(57)【要約】      （修正有）【課題】歩行に際して重量物を関節の動作補助に利用する。【解決手段】バランサ３１は、上腿連結部材２６に固定された軌道を駆動機構によって上腿連結部材２６の長手方向にスライドして移動するように構成されており、股関節アシストアクチュエータ１８、１９の後方に位置すると太矢線のように上腿連結部材２６を持ち上げる関節モーメントを発生する。逆に股関節アシストアクチュエータ１８、１９前方に位置すると上腿連結部材２６を押し下げる関節モーメントを発生する。このように、装着型ロボット１は、バランサ３１を移動させることにより梃子の原理によって股関節にアシスト力を発生することができる。また、バランサ３１としては、バッテリなど歩行アシストに必要な重量物を利用することも可能である。【選択図】図１
2013208289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行に用いる関節に要する関節モーメントを取得する関節モーメント取得手段と、
前記関節の回転運動と共に回転する所定の軌道に沿って移動する重量物と、
前記取得した関節モーメントを軽減する方向に前記重量物を移動する移動手段と、
を具備したことを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
前記取得した関節モーメントに対して軽減する量の目標値を取得する目標値取得手段を具備し、
前記移動手段は、前記軽減する量が前記取得した目標値となる位置に前記重量物の位置を調節することを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置。
【請求項３】
前記取得した関節モーメントを軽減するアクチュエータと、
前記取得した関節モーメントに対して前記アクチュエータで軽減する量のアクチュエータ用の目標値を取得する第２の目標値取得手段と、
前記取得したアクチュエータ用の目標値を前記アクチュエータに出力させるアクチュエータ制御手段と、
を具備したことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の歩行支援装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ用の目標値は、前記移動手段による前記関節モーメントの軽減の上限値を超えた分であることを特徴とする請求項３に記載の歩行支援装置。
【請求項５】
前記重量物は、前記アクチュエータに電力を供給するバッテリであることを特徴とする請求項３、又は請求項４に記載の歩行支援装置。
【請求項６】
歩行に用いる関節に要する関節モーメントを取得する関節モーメント取得機能と、
前記関節の回転運動と共に回転する所定の軌道に沿って移動する重量物を、前記取得した関節モーメントを軽減する方向に移動する移動機能と、
をコンピュータで実現する歩行支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行支援装置、及び歩行支援プログラムに関し、例えば、歩行をアシストす
るものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２足歩行ロボットの分野の発展は目覚ましく、静歩行のみならず動歩行が可能なロボットや走る動作が可能な２足歩行ロボットが存在する。
なお、静歩行とは、重心の路面への投影点が左右の何れかの足裏に位置する歩行であり、動歩行とは、当該投影点が左右の足裏から外れる歩行である。
２足歩行を行う場合、如何にして重心の位置を調節するかが重要であり、そのための技術の１つとして、特許文献１の「ロボット、及び、ロボットの重心位置制御方法」のように、身体に取り付けた重量物（例えば腕やバッテリなど）をバランサとして利用することで転びにくく、見た目も人の歩行に近い動きを可能にする技術が存在する。
【０００３】
これらの技術は、バランスをとるために重量物を利用するものであり、当該重量物は、関節の駆動に利用されないばかりか関節を駆動するアクチュエータに負担を与えるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２９７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、歩行に際して重量物を関節の動作補助に利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
(１)請求項１に記載の発明では、歩行に用いる関節に要する関節モーメントを取得する関節モーメント取得手段と、前記関節の回転運動と共に回転する所定の軌道に沿って移動する重量物と、前記取得した関節モーメントを軽減する方向に前記重量物を移動する移動手段と、を具備したことを特徴とする歩行支援装置を提供する。
(２)請求項２に記載の発明では、前記移動手段は、前記取得した関節モーメントに対応して前記重量物の位置を調節することを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置を提供する。
(３)請求項３に記載の発明では、前記取得した関節モーメントを軽減するアクチュエータを更に具備したことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の歩行支援装置を提供する。
(４)請求項４に記載の発明では、前記アクチュエータは、前記移動手段による前記関節モーメントの軽減の上限値を超えた部分を補助することを特徴とする請求項３に記載の歩行支援装置を提供する。
(５)請求項５に記載の発明では、前記重量物は、前記アクチュエータに電力を供給するバッテリであることを特徴とする請求項３、又は請求項４に記載の歩行支援装置を提供する。
(６)請求項６に記載の発明では、歩行に用いる関節に要する関節モーメントを取得する関節モーメント取得機能と、前記関節の回転運動と共に回転する所定の軌道に沿って移動する重量物を、前記取得した関節モーメントを軽減する方向に移動する移動機能と、をコンピュータで実現する歩行支援プログラムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、梃子の原理を用いることにより歩行に際して重量物を関節の動作補助に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】概要を説明するための図である。
【図２】装着型ロボットの装着状態を示した図である。
【図３】装着型ロボットのシステム構成を示した図である。
【図４】バランサの位置とトルクの関係を説明するための図である。
【図５】バランサガイドの変形例を説明するための図である。
【図６】バランサの位置を制御する手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１）実施形態の概要
図１は、本実施形態の概要を説明するための図である。
装着型ロボット１は、装着者の腰部、股関節、膝関節、足首関節に対応する腰部装着部２１、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９、及び装着者の上腿部、下腿部に対応する上腿連結部材２６、下腿連結部材２７を備えている。
【００１０】
バランサ３１は、上腿連結部材２６に固定された軌道を駆動機構によって上腿連結部材２６の長手方向にスライドして移動するように構成されており、股関節アシストアクチュエータ１７の後方に位置すると太矢線のように上腿連結部材２６を持ち上げる関節モーメントを発生する。逆に股関節アシストアクチュエータ１７の前方に位置すると上腿連結部材２６を押し下げる関節モーメントを発生する。
【００１１】
このように、装着型ロボット１は、バランサ３１を移動させることにより梃子の原理によって股関節にアシスト力を発生することができる。
また、バランサ３１としては、バッテリなど歩行アシストに必要な重量物を利用することも可能である。
以上のように、装着型ロボット１は、バランサ３１をスライドカウンターバランスとして利用し、股関節に対して重力方向とは逆方向に関節モーメントを発生させる場合には、バランサ３１を股関節より後方へスライドさせ関節モーメントを発生させ、重量方向に関節モーメントを発生させる場合は股関節より前方へスライドさせて関節モーメントを発生させる。
【００１２】
（２）実施形態の詳細
図２は装着型ロボット１の装着状態を示した図である。
装着型ロボット１は、装着者の腰部及び下肢に装着し、装着者の歩行を支援（アシスト）するものである。
装着型ロボット１は、腰部装着部２１、上腿装着部２２、下腿装着部２３、足装着部２４、上腿連結部材２６、下腿連結部材２７、制御装置２、つま先反力センサ１０、踵反力センサ１１、つま先姿勢センサ１２、踵姿勢センサ１３、腰姿勢センサ１４、上腿姿勢センサ１５、下腿姿勢センサ１６、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９、バランサ３１、バランサガイド３２などを備えている。
【００１３】
なお、図示しないが、装着型ロボット１は、バランサガイド３２でのバランサ３１の位置を検出するバランサ位置センサ３３、バランサ３１をバランサガイド３２に沿って移動するバランサアクチュエータ３４も備えている。
また、腰部装着部２１、制御装置２、腰姿勢センサ１４以外は、左右の両足に設けられており、それぞれの検出値が出力されるようになっている。
【００１４】
腰部装着部２１は、装着者の腰部の周囲に取り付けられ装着型ロボット１を固定する。
腰姿勢センサ１４は、腰部装着部２１に取り付けられ、ジャイロなどによって腰部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、腰部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１５】
制御装置２は、腰部装着部２１に取り付けられ、装着型ロボット１の動作を制御する。
股関節アシストアクチュエータ１７は、装着者の股関節と同じ高さに設けられており、腰部装着部２１に対して上腿連結部材２６を前後方向に駆動する。なお、股関節アシストアクチュエータ１７を３軸アクチュエータとして横方向にも駆動するように構成することもできる。
また、本実施形態では、股関節の駆動には後述のバランサ３１を主として用い、股関節アシストアクチュエータ１７は、バランサ３１によるアシスト力(股関節に対して出力するトルク、関節モーメントの軽減分)の不足分を補う目的で使用する。
【００１６】
上腿連結部材２６は、装着者の上腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、上腿装着部２２によって装着者の上腿部に固定される。そして、上腿連結部材２６は、股関節アシストアクチュエータ１７によって駆動し、上腿部の運動を支援する。
上腿装着部２２は、外側が上腿連結部材２６の内側に固定されており、内側が装着者の上腿に固定される。
上腿姿勢センサ１５は、上腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、上腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００１７】
バランサ３１は、股関節の運動を補助するためのアシスト力を発生する重量物である。バランサ３１は、例えば、鉛などの質量の大きい物質で形成した重りでもよいし、バッテリやモータなど装着型ロボット１が本来備えている重量物を用いてもよい。あるいは、両者の組み合わせでもよい。
バランサ３１は、図示しないバランサアクチュエータ３４(モータやボールねじなどの駆動機構)によってバランサガイド３２に沿って移動することができる。
【００１８】
バランサガイド３２は、バランサ３１の移動を案内(ガイド)する軌道であり、上腿連結部材２６に固定されている。このため、バランサガイド３２は、股関節の回転に伴って上腿連結部材２６と共に回転し、バランサ３１は、股関節と共に回転する軌道上を移動することになる。
バランサガイド３２は、上腿連結部材２６に固定されているため、股関節からバランサ３１の重心(簡単のためバランサガイド３２やバランサアクチュエータ３４は無視している)までの水平距離にバランサ３１の重量を乗じたトルク、即ちアシスト力が股関節に作用する。
【００１９】
バランサガイド３２は、股関節から上腿部に対向する側に延設されており、バランサ３１を上腿部側にスライドさせると上腿部を下ろす方向のアシスト力が股関節に発生し、バランサ３１を逆側にスライドさせると上腿部を上げる方向のアシスト力が股関節に発生する。
本実施形態では、股関節に対するアシスト力をバランサ３１のスライドによって発生させ、バランサ３１で不足する分を股関節アシストアクチュエータ１７で補助する。
【００２０】
膝関節アシストアクチュエータ１８は、装着者の膝関節と同じ高さに設けられており、上腿連結部材２６に対して下腿連結部材２７を前後方向に駆動して、装着者の下腿部の運動を支援する。
下腿連結部材２７は、装着者の下腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、下腿装着部２３によって装着者の下腿部に固定される。そして、下腿連結部材２７は、膝関節アシストアクチュエータ１８によって駆動し、下腿部の運動を支援する。
【００２１】
下腿装着部２３は、外側が下腿連結部材２７の内側に固定されており、内側が装着者の下腿に固定される。
下腿姿勢センサ１６は、下腿部の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、下腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００２２】
足首関節アシストアクチュエータ１９は、装着者の足首関節と同じ高さに設けられており、下腿連結部材２７に対して足装着部２４のつま先を上下する方向に駆動する。
足装着部２４は、装着者の足部（足の甲、及び足裏）に固定される。一般に、足指の付け根の関節は歩行の際に屈曲するが、足装着部２４も足指の付け根の部分が足指に従って屈曲するようになっている。
【００２３】
つま先姿勢センサ１２と踵姿勢センサ１３は、それぞれ、足装着部２４の先端と後端に設置され、それぞれ、つま先と踵の姿勢（ロール角、ヨー角、ピッチ角）を検出する。また、これらの角度を微分することにより、つま先や踵の角速度や角加速度を求めることもできる。
【００２４】
つま先反力センサ１０は、足装着部２４の足裏部前方に設置され、つま先の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
踵反力センサ１１は、足装着部２４の足裏部後方に設置され、踵の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
以上のように構成された装着型ロボット１は、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９を駆動することにより、装着者の歩行を支援する。
【００２５】
図３は、装着型ロボット１のシステム構成を示した図である。
制御装置２は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、時間を計測する手段としての時計、記憶部７、各種インターフェースなどを備えた電子制御ユニットであり、装着型ロボット１の各部を電子制御する。
【００２６】
制御装置２は、また、ＣＰＵで記憶部７に記憶された歩行支援プログラム等の各種プログラムを実行することにより構成される、身体パラメータ入力部９、センサ情報取得部３、各種パラメータ算出部４、歩行動作判定部５、関節モーメント算出部６、歩行アシスト力決定部８を備えている。
【００２７】
身体パラメータ入力部９は、身長、体重などの装着者の身体的なパラメータの入力を受け付ける。なお、体重は、装着時に装着者が静止した状態でつま先反力センサ１０、踵反力センサ１１により床反力を計測し、装着型ロボット１の自重を減算することにより自動的に算出することができる。身長は、例えば、手動で入力する。
【００２８】
センサ情報取得部３は、つま先反力センサ１０〜下腿姿勢センサ１６、及びバランサ位置センサ３３の各センサから検出値を取得する。センサ情報取得部３で取得した各センサの検出値は、装着者の歩行状態を判断したり、各関節の関節モーメントを算出したり、バランサ３１の移動量を計算したりするのに使用される。
【００２９】
各種パラメータ算出部４は、センサ情報取得部３で取得した検出値から、各関節の角度や位置、関節の角速度などを求める。
歩行動作判定部５は、装着者の動作が屈伸運動や足踏み動作などの歩行以外の動作なのか、それとも実際に歩行している動作なのかを判定する。
関節モーメント算出部６は、各種パラメータ算出部４で算出されたパラメータを用いて歩行に際しての各関節に要する関節モーメントを算出する。この関節モーメントにアシスト率を乗じた値がアシストに必要なアシスト力となる。
【００３０】
歩行アシスト力決定部８は、左右両足のそれぞれに配置されているバランサ３１のスライド量、股関節アシストアクチュエータ１７、膝関節アシストアクチュエータ１８、足首関節アシストアクチュエータ１９に出力させるアシスト力を決定し、これに従ってバランサアクチュエータ３４や各アシストアクチュエータを駆動する。なお、アシスト力とは、装着型ロボット１がアシストアクチュエータを駆動して脚部に作用させるモーメント（トルク）である。
【００３１】
次に、図４の各図を用いてバランサ３１の位置と、これにより発生するアシスト力の関係について説明する。
図４(ａ)は、細矢線で示したように、バランサ３１を装着者の股関節４１よりも後方(上腿部に対向する方向)にスライドさせたところを示した図である。
図で示したように股関節４１と股関節アシストアクチュエータ１７の回転中心は同軸となるように調節されている。
【００３２】
この場合、太矢線で示したように、梃子の原理により股関節４１を中心として上腿連結部材２６を持ち上げるアシスト力が股関節４１に発生する。
このため、例えば、装着者が上腿部を持ち上げるなど、上腿部に上方向の力を加えている場合は、バランサ３１を股関節４１の後方に移動すれば、バランサ３１に作用する重力によって装着者の力をアシストすることができる。
また、股関節４１において発生させるアシスト力は、股関節４１とバランサ３１の重心との水平距離を調節することにより調節することができる。
【００３３】
ところで、バランサガイド３２(図示せず)の限界以上にはバランサ３１を移動することができないため、バランサ３１で発生させることができるアシスト力には上限がある。股関節４１でのアシスト力が当該上限を超える場合、制御装置２(図示せず)は、股関節アシストアクチュエータ１７を駆動して不足する分を補う。
このように、本実施形態では、まずバランサ３１によりアシスト力を発生させ、足りない場合は股関節アシストアクチュエータ１７で補うこととした。
【００３４】
なお、これは一例であって、バランサ３１で発生させるアシスト力と股関節アシストアクチュエータ１７で発生させるアシスト力の比率を設定し、当該比率に従ってバランサ３１と股関節アシストアクチュエータ１７によりアシスト力を発生させるように構成してもよい。
逆に、股関節アシストアクチュエータ１７でアシスト力を発生させ、股関節アシストアクチュエータ１７の能力を超える分をバランサ３１で発生させるように構成することもできる。
【００３５】
あるいは、股関節４１の角加速度が大きい場合は股関節アシストアクチュエータ１７を主として使用し、角加速度が小さい場合はバランサ３１を主として使用するなど、股関節４１の角加速度や角速度に応じて両者の使用比率を変化させるように構成することもできる。
ところで、重量物４２は、バッテリであり、これをバランサ３１として利用することもできる。このようにして歩行支援上好ましくないバッテリの重量を有効に活用することができる。
【００３６】
図４(ｂ)は、細矢線で示したように、バランサ３１を股関節４１よりも前方(膝関節側)にスライドさせたところを示した図である。
この場合、太矢線で示したように、梃子の原理により股関節４１を中心として上腿連結部材２６を押し下げるアシスト力が股関節４１に発生する。
このため、例えば、装着者が上腿部を持ち上げて、これを制止する場合や、階段や坂道を上り下りする場合など、上腿部に下方向の力を加える場合は、バランサ３１を股関節４１の前方に移動すれば、バランサ３１に作用する重力によって装着者の上腿部の力をアシストすることができる。
【００３７】
バランサ３１の位置によってアシスト力を調節できる点や、バランサ３１で足りない分を股関節アシストアクチュエータ１７のアシスト力で補う点は、バランサ３１を股関節４１の後方に位置させた場合と同じである。
また、例えば、歩行状態の判断から装着者が階段や上り坂を上っているなどと歩行シーンが判定できる場合は、装着者が上腿部で力を出すタイミングに同期させてバランサ３１を前方にスライドさせると効果的である。
【００３８】
図５の各図はバランサガイド３２の変形例を説明するための図である。
図５(ａ)は、バランサガイド３２を上腿連結部材２６に対して角度θ(０°＜θ＜９０°)の角度に固定した例である。
実施形態では、図２に示す用に、θ＝９０°としていたが、この例では、装着者が直立した状態でもバランサ３１のバランサガイド３２に沿った単位移動量当たりにおける股関節とバランサ３１の重心までの距離が大きくなるため腿上げ時におけるトルク発生効果が向上する。
ここでθは、装着者が直立した状態で水平面とバランサガイド３２との成す角度である。なお、θは、上腿連結部材２６に対して垂直な面と、バランサガイド３２との成す角度としてもよい。
【００３９】
なお、本変形例ではθを固定角度とするが、θを可変とすることも可能である。この場合、装着者の歩行状態に応じてθを調節したり、あるいは、装着者の身体パラメータや身体能力、歩き方の癖など装着者の個性に応じてθを装着者ごとに設定したりすることも可能である。
【００４０】
図５(ｂ)は、バランサガイド３２を曲線とした例である。バランサガイド３２を曲線とすることによりバランサ３１のバランサガイド３２に沿った移動量に対するアシスト力の発生特性を所望の値となるように設計することができる。
【００４１】
図６は、装着型ロボット１がバランサ３１の位置を制御する手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、制御装置２に搭載されたＣＰＵが所定のプログラムに従って行うものである。
まず、制御装置２は、身体パラメータ入力部９(図３)から装着者の身体パラメータの入力を受け付けて記憶部７に記憶する。身体パラメータとしては、身長、体重などがある。
【００４２】
次に、制御装置２は、バランサ３１の制御に必要な各種パラメータを取得する(ステップ５)。具体的には、制御装置２は、記憶部７から身体パラメータを読み込むと共に各種パラメータ算出部４から各関節の関節角度を取得し、更に各種パラメータ算出部４から床反力を取得する。床反力は、例えば、つま先反力センサ１０と踵反力センサ１１の合計値である。
【００４３】
次に、制御装置２は、関節モーメント算出部６において、身体パラメータ、関節角度、床反力などを用いて左右の股関節の関節モーメントをそれぞれ算出する(ステップ１０)。
この算出の一例は、東北大学大学院工学研究科バイオロボティクス専攻の岩野卓也氏の修士論文「装着型歩行支援システムの運動制御に関する研究」に示された式(３．６９)、式(３．７０)によって示されている。
なお、この式は、厳密に運動方程式を解いた場合であり、例えば、高齢者などの運動速度が遅い装着者に対しては時間微分項を省略した近似式で対応することが可能であると考えられる。
【００４４】
次に、制御装置２は、股関節に関節モーメントがあるか否かを判断する(ステップ１５)。これは、装着者が上腿部を前方、あるいは後方に上げているか否かを判断するものである。
両足ともに関節モーメントが無い場合(ステップ１５；Ｎ)、装着者は、上腿部を上げていないため、装着型ロボット１は、動作を停止するか否かを判断する(ステップ７０)。
この判断は、例えば、装着者が手動で歩行アシスト機能をオフしたことを検出したり、あるいは、装着者が歩行を終了したことを歩行状態などから自動的に検出して行う。
装着型ロボット１は、動作を停止する場合は(ステップ７０；Ｙ)、歩行アシストを停止し、動作を停止しない場合は(ステップ７０；Ｎ)、ステップ５に戻る。
【００４５】
一方、少なくとも一方の股関節に関節モーメントがある場合(ステップ１５；Ｙ)、装着型ロボット１は、関節モーメントが重力と同じ方向か否かを判断する(ステップ２０)。これは、装着者が上腿部を持ち上げる方向に力を加えているのか(重力と反対方向)、あるいは上腿部を押し下げる方向に力を加えているのか(重力と同じ方向)を判断するものである。なお、以降の処理は、左右の股関節について個別に行われる。
【００４６】
重力と同じ方向の場合(ステップ２０；Ｙ)、装着型ロボット１は、装着者の股関節の補助に必要なアシスト力(股関節で歩行に要する関節モーメントにアシスト率を乗じた値)とバランサ３１の重量からバランサ３１のスライド位置を算出する(ステップ２５)。この場合、スライドさせる方向は、股関節４１(股関節アシストアクチュエータ１７のモータ軸)から前方方向(膝関節方向)となる。
【００４７】
次に、装着型ロボット１は、算出したバランサ３１の位置がスライドレンジ内に収まるか、即ち、バランサガイド３２の前方方向のスライド可能な領域に算出した位置が収まるか否かを判断する(ステップ３０)。
【００４８】
収まる場合(ステップ３０；Ｙ)、装着型ロボット１は、バランサアクチュエータ３４を駆動してバランサ３１を算出した位置にスライドさせる(ステップ３５)。なお、この制御は、バランサ３１の位置をバランサ位置センサ３３で検出しながらフィードバック制御して行う。
そして、装着型ロボット１は、バランサ３１を算出した位置にスライドさせるとアシスト力のバランサ３１による補正を終了し(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
【００４９】
算出したバランサ３１の位置がスライドレンジ内に収まらない場合(ステップ３０；Ｎ)、装着型ロボット１は、バランサ３１を前方に最大量移動させ、必要なアシスト力とバランサ３１によるアシスト力の差分を股関節アシストアクチュエータ１７によって補助する(ステップ４０)。
そして、装着型ロボット１は、バランサ３１を算出した位置にスライドさせるとアシスト力のバランサ３１による補正を終了し(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
【００５０】
一方、関節モーメントの方向が重力と逆の方向の場合(ステップ２０；Ｎ)、装着型ロボット１は、ステップ２５と同様にバランサ３１のスライド位置を算出する(ステップ５０)。この場合、スライドさせる方向は、股関節４１から後方方向となる。
【００５１】
次に、装着型ロボット１は、算出したバランサ３１の位置がスライドレンジ内に収まるか、即ち、バランサガイド３２の後方方向のスライド可能な領域に算出した位置が収まるか否かを判断する(ステップ５５)。
【００５２】
収まる場合(ステップ５５；Ｙ)、装着型ロボット１は、バランサアクチュエータ３４を駆動してバランサ３１を算出した位置にスライドさせる(ステップ６０)。
そして、装着型ロボット１は、バランサ３１を算出した位置にスライドさせるとアシスト力のバランサ３１による補正を終了し(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
【００５３】
算出したバランサ３１の位置がスライドレンジ内に収まらない場合(ステップ５５；Ｎ)、装着型ロボット１は、バランサ３１を後方に最大量移動させ、必要なアシスト力とバランサ３１によるアシスト力の差分を股関節アシストアクチュエータ１７によって補助する(ステップ６５)。
そして、装着型ロボット１は、バランサ３１を算出した位置にスライドさせるとアシスト力のバランサ３１による補正を終了し(ステップ４５)、ステップ５に戻る。
【００５４】
以上に説明した実施形態では、股関節４１に要する関節モーメントをバランサ３１で補助したが、膝関節や足首関節に要する関節モーメントを重量物を用いた梃子の原理によって補助するように構成することも可能である。
【００５５】
従来の２足歩行ロボットは、バッテリなどの重量物をバランサとして利用するものもあるが、これらは、歩く上での転びにくい制御をすることを目標にした機能であり、関節にかかるトルクを補うためのものではなかった。
また、アクチュエータが発生させる人の歩行をアシストするための関節モーメントを補助するため、補助用バネなどを利用した機構は存在するが、歩行のために必要な関節モーメントを歩行アシスト機に必要な重量物（バッテリなど）をバランサとし、そのバランサが移動することにより関節モーメントを発生させ、アクチュエータの補助を可変させたものは存在しなかった。
【００５６】
これに対し、本実施形態では、各種パラメータ（身体、体重、関節角度、床反力など）から歩行に必要な関節モーメントを判断し、その値になるように、歩行アシスト機の構造部材（バッテリなどの重量物）をバランサとして利用しバランス位置を制御することができる。
【００５７】
なお、以上説明した実施形態では、上腿連結部材２６を二次元平面内で直線的、又は曲線的な形状で配置される場合について説明したが、上腿連結部材２６を３次元曲面に沿った形状とすることも可能である。
これにより、上腿連結部材２６を装着者の身体や、装置本体に沿った形状とすることができ、より小型化することができる。
【００５８】
以上に説明した実施形態により、次のような効果を得ることができる。
(１)股関節４１を補助するアシスト力をバランサ３１を用いた梃子の原理により出力することができる。
(２)バランサ３１を用いて股関節アシストアクチュエータ１７を補助することにより股関節アシストアクチュエータ１７の負荷が低減されるため、股関節アシストアクチュエータ１７の小型化、省スペース化、及び省エネルギー化を図ることができる。
(３)バランサ３１として、バッテリなど、装着型ロボット１が本来備える重量物を利用することができる。
(４)バランサ３１と股関節アシストアクチュエータ１７が協働して股関節４１の関節モーメントを補助することができる。
(５)股関節４１に要する関節モーメントをまずバランサ３１で補助し、足りない分を股関節アシストアクチュエータ１７で補うことにより股関節アシストアクチュエータ１７の負荷を低減して股関節アシストアクチュエータ１７を更に小型化することができる。
【００５９】
以上に説明した実施形態により、次のような構成を得ることができる。
装着型ロボット１は、制御装置２によって各種パラメータから各関節で歩行に要する関節モーメントを計算するため、歩行に用いる関節に要する関節モーメントを取得する関節モーメント取得手段を備えている。
また、装着型ロボット１は、股関節の回転と共にバランサガイド３２で規定される軌道に沿って移動するバランサ３１を有するため前記関節の回転運動と共に回転する所定の軌道に沿って移動する重量物を備えている。
また、装着型ロボット１は、股関節の関節モーメントを軽減する方向にバランサアクチュエータ３４によってバランサ３１を移動するため、前記取得した関節モーメントを軽減する方向に前記重量物を移動する移動手段を備えている。
【００６０】
また、装着型ロボット１は、バランサ位置センサ３３でバランサ３１の位置をフィードバック制御し、所定の位置となるようにバランサ３１の位置を調節するため、前記移動手段は、前記取得した関節モーメントに対応して前記重量物の位置を調節している。
【００６１】
また、装着型ロボット１は、股関節の関節モーメントを軽減するために股関節アシストアクチュエータ１７を有するため、前記取得した関節モーメントを軽減するアクチュエータを更に具備している。
【００６２】
また、装着型ロボット１は、股関節の関節モーメントの軽減がバランサ３１の移動で賄える範囲の場合はバランサ３１で行い、これを超える場合は、超える分を股関節アシストアクチュエータ１７で補うため、前記アクチュエータは、前記移動手段による前記関節モーメントの軽減の上限値を超えた部分を補助している。
【００６３】
また、装着型ロボット１は、バランサ３１として股関節アシストアクチュエータ１７などに電力を供給するバッテリを採用することができ、このため、前記重量物は、前記アクチュエータに電力を供給するバッテリとすることができる。
【００６４】
また、装着型ロボット１は、記憶部７にバランサ３１の制御用のプログラムを記憶することができ、このプログラムは、歩行に用いる関節に要する関節モーメントを取得する関節モーメント取得機能と、前記関節の回転運動と共に回転する所定の軌道に沿って移動する重量物を、前記取得した関節モーメントを軽減する方向に移動する移動機能と、をコンピュータで実現する歩行支援プログラムに相当する。
【符号の説明】
【００６５】
１  装着型ロボット
２  制御装置
３  センサ情報取得部
４  各種パラメータ算出部
５  歩行動作判定部
６  関節モーメント算出部
７  記憶部
８  歩行アシスト力決定部
９  身体パラメータ入力部
１０  つま先反力センサ
１１  踵反力センサ
１２  つま先姿勢センサ
１３  踵姿勢センサ
１４  腰姿勢センサ
１５  上腿姿勢センサ
１６  下腿姿勢センサ
１７  股関節アシストアクチュエータ
１８  膝関節アシストアクチュエータ
１９  足首関節アシストアクチュエータ
２１  腰部装着部
２２  上腿装着部
２３  下腿装着部
２４  足装着部
２６  上腿連結部材
２７  下腿連結部材
３１  バランサ
３２  バランサガイド
３３  バランサ位置センサ
３４  バランサアクチュエータ
４１  股関節
４２  重量物
【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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