CN113165182B - 负荷减少设备、控制设备、负荷减少方法和用于存储程序的存储介质 - Google Patents

Abstract

该负荷减少设备设置有：吸震机构，其被配置为吸收在用户运动时产生的冲击力；驱动机构，其被配置为输出转矩，以减小在用户的腿的关节处施加给用户的负荷；以及转矩控制单元，其被配置为基于吸震机构的操作来控制驱动机构输出的转矩。

Description

负荷减少设备、控制设备、负荷减少方法和用于存储程序的存 储介质

技术领域

本发明涉及负荷减少设备、控制设备、负荷减少方法以及用于存储程序的存储介质。

背景技术

已知一种负荷减少设备，当用户穿着它时，该负荷减少设备执行诸如用户的步行运动之类的负荷辅助并且减轻由用户携带的行李负荷。该负荷减少设备在由人穿着时有时被称为动力套装。

一些动力套装通过从致动器输出转矩来辅助肌肉力量，从而通过驱动设置在用户腿上的连杆机构来辅助步行运动。专利文献1描述了一种运动辅助设备，该运动辅助设备能够防止致动器在就座时倒塌。专利文献2公开了一种技术，该技术基于由用于检测穿着者运动的包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器的六轴传感器检测到的用户运动，以及每个旋转驱动部件的旋转角度，来确定在旋转驱动部件中产生的驱动转矩的大小。专利文献3描述了一种步行支撑设备，该步行支撑设备减轻了当操作反向时由于机械游隙而产生的冲击力。

引文列表

专利文献

[专利文献1]日本未审查专利申请公开No.2018-083275

[专利文献2]日本未审查专利申请公开No.2018-061663

[专利文献3]日本未审查专利申请公开No.2014-184084

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在专利文献1至3中描述的技术中，当用户执行诸如奔跑或跳跃的敏捷运动时，每个关节都需要与当用户与地面接触时产生的大冲击相对应的非常大的转矩。因此，用于每个关节的致动器的电动机和电池往往更大和更重。因此，产生了负荷减少设备变大和沉重的问题，从而使用户难以容易地处理。

因此，本发明的示例目的是提供能够解决上述问题的负荷减少设备、控制设备、负荷减少方法以及用于存储程序的存储介质。

解决问题的手段

根据本发明的第一方面，一种负荷减少设备包括：吸震机构，其被配置为吸收在用户运动时产生的冲击力；驱动机构，其被配置为输出转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加给所述用户的负荷；以及转矩控制单元，其被配置为基于所述吸震机构的操作来控制由所述驱动机构输出的所述转矩。

根据本发明的第二方面，在负荷减少设备中提供一种控制设备，该负荷减少设备包括：吸震机构，其被配置为吸收在用户运动时产生的冲击力；以及驱动机构，其被配置为输出转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加给所述用户的负荷，其中，所述控制设备包括转矩控制单元，其被配置为基于所述吸震机构的操作来控制由所述驱动机构输出的所述转矩。

根据本发明的第三方面，一种负荷减少方法包括：基于吸收在用户运动时产生的冲击力的吸震机构的操作，控制由驱动机构输出的转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加到所述用户的负荷。

根据本发明的第四方面，一种存储在存储介质中的程序使负荷减少设备的计算机执行处理，该处理包括：基于吸收在用户运动时产生的冲击力的吸震机构的操作，控制由驱动机构输出的转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加到所述用户的负荷。

发明的有益效果

根据本发明，可以减小负荷减少设备的大小和重量。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的动力套装的配置的图。

图2是示出根据本发明的第一实施例的吸震机构的示例的图。

图3是示出根据本发明的第一实施例的控制设备的硬件配置的图。

图4是根据本发明的第一实施例的控制设备的功能框图。

图5是示出根据本发明的第一实施例的控制设备的操作的操作框图。

图6是示出根据本发明的第一实施例的步态周期中的关节转矩的变化的曲线图。

图7是示出根据本发明的第一实施例的动力套装的处理流程的图。

图8是示出根据本发明的第二实施例的吸震机构的示例的图。

图9A是示出根据本发明的第三实施例的吸震机构的示例的第一图。

图9B是示出根据本发明的第三实施例的吸震机构的示例的第二图。

图10是示出本发明的动力套装的最小配置的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施例的负荷减少设备、负荷减少方法和用于在其中存储程序的存储介质。

(第一实施例)

首先，将描述第一实施例。

图1是示出根据本实施例的动力套装的配置的图。

动力套装100是负荷减少设备的一个方面。动力套装100由骨架部分11、皮带12、髋致动器13、膝致动器14、踝致动器15、鞋底板16、脚用束带17、鞋底负荷传感器18、脚底负荷传感器19、装载平台20、控制设备21、电池22、髋关节传感器23、膝关节传感器24、踝关节传感器25等构成。作为示例，骨架部分11大致分为第一骨架部分111、第二骨架部分112和第三骨架部分113。

如图1所示，动力套装100被配置如下以支撑装载平台20，该装载平台20是用于支持作为示例的行李机构的一方面。即，动力套装100具有第一骨架部分111，并且左右髋致动器13可旋转地联接到第一骨架部分111和第二骨架部分112，第二骨架部分112分别对应于穿着动力套装100的用户的左或右大腿部分。左右膝致动器14可旋转地联接到左侧或右侧的相应的第二骨架部分112，并且可旋转地联接到沿着穿着动力套装100的用户左或右小腿部分的相应的第三骨架部分113。踝关节致动器15可旋转地联接到左侧或右侧的相应的第三骨架部分113，并且相应的鞋底板16被设置在穿着动力套装100的用户的左侧或右侧脚用束带17的背部。

髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15是驱动机构130，其输出转矩以旋转地驱动连接在用户的每条腿的每个关节处的连杆(框架)，以减轻用户上的负荷。第一骨架部分111和第二骨架部分112是连接到髋致动器13的连杆。第二骨架部分112和第三骨架部分113是连接到膝致动器14的连杆。此外，第三骨架部分113和鞋底板16是连接到踝致动器15的连杆。每个连杆和驱动机构130构成连杆机构。

髋关节传感器23安装在髋致动器13中，并且通过编码器检测髋关节角度，即，第一骨架部分111和第二骨架部分112之间形成的角度。膝关节传感器24安装在膝致动器14中，并且通过编码器检测膝关节角度，即，第二骨架部分112与第三骨架部分113之间的角度。踝关节传感器25安装在踝致动器15中，并且通过编码器检测踝关节角度，即，第三骨架部分113与鞋底板16之间的角度。髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25检测用户的每条腿的每个关节的角度(以下称为“关节角度”)。

鞋底负荷传感器18设置在脚用束带17的底部，与用户所穿着的鞋子相对应。鞋底负荷传感器18被设置在鞋底板16和脚部束带17的地面接触表面侧以覆盖鞋底板16和脚用束带17的整个背面，鞋底板16将动力套装100和行李的重量传递到地面接触表面，脚部束带17将用户的重量传递到地面接触表面。脚底负荷传感器19设置在脚用束带17中以覆盖整个鞋底表面，以便能够测量从用户的脚底施加的重量。例如，脚底负荷传感器19可以设置在脚用束带17的内底和鞋底板16之间。

作为示例，在鞋底负荷传感器18和脚底负荷传感器19中的薄片状绝缘体的正面和背面上以矩阵形式布置电极。鞋底负荷传感器18和脚底负荷传感器19测量电极的网格点的电阻，并将测量值输出到控制设备21。控制设备21基于每个网格点的电阻值计算施加到每个网格点的压力和传感器片整个表面上的负荷。

穿着动力套装100的用户将他/她的左脚和右脚放入相应的脚用束带17，并且利用皮带12将第一骨架部分111固定到腰部，使得第一骨架部分111紧密地附接到腰部。动力套装100具有经由骨架部分11和髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15而将行李的负荷和动力套装100的负荷的大部分释放到与脚底接触的地面的结构。用户接通动力套装100的控制设备21。控制设备21控制髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15以经由骨架部分11和髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15向行走表面传递尽可能多的设备重量，该设备重量是在装载平台20上装载的行李的负荷与动力套装100的重量之和。由此，动力套装100减少了负担，诸如是穿着动力套装100并执行各种运动的用户的行李的负荷。

图2是示出根据本实施例的吸震机构的示例的图。

动力套装100设有吸震机构27，该吸震机构27可以通过吸收在用户的运动期间产生的冲击力来及时地分散冲击力。吸震机构27是弹性机构，其中，作为弹性体的弹簧和阻尼器平行或串联布置。作为一个示例，吸震机构27大致分为设置在第二骨架部分112中的第一吸震机构271和设置在第三骨架部分113中的第二吸震机构272。第一吸震机构271在沿着第二骨架部分112的方向D1上膨胀和收缩。第二吸震机构272在沿着第三骨架部分113的方向D2上膨胀和收缩。因此，吸震机构27吸收施加到腿上的震动并及时地分散震动。

图3是示出控制设备的硬件配置的图。

如该图所示，控制设备21是配备有诸如CPU(中央处理单元)101、ROM(只读存储器)102、RAM(随机存取存储器)103、信号输入/输出设备104和无线通信设备105的硬件的计算机。

信号输入/输出设备104输入从鞋底负荷传感器18、脚底负荷传感器19、髋关节传感器23、膝关节传感器24以及踝关节传感器25输出的信号。信号输入输出设备104输出用于控制髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15的控制信号。控制设备21通过从电池22提供的电力进行操作。

无线通信设备105与另一设备通信连接。

图4是控制设备的功能框图。

通过打开电源按钮，基于从电池22供应的电力来启动控制设备21。在启动后，控制设备21执行控制程序。结果，控制设备21至少具有信息获取单元211、集成控制单元212、致动器控制单元213、电源单元214和存储单元215。

信息获取单元211从鞋底负荷传感器18、脚底负荷传感器19、髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25获取感测信息。鞋底负荷传感器18和脚底负荷传感器19的感测信息是指示与各传感器的网格点处的压力(负荷)相对应的电阻值的负荷信息。髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25的感测信息是指示检测到的关节角度的关节角度信息。

致动器控制单元213控制髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15。

当电源按钮被打开时，电源单元214将来自电池22的电力提供给控制设备21的每个部分。

存储单元215存储在腿的每个关节处的角度参考。

集成控制单元212设置有吸震机构的操作估计单元2121和转矩控制单元2122。

操作估计单元2121基于吸震机构27的操作来估计吸震机构27的状态。例如，基于吸震机构27的预设操作估计模型，操作估计单元2121将与缓冲后的冲击相对应的负荷值计算为吸震机构27的状态，并且将指示计算出的负荷值的估计信息输出到转矩控制单元2122。

转矩控制单元2122基于吸震机构27的操作来控制由髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15输出的转矩。例如，转矩控制单元2122从被施加到脚底或鞋底的负荷值中减去由从操作估计单元2121输入的估计信息指示的负荷值，以作为由吸震机构27缓冲后的冲击。转矩控制单元2122基于在减法后的负荷值和由髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25检测到的关节角度，计算由髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15输出的转矩的目标值。

接下来，将详细描述控制设备21的操作。

图5是示出根据本实施例的控制设备的操作的操作框图。

首先，操作估计单元2121基于预先设定的吸震机构27的操作估计模型，估计吸震机构27的状态。具体而言，操作估计单元2121基于指示吸震机构27的操作状态的吸震机构信息、由鞋底负荷传感器18或脚底负荷传感器19检测出的每条腿的负荷值、以及由每条腿的髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25检测到的关节角度θk，通过操作估计模型估计吸震机构27的状态。吸震机构信息包括例如指示弹簧当前长度的弹簧长度、指示阻尼器当前长度的阻尼器长度、弹簧和阻尼器的膨胀/收缩速度以及施加到弹簧和阻尼器上的负荷值。操作估计单元2121例如将与缓冲后的冲击相对应的负荷值估计为吸震机构27的状态。然后，操作估计单元2121将指示吸震机构27的估计状态的估计信息输出到转矩控制单元2122。

转矩控制单元2122使用从操作估计单元2121输入的估计信息、由鞋底负荷传感器18或脚底负荷传感器19检测出的每条腿的负荷值、由每条腿的髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25检测出的关节角度θ_k以及每个关节的角度参考θ_k0，进行以下一系列处理。即，转矩控制单元2122实时地检测当前时刻的用户运动的特性，并利用内置于整个动力套装100内部的操作估计模型，依次估计动力套装100的操作。然后，转矩控制单元2122计算由髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15输出的转矩的目标值。即，使用估计信息、当前负荷值、各关节的角度参考θ_k0以及每条腿的每个关节的当前关节角度θ_k，转矩控制单元2122基于预设的操作估算模型，计算由每条腿的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15输出的转矩的目标值。

例如，转矩控制单元2122可以使用负荷值来确定每条腿是处于摆动状态还是站立状态。作为示例，转矩控制单元2122在负荷值等于或大于第一阈值时确定站立时间段，并且在负荷值等于或小于第二阈值时确定摆动时间段。此外，转矩控制单元2122将估计信息中包括的负荷值从由鞋底负荷传感器18或脚底负荷传感器19检测到的每条腿的负荷值中减去，以作为由吸震机构27缓冲后的冲击。然后，基于摆动阶段期间的操作估计模型或者站立阶段期间的操作估计模型，转矩控制单元2122使用减法后的每条腿的负荷值以及每条腿的关节角度，计算在每条腿的各关节处的转矩的目标值。转矩控制单元2122将计算出的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15的目标值输出到致动器控制单元213。

致动器控制单元213基于目标值利用角度控制器K_ci(s)来控制髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15的旋转角度。“s”指示控制系统的频域。随后，致动器控制单元213通过力控制器K_bi(s)计算每条腿的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15在当前时刻的转矩τ，并且向这些致动器中的每一个致动器输出指示各转矩τ的信号。

由此，由用户施加的套装和人之间的相互作用力F_k、由用户施加的施加转矩l_k以及在第k时间序列(当前值)中的输出转矩τ成为每个致动器的动力P(s)。髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25根据动力套装100的动力G(s)，基于髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15的动力P(s)检测在第k个时间序列中的每个关节角度θ_k。然后，控制设备21重复上述处理。

注意，致动器控制单元213使用以下转矩计算公式作为示例来计算转矩τ。在该转矩计算公式(1)中，“(θ)/G(s)”指示对致动器控制单元21的反馈因子。“F_k·l_k”指示前馈因子。T_i指示由转矩控制单元计算出的转矩的目标值。f(θ)指示包括基于髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15的角度参考的角度θ的函数。下面的转矩计算公式是示例，并且可以使用以下所示的除转矩计算公式之外的公式。在转矩计算公式(1)中，“s”指示控制系统的频域，K_bi指示力控制器的控制模型，并且K_ci指示角度控制器的控制模型。

τ＝K_bi(s){T_i·K_ci(s)-f(θ)/G(s)+F_k·l_k} (1)

图6是示出根据本实施例的步态周期中的关节转矩的变化的曲线图。

在该图中，实线91示出了在步态周期中未设置吸震机构27时的关节转矩的变化，在该步态周期中，从用户的步行一步开始到结束作为一个单元。关节转矩是在每个关节处由髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15输出的转矩的目标值(单位：Nm(牛顿米))。实线92示出了在步态周期中设置吸震机构27时的关节转矩的变化。在该曲线图中，水平轴示出从步态周期的步行一步的开始到结束所经过的时间百分比。在此步态周期中，从0％到40％的时间段指示将脚放置在地面上(腿直立)的站立时间段。在该步态周期中，从40％到100％的时间段示出了摆动时间段，其中由于脚与地面接触表面(地面)分开，没有对鞋底负荷传感器18和脚底负荷传感器19(腿正在摆动)施加负荷。在该曲线图中，纵轴示出关节转矩。

当未设置吸震机构27时，峰值时间T处的关节转矩为τ1，而当设置有吸震机构27时，峰值时间T处的关节转矩为τ2，其小于τ1的一半。这是因为，吸震机构27吸收来自地面的震动的能量并将该能量传递到地面，从而能够如箭头93所示在前后的时间内分散能量。结果，峰值时间T所需的关节转矩可以减小。

图7是示出根据本实施例动力套装的处理流程的图。

首先，用户穿着动力套装100。这时，用户将脚底负荷传感器19插入到脚用束带17内。脚底负荷传感器19可以预先设置在脚用束带17内。作为脚底负荷传感器19的面积，可以使用适合于用户的脚的大小的大小。另外，用户将鞋底负荷传感器18附接到动力套装100的脚部束带17或鞋底板16的地面接触表面侧。也可以将鞋底负荷传感器18预先设置在脚用束带17或鞋底板16的地面接触表面侧。作为鞋底负荷传感器18的面积，可以使用与用户的脚的大小相对应的适合于脚用束带17的大小。

用户操作设置在动力套装100中的控制设备21的电源按钮以打开电源。结果，控制设备21被启动。用户在穿着动力套装100的同时执行诸如步行、奔跑、弹跳和跳开的动作。用户可以将行李装载在动力套装100的装载平台20上并且执行诸如步行、奔跑、弹跳和跳跃的运动。控制设备21的致动器控制单元213控制髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15，以减少由于行李或动力套装100的重量而导致的用户上的负荷。由此，动力套装100跟踪用户的各种动作。

在驱动控制设备21的同时，信息获取单元211以预定间隔从髋关节传感器23、膝关节传感器24和踝关节传感器25获取关节角度信息(步骤S101)。此外，在驱动控制设备21的同时，信息获取单元211以预定间隔从鞋底负荷传感器18和脚底负荷传感器19获取负荷信息(步骤S102)。另外，在驱动控制设备21的同时，信息获取单元211从吸震机构27获取加速度信息(步骤S103)。预定间隔为例如每隔很短的时间(诸如每10毫秒)。

操作估计单元2121基于吸震机构信息、关节角度信息以及负荷信息，估计吸震机构27的状态(步骤S104)。转矩控制单元2122基于施加于每条腿的负荷值、各关节的角度参考以及每条腿的每个关节的关节角度，计算由每条腿的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15输出的输出转矩的目标值(步骤S105)。

致动器控制单元213基于针对每条腿的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15计算出的转矩目标值，计算当前时刻的各个转矩τ，并输出到髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15(步骤S106)。此后，处理返回到步骤S101的处理，并且控制设备21重复从步骤S101至S106的处理，直到处理完成为止。

根据以上处理，即使在对动力套装100施加较大的冲击时，冲击也被吸震机构27缓冲，并经由连杆机制的框架传递到各关节的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15。因此，降低了在峰值处的所需的转矩。此外，转矩控制单元2122基于吸震机构27的操作来计算髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15的所需转矩。因此，髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15考虑到吸震机构27的操作，可以为整个动力套装100输出更优和更准确的所需转矩。通过采用这种布置，可以减小由每个关节的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15输出的最大转矩值。因此，可以使髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15更小和更轻。因此，可以使得整个动力套装100更小和更轻，这使得用户更易于处理。

此外，当与动力套装100分开的设备执行上述处理时，由于数据发送/接收的延迟，可能损害实时属性。然而，在本实施例中，由于动力套装100所包括的控制设备21执行上述处理，因此能够无延迟地响应用户的突然动作。

(第二实施例)

接下来，将描述第二实施例。

图8是表示根据本实施例的吸震机构的示例的图。

本实施例中的动力套装100代替第一实施例中的吸震机构27而具备吸震机构28。吸震机构28是可以通过吸收在用户的运动期间产生的震动来及时分散震动的机构。吸震机构28是弹性机构，在该弹性机构中，作为弹性体的弹簧和阻尼器平行地或串联地布置。吸震机构28设置在装载平台20的行李B的装载位置。即，吸震机构28设置在与用户的背部相对应的位置处。行李B被装载在吸震机构28上。吸震机构28沿着用户的背部(装载平台20的后部)在方向D11上膨胀和收缩。结果，吸震机构28吸收施加到腿上的震动并且及时地分散震动。因为动力套装100的其他配置与第一实施例相同，因此省略说明。

(第三实施例)

接下来，将描述第三实施例。

图9A和9B是示出根据本实施例的吸震机构的示例的图。

如图9A所示，本实施例中的动力套装100代替第一实施例的吸震机构27而具有吸震机构29。吸震机构29是能够通过吸收在用户的运动期间产生的震动来及时分散震动的机构。如图9B所示，吸震机构29是通过使两个抵消器292和293绕旋转轴291旋转来实现平衡的抗衡机构。吸震机构29设置在装载平台20或行李B上。即，吸震机构29设置在与用户的背部相对应的位置处。抵消器292沿箭头D21的方向旋转。抵消器293沿箭头D22的方向旋转。结果，吸震机构29吸收施加到腿上的震动并且实时地分散震动。本实施例中的吸震机构信息是各抵消器292、293的旋转角度、旋转角速度和附加离心力等。因为动力套装100的其他配置与第一实施例相同，因此将省略其描述。

尽管上面已经描述了本发明的一个实施例，但是本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明的精神的范围内进行各种修改。

本发明的一个方面可以在权利要求的范围内进行各种修改，并且本发明的技术范围包括通过适当地组合在不同实施例中分别公开的技术手段而获得的实施例。另外，还包括在上述各实施例和变形例的每个中说明的要素以及具有相同效果的要素相互置换的配置。

例如，鞋底负荷传感器18可以预先设置在动力套装100的鞋底板16的地面接触表面的一侧。此外，脚底负荷传感器19可以预先插入到脚用束带17内。

此外，在上面的描述中，示出了鞋底负荷传感器18具有覆盖脚用束带17的整个背面的面积，并且脚底负荷传感器19具有覆盖脚用束带17的内部的整个脚底的面积。然而，鞋底负荷传感器18即使在施加负荷的位置偏离的情况下，也能够测量从鞋底板16或脚用束带17施加到地面接触表面的负荷。

此外，在以上示例中，示出了控制动力套装100的情况，但是控制设备21不限于此，并且可以被应用于具有非线性模式变化的多关节机器人等(例如，人形机器人)的一般控制。

此外，在以上示例中，控制设备21设置在动力套装100中，但是本发明不限于此，并且通过有线或无线方式与动力套装100通信地连接的另一设备可以具有控制设备21的功能。

此外，在以上描述中，动力套装100具有分别与每个关节相对应的髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15，但是不限于此。动力套装100可以具有髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15中的至少一个。例如，动力套装100可以仅设置有髋致动器13和膝致动器14，并且可以不必具有踝致动器15。替代地，踝致动器15可以是不使用控制信号的致动器，诸如机械板簧。在这种情况下，踝关节传感器25是检测板簧的弯曲角度的角度检测传感器，或检测板簧的反作用力的力传感器。转矩控制单元2122基于板簧的弯曲角度或由踝关节传感器25检测到的板簧的反作用力来计算由髋致动器13和膝致动器14输出的转矩的目标值。

此外，在以上描述中，动力套装100具有鞋底负荷传感器18和脚底负荷传感器19，但是不限于此，并且可以提供鞋底负荷传感器18和脚底负荷传感器19中的任一个。

图10是示出动力套装的最小配置的图。

作为负荷减少设备的一方面，控制设备21可以至少具有吸震机构270、驱动机构130和转矩控制单元2122的功能。

吸震机构270吸收用户运动时产生的冲击力，从而及时地分散冲击力。吸震机构270是上述吸震机构机构27、28、29的总称，并且可以使用这些吸震机构27、28、29中的任何一个或任意组合。

驱动机构130输出转矩，以减小在用户的双腿的关节处施加给用户的负荷。驱动机构130是髋致动器13、膝致动器14和踝致动器15中的任何一个或任何组合。

转矩控制单元2122基于吸震机构270的操作来控制由驱动机构130输出的转矩。

控制设备21的最小配置可以至少具有转矩控制单元2122的功能。

上述控制设备21也可以是配备有诸如CPU(中央处理单元)101、ROM(只读存储器)102、RAM(随机存取存储器)103、HDD(硬盘驱动器)104和无线通信设备105之类的硬件的计算机。

上述控制设备21在内部具有计算机系统。上述每个处理的过程以程序的形式存储在计算机可读记录介质中，该过程由读取并执行该程序的计算机来执行。在此，计算机可读记录介质是指磁盘、磁光盘、CD-ROM、DVD-ROM或半导体存储器等。此外，该计算机程序可以经由通信线路被分发到计算机，并且接收到该分发的计算机可以执行该程序。

此外，上述程序可以用于实现上述一些功能。

此外，上述程序可以是可以与已经记录在计算机系统中的程序结合实现上述功能的所谓的差分文件(差分程序)。

要求于2018年11月13日提交的日本专利申请No.2018-212803优先权，其内容通过引用并入本文。

工业适用性

根据本发明，可以减小负荷减少设备的大小和重量。

[参考符号列表]

100：动力套装

11：骨架部分

12：皮带

13：髋致动器

14：膝致动器

15：踝致动器

16：鞋底板

17：脚用束带

18：鞋底负荷传感器

19：脚底负荷传感器

20：装载平台

21：控制设备

22：电池

23：髋关节传感器

24：膝关节传感器

25：踝关节传感器

27、28、29：减震机构

211：信息获取单元

212：集成控制单元

2121：操作估计单元

2122：转矩控制单元

213：致动器控制单元

214：电源单元

215：存储单元

Claims (8)

1.一种负荷减少设备，包括：

吸震机构，在所述吸震机构中布置有弹性体以吸收在用户运动时产生的冲击力；

驱动机构，所述驱动机构被配置为输出转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加给所述用户的负荷；以及

转矩控制装置，所述转矩控制装置用于基于所述吸震机构的操作来控制由所述驱动机构输出的所述转矩，

其中，所述吸震机构具有设置在对应于所述用户的大腿的骨架部分中的第一吸震机构和设置在对应于所述用户的小腿的骨架部分中的第二吸震机构，

所述吸震机构基于指示每条腿的负荷值的负荷信息、指示所述关节的角度的关节角度信息、以及指示所述吸震机构的操作状况的吸震机构信息来估计所述吸震机构的状态，所述吸震机构信息包括所述弹性体的长度、所述弹性体的膨胀/收缩速度、或施加到所述弹性体的负荷值中的至少一个，以及

所述转矩控制装置基于所述吸震机构的估计的所述状态、所述负荷信息和所述关节角度信息来控制所述转矩。

2.根据权利要求1所述的负荷减少设备，其中，所述吸震机构通过弹性体来分散所述冲击力。

3.根据权利要求1或2所述的负荷减少设备，其中，所述第一吸震机构沿着所述用户的每条大腿设置，并且所述第二吸震机构沿着所述用户的每条小腿设置。

4.根据权利要求1或2所述的负荷减少设备，其中，所述吸震机构还设置在与所述用户的背部相对应的位置处。

5.根据权利要求1或2所述的负荷减少设备，其中，所述吸震机构还设置在安装在所述用户上的行李保持机构中。

6.一种控制设备，所述控制设备设置在负荷减少设备中，所述负荷减少设备包括：吸震机构，在所述吸震机构中布置有弹性体以吸收在用户运动时产生的冲击力；以及驱动机构，所述驱动机构被配置为输出转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加给所述用户的负荷，所述吸震机构具有设置在对应于所述用户的大腿的骨架部分中的第一吸震机构和设置在对应于所述用户的小腿的骨架部分中的第二吸震机构，

所述控制设备包括转矩控制装置，所述转矩控制装置用于基于所述吸震机构的操作来控制由所述驱动机构输出的所述转矩，

其中，所述吸震机构基于指示每条腿的负荷值的负荷信息、指示所述关节的角度的关节角度信息、以及指示所述吸震机构的操作状况的吸震机构信息来估计所述吸震机构的状态，所述吸震机构信息包括所述弹性体的长度、所述弹性体的膨胀/收缩速度、或施加到所述弹性体的负荷值中的至少一个，以及

所述转矩控制装置基于所述吸震机构的估计的所述状态、所述负荷信息和所述关节角度信息来控制所述转矩。

7.一种负荷减少方法，包括：

基于布置有弹性体以吸收在用户运动时产生的冲击力的吸震机构的操作，控制由驱动机构输出的转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加到所述用户的负荷，所述吸震机构具有设置在对应于所述用户的大腿的骨架部分中的第一吸震机构和设置在对应于所述用户的小腿的骨架部分中的第二吸震机构，

其中，所述控制包括

基于指示每条腿的负荷值的负荷信息、指示所述关节的角度的关节角度信息、以及指示所述吸震机构的操作状况的吸震机构信息来估计所述吸震机构的状态，所述吸震机构信息包括所述弹性体的长度、所述弹性体的膨胀/收缩速度、或施加到所述弹性体的负荷值中的至少一个，以及

基于所述吸震机构的估计的所述状态、所述负荷信息和所述关节角度信息来控制所述转矩。

8.一种存储介质，所述存储介质存储使负荷减少设备的计算机执行处理的程序，所述处理包括：

基于布置有弹性体以吸收在用户运动时产生的冲击力的吸震机构的操作，控制由驱动机构输出的转矩，用于减小在所述用户的腿的关节处施加到所述用户的负荷，所述吸震机构具有设置在对应于所述用户的大腿的骨架部分中的第一吸震机构和设置在对应于所述用户的小腿的骨架部分中的第二吸震机构，

其中，所述控制包括

基于指示每条腿的负荷值的负荷信息、指示所述关节的角度的关节角度信息、以及指示所述吸震机构的操作状况的吸震机构信息来估计所述吸震机构的状态，所述吸震机构信息包括所述弹性体的长度、所述弹性体的膨胀/收缩速度、或施加到所述弹性体的负荷值中的至少一个，以及

基于所述吸震机构的估计的所述状态、所述负荷信息和所述关节角度信息来控制所述转矩。