伸展運転状態を表わす状態変数ｕR-の振幅の大小を定める「右伸展係数」である。
【００７０】
「τ1L」は状態変数ｕL+及びｕL-の周波数の高低を定める第１左時定数である。「τ1R」は状態変数ｕR+及びｕR-の周波数の高低を定める第１右時定数である。第１左時定数τ1L及び第１右時定数τ1Rは同値であってもよく、異なる値であってもよい。「τ2i」は抑制因子ｖiの周波数の高低を定める第２時定数である。第２時定数τ2iは同値であってもよく、異なる値であってもよい。例えば、第２左屈曲時定数τ2L+と第２左伸展時定数τ2L-とが同値であり、第２右屈曲時定数τ2R+と第２右伸展時定数τ2R-とが同値である一方、第２左屈曲時定数τ2L+と第２右屈曲時定数τ2R+とが異なる値であってもよい。
【００７１】
「ｗi/j」は状態変数ｕi及びｕjの相関関係を表す負値の相関係数である。「λL」および「λR」は慣れ係数である。「Ｋ」は第２運動振動子φ２に応じたフィードバック係数である。
【００７２】
「ｆ1」は正係数ｃを用いて式（０３１）により定義される第２固有角速度ω2の１次関数である。
【００７３】
f1(ω)＝cω2・・（０３１）。
【００７４】
「ｆ2」は係数ｃ0，ｃ1およびｃ2を用いて式（０３２）により定義される第２固有角速度ω2の２次関数である。
【００７５】
f2(ω)＝c0+c1ω2+c2ω22 ・・（０３２）。
【００７６】
第２状態振動子ξ2iは、状態変数ｕiの値が閾値ｕth未満である場合は０、状態変数ｕiの値が閾値ｕth以上である場合はこのｕiの値をとる（連立微分方程式（０３０）参照）。これにより、左大腿の屈曲運動状態を表わす状態変数ｕL+が大きくなると左屈曲振動子ξ2L+の振幅が左伸展振動子ξ2L-よりも大きくなる。また、右大腿の屈曲運動状態を表わす状態変数ｕR+が大きくなると右屈曲振動子ξ2R+の振幅が右伸展振動子ξ2R-の振幅よりも大きくなる。
【００７７】
さらに、左大腿の伸展運動状態を表わす状態変数ｕL-が大きくなると左伸展振動子ξ2L-の振幅が左屈曲振動子ξ2L+よりも大きくなる。また、右大腿の伸展運動状態を表わす状態変数ｕR-が大きくなると右伸展振動子ξ2R-の振幅が右屈曲振動子ξ2R+の振幅よりも大きくなる。
【００７８】
結果として、連立微分方程式（０３０）に含まれる左屈曲係数ｃL+及び左伸展係数L-のそれぞれの値に応じた振幅と、第１左時定数τ1Lの値に応じた周波数とにしたがって変化する左屈曲振動子ξ2L+及び左伸展振動子ξ2L-が生成される。また、連立微分方程式（０１０）に含まれる右屈曲係数ｃR+及び右伸展係数ｃR-のそれぞれの値に応じた振幅と、第１右時定数τ1Rの値に応じた周波数とにしたがって変化する右屈曲振動子ξ2R+及び右伸展振動子ξ2R-が生成される。
【００７９】
そして、制御振動子生成要素２５が第２状態振動子ξ2に基づき、関係式（０４０）にしたがって制御振動子η＝（ηL，ηR）を生成する（図３／ＳＴＥＰ０２８）。
【００８０】
ηL＝χL+ξ2L+−χL-ξ2L-，ηR＝χR+ξ2R+−χR-ξ2R-・・（０４０）。
【００８１】
左制御振動子ηLは、左屈曲振動子ξ2L+及び係数χL+の積と、左伸展振動子ξ2L-及び係数χL-の積との差として算定される。右制御振動子ηRは、右屈曲振動子ξ2R+及び係数χ2R+の積と、右伸展振動子ξ2R-及び係数χR-の積との差として算定される。当該４つの係数χiは同じ値に設定されてもよい。
【００８２】
そして、制御装置２０により制御振動子ηに基づいてバッテリ１６から左右のアクチュエータ１４Ｌ，１４Ｒにそれぞれ供給される電流Ｉ＝（ＩL，ＩR）が調節される。これにより、第１装具１１及び第２装具１２Ｌ，１２Ｒを介して上体に対する左右の大腿の屈曲運動及び伸展運動を補助する力又は股関節回りの回転力Ｆ＝（ＦL，ＦR）が調節される。補助力Ｆは電流Ｉに基づき、たとえばＦ（ｔ)＝Ｇ・Ｉ(ｔ)（Ｇ：比例係数）と表現される。人間の歩行運動はトレッドミルの上で実施されてもよい。
【００８３】
一方、乖離度Ｘが閾値を超えている場合（図３／ＳＴＥＰ０１２…ＹＥＳ）、第１左状態振動子ξ１Ｌの周期と第１右状態振動子ξ１Ｒの周期のうち小さな値の側の第２装具において、装具暴れ等が発生した蓋然性が高い。
【００８４】
そこで、次に説明するように、固有角速度設定要素２３は、第２固有角速度ω２のω２Ｌとω２Ｒを、左指定値ＹＬと右指定値ＹＲに設定する（図３／ＳＴＥＰ０３０）。左指定値ＹＬと右指定値ＹＲは、第１運動振動子φ１＝（φ１Ｌ，φ１Ｒ）の左運動周期ＴＬ及び右運動周期ＴＲに基づいて定められる値である。この第１運動振動子φ１＝（φ１Ｌ，φ１Ｒ）の左運動周期ＴＬ及び右運動周期ＴＲは、異常が発生していないと判断されている期間における、第１左運動振動子φ１Ｌと第１左運動振動子φ１Ｒそれぞれの最近の位相変化周期の１周期、又は複数の周期の平均周期である。
【００８５】
第２固有角速度ω２＝（ω２Ｌ，ω２Ｒ）の設定は、図４に示す、左運動周期ＴＬ及び右運動周期ＴＲの平均運動周期ＴＬＲ（＝（ＴＬ＋ＴＲ）／２）を横軸に、第２固有角速度ω２を縦軸とする連続した減少関数、例えば、ω２＝Ａｅ−αＴLR（Ａ，α＞０）に基づいて行われる。
【００８６】
第２固有角速度ω２＝（ω２Ｌ，ω２Ｒ）の設定は、まず、左運動周期ＴＬ及び右運動周期ＴＲの平均運動周期ＴＬＲ（＝（ＴＬ＋ＴＲ）／２）を計算する。
【００８７】
次に、ＴＬＲの値に基づいて指定値Ｙ（＝左指定値ＹＬ＝右指定値ＹＲ）を計算する。具体的には、指定値Ｙの値を、ＴＬＲ≦Ｔ１の場合、Ｙ＝−Ａ１×ＴＬＲ＋Ｂ１に基づいて、Ｔ１＜ＴＬＲ＜Ｔ２の場合、Ｙ＝−Ａ２×ＴＬＲ＋Ｂ２に基づいて、Ｔ２≦ＴＬＲ＜Ｔ３の場合、Ｙ＝−Ａ３×ＴＬＲ＋Ｂ３に基づいて、ＴＬＲ≧Ｔ３の場合、Ｙ＝Ｂ４に設定する（Ａ１＞Ａ２＞Ａ３＞０、Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３＞Ｂ４＞０，（Ａ２−Ａ１）Ｔ１＝Ｂ２−Ｂ１，（Ａ３−Ａ２）Ｔ２＝Ｂ３−Ｂ２，−Ａ３Ｔ３＝Ｂ４−Ｂ３）。
【００８８】
そして、第２左固有角速度ω２Ｌと、第２右固有角速度ω２Ｒは、指定値Ｙ（＝ＹＬ＝ＹＲ）に設定される。
【００８９】
（実験結果）
固有角速度設定要素２３により行われる、第２左固有角速度及び第２右固有角速度の設定処理について、図５を用いて説明する。尚、図５に示す実施結果では、第１装具１１に対する左側の第２装具１２Ｌの装具暴れ等が発生し、時刻ｔ１で、乖離度Ｘが閾値を超えていると判定された。
【００９０】
図５（ａ）は第２運動振動子φ２の波形信号である左右の股関節の角度［ｒａｄ］の時間変化であり、図５（ｂ）は第１運動振動子φ１の波形信号である左右の股関節の角速度［ｒａｄ／ｓ］の時間変化であり、図５（ｃ）は左右の第１状態振動子ξ１の波形信号であり、図５（ｄ）は左右の第２固有角速度ω２の時間変化を示す。図５（ａ）〜図５（ｄ）において、左側の各振動子等の波形を破線で、右側の振動子等の波形を実線で示す。
【００９１】
図５（ａ）が示すように、第２左運動振動子φ２Ｌ及び第２左運動振動子φ２Ｒには波形の乱れは見られない。一方、図５（ｂ）が示すように、時刻０〜ｔ１までの期間で、第１運動振動子φ１Ｌの波形に乱れが生じている。具体的には、第１右運動振動子φ１Ｒが１回振動したのに対して、第１左運動振動子φ１Ｌが約２回振動している。これに応じて、図５（ｃ）が示すように、第１右状態振動子ξ１Ｒが１回振動したのに対して、第１左状態振動子ξ１Ｌが約２回振動している。
【００９２】
従って、時刻０〜ｔ１までの期間で、第１装具１１に対して左側の第２装具１２Ｌに、装具の暴れが発生していると推察される。
【００９３】
このため、乖離度Ｘが閾値を超えていると判定された（図３／ＳＴＥＰ０１２…ＹＥＳ参照）。そして、図５（ｄ）が示すように、時刻ｔ１で、第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒの値が、装具の暴れの影響が軽減又は排除された状態の指定値Ｙ１とＹ２（＝Ｙ１）に設定された（図３／ＳＴＥＰ０３０参照）。尚、説明のためにスケールを大きくしため、時刻ｔ１以降、第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒの値が離れていくように見えるが、その差異は無視できる程度であり、ほぼ同値で推移した。
【００９４】
この結果、時刻ｔ１以降で、第１左状態振動子ξ１Ｌ及び第１右状態振動子ξ１Ｒに関して、波形の乱れは解消され、安定した波形が得られた。これに応じて、第２状態振動子ξ２及び制御振動子ηの波形に乱れが生じることを防止することができる。このため、歩行補助装置の動作周期を安定させることができる。
【００９５】
（歩行補助装置の作用効果）
使用者の歩行により第２装具１２Ｌ，１２Ｒに対して第１装具１１が上下運動する装具の暴れが発生した場合、使用者の１歩の歩行の間、運動振動子出力要素２１により、歩行運動に加えて第１装具１１の上下運動も周期的運動として計測される。
【００９６】
そのため、一対の第２装具のうち装具の暴れが発生した側の第１状態振動子の周期が実際の人間の歩行運動の周期より小さくなり、第１左状態振動子φ１Ｌの周期と第１右状態振動子φ１Ｒの周期に大きな差異が生じる。例えば、装具の暴れが発生していない側の第１状態振動子の周期は、装具の暴れが発生した側の第１状態振動子の周期の１＋α（α＞０。例えば、α＝０．５）倍以上となる。
【００９７】
図６に、装具の暴れが発生したときの、第２運動振動子φ２の波形信号である左右の股関節の角度［ｒａｄ］の時間変化（図６（ａ））と、第１運動振動子φ１の波形信号である左右の股関節の角速度［ｒａｄ／ｓ］の時間変化（図６（ｂ））と、左右の第１状態振動子ξ１の波形信号（図６（ｃ））を示す。図６（ａ）〜図６（ｃ）において、左側の各振動子等の波形を破線で、右側の振動子等の波形を実線で示す。
【００９８】
図６（ａ）に示すように、第２左運動振動子φ２Ｌと第２右運動振動子φ２Ｒとは波形の乱れもなく、一方、図６（ｂ）が示すように、第１左運動振動子φ１Ｌに、装具の暴れが発生したことを示す、１歩の歩行の間に２つのピーク（２つの矢印）が存在し、装具の暴れが発生した第１左運動振動子φ１Ｌ（破線）は、装具の暴れが発生していない第１右運動振動子φ１Ｒ（実線）が１回振動する間に２回振動している。
【００９９】
これに応じて、第１状態振動子ξ１の波形信号（図６（ｃ））が示すように、装具の暴れが発生した第１左状態振動子ξ１Ｌ（破線）は、発生していない第１右状態振動子ξ１Ｒ（実線）が１回振動する間に２回振動している。
【０１００】
また、人間の歩行運動が極めて低速である場合、特許文献１及び２の歩行補助装置ではファン・デル・ポル方程式により定義される第１状態振動子モデルを用いているため、ファン・デル・ポル方程式の相互引き込みが不十分になり、第１状態振動子ξ１の周期的運動が不安定になる蓋然性が高い。
【０１０１】
図７に、人間の歩行運動が極めて低速であるときの、第２運動振動子φ２の波形信号である左右の股関節の角度［ｒａｄ］の時間変化（図７（ａ））と、第１運動振動子φ１の波形信号である左右の股関節の角速度［ｒａｄ／ｓ］の時間変化（図７（ｂ））と、左右の第１状態振動子ξ１の波形信号（図７（ｃ））を示す。図７（ａ）〜図７（ｃ）において、左側の各振動子等の波形を破線で、右側の振動子等の波形を実線で示す。
【０１０２】
図７（ａ）に示すように、図６（ａ）と同様、第２左運動振動子φ２Ｌと第２右運動振動子φ２Ｒとは波形の乱れもなく、一方、図７（ｂ）に示すように、第１左運動振動子φ１Ｌと第１右運動振動子φ１Ｒのいずれの波形も乱れている。
【０１０３】
そして、図７（ｃ）が示すように、人間の歩行運動が極めて低速であるので、第１状態振動子モデルを用いられるファン・デル・ポル方程式の相互引き込みが不十分になり、第１状態振動子ξ１の周期的運動が不安定になっている。
【０１０４】
そのため、装具の暴れが発生した場合や、人間の歩行運動が極めて低速である場合では、人間の周期的運動である歩行運動と歩行補助装置の周期的な動作との位相差が、人間の歩行運動と歩行補助装置の周期的な動作との調和の観点から適当でなく、装置の使用者に違和感を覚えさせる可能性があった。
【０１０５】
前記機能を発揮する固有角速度設定要素２３によれば、第１左状態振動子ξ１Ｌの周期と第１右状態振動子ξ１Ｒの周期との乖離度Ｘが閾値を超えている場合、装具の暴れ等が発生していると判断することができる（図３／ＳＴＥＰ０１２，図５（ｃ）の時刻０〜ｔ１参照）。そして、乖離度Ｘが閾値以上であると判定したとき、第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒのうち少なくとも大きな値の固有角速度を減少させて、第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒとを同一の値に設定する（図３／ＳＴＥＰ０３０，図５（ｄ）の時刻ｔ１参照）。
【０１０６】
これにより、装具の暴れの影響が軽減又は排除された第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒに迅速に設定することができる。また、第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒとを同一の値に設定するので、上体に対してバランスのとれた正常な左右の大腿の相対的な周期的運動による歩行補助を実現できる（図５（ｃ），（ｄ）参照）。
【０１０７】
従って、装具の暴れの影響が軽減又は排除された第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒにしたがって、左右一対のアクチュエータを周期的に動作させることができる。この結果、歩行補助装置１０の周期的な動作を人間の歩行運動に調和させることができる。
【０１０８】
さらに、固有角速度設定要素２３によれば、人間の歩行運動が極めて低速であるために、ファン・デル・ポル方程式の相互引き込みが不十分になった場合でも、第２左固有角速度ω２Ｌと第２右固有角速度ω２Ｒとを同一の値に強制的に設定することにより、第２状態振動子ξ２を安定化させ、歩行補助装置１０の周期的な動作を人間の歩行運動に調和させることができる。
【０１０９】
（本発明の他の実施形態）
制御装置２０の第１状態振動子生成要素２２は、ファン・デル・ポル方程式により定義される第１状態振動子モデルを用いて、第１状態振動子ξ１＝（ξ１Ｌ，ξ１Ｒ）を生成するように構成されている。第１状態振動子生成要素２２の構成は前記実施形態に限定されず、第１状態振動子モデルを用いることなく、第１状態振動子ξ１として第１運動振動子φ１＝（φ１Ｌ，φ１Ｒ）を用いるように構成されてもよい。
【０１１０】
第１状態振動子生成要素２２が、第１状態振動子モデルを用いることなく、第１状態振動子ξ１として第１運動振動子φ１＝（φ１Ｌ，φ１Ｒ）を用いて構成された場合、乖離度Ｘを計算するために、第１左運動振動子φ１Ｌの左運動周期と第１右運動振動子φ１Ｒの右運動周期とを使用する。
【０１１１】
また、制御装置２０の固有角速度設定要素２３は、乖離度Ｘを計算するために、第１左状態振動子ξ１Ｌの左運動周期と第１右状態振動子ξ１Ｒの右運動周期とを使用するように構成されている。乖離度Ｘを計算するための周期は、第１左状態振動子ξ１Ｌの左運動周期と第１右状態振動子ξ１Ｒの右運動周期に限定されず、運動振動子出力要素２１から出力される第１左運動振動子φ１Ｌの周期と第１右運動振動子φ１Ｒの周期を使用するように構成されてもよい。
【０１１２】
また、制御装置２０の固有角速度設定要素２３は、第２固有角速度ω２＝（ω２Ｌ，ω２Ｒ）に強制設定するための指定値Ｙ＝（ＹＬ，ＹＲ）を計算するために、運動周期Ｔ＝（ＴＬ，ＴＲ）を使用するように構成されている。指定値Ｙ＝（ＹＬ，ＹＲ）を計算するための周期は、運動周期Ｔ＝（ＴＬ，ＴＲ）に限定されず、第１左状態振動子ξ１Ｌの周期と第１右状態振動子ξ１Ｒの周期を使用するように構成されてもよい。
【０１１３】
さらに、制御装置２０の固有角速度設定要素２３は、第２固有角速度ω２の値を設定するために仮想モデルを用いるように構成されている。第２固有角速度ω２の値を設定するために用いられるモデルは仮想モデルに限定されない。第２固有角速度ω２は、第１運動振動子φ１又は第１状態振動子ξ１の角速度を変数とした増加関数により計算された値、例えば、第１運動振動子φ１又は第１状態振動子ξ１の角速度に正の比例定数をかけた値が設定されてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…歩行補助装置、１１…第１装具、１２…第２装具、１４…アクチュエータ、２０…制御装置、２０２…股関節角度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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