(57)【要約】【課題】歩行補助装置のトルクを算出するための方法及び装置を提供する。【解決手段】トルク算出方法は、測定された関節角度を受信し、関節角度に基づいて予め決定した数の歩行状態の間の遷移に対する歩行パラメータを取得し、関節角度に基づいて歩行周期を取得して、歩行周期及び歩行パラメータに基づいて出力トルクを取得する。【選択図】  図５
2017035465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節角度に基づいて歩行周期を決定するステップと、
前記関節角度に基づいて予め決定した歩行状態の間の遷移に対する歩行パラメータを決定するステップと、
前記歩行周期及び前記歩行パラメータに基づいて出力トルクを算出するステップと、
を含む、歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項２】
前記歩行周期を決定するステップは、
前記関節角度に基づいて歩行周波数を算出するステップと、
前記歩行周波数を用いて前記歩行周期を決定するステップと、
を含む、請求項１に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項３】
前記歩行パラメータを決定するステップは、
前の歩行状態及び前記関節角度に基づいて前記歩行状態のうちの現在の歩行状態を決定するステップと、
前記前の歩行状態及び前記現在の歩行状態を比較することによって前記遷移が発生したか否かを決定するステップと、
前記遷移が発生した場合、前記歩行パラメータを決定するステップと、
を含む、請求項１又は２に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項４】
前記歩行パラメータを決定するステップは、前記歩行パラメータとして第２歩行周期を取得する又は算出するステップを含み、
前記出力トルクを算出するステップは、前記歩行周期及び前記第２歩行周期を用いて前記出力トルクを算出するステップを含む、
請求項３に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項５】
前記第２歩行周期を取得するステップは、前記現在の歩行状態に対して予め設定された値を前記第２歩行周期の値として定義するステップを含む、請求項４に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項６】
前記歩行パラメータを決定するステップは、前記歩行パラメータとして第２歩行周波数を算出するステップを含み、
前記出力トルクを算出するステップは、前記歩行周期及び前記第２歩行周波数を用いて前記出力トルクを算出するステップを含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項７】
前記第２歩行周波数を算出するステップは、前記遷移の周期を用いて前記第２歩行周波数を算出するステップを含む、請求項６に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項８】
前記現在の歩行状態を決定するステップは、関節角度に対して予め決定した数の歩行状態のうちの測定された関節角度に対応する歩行状態を前記現在の歩行状態に決定するステップを含む、請求項３に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項９】
前記出力トルクを算出するステップは、
前記歩行周期及び前記歩行パラメータの間の差が閾値以上であるか否かを決定するステップと、
前記差が前記閾値以上の場合、前記歩行周期及び前記歩行パラメータのうちの前記歩行パラメータだけを用いて前記出力トルクを算出するステップと、
前記差が前記閾値未満の場合、前記歩行周期及び前記歩行パラメータを用いて前記出力トルクを算出するステップと、
を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１０】
前記出力トルクを算出するステップは、
条件が満たされたか否かを決定するステップと、
前記条件が満たされた場合、前記歩行周期及び前記歩行パラメータのうちの前記歩行パラメータを用いて前記出力トルクを算出するステップと、
を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１１】
前記条件は動作初期判断条件である、請求項１０に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１２】
前記動作初期判断条件は、前記予め決定した数の歩行状態のうちのいずれか１つの歩行状態が現在の歩行状態に決定されたことが予め設定された回数以下である、請求項１１に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１３】
前記出力トルクを算出するステップは、
前記歩行周期及び前記歩行パラメータに基づいて最終歩行周期を決定するステップと、
前記最終歩行周期に対応する前記出力トルクを算出するステップと、
を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１４】
前記関節角度は、股関節、膝関節、及び足関節のうちの少なくとも１つの角度である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１５】
前記歩行周期を決定するステップは、ＰＳＡＯを用いて前記歩行周期を決定するステップを含む、
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１６】
前記歩行パラメータを決定するステップは、有限状態機械（ＦＳＭ）に基づいて前記歩行パラメータを決定するステップを含む、請求項１又は２に記載の歩行補助装置の出力トルク算出方法。
【請求項１７】
測定された関節角度を受信する通信部と、
前記関節角度に基づいて予め決定した歩行状態の間の遷移に対する歩行パラメータを決定し、前記関節角度に基づいて歩行周期を決定して、前記歩行周期及び前記歩行パラメータに基づいて出力トルクを決定するプロセッサと、
を含む、トルク算出装置。
【請求項１８】
測定された関節角度に基づいて第１歩行周期を取得するステップと、
前記関節角度に基づいて予め決定した歩行状態の間の遷移に対する第２歩行周期を取得するステップと、
前記遷移が発生した場合、前記第１歩行周期及び前記第２歩行周期に基づいて最終歩行周期を算出するステップと、
前記最終歩行周期に対応するトルクを算出するステップと、
を含む、トルク算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク算出方法に関し、より詳しくは、歩行補助装置のトルク算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、高齢化社会の深刻化に伴って関節に問題が生じ、これに対する痛みと不自由を訴える人が増加しており、関節の不自由な老人や患者の歩行を円滑にする歩行補助装置に対する関心が高まっている。また、軍事用などの目的で人体の筋力を強化させるための歩行補助装置が開発されている。
【０００３】
例えば、歩行補助装置は、ユーザの胴体に装着される胴体フレームと、胴体フレームの下側に結合してユーザの骨盤を取り囲む骨盤フレームと、ユーザの大腿部及びふくらはぎ、足部位に装着される大腿部フレーム、ふくらはぎフレーム、足フレームから構成される。骨盤フレームと大腿部フレームは股関節部によって回転可能に連結され、大腿部フレームとふくらはぎフレームは膝関節部により回転可能に連結され、ふくらはぎフレームと足フレームは足関節部によって回転可能に連結される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、歩行補助装置の出力トルク算出方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る歩行補助装置の出力トルク算出方法は、関節角度に基づいて歩行周期（ｇａｉｔ  ｃｙｃｌｅ）を決定するステップと、前記関節角度に基づいて予め決定した歩行状態の間の遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）に対する歩行パラメータを決定するステップと、前記歩行周期及び前記歩行パラメータに基づいて出力トルクを算出するステップとを含む。
【０００６】
前記歩行周期を決定するステップは、前記関節角度に基づいて歩行周波数（ｇａｉｔ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を算出するステップと、前記歩行周波数を用いて前記歩行周期を決定するステップとを含んでもよい。
【０００７】
前記歩行パラメータを決定するステップは、前の（ｐｒｅｖｉｏｕｓ）歩行状態及び前記関節角度に基づいて前記歩行状態のうちの現在の（ｃｕｒｒｅｎｔ）歩行状態を決定するステップと、前記前の歩行状態及び前記現在の歩行状態を比較することによって前記遷移が発生したか否かを決定するステップと、前記遷移が発生した場合、前記歩行パラメータを決定するステップとを含んでもよい。
【０００８】
前記歩行パラメータを決定するステップは、前記歩行パラメータとして第２歩行周期（ｓｅｃｏｎｄ  ｇａｉｔ  ｃｙｃｌｅ）を取得するステップを含み、前記トルクを算出するステップは、前記歩行周期及び前記第２歩行周期を用いて前記トルクを算出するステップを含んでもよい。
【０００９】
前記第２歩行周期を決定するステップは、前記現在の歩行状態に対して予め設定された値を前記第２歩行周期の値として定義するステップを含んでもよい。
【００１０】
前記歩行パラメータを決定するステップは、前記歩行パラメータとして第２歩行周波数（ｓｅｃｏｎｄ  ｇａｉｔ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を算出するステップを含み、前記トルクを算出するステップは、前記歩行周期及び前記第２歩行周波数を用いて前記トルクを算出するステップを含んでもよい。
【００１１】
前記第２歩行周波数を算出するステップは、前記遷移の周期を用いて前記第２歩行周波数を算出するステップを含んでもよい。
【００１２】
前記現在の歩行状態を決定するステップは、関節角度に対して予め決定した数の歩行状態のうちの前記測定された関節角度に対応する歩行状態を前記現在の歩行状態に決定するステップを含んでもよい。
【００１３】
前記トルクを算出するステップは、前記取得された歩行周期及び前記歩行パラメータの間の差が閾値以上であるか否かを決定するステップと、前記差が前記閾値以上の場合、前記歩行周期及び前記歩行パラメータのうちの前記歩行パラメータだけを用いて前記トルクを算出するステップを含んでもよい。
【００１４】
前記トルクを算出するステップは、前記取得された歩行周期及び前記歩行パラメータの間の差が閾値以上であるか否かを決定するステップと、前記差が前記閾値未満の場合、前記歩行周期及び前記歩行パラメータを用いて前記トルクを算出するステップとを含んでもよい。
【００１５】
前記トルクを算出するステップは、条件が満たされたか否かを決定するステップと、前記条件が満たされた場合、前記歩行周期及び前記歩行パラメータのうちの前記歩行パラメータを用いて前記トルクを算出するステップとを含んでもよい。
【００１６】
前記条件は、動作初期判断条件（ｉｎｉｔｉａｌ−ｓｔａｇｅ−ｏｆ−ｗａｌｋｉｎｇ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）であってもよい。
【００１７】
前記動作初期判断条件は、前記予め決定した数の歩行状態のうちのいずれか１つの歩行状態が現在の歩行状態に決定されたことが予め設定された回数以下であってもよい。
【００１８】
前記トルクを算出するステップは、前記歩行周期及び前記歩行パラメータに基づいて最終歩行周期（ｆｉｎａｌ  ｇａｉｔ  ｃｙｃｌｅ）を決定するステップと、前記最終歩行周期に対応する前記トルクを算出するステップとを含んでもよい。
【００１９】
前記関節角度は、股関節、膝関節、及び足関節のうちの少なくとも１つの角度であってもよい。
【００２０】
前記歩行周期を決定するステップは、ＰＳＡＯ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いて前記歩行周期を決定するステップを含んでもよい。
【００２１】
前記歩行パラメータを決定するステップは、有限状態機械（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｓｔａｔｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ：ＦＳＭ）に基づいて前記歩行パラメータを決定するステップを含んでもよい。
【００２２】
本発明の他の一実施形態に係るトルク算出装置は、測定された関節角度を受信する通信部と、前記関節角度に基づいて予め決定した歩行状態の間の遷移に対する歩行パラメータを決定し、前記関節角度に基づいて第１歩行周期（ｆｉｒｓｔ  ｇａｉｔ  ｃｙｃｌｅ）を決定して、前記歩行周期及び前記歩行パラメータに基づいて出力トルクを決定するプロセッサとを含む。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、歩行補助装置の出力トルク算出方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る歩行補助装置を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る歩行補助装置を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係る歩行補助装置の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る補助トルク算出方法のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る出力トルク算出方法のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る歩行周期を取得する方法のフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係るＰＳＡＯによる歩行周期を示す。
【図８】本発明の一実施形態に係る歩行周期に対する股関節角度の基準軌跡を示す。
【図９】本発明の一実施形態に係る歩行周期に対して設定された補助トルクを示す。
【図１０】本発明の一実施形態に係る測定された股関節角度の軌跡を示す。
【図１１】本発明の一実施形態に係る時間に対する歩行周期を示す。
【図１２】本発明の一実施形態に係る歩行パラメータを取得する方法のフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る歩行状態を示す。
【図１４】本発明の一実施形態に係る歩行状態の間の遷移を示す。
【図１５】本発明の一実施形態に係る第２歩行周期及び第２歩行周波数を取得する方法のフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態に係るトルクを算出する方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の他の一実施形態に係るトルクを算出する方法のフローチャートである。
【図１８】本発明のまた他の一実施形態に係るトルクを算出する方法のフローチャートである。
【図１９】本発明の一実施形態に係る最終的に取得された歩行周期の結果を示す。
【図２０】本発明の他の一実施形態に係る歩行補助装置を示す。
【図２１】本発明の他の一実施形態に係る歩行補助装置を示す。
【図２２】本発明の他の一実施形態に係る歩行補助装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら、詳細に説明する。各図面で提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００２６】
以下で説明する実施形態は様々な変更が加えられてもよい。以下で説明する実施形態は実施形態に対して限定しようとするものではなく、これに対する全ての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解しなければならない。
【００２７】
本実施形態で用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いるものであって、実施形態を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
【００２８】
異なる定義さがれない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
【００２９】
また、図面を参照して説明する際に、図面符号に関係なく同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、それに対する重複説明を省略する。本実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
＜歩行補助装置の概要＞
【００３１】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る歩行補助装置を示す。
【００３２】
図１を参照すると、歩行補助装置１００はユーザに装着されてユーザの歩行を補助する。歩行補助装置１００はウェアラブル装置であってもよい。図１は、腰タイプ（ｈｉｐ−ｔｙｐｅ）の歩行補助装置を示しているが、歩行補助装置のタイプは腰タイプに制限されるものではなく、歩行補助装置は、下肢全体を支援する形態又は下肢の一部を支援するタイプであってもよい。また、歩行補助装置は、下肢の一部を支援する形態、膝まで支援する形態、足首まで支援する形態、及び全身を支援する形態のうちのいずれか１つであってもよい。
【００３３】
全身を支援する歩行補助装置に関しては、下記の図２０〜２２を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１などを参照して説明する本発明の実施形態は、腰タイプに対して適用されているが、これに限定されるものではなく、ユーザの歩行を補助する装置に対して全て適用されてもよい。例えば、図２０〜図２２を参照して説明する全身タイプ歩行補助装置（ｗｈｏｌｅ  ｂｏｄｙ−ｔｙｐｅ  ｗａｌｋｉｎｇ  ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ）に対しても全て適用されてもよい。
【００３５】
本発明の一実施形態によれば、歩行補助装置１００は、駆動部１１０、センサ部１２０、慣性（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ：ＩＭＵ）センサ１３０、及び制御部１４０を含む。
【００３６】
駆動部１１０は、ユーザの股関節を駆動させる。例えば、駆動部１１０は、ユーザの右腰及び／又は左腰の部分に位置する。
【００３７】
駆動部１１０は、回転トルクを発生させることができるモータを含む。例えば、駆動部１１０は、ユーザの腰の部分にそれぞれ位置する２つのモータを含んでもよい。
【００３８】
センサ部１２０は、歩行時のユーザの股関節角度を測定する。センサ部１２０において検出される股関節角度に関する情報は、右股関節角度、左股関節角度、両股関節角度の間の差及び股関節の運動方向を含んでもよい。例えば、センサ部１２０は駆動部１１０の中に位置してもよい。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、センサ部１２０はポテンショメータを含んでもよい。ポテンショメータは、ユーザの歩行動作によるＲ軸、Ｌ軸関節角度及びＲ軸、Ｌ軸関節角速度を検出する。
【００４０】
慣性センサ１３０は、歩行時の加速度情報と姿勢情報を測定する。例えば、慣性センサ１３０は、ユーザの歩行動作によるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸角速度を検出する。
【００４１】
歩行補助装置１００は、慣性センサ１３０で測定された加速度情報に基づいてユーザの足が着地する地点を検出する。
【００４２】
圧力センサ（図示せず）は、ユーザの足の裏に位置し、ユーザの足の着地時点を検出する。
【００４３】
歩行補助装置１００は、上述にて説明したセンサ部１２０及び慣性センサ１３０以外に、歩行動作によるユーザの運動量又は生体信号などの変化を検出できる他のセンサ（例えば、筋電センサ（ＥｌｅｃｔｒｏＭｙｏＧｒａｍ  ｓｅｎｓｏｒ：ＥＭＧ  ｓｅｎｓｏｒ））を含んでもよい。
【００４４】
制御部１４０は、駆動部１１０がユーザの歩行を助けるためのトルク（又は、補助力、補助トルク）を出力するように、駆動部１１０を制御する。例えば、腰タイプの歩行補助装置１００において、駆動部１１０は２つ（左腰及び右腰）であり、制御部１４０はトルクが発生するように駆動部１１０を制御する制御信号を出力する。本発明の一実施形態によれば、制御部１４０は駆動部１１０のそれぞれに他の制御信号を出力してもよい。
【００４５】
駆動部１１０は、制御部１４０が出力した制御信号に基づいて、トルクを発生させる。
【００４６】
トルクは外部によって設定されてもよく、制御部１４０によって設定されてもよい。
【００４７】
本発明の一実施形態によれば、歩行補助装置１００は右足のための駆動部１１０及び左足のための駆動部１１０を含んでもよい。
【００４８】
例えば、制御部１４０はいずれか１つの駆動部１１０を制御するように設計されてもよい。制御部１４０がいずれか１つの駆動部１１０だけを制御する場合、制御部１４０は複数であってもよい。
【００４９】
他の例として、制御部１４０は両駆動部１１０を全て制御するように設計されてもよい。
【００５０】
図３は、本発明の一実施形態に係る歩行補助装置の構成図である。
【００５１】
歩行補助装置３００は、制御部３１０、センサ３２０、及び駆動部３３０を含む。
【００５２】
歩行補助装置３００は、上述の歩行補助装置１００に対応する。例えば、制御部３１０は制御部１４０に対応し、センサ３２０はセンサ部１２０に対応し、駆動部３３０は駆動部１１０に対応する。
【００５３】
本発明の一実施形態によれば、制御部３１０は、通信部３１１、プロセッサ３１２、及び記憶部３１３を含む。制御部３１０はトルク算出装置と呼んでもよい。
【００５４】
通信部３１１は、センサ３２０とデータを交換でき、他の装置と通信を行う。通信部３１１０は送信機及び受信機を含む。
【００５５】
プロセッサ３１２は、通信部３１１が受信したデータ及び記憶部３１３に記憶されたデータを処理する。
【００５６】
記憶部３１３は、通信部３１１が受信したデータ及びプロセッサ３１２が処理したデータを記憶する。
【００５７】
制御部３１０、センサ３２０、及び駆動部３３０に関しては、下記の図４〜図１９を参照して詳細に説明する。
【００５８】
＜歩行補助装置の補助トルク算出方法＞
【００５９】
図４は、本発明の一実施形態に係る補助トルク算出方法のフローチャートである。
【００６０】
歩行補助装置３００は、歩行時の歩行状態に対応する補助トルクを連続的にユーザに提供することができる。
【００６１】
本発明の一実施形態によれば、歩行補助装置３００は、ユーザの関節角度に基づいて補助トルクを算出する。関節は股関節、膝関節、及び足関節を含んでもよい。
【００６２】
ステップＳ４１０における歩行補助装置３００は、ユーザの関節角度を測定する。
【００６３】
本発明の一実施形態によれば、歩行補助装置３００の関節角度センサが関節角度を測定してもよい。センサ３２０は関節角度センサを含んでもよい。
【００６４】
例えば、関節角度センサは、ユーザの関節周辺に取付けてもよい。他の例として、関節角度センサは、関節を中心に支持する２つの支持台の角度を測定することによって関節角度を測定してもよい。
【００６５】
本発明の一実施形態によれば、ステップＳ４２０における歩行補助装置３００は、ＰＳＡＯ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ  Ｓｈａｐｅｄ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）による第１歩行周期を推定する。
【００６６】
ステップＳ４３０における歩行補助装置３００は、ＦＳＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｓｔａｔｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ）による第２歩行周期を推定する。
【００６７】
ステップＳ４２０における歩行補助装置３００は、第１歩行周期及び第２歩行周期を用いて最終歩行周期を推定する。
【００６８】
本発明の他の一実施形態によれば、ステップＳ４２０における歩行補助装置３００は、第２歩行周期を用いて第１歩行周期を推定してもよい。ステップＳ４２０が行われる前に、歩行補助装置３００は第２歩行周期を算出してもよい。第１歩行周期が最終歩行周期であってもよい。
【００６９】
ステップＳ４４０における歩行補助装置３００は、最終歩行周期に対する補助トルクを算出する。
【００７０】
算出された補助トルクは、駆動部３３０に伝達される。駆動部３３０は、モータを回転させることによって補助トルクを発生させることができる。
【００７１】
ＰＳＡＯ及びＦＳＭを用いて出力トルクを算出（又は、取得）するという方法に関しては、下記の図５〜図１９を参照して詳細に説明する。
【００７２】
＜ＰＳＡＯ及び／又はＦＳＭを利用した出力トルク算出方法＞
【００７３】
図５は、本発明の一実施形態に係る出力トルク算出方法のフローチャートである。
【００７４】
ステップＳ５１０におけるセンサ３２０は、関節角度を測定する。例えば、センサ３２０は股関節角度を測定してもよい。
【００７５】
センサ３２０は予め決定した周期によって関節角度を測定する。
【００７６】
ステップＳ５２０におけるセンサ３２０は、通信部３１１で測定された関節角度を送信する。
【００７７】
通信部３１１は、センサ３２０から測定された関節角度を受信する。
【００７８】
本発明の一実施形態によれば、センサ３２０及び通信部３１１は無線近距離通信を用いてデータを交換してもよい。
【００７９】
関節角度が予め決定した周期によって測定されるため、測定された関節角度は時間軸に対応する軌跡を生成してもよい。
【００８０】
ステップＳ５３０におけるプロセッサ３１２は、関節角度に基づいて歩行周期を決定する。例えば、プロセッサ３１２は関節角度に対する軌跡を用いて歩行周期を決定してもよい。
【００８１】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、ＰＳＡＯを用いて連続的に歩行周期を決定してもよい。例えば、プロセッサ３１２は、予め設定された関節角度の軌跡を参照して現在の歩行周期を決定してもよい。予め設定された関節角度の軌跡に関しては、下記の図８を参照して詳細に説明する。
【００８２】
ＰＳＡＯを用いて取得された歩行周期は第１歩行周期であってもよい。
【００８３】
本発明の一実施形態によれば、ステップＳ５４０を行うプロセッサは、プロセッサ３１２と同一であってもよい。言い換えると、ステップＳ５３０及びステップＳ５４０は同一のプロセッサ３１２によって行われてもよい。
【００８４】
本発明の他の一実施形態によれば、ステップＳ５４０を行うプロセッサは、プロセッサ３１２と異なるプロセッサであってもよい。この場合、制御部３１０は複数のプロセッサを含んでもよい。
【００８５】
下記の説明においては、ステップＳ５３０及びステップＳ５４０が同一のプロセッサによって行われると説明するが、ステップＳ５３０及びステップＳ５４０が互いに異なるプロセッサによってそれぞれ行われてもよい。
【００８６】
ステップＳ５４０におけるプロセッサ３１２は、ＦＳＭを用いて歩行パラメータを決定する。例えば、プロセッサ３１２は、関節角度に基づいてＦＳＭ内に含まれた予め決定した数の歩行状態の間の遷移に対する歩行パラメータを決定することができる。予め決定した数の歩行状態の間の遷移に関しては、下記の図１２〜図１４を参照して詳細に説明する。
【００８７】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、ＦＳＭを用いて歩行パラメータを決定してもよい。例えば、歩行パラメータは、ＦＳＭを用いて測定される第２歩行周波数及び第２歩行周期であってもよい。ＦＳＭを用いて測定される第２歩行周波数及び第２歩行周期に関しては、下記の図１５を参照して説明する。
【００８８】
本発明の一実施形態によれば、ステップＳ５３０及びステップＳ５４０は並列的に行われてもよい。例えば、ＰＳＡＯによる歩行周期及びＦＳＭによる歩行パラメータが並列的に決定されてもよい。
【００８９】
本発明の他の一実施形態によれば、ステップＳ５４０が行われることによって歩行パラメータが決定され、ステップＳ５３０において、歩行パラメータは、ＰＳＡＯによる歩行周期を決定するための基準値（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｖａｌｕｅ）として用いられてもよい。
【００９０】
ステップＳ５５０におけるプロセッサ３１２は、決定された歩行周期及び決定された歩行パラメータに基づいて出力トルクを算出（又は、取得）する。
【００９１】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、第１歩行周期及び歩行パラメータ（例えば、第２歩行周期）を用いて最終歩行周期を決定してもよい。プロセッサ３１２は、最終歩行周期に対応する出力トルクを算出してもよい。
【００９２】
本発明の他の一実施形態によれば、歩行パラメータがＰＳＡＯによる歩行周期を決定するための基準値として用いられた場合、プロセッサ３１２は第１歩行周期に対応する出力トルクを算出してもよい。
【００９３】
出力トルクを算出する方法に関しては、下記の図１６〜図１８を参照して詳細に説明する。
【００９４】
ステップＳ５６０におけるプロセッサ３１２は、算出された出力トルクに対する信号を駆動部３３０に設定する。例えば、プロセッサ３１２は、通信部３１１を介して出力トルクに対する信号を駆動部３３０に伝達することによって出力トルクを駆動部３３０に設定することができる。
【００９５】
駆動部３３０は、信号に基づいてモータを用いてトルクを発生させることができる。
【００９６】
図６は、本発明の一実施形態に係る歩行周期を取得する方法のフローチャートである。
【００９７】
ＰＳＡＯは、測定された関節角度を入力とし、歩行周期を出力とする信号処理に対するモジュールであってもよい。
【００９８】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２はＰＳＡＯモジュールを含んでもよい。以下の説明において、ＰＳＡＯに関する説明は、プロセッサ３１２に関する説明して理解されてもよい。
【００９９】
上述のステップＳ５３０は、下記のステップ（Ｓ６１０及びＳ６２０）を含む。
【０１００】
ステップＳ６１０におけるプロセッサ３１２は、歩行周波数を算出する。
【０１０１】
図８に示されているように、ＰＳＡＯに記憶された関節角度の基準軌跡（以下、関節角度の基準軌跡は、基準軌跡と略す）は、歩行周期に対する関節角度の基準軌跡である。
【０１０２】
歩行周期は、第１足が地面に接地する瞬間から第１足が再度地面に接地する瞬間までを一周期とする。
【０１０３】
図７に示されているように、歩行周期は、一周期の間、直線的に増加する変数として定義される。図７は、両足のうちのどちらか片方の足の軌跡に関してのみ図に示しているが、他の片方の足の軌跡に対しても図７と同様に説明されてもよい。
【０１０４】
例えば、歩行周期において、０％は足がスイング（ｓｗｉｎｇ）を経て地面に接地する状態を示し、０％〜６０％は足が体を支持（ｓｔａｎｃｅ）している状態を示し、６０％〜１００％は足がスイングをしている状態を示し、１００％は足がスイングを経て地面に接地する直前の状態を示す。
【０１０５】
ＰＳＡＯは、オフセット、基本周波数又は基本周波数を変調した周波数を有する複数の発振器（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を含んでもよい。複数の発振器は、それぞれの位相と振幅を有してもよい。基本周波数を変調した周波数は、基本周波数の整数倍の周波数であってもよい。
【０１０６】
具体的には、ＰＳＡＯは、基本周波数と基本周波数の整数倍に該当する周波数を有する複数の発振器のそれぞれに、基準軌跡、それぞれの位相、及び振幅を適用することによって、複数の発振器のそれぞれの角度を決定することができる。
【０１０７】
ＰＳＡＯは、複数の発振器から決定された複数の角度を重複することによって重複角度を生成してもよい。ＰＳＡＯは、生成された重複角度を歩行周期の順に組み合わせることによって重複角度軌跡（ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ  ａｎｇｌｅ  ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）を生成してもよい。その後、ＰＳＡＯは、重複角度と測定された関節角度との間の誤差を最小化するために、基本周波数、オフセット、複数の発振器の位相、及び振幅を繰り返し補正してもよい。
【０１０８】
前記補正を繰り返せば、重複角度軌跡が測定された関節角度の軌跡と近似し得る。基本周波数、オフセット、及び複数の発振器の振幅は、測定された関節角度の軌跡に対応するように一定の値で収束され得る。
【０１０９】
生成された重複角度軌跡が測定された関節角度の軌跡に対応する場合、ＰＳＡＯの基本周波数は歩行周波数に対応する。基本周波数を有する発振器の位相は、現在の歩行位相に該当してもよい。
【０１１０】
以下、上述のＰＳＡＯが測定された関節角度の軌跡に周期的に対応するように、基本周波数、オフセット、複数の発振器の位相、及び振幅を補正する方法と歩行位相を算出する方法に関して、式を用いて説明するようにする。
（式１）
【０１１１】
【数１】
2017035465.tif 000003
【０１１２】
（式１）は重複角度を算出する式である。
【０１１３】
（式１）において、ｉはＰＳＡＯの複数の発振器を示し、ｎは関節角度の測定及び補正周期（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｃｙｃｌｅ）のインデックスを示し、θｐは重複角度を示し、αｏは重複角度のオフセットを示し、αｉはｉ番目の発振器の振幅を示し、ｆ（ψ）は基準軌跡の関数を示し、ψｉはｉ番目の発振器の位相を示す。
【０１１４】
（式２）
ε（ｎ）＝θｈ（ｎ）―θｐ（ｎ）
【０１１５】
（式２）は誤差値を算出する式である。誤差値は測定された関節角度と（式１）で算出した重複角度の差値である。
【０１１６】
（式２）において、εは誤差値を示し、θｈは測定された関節角度を示す。
（式３）
【０１１７】
【数２】
2017035465.tif 000004
【０１１８】
（式３）はＰＳＡＯの発振器の関節角度の基準軌跡に対する変化率示す。
（式４）
【０１１９】
【数３】
2017035465.tif 000005
【０１２０】
（式４）は、ＰＳＡＯの複数の発振器のうちの基本周波数のｉ倍の周波数を有する発振器の振幅を補正する式である。
【０１２１】
（式４）において、振幅の利得補正、誤差値、及びｉ番目の発振器の位相を基準軌跡の関数に適用した結果値をかけて、発振器のインデックスを割ることによって発振器の振幅補正量が算出される。
【０１２２】
（式４）において、振幅補正量に補正繰り返し周期（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｉｔｅｒａｔｉｏｎ  ｐｅｒｉｏｄ）のＴｓをかけて、その結果値に前の補正振幅値を加えることによって現在の補正振幅値が算出され得る。
【０１２３】
（式４）において、現在の補正振幅値が０より小さくならないように制限されてもよい。（式４）によって測定された関節角度と重複角度との間の誤差値を減少させてもよい。
【０１２４】
（式４）において、ｋａは振幅の利得補正を示し、Ｔｓは関節角度の測定及び補正繰り返し周期を示す。測定が行われる時点がサンプリング時点である場合に、Ｔｓはサンプリング周期を示す。サンプリング周期は約１〜１０［ｍｓ］の範囲内であってもよい。
（式５）
【０１２５】
【数４】
2017035465.tif 000006
【０１２６】
（式５）はＰＳＡＯの複数の発振器のうちの基本周波数のｉ倍の周波数を有する発振器の位相を算出する式である。
【０１２７】
ｉ番目の発振器は基本周波数のｉ倍の周波数を有する。位相が誤差値と基準軌跡の変化率をかけた値によってその増加量が変化し得るため、測定された関節角度及び重複角度軌跡の間の誤差値が減少し得る。
【０１２８】
位相を補正するために、発振器のインデックスとＰＳＡＯの基本周波数をかけて第１値を算出し、位相の利得補正、誤差、及び発振器の位相を基準軌跡の変化率に対する関数に適用した結果値をかけて、複数の発振器の振幅を全て加えた値で割って第２値を算出することができる。第１値と第２値を加えることによってｉ番目の発振器の位相の補正の値を算出することができる。算出された補正の値に補正周期をかえて、前のサンプリングタイムに補正された位相を加えれば、ｉ番目の発振器の現在の補正された位相を算出することができる。
【０１２９】
（式５）において、ｋψは位相の利得補正を示し、ωはＰＳＡＯの基本周波数を示す。
（式６）
【０１３０】
【数５】
2017035465.tif 000007
【０１３１】
（式６）はＰＳＡＯの基本周波数を補正する式である。
【０１３２】
（式６）は、周波数の利得補正、誤差値、及び１番目の発振器の位相を基準軌跡の変化率に対する関数を適用した結果値をかけて、複数の発振器の振幅を全て加えた値に割ることによって第３値を算出することができる。
【０１３３】
（式６）は、カップリング周波数利得（ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｇａｉｎ）、他のＰＳＡＯが他の側面で測定した関節角度軌跡の周波数と現在のＰＳＡＯ（ｐｒｅｓｅｎｔ  ＰＳＡＯ）の基本周波数との差を二乗して−１／２をかけた値を自然指数処理した値及び他の側面で測定された関節角度軌跡の周波数及び基本周波数の間の差をかけた値を（式６）で算出される関節を除いた全ての関節別に加えて第４値を得ることができる。
【０１３４】
例えば、現在のＰＳＡＯは右股関節角度軌跡（ａｎｇｌｅ  ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ  ｏｆ  ａ  ｒｉｇｈｔ  ｈｉｐ  ｊｏｉｎｔ）の周波数を測定してもよく、他のＰＳＡＯは左股関節角度軌跡（ａｎｇｌｅ  ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ  ｏｆ  ａ  ｌｅｆｔ  ｈｉｐ  ｊｏｉｎｔ）の周波数を測定してもよい。
【０１３５】
（式６）の第３値は、ＰＳＡＯの基本周波数が測定された関節角度の軌跡の周波数に対応するように基本周波数を補正するための値である。
【０１３６】
推定された左関節角度軌跡の周波数及び推定された右関節角度軌跡の周波数は、一般的には一致する。しかし、推定されたそれぞれの周波数が異なる場合、第４値は異なる周波数を一致させるために基本周波数を補正するための値である。
【０１３７】
具体的には、第４値の自然指数の部分は、２つの周波数の間の差が大きければ、０に収束するため、２つの周波数の間のカップリングを遮断することができる。第４値の自然指数の部分は、２つの周波数の間の差が小さければ、２つの周波数が同一になるように誘導することができる。
【０１３８】
第３値及び第４値の合計は、ＰＳＡＯの基本周波数の補正量であってもよい。第３値と第４値の合計に補正周期をかけた後、前に補正された基本周波数を加えれば、現在の補正基本周波数を算出することができる。
【０１３９】
（式６）において、ｋωは周波数の利得補正を示し、ｋｃはカップリング周波数利得を示し、ωｅｘｔは他のＰＳＡＯが他の側面で測定した関節角度軌跡の周波数を示す。
（式７）
【０１４０】
【数６】
2017035465.tif 000008
【０１４１】
（式７）はＰＳＡＯの重複角度のオフセットを補正する式である。
【０１４２】
（式７）は、ＰＳＡＯの重複角度のオフセットが測定された関節角度のオフセットに対応するように補正することによってオフセットによる算出誤差を減少させることができる。
【０１４３】
（式７）において、ｋｏはオフセット利得補正を示す。上述の式によってＰＳＡＯは、測定された関節角度に対応するように重複角度を算出し、このような算出を歩行時間の間継続的に行うことによって重複角度の軌跡と測定された関節角度の軌跡を互いに対応させることができる。
【０１４４】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、ＰＳＡＯ又はＰＳＡＯモジュールを含んでもよい。例えば、プロセッサ３１２は、左股関節のためのＰＳＡＯ及び右股関節のためのＰＳＡＯを含んでもよい。
【０１４５】
上述の（式１）〜（式７）によって歩行周波数が算出されてもよい。
【０１４６】
ステップ６２０におけるプロセッサ３１２は、歩行周波数を用いて歩行周期を決定する。
【０１４７】
プロセッサ３１２は、ＰＣＡＯ（Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いて歩行周期を決定してもよい。
【０１４８】
本発明の一実施形態によれば、ＰＣＡＯは、測定された関節角度を入力とし、現在の歩行周期を出力とする信号処理に対するモジュールであってもよい。
【０１４９】
本発明の他の一実施形態によれば、ＰＣＡＯは、ＰＳＡＯの基準軌跡を正弦波に代替するＰＳＡＯの下位概念であってもよい。
【０１５０】
プロセッサ３１２はＰＣＡＯモジュールを含んでもよい。以下の説明において、ＰＣＡＯに関する説明は、プロセッサ３１２に関する説明として理解されてもよい。
【０１５１】
ＰＣＡＯは、ＡＯ−１（第１Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＡＯ−２（第２Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、及び歩行周期算出部を含んでもよい。
【０１５２】
ＡＯ−１は、測定された関節角度を入力とし、基本周波数と基本周波数を変調した周波数を有する三角関数を重複して第１重複角度軌跡を算出することができる。ＡＯ−１は、基本周波数を有する三角関数の位相の第１位相を算出することができる。
【０１５３】
ＡＯ−２は、歩行周期算出部で算出した現在の歩行周期を用いて、現在の歩行周期に対応する基準軌跡上の基準角度を基本周波数と基本周波数を変調した周波数を有する三角関数に適用してもよい。ＡＯ−２は、基準角度が適用された三角関数を重複することによって第２重複角度軌跡を算出することができる。ＡＯ−２は、基本周波数を有する三角関数の位相の第２位相を算出することができる。
【０１５４】
ＰＣＡＯのＡＯ−１は、現在の測定された関節の角度に該当する位相だけを算出するモジュールであるため、歩行中の基準軌跡を用いた第２重複角度軌跡では、第１重複角度軌跡を補償できない。
【０１５５】
第２重複角度軌跡で第１重複角度軌跡を補償するために、ＰＣＡＯにＡＯ−２が追加的に含まれてもよい。
【０１５６】
歩行位相算出部は、ＡＯ−１で算出した第１位相とＡＯ−２で算出した第２位相とを用いて第１位相と第２位相との間の位相差を反映して現在の歩行位相を算出する。
【０１５７】
ＡＯ−１で出力された第１位相は、測定された関節角度をＡＯ−１の基本周波数及び基本周波数を変調した周波数を有する三角関数に適用することによって重複された第１重複角度軌跡の位相である。第１位相は、第１重複角度軌跡の位相を構成する三角関数のうちの基本周波数を有する三角関数の位相である。
【０１５８】
歩行周期は、足のかかとが地面に接地する瞬間を基準時点とする。
【０１５９】
したがって、第１位相は、足のかかとが地面に接地する瞬間を基準時点と仮定したものではないため、第１位相を歩行周期と言えない。このような基準時点の差を補償するために、歩行位相算出部は第１位相を補正して歩行周期を決定することができる。
【０１６０】
第１位相を補正する方法は、ＡＯ−２を用いて第２重複角度軌跡を算出し、第２重複角度軌跡の位相の第２位相を第１位相と比較して第１位相を補正することである。
【０１６１】
本発明の一実施形態によれば、ＡＯ−２が歩行周期に対応する基準軌跡の基準角度を用いて算出した第２位相は、ＡＯ−２の基本周波数及び基本周波数を変調した周波数を有する三角関数を重複した第２重複角度軌跡の位相である。第２位相は第２重複角度軌跡の位相を構成する三角関数のうちの基本周波数を有する三角関数の位相である。
【０１６２】
ＰＣＡＯは、歩行位相算出部で累積した第２位相及び第１位相の間の位相差を用いて第１位相を補償することによって歩行周期を算出することができる。
【０１６３】
上述のＡＯ−１及びＡＯ−２は、それぞれ適応的な発振器（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＡＯ）モジュールであってもよい。
【０１６４】
ＡＯ−１及びＡＯ−２の動作は、下記の式を用いて説明する。
（式８）
【０１６５】
【数７】
2017035465.tif 000009
【０１６６】
（式８）はＡＯ−１及びＡＯ−２が重複角度を算出する式である。
【０１６７】
１つのＡＯを構成する複数の発振器の位相をサイン関数に適用した値と該当する発振器の振幅をかけた値を全ての発振器に対して合算した値とオフセットを加えることによって重複角度が算出され得る。
【０１６８】
ＰＳＡＯは、測定された関節角度に対応するように重複角度を算出し、このような算出を歩行時間の間継続的に行うことによって重複角度と測定された関節角度の軌跡を互いに近似させることができる。
【０１６９】
（式８）において、ｉは複数の発振器のインデックスを示し、ｎは関節角度の測定及び補正周期のインデックスを示し、θｐは重複角度を示し、αｏは重複角度のオフセットを示し、αｉはｉ番目の発振器の振幅を示し、ψｉはｉ番目の発振器の位相を示す。
（式９）
【０１７０】
【数８】
2017035465.tif 000010
【０１７１】
（式９）は、１つのＡＯ内における誤差値を算出する式である。
【０１７２】
誤差値は、ＡＯの入力値と（式８）で算出した重複角度との間の差値である。ＡＯ−１の入力値は、測定された関節角度であり、ＡＯ−２の入力値は、現在の歩行位相に対応する基準角度である。
【０１７３】
（式９）において、εは誤差値を示し、θｈはＡＯの入力値である。
（式１０）
【０１７４】
【数９】
2017035465.tif 000011
【０１７５】
（式１０）は、ＰＣＡＯの複数の発振器のうちの基本周波数のｉ倍の周波数を有する発振器の振幅を補正する式である。
【０１７６】
振幅の利得補正、誤差値、及びｉ番目の発振器の位相をサイン関数に適用した結果値をかけた値を発振器インデックスで割ることによって発振器の振幅補正量を算出することができる。振幅補正量に補正繰り返し周期のＴｓをかけて、その値に前に補正した振幅値を加えることによって現在の補正振幅値を算出することができる。
【０１７７】
現在の補正振幅値は０より小さくならないように制限されてもよい。
【０１７８】
（式１０）によって測定された関節角度と重複角度との間の誤差値を減らすことができる。
【０１７９】
（式１０）において、ｋａは振幅の利得補正を示し、Ｔｓは関節角度の測定及び補正繰り返し周期を示し、Ｔｓはサンプリング周期を示す。サンプリング周期は約１〜１０［ｍｓ］の範囲内であってもよい。
（式１１）
【０１８０】
【数１０】
2017035465.tif 000012
【０１８１】
（式１１）は、ＰＣＡＯの複数の発振器のうちの基本周波数のｉ倍の周波数を有する発振器の位相を算出する式である。
【０１８２】
ｉ番目の発振器は基本周波数のｉ倍の周波数を有してもよい。
【０１８３】
誤差値とコサイン関数値をかけた値によって位相の増加量が変動できるため、ＡＯの入力値とＡＯの重複角度との誤差値が減少し得る。
【０１８４】
位相を補正するために、発振器のインデックスとＡＯの基本周波数を乗じて第５値を算出することができる。
【０１８５】
位相の利得補正、誤差、及び当該発振器の位相をコサイン関数に適用した結果値をかけて、かけた値を複数の発振器の振幅を全て加えた値に割ることによって第６値を算出することができる。
【０１８６】
第５値と第６値を加えることによってｉ番目の発振器の位相の補正の値を算出することができる。この補正の値に補正周期の周期をかけて、かけた値に前の補正された位相を加えれば、ｉ番目の発振器の現在の補正された位相を算出することができる。
【０１８７】
（式１１）においては、
【０１８８】
【数１１】
2017035465.tif 000013
は位相の利得補正を示し、ωはＡＯの基本周波数を示す。
（式１２）
【０１８９】
【数１２】
2017035465.tif 000014
【０１９０】
（式１２）はＰＣＡＯの基本周波数を補正する式である。
【０１９１】
周波数の利得補正、誤差値、及び１番目の発振器の位相を基準軌跡の変化率に対する関数に適用した結果値をかけることによって第７値が算出され得る。
【０１９２】
カップリング周波数利得、他のＰＣＡＯが他の側面で測定した関節角度軌跡の周波数と現在のＰＣＡＯのＡＯの基本周波数の差を自乗して、−１／２をかけた値を自然指数処理した値及び他の側面で測定された関節角度軌跡の周波数及び基本周波数間の差をかけた値を（式１２）で算出される関節を除いた全ての関節別に加えて第８値を得ることができる。
【０１９３】
例えば、現在のＰＣＡＯは、右股関節角度軌跡の周波数を測定してもよく、他のＰＣＡＯは、左股関節角度軌跡の周波数を測定してもよい。
【０１９４】
（式１２）の第７値は、ＡＯの基本周波数が測定された関節角度の軌跡の周波数に対応するように基本周波数を補正するための値である。
【０１９５】
推定された左関節角度軌跡の周波数及び推定された右関節角度軌跡の周波数は、一般的には一致する。推定されたそれぞれの周波数が異なる場合、第８値は他の周波数を一致させるために基本周波数を補正するための値である。
【０１９６】
具体的には、第８値の自然指数の部分は、２つの周波数の間の差が大きければ、０で収束するため、２つの周波数の間のカップリングを遮断することができる。第８値の自然指数の部分は、２つの周波数の間の差が小さければ、２つの周波数を同一に誘導することができる。
【０１９７】
第７値及び第８値の合計は、ＡＯの基本周波数の補正量であってもよい。第７値と第８値の合計に補正周期を乗じた後、乗じた値に前に補正された基本周波数を加えれば、現在の補正された基本周波数を算出することができる。
【０１９８】
（式１２）において、ｋωは周波数の利得補正を示し、ｋｃはカップリング周波数利得を示し、ωｅｘｔは他のＰＣＡＯが他の側面で測定した関節角度軌跡の周波数を示す。
（式１３）
【０１９９】
【数１３】
2017035465.tif 000015
【０２００】
（式１３）は、ＰＣＡＯの重複角度のオフセットを補正する式である。
【０２０１】
（式１３）は、ＰＣＡＯの重複角度のオフセットが測定された関節角度のオフセットに対応するように補正することによってオフセットによる算出誤差を減少させることができる。
【０２０２】
（式１３）において、ｋｏはオフセット利得補正を示す。
（式１４）
【０２０３】
【数１４】
2017035465.tif 000016
【０２０４】
（式１４）は、第１位相及び第２位相を用いて現在の歩行周期を算出する式である。
【０２０５】
第１位相及び第２位相の間の位相差を毎周期ごとに累積した値を第１位相に加えることによって歩行周期を算出することができる。第１位相及び第２位相の間の位相差を補償する周期が繰り返されることによって第１位相及び第２位相の間の位相差は一定の値で収束することができる。
【０２０６】
（式８）〜（式１４）を用いて、ＰＣＡＯは、基準軌跡及び測定された関節角度の軌跡に対応する歩行周期を決定することができる。決定された歩行周期は第１歩行周期であってもよい。
【０２０７】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、ＰＣＡＯ又はＰＣＡＯモジュールを含んでもよい。例えば、プロセッサ３１２は、左股関節のためのＰＣＡＯ及び右股関節のためのＰＣＡＯを含んでもよい。
【０２０８】
図７は、本発明の一実施形態に係るＰＳＡＯによる歩行周期を示す。
【０２０９】
図に示した歩行周期は、歩行開始時間から決定できる理想的な歩行周期を示す。理想的な歩行周期は歩行開始時から直線的に歩行周期の値が増加する。
【０２１０】
図８は、本発明の一実施形態に係る歩行周期に対する股関節角度の基準軌跡を示す。
【０２１１】
股関節角度が正の値を有する区間はユーザの中心軸を基準に足が前にある状態を示し、股関節角度が負の値を有する区間はユーザの中心軸を基準に足が後ろにある状態を示す。
【０２１２】
図８に示された一例によれば、基準軌跡は、最大関節角度が４０度であり、最小関節角度が−２０であると設定されている。
【０２１３】
図９は、本発明の一実施形態に係る歩行周期に対して設定された補助トルクを示す。
【０２１４】
現在の歩行周期が決定された場合、決定された歩行周期に対応する補助トルクが算出され得る。例えば、現在の歩行周期が６０％である場合、歩行周期６０％に対応する補助トルクが算出され得る。
【０２１５】
本発明の一実施形態によれば、正の値を有する補助トルクは足が前から後ろに行く方向に力を提供してもよい。反対に、負の値を有する補助トルクは足が後ろから前に行く方向に力を提供してもよい。
【０２１６】
図に示されたグラフは、基準軌跡に対する補助トルクを示すものであり、決定された関節角度の軌跡によって算出される補助トルクは変化する。例えば、測定された歩行周波数が予め設定された歩行周波数よりもさらに大きい場合、算出される補助トルクも増加し得る。
【０２１７】
補助トルク又はトルクを算出する方法に関しては、下記の図１６〜図１８を参照して詳細に説明する。
【０２１８】
図１０は、本発明の一実施形態に係る測定された股関節角度の軌跡を示す。
【０２１９】
プロセッサ３１２は、測定された関節角度を用いて関節角度の軌跡を生成する。
【０２２０】
プロセッサ３１２は、測定された関節角度の軌跡及び基準軌跡を用いて現在の歩行周期を決定する。例えば、プロセッサ３１２は、ＰＳＡＯを用いて測定された関節角度の軌跡が示す歩行周波数を算出してもよい。プロセッサ３１２は、歩行周波数を用いて現在の歩行周期を決定してもよい。
【０２２１】
図１１は、本発明の一実施形態に係る時間に対する歩行周期を示す。
【０２２２】
歩行開始時間からある程度の時間が過ぎた後にＰＳＡＯを用いて決定された歩行周期は、直線的に増加する関数の形態を示す。歩行の速度が比較的一定の場合、決定される歩行周期は、真の値の歩行周期とほぼ類似し得る。
【０２２３】
本発明の一実施形態によれば、ＰＳＡＯを用いて歩行周期を決定する方法は、歩行状態が急激に変化する場合に対しては早く真の値の歩行周期を追従できない場合もある。例えば、歩行の状態が急激に変化する場合は、歩行を開始する場合及び歩行の速度を突然変化させる場合であってもよい。
【０２２４】
このような状況に備えるために、ＰＳＡＯを用いる方法に追加的にＦＳＭを用いる方法が考慮され得る。
【０２２５】
ＦＳＭを追加的に用いる方法に関しては、下記の図１２〜図１５を参照して詳細に説明する。
【０２２６】
＜ＰＳＡＯ及びＦＳＭを用いる方式＞
【０２２７】
図１２は、本発明の一実施形態に係る歩行パラメータを取得する方法のフローチャートである。
【０２２８】
上述のステップＳ５４０は、下記のステップ（Ｓ１２１０〜Ｓ１２４０）を含む。
【０２２９】
ステップＳ１２１０におけるプロセッサ３１２は、測定された関節角度を受信する。受信した関節角度は、最も最近測定された現在の関節角度であってもよい。
【０２３０】
ステップＳ１２２０におけるプロセッサ３１２は、関節角度に基づいて現在の歩行状態を決定する。
【０２３１】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、関節角度に対して予め決定した数の歩行状態のうちの測定された関節角度に対応する歩行状態を現在の歩行状態に決定してもよい。
【０２３２】
本発明の他の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、前の歩行状態及び関節角度に基づいて現在の歩行状態を決定してもよい。
【０２３３】
同一の関節角度が測定された場合にも、前の歩行状態によって現在の歩行状態が互いに異なるように決定されてもよい。
【０２３４】
歩行状態に関しては、下記の図１３を参照して詳細に説明する。
【０２３５】
ステップＳ１２３０におけるプロセッサ３１２は、前の歩行状態及び現在の歩行状態を比較することによって歩行状態の間の遷移が発生したか否かを判断（又は、決定）する。
【０２３６】
遷移が発生しなかった場合、ステップＳ１２１０が再び行われる。
【０２３７】
ステップＳ１２４０におけるプロセッサ３１２は、遷移が発生した場合、歩行パラメータを決定する。例えば、歩行パラメータは第２歩行周期及び第２歩行周波数を含んでもよい。
【０２３８】
第２歩行周期及び第２歩行周波数に関しては、下記の図１５を参照して詳細に説明する。
【０２３９】
図１３は、本発明の一実施形態に係る歩行状態を示す。
【０２４０】
歩行に対するユーザのいずれか片方の足の歩行状態は予め定義される。例えば、歩行状態は、支持及びスイングを含む。左足の歩行状態は、左側の支持（ｌｅｆｔ  ｓｔａｎｃｅ：ＬＳｔ）及び左側のスイング（ｌｅｆｔ  ｓｗｉｎｇ：ＬＳｗ）に区分する。右足の歩行状態は、右側の支持（ｒｉｇｈｔ  ｓｔａｎｃｅ：ＲＳｔ）及び右側のスイング（ｒｉｇｈｔ  ｓｗｉｎｇ：ＲＳｗ）に区分する。
【０２４１】
ＦＳＭには、歩行状態に対して予め歩行周期がマッピングされてもよい。例えば、支持の開始時点には、歩行周期０％がマッピングされてもよく、スイングの開始時点には、歩行周期６０％がマッピングされてもよい、支持の開始直前の時点には、歩行周期１００％がマッピングされてもよい。
【０２４２】
図１４は、本発明の一実施形態に係る歩行状態の間の遷移を示す。
【０２４３】
一般的な歩行機構（ｇａｉｔ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）によれば、歩行開始時の歩行状態は異なることもあるが、右側の支持１４１０、左側のスイング１４２０、左側の支持１４３０、及び右側のスイング１４４０の順に歩行状態が遷移する。右側のスイング１４４０の後には右側の支持１４１０が再度行われる。
【０２４４】
図１５は、本発明の一実施形態に係る第２歩行周期及び第２歩行周波数を取得する方法のフローチャートである。
【０２４５】
上述のステップＳ１２４０は、下記のステップ（Ｓ１５１０及びＳ１５２０）を含む。
【０２４６】
ステップＳ１５１０におけるプロセッサ３１２は、歩行パラメータとして第２歩行周期を決定する。
【０２４７】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、現在の歩行状態に対して予め設定された値を第２歩行周期の値として定義してもよい。例えば、現在の歩行状態が右側のスイングの場合、右側のスイングに対して予め設定された歩行周期６０％が第２歩行周期の値として定義されてもよい。
【０２４８】
ステップＳ１５２０におけるプロセッサ３１２は、歩行パラメータとして第２歩行周波数を算出する。
【０２４９】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、遷移の周期を用いて第２歩行周波数を算出してもよい。例えば、左側のスイングの歩行状態が再度行われる周期を算出することによって第２歩行周波数を算出してもよい。
【０２５０】
予め決定した歩行状態の数が４つの場合、最近の４つの歩行状態の持続時間を全て加えれば、１つのストライドに対する時間になってもよい。上述の加えた時間の逆数が第２歩行周波数であってもよい。
【０２５１】
プロセッサ３１２は、それぞれの歩行状態に対して第２歩行周波数を算出でき、歩行状態の遷移が発生する度に現在の歩行状態に対する歩行周波数を第２歩行周波数に設定することができる。
【０２５２】
本発明の一実施形態によれば、図１５は、ステップＳ１５１０及びステップＳ１５２０が行われた後、上述のステップＳ５５０が行われると示しているが、本発明の他の一実施形態によれば、ステップＳ１５１０及びステップＳ１５２０が行われた後、上述のステップＳ５３０が行わてもよい。
【０２５３】
ステップＳ５３０は、ステップＳ１５１０において決定された第２歩行周期及びステップＳ１５２０において決定された第２歩行周波数を用いて歩行周期を算出する。
【０２５４】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、第２歩行周期の値を第１歩行周期の値に代替してもよい。第２歩行周期の値を第１歩行周期の値に代替する場合には、歩行初期に発生し得る位相の推定誤差を減少させてもよい。
【０２５５】
本発明の他の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、第２歩行周波数をステップＳ６１０を行うための参考値として用いてもよい。第２歩行周波数が参考値として用いられる場合、歩行周波数が決定される時間を減少させてもよい。例えば、プロセッサ３１２は、第２歩行周波数を直接的に歩行周波数に設定してもよい。
【０２５６】
図１６は、本発明の一実施形態に係るトルクを算出する方法のフローチャートである。
【０２５７】
上述のステップＳ５５０は、下記のステップ（Ｓ１６１０〜Ｓ１６３０）を含む。
【０２５８】
ステップＳ１６１０におけるプロセッサ３１２は、決定された歩行周期及び歩行パラメータの間の差が予め設定された閾値以上であるか否かを判断（又は、決定）する。例えば、歩行パラメータは第２歩行周期であってもよい。
【０２５９】
本発明の一実施形態によれば、予め設定された閾値は１０％であってもよい。
【０２６０】
ステップＳ１６２０は、決定された歩行周期及び歩行パラメータの間の差が予め設定された閾値未満の場合に行われる。
【０２６１】
ステップＳ１６２０におけるプロセッサ３１２は、歩行周期及び歩行パラメータを用いてトルクを算出する。
【０２６２】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、歩行パラメータを基準値として決定された歩行周期を補正してもよい。例えば、プロセッサ３１２は、上述のＰＳＡＯを用いて歩行周期を補正してもよい。
【０２６３】
プロセッサ３１２は、補正された歩行周期に対応する出力トルクを算出（又は、決定）してもよい。
【０２６４】
ステップＳ１６３０は、決定された歩行周期及び歩行パラメータの間の差が予め設定された閾値以上の場合に行われる。
【０２６５】
ステップＳ１６３０におけるプロセッサ３１２は、歩行周期及び歩行パラメータのうち歩行パラメータだけを用いてトルクを算出する。
【０２６６】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、歩行パラメータの値を歩行周期の値に設定してもよい。例えば、プロセッサ３１２は、ＰＳＡＯを用いて決定した歩行周期をＦＳＭを用いて決定した歩行パラメータ（例えば、第２歩行周期）に変更してもよい。
【０２６７】
プロセッサ３１２は、設定された歩行周期に対応する出力トルクを算出（又は、決定）してもよい。
【０２６８】
図１７は、本発明の他の一実施形態に係るトルクを算出する方法のフローチャートである。
【０２６９】
上述のステップＳ５５０は、下記のステップ（Ｓ１７１０〜Ｓ１７３０）を含む。
【０２７０】
ステップＳ１７１０におけるプロセッサ３１２は、予め設定された条件が満たされたか否かを判断（又は、決定）する。
【０２７１】
本発明の一実施形態によれば、予め設定された条件は動作初期判断条件であってもよい。例えば、動作初期判断条件は、予め決定した数の歩行状態のうちのいずれか１つの歩行状態が現在の歩行状態に決定されたことは、予め設定された回数以下であってもよい。例えば、予め設定された回数は２回であってもよい。すなわち、動作初期判断条件は、歩行が開始して２歩以内であってもよい。
【０２７２】
予め設定された条件が満たされた場合、ステップＳ１７２０が行われる。
【０２７３】
ステップＳ１７２０におけるプロセッサ３１２は、歩行周期及び歩行パラメータのうちの歩行パラメータだけを用いてトルクを算出する。例えば、歩行パラメータは第２歩行周期であってもよい。
【０２７４】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は第２歩行周期に対応するトルクを算出してもよい。
【０２７５】
予め設定された条件が満たされなかった場合、ステップＳ１７３０が行われる。
【０２７６】
ステップＳ１７３０におけるプロセッサ３１２は、歩行周期及び歩行パラメータを用いてトルクを算出する。
【０２７７】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、歩行パラメータを用いて歩行周期を補正してもよい。プロセッサ３１２は補正された歩行周期に対するトルクを算出してもよい。
【０２７８】
図１８は、本発明のまた他の一実施形態に係るトルクを算出する方法のフローチャートである。
【０２７９】
上述のステップＳ５５０は、下記のステップ（Ｓ１８１０及びＳ１８２０）を含む。
【０２８０】
ステップＳ１８１０におけるプロセッサ３１２は、歩行周期及び歩行パラメータに基づいて最終歩行周期を決定する。
【０２８１】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、歩行パラメータを用いて歩行周期を補正することによって最終歩行周期を算出してもよい。
【０２８２】
ステップＳ１８２０におけるプロセッサ３１２は、最終歩行周期に対応するトルクを算出する。算出されたトルクは出力トルクであってもよい。
【０２８３】
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ３１２は、基準軌跡に対応するトルク関数を用いて出力トルクを算出（又は、決定）してもよい。例えば、プロセッサ３１２は、基準軌跡に対応するトルク関数を最終歩行周期を用いて変形してもよく、プロセッサ３１２は変形されたトルク関数を用いて出力トルクを算出してもよい。
【０２８４】
ＰＳＡＯに記憶された基準軌跡は歩行速度によって１つ以上であってもよい。
【０２８５】
例えば、ユーザがランニングをする場合（歩行速度が高い場合）の基準軌跡は、基準軌跡の股関節角度の変化が大きくてもよい。
【０２８６】
他の例として、ユーザが歩く場合（歩行速度が低い場合）の基準軌跡は、基準軌跡の股関節角度の変化が小さくてもよい。
【０２８７】
本発明の一実施形態によれば、出力トルクの算出は、補正された基準軌跡に対応するように予め設定された補助トルクデータを用いてもよい。予め設定された補助トルクデータを用いる方法は、関節角度と補助トルクが１：１にマッチングされている補助トルクデータがルックアップテーブルの形式で記憶部３１３に記憶されていてもよい。
【０２８８】
プロセッサ３１２は、補正された基準軌跡で測定された関節角度とその角度に１：１にマッチングされる補助トルクを検索してもよい。プロセッサ３１２は、検索された補助トルクを現在の歩行周期に対応する補助トルクに決定してもよい。
【０２８９】
補正された基準軌跡に対応するように予め設定された補助トルクデータは複数であってもよい。例えば、予め設定された補助トルクデータは、ユーザの歩行の速度別に分けられた複数の補助トルクデータであってもよい。他の例として、予め設定された補助トルクデータは、地面の傾斜度別に分けられた複数の補助トルクデータであってもよい。また他の例として、予め設定された補助トルクデータは、ユーザの年齢別に分けられた複数の補助トルクデータであってもよい。また他の例として、予め設定された補助トルクデータは、ユーザの性別によって分けられた複数の補助トルクデータであってもよい。また他の例として、補助トルクデータは、ユーザの体重によって分けられた複数の補助トルクデータであってもよい。
【０２９０】
図１９は、本発明の一実施形態に係る最終的に取得された歩行周期の結果を示す。
【０２９１】
実線１９２０は真の値の歩行周期を示す。真の値の歩行周期は連続的に増加してもよい。
【０２９２】
例えば、歩行周波数が一定の場合、真の値の歩行周期は直線的に増加してもよい。図１９には、１番目の左側のスイング〜１番目の右側の支持の間の真の値の歩行周期が直線的に増加することが示されている。
【０２９３】
他の例として、歩行周波数が一定でない場合、真の値の歩行周期は非直線的に増加してもよい。図１９には、１番目の右側の支持及び２番目の左側のスイングの間の真の値の歩行周期が非直線的に増加することが示されている。
【０２９４】
点線１９１０は決定した歩行周期を示す。
【０２９５】
ＰＳＡＯだけを用いて歩行周期を決定する場合、歩行初期に決定した歩行周期が真の値の歩行周期と相当な差を示すことが分かる。
【０２９６】
本発明の一実施形態によれば、１番目の遷移が発生した場合（ＬＳｗ）、プロセッサ３１２はＦＳＭによって測定された第２歩行周期を歩行周期に設定する。遷移が発生した後、決定した歩行周期が真の値の歩行周期を追従することが分かる。
【０２９７】
歩行の速度が変化した場合、プロセッサ３１２はＦＳＭから決定された歩行パラメータを参照して歩行周期を決定する。図１９の１番目の右側の支持及び２番目の左側のスイングの間の区間において決定された歩行周期が非直線的な真の値の歩行周期を追従することが分かる。
【０２９８】
図２０〜図２２は、本発明の他の一実施形態に係る歩行補助装置を示す。
【０２９９】
図２０〜図２２には、人体に着用できる着用型歩行補助装置１の本発明の他の一実施形態が示されている。図２０は歩行補助装置１の本発明の一実施形態に対する正面図であり、図２１は歩行補助装置１の側面図であり、図２２は歩行補助装置１の背面図である。
【０３００】
歩行補助装置１は、上述の駆動部１１０、センサ部１２０、ＩＭＵセンサ１３０、及び制御部１４０を含む。
【０３０１】
図２０〜図２２に示したように、歩行補助装置１は、ユーザの左足及び右足にそれぞれに着用されるように外骨格構造を有する。ユーザは、歩行補助装置１を着用した状態で伸展（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）、屈曲（ｆｌｅｘｉｏｎ）、内転（ａｄｄｕｃｔｉｏｎ）、外転（ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）などの動作を行ってもよい。伸展動作は関節を伸ばす運動であり、屈曲動作は関節を曲げる運動である。内転動作は足を体の中心軸に近づける運動である。外転動作は体の中心軸から遠ざかる方向に足を伸ばす運動である。
【０３０２】
図２０〜図２２を参照すると、歩行補助装置１は本体部１０及び機構部２０Ｒ、２０Ｌ、３０Ｒ、３０Ｌ、４０Ｒ、４０Ｌを含む。
【０３０３】
本体部１０はハウジング１１を含む。ハウジング１１には、各種部品が内蔵されている。ハウジング１１に内蔵されている部品は、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、プリント回路板、及び様々な種類の記憶装置、及び電源を例にあげることができる。本体部１０は、上述の制御部１４０を含む。制御部１４０は、ＣＰＵ及びプリント回路板を含んでもよい。
【０３０４】
ＣＰＵは、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）であってもよい。マイクロプロセッサは、シリコンチップに演算論理装置、レジスタ、プログラムカウンタ、コマンドデコーダ及び／又は制御回路などが設けられてもよい。ＣＰＵは、歩行環境に適切な制御モードを選択し、選択された制御モードによって機構部２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒ、４０Ｌ、４０Ｒの動作を制御するための制御信号を生成してもよい。
【０３０５】
プリント回路板は、所定の回路が印刷されている基板であって、プリント回路板にはＣＰＵ又は／及び様々な記憶装置が設けられてもよい。プリント回路板は、ハウジング１１の内側の面に固定されてもよい。
【０３０６】
ハウジング１１に内蔵された記憶装置は、様々な種類を含んでもよい。記憶装置は磁気ディスクの表面を磁化させてデータを記憶する磁気ディスク記憶装置、様々な種類のメモリ半導体を用いてデータを記憶する半導体記憶装置であってもよい。
【０３０７】
ハウジング１１に内蔵された電源は、ハウジング１１に内蔵された各種部品又は機構部２０，３０，４０に動力を供給してもよい。
【０３０８】
本体部１０は、ユーザの腰を支持するための腰支持部１２をさらに含む。腰支持部１２はユーザの腰を支持できるように曲面板の形状を有してもよい。
【０３０９】
本体部１０は、ユーザの腰の部分にハウジング１１を固定するための固定部１１ａ及びユーザの腰に腰支持部１２を固定するための固定部１２ａをさらに含む。固定部１１ａ，１２ａは、弾性力を備えたバンド、ベルト、ひも（ｓｔｒａｐ）のうちの１つで実現することができる。
【０３１０】
本体部１０は、上述のＩＭＵセンサ１３０を含む。例えば、ＩＭＵセンサ１３０は、ハウジング１１の外部又は内部に設けられてもよい。ＩＭＵセンサ１３０はハウジング１１の内部に備えられたプリント回路板上に設けられてもよい。ＩＭＵセンサ１３０は加速度及び角速度を測定することができる。
【０３１１】
機構部２０，３０，４０は、図２０〜図２２に示すように第１構造部２０、第２構造部３０、及び第３構造部４０を含む。
【０３１２】
第１構造部２０Ｒ，２０Ｌは、歩行動作においてユーザの大腿部及び股関節の動きを補助する。第１構造部２０Ｒ，２０Ｌは、第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌ、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌ、及び第１固定部２３Ｒ，２３Ｌを含む。
【０３１３】
上述の駆動部１１０は、第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌを含み、図１〜図１９を参照して説明した駆動部１１０に関する説明は、第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌに関する説明に代替されてもよい。
【０３１４】
第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌは、第１構造部２０Ｒ，２０Ｌの股関節に位置し、所定の方向に様々な大きさの回転力を発生させることができる。第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌにおいて発生した回転力は、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌに印加される。第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌは、人体の股関節の動作範囲内で回転するように設定される。
【０３１５】
第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌは、本体部１０から提供される制御信号によって駆動される。第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌは、モータ、真空ポンプ（ｖａｃｕｕｍ  ｐｕｍｐ）、及び水圧ポンプ（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｐｕｍｐ）のうちの１つによって実現できるが、これに限定されることはない。
【０３１６】
第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌの周辺には、関節角度センサが設けられてもよい。関節角度センサは、第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌが回転軸を中心に回転した角度を検出する。上述のセンサ部１２０は、関節角度センサを含んでもよい。
【０３１７】
第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌと物理的に連結される。第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌにおいて発生した回転力によって所定の方向に回転することができる。
【０３１８】
第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、様々な形状で実現されてもよい。例えば、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、複数のセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）が互いに連結されている形状で実現されてもよい。ここで、セグメントとセグメントとの間には関節が設けられ、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、この関節によって一定の範囲内で曲げることができる。他の例として、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、棒形状で実現してもよい。ここで、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、一定の範囲内で曲げられるように可撓性のある素材で実現してもよい。
【０３１９】
第１固定部２３Ｒ，２３Ｌは、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌに設けられてもよい。第１固定部２３Ｒ，２３Ｌは、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌをユーザの大腿部に固定させる役割をする。
【０３２０】
図２０〜図２２は、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌが第１固定部２３Ｒ，２３Ｌによってユーザの大腿部の外側に固定される場合を示している。第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌが駆動されることによって第１支持部２２Ｒ，２２Ｌが回転することになれば、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌが固定された大腿部もまた、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌの回転方向と同一方向に回転する。
【０３２１】
第１固定部２３Ｒ，２３Ｌは、弾性力を備えたバンド、ベルト、ひものうち１つで実現されたり、金属素材で実現されてもよい。図２０は、第１固定部２３Ｒ，２３Ｌがチェーンの場合を示している。
【０３２２】
第２構造部３０Ｒ，３０Ｌは、歩行動作において、ユーザの下腿部及び膝関節の動きを補助する。第２構造部３０Ｒ，３０Ｌは、第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌ、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌ、及び第２固定部３３Ｒ，３３Ｌを含む。
【０３２３】
第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌは、第２構造部３０Ｒ，３０Ｌの膝関節に位置し、所定の方向に様々な大きさの回転力を発生させることができる。第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌにおいて発生した回転力は、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌに印加される。第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌは、人体の膝関節の動作範囲内で回転するように設定される。
【０３２４】
上述の駆動部１１０は、第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌを含む。図１〜図１９を参照して説明した股関節に関連する説明は、膝関節に関連する説明に類似に適用されてもよい。
【０３２５】
第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌは、本体部１０から提供される制御信号によって駆動される。第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌは、モータ、真空ポンプ、及び水圧ポンプのうちの１つで実現されてもよいが、これに限定されることはない。
【０３２６】
第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌの周辺には、関節角度センサが設けられる。関節角度センサは、第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌが回転軸を中心に回転した角度を検出する。上述のセンサ部１２０は、関節角度センサを含んでもよい。
【０３２７】
第２支持部３２Ｒ，３２Ｌは、第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌと物理的に連結される。第２支持部３２Ｒ，３２Ｌは、第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌにおいて発生した回転力によって所定の方向に回転することができる。
【０３２８】
第２固定部３３Ｒ，３３Ｌは、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌに設けられる。第２固定部３３Ｒ，３３Ｌは、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌをユーザの下腿部に固定させる役割をする。図２０〜図２２は、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌが第２固定部３３Ｒ，３３Ｌによってユーザの下腿部の外側に固定される場合を示している。第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌが駆動されることによって第２支持部３２Ｒ，３２Ｌが回転することになれば、第２支持部２２Ｒ，２２Ｌが固定された下腿部もまた、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌの回転方向と同一方向に回転する。
【０３２９】
第２固定部３３Ｒ，３３Ｌは、弾性力が備わったバンド、ベルト、ひものうちの１つで実現してもよく、また金属素材で実現してもよい。
【０３３０】
第３構造部４０Ｒ，４０Ｌは、歩行動作においてユーザの足関節及び関連筋肉の動きを補助する。第３構造部４０Ｒ，４０Ｌは、第３駆動部４１Ｒ，４１Ｌ、足掛部４２Ｒ，４２Ｌ、及び第３固定部４３Ｒ，４３Ｌを含む。
【０３３１】
上述の駆動部１１０は、第３駆動部４１Ｒ，４１Ｌを含む。図１〜図１９を参照して説明した股関節に関連する説明は、足関節に関連する説明に類似に適用されてもよい。
【０３３２】
第３駆動部４１Ｒ，４１Ｌは、第３構造部４０Ｒ，４０Ｌの足関節に設けられ、本体部１０から提供される制御信号によって駆動される。第３駆動部４１Ｒ，４１Ｌも第１駆動部２１Ｒ，２１Ｌ又は第２駆動部３１Ｒ，３１Ｌと同様にモータで実現してもよい。
【０３３３】
第３駆動部４１Ｒ，４１Ｌの周辺には、関節角度センサが設けられる。関節角度センサは、第３駆動部４１Ｒ，４１Ｌが回転軸を中心に回転した角度を検出する。上述のセンサ部１２０は、関節角度センサを含む。
【０３３４】
足掛部４２Ｒ，４２Ｌは、ユーザの足の裏に対応する位置に設けられ、第３駆動部４１Ｒ，４１Ｌと物理的に連結される。
【０３３５】
足掛部４２Ｒ，４２Ｌには、ユーザの重さを検出するための圧力センサが設けられる。圧力センサの検出結果は、ユーザが歩行補助装置１を着用したか否か、ユーザが立ち上がったか否か、ユーザの足が地面に接地したか否かなどを判断するのに用いられる。
【０３３６】
第３固定部４３Ｒ，４３Ｌは、足掛部４２Ｒ，４２Ｌに設けられる。第３固定部４３Ｒ，４３Ｌは、ユーザの足を足掛部４２Ｒ，４２Ｌに固定させる役割をする。
【０３３７】
本実施形態による方法は、多様なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明の動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
【０３３８】
上述したように実施形態が限定された実施形態と図面によって説明されたが、当技術分野における通常の知識を有する者であれば、前記の記載から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で行われたり、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わせたり、他の構成要素又は均等物によって代替、置換されても適切な結果が達成され得る。
【０３３９】
したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。
【符号の説明】
【０３４０】
３００：歩行補助装置
３１０：制御部
３２０：センサ
３３０：駆動部
【図１】
2017035465.tif 000017
【図２】
2017035465.tif 000018
【図３】
2017035465.tif 000019
【図４】
2017035465.tif 000020
【図５】
2017035465.tif 000021
【図６】
2017035465.tif 000022
【図７】
2017035465.tif 000023
【図８】
2017035465.tif 000024
【図９】
2017035465.tif 000025
【図１０】
2017035465.tif 000026
【図１１】
2017035465.tif 000027
【図１２】
2017035465.tif 000028
【図１３】
2017035465.tif 000029
【図１４】
2017035465.tif 000030
【図１５】
2017035465.tif 000031
【図１６】
2017035465.tif 000032
【図１７】
2017035465.tif 000033
【図１８】
2017035465.tif 000034
【図１９】
2017035465.tif 000035
【図２０】
2017035465.tif 000036
【図２１】
2017035465.tif 000037
【図２２】
2017035465.tif 000038