歩行補助装具の制御装置
【課題】利用者の運動に伴う歩行補助装具の慣性力影響と該装具に作用する重力の影響とを装具自身で補償しつつ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力を適切に軽減し得る補助力（持ち上げ力）を利用者に作用させる歩行補助装置の制御装置を提供する。
【解決手段】歩行補助装具１の運動により歩行補助装具１で実際に発生する上下方向の慣性力と歩行補助装具１に作用する重力とに抗して床側から各脚リンク３L、３Ｒに作用する支持力の総和を装具自重補償力として推定する。持ち上げ力伝達部２から利用者Ａに作用させる持ち上げ力の目標値と装具自重補償力の推定値との総和を目標総持ち上げ力とする。両脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が目標総持ち上げ力になるように各脚リンク３Ｌ、３Ｒの関節１２Ｌ、１２Ｒを駆動するアクチュエータ２７の駆動力を制御する。
【解決手段】歩行補助装具１の運動により歩行補助装具１で実際に発生する上下方向の慣性力と歩行補助装具１に作用する重力とに抗して床側から各脚リンク３L、３Ｒに作用する支持力の総和を装具自重補償力として推定する。持ち上げ力伝達部２から利用者Ａに作用させる持ち上げ力の目標値と装具自重補償力の推定値との総和を目標総持ち上げ力とする。両脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が目標総持ち上げ力になるように各脚リンク３Ｌ、３Ｒの関節１２Ｌ、１２Ｒを駆動するアクチュエータ２７の駆動力を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者（人）の歩行などの運動を補助する歩行補助装具の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置としては、例えば特許文献１に見られるものが知られている。この特許文献１には、利用者の各脚の大腿部、下腿部、足部に支持部材を装着し、これらの支持部材を連結する関節をアクチュエータにより駆動することによって、利用者に目標とする推進力を前記支持部材を介して付与するようにした装置（歩行介助装置）が記載されている。
【特許文献１】特開平５−３２９１８６号公報（［００３４］〜［００３６］、図１５および図１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記特許文献１に記載されている装置は、利用者の移動方向に目標とする推進力を発生させることで利用者自身で発生させる必要がある推進力を軽減することは可能である。しかるに、特許文献１の図１５を参照して明らかなように、利用者の体重は利用者自身が支えることとなるため、利用者の負担軽減が不十分であった。また、特許文献１のものは、利用者の運動に伴う前記支持部材やアクチュエータの運動によって発生する慣性力や装具に作用する重力の影響を補償する技術を持たない。このため、特に、利用者が俊敏な運動を行なおうとしたときに、装具の慣性力に抗する力を利用者自身が負担しなければならず、却って利用者の負担が増大する恐れがあった。
【０００４】
また、特許文献１ものは、目標とする推進力を歩行補助装置の各脚で適切に分配する技術を持たないなため、利用者の各脚の動きに整合しない力が利用者の各脚に作用する恐れがあった。さらに、特許文献１のものは、歩行補助装置の支持部材が利用者の各脚の大腿部、下腿部、足平部にそれぞれ装着され、各脚の大腿部、下腿部、足平部に支持部材から力が作用するため、利用者に不快感を及ぼしやすいものとなっていた。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、利用者の運動に伴う装具の慣性力影響と該装具に作用する重力の影響とを装具自身で補償しつつ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力を適切に軽減し得る補助力（持ち上げ力）を利用者に作用させることができる歩行補助装具の制御装置を提供することを目的とする。さらに、その補助力を利用者の各脚に対応する脚リンクで適切に分担することができる歩行補助装具の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、本発明の歩行補助装具の制御装置は、利用者の体幹部に上向きの持上げ力を作用させ得るように該体幹部に接触される持上げ力伝達部と、利用者の各脚の足平にそれぞれ装着され、該利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、複数の関節をそれぞれ有し、前記体幹接触部と各足平装着部とをそれぞれ連結する左右一対の脚リンクと、各脚リンクの少なくとも１つの関節を駆動する右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータとを備えた歩行補助装具の制御装置であって、
前記持上げ力の目標値を設定する目標持上げ力設定手段と、
前記歩行補助装具の運動により該歩行補助装具で実際に発生する上下方向の慣性力と該歩行補助装具に作用する重力とに抗して床側から各脚リンクに作用する支持力の総和を装具自重補償力として推定する装具自重補償力推定手段と、
前記持上げ力の目標値と前記推定された装具自重補償力との総和を前記歩行補助装具の目標総持上げ力として決定する目標総持上げ力決定手段と、
前記歩行補助装具の各脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が前記目標総持上げ力になるように前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御するアクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とする（第１発明）。
【０００７】
かかる第１発明によれば、前記持上げ力の目標値と前記推定された装具自重補償力との総和が前記歩行補助装具の目標総持上げ力とされる。そして、歩行補助装具の各脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が前記目標総持上げ力になるように前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータの駆動力が制御される。
【０００８】
この場合、前記持ち上げ力伝達部から利用者Ａの体幹部に作用する持ち上げ力は、目標総持ち上げ力から、歩行補助装具の運動により該歩行補助装具で実際に発生する上下方向の慣性力と該歩行補助装具に作用する重力とに抗して床側から各脚リンクに作用する支持力の総和、すなわち、前記推定された装具自重補償力を差し引いた力となる。従って、前記目標持ち上げ力設定手段で設定された持ち上げ力の目標値をそのまま、持ち上げ力伝達部から利用者Ａの体幹部に作用させることができることとなる。そして、その持ち上げ力の目標値の分だけ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力が軽減されることとなる。
【０００９】
従って、第１発明によれば、利用者の運動に伴う装具の慣性力の影響と該装具に作用する重力の影響とを装具自身で補償しつつ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力を適切に軽減し得る補助力（持ち上げ力）を利用者に作用させることができる。
【００１０】
なお、前記持ち上げ力伝達部としては、例えば、利用者の両脚の付け根の間に配置された状態で該利用者が着座可能な着座部が挙げられる。
【００１１】
かかる第１発明では、前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に備えた第１力センサの出力に基づき計測する踏力計測手段と、前記目標総持上げ力を、前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて分配することにより、該目標総持上げ力のうちの各脚リンクの負担分の目標値である目標負担分を決定する分配手段とを備え、前記アクチュエータ制御手段は、右側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該右側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記右脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段と、前記左側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該左側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段とから構成されることが好ましい（第２発明）。
【００１２】
この第２発明によれば、前記目標総持上げ力は、前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて分配され、該目標総持上げ力のうちの各脚リンクの目標負担分が決定される。そして、この目標負担分の支持力が各脚リンクに床側から作用するように各アクチュエータの駆動力が制御される。
【００１３】
ここで、前記踏力計測手段で計測された利用者の各脚の踏力は、利用者が自身の体重や慣性力を各脚でどのように床に支えようとしているかの意思を反映している。例えば、右脚の踏力に対して左脚の踏力が大きければ、利用者は主に左脚の自身の重さなどを支えようとしている。
【００１４】
従って、上記のように前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて、総目標持ち上げ力のうちの各脚リンクの目標負担分を決定することにより、利用者の各脚の踏力の比率に合わせて、各脚リンクの目標負担分を決定できる。より具体的には、各脚リンクの目標負担分は、例えば、それらの総和が総目標持ち上げ力に一致すると共に、右側脚リンクの目標負担分と左側脚リンクの目標負担分との比が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比に一致するように決定すればよい。
【００１５】
これにより、利用者が望んでいる各脚の動作に合わせて、総目標持ち上げ力を各脚リンクに分配して負担させながら、目標とする持ち上げ力を持ち上げ力伝達部から利用者に円滑に作用させることができる。その結果、利用者の負担を効果的に軽減することができる。
【００１６】
なお、前記第１力センサは、例えば、利用者の各脚が立脚となるときに、該脚の足平と床との間に介在するように各足平装着部に設ければよい。この場合、各足平装着部の第１力センサは、１つの力センサでもよいが、複数の力センサで構成してもよい。
【００１７】
前記第２発明では、より具体的には、前記各脚リンクに床側から実際に作用する支持力を制御対象力として、該脚リンクに備えた第２力センサの出力に基づき計測する制御対象力計測手段を備え、前記右側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された右側脚リンクの制御対象力を該右側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記右脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段であり、前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された左側脚リンクの制御対象力を該左側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記左脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段である（第３発明）。
【００１８】
この第３発明によれば、各脚リンク毎に、該脚リンクに床側から実際に作用する支持力としての制御対象力を前記第２力センサの出力に基づき計測し、その計測した制御対象力を該脚リンクの目標負担分に近づけるように該脚リンク用のアクチュエータの駆動力がフィードバック制御される。このため、前記制御対象力が目標負担分になるように各アクチュエータの駆動力を制御することを確実に適切に行なうことができる。
【００１９】
前記第１発明〜第３発明において、前記各脚リンクは、例えば、前記持上げ力伝達部に第１関節を介して連結された大腿フレームと、該大腿フレームに第２関節を介して連結された下腿フレームと、下腿フレームに前記足平装着部を連結する第３関節とから構成される。このような構造の脚リンクでは、第１関節、第２関節、第３関節は、それぞれ、利用者の股関節、膝関節、足首関節に対応する。この場合、前記第２発明または第３発明にあっては、例えば、次のようにして前記装具自重補償力を推定できる。
【００２０】
その１つの例では、前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段を備え、前記装具自重補償力推定手段は、前記計測された利用者の左右の各脚の踏力の総和に対する左側の脚の踏力の割合を、前記計測された左側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値と、前記踏力の総和に対する右側の脚の踏力の割合を、前記計測された右側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値との和である第２関節変位量代表値に基づき、前記歩行補助装具の重心の上下方向位置を逐次推定し、その上下方向位置の推定値の時系列と前記歩行補助装具の重量と重力加速度とから前記装具自重補償力を推定する（第４発明）。
【００２１】
かかる第４発明において、前記第２関節変位量代表値は、歩行補助装具の重心の上下方向位置（床面からの高さ方向の位置）と比較的高い相関性を有する。従って、前記第２関節変位量代表値に基づいて、歩行補助装具の重心の上下方向位置を逐次推定できる。そして、歩行補助装具の重心の上下方向位置を推定できれば、その推定値の時系列と歩行補助装具の重量と重力加速度とから前記装具自重補償力を推定できる。すなわち、歩行補助装具の重心の上下方向位置の時系列から該重心の上下方向の運動加速度を特定できるので、例えば、その運動加速度と重力加速度との和に歩行補助装具の重量を乗じたものが、前記装具自重補償力の推定値に相当するものとなる。この第４発明によれば、装具自重補償力を簡易な手法で容易に推定できる。
【００２２】
あるいは、他の例では、前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段と、前記持上げ力伝達部の加速度を検出する加速度センサとを備え、前記装具自重補償力推定手段は、前記加速センサの出力と前記歩行補助装具のうちの前記持上げ力伝達部と一体に可動な部分ある装具基部のあらかじめ設定された重量とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具基部の重量に起因する第１成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの該右側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具右脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された右側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具右脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具右脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具右脚部の重量に起因する第２成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの左側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具左脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された左側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具左脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具左脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具左脚部の重量に起因する第３成分を推定する手段とを備え、前記推定された第１〜第３成分の総和を前記装具自重補償力として推定する（第５発明）。
【００２３】
この第５発明において、前記装具自重補償力は、前記装具基部の重量に起因する第１成分（該装具基部に作用する重力と該装具基部で発生する慣性力との和に抗する支持力）と、前記装具右脚部（該装具右脚部に作用する重力と該装具右脚部で発生する慣性力との和に抗する支持力）と、前記装具左脚部（該装具左脚部に作用する重力と該装具左脚部で発生する慣性力との和に抗する支持力）との総和となる。なお、装具基部に関し、前記持ち上げ力伝達部に固定された部分というのは、該持ち上げ力伝達部に対する相対位置が変化しないか、もしくはその変化が微小な部分を意味する。また、装具右脚部には、前記右側脚リンクが含まれることはもちろん、右側脚リンクと一体に前記第１関節の動作によって持ち上げ力伝達部に対して相対運動が可能な部材（例えば右側脚リンクに連結される足平装着部など）が含まれる。装具左脚部についても装具右脚部と同様である。
【００２４】
この場合、前記第１成分については、前記加速度センサの出力が表す加速度（これは重力加速度の成分を含む）が装具基部の加速度を表しているので、該加速度センサの出力と該装具基部の重量とに基づき前記第１成分を推定できる。すなわち、加速度センサの出力が表す加速度（上下方向の加速度）に装具基部の重量を乗じたものが、第１成分の推定値に相当するものとなる。
【００２５】
また、前記第２成分に関し、前記計測された右側脚リンクの第２関節の変位量は、装具基部に対する装具右脚部の相対的な上下方向位置と高い相関性を有する。従って、該右側脚リンクの第２関節の変位量を基に、装具右脚部の相対的な上下方向位置を逐次推定できる。そして、該装具右脚部の相対的な上下方向位置の推定値の時系列と該装具右脚部の重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記第２成分を推定できる。すなわち、装具右脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列から、装具基部に対する該重心の上下方向の相対的な運動加速度を特定できるので、例えば、その相対的な運動加速度と加速度センサの出力が表す上下方向の加速度（＝装具基部の上下方向の加速度）との和（これは装具右脚部の加速度を意味する）に装具右脚部の重量を乗じたものが、前記第２成分の推定値に相当するものとなる。
【００２６】
また、前記第３成分に関しては、前記計測された左側脚リンクの第２関節の変位量は、装具基部に対する装具左脚部の相対的な上下方向位置と高い相関性を有する。従って、該左側脚リンクの第２関節の変位量を基に、装具左脚部の相対的な上下方向位置を逐次推定できる。そして、該装具左脚部の相対的な上下方向位置の推定値の時系列と該装具左脚部の重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記第３成分を推定できる。すなわち、装具左脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列から、装具基部に対する該重心の上下方向の相対的な運動加速度を特定できるので、例えば、その相対的な運動加速度と加速度センサの出力が表す上下方向の加速度との和（これは装具左脚部の加速度を意味する）に装具左脚部の重量を乗じたものが、前記第３成分の推定値に相当するものとなる。
【００２７】
そして、上記の如く推定される第１〜第３成分を加え合わせることで、前記装具自重補償力を推定できることとなる。
【００２８】
かかる第５発明によれば、各脚リンクの第２関節の変位量に加えて、前記加速度センサの出力を使用することで、より精度よく装具自重補償力を推定できる。その結果、持ち上げ力の目標値への制御をより適切に行なうことができる。
【００２９】
なお、前記第１関節は、前記持ち上げ力伝達部に対して、各脚リンクの前後方向の振り出し運動と、内転・外転運動とを可能とする関節であることが好ましい。また、第２関節は、各脚リンクの屈伸運動を可能とする関節であることが好ましい。
【００３０】
また、各足平装着部は、利用者の各脚が立脚となるときに、該利用者の足平と床面との間に介在する平板状の部分と、この部分を脚リンクに連結する高剛性の部分とから構成される部材を備えることが好ましい。一例として、各足平装着部は、該足平装着部を装着する利用者の足平をそのつま先側から挿入する高剛性の環状部材（例えば鐙状の部材）を備え、この環状部材を介して脚リンクに連結されることが好ましい。このような部材を足平装着部に備えることにより、歩行補助装具に作用する重力や該歩行補助装具で発生する慣性力を利用者にほとんど作用させることなく、床に作用させるようにすることが可能となる。なお、環状部材の両側壁部のうちの一方の側壁部を除いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の第１実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態の歩行補助装具の機構的な構造を説明する。図１は該歩行補助装具１の側面図、図２は図１のＩＩ線矢視図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、これらの図１〜図３の歩行補助装具１は、それを利用者Ａ（仮想線で示す）に装備して動作させた状態で示している。この場合、図示の利用者Ａはほぼ直立姿勢で起立している。但し、図２では、歩行補助装具１の構造を判り易くするために、利用者Ａは、その両脚を左右に開いた姿勢を採っている。
【００３３】
図１および図２を参照して、歩行補助装具１は、利用者Ａの体重の一部を支持する（利用者が自身の脚（立脚）で支持する重量を自身の体重よりも軽減する）体重免荷アシスト装置である。この歩行補助装具１は、利用者Ａが着座する着座部２と、この着座部２に左右一対の脚リンク３Ｌ，３Ｒをそれぞれ介して連結された左右一対の足平装着部１５Ｌ，１５Ｒとを備えている。脚リンク３Ｌ，３Ｒは互いに同一構造であり、足平装着部１５Ｌ，１５Ｒは互いに同一構造である。なお、図１では、脚リンク３Ｌ，３Ｒは、同じ姿勢で利用者Ａの左右方向（図１の紙面に垂直な方向）に並んでおり、この状態では、図面上、重なっている（左側の脚リンク３Ｌが図の手前側に位置している）。図１の足平装着部１５Ｌ，１５Ｒについても同様である。
【００３４】
ここで、本明細書の実施形態の説明では、符号「Ｒ」は、利用者Ａの右脚もしくは歩行補助装具１の右側の脚リンク３Ｒに関連するものという意味で使用し、符号「Ｌ」は、利用者Ａの左脚もしくは歩行補助装具１の左側の脚リンク３Ｌに関連するものという意味で使用する。但し、左右を特に区別する必要が無いときは、符号Ｒ，Ｌをしばしば省略する。
【００３５】
着座部２は、サドル状のものであり、利用者Ａは着座部２を跨ぐようにして（着座部２を利用者Ａの両脚の付け根の間に配置するようにして）、該着座部２の上面（座面）に着座可能とされている。この着座状態では、着座部２は、利用者Ａの股下で該利用者Ａの体幹部（上体）に接触するので、着座部２から利用者Ａに、該利用者Ａの体重の一部を支持するための上向きの持上げ力を付与することが可能となっている。従って、着座部２は、本発明における持上げ力伝達部に相当する。
【００３６】
また、着座部２の前端部２ｆと後端部２ｒとは、図１に示す如く、上方側に突出されており、これにより、利用者Ａの着座部２に対する着座位置（前後方向の位置）が着座部２の前端部２ｆと後端部２ｒとの間に規制されるようになっている。なお、着座部２の前端部２ｆは、図２に示す如く二股状に形成されている。
【００３７】
また、着座部２の所定の部位、例えば下面部には、加速度センサ８０が装着されている。ただし、この加速度センサ８０は、後述する第２実施形態で使用するものであり、本実施形態では省略してよい。
【００３８】
補足すると、本実施形態では、持上げ力伝達部を着座部２により構成したが、持上げ力伝達部を、例えば利用者Ａの体幹部（上体）の外周囲に固定的に装着されるような部材、あるいは、利用者Ａの腰部に履かせるように装着される部材（例えば複数の布状部材を連結して構成された部材）により構成してもよい。持上げ力伝達部は、利用者Ａの体幹部との間で、上下方向に力（並進力）を作用させ得るように利用者Ａの体幹部に接触する部分を備えていればよい。利用者Ａの拘束感を軽減すると共に、持上げ力を効率よく利用者Ａの体幹部に作用させる上では、持上げ力伝達部は、利用者Ａの股下や臀部に下方から接触する部分を有し、その部分から持上げ力の全体もしくは大部分を利用者Ａの体幹部に作用させ得る構造であることが好ましい。
【００３９】
各脚リンク３は、それぞれ着座部２の下面部に第１関節１０を介して連結された大腿フレーム１１と、この大腿フレーム１１に第２関節１２を介して連結された下腿フレーム１３と、この下腿フレーム１３を足平装着部１５に連結する第３関節１４とを備えている。
【００４０】
各脚リンク３の第１関節１０は、利用者Ａの股関節に相当する関節であり、該脚リンク３の左右方向の軸回りの揺動運動（脚リンク３の前後方向の振り出し運動）と、前後方向の軸回りの揺動運動（内転・外転運動）とを可能とする関節である。この第１関節１０は、着座部２の下側に配置されており、着座部２の下面部の前側寄りの箇所と後端箇所とで図１の一点鎖線で示す前後方向の軸心Ｃ上に同軸に配置された一対の軸ピン２０ｆ，２０ｒと、この軸ピン２０ｆ，２０ｒにそれぞれ回転自在に軸支されたブラケット２１ｆ，２１ｒと、これらのブラケット２１ｆ，２１ｒの下端部に固定された円弧状のガイドレール２２と、このガイドレール２２に沿って移動自在に該ガイドレール２２に支承されたプレート２３とを備えている。そして、このプレート２３から斜め前方および下方に向かって前記大腿フレーム１１が延設されている。該大腿フレーム１１は大略ロッド状の部材であり、プレート２３と一体に構成されている。
【００４１】
各軸ピン２０ｆ，２０ｒは、それぞれの両端部（前後端部）が着座部２の下面部に固定された軸受け２４ｆ，２４ｒを介して該着座部２に固定されている。そして、ブラケット２１ｆは、その上端部が軸ピン２０ｆの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン２０ｆに軸支され、該軸ピン２０ｆの軸心Ｃまわりに回転自在とされている。同様に、ブラケット２１ｒは、その上端部が軸ピン２０ｒの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン２０ｒに軸支され、該軸ピン２０ｒの軸心Ｃまわりに回転自在とされている。従って、各第１関節１０のガイドレール２２は、ブラケット２１ｆ，２１ｒと共に、軸ピン２０ｆ，２０ｒの軸心Ｃを回転軸心として、揺動するようになっている。なお、本実施形態では、脚リンク３Ｒ，３Ｌのそれぞれの第１関節１０Ｒ，１０Ｌは、回転軸心Ｃを共通としており、軸ピン２０ｆ，２０ｒを脚リンク３Ｒの第１関節１０Ｒと脚リンク３Ｌの第１関節１０Ｌとで共用している。すなわち、右側の第１関節１０Ｒのブラケット２１ｆＲおよび左側の第１関節１０Ｌのブラケット２１ｆＬは、いずれも共通の軸ピン２０ｆに軸支され、右側の第１関節１０Ｒのブラケット２１ｒＲおよび左側の第１関節１０Ｌのブラケット２１ｒＬは、いずれも共通の軸ピン２０ｒに軸支されている。
【００４２】
各脚リンク３の第１関節１０のプレート２３は、ガイドレール２２の円弧を含む面に平行な姿勢で該ガイドレール２２に近接して配置されている。このプレート２３には、図１に示すように複数（例えば４個）の回転自在なローラ２５を有するキャリア２６が固定されており、このキャリア２６のローラ２５がガイドレール２２の上面（内周面）および下面（外周面）に同数づつ転動自在に係合されている。これにより、プレート２３は、ガイドレール２２に沿って移動自在とされている。この場合、ガイドレール２２と着座部２との位置関係およびガイドレール２２の円弧の半径は、ガイドレール２２の円弧の中心点Ｐが、図１に示すように歩行補助装具１を矢状面で見たとき、着座部２の上側に存在するように設定されている。
【００４３】
以上説明した第１関節１０の構成により、プレート２３と一体の大腿フレーム１１は、利用者Ａの前後方向の回転軸心Ｃのまわりに揺動自在とされ、この揺動運動により、各脚リンク３の内転・外転運動が可能とされる。また、プレート２３と一体の大腿フレーム１１は、前記中心点Ｐを通る左右方向の軸まわりに（より正確にはガイドレール２２の円弧を含む面に垂直で中心点Ｐを通る軸まわりに）揺動自在とされ、この揺動運動により、各脚リンク３の前後の振り出し運動が可能とされる。なお、本実施形態では、第１関節１０は、前後方向および左右方向の２軸まわりの回転運動を可能とする関節であるが、さらに、上下方向の軸まわりの回転運動（各脚リンク３の内旋・外旋運動）が可能なように（すなわち、３軸まわりの回転運動が可能なように）第１関節を構成してもよい。あるいは、第１関節は、左右方向の１軸まわりの回転運動だけを可能とする関節（各脚リンク３の前後の揺動運動だけを可能とする関節）であってもよい。
【００４４】
また、各脚リンク３の第１関節１０のプレート２３は、図１に示す如く、歩行補助装具１を矢状面で見たとき、前記キャリア２６の箇所から着座部２の後方側に向かって延在しており、このプレート２３の後端部には、電動モータ２７と、この電動モータ２７のロータの回転角（所定の基準位置からの回転角）を検出する回転角検出手段としてのロータリエンコーダ２８とが同軸に取り付けられている。本実施形態では、各脚リンク３の第１〜第３関節１０，１２，１４のうちの第２関節１２を駆動するようにしており、上記電動モータ２７は、第２関節１２を駆動するアクチュエータである。また、ロータリエンコーダ２８が検出する回転角は、第２関節１２の変位量としての回転角（屈曲角度）を計測するために利用される。
【００４５】
なお、左側脚リンク３Ｌの電動モータ２７Ｌと、右側脚リンク３Ｒの電動モータ２７Ｒとは、それぞれ本発明における左側脚リンク用アクチュエータ、右側脚リンク用アクチュエータに相当する。各アクチュエータは、油圧もしくは空圧アクチュエータを使用してもよい。また、各アクチュエータは、例えば着座部２の後部に適宜のブラケットを介して固定したり、各脚リンク３の大腿フレーム１１に固定してもよい。あるいは、各アクチュエータを各脚リンク３の第２関節１２に取り付けて、該第２関節１２を直接的に駆動するようにしてもよい。また、第２関節１２の変位量を検出するセンサ（関節変位量センサ）は、各脚リンク３の第２関節１２に直接的に取り付けてあってもよい。さらには、関節変位量センサは、ロータリエンコーダに代えて、ポテンショメータ等により構成してもよい。
【００４６】
各脚リンク３の第２関節１２は、利用者Ａの膝関節に相当する関節であり、該脚リンク３の伸展・屈曲運動を可能とする関節である。この第２関節１２は、大腿フレーム１１の下端部と下腿フレーム１３の上端部とを左右方向の軸心（より正確には、前記ガイドレール２２の円弧を含む面に垂直な方向の軸心）を有する軸ピン２９を介して連結し、その軸ピン２９の軸心まわりに下腿フレーム１３を大腿フレーム１１に対して相対回転自在としている。なお、第２関節１２には、大腿フレーム１１に対する下腿フレーム１３の回転可能範囲を規制する図示しないストッパが設けられている。
【００４７】
各脚リンク３の下腿フレーム１３は、該脚リンク３の第２関節１２から斜め下方に延在する大略ロッド状のものである。この下腿フレーム１３は、より詳しくは、第３関節１４寄りの部分を構成する下部下腿フレーム１３ｂと、この下部下腿フレーム１３ｂよりも上側の部分を構成するロッド状の上部下腿フレーム１３ａとを、これらの間に力センサ３０（これは本発明における第２力センサに相当する）を介在させて連結することで構成されている。下部下腿フレーム１３ｂは、上部下腿フレーム１３ａに比して十分に短いものとされている。従って、力センサ３０は、足平装着部１５寄りの位置で、各脚リンク３の下腿フレーム１３に介装されている。該力センサ３０は、３軸の並進力（力センサ３０の表面に垂直な軸方向の並進力と該表面に平行で且つ互いに直交する２つの軸方向の並進力）を検出する３軸力センサである。但し、本実施形態では、後述するように、検出される３軸の並進力のうちの２軸の並進力の検出値だけを利用する。従って、力センサ３０を２軸の並進力を検出する２軸力センサで構成してもよい。
【００４８】
また、下腿フレーム１３の上部下腿フレーム１３ａの上端部には、前記第２関節１２の軸ピン２９のまわりに該下腿フレーム１３と一体に回転自在なプーリ３１が固定されている。このプーリ３１の外周部には、前記電動モータ２７の回転駆動力を該プーリ３１に伝達する駆動力伝達手段としての一対のワイヤ３２ａ，３２ｂの端部が固定されている。これらのワイヤ３２ａ，３２ｂは、プーリ３１の外周部の直径方向に対向する２箇所からそれぞれ該プーリ３１の接線方向に引き出され、大腿フレーム１１沿いに配管された図示しないゴム管（ワイヤの保護管）の中を通って、電動モータ２７の回転駆動軸（図示省略）に連結されている。この場合、電動モータ２７の回転駆動軸の正転によってワイヤ３２ａ，３２ｂの一方がプーリ３１に巻き取られつつ他方がプーリ３１から引きだされ、また、電動モータ２７の回転駆動軸の逆転によってワイヤ３２ａ，３２ｂの他方がプーリ３１に巻き取られつつ一方がプーリ３１から引き出されるようにこれらのワイヤ３２ａ，３２ｂに電動モータ２７から張力が付与されるようになっている。これにより、電動モータ２７の回転駆動力がワイヤ３２ａ，３２ｂを介してプーリ３１に伝達され、該プーリ３１が回転駆動される（該プーリ３１を固定した下腿フレーム１３が大腿フレーム１１に対して第２関節１２の軸ピン２９の軸心まわりに回転する）ようになっている。
【００４９】
なお、下腿フレーム１３の下部下腿フレーム１３ｂの下端部は、図３に示す如く、二股状に形成された２股状に形成された二股部１３bbとなっている。
【００５０】
各脚リンク３の第３関節１４は、利用者Ａの足首関節に相当する関節である。この第３関節１４は、本実施形態では、図３に示す如く、３軸まわりの回転を可能とするフリージョイント３３（図３参照）により構成され、このフリージョイント３３が下腿フレーム１３の下部下腿フレーム１３ｂの前記二股部１３bbに介装されて、該下腿フレーム１３の下端部（二股部１３bb）と足平装着部１５の上部の連結部３４とを連結している。これにより、足平装着部１５は、下腿フレーム１３に対して３自由度の回転が可能となっている。
【００５１】
各足平装着部１５は、利用者Ａの各足平に履かせる靴３５と、この靴３５の内部に収容されて上端部が前記連結部３４に固定された鐙形状の環状部材３６とを備えている。環状部材３６は、高剛性の金属などにより構成され、図３に示す如く、その平坦な底板部を靴３５の内部の底面に当接させ、且つその底板部の両端に連なる湾曲部（側壁部）を靴３５の側壁に沿わせるようにして靴３５の内部に収容されている。また、靴３５の内部には、靴３５の内部の底面と環状部材３６の底板部とを覆うようにして中敷部材３７（図１では図示省略）が挿入されている。なお、連結部３４は、靴３５の靴紐装着部の開口を介して靴３５の内部に挿入されている。
【００５２】
利用者Ａの各足平に各脚リンク３の足平装着部１５を装着するときには、その足平のつま先側の部分を、環状部材３６の内部を通し、且つ、該足平の底面に前記中敷部材３７を敷くようにして、靴３５の履き口から利用者Ａの足平を靴３５の内部に挿入し、さらに靴紐を締め付けることで、該足平に足平装着部１５が装着されるようになっている。
【００５３】
また、足平装着部１５の中敷部材３７の下面には、靴３５の前部側の箇所（環状部材３６の底板部よりも前側の箇所）と後側の箇所（環状部材３６の底板部よりも後側の箇所）とに力センサ３８，３９が取り付けられている。従って、力センサ３８，３９は、利用者Ａの足平の底面と、足平装着部１５の接地部である靴３５の底部との間に介装されている。前側の力センサ３８は、足平装着部１５を装着した利用者Ａの足平のＭＰ関節（中趾節関節）のほぼ直下に存するように配置され、また、後側の力センサ３９は、該足平の踵のほぼ直下に存するように配置されている。これらの力センサ３８，３９は、本実施形態では、足平装着部１５の底面（接地面）に垂直な方向（利用者Ａの脚が立脚となる状態ではほぼ床面に垂直な方向）の並進力を検出する１軸力センサである。以降、力センサ３８，３９をそれぞれＭＰセンサ３８、踵センサ３９という。なお、ＭＰセンサ３８、踵センサ３９は、それらを合わせて本発明における第１力センサを構成する。
【００５４】
補足すると、中敷部材３７は、柔軟な（可撓性の）材質で構成してもよいが、高剛性の材質で構成してもよい。中敷部材３７を柔軟な材質で構成した場合には、その下面側に複数の力センサを設けることで、利用者Ａの足平の底面の各部にかかる力を精度良く検出することができる。一方、中敷部材３７を高剛性の材質で構成した場合には、利用者Ａの足平全体による踏力を検出し易くなるので、中敷部材３７の下面側に設置する力センサの個数を減らすことができる。
【００５５】
また、利用者Ａの各脚の踏力を検出するために、次のような構成を各足平装着部１５に備えるようにしてもよい。すなわち、例えば前記環状部材３６の内側に、利用者Ａの足平をその底面側から支承可能な平板状の足平支承部材（例えば中敷部材３７と同様の形状の部材）を配置し、この足平支承部材の両側部などから足平の甲の上側に延設したアーム部材を環状部材３６の内面上端部に力センサを介して吊り下げる。この場合、足平支承部材やアーム部材は、環状部材３６や靴３５の内面に接触しないようにしておく。このようにすると、力センサには、踏力とほぼ同等の力が作用するので、該力センサの出力を基に、踏力を計測できる。
【００５６】
以上が本実施形態の歩行補助装具１の機構的な構造である。補足すると、通常的な体型の利用者Ａが直立姿勢で起立したとき、各脚リンク３の第２関節１２が図１に示す如く利用者Ａの脚よりも前方に突き出るようになっている。すなわち、大腿フレーム１１の長さと下腿フレーム１３の長さとは、それらの長さの和が通常的な体型の利用者Ａの脚の股下寸法よりも多少長いものになるように設定されている。このような大腿フレーム１１および下腿フレーム１３の長さの設定と、上述の第２関節１２に設けられたストッパとによって、大腿フレーム１１および下腿フレーム１３が一直線となってしまう特異点状態や、大腿フレーム１１および下腿フレーム１３が図１に示す状態とは逆に屈曲した状態が生じないようになっている。この結果、各脚リンク３の特異点状態や逆屈曲状態に起因して、歩行補助装具１の動作制御が不能となってしまうことが防止される。
【００５７】
なお、各脚リンク３の第２関節は、直動型の関節であってもよい。
【００５８】
以上の如く構成された歩行補助装具１では、詳細は後述するが、利用者Ａの各脚の足平に足平装着部１５を装着した状態で、各電動モータ２７により各第２関節１２のトルクを発生させることで、着座部２から利用者Ａに上向きの持ち上げ力を作用させる。このとき、各足平装着部１５，１５の床との接地面に床反力が作用する。各足平装着部１５の接地面に作用する床反力の合力は、利用者Ａに作用する重力と、歩行補助装具１に作用する重力と、利用者Ａおよび歩行補助装具１の運動によって発生する慣性力との和に釣り合うような力、すなわち、これらの重力と慣性力とに抗して床から作用する反力である。なお、利用者Ａに作用する重力は、利用者Ａの着衣（身に着けているもの）や所持物を含めた利用者Ａの全重量に相当する重力（該全重量と重力加速度定数との積）を意味する。また、歩行補助装具１に作用する重力は、後述する制御装置を含めた歩行補助装具１の全重量に相当する重力（該全重量と重力加速度定数との積）を意味する。
【００５９】
上記のように重力や慣性力に抗して歩行補助装具１や利用者Ａに床側から作用する反力を本明細書では支持力という。そして、各足平装着部１５の接地面に作用する床反力の合力を以降、全支持力という。なお、「力」は、一般的には、並進力成分とモーメント成分とから成るが、本明細書では、「力」は並進力を意味する。
【００６０】
補足すると、上記慣性力は、利用者Ａがほぼ静止している状態、あるいは、利用者Ａの運動がゆっくり行なわれている状態では、十分に小さい。この場合には、全支持力は、利用者Ａに作用する重力と歩行補助装具１に作用する重力との和に釣り合う力（上下方向の並進力）にほぼ一致する。
【００６１】
ここで、本実施形態の歩行補助装具１では、その両足平装着部１５，１５だけが利用者Ａに装着されて拘束されており、また、各足平装着部１５には前記環状部材３６が備えられている。このため、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重（下向きの並進力）と、歩行補助装具１で発生する慣性力（より詳しくは上下方向の慣性力）とは、利用者Ａにはほとんど作用せずに、両脚リンク３，３から両足平装着部１５，１５の環状部材３６，３６を経由して床面に作用する。
【００６２】
従って、歩行補助装具１には、前記全支持力のうち、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重と、該歩行補助装具１で発生する上下方向の慣性力との和に抗する支持力が床側から作用する。この支持力は、前記全支持力のうちの、歩行補助装具１で負担する支持力を意味する。以下、このように歩行補助装具１が負担する支持力を装具負担支持力という。
【００６３】
利用者Ａの両脚が立脚であるとき（歩行補助装具１の両足平装着部１５，１５が接地しているとき）は、前記装具負担支持力を左側の脚リンク３Ｌおよび足平装着部１５Ｌの組と、右側の脚リンク３Ｒおよび足平装着部１５Ｒの組とで分担して負担することとなる。すなわち、装具負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚リンク３側で負担し、残部の支持力を他方の脚リンク３側で負担することとなる。また、利用者Ａの一方の脚だけが立脚であるとき（他方の脚が遊脚であるとき）には、前記装具負担支持力の全てを立脚側の脚リンク３および足平装着部１５の組で負担することとなる。以降、装具負担支持力のうちの、各組の脚リンク３および足平装着部１５で負担する支持力を脚リンク支持力と言い、右側の脚リンク３Ｒおよび足平装着部１５Ｒの組で負担する支持力を右側脚リンク支持力、左側の脚リンク３Ｌおよび足平装着部１５Ｌの組で負担する支持力を左側脚リンク支持力と言う。左側脚リンク支持力と右側脚リンク支持力との総和は装具負担支持力に一致する。
【００６４】
なお、前記装具負担支持力のうち、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１で発生する上下方向の慣性力との和に抗する支持力、すなわち、着座部２から利用者Ａに作用する持上げ力を前記装具負担支持力から差し引いた支持力が、本発明における装具自重補償力に相当する。この装具自重補償力は、歩行補助装具１自身の重量に起因して、歩行補助装具１に作用する支持力を意味する。
【００６５】
一方、利用者Ａの両脚には、前記全支持力から前記装具負担支持力を差し引いた分の支持力が床面側から作用し、この支持力を利用者Ａがその脚で負担することとなる。以下、このように利用者Ａが負担する支持力を利用者負担支持力という。なお、利用者Ａの両脚が立脚であるときは、前記利用者負担支持力を利用者Ａの両脚で分担して負担することとなる。すなわち、利用者負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚で負担し、残部の支持力を他方の脚で負担することとなる。また、利用者Ａの一方の脚だけが立脚であるときには、前記利用者負担支持力の全てを該一方の脚で負担することとなる。以降、利用者負担支持力のうちの、各脚で負担する支持力（各脚に床側から作用する支持力）を利用者脚支持力と言う。そして、右脚で負担する支持力を利用者右脚支持力、左脚で負担する支持力を利用者左脚支持力と言う。利用者左脚支持力と利用者右脚支持力との総和は利用者負担支持力に一致する。
【００６６】
また、利用者Ａが自身を支えるために各脚の足平を床面側に押し付ける力を該脚の踏力という。各脚の踏力は、上記利用者脚支持力に釣り合う力である。
【００６７】
補足すると、各脚リンク３に連結された足平装着部１５の接地状態において、該脚リンク３に備えた力センサ３０には、該脚リンク３に係わる脚リンク支持力から、該脚リンク３の力センサ３０の下側の部分（主に足平装着部１５）に作用する重力に抗する支持力を差し引いた支持力が作用する。そして、その作用する支持力の３軸方向の成分（あるいは２軸方向の成分）が該力センサ３０で検出される。ただし、各脚リンク３に備えた力センサ３０の下側の部分（主に足平装着部１５）の重量は、歩行補助装具１の全体の重量に比して十分に小さい。このため、該力センサ３０に作用する力は、前記脚リンク支持力にほぼ等しい。従って、各脚リンク３の力センサ３０は、実質的には、該脚リンク３に対応する脚リンク支持力を検出する。以降の説明では、力センサ３０を支持力センサ３０という。また、各支持力センサ３０に作用する支持力の、両脚リンク３，３についての総和を総持ち上げ力（≒装具負担支持力）と言う。また、この総持ち上げ力のうちの各脚リンク３の負担分を総持ち上げ力負担分（≒脚リンク支持力）と言う。
【００６８】
また、左側足平装着部１５ＬのＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌに作用する力の総和が前記利用者左脚支持力（あるいは左脚の踏力）に相当し、右側足平装着部１５ＲのＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒに作用する力の総和が前記利用者右脚支持力（あるいは右脚の踏力）に相当する。なお、本実施形態では、ＭＰセンサ３８および踵センサ３９を１軸力センサとしたが、例えば靴３３の底面にほぼ平行な方向の並進力をも検出する２軸力センサ、もしくは３軸力センサでもよい。ＭＰセンサ３８および踵センサ３９は、少なくとも靴３３の底面または床面にほぼ垂直な方向の並進力を検出し得るセンサであることが望ましい。
【００６９】
なお、本実施形態では、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重（下向きの並進力）と、歩行補助装具１で発生する慣性力（より詳しくは上下方向の慣性力）とを、利用者Ａにほとんど作用せずに床面に作用させるようにするために、環状部材３６を用いたが、例えば該環状部材３６の両側部（湾曲部）の一方を省略した部材を使用してもよい。
【００７０】
次に、上記の如く構成された歩行補助装具１の動作（電動モータ２７Ｒ，２７Ｌ）の動作）を制御する制御装置を説明する。
【００７１】
図４は、該制御装置５０の構成（ハード構成）を概略的に示すブロック図である。図示の如く、制御装置５０は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ）および入出力回路（Ａ／Ｄ変換器など）により構成された演算処理部５１と、前記電動モータ２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれのドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌと、歩行補助装置１による利用者Ａの持ち上げ力（着座部２から利用者Ａに作用させる上向きの並進力）の大きさの目標値を設定するための持ち上げ力設定用キースイッチ５３と、利用者Ａの持ち上げ力を発生させるか否かを選択する持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４と、電源電池５５と、該電源電池５５に電源スイッチ５６（ＯＮ・ＯＦＦスイッチ）を介して接続され、電源スイッチ５６がＯＮ操作（閉成）されたときに電源電池５５から制御装置５０の各回路５１，５２Ｒ，５２Ｌに電源電力を供給する電源回路５７と備えている。
【００７２】
この制御装置５０は、着座部２の後端部あるいは前記プレート２３Ｒ，２３Ｌなどにブラケット（図示せず）を介して固定されている。また、持ち上げ力設定用キースイッチ５３、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４および電源スイッチ５６は、制御装置５０の筐体（図示省略）の外面部に操作可能に装着されている。なお、持ち上げ力設定用キースイッチ５３は、持ち上げ力の所望の目標値を直接的に設定し、あるいは、あらかじめ用意された複数種類の目標値から選択的に設定し得るように、テン・キースイッチあるいは複数の選択スイッチなどにより構成されている。
【００７３】
制御装置５０には、図示を省略する接続線を介して前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌ、ロータリエンコーダ２８Ｒ，２８Ｌが接続されている。そして、これらのセンサの出力信号が演算処理部５１に入力される。また、演算処理部５１には、持ち上げ力設定用キースイッチ５３および持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号（それらのスイッチの操作状態を示す信号）も入力される。また、制御装置５０には、前記ドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌからそれぞれ電動モータ２７Ｒ，２７Ｌに電流を流すべく図示しない接続線を介して該電動モータ２７Ｒ，２７Ｌに接続されている。そして、演算処理部５１は、後述する演算処理（制御処理）によって、各電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの通電電流の指令値（以下、指示電流値という）を決定する。そして、演算処理部５１は、この指示電流値で各ドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌを制御することにより各電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの発生トルク（駆動力）を制御するようにしている。
【００７４】
なお、前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌの出力信号（電圧信号）は、これらのセンサの近くでプリアンプにより増幅した後に制御装置５０に入力するようにしてもよい。また、前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌの出力信号は増幅された後、その電圧値がＡ／Ｄ変換されて演算処理部５１に取り込まれる。
【００７５】
前記演算処理部５１は、その主な機能的手段として、図５のブロック図で示すような機能的手段を備えている。この機能的手段は、ＲＯＭに格納されたプログラムによって実現される機能である。
【００７６】
図５を参照して、演算処理部５１は、右側脚リンク３ＲのＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力信号が入力される右側踏力計測処理手段６０Ｒと、左側脚リンク３ＬのＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌの出力信号が入力される左側踏力計測処理手段６０Ｌとを備えている。右側踏力計測処理手段６０Ｒは、ＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力信号の電圧値から、利用者Ａの右脚の踏力の大きさ（前記利用者右脚支持力の大きさ）を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側踏力計測処理手段６０Ｌは、ＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌの出力信号の電圧値から、利用者Ａの左脚の踏力の大きさ（前記利用者左脚支持力の大きさ）を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌは本発明における踏力計測手段に相当するものである。
【００７７】
また、演算処理部５１は、ロータリエンコーダ２８Ｒ，２８Ｌの出力信号（パルス信号）がそれぞれ入力される右側膝角度計測処理手段６１Ｒおよび左側膝角度計測処理手段６１Ｌとを備えている。これらの膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌは入力された信号から、それぞれに対応する脚リンク３の第２関節１２における屈曲角度（第２関節１２の変位量）を計測する手段である。なお、各脚リンク３の第２関節１２は、該脚リンク３の膝関節に相当するものであるので、以下、第２関節における屈曲角度を膝角度という。また、これらの膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌは、本発明における関節変位量計測手段に相当するものである。
【００７８】
また、演算処理部５１は、右側脚リンク３Ｒの支持力センサ３０Ｒの出力信号と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒにより計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側支持力計測処理手段６２Ｒと、左側脚リンク３Ｌの支持力センサ３０Ｌの出力信号（出力電圧）と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌにより計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側支持力計測処理手段６２Ｌとを備えている。右側支持力計測処理手段６２Ｒは、入力された支持力センサ３０Ｒの出力信号および右側脚リンク３Ｒの膝角度の計測値を基に、前記右側脚リンク支持力のうちの支持力センサ３０Ｒに作用する支持力、すなわち右側脚リンク３Ｒの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側支持力計測処理手段６２Ｌは、入力された支持力センサ３０Ｌの出力信号および左側脚リンク３Ｌの膝角度の計測値を基に、前記左側脚リンク支持力のうちの支持力センサ３０Ｌに作用する支持力、すなわち左側脚リンク３Ｌの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌは、本発明における制御対象力計測手段に相当するものである。
【００７９】
また、演算処理部５１は、上記各計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌ，６１Ｒ，６０Ｌ，６２Ｒ，６２Ｌの計測値と、前記持ち上げ力設定用キースイッチ５３および持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号とが入力される左右目標負担分決定手段６３を備えている。この左右目標負担分決定手段６３は、入力値を基に、前記総持ち上げ力（装具負担支持力）の目標値である目標総持ち上げ力を決定すると共に、その目標総持ち上げ力に対する各脚リンク３の負担分の目標値、すなわち各脚リンク３の前記総持ち上げ力負担分の目標値（以下、単に制御目標値という）を決定する処理を行なう手段である。なお、該制御目標値は、本発明における目標負担分に相当する。また、左右目標負担分決定手段６３は、本発明における目標総持ち上げ力決定手段としての機能と分配手段としての機能と装具自重補償力推定手段としての機能とを併せ持つ。
【００８０】
さらに、演算処理部５１は、前記右側支持力計測処理手段６２Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒと、前記左側支持力計測処理手段６２Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分と前記左右目標持ち上げ力決定手段６３で決定された左側脚リンク３Ｌの制御目標値と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌと、前記右側支持力計測処理手段６２Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒにより計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒと、前記左側支持力計測処理手段６２Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された左側脚リンク３Ｌの制御目標値と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌにより計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌとを備えている。各フィードバック操作量決定手段６４は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値との偏差から所定のフィードバック制御則により該偏差を０に収束させるようにフィードバック操作量（各電動モータ２７に対する前記指示電流値のフィードバック成分）を算出する手段である。また、各フィードフォワード操作量決定手段６５は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値と膝角度の計測値とから所定のフィードフォワード制御則によって総持ち上げ力負担分の計測値を制御目標値にするためのフィードフォワード操作量（各電動モータ２７に対する前記指示電流値のフィードフォワード成分）を算出する手段である。
【００８１】
そして、演算処理部５１は、右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒで算出されたフィードバック操作量と右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒで算出されたフィードフォワード操作量とを加算する（フィードフォワード操作量をフィードバック操作量により補正する）ことで右側脚リンク３Ｒの電動モータ２７Ｒ用の指示電流値を求める加算処理手段６６Ｒと、左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌで算出されたフィードバック操作量と右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌで算出されたフィードフォワード操作量とを加算する（フィードフォワード操作量をフィードバック操作量により補正する）ことで左側脚リンク３Ｌの電動モータ２７Ｌ用の指示電流値を求める加算処理手段６６Ｌとを備えている。
【００８２】
なお、前記フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌ、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌ、および加算処理手段６６Ｒ，６６Ｌは、本発明におけるアクチュエータ制御手段に相当するものである。
【００８３】
以上が、演算処理部５１の演算処理機能の概略である。
【００８４】
なお、図４および図５に示した加速度センサ８０とこれに対応する破線矢印とは、後述する第２実施形態に関するものであり、本実施形態では不要である。
【００８５】
次に、演算処理部５１の処理の詳細説明を含めて、本実施形態の制御装置５０の制御処理を説明する。本実施形態の歩行補助装具１では、前記電源スイッチ５６をＯＦＦにした状態では、各脚リンク３の第２関節１２に駆動力が付与されないので、各関節１０，１２，１４が自由に動くことができる状態となっている。この状態では、各脚リンク３は自重によって折りたたまれている。この状態で、利用者Ａの各足平に各足平装着部１５を装着した後に、該利用者Ａもしくは付き添いの補助者が、着座部２を持ち上げて、利用者Ａの股下に配置する。
【００８６】
次いで、電源スイッチ５６をＯＮ操作すると、制御装置５０の各回路に電源電力が供給され、該制御装置５０が起動する。そして、この状態で前記持上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４をＯＮ操作すると、前記演算処理部５１が所定の制御処理周期で、以下に説明する処理を実行する。
【００８７】
各制御処理周期において、演算処理部５１は、まず、前記踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理を実行する。この処理を図６を参照して説明する。図６は、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じであるので、図６では左側踏力計測処理手段６０Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【００８８】
右側踏力計測処理手段６０Ｒの処理について代表的に説明すると、まず、脚リンク３ＲのＭＰセンサ３８Ｒの検出値（ＭＰセンサ３８Ｒの出力電圧値が示す力の検出値）と、踵センサ３９Ｒの検出値（踵センサ３９Ｒの出力電圧が示す力の検出値）とがそれぞれＳ１０１、Ｓ１０２においてローパスフィルタに通される。ローパスフィルタは、これらのセンサ３８Ｒ，３９Ｒの検出値からノイズ等の高周波成分を除去するものである。そのローパスフィルタのカットオフ周波数は例えば１００Ｈｚである。
【００８９】
次いで、これらのローパスフィルタの出力がＳ１０３において加算される。これにより、利用者Ａの右脚の踏力の暫定計測値FRF_p_Rが得られる。この暫定計測値FRF_p_Rには、右側足平装着部１５Ｒの靴紐の締め付けなどに伴う誤差分が含まれる。
【００９０】
そこで、本実施形態では、さらにＳ１０４において、この暫定計測値FRF_p_Rに変換処理を施す。これにより、最終的に利用者Ａの右脚の踏力の計測値FRF_Rを得る。Ｓ１０４の変換処理は、図７に示すテーブルに従って行なわれる。すなわち、FRF_p_Rが所定の第１閾値FRF1以下であるときには、計測値FRF_Rが０とされる。これにより、足平装着部１５Ｒの靴紐の締め付けなどに伴う微小な誤差分が計測値FRF_Rとして得られることが防止される。そして、暫定計測値FRF_p_Rが第１閾値FRF1よりも大きく、第２閾値FRF2（＞FRF1）以下である場合には、FRF_p_Rの値の増加に伴い、計測値FRF_Rの値がリニアに増加させられる。そして、FRF_p_Rが第２閾値FRF2を超えると、FRF_Rの値が所定の上限値（FRF_p_Rが第２閾値FRF2に等しいときのFRF_Rの値）に保持される。なお、FRF_Rの上限値を設定する理由は後述する。
【００９１】
以上が、右側踏力計測処理手段６０Ｒの処理である。左側踏力計測処理手段６０Ｌの処理も同様である。
【００９２】
演算処理部５１は、次に、前記膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理と、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理とを順次行なう。これらの処理を図８および図９を参照して以下に説明する。図８は膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理および支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌのそれぞれ処理のアルゴリズムは同じであり、また、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じである。そこで、図８では左側膝角度計測処理手段６１Ｌおよび左側支持力計測処理手段６２Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【００９３】
右側膝角度計測処理手段６１Ｒおよび右側支持力算出手段６２Ｒの処理を以下に代表的に説明する。まず、右側膝角度計測処理手段６１Ｒによって、Ｓ２０１およびＳ２０２の処理が実行され、右側脚リンク３Ｒの膝角度（第２関節１２Ｒにおける脚リンク３Ｒの屈曲角度）の計測値θ1_Rが得られる。Ｓ２０１では、ロータリエンコーダ２８Ｒの出力から、脚リンク３Ｒの膝角度の暫定計測値θ1p_Rが算出される。
【００９４】
ここで、図９を参照して、本実施形態では、脚リンク３Ｒの第１関節１０Ｒに係わる前記中心点Ｐ（大腿フレーム１１Ｒの前後方向の揺動運動の回転中心となる点Ｐ。以下、前後揺動中心点Ｐという）と第２関節１２Ｒの中心点とを結ぶ線分Ｓ１と、該第２関節１２Ｒの中心点と第３関節１４Ｒの中心点とを結ぶ線分Ｓ２との成す角度θ1_Rが右側脚リンク３Ｒの膝角度として計測される。左側脚リンク３Ｌの膝角度についても同様である。なお、図９では、脚リンク３の要部構成を模式化して示している。
【００９５】
この場合、前記Ｓ２０１では、脚リンク３Ｒの大腿フレーム１１Ｒと下腿フレーム１３Ｒとが所定の姿勢関係になっている状態（例えば図１の姿勢状態）、すなわち、膝角度θ1_Rがある所定値になっている状態での第２関節１２Ｒの回転位置を基準とし、この基準回転位置からの回転量（回転角変化量。これは電動モータ２７Ｒのロータの回転量に比例する）がロータリエンコーダ２８Ｒの出力信号から計測される。そして、この計測した第２関節１２Ｒの回転量を上記基準回転位置での脚リンク３Ｒの膝角度の値（これはあらかじめ図示しないメモリに記憶保持される）に加算してなる値が前記暫定計測値θ1p_Rとして求められる。
【００９６】
この暫定計測値θ1p_Rには、高周波のノイズ成分が含まれることがある。そこで、さらにＳ２０２において、このθ1p_Rをローパスフィルタに通すことで、最終的に脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが得られる。
【００９７】
以上が、右側膝角度計測処理手段６１Ｒの処理である。左側膝角度計測処理手段６１Ｌの処理も同様である。
【００９８】
補足すると、本実施形態で、上記線分Ｓ１，Ｓ２のなす角度θ1を脚リンク３の膝角度として計測する理由は、その角度θ1の計測値を、詳細を後述する左右目標負担分決定手段６３の処理などで使用するからである。
【００９９】
ただし、本実施形態の歩行補助装具１では、各脚リンク３の大腿フレーム１１の軸心と上記線分Ｓ１とのなす角度は一定となる。従って、各膝角度計測処理手段６１では、例えば脚リンク３の大腿フレーム１１の軸心と下腿フレーム１３に係わる前記線分Ｓ２とのなす角度を該脚リンク３の膝角度として求めておくようにしてもよい。そして、後述する左右目標負担分決定手段６３の処理などで、その膝角度から上記角度θ1を求めるようにしてもよい。
【０１００】
上記のように脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが求められた後、Ｓ２０３において、右側支持力計測処理手段６２Ｒの処理が実行される。この処理では、Ｓ２０２で得られた膝角度の計測値θ1_Rと、支持力センサ３０Ｒの検出値（支持力センサ３０Ｒの出力信号の電圧値が示す２軸の力の検出値）とから、該支持力センサ３０Ｒに作用する支持力（すなわち脚リンク３Ｒの前記総持ち上げ力負担分）の計測値Ｆankle_Rが算出される。この処理の詳細を前記図９を参照して説明する。
【０１０１】
脚リンク３Ｒの支持力センサ３０Ｒに作用する支持力（総持ち上げ力負担分）Ｆankle_Rは、脚リンク３Ｒの第３関節１４Ｒから下腿フレーム１３Ｒに作用する並進力にほぼ等しい。そして、その並進力の向き、ひいては、Fankle_Rの向きは、本実施形態の歩行補助装具１では、脚リンク３Ｒの第３関節１４の中心点と前記前後揺動中心点Ｐとを結ぶ線分Ｓ３に平行な方向となる。
【０１０２】
一方、支持力センサ３０Ｒは、図示の如く、該支持力センサ３０Ｒの表面（上面または下面）に垂直なｚ軸方向の力Ｆzと、このｚ軸に垂直で支持力センサ３０Ｒの表面に平行なｘ軸方向の力Ｆxとを検出する。ｘ軸、ｚ軸は、支持力センサ３０Ｒに固定された座標軸であり、前記ガイドレール２２の円弧を含む面に平行な軸である。このとき、検出されるＦz、Fxは、それぞれＦankle_Rのｚ軸方向成分、ｘ軸方向成分である。従って、図示の如く、Ｆankle_Rとｚ軸とのなす角度をθｋとおくと、Ｆankle_Rは、Ｆz、Fxの検出値と、θｋとから次式（１）により算出することができる。
【０１０３】
Ｆankle_R＝Ｆx・sinθk＋Fz・cosθk ……（１）
また、角度θkは次のように求められる。すなわち、線分Ｓ２と線分Ｓ３とのなす角度（＝Ｆankleの向きと線分Ｓ２とのなす角度）をθ2とすると、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を３辺とする三角形における線分Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの長さＬ１，Ｌ２は、一定値（あらかじめ定められた既知の値）である。そして、線分Ｓ１，Ｓ２とのなす角度θ1は、右側膝角度計測処理手段６１Ｒで前記したように得られた計測値θ1_Rである。従って、線分Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの長さＬ１，Ｌ２（これらの値はあらかじめメモリに記憶保持される）と角度θ1の計測値θ1_Rとから幾何学的な演算によって、角度θ2が求められる。
【０１０４】
具体的には、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を３辺とする三角形において、次式（２），（３）の関係式が成り立つ。なお、Ｌ３は、線分Ｓ３の長さである。
【０１０５】
Ｌ３2＝Ｌ１2＋Ｌ２2−２・Ｌ１・Ｌ２・cosθ1 ……（２）
Ｌ１2＝Ｌ２2＋Ｌ３2−２・Ｌ２・Ｌ３・cosθ2 ……（３）
従って、Ｌ１，Ｌ２の値と、角度θ1の計測値とから式（２）により、Ｌ３を算出できる。そして、その算出したＬ３の値と、Ｌ１，Ｌ２の値とから式（３）により、角度θ2を算出できる。
【０１０６】
さらに、ｚ軸と線分Ｓ２とのなす角度をθ3とおくと、この角度θ3は、支持力センサ３０の下腿フレーム１３に対する取り付け角度によってあらかじめ定まる一定値である。そして、この一定値の角度θ3（この値はあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている）から、上記の如く算出された角度θ2を減算することで式（１）の演算に必要な角度θｋの値が求められる。
【０１０７】
従って、本実施形態では、右側支持力計測処理手段６２ＲのＳ２０３の処理では、上記の如く算出したθｋと脚リンク３Ｒの支持力センサ３０の検出値Ｆx，Ｆzとから前記式（１）により、右脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Ｆankle_Rが得られる。
【０１０８】
以上が右側支持力計測処理手段６２ＲのＳ２０３の処理の詳細である。左側支持力計測手段６２Ｌの処理も同様である。
【０１０９】
なお、本実施形態では、支持力センサ３０を３軸力センサあるいは２軸力センサとし、前記式（１）により、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分の計測値Fankleを得るようにした。ただし、支持力センサ３０が１軸力センサであっても、計測値Fankleを得ることが可能である。例えば、支持力センサ３０が図９のｘ軸方向の力Ｆxのみを検出するセンサである場合には、次式（４）により計測値Fankleを求めることができる。また、支持力センサ３０が図９のｚ軸方向の力Ｆzのみを検出するセンサである場合には、次式（５）により計測値Fankleを求めることができる。
【０１１０】
Ｆankle＝Ｆx／sinθk ……（４）
Ｆankle＝Ｆz／cosθk ……（５）
但し、これらの式（４）または（５）を使用する場合には、角度θkが０度または９０度に近い値になると、Ｆankleの値の精度が悪くなる。従って、前記式（１）によりFankleの計測値を得ることが望ましい。
【０１１１】
また、計測値Fankleは、Fxの２乗値とＦzの２乗値との和の平方根を求めることによって得るようにしてもよい。この場合には、膝角度の計測値θ1は不要である。
【０１１２】
補足すると、以上説明した各計測処理手段６０，６１，６２の処理は、必ずしも順番に行なう必要はない。例えば、各計測処理手段６０，６１，６２の処理を時分割等により並列的に行なうようにしてもよい。但し、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理でθ1を使用する場合には、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理よりも膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理を先に行なう必要がある。
【０１１３】
なお、本実施形態では、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分を計測するための支持力センサ３０を、第３関節１４と下腿フレーム１３（より正確には上部下腿フレーム１３ａ）との間に介在させるようにした。ただし、該支持力センサを第３関節１４と足平装着部１５の間（例えば第３関節１４と足平装着部１５の連結部３４との間）に介在させるようにしてもよい。この場合には、第３関節１４の回転角を計測して、第３関節１４と足平装着部１５の間の支持力センサで検出された支持力を座標変換することで、第３関節１４から下腿フレーム１３に作用する支持力を計測できる。
【０１１４】
次いで、演算処理部５１は、前記左右目標負担分決定手段６３の処理を実行する。この処理を図１０を参照して以下に詳説する。図１０は左右目標負担分決定手段６３の処理の流れを示すブロック図である。
【０１１５】
Ｓ３０１において、前記キースイッチ５３の操作による持ち上げ力の設定値がローパスフィルタに通される。該ローパスフィルタのカットオフ遮断周波数は例えば０．５Ｈｚである。これにより、着座部２から利用者Ａに作用させる持上げ力の目標値である目標持上げ力が決定される。Ｓ３０１におけるローパスフィルタは、持上げ力の設定値が変更された場合などに、着座部２から利用者Ａに作用する持上げ力が急激に変化するのを防止するためのものである。持ち上げ力の設定値が一定に維持されている状態では、その設定値がそのまま目標持上げ力として決定される。
【０１１６】
次いで、Ｓ３０２において、歩行補助装具１に作用する重力と、歩行補助装具１で発生する慣性力との和に抗する支持力である前記装具自重補償力を推定する。この推定処理については後述する。
【０１１７】
そして、Ｓ３０３において、この装具自重補償力の推定値を前記目標持上げ力に加えることにより、前記総持上げ力の目標値である目標総持上げ力を決定する。
【０１１８】
なお、図示は省略するが、本実施形態では、前記持上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦ操作されているときには、各支持力計測処理手段６２によって前記したように求められた右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rと、左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Lとを加算してなる値（これは総持ち上げ力の計測値に相当する）を、前記Ｓ３０１のローパスフィルタと同特性のローパスフィルタに通すことで、目標総持ち上げ力が決定される。従って、この場合の目標総持ち上げ力は、常に、現状の実際の総持ち上げ力を維持するように決定される。
【０１１９】
一方、Ｓ３０４において、各踏力計測処理手段６０によって前記したように求められた右脚の踏力の計測値FRF_Rの大きさと、左脚の踏力の計測値FRF_Lの大きさとを基に、目標総持ち上げ力を左右の各脚リンク３に分配するための比である分配比が決定される。この分配比は、目標総持ち上げ力の、右側脚リンク３Ｒへの分配割合である右分配比と、左側脚リンク３Ｌへの分配割合である左分配比とからなり、両分配比の和は１である。
【０１２０】
この場合、右分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさとの和に対するFRF_Rの大きさの比、すなわち、FRF_R／（FRF_R＋FRF_L）に決定される。同様に、左分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさと和に対するFRF_Lの大きさの比、すなわち、FRF_L／（FRF_R＋FRF_L）に決定される。この場合、利用者Ａの一方の脚が立脚となり、他方の脚が遊脚となる状態（すなわち片脚支持状態）では、遊脚となる脚に対応する分配比は０であり、立脚となる脚に対応する分配比は１である。
【０１２１】
ここで、前記各踏力計測処理手段６０のＳ１０４の変換処理（図６参照）において、各脚の踏力の計測値FRFに上限値を設定した理由を説明する。利用者Ａの両脚が立脚となる状態（すなわち両脚支持期の状態）において、各脚の踏力の前記暫定計測値FRF_pは一般には、滑らかに変化するわけではなく、頻繁な変動を生じやすい。このような場合に、暫定計測値FRF_pを基に、左右の分配比を決定すると、その分配比が頻繁に変化し、目標総持ち上げ力のうちの、各脚リンク３の分担割合が頻繁に変化しやすい。その結果、着座部２から利用者Ａに作用する持ち上げ力の微小変動が生じやすい。ひいては、その微小変動が利用者Ａに不快感を及ぼす恐れがある。そのために、本実施形態では、各脚の踏力の計測値FRFの上限値を設定し、両脚支持期の状態において、左右の分配比が頻繁に変化するような事態を防止した。この場合、両脚支持期の状態においては、基本的には開始直後の期間と、終了直前の期間とを除いて左右の分配比が共に１／２に維持されるようになり、左右の分配比が安定する。
【０１２２】
なお、前記図７において、閾値FRF1のみを有し、利用者Ａの各脚の踏力の暫定計測値FRF_p_R(L)が閾値FRF1以上である場合にリニアに踏力の計測値FRF_R(L)が増加するように定めたテーブルに基づいて計測値FRF_R(L)を取得するようにしてもよい。暫定計測値FRF_pからFRF_R(L)を得るためのテーブルの閾値FRF1、FRF2等は、利用者Ａが好む持ち上げ力のフィーリングや、歩行補助装置１の重量、制御装置５０の計算能力などに応じて、適宜決定すればよい。
【０１２３】
補足すると、Ｓ３０４の処理で決定される右分配比および左分配比は、本実施形態では、前記Ｓ３０２の処理で使用される。このため、Ｓ３０４の処理は、Ｓ３０２、Ｓ３０３の処理よりも前に実行される。
【０１２４】
図１０の説明に戻って、次に、右側脚リンク３Ｒに関するＳ３０５，Ｓ３０６の処理と、左側脚リンク３Ｌに関するＳ３０７，Ｓ３０８の処理とが実行される。右側脚リンク３Ｒに関するＳ３０５，Ｓ３０６の処理では、まず、Ｓ３０５において、前記Ｓ３０３で決定された目標総持ち上げ力に右分配比が乗算される。これにより、目標総持ち上げ力のうちの右側脚リンク３Ｒによる負担分としての総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Rが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_RをＳ３０６でローパスフィルタに通すことで、最終的に右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Rが求められる。Ｓ３０６のローパスフィルタは、膝角度θ1の変動等に伴うノイズ成分を除去するためのものである。そのカットオフ周波数は、例えば１５Ｈｚである。
【０１２５】
同様に、左側脚リンク３Ｌに関するＳ３０７，Ｓ３０８の処理では、まず、Ｓ３０７において、前記Ｓ３０３で決定された目標総持ち上げ力に左分配比が乗算される。これにより、目標総持ち上げ力のうちの左側脚リンク３Ｌによる負担分としての総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Lが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_LをＳ３０８でローパスフィルタに通すことで、最終的に左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Lが求められる。
【０１２６】
前記Ｓ３０２の処理は、本実施形態では、次のように実行される。図１１は、その推定処理の流れを示すブロック図である。
【０１２７】
本実施形態におけるＳ３０２の処理では、前記各膝角度計測処理手段６１で求められた各脚リンク３の膝角度の計測値θ1と、前記Ｓ３０４の処理で決定された分配比とを使用して、装具自重補償力が推定される。具体的には、まず、Ｓ１００１，Ｓ１００２の処理が実行される。Ｓ１００１では、前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒで求められた脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rに、前記Ｓ３０４で決定された右分配比が乗算される。同様にＳ１００２では、前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌで求められた脚リンク３Ｌの膝角度の計測値θ1_Lに、前記Ｓ３０４で決定された左分配比が乗算される。そして、Ｓ１００１，Ｓ１００２のそれぞれの演算結果の値がＳ１００３で加え合わされ、この加算結果の値が、膝代表角度（これは本発明における第２関節変位量代表値に相当する）として求められる。この膝代表角度は、換言すれば、右分配比、左分配比を重み係数とする、膝角度の計測値θ1_R，θ1_Lの重み付き平均値である。このようにして求められる膝代表角度は、歩行補助装具１の重心の上下方向位置（床からの高さ位置）、ひいては装具自重補償力と高い相関関係を有する。
【０１２８】
そこで、本実施形態では、次に、Ｓ１００４において、上記膝代表角度を基に、歩行補助装具１の重心（以下、装具重心という）の位置（上下方向位置）を求める。この場合、例えば膝代表角度から、あらかじめ設定された相関テーブル（膝代表角度と歩行補助装具１の重心の上下方向位置との相関関係を表すテーブル）に従って、装具重心の上下方向位置（該重心の床からの高さ）が求められる。なお、例えば、２つの剛体要素を膝関節に相当する関節で連結してなる剛体リンクモデル（２つの剛体要素間の角度が前記膝代表角度に一致し、且つ、一方の剛体要素が歩行補助装具１の各脚リンク３の第２関節１２から上側の全体の重量と同等の重量を有し、他方の剛体要素が第２関節１２から下側の全体の重量と同等の重量を有するような剛体リンクモデル）を用い、幾何学的な演算によって、歩行補助装具１の重心の上下方向位置を算出するようにしてもよい。
【０１２９】
次いで、上記の如く求めた装具重心の位置をＳ１００５で２階微分することにより、該装具重心の上下方向の加速度（運動加速度）が算出される。そして、この装具重心の加速度と重力加速度（定数）との和がＳ１００６で算出される。さらに、このＳ１００６の演算結果の値に歩行補助装具１の全体重量である装具総質量がＳ１００７で乗算され、その乗算結果の値が、装具自重補償力の推定値として得られる。
【０１３０】
上記のように装具自重補償力を推定することにより、簡易な手法で容易に装具自重補償力を推定することができる。
【０１３１】
以上が、Ｓ３０２を含めた左右目標負担分決定手段６３の処理の詳細である。補足すると、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理は、本発明における目標総持ち上げ力決定手段に相当する。また、Ｓ３０４〜Ｓ３０８の処理は、本発明における分配手段に相当する。また、Ｓ３０２の処理は、本発明における装具自重補償力推定手段に相当する。
【０１３２】
以上のようにして左右目標負担分決定手段６３の処理を実行した後、演算処理部５１は、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌおよびフィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理を順次、もしくは並行して実行する。
【０１３３】
フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理を図１１を参照して説明する。図１２は、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌのアルゴリズムは同じであるので、図１２では左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【０１３４】
右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒの処理について代表的に説明すると、まず、前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値T_Fankle_Rと、前記右側支持力計測処理手段６２で計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとの偏差（T_Fankle_R−Fankle_R）がＳ４０１で算出される。そして、この偏差にＳ４０２、Ｓ４０３においてそれぞれゲインＫp、Ｋdが乗算される。さらに、Ｓ４０３の演算結果は、Ｓ４０４において微分され（図中の「ｓ」は微分演算子を意味する）、その微分値とＳ４０２の演算結果とがＳ４０５で加算される。これにより、右側電動モータ２７の電流の操作量Ｉfb_Rが偏差（T_Fankle_R−Fankle_R）を０に収束させるようにフィードバック制御則としてのＰＤ制御則により算出される。操作量Ｉfb_Rは、右側電動モータ２７の指示電流値のフィードバック成分を意味する。
【０１３５】
この場合、本実施形態では、前記ゲインＫp，Ｋdの値は、Ｓ４０６において、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rに応じて可変的に設定される。この理由は、脚リンク３Ｒの膝角度によって、電動モータ２７Ｒの電流変化（トルク変化）に対する着座部２の持ち上げ力の変化の感度が変化するためである。この場合、膝角度θ1_Rが大きい程（脚リンク３Ｒが伸びるほど）、電動モータ２７Ｒの電流変化（トルク変化）に対する着座部２の持ち上げ力の変化の感度が高くなる。このため、Ｓ４０６においては、図示を省略するデータテーブルに基づいて、基本的には、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが大きいほど、ゲインＫp，Ｋdの値をそれぞれ小さくするように、該ゲインＫp，Ｋdの値が設定される。
【０１３６】
以上が右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒの処理である。左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌの処理も同様である。なお、本実施形態では、フィードバック制御則としてＰＤ制御則を用いたが、ＰＤ制御則以外のフィードバック制御則（例えばＰＩＤ制御則）を使用してもよい。
【０１３７】
次に、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理を図１３を参照して説明する。図１３は、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌのアルゴリズムは同じであるので、図１３では左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【０１３８】
右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒの処理について代表的に説明すると、Ｓ５０１において、前記膝角度計測処理手段６１Ｒで計測された脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが微分されて該脚リンク３Ｒの第２関節１２の屈曲角度の角速度ω1_Rが算出される。さらに、Ｓ５０２において、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rと、前記支持力計測処理部６２Ｒで計測された脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとを用いて、脚リンク３Ｒのワイヤ３２ａ，３２ｂの実際の張力である実張力Ｔ1が算出される。この実張力Ｔ1の算出処理を図１４を参照して説明する。なお、図１４では、脚リンク３は模式化して記載している。また、図１４では、図９と同じ要素には、同一の参照符号を付している。
【０１３９】
まず、脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rの線分Ｓ２に直交する成分Fankle_aが次式（６）により算出される。
【０１４０】
Ｆankle_a＝Fankle_R・sinθ2 ……（６）
なお、角度θ2は、Fankle_Rと、線分Ｓ２とのなす角度であり、このθ２は、前記図９を参照して説明した通り、計測値θ1_Rを用いて幾何学的演算により算出される（前記式（２）、（３）を参照）。
【０１４１】
そして、このようにして求めたＦankle_aに、次式（７）の通り、線分Ｓ２の長さＬ２が乗算される。これにより、Fankle_Rによって、第２関節１２（膝関節）に生じるモーメントＭ1が算出される。
【０１４２】
Ｍ1＝Ｆankle_a・Ｌ２ ……（７）
ワイヤ３２ａ，３２ｂの実張力Ｔ1によってプーリ３１に発生するモーメントは、定常状態では上記モーメントＭ1に釣り合う。そこで、さらに、このモーメントＭ1を次式（８）の通り、プーリ３１の有効半径ｒで除算することにより、ワイヤ３２ａ，３２ｂの実張力Ｔ1が算出される。
【０１４３】
Ｔ1＝Ｍ1／ｒ ……（８）
以上が、Ｓ５０２の処理の詳細である。
【０１４４】
図１３の説明に戻って、さらに、Ｓ５０３において、脚リンク３Ｒのワイヤ３２ａ，３２ｂの目標張力Ｔ2が算出される。この目標張力Ｔ2は、前記左右目標持ち上げ力決定手段６３の処理で決定された脚リンク３Ｒの制御目標値（総持ち上げ力負担分の目標値）に対応して、ワイヤ３２ａ，３２ｂに発生させるべき張力である。この目標張力Ｔ2の算出は、Ｓ５０２の算出処理と同様である。より具体的には、前記式（６）の右辺のFankle_Rを、前記左右目標持ち上げ力決定手段６３の処理で決定された脚リンク３Ｒの制御目標値T_Fankle_Rに置き換えた式によって、制御目標値T_Fankle_Rの前記線分Ｓ２（図１４参照）に直交する成分が算出される。そして、その算出した成分を、前記式（７）の右辺のFankle_aの代わりに用いることで、脚リンク３Ｒの第２関節１２の目標モーメントが算出される。さらに、その目標モーメントを前記式（８）の右辺のＭ1の代わりに用いることで、ワイヤ３２ａ，３２ｂの目標張力Ｔ2が算出される。
【０１４５】
以上がＳ５０３の処理である。
【０１４６】
上記のようにＳ５０１〜Ｓ５０３の処理を実行した後、Ｓ５０４において、上記の如く算出された第２関節１２の角速度ω1_R、ワイヤ３２ａ，３２ｂの実張力Ｔ1および目標張力Ｔ2を用いて、所定のフィードフォワード処理により電動モータ２７Ｒの電流の操作量Ｉff_Rが決定される。操作量Ｉff_Rは、電動モータ２７Ｒの指示電流値のフィードフォワード成分を意味する。
【０１４７】
このＳ５０４の処理では、次式（９）で表されるモデル式により、操作量Ｉff_Rが算出される。
【０１４８】
Ｉff_R＝Ｂ1・Ｔ2＋Ｂ2・ω1_R＋Ｂ3・sgn（ω1_R） ……（９）
但し、Ｂ2＝b0＋b1・Ｔ1、Ｂ3＝d0＋d1・Ｔ1
ここで、式（９）中のＢ1は定数の係数、Ｂ2，Ｂ3は、それぞれ式（９）の但し書きで示す如く、実張力Ｔ1の一次関数で表される係数である。なお、b0，b1，d0，d1は定数である。また、sgn( )は、符号関数である。
【０１４９】
この式（９）は、電動モータ２７の電流と、ワイヤ３２ａ，３２ｂの張力と、第２関節１２の角速度ω1との関係を表すモデル式である。より詳しくは、式（９）の右辺の第１項は、張力の比例項、第２項はワイヤ３２ａ，３２ｂとプーリ３１との間の粘性摩擦力に応じた項、第３項は、ワイヤ３２ａ，３２ｂとプーリ３１との間の動摩擦力に応じた項を意味する。なお、式（９）の右辺には、さらに第２関節１２の角加速度に応じた項（すなわち慣性力に応じた項）を追加してもよい。
【０１５０】
補足すると、式（９）の演算に使用する各定数Ｂ1，b0，b1，d0，d1は、あらかじめ、式（９）の左辺の値と右辺の値との差の２乗値を最小化するような同定アルゴリズムによって実験的に同定される。そして、同定された各定数Ｂ1，b0，b1，d0，d1は、図示しないメモリに記憶保持され、歩行補助装具１の動作時に使用される。
【０１５１】
以上が、右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒの処理である。左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌの処理も同様である。
【０１５２】
図５を参照して、以上のように、電動モータ２７Ｒの電流の操作量Ｉfb_R，Ｉff_Rと、電動モータ２７Ｌの電流の操作量Ｉfb_L，Ｉff_Lとを算出した後、演算処理部５１は、加算処理手段６６Ｒにより、操作量Ｉfb_R，Ｉff_Rを加算することにより、電動モータ２７Ｒの指示電流値を決定する。また、演算処理部５１は、加算処理手段６６Ｌにより、操作量Ｉfb_L，Ｉff_Lを加算することにより、電動モータ２７Ｌの指示電流値を決定する。そして、演算処理部５１は、これらの指示電流値をそれぞれ各電動モータ２７に対応するドライバ回路５２に出力する。このとき、ドライバ回路５２は、与えられた指示電流値に従って電動モータ２７に通電する。
【０１５３】
以上説明した演算処理部５１の制御処理が、所定の制御周期で実行される。これにより、各脚リンク３の実際の総持ち上げ力負担分の計測値Fankleが、該脚リンク３に対応する制御目標値T_Fankleに一致するように（収束するように）、電動モータ２７の発生トルク、ひいては、該脚リンク３の第２関節１２（膝関節）の駆動力が操作されることとなる。
【０１５４】
この場合、左右の各脚リンク３Ｒ，３Ｌに対応する制御目標値T_Fankle_R，T_Fankle_Lの和は、目標総持ち上げ力に一致する。そして、この目標総持ち上げ力は、持ち上げ力設定用キースイッチ５３で設定された持ち上げ力の目標値に、前記装具自重補償力を加えた力である。このため、各脚リンク３Ｒ，３Ｌに床側から作用する支持力の総和（≒前記脚リンク支持力の総和）が、目標総持ち上げ力になるように、電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの発生トルクが制御されることとなる。
【０１５５】
この結果、歩行補助装具１に作用する重力と、歩行補助装具１で発生する慣性力との和に抗する支持力を歩行補助装具１で負担させつつ、着座部２から利用者Ａに実際に作用する持ち上げ力を目標値に適切に制御できる。つまり、歩行補助装具１で発生する慣性力や該歩行補助装具１に作用する重力の影響を適切に補償して、目標とする持ち上げ力を利用者Ａに着座部２から作用させることができる。
【０１５６】
また、目標総持ち上げ力の各脚リンク３による負担分としての前記制御目標値T_Fankleは、右側の制御目標値T_Fankle_Rと左側の制御目標値T_Fankle_Lとの比が、利用者Ａの右脚側の踏力の計測値FRF_Rと左脚側の踏力の計測値FRF_Lとの比に一致するように、それらの踏力の計測値FRF_R，FRF_Lの比率に応じて決定される。このため、目標総持ち上げ力の各脚リンク３による負担分を、利用者Ａが意図する脚の動作に合わせて設定することができ、着座部２から利用者Ａへの持ち上げ力を円滑且つ安定に利用者Ａに作用させることができる。
【０１５７】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、本実施形態は、前記第１実施形態と一部の構成および処理のみが相違するものであるので、その相違点を中心に説明し、第１実施形態と同一構成もしくは同一処理の部分については、説明を省略する。
【０１５８】
前記図１を参照して、本実施形態では、着座部２の所定の部位（例えば下面部）に装着された加速度センサ８０を備え、この加速度センサ８０の出力（加速度検出値）が、図４に破線矢印で示す如く、演算処理部５１に入力される。なお、加速度センサ８０は、上下方向の加速度を検出可能なセンサであり、その加速度検出値には、重力加速度の成分が含まれる。
【０１５９】
加速度センサ８０から演算処理部５１に入力される加速度検出値は、左右目標負担分６３の処理で使用される（図５の破線矢印を参照）。より詳しくは、本実施形態では、加速度センサ８０の加速度検出値（上下方向の加速度検出値）は、前記図１０のＳ３０２で装具自重補償力を推定するために使用される。
【０１６０】
図１５は、本実施形態における装具自重補償力の推定処理の流れを示すブロック図である。この推定処理では、加速度センサ８０の加速度検出値と共に、前記各膝角度計測処理手段６１で求められた各脚リンク３の膝角度の計測値θ1が使用される。この推定処理を概略的に説明すると、歩行補助装具１は、着座部２とこれに固定された部材とからなる部分（以下、装具基部という）と、右側脚リンク３Ｒを含み、着座部２に対して相対的に右側脚リンク３Ｒと一体に可動な部分（以下、装具右脚部という）と、左側脚リンク３Ｌを含み、着座部２に対して相対的に該左側脚リンク３Ｌと一体に可動な部分（以下、装具左脚部という）との集合体として扱われる。前記図１に示した構造の歩行補助装具１では、装具右脚部には、電動モータ２７Ｒや足平装着部１５Ｒが含まれ、装具左脚部には、電動モータ３７Ｌや足平装着部１５Ｌが含まれる。なお、着座部２に対して電動モータ２７Ｒ，２７Ｌを固定した場合には、該電動モータ２７Ｒ，２７Ｌは、前記装具基部に含まれることとなる。以降、装具基部、装具右脚部、および装具左脚部のそれぞれを総称的に装具構成部ということがある。
【０１６１】
そして、各装具構成部の重心の、実際の上下方向加速度（重力加速度の成分を含む）を検出または推定する。さらに、各装具構成部の上下方向加速度（絶対加速度）に、該装具構成部の重量を乗じることにより、該装具構成部に作用する重力と該装具構成部で発生している上下方向の慣性力の和に抗する支持力を推定する。この支持力は、前記装具自重補償力のうちの、当該装具構成部の重量に起因する成分を意味し、以下、装具部分自重補償力という。さらに、この装具部分自重補償力の推定値を、すべての装具構成部について加え合わせることにより、装具自重補償力の推定値を求める。
【０１６２】
以下にこの推定処理を図１５を参照して具体的に説明する。
【０１６３】
まず、装具右脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度を求める（推定する）ためのＳ２００１，Ｓ２００２の処理と、装具左脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度を求める（推定する）ためのＳ２００３，Ｓ２００４の処理とが順次、もしくは並行して実行される。
【０１６４】
すなわち、Ｓ２００１において、右側膝角度計測処理手段６１Ｒで求められた脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rから、着座部２に対する装具右脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）が求められる。この場合、例えば、脚リンク３Ｒの下端部（足平装着部１５Ｒ）が着座部２の直下に位置するような状態における着座部２に対する装具右脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）と、脚リンク３Ｒの膝角度との間の相関関係を表す相関データがあらかじめ設定されて、図示しないメモリに記憶保持されている。そして、Ｓ２００１では、計測値θ1_Rから、この相関データに基づいて、着座部２に対する装具右脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）が求められる。
【０１６５】
そして、このようにして求められた装具右脚部の重心の相対位置の時系列を、Ｓ２００２において２階微分することにより、装具右脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度が推定される。
【０１６６】
同様に、Ｓ２００３において、左側膝角度計測処理手段６１Ｌで求められた脚リンク３Ｌの膝角度の計測値θ1_Lから、あらかじめ設定された相関データ（脚リンク３Ｌの下端部（足平装着部１５Ｌ）が着座部２の直下に位置するような状態における着座部２に対する装具左脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）と、脚リンク３Ｌの膝角度との間の相関関係を表す相関データ）に基づいて、着座部２に対する装具左脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）が求められる。そして、このようにして求められた装具左脚部の重心の相対位置の時系列を、Ｓ２００４において２階微分することにより、装具左脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度が推定される。
【０１６７】
次いで、Ｓ２００５、Ｓ２００６の処理が実行される。Ｓ２００５では、加速度センサ８０の加速度検出値を、前記Ｓ２００２で求められた装具右脚部の相対加速度に加えることにより、装具右脚部の上下方向加速度（絶対加速度）が求められる。同様に、Ｓ２００６では、加速度センサ８０の加速度検出値を、前記Ｓ２００４で求められた装具左脚部の相対加速度に加えることにより、装具左脚部の上下方向加速度（絶対加速度）が推定される。
【０１６８】
なお、加速度センサ８０は、着座部２に装着されているので、加速度センサ８０の加速度検出値は、装具基部の重心の絶対加速度（上下方向の絶対加速度）の検出値を意味する。
【０１６９】
次いで、Ｓ２００７、Ｓ２００８、Ｓ２００９、Ｓ２０１０の処理が実行される。
【０１７０】
Ｓ２００７では、加速度センサ８０の加速度検出値、すなわち、装具基部の上下方向加速度の検出値に、装具基部の重量が乗算される。これにより、装具基部に関する装具部分自重補償力が求められる。また、Ｓ２００８では、Ｓ２００５で求められた装具右脚部の上下方向加速度の推定値に、装具右脚部の重量が乗算される。これにより、装具右脚部に関する装具部分自重補償力が求められる。また、Ｓ２００９では、Ｓ２００６で求められた装具左脚部の上下方向加速度の推定値に、装具左脚部の重量が乗算される。これにより、装具左脚部に関する装具部分自重補償力が求められる。
【０１７１】
そして、Ｓ２０１０では、上記の如く求められた装具基部、装具右脚部、装具左脚部のそれぞれの装具部分自重補償力が加え合わせられる。これにより、装具自重補償力の推定値が得られる。
【０１７２】
以上説明した以外の構成および処理は、前記第１実施形態と同一である。
【０１７３】
かかる本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、特に、装具自重補償力を推定するに際して、各脚リンク３の膝角度の計測値θ1に加えて、加速度センサ８０による加速度検出値を使用することで、装具自重補償力をより精度よく推定することができる。その結果、持ち上げ力の目標値への制御をより精度よく行なうことができる。
【０１７４】
なお、以上説明した各実施形態では、各脚リンク３は、第１〜第３関節１０，１２，１４を備えたが、より多くの関節を備えるようにしてもよい。ただし、その場合には、脚リンクを着座部（持ち上げ力伝達部）に連結する関節、および該脚リンクを脚平装着部に連結する関節以外の各関節を駆動するためのアクチュエータが必要となる。
【０１７５】
また、各脚リンクによる支持力の負担分を支持力センサ３０を使用して計測するようにしたが、歩行補助装具１の動力学モデルを使用して、該支持力の負担分を推定するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】本発明の第１実施形態における歩行補助装具１の側面図
【図２】図１のＩＩ線矢視図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】図１の歩行補助装具の制御装置の構成（ハード構成）を概略的に示すブロック図。
【図５】図４の制御装置に備えた演算処理部５１の機能的手段を示すブロック図。
【図６】踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図７】図６のＳ１０４の処理で使用するテーブルを示すグラフ。
【図８】膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図９】図８のＳ２０１，Ｓ２０３の処理を説明するための図。
【図１０】左右目標負担分決定手段６３の処理の流れを示すブロック図。
【図１１】図１０のＳ３０２の処理の流れを示すブロック図。
【図１２】フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図１３】フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図１４】図１３のＳ５０２の処理を説明するための図。
【図１５】本発明の第２実施形態における図１０のＳ３０２の処理の流れを示すブロック図。
【符号の説明】
【０１７７】
１…歩行補助装具、２…着座部（持ち上げ力伝達部）、３…脚リンク、１０…第１関節、１１…大腿フレーム、１２…第２関節、１３…下腿フレーム、１４…第３関節、１５…足平装着部、２７…電動モータ（アクチュエータ）、２８…ロータリエンコーダ（変位量センサ）、３８，３９…第１力センサ、３０…第２力センサ、５０…制御装置、６０…踏力計測処理手段（踏力計測手段）、６１…膝角度計測処理手段（関節変位量計測手段）、６２…支持力計測処理手段（制御対象力計測手段）、６３…左右目標負担分決定手段（目標総持ち上げ力決定手段、分配手段、装具自重補償力推定手段）、６４，６５，６６…アクチュエータ制御手段、Ｓ３０１〜Ｓ３０３…目標総持ち上げ力決定手段、Ｓ３０４〜Ｓ３０８…分配手段、Ｓ３０２…装具自重補償力推定手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者（人）の歩行などの運動を補助する歩行補助装具の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置としては、例えば特許文献１に見られるものが知られている。この特許文献１には、利用者の各脚の大腿部、下腿部、足部に支持部材を装着し、これらの支持部材を連結する関節をアクチュエータにより駆動することによって、利用者に目標とする推進力を前記支持部材を介して付与するようにした装置（歩行介助装置）が記載されている。
【特許文献１】特開平５−３２９１８６号公報（［００３４］〜［００３６］、図１５および図１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記特許文献１に記載されている装置は、利用者の移動方向に目標とする推進力を発生させることで利用者自身で発生させる必要がある推進力を軽減することは可能である。しかるに、特許文献１の図１５を参照して明らかなように、利用者の体重は利用者自身が支えることとなるため、利用者の負担軽減が不十分であった。また、特許文献１のものは、利用者の運動に伴う前記支持部材やアクチュエータの運動によって発生する慣性力や装具に作用する重力の影響を補償する技術を持たない。このため、特に、利用者が俊敏な運動を行なおうとしたときに、装具の慣性力に抗する力を利用者自身が負担しなければならず、却って利用者の負担が増大する恐れがあった。
【０００４】
また、特許文献１ものは、目標とする推進力を歩行補助装置の各脚で適切に分配する技術を持たないなため、利用者の各脚の動きに整合しない力が利用者の各脚に作用する恐れがあった。さらに、特許文献１のものは、歩行補助装置の支持部材が利用者の各脚の大腿部、下腿部、足平部にそれぞれ装着され、各脚の大腿部、下腿部、足平部に支持部材から力が作用するため、利用者に不快感を及ぼしやすいものとなっていた。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、利用者の運動に伴う装具の慣性力影響と該装具に作用する重力の影響とを装具自身で補償しつつ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力を適切に軽減し得る補助力（持ち上げ力）を利用者に作用させることができる歩行補助装具の制御装置を提供することを目的とする。さらに、その補助力を利用者の各脚に対応する脚リンクで適切に分担することができる歩行補助装具の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、本発明の歩行補助装具の制御装置は、利用者の体幹部に上向きの持上げ力を作用させ得るように該体幹部に接触される持上げ力伝達部と、利用者の各脚の足平にそれぞれ装着され、該利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、複数の関節をそれぞれ有し、前記体幹接触部と各足平装着部とをそれぞれ連結する左右一対の脚リンクと、各脚リンクの少なくとも１つの関節を駆動する右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータとを備えた歩行補助装具の制御装置であって、
前記持上げ力の目標値を設定する目標持上げ力設定手段と、
前記歩行補助装具の運動により該歩行補助装具で実際に発生する上下方向の慣性力と該歩行補助装具に作用する重力とに抗して床側から各脚リンクに作用する支持力の総和を装具自重補償力として推定する装具自重補償力推定手段と、
前記持上げ力の目標値と前記推定された装具自重補償力との総和を前記歩行補助装具の目標総持上げ力として決定する目標総持上げ力決定手段と、
前記歩行補助装具の各脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が前記目標総持上げ力になるように前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御するアクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とする（第１発明）。
【０００７】
かかる第１発明によれば、前記持上げ力の目標値と前記推定された装具自重補償力との総和が前記歩行補助装具の目標総持上げ力とされる。そして、歩行補助装具の各脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が前記目標総持上げ力になるように前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータの駆動力が制御される。
【０００８】
この場合、前記持ち上げ力伝達部から利用者Ａの体幹部に作用する持ち上げ力は、目標総持ち上げ力から、歩行補助装具の運動により該歩行補助装具で実際に発生する上下方向の慣性力と該歩行補助装具に作用する重力とに抗して床側から各脚リンクに作用する支持力の総和、すなわち、前記推定された装具自重補償力を差し引いた力となる。従って、前記目標持ち上げ力設定手段で設定された持ち上げ力の目標値をそのまま、持ち上げ力伝達部から利用者Ａの体幹部に作用させることができることとなる。そして、その持ち上げ力の目標値の分だけ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力が軽減されることとなる。
【０００９】
従って、第１発明によれば、利用者の運動に伴う装具の慣性力の影響と該装具に作用する重力の影響とを装具自身で補償しつつ、利用者自身がその脚で床に支えるべき力を適切に軽減し得る補助力（持ち上げ力）を利用者に作用させることができる。
【００１０】
なお、前記持ち上げ力伝達部としては、例えば、利用者の両脚の付け根の間に配置された状態で該利用者が着座可能な着座部が挙げられる。
【００１１】
かかる第１発明では、前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に備えた第１力センサの出力に基づき計測する踏力計測手段と、前記目標総持上げ力を、前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて分配することにより、該目標総持上げ力のうちの各脚リンクの負担分の目標値である目標負担分を決定する分配手段とを備え、前記アクチュエータ制御手段は、右側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該右側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記右脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段と、前記左側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該左側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段とから構成されることが好ましい（第２発明）。
【００１２】
この第２発明によれば、前記目標総持上げ力は、前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて分配され、該目標総持上げ力のうちの各脚リンクの目標負担分が決定される。そして、この目標負担分の支持力が各脚リンクに床側から作用するように各アクチュエータの駆動力が制御される。
【００１３】
ここで、前記踏力計測手段で計測された利用者の各脚の踏力は、利用者が自身の体重や慣性力を各脚でどのように床に支えようとしているかの意思を反映している。例えば、右脚の踏力に対して左脚の踏力が大きければ、利用者は主に左脚の自身の重さなどを支えようとしている。
【００１４】
従って、上記のように前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて、総目標持ち上げ力のうちの各脚リンクの目標負担分を決定することにより、利用者の各脚の踏力の比率に合わせて、各脚リンクの目標負担分を決定できる。より具体的には、各脚リンクの目標負担分は、例えば、それらの総和が総目標持ち上げ力に一致すると共に、右側脚リンクの目標負担分と左側脚リンクの目標負担分との比が、利用者の右脚の踏力と左脚の踏力との比に一致するように決定すればよい。
【００１５】
これにより、利用者が望んでいる各脚の動作に合わせて、総目標持ち上げ力を各脚リンクに分配して負担させながら、目標とする持ち上げ力を持ち上げ力伝達部から利用者に円滑に作用させることができる。その結果、利用者の負担を効果的に軽減することができる。
【００１６】
なお、前記第１力センサは、例えば、利用者の各脚が立脚となるときに、該脚の足平と床との間に介在するように各足平装着部に設ければよい。この場合、各足平装着部の第１力センサは、１つの力センサでもよいが、複数の力センサで構成してもよい。
【００１７】
前記第２発明では、より具体的には、前記各脚リンクに床側から実際に作用する支持力を制御対象力として、該脚リンクに備えた第２力センサの出力に基づき計測する制御対象力計測手段を備え、前記右側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された右側脚リンクの制御対象力を該右側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記右脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段であり、前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された左側脚リンクの制御対象力を該左側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記左脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段である（第３発明）。
【００１８】
この第３発明によれば、各脚リンク毎に、該脚リンクに床側から実際に作用する支持力としての制御対象力を前記第２力センサの出力に基づき計測し、その計測した制御対象力を該脚リンクの目標負担分に近づけるように該脚リンク用のアクチュエータの駆動力がフィードバック制御される。このため、前記制御対象力が目標負担分になるように各アクチュエータの駆動力を制御することを確実に適切に行なうことができる。
【００１９】
前記第１発明〜第３発明において、前記各脚リンクは、例えば、前記持上げ力伝達部に第１関節を介して連結された大腿フレームと、該大腿フレームに第２関節を介して連結された下腿フレームと、下腿フレームに前記足平装着部を連結する第３関節とから構成される。このような構造の脚リンクでは、第１関節、第２関節、第３関節は、それぞれ、利用者の股関節、膝関節、足首関節に対応する。この場合、前記第２発明または第３発明にあっては、例えば、次のようにして前記装具自重補償力を推定できる。
【００２０】
その１つの例では、前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段を備え、前記装具自重補償力推定手段は、前記計測された利用者の左右の各脚の踏力の総和に対する左側の脚の踏力の割合を、前記計測された左側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値と、前記踏力の総和に対する右側の脚の踏力の割合を、前記計測された右側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値との和である第２関節変位量代表値に基づき、前記歩行補助装具の重心の上下方向位置を逐次推定し、その上下方向位置の推定値の時系列と前記歩行補助装具の重量と重力加速度とから前記装具自重補償力を推定する（第４発明）。
【００２１】
かかる第４発明において、前記第２関節変位量代表値は、歩行補助装具の重心の上下方向位置（床面からの高さ方向の位置）と比較的高い相関性を有する。従って、前記第２関節変位量代表値に基づいて、歩行補助装具の重心の上下方向位置を逐次推定できる。そして、歩行補助装具の重心の上下方向位置を推定できれば、その推定値の時系列と歩行補助装具の重量と重力加速度とから前記装具自重補償力を推定できる。すなわち、歩行補助装具の重心の上下方向位置の時系列から該重心の上下方向の運動加速度を特定できるので、例えば、その運動加速度と重力加速度との和に歩行補助装具の重量を乗じたものが、前記装具自重補償力の推定値に相当するものとなる。この第４発明によれば、装具自重補償力を簡易な手法で容易に推定できる。
【００２２】
あるいは、他の例では、前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段と、前記持上げ力伝達部の加速度を検出する加速度センサとを備え、前記装具自重補償力推定手段は、前記加速センサの出力と前記歩行補助装具のうちの前記持上げ力伝達部と一体に可動な部分ある装具基部のあらかじめ設定された重量とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具基部の重量に起因する第１成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの該右側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具右脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された右側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具右脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具右脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具右脚部の重量に起因する第２成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの左側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具左脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された左側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具左脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具左脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具左脚部の重量に起因する第３成分を推定する手段とを備え、前記推定された第１〜第３成分の総和を前記装具自重補償力として推定する（第５発明）。
【００２３】
この第５発明において、前記装具自重補償力は、前記装具基部の重量に起因する第１成分（該装具基部に作用する重力と該装具基部で発生する慣性力との和に抗する支持力）と、前記装具右脚部（該装具右脚部に作用する重力と該装具右脚部で発生する慣性力との和に抗する支持力）と、前記装具左脚部（該装具左脚部に作用する重力と該装具左脚部で発生する慣性力との和に抗する支持力）との総和となる。なお、装具基部に関し、前記持ち上げ力伝達部に固定された部分というのは、該持ち上げ力伝達部に対する相対位置が変化しないか、もしくはその変化が微小な部分を意味する。また、装具右脚部には、前記右側脚リンクが含まれることはもちろん、右側脚リンクと一体に前記第１関節の動作によって持ち上げ力伝達部に対して相対運動が可能な部材（例えば右側脚リンクに連結される足平装着部など）が含まれる。装具左脚部についても装具右脚部と同様である。
【００２４】
この場合、前記第１成分については、前記加速度センサの出力が表す加速度（これは重力加速度の成分を含む）が装具基部の加速度を表しているので、該加速度センサの出力と該装具基部の重量とに基づき前記第１成分を推定できる。すなわち、加速度センサの出力が表す加速度（上下方向の加速度）に装具基部の重量を乗じたものが、第１成分の推定値に相当するものとなる。
【００２５】
また、前記第２成分に関し、前記計測された右側脚リンクの第２関節の変位量は、装具基部に対する装具右脚部の相対的な上下方向位置と高い相関性を有する。従って、該右側脚リンクの第２関節の変位量を基に、装具右脚部の相対的な上下方向位置を逐次推定できる。そして、該装具右脚部の相対的な上下方向位置の推定値の時系列と該装具右脚部の重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記第２成分を推定できる。すなわち、装具右脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列から、装具基部に対する該重心の上下方向の相対的な運動加速度を特定できるので、例えば、その相対的な運動加速度と加速度センサの出力が表す上下方向の加速度（＝装具基部の上下方向の加速度）との和（これは装具右脚部の加速度を意味する）に装具右脚部の重量を乗じたものが、前記第２成分の推定値に相当するものとなる。
【００２６】
また、前記第３成分に関しては、前記計測された左側脚リンクの第２関節の変位量は、装具基部に対する装具左脚部の相対的な上下方向位置と高い相関性を有する。従って、該左側脚リンクの第２関節の変位量を基に、装具左脚部の相対的な上下方向位置を逐次推定できる。そして、該装具左脚部の相対的な上下方向位置の推定値の時系列と該装具左脚部の重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記第３成分を推定できる。すなわち、装具左脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列から、装具基部に対する該重心の上下方向の相対的な運動加速度を特定できるので、例えば、その相対的な運動加速度と加速度センサの出力が表す上下方向の加速度との和（これは装具左脚部の加速度を意味する）に装具左脚部の重量を乗じたものが、前記第３成分の推定値に相当するものとなる。
【００２７】
そして、上記の如く推定される第１〜第３成分を加え合わせることで、前記装具自重補償力を推定できることとなる。
【００２８】
かかる第５発明によれば、各脚リンクの第２関節の変位量に加えて、前記加速度センサの出力を使用することで、より精度よく装具自重補償力を推定できる。その結果、持ち上げ力の目標値への制御をより適切に行なうことができる。
【００２９】
なお、前記第１関節は、前記持ち上げ力伝達部に対して、各脚リンクの前後方向の振り出し運動と、内転・外転運動とを可能とする関節であることが好ましい。また、第２関節は、各脚リンクの屈伸運動を可能とする関節であることが好ましい。
【００３０】
また、各足平装着部は、利用者の各脚が立脚となるときに、該利用者の足平と床面との間に介在する平板状の部分と、この部分を脚リンクに連結する高剛性の部分とから構成される部材を備えることが好ましい。一例として、各足平装着部は、該足平装着部を装着する利用者の足平をそのつま先側から挿入する高剛性の環状部材（例えば鐙状の部材）を備え、この環状部材を介して脚リンクに連結されることが好ましい。このような部材を足平装着部に備えることにより、歩行補助装具に作用する重力や該歩行補助装具で発生する慣性力を利用者にほとんど作用させることなく、床に作用させるようにすることが可能となる。なお、環状部材の両側壁部のうちの一方の側壁部を除いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の第１実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態の歩行補助装具の機構的な構造を説明する。図１は該歩行補助装具１の側面図、図２は図１のＩＩ線矢視図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、これらの図１〜図３の歩行補助装具１は、それを利用者Ａ（仮想線で示す）に装備して動作させた状態で示している。この場合、図示の利用者Ａはほぼ直立姿勢で起立している。但し、図２では、歩行補助装具１の構造を判り易くするために、利用者Ａは、その両脚を左右に開いた姿勢を採っている。
【００３３】
図１および図２を参照して、歩行補助装具１は、利用者Ａの体重の一部を支持する（利用者が自身の脚（立脚）で支持する重量を自身の体重よりも軽減する）体重免荷アシスト装置である。この歩行補助装具１は、利用者Ａが着座する着座部２と、この着座部２に左右一対の脚リンク３Ｌ，３Ｒをそれぞれ介して連結された左右一対の足平装着部１５Ｌ，１５Ｒとを備えている。脚リンク３Ｌ，３Ｒは互いに同一構造であり、足平装着部１５Ｌ，１５Ｒは互いに同一構造である。なお、図１では、脚リンク３Ｌ，３Ｒは、同じ姿勢で利用者Ａの左右方向（図１の紙面に垂直な方向）に並んでおり、この状態では、図面上、重なっている（左側の脚リンク３Ｌが図の手前側に位置している）。図１の足平装着部１５Ｌ，１５Ｒについても同様である。
【００３４】
ここで、本明細書の実施形態の説明では、符号「Ｒ」は、利用者Ａの右脚もしくは歩行補助装具１の右側の脚リンク３Ｒに関連するものという意味で使用し、符号「Ｌ」は、利用者Ａの左脚もしくは歩行補助装具１の左側の脚リンク３Ｌに関連するものという意味で使用する。但し、左右を特に区別する必要が無いときは、符号Ｒ，Ｌをしばしば省略する。
【００３５】
着座部２は、サドル状のものであり、利用者Ａは着座部２を跨ぐようにして（着座部２を利用者Ａの両脚の付け根の間に配置するようにして）、該着座部２の上面（座面）に着座可能とされている。この着座状態では、着座部２は、利用者Ａの股下で該利用者Ａの体幹部（上体）に接触するので、着座部２から利用者Ａに、該利用者Ａの体重の一部を支持するための上向きの持上げ力を付与することが可能となっている。従って、着座部２は、本発明における持上げ力伝達部に相当する。
【００３６】
また、着座部２の前端部２ｆと後端部２ｒとは、図１に示す如く、上方側に突出されており、これにより、利用者Ａの着座部２に対する着座位置（前後方向の位置）が着座部２の前端部２ｆと後端部２ｒとの間に規制されるようになっている。なお、着座部２の前端部２ｆは、図２に示す如く二股状に形成されている。
【００３７】
また、着座部２の所定の部位、例えば下面部には、加速度センサ８０が装着されている。ただし、この加速度センサ８０は、後述する第２実施形態で使用するものであり、本実施形態では省略してよい。
【００３８】
補足すると、本実施形態では、持上げ力伝達部を着座部２により構成したが、持上げ力伝達部を、例えば利用者Ａの体幹部（上体）の外周囲に固定的に装着されるような部材、あるいは、利用者Ａの腰部に履かせるように装着される部材（例えば複数の布状部材を連結して構成された部材）により構成してもよい。持上げ力伝達部は、利用者Ａの体幹部との間で、上下方向に力（並進力）を作用させ得るように利用者Ａの体幹部に接触する部分を備えていればよい。利用者Ａの拘束感を軽減すると共に、持上げ力を効率よく利用者Ａの体幹部に作用させる上では、持上げ力伝達部は、利用者Ａの股下や臀部に下方から接触する部分を有し、その部分から持上げ力の全体もしくは大部分を利用者Ａの体幹部に作用させ得る構造であることが好ましい。
【００３９】
各脚リンク３は、それぞれ着座部２の下面部に第１関節１０を介して連結された大腿フレーム１１と、この大腿フレーム１１に第２関節１２を介して連結された下腿フレーム１３と、この下腿フレーム１３を足平装着部１５に連結する第３関節１４とを備えている。
【００４０】
各脚リンク３の第１関節１０は、利用者Ａの股関節に相当する関節であり、該脚リンク３の左右方向の軸回りの揺動運動（脚リンク３の前後方向の振り出し運動）と、前後方向の軸回りの揺動運動（内転・外転運動）とを可能とする関節である。この第１関節１０は、着座部２の下側に配置されており、着座部２の下面部の前側寄りの箇所と後端箇所とで図１の一点鎖線で示す前後方向の軸心Ｃ上に同軸に配置された一対の軸ピン２０ｆ，２０ｒと、この軸ピン２０ｆ，２０ｒにそれぞれ回転自在に軸支されたブラケット２１ｆ，２１ｒと、これらのブラケット２１ｆ，２１ｒの下端部に固定された円弧状のガイドレール２２と、このガイドレール２２に沿って移動自在に該ガイドレール２２に支承されたプレート２３とを備えている。そして、このプレート２３から斜め前方および下方に向かって前記大腿フレーム１１が延設されている。該大腿フレーム１１は大略ロッド状の部材であり、プレート２３と一体に構成されている。
【００４１】
各軸ピン２０ｆ，２０ｒは、それぞれの両端部（前後端部）が着座部２の下面部に固定された軸受け２４ｆ，２４ｒを介して該着座部２に固定されている。そして、ブラケット２１ｆは、その上端部が軸ピン２０ｆの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン２０ｆに軸支され、該軸ピン２０ｆの軸心Ｃまわりに回転自在とされている。同様に、ブラケット２１ｒは、その上端部が軸ピン２０ｒの中間部の外周に嵌合されて該軸ピン２０ｒに軸支され、該軸ピン２０ｒの軸心Ｃまわりに回転自在とされている。従って、各第１関節１０のガイドレール２２は、ブラケット２１ｆ，２１ｒと共に、軸ピン２０ｆ，２０ｒの軸心Ｃを回転軸心として、揺動するようになっている。なお、本実施形態では、脚リンク３Ｒ，３Ｌのそれぞれの第１関節１０Ｒ，１０Ｌは、回転軸心Ｃを共通としており、軸ピン２０ｆ，２０ｒを脚リンク３Ｒの第１関節１０Ｒと脚リンク３Ｌの第１関節１０Ｌとで共用している。すなわち、右側の第１関節１０Ｒのブラケット２１ｆＲおよび左側の第１関節１０Ｌのブラケット２１ｆＬは、いずれも共通の軸ピン２０ｆに軸支され、右側の第１関節１０Ｒのブラケット２１ｒＲおよび左側の第１関節１０Ｌのブラケット２１ｒＬは、いずれも共通の軸ピン２０ｒに軸支されている。
【００４２】
各脚リンク３の第１関節１０のプレート２３は、ガイドレール２２の円弧を含む面に平行な姿勢で該ガイドレール２２に近接して配置されている。このプレート２３には、図１に示すように複数（例えば４個）の回転自在なローラ２５を有するキャリア２６が固定されており、このキャリア２６のローラ２５がガイドレール２２の上面（内周面）および下面（外周面）に同数づつ転動自在に係合されている。これにより、プレート２３は、ガイドレール２２に沿って移動自在とされている。この場合、ガイドレール２２と着座部２との位置関係およびガイドレール２２の円弧の半径は、ガイドレール２２の円弧の中心点Ｐが、図１に示すように歩行補助装具１を矢状面で見たとき、着座部２の上側に存在するように設定されている。
【００４３】
以上説明した第１関節１０の構成により、プレート２３と一体の大腿フレーム１１は、利用者Ａの前後方向の回転軸心Ｃのまわりに揺動自在とされ、この揺動運動により、各脚リンク３の内転・外転運動が可能とされる。また、プレート２３と一体の大腿フレーム１１は、前記中心点Ｐを通る左右方向の軸まわりに（より正確にはガイドレール２２の円弧を含む面に垂直で中心点Ｐを通る軸まわりに）揺動自在とされ、この揺動運動により、各脚リンク３の前後の振り出し運動が可能とされる。なお、本実施形態では、第１関節１０は、前後方向および左右方向の２軸まわりの回転運動を可能とする関節であるが、さらに、上下方向の軸まわりの回転運動（各脚リンク３の内旋・外旋運動）が可能なように（すなわち、３軸まわりの回転運動が可能なように）第１関節を構成してもよい。あるいは、第１関節は、左右方向の１軸まわりの回転運動だけを可能とする関節（各脚リンク３の前後の揺動運動だけを可能とする関節）であってもよい。
【００４４】
また、各脚リンク３の第１関節１０のプレート２３は、図１に示す如く、歩行補助装具１を矢状面で見たとき、前記キャリア２６の箇所から着座部２の後方側に向かって延在しており、このプレート２３の後端部には、電動モータ２７と、この電動モータ２７のロータの回転角（所定の基準位置からの回転角）を検出する回転角検出手段としてのロータリエンコーダ２８とが同軸に取り付けられている。本実施形態では、各脚リンク３の第１〜第３関節１０，１２，１４のうちの第２関節１２を駆動するようにしており、上記電動モータ２７は、第２関節１２を駆動するアクチュエータである。また、ロータリエンコーダ２８が検出する回転角は、第２関節１２の変位量としての回転角（屈曲角度）を計測するために利用される。
【００４５】
なお、左側脚リンク３Ｌの電動モータ２７Ｌと、右側脚リンク３Ｒの電動モータ２７Ｒとは、それぞれ本発明における左側脚リンク用アクチュエータ、右側脚リンク用アクチュエータに相当する。各アクチュエータは、油圧もしくは空圧アクチュエータを使用してもよい。また、各アクチュエータは、例えば着座部２の後部に適宜のブラケットを介して固定したり、各脚リンク３の大腿フレーム１１に固定してもよい。あるいは、各アクチュエータを各脚リンク３の第２関節１２に取り付けて、該第２関節１２を直接的に駆動するようにしてもよい。また、第２関節１２の変位量を検出するセンサ（関節変位量センサ）は、各脚リンク３の第２関節１２に直接的に取り付けてあってもよい。さらには、関節変位量センサは、ロータリエンコーダに代えて、ポテンショメータ等により構成してもよい。
【００４６】
各脚リンク３の第２関節１２は、利用者Ａの膝関節に相当する関節であり、該脚リンク３の伸展・屈曲運動を可能とする関節である。この第２関節１２は、大腿フレーム１１の下端部と下腿フレーム１３の上端部とを左右方向の軸心（より正確には、前記ガイドレール２２の円弧を含む面に垂直な方向の軸心）を有する軸ピン２９を介して連結し、その軸ピン２９の軸心まわりに下腿フレーム１３を大腿フレーム１１に対して相対回転自在としている。なお、第２関節１２には、大腿フレーム１１に対する下腿フレーム１３の回転可能範囲を規制する図示しないストッパが設けられている。
【００４７】
各脚リンク３の下腿フレーム１３は、該脚リンク３の第２関節１２から斜め下方に延在する大略ロッド状のものである。この下腿フレーム１３は、より詳しくは、第３関節１４寄りの部分を構成する下部下腿フレーム１３ｂと、この下部下腿フレーム１３ｂよりも上側の部分を構成するロッド状の上部下腿フレーム１３ａとを、これらの間に力センサ３０（これは本発明における第２力センサに相当する）を介在させて連結することで構成されている。下部下腿フレーム１３ｂは、上部下腿フレーム１３ａに比して十分に短いものとされている。従って、力センサ３０は、足平装着部１５寄りの位置で、各脚リンク３の下腿フレーム１３に介装されている。該力センサ３０は、３軸の並進力（力センサ３０の表面に垂直な軸方向の並進力と該表面に平行で且つ互いに直交する２つの軸方向の並進力）を検出する３軸力センサである。但し、本実施形態では、後述するように、検出される３軸の並進力のうちの２軸の並進力の検出値だけを利用する。従って、力センサ３０を２軸の並進力を検出する２軸力センサで構成してもよい。
【００４８】
また、下腿フレーム１３の上部下腿フレーム１３ａの上端部には、前記第２関節１２の軸ピン２９のまわりに該下腿フレーム１３と一体に回転自在なプーリ３１が固定されている。このプーリ３１の外周部には、前記電動モータ２７の回転駆動力を該プーリ３１に伝達する駆動力伝達手段としての一対のワイヤ３２ａ，３２ｂの端部が固定されている。これらのワイヤ３２ａ，３２ｂは、プーリ３１の外周部の直径方向に対向する２箇所からそれぞれ該プーリ３１の接線方向に引き出され、大腿フレーム１１沿いに配管された図示しないゴム管（ワイヤの保護管）の中を通って、電動モータ２７の回転駆動軸（図示省略）に連結されている。この場合、電動モータ２７の回転駆動軸の正転によってワイヤ３２ａ，３２ｂの一方がプーリ３１に巻き取られつつ他方がプーリ３１から引きだされ、また、電動モータ２７の回転駆動軸の逆転によってワイヤ３２ａ，３２ｂの他方がプーリ３１に巻き取られつつ一方がプーリ３１から引き出されるようにこれらのワイヤ３２ａ，３２ｂに電動モータ２７から張力が付与されるようになっている。これにより、電動モータ２７の回転駆動力がワイヤ３２ａ，３２ｂを介してプーリ３１に伝達され、該プーリ３１が回転駆動される（該プーリ３１を固定した下腿フレーム１３が大腿フレーム１１に対して第２関節１２の軸ピン２９の軸心まわりに回転する）ようになっている。
【００４９】
なお、下腿フレーム１３の下部下腿フレーム１３ｂの下端部は、図３に示す如く、二股状に形成された２股状に形成された二股部１３bbとなっている。
【００５０】
各脚リンク３の第３関節１４は、利用者Ａの足首関節に相当する関節である。この第３関節１４は、本実施形態では、図３に示す如く、３軸まわりの回転を可能とするフリージョイント３３（図３参照）により構成され、このフリージョイント３３が下腿フレーム１３の下部下腿フレーム１３ｂの前記二股部１３bbに介装されて、該下腿フレーム１３の下端部（二股部１３bb）と足平装着部１５の上部の連結部３４とを連結している。これにより、足平装着部１５は、下腿フレーム１３に対して３自由度の回転が可能となっている。
【００５１】
各足平装着部１５は、利用者Ａの各足平に履かせる靴３５と、この靴３５の内部に収容されて上端部が前記連結部３４に固定された鐙形状の環状部材３６とを備えている。環状部材３６は、高剛性の金属などにより構成され、図３に示す如く、その平坦な底板部を靴３５の内部の底面に当接させ、且つその底板部の両端に連なる湾曲部（側壁部）を靴３５の側壁に沿わせるようにして靴３５の内部に収容されている。また、靴３５の内部には、靴３５の内部の底面と環状部材３６の底板部とを覆うようにして中敷部材３７（図１では図示省略）が挿入されている。なお、連結部３４は、靴３５の靴紐装着部の開口を介して靴３５の内部に挿入されている。
【００５２】
利用者Ａの各足平に各脚リンク３の足平装着部１５を装着するときには、その足平のつま先側の部分を、環状部材３６の内部を通し、且つ、該足平の底面に前記中敷部材３７を敷くようにして、靴３５の履き口から利用者Ａの足平を靴３５の内部に挿入し、さらに靴紐を締め付けることで、該足平に足平装着部１５が装着されるようになっている。
【００５３】
また、足平装着部１５の中敷部材３７の下面には、靴３５の前部側の箇所（環状部材３６の底板部よりも前側の箇所）と後側の箇所（環状部材３６の底板部よりも後側の箇所）とに力センサ３８，３９が取り付けられている。従って、力センサ３８，３９は、利用者Ａの足平の底面と、足平装着部１５の接地部である靴３５の底部との間に介装されている。前側の力センサ３８は、足平装着部１５を装着した利用者Ａの足平のＭＰ関節（中趾節関節）のほぼ直下に存するように配置され、また、後側の力センサ３９は、該足平の踵のほぼ直下に存するように配置されている。これらの力センサ３８，３９は、本実施形態では、足平装着部１５の底面（接地面）に垂直な方向（利用者Ａの脚が立脚となる状態ではほぼ床面に垂直な方向）の並進力を検出する１軸力センサである。以降、力センサ３８，３９をそれぞれＭＰセンサ３８、踵センサ３９という。なお、ＭＰセンサ３８、踵センサ３９は、それらを合わせて本発明における第１力センサを構成する。
【００５４】
補足すると、中敷部材３７は、柔軟な（可撓性の）材質で構成してもよいが、高剛性の材質で構成してもよい。中敷部材３７を柔軟な材質で構成した場合には、その下面側に複数の力センサを設けることで、利用者Ａの足平の底面の各部にかかる力を精度良く検出することができる。一方、中敷部材３７を高剛性の材質で構成した場合には、利用者Ａの足平全体による踏力を検出し易くなるので、中敷部材３７の下面側に設置する力センサの個数を減らすことができる。
【００５５】
また、利用者Ａの各脚の踏力を検出するために、次のような構成を各足平装着部１５に備えるようにしてもよい。すなわち、例えば前記環状部材３６の内側に、利用者Ａの足平をその底面側から支承可能な平板状の足平支承部材（例えば中敷部材３７と同様の形状の部材）を配置し、この足平支承部材の両側部などから足平の甲の上側に延設したアーム部材を環状部材３６の内面上端部に力センサを介して吊り下げる。この場合、足平支承部材やアーム部材は、環状部材３６や靴３５の内面に接触しないようにしておく。このようにすると、力センサには、踏力とほぼ同等の力が作用するので、該力センサの出力を基に、踏力を計測できる。
【００５６】
以上が本実施形態の歩行補助装具１の機構的な構造である。補足すると、通常的な体型の利用者Ａが直立姿勢で起立したとき、各脚リンク３の第２関節１２が図１に示す如く利用者Ａの脚よりも前方に突き出るようになっている。すなわち、大腿フレーム１１の長さと下腿フレーム１３の長さとは、それらの長さの和が通常的な体型の利用者Ａの脚の股下寸法よりも多少長いものになるように設定されている。このような大腿フレーム１１および下腿フレーム１３の長さの設定と、上述の第２関節１２に設けられたストッパとによって、大腿フレーム１１および下腿フレーム１３が一直線となってしまう特異点状態や、大腿フレーム１１および下腿フレーム１３が図１に示す状態とは逆に屈曲した状態が生じないようになっている。この結果、各脚リンク３の特異点状態や逆屈曲状態に起因して、歩行補助装具１の動作制御が不能となってしまうことが防止される。
【００５７】
なお、各脚リンク３の第２関節は、直動型の関節であってもよい。
【００５８】
以上の如く構成された歩行補助装具１では、詳細は後述するが、利用者Ａの各脚の足平に足平装着部１５を装着した状態で、各電動モータ２７により各第２関節１２のトルクを発生させることで、着座部２から利用者Ａに上向きの持ち上げ力を作用させる。このとき、各足平装着部１５，１５の床との接地面に床反力が作用する。各足平装着部１５の接地面に作用する床反力の合力は、利用者Ａに作用する重力と、歩行補助装具１に作用する重力と、利用者Ａおよび歩行補助装具１の運動によって発生する慣性力との和に釣り合うような力、すなわち、これらの重力と慣性力とに抗して床から作用する反力である。なお、利用者Ａに作用する重力は、利用者Ａの着衣（身に着けているもの）や所持物を含めた利用者Ａの全重量に相当する重力（該全重量と重力加速度定数との積）を意味する。また、歩行補助装具１に作用する重力は、後述する制御装置を含めた歩行補助装具１の全重量に相当する重力（該全重量と重力加速度定数との積）を意味する。
【００５９】
上記のように重力や慣性力に抗して歩行補助装具１や利用者Ａに床側から作用する反力を本明細書では支持力という。そして、各足平装着部１５の接地面に作用する床反力の合力を以降、全支持力という。なお、「力」は、一般的には、並進力成分とモーメント成分とから成るが、本明細書では、「力」は並進力を意味する。
【００６０】
補足すると、上記慣性力は、利用者Ａがほぼ静止している状態、あるいは、利用者Ａの運動がゆっくり行なわれている状態では、十分に小さい。この場合には、全支持力は、利用者Ａに作用する重力と歩行補助装具１に作用する重力との和に釣り合う力（上下方向の並進力）にほぼ一致する。
【００６１】
ここで、本実施形態の歩行補助装具１では、その両足平装着部１５，１５だけが利用者Ａに装着されて拘束されており、また、各足平装着部１５には前記環状部材３６が備えられている。このため、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重（下向きの並進力）と、歩行補助装具１で発生する慣性力（より詳しくは上下方向の慣性力）とは、利用者Ａにはほとんど作用せずに、両脚リンク３，３から両足平装着部１５，１５の環状部材３６，３６を経由して床面に作用する。
【００６２】
従って、歩行補助装具１には、前記全支持力のうち、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重と、該歩行補助装具１で発生する上下方向の慣性力との和に抗する支持力が床側から作用する。この支持力は、前記全支持力のうちの、歩行補助装具１で負担する支持力を意味する。以下、このように歩行補助装具１が負担する支持力を装具負担支持力という。
【００６３】
利用者Ａの両脚が立脚であるとき（歩行補助装具１の両足平装着部１５，１５が接地しているとき）は、前記装具負担支持力を左側の脚リンク３Ｌおよび足平装着部１５Ｌの組と、右側の脚リンク３Ｒおよび足平装着部１５Ｒの組とで分担して負担することとなる。すなわち、装具負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚リンク３側で負担し、残部の支持力を他方の脚リンク３側で負担することとなる。また、利用者Ａの一方の脚だけが立脚であるとき（他方の脚が遊脚であるとき）には、前記装具負担支持力の全てを立脚側の脚リンク３および足平装着部１５の組で負担することとなる。以降、装具負担支持力のうちの、各組の脚リンク３および足平装着部１５で負担する支持力を脚リンク支持力と言い、右側の脚リンク３Ｒおよび足平装着部１５Ｒの組で負担する支持力を右側脚リンク支持力、左側の脚リンク３Ｌおよび足平装着部１５Ｌの組で負担する支持力を左側脚リンク支持力と言う。左側脚リンク支持力と右側脚リンク支持力との総和は装具負担支持力に一致する。
【００６４】
なお、前記装具負担支持力のうち、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１で発生する上下方向の慣性力との和に抗する支持力、すなわち、着座部２から利用者Ａに作用する持上げ力を前記装具負担支持力から差し引いた支持力が、本発明における装具自重補償力に相当する。この装具自重補償力は、歩行補助装具１自身の重量に起因して、歩行補助装具１に作用する支持力を意味する。
【００６５】
一方、利用者Ａの両脚には、前記全支持力から前記装具負担支持力を差し引いた分の支持力が床面側から作用し、この支持力を利用者Ａがその脚で負担することとなる。以下、このように利用者Ａが負担する支持力を利用者負担支持力という。なお、利用者Ａの両脚が立脚であるときは、前記利用者負担支持力を利用者Ａの両脚で分担して負担することとなる。すなわち、利用者負担支持力のうちの一部の支持力を一方の脚で負担し、残部の支持力を他方の脚で負担することとなる。また、利用者Ａの一方の脚だけが立脚であるときには、前記利用者負担支持力の全てを該一方の脚で負担することとなる。以降、利用者負担支持力のうちの、各脚で負担する支持力（各脚に床側から作用する支持力）を利用者脚支持力と言う。そして、右脚で負担する支持力を利用者右脚支持力、左脚で負担する支持力を利用者左脚支持力と言う。利用者左脚支持力と利用者右脚支持力との総和は利用者負担支持力に一致する。
【００６６】
また、利用者Ａが自身を支えるために各脚の足平を床面側に押し付ける力を該脚の踏力という。各脚の踏力は、上記利用者脚支持力に釣り合う力である。
【００６７】
補足すると、各脚リンク３に連結された足平装着部１５の接地状態において、該脚リンク３に備えた力センサ３０には、該脚リンク３に係わる脚リンク支持力から、該脚リンク３の力センサ３０の下側の部分（主に足平装着部１５）に作用する重力に抗する支持力を差し引いた支持力が作用する。そして、その作用する支持力の３軸方向の成分（あるいは２軸方向の成分）が該力センサ３０で検出される。ただし、各脚リンク３に備えた力センサ３０の下側の部分（主に足平装着部１５）の重量は、歩行補助装具１の全体の重量に比して十分に小さい。このため、該力センサ３０に作用する力は、前記脚リンク支持力にほぼ等しい。従って、各脚リンク３の力センサ３０は、実質的には、該脚リンク３に対応する脚リンク支持力を検出する。以降の説明では、力センサ３０を支持力センサ３０という。また、各支持力センサ３０に作用する支持力の、両脚リンク３，３についての総和を総持ち上げ力（≒装具負担支持力）と言う。また、この総持ち上げ力のうちの各脚リンク３の負担分を総持ち上げ力負担分（≒脚リンク支持力）と言う。
【００６８】
また、左側足平装着部１５ＬのＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌに作用する力の総和が前記利用者左脚支持力（あるいは左脚の踏力）に相当し、右側足平装着部１５ＲのＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒに作用する力の総和が前記利用者右脚支持力（あるいは右脚の踏力）に相当する。なお、本実施形態では、ＭＰセンサ３８および踵センサ３９を１軸力センサとしたが、例えば靴３３の底面にほぼ平行な方向の並進力をも検出する２軸力センサ、もしくは３軸力センサでもよい。ＭＰセンサ３８および踵センサ３９は、少なくとも靴３３の底面または床面にほぼ垂直な方向の並進力を検出し得るセンサであることが望ましい。
【００６９】
なお、本実施形態では、歩行補助装具１に作用する重力と、該歩行補助装具１が着座部２を介して利用者Ａから受ける荷重（下向きの並進力）と、歩行補助装具１で発生する慣性力（より詳しくは上下方向の慣性力）とを、利用者Ａにほとんど作用せずに床面に作用させるようにするために、環状部材３６を用いたが、例えば該環状部材３６の両側部（湾曲部）の一方を省略した部材を使用してもよい。
【００７０】
次に、上記の如く構成された歩行補助装具１の動作（電動モータ２７Ｒ，２７Ｌ）の動作）を制御する制御装置を説明する。
【００７１】
図４は、該制御装置５０の構成（ハード構成）を概略的に示すブロック図である。図示の如く、制御装置５０は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ）および入出力回路（Ａ／Ｄ変換器など）により構成された演算処理部５１と、前記電動モータ２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれのドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌと、歩行補助装置１による利用者Ａの持ち上げ力（着座部２から利用者Ａに作用させる上向きの並進力）の大きさの目標値を設定するための持ち上げ力設定用キースイッチ５３と、利用者Ａの持ち上げ力を発生させるか否かを選択する持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４と、電源電池５５と、該電源電池５５に電源スイッチ５６（ＯＮ・ＯＦＦスイッチ）を介して接続され、電源スイッチ５６がＯＮ操作（閉成）されたときに電源電池５５から制御装置５０の各回路５１，５２Ｒ，５２Ｌに電源電力を供給する電源回路５７と備えている。
【００７２】
この制御装置５０は、着座部２の後端部あるいは前記プレート２３Ｒ，２３Ｌなどにブラケット（図示せず）を介して固定されている。また、持ち上げ力設定用キースイッチ５３、持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４および電源スイッチ５６は、制御装置５０の筐体（図示省略）の外面部に操作可能に装着されている。なお、持ち上げ力設定用キースイッチ５３は、持ち上げ力の所望の目標値を直接的に設定し、あるいは、あらかじめ用意された複数種類の目標値から選択的に設定し得るように、テン・キースイッチあるいは複数の選択スイッチなどにより構成されている。
【００７３】
制御装置５０には、図示を省略する接続線を介して前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌ、ロータリエンコーダ２８Ｒ，２８Ｌが接続されている。そして、これらのセンサの出力信号が演算処理部５１に入力される。また、演算処理部５１には、持ち上げ力設定用キースイッチ５３および持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号（それらのスイッチの操作状態を示す信号）も入力される。また、制御装置５０には、前記ドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌからそれぞれ電動モータ２７Ｒ，２７Ｌに電流を流すべく図示しない接続線を介して該電動モータ２７Ｒ，２７Ｌに接続されている。そして、演算処理部５１は、後述する演算処理（制御処理）によって、各電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの通電電流の指令値（以下、指示電流値という）を決定する。そして、演算処理部５１は、この指示電流値で各ドライバ回路５２Ｒ，５２Ｌを制御することにより各電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの発生トルク（駆動力）を制御するようにしている。
【００７４】
なお、前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌの出力信号（電圧信号）は、これらのセンサの近くでプリアンプにより増幅した後に制御装置５０に入力するようにしてもよい。また、前記ＭＰセンサ３８Ｒ，３８Ｌ、踵センサ３９Ｒ，３９Ｌ、支持力センサ３０Ｒ，３０Ｌの出力信号は増幅された後、その電圧値がＡ／Ｄ変換されて演算処理部５１に取り込まれる。
【００７５】
前記演算処理部５１は、その主な機能的手段として、図５のブロック図で示すような機能的手段を備えている。この機能的手段は、ＲＯＭに格納されたプログラムによって実現される機能である。
【００７６】
図５を参照して、演算処理部５１は、右側脚リンク３ＲのＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力信号が入力される右側踏力計測処理手段６０Ｒと、左側脚リンク３ＬのＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌの出力信号が入力される左側踏力計測処理手段６０Ｌとを備えている。右側踏力計測処理手段６０Ｒは、ＭＰセンサ３８Ｒおよび踵センサ３９Ｒの出力信号の電圧値から、利用者Ａの右脚の踏力の大きさ（前記利用者右脚支持力の大きさ）を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側踏力計測処理手段６０Ｌは、ＭＰセンサ３８Ｌおよび踵センサ３９Ｌの出力信号の電圧値から、利用者Ａの左脚の踏力の大きさ（前記利用者左脚支持力の大きさ）を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌは本発明における踏力計測手段に相当するものである。
【００７７】
また、演算処理部５１は、ロータリエンコーダ２８Ｒ，２８Ｌの出力信号（パルス信号）がそれぞれ入力される右側膝角度計測処理手段６１Ｒおよび左側膝角度計測処理手段６１Ｌとを備えている。これらの膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌは入力された信号から、それぞれに対応する脚リンク３の第２関節１２における屈曲角度（第２関節１２の変位量）を計測する手段である。なお、各脚リンク３の第２関節１２は、該脚リンク３の膝関節に相当するものであるので、以下、第２関節における屈曲角度を膝角度という。また、これらの膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌは、本発明における関節変位量計測手段に相当するものである。
【００７８】
また、演算処理部５１は、右側脚リンク３Ｒの支持力センサ３０Ｒの出力信号と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒにより計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側支持力計測処理手段６２Ｒと、左側脚リンク３Ｌの支持力センサ３０Ｌの出力信号（出力電圧）と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌにより計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側支持力計測処理手段６２Ｌとを備えている。右側支持力計測処理手段６２Ｒは、入力された支持力センサ３０Ｒの出力信号および右側脚リンク３Ｒの膝角度の計測値を基に、前記右側脚リンク支持力のうちの支持力センサ３０Ｒに作用する支持力、すなわち右側脚リンク３Ｒの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。同様に、左側支持力計測処理手段６２Ｌは、入力された支持力センサ３０Ｌの出力信号および左側脚リンク３Ｌの膝角度の計測値を基に、前記左側脚リンク支持力のうちの支持力センサ３０Ｌに作用する支持力、すなわち左側脚リンク３Ｌの前記総持ち上げ力負担分を計測する処理を行なう手段である。なお、これらの支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌは、本発明における制御対象力計測手段に相当するものである。
【００７９】
また、演算処理部５１は、上記各計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌ，６１Ｒ，６０Ｌ，６２Ｒ，６２Ｌの計測値と、前記持ち上げ力設定用キースイッチ５３および持ち上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４の操作信号とが入力される左右目標負担分決定手段６３を備えている。この左右目標負担分決定手段６３は、入力値を基に、前記総持ち上げ力（装具負担支持力）の目標値である目標総持ち上げ力を決定すると共に、その目標総持ち上げ力に対する各脚リンク３の負担分の目標値、すなわち各脚リンク３の前記総持ち上げ力負担分の目標値（以下、単に制御目標値という）を決定する処理を行なう手段である。なお、該制御目標値は、本発明における目標負担分に相当する。また、左右目標負担分決定手段６３は、本発明における目標総持ち上げ力決定手段としての機能と分配手段としての機能と装具自重補償力推定手段としての機能とを併せ持つ。
【００８０】
さらに、演算処理部５１は、前記右側支持力計測処理手段６２Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒと、前記左側支持力計測処理手段６２Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分と前記左右目標持ち上げ力決定手段６３で決定された左側脚リンク３Ｌの制御目標値と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌと、前記右側支持力計測処理手段６２Ｒで計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値と前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒにより計測された右側脚リンク３Ｒの膝角度とが入力される右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒと、前記左側支持力計測処理手段６２Ｌで計測された左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分と前記左右目標負担分決定手段６３で決定された左側脚リンク３Ｌの制御目標値と前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌにより計測された左側脚リンク３Ｌの膝角度とが入力される左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌとを備えている。各フィードバック操作量決定手段６４は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値との偏差から所定のフィードバック制御則により該偏差を０に収束させるようにフィードバック操作量（各電動モータ２７に対する前記指示電流値のフィードバック成分）を算出する手段である。また、各フィードフォワード操作量決定手段６５は、入力された総持ち上げ力負担分の計測値と制御目標値と膝角度の計測値とから所定のフィードフォワード制御則によって総持ち上げ力負担分の計測値を制御目標値にするためのフィードフォワード操作量（各電動モータ２７に対する前記指示電流値のフィードフォワード成分）を算出する手段である。
【００８１】
そして、演算処理部５１は、右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒで算出されたフィードバック操作量と右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒで算出されたフィードフォワード操作量とを加算する（フィードフォワード操作量をフィードバック操作量により補正する）ことで右側脚リンク３Ｒの電動モータ２７Ｒ用の指示電流値を求める加算処理手段６６Ｒと、左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌで算出されたフィードバック操作量と右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌで算出されたフィードフォワード操作量とを加算する（フィードフォワード操作量をフィードバック操作量により補正する）ことで左側脚リンク３Ｌの電動モータ２７Ｌ用の指示電流値を求める加算処理手段６６Ｌとを備えている。
【００８２】
なお、前記フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌ、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌ、および加算処理手段６６Ｒ，６６Ｌは、本発明におけるアクチュエータ制御手段に相当するものである。
【００８３】
以上が、演算処理部５１の演算処理機能の概略である。
【００８４】
なお、図４および図５に示した加速度センサ８０とこれに対応する破線矢印とは、後述する第２実施形態に関するものであり、本実施形態では不要である。
【００８５】
次に、演算処理部５１の処理の詳細説明を含めて、本実施形態の制御装置５０の制御処理を説明する。本実施形態の歩行補助装具１では、前記電源スイッチ５６をＯＦＦにした状態では、各脚リンク３の第２関節１２に駆動力が付与されないので、各関節１０，１２，１４が自由に動くことができる状態となっている。この状態では、各脚リンク３は自重によって折りたたまれている。この状態で、利用者Ａの各足平に各足平装着部１５を装着した後に、該利用者Ａもしくは付き添いの補助者が、着座部２を持ち上げて、利用者Ａの股下に配置する。
【００８６】
次いで、電源スイッチ５６をＯＮ操作すると、制御装置５０の各回路に電源電力が供給され、該制御装置５０が起動する。そして、この状態で前記持上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４をＯＮ操作すると、前記演算処理部５１が所定の制御処理周期で、以下に説明する処理を実行する。
【００８７】
各制御処理周期において、演算処理部５１は、まず、前記踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理を実行する。この処理を図６を参照して説明する。図６は、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じであるので、図６では左側踏力計測処理手段６０Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【００８８】
右側踏力計測処理手段６０Ｒの処理について代表的に説明すると、まず、脚リンク３ＲのＭＰセンサ３８Ｒの検出値（ＭＰセンサ３８Ｒの出力電圧値が示す力の検出値）と、踵センサ３９Ｒの検出値（踵センサ３９Ｒの出力電圧が示す力の検出値）とがそれぞれＳ１０１、Ｓ１０２においてローパスフィルタに通される。ローパスフィルタは、これらのセンサ３８Ｒ，３９Ｒの検出値からノイズ等の高周波成分を除去するものである。そのローパスフィルタのカットオフ周波数は例えば１００Ｈｚである。
【００８９】
次いで、これらのローパスフィルタの出力がＳ１０３において加算される。これにより、利用者Ａの右脚の踏力の暫定計測値FRF_p_Rが得られる。この暫定計測値FRF_p_Rには、右側足平装着部１５Ｒの靴紐の締め付けなどに伴う誤差分が含まれる。
【００９０】
そこで、本実施形態では、さらにＳ１０４において、この暫定計測値FRF_p_Rに変換処理を施す。これにより、最終的に利用者Ａの右脚の踏力の計測値FRF_Rを得る。Ｓ１０４の変換処理は、図７に示すテーブルに従って行なわれる。すなわち、FRF_p_Rが所定の第１閾値FRF1以下であるときには、計測値FRF_Rが０とされる。これにより、足平装着部１５Ｒの靴紐の締め付けなどに伴う微小な誤差分が計測値FRF_Rとして得られることが防止される。そして、暫定計測値FRF_p_Rが第１閾値FRF1よりも大きく、第２閾値FRF2（＞FRF1）以下である場合には、FRF_p_Rの値の増加に伴い、計測値FRF_Rの値がリニアに増加させられる。そして、FRF_p_Rが第２閾値FRF2を超えると、FRF_Rの値が所定の上限値（FRF_p_Rが第２閾値FRF2に等しいときのFRF_Rの値）に保持される。なお、FRF_Rの上限値を設定する理由は後述する。
【００９１】
以上が、右側踏力計測処理手段６０Ｒの処理である。左側踏力計測処理手段６０Ｌの処理も同様である。
【００９２】
演算処理部５１は、次に、前記膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理と、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理とを順次行なう。これらの処理を図８および図９を参照して以下に説明する。図８は膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理および支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌのそれぞれ処理のアルゴリズムは同じであり、また、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌのそれぞれの処理のアルゴリズムは同じである。そこで、図８では左側膝角度計測処理手段６１Ｌおよび左側支持力計測処理手段６２Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【００９３】
右側膝角度計測処理手段６１Ｒおよび右側支持力算出手段６２Ｒの処理を以下に代表的に説明する。まず、右側膝角度計測処理手段６１Ｒによって、Ｓ２０１およびＳ２０２の処理が実行され、右側脚リンク３Ｒの膝角度（第２関節１２Ｒにおける脚リンク３Ｒの屈曲角度）の計測値θ1_Rが得られる。Ｓ２０１では、ロータリエンコーダ２８Ｒの出力から、脚リンク３Ｒの膝角度の暫定計測値θ1p_Rが算出される。
【００９４】
ここで、図９を参照して、本実施形態では、脚リンク３Ｒの第１関節１０Ｒに係わる前記中心点Ｐ（大腿フレーム１１Ｒの前後方向の揺動運動の回転中心となる点Ｐ。以下、前後揺動中心点Ｐという）と第２関節１２Ｒの中心点とを結ぶ線分Ｓ１と、該第２関節１２Ｒの中心点と第３関節１４Ｒの中心点とを結ぶ線分Ｓ２との成す角度θ1_Rが右側脚リンク３Ｒの膝角度として計測される。左側脚リンク３Ｌの膝角度についても同様である。なお、図９では、脚リンク３の要部構成を模式化して示している。
【００９５】
この場合、前記Ｓ２０１では、脚リンク３Ｒの大腿フレーム１１Ｒと下腿フレーム１３Ｒとが所定の姿勢関係になっている状態（例えば図１の姿勢状態）、すなわち、膝角度θ1_Rがある所定値になっている状態での第２関節１２Ｒの回転位置を基準とし、この基準回転位置からの回転量（回転角変化量。これは電動モータ２７Ｒのロータの回転量に比例する）がロータリエンコーダ２８Ｒの出力信号から計測される。そして、この計測した第２関節１２Ｒの回転量を上記基準回転位置での脚リンク３Ｒの膝角度の値（これはあらかじめ図示しないメモリに記憶保持される）に加算してなる値が前記暫定計測値θ1p_Rとして求められる。
【００９６】
この暫定計測値θ1p_Rには、高周波のノイズ成分が含まれることがある。そこで、さらにＳ２０２において、このθ1p_Rをローパスフィルタに通すことで、最終的に脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが得られる。
【００９７】
以上が、右側膝角度計測処理手段６１Ｒの処理である。左側膝角度計測処理手段６１Ｌの処理も同様である。
【００９８】
補足すると、本実施形態で、上記線分Ｓ１，Ｓ２のなす角度θ1を脚リンク３の膝角度として計測する理由は、その角度θ1の計測値を、詳細を後述する左右目標負担分決定手段６３の処理などで使用するからである。
【００９９】
ただし、本実施形態の歩行補助装具１では、各脚リンク３の大腿フレーム１１の軸心と上記線分Ｓ１とのなす角度は一定となる。従って、各膝角度計測処理手段６１では、例えば脚リンク３の大腿フレーム１１の軸心と下腿フレーム１３に係わる前記線分Ｓ２とのなす角度を該脚リンク３の膝角度として求めておくようにしてもよい。そして、後述する左右目標負担分決定手段６３の処理などで、その膝角度から上記角度θ1を求めるようにしてもよい。
【０１００】
上記のように脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが求められた後、Ｓ２０３において、右側支持力計測処理手段６２Ｒの処理が実行される。この処理では、Ｓ２０２で得られた膝角度の計測値θ1_Rと、支持力センサ３０Ｒの検出値（支持力センサ３０Ｒの出力信号の電圧値が示す２軸の力の検出値）とから、該支持力センサ３０Ｒに作用する支持力（すなわち脚リンク３Ｒの前記総持ち上げ力負担分）の計測値Ｆankle_Rが算出される。この処理の詳細を前記図９を参照して説明する。
【０１０１】
脚リンク３Ｒの支持力センサ３０Ｒに作用する支持力（総持ち上げ力負担分）Ｆankle_Rは、脚リンク３Ｒの第３関節１４Ｒから下腿フレーム１３Ｒに作用する並進力にほぼ等しい。そして、その並進力の向き、ひいては、Fankle_Rの向きは、本実施形態の歩行補助装具１では、脚リンク３Ｒの第３関節１４の中心点と前記前後揺動中心点Ｐとを結ぶ線分Ｓ３に平行な方向となる。
【０１０２】
一方、支持力センサ３０Ｒは、図示の如く、該支持力センサ３０Ｒの表面（上面または下面）に垂直なｚ軸方向の力Ｆzと、このｚ軸に垂直で支持力センサ３０Ｒの表面に平行なｘ軸方向の力Ｆxとを検出する。ｘ軸、ｚ軸は、支持力センサ３０Ｒに固定された座標軸であり、前記ガイドレール２２の円弧を含む面に平行な軸である。このとき、検出されるＦz、Fxは、それぞれＦankle_Rのｚ軸方向成分、ｘ軸方向成分である。従って、図示の如く、Ｆankle_Rとｚ軸とのなす角度をθｋとおくと、Ｆankle_Rは、Ｆz、Fxの検出値と、θｋとから次式（１）により算出することができる。
【０１０３】
Ｆankle_R＝Ｆx・sinθk＋Fz・cosθk ……（１）
また、角度θkは次のように求められる。すなわち、線分Ｓ２と線分Ｓ３とのなす角度（＝Ｆankleの向きと線分Ｓ２とのなす角度）をθ2とすると、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を３辺とする三角形における線分Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの長さＬ１，Ｌ２は、一定値（あらかじめ定められた既知の値）である。そして、線分Ｓ１，Ｓ２とのなす角度θ1は、右側膝角度計測処理手段６１Ｒで前記したように得られた計測値θ1_Rである。従って、線分Ｓ１，Ｓ２のそれぞれの長さＬ１，Ｌ２（これらの値はあらかじめメモリに記憶保持される）と角度θ1の計測値θ1_Rとから幾何学的な演算によって、角度θ2が求められる。
【０１０４】
具体的には、線分Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を３辺とする三角形において、次式（２），（３）の関係式が成り立つ。なお、Ｌ３は、線分Ｓ３の長さである。
【０１０５】
Ｌ３2＝Ｌ１2＋Ｌ２2−２・Ｌ１・Ｌ２・cosθ1 ……（２）
Ｌ１2＝Ｌ２2＋Ｌ３2−２・Ｌ２・Ｌ３・cosθ2 ……（３）
従って、Ｌ１，Ｌ２の値と、角度θ1の計測値とから式（２）により、Ｌ３を算出できる。そして、その算出したＬ３の値と、Ｌ１，Ｌ２の値とから式（３）により、角度θ2を算出できる。
【０１０６】
さらに、ｚ軸と線分Ｓ２とのなす角度をθ3とおくと、この角度θ3は、支持力センサ３０の下腿フレーム１３に対する取り付け角度によってあらかじめ定まる一定値である。そして、この一定値の角度θ3（この値はあらかじめ図示しないメモリに記憶保持されている）から、上記の如く算出された角度θ2を減算することで式（１）の演算に必要な角度θｋの値が求められる。
【０１０７】
従って、本実施形態では、右側支持力計測処理手段６２ＲのＳ２０３の処理では、上記の如く算出したθｋと脚リンク３Ｒの支持力センサ３０の検出値Ｆx，Ｆzとから前記式（１）により、右脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Ｆankle_Rが得られる。
【０１０８】
以上が右側支持力計測処理手段６２ＲのＳ２０３の処理の詳細である。左側支持力計測手段６２Ｌの処理も同様である。
【０１０９】
なお、本実施形態では、支持力センサ３０を３軸力センサあるいは２軸力センサとし、前記式（１）により、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分の計測値Fankleを得るようにした。ただし、支持力センサ３０が１軸力センサであっても、計測値Fankleを得ることが可能である。例えば、支持力センサ３０が図９のｘ軸方向の力Ｆxのみを検出するセンサである場合には、次式（４）により計測値Fankleを求めることができる。また、支持力センサ３０が図９のｚ軸方向の力Ｆzのみを検出するセンサである場合には、次式（５）により計測値Fankleを求めることができる。
【０１１０】
Ｆankle＝Ｆx／sinθk ……（４）
Ｆankle＝Ｆz／cosθk ……（５）
但し、これらの式（４）または（５）を使用する場合には、角度θkが０度または９０度に近い値になると、Ｆankleの値の精度が悪くなる。従って、前記式（１）によりFankleの計測値を得ることが望ましい。
【０１１１】
また、計測値Fankleは、Fxの２乗値とＦzの２乗値との和の平方根を求めることによって得るようにしてもよい。この場合には、膝角度の計測値θ1は不要である。
【０１１２】
補足すると、以上説明した各計測処理手段６０，６１，６２の処理は、必ずしも順番に行なう必要はない。例えば、各計測処理手段６０，６１，６２の処理を時分割等により並列的に行なうようにしてもよい。但し、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理でθ1を使用する場合には、支持力計測処理手段６２Ｒ，６２Ｌの処理よりも膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理を先に行なう必要がある。
【０１１３】
なお、本実施形態では、各脚リンク３の総持ち上げ力負担分を計測するための支持力センサ３０を、第３関節１４と下腿フレーム１３（より正確には上部下腿フレーム１３ａ）との間に介在させるようにした。ただし、該支持力センサを第３関節１４と足平装着部１５の間（例えば第３関節１４と足平装着部１５の連結部３４との間）に介在させるようにしてもよい。この場合には、第３関節１４の回転角を計測して、第３関節１４と足平装着部１５の間の支持力センサで検出された支持力を座標変換することで、第３関節１４から下腿フレーム１３に作用する支持力を計測できる。
【０１１４】
次いで、演算処理部５１は、前記左右目標負担分決定手段６３の処理を実行する。この処理を図１０を参照して以下に詳説する。図１０は左右目標負担分決定手段６３の処理の流れを示すブロック図である。
【０１１５】
Ｓ３０１において、前記キースイッチ５３の操作による持ち上げ力の設定値がローパスフィルタに通される。該ローパスフィルタのカットオフ遮断周波数は例えば０．５Ｈｚである。これにより、着座部２から利用者Ａに作用させる持上げ力の目標値である目標持上げ力が決定される。Ｓ３０１におけるローパスフィルタは、持上げ力の設定値が変更された場合などに、着座部２から利用者Ａに作用する持上げ力が急激に変化するのを防止するためのものである。持ち上げ力の設定値が一定に維持されている状態では、その設定値がそのまま目標持上げ力として決定される。
【０１１６】
次いで、Ｓ３０２において、歩行補助装具１に作用する重力と、歩行補助装具１で発生する慣性力との和に抗する支持力である前記装具自重補償力を推定する。この推定処理については後述する。
【０１１７】
そして、Ｓ３０３において、この装具自重補償力の推定値を前記目標持上げ力に加えることにより、前記総持上げ力の目標値である目標総持上げ力を決定する。
【０１１８】
なお、図示は省略するが、本実施形態では、前記持上げ制御ＯＮ・ＯＦＦスイッチ５４がＯＦＦ操作されているときには、各支持力計測処理手段６２によって前記したように求められた右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rと、左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Lとを加算してなる値（これは総持ち上げ力の計測値に相当する）を、前記Ｓ３０１のローパスフィルタと同特性のローパスフィルタに通すことで、目標総持ち上げ力が決定される。従って、この場合の目標総持ち上げ力は、常に、現状の実際の総持ち上げ力を維持するように決定される。
【０１１９】
一方、Ｓ３０４において、各踏力計測処理手段６０によって前記したように求められた右脚の踏力の計測値FRF_Rの大きさと、左脚の踏力の計測値FRF_Lの大きさとを基に、目標総持ち上げ力を左右の各脚リンク３に分配するための比である分配比が決定される。この分配比は、目標総持ち上げ力の、右側脚リンク３Ｒへの分配割合である右分配比と、左側脚リンク３Ｌへの分配割合である左分配比とからなり、両分配比の和は１である。
【０１２０】
この場合、右分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさとの和に対するFRF_Rの大きさの比、すなわち、FRF_R／（FRF_R＋FRF_L）に決定される。同様に、左分配比は、計測値FRF_Rの大きさと計測値FRF_Lの大きさと和に対するFRF_Lの大きさの比、すなわち、FRF_L／（FRF_R＋FRF_L）に決定される。この場合、利用者Ａの一方の脚が立脚となり、他方の脚が遊脚となる状態（すなわち片脚支持状態）では、遊脚となる脚に対応する分配比は０であり、立脚となる脚に対応する分配比は１である。
【０１２１】
ここで、前記各踏力計測処理手段６０のＳ１０４の変換処理（図６参照）において、各脚の踏力の計測値FRFに上限値を設定した理由を説明する。利用者Ａの両脚が立脚となる状態（すなわち両脚支持期の状態）において、各脚の踏力の前記暫定計測値FRF_pは一般には、滑らかに変化するわけではなく、頻繁な変動を生じやすい。このような場合に、暫定計測値FRF_pを基に、左右の分配比を決定すると、その分配比が頻繁に変化し、目標総持ち上げ力のうちの、各脚リンク３の分担割合が頻繁に変化しやすい。その結果、着座部２から利用者Ａに作用する持ち上げ力の微小変動が生じやすい。ひいては、その微小変動が利用者Ａに不快感を及ぼす恐れがある。そのために、本実施形態では、各脚の踏力の計測値FRFの上限値を設定し、両脚支持期の状態において、左右の分配比が頻繁に変化するような事態を防止した。この場合、両脚支持期の状態においては、基本的には開始直後の期間と、終了直前の期間とを除いて左右の分配比が共に１／２に維持されるようになり、左右の分配比が安定する。
【０１２２】
なお、前記図７において、閾値FRF1のみを有し、利用者Ａの各脚の踏力の暫定計測値FRF_p_R(L)が閾値FRF1以上である場合にリニアに踏力の計測値FRF_R(L)が増加するように定めたテーブルに基づいて計測値FRF_R(L)を取得するようにしてもよい。暫定計測値FRF_pからFRF_R(L)を得るためのテーブルの閾値FRF1、FRF2等は、利用者Ａが好む持ち上げ力のフィーリングや、歩行補助装置１の重量、制御装置５０の計算能力などに応じて、適宜決定すればよい。
【０１２３】
補足すると、Ｓ３０４の処理で決定される右分配比および左分配比は、本実施形態では、前記Ｓ３０２の処理で使用される。このため、Ｓ３０４の処理は、Ｓ３０２、Ｓ３０３の処理よりも前に実行される。
【０１２４】
図１０の説明に戻って、次に、右側脚リンク３Ｒに関するＳ３０５，Ｓ３０６の処理と、左側脚リンク３Ｌに関するＳ３０７，Ｓ３０８の処理とが実行される。右側脚リンク３Ｒに関するＳ３０５，Ｓ３０６の処理では、まず、Ｓ３０５において、前記Ｓ３０３で決定された目標総持ち上げ力に右分配比が乗算される。これにより、目標総持ち上げ力のうちの右側脚リンク３Ｒによる負担分としての総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Rが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_RをＳ３０６でローパスフィルタに通すことで、最終的に右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Rが求められる。Ｓ３０６のローパスフィルタは、膝角度θ1の変動等に伴うノイズ成分を除去するためのものである。そのカットオフ周波数は、例えば１５Ｈｚである。
【０１２５】
同様に、左側脚リンク３Ｌに関するＳ３０７，Ｓ３０８の処理では、まず、Ｓ３０７において、前記Ｓ３０３で決定された目標総持ち上げ力に左分配比が乗算される。これにより、目標総持ち上げ力のうちの左側脚リンク３Ｌによる負担分としての総持ち上げ力負担分の暫定目標値Tp_Fankle_Lが求められる。そして、この暫定目標値Tp_Fankle_LをＳ３０８でローパスフィルタに通すことで、最終的に左側脚リンク３Ｌの総持ち上げ力負担分の目標値である制御目標値T_Fankle_Lが求められる。
【０１２６】
前記Ｓ３０２の処理は、本実施形態では、次のように実行される。図１１は、その推定処理の流れを示すブロック図である。
【０１２７】
本実施形態におけるＳ３０２の処理では、前記各膝角度計測処理手段６１で求められた各脚リンク３の膝角度の計測値θ1と、前記Ｓ３０４の処理で決定された分配比とを使用して、装具自重補償力が推定される。具体的には、まず、Ｓ１００１，Ｓ１００２の処理が実行される。Ｓ１００１では、前記右側膝角度計測処理手段６１Ｒで求められた脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rに、前記Ｓ３０４で決定された右分配比が乗算される。同様にＳ１００２では、前記左側膝角度計測処理手段６１Ｌで求められた脚リンク３Ｌの膝角度の計測値θ1_Lに、前記Ｓ３０４で決定された左分配比が乗算される。そして、Ｓ１００１，Ｓ１００２のそれぞれの演算結果の値がＳ１００３で加え合わされ、この加算結果の値が、膝代表角度（これは本発明における第２関節変位量代表値に相当する）として求められる。この膝代表角度は、換言すれば、右分配比、左分配比を重み係数とする、膝角度の計測値θ1_R，θ1_Lの重み付き平均値である。このようにして求められる膝代表角度は、歩行補助装具１の重心の上下方向位置（床からの高さ位置）、ひいては装具自重補償力と高い相関関係を有する。
【０１２８】
そこで、本実施形態では、次に、Ｓ１００４において、上記膝代表角度を基に、歩行補助装具１の重心（以下、装具重心という）の位置（上下方向位置）を求める。この場合、例えば膝代表角度から、あらかじめ設定された相関テーブル（膝代表角度と歩行補助装具１の重心の上下方向位置との相関関係を表すテーブル）に従って、装具重心の上下方向位置（該重心の床からの高さ）が求められる。なお、例えば、２つの剛体要素を膝関節に相当する関節で連結してなる剛体リンクモデル（２つの剛体要素間の角度が前記膝代表角度に一致し、且つ、一方の剛体要素が歩行補助装具１の各脚リンク３の第２関節１２から上側の全体の重量と同等の重量を有し、他方の剛体要素が第２関節１２から下側の全体の重量と同等の重量を有するような剛体リンクモデル）を用い、幾何学的な演算によって、歩行補助装具１の重心の上下方向位置を算出するようにしてもよい。
【０１２９】
次いで、上記の如く求めた装具重心の位置をＳ１００５で２階微分することにより、該装具重心の上下方向の加速度（運動加速度）が算出される。そして、この装具重心の加速度と重力加速度（定数）との和がＳ１００６で算出される。さらに、このＳ１００６の演算結果の値に歩行補助装具１の全体重量である装具総質量がＳ１００７で乗算され、その乗算結果の値が、装具自重補償力の推定値として得られる。
【０１３０】
上記のように装具自重補償力を推定することにより、簡易な手法で容易に装具自重補償力を推定することができる。
【０１３１】
以上が、Ｓ３０２を含めた左右目標負担分決定手段６３の処理の詳細である。補足すると、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理は、本発明における目標総持ち上げ力決定手段に相当する。また、Ｓ３０４〜Ｓ３０８の処理は、本発明における分配手段に相当する。また、Ｓ３０２の処理は、本発明における装具自重補償力推定手段に相当する。
【０１３２】
以上のようにして左右目標負担分決定手段６３の処理を実行した後、演算処理部５１は、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌおよびフィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理を順次、もしくは並行して実行する。
【０１３３】
フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理を図１１を参照して説明する。図１２は、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌのアルゴリズムは同じであるので、図１２では左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【０１３４】
右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒの処理について代表的に説明すると、まず、前記左右目標負担分決定手段６３で決定された右側脚リンク３Ｒの制御目標値T_Fankle_Rと、前記右側支持力計測処理手段６２で計測された右側脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとの偏差（T_Fankle_R−Fankle_R）がＳ４０１で算出される。そして、この偏差にＳ４０２、Ｓ４０３においてそれぞれゲインＫp、Ｋdが乗算される。さらに、Ｓ４０３の演算結果は、Ｓ４０４において微分され（図中の「ｓ」は微分演算子を意味する）、その微分値とＳ４０２の演算結果とがＳ４０５で加算される。これにより、右側電動モータ２７の電流の操作量Ｉfb_Rが偏差（T_Fankle_R−Fankle_R）を０に収束させるようにフィードバック制御則としてのＰＤ制御則により算出される。操作量Ｉfb_Rは、右側電動モータ２７の指示電流値のフィードバック成分を意味する。
【０１３５】
この場合、本実施形態では、前記ゲインＫp，Ｋdの値は、Ｓ４０６において、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rに応じて可変的に設定される。この理由は、脚リンク３Ｒの膝角度によって、電動モータ２７Ｒの電流変化（トルク変化）に対する着座部２の持ち上げ力の変化の感度が変化するためである。この場合、膝角度θ1_Rが大きい程（脚リンク３Ｒが伸びるほど）、電動モータ２７Ｒの電流変化（トルク変化）に対する着座部２の持ち上げ力の変化の感度が高くなる。このため、Ｓ４０６においては、図示を省略するデータテーブルに基づいて、基本的には、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが大きいほど、ゲインＫp，Ｋdの値をそれぞれ小さくするように、該ゲインＫp，Ｋdの値が設定される。
【０１３６】
以上が右側フィードバック操作量決定手段６４Ｒの処理である。左側フィードバック操作量決定手段６４Ｌの処理も同様である。なお、本実施形態では、フィードバック制御則としてＰＤ制御則を用いたが、ＰＤ制御則以外のフィードバック制御則（例えばＰＩＤ制御則）を使用してもよい。
【０１３７】
次に、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理を図１３を参照して説明する。図１３は、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理の流れを示すブロック図である。なお、フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌのアルゴリズムは同じであるので、図１３では左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌに関するものについては、括弧書きで示している。
【０１３８】
右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒの処理について代表的に説明すると、Ｓ５０１において、前記膝角度計測処理手段６１Ｒで計測された脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rが微分されて該脚リンク３Ｒの第２関節１２の屈曲角度の角速度ω1_Rが算出される。さらに、Ｓ５０２において、脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rと、前記支持力計測処理部６２Ｒで計測された脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rとを用いて、脚リンク３Ｒのワイヤ３２ａ，３２ｂの実際の張力である実張力Ｔ1が算出される。この実張力Ｔ1の算出処理を図１４を参照して説明する。なお、図１４では、脚リンク３は模式化して記載している。また、図１４では、図９と同じ要素には、同一の参照符号を付している。
【０１３９】
まず、脚リンク３Ｒの総持ち上げ力負担分の計測値Fankle_Rの線分Ｓ２に直交する成分Fankle_aが次式（６）により算出される。
【０１４０】
Ｆankle_a＝Fankle_R・sinθ2 ……（６）
なお、角度θ2は、Fankle_Rと、線分Ｓ２とのなす角度であり、このθ２は、前記図９を参照して説明した通り、計測値θ1_Rを用いて幾何学的演算により算出される（前記式（２）、（３）を参照）。
【０１４１】
そして、このようにして求めたＦankle_aに、次式（７）の通り、線分Ｓ２の長さＬ２が乗算される。これにより、Fankle_Rによって、第２関節１２（膝関節）に生じるモーメントＭ1が算出される。
【０１４２】
Ｍ1＝Ｆankle_a・Ｌ２ ……（７）
ワイヤ３２ａ，３２ｂの実張力Ｔ1によってプーリ３１に発生するモーメントは、定常状態では上記モーメントＭ1に釣り合う。そこで、さらに、このモーメントＭ1を次式（８）の通り、プーリ３１の有効半径ｒで除算することにより、ワイヤ３２ａ，３２ｂの実張力Ｔ1が算出される。
【０１４３】
Ｔ1＝Ｍ1／ｒ ……（８）
以上が、Ｓ５０２の処理の詳細である。
【０１４４】
図１３の説明に戻って、さらに、Ｓ５０３において、脚リンク３Ｒのワイヤ３２ａ，３２ｂの目標張力Ｔ2が算出される。この目標張力Ｔ2は、前記左右目標持ち上げ力決定手段６３の処理で決定された脚リンク３Ｒの制御目標値（総持ち上げ力負担分の目標値）に対応して、ワイヤ３２ａ，３２ｂに発生させるべき張力である。この目標張力Ｔ2の算出は、Ｓ５０２の算出処理と同様である。より具体的には、前記式（６）の右辺のFankle_Rを、前記左右目標持ち上げ力決定手段６３の処理で決定された脚リンク３Ｒの制御目標値T_Fankle_Rに置き換えた式によって、制御目標値T_Fankle_Rの前記線分Ｓ２（図１４参照）に直交する成分が算出される。そして、その算出した成分を、前記式（７）の右辺のFankle_aの代わりに用いることで、脚リンク３Ｒの第２関節１２の目標モーメントが算出される。さらに、その目標モーメントを前記式（８）の右辺のＭ1の代わりに用いることで、ワイヤ３２ａ，３２ｂの目標張力Ｔ2が算出される。
【０１４５】
以上がＳ５０３の処理である。
【０１４６】
上記のようにＳ５０１〜Ｓ５０３の処理を実行した後、Ｓ５０４において、上記の如く算出された第２関節１２の角速度ω1_R、ワイヤ３２ａ，３２ｂの実張力Ｔ1および目標張力Ｔ2を用いて、所定のフィードフォワード処理により電動モータ２７Ｒの電流の操作量Ｉff_Rが決定される。操作量Ｉff_Rは、電動モータ２７Ｒの指示電流値のフィードフォワード成分を意味する。
【０１４７】
このＳ５０４の処理では、次式（９）で表されるモデル式により、操作量Ｉff_Rが算出される。
【０１４８】
Ｉff_R＝Ｂ1・Ｔ2＋Ｂ2・ω1_R＋Ｂ3・sgn（ω1_R） ……（９）
但し、Ｂ2＝b0＋b1・Ｔ1、Ｂ3＝d0＋d1・Ｔ1
ここで、式（９）中のＢ1は定数の係数、Ｂ2，Ｂ3は、それぞれ式（９）の但し書きで示す如く、実張力Ｔ1の一次関数で表される係数である。なお、b0，b1，d0，d1は定数である。また、sgn( )は、符号関数である。
【０１４９】
この式（９）は、電動モータ２７の電流と、ワイヤ３２ａ，３２ｂの張力と、第２関節１２の角速度ω1との関係を表すモデル式である。より詳しくは、式（９）の右辺の第１項は、張力の比例項、第２項はワイヤ３２ａ，３２ｂとプーリ３１との間の粘性摩擦力に応じた項、第３項は、ワイヤ３２ａ，３２ｂとプーリ３１との間の動摩擦力に応じた項を意味する。なお、式（９）の右辺には、さらに第２関節１２の角加速度に応じた項（すなわち慣性力に応じた項）を追加してもよい。
【０１５０】
補足すると、式（９）の演算に使用する各定数Ｂ1，b0，b1，d0，d1は、あらかじめ、式（９）の左辺の値と右辺の値との差の２乗値を最小化するような同定アルゴリズムによって実験的に同定される。そして、同定された各定数Ｂ1，b0，b1，d0，d1は、図示しないメモリに記憶保持され、歩行補助装具１の動作時に使用される。
【０１５１】
以上が、右側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒの処理である。左側フィードフォワード操作量決定手段６５Ｌの処理も同様である。
【０１５２】
図５を参照して、以上のように、電動モータ２７Ｒの電流の操作量Ｉfb_R，Ｉff_Rと、電動モータ２７Ｌの電流の操作量Ｉfb_L，Ｉff_Lとを算出した後、演算処理部５１は、加算処理手段６６Ｒにより、操作量Ｉfb_R，Ｉff_Rを加算することにより、電動モータ２７Ｒの指示電流値を決定する。また、演算処理部５１は、加算処理手段６６Ｌにより、操作量Ｉfb_L，Ｉff_Lを加算することにより、電動モータ２７Ｌの指示電流値を決定する。そして、演算処理部５１は、これらの指示電流値をそれぞれ各電動モータ２７に対応するドライバ回路５２に出力する。このとき、ドライバ回路５２は、与えられた指示電流値に従って電動モータ２７に通電する。
【０１５３】
以上説明した演算処理部５１の制御処理が、所定の制御周期で実行される。これにより、各脚リンク３の実際の総持ち上げ力負担分の計測値Fankleが、該脚リンク３に対応する制御目標値T_Fankleに一致するように（収束するように）、電動モータ２７の発生トルク、ひいては、該脚リンク３の第２関節１２（膝関節）の駆動力が操作されることとなる。
【０１５４】
この場合、左右の各脚リンク３Ｒ，３Ｌに対応する制御目標値T_Fankle_R，T_Fankle_Lの和は、目標総持ち上げ力に一致する。そして、この目標総持ち上げ力は、持ち上げ力設定用キースイッチ５３で設定された持ち上げ力の目標値に、前記装具自重補償力を加えた力である。このため、各脚リンク３Ｒ，３Ｌに床側から作用する支持力の総和（≒前記脚リンク支持力の総和）が、目標総持ち上げ力になるように、電動モータ２７Ｒ，２７Ｌの発生トルクが制御されることとなる。
【０１５５】
この結果、歩行補助装具１に作用する重力と、歩行補助装具１で発生する慣性力との和に抗する支持力を歩行補助装具１で負担させつつ、着座部２から利用者Ａに実際に作用する持ち上げ力を目標値に適切に制御できる。つまり、歩行補助装具１で発生する慣性力や該歩行補助装具１に作用する重力の影響を適切に補償して、目標とする持ち上げ力を利用者Ａに着座部２から作用させることができる。
【０１５６】
また、目標総持ち上げ力の各脚リンク３による負担分としての前記制御目標値T_Fankleは、右側の制御目標値T_Fankle_Rと左側の制御目標値T_Fankle_Lとの比が、利用者Ａの右脚側の踏力の計測値FRF_Rと左脚側の踏力の計測値FRF_Lとの比に一致するように、それらの踏力の計測値FRF_R，FRF_Lの比率に応じて決定される。このため、目標総持ち上げ力の各脚リンク３による負担分を、利用者Ａが意図する脚の動作に合わせて設定することができ、着座部２から利用者Ａへの持ち上げ力を円滑且つ安定に利用者Ａに作用させることができる。
【０１５７】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、本実施形態は、前記第１実施形態と一部の構成および処理のみが相違するものであるので、その相違点を中心に説明し、第１実施形態と同一構成もしくは同一処理の部分については、説明を省略する。
【０１５８】
前記図１を参照して、本実施形態では、着座部２の所定の部位（例えば下面部）に装着された加速度センサ８０を備え、この加速度センサ８０の出力（加速度検出値）が、図４に破線矢印で示す如く、演算処理部５１に入力される。なお、加速度センサ８０は、上下方向の加速度を検出可能なセンサであり、その加速度検出値には、重力加速度の成分が含まれる。
【０１５９】
加速度センサ８０から演算処理部５１に入力される加速度検出値は、左右目標負担分６３の処理で使用される（図５の破線矢印を参照）。より詳しくは、本実施形態では、加速度センサ８０の加速度検出値（上下方向の加速度検出値）は、前記図１０のＳ３０２で装具自重補償力を推定するために使用される。
【０１６０】
図１５は、本実施形態における装具自重補償力の推定処理の流れを示すブロック図である。この推定処理では、加速度センサ８０の加速度検出値と共に、前記各膝角度計測処理手段６１で求められた各脚リンク３の膝角度の計測値θ1が使用される。この推定処理を概略的に説明すると、歩行補助装具１は、着座部２とこれに固定された部材とからなる部分（以下、装具基部という）と、右側脚リンク３Ｒを含み、着座部２に対して相対的に右側脚リンク３Ｒと一体に可動な部分（以下、装具右脚部という）と、左側脚リンク３Ｌを含み、着座部２に対して相対的に該左側脚リンク３Ｌと一体に可動な部分（以下、装具左脚部という）との集合体として扱われる。前記図１に示した構造の歩行補助装具１では、装具右脚部には、電動モータ２７Ｒや足平装着部１５Ｒが含まれ、装具左脚部には、電動モータ３７Ｌや足平装着部１５Ｌが含まれる。なお、着座部２に対して電動モータ２７Ｒ，２７Ｌを固定した場合には、該電動モータ２７Ｒ，２７Ｌは、前記装具基部に含まれることとなる。以降、装具基部、装具右脚部、および装具左脚部のそれぞれを総称的に装具構成部ということがある。
【０１６１】
そして、各装具構成部の重心の、実際の上下方向加速度（重力加速度の成分を含む）を検出または推定する。さらに、各装具構成部の上下方向加速度（絶対加速度）に、該装具構成部の重量を乗じることにより、該装具構成部に作用する重力と該装具構成部で発生している上下方向の慣性力の和に抗する支持力を推定する。この支持力は、前記装具自重補償力のうちの、当該装具構成部の重量に起因する成分を意味し、以下、装具部分自重補償力という。さらに、この装具部分自重補償力の推定値を、すべての装具構成部について加え合わせることにより、装具自重補償力の推定値を求める。
【０１６２】
以下にこの推定処理を図１５を参照して具体的に説明する。
【０１６３】
まず、装具右脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度を求める（推定する）ためのＳ２００１，Ｓ２００２の処理と、装具左脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度を求める（推定する）ためのＳ２００３，Ｓ２００４の処理とが順次、もしくは並行して実行される。
【０１６４】
すなわち、Ｓ２００１において、右側膝角度計測処理手段６１Ｒで求められた脚リンク３Ｒの膝角度の計測値θ1_Rから、着座部２に対する装具右脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）が求められる。この場合、例えば、脚リンク３Ｒの下端部（足平装着部１５Ｒ）が着座部２の直下に位置するような状態における着座部２に対する装具右脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）と、脚リンク３Ｒの膝角度との間の相関関係を表す相関データがあらかじめ設定されて、図示しないメモリに記憶保持されている。そして、Ｓ２００１では、計測値θ1_Rから、この相関データに基づいて、着座部２に対する装具右脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）が求められる。
【０１６５】
そして、このようにして求められた装具右脚部の重心の相対位置の時系列を、Ｓ２００２において２階微分することにより、装具右脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度が推定される。
【０１６６】
同様に、Ｓ２００３において、左側膝角度計測処理手段６１Ｌで求められた脚リンク３Ｌの膝角度の計測値θ1_Lから、あらかじめ設定された相関データ（脚リンク３Ｌの下端部（足平装着部１５Ｌ）が着座部２の直下に位置するような状態における着座部２に対する装具左脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）と、脚リンク３Ｌの膝角度との間の相関関係を表す相関データ）に基づいて、着座部２に対する装具左脚部の重心の相対位置（上下方向の相対位置）が求められる。そして、このようにして求められた装具左脚部の重心の相対位置の時系列を、Ｓ２００４において２階微分することにより、装具左脚部の重心の、着座部２に対する上下方向の相対加速度が推定される。
【０１６７】
次いで、Ｓ２００５、Ｓ２００６の処理が実行される。Ｓ２００５では、加速度センサ８０の加速度検出値を、前記Ｓ２００２で求められた装具右脚部の相対加速度に加えることにより、装具右脚部の上下方向加速度（絶対加速度）が求められる。同様に、Ｓ２００６では、加速度センサ８０の加速度検出値を、前記Ｓ２００４で求められた装具左脚部の相対加速度に加えることにより、装具左脚部の上下方向加速度（絶対加速度）が推定される。
【０１６８】
なお、加速度センサ８０は、着座部２に装着されているので、加速度センサ８０の加速度検出値は、装具基部の重心の絶対加速度（上下方向の絶対加速度）の検出値を意味する。
【０１６９】
次いで、Ｓ２００７、Ｓ２００８、Ｓ２００９、Ｓ２０１０の処理が実行される。
【０１７０】
Ｓ２００７では、加速度センサ８０の加速度検出値、すなわち、装具基部の上下方向加速度の検出値に、装具基部の重量が乗算される。これにより、装具基部に関する装具部分自重補償力が求められる。また、Ｓ２００８では、Ｓ２００５で求められた装具右脚部の上下方向加速度の推定値に、装具右脚部の重量が乗算される。これにより、装具右脚部に関する装具部分自重補償力が求められる。また、Ｓ２００９では、Ｓ２００６で求められた装具左脚部の上下方向加速度の推定値に、装具左脚部の重量が乗算される。これにより、装具左脚部に関する装具部分自重補償力が求められる。
【０１７１】
そして、Ｓ２０１０では、上記の如く求められた装具基部、装具右脚部、装具左脚部のそれぞれの装具部分自重補償力が加え合わせられる。これにより、装具自重補償力の推定値が得られる。
【０１７２】
以上説明した以外の構成および処理は、前記第１実施形態と同一である。
【０１７３】
かかる本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、特に、装具自重補償力を推定するに際して、各脚リンク３の膝角度の計測値θ1に加えて、加速度センサ８０による加速度検出値を使用することで、装具自重補償力をより精度よく推定することができる。その結果、持ち上げ力の目標値への制御をより精度よく行なうことができる。
【０１７４】
なお、以上説明した各実施形態では、各脚リンク３は、第１〜第３関節１０，１２，１４を備えたが、より多くの関節を備えるようにしてもよい。ただし、その場合には、脚リンクを着座部（持ち上げ力伝達部）に連結する関節、および該脚リンクを脚平装着部に連結する関節以外の各関節を駆動するためのアクチュエータが必要となる。
【０１７５】
また、各脚リンクによる支持力の負担分を支持力センサ３０を使用して計測するようにしたが、歩行補助装具１の動力学モデルを使用して、該支持力の負担分を推定するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】本発明の第１実施形態における歩行補助装具１の側面図
【図２】図１のＩＩ線矢視図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】図１の歩行補助装具の制御装置の構成（ハード構成）を概略的に示すブロック図。
【図５】図４の制御装置に備えた演算処理部５１の機能的手段を示すブロック図。
【図６】踏力計測処理手段６０Ｒ，６０Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図７】図６のＳ１０４の処理で使用するテーブルを示すグラフ。
【図８】膝角度計測処理手段６１Ｒ，６１Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図９】図８のＳ２０１，Ｓ２０３の処理を説明するための図。
【図１０】左右目標負担分決定手段６３の処理の流れを示すブロック図。
【図１１】図１０のＳ３０２の処理の流れを示すブロック図。
【図１２】フィードバック操作量決定手段６４Ｒ，６４Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図１３】フィードフォワード操作量決定手段６５Ｒ，６５Ｌの処理の流れを示すブロック図。
【図１４】図１３のＳ５０２の処理を説明するための図。
【図１５】本発明の第２実施形態における図１０のＳ３０２の処理の流れを示すブロック図。
【符号の説明】
【０１７７】
１…歩行補助装具、２…着座部（持ち上げ力伝達部）、３…脚リンク、１０…第１関節、１１…大腿フレーム、１２…第２関節、１３…下腿フレーム、１４…第３関節、１５…足平装着部、２７…電動モータ（アクチュエータ）、２８…ロータリエンコーダ（変位量センサ）、３８，３９…第１力センサ、３０…第２力センサ、５０…制御装置、６０…踏力計測処理手段（踏力計測手段）、６１…膝角度計測処理手段（関節変位量計測手段）、６２…支持力計測処理手段（制御対象力計測手段）、６３…左右目標負担分決定手段（目標総持ち上げ力決定手段、分配手段、装具自重補償力推定手段）、６４，６５，６６…アクチュエータ制御手段、Ｓ３０１〜Ｓ３０３…目標総持ち上げ力決定手段、Ｓ３０４〜Ｓ３０８…分配手段、Ｓ３０２…装具自重補償力推定手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の体幹部に上向きの持上げ力を作用させ得るように該体幹部に接触される持上げ力伝達部と、利用者の各脚の足平にそれぞれ装着され、該利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、複数の関節をそれぞれ有し、前記体幹接触部と各足平装着部とをそれぞれ連結する左右一対の脚リンクと、各脚リンクの少なくとも１つの関節を駆動する右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータとを備えた歩行補助装具の制御装置であって、
前記持上げ力の目標値を設定する目標持上げ力設定手段と、
前記歩行補助装具の運動により該歩行補助装具で実際に発生する上下方向の慣性力と該歩行補助装具に作用する重力とに抗して床側から各脚リンクに作用する支持力の総和を装具自重補償力として推定する装具自重補償力推定手段と、
前記持上げ力の目標値と前記推定された装具自重補償力との総和を前記歩行補助装具の目標総持上げ力として決定する目標総持上げ力決定手段と、
前記歩行補助装具の各脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が前記目標総持上げ力になるように前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御するアクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とする歩行補助装具の制御装置。
【請求項２】
前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に備えた第１力センサの出力に基づき計測する踏力計測手段と、前記目標総持上げ力を、前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて分配することにより、該目標総持上げ力のうちの各脚リンクの負担分の目標値である目標負担分を決定する分配手段とを備え、
前記アクチュエータ制御手段は、右側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該右側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記右脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段と、前記左側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該左側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段とから構成されることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装具の制御装置。
【請求項３】
前記各脚リンクに床側から実際に作用する支持力を制御対象力として、該脚リンクに備えた第２力センサの出力に基づき計測する制御対象力計測手段を備え、前記右側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された右側脚リンクの制御対象力を該右側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記右脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段であり、前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された左側脚リンクの制御対象力を該左側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記左脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段であることを特徴とする請求項２記載の歩行補助装具の制御装置。
【請求項４】
前記各脚リンクは、前記持上げ力伝達部に第１関節を介して連結された大腿フレームと、該大腿フレームに第２関節を介して連結された下腿フレームと、下腿フレームに前記足平装着部を連結する第３関節とから構成され、
前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段を備え、
前記装具自重補償力推定手段は、前記計測された利用者の左右の各脚の踏力の総和に対する左側の脚の踏力の割合を、前記計測された左側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値と、前記踏力の総和に対する右側の脚の踏力の割合を、前記計測された右側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値との和である第２関節変位量代表値に基づき、前記歩行補助装具の重心の上下方向位置を逐次推定し、その上下方向位置の推定値の時系列と前記歩行補助装具の重量と重力加速度とから前記装具自重補償力を推定することを特徴とする請求項２または３記載の歩行補助装具の制御装置。
【請求項５】
前記各脚リンクは、前記持上げ力伝達部に第１関節を介して連結された大腿フレームと、該大腿フレームに第２関節を介して連結された下腿フレームと、下腿フレームに前記足平装着部を連結する第３関節とから構成され、
前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段と、前記持上げ力伝達部の加速度を検出する加速度センサとを備え、
前記装具自重補償力推定手段は、前記加速センサの出力と前記歩行補助装具のうちの前記持上げ力伝達部および該持ち上げ力伝達部に固定された部分からなる装具基部のあらかじめ設定された重量とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具基部の重量に起因する第１成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの該右側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具右脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された右側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具右脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具右脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具右脚部の重量に起因する第２成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの左側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具左脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された左側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具左脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具左脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具左脚部の重量に起因する第３成分を推定する手段とを備え、前記推定された第１〜第３成分の総和を前記装具自重補償力として推定することを特徴とする請求項２または３記載の歩行補助装具の制御装置。
【請求項１】
利用者の体幹部に上向きの持上げ力を作用させ得るように該体幹部に接触される持上げ力伝達部と、利用者の各脚の足平にそれぞれ装着され、該利用者の各脚が立脚となるときに接地する左右一対の足平装着部と、複数の関節をそれぞれ有し、前記体幹接触部と各足平装着部とをそれぞれ連結する左右一対の脚リンクと、各脚リンクの少なくとも１つの関節を駆動する右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータとを備えた歩行補助装具の制御装置であって、
前記持上げ力の目標値を設定する目標持上げ力設定手段と、
前記歩行補助装具の運動により該歩行補助装具で実際に発生する上下方向の慣性力と該歩行補助装具に作用する重力とに抗して床側から各脚リンクに作用する支持力の総和を装具自重補償力として推定する装具自重補償力推定手段と、
前記持上げ力の目標値と前記推定された装具自重補償力との総和を前記歩行補助装具の目標総持上げ力として決定する目標総持上げ力決定手段と、
前記歩行補助装具の各脚リンクに床側から実際に作用する支持力の総和が前記目標総持上げ力になるように前記右側脚リンク用アクチュエータおよび左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御するアクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とする歩行補助装具の制御装置。
【請求項２】
前記利用者の各脚の踏力を、前記各足平装着部に備えた第１力センサの出力に基づき計測する踏力計測手段と、前記目標総持上げ力を、前記計測された利用者の左脚の踏力と右脚の踏力との比率に応じて分配することにより、該目標総持上げ力のうちの各脚リンクの負担分の目標値である目標負担分を決定する分配手段とを備え、
前記アクチュエータ制御手段は、右側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該右側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記右脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段と、前記左側脚リンクに床側から実際に作用する支持力が該左側脚リンクに対応する前記目標負担分になるように前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段とから構成されることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装具の制御装置。
【請求項３】
前記各脚リンクに床側から実際に作用する支持力を制御対象力として、該脚リンクに備えた第２力センサの出力に基づき計測する制御対象力計測手段を備え、前記右側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された右側脚リンクの制御対象力を該右側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記右脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段であり、前記左側脚リンク用アクチュエータの駆動力を制御する手段は、前記計測された左側脚リンクの制御対象力を該左側脚リンクに対応する前記目標負担分に近づけるように前記左脚リンク用アクチュエータをフィードバック制御する手段であることを特徴とする請求項２記載の歩行補助装具の制御装置。
【請求項４】
前記各脚リンクは、前記持上げ力伝達部に第１関節を介して連結された大腿フレームと、該大腿フレームに第２関節を介して連結された下腿フレームと、下腿フレームに前記足平装着部を連結する第３関節とから構成され、
前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段を備え、
前記装具自重補償力推定手段は、前記計測された利用者の左右の各脚の踏力の総和に対する左側の脚の踏力の割合を、前記計測された左側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値と、前記踏力の総和に対する右側の脚の踏力の割合を、前記計測された右側の脚リンクの第２関節の変位量に乗じてなる値との和である第２関節変位量代表値に基づき、前記歩行補助装具の重心の上下方向位置を逐次推定し、その上下方向位置の推定値の時系列と前記歩行補助装具の重量と重力加速度とから前記装具自重補償力を推定することを特徴とする請求項２または３記載の歩行補助装具の制御装置。
【請求項５】
前記各脚リンクは、前記持上げ力伝達部に第１関節を介して連結された大腿フレームと、該大腿フレームに第２関節を介して連結された下腿フレームと、下腿フレームに前記足平装着部を連結する第３関節とから構成され、
前記各脚リンクの第２関節の変位量を計測する関節変位量計測手段と、前記持上げ力伝達部の加速度を検出する加速度センサとを備え、
前記装具自重補償力推定手段は、前記加速センサの出力と前記歩行補助装具のうちの前記持上げ力伝達部および該持ち上げ力伝達部に固定された部分からなる装具基部のあらかじめ設定された重量とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具基部の重量に起因する第１成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの該右側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具右脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された右側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具右脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具右脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具右脚部の重量に起因する第２成分を推定する手段と、前記歩行補助装具のうちの左側脚リンクと一体に前記装具基部に対して相対的に可動な部分である装具左脚部の重心の前記装具基部に対する相対的な上下方向位置を前記計測された左側脚リンクの第２関節の変位量に基づき推定する手段と、その推定された装具左脚部の重心の相対的な上下方向位置の時系列と該装具左脚部のあらかじめ設定された重量と前記加速度センサの出力とに基づき、前記装具自重補償力のうちの装具左脚部の重量に起因する第３成分を推定する手段とを備え、前記推定された第１〜第３成分の総和を前記装具自重補償力として推定することを特徴とする請求項２または３記載の歩行補助装具の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−３３０２９９（Ｐ２００７−３３０２９９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６２０５０（Ｐ２００６−１６２０５０）
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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