專利名稱：安裝式動(dòng)作輔助裝置、安裝式動(dòng)作輔助裝置的校準(zhǔn)裝置以及校準(zhǔn)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝式動(dòng)作輔助裝置，特別是，涉及一種輔助或代替安裝者動(dòng)作的安裝式動(dòng)作輔助裝置、安裝式動(dòng)作輔助裝置的校準(zhǔn)裝置、安裝式動(dòng)作輔助裝置的校準(zhǔn)方法以及改良的校準(zhǔn)程序。
背景技術(shù)：
對(duì)于肌力消失的殘疾人或肌力衰退的老年人來說，正常人簡(jiǎn)單地就可以做到的動(dòng)作很多時(shí)候卻是非常困難的。因此，為了輔助或代替這些人的動(dòng)作，如今，正在進(jìn)行著各種各樣的助力裝置的開發(fā)。
做為這些助力裝置的一例就是安裝在使用者(以下簡(jiǎn)稱“安裝者”)身上的安裝式動(dòng)作輔助裝置(以下簡(jiǎn)稱“動(dòng)作輔助裝置”)。
在這種動(dòng)作輔助裝置中，非專利文獻(xiàn)“Development of PowerAssistive Leg for Walking Aid Using EMG and Linux”(Takao Nakai，Suwoong Lee，Hiroaki Kawamoto and Yoshiyuki Sankai，Second AsianSymposium on Industrial Automation and Robotics，BITECH，Bangkok，Thailand，May 17-18，2001)公開了一種具有肌電位傳感器(檢測(cè)單元)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(驅(qū)動(dòng)源)的動(dòng)作輔助裝置，其中，肌電位傳感器貼付于安裝者的皮膚上，用來檢測(cè)安裝者肌肉活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的肌電位信號(hào)(身體信號(hào))，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則用來將輔助動(dòng)力提供給安裝者。
這個(gè)動(dòng)作輔助裝置的特征在于，它基于檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)，用計(jì)算機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)安裝者的意識(shí)提供助力(輔助動(dòng)力)。因此，該動(dòng)作輔助裝置可以將根據(jù)安裝者的意識(shí)而生成的助力提供給安裝者，還可以將安裝者的動(dòng)作所需的助力提供給安裝者，與安裝者的動(dòng)作連動(dòng)。
另外，在上述動(dòng)作輔助裝置中，例如，可以通過將一控制信號(hào)(該控制信號(hào)與一將肌電位傳感器的檢測(cè)信號(hào)增幅后的信號(hào)具有預(yù)定的相關(guān)關(guān)系)輸入用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路來產(chǎn)生助力，以滿足與安裝者發(fā)出的肌電位信號(hào)具有預(yù)定的相關(guān)關(guān)系。
也就是說，安裝者肌肉活動(dòng)時(shí)的肌電位信號(hào)和動(dòng)力之間具有正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)，它們互相之間大小的比率也為預(yù)定值，所以，為了滿足這些所要的關(guān)系，有必要產(chǎn)生一與肌電位信號(hào)相對(duì)應(yīng)的助力。換句話說，如果動(dòng)作輔助裝置提供的助力與肌電位信號(hào)不滿足預(yù)定的關(guān)系，提供給安裝者的輔助動(dòng)力不是過大就是過小，這樣很可能明顯地破壞使用者的使用便利性。
安裝者發(fā)出的肌電位信號(hào)是很微弱的電信號(hào)，并且，每個(gè)人的肌電位信號(hào)和由該肌信號(hào)產(chǎn)生的肌力的比例關(guān)系也各不一樣，另外，即使是同一個(gè)人，由于每天的身體狀況不同，其皮膚的電阻值也不固定，所以，大多數(shù)情況下，肌電位信號(hào)和由該肌電位信號(hào)產(chǎn)生的肌力也不固定。因此，在上述動(dòng)作輔助裝置中，為了給控制信號(hào)附加預(yù)定的系數(shù)，以對(duì)提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制量進(jìn)行校準(zhǔn)，需要具有一所謂的校準(zhǔn)裝置。具體地，當(dāng)動(dòng)作輔助裝置被安裝在安裝者身上時(shí)，使肌電位信號(hào)和助力與預(yù)定的關(guān)系相對(duì)應(yīng)，需要具有一可以基于系數(shù)實(shí)行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)裝置。這個(gè)校準(zhǔn)裝置的構(gòu)成是這樣的，即，首先取得預(yù)定量的負(fù)荷作用于安裝者身上時(shí)的肌電位信號(hào)，然后根據(jù)該負(fù)荷和肌電位信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系改變上述系數(shù)，實(shí)行校準(zhǔn)。
在這個(gè)校準(zhǔn)裝置中，施加給安裝者的負(fù)荷呈階段性變化，當(dāng)安裝者為了抵抗各階段的負(fù)荷產(chǎn)生肌力時(shí)，可以根據(jù)各階段的負(fù)荷和肌電位信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使肌電位信號(hào)和輔助動(dòng)力與預(yù)定的關(guān)系相對(duì)應(yīng)。
其中，做為使施加給安裝者身上的負(fù)荷呈階段性變化的方法，可以是這樣的方法，即，事先準(zhǔn)備好不同重量的小錘，每次檢測(cè)表面肌電位時(shí)換用不同的小錘，或者，也可以考慮這樣的方法，即，讓線圈彈簧與安裝者的腿部相連，使該線圈彈簧的伸長(zhǎng)量呈階段性變化。
具有使用這些方法的校準(zhǔn)裝置的動(dòng)作輔助裝置，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)需要，使肌電位信號(hào)和輔助動(dòng)力與預(yù)定的關(guān)系準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)，所以，可以防止提供給安裝者的助力過大或過小的情況的發(fā)生。
另外，上述動(dòng)作輔助裝置中，如上所述，用來檢測(cè)肌電位信號(hào)的肌電位傳感器被直接貼付在安裝者的皮膚上，經(jīng)由皮膚對(duì)表面肌電位進(jìn)行檢測(cè)。所以，既使安裝者是同一個(gè)人，如果肌電位傳感器的貼付位置不同或者身體狀況發(fā)生變化，電阻值也會(huì)不同或者發(fā)生變化，檢測(cè)出的肌電位信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)不均一的現(xiàn)象，這樣，安裝時(shí)每次都需要實(shí)行上述校準(zhǔn)。因此，在上述校準(zhǔn)方法中，每次將動(dòng)作輔助裝置安裝在安裝者身上時(shí)，都需要多次交換不同重量的小錘，或者給安裝者裝上線圈彈簧，并使該線圈彈簧的伸長(zhǎng)量呈階段性變化，這些繁瑣的工作都要強(qiáng)加給安裝者。
因此，在現(xiàn)有的校準(zhǔn)方法中還存在著很大的問題，即，為了實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)的目的，一個(gè)安裝者所要做的工作非常繁瑣，完成校準(zhǔn)工作花費(fèi)的時(shí)間也很長(zhǎng)，另外，還要將多余的負(fù)擔(dān)強(qiáng)加給肌力較弱的安裝者。所以，正是源于這樣的理由，動(dòng)作輔助裝置在實(shí)用和普及等方面，還存在著很大的制約。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是通過校準(zhǔn)參數(shù)，減輕安裝者在實(shí)行校準(zhǔn)時(shí)所承受的負(fù)擔(dān)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)手段。
本發(fā)明提供一種安裝式動(dòng)作輔助裝置，其具有檢測(cè)單元，它用來檢測(cè)安裝者產(chǎn)生的身體信號(hào)；動(dòng)作輔助單元，它具有用來向安裝者提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源；控制單元，它控制上述驅(qū)動(dòng)源，以產(chǎn)生與檢測(cè)單元檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)相應(yīng)的輔助動(dòng)力。該安裝式動(dòng)作輔助裝置的特征在于，其還具有一校準(zhǔn)單元，該校準(zhǔn)單元根據(jù)檢測(cè)裝置檢測(cè)出的身體信號(hào)設(shè)定校準(zhǔn)值，該身體信號(hào)與上述驅(qū)動(dòng)源提供的做為負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)力相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明還提供一種安裝式動(dòng)作輔助裝置，其具有檢測(cè)單元，它用來檢測(cè)安裝者產(chǎn)生的身體信號(hào)；動(dòng)作輔助單元，它具有用來向安裝者提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源；控制單元，它控制上述驅(qū)動(dòng)源，以產(chǎn)生與檢測(cè)單元檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)相應(yīng)的輔助動(dòng)力。該安裝式動(dòng)作輔助裝置的特征在于，其還含有一負(fù)荷產(chǎn)生單元和一校準(zhǔn)值設(shè)定單元，負(fù)荷產(chǎn)生單元用來提供外部負(fù)荷，該外部負(fù)荷是當(dāng)動(dòng)作輔助單元被安裝在安裝者身上時(shí)上述驅(qū)動(dòng)源提供的預(yù)定的驅(qū)動(dòng)力；校準(zhǔn)值設(shè)定單元用來根據(jù)檢測(cè)裝置檢測(cè)出的、為抵抗負(fù)荷生成單元所提供的驅(qū)動(dòng)力而生成的身體信號(hào)，生成控制單元實(shí)行演算處理所需的參數(shù)，并把該參數(shù)設(shè)定為安裝者固有的校準(zhǔn)值。
上述發(fā)明中，上述校準(zhǔn)單元具有一數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)用來保存檢測(cè)單元檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)和控制上述驅(qū)動(dòng)源的控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，上述控制單元?jiǎng)t根據(jù)校準(zhǔn)值設(shè)定單元設(shè)定的校準(zhǔn)值校準(zhǔn)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的上述控制信號(hào)。
上述發(fā)明中，上述檢測(cè)單元呈貼付于安裝者皮膚上的狀態(tài)被使用，用來檢測(cè)做為身體信號(hào)的安裝者的肌電位。
上述發(fā)明中，上述動(dòng)作輔助單元具有腰帶、右腳輔助部和左腳輔助部，右腳輔助部設(shè)置在腰帶的右下方，左腳輔助部設(shè)置在腰帶的左下方。右腳輔助部和左腳輔助部分別具有第一支架、第二支架、第三支架、第四支架、第一關(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)，第一支架從腰帶向下延伸以支撐腰帶，第二支架從第一支架向下延伸，第三支架從第二支架向下延伸，第四支架設(shè)置于第三支架的下端并承載安裝者的腳底部，第一關(guān)節(jié)位于第一支架的下端和第二支架的上端之間，第二關(guān)節(jié)位于第二支架的下端和第三支架的上端之間。
上述發(fā)明中，上述第一關(guān)節(jié)被設(shè)置成與安裝者的胯關(guān)節(jié)一致的高度上，上述第二關(guān)節(jié)被設(shè)置成與安裝者的膝關(guān)節(jié)一致的高度上。
上述發(fā)明中，上述第一關(guān)節(jié)上設(shè)置第一驅(qū)動(dòng)源，用來傳遞驅(qū)動(dòng)力以使第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)，上述第二關(guān)節(jié)上設(shè)置第二驅(qū)動(dòng)源，用來傳遞驅(qū)動(dòng)力以使第三支架轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述發(fā)明中，上述第一、第二驅(qū)動(dòng)源分別具有用來檢測(cè)關(guān)節(jié)角度的角度傳感器。
本發(fā)明還提供一種校準(zhǔn)裝置，當(dāng)具有產(chǎn)生與安裝者發(fā)出的身體信號(hào)相應(yīng)的輔助動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時(shí)，該校準(zhǔn)裝置使上述身體信號(hào)和上述輔助動(dòng)力與預(yù)定的關(guān)系相對(duì)應(yīng)，該校準(zhǔn)裝置具有第一保存單元和第二保存單元，第一保存單元用來預(yù)先存儲(chǔ)安裝了動(dòng)作輔助單元的安裝者發(fā)出的動(dòng)力和身體信號(hào)的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系，第二保存單元用來預(yù)先儲(chǔ)存安裝者在實(shí)行預(yù)定的基本動(dòng)作過程中發(fā)出的動(dòng)力和身體信號(hào)的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，動(dòng)作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時(shí)，根據(jù)安裝者實(shí)行基本動(dòng)作時(shí)發(fā)出的身體信號(hào)和上述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)與上述身體信號(hào)相應(yīng)的輔助動(dòng)力，以滿足上述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
上述發(fā)明中，上述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系是上述動(dòng)力與上述身體信號(hào)具有正相關(guān)關(guān)系，上述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系是上述基本動(dòng)作的上述身體信號(hào)的變化和上述動(dòng)力的變化的關(guān)系。
本發(fā)明還提供一種校準(zhǔn)程序，它能夠使計(jì)算機(jī)實(shí)行如下校準(zhǔn)，即，當(dāng)具有產(chǎn)生與安裝者發(fā)出的身體信號(hào)相應(yīng)的輔助動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時(shí)，使上述身體信號(hào)和上述輔助動(dòng)力與預(yù)定的關(guān)系相對(duì)應(yīng)，該校準(zhǔn)程序包括第一程序和第二程序，第一程序能夠使計(jì)算機(jī)實(shí)行如下操作，即，將安裝了動(dòng)作輔助單元的安裝者發(fā)出的動(dòng)力和身體信號(hào)的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先保存在第一保存單元內(nèi)，并且，將安裝者實(shí)行預(yù)定的基本動(dòng)作過程中產(chǎn)生的動(dòng)力和身體信號(hào)的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系保存在第二保存單元內(nèi)；第二程序能夠使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下操作，即，將動(dòng)作輔助單元被安裝在安裝者身上時(shí)，根據(jù)實(shí)行安裝者的上述基本動(dòng)作時(shí)發(fā)出的身體信號(hào)以及上述第二保存單元內(nèi)保存的上述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)與上述身體信號(hào)相應(yīng)的輔助動(dòng)力，以滿足保存在上述第一保存單元內(nèi)的上述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
由本發(fā)明可知，檢測(cè)單元檢測(cè)一身體信號(hào)，該身體信號(hào)與驅(qū)動(dòng)源提供的做為負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)力相對(duì)應(yīng)，然后根據(jù)這個(gè)檢側(cè)出的身體信號(hào)設(shè)定校準(zhǔn)值，這樣，為了實(shí)行校準(zhǔn)而把小錘做為負(fù)荷安裝在安裝者身上，或者，不使用小錘而使用線圈彈簧那樣繁瑣的工作就不需要了，將設(shè)置在動(dòng)作輔助單元上的驅(qū)動(dòng)源產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力做為負(fù)荷來使用，就可以自動(dòng)地實(shí)行校準(zhǔn)。因此，可以大幅度地削減校準(zhǔn)所需的工作和時(shí)間，這樣，就可以更進(jìn)一步促進(jìn)安裝式動(dòng)作輔助裝置的實(shí)用和普及。
另外，由于消除了校準(zhǔn)時(shí)所強(qiáng)加給肌力衰退的安裝者身上的多余的負(fù)擔(dān)，動(dòng)作輔助單元被安裝到安裝者身上時(shí)，安裝者只需做些簡(jiǎn)單的動(dòng)作就可以自動(dòng)實(shí)行校準(zhǔn)，還可以設(shè)定與該安裝者的狀態(tài)相應(yīng)的校準(zhǔn)值，提供與安裝者的肌電位信號(hào)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，使其與安裝者的動(dòng)作連動(dòng)。
因此，實(shí)行校準(zhǔn)時(shí)，由驅(qū)動(dòng)源提供符合安裝者意識(shí)的助力，該助力不會(huì)太大，也不會(huì)太小，可以穩(wěn)定地輔助安裝者的動(dòng)作，這樣，就可以更一步提高安裝式輔助裝置的信賴性。
特別地，當(dāng)安裝者是象新手那樣，盡管覺得很難象自己想的那樣來操作動(dòng)作輔助單元時(shí)，安裝者也可以安心地實(shí)行校準(zhǔn)。因此，安裝者即使是動(dòng)作不自由的殘疾人，也可以不需要特別的操作，避開其身體上不利的動(dòng)作進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以通過實(shí)行校準(zhǔn)以禰補(bǔ)安裝者身體上的弱點(diǎn)。


圖1表示的是應(yīng)用于本發(fā)明的安裝式動(dòng)作輔助裝置的一個(gè)實(shí)施例中的控制系統(tǒng)的框圖。
圖2表示的是從前面觀察本發(fā)明的安裝式動(dòng)作輔助裝置的一個(gè)實(shí)施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。
圖3表示的是從后面觀察本發(fā)明的安裝式動(dòng)作輔助裝置的一個(gè)實(shí)施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。
圖4表示的是動(dòng)作輔助單元18的左視圖。
圖5表示的是動(dòng)作輔助單元18的后視圖。
圖6表示的是構(gòu)成動(dòng)作輔助裝置10的各組成部分的框圖。
圖7表示的是各動(dòng)作作業(yè)以及各動(dòng)作階段的一個(gè)例子的示意圖。
圖8表示的是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148的模式的示意圖。
圖9表示的是做為動(dòng)作作業(yè)的一個(gè)例子的動(dòng)作階段A1～A4的動(dòng)作過程的示意圖。
圖10表示的是表面肌電位e1～e4的檢測(cè)位置的示意圖，其中，(A)表示的是從前面觀察腿部時(shí)的示意圖，(B)表示的是從后面觀察腿部時(shí)的示意圖。
圖11表示的是表面肌電位e1～e4的檢測(cè)位置的示意圖，其中，(A)表示的是胯關(guān)節(jié)沿箭頭方向彎曲時(shí)的腿部的側(cè)視圖，(B)表示的是膝關(guān)節(jié)沿箭頭方向彎曲時(shí)的的腿部的側(cè)視圖。
圖12表示的是安裝了動(dòng)作輔助單元18的安裝者12的膝關(guān)節(jié)屈肌狀態(tài)的示意圖。
圖13表示的是對(duì)應(yīng)于右胯關(guān)節(jié)伸肌的輸入動(dòng)力和虛擬動(dòng)力的曲線。
圖14表示的是對(duì)應(yīng)于右胯關(guān)節(jié)屈肌的輸入動(dòng)力和虛擬動(dòng)力的曲線。
圖15表示的是安裝者12在做與標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)定動(dòng)作相同的動(dòng)作時(shí)的表面肌電位和虛擬動(dòng)力的差的曲線。
圖16表示的是實(shí)行屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化以及膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化的曲線。
圖17表示的是實(shí)行屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的虛擬動(dòng)力、胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的虛擬動(dòng)力、膝關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的虛擬動(dòng)力、膝關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的虛擬動(dòng)力的曲線。
圖18表示的是實(shí)行屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的表面肌電位、胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動(dòng)力、胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的推測(cè)動(dòng)力的曲線。
圖19表示的是實(shí)行屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的表面肌電位、胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動(dòng)力、胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的推測(cè)動(dòng)力的曲線。
圖20表示的是用于說明控制裝置100實(shí)行主控制處理的流程圖。
圖21表示的是對(duì)實(shí)行靜止?fàn)顟B(tài)的初期設(shè)定的初次校準(zhǔn)進(jìn)行控制的流程圖。
圖22表示的是對(duì)基于一次動(dòng)作的再校準(zhǔn)設(shè)定進(jìn)行控制的流程圖。
圖23表示的是對(duì)根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作實(shí)行校準(zhǔn)進(jìn)行控制的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考

本發(fā)明的最佳具體實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1表示的是應(yīng)用于本發(fā)明的安裝式動(dòng)作輔助裝置的一個(gè)實(shí)施例中的控制系統(tǒng)的框圖。
如圖1所示，動(dòng)作輔助裝置10的控制系統(tǒng)包含驅(qū)動(dòng)源140，它用來向安裝者提供助力；物理現(xiàn)象檢測(cè)單元142，它用來檢測(cè)與安裝者12的動(dòng)作相應(yīng)的關(guān)節(jié)角度(物理現(xiàn)象)；身體信號(hào)檢測(cè)單元144，它用來檢測(cè)與安裝者12產(chǎn)生的肌力相應(yīng)的肌電位(身體信號(hào))。
數(shù)據(jù)保存單元146具有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148和指令信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)150，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148用來根據(jù)與安裝者12產(chǎn)生的肌力相應(yīng)的肌電位(身體信號(hào))的檢測(cè)感度，校準(zhǔn)指令信號(hào)(控制信號(hào))的參數(shù)。另外，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148，如后所述，還具有第一存儲(chǔ)領(lǐng)域(第一保存單元)和第二存儲(chǔ)領(lǐng)域(第二保存單元)，第一存儲(chǔ)領(lǐng)域用來預(yù)先保存安裝了動(dòng)作輔助單元18(參考圖2和圖3)的安裝者12發(fā)出的動(dòng)力(肌力)和身體信號(hào)(肌電位信號(hào))的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系，第二儲(chǔ)存領(lǐng)域用來預(yù)先保存安裝者12在實(shí)行預(yù)定的基本動(dòng)作過程中發(fā)出的動(dòng)力(肌力)和身體信號(hào)(肌電位信號(hào))的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系。
由物理現(xiàn)象檢測(cè)手段142檢測(cè)出的關(guān)節(jié)角度(θknee，θhip)和由身體信號(hào)檢測(cè)單元144檢測(cè)出的肌電位信號(hào)(EMGknee，EMGhip)被輸入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148和指令信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)150中。
控制裝置100具有動(dòng)作階段認(rèn)定單元152、差分導(dǎo)出單元154、參數(shù)校準(zhǔn)單元156、控制單元160、校準(zhǔn)控制單元162以及負(fù)荷產(chǎn)生單元164。動(dòng)作輔助單元18每次被安裝到安裝者12身上時(shí)，校準(zhǔn)控制單元162都會(huì)根據(jù)安裝者12在做基本動(dòng)作時(shí)發(fā)出的身體信號(hào)和第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)與身體信號(hào)相應(yīng)的輔助動(dòng)力以滿足第一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
也就是說，當(dāng)安裝者12安裝了動(dòng)作輔助單元18并將電源開關(guān)打開時(shí)，校準(zhǔn)控制單元162實(shí)行校準(zhǔn)控制處理，通過負(fù)荷產(chǎn)生單元164將驅(qū)動(dòng)源140生成的驅(qū)動(dòng)力做為負(fù)荷(輸入動(dòng)力)階段性地提供給安裝者12，使安裝者12產(chǎn)生肌力以抵抗這個(gè)驅(qū)動(dòng)力。
之后，被付與了由驅(qū)動(dòng)源140產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的安裝者12，實(shí)行事先決定的預(yù)定的校準(zhǔn)動(dòng)作(例如，動(dòng)作作業(yè)A從坐著的狀態(tài)到站起來的動(dòng)作)，使骨格肌發(fā)出肌力。這樣，在實(shí)行上述校準(zhǔn)動(dòng)作時(shí)，物理現(xiàn)象檢測(cè)單元142檢測(cè)關(guān)節(jié)角度，同時(shí)，身體信號(hào)檢測(cè)單元144檢測(cè)肌電位信號(hào)。
然后，動(dòng)作階段認(rèn)定單元152通過將由物理現(xiàn)象檢測(cè)單元142檢測(cè)出的關(guān)節(jié)角度和保存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148中的關(guān)節(jié)角度進(jìn)行比較，認(rèn)定安裝者12的校準(zhǔn)動(dòng)作作業(yè)的動(dòng)作階段。
另外，從校準(zhǔn)控制處理開始時(shí)起，差分導(dǎo)出單元154就對(duì)由負(fù)荷產(chǎn)生單元164提供的驅(qū)動(dòng)源140的負(fù)荷(輸入動(dòng)力)以及與身體信號(hào)檢測(cè)單元144檢測(cè)出的肌電位信號(hào)(實(shí)測(cè)值)相應(yīng)的肌力(推測(cè)動(dòng)力)進(jìn)行比較，求出兩者的差值，并求出上述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系。
再有，參數(shù)校準(zhǔn)單元156根據(jù)在由動(dòng)作階段認(rèn)定單元152認(rèn)定的動(dòng)作階段的、由差分導(dǎo)出單元154算出的負(fù)荷(輸入動(dòng)力)和肌力(推測(cè)動(dòng)力)的差值，校準(zhǔn)參數(shù)K以滿足上述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)由負(fù)荷產(chǎn)生單元164提供的、由驅(qū)動(dòng)源140產(chǎn)生的輸入動(dòng)力和與身體信號(hào)檢測(cè)單元144檢測(cè)出的肌電位信號(hào)(實(shí)測(cè)值)相應(yīng)的肌力之間沒有差值時(shí)，不校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。但是，當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生單元164提供的、由驅(qū)動(dòng)源140產(chǎn)生的輸入動(dòng)力和與身體信號(hào)檢測(cè)單元144檢測(cè)出的肌電位信號(hào)(實(shí)測(cè)值)相應(yīng)的肌力之間存在差值時(shí)，就校準(zhǔn)參數(shù)K以使兩者一致。這時(shí)，設(shè)定校準(zhǔn)參數(shù)K’使輸入動(dòng)力和推測(cè)動(dòng)力相等。
之后，校準(zhǔn)控制單元162將由參數(shù)校準(zhǔn)單元156校準(zhǔn)的參數(shù)設(shè)定為安裝者12的參數(shù)，對(duì)下一個(gè)動(dòng)作階段實(shí)行校準(zhǔn)。
這樣，使用由校準(zhǔn)設(shè)定的參數(shù)控制驅(qū)動(dòng)源140，使其產(chǎn)生與身體信號(hào)檢測(cè)單元144檢測(cè)出的身體信號(hào)相應(yīng)的助力，就可以不受安裝者12那天的狀態(tài)(皮膚電阻值)以及身體信號(hào)檢測(cè)單元144的設(shè)置位置的不同的拘束來控制肌力和助力，以使他們能夠保持例如1∶1那樣的預(yù)定比例。
另外，在控制單元160中，由物理現(xiàn)象檢測(cè)單元142檢測(cè)出的關(guān)節(jié)角度(θknee，θhip)和由身體信號(hào)檢測(cè)單元144檢測(cè)出的肌電位信號(hào)(EMGknee，EMGhip)一直在被提供，使用由校準(zhǔn)控制單元162設(shè)定的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)K’，計(jì)算與關(guān)節(jié)角度和肌電位信號(hào)相應(yīng)的各動(dòng)作階段的、由驅(qū)動(dòng)源產(chǎn)生的助力，再把從這個(gè)計(jì)算結(jié)果得出的指令信號(hào)提供給電力增幅單元158。
下面對(duì)本發(fā)明的安裝式動(dòng)作輔助裝置10的一個(gè)具體構(gòu)成的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖2表示的是從前面觀察本發(fā)明的安裝式動(dòng)作輔助裝置的一個(gè)實(shí)施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。圖3表示的是從后面觀察本發(fā)明的安裝式動(dòng)作輔助裝置的一個(gè)實(shí)施例中的安裝狀態(tài)的立體圖。
如圖2和圖3所示，動(dòng)作輔助裝置10是例如輔助那些由于骨格肌的肌力下降而導(dǎo)致步行不自由的下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙者、或者、正在進(jìn)行回復(fù)步行機(jī)能的患者等靠自己的力量步行困難的人的步行動(dòng)作的裝置，其首先檢測(cè)根據(jù)大腦的信號(hào)產(chǎn)生肌力時(shí)生成的身體信號(hào)(表面肌電位)，再根據(jù)這個(gè)檢測(cè)出的身體信號(hào)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)力來工作。
因此，動(dòng)作輔助裝置10與所謂的示教再現(xiàn)型機(jī)器人截然不同，示教再現(xiàn)型機(jī)器人是通過根據(jù)事先輸入的數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)控制機(jī)器手的方式構(gòu)成的。動(dòng)作輔助裝置10也被稱為“機(jī)器衣”(Robot Suit)或者“動(dòng)力衣”(Power Suit)等。
安裝了動(dòng)作輔助裝置10的安裝者12按照自己的意識(shí)實(shí)行步行動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作輔助裝置10提供與安裝者12此時(shí)產(chǎn)生的身體信號(hào)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力做為助力，這樣，例如，就可以用通常步行時(shí)所要的肌力的一半的力來行走了。因此，安裝者12就可以靠自身的肌力和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(本實(shí)施例中使用的是電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)馬達(dá))產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的合力支撐全身的體重并行走。
這時(shí)，需要對(duì)動(dòng)作輔助裝置10進(jìn)行控制，以使根據(jù)實(shí)行步行動(dòng)作時(shí)的重心移動(dòng)而提供的助力如后述的那樣，可以反映安裝者10的意識(shí)。所以，需要對(duì)動(dòng)作輔助裝置10的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以使其不提供違背安裝者12意識(shí)的負(fù)荷，也不要妨礙安裝者12的動(dòng)作。
另外，動(dòng)作輔助裝置10除了可以輔助步行動(dòng)作之外，例如，還能輔助安裝者12從坐著的狀態(tài)到站起來時(shí)的動(dòng)作，或者，輔助從站著的狀態(tài)到坐到椅子上時(shí)的動(dòng)作。再進(jìn)一步，動(dòng)作輔助裝置10還可以輔助安裝者12上、下樓梯的動(dòng)作。特別地，當(dāng)安裝者10的肌力比較弱時(shí)，實(shí)行上樓梯的動(dòng)作和從椅子上站起來的動(dòng)作等都比較困難，但安裝了動(dòng)作輔助裝置10的安裝者12則可根據(jù)自己的意識(shí)被付與驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，進(jìn)而可以不用在乎自己衰弱的肌力便能實(shí)行這些動(dòng)作。
下面對(duì)動(dòng)作輔助裝置10的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。
動(dòng)作輔助裝置10，如圖2和圖3所示，是在安裝于安裝者10身上的動(dòng)作輔助單元18上設(shè)置了執(zhí)行機(jī)構(gòu)(相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)源140)的動(dòng)作輔助裝置。做為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其具有右腿驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20，它位于安裝者12的右側(cè)胯關(guān)節(jié)的位置；左腿驅(qū)動(dòng)馬達(dá)22，它位于安裝者12的左側(cè)胯關(guān)節(jié)的位置；右膝驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24，它位于安裝者12的右膝關(guān)節(jié)的位置；左膝驅(qū)動(dòng)馬達(dá)26，它位于安裝者12的左膝關(guān)節(jié)的位置。這些驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24，26是由根據(jù)控制裝置產(chǎn)生的控制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)力的侍服馬達(dá)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)源，具有可按預(yù)定的減速比對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行減速的減速機(jī)構(gòu)(圖中未表示)，盡管是小型的，但是也可以提供足夠大的驅(qū)動(dòng)力。
另外，安裝于安裝者12腰間的腰帶30上還設(shè)置了做為電源的電池32、34，用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26。電池32和34是充電式電池，分別設(shè)置于安裝者12的左右兩邊，不妨礙安裝者12的步行動(dòng)作。
另外，安裝于安裝者12后背的控制箱36中還設(shè)置了如后所述的控制裝置、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、計(jì)測(cè)裝置和電源電路等。其中，控制箱36的下部由腰帶30支持，控制箱36被設(shè)置為其重量不會(huì)成為安裝者12的負(fù)擔(dān)。
接下來，動(dòng)作輔助裝置10還設(shè)置了肌電位傳感器，即肌電位傳感器38a和38b，它們用來檢測(cè)安裝者12右腿運(yùn)動(dòng)時(shí)的表面肌電位(EMGhip)；肌電位傳感器40a和40b，它們用來檢測(cè)安裝者12左腿運(yùn)動(dòng)時(shí)的表面肌電位(EMGhip)；肌電位傳感器42a和42b，它們用來檢測(cè)安裝者12右膝運(yùn)動(dòng)時(shí)的表面肌電位(EMGknee)；肌電位傳感器44a和44b，它們用來檢測(cè)安裝者12左膝運(yùn)動(dòng)時(shí)的表面肌電位(EMGknee)。
這些肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b都是用來檢測(cè)骨格肌產(chǎn)生肌力時(shí)的表面肌電位的，并具有用來檢測(cè)骨格肌發(fā)出的微弱電位的電極(圖中沒有表示)。其中，本實(shí)施例中，各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b是通過由覆蓋在電極周圍的黏性膠帶貼付于安裝者12皮膚上的方式設(shè)置的。
人體中，依據(jù)大腦發(fā)出的指令，突觸傳導(dǎo)物質(zhì)的乙醯膽堿在骨格肌的肌肉表面上被放出，這樣，肌纖維膜的離子透過性發(fā)生變化，就產(chǎn)生了活動(dòng)電位(EMGElectro Myogram Myoelectricity)。由于產(chǎn)生活動(dòng)電位，肌肉纖維發(fā)生收縮，進(jìn)而生成肌力。因此，就可以通過檢測(cè)骨骼肌的肌電位推測(cè)步行動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的肌力，然后由根據(jù)這個(gè)推測(cè)的肌力得到的虛擬動(dòng)力，求出步行動(dòng)作所要的助力。
另外，當(dāng)血液中被供給了被稱為肌動(dòng)蛋白(Actin)和肌球蛋白(Myosin)的蛋白質(zhì)時(shí)，肌肉發(fā)生伸縮，但肌力則是通過肌肉的收縮而產(chǎn)生的。所以，在兩個(gè)骨格可以互相轉(zhuǎn)動(dòng)地被連接在一起的關(guān)節(jié)處，即在兩個(gè)骨格之間就有了產(chǎn)生沿關(guān)節(jié)彎曲方向的力的屈肌以及產(chǎn)生沿關(guān)節(jié)伸張方向的力的伸肌。
這樣，在人體中，從腰部向下用于使腿部產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的肌肉就有數(shù)塊，包括用于向前抬腿的腸腰肌、用于收腿的大臀肌、用于伸展膝部的大腿股四頭肌和用于彎曲膝部的大腿股二頭肌等。
肌電位傳感器38a和40a貼付于安裝者12大腿根的前側(cè)，通過檢測(cè)腸腰肌的表面肌電位，測(cè)定與向前抬腿時(shí)的肌力相應(yīng)的肌電位。
肌電位傳感器38b和40b貼付于安裝者12的臀部，通過檢測(cè)大臀肌的表面肌電位，測(cè)定例如與向后的踢力或上樓梯時(shí)的肌力相應(yīng)的肌電位。
肌電位傳感器42a和44a貼伏于安裝者12膝部的前上側(cè)，通過檢測(cè)大腿股四頭肌的表面肌電位，測(cè)定與將膝部以下向前伸出的肌力相應(yīng)的肌電位。
肌傳感器42b和44b貼伏于安裝者12膝部的后上側(cè)，通過檢測(cè)大腿股四頭肌的表面肌電位，測(cè)定與將膝部以下向后收回的肌力相應(yīng)的肌電位。
因此，動(dòng)作輔助裝置10是這樣構(gòu)成的，即，首先根據(jù)這些肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b檢測(cè)出的表面肌電位求出供給4個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26的驅(qū)動(dòng)電流，然后通過用該驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26，向安裝者12提供助力，輔助安裝者12實(shí)行步行動(dòng)作。
另外，為了能夠平滑地實(shí)行步行動(dòng)作的重心移動(dòng)，有必要檢測(cè)出腳底處的負(fù)荷。因此，在安裝者12的左右腳的腳底處設(shè)置了反力傳感器50a、50b、52a、52b(在圖2和圖3中以虛線表示)。
另外，反力傳感器50a用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于右腳前側(cè)的負(fù)荷的反力，反力傳感器50b用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于右腳后側(cè)的負(fù)荷的反力。反力傳感器52a用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于左腳前側(cè)的負(fù)荷的反力，反力傳感器52b用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于左腳后側(cè)的負(fù)荷的反力。各反力傳感器50a、50b、52a和52b，例如，由輸出與施加的負(fù)荷相應(yīng)的電壓的壓電傳感器等構(gòu)成，分別可以檢測(cè)出體重移動(dòng)時(shí)的荷重變化、以及安裝者12的腳底是否與地面接觸。
下面參考圖4和圖5對(duì)動(dòng)作輔助單元18的構(gòu)造進(jìn)行說明。
圖4是動(dòng)作輔助單元18的左視圖。圖5是動(dòng)作輔助單元18的后視圖。
如圖4和圖5所示，動(dòng)作輔助單元18包括腰帶30，它設(shè)置于安裝者12的腰間；右腳輔助部54，它設(shè)置于腰帶30的右下方；左腳輔助部55，它設(shè)置于腰帶30的左下方。
右腳輔助部54和左腳輔助部55對(duì)稱配置，其具有第一支架56，它向下延伸以支持腰帶30；第二支架58，它從第一支架56向下延伸，并沿安裝者12的大腿外側(cè)被設(shè)置；第三支架60，它從第二支架58向下延伸，并沿安裝者12的小腿外側(cè)被設(shè)置；第四支架62，它用于承載安裝者12的腳底(如果穿鞋的時(shí)候，則是承載鞋底)。
第一支架56的下端和第二支架58上端之間，有一具有鉸接構(gòu)造的第一關(guān)節(jié)64，將第一支架56和第二支架58可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在一起。第一關(guān)節(jié)64被設(shè)置于與胯關(guān)節(jié)一樣高度的位置，第一支架56與第一關(guān)節(jié)56的支撐側(cè)相連接，第二支架58與第一關(guān)節(jié)64的轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)相連接。
另外，第二支架58的下端和第三支架60的上端之間，有一具有鉸接構(gòu)造的第二關(guān)節(jié)66，將第二支架58和第三支架60可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在一起。第二關(guān)節(jié)66被設(shè)置于與膝關(guān)節(jié)一樣高度地位置，第二支架58與第二關(guān)節(jié)66的支撐側(cè)連接，第三支架60與第二關(guān)節(jié)66的轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)連接。
因此，第二支架58和第三支架60就被設(shè)置成能以第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66作為轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)，相對(duì)于固定在腰帶30上的第一支架56做搖擺運(yùn)動(dòng)。也就是說，第二支架58和第三支架60被設(shè)置成能夠做與安裝者12的腿部一樣的動(dòng)作。
另外，第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66的支持側(cè)還設(shè)置了馬達(dá)托架68。馬達(dá)托架68具有一向外水平突出的馬達(dá)支持部68a，馬達(dá)支持部68a上垂直地設(shè)置了驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26。因此，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26被設(shè)置成在側(cè)方向上并不是很突出，步行時(shí)不易與周圍的障礙物相接觸。
另外，第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66是這樣構(gòu)成的，即，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24和26的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過齒輪向被驅(qū)動(dòng)側(cè)的第二支架58和第三支架60傳遞驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。
另外，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24和26還具有用于檢測(cè)關(guān)節(jié)角度的傳感器70、72、74和76(相當(dāng)于物理現(xiàn)象檢測(cè)單元142)。這些角度傳感器70、72、74和76，例如，可由對(duì)與第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66的關(guān)節(jié)角度成比例的脈沖數(shù)進(jìn)行增量的旋轉(zhuǎn)編碼器等構(gòu)成，將與根據(jù)關(guān)節(jié)角度得到的脈沖數(shù)相對(duì)應(yīng)的電氣信號(hào)做為傳感器的輸出量輸出。
角度傳感器70和72用于檢測(cè)第一支架56和第二支架58之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，該轉(zhuǎn)動(dòng)角度相當(dāng)于安裝者12的胯關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度(θhip)。另外，角度傳感器74和76用于檢測(cè)第二支架59的下端和第三支架60之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，該轉(zhuǎn)動(dòng)角度相當(dāng)于安裝者12的膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度(θknee)。
另外，第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66僅被構(gòu)成為在安裝者12的胯關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)可能的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在內(nèi)部設(shè)置了一阻止機(jī)構(gòu)(圖中未顯示)，以防止提供給安裝者12的胯關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)超范圍的運(yùn)動(dòng)。
第二支架58上具有用于將其固定于安裝者12大腿上的第一固定帶78。另外，第三支架60上具有用于將其固定于安裝者12膝下的第二固定帶80。因此，由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24和26提供的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力經(jīng)由齒輪被傳給第二支架58和第三支架60，然后再經(jīng)由第一固定帶78和第二固定帶80做為助力被傳給安裝者12的腿部。
另外，第四支架62通過軸82被可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在第三支架60的下端。第四支架62的下端還設(shè)有鞋跟承放部84，用于承放安裝者12的鞋底的跟部。再有，第二支架58和第三支架60可通過螺絲調(diào)節(jié)其軸方向的長(zhǎng)度，可以將其根據(jù)安裝者12的腿長(zhǎng)調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。
上述支架56、58、60和64均由金屬形成，能夠支撐設(shè)置于腰帶30上的電池32和34、控制箱36以及動(dòng)作輔助單元18的重量。也就是說，動(dòng)作輔助裝置10被設(shè)計(jì)成不將動(dòng)作輔助單元18等的重量施加給安裝者12的形式，可以在不給肌力較弱的安裝者12增添多余的負(fù)荷的情況下將其安裝在安裝者12身上。
圖6表示的是構(gòu)成動(dòng)作輔助裝置10的各單元的框圖。
如圖6所示，電池32和34用于向電源電路86提供電源，電源電路86將該電源變換成預(yù)定的電壓，并將該電壓提供給輸入輸出界面88。另外，電池32和34的充電量由電池充電通知部90來監(jiān)視，當(dāng)電池的容量低于事先設(shè)定好的剩余容量時(shí)，電池充電通知部90就會(huì)向安裝者12發(fā)出交換電池或需要充電的通知。
驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24和26的第一至第四馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器92～95，通過輸入輸出界面88將與控制裝置100產(chǎn)生的控制信號(hào)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓增幅，然后輸出給各驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24和26。
由各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b輸出的表面肌電位的檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過第一至第八差動(dòng)增幅器101～108(相當(dāng)于電力增幅單元158)增幅，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)由輸入輸出界面88被輸入控制裝置100。另外，肌肉發(fā)出的肌電位很微弱，所以，在第一至第八差動(dòng)增幅器101～108中，例如，為了將30μV的肌電位增幅到計(jì)算機(jī)可以判別的3V左右，需要105倍即100dB的增幅率。
另外，角度傳感器70、72、74和76輸出的角度檢測(cè)信號(hào)分別被輸入到第一至第四角度檢測(cè)部111～114。第一至第四角度檢測(cè)部111～114將由旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)出的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于角度的角度數(shù)據(jù)，檢測(cè)出的角度數(shù)據(jù)經(jīng)由輸入輸出界面88被輸入給控制裝置100。
反力傳感器50a、50b、52a、52b輸出的反力檢測(cè)信號(hào)分別被輸入給第一至第四反力檢測(cè)部121～124。第一至第四反力檢測(cè)部121～124將壓電傳感器檢測(cè)出的電壓轉(zhuǎn)變成與載荷相當(dāng)?shù)臄?shù)字值(Digital Value)，檢測(cè)出的反力數(shù)據(jù)經(jīng)由輸入輸出界面88被輸入控制裝置100。
記憶單元130(相當(dāng)于數(shù)據(jù)保存單元146)是保存各數(shù)據(jù)的保存單元，設(shè)有數(shù)據(jù)庫(kù)保存領(lǐng)域130A和控制程序保存領(lǐng)域130B，數(shù)據(jù)庫(kù)保存領(lǐng)域130A用來事先保存按起立動(dòng)作、步行動(dòng)作和坐下動(dòng)作等的各動(dòng)作模式設(shè)定的、以動(dòng)作階段為單元的控制數(shù)據(jù)，控制程序保存領(lǐng)域130B用來保存用于控制各數(shù)據(jù)的控制程序。
本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫(kù)保存領(lǐng)域130A中含有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148和指令信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)150。另外，如圖8所示，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148保存了安裝了動(dòng)作輔助安裝器18的安裝者12發(fā)出的肌力(動(dòng)力)eA1(t)...和身體信號(hào)EA1(t)...的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系、以及基準(zhǔn)參數(shù)KA1...。另外，第一對(duì)應(yīng)關(guān)系是指肌力eA1(t)...與身體信號(hào)EA1(t)...呈比例關(guān)系，并具有正相關(guān)關(guān)系。
另外，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148還保存了安裝者12在進(jìn)行預(yù)定的基本動(dòng)作過程中發(fā)出的肌力(動(dòng)力)eA1(t)...和身體信號(hào)EA1(t)...的第二關(guān)系、以及校準(zhǔn)參數(shù)K’A1。第二關(guān)系是指基本動(dòng)作的身體信號(hào)EA1(t)...的變化和肌力eA1(t)...的變化的關(guān)系。
另外，控制裝置100輸出的控制數(shù)據(jù)經(jīng)由輸入輸出界面88被輸出給數(shù)據(jù)輸出部132或通訊單元134，例如，用于在顯示器(圖中未表示)中顯示，或者，可以在數(shù)據(jù)監(jiān)視用計(jì)算機(jī)(圖中未表示)之間以數(shù)據(jù)通訊的方式被傳輸。
另外，控制裝置100還包括一生成指令信號(hào)的自主控制系統(tǒng)，該指令信號(hào)用于使安裝者12產(chǎn)生一動(dòng)力，該動(dòng)力是與通過將角度傳感器70、72和76檢測(cè)出的關(guān)節(jié)角度與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的關(guān)節(jié)角度進(jìn)行比較而識(shí)別出的安裝者12的動(dòng)作模式中的某一動(dòng)作階段相對(duì)應(yīng)的。
另外，控制裝置100還具有負(fù)荷生成單元100D、校準(zhǔn)值設(shè)定單元100E(相當(dāng)于參數(shù)校準(zhǔn)單元156)和校準(zhǔn)控制單元100F。負(fù)荷生成單元100D用于當(dāng)動(dòng)作輔助單元18被安裝在安裝者12身上時(shí)，將由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(驅(qū)動(dòng)源)20、22、24、26生成的驅(qū)動(dòng)力做為外部負(fù)荷提供給安裝者12；校準(zhǔn)值設(shè)定單元100E用于設(shè)定校準(zhǔn)值，其設(shè)定過程為首先由肌電位傳感器(檢測(cè)單元)38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b檢測(cè)因抵抗被提供的上述驅(qū)動(dòng)力而發(fā)出的身體信號(hào)，然后根據(jù)這個(gè)檢測(cè)出的身體信號(hào)生成用于自主控制單元100A執(zhí)行計(jì)算的參數(shù)(例如，比例控制中的比例利得)，再將這個(gè)參數(shù)設(shè)定為安裝者18固有的校準(zhǔn)值；校準(zhǔn)控制單元100F用于通過適當(dāng)?shù)乜刂菩?zhǔn)值設(shè)定單元100E等的動(dòng)作，將校準(zhǔn)后的參數(shù)做為固有參數(shù)設(shè)定給安裝者12。
做為本實(shí)施例的校準(zhǔn)，例如，可以是第一次安裝使用動(dòng)作輔助單元18時(shí)實(shí)行的初期設(shè)定校準(zhǔn)，也可以是實(shí)行初期設(shè)定校準(zhǔn)之后，每次安裝動(dòng)作輔助單元18時(shí)實(shí)行的再設(shè)定校準(zhǔn)。
初期設(shè)定校準(zhǔn)是安裝者12使用如后所述的事先定好的姿勢(shì)，在靜止的狀態(tài)下而實(shí)行的校準(zhǔn)值設(shè)定處理。
另外，再設(shè)定校準(zhǔn)是安裝者12使用也如后所述的事先定好的基本動(dòng)作實(shí)行的校準(zhǔn)值設(shè)定處理，例如，可以是安裝者12在靜止?fàn)顟B(tài)下使用產(chǎn)生肌力來實(shí)行校準(zhǔn)值更新處理的靜止?fàn)顟B(tài)的校準(zhǔn)，也可以是安裝者12在起立狀態(tài)下做一次讓膝部從彎曲狀態(tài)到伸展?fàn)顟B(tài)的動(dòng)作來實(shí)行校準(zhǔn)值更新處理的基于一次動(dòng)作的校準(zhǔn)。
實(shí)行上述校準(zhǔn)時(shí)，將最開始提供給安裝者12的負(fù)荷設(shè)為較小，隨著校準(zhǔn)動(dòng)作的進(jìn)行，一邊控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24和26使負(fù)荷慢慢增大，一邊檢測(cè)因抵抗該負(fù)荷而產(chǎn)生的身體信號(hào)。另外，在本實(shí)施例的安裝式動(dòng)作輔助裝置10中，可以在兩種校準(zhǔn)中任選一個(gè)，其中的一個(gè)是做為初期設(shè)定校準(zhǔn)的靜止?fàn)顟B(tài)下的校準(zhǔn)，另一個(gè)是做為每次安裝時(shí)實(shí)行的再設(shè)定校準(zhǔn)的基于一次動(dòng)作的校準(zhǔn)。
下面參考圖7至圖9對(duì)安裝者12實(shí)行校準(zhǔn)時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖7是表示數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的各動(dòng)作作業(yè)和動(dòng)作階段的一個(gè)例子的示意圖。
如圖7所示，保存在存儲(chǔ)單元130內(nèi)的是做為將安裝者12的動(dòng)作進(jìn)行分類的動(dòng)作作業(yè)，例如，包含動(dòng)作作業(yè)A，它具有從坐姿向站姿移動(dòng)的起立動(dòng)作數(shù)據(jù)；動(dòng)作作業(yè)B，它具有站著的安裝者12做步行動(dòng)作的步行動(dòng)作數(shù)據(jù)；動(dòng)作作業(yè)C，它具有從站姿向坐姿移動(dòng)的坐下動(dòng)作數(shù)據(jù)；動(dòng)作作業(yè)D，它具有在站著的狀態(tài)下上樓梯的上樓梯動(dòng)作數(shù)據(jù)。
另外，各動(dòng)作作業(yè)中，還設(shè)定了規(guī)定最小動(dòng)作單元的多個(gè)動(dòng)作階段數(shù)據(jù)，例如，步行動(dòng)作的動(dòng)作作業(yè)B中具有動(dòng)作階段B1，它具有兩腿呈放在一起狀態(tài)時(shí)的動(dòng)作數(shù)據(jù)；動(dòng)作階段B2，它具有向前邁出右腿時(shí)的動(dòng)作數(shù)據(jù)；動(dòng)作階段B3，它具有向前邁出左腿，并與右腿呈放在一起狀態(tài)時(shí)的動(dòng)作數(shù)據(jù)；動(dòng)作階段B4，它具有向前邁出左腿時(shí)的動(dòng)作數(shù)據(jù)。
圖8是表示校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148的模式的示意圖。
如圖8所示，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148中保存了表面肌電位eA1(t)...、以及與肌電位對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)參數(shù)KA1...等，該表面肌電位是按將各動(dòng)作作業(yè)A、B...分割了的各動(dòng)作階段檢測(cè)出的。
本實(shí)施例中，安裝了動(dòng)作輔助單元18的安裝者12實(shí)行事先決定好的預(yù)定校準(zhǔn)動(dòng)作。這里，例如，假定圖9所示的安裝者12首先實(shí)行從坐姿到站姿的基準(zhǔn)動(dòng)作(動(dòng)作階段A1～A4)，然后再實(shí)行坐下的動(dòng)作(動(dòng)作階段A4～A1)。
下面對(duì)身體信號(hào)檢測(cè)單元144的校準(zhǔn)原理進(jìn)行詳細(xì)說明，身體信號(hào)檢測(cè)單元144是用來檢測(cè)與上述安裝者12發(fā)出的肌力相對(duì)應(yīng)的肌電位。
安裝者在實(shí)行靜的動(dòng)作時(shí)，表面肌電位和安裝者12發(fā)出的肌力的關(guān)系一般約為線性關(guān)系。因此，本發(fā)明開發(fā)了一種推測(cè)方法，該方法根據(jù)式(1)和式(2)從計(jì)測(cè)的表面肌電位推測(cè)安裝者12發(fā)出的動(dòng)力。另外，推測(cè)的動(dòng)力稱為“虛擬動(dòng)力”。
τhip＝K1e1-K2e2(1)τknee＝K4e4-K3e3(2)式(1)和(2)中，τhip是胯關(guān)節(jié)的虛擬動(dòng)力，τknee是膝關(guān)節(jié)的虛擬動(dòng)力，e1～e4是肌肉發(fā)生的表面肌電位，K1～K4是參數(shù)。安裝者12的胯關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)按肌肉伸屈的收縮平衡進(jìn)行動(dòng)作。如圖10的(A)和(B)以及圖11的(A)和(B)所示，e1是大腿股直肌的表面肌電位，e2是臀肌的表面肌電位，e3是內(nèi)側(cè)廣肌的表面肌電位，e4是大腿股二頭肌的表面肌電位。
計(jì)算虛擬動(dòng)力時(shí)，考慮雜波等的影響，使用經(jīng)過數(shù)字濾波器濾波的值。本實(shí)施例中，把得到的經(jīng)過了低通濾波器的值做為表面肌電位值。
在檢測(cè)表面肌電位的控制系統(tǒng)的校準(zhǔn)中，通過式(1)和(2)求出式(3)的各參數(shù)K，式(3)用于計(jì)算各肌肉的虛擬動(dòng)力。
τ＝Ke (3)也就是說，本實(shí)施例的校準(zhǔn)中，通過求出式(3)中參數(shù)K的值，使做為對(duì)象的肌肉在產(chǎn)生1Nm的力時(shí)的表面肌電位的值為1，并更新該值。
這樣，在本實(shí)施例中，無論是實(shí)行初期設(shè)定校準(zhǔn)還是實(shí)行再設(shè)定校準(zhǔn)，都對(duì)肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b進(jìn)行檢測(cè)，并應(yīng)用這個(gè)檢測(cè)的結(jié)果校準(zhǔn)上述參數(shù)K的值。
下面對(duì)上述再設(shè)定校準(zhǔn)進(jìn)行說明。做為這個(gè)校準(zhǔn)的動(dòng)作，例如，可以是安裝者12在坐著的狀態(tài)下做的一個(gè)將膝部從彎曲狀態(tài)移動(dòng)到伸展?fàn)顟B(tài)的動(dòng)作。本發(fā)明的再設(shè)定校準(zhǔn)，不僅能夠減輕安裝者12的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也還能夠在很短的時(shí)間內(nèi)結(jié)束校準(zhǔn)。
圖12是表示安裝了動(dòng)作輔助單元18的安裝者12的膝關(guān)節(jié)的屈肌狀態(tài)的示意圖。
如圖12所示，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26向安裝了動(dòng)作輔助單元18的安裝者12的膝關(guān)節(jié)施加做為負(fù)荷的輸入動(dòng)力τm。安裝者12產(chǎn)生抵抗這個(gè)輸入動(dòng)力τm的肌力，并保持膝關(guān)節(jié)處于不動(dòng)的靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)就可以說，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26提供的輸入轉(zhuǎn)力τm和安裝者12產(chǎn)生的肌力τh相等。
因此，式(4)的關(guān)系成立。
τm(t)＝τh(t) (4)因?yàn)榘惭b者12產(chǎn)生的肌力可由式(3)表示，即τh＝Ke(5)所以，式(4)可以改寫成τm＝Ke(6)下面對(duì)在上述靜止?fàn)顟B(tài)下實(shí)行初期設(shè)定校準(zhǔn)的步驟進(jìn)行說明。
靜止?fàn)顟B(tài)的初期設(shè)定校準(zhǔn)可按下列步驟進(jìn)行。
(步驟1)檢測(cè)安裝者12產(chǎn)生抵抗驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26的驅(qū)動(dòng)力(轉(zhuǎn)力τm)的肌力時(shí)的表面肌電位e。
(步驟2)應(yīng)用最小二乘法，由檢測(cè)到的表面肌電位和那時(shí)的輸入轉(zhuǎn)力τm，求出使式(6)成立的參數(shù)K。
應(yīng)用最小二乘法計(jì)算參數(shù)K的公式如式(7)所示。
K＝∑τm(t)e(t)/∑e2(t) (7)所以，例如，可以求出參數(shù)K，當(dāng)安裝者12如圖12所示的那樣，將膝關(guān)節(jié)彎曲成大約90度并呈坐著的狀態(tài)時(shí)，使其在靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生1Nm的力時(shí)的表面肌電位的值為1。在這個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26將驅(qū)動(dòng)力(動(dòng)力τm)做為負(fù)荷(輸入動(dòng)力)呈階段性提供給安裝者12，與此相對(duì)的，安裝者12產(chǎn)生一肌力來抵抗這個(gè)驅(qū)動(dòng)力，這樣就保持了這個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)。
下面對(duì)再設(shè)定校準(zhǔn)的步驟進(jìn)行說明，該再設(shè)定校準(zhǔn)實(shí)行事先定好的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作。
上述基于一次動(dòng)作的再設(shè)定校準(zhǔn)可按下列步驟實(shí)行。
(步驟1)安裝者12轉(zhuǎn)動(dòng)膝關(guān)節(jié)以使膝部的角度從90度變成180度，然后讓膝關(guān)節(jié)回到原位以使膝部的角度從180度變成90度。
(步驟2)提供驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力(動(dòng)力τm)，該驅(qū)動(dòng)力與角度傳感器74、76檢測(cè)出的膝關(guān)節(jié)的角度相對(duì)應(yīng)。
(步驟3)檢測(cè)安裝者12進(jìn)行膝部屈伸動(dòng)作時(shí)的表面肌電位e。
下面參考圖13至圖15對(duì)實(shí)行上述初期設(shè)定校準(zhǔn)時(shí)的原理進(jìn)行說明。
例如，將驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26產(chǎn)生的8Nm、16Nm、24Nm、32Nm的動(dòng)力做為輸入動(dòng)力τm提供給安裝者12并求出參數(shù)K。這種情況下，使用求得的參數(shù)K進(jìn)行校準(zhǔn)，并得到表面肌電位，再根據(jù)該表面肌電位計(jì)算虛擬動(dòng)力，該虛擬動(dòng)力與同時(shí)輸入的輸入動(dòng)力的比較結(jié)果參見圖13和圖14。其中，圖13是表示與右胯關(guān)節(jié)的伸肌相對(duì)應(yīng)的輸入動(dòng)力(a)和虛擬動(dòng)力(b)的示意圖。圖14是表示與左胯關(guān)節(jié)的屈肌相對(duì)應(yīng)的輸入動(dòng)力(a)和虛擬動(dòng)力(b)的示意圖。
由圖13所示的輸入動(dòng)力曲線(a)和虛擬動(dòng)力曲線(b)以及圖14所示的輸入動(dòng)力曲線(a)和虛擬動(dòng)力虛線(b)可知，使用按照上述方法求得的參數(shù)K算出的虛擬動(dòng)力和同時(shí)施加的輸入動(dòng)力基本一致。
另外，從圖13也可得知，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26產(chǎn)生的輸入動(dòng)力隨著時(shí)間的經(jīng)過，其動(dòng)力值被控制成按階段性地上升。也就是說，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26開始的時(shí)候是被控制成輸出較小的驅(qū)動(dòng)力(輸入動(dòng)力)，并且，該輸入動(dòng)力按預(yù)定的時(shí)間間隔被脈沖地施加的同時(shí)，也被控制成按階段性的逐漸增大。
因此，安裝者12在安裝了動(dòng)作輔助安裝工具18的時(shí)候，可以防止被施加過大的動(dòng)力，另外，使輸入的動(dòng)力值逐漸增大，還可以減輕用于產(chǎn)生抵抗該輸入動(dòng)力的肌力的肌肉的負(fù)擔(dān)，也可以減輕校準(zhǔn)時(shí)產(chǎn)生的肌肉疲勞。
另外，由圖13和圖14也可知，左右胯關(guān)節(jié)和左右膝關(guān)節(jié)也能得到同樣的結(jié)果。另外，使用如上所述的那樣得到的參數(shù)K計(jì)算虛擬動(dòng)力以產(chǎn)生助力時(shí)，相對(duì)于安裝者12產(chǎn)生的肌力1Nm，可以把由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26產(chǎn)生的同樣的1Nm的驅(qū)動(dòng)力做為助力也提供給安裝者12，這樣，安裝者12只要產(chǎn)生預(yù)定動(dòng)作所需的力的一半的肌力就可以實(shí)行該動(dòng)作。
再有，本實(shí)施例中，安裝了動(dòng)作輔助單元18的安裝者12在實(shí)行校準(zhǔn)時(shí)，因?yàn)樾枰a(chǎn)生抵抗該輸入動(dòng)力的肌力，所以需要對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行控制，即，抑制輸入動(dòng)力，以實(shí)行不對(duì)安裝者12產(chǎn)生過大負(fù)擔(dān)的校準(zhǔn)。
也就是說，本實(shí)施例中，安裝者12通過實(shí)行事先定好的預(yù)定的動(dòng)作(例如，參考圖9或圖10)進(jìn)行表面肌電位的校準(zhǔn)，可以不對(duì)安裝者12產(chǎn)生過大的負(fù)擔(dān)。
例如，實(shí)行2次預(yù)定的動(dòng)作時(shí)，如果這2次的動(dòng)作中各關(guān)節(jié)產(chǎn)生的肌力都相同，那么這時(shí)得到的虛擬動(dòng)力也必須要相同。所以，將標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的虛擬動(dòng)力模式做為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)事先保存在存儲(chǔ)單元130中，就可以高效地進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)的參數(shù)校準(zhǔn)處理。
另外，使用根據(jù)安裝者12實(shí)行校準(zhǔn)動(dòng)作得到的參數(shù)K，如果將安裝者12實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作時(shí)的虛擬動(dòng)力設(shè)為τi(t)，而另外實(shí)行同樣動(dòng)作時(shí)的表面肌電位設(shè)為e’(t)，那么式(8)的關(guān)系成立。
τi(t)＝Ke’(t)(8)實(shí)行表面肌電位校準(zhǔn)時(shí)，如圖15所示，檢測(cè)安裝者12實(shí)行與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作同樣動(dòng)作時(shí)的表面肌電位(圖15中用實(shí)線表示的曲線(a))，計(jì)算參數(shù)K’以使虛擬動(dòng)力(圖15中用虛線表示的曲線(b))與輸入動(dòng)力相同。
使用最小二乘法計(jì)算參數(shù)K’的式(9)與上述式(7)基本相同。
K’＝∑τm(t)e’(t)/∑e’2(t) (9)由于虛擬動(dòng)力τi(t)是通過使用了安裝式輔助校準(zhǔn)裝置10的校準(zhǔn)求得的，所以，按上述方法求得的參數(shù)K’也可以說是與使用了安裝式動(dòng)作輔助裝置10的校準(zhǔn)一樣求得的。因此，安裝者12實(shí)行預(yù)定動(dòng)作的校準(zhǔn)方法，相對(duì)于安裝者12自身產(chǎn)生的1Nm的肌力，還能夠給安裝者12提供1Nm的助力。
下面，將使用了本發(fā)明的校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，例如，如圖16所示的屈伸動(dòng)作的試驗(yàn)結(jié)果用圖17和圖18來表示。
圖17中所示的曲線(a)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化，圖17中所示的曲線(b)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化。
圖18中，曲線(a)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的虛擬動(dòng)力，曲線(b)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的虛擬動(dòng)力，曲線(c)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的膝關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的虛擬動(dòng)力，曲線(d)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的膝關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的虛擬動(dòng)力。
然后，將上述屈伸動(dòng)作做為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，實(shí)行屈伸動(dòng)作的校準(zhǔn)，就可以得到如圖18和圖19所示的右胯關(guān)節(jié)的屈肌、伸肌的校準(zhǔn)結(jié)果。圖18中，曲線(a)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的表面肌電位，曲線(b)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動(dòng)力，曲線(c)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作的推測(cè)動(dòng)力。另外，圖(19)中，曲線(a)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的表面肌電位，曲線(b)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)虛擬動(dòng)力，曲線(c)表示的是屈伸動(dòng)作時(shí)的胯關(guān)節(jié)的彎曲動(dòng)作的推測(cè)動(dòng)力。
因此，由圖18和圖19所示的曲線(a)～(c)可知，標(biāo)準(zhǔn)虛擬動(dòng)力和由根據(jù)校準(zhǔn)求得的參數(shù)K’得到的推測(cè)動(dòng)力具有同樣的振幅波形，與屈伸動(dòng)作相伴的推測(cè)動(dòng)力和由表面肌電位得到的虛擬動(dòng)力的大小基本一致。
這樣，本實(shí)施例中，安裝者12就可以通過實(shí)行預(yù)定的動(dòng)作實(shí)行表面肌電位的校準(zhǔn)，因此，可以不給安裝者12帶來較大的負(fù)擔(dān)，同時(shí)，也能很快地算出用于計(jì)算虛擬動(dòng)力(換句話說就是被校準(zhǔn)了的表面肌電位)的參數(shù)K’。
另外，上述說明中，做為負(fù)荷提供給安裝者12的動(dòng)力，也可以根據(jù)每個(gè)人的體力來設(shè)定，例如，可以事先設(shè)定好負(fù)荷的下限值和上限值，校準(zhǔn)時(shí)就可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整該負(fù)荷，不給安裝者12附加過大的負(fù)擔(dān)。
下面參考圖20所示的流程圖，對(duì)控制裝置100所實(shí)行的主要控制處理的步驟進(jìn)行說明。
如圖20所示，在步驟S11(下面省略“步驟”)中，動(dòng)作輔助單元18被安裝在安裝者12身上，一打開電源開關(guān)(圖中未表示)，就進(jìn)入S12，并檢查該打開電源開關(guān)的操作是否是第一次。在S12中，如果上述打開電源開關(guān)的操作是第一次，就進(jìn)入S13，轉(zhuǎn)入初期設(shè)定模式，在S14實(shí)行上述的初期設(shè)定校準(zhǔn)處理。
也就是說，在S14中，與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26產(chǎn)生的做為負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)力相對(duì)應(yīng)的身體信號(hào)，由各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b輸出的表面肌電位的檢測(cè)信號(hào)所檢測(cè)，然后根據(jù)這個(gè)檢測(cè)信號(hào)計(jì)算校準(zhǔn)值。在S15中，將提供給馬達(dá)的電壓增加一檔，使負(fù)荷增大。然后，進(jìn)入S16，判斷負(fù)荷是否到達(dá)了事先設(shè)定好的上限值。在S16中，如果負(fù)荷沒有達(dá)到事先設(shè)定好的上限值，就返回S14，循環(huán)實(shí)行S14～S16的處理。
另外，在S16中，如果負(fù)荷到達(dá)了事先設(shè)定好的上限值，就進(jìn)入S17，設(shè)定由上述校準(zhǔn)得到的參數(shù)K’。
在S17中，安裝了動(dòng)作輔助安裝工具18的安裝者12設(shè)定校準(zhǔn)值(參數(shù)K’)，該校準(zhǔn)值是與在如圖12所示的靜止?fàn)顟B(tài)下由校準(zhǔn)得到的安裝者12的肌力相對(duì)應(yīng)的。也就是說，在S17中，如上所述地計(jì)算參數(shù)K，使安裝者12在將膝關(guān)節(jié)彎成大約90度并坐著的狀態(tài)下，并且在保持靜止的條件下產(chǎn)生1Nm的力時(shí)的表面肌電位的值為1。在這個(gè)第一次的校準(zhǔn)中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力(動(dòng)力τm)做為負(fù)荷(輸入動(dòng)力)被呈階段性地付給了安裝者12，與此相對(duì)地，安裝者12產(chǎn)生肌力以抵抗這個(gè)驅(qū)動(dòng)力。
這樣，因抵抗驅(qū)動(dòng)源提供的驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生的身體信號(hào)被各肌電位傳感器所檢測(cè)，再根據(jù)這個(gè)檢測(cè)出的信號(hào)生成用于演算處理的參數(shù)，然后將這個(gè)參數(shù)做為該安裝者所固有的校準(zhǔn)值保存在數(shù)據(jù)庫(kù)148中。
之后，進(jìn)入S18，轉(zhuǎn)入實(shí)行通常的助力控制處理的控制模式。然后，在S19中，該通常的控制模式在電源開關(guān)被關(guān)閉之前一直被實(shí)行。
另外，在上述S12中，如果電源開關(guān)被打開的操作不是第一次，就進(jìn)入S20，轉(zhuǎn)到上述的再設(shè)定模式。然后，在S21中，安裝者12實(shí)行基于一次動(dòng)作的校準(zhǔn)值設(shè)定校準(zhǔn)，設(shè)定與實(shí)行如圖16所示的校準(zhǔn)動(dòng)作時(shí)得到的安裝者12的肌力相對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)值(參數(shù)K’)。之后，實(shí)行上述S17～S19的處理。
另外，本實(shí)施例中，對(duì)于從第二次開始的校準(zhǔn)，盡管實(shí)行的是基于一次動(dòng)作的校準(zhǔn)，但并不局限于此，從第二次開始的校準(zhǔn)也可以與第一次校準(zhǔn)一樣，實(shí)行在保持靜止?fàn)顟B(tài)下的校準(zhǔn)值設(shè)定校準(zhǔn)。
接下來，參考圖21至圖23對(duì)各校準(zhǔn)值設(shè)定模式的控制處理進(jìn)行說明。
圖21表示的是實(shí)行初期設(shè)定的初次校準(zhǔn)的控制步驟的流程圖。初次校準(zhǔn)時(shí)，如上所述，安裝者12產(chǎn)生肌力使其能狗相對(duì)于馬達(dá)負(fù)荷保持坐著的靜止?fàn)顟B(tài)，以此來設(shè)定校準(zhǔn)值。
如圖21所示，在S31中，依據(jù)安裝者12的坐著的靜止?fàn)顟B(tài)，向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26提供預(yù)定的驅(qū)動(dòng)電流，提供做為負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)力(輸入動(dòng)力)。這樣，安裝者12在坐著的狀態(tài)下就可以產(chǎn)生抵抗驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26的驅(qū)動(dòng)力。
在S32中，從各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中取得安裝者12的肌電位信號(hào)。然后，在S33中，根據(jù)實(shí)測(cè)的肌電位信號(hào)計(jì)算推導(dǎo)出虛擬動(dòng)力。
之后，進(jìn)入S34，對(duì)做為負(fù)荷被提供的輸入動(dòng)力和上述虛擬動(dòng)力進(jìn)行比較。然后，在S35中，求出輸入動(dòng)力和虛擬動(dòng)力之間的比率。在隨后的S36中，讀出與保存在上述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148中的各動(dòng)作階段相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，再用該參數(shù)乘以上述比率，求出供給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)源92～95的控制信號(hào)的校準(zhǔn)值(校準(zhǔn)參數(shù))。接下來進(jìn)入S37，將校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定為自主控制參數(shù)。
這樣，安裝了動(dòng)作輔助安裝工具18的安裝者12就可以在保持坐著的狀態(tài)下，自動(dòng)地實(shí)行依據(jù)當(dāng)天狀態(tài)的身體信號(hào)的校準(zhǔn)，不再需要象現(xiàn)有方法那樣，為了實(shí)行校準(zhǔn)，將小錘做為負(fù)荷安裝在安裝者身上，或者，用線圈彈簧代替小錘等的繁瑣的工作了。所以，可以大幅度地減少校準(zhǔn)所要的勞動(dòng)和時(shí)間，這樣，就可以更進(jìn)一步地促進(jìn)安裝式動(dòng)作輔助裝置10的實(shí)用和普及。
另外，對(duì)于那些肌力衰退的安裝者12來說，也不用將用于校準(zhǔn)的多余的負(fù)擔(dān)強(qiáng)加給他們，本發(fā)明可以依據(jù)該安裝者12的狀態(tài)設(shè)定校準(zhǔn)值，將基于安裝者12的肌電位信號(hào)的驅(qū)動(dòng)力正確地提供給安裝者12，并使其與安裝者12的動(dòng)作連動(dòng)。
因此，實(shí)行校準(zhǔn)時(shí)，符合安裝者12意識(shí)的助力被由驅(qū)動(dòng)源所提供，該助力既不會(huì)過大也不會(huì)過小，這樣，就可以安定地輔助安裝者12的動(dòng)作，更一步提高安裝式動(dòng)作輔助裝置的信賴性。
特別地，當(dāng)安裝者12是象新手那樣，既使認(rèn)為很難按自己想的那樣操作動(dòng)作安裝輔助安裝工具18時(shí)，也可以安心地實(shí)行校準(zhǔn)。因此，安裝者12既使是不能自由行動(dòng)的殘疾人，也不需要什么特別的操作，就可以避開他們身體上的不利動(dòng)作實(shí)行校準(zhǔn)，以彌補(bǔ)他們身體上的弱點(diǎn)。
下面參考圖22對(duì)上述再設(shè)定模式1的校準(zhǔn)進(jìn)行說明。
圖22表示的是基于一次動(dòng)作的再設(shè)定校準(zhǔn)的控制步驟的流程圖。這里，實(shí)行基于一次動(dòng)作的再設(shè)定校準(zhǔn)時(shí)，安裝者12在保持坐姿下僅做一次將膝部從彎曲狀態(tài)到伸展?fàn)顟B(tài)的動(dòng)作。另外，存儲(chǔ)單元130中還事先保存了與校準(zhǔn)的動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)肌電位。
如圖22所示，在S41中，對(duì)膝關(guān)節(jié)的角度傳感器74、76檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)有無進(jìn)行判斷。然后，用角度傳感器74、76檢測(cè)第二關(guān)節(jié)66在安裝者12如圖16所示的坐著的狀態(tài)下伴隨實(shí)行膝部的伸縮動(dòng)作所產(chǎn)生的關(guān)節(jié)角度的變化。之后，進(jìn)入S42，根據(jù)角度傳感器74、76檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)設(shè)定膝部的動(dòng)作角度。
接下來，進(jìn)入S43，從存儲(chǔ)單元130中讀進(jìn)對(duì)應(yīng)于膝部的動(dòng)作角度的標(biāo)準(zhǔn)肌電位。在隨后的S44中，從各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中讀進(jìn)安裝者12的肌電位的實(shí)測(cè)值。然后，在S45中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。
在S46中，求出標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實(shí)測(cè)值之間的比率。然后，在S47中，讀出與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148中保存的膝部的動(dòng)作角度相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，再將該參數(shù)乘以上述比率，求出供給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)源92～95的控制信號(hào)的校準(zhǔn)值(校準(zhǔn)參數(shù))。接下來，進(jìn)入S48，將校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)為自主控制參數(shù)。
這樣，由于從第二次開始的校準(zhǔn)可以不使用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26的驅(qū)動(dòng)力，在保持坐著的狀態(tài)下只根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)膝部的動(dòng)作(一次動(dòng)作)就能校準(zhǔn)參數(shù)k’，所以，不僅能夠大幅度減輕安裝者12體力上的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也能縮短從安裝動(dòng)作輔助單元18到校準(zhǔn)所需的準(zhǔn)備時(shí)間，因此，從第二次開始的校準(zhǔn)可以使步行開始變得更快了。
下面參考圖23對(duì)上述再設(shè)定模式2的校準(zhǔn)進(jìn)行說明。在這個(gè)再設(shè)定模式2中，安裝者12實(shí)行從坐著的狀態(tài)到站起來的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作(動(dòng)作階段A1～A4)，然后，再實(shí)行坐下的動(dòng)作(動(dòng)作階段A4～A1)(參考圖9)。
如圖23所示，在S51中，對(duì)設(shè)置在動(dòng)作輔助安裝工具18上的角度傳感器70、72、74、76檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)有無進(jìn)行判斷。然后，用角度傳感器70、72、74、76檢測(cè)第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66在安裝者12實(shí)行如圖9所示的動(dòng)作時(shí)相伴而產(chǎn)生的關(guān)節(jié)角度的變化。之后，進(jìn)入S52，根據(jù)角度傳感器70、72、74、76檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)選擇保存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148中的動(dòng)作作業(yè)，設(shè)定安裝者12的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作。
在隨后的S53中，從存儲(chǔ)單元130中讀進(jìn)對(duì)應(yīng)于第一關(guān)節(jié)64和第二關(guān)節(jié)66的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)肌電位。接下來，進(jìn)入S54，從各肌電位傳感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中讀進(jìn)安裝者12的肌電位的實(shí)測(cè)值。然后，在S55中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。
在S56中，求出標(biāo)準(zhǔn)肌電位和肌電位的實(shí)測(cè)值的比率。然后，在S57中，讀出與保存在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)148中的膝部的動(dòng)作角度相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，再將該參數(shù)乘以上述比率，求出共給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)源92～95的控制信號(hào)的校準(zhǔn)值(校準(zhǔn)參數(shù))。進(jìn)下來，進(jìn)入S58，將校準(zhǔn)參數(shù)設(shè)為自主控制參數(shù)。
在隨后的S59中，對(duì)校準(zhǔn)動(dòng)作作業(yè)是否結(jié)束進(jìn)行判斷。在S59中，如果還存在校準(zhǔn)動(dòng)作作業(yè)中的動(dòng)作階段，則進(jìn)入S60，更新到下一個(gè)動(dòng)作階段，再次實(shí)行S53以后的處理。
這樣，由于從第二次開始的校準(zhǔn)可以不使用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)20、22、24、26的驅(qū)動(dòng)力就能校準(zhǔn)參數(shù)k’，所以，不僅能夠大幅度減輕安裝者12體力上的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也能縮短從安裝動(dòng)作輔助單元18到校準(zhǔn)所需的準(zhǔn)備時(shí)間。
綜上所述，本發(fā)明可以通過安裝者12實(shí)行屈伸動(dòng)作來實(shí)行表面肌電位的校準(zhǔn)，或者，可以將安裝者12在椅子上坐著的狀態(tài)下實(shí)行的膝部伸縮運(yùn)動(dòng)做為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，通過實(shí)行該標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作來實(shí)行與個(gè)人狀態(tài)吻合的校準(zhǔn)，因次，安裝者12既使是殘疾人，也可以使用其能實(shí)行的動(dòng)作進(jìn)行校準(zhǔn)，也還可以將其他的動(dòng)作(動(dòng)作作業(yè))做為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作來使用。
工業(yè)上的應(yīng)用上述實(shí)施例中，盡管僅舉出了一種向安裝者12的腿部提供助力的動(dòng)作輔助裝置10的例子，但本發(fā)明并不局限于此，例如，當(dāng)然也可以將本發(fā)明應(yīng)用于向腕部提供助力的動(dòng)作輔助裝置中。
再有，上述實(shí)施例中，盡管僅說明了一種將電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力做為助力的結(jié)構(gòu)，同樣，當(dāng)然也可以將本發(fā)明應(yīng)用于使用電動(dòng)馬達(dá)以外的驅(qū)動(dòng)源產(chǎn)生助力的裝置中。
本發(fā)明并不局限于上述具體實(shí)施例，只要不脫離權(quán)利要求書的范圍，亦可采用其他變化形式代替，但那些變化形式仍屬于本發(fā)明所涉及的范圍。
權(quán)利要求
1.一種安裝式動(dòng)作輔助裝置，它具有檢測(cè)單元，它用來檢測(cè)安裝者產(chǎn)生的身體信號(hào)；動(dòng)作輔助單元，它具有用來向所述安裝者提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源；控制單元，它用來控制所述驅(qū)動(dòng)源以產(chǎn)生輔助動(dòng)力，所述輔助動(dòng)力對(duì)應(yīng)于所述檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述身體信號(hào)；其中，所述安裝式動(dòng)作輔助裝置具有一校準(zhǔn)單元，所述校準(zhǔn)單元根據(jù)所述檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述身體信號(hào)設(shè)定校準(zhǔn)值，所述身體信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述驅(qū)動(dòng)源提供的做為負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)力。
2.一種安裝式動(dòng)作輔助裝置，它具有檢測(cè)單元，它用來檢測(cè)安裝者產(chǎn)生的身體信號(hào)；動(dòng)作輔助單元，它具有用來向所述安裝者提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源；控制單元，它用來控制所述驅(qū)動(dòng)源以產(chǎn)生輔助動(dòng)力，所述輔助動(dòng)力對(duì)應(yīng)于所述檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述身體信號(hào)；它還具有負(fù)荷產(chǎn)生單元，它用來提供外部負(fù)荷，所述外部負(fù)荷是當(dāng)所述動(dòng)作輔助單元被安裝在所述安裝者身上時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)源提供的預(yù)定的驅(qū)動(dòng)力；校準(zhǔn)值設(shè)定單元，它用來根據(jù)所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的、為抵抗所述負(fù)荷生成單元提供的所述驅(qū)動(dòng)力而發(fā)生的所述身體信號(hào)，生成用于所述控制單元實(shí)行演算處理的參數(shù)，并把所述參數(shù)設(shè)定為所述安裝者固有的校準(zhǔn)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的安裝式動(dòng)作輔助裝置，其中，所述校準(zhǔn)單元具有一數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)用來保存所述檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述身體信號(hào)和控制所述驅(qū)動(dòng)源的控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，所述控制單元根據(jù)所述校準(zhǔn)值設(shè)定單元設(shè)定的所述校準(zhǔn)值校準(zhǔn)保存在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的所述控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的安裝式動(dòng)作輔助裝置，其中，所述檢測(cè)單元呈貼付在所述安裝者皮膚上的狀態(tài)被使用，用來檢測(cè)做為所述身體信號(hào)的所述安裝者的肌電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安裝式動(dòng)作輔助裝置，它具有腰帶；右腳輔助部，它設(shè)置在所述腰帶的右下方；左腳輔助部，它設(shè)置在所述腰帶的左下方；其中，所述右腳輔助部和左腳輔助部具有第一支架，它從所述腰帶向下延伸以支撐所述腰帶；第二支架，它從所述第一支架向下延伸；第三支架，它從所述第二支架向下延伸；第四支架，它設(shè)置在所述第三支架的下端并承載所述安裝者的腳底部；第一關(guān)節(jié)，它位于所述第一支架的下端和所述第二支架的上端之間；第二關(guān)節(jié)，它位于所述第二支架的下端和所述第三支架的上端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安裝式動(dòng)作輔助裝置，其中，所述第一關(guān)節(jié)被設(shè)置在與所述安裝者的胯關(guān)節(jié)高度一致的位置上，所述第二關(guān)節(jié)被設(shè)置在與所述安裝者的膝關(guān)節(jié)高度一致的位置上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安裝式動(dòng)作輔助裝置，其中，所述第一關(guān)節(jié)設(shè)有第一驅(qū)動(dòng)源，它用來傳遞驅(qū)動(dòng)力以使第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二關(guān)節(jié)設(shè)有第二驅(qū)動(dòng)源，它用來傳遞驅(qū)動(dòng)力以使第三支架轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的安裝式動(dòng)作輔助裝置，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)源和所述第二驅(qū)動(dòng)源具有用來檢測(cè)關(guān)節(jié)角度的角度傳感器。
9.一種校準(zhǔn)裝置，當(dāng)具有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于安裝者發(fā)出的身體信號(hào)的輔助動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時(shí)，使所述身體信號(hào)和所述輔助動(dòng)力與預(yù)定的關(guān)系相對(duì)應(yīng)，它具有第一保存單元，它用來預(yù)先保存安裝了所述動(dòng)作輔助單元的所述安裝者產(chǎn)生的動(dòng)力和身體信號(hào)的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系；第二保存單元，它用來預(yù)先保存所述安裝者在實(shí)行預(yù)定的基本動(dòng)作過程中產(chǎn)生的動(dòng)力和身體信號(hào)的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系；其中，所述動(dòng)作輔助單元每次被安裝在所述安裝者身上時(shí)，根據(jù)所述安裝者實(shí)行基本動(dòng)作時(shí)發(fā)出的身體信號(hào)和所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于該身體信號(hào)的輔助動(dòng)力，以滿足所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的校準(zhǔn)裝置，其中，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系是所述動(dòng)力與所述身體信號(hào)具有正相關(guān)關(guān)系，所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系是所述基本動(dòng)作的所述身體信號(hào)的變化和所述動(dòng)力的變化的關(guān)系。
11.一種校準(zhǔn)程序，它能使計(jì)算機(jī)實(shí)行如下校準(zhǔn)，即，當(dāng)具有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于安裝者發(fā)出的身體信號(hào)的輔助動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)作輔助單元每次被安裝在安裝者身上時(shí)，使所述身體信號(hào)和所述輔助動(dòng)力對(duì)應(yīng)于所要的關(guān)系，它具有第一程序，它能使所述計(jì)算機(jī)實(shí)行如下操作，即，將安裝了所述動(dòng)作輔助單元的所述安裝者產(chǎn)生的動(dòng)力和身體信號(hào)的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先保存在第一保存單元內(nèi)，并且，將所述安裝者實(shí)行預(yù)定的基本動(dòng)作過程中產(chǎn)生的動(dòng)力和身體信號(hào)的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先保存在第二保存單元內(nèi)；第二程序，它能使所述計(jì)算機(jī)實(shí)行如下操作，即，所述動(dòng)作輔助單元被安裝在所述安裝者身上時(shí)，根據(jù)所述安裝者實(shí)行所述基本動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的身體信號(hào)以及所述第二保存單元內(nèi)保存的所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，校準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于該身體信號(hào)的輔助動(dòng)力，以滿足保存在所述第一保存單元內(nèi)的所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
全文摘要
一種根據(jù)身體信號(hào)的檢測(cè)感度校準(zhǔn)參數(shù)以減輕安裝者負(fù)擔(dān)的安裝式動(dòng)作輔助裝置、安裝式動(dòng)作輔助裝置的校準(zhǔn)裝置以及校準(zhǔn)程序。當(dāng)安裝者(12)安裝了動(dòng)作輔助單元時(shí)，動(dòng)作輔助裝置(10)的校準(zhǔn)控制單元(162)通過負(fù)荷產(chǎn)生手段(164)將驅(qū)動(dòng)源(140)提供給電力增幅單元(158)的驅(qū)動(dòng)力做為負(fù)荷(輸入動(dòng)力)提供給安裝者(12)。被提供了由驅(qū)動(dòng)源(140)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的安裝者(12)實(shí)行事先決定好的預(yù)定的校準(zhǔn)動(dòng)作使骨格肌產(chǎn)生肌力。在實(shí)行上述預(yù)定的校準(zhǔn)動(dòng)作時(shí)，物理現(xiàn)象檢測(cè)單元(142)檢測(cè)關(guān)節(jié)角度，身體信號(hào)檢測(cè)單元(144)檢測(cè)肌電位信號(hào)。參數(shù)校準(zhǔn)單元(156)根據(jù)由動(dòng)作階段認(rèn)定單元(152)認(rèn)定的動(dòng)作階段的、由差分導(dǎo)出單元(154)算出的負(fù)荷(輸入動(dòng)力)和驅(qū)動(dòng)力(肌力)的差值校準(zhǔn)參數(shù)K。
文檔編號(hào)B25J9/00GK1929805SQ20058000772
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者山海嘉之 申請(qǐng)人:山海嘉之