[go: up one dir, main page]

JP2013208292A - Walking assistance device and walking assistance program - Google Patents

Walking assistance device and walking assistance program Download PDF

Info

Publication number
JP2013208292A
JP2013208292A JP2012080763A JP2012080763A JP2013208292A JP 2013208292 A JP2013208292 A JP 2013208292A JP 2012080763 A JP2012080763 A JP 2012080763A JP 2012080763 A JP2012080763 A JP 2012080763A JP 2013208292 A JP2013208292 A JP 2013208292A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gravity
center
walking
ideal
posture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012080763A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Kotabe
顕 小田部
Atsushi Sato
敦 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Equos Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Equos Research Co Ltd filed Critical Equos Research Co Ltd
Priority to JP2012080763A priority Critical patent/JP2013208292A/en
Publication of JP2013208292A publication Critical patent/JP2013208292A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

【課題】装着者の歩行の効率を高める。
【解決手段】各種パラメータ(身体パラメータ、関節角度、床反力など)から歩行中の状態を判断し、その状態の理想的な重心位置になるよう歩行アシスト用のアクチュエータ(股関節、膝関節、足関節)を制御する。理想的な重心軌跡を描くことにより歩き方に歪みの無い(左右バランスがよい、脚部や腰への負担が少ない)効率のよい歩行を行うことができる。より詳細には、歩行の各相において、人体重心と理想重心の位置のずれを検出し、各アクチュエータを駆動して人体を動かし、人体重心を理想重心の方向に移動して当該ずれを補正する。
【選択図】図4
To improve the walking efficiency of a wearer.
The state of walking is judged from various parameters (body parameters, joint angle, floor reaction force, etc.), and an actuator for walking assistance (hip joint, knee joint, foot) so that the ideal center of gravity position of the state is obtained. Control). By drawing an ideal center-of-gravity locus, it is possible to perform an efficient walk with no distortion in the way of walking (good balance between left and right, less burden on legs and waist). More specifically, in each phase of walking, a shift in the position of the human body center of gravity and the ideal center of gravity is detected, each actuator is driven to move the human body, and the human body center of gravity is moved in the direction of the ideal center of gravity to correct the shift. .
[Selection] Figure 4

Description

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、装着者の歩行を支援するものに関する。   The present invention relates to a walking support device and a walking support program, and, for example, relates to a device that supports walking of a wearer.

近年、2足歩行ロボットの分野の発展は目覚しく、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. Description of the Related Art In recent years, the development of bipedal robots has been remarkable, and there are robots that can not only walk statically but also can walk dynamically and bipedal robots that can run.
Note that the static walk is a walk in which the projected point of the center of gravity on the road surface is located on either the left or right sole, and the dynamic walk is a walk in which the projected point deviates from the left or right sole.

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。   When biped walking, it is important how to adjust the position of the center of gravity, and as one of the techniques for that purpose, as in “Robot and center of gravity position control method of robot” in Patent Document 1, There is a technique that makes it difficult to fall by using a heavy object attached to the body (for example, an arm or a battery) as a balancer, and also enables a movement similar to that of a person to walk.

また、特許文献2の「歩行補助装置」のように、装着者の歩行をアシストするウェアラブルモビリティにおいて歩行支援装置として適用される歩行ロボットもある。歩行支援装置は、装着者の歩行に同調して動作し、装着者の筋力を補助するものである。
歩行支援装置の場合、装着者が腕や腰などの身体部位を適当に変位させることにより重心の位置の調節が図られる。
In addition, there is a walking robot that is applied as a walking assistance device in wearable mobility that assists the wearer's walking, such as the “walking assist device” of Patent Document 2. The walking assist device operates in synchronization with the wearer's walking and assists the wearer's muscle strength.
In the case of a walking support device, the position of the center of gravity can be adjusted by the wearer appropriately displacing body parts such as arms and waists.

しかしながら、歩行支援装置の場合、装着者が必ずしも理想的な歩行をしているとは限らず、その場合、歩行支援装置は、装着者の歩行のくせに適合して筋力を補助し、効率のよい歩行とならない場合があった。
特許文献1の技術は、2足歩行ロボット用に開発されたものであり、理想的な歩行となるように重心の軌跡を制御することを前提としていないため、人間の自然な歩行には適用できないという問題があった。
However, in the case of a walking support device, the wearer does not necessarily make an ideal walk. In that case, the walking support device assists muscle strength in conformity with the wearer's walking habits, and is efficient. There were cases where it was not good walking.
The technique of Patent Document 1 was developed for a biped walking robot and is not premised on controlling the trajectory of the center of gravity so as to achieve an ideal walking, and therefore cannot be applied to human natural walking. There was a problem.

特開2001−129775号公報JP 2001-129775 A 特開2011−142958号公報JP 2011-142958 A

本発明は、装着者の歩行の効率を高めることを目的とする。   An object of this invention is to improve the efficiency of a wearer's walk.

(1)請求項1に記載の発明では、歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得手段と、前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得手段と、前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御手段と、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、前記歩行支援対象者の脚部の関節の動作を補助するアクチュエータを具備し、前記姿勢制御手段は、前記アクチュエータを駆動することにより前記歩行支援対象者の姿勢を制御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、前記歩行周期は複数の時期に区分されており、前記姿勢制御手段は、前記時期ごとにずれを検出して前記歩行支援対象者の姿勢を制御する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、歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得機能と、前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得機能と、前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御機能と、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。
(1) In the invention described in claim 1, the reference position locus acquisition means for acquiring the locus of the reference position of the center of gravity of the walking support target person corresponding to the walking cycle, and the locus of the center of gravity position of the walking support target person Center of gravity position trajectory acquisition means acquired corresponding to the walking cycle, and control of the posture of the walking support target person so that a deviation between the acquired trajectory of the reference position and the acquired trajectory of the center of gravity position is a predetermined amount or less. There is provided a walking support device characterized by comprising a posture control means.
(2) The invention according to claim 2, further comprising an actuator for assisting movement of a joint of a leg of the walking support target person, wherein the posture control means drives the actuator to drive the walking support target person. The walking support device according to claim 1 is provided.
(3) In the invention according to claim 3, the walking cycle is divided into a plurality of periods, and the posture control means controls the posture of the walking support target by detecting a deviation at each time. A walking support device according to claim 1 or claim 2 is provided.
(4) In the invention described in claim 4, a reference position trajectory acquisition function for acquiring a reference position trajectory of the center of gravity of the walking support target person corresponding to the walking cycle, and a trajectory of the center of gravity position of the walking support target person are obtained. The center-of-gravity position trajectory acquisition function acquired corresponding to the walking cycle, and the posture of the walking support target person is controlled so that the difference between the acquired reference position trajectory and the acquired center-of-gravity position trajectory is a predetermined amount or less. Provided is a walking support program that realizes a posture control function with a computer.

本発明によれば、アクチュエータによって装着者の歩行にあわせて重心位置を補正することにより、装着者の歩行の効率を高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the efficiency of a wearer's walk can be improved by correct | amending a gravity center position according to a wearer's walk with an actuator.

装着型ロボットの装着状態を示した図である。It is the figure which showed the mounting state of the mounting type robot. 装着型ロボットのシステム構成を示した図である。It is the figure which showed the system configuration | structure of the mounting | wearing type robot. 歩行周期を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a walk cycle. 理想重心軌跡を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an ideal gravity center locus | trajectory. 重心を補正する際のアクチュエータの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the actuator at the time of correct | amending a gravity center. 重心補正処理の手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the procedure of a gravity center correction process.

(1)実施形態の概要
各種パラメータ(身体パラメータ、関節角度、床反力など)から歩行中の状態を判断し、その状態の理想的な重心位置になるよう歩行アシスト用のアクチュエータ(股関節、膝関節、足首関節)を制御する。理想的な重心軌跡を描くことにより歩き方に歪みの無い(左右バランスがよい、脚部や腰への負担が少ない)効率のよい歩行を行うことができる。
より詳細には、歩行状態(歩行における初期接地から遊脚終期にまでの各相)において、人体重心と理想重心の位置のずれを検出し、各アクチュエータを駆動して人体を動かし、人体重心を理想重心の方向に移動して当該ずれを補正する。
(1) Outline of Embodiment A walking state is determined from various parameters (body parameters, joint angles, floor reaction force, etc.), and a walking assist actuator (hip joint, knee) is set to an ideal center of gravity position in the state. Joints, ankle joints). By drawing an ideal center-of-gravity locus, it is possible to perform an efficient walk with no distortion in the way of walking (good balance between left and right, less burden on legs and waist).
More specifically, in the walking state (each phase from the initial grounding to the end of the free leg in walking), the displacement of the center of gravity of the human body and the ideal center of gravity is detected, and each actuator is driven to move the human body. The shift is corrected by moving in the direction of the ideal center of gravity.

(2)実施形態の詳細
以下本実施形態の歩行支援装置について、図1に示した装着型ロボット1を例に説明する。
図1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などを備えている。なお、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。
但し、つま先反力センサ10、踵反力センサ11については、反力の検出が不要である実施例の場合には、両センサに変えてつま先接地センサ、踵接地センサを備えるようにしてもよい。
(2) Details of Embodiment Hereinafter, the walking support apparatus according to the present embodiment will be described using the wearable robot 1 shown in FIG. 1 as an example.
FIG. 1 is a diagram showing a wearing state of the wearing robot 1.
The wearable robot 1 is worn on the waist and lower limbs of the wearer to assist (assist) the wearer's walking.
The wearable robot 1 includes a waist attachment part 21, an upper leg attachment part 22, a lower leg attachment part 23, a foot attachment part 24, an upper leg connection member 26, a lower leg connection member 27, a control device 2, a toe reaction force sensor 10, Force sensor 11, toe posture sensor 12, heel posture sensor 13, waist posture sensor 14, upper leg posture sensor 15, lower leg posture sensor 16, hip joint assist actuator 17, knee joint assist actuator 18, ankle joint assist actuator 19 and the like are provided. Yes. In addition, except for the waist mounting part 21, the control device 2, and the waist posture sensor 14, they are provided on both the left and right feet, and the respective detected values are output.
However, the toe reaction force sensor 10 and the heel reaction force sensor 11 may be provided with a toe grounding sensor and a heel grounding sensor instead of both sensors in the embodiment in which the detection of the reaction force is unnecessary. .

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。
The waist mounting portion 21 is attached around the waist of the wearer and fixes the wearable robot 1.
The waist posture sensor 14 is attached to the waist attachment portion 21 and detects the posture of the waist (roll angle, yaw angle, pitch angle) with a gyroscope or the like. Also, by differentiating these angles, the angular velocity and angular acceleration of the waist can be obtained.

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を駆動する。股関節アシストアクチュエータ17は、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ほか、装着者の重心制御のために横方向や斜め方向にも駆動することができる。
The control device 2 is attached to the waist mounting portion 21 and controls the operation of the wearable robot 1.
The hip joint assist actuator 17 is provided at the same height as the hip joint of the wearer, and drives the upper thigh connection member 26 with respect to the waist mounting portion 21. The hip joint assist actuator 17 can drive the upper thigh coupling member 26 in the front-rear direction with respect to the waist attachment portion 21 and can also be driven in the lateral direction and the oblique direction for controlling the center of gravity of the wearer.

このためには、股関節アシストアクチュエータ17を前後方向に駆動するアクチュエータと横方向に駆動するアクチュエータを組み合わせて構成することができる。前後方向のアクチュエータと横方向のアクチュエータの動作を組み合わせることにより、股関節を前後方向、横方向、及び斜め方向に3次元的に駆動することができる。
または、股関節アシストアクチュエータ17を単一の3軸アクチュエータとしてもよい。
For this purpose, the hip joint assist actuator 17 can be configured by combining an actuator that drives in the front-rear direction and an actuator that drives in the lateral direction. By combining the operations of the longitudinal actuator and the lateral actuator, the hip joint can be driven three-dimensionally in the longitudinal direction, the lateral direction, and the oblique direction.
Alternatively, the hip joint assist actuator 17 may be a single triaxial actuator.

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。
The upper thigh coupling member 26 is a rigid columnar member provided outside the upper thigh of the wearer, and is fixed to the upper thigh of the wearer by the upper thigh mounting portion 22. The upper thigh connecting member 26 is driven by the hip joint assist actuator 17 to support the movement of the upper thigh.
The outer side of the upper thigh mounting part 22 is fixed to the inner side of the upper thigh coupling member 26, and the inner side is fixed to the upper leg of the wearer.
The upper leg posture sensor 15 detects the upper leg posture (roll angle, yaw angle, pitch angle). In addition, by differentiating these angles, the angular velocity and acceleration of the upper thigh can be obtained.

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を前後方向に運動させ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。
The knee joint assist actuator 18 is provided at the same height as the knee joint of the wearer, and moves the lower leg connection member 27 in the front-rear direction with respect to the upper leg connection member 26 to move the lower leg of the wearer. Support.
The crus connecting member 27 is a columnar member having rigidity provided outside the crus of the wearer, and is fixed to the crus of the wearer by the crus attachment 23. The lower leg connecting member 27 is driven by the knee joint assist actuator 18 to support the movement of the lower leg.

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。
The outer side of the lower leg mounting portion 23 is fixed to the inner side of the lower leg connecting member 27, and the inner side is fixed to the lower leg of the wearer.
The lower leg posture sensor 16 detects the lower leg posture (roll angle, yaw angle, pitch angle). Also, by differentiating these angles, the angular velocity and angular acceleration of the lower leg can be obtained.

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。また、足首関節アシストアクチュエータ19は、装着者の重心制御のため、股関節アシストアクチュエータ17と同様に横方向や斜め方向にも駆動する。
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。
The ankle joint assist actuator 19 is provided at the same height as the wearer's ankle joint, and drives the toe of the foot mounting portion 24 in the direction of moving up and down with respect to the crus coupling member 27. Further, the ankle joint assist actuator 19 is also driven in the lateral direction and the oblique direction in the same manner as the hip joint assist actuator 17 in order to control the center of gravity of the wearer.
The foot mounting portion 24 is fixed to the foot portion (instep and sole) of the wearer. Generally, the joint at the base of the toe is bent during walking, but the foot mounting portion 24 is also configured so that the base of the toe is bent according to the toes.

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。   The toe posture sensor 12 and the heel posture sensor 13 are respectively installed at the front end and the rear end of the foot mounting portion 24 and detect the toe and heel postures (roll angle, yaw angle, pitch angle), respectively. Further, by differentiating these angles, the angular velocity and angular acceleration of the toes and the heel can be obtained.

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。
The toe reaction force sensor 10 is installed in front of the sole portion of the foot mounting portion 24 and detects the ground contact of the toe and the reaction force from the walking surface.
The heel reaction force sensor 11 is installed on the rear side of the sole of the foot mounting portion 24 and detects the ground contact of the heel and also detects the reaction force from the walking surface.
The wearable robot 1 configured as described above supports the walking of the wearer by driving the hip joint assist actuator 17, the knee joint assist actuator 18, and the ankle joint assist actuator 19.

図2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、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。
FIG. 2 is a diagram showing a system configuration of the wearable robot 1.
The control device 2 is an electronic control unit having a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a clock as means for measuring time, a storage unit, various interfaces, and the like (not shown). Yes, each part of the wearable robot 1 is electronically controlled.

制御装置2は、また、CPUで記憶部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3、センサ情報取得部4、各種パラメータ算出部5、人体重心算出部6、理想重心算出部7、重心軌跡比較部8、歩行アシスト力決定部9を備えている。   The control device 2 is also configured by executing various programs such as a walking support program stored in the storage unit by the CPU, and configured by a body parameter input unit 3, a sensor information acquisition unit 4, various parameter calculation units 5, and a human body. A centroid calculating unit 6, an ideal centroid calculating unit 7, a centroid locus comparing unit 8, and a walking assist force determining unit 9 are provided.

身体パラメータ入力部3は、装着者の身長、体重などの身体的なパラメータの入力を例えば、キーボードから受け付ける。これらパラメータは、装着者の人体重心や理想重心の位置や軌跡を算出するのに用いられる。なお、人体重心とは、装着者の身体の実際の重心であり、理想重心とは、装着者が理想的な歩行をしている場合の身体の重心である。   The body parameter input unit 3 receives input of physical parameters such as the height and weight of the wearer from, for example, a keyboard. These parameters are used to calculate the position and locus of the wearer's human body center and ideal center of gravity. The human body center of gravity is the actual center of gravity of the wearer's body, and the ideal center of gravity is the center of gravity of the body when the wearer is ideally walking.

センサ情報取得部4は、つま先反力センサ10〜下腿姿勢センサ16の各センサから検出値を取得する。センサ情報取得部4で取得した各センサの検出値は、歩行状態(後述する歩行の各相)の判定や人体重心や理想重心の位置などの算出に使用される。   The sensor information acquisition unit 4 acquires a detection value from each of the toe reaction force sensor 10 to the crus posture sensor 16. The detection value of each sensor acquired by the sensor information acquisition unit 4 is used for determination of the walking state (each phase of walking to be described later) and calculation of the position of the human body gravity center, ideal gravity center, and the like.

各種パラメータ算出部5は、センサ情報取得部4で取得した検出値から、各関節の角度、位置、角速度、関節モーメントなどを算出する。
これらの算出値は、歩行状態(後述する歩行の各相)の判定や人体重心や理想重心の位置などの算出に使用される。
The various parameter calculation unit 5 calculates the angle, position, angular velocity, joint moment, and the like of each joint from the detection values acquired by the sensor information acquisition unit 4.
These calculated values are used for the determination of the walking state (each phase of walking described later) and the calculation of the position of the human body gravity center and the ideal center of gravity.

人体重心算出部6は、身体パラメータ入力部3で入力されたデータ、センサ情報取得部4で取得したセンサ値、各種パラメータ算出部5の算出値により、人体の重心の現在位置を算出し、更に、その時間的な推移により人体重心の軌跡を算出する。   The human body center-of-gravity calculation unit 6 calculates the current position of the center of gravity of the human body from the data input by the body parameter input unit 3, the sensor values acquired by the sensor information acquisition unit 4, and the calculated values of the various parameter calculation units 5, The trajectory of the center of gravity of the human body is calculated based on the temporal transition.

理想重心算出部7は、身体パラメータ入力部3で入力されたデータ、センサ情報取得部4で取得したセンサ値、各種パラメータ算出部5の算出値により、現在の歩行の相(後述)を判定し、当該相における装着者の理想重心の位置を算出し、更に、その時間的な推移により理想重心の軌跡を算出する。
重心軌跡比較部8は、人体重心算出部6が算出した人体重心の軌跡と理想重心算出部7が算出した理想重心の軌跡を比較し、両者の差分を算出する。
The ideal center-of-gravity calculation unit 7 determines the current walking phase (described later) based on the data input by the body parameter input unit 3, the sensor value acquired by the sensor information acquisition unit 4, and the calculation values of various parameter calculation units 5. The position of the ideal center of gravity of the wearer in the phase is calculated, and the locus of the ideal center of gravity is calculated based on the temporal transition.
The center-of-gravity locus comparison unit 8 compares the locus of the human body center of gravity calculated by the human body center-of-gravity calculation unit 6 with the locus of the ideal center of gravity calculated by the ideal center-of-gravity calculation unit 7, and calculates the difference between the two.

歩行アシスト力決定部9は、左右両足のそれぞれに配置されている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、これに従ってこれらアシストアクチュエータを駆動する。
この際に、歩行アシスト力決定部9は、通常の歩行動作の補助を行うほか、重心軌跡比較部8が算出した差分を0に近づける(即ち、人体重心の軌跡を理想重心の軌跡に近づける)ように、各アクチュエータを駆動して装着者の歩行を矯正する。
The walking assist force determination unit 9 determines the assist force to be output to the hip joint assist actuator 17, the knee joint assist actuator 18, and the ankle joint assist actuator 19 arranged on both the left and right feet, and drives these assist actuators accordingly. .
At this time, the walking assist force determination unit 9 assists the normal walking motion, and closes the difference calculated by the gravity center locus comparison unit 8 to 0 (that is, makes the locus of the human body gravity center closer to the locus of the ideal gravity center). Thus, each actuator is driven to correct the wearer's walking.

図3は、歩行周期を説明するための図である。
歩行周期は、歩行において片足が1サイクルする周期である。ここでは、観察肢を右足とし、反対側の足を左足として説明する。観察肢を左足とし、反対側の足を右足とした場合も同様である。
歩行周期は、大きく立脚期と遊脚期に分類される。立脚期とは、右足(観察肢)が接地している期間であり、遊脚期とは、右足が地面から離れている期間である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the walking cycle.
The walking cycle is a cycle in which one leg makes one cycle during walking. Here, the observation limb is assumed to be the right foot, and the opposite foot is assumed to be the left foot. The same applies to the case where the observation limb is the left foot and the opposite foot is the right foot.
The walking cycle is roughly classified into the stance phase and the swing phase. The stance phase is a period in which the right foot (observation limb) is in contact with the ground, and the swing phase is a period in which the right foot is away from the ground.

更に、立脚期は、初期接地a(イニシャルコンタクト)、荷重応答期b(ローディングレスポンス)、立脚中期c(ミッドスタンス)、立脚終期d(ターミナルスタンス)に分類される。
一方、遊脚期は、前遊脚期e(プレスイング)、遊脚初期f(イニシャルスイング)、遊脚中期g(ミッドスイング)、遊脚終期h(ターミナルスイング)に分類される。
Furthermore, the stance phase is classified into an initial ground contact a (initial contact), a load response phase b (loading response), a mid-stance phase c (mid stance), and a stance end phase d (terminal stance).
On the other hand, the free leg period is classified into the previous free leg period e (pressing), the free leg initial stage f (initial swing), the free leg middle period g (mid swing), and the free leg end period h (terminal swing).

初期接地aと荷重応答期bは、共に身体の荷重を他方の脚部が立脚期から遊脚期に移行する際に荷重を受け継ぐ期間である。
初期接地aは、右足が遊脚期のスイングを終えて接地する瞬間である。歩行周期の各相の判断は、センサ情報取得部4、各種パラメータ算出部5での値を総合的に判断して行うが、初期接地aは、主に左の踵反力センサ11の出力により接地を検出して行うことができる。
The initial grounding a and the load response period b are periods in which the body load is inherited when the other leg shifts from the stance phase to the swing phase.
The initial grounding a is a moment when the right foot comes into contact with the ground after swinging in the swing phase. The determination of each phase of the walking cycle is performed by comprehensively determining the values in the sensor information acquisition unit 4 and various parameter calculation units 5, but the initial ground contact a is mainly based on the output of the left side reaction force sensor 11. This can be done by detecting grounding.

荷重応答期bは、初期接地aから右足が地面から離れた瞬間までの期間である。この期間では体重が素早く左に移動してくる。
加重応答期の終わりは、主に右足のつま先反力センサ10により右足が地面から離れた瞬間を検出することにより行うことができる。
The load response period b is a period from the initial ground contact a to the moment when the right foot leaves the ground. During this period, the weight moves quickly to the left.
The end of the weighted response period can be performed mainly by detecting the moment when the right foot is separated from the ground by the toe reaction force sensor 10 of the right foot.

立脚中期cと立脚終期dは、共に単脚(ここでは左脚)で身体を支持する期間である。
立脚中期cは、左足が地面から離れた瞬間から右足の踵が地面から離れる瞬間までの期間である。この期間では、右足を支点として前方に身体を移動すると共に体幹の安定を確保する。
立脚中期cの終わりは、主に右足の踵反力センサ11で右足踵が離れた瞬間を検出することにより行われる。
The middle stance phase c and the last stance phase d are both periods in which the body is supported by a single leg (here, the left leg).
The middle stance c is a period from the moment when the left foot is separated from the ground to the moment when the heel of the right foot is separated from the ground. During this period, the body is moved forward with the right foot as a fulcrum, and the trunk is secured.
The end of the middle stance c is performed mainly by detecting the moment when the right footpad is separated by the right footpad reaction force sensor 11.

立脚終期dは、右足の踵が地面から離れた瞬間から左足の初期接地aまでの期間である。この期間では、身体を支持足より前に運ぶ。
立脚終期dの終わりは、主に左の踵反力センサ11により接地を検出することにより行われる。
The stance end d is a period from the moment when the right foot heel leaves the ground to the initial grounding a of the left foot. During this period, the body is carried before the supporting foot.
The end of the stance end d is performed mainly by detecting the ground contact by the left side reaction force sensor 11.

一方、遊脚期の前遊脚期e〜遊脚終期hは、遊脚肢を前方に動かす(空間でスイングする)期間である。
前遊脚期eは、左足の初期接地aから右足のつま先が地面から離れた瞬間までの期間である。この期間は、遊脚初期fの準備をする期間である。
前遊脚期eの終わりは、主に右足のつま先反力センサ10によりつま先が地面から離れたことを検出することにより行われる。
On the other hand, the free leg period e to the free leg end period h of the swing leg period is a period in which the swing leg is moved forward (swings in space).
The front swing leg period e is a period from the initial ground contact a of the left foot to the moment when the toe of the right foot leaves the ground. This period is a period for preparing for the free leg initial stage f.
The end of the front swing leg period e is mainly performed by detecting that the toes are separated from the ground by the toe reaction force sensor 10 of the right foot.

遊脚初期fは、左足のつま先が地面から離れた瞬間から両足の下腿が交差するまでの期間である。この期間では、右足を地面から離し、前方に運ぶ。
遊脚初期fの終わりは、各センサの出力により、右足の状態と左足の状態を算出し、そして、下腿の交差を判断することにより行われる。
The free leg initial f is a period from the moment when the toe of the left foot is separated from the ground until the lower leg of both feet intersects. During this period, take your right foot away from the ground and carry it forward.
The end of the free leg initial stage f is performed by calculating the state of the right foot and the state of the left foot based on the output of each sensor and determining the intersection of the lower leg.

遊脚中期gは、両足の下腿が交差してから右足の下腿が地面に対して直角になる瞬間までの期間である。この期間では、右足を更に移動すると共につま先と地面とのクリアランスを確保する。
遊脚中期gの終わりは、各センサの出力により、右足の状態を算出し、右足の下腿が地面に対して直角となったことを判断することにより行われる。
The free leg middle period g is a period from the intersection of the lower leg of both feet to the moment when the lower leg of the right foot is perpendicular to the ground. During this period, the right foot is further moved and the clearance between the toes and the ground is secured.
The end of the free leg middle period g is performed by calculating the state of the right foot based on the output of each sensor and determining that the lower leg of the right foot is perpendicular to the ground.

遊脚終期hは、両足の下腿が地面に対して直角になってから右足の踵が地面に接触する間での期間である。この期間では、右足の前方への移動を終了し、右足で立脚するための準備を行う。
遊脚終期hの終わりは、主に右足の踵反力センサ11により接地を検出することにより行われる。
以上のようにして右足の1歩行周期が構成される。左足の1歩行周期も同様である。
The free leg end period h is a period from when the lower leg of both feet is perpendicular to the ground until the heel of the right foot contacts the ground. During this period, the forward movement of the right foot is terminated and preparations are made for standing on the right foot.
The end of the free leg end period h is performed mainly by detecting the ground contact by the reaction force sensor 11 of the right foot.
As described above, one walking cycle of the right foot is configured. The same applies to one walking cycle of the left foot.

図4の各図は、理想重心軌跡を説明するための図である。
各図は、理想的な歩行を行っている歩行者を前から見たところを示している。理想的な歩行であるため、人体重心軌跡と理想重心軌跡は、一致している。
図4(a)〜図4(h)は、右足の1歩行周期における初期接地aから遊脚終期hまでの各相に対応している。
図に示したように、理想重心32は、腰付近に存在し、その軌跡である理想重心軌跡31は、8の字を横にした形をしている。なお、ここでは、当該8の字が地面と進行方向に垂直な2次元平面上にあるものとする。
Each figure of FIG. 4 is a figure for demonstrating an ideal gravity center locus | trajectory.
Each figure has shown the place which looked at the pedestrian who is performing the ideal walk from the front. Since it is an ideal walk, the human body center-of-gravity locus coincides with the ideal center-of-gravity locus.
4 (a) to 4 (h) correspond to each phase from the initial ground contact a to the free leg end h in one walking cycle of the right foot.
As shown in the figure, the ideal center of gravity 32 exists near the waist, and the ideal center of gravity locus 31 that is the locus of the ideal center of gravity 32 has a shape of 8 in a horizontal direction. Here, it is assumed that the figure 8 is on a two-dimensional plane perpendicular to the ground and the traveling direction.

歩行の各相での理想重心軌跡31における理想重心32は、図4(a)〜(h)の順に、その位置が次のように変化する。
ただし、図4は、歩行者を前から見た図とその理想重心の軌跡を表しているが、理想重心の動く方向については、歩行者と対面した者の視点からみた方向として説明する。従って、理想重心の動きを右方向と説明する場合、歩行者にとっては左方向の動きである。
なお、後述する図5も同じである。
The position of the ideal gravity center 32 in the ideal gravity center locus 31 in each phase of walking changes as follows in the order of FIGS.
However, FIG. 4 shows a view of the pedestrian as viewed from the front and the locus of the ideal center of gravity. The direction of movement of the ideal center of gravity will be described as a direction viewed from the viewpoint of the person facing the pedestrian. Therefore, when the movement of the ideal center of gravity is described as the right direction, it is a leftward movement for the pedestrian.
The same applies to FIG. 5 described later.

図4(a)〜(h)に示すように、歩行の各相での理想重心軌跡31における理想重心32の位置は、初期接地a(右下)→荷重応答期b(左上への移動)→立脚中期c(左上)→立脚終期d(左下への移動)→前遊脚期e(左下から中心付近への移動)→遊脚初期f(中心付近から右上への移動)→遊脚中期g(引き続き右上への移動)→遊脚終期h(右上から右下への移動)となる。   As shown in FIGS. 4A to 4H, the position of the ideal center of gravity 32 in the ideal center of gravity locus 31 in each phase of walking is the initial ground contact a (lower right) → load response period b (moving to the upper left). → Middle stance c (upper left) → End stance d (moving to the lower left) → Front swing leg e (moving from the lower left to near the center) → Early swing leg f (moving from near the center to upper right) → Middle swing leg g (continuous movement to the upper right) → swing leg end h (movement from the upper right to the lower right).

図5の各図は、人体重心軌跡を理想重心軌跡に補正する際のアクチュエータの動作を説明するための図である。図5(a)、(b)は何れも装着者を正面から見たところを示しているが、動きの方向(左右)は装着者に対面している者からみた方向として説明する。
図5(a)に示した凡例は、理想重心32、人体重心33、及び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の各アクチュエータを示している。
このうち、アクチュエータの表記で、黒丸は、軸方向の回転により図面横方向の移動を意味し、縦黒四角は、軸方向の回転により図面前後方向の移動を示している。
Each drawing of FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the actuator when correcting the human body gravity center locus to the ideal gravity center locus. 5A and 5B show the wearer as seen from the front, but the direction of movement (left and right) will be described as the direction seen from the person facing the wearer.
The legend shown in FIG. 5A shows the ideal gravity center 32, the human body gravity center 33, and the hip joint assist actuator 17, the knee joint assist actuator 18, and the ankle joint assist actuator 19.
Among these, in the notation of an actuator, a black circle means a movement in the horizontal direction of the drawing due to rotation in the axial direction, and a vertical black square indicates a movement in the longitudinal direction of the drawing due to rotation in the axial direction.

今、図5(a)に示したように、人体重心33が理想重心32よりも左下にある場合に、人体重心33を黒矢線で示したように右上に移動して理想重心32の位置に補正する場合について説明する。
図5(a)に示したように、この場合は、足首関節アシストアクチュエータ19を横方向に(白矢線で示したように身体を倒す方向)に駆動し、膝関節アシストアクチュエータ18を前方向(白矢線で示したように足を伸ばす方向)に駆動し、股関節アシストアクチュエータ17を横方向(白矢線で示したように身体を起こす方向)に駆動すると、これらの動きが合成されて人体重心33を理想重心32に補正することができる。
As shown in FIG. 5A, when the human body center of gravity 33 is located on the lower left side of the ideal center of gravity 32, the human body center of gravity 33 is moved to the upper right as indicated by the black arrow line to position the ideal center of gravity 32. A case where correction is performed will be described.
As shown in FIG. 5 (a), in this case, the ankle joint assist actuator 19 is driven in the lateral direction (the direction in which the body is tilted as indicated by the white arrow line), and the knee joint assist actuator 18 is moved in the forward direction. When driving in the direction of extending the leg as indicated by the white arrow line and driving the hip joint assist actuator 17 in the lateral direction (the direction of raising the body as indicated by the white arrow line), these movements are combined. The human body center of gravity 33 can be corrected to the ideal center of gravity 32.

図5(b)、図5(c)は、図5(a)に示した動作を、人体重心33を横方向に移動させるための動作(b)と、人体重心33を上下方向に移動させるための動作に分けて表したものである。
人体重心33を右方向(装着者にとっては左方向)に移動させるためには、図5(b)に示したように、足首関節アシストアクチュエータ19のロール軸を白矢印で示す右回りに回転させることで、右方向(身体を倒す方向)に駆動する。
また、股関節アシストアクチュエータ17のロール軸を白矢印で示す左回りに回転させることで、左方向(身体を起こす方向)に駆動する。
以上の両動作により、人体重心33は、黒矢線で示したように右側に移動する。
5 (b) and 5 (c), the operation shown in FIG. 5 (a) is the same as the operation (b) for moving the human body gravity center 33 in the horizontal direction and the human body gravity center 33 is moved in the vertical direction. It is divided into operations for the purpose.
In order to move the human body center of gravity 33 in the right direction (left direction for the wearer), as shown in FIG. 5B, the roll axis of the ankle joint assist actuator 19 is rotated clockwise as indicated by a white arrow. In this way, it drives in the right direction (the direction of defeating the body).
Further, by rotating the roll axis of the hip joint assist actuator 17 counterclockwise as indicated by a white arrow, the hip assist actuator 17 is driven in the left direction (the direction in which the body is raised).
By both the above operations, the human body center of gravity 33 moves to the right as indicated by the black arrow line.

また、人体重心33を上下方向に移動させるためには、図5(c)に示したように、膝関節アシストアクチュエータ18のピッチ軸を白矢印で示す左回りに回転させることで、足を伸ばす方向に駆動する。
この動作により、人体重心33は、黒矢線で示したように上側に移動する。
Further, in order to move the human body center of gravity 33 in the vertical direction, as shown in FIG. 5C, the pitch axis of the knee joint assist actuator 18 is rotated counterclockwise as indicated by a white arrow, thereby extending the leg. Drive in the direction.
By this operation, the human body center of gravity 33 moves upward as indicated by the black arrow line.

このように、股関節アシストアクチュエータ17及び足首関節アシストアクチュエータ19を図5(b)に示すように駆動し、膝関節アシストアクチュエータ18を図5(c)に示すように駆動することで、これらを合成した動きとして、人体重心33が右上方向、即ち、理想重心32と人体重心33の差分が0に近づく方向に移動する。
以上、人体重心33を右上に移動する場合について説明したが、その他の方向についても同様に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を駆動して移動することができる。
なお、上では理想重心軌跡31の8の字が地面と進行方向に垂直な2次元平面上にあるとしたが、例えば、前後方向に傾いていたり、3次元的に湾曲していてもよい。
In this way, the hip joint assist actuator 17 and the ankle joint assist actuator 19 are driven as shown in FIG. 5B, and the knee joint assist actuator 18 is driven as shown in FIG. As the movement, the human body gravity center 33 moves in the upper right direction, that is, the direction in which the difference between the ideal gravity center 32 and the human body gravity center 33 approaches zero.
Although the case where the human body center of gravity 33 is moved to the upper right has been described above, the hip joint assist actuator 17, the knee joint assist actuator 18, and the ankle joint assist actuator 19 can be similarly driven and moved in other directions.
In the above description, the figure 8 of the ideal barycentric locus 31 is on a two-dimensional plane perpendicular to the ground and the traveling direction, but may be inclined in the front-rear direction or curved three-dimensionally, for example.

図6は、装着型ロボット1が行う重心補正処理の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が備える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、各種のデータを取得する(ステップ5)。具体的には、身体パラメータ入力部3で入力された身長、体重などのデータや、センサ情報取得部4で取得した床反力などのセンサ値のほか、各種パラメータ算出部5で算出された関節角度、関節の角速度、関節モーメントなどの各種データを取得する。
次に、制御装置2は、これらのデータを用いて歩行判断を行う(ステップ10)。この判断は、装着者が歩行しているか否かを判断するものである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the procedure of the center-of-gravity correction process performed by the wearable robot 1.
The following processing is performed by the CPU included in the control device 2 according to a predetermined program.
First, the control device 2 acquires various data (step 5). Specifically, in addition to data such as height and weight input by the body parameter input unit 3, sensor values such as floor reaction force acquired by the sensor information acquisition unit 4, joints calculated by various parameter calculation units 5 Acquire various data such as angle, joint angular velocity, and joint moment.
Next, the control device 2 performs walking determination using these data (step 10). This determination is to determine whether or not the wearer is walking.

歩行判断結果によって歩行中でなかった場合(ステップ15;N)、制御装置2は、アシスト動作を中止するか否かを判断する(ステップ110)。
この判断は、例えば、装着者が歩行を一時停止しているか、それともアシスト機能をオフにしたかを判断するものであり、例えば、装着者が手動でアシスト機能をオフにした場合にアシスト動作停止と判断する。
動作を停止する場合(ステップ110;Y)、制御装置2は、処理を終了し、動作を停止しない場合(ステップ110;N)、制御装置2は、ステップ5に戻る。
When it is not walking based on the walking determination result (step 15; N), the control device 2 determines whether or not to stop the assist operation (step 110).
This determination is made, for example, to determine whether the wearer has temporarily stopped walking or has turned off the assist function. For example, when the wearer manually turns off the assist function, the assist operation is stopped. Judge.
When the operation is stopped (step 110; Y), the control device 2 ends the process, and when the operation is not stopped (step 110; N), the control device 2 returns to step 5.

一方、歩行中である場合(ステップ15;Y)、制御装置2は、ステップ5で取得したデータにより、現在、歩行周期のどの相にあるかを判断する(ステップ20)。
判断の結果、相が初期接地aである場合(ステップ25、;Y)、制御装置2は、次のステップ30〜40から構成された補正処理を行う。
On the other hand, when it is walking (step 15; Y), the control device 2 determines which phase of the walking cycle is currently based on the data acquired in step 5 (step 20).
As a result of the determination, when the phase is the initial ground a (step 25, Y), the control device 2 performs the correction process including the following steps 30 to 40.

まず、制御装置2は、人体重心算出部6によって人体重心の現在位置を取得し、更に、理想重心算出部7で初期接地aでの理想重心の位置を取得し、重心軌跡比較部8によって両重心位置を比較する(ステップ30)。   First, the control device 2 acquires the current position of the human body center of gravity by the human body center of gravity calculation unit 6, further acquires the position of the ideal center of gravity at the initial ground contact a by the ideal center of gravity calculation unit 7, and the center of gravity locus comparison unit 8 The positions of the center of gravity are compared (step 30).

比較の結果、ずれがある場合(ステップ35;N)、制御装置2は、歩行アシスト力決定部9によって各アクチュエータを駆動してずれを補正し(ステップ40)、補正を終了する(ステップ45)。
一方、比較の結果、ずれが無い場合(ステップ35;Y)、制御装置2は、補正を終了する(ステップ45)。制御装置2は、補正を終了した後、ステップ5に戻る。
なお、ずれの有無の判断は、両者の差分が所定の閾値以上の場合にずれがあると判断し、所定の閾値未満の場合にずれが無いと判断するようにしてもよい。
As a result of the comparison, if there is a deviation (step 35; N), the control device 2 drives each actuator by the walking assist force determination unit 9 to correct the deviation (step 40), and ends the correction (step 45). .
On the other hand, if there is no deviation as a result of the comparison (step 35; Y), the control device 2 ends the correction (step 45). The control device 2 returns to step 5 after completing the correction.
The determination of whether or not there is a shift may be made by determining that there is a shift when the difference between the two is equal to or greater than a predetermined threshold, and determining that there is no shift when the difference is less than the predetermined threshold.

一方、歩行周期判断が初期接地aでなかった場合(ステップ25;N)、制御装置2は、相が荷重応答期bであるか否かを判断する(ステップ50)。
相が荷重応答期bであった場合(ステップ50;Y)、制御装置2は、荷重応答期bにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ55)、補正を終了して(ステップ45)、ステップ5に戻る。
なお、この補正処理(ステップ55)は、初期接地aに対するステップ30〜40の補正処理と同様なので、説明を省略する(以下同じ)。
相が荷重応答期bでなかった場合(ステップ50;N)、制御装置2は、相が立脚中期cであるか否かを判断する(ステップ60)。
On the other hand, when the walking cycle determination is not the initial ground contact a (step 25; N), the control device 2 determines whether or not the phase is the load response period b (step 50).
When the phase is the load response period b (step 50; Y), the control device 2 performs a correction process based on a comparison between the position of the ideal center of gravity and the current position of the human body center of gravity in the load response period b (step 55), The correction is completed (step 45), and the process returns to step 5.
Since this correction process (step 55) is the same as the correction process of steps 30 to 40 for the initial grounding a, description thereof is omitted (the same applies hereinafter).
When the phase is not in the load response period b (step 50; N), the control device 2 determines whether or not the phase is in the mid-stance phase c (step 60).

相が立脚中期cであった場合(ステップ60;Y)、制御装置2は、立脚中期cにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ65)、補正を終了して(ステップ45)、ステップ5に戻る。
相が立脚中期cでなかった場合(ステップ60;N)、制御装置2は、相が立脚終期dであるか否かを判断する(ステップ70)。
When the phase is the middle stance c (step 60; Y), the control device 2 performs a correction process based on a comparison between the position of the ideal center of gravity and the current position of the human body center of gravity in the middle stance c (step 65). End (step 45) and return to step 5.
When the phase is not in the middle stance phase c (step 60; N), the control device 2 determines whether or not the phase is in the last stance phase d (step 70).

相が立脚終期dであった場合(ステップ70;Y)、制御装置2は、立脚終期dにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ75)、補正を終了して(ステップ45)、ステップ5に戻る。
相が立脚終期dでなかった場合(ステップ70;N)、制御装置2は、相が遊脚初期fであるか否かを判断する(ステップ80)。
When the phase is the stance end d (step 70; Y), the control device 2 performs a correction process based on the comparison between the ideal centroid position and the human body centroid current position at the stance end d (step 75). End (step 45) and return to step 5.
When the phase is not the stance end d (step 70; N), the control device 2 determines whether or not the phase is the free leg initial f (step 80).

相が遊脚初期fあった場合(ステップ80;Y)、制御装置2は、遊脚初期fにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ85)、補正を終了して(ステップ45)、ステップ5に戻る。
相が遊脚初期fでなかった場合(ステップ80;N)、制御装置2は、相が遊脚中期gであるか否かを判断する(ステップ90)。
When the phase is the free leg initial f (step 80; Y), the control device 2 performs a correction process based on the comparison between the ideal gravity center position and the human body gravity center current position in the free leg initial f (step 85). (Step 45), and the process returns to step 5.
When the phase is not the free leg initial stage f (step 80; N), the control device 2 determines whether or not the phase is the free leg intermediate stage g (step 90).

相が遊脚中期gあった場合(ステップ90;Y)、制御装置2は、遊脚中期gにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行い(ステップ95)、補正を終了して(ステップ45)、ステップ5に戻る。   When the phase is the swing leg middle period g (step 90; Y), the control device 2 performs a correction process based on the comparison of the ideal center of gravity position and the current position of the human body center of gravity in the swing leg middle period g (step 95). (Step 45), and the process returns to step 5.

相が遊脚中期gでなかった場合(ステップ90;N)、制御装置2は、相が遊脚終期hであると判断する。そして制御装置2は、遊脚終期hにおける理想重心の位置と人体重心の現在位置の比較に基づく補正処理を行って(ステップ105)、補正を終了して(ステップ45)、ステップ5に戻る。   When the phase is not the swinging leg middle stage g (step 90; N), the control device 2 determines that the phase is the swinging leg end stage h. Then, the control device 2 performs a correction process based on the comparison of the position of the ideal center of gravity and the current position of the human body center of gravity at the free leg end h (step 105), ends the correction (step 45), and returns to step 5.

以上のようにして、装着型ロボット1は、人体重心の軌跡が理想重心の軌跡となるように装着者の歩行を制御し、これによって装着者は効率のよい歩行を行うことができる。
なお、上記の判断で、例えば、荷重応答期bを荷重応答の前期と後期に更に細分化し、細分化した期間ごとに補正処理を行ってもよい。
As described above, the wearable robot 1 controls the wearer's walk so that the trajectory of the center of gravity of the human body becomes the trajectory of the ideal center of gravity, whereby the wearer can perform an efficient walk.
In the above determination, for example, the load response period b may be further subdivided into the first and second periods of the load response, and correction processing may be performed for each subdivided period.

以上に説明した実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
(1)歩行者のくせを矯正し、理想的な歩き方を行わせることができる。
(2)歩行効率を高めることができ、左右のバランスがよくなるため足や腰への負担を低減することができる。
(3)理想的な歩き方をする練習を行うことができ、装着型ロボット1をはずした後も理想的な歩き方を意識することができる。
(4)上半身も下半身にともなって理想的な姿勢をとるようになる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The pedestrian's habits can be corrected and an ideal way of walking can be performed.
(2) The walking efficiency can be increased, and the balance between the left and right is improved, so the burden on the legs and waist can be reduced.
(3) An ideal way of walking can be practiced and the ideal way of walking can be recognized even after the wearable robot 1 is removed.
(4) The upper body will take an ideal posture with the lower body.

以上に説明した実施の形態により、次の構成を得ることができる。
装着型ロボット1は、理想重心算出部7によって、初期接地a〜遊脚終期hの各歩行周期に対応して理想重心の位置(重心の基準位置)を順次取得するため、歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得手段を備えている。
また、装着型ロボット1は、人体重心算出部6によって、初期接地a〜遊脚終期hの各歩行周期に対応して装着者の人体重心(重心位置)を順次サンプリングするため、前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得手段を備えている。
また、装着型ロボット1は、理想重心と人体重心の差分(ずれ)が所定の閾値以上である場合は、閾値未満となるように各アクチュエータを駆動して装着者の歩行姿勢を矯正するため、前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御手段を備えている。
According to the embodiment described above, the following configuration can be obtained.
The wearable robot 1 sequentially acquires the position of the ideal center of gravity (reference position of the center of gravity) corresponding to each walking cycle from the initial grounding a to the end of the free leg h by the ideal center of gravity calculation unit 7. Reference position trajectory acquisition means for acquiring a trajectory of the reference position of the center of gravity corresponding to the walking cycle is provided.
In addition, the wearable robot 1 sequentially samples the wearer's human center of gravity (center of gravity position) corresponding to each walking cycle from the initial grounding a to the free leg end h by the human body center of gravity calculation unit 6. It is provided with a center-of-gravity position locus acquisition means for acquiring the locus of the center of gravity of the person corresponding to the walking cycle.
In addition, when the difference (deviation) between the ideal center of gravity and the human body center of gravity is greater than or equal to a predetermined threshold, the wearable robot 1 drives each actuator so as to be less than the threshold to correct the walking posture of the wearer. There is provided posture control means for controlling the posture of the walking support target person so that a deviation between the acquired locus of the reference position and the acquired locus of the center of gravity is a predetermined amount or less.

また、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によって装着者の歩行姿勢を矯正するため、前記歩行支援対象者の脚部の関節の動作を補助するアクチュエータを具備し、前記姿勢制御手段は、前記アクチュエータを駆動することにより前記歩行支援対象者の姿勢を制御している。   In addition, the wearable robot 1 assists the movement of the joints of the leg of the person to be supported for walking in order to correct the walking posture of the wearer by the hip joint assist actuator 17, the knee joint assist actuator 18, and the ankle joint assist actuator 19. The posture control means controls the posture of the walking support target by driving the actuator.

歩行周期は、初期接地a〜遊脚終期hに区分されており、制御装置2は、区分ごとに装着者の人体重心を補正するため、前記歩行周期は複数の時期に区分されており、前記姿勢制御手段は、前記時期ごとにずれを検出して前記歩行支援対象者の姿勢を制御している。   The walking cycle is divided into an initial grounding a to a free leg end h, and the control device 2 corrects the human body center of gravity of the wearer for each division. Therefore, the walking cycle is divided into a plurality of periods, The posture control means detects a shift at each time period and controls the posture of the walking support target person.

1 装着型ロボット
2 制御装置
3 身体パラメータ入力部
4 センサ情報取得部
5 各種パラメータ算出部
6 人体重心算出部
7 理想重心算出部
8 重心軌跡比較部
9 歩行アシスト力決定部
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 理想重心軌跡
32 理想重心
33 人体重心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wearable robot 2 Control apparatus 3 Body parameter input part 4 Sensor information acquisition part 5 Various parameter calculation part 6 Human body gravity center calculation part 7 Ideal gravity center calculation part 8 Center of gravity locus comparison part 9 Walking assist force determination part 10 Toe reaction force sensor 11 Reaction force sensor 12 Toe posture sensor 13 Wrist posture sensor 14 Hip posture sensor 15 Upper leg posture sensor 16 Lower leg posture sensor 17 Hip joint assist actuator 18 Knee joint assist actuator 19 Ankle joint assist actuator 21 Lumbar attachment portion 22 Upper thigh attachment portion 23 Lower leg attachment Part 24 Foot mounting part 26 Upper thigh connecting member 27 Lower thigh connecting member 31 Ideal center of gravity locus 32 Ideal center of gravity 33 Human body center of gravity

Claims (4)

歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得手段と、
前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得手段と、
前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御手段と、
を具備したことを特徴とする歩行支援装置。
Reference position trajectory acquisition means for acquiring a trajectory of the reference position of the center of gravity of the walking support target person corresponding to the walking cycle;
A center-of-gravity position trajectory acquisition means for acquiring a trajectory of the center of gravity position of the walking support target person corresponding to the walking cycle;
Posture control means for controlling the posture of the walking support target so that a shift between the acquired locus of the reference position and the acquired locus of the center of gravity is a predetermined amount or less;
A walking support device characterized by comprising:
前記歩行支援対象者の脚部の関節の動作を補助するアクチュエータを具備し、
前記姿勢制御手段は、前記アクチュエータを駆動することにより前記歩行支援対象者の姿勢を制御することを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置。
Comprising an actuator for assisting the movement of the joint of the leg of the walking support target person,
The walking support apparatus according to claim 1, wherein the posture control unit controls the posture of the walking support target person by driving the actuator.
前記歩行周期は複数の時期に区分されており、前記姿勢制御手段は、前記時期ごとにずれを検出して前記歩行支援対象者の姿勢を制御する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。   The walking cycle is divided into a plurality of times, and the posture control means detects a shift at each time and controls the posture of the walking support target. Item 3. The walking support device according to item 2. 歩行支援対象者の重心の基準位置の軌跡を歩行周期に対応して取得する基準位置軌跡取得機能と、
前記歩行支援対象者の重心位置の軌跡を前記歩行周期に対応して取得する重心位置軌跡取得機能と、
前記取得した基準位置の軌跡と前記取得した重心位置の軌跡のずれが所定量以下となるように前記歩行支援対象者の姿勢を制御する姿勢制御機能と、
をコンピュータで実現する歩行支援プログラム。
A reference position trajectory acquisition function for acquiring a trajectory of the reference position of the center of gravity of the walking support target person corresponding to the walking cycle;
A center-of-gravity position trajectory acquisition function for acquiring a trajectory of the center-of-gravity position of the walking support target in correspondence with the walking cycle;
A posture control function for controlling a posture of the walking support target so that a deviation between the acquired locus of the reference position and the acquired locus of the center of gravity is equal to or less than a predetermined amount;
A walking support program that uses a computer.
JP2012080763A 2012-03-30 2012-03-30 Walking assistance device and walking assistance program Pending JP2013208292A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012080763A JP2013208292A (en) 2012-03-30 2012-03-30 Walking assistance device and walking assistance program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012080763A JP2013208292A (en) 2012-03-30 2012-03-30 Walking assistance device and walking assistance program

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013208292A true JP2013208292A (en) 2013-10-10

Family

ID=49526803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012080763A Pending JP2013208292A (en) 2012-03-30 2012-03-30 Walking assistance device and walking assistance program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013208292A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180100942A (en) * 2017-03-03 2018-09-12 국방과학연구소 Stabilization control method for exoskeleton robot of legs
CN112587378A (en) * 2020-12-11 2021-04-02 中国科学院深圳先进技术研究院 Exoskeleton robot footprint planning system and method based on vision and storage medium
EP4027216A1 (en) * 2014-09-04 2022-07-13 Leomo, Inc. Information terminal device, motion capture system and motion capture method
CN115087417A (en) * 2020-02-10 2022-09-20 万德克拉夫特公司 Method for generating and moving exoskeleton trajectories
JP2023065050A (en) * 2021-10-27 2023-05-12 日本電気株式会社 Processing device, assist device, processing method, and program

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4027216A1 (en) * 2014-09-04 2022-07-13 Leomo, Inc. Information terminal device, motion capture system and motion capture method
KR20180100942A (en) * 2017-03-03 2018-09-12 국방과학연구소 Stabilization control method for exoskeleton robot of legs
KR101940901B1 (en) 2017-03-03 2019-01-21 국방과학연구소 Stabilization control method for exoskeleton robot of legs
CN115087417A (en) * 2020-02-10 2022-09-20 万德克拉夫特公司 Method for generating and moving exoskeleton trajectories
JP2023513687A (en) * 2020-02-10 2023-04-03 ワンダークラフト Method for generating trajectory of exoskeleton and method for exercising exoskeleton
CN112587378A (en) * 2020-12-11 2021-04-02 中国科学院深圳先进技术研究院 Exoskeleton robot footprint planning system and method based on vision and storage medium
CN112587378B (en) * 2020-12-11 2022-06-07 中国科学院深圳先进技术研究院 Exoskeleton robot footprint planning system and method based on vision and storage medium
JP2023065050A (en) * 2021-10-27 2023-05-12 日本電気株式会社 Processing device, assist device, processing method, and program

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109195565B (en) Walking movement assisting device
US9079624B2 (en) Walking robot and method of controlling balance thereof
CN106456432B (en) Ectoskeleton including foot structure
US20130218345A1 (en) Walking robot and control method thereof
US20130079929A1 (en) Robot and control method thereof
JP6846535B2 (en) Animal locomotion support device
EP2590043A2 (en) Walking robot and control method thereof
JP2009207840A (en) Walking movement assisting device
JP2014068869A (en) Walking support device and walking support program
JP2007020672A (en) Walking assist device
JP2007296618A (en) Drive method, drive control device, and robot
JP5565037B2 (en) Walking support device
JP2013208292A (en) Walking assistance device and walking assistance program
KR20170001261A (en) Controlling method for gait transition of wearable robot
JP2014184047A (en) Walking assisting apparatus and walking assisting method
JP7199259B2 (en) robot controller
JP2014068868A (en) Foot-worn device
JP2013208290A (en) Walking assistance device and walking assistance program
JP2014068867A (en) Walking support device and walking support program
JP2013208291A (en) Walking assistance device and walking assistance program
KR101787879B1 (en) Method of ZMP-based gait trajectory generation for control of wearable robot and control method of gait trajectory generation system
KR102136330B1 (en) Exoskeleton robot device
CN117103260B (en) Gait control method and device for wearable auxiliary load robot
JP2013048701A (en) Walking support device and walking support program
JP2013208294A (en) Walking device and walking program