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JP6500429B2 - Rigidity control method - Google Patents
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Description

本発明は、周期的な揺動運動をする揺動関節装置の剛性を可変とする、剛性制御方法に関する。 The present invention relates to a stiffness control method that makes the stiffness of a rocking joint device performing periodic rocking motion variable.

周期的な揺動運動をする関節を制御する装置の例として、例えば特許文献1には、ユーザの下肢(股関節から足先まで)に補助力を与える歩行補助装置が開示されている。当該歩行補助装置は、ユーザの腰部を巻回するように装着される腰部装具と、股関節の側方からひざ関節の側方へと延びる連結バーと、ひざ関節の側方からふくらはぎへと延びる下腿部装具と、連結バーにおける股関節の側方の位置に取り付けられた股関節アクチュエータと、連結バーにおけるひざ関節の側方の位置に取り付けられたひざ関節アクチュエータと、を有している。そして股関節アクチュエータは、腰部装具の連結部に取り付けられ、股関節の側方にて、腰部装具に対して股関節回りに連結バーを前後に揺動する。また、ひざ関節アクチュエータは、ひざ関節の側方にて、連結バーに対してひざ関節回りに下腿部装具を前後に揺動する。また股関節アクチュエータとひざ関節アクチュエータは電動モータであり、当該電動モータへの電力は、腰部装具に取り付けられたバッテリから供給されている。   As an example of a device that controls a joint that performs periodic rocking motion, for example, Patent Document 1 discloses a walking assistance device that provides an assisting force to a user's lower leg (from the hip joint to the toes). The walking assistance device includes a lumbar orthosis mounted so as to wind the user's lumbar, a connecting bar extending from the side of the hip joint to the side of the knee joint, and a lower part extending from the side of the knee joint to the calf. It has a thigh brace, a hip joint actuator attached to a lateral position of a hip joint in a connecting bar, and a knee joint actuator attached to a lateral position of a knee joint in the connecting bar. The hip joint actuator is then attached to the joint of the lower back orthosis, and swings the connecting bar back and forth around the hip joint relative to the lower back hip joint on the side of the hip joint. In addition, the knee joint actuator swings the lower leg orthosis back and forth around the knee joint with respect to the connection bar on the side of the knee joint. In addition, the hip joint actuator and the knee joint actuator are electric motors, and the electric power to the electric motors is supplied from a battery attached to the lumbar brace.

また特許文献2には、ユーザの下腿(ひざから足首まで)の揺動運動を支援する歩行リハビリ装置が開示されている。当該歩行リハビリ装置は、ユーザの腰周りに配置されるコントローラと、股関節の側方からひざ関節の側方へと延びる大腿リンクと、ひざ関節の両側方のそれぞれから足首関節へと延びる下腿リンクと、ひざ関節の側方に配置されたモータと、足首関節から足裏へと延びる足リンクと、を有している。そしてモータは、大腿リンクと下腿リンクとの連結部であってひざ関節の側方に取り付けられ、ひざ関節の側方にて、大腿リンクに対してひざ関節回りに下腿リンクを前後に揺動する。またモータへの電力は、コントローラに内蔵されたバッテリから供給されている。   In addition, Patent Literature 2 discloses a walking rehabilitation apparatus that supports rocking movement of a user's lower thigh (from knee to ankle). The walking rehabilitation apparatus includes a controller disposed around the user's waist, a thigh link extending from the side of the hip joint to the side of the knee joint, and a lower leg link extending from each of the two sides of the knee joint to the ankle joint. A motor disposed laterally of the knee joint, and a foot link extending from the ankle joint to the sole. The motor is a connecting portion between the femoral link and the lower leg link and is attached to the side of the knee joint, and swings the lower leg link back and forth around the knee joint with respect to the femoral link at the side of the knee joint . Power to the motor is supplied from a battery built in the controller.

また特許文献3には、一方の脚が健脚で他方の脚が患脚であるユーザの患脚に装着されて、患脚の揺動運動を支援する片脚式歩行支援機が開示されている。当該片脚式歩行支援機は、ユーザの腰の側方に配置される腰装着部と、股関節の側方からひざ関節の側方へと延びる大腿リンク部と、ひざ関節の側方から下方へと延びる下腿リンク部と、股関節の側方に配置されたトルク発生装置と、ひざ関節の側方に配置されたダンパーと、を有している。そしてトルク発生装置は、カムと圧縮バネによって構成され、健脚の振り出しによって患脚が後方に揺動した際にトルクを発生させ、発生したトルクを用いて患脚の振り出しを支援しており、電動モータ等のアクチュエータを必要としていない。また、圧縮バネの初期圧縮量を調整可能に構成されており、発生トルクの大きさを可変としている。   In addition, Patent Document 3 discloses a single-legged walking support device that is attached to the affected leg of a user whose one leg is a healthy leg and the other leg is an affected leg to support the rocking motion of the affected leg. . The single-legged walking support device includes a lumbar mounting portion disposed to the side of the user's hips, a thigh link extending from the side of the hip joint to the side of the knee joint, and a side from the knee joint to the lower side. And a lower leg link portion, a torque generator disposed laterally of the hip joint, and a damper laterally disposed of the knee joint. The torque generating device is composed of a cam and a compression spring, generates torque when the affected leg swings backward by swinging out the healthy leg, and supports swinging out of the affected leg using the generated torque. There is no need for an actuator such as a motor. In addition, the initial compression amount of the compression spring can be adjusted, and the magnitude of the generated torque can be made variable.

特開2004−344304号公報JP 2004-344304 A 特開2012−125388号公報JP 2012-125388 A 特開2013−236741号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-236741

特許文献1に記載された歩行補助装置、及び特許文献2に記載された歩行リハビリ装置は、どちらも電動モータを用いて下肢または下肢の一部、の歩行動作を支援しているが、バッテリからの電力の供給が続かなければ支援することができない。また、歩行の支援が必要なユーザに、大きくて重いバッテリを持たせるわけにはいかないので、比較的小さく軽量のバッテリが用いられると推定される。また、特許文献1及び特許文献2には、電動モータの消費電力を軽減させるような特別な構成は示されていない。従って、特許文献1及び特許文献2に記載の支援装置は、連続動作時間が比較的短いと推定される。   The walking assistance device described in Patent Document 1 and the walking rehabilitation device described in Patent Document 2 both support the walking motion of the leg or a part of the leg using an electric motor, but from the battery It can not be supported if the supply of electricity from Japan continues. In addition, it is estimated that a relatively small and light battery will be used because it is impossible to provide a large and heavy battery for a user who needs to support walking. Further, Patent Document 1 and Patent Document 2 do not show a special configuration for reducing the power consumption of the electric motor. Therefore, in the assistance devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is estimated that the continuous operation time is relatively short.

また、特許文献3に記載の片脚式歩行支援機は、電動モータを用いることなく、カムと圧縮バネにて脚を振り出すためのトルクを発生させており、連続動作時間は特許文献1及び特許文献2よりも長い。しかし、ユーザ毎の体格の違い(下肢の慣性モーメントの違い)や、ユーザ毎の下肢の揺動角度の違いや、ユーザの体調や、歩行場所の傾斜の違い等に対して、トルク発生装置の圧縮バネの上部に設けられた決定部の位置をマイナスドライバ等の工具で調整し、圧縮バネの初期圧縮量をユーザが手動で調整しなければならないので手間がかかる。   Further, the single-legged walking support device described in Patent Document 3 generates a torque for swinging out the leg by a cam and a compression spring without using an electric motor, and the continuous operation time is as described in Patent Document 1 and It is longer than Patent Document 2. However, the torque generator can be used to cope with differences in physique among users (difference in moment of inertia of lower limbs), differences in swing angles of lower limbs among users, differences in physical conditions of users, and differences in inclination of walking places, etc. The position of the determination part provided on the upper part of the compression spring is adjusted with a tool such as a minus driver, and the initial compression amount of the compression spring needs to be manually adjusted by the user, which takes time and effort.

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、揺動運動する揺動関節装置の剛性を自動的に調整することで揺動運動によって発生するトルクを自動的に調整し、消費電力あるいはユーザの負荷をより低減することができる、剛性制御方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a point, and automatically adjusts the torque generated by the rocking motion by automatically adjusting the rigidity of the rocking joint device that performs the rocking motion, It is an object of the present invention to provide a stiffness control method capable of further reducing power consumption or user load.

上記課題を解決するため、本発明に係る剛性制御方法は、次の手段をとる。まず、本発明の第1の発明は、駆動軸部材と、前記駆動軸部材回りに揺動自在に支持された揺動アームと、前記駆動軸部材に対して平行に配置された従動軸部材と、動力伝達手段を介して前記揺動アームに接続されて前記揺動アームの揺動に連動して前記従動軸部材回りに連動揺動するとともに前記揺動アームの揺動角度よりも小さな連動揺動角度で連動揺動する連動揺動部材と、前記連動揺動部材に接続されて前記連動揺動角度に応じた付勢力であって前記連動揺動部材を連動揺動方向とは反対方向となる前記付勢力を発生させる伸縮バネと、前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上のバネ定数を可変とする見かけ上バネ定数可変手段と、前記見かけ上バネ定数可変手段を制御する制御手段と、を有する揺動関節装置の剛性制御方法であって、見かけ上バネ定数調整ステップを有し、当該見かけ上バネ定数調整ステップでは、前記制御手段は、前記見かけ上バネ定数可変手段を用い、前記連動揺動角度に応じて、前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上バネ定数を調整する、剛性制御方法である。 In order to solve the above-mentioned subject, the rigidity control method concerning the present invention takes the following means. First, according to a first aspect of the present invention, there is provided a drive shaft member, a swing arm swingably supported around the drive shaft member, and a driven shaft member disposed parallel to the drive shaft member. Connected to the swing arm via power transmission means, and linked swing around the driven shaft member in conjunction with swing of the swing arm, and coupled swing motion smaller than the swing angle of the swing arm An interlocking pivoting member that interlocks and pivots at a dynamic angle, and an urging force connected to the interlocking pivoting member according to the interlocking pivoting angle, the interlocking pivoting member being in a direction opposite to the interlocking pivoting direction An elastic spring generating the biasing force, an apparent spring constant variable means for changing an apparent spring constant of the elastic spring viewed from the interlocking swing member, and an apparent spring constant variable means stiffness control of the swing joint device having a control means, the A law has apparently spring constant adjusting step, in the apparently spring constant adjusting step, the control means, using the apparent spring constant varying means, depending on the communication rocking angle, the communication The stiffness control method is to adjust the apparent spring constant of the expansion spring as viewed from the dynamic rocking member.

次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る剛性制御方法であって、前記見かけ上バネ定数可変手段は、前記連動揺動部材の外周部の近傍の位置に配置されて前記従動軸部材に対して平行に配置された剛性調整軸部材と、前記剛性調整軸部材を旋回させる剛性調整軸旋回手段と、前記剛性調整軸部材に接続されて前記剛性調整軸部材とともに旋回する旋回部材と、前記伸縮バネと、にて構成されている。そして、前記伸縮バネの一方端に相当する個所は、前記旋回部材における前記剛性調整軸部材から離れた位置であるバネ固定端に接続され、前記伸縮バネの他方端に相当する個所は、前記連動揺動部材における外周部の近傍の位置であって前記連動揺動角度がゼロの場合において前記剛性調整軸部材と同軸となる位置であるバネ揺動端に接続され、前記連動揺動角度がゼロの場合において、前記バネ固定端と前記バネ揺動端に接続された前記伸縮バネは自由長である。そして、前記制御手段は、前記見かけ上バネ定数調整ステップにおいて、前記剛性調整軸旋回手段を制御することで、前記従動軸部材を中心として前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離を半径とする円である仮想連動揺動円における円周上の接線であって前記剛性調整軸部材の位置における接線である仮想接線と、前記連動揺動角度がゼロの場合における前記バネ揺動端と前記バネ固定端とを結ぶ仮想直線と、のなす角度である剛性調整角度を、前記連動揺動角度に応じて調整して、前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上バネ定数を調整する、剛性制御方法である。 Next, according to a second aspect of the present invention, in the rigidity control method according to the first aspect, the apparent spring constant changing means is disposed at a position near the outer peripheral portion of the interlocking rocking member. Adjusting shaft member arranged parallel to the driven shaft member, rigidity adjusting shaft turning means for turning the rigidity adjusting shaft member, and the rigidity adjusting shaft member connected with the rigidity adjusting shaft member to turn together with the rigidity adjusting shaft member And a telescopic member, and the telescopic spring. And, a portion corresponding to one end of the expansion spring is connected to a spring fixed end which is a position away from the rigidity adjusting shaft member in the turning member, and a portion corresponding to the other end of the expansion spring is the link It is connected to a spring rocking end which is a position near the outer peripheral part of the dynamic rocking member and is coaxial with the rigidity adjusting shaft member when the interlocking rocking angle is zero, and the interlocking rocking angle is zero. In this case, the elastic spring connected to the spring fixed end and the spring swing end has a free length. Then, the control means controls the rigidity adjustment shaft turning means in the apparent spring constant adjustment step, thereby radiusing the distance from the driven shaft member to the rigidity adjustment shaft member centering on the driven shaft member. An imaginary tangent which is a tangent on the circumference of a virtual interlocking swing circle which is a circle and a tangent at the position of the rigidity adjustment shaft member, and the spring swing end when the interlocked swing angle is zero According to the interlocking rocking angle, the stiffness adjustment angle which is an angle formed by the virtual straight line connecting with the spring fixed end is adjusted according to the interlocking rocking angle, and the apparent spring constant of the elastic spring viewed from the interlocking rocking member is It is a stiffness control method to adjust.

次に、本発明の第3の発明は、上記第2の発明に係る剛性制御方法であって、前記制御手段は、前記見かけ上バネ定数調整ステップにおいて前記剛性調整角度を調整する際、前記駆動軸部材回りの前記揺動アームの揺動周波数と、前記揺動アームを含む揺動対象物における前記駆動軸部材回りの慣性モーメントと、前記伸縮バネのバネ定数と、前記伸縮バネの自由長と、前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離と、前記連動揺動角度と、に基づいて、前記伸縮バネの共振点が、前記揺動対象物の揺動の周波数と一致するように前記剛性調整角度を調整する、剛性制御方法である。

Next, a third invention of the present invention is the stiffness control method according to the second invention, wherein the control means drives the drive when adjusting the stiffness adjustment angle in the apparent spring constant adjustment step. A swing frequency of the swing arm around the shaft member, an inertia moment around the drive shaft member in a swing target including the swing arm, a spring constant of the expansion spring, and a free length of the expansion spring And the resonance point of the expansion spring coincides with the frequency of the swing of the swing object based on the distance from the driven shaft member to the rigidity adjustment shaft member and the interlocking swing angle. The stiffness control method is to adjust the stiffness adjustment angle.

第1の発明によれば、制御手段を用いて、連動揺動角度に応じて見かけ上バネ定数可変手段を制御することで、揺動アームを含む揺動対象物による揺動運動に対して、揺動運動を支援するために必要なトルクの大きさを自動的に調整するので、手間なくトルクを調整することができる。また、伸縮バネを用いて、揺動運動を支援するために必要なトルクを発生させているので、消費電力あるいはユーザの負荷をより低減することができる。   According to the first aspect of the invention, the control means is used to control the apparent variable spring constant means according to the interlocking rocking angle, thereby to cope with the rocking motion by the rocking object including the rocking arm, Since the magnitude of the torque required to support the rocking motion is automatically adjusted, the torque can be adjusted without any trouble. Moreover, since the torque required to support the swinging motion is generated using the expansion spring, it is possible to further reduce the power consumption or the load on the user.

第2の発明によれば、伸縮バネを含む見かけ上バネ定数可変手段を、具体的に実現することができる。また、制御手段から剛性調整軸旋回手段を制御して旋回部材を旋回させるだけで見かけ上バネ定数を調整できるので、容易に見かけ上バネ定数を調整することができる。   According to the second aspect of the invention, the apparently variable spring constant means including the expansion spring can be specifically realized. Further, since the apparent spring constant can be adjusted simply by controlling the rigidity adjustment axis turning means from the control means and turning the turning member, the apparent spring constant can be easily adjusted.

第3の発明によれば、剛性調整角度(旋回部材の旋回角度)を、揺動アームを含む揺動対象物に応じた適切な角度へと、制御手段を用いて自動的に調整することができる。従って、揺動運動する関節の剛性を自動的に調整することで発生トルクを自動的に調整することができる。また、仮に揺動アームを電動モータで揺動運動させたとしても、適切なトルクで揺動運動を支援することができるので、揺動用の電動モータの消費電力をより低減することができる。また、仮に揺動アームを電動モータで揺動させずにユーザ自身に揺動させる場合であっても、適切なトルクで揺動運動を支援することができるので、ユーザの負荷をより低減することができる。   According to the third aspect of the present invention, the stiffness adjustment angle (pivotal angle of the pivoting member) is automatically adjusted using the control means to an appropriate angle according to the pivoting object including the pivoting arm. it can. Therefore, the generated torque can be automatically adjusted by automatically adjusting the stiffness of the swinging joint. Further, even if the swinging arm is swingingly moved by the electric motor, the swinging movement can be supported with an appropriate torque, so that the power consumption of the swinging electric motor can be further reduced. Further, even if the user swings the swing arm by the electric motor without swinging the swing arm, the swing motion can be supported with an appropriate torque, so that the load on the user can be further reduced. Can.

第1の実施の形態の揺動関節装置を構成する各構成要素の概略形状、及び組み付け位置を説明する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view explaining the general shape of each component which comprises the rocking-joint apparatus of 1st Embodiment, and an assembly | attachment position. 図1に示した各構成要素を組み付けて構成した揺動関節装置の斜視図である。It is a perspective view of the rocking-joint apparatus which assemble | attached and comprised each component shown in FIG. 図2に示した揺動関節装置をユーザ(ユーザの腕の記載は省略)に装着した状態を説明する図である。It is a figure explaining the state where the rocking-joint apparatus shown in FIG. 2 was mounted | worn with a user (illustration of a user's arm is abbreviate | omitted). 大腿揺動アームの揺動状態、及び下腿アームの揺動の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a rocking state of a thigh rocking arm, and rocking of a lower leg arm. 図4におけるV−V断面図であり、バネユニットの構成を説明する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG. 4 and is a cross-sectional view illustrating the configuration of the spring unit. バネユニットに圧縮方向の力が働いた場合におけるバネユニットの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation of a spring unit in case a force of a compression direction acts on a spring unit. バネユニットに伸長方向の力が働いた場合におけるバネユニットの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a spring unit in case the force of the expansion | extension direction acts on a spring unit. 大腿揺動アームの揺動角度がゼロの場合におけるバネユニットの周囲を示す斜視図である。It is a perspective view showing the circumference of a spring unit in case the rocking angle of a thigh rocking arm is zero. 図8の状態から大腿揺動アームが前方に揺動した場合におけるバネユニットの周囲を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the circumference | surroundings of a spring unit in, when a thigh rocking | fluctuation arm rock | fluctuates ahead from the state of FIG. 従動軸部材(7)と剛性調整軸部材(21D)とバネ固定端(23C)とが直線状に並んだ場合において、連動揺動部材(16)の揺動に応じて、模式的に記載した伸縮バネが伸縮する様子を説明する図である。In the case where the driven shaft member (7), the stiffness adjustment shaft member (21D), and the spring fixing end (23C) are linearly arranged, they are schematically described according to the swing of the interlocking swing member (16) It is a figure explaining a mode that an expansion-contraction spring expands-contracts. 図10に対して、バネユニット(23)の旋回角度を変更した場合において、連動揺動部材(16)の揺動に応じて、模式的に記載した伸縮バネが伸縮する様子を説明する図である。In the case where the turning angle of the spring unit (23) is changed with respect to FIG. 10, the expansion / contraction spring described schematically according to the swinging of the interlocking swinging member (16) is there. 制御手段の入出力を説明する図である。It is a figure explaining the input-output of a control means. 制御手段の処理手順の例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the example of the processing procedure of a control means. 見かけ上バネ定数を調整するための剛性調整角度を算出する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which calculates the rigid adjustment angle for adjusting an apparent spring constant. 連動揺動部材にバネユニットを2つ設けた例を説明する図である。It is a figure explaining the example which provided two spring units in the interlocking movement rocking member.

以下に本発明を実施するための形態である第1の実施の形態を、図面を用いて順に説明する。なお、各図においてX軸、Y軸、Z軸が記載されている場合、X軸とY軸とZ軸は互いに直交しており、Z軸方向は鉛直上向き方向を示し、X軸方向はユーザ(揺動関節装置を装着したユーザ)に対する前方向を示し、Y軸方向はユーザに対する右方向を示している。なお本明細書では、図1に示す「大腿揺動アーム13」が「揺動アーム」に相当している。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in order with reference to the drawings. When X, Y, and Z axes are described in each drawing, the X, Y, and Z axes are orthogonal to each other, the Z axis direction indicates the vertically upward direction, and the X axis direction is the user. The forward direction with respect to (the user wearing the rocking joint device) is shown, and the Y-axis direction shows the right direction with respect to the user. In the present specification, the “thigh rocking arm 13” shown in FIG. 1 corresponds to the “swing arm”.

●●[第1の実施の形態の揺動関節装置1の全体構成(図1〜図4)]
第1の実施の形態の揺動関節装置1は、ユーザの片脚(第1の実施の形態では左脚)に取り付けられて、ユーザの歩行または走行等の動作を支援する。図1に示すように、揺動関節装置1は、符号2、3、4、5、6、7にて示したユーザ装着部と、符号11、12、13、19にて示した大腿揺動部と、符号16、21、22、23にて示した剛性調整部と、符号31、32、32P、32B、33、34、35、36、39にて示した下腿揺動部と、にて構成されている。なお、図1は揺動関節装置1の各構成要素の形状と組み付け位置等を示す分解斜視図であり、各構成要素を組み付けた状態の揺動関節装置1を図2に示す。また図3は揺動関節装置1をユーザに装着した状態を説明しており、図4は大腿揺動アーム13及び下腿揺動アーム33の揺動の例を示している。
[● Overall Configuration of Swing Joint Device 1 According to First Embodiment (FIGS. 1 to 4)]
The swing joint device 1 according to the first embodiment is attached to one leg of the user (left leg in the first embodiment) to support the user's motion such as walking or running. As shown in FIG. 1, the rocking joint device 1 includes a user mounting portion indicated by reference numerals 2, 3, 4, 5, 6, 7 and a thigh rocking indicated by reference numerals 11, 12, 13, 19 Parts, a stiffness adjustment part indicated by reference numerals 16, 21, 22 and 23, and a lower thigh rocking part indicated by reference numerals 31, 32, 32P, 32B, 33, 34, 35, 36, 39 It is configured. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the shapes, assembling positions and the like of each component of the rocking joint device 1, and FIG. 2 shows the rocking joint device 1 in a state in which each component is assembled. Further, FIG. 3 illustrates a state in which the rocking joint device 1 is attached to the user, and FIG. 4 illustrates an example of rocking of the thigh rocking arm 13 and the lower leg rocking arm 33.

●[ベース部2、腰装着部3、肩ベルト4、制御ユニット5、ベース部2等にて構成されたユーザ装着部(図1〜図4)]
ベース部2は、腰装着部3に固定され、前記大腿揺動部、前記剛性調整部、前記下腿揺動部を保持するためのベース(基板)となる部材である。またベース部2には、揺動関節装置1を装着したユーザの股関節の側方に相当する位置に、Y軸にほぼ平行に延びる駆動軸部材6が取り付けられ、駆動軸部材6に対して上方となる位置に、駆動軸部材6と平行に配置された従動軸部材7が取り付けられている。なお、駆動軸部材6は、後述する下腿揺動アーム33の貫通孔33Hに挿通された後、大腿揺動アーム13の貫通孔13Hに挿通される。また、従動軸部材7は、連動揺動部材16の貫通孔16Hに挿通される。なお駆動軸6Jは、駆動軸部材6の中心軸を示しており、従動軸7Jは、従動軸部材7の中心軸を示している。
● [User attachment unit composed of base 2, waist attachment 3, shoulder belt 4, control unit 5, base 2 etc. (Figs. 1 to 4)]
The base portion 2 is a member fixed to the waist mounting portion 3 and serving as a base (substrate) for holding the thigh swinging portion, the rigidity adjusting portion, and the lower thigh swinging portion. A drive shaft member 6 extending substantially parallel to the Y axis is attached to the base portion 2 at a position corresponding to the side of the hip joint of the user wearing the swing joint device 1. The driven shaft member 7 disposed parallel to the drive shaft member 6 is attached at the position where The drive shaft member 6 is inserted into a through hole 33H of a lower thigh rocking arm 33 described later, and then inserted into the through hole 13H of the thigh rocking arm 13. In addition, the driven shaft member 7 is inserted into the through hole 16H of the interlocking rocking member 16. The drive shaft 6J indicates the central axis of the drive shaft member 6, and the driven shaft 7J indicates the central axis of the driven shaft member 7.

腰装着部3は、ユーザの腰に巻回されてユーザの腰に固定される部材であり、ユーザの腰周りの寸法に応じて調整可能に構成されている。また腰装着部3には、ベース部2が固定され、肩ベルト4の一方端と他方端が接続されている。   The waist mounting unit 3 is a member wound around the user's waist and fixed to the user's waist, and is configured to be adjustable according to the size of the user's waist. Further, the base portion 2 is fixed to the waist mounting portion 3 and one end and the other end of the shoulder belt 4 are connected.

肩ベルト4は、一方端が腰装着部3の前面側に接続され、他方端が腰装着部3の背面側に接続され、長さを調節可能に構成されており、制御ユニット5が取り付けられている。ユーザは、肩ベルト4の長さを調節して自身の肩に肩ベルト4を装着することで、背中に制御ユニット5をランドセルのように背負うことができる。   The shoulder belt 4 is connected at one end to the front side of the lumbar mounting portion 3 and at the other end to the rear side of the lumbar mounting portion 3 so that the length can be adjusted. ing. The user can carry the control unit 5 like a parcel on the back by adjusting the length of the shoulder belt 4 and wearing the shoulder belt 4 on his / her shoulder.

制御ユニット5は、電動モータ11、21、31を制御する制御手段と、当該制御手段及び電動モータ11、21、31への電力を供給するバッテリ等を収容している。   The control unit 5 accommodates control means for controlling the electric motors 11, 21, 31 and a battery for supplying electric power to the control means and the electric motors 11, 21, 31 or the like.

●[電動モータ11、ブラケット12、大腿揺動アーム13、大腿装着部19等にて構成された大腿揺動部(図1〜図4)]
大腿揺動アーム13(揺動アームに相当)は、外周面にギア歯が形成された円板部13Gと、円板部13Gから下方に延びるアーム部にて構成されている。そして円板部13Gの中心には貫通孔13Hが形成されており、貫通孔13Hには駆動軸部材6が挿通される。従って、大腿揺動アーム13は、駆動軸部材6回りに揺動自在に支持される。また大腿揺動アーム13の貫通孔13Hは、ユーザの股関節の側方に相当する位置に配置され、大腿揺動アーム13の下端に設けられたリンク孔13Lは、ユーザのひざ関節の側方に相当する位置に配置される。なお、大腿揺動アーム13の下方に延びる長さは調整可能に構成されており、ユーザは、自身のひざ関節の位置に応じて、リンク孔13Lの上下方向の位置を調整可能である。また大腿揺動アーム13には、大腿装着部19が取り付けられ、大腿装着部19は、ユーザの大腿部(ふとももの周囲)にあてがわれ、ユーザの大腿部へ大腿揺動アーム13を装着することを容易にする。
● [Thigh swinging portion (Figs. 1 to 4) configured by the electric motor 11, bracket 12, thigh swinging arm 13, thigh mounting portion 19 and the like]
The thigh swinging arm 13 (corresponding to the swinging arm) is configured by a disc portion 13G having gear teeth formed on the outer peripheral surface, and an arm portion extending downward from the disc portion 13G. A through hole 13H is formed at the center of the disc portion 13G, and the drive shaft member 6 is inserted through the through hole 13H. Therefore, the thigh swinging arm 13 is swingably supported around the drive shaft member 6. The through hole 13H of the thigh swing arm 13 is disposed at a position corresponding to the side of the hip joint of the user, and the link hole 13L provided at the lower end of the thigh swing arm 13 is on the side of the knee joint of the user It is arranged at the corresponding position. The length of the lower part of the thigh swing arm 13 is adjustable, and the user can adjust the vertical position of the link hole 13L according to the position of his / her knee joint. The thigh attachment portion 19 is attached to the thigh swing arm 13, and the thigh attachment portion 19 is applied to the user's thigh (around the thigh), and the thigh swing arm 13 is attached to the user's thigh Makes it easy to wear.

ブラケット12は、電動モータ11の回転軸が駆動軸部材6と同軸となるように電動モータ11を固定するための部材であり、貫通孔12Hが駆動軸部材6と同軸となるようにベース部2に固定される。なお、駆動軸部材6に、下腿揺動アーム33の貫通孔33Hが嵌め込まれて、さらに大腿揺動アーム13の貫通孔13Hが嵌め込まれた後、ブラケット12がベース部2に固定される。   The bracket 12 is a member for fixing the electric motor 11 so that the rotation shaft of the electric motor 11 is coaxial with the drive shaft member 6, and the base portion 2 so that the through hole 12H is coaxial with the drive shaft member 6. It is fixed to The through hole 33H of the lower leg rocking arm 33 is fitted into the drive shaft member 6, and the through hole 13H of the thigh rocking arm 13 is further inserted, and then the bracket 12 is fixed to the base portion 2.

電動モータ11は、先端に減速機11Dが取り付けられ、減速機11Dはブラケット12の貫通孔12Hに挿通されて大腿揺動アーム13の円板部13Gの中心に取り付けられている。また電動モータ11は、ブラケット12に固定されている。また電動モータ11には、制御ユニット5に収容されているバッテリ及び制御手段から駆動信号とともに電力が供給されている。そして電動モータ11は、ブラケット12(すなわちベース部2)に対して、駆動軸部材6回りに大腿揺動アーム13を前後方向に揺動させることができる(図4参照)。また電動モータ11には、エンコーダ等の回転角度検出手段11Sが設けられている。回転角度検出手段11Sは電動モータ11のシャフトの回転角度に応じた信号を制御手段に出力する。そして制御手段は、回転角度検出手段11Sからの検出信号と減速機11Dの減速比に基づいて、減速機11Dの回転角度を検出可能であり、大腿揺動アーム13の揺動角度を検出することが可能である。なお、ブラケット12に、ブラケット12に対する大腿揺動アーム13の揺動角度を検出する角度検出手段(角度センサ)を設けるようにしてもよいし、ブラケット12に、ブラケット12に対する下腿揺動アーム33の揺動角度を検出する角度検出手段(角度センサ)を設けるようにしてもよい。   A reduction gear 11D is attached to the tip of the electric motor 11, and the reduction gear 11D is inserted into the through hole 12H of the bracket 12 and attached to the center of the disc portion 13G of the thigh swing arm 13. The electric motor 11 is fixed to the bracket 12. Further, electric power is supplied to the electric motor 11 from the battery accommodated in the control unit 5 and the control means together with the drive signal. The electric motor 11 can rock the thigh rocking arm 13 in the front-rear direction around the drive shaft member 6 with respect to the bracket 12 (that is, the base portion 2) (see FIG. 4). Further, the electric motor 11 is provided with rotation angle detection means 11S such as an encoder. The rotation angle detection means 11S outputs a signal according to the rotation angle of the shaft of the electric motor 11 to the control means. The control means can detect the rotation angle of the reduction gear 11D based on the detection signal from the rotation angle detection means 11S and the reduction ratio of the reduction gear 11D, and detect the swing angle of the thigh swing arm 13 Is possible. The bracket 12 may be provided with angle detection means (angle sensor) for detecting the swing angle of the thigh swing arm 13 with respect to the bracket 12, and the bracket 12 may be provided with the lower thigh swing arm 33 with respect to the bracket 12. You may make it provide the angle detection means (angle sensor) which detects a rocking angle.

●[電動モータ31、ブラケット32、動力伝達部(32P、32B)、下腿揺動アーム33、下腿中継アーム34、下腿アーム35、足先保持部36、下腿装着部39等にて構成された下腿揺動部(図1〜図4)]
下腿揺動アーム33は、駆動軸部材6が挿通される貫通孔33Hが形成されている。駆動軸部材6が貫通孔33Hに挿通されると、下腿揺動アーム33は、駆動軸部材6回りに揺動自在に支持される。そして下腿揺動アーム33にはベルト32Bがかけられ、電動モータ31と、プーリ32P及びベルト32Bにて構成された動力伝達部から動力が伝達されて駆動軸部材6回りに揺動する。
● [Lower leg composed of electric motor 31, bracket 32, power transmission unit (32P, 32B), lower leg swing arm 33, lower leg relay arm 34, lower leg arm 35, toe holding portion 36, lower leg mounting portion 39, etc. Swing part (Fig. 1 to 4)]
The lower thigh rocking arm 33 is formed with a through hole 33H through which the drive shaft member 6 is inserted. When the drive shaft member 6 is inserted into the through hole 33H, the lower leg swing arm 33 is swingably supported around the drive shaft member 6. A belt 32B is put on the lower leg rocking arm 33, and power is transmitted from a power transmission unit constituted by the electric motor 31, the pulley 32P and the belt 32B to rock around the drive shaft member 6.

下腿中継アーム34は、上方端が下腿揺動アーム33の先端に揺動自在に接続され、下方端が下腿アーム35の上方端の側の平行リンク形成部35Mの端部に揺動自在に接続されている。なお、下腿中継アーム34の下方に延びる長さは調整可能に構成されており、大腿揺動アーム13の調整された長さに応じて、下腿中継アーム34の長さは調節される。   The upper leg of the lower leg relay arm 34 is connected swingably to the tip of the lower leg swing arm 33, and the lower end is connected swingably to the end of the parallel link forming portion 35M on the upper end side of the lower leg arm 35 It is done. The length extending downward of the lower leg relay arm 34 is adjustable, and the length of the lower leg relay arm 34 is adjusted according to the adjusted length of the thigh swing arm 13.

下腿アーム35は、略逆L字状であり、L字の屈曲部に相当する位置に、大腿揺動アーム13の下端のリンク孔13Lと接続するためのリンク孔35Lが形成されている。従って下腿アーム35は、上方端の側の平行リンク形成部35Mの一方端が下腿中継アーム34の下方端に揺動自在に接続され、平行リンク形成部35Mの他方端が大腿揺動アーム13の下方端に揺動自在に接続されている。また下腿アーム35の下方端には、足先保持部36の上方端が揺動自在に接続されている。なお、下腿アーム35の下方に延びる長さはユーザの下腿に合うように調整可能に構成されている。また、足先保持部36は、略L字状であり、下端部がユーザの足の裏に配置される。また下腿アーム35には、下腿装着部39が取り付けられ、下腿装着部39は、ユーザの下腿(ふくらはぎの周囲)にあてがわれ、ユーザの下腿部へ下腿アーム35を装着することを容易にする。   The lower leg arm 35 has a substantially inverted L shape, and a link hole 35L for connecting to the link hole 13L at the lower end of the thigh swing arm 13 is formed at a position corresponding to the L-shaped bent portion. Accordingly, the lower leg arm 35 has one end of the parallel link forming portion 35M on the upper end side pivotally connected to the lower end of the lower leg relay arm 34, and the other end of the parallel link forming portion 35M is the thigh swing arm 13 It is pivotally connected to the lower end. The lower end of the lower leg arm 35 is swingably connected to the upper end of the toe holding portion 36. The length of the lower arm 35 extending downward is adjustable to fit the lower leg of the user. Further, the toe holding portion 36 is substantially L-shaped, and the lower end portion is disposed on the sole of the user's foot. Also, the lower leg attachment portion 39 is attached to the lower leg arm 35, and the lower leg attachment portion 39 is applied to the user's lower leg (around the calf) to facilitate attachment of the lower leg arm 35 to the user's lower leg portion. Do.

ブラケット32は、電動モータ31を固定するための部材であり、ベース部2に固定される。またブラケット32には、貫通孔32Hが形成されている。   The bracket 32 is a member for fixing the electric motor 31, and is fixed to the base 2. Further, through holes 32 H are formed in the bracket 32.

電動モータ31は、先端に減速機31Dが取り付けられ、減速機31Dはブラケット32の貫通孔32Hに挿通される。また減速機31Dにはプーリ32Pが取り付けられ、プーリ32Pと下腿揺動アーム33にはベルト32Bがかけられる。また電動モータ11には、制御ユニット5に収容されているバッテリ及び制御手段から駆動信号とともに電力が供給されている。そして電動モータ31は、プーリ32Pとベルト32Bを介して下腿揺動アーム33を、駆動軸部材6回りに前後方向に揺動させることができる(図4参照)。また電動モータ31には、エンコーダ等の回転角度検出手段31Sが設けられている。回転角度検出手段31Sは電動モータ31のシャフトの回転角度に応じた信号を制御手段に出力する。そして制御手段は、回転角度検出手段31Sからの検出信号と減速機31Dの減速比とプーリ比とに基づいて、下腿揺動アーム33の回転角度を検出可能であり、下腿揺動アーム33の揺動角度を検出することが可能である。   The electric motor 31 has a reduction gear 31D attached to its tip, and the reduction gear 31D is inserted into the through hole 32H of the bracket 32. Further, a pulley 32P is attached to the reduction gear 31D, and a belt 32B is put on the pulley 32P and the lower leg swing arm 33. Further, electric power is supplied to the electric motor 11 from the battery accommodated in the control unit 5 and the control means together with the drive signal. The electric motor 31 can rock the lower leg rocking arm 33 in the front-rear direction around the drive shaft member 6 via the pulley 32P and the belt 32B (see FIG. 4). Further, the electric motor 31 is provided with rotation angle detection means 31S such as an encoder. The rotation angle detection means 31S outputs a signal according to the rotation angle of the shaft of the electric motor 31 to the control means. The control means is capable of detecting the rotation angle of the lower leg swing arm 33 based on the detection signal from the rotation angle detection means 31S and the reduction ratio and pulley ratio of the reduction gear 31D. It is possible to detect the movement angle.

次に図4を用いて、大腿揺動アーム13を装着したユーザの大腿部UL1の揺動支援と、下腿アーム35を装着したユーザの下腿部UL2の揺動支援の動作を説明する。大腿揺動アーム13は、電動モータ11の動力によって駆動軸部材6回りに揺動運動する。同様に下腿揺動アーム33は、電動モータ31の動力によって駆動軸部材6回りに揺動運動する。また、大腿揺動アーム13と下腿揺動アーム33と下腿中継アーム34と(下腿アーム35の)平行リンク形成部35Mは、平行四辺形からなる平行リンクを構成している。従って、下腿中継アーム34と下腿アーム35は、大腿揺動アーム13と下腿揺動アーム33とに接続されて、大腿揺動アーム13の揺動角度(図4中の角度θ1)と下腿揺動アーム33の揺動角度(図4中の角度θ1−θ2)とに基づいて動作する揺動リンク部材に相当している。なお、図4において実線にて示す大腿揺動アーム13、下腿揺動アーム33、下腿中継アーム34、下腿アーム35、の位置を、各アームの初期位置(ユーザが直立状態で静止した位置)とする。   Next, with reference to FIG. 4, operations of swing support of the thigh UL1 of the user wearing the thigh swing arm 13 and swing support of the lower thigh UL2 of the user wearing the lower arm 35 will be described. The thigh swinging arm 13 swings around the drive shaft member 6 by the power of the electric motor 11. Similarly, the lower leg swing arm 33 swings around the drive shaft member 6 by the power of the electric motor 31. The thigh swinging arm 13, the lower thigh swinging arm 33, the lower thigh relay arm 34, and the parallel link forming portion 35M (of the lower thigh arm 35) constitute a parallel link formed of a parallelogram. Therefore, the lower leg relay arm 34 and the lower leg arm 35 are connected to the thigh swing arm 13 and the lower leg swing arm 33, and the swing angle of the thigh swing arm 13 (angle θ1 in FIG. 4) and the lower leg swing It corresponds to a rocking link member that operates based on the rocking angle of the arm 33 (angles θ1 to θ2 in FIG. 4). Note that the positions of the thigh swinging arm 13, the lower thigh swinging arm 33, the lower thigh relay arm 34, and the lower thigh arm 35 shown by solid lines in FIG. 4 are the initial positions of the arms (the positions at which the user stands upright). Do.

大腿揺動アーム13を、大腿揺動アーム13の初期位置から角度θ1にて前方に揺動させると、図4に示すように、ユーザの大腿部UL1を角度θ1にて前方に振り出すことができる。同時に、下腿揺動アーム33を、下腿揺動アーム33の初期位置から角度(θ1―θ2)にて前方に揺動させると、図4に示すように、大腿揺動アーム13に対して角度θ2の傾斜を有するように、ユーザの下腿部UL2を前方に振り出すことができる。電動モータ11による大腿揺動アーム13の揺動運動と、電動モータ31による下腿揺動アーム33の揺動運動を、それぞれ独立して制御することができるので、角度θ1、角度θ2を、ユーザの所望する角度に合わせて自由に調整することができる。また、この構成によれば、大きなトルクが必要である大腿部の振り出しを、電動モータ11と電動モータ31の双方のトルクで行うことができるので、大型のモータを必要としない。   When the thigh swinging arm 13 is swung forward from the initial position of the thigh swinging arm 13 at an angle θ1, as shown in FIG. 4, the user's thigh UL1 is pulled forward at an angle θ1. Can. At the same time, when the lower leg swing arm 33 is swung forward from the initial position of the lower leg swing arm 33 at an angle (θ1−θ2), as shown in FIG. The lower leg UL2 of the user can be pulled forward so as to have a slope of. Since the rocking motion of the thigh rocking arm 13 by the electric motor 11 and the rocking motion of the lower leg rocking arm 33 by the electric motor 31 can be controlled independently, the angle θ1 and the angle θ2 can be It can be freely adjusted to the desired angle. Moreover, according to this configuration, the swing-out of the thigh that requires a large torque can be performed with the torque of both the electric motor 11 and the electric motor 31, so a large-sized motor is not required.

また、大腿揺動アーム13を揺動運動させると、連動揺動部材16が連動して揺動運動(往復旋回運動)する。そして揺動運動のエネルギーを、連動揺動部材16を介してバネユニット23に蓄え、反対方向への揺動運動に利用する。つまり、大腿揺動アーム13を前方に振り出した際のエネルギーをバネユニット23に蓄えて大腿揺動アーム13を後方に振り出す際に利用し、大腿揺動アーム13を後方に振り出した際のエネルギーをバネユニットに蓄えて大腿揺動アーム13を前方に振り出す際に利用する。次に、バネユニット23を含む剛性調整部について説明する。   Further, when the thigh rocking arm 13 is rocked, the interlocking rocking member 16 interlocks to rock (reciprocate and pivot). The energy of the rocking motion is stored in the spring unit 23 via the interlocking rocking member 16 and is used for the rocking motion in the opposite direction. That is, the energy when swinging the thigh swing arm 13 forward is stored in the spring unit 23 and used when swinging the thigh swing arm 13 backward, the energy when swinging the thigh swing arm 13 backward Is stored in the spring unit and used when swinging the thigh swing arm 13 forward. Next, the rigidity adjusting unit including the spring unit 23 will be described.

●[連動揺動部材16、電動モータ21、ブラケット22、バネユニット23等にて構成された剛性調整部(図1〜図3)]
ブラケット22は、電動モータ21の剛性調整軸部材21D(この場合、減速機)が、連動揺動角度がゼロの場合において連動揺動部材16の外周部に設けられたバネ係止部材16Kと同軸となる位置(図8、図9参照)に電動モータ21を固定する部材であり、ベース部2に固定される。そしてブラケット22において、連動揺動角度がゼロの場合の連動揺動部材16のバネ係止部材16と同軸となる位置には、貫通孔22Hが形成されている。なお、剛性調整軸部材21Dの回転軸である剛性調整軸21DJ(図5〜図7参照)は、駆動軸6J及び従動軸7Jと平行である。
[Stiffness adjustment unit (FIGS. 1 to 3) configured by interlocking rocking member 16, electric motor 21, bracket 22, spring unit 23, etc.]
The bracket 22 is coaxial with the spring locking member 16 K provided on the outer peripheral portion of the interlocking rocking member 16 when the rigidity adjustment axis member 21 D (in this case, the reduction gear) of the electric motor 21 is zero. The electric motor 21 is fixed to the position (see FIGS. 8 and 9), and is fixed to the base 2. A through hole 22H is formed in the bracket 22 at a position coaxial with the spring locking member 16 of the interlocking rocking member 16 when the interlocking rocking angle is zero. The rigidity adjustment shaft 21DJ (see FIGS. 5 to 7), which is the rotation shaft of the rigidity adjustment shaft member 21D, is parallel to the drive shaft 6J and the driven shaft 7J.

連動揺動部材16は、外周面にギア歯16Gが形成された円板状の部材である。そして連動揺動部材16の中心には貫通孔16Hが形成されており、貫通孔16Hには従動軸部材7が挿通される。従って、連動揺動部材16は、従動軸部材7回りに揺動自在に支持されている。また、大腿揺動アーム13の円板部13Gの外周面のギア歯と、連動揺動部材16の外周面のギア歯は噛み合わされており、大腿揺動アーム13の揺動運動に連動して連動揺動部材16が揺動する。また、円板部13Gの径よりも連動揺動部材16の径のほうが充分大きく設定されており、例えば円板部13Gのギア歯数に対する連動揺動部材16のギア歯数は、1:10に設定されている。この場合、例えば大腿揺動アーム13が60[°]の揺動角度で揺動した場合、連動揺動部材16は6[°]の揺動角度で連動して揺動する。また、連動揺動部材16の外周部の近傍の位置であって、連動揺動角度がゼロの場合において剛性調整軸部材21D(電動モータ21のシャフトに設けられた減速機)と同軸となる位置(図8、図9参照)には、バネ係止部材16K(バネ揺動端に相当し、図1参照)が設けられている。このバネ係止部材16Kには、後述するように、バネユニット23の伸縮バネの一方端が接続される。   The interlocking rocking member 16 is a disk-shaped member having gear teeth 16G formed on the outer peripheral surface. A through hole 16H is formed at the center of the interlocking rocking member 16, and the driven shaft member 7 is inserted through the through hole 16H. Accordingly, the interlocking swinging member 16 is swingably supported around the driven shaft member 7. Further, the gear teeth on the outer peripheral surface of the disc portion 13G of the thigh swing arm 13 and the gear teeth on the outer peripheral surface of the interlocking swing member 16 are engaged with each other, and interlocked with the swing motion of the thigh swing arm 13 The interlocking pivoting member 16 pivots. The diameter of the interlocking rocking member 16 is set sufficiently larger than the diameter of the disc portion 13G. For example, the number of gear teeth of the interlocking rocking member 16 with respect to the number of gear teeth of the disc portion 13G is 1:10. It is set to. In this case, for example, when the thigh swing arm 13 swings at a swing angle of 60 °, the interlocking swing member 16 swings interlockingly at a swing angle of 6 °. Further, it is a position near the outer peripheral portion of interlocking rocking member 16, which is coaxial with rigidity adjusting shaft member 21D (a reduction gear provided on the shaft of electric motor 21) when the interlocking rocking angle is zero. A spring locking member 16K (corresponding to a spring swing end, see FIG. 1) is provided in (see FIGS. 8 and 9). One end of the expansion spring of the spring unit 23 is connected to the spring locking member 16K as described later.

電動モータ21は、先端に剛性調整軸部材21Dが取り付けられ、剛性調整軸部材21Dはブラケット22の貫通孔22Hに挿通されてバネユニット23の取付部23Hに取り付けられている。また電動モータ21は、ブラケット22に固定されている。また電動モータ21には、制御ユニット5に収容されているバッテリ及び制御手段から駆動信号とともに電力が供給されている。そして電動モータ21は、ブラケット22(すなわちベース部2)に対して剛性調整軸部材21D回りにバネユニット23を旋回させることができる(図4参照)。また電動モータ21には、エンコーダ等の回転角度検出手段21Sが設けられている。回転角度検出手段21Sは電動モータ21のシャフトの回転角度に応じた信号を制御手段に出力する。そして制御手段は、回転角度検出手段21Sからの検出信号と剛性調整軸部材21Dの減速比に基づいて、剛性調整軸部材21Dの回転角度を検出可能であり、バネユニット23(旋回部材23A)の旋回角度を検出することが可能である。なお、ブラケット22に、ブラケット22に対するバネユニット23(旋回部材23A)の旋回角度を検出する角度検出手段(角度センサ)を設けるようにしてもよい。なおバネユニット23については、以下にて詳細を説明する。   The electric motor 21 has a rigid adjustment shaft member 21D attached at its tip, and the rigid adjustment shaft member 21D is inserted into the through hole 22H of the bracket 22 and attached to the mounting portion 23H of the spring unit 23. The electric motor 21 is fixed to the bracket 22. Electric power is supplied to the electric motor 21 from the battery contained in the control unit 5 and the control means together with the drive signal. Then, the electric motor 21 can turn the spring unit 23 around the rigidity adjustment shaft member 21D with respect to the bracket 22 (that is, the base portion 2) (see FIG. 4). Further, the electric motor 21 is provided with rotation angle detection means 21S such as an encoder. The rotation angle detection means 21S outputs a signal according to the rotation angle of the shaft of the electric motor 21 to the control means. The control means can detect the rotation angle of the stiffness adjustment shaft member 21D based on the detection signal from the rotation angle detection means 21S and the reduction ratio of the stiffness adjustment shaft member 21D. It is possible to detect the turning angle. The bracket 22 may be provided with angle detection means (angle sensor) for detecting the turning angle of the spring unit 23 (turning member 23A) with respect to the bracket 22. The spring unit 23 will be described in detail below.

●[バネユニット23の構成と動作(図5〜図9)]
図5(図4におけるV−V断面図)に示すように、バネユニット23は、取付部23Hを有する旋回部材23A、軸受23B、揺動追従軸部材23Cを有する揺動追従部材23M、シャフト23D、伸縮伝達部材23E、ワッシャ23F、23G、伸縮バネ23Kにて構成されている。
[Configuration and operation of spring unit 23 (FIGS. 5 to 9)]
As shown in FIG. 5 (V-V cross-sectional view in FIG. 4), the spring unit 23 includes a pivoting member 23A having a mounting portion 23H, a bearing 23B, a pivoting following member 23M having a pivoting following shaft member 23C, and a shaft 23D. The elastic transmission member 23E, the washers 23F and 23G, and the elastic spring 23K.

旋回部材23Aは、一方端の近傍に設けられた取付部23Hに、電動モータ21の剛性調整軸部材21Dが嵌め込まれ、剛性調整軸21DJ回りに旋回する。また旋回部材23Aの他方端(剛性調整軸部材から離れた位置)には軸受23Bと揺動追従軸部材23Cを取り付けるための貫通孔23A1が設けられている。   The rigidity adjustment shaft member 21D of the electric motor 21 is fitted in a mounting portion 23H provided in the vicinity of one end of the rotation member 23A, and the rotation member 23A rotates around the rigidity adjustment shaft 21DJ. Further, a through hole 23A1 for attaching a bearing 23B and a rocking following shaft member 23C is provided at the other end (a position away from the rigidity adjusting shaft member) of the turning member 23A.

揺動追従軸部材23C(バネ固定端に相当)は、旋回部材23Aにおける剛性調整軸部材21Dから離れた位置に、軸受23Bを介して取り付けられている。従って、揺動追従軸部材23Cを有する揺動追従部材23Mは、剛性調整軸21DJに平行なバネ支持軸23CJ回りに旋回可能となるように支持されている。また揺動追従部材23Mには、シャフト23Dを挿通するための貫通孔23M1、23M2が、剛性調整軸21DJに直交する方向に形成されている。   The rocking following shaft member 23C (corresponding to a spring fixed end) is attached via a bearing 23B at a position away from the rigidity adjusting shaft member 21D in the turning member 23A. Therefore, the rocking following member 23M having the rocking following shaft member 23C is supported so as to be able to turn around the spring support shaft 23CJ parallel to the rigidity adjusting shaft 21DJ. In the rocking follow member 23M, through holes 23M1 and 23M2 for inserting the shaft 23D are formed in a direction orthogonal to the stiffness adjustment shaft 21DJ.

シャフト23Dには、伸縮伝達部材23E、ワッシャ23F、伸縮バネ23K、ワッシャ23Gが嵌められ、シャフト23Dは揺動追従部材23Mの貫通孔23M1、23M2に挿通されている。そして伸縮伝達部材23Eの取付部23E1には、連動揺動部材16の外周部に設けられているバネ係止部材16K(図1参照)が、軸受23Nを介して取り付けられている。なお、剛性調整軸21DJとバネ係止部材16Kの中心軸であるバネ揺動軸16KJが同軸にある場合、伸縮バネ23Kは自由長であり、圧縮も伸長もされていない状態である。   A telescopic transmission member 23E, a washer 23F, a telescopic spring 23K, and a washer 23G are fitted in the shaft 23D, and the shaft 23D is inserted through the through holes 23M1 and 23M2 of the rocking following member 23M. A spring locking member 16K (see FIG. 1) provided on the outer peripheral portion of the interlocking rocking member 16 is attached to the mounting portion 23E1 of the expansion / contraction transmission member 23E via a bearing 23N. When the stiffness adjustment shaft 21DJ and the spring swinging shaft 16KJ, which is a central axis of the spring locking member 16K, are coaxial, the expansion spring 23K has a free length, and neither compression nor expansion is possible.

バネユニット23は、上記の構成により、図5に示す状態から連動揺動部材16が下方に移動した場合、図6に示すように、バネ係止部材16Kが、伸縮伝達部材23E及びワッシャ23Fを下方に押し込む。すると、伸縮バネ23Kが圧縮され、伸縮バネ23Kの付勢力は、剛性調整軸21DJとバネ揺動軸16KJとの距離ΔLdをゼロとする方向に働く。   In the spring unit 23, when the interlocking rocking member 16 is moved downward from the state shown in FIG. 5 due to the above configuration, as shown in FIG. 6, the spring locking member 16K includes the expansion / contraction transmission member 23E and the washer 23F. Push it down. Then, the expansion spring 23K is compressed, and the biasing force of the expansion spring 23K works in a direction to make the distance ΔLd between the stiffness adjustment shaft 21DJ and the spring swinging axis 16KJ zero.

また、図5に示す状態から連動揺動部材16が上方に移動した場合、図7に示すように、バネ係止部材16Kが、伸縮伝達部材23Eとシャフト23Dとワッシャ23Gを上方に引き上げる。すると、伸縮バネ23Kが圧縮され、伸縮バネ23Kの付勢力は、剛性調整軸21DJとバネ揺動軸16KJとの距離ΔLuをゼロとする方向に働く。   Further, when the interlocking rocking member 16 moves upward from the state shown in FIG. 5, as shown in FIG. 7, the spring locking member 16K pulls up the expansion transmission member 23E, the shaft 23D and the washer 23G. Then, the expansion spring 23K is compressed, and the biasing force of the expansion spring 23K works in a direction to make the distance ΔLu between the stiffness adjustment shaft 21DJ and the spring swinging axis 16KJ zero.

図8は、大腿揺動アーム13の揺動角度がゼロの場合におけるバネユニット23の周囲の斜視図である。大腿揺動アーム13の揺動角度がゼロの場合では、剛性調整軸21DJとバネ揺動軸16KJが同軸であり、伸縮バネ23Kは自由長である。バネユニット23の旋回部材23Aは、電動モータ21の剛性調整軸部材21Dの剛性調整軸21DJ回りに旋回可能であり、電動モータ21によって旋回角度が調整されている。またバネユニット23の揺動追従部材23Mは、バネ支持軸23CJ回りに旋回可能である。   FIG. 8 is a perspective view of the periphery of the spring unit 23 when the swing angle of the thigh swing arm 13 is zero. When the swing angle of the thigh swing arm 13 is zero, the stiffness adjustment shaft 21DJ and the spring swing shaft 16KJ are coaxial, and the expansion spring 23K has a free length. The swing member 23A of the spring unit 23 can swing around the stiffness adjustment shaft 21DJ of the stiffness adjustment shaft member 21D of the electric motor 21, and the swing angle is adjusted by the electric motor 21. Further, the rocking following member 23M of the spring unit 23 can pivot around the spring support shaft 23CJ.

図9は、図8の状態から大腿揺動アーム13が符号R8方向に揺動した場合を示しており、連動揺動部材16が符号L8方向に連動揺動した場合を示している。大腿揺動アーム13がR8方向に揺動すると、大腿揺動アーム13の円板部13Gの外周のギア歯に噛み合っている連動揺動部材16がL8方向に連動揺動する。すると、連動揺動部材16の外周部のバネ係止部材16Kが、剛性調整軸21DJから離れる方向に移動して、伸縮伝達部材23Eを、バネ支持軸23CJから離れる方向に引張る。すると伸縮バネ23Kが圧縮されて(図7参照)、伸縮バネ23Kに発生した付勢力は、バネ揺動軸16KJが剛性調整軸21DJと同軸となる方向へと連動揺動部材16を旋回させる力(L8方向の反対方向へと連動揺動部材16を旋回させる力)となって働く。   FIG. 9 shows the case where the thigh swinging arm 13 swings in the direction of the code R8 from the state of FIG. 8, and shows the case where the interlocking swinging member 16 interlocks and swings in the direction of the code L8. When the thigh swinging arm 13 swings in the R8 direction, the interlocking swinging member 16 meshing with the gear teeth on the outer periphery of the disk portion 13G of the thigh swinging arm 13 interlocks and swings in the L8 direction. Then, the spring locking member 16K on the outer peripheral portion of the interlocking rocking member 16 moves in the direction away from the stiffness adjustment shaft 21DJ, and pulls the extension transmission member 23E in the direction away from the spring support shaft 23CJ. Then, the expansion spring 23K is compressed (see FIG. 7), and the biasing force generated in the expansion spring 23K is a force that causes the interlocking rocking member 16 to pivot in the direction in which the spring rocking shaft 16KJ is coaxial with the rigidity adjustment shaft 21DJ. It works as (a force to turn the interlocking rocking member 16 in the direction opposite to the L8 direction).

●[バネユニットの模式図と剛性調整角度(図10、図11)]
次に図10、図11を用いて、剛性調整角度について説明する。なお図10、図11、図14では、図5に示すバネユニット23の構造を簡略化した模式図のバネユニット23Zを用いて説明する。模式図で示すバネユニット23Zは、図5に示すバネユニット23の構成から旋回部材23Aと揺動追従軸部材23Cと伸縮バネ23Kのみを残し、伸縮バネ23Kの一方端は揺動追従軸部材23Cに係止され、伸縮バネ23Kの他方端はバネ係止部材16Kに係止されている。また、図10に示す連動揺動角度がゼロの場合であって、剛性調整軸21DJとバネ揺動軸16KJが同軸の場合、伸縮バネ23Kは、伸長も圧縮もされていない自由長である。
● [Schematic view of spring unit and rigidity adjustment angle (Fig. 10, Fig. 11)]
Next, the rigidity adjustment angle will be described using FIGS. 10 and 11. In FIGS. 10, 11, and 14, the structure of the spring unit 23 shown in FIG. 5 will be described using a spring unit 23Z in a schematic view. The spring unit 23Z shown in the schematic view leaves only the turning member 23A, the swing following shaft member 23C and the expansion spring 23K from the configuration of the spring unit 23 shown in FIG. 5, and one end of the expansion spring 23K is the swing following shaft member 23C. The other end of the expansion spring 23K is locked to the spring locking member 16K. In the case where the interlocking rocking angle shown in FIG. 10 is zero and the stiffness adjustment shaft 21DJ and the spring rocking shaft 16KJ are coaxial, the expansion spring 23K is a free length which is neither expanded nor compressed.

また図10、図11において、従動軸部材7を中心として従動軸部材7から剛性調整軸部材21Dまでの距離を半径とする円である仮想連動揺動円(本実施の形態では、連動揺動部材の外周円)における円周上の接線であって、剛性調整軸部材21Dの位置における接線を仮想接線VSとする。また、連動揺動角度がゼロの場合におけるバネ固定端(揺動追従軸部材23Cに相当)とバネ揺動端(バネ係止部材16Kに相当)とを結ぶ直線を仮想直線V23とする。また、従動軸部材7の従動軸7Jと、剛性調整軸部材21Dの剛性調整軸21DJとを結ぶ直線を仮想基準線VXとする。バネ揺動軸16KJが、仮想基準線VXと重なる位置にある場合では、大腿揺動アーム13の揺動角度はゼロであり、連動揺動部材16の連動揺動角度はゼロである。また、仮想接線VSと仮想基準線VXは直交している。そして、仮想接線VSと仮想直線V23との成す角である、図10における角度φa、図11における角度φbを、剛性調整角度とする。   In FIGS. 10 and 11, a virtual interlocking oscillation circle (in this embodiment, interlock oscillation is a circle whose radius is the distance from the driven shaft member 7 to the stiffness adjustment shaft member 21D with the driven shaft member 7 as the center A tangent line on the circumference of the outer circumferential circle of the member, and a tangent line at the position of the stiffness adjustment shaft member 21D is taken as an imaginary tangent line VS. Further, a straight line connecting the spring fixed end (corresponding to the rocking following shaft member 23C) and the spring rocking end (corresponding to the spring locking member 16K) when the interlocked rocking angle is zero is taken as an imaginary straight line V23. Further, a straight line connecting the driven shaft 7J of the driven shaft member 7 and the stiffness adjustment shaft 21DJ of the stiffness adjustment shaft member 21D is a virtual reference line VX. When the spring rocking shaft 16KJ is at a position overlapping the virtual reference line VX, the rocking angle of the thigh rocking arm 13 is zero, and the interlocking rocking angle of the interlocking rocking member 16 is zero. The virtual tangent VS and the virtual reference line VX are orthogonal to each other. Then, an angle φa in FIG. 10 and an angle φb in FIG. 11, which are angles formed by the virtual tangent VS and the virtual straight line V23, are set as the stiffness adjustment angle.

図10は、剛性調整角度φaが、ほぼ直角となるように、電動モータ21を制御した場合の例を示している。そして大腿揺動アーム13が、揺動角度がゼロの状態から符号L10方向に揺動し、連動揺動部材16が、連動揺動角度がゼロの状態から符号R10方向に連動揺動角度θR10まで揺動したとする。この場合、バネ係止部材16Kは、剛性調整軸部材21Dと同軸の位置から、連動揺動角度θR10だけ右に回転したバネ係止部材16K´の位置に移動する。これにより伸縮バネ23Kは、伸縮バネ23K´の状態となり、ΔLR10だけ伸長される。この伸縮バネ23K´の伸長による付勢力は、連動揺動部材16を、連動揺動角度がゼロとなる方向へ、揺動させる力となる。   FIG. 10 shows an example in the case where the electric motor 21 is controlled such that the rigidity adjustment angle φa is substantially at right angles. Then, the thigh swing arm 13 swings in the direction of code L10 from the state where the swing angle is zero, and the interlocking swing member 16 from the state where the interlocked swing angle is zero to the interlocked swing angle θR10 in the direction of code R10 Suppose that it rocked. In this case, the spring locking member 16K moves from the position coaxial with the rigidity adjustment shaft member 21D to the position of the spring locking member 16K 'rotated to the right by the interlocking swing angle θR10. As a result, the expansion spring 23K is in the state of the expansion spring 23K ', and is expanded by ΔLR10. The biasing force of the expansion spring 23K 'causes the interlocking rocking member 16 to rock in the direction in which the interlocking rocking angle becomes zero.

図11は、図10に対して、剛性調整角度φbを約45[°]となるように、電動モータ21を制御した場合の例を示している。この場合、図10と同様に大腿揺動アームが、揺動角度がゼロの状態から符号L10方向に揺動し、連動揺動部材16が、連動揺動角度がゼロの状態から符号R10方向に連動揺動角度θR10まで揺動したとする。この場合の伸縮バネ23Kは、伸縮バネ23K´の状態となり、ΔLR11だけ伸長されるが、図10の場合と同じ連動揺動角度θR10であるにもかかわらず、伸長されるΔLR11は、図10に示すΔLR10よりも長い。すなわち、図10における伸縮バネ23K´の付勢力よりも、図11における伸縮バネ23K´の付勢力のほうが大きい。   FIG. 11 shows an example in the case where the electric motor 21 is controlled so that the rigidity adjustment angle φb is approximately 45 degrees as compared with FIG. In this case, as in FIG. 10, the thigh swing arm swings in the direction L10 from the state where the swing angle is zero, and the interlocking swing member 16 moves in the direction R10 from the state where the interlock swing angle is zero. It is assumed that the interlocking rocking angle θR10 is rocked. The expansion spring 23 K in this case is in the state of the expansion spring 23 K ′ and is expanded by ΔLR 11, but although it is the same interlocking swing angle θR 10 as in the case of FIG. It is longer than ΔLR10 shown. That is, the biasing force of the expansion spring 23K 'in FIG. 11 is larger than the biasing force of the expansion spring 23K' in FIG.

このように、連動揺動角度が同じであっても、剛性調整角度を変えることで、伸縮バネ23Kの伸縮量を変えることができる。つまり、剛性調整角度を変化させると、連動揺動部材16から見た伸縮バネ23Kの見かけ上のバネ定数を変化させることができる。すなわち、剛性調整角度を調整することで、駆動軸部材6回りの剛性を調整することができる。なお、連動揺動部材16から見た伸縮バネ23Kの見かけ上のバネ定数は、剛性調整角度が直角の場合が最も小さく、剛性調整角度がゼロの場合が最も大きい(0[°]≦剛性調整角度≦90[°]とした場合)。   Thus, even if the interlocking swing angle is the same, the amount of expansion and contraction of the expansion spring 23K can be changed by changing the rigidity adjustment angle. That is, when the stiffness adjustment angle is changed, it is possible to change the apparent spring constant of the expansion spring 23K as viewed from the interlocking rocking member 16. That is, by adjusting the rigidity adjustment angle, the rigidity around the drive shaft member 6 can be adjusted. The apparent spring constant of the expansion spring 23 K viewed from the interlocking rocking member 16 is smallest when the stiffness adjustment angle is at a right angle, and largest when the stiffness adjustment angle is zero (0 [°] ≦ stiffness adjustment When the angle ≦ 90 [°]).

以上に説明したバネユニット23、剛性調整軸部材21D、電動モータ21(剛性調整軸旋回手段)にて、見かけ上バネ定数可変手段が構成されている。そして見かけ上バネ定数可変手段は、連動揺動部材16から見た伸縮バネ23Kの見かけ上のバネ定数を可変としており、駆動軸部材6回りの剛性を可変としている。また、見かけ上バネ定数可変手段と、従動軸部材7と、連動揺動部材16にて、剛性可変手段が構成されている。   The spring unit 23, the rigidity adjusting shaft member 21 D, and the electric motor 21 (rigidity adjusting shaft turning device) described above constitute an apparently variable spring constant. The apparent spring constant varying means varies the apparent spring constant of the expansion spring 23 K as viewed from the interlocking rocking member 16 and varies the rigidity around the drive shaft member 6. Also, apparently, the rigidity variable means is configured by the spring constant variable means, the driven shaft member 7 and the interlocking rocking member 16.

●[制御手段の入出力(図12)]
次に図12を用いて、制御手段50の入出力について説明する。制御ユニット5には、制御手段50及びバッテリ60が収容されている。また制御ユニット5は、起動スイッチ54、入出力手段であるタッチパネル55、バッテリ60への充電用コネクタ61等が設けられている。また制御手段50(制御装置)は、CPU50A、モータドライバ51、52、53等を有している。なお、制御手段50の処理を実行させるためのプログラムや各種の計測結果等を記憶する記憶装置も備えているが、図示省略する。
● [Input and output of control means (Fig. 12)]
Next, input and output of the control means 50 will be described with reference to FIG. The control unit 5 houses the control means 50 and the battery 60. Further, the control unit 5 is provided with a start switch 54, a touch panel 55 which is an input / output means, a connector 61 for charging the battery 60, and the like. The control means 50 (control device) has a CPU 50A, motor drivers 51, 52, 53 and the like. In addition, although the storage device which memorize | stores the program for performing the process of the control means 50, various measurement results, etc. is also provided, illustration is abbreviate | omitted.

制御手段50は、後述するように、大腿揺動アーム13を揺動運動させるための目標揺動周期や目標揺動角度を求め、モータドライバ51を介して駆動信号を電動モータ11に出力する。電動モータ11は制御手段50からの駆動信号に基づいて減速機11Dを介して大腿揺動アーム13を所定周期で所定角度にて揺動運動させる。また電動モータ11のシャフトの回転速度や回転量は、回転角度検出手段11Sにて検出され、検出信号はモータドライバ51に入力されるとともにモータドライバ51を介してCPU50Aに入力される。CPU50Aは、回転角度検出手段11Sからの検出信号に基づいた実際の揺動周期と実際の揺動角度が、目標揺動周期及び目標揺動角度に近づくようにフィードバック制御する。   The control means 50 obtains a target rocking cycle and a target rocking angle for rocking movement of the thigh rocking arm 13 as described later, and outputs a drive signal to the electric motor 11 through the motor driver 51. The electric motor 11 causes the thigh swinging arm 13 to swing at a predetermined angle at a predetermined cycle via the reduction gear 11D based on the drive signal from the control means 50. The rotation speed and rotation amount of the shaft of the electric motor 11 are detected by the rotation angle detection means 11S, and the detection signal is input to the motor driver 51 and to the CPU 50A through the motor driver 51. The CPU 50A performs feedback control so that the actual swing cycle and the actual swing angle based on the detection signal from the rotation angle detection means 11S approach the target swing cycle and the target swing angle.

また制御手段50は、後述するように、バネユニット23の剛性調整角度を、連動揺動部材16から見た見かけ上バネ定数が最適な値となるように、目標剛性調整角度を求め、モータドライバ52を介して駆動信号を電動モータ21に出力する。電動モータ21は制御手段50からの駆動信号に基づいて剛性調整軸部材21Dを介してバネユニット23を旋回させる。また電動モータ21のシャフトの回転速度や回転量は、回転角度検出手段21Sにて検出され、検出信号はモータドライバ52に入力されるとともにモータドライバ52を介してCPU50Aに入力される。CPU50Aは、回転角度検出手段21Sからの検出信号に基づいた実際の旋回角度が、目標剛性調整角度に近づくようにフィードバック制御する。   Further, as described later, the control means 50 determines a target stiffness adjustment angle so that the apparent spring constant seen from the interlocking rocking member 16 becomes an optimum value as the stiffness adjustment angle of the spring unit 23 A drive signal is output to the electric motor 21 via 52. The electric motor 21 pivots the spring unit 23 through the stiffness adjustment shaft member 21D based on the drive signal from the control means 50. The rotation speed and rotation amount of the shaft of the electric motor 21 are detected by the rotation angle detection means 21S, and the detection signal is input to the motor driver 52 and to the CPU 50A through the motor driver 52. The CPU 50A performs feedback control so that the actual turning angle based on the detection signal from the rotation angle detection means 21S approaches the target stiffness adjustment angle.

制御手段50は、後述するように、下腿揺動アーム33を揺動運動させるための目標揺動周期や目標揺動角度を求め、モータドライバ53を介して駆動信号を電動モータ31に出力する。電動モータ31は制御手段50からの駆動信号に基づいて減速機31D及びプーリ32Pとベルト32Bを介して下腿揺動アーム33を所定周期で所定角度にて揺動運動させる。また電動モータ31のシャフトの回転速度や回転量は、回転角度検出手段31Sにて検出され、検出信号はモータドライバ53に入力されるとともにモータドライバ53を介してCPU50Aに入力される。CPU50Aは、回転角度検出手段31Sからの検出信号に基づいた実際の揺動周期と実際の揺動角度が、目標揺動周期及び目標揺動角度に近づくようにフィードバック制御する。   The control means 50 obtains a target rocking cycle and a target rocking angle for rocking the lower leg rocking arm 33, as described later, and outputs a drive signal to the electric motor 31 through the motor driver 53. The electric motor 31 causes the lower leg rocking arm 33 to rock at a predetermined angle in a predetermined cycle via the reduction gear 31D, the pulley 32P and the belt 32B based on the drive signal from the control means 50. The rotation speed and rotation amount of the shaft of the electric motor 31 are detected by the rotation angle detection means 31S, and the detection signal is input to the motor driver 53 and to the CPU 50A through the motor driver 53. The CPU 50A performs feedback control so that the actual swing cycle and the actual swing angle based on the detection signal from the rotation angle detection means 31S approach the target swing cycle and the target swing angle.

起動スイッチ54は、制御手段50を起動するためのスイッチである。またタッチパネル55は、ユーザの身長や体重等の入力や、設定状態の表示等を行うための装置である。また充電用コネクタ61は、バッテリ60を充電する際に、充電用ケーブルが接続されるコネクタである。   The start switch 54 is a switch for starting the control means 50. The touch panel 55 is a device for inputting the height and weight of the user, displaying the setting state, and the like. The charging connector 61 is a connector to which a charging cable is connected when the battery 60 is charged.

●[制御手段の処理手順(図13)]
次に図13に示すフローチャートを用いて、制御手段50の処理手順について説明する。ユーザが制御ユニットの起動ボタンを操作すると(ステップS10)、制御手段はステップS15に進む。
[Process procedure of control means (FIG. 13)]
Next, the processing procedure of the control means 50 will be described using the flowchart shown in FIG. When the user operates the start button of the control unit (step S10), the control means proceeds to step S15.

ステップS15にて制御手段は、タッチパネルからのユーザの初期設定入力を待つ。ユーザからの身長と体重の入力を確認すると、制御手段はステップS20に進む。なお制御手段は、所定時間が経過してもユーザからの入力が確認されない場合、例えば、予め設定された標準身長と標準体重を設定してステップS20に進む。   In step S15, the control means waits for the user's initial setting input from the touch panel. After confirming the input of height and weight from the user, the control means proceeds to step S20. When the input from the user is not confirmed even after the predetermined time has elapsed, the control means, for example, sets a standard height and a standard weight set in advance, and proceeds to step S20.

ステップS20にて制御手段は、所定期間の間、電動モータ11、21、31に通電せず、ユーザの歩行状態(または走行状態)を計測し、計測時間に対応させて回転角度検出手段11S、31Sからの検出信号を計測データとして記憶装置に記憶する。電動モータ11、31のシャフトは、非通電時には空回りする構成とされている。なお電動モータ21のシャフトは、非通電時には空回りせずロックされる構成とされている。そして制御手段は、例えば所定歩数あるいは所定時間の間、計測データを収集すると、ステップS25に進む。   In step S20, the control means measures the walking state (or running state) of the user without energizing the electric motors 11, 21 and 31 for a predetermined period, and makes the rotation angle detecting means 11S correspond to the measurement time. The detection signal from 31S is stored in the storage device as measurement data. The shafts of the electric motors 11 and 31 are configured to idle when not energized. The shaft of the electric motor 21 is configured to be locked without idling when not energized. When the control means collects measurement data, for example, for a predetermined number of steps or for a predetermined time, the process proceeds to step S25.

ステップS25にて制御手段は、回転角度検出手段11Sからの検出信号に基づいた計測データから、大腿揺動アームの揺動角度(揺動振幅)や、大腿揺動アームの角速度及び角加速度から歩行周期(揺動周期)を算出する。また同様に制御手段は、回転角度検出手段31Sからの検出信号に基づいた計測データから、下腿揺動アームの揺動角度(揺動振幅)や、下腿揺動アームの角速度及び角加速度から歩行周期(揺動周期)を算出する。そして制御手段はステップS30に進む。   At step S25, the control means walks from the measurement data based on the detection signal from the rotation angle detection means 11S based on the rocking angle (swing amplitude) of the thigh rocking arm and the angular velocity and angular acceleration of the thigh rocking arm. Calculate the cycle (swing cycle). Similarly, from the measurement data based on the detection signal from the rotation angle detection means 31S, the control means performs the walking cycle from the rocking angle (rocking amplitude) of the lower leg rocking arm and the angular velocity and angular acceleration of the lower leg rocking arm. Calculate (oscillation cycle). Then, the control means proceeds to step S30.

ステップS30にて制御手段は、ステップS25にて算出した、大腿揺動アームの揺動角度、大腿揺動アームの揺動周期、ステップS15にて入力されたユーザの身長及び体重等に基づいて、最適関節剛性である目標剛性調整角度を算出し、ステップS35に進む。なお、目標剛性調整角度の具体的な算出方法については後述する。   At step S30, the control means calculates the swing angle of the thigh swing arm, the swing cycle of the thigh swing arm, the height and weight of the user input at step S15, etc., calculated at step S25. A target stiffness adjustment angle which is the optimum joint stiffness is calculated, and the process proceeds to step S35. A specific calculation method of the target stiffness adjustment angle will be described later.

ステップS35にて制御手段は、電動モータ21を制御してバネユニット23(旋回部材23A)の剛性調整角度を、ステップS30にて求めた目標剛性調整角度に設定し、ステップS40に進む。   In step S35, the control means controls the electric motor 21 to set the stiffness adjustment angle of the spring unit 23 (turning member 23A) to the target stiffness adjustment angle obtained in step S30, and proceeds to step S40.

ステップS40にて制御手段は、ステップS25にて算出した、大腿揺動アームの揺動角度、大腿揺動アームの揺動周期、下腿揺動アームの揺動角度、下腿揺動アームの揺動周期、バッテリの出力電圧等に基づいて、ユーザの大腿部のアシストパターン(電動モータ11への駆動信号の出力パターン等)と、ユーザの下腿部のアシストパターン(電動モータ31への駆動信号の出力パターン)とを算出し、ステップS45に進む。   In step S40, the control means calculates the swing angle of the thigh swing arm, the swing cycle of the thigh swing arm, the swing angle of the lower thigh swing arm, and the swing cycle of the lower thigh swing arm, which are calculated in step S25. The assist pattern of the user's thigh (output pattern of drive signal to the electric motor 11, etc.) and the assist pattern of the user's lower thigh (drive signal to the electric motor 31) The output pattern is calculated, and the process proceeds to step S45.

ステップS45にて制御手段は、ステップS40にて算出したアシストパターンに基づいて、電動モータ11及び電動モータ31に駆動信号の出力を開始して、大腿揺動アーム13及び下腿揺動アーム33を揺動運動させ、ユーザの歩行動作(または走行動作)を継続するように、ユーザの歩行動作(または走行動作)を支援し、ステップS50に進む。なお、電動モータ11及び電動モータ31への駆動信号の出力は、他のステップに移行した場合も継続される。   At step S45, the control means starts outputting a drive signal to the electric motor 11 and the electric motor 31 based on the assist pattern calculated at step S40 to rock the thigh swing arm 13 and the lower leg swing arm 33. The user's walking motion (or traveling motion) is supported so that the user makes a motion exercise and continues the user's walking motion (or traveling motion), and the process proceeds to step S50. The output of the drive signal to the electric motor 11 and the electric motor 31 continues even when shifting to another step.

ステップS50にて制御手段は、電動モータ11及び電動モータ31を動作させてユーザの歩行(または走行)の動作を支援しながら、ステップS20にて計測したように、計測時間に対応させて回転角度検出手段11S、31Sからの検出信号を計測データとして記憶装置に記憶し、ステップS55に進む。なお、計測データの収集は、他のステップに移行した場合も継続される。   In step S50, the control means operates the electric motor 11 and the electric motor 31 to support the user's walking (or traveling) operation, and as in step S20, the rotation angle is made to correspond to the measurement time. The detection signals from the detection means 11S and 31S are stored in the storage device as measurement data, and the process proceeds to step S55. In addition, collection of measurement data is continued also when shifting to another step.

ステップS55にて制御手段は、ステップS50にて収集した計測データに基づいて、ユーザが歩行動作(または走行動作)の支援の停止を所望しているか否かを判定し、支援の停止を所望していると判定した場合(Yes)は、電動モータ11及び電動モータ31への駆動信号の出力を停止して処理を終了し、支援の停止を所望していないと判定した場合(No)はステップS25に戻る。   At step S55, the control means determines whether or not the user desires to stop the support of the walking operation (or the traveling operation) based on the measurement data collected at step S50, and desires the stopping of the support. If it is determined that it is determined (Yes) that the output of the drive signal to the electric motor 11 and the electric motor 31 is stopped and the process is ended, and it is determined that the stopping of support is not desired (No) Return to S25.

●[目標剛性調整角度の算出方法(図14)]
次に図14を用いて、図13に示すフローチャートのステップS30にて行う目標剛性調整角度の算出手順について説明する。図14は、大腿揺動アーム13、連動揺動部材16、バネ係止部材16、揺動追従軸部材23C、伸縮バネ23K、を模式的に記載した図である。なお、図14に示す例では、大腿揺動アーム13の揺動運動は、ベルトVBを介して連動揺動部材16に伝達される構成とされている。
● [How to calculate the target stiffness adjustment angle (Figure 14)]
Next, the calculation procedure of the target stiffness adjustment angle performed in step S30 of the flowchart shown in FIG. 13 will be described using FIG. FIG. 14 is a view schematically showing the thigh rocking arm 13, the interlocking rocking member 16, the spring locking member 16, the rocking following shaft member 23C, and the expansion spring 23K. In the example shown in FIG. 14, the rocking motion of the thigh rocking arm 13 is transmitted to the interlocking rocking member 16 via the belt VB.

図14において、連動揺動部材16の外周に設定された剛性調整軸21DJに接する接線を仮想接線VSとする。また、剛性調整軸21DJと従動軸7Jを通る直線を仮想直線VTとする。また連動揺動部材16は、従動軸7Jを中心とする半径rの真円であるとする。また伸縮バネ23Kの一方端(一方端に相当する個所)はバネユニットの揺動追従軸部材23C(バネ固定端に相当)に係止され、伸縮バネ23Kの他方端(他方端に相当する個所)はバネ係止部材16K(バネ揺動端に相当)に係止されている。また伸縮バネ23Kは、バネ係止部材16Kが剛性調整軸21DJと同軸である場合に自由長であり、この自由長をLとする。また、連動揺動部材16の連動揺動角度がゼロの場合、バネ係止部材16Kは剛性調整軸21DJと同軸の位置にあるものとする。   In FIG. 14, a tangent in contact with the stiffness adjustment shaft 21DJ set on the outer periphery of the interlocking rocking member 16 is taken as an imaginary tangent VS. Further, a straight line passing through the stiffness adjustment shaft 21DJ and the driven shaft 7J is assumed to be a virtual straight line VT. Further, the interlocking rocking member 16 is assumed to be a true circle of radius r centered on the driven shaft 7J. In addition, one end (a part corresponding to one end) of the expansion spring 23K is locked to the swing following shaft member 23C (corresponding to a spring fixed end) of the spring unit, and a part corresponding to the other end (the other end) of the expansion spring 23K ) Is locked to the spring locking member 16K (corresponding to the spring swinging end). The expansion spring 23K has a free length when the spring locking member 16K is coaxial with the rigidity adjustment shaft 21DJ, and this free length is L. When the interlocking rocking angle of the interlocking rocking member 16 is zero, the spring locking member 16K is assumed to be coaxial with the stiffness adjustment shaft 21DJ.

連動揺動部材16の連動揺動角度がゼロの状態(バネ係止部材16Kと剛性調整軸21DJが同軸の状態)から、連動揺動部材16が時計回り方向に角度θだけ連動揺動すると、バネ係止部材16Kは、剛性調整軸21DJと同軸の位置から、符号16K´にて示す位置に移動し、伸縮バネ23Kの位置及び伸縮状態は、符号23K´に示すとおりとなる。なお、符号23K´の伸縮バネの長さをL´とする。この符号16K´を通り仮想接線VSに平行な直線を仮想直線VS´とする。また、揺動追従軸部材23Cの位置を位置(A)に設定し、位置(A)から仮想直線VS´に下ろした垂線と仮想直線VS´との交点の位置を位置(C)に設定し、符号16K´の位置を位置(B)に設定する。また、揺動追従軸部材23Cと剛性調整軸21DJとを結ぶ仮想直線V23と仮想接線VSとのなす角度である剛性調整角度を角度φとする。   When the interlocking rocking member 16 interlocks rocking clockwise by an angle θ from a state in which the interlocking rocking angle of the interlocking rocking member 16 is zero (a state in which the spring locking member 16K and the stiffness adjustment shaft 21DJ are coaxial), The spring locking member 16K moves from a position coaxial with the stiffness adjustment shaft 21DJ to a position indicated by reference numeral 16K ', and the position and expansion state of the expansion spring 23K are as indicated by reference numeral 23K'. In addition, let the length of the expansion-contraction spring of code | symbol 23 K 'be L'. A straight line passing through the code 16K 'and parallel to the virtual tangent VS is taken as a virtual straight line VS'. Also, set the position of the intersection of the perpendicular drawn from the position (A) to the virtual straight line VS ′ and the virtual straight line VS ′ as the position (C). The position of the code 16K 'is set to the position (B). Further, a stiffness adjustment angle which is an angle formed by an imaginary straight line V23 connecting the swing follow-up shaft member 23C and the stiffness adjustment axis 21DJ and the imaginary tangent VS is defined as an angle φ.

以上の各設定により、従動軸7Jから符号16K´までの距離は、rである。また、従動軸7Jから仮想接線VSまでの距離は、rである。また、位置(B)から仮想直線VTまでの距離は、r・sinθである。また、位置(C)から仮想直線VTまでの距離は、L・cosφである。また、仮想接線VSと仮想直線VS´との距離は、r−r・cosθ=r・(1−cosθ)である。また、位置(A)から仮想接線VSまでの距離は、L・sinφである。また、連動揺動部材16の連動揺動角度である角度θが充分小さな微小角度である場合、ベルトVBの移動長さである連動揺動部材16の周方向の変位量は、r・θである。   By the above settings, the distance from the driven shaft 7J to the code 16K 'is r. Further, the distance from the driven shaft 7J to the virtual tangent VS is r. Further, the distance from the position (B) to the virtual straight line VT is r · sin θ. Further, the distance from the position (C) to the virtual straight line VT is L · cos φ. Further, the distance between the virtual tangent VS and the virtual straight line VS ′ is r−r · cos θ = r · (1−cos θ). Further, the distance from the position (A) to the virtual tangent VS is L · sin φ. When the interlocking rocking angle of the interlocking rocking member 16 is small enough, the displacement of the interlocking rocking member 16 in the circumferential direction, which is the moving length of the belt VB, is r · θ. is there.

ここで、ユーザの歩行周波数をf、その場合の角速度をωとすると。以下の式(1)が成立する。歩行周波数fは、計測したユーザの歩行(または走行)の周期から求めることができる。従って、下記の式(1)のωの値を求めることができる。
ω=2・π・f 式(1)
Here, assuming that the walking frequency of the user is f and the angular velocity in that case is ω. The following equation (1) is established. The walking frequency f can be obtained from the measured period of walking (or running) of the user. Therefore, the value of ω in the following equation (1) can be obtained.
ω = 2 · π · f Formula (1)

また、伸縮バネ23Kが自由長の方向に伸縮した場合のバネ定数を、kとして、剛性調整角度が角度φの場合における連動揺動部材16から見た伸縮バネの見かけ上のバネ定数を、k´とする。また、ユーザの下肢と大腿揺動アーム13と連動揺動部材16とを含む従動軸7J回りの慣性モーメントをIとする。例えば、慣性モーメントIは、従動軸7J回りに揺動する各部材の合計質量(既知)と、当該合計質量の重心の位置(既知)と、ユーザの体重及び身長から推定した下肢の質量と重心の位置とから、求めることが可能であり、以下の式(2)が成立する。上記よりωの値がわかっており、慣性モーメントIもわかっているので、下記の式(2)から見かけ上バネ定数k´を求めることができる。
ω=√(k´/I)
k´=I・ω2 式(2)
Also, assuming that the spring constant when the expansion spring 23K expands and contracts in the direction of the free length is k, the apparent spring constant of the expansion spring seen from the interlocking rocking member 16 when the rigidity adjustment angle is the angle φ is k And '. Also, let I be the moment of inertia about the driven shaft 7 J including the lower limbs of the user, the thigh swing arm 13 and the interlocking swing member 16. For example, the moment of inertia I is the total mass of each member (known) swinging about the driven shaft 7J, the position of the center of gravity of the total mass (known), and the mass and center of gravity of the lower limb estimated from the weight and height of the user It is possible to obtain from the position of and the following equation (2) holds. Since the value of ω is known from the above and the moment of inertia I is also known, the spring constant k ′ can be obtained apparently from the following equation (2).
ω = √ (k '/ I)
k ′ = I · ω 2 equation (2)

また、エネルギー保存則より、以下の式(3)が成立する。すでに、L、r、θ、k、k´は上記よりわかっているので、式(3)よりL´を求めることができる。
(1/2)・k´・(r・θ)2=(1/2)・k・(L´―L)2
L´=L+r・θ・√(k´/k) 式(3)
Further, the following equation (3) is established from the energy conservation law. Since L, r, θ, k and k ′ are already known from the above, L ′ can be obtained from equation (3).
(1/2) · k ′ · (r · θ) 2 = (1/2) · k · (L′−L) 2
L ′ = L + r · θ · √ (k ′ / k) Equation (3)

また図14において、位置(A)と位置(B)と位置(C)を頂点とする三角形は直角三角形であるので、三平方の定理より、以下の式(4)が成立する。
(r・sinθ+L・cosφ)2+[r・(1−cosθ)+L・sinφ]2
=L´2 式(4)
Further, in FIG. 14, a triangle having a position (A), a position (B), and a position (C) as a vertex is a right triangle, and therefore the following equation (4) holds from the theorem of three squares.
(R · sin θ + L · cos φ) 2 + [r · (1−cos θ) + L · sin φ] 2
= L ' 2 equation (4)

上記の式(4)を整理すると、以下の式(5)を得ることができる。
cos[(θ/2)−φ]
=[L´2−L2−2・r2・(1−cosθ)]/4・L・r・sin(θ/2)
式(5)
By arranging the above equation (4), the following equation (5) can be obtained.
cos [(θ / 2) −φ]
= [L'2 -L 2 -2 · r 2 · (1-cosθ)] / 4 · L · r · sin (θ / 2)
Formula (5)

ここで、[L´2−L2−2・r2・(1−cosθ)]/4・L・r・sin(θ/2)=χと置き換えると、θ=0のとき、χ=√(k´/k)であるので、以下の式(6)を得ることができる。上記より、すでにL´、L、r、θ、k、k´はわかっているので、χを求めることが可能であり、φを求めることができる。求めた角度φが、目標剛性調整角度である。
φ>θ/2の場合、φ=(θ/2)+cos-1χ
φ≦θ/2の場合、φ=(θ/2)−cos-1χ 式(6)
Here, when replacing with [L ′ 2 −L 2 −2 · r 2 · (1−cos θ)] / 4 · L · r · sin (θ / 2) = χ, when θ = 0, χ = √ Since it is (k '/ k), the following formula (6) can be obtained. Since L ′, L, r, θ, k, k ′ are already known from the above, χ can be determined and φ can be determined. The determined angle φ is the target stiffness adjustment angle.
If φ> θ / 2, then φ = (θ / 2) + cos −1 χ
In the case of φ ≦ θ / 2, φ = (θ / 2) −cos −1式 Formula (6)

以上に説明したように、制御手段50を用いて、駆動軸部材6回りの大腿揺動アーム13の揺動周波数(f)と、大腿揺動アーム13を含む揺動対象物における駆動軸部材6回りの慣性モーメント(I)と、伸縮バネ23Kのバネ定数(k)と、伸縮バネ23Kの自由長(L)と、従動軸部材7から剛性調整軸部材までの距離(r)と、連動揺動角度(角度θ)と、に基づいて、伸縮バネの共振点が、揺動対象物の揺動の周波数と一致するように剛性調整角度(角度φ)を調整する。   As described above, using the control means 50, the rocking frequency (f) of the thigh rocking arm 13 around the drive shaft 6, and the driving shaft 6 in the rocking object including the thigh rocking arm 13. The moment of inertia (I), the spring constant (k) of the expansion spring 23K, the free length (L) of the expansion spring 23K, the distance (r) from the driven shaft member 7 to the stiffness adjustment shaft member, and continuous oscillation Based on the movement angle (angle θ), the stiffness adjustment angle (angle φ) is adjusted such that the resonance point of the expansion spring coincides with the frequency of the movement of the movement target.

このように、伸縮バネ23Kの共振点が、揺動アーム13を含む揺動対象物(駆動軸部材6回りに揺動する物体全体)の揺動の周波数と一致してエネルギー保存則が成立するように、剛性調整角度φを設定することで、電動モータ11にて消費する電力を最小とすることができる。なお、剛性調整角度を上記の式から求めることなく、微小角度だけ剛性調整角度を変更して当該剛性調整角度における所定周期分の電動モータ11の消費電力を計測した後、再度微小角度だけ剛性調整角度を変更して所定周期分の電動モータ11の消費電力を計測することを繰り返し、最も消費電力が少ない剛性調整角度を求めるようにしてもよい。   Thus, the energy conservation law holds true that the resonance point of the expansion spring 23K matches the frequency of the rocking object including the rocking arm 13 (the entire object rocking around the drive shaft member 6). Thus, by setting the rigidity adjustment angle φ, the power consumed by the electric motor 11 can be minimized. Note that the rigidity adjustment angle is changed by a small angle without obtaining the rigidity adjustment angle from the above equation, and after measuring the power consumption of the electric motor 11 for a predetermined cycle in the rigidity adjustment angle, the rigidity adjustment is again performed by a small angle It is also possible to repeat the measurement of the power consumption of the electric motor 11 for a predetermined cycle by changing the angle to obtain the stiffness adjustment angle with the least power consumption.

●[連動揺動部材16にバネユニットを2つ取り付ける例(図15)]
バネユニットにおける伸縮バネが伸長方向のみ有効で圧縮方向では有効でない場合(例えば図10の模式図に示した状態の伸縮バネの場合)や、図5に示すバネユニットであって伸長方向にも圧縮方向にも伸縮バネは有効であるが、連動揺動角度に対して付勢力が不足する場合等において、図15の例に示すように、連動揺動部材16に対してバネユニット23とバネユニット23´との2つを取り付けるようにしてもよい。なお、バネユニット23内の伸縮バネの他方端に相当する個所は、剛性調整軸21DJの近傍に配置されたバネ係止部材(図示省略)に接続(係止)されており、バネユニット23´内の伸縮バネの他方端に相当する個所は、剛性調整軸21DJ´の近傍に配置されたバネ係止部材(図示省略)に接続(係止)されている。
[Example of attaching two spring units to interlocking rocking member 16 (FIG. 15)]
When the expansion spring in the spring unit is effective only in the extension direction and not effective in the compression direction (for example, in the case of the expansion spring shown in the schematic view of FIG. 10), or the spring unit shown in FIG. Although the expansion spring is effective also in the direction, the spring unit 23 and the spring unit with respect to the interlocking rocking member 16 as shown in the example of FIG. You may make it attach two of 23 '. A portion corresponding to the other end of the expansion spring in the spring unit 23 is connected (locked) to a spring locking member (not shown) disposed in the vicinity of the rigidity adjustment shaft 21DJ. A portion corresponding to the other end of the inner expansion spring is connected (locked) to a spring locking member (not shown) disposed in the vicinity of the stiffness adjustment shaft 21DJ '.

この場合、バネユニット23の旋回部材23A(剛性調整軸21DJ回りに旋回)は、電動モータ21にて旋回駆動される。また、バネユニット23´の旋回部材23A´(剛性調整軸21DJ´回りに旋回)は、旋回部材23Aに取り付けられたギアG1、ブラケット22(図1参照)に支持されたギアG2、G3、旋回部材23A´に取り付けられたギアG4にて旋回駆動力が伝達される。そして隣り合うギアのギア比を適切に設定することで、バネユニット23の剛性調整角度と、バネユニット23´の剛性調整角度とを一致させることができる。   In this case, the pivoting member 23A of the spring unit 23 (swinging around the stiffness adjustment shaft 21DJ) is driven to rotate by the electric motor 21. Further, the pivoting member 23A 'of the spring unit 23' (sliding around the stiffness adjustment shaft 21DJ ') is a gear G1 attached to the pivoting member 23A, gears G2 and G3 supported by the bracket 22 (see FIG. 1), and pivoting. The turning drive force is transmitted by the gear G4 attached to the member 23A '. The rigidity adjustment angle of the spring unit 23 can be matched with the rigidity adjustment angle of the spring unit 23 'by appropriately setting the gear ratios of the adjacent gears.

以上に説明した第1の実施の形態の揺動関節装置1は、ユーザの左脚用であるが、右脚用のベース部(ベース部2の左右対称版)、右脚用の大腿揺動部(符号11、12、13、19にて示した各部材の左右対称版)、右脚用の剛性調整部(符号16、21、22、23にて示した各部材の左右対称版)、右脚用の下腿揺動部(符号31、32、32P、32B、33、34、35、36、39にて示した各部材の左右対称版)を追加して、制御ユニット5からユーザの両脚の歩行動作(または走行動作)を支援するようにしてもよい。   The swing joint device 1 according to the first embodiment described above is for the left leg of the user, but the base portion for the right leg (a symmetrical version of the base portion 2), the thigh swing for the right leg Parts (left-right symmetric version of each member indicated by reference numerals 11, 12, 13 and 19), stiffness adjusting part for right leg (right-left symmetric versions of each member indicated by reference numerals 16, 21, 22 and 23), From the control unit 5, both legs of the user are added by adding the lower leg rocking portions for the right leg (symbols 31, 32, 32P, 32B, 33, 34, 35, 36, 39). The walking motion (or traveling motion) of the vehicle may be supported.

●●[第2の実施の形態の揺動関節装置]
第2の実施の形態の揺動関節装置は、図1〜図4に示す第1の実施の形態の揺動関節装置1から電動モータ11(及び回転角度検出手段11S)を省略し、大腿揺動アーム13の揺動角度を検出可能な回転角度検出手段を追加したものである。この第2の実施の形態では、ユーザの歩行(または走行)における大腿部の運動を電動モータで支援することはできないが、下腿部の運動を電動モータ31にて支援することができる。また、剛性調整ユニット23を有しているので、エネルギー保存則に基づいて剛性調整角度を適切な角度とすることで、ユーザの大腿部の運動量を適切に軽減させることができる。
● ● [Swaying joint device of the second embodiment]
In the rocking joint device of the second embodiment, the electric motor 11 (and the rotation angle detection means 11S) is omitted from the rocking joint device 1 of the first embodiment shown in FIGS. The rotation angle detection means capable of detecting the swing angle of the moving arm 13 is added. In the second embodiment, although the motion of the thigh during walking (or traveling) of the user can not be assisted by the electric motor, the motion of the lower leg can be assisted by the electric motor 31. Further, since the rigidity adjustment unit 23 is provided, by setting the rigidity adjustment angle to an appropriate angle based on the energy conservation law, it is possible to appropriately reduce the amount of exercise of the user's thighs.

また、第1の実施の形態と同様に、右脚用のベース部(ベース部2の左右対称版)、右脚用の大腿揺動部(符号12、13、19にて示した各部材の左右対称版)、右脚用の剛性調整部(符号16、21、22、23にて示した各部材の左右対称版)、右脚用の下腿揺動部(符号31、32、32P、32B、33、34、35、36、39にて示した各部材の左右対称版)を追加して、制御ユニット5からユーザの両脚の歩行動作(または走行動作)を支援するようにしてもよい。   Further, as in the first embodiment, the base portion for the right leg (the left-right symmetric version of the base portion 2), and the thigh rocking portion for the right leg (the reference numerals 12, 13 and 19) Left and right symmetrical version), rigidity adjustment section for right leg (left and right symmetrical version of each member shown by reference numerals 16, 21, 22 and 23), lower thigh swinging section for right leg (reference numerals 31, 32, 32P, 32B) 33, 34, 35, 36, 39 may be added to support the walking operation (or traveling operation) of the user's legs from the control unit 5.

●●[第3の実施の形態の揺動関節装置]
第3の実施の形態の揺動関節装置は、図1〜図4に示す第1の実施の形態の揺動関節装置1から、電動モータ31、ブラケット32、プーリ32P、ベルト32B、下腿揺動アーム33、下腿中継アーム34、下腿アーム35、足先保持部36、下腿装着部39を省略したものである。この第3の実施の形態では、ユーザの歩行(または走行)における大腿部の運動を電動モータ11にて支援し、下腿部の運動は支援しない。なお、剛性調整ユニットを有しているので、エネルギー保存則に基づいて剛性調整角度を適切な角度とすることで、電動モータ11の消費電力を、より低減することができる。
● ● [Swaying joint device of the third embodiment]
The rocking joint device according to the third embodiment includes the electric motor 31, the bracket 32, the pulley 32P, the belt 32B and the lower leg rocking motion from the rocking joint device 1 according to the first embodiment shown in FIGS. The arm 33, the lower leg relay arm 34, the lower leg arm 35, the toe holding portion 36, and the lower leg mounting portion 39 are omitted. In the third embodiment, the motion of the thigh during walking (or traveling) of the user is assisted by the electric motor 11, and the motion of the lower thigh is not. Since the rigidity adjustment unit is provided, power consumption of the electric motor 11 can be further reduced by setting the rigidity adjustment angle to an appropriate angle based on the energy conservation law.

また、第1の実施の形態と同様に、右脚用のベース部(ベース部2の左右対称版)、右脚用の大腿揺動部(符号11、12、13、19にて示した各部材の左右対称版)、右脚用の剛性調整部(符号16、21、22、23にて示した各部材の左右対称版)を追加して、制御ユニット5からユーザの両脚の歩行動作(または走行動作)を支援するようにしてもよい。   Further, as in the first embodiment, the base portion for the right leg (a symmetrical version of the base portion 2) and the thigh rocking portion for the right leg (respectively indicated by reference numerals 11, 12, 13 and 19) Left-right symmetrical version of the members) and rigidity adjustment part for right leg (left-right symmetrical version of each member indicated by reference numerals 16, 21, 22, 23) is added, and the walking operation of both legs of the user from the control unit 5 ( Alternatively, the driving operation may be supported.

●●[第4の実施の形態の揺動関節装置]
第4の実施の形態の揺動関節装置は、第3の実施の形態の揺動関節装置から電動モータ11(及び回転角度検出手段11S)を省略し、大腿揺動アーム13の揺動角度を検出可能な回転角度検出手段を追加したものである。この第4の実施の形態では、ユーザの歩行(または走行)における下腿部の運動の支援をすることはできない。またユーザの大腿部の運動を電動モータで支援することもできない。しかし、剛性調整ユニット23を有しているので、エネルギー保存則に基づいて剛性調整角度を適切な角度とすることで、ユーザの大腿部の運動量を適切に軽減させることができる。
● ● [Swaying joint device of the fourth embodiment]
In the rocking joint device of the fourth embodiment, the electric motor 11 (and the rotation angle detecting means 11S) is omitted from the rocking joint device of the third embodiment, and the rocking angle of the thigh rocking arm 13 is It adds a detectable rotation angle detection means. In the fourth embodiment, it is not possible to support the exercise of the lower leg in walking (or traveling) of the user. In addition, the motion of the user's thigh can not be assisted by the electric motor. However, since the stiffness adjustment unit 23 is provided, by setting the stiffness adjustment angle to an appropriate angle based on the energy conservation law, it is possible to appropriately reduce the amount of exercise of the user's thighs.

また、第1の実施の形態と同様に、右脚用のベース部(ベース部2の左右対称版)、右脚用の大腿揺動部(符号12、13、19にて示した各部材の左右対称版)、右脚用の剛性調整部(符号16、21、22、23にて示した各部材の左右対称版)を追加して、制御ユニット5からユーザの両脚の歩行動作(または走行動作)を支援するようにしてもよい。   Further, as in the first embodiment, the base portion for the right leg (the left-right symmetric version of the base portion 2), and the thigh rocking portion for the right leg (the reference numerals 12, 13 and 19) Left-right symmetrical version), rigidity adjustment part for right leg (left-right symmetrical version of each member shown with the code 16, 21, 22, 23) is added, and walking operation (or running of both legs of the user from the control unit 5) Operation) may be supported.

本発明の揺動関節の剛性制御方法等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。   Various modifications, additions, and deletions can be made without departing from the scope of the present invention as to the rigidity control method and the like of the swing joint according to the present invention.

本実施の形態にて説明した揺動関節の剛性制御方法は、ユーザの下肢の揺動運動を支援する方法に限定されず、周期的な揺動運動をする種々の対象物に適用可能である。   The stiffness control method of the swing joint described in the present embodiment is not limited to a method for supporting the swing motion of the user's lower limb, and can be applied to various objects that perform periodic swing motion. .

本実施の形態では、大腿揺動アーム13の揺動運動を、ギアで連動揺動部材16に伝達したが、動力伝達手段はギアに限定されず、ベルトやプーリ等を用いて動力伝達手段を構成してもよい。同様に、電動モータ31の揺動回転運動を、プーリとベルトで下腿揺動アーム33に伝達したが、プーリとベルトに限定されず、ギア等を用いて伝達してもよい。また、図15の例ではギアを用いた旋回部材駆動力伝達手段を用いて旋回駆動力を伝達したが、ギアに限定されず、プーリとベルト、あるいはリンク機構等を介して旋回駆動力を伝達するようにしてもよい。   In the present embodiment, the rocking motion of the thigh rocking arm 13 is transmitted to the interlocking rocking member 16 by a gear, but the power transmission means is not limited to a gear, and the power transmission means may be a belt or a pulley. It may be configured. Similarly, although the swinging rotational movement of the electric motor 31 is transmitted to the lower leg swinging arm 33 by the pulley and the belt, it is not limited to the pulley and the belt, and may be transmitted using a gear or the like. Further, in the example of FIG. 15, the turning driving force is transmitted using the turning member driving force transmission means using a gear, but the invention is not limited to the gear, and the turning driving force is transmitted via a pulley and a belt or a link mechanism. You may do it.

1 揺動関節装置
2 ベース部
3 腰装着部
4 肩ベルト
5 制御ユニット
6 駆動軸部材
6J 駆動軸
7 従動軸部材
7J 従動軸
11、21、31 電動モータ
11D、31D 減速機
11S、21S、31S 回転角度検出手段
12 ブラケット
13 大腿揺動アーム
13G 円板部
16 連動揺動部材
16K バネ係止部材(バネ揺動端)
16KJ バネ揺動軸
19 大腿装着部
21D 剛性調整軸部材(減速機)
21DJ 剛性調整軸
22 ブラケット
23 バネユニット
23A 旋回部材
23C 揺動追従軸部材(バネ固定端)
23CJ バネ固定軸
23D シャフト
23E 伸縮伝達部材
23K 伸縮バネ
23M 揺動追従部材
32B ベルト
32P プーリ
33 下腿揺動アーム
34 下腿中継アーム
35 下腿アーム
35M 平行リンク形成部
39 下腿装着部
50 制御手段

Reference Signs List 1 rocking joint device 2 base portion 3 waist mounting portion 4 shoulder belt 5 control unit 6 drive shaft member 6J drive shaft 7 driven shaft member 7J driven shaft member 11, 21 and 31 electric motor 11D, 31D reduction gear 11S, 21S, 31S rotation Angle detection means 12 Bracket 13 thigh swing arm 13G disc portion 16 interlocking swing member 16K spring locking member (spring swing end)
16KJ Spring rocking shaft 19 Thigh mounting part 21D rigidity adjustment shaft member (reduction gear)
21DJ rigidity adjusting shaft 22 bracket 23 spring unit 23A turning member 23C swing following shaft member (spring fixed end)
23CJ Spring Fixing Shaft 23D Shaft 23E Stretch Transmission Member 23K Stretch Spring 23M Swing Follower 32B Belt 32P Pulley 33 Lower Thigh Swing Arm 34 Lower Thigh Relay Arm 35 Lower Thigh Arm 35M Parallel Link Forming Part 39 Lower Thigh Attachment Part 50 Control Means

Claims (3)

駆動軸部材と、
前記駆動軸部材回りに揺動自在に支持された揺動アームと、
前記駆動軸部材に対して平行に配置された従動軸部材と、
動力伝達手段を介して前記揺動アームに接続されて前記揺動アームの揺動に連動して前記従動軸部材回りに連動揺動するとともに前記揺動アームの揺動角度よりも小さな連動揺動角度で連動揺動する連動揺動部材と、
前記連動揺動部材に接続されて前記連動揺動角度に応じた付勢力であって前記連動揺動部材を連動揺動方向とは反対方向となる前記付勢力を発生させる伸縮バネと、
前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上のバネ定数を可変とする見かけ上バネ定数可変手段と、
前記見かけ上バネ定数可変手段を制御する制御手段と、
を有する揺動関節装置の剛性制御方法であって、
見かけ上バネ定数調整ステップを有し、
当該見かけ上バネ定数調整ステップでは、前記制御手段は、
前記見かけ上バネ定数可変手段を用い、前記連動揺動角度に応じて、前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上バネ定数を調整する、
剛性制御方法。
Drive shaft member,
A swing arm supported swingably around the drive shaft member;
A driven shaft member disposed parallel to the drive shaft member;
It is connected to the swinging arm via power transmission means and interlocked swinging around the driven shaft member interlockingly with swinging of the swinging arm and interlocked swinging smaller than the swinging angle of the swinging arm An interlocking pivoting member that interlocks and pivots at an angle;
An elastic spring connected to the interlocking rocking member to generate the urging force corresponding to the interlocking rocking angle and in a direction opposite to the interlocking rocking direction of the interlocking rocking member;
Apparent spring constant varying means for varying an apparent spring constant of the expansion spring as viewed from the interlocking swing member;
Control means for controlling the apparent spring constant variable means;
A stiffness control method of a swing joint device having the
Apparently has a spring constant adjustment step,
In the apparent spring constant adjustment step, the control means
The apparent spring constant of the expansion spring as viewed from the interlocking rocking member is adjusted according to the interlocking rocking angle using the apparent spring constant variable means .
Stiffness control method.
請求項1に記載の剛性制御方法であって、
前記見かけ上バネ定数可変手段は、
前記連動揺動部材の外周部の近傍の位置に配置されて前記従動軸部材に対して平行に配置された剛性調整軸部材と、
前記剛性調整軸部材を旋回させる剛性調整軸旋回手段と、
前記剛性調整軸部材に接続されて前記剛性調整軸部材とともに旋回する旋回部材と、
前記伸縮バネと、にて構成されており、
前記伸縮バネの一方端に相当する個所は、前記旋回部材における前記剛性調整軸部材から離れた位置であるバネ固定端に接続され、
前記伸縮バネの他方端に相当する個所は、前記連動揺動部材における外周部の近傍の位置であって前記連動揺動角度がゼロの場合において前記剛性調整軸部材と同軸となる位置であるバネ揺動端に接続され、
前記連動揺動角度がゼロの場合において、前記バネ固定端と前記バネ揺動端に接続された前記伸縮バネは自由長であり、
前記制御手段は、
前記見かけ上バネ定数調整ステップにおいて、
前記剛性調整軸旋回手段を制御することで、前記従動軸部材を中心として前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離を半径とする円である仮想連動揺動円における円周上の接線であって前記剛性調整軸部材の位置における接線である仮想接線と、前記連動揺動角度がゼロの場合における前記バネ揺動端と前記バネ固定端とを結ぶ仮想直線と、のなす角度である剛性調整角度を、前記連動揺動角度に応じて調整して、前記連動揺動部材から見た前記伸縮バネの見かけ上バネ定数を調整する、
剛性制御方法。
The stiffness control method according to claim 1, wherein
The apparent spring constant variable means is
A stiffness adjustment shaft member disposed at a position near the outer peripheral portion of the interlocking rocking member and disposed parallel to the driven shaft member;
Rigidity adjustment shaft turning means for turning the rigidity adjustment shaft member;
A pivoting member connected to the stiffness adjustment shaft member and pivoted with the stiffness adjustment shaft member;
Said telescopic spring, and
A point corresponding to one end of the expansion spring is connected to a spring fixed end which is a position away from the rigidity adjusting shaft member in the turning member,
A portion corresponding to the other end of the expansion spring is a position near the outer peripheral portion of the interlocking rocking member, and is a position coaxial with the rigidity adjusting shaft member when the interlocking rocking angle is zero. Connected to the swing end,
When the interlocking rocking angle is zero, the spring fixed end and the expansion spring connected to the spring rocking end have a free length,
Wherein,
In the apparent spring constant adjustment step,
A tangent line on a circle of a virtual interlocking swing circle which is a circle whose radius is a distance from the driven shaft member to the rigidity adjusting shaft member centering on the driven shaft member by controlling the rigidity adjusting shaft turning means And an angle formed by an imaginary tangent which is a tangent at the position of the rigidity adjustment shaft member and an imaginary straight line connecting the spring swing end and the spring fixed end when the interlocked swing angle is zero. Adjusting a stiffness adjustment angle according to the interlocking rocking angle to adjust an apparent spring constant of the expansion spring viewed from the interlocking rocking member;
Stiffness control method.
請求項2に記載の剛性制御方法であって、
前記制御手段は、
前記見かけ上バネ定数調整ステップにおいて前記剛性調整角度を調整する際、
前記駆動軸部材回りの前記揺動アームの揺動周波数と、
前記揺動アームを含む揺動対象物における前記駆動軸部材回りの慣性モーメントと、
前記伸縮バネのバネ定数と、
前記伸縮バネの自由長と、
前記従動軸部材から前記剛性調整軸部材までの距離と、
前記連動揺動角度と、に基づいて、前記伸縮バネの共振点が、前記揺動対象物の揺動の周波数と一致するように前記剛性調整角度を調整する、
剛性制御方法。
The stiffness control method according to claim 2,
Wherein,
When adjusting the stiffness adjustment angle in the apparent spring constant adjustment step,
A swing frequency of the swing arm around the drive shaft member;
Moment of inertia about the drive shaft member in a swing target including the swing arm;
A spring constant of the elastic spring;
A free length of the telescopic spring;
A distance from the driven shaft member to the stiffness adjustment shaft member;
The rigidity adjustment angle is adjusted based on the interlocking rocking angle such that the resonance point of the expansion spring coincides with the rocking frequency of the rocking object.
Stiffness control method.
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