安装式动作辅助装置、安装式动作辅助装置的校准装置以及校准方法转让专利
申请号 : CN200580007724.8
文献号 : CN1929805B
文献日 : 2010-12-08
发明人 : 山海嘉之
申请人 : 国立大学法人筑波大学
摘要 :
一种根据身体信号的检测感度校准参数以减轻安装者负担的安装式动作辅助装置、安装式动作辅助装置的校准装置以及校准程序。当安装者(12)安装了动作辅助单元时，动作辅助装置(10)的校准控制单元(162)通过负荷产生手段(164)将驱动源(140)提供给电力增幅单元(158)的驱动力做为负荷(输入动力)提供给安装者(12)。被提供了由驱动源(140)产生的驱动力的安装者(12)实行事先决定好的预定的校准动作使骨格肌产生肌力。在实行上述预定的校准动作时，物理现象检测单元(142)检测关节角度，身体信号检测单元(144)检测肌电位信号。参数校准单元(156)根据由动作阶段认定单元(152)认定的动作阶段的、由差分导出单元(154)算出的负荷(输入动力)和驱动力(肌力)的差值校准参数K。
权利要求 :
1.一种安装式动作辅助装置，它具有：
检测单元，它用来检测安装者产生的身体信号；
动作辅助单元，它具有用来向所述安装者提供动力的驱动源；
控制单元，它用来控制所述驱动源以产生辅助动力，所述辅助动力对应于所述检测单元检测出的所述身体信号；
其中，
所述安装式动作辅助装置具有一校准单元，所述校准单元根据所述检测单元检测出的所述身体信号设定校准值，所述身体信号对应于所述驱动源提供的做为负荷的驱动力。
2.一种安装式动作辅助装置，它具有：
检测单元，它用来检测安装者产生的身体信号；
动作辅助单元，它具有用来向所述安装者提供动力的驱动源；
控制单元，它用来控制所述驱动源以产生辅助动力，所述辅助动力对应于所述检测单元检测出的所述身体信号；
它还具有：
负荷产生单元，它用来提供外部负荷，所述外部负荷是当所述动作辅助单元被安装在所述安装者身上时，所述驱动源提供的预定的驱动力；
校准值设定单元，它用来根据所述检测单元检测出的、为抵抗所述负荷生成单元提供的所述驱动力而发生的所述身体信号，生成用于所述控制单元实行演算处理的参数，并把所述参数设定为所述安装者固有的校准值。
3.根据权利要求1所述的安装式动作辅助装置，其中，所述校准单元具有一数据库，所述数据库用来保存所述检测单元检测出的所述身体信号和控制所述驱动源的控制信号的对应关系的数据，所述控制单元根据所述校准值设定单元设定的所述校准值校准保存在所述数据库中的所述控制信号。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的安装式动作辅助装置，其中，所述检测单元呈贴付在所述安装者皮肤上的状态被使用，用来检测做为所述身体信号的所述安装者的肌电位。
5.根据权利要求1或2所述的安装式动作辅助装置，它具有：腰带；
右脚辅助部，它设置在所述腰带的右下方；
左脚辅助部，它设置在所述腰带的左下方；
其中，
所述右脚辅助部和左脚辅助部具有：
第一支架，它从所述腰带向下延伸以支撑所述腰带；
第二支架，它从所述第一支架向下延伸；
第三支架，它从所述第二支架向下延伸；
第四支架，它设置在所述第三支架的下端并承载所述安装者的脚底部；
第一关节，它位于所述第一支架的下端和所述第二支架的上端之间；
第二关节，它位于所述第二支架的下端和所述第三支架的上端之间。
6.根据权利要求5所述的安装式动作辅助装置，其中，所述第一关节被设置在与所述安装者的胯关节高度一致的位置上，所述第二关节被设置在与所述安装者的膝关节高度一致的位置上。
7.根据权利要求5所述的安装式动作辅助装置，其中，所述第一关节设有第一驱动源，它用来传递驱动力以使第二支架转动，所述第二关节设有第二驱动源，它用来传递驱动力以使第三支架转动。
8.根据权利要求7所述的安装式动作辅助装置，其中，所述第一驱动源和所述第二驱动源具有用来检测关节角度的角度传感器。
9.一种校准装置，当具有产生对应于安装者发出的身体信号的辅助动力的驱动源的动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，使所述身体信号和所述辅助动力与预定的关系相对应，它具有：第一保存单元，它用来预先保存安装了所述动作辅助单元的所述安装者产生的动力和身体信号的第一对应关系；
第二保存单元，它用来预先保存所述安装者在实行预定的基本动作过程中产生的动力和身体信号的第二对应关系；
其中，
所述动作辅助单元每次被安装在所述安装者身上时，根据所述安装者实行基本动作时发出的身体信号和所述第二对应关系，校准对应于该身体信号的辅助动力，以满足所述第一对应关系。
10.根据权利要求9所述的校准装置，其中，所述第一对应关系是所述动力与所述身体信号具有正相关关系，所述第二对应关系是所述基本动作的所述身体信号的变化和所述动力的变化的关系。
11.一种校准方法，它能使计算机实行如下校准，即，当具有产生对应于安装者发出的身体信号的辅助动力的驱动源的动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，使所述身体信号和所述辅助动力对应于所要的关系，它具有：第一步骤，它能使所述计算机实行如下操作，即，将安装了所述动作辅助单元的所述安装者产生的动力和身体信号的第一对应关系预先保存在第一保存单元内，并且，将所述安装者实行预定的基本动作过程中产生的动力和身体信号的第二对应关系预先保存在第二保存单元内；
第二步骤，它能使所述计算机实行如下操作，即，所述动作辅助单元被安装在所述安装者身上时，根据所述安装者实行所述基本动作时产生的身体信号以及所述第二保存单元内保存的所述第二对应关系，校准对应于该身体信号的辅助动力，以满足保存在所述第一保存单元内的所述第一对应关系。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种安装式动作辅助装置，特别是，涉及一种辅助或代替安装者动作的安装式动作辅助装置、安装式动作辅助装置的校准装置、安装式动作辅助装置的校准方法以及改良的校准程序。
背景技术
对于肌力消失的残疾人或肌力衰退的老年人来说，正常人简单地就可以做到的动作很多时候却是非常困难的。因此，为了辅助或代替这些人的动作，如今，正在进行着各种各样的助力装置的开发。
做为这些助力装置的一例就是安装在使用者(以下简称“安装者”)身上的安装式动作辅助装置(以下简称“动作辅助装置”)。
在这种动作辅助装置中，非专利文献“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)公开了一种具有肌电位传感器(检测单元)和执行机构(驱动源)的动作辅助装置，其中，肌电位传感器贴付于安装者的皮肤上，用来检测安装者肌肉活动时产生的肌电位信号(身体信号)，而执行机构则用来将辅助动力提供给安装者。
这个动作辅助装置的特征在于，它基于检测单元的检测结果驱动马达等执行机构，同时，用计算机控制执行机构，根据安装者的意识提供助力(辅助动力)。因此，该动作辅助装置可以将根据安装者的意识而生成的助力提供给安装者，还可以将安装者的动作所需的助力提供给安装者，与安装者的动作连动。
另外，在上述动作辅助装置中，例如，可以通过将一控制信号(该控制信号与一将肌电位传感器的检测信号增幅后的信号具有预定的相关关系)输入用来控制执行机构的驱动电路来产生助力，以满足与安装者发出的肌电位信号具有预定的相关关系。
也就是说，安装者肌肉活动时的肌电位信号和动力之间具有正相关关系，同时，它们互相之间大小的比率也为预定值，所以，为了满足这些所要的关系，有必要产生一与肌电位信号相对应的助力。换句话说，如果动作辅助装置提供的助力与肌电位信号不满足预定的关系，提供给安装者的辅助动力不是过大就是过小，这样很可能明显地破坏使用者的使用便利性。
安装者发出的肌电位信号是很微弱的电信号，并且，每个人的肌电位信号和由该肌信号产生的肌力的比例关系也各不一样，另外，即使是同一个人，由于每天的身体状况不同，其皮肤的电阻值也不固定，所以，大多数情况下，肌电位信号和由该肌电位信号产生的肌力也不固定。因此，在上述动作辅助装置中，为了给控制信号附加预定的系数，以对提供给执行机构的控制量进行校准，需要具有一所谓的校准装置。具体地，当动作辅助装置被安装在安装者身上时，使肌电位信号和助力与预定的关系相对应，需要具有一可以基于系数实行校准的校准装置。这个校准装置的构成是这样的，即，首先取得预定量的负荷作用于安装者身上时的肌电位信号，然后根据该负荷和肌电位信号的对应关系改变上述系数，实行校准。
在这个校准装置中，施加给安装者的负荷呈阶段性变化，当安装者为了抵抗各阶段的负荷产生肌力时，可以根据各阶段的负荷和肌电位信号的对应关系，使肌电位信号和辅助动力与预定的关系相对应。
其中，做为使施加给安装者身上的负荷呈阶段性变化的方法，可以是这样的方法，即，事先准备好不同重量的小锤，每次检测表面肌电位时换用不同的小锤，或者，也可以考虑这样的方法，即，让线圈弹簧与 安装者的腿部相连，使该线圈弹簧的伸长量呈阶段性变化。
具有使用这些方法的校准装置的动作辅助装置，因为可以根据需要，使肌电位信号和辅助动力与预定的关系准确地对应，所以，可以防止提供给安装者的助力过大或过小的情况的发生。
另外，上述动作辅助装置中，如上所述，用来检测肌电位信号的肌电位传感器被直接贴付在安装者的皮肤上，经由皮肤对表面肌电位进行检测。所以，既使安装者是同一个人，如果肌电位传感器的贴付位置不同或者身体状况发生变化，电阻值也会不同或者发生变化，检测出的肌电位信号就会出现不均一的现象，这样，安装时每次都需要实行上述校准。因此，在上述校准方法中，每次将动作辅助装置安装在安装者身上时，都需要多次交换不同重量的小锤，或者给安装者装上线圈弹簧，并使该线圈弹簧的伸长量呈阶段性变化，这些繁琐的工作都要强加给安装者。
因此，在现有的校准方法中还存在着很大的问题，即，为了实现校准的目的，一个安装者所要做的工作非常繁琐，完成校准工作花费的时间也很长，另外，还要将多余的负担强加给肌力较弱的安装者。所以，正是源于这样的理由，动作辅助装置在实用和普及等方面，还存在着很大的制约。
做为这些助力装置的一例就是安装在使用者(以下简称“安装者”)身上的安装式动作辅助装置(以下简称“动作辅助装置”)。
在这种动作辅助装置中，非专利文献“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)公开了一种具有肌电位传感器(检测单元)和执行机构(驱动源)的动作辅助装置，其中，肌电位传感器贴付于安装者的皮肤上，用来检测安装者肌肉活动时产生的肌电位信号(身体信号)，而执行机构则用来将辅助动力提供给安装者。
这个动作辅助装置的特征在于，它基于检测单元的检测结果驱动马达等执行机构，同时，用计算机控制执行机构，根据安装者的意识提供助力(辅助动力)。因此，该动作辅助装置可以将根据安装者的意识而生成的助力提供给安装者，还可以将安装者的动作所需的助力提供给安装者，与安装者的动作连动。
另外，在上述动作辅助装置中，例如，可以通过将一控制信号(该控制信号与一将肌电位传感器的检测信号增幅后的信号具有预定的相关关系)输入用来控制执行机构的驱动电路来产生助力，以满足与安装者发出的肌电位信号具有预定的相关关系。
也就是说，安装者肌肉活动时的肌电位信号和动力之间具有正相关关系，同时，它们互相之间大小的比率也为预定值，所以，为了满足这些所要的关系，有必要产生一与肌电位信号相对应的助力。换句话说，如果动作辅助装置提供的助力与肌电位信号不满足预定的关系，提供给安装者的辅助动力不是过大就是过小，这样很可能明显地破坏使用者的使用便利性。
安装者发出的肌电位信号是很微弱的电信号，并且，每个人的肌电位信号和由该肌信号产生的肌力的比例关系也各不一样，另外，即使是同一个人，由于每天的身体状况不同，其皮肤的电阻值也不固定，所以，大多数情况下，肌电位信号和由该肌电位信号产生的肌力也不固定。因此，在上述动作辅助装置中，为了给控制信号附加预定的系数，以对提供给执行机构的控制量进行校准，需要具有一所谓的校准装置。具体地，当动作辅助装置被安装在安装者身上时，使肌电位信号和助力与预定的关系相对应，需要具有一可以基于系数实行校准的校准装置。这个校准装置的构成是这样的，即，首先取得预定量的负荷作用于安装者身上时的肌电位信号，然后根据该负荷和肌电位信号的对应关系改变上述系数，实行校准。
在这个校准装置中，施加给安装者的负荷呈阶段性变化，当安装者为了抵抗各阶段的负荷产生肌力时，可以根据各阶段的负荷和肌电位信号的对应关系，使肌电位信号和辅助动力与预定的关系相对应。
其中，做为使施加给安装者身上的负荷呈阶段性变化的方法，可以是这样的方法，即，事先准备好不同重量的小锤，每次检测表面肌电位时换用不同的小锤，或者，也可以考虑这样的方法，即，让线圈弹簧与 安装者的腿部相连，使该线圈弹簧的伸长量呈阶段性变化。
具有使用这些方法的校准装置的动作辅助装置，因为可以根据需要，使肌电位信号和辅助动力与预定的关系准确地对应，所以，可以防止提供给安装者的助力过大或过小的情况的发生。
另外，上述动作辅助装置中，如上所述，用来检测肌电位信号的肌电位传感器被直接贴付在安装者的皮肤上，经由皮肤对表面肌电位进行检测。所以，既使安装者是同一个人，如果肌电位传感器的贴付位置不同或者身体状况发生变化，电阻值也会不同或者发生变化，检测出的肌电位信号就会出现不均一的现象，这样，安装时每次都需要实行上述校准。因此，在上述校准方法中，每次将动作辅助装置安装在安装者身上时，都需要多次交换不同重量的小锤，或者给安装者装上线圈弹簧，并使该线圈弹簧的伸长量呈阶段性变化，这些繁琐的工作都要强加给安装者。
因此，在现有的校准方法中还存在着很大的问题，即，为了实现校准的目的，一个安装者所要做的工作非常繁琐，完成校准工作花费的时间也很长，另外，还要将多余的负担强加给肌力较弱的安装者。所以，正是源于这样的理由，动作辅助装置在实用和普及等方面，还存在着很大的制约。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过校准参数，减轻安装者在实行校准时所承受的负担。
为了实现上述目的，本发明采取了如下的技术手段。
本发明提供一种安装式动作辅助装置，其具有：检测单元，它用来检测安装者产生的身体信号；动作辅助单元，它具有用来向安装者提供动力的驱动源；控制单元，它控制上述驱动源，以产生与检测单元检测出的检测信号相应的辅助动力。该安装式动作辅助装置的特征在于，其 还具有一校准单元，该校准单元根据检测装置检测出的身体信号设定校准值，该身体信号与上述驱动源提供的做为负荷的驱动力相对应。
本发明还提供一种安装式动作辅助装置，其具有：检测单元，它用来检测安装者产生的身体信号；动作辅助单元，它具有用来向安装者提供动力的驱动源；控制单元，它控制上述驱动源，以产生与检测单元检测出的检测信号相应的辅助动力。该安装式动作辅助装置的特征在于，其还含有一负荷产生单元和一校准值设定单元，负荷产生单元用来提供外部负荷，该外部负荷是当动作辅助单元被安装在安装者身上时上述驱动源提供的预定的驱动力；校准值设定单元用来根据检测装置检测出的、为抵抗负荷生成单元所提供的驱动力而生成的身体信号，生成控制单元实行演算处理所需的参数，并把该参数设定为安装者固有的校准值。
上述发明中，上述校准单元具有一数据库，该数据库用来保存检测单元检测出的检测信号和控制上述驱动源的控制信号的对应关系的数据，上述控制单元则根据校准值设定单元设定的校准值校准保存在数据库中的上述控制信号。
上述发明中，上述检测单元呈贴付于安装者皮肤上的状态被使用，用来检测做为身体信号的安装者的肌电位。
上述发明中，上述动作辅助单元具有腰带、右脚辅助部和左脚辅助部，右脚辅助部设置在腰带的右下方，左脚辅助部设置在腰带的左下方。右脚辅助部和左脚辅助部分别具有第一支架、第二支架、第三支架、第四支架、第一关节和第二关节，第一支架从腰带向下延伸以支撑腰带，第二支架从第一支架向下延伸，第三支架从第二支架向下延伸，第四支架设置于第三支架的下端并承载安装者的脚底部，第一关节位于第一支架的下端和第二支架的上端之间，第二关节位于第二支架的下端和第三支架的上端之间。
上述发明中，上述第一关节被设置成与安装者的胯关节一致的高度上，上述第二关节被设置成与安装者的膝关节一致的高度上。
上述发明中，上述第一关节上设置第一驱动源，用来传递驱动力以使第二支架转动，上述第二关节上设置第二驱动源，用来传递驱动力以使第三支架转动。
上述发明中，上述第一、第二驱动源分别具有用来检测关节角度的角度传感器。
本发明还提供一种校准装置，当具有产生与安装者发出的身体信号相应的辅助动力的驱动源的动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，该校准装置使上述身体信号和上述辅助动力与预定的关系相对应，该校准装置具有第一保存单元和第二保存单元，第一保存单元用来预先存储安装了动作辅助单元的安装者发出的动力和身体信号的第一对应关系，第二保存单元用来预先储存安装者在实行预定的基本动作过程中发出的动力和身体信号的第二对应关系，动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，根据安装者实行基本动作时发出的身体信号和上述第二对应关系，校准与上述身体信号相应的辅助动力，以满足上述第一对应关系。
上述发明中，上述第一对应关系是上述动力与上述身体信号具有正相关关系，上述第二对应关系是上述基本动作的上述身体信号的变化和上述动力的变化的关系。
本发明还提供一种校准程序，它能够使计算机实行如下校准，即，当具有产生与安装者发出的身体信号相应的辅助动力的驱动源的动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，使上述身体信号和上述辅助动力与预定的关系相对应，该校准程序包括第一程序和第二程序，第一程序能够使计算机实行如下操作，即，将安装了动作辅助单元的安装者发出的动力和身体信号的第一对应关系预先保存在第一保存单元内，并且，将安装者实行预定的基本动作过程中产生的动力和身体信号的第二对应关系保存在第二保存单元内；第二程序能够使计算机执行如下操作，即，将动作辅助单元被安装在安装者身上时，根据实行安装者的上述基本动作时发出的身体信号以及上述第二保存单元内保存的上述第二对应关 系，校准与上述身体信号相应的辅助动力，以满足保存在上述第一保存单元内的上述第一对应关系。
由本发明可知，检测单元检测一身体信号，该身体信号与驱动源提供的做为负荷的驱动力相对应，然后根据这个检侧出的身体信号设定校准值，这样，为了实行校准而把小锤做为负荷安装在安装者身上，或者，不使用小锤而使用线圈弹簧那样繁琐的工作就不需要了，将设置在动作辅助单元上的驱动源产生的驱动力做为负荷来使用，就可以自动地实行校准。因此，可以大幅度地削减校准所需的工作和时间，这样，就可以更进一步促进安装式动作辅助装置的实用和普及。
另外，由于消除了校准时所强加给肌力衰退的安装者身上的多余的负担，动作辅助单元被安装到安装者身上时，安装者只需做些简单的动作就可以自动实行校准，还可以设定与该安装者的状态相应的校准值，提供与安装者的肌电位信号相应的驱动力，使其与安装者的动作连动。
因此，实行校准时，由驱动源提供符合安装者意识的助力，该助力不会太大，也不会太小，可以稳定地辅助安装者的动作，这样，就可以更一步提高安装式辅助装置的信赖性。
特别地，当安装者是象新手那样，尽管觉得很难象自己想的那样来操作动作辅助单元时，安装者也可以安心地实行校准。因此，安装者即使是动作不自由的残疾人，也可以不需要特别的操作，避开其身体上不利的动作进行校准，还可以通过实行校准以祢补安装者身体上的弱点。
为了实现上述目的，本发明采取了如下的技术手段。
本发明提供一种安装式动作辅助装置，其具有：检测单元，它用来检测安装者产生的身体信号；动作辅助单元，它具有用来向安装者提供动力的驱动源；控制单元，它控制上述驱动源，以产生与检测单元检测出的检测信号相应的辅助动力。该安装式动作辅助装置的特征在于，其 还具有一校准单元，该校准单元根据检测装置检测出的身体信号设定校准值，该身体信号与上述驱动源提供的做为负荷的驱动力相对应。
本发明还提供一种安装式动作辅助装置，其具有：检测单元，它用来检测安装者产生的身体信号；动作辅助单元，它具有用来向安装者提供动力的驱动源；控制单元，它控制上述驱动源，以产生与检测单元检测出的检测信号相应的辅助动力。该安装式动作辅助装置的特征在于，其还含有一负荷产生单元和一校准值设定单元，负荷产生单元用来提供外部负荷，该外部负荷是当动作辅助单元被安装在安装者身上时上述驱动源提供的预定的驱动力；校准值设定单元用来根据检测装置检测出的、为抵抗负荷生成单元所提供的驱动力而生成的身体信号，生成控制单元实行演算处理所需的参数，并把该参数设定为安装者固有的校准值。
上述发明中，上述校准单元具有一数据库，该数据库用来保存检测单元检测出的检测信号和控制上述驱动源的控制信号的对应关系的数据，上述控制单元则根据校准值设定单元设定的校准值校准保存在数据库中的上述控制信号。
上述发明中，上述检测单元呈贴付于安装者皮肤上的状态被使用，用来检测做为身体信号的安装者的肌电位。
上述发明中，上述动作辅助单元具有腰带、右脚辅助部和左脚辅助部，右脚辅助部设置在腰带的右下方，左脚辅助部设置在腰带的左下方。右脚辅助部和左脚辅助部分别具有第一支架、第二支架、第三支架、第四支架、第一关节和第二关节，第一支架从腰带向下延伸以支撑腰带，第二支架从第一支架向下延伸，第三支架从第二支架向下延伸，第四支架设置于第三支架的下端并承载安装者的脚底部，第一关节位于第一支架的下端和第二支架的上端之间，第二关节位于第二支架的下端和第三支架的上端之间。
上述发明中，上述第一关节被设置成与安装者的胯关节一致的高度上，上述第二关节被设置成与安装者的膝关节一致的高度上。
上述发明中，上述第一关节上设置第一驱动源，用来传递驱动力以使第二支架转动，上述第二关节上设置第二驱动源，用来传递驱动力以使第三支架转动。
上述发明中，上述第一、第二驱动源分别具有用来检测关节角度的角度传感器。
本发明还提供一种校准装置，当具有产生与安装者发出的身体信号相应的辅助动力的驱动源的动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，该校准装置使上述身体信号和上述辅助动力与预定的关系相对应，该校准装置具有第一保存单元和第二保存单元，第一保存单元用来预先存储安装了动作辅助单元的安装者发出的动力和身体信号的第一对应关系，第二保存单元用来预先储存安装者在实行预定的基本动作过程中发出的动力和身体信号的第二对应关系，动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，根据安装者实行基本动作时发出的身体信号和上述第二对应关系，校准与上述身体信号相应的辅助动力，以满足上述第一对应关系。
上述发明中，上述第一对应关系是上述动力与上述身体信号具有正相关关系，上述第二对应关系是上述基本动作的上述身体信号的变化和上述动力的变化的关系。
本发明还提供一种校准程序，它能够使计算机实行如下校准，即，当具有产生与安装者发出的身体信号相应的辅助动力的驱动源的动作辅助单元每次被安装在安装者身上时，使上述身体信号和上述辅助动力与预定的关系相对应，该校准程序包括第一程序和第二程序，第一程序能够使计算机实行如下操作，即，将安装了动作辅助单元的安装者发出的动力和身体信号的第一对应关系预先保存在第一保存单元内，并且，将安装者实行预定的基本动作过程中产生的动力和身体信号的第二对应关系保存在第二保存单元内；第二程序能够使计算机执行如下操作，即，将动作辅助单元被安装在安装者身上时，根据实行安装者的上述基本动作时发出的身体信号以及上述第二保存单元内保存的上述第二对应关 系，校准与上述身体信号相应的辅助动力，以满足保存在上述第一保存单元内的上述第一对应关系。
由本发明可知，检测单元检测一身体信号，该身体信号与驱动源提供的做为负荷的驱动力相对应，然后根据这个检侧出的身体信号设定校准值，这样，为了实行校准而把小锤做为负荷安装在安装者身上，或者，不使用小锤而使用线圈弹簧那样繁琐的工作就不需要了，将设置在动作辅助单元上的驱动源产生的驱动力做为负荷来使用，就可以自动地实行校准。因此，可以大幅度地削减校准所需的工作和时间，这样，就可以更进一步促进安装式动作辅助装置的实用和普及。
另外，由于消除了校准时所强加给肌力衰退的安装者身上的多余的负担，动作辅助单元被安装到安装者身上时，安装者只需做些简单的动作就可以自动实行校准，还可以设定与该安装者的状态相应的校准值，提供与安装者的肌电位信号相应的驱动力，使其与安装者的动作连动。
因此，实行校准时，由驱动源提供符合安装者意识的助力，该助力不会太大，也不会太小，可以稳定地辅助安装者的动作，这样，就可以更一步提高安装式辅助装置的信赖性。
特别地，当安装者是象新手那样，尽管觉得很难象自己想的那样来操作动作辅助单元时，安装者也可以安心地实行校准。因此，安装者即使是动作不自由的残疾人，也可以不需要特别的操作，避开其身体上不利的动作进行校准，还可以通过实行校准以祢补安装者身体上的弱点。
附图说明
图1表示的是应用于本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的控制系统的框图。
图2表示的是从前面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的安装状态的立体图。
图3表示的是从后面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施 例中的安装状态的立体图。
图4表示的是动作辅助单元18的左视图。
图5表示的是动作辅助单元18的后视图。
图6表示的是构成动作辅助装置10的各组成部分的框图。
图7表示的是各动作作业以及各动作阶段的一个例子的示意图。
图8表示的是校准数据库148的模式的示意图。
图9表示的是做为动作作业的一个例子的动作阶段A1～A4的动作过程的示意图。
图10表示的是表面肌电位e1～e4的检测位置的示意图，其中，(A)表示的是从前面观察腿部时的示意图，(B)表示的是从后面观察腿部时的示意图。
图11表示的是表面肌电位e1～e4的检测位置的示意图，其中，(A)表示的是胯关节沿箭头方向弯曲时的腿部的侧视图，(B)表示的是膝关节沿箭头方向弯曲时的的腿部的侧视图。
图12表示的是安装了动作辅助单元18的安装者12的膝关节屈肌状态的示意图。
图13表示的是对应于右胯关节伸肌的输入动力和虚拟动力的曲线。
图14表示的是对应于右胯关节屈肌的输入动力和虚拟动力的曲线。
图15表示的是安装者12在做与标准的预定动作相同的动作时的表面肌电位和虚拟动力的差的曲线。
图16表示的是实行屈伸动作时的胯关节的关节角度变化以及膝关节的关节角度变化的曲线。
图17表示的是实行屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的虚拟动力、胯关节的伸展动作的虚拟动力、膝关节的弯曲动作的虚拟动力、膝关节的伸展动作的虚拟动力的曲线。
图18表示的是实行屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的表面肌电位、胯关节的弯曲动作的标准虚拟动力、胯关节的伸展动作的推测动力的曲 线。
图19表示的是实行屈伸动作时的胯关节的伸展动作的表面肌电位、胯关节的伸展动作的标准虚拟动力、胯关节的弯曲动作的推测动力的曲线。
图20表示的是用于说明控制装置100实行主控制处理的流程图。
图21表示的是对实行静止状态的初期设定的初次校准进行控制的流程图。
图22表示的是对基于一次动作的再校准设定进行控制的流程图。
图23表示的是对根据预定的标准动作实行校准进行控制的流程图。
图2表示的是从前面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的安装状态的立体图。
图3表示的是从后面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施 例中的安装状态的立体图。
图4表示的是动作辅助单元18的左视图。
图5表示的是动作辅助单元18的后视图。
图6表示的是构成动作辅助装置10的各组成部分的框图。
图7表示的是各动作作业以及各动作阶段的一个例子的示意图。
图8表示的是校准数据库148的模式的示意图。
图9表示的是做为动作作业的一个例子的动作阶段A1～A4的动作过程的示意图。
图10表示的是表面肌电位e1～e4的检测位置的示意图，其中，(A)表示的是从前面观察腿部时的示意图，(B)表示的是从后面观察腿部时的示意图。
图11表示的是表面肌电位e1～e4的检测位置的示意图，其中，(A)表示的是胯关节沿箭头方向弯曲时的腿部的侧视图，(B)表示的是膝关节沿箭头方向弯曲时的的腿部的侧视图。
图12表示的是安装了动作辅助单元18的安装者12的膝关节屈肌状态的示意图。
图13表示的是对应于右胯关节伸肌的输入动力和虚拟动力的曲线。
图14表示的是对应于右胯关节屈肌的输入动力和虚拟动力的曲线。
图15表示的是安装者12在做与标准的预定动作相同的动作时的表面肌电位和虚拟动力的差的曲线。
图16表示的是实行屈伸动作时的胯关节的关节角度变化以及膝关节的关节角度变化的曲线。
图17表示的是实行屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的虚拟动力、胯关节的伸展动作的虚拟动力、膝关节的弯曲动作的虚拟动力、膝关节的伸展动作的虚拟动力的曲线。
图18表示的是实行屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的表面肌电位、胯关节的弯曲动作的标准虚拟动力、胯关节的伸展动作的推测动力的曲 线。
图19表示的是实行屈伸动作时的胯关节的伸展动作的表面肌电位、胯关节的伸展动作的标准虚拟动力、胯关节的弯曲动作的推测动力的曲线。
图20表示的是用于说明控制装置100实行主控制处理的流程图。
图21表示的是对实行静止状态的初期设定的初次校准进行控制的流程图。
图22表示的是对基于一次动作的再校准设定进行控制的流程图。
图23表示的是对根据预定的标准动作实行校准进行控制的流程图。
具体实施方式
以下参考附图说明本发明的最佳具体实施例。
实施例1
图1表示的是应用于本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的控制系统的框图。
如图1所示，动作辅助装置10的控制系统包含：驱动源140，它用来向安装者提供助力；物理现象检测单元142，它用来检测与安装者12的动作相应的关节角度(物理现象)；身体信号检测单元144，它用来检测与安装者12产生的肌力相应的肌电位(身体信号)。
数据保存单元146具有校准数据库148和指令信号数据库150，校准数据库148用来根据与安装者12产生的肌力相应的肌电位(身体信号)的检测感度，校准指令信号(控制信号)的参数。另外，校准数据库148，如后所述，还具有第一存储领域(第一保存单元)和第二存储领域(第二保存单元)，第一存储领域用来预先保存安装了动作辅助单元18(参考图2和图3)的安装者12发出的动力(肌力)和身体信号(肌电位信号)的第一对应关系，第二储存领域用来预先保存安装者12在实行预定的基本动作过程中发出的动力(肌力)和身体信号(肌电位信号)的第二对 应关系。
由物理现象检测手段142检测出的关节角度(θknee，θhip)和由身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(EMGknee，EMGhip)被输入校准数据库148和指令信号数据库150中。
控制装置100具有动作阶段认定单元152、差分导出单元154、参数校准单元156、控制单元160、校准控制单元162以及负荷产生单元164。动作辅助单元18每次被安装到安装者12身上时，校准控制单元162都会根据安装者12在做基本动作时发出的身体信号和第二对应关系，校准与身体信号相应的辅助动力以满足第一对应关系。
也就是说，当安装者12安装了动作辅助单元18并将电源开关打开时，校准控制单元162实行校准控制处理，通过负荷产生单元164将驱动源140生成的驱动力做为负荷(输入动力)阶段性地提供给安装者12，使安装者12产生肌力以抵抗这个驱动力。
之后，被付与了由驱动源140产生的驱动力的安装者12，实行事先决定的预定的校准动作(例如，动作作业A：从坐着的状态到站起来的动作)，使骨格肌发出肌力。这样，在实行上述校准动作时，物理现象检测单元142检测关节角度，同时，身体信号检测单元144检测肌电位信号。
然后，动作阶段认定单元152通过将由物理现象检测单元142检测出的关节角度和保存在校准数据库148中的关节角度进行比较，认定安装者12的校准动作作业的动作阶段。
另外，从校准控制处理开始时起，差分导出单元154就对由负荷产生单元164提供的驱动源140的负荷(输入动力)以及与身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(实测值)相应的肌力(推测动力)进行比较，求出两者的差值，并求出上述第二对应关系。
再有，参数校准单元156根据在由动作阶段认定单元152认定的动作阶段的、由差分导出单元154算出的负荷(输入动力)和肌力(推测动力)的差值，校准参数K以满足上述第一对应关系。当由负荷产生单元164提 供的、由驱动源140产生的输入动力和与身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(实测值)相应的肌力之间没有差值时，不校准标准参数。但是，当负荷产生单元164提供的、由驱动源140产生的输入动力和与身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(实测值)相应的肌力之间存在差值时，就校准参数K以使两者一致。这时，设定校准参数K’使输入动力和推测动力相等。
之后，校准控制单元162将由参数校准单元156校准的参数设定为安装者12的参数，对下一个动作阶段实行校准。
这样，使用由校准设定的参数控制驱动源140，使其产生与身体信号检测单元144检测出的身体信号相应的助力，就可以不受安装者12那天的状态(皮肤电阻值)以及身体信号检测单元144的设置位置的不同的拘束来控制肌力和助力，以使他们能够保持例如1∶1那样的预定比例。
另外，在控制单元160中，由物理现象检测单元142检测出的关节角度(θknee，θhip)和由身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(EMGknee，EMGhip)一直在被提供，使用由校准控制单元162设定的校准数据K’，计算与关节角度和肌电位信号相应的各动作阶段的、由驱动源产生的助力，再把从这个计算结果得出的指令信号提供给电力增幅单元158。
下面对本发明的安装式动作辅助装置10的一个具体构成的实施例进行详细说明。
图2表示的是从前面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的安装状态的立体图。图3表示的是从后面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的安装状态的立体图。
如图2和图3所示，动作辅助装置10是例如辅助那些由于骨格肌的肌力下降而导致步行不自由的下肢运动功能障碍者、或者、正在进行回复步行机能的患者等靠自己的力量步行困难的人的步行动作的装置，其首先检测根据大脑的信号产生肌力时生成的身体信号(表面肌电位)，再 根据这个检测出的身体信号由执行机构提供驱动力来工作。
因此，动作辅助装置10与所谓的示教再现型机器人截然不同，示教再现型机器人是通过根据事先输入的数据用计算机控制机器手的方式构成的。动作辅助装置10也被称为“机器衣”(Robot Suit)或者“动力衣”(Power Suit)等。
安装了动作辅助装置10的安装者12按照自己的意识实行步行动作时，动作辅助装置10提供与安装者12此时产生的身体信号相应的驱动动力做为助力，这样，例如，就可以用通常步行时所要的肌力的一半的力来行走了。因此，安装者12就可以靠自身的肌力和执行机构(本实施例中使用的是电动式驱动马达)产生的驱动动力的合力支撑全身的体重并行走。
这时，需要对动作辅助装置10进行控制，以使根据实行步行动作时的重心移动而提供的助力如后述的那样，可以反映安装者10的意识。所以，需要对动作辅助装置10的执行机构进行控制，以使其不提供违背安装者12意识的负荷，也不要妨碍安装者12的动作。
另外，动作辅助装置10除了可以辅助步行动作之外，例如，还能辅助安装者12从坐着的状态到站起来时的动作，或者，辅助从站着的状态到坐到椅子上时的动作。再进一步，动作辅助装置10还可以辅助安装者12上、下楼梯的动作。特别地，当安装者10的肌力比较弱时，实行上楼梯的动作和从椅子上站起来的动作等都比较困难，但安装了动作辅助装置10的安装者12则可根据自己的意识被付与驱动动力，进而可以不用在乎自己衰弱的肌力便能实行这些动作。
下面对动作辅助装置10的结构的一个实施例进行说明。
动作辅助装置10，如图2和图3所示，是在安装于安装者10身上的动作辅助单元18上设置了执行机构(相当于驱动源140)的动作辅助装置。做为执行机构，其具有：右腿驱动马达20，它位于安装者12的右侧胯关节的位置；左腿驱动马达22，它位于安装者12的左侧胯关节的位置；右 膝驱动马达24，它位于安装者12的右膝关节的位置；左膝驱动马达26，它位于安装者12的左膝关节的位置。这些驱动马达20、22、24，26是由根据控制装置产生的控制信号控制驱动力的侍服马达构成的驱动源，具有可按预定的减速比对马达转动进行减速的减速机构(图中未表示)，尽管是小型的，但是也可以提供足够大的驱动力。
另外，安装于安装者12腰间的腰带30上还设置了做为电源的电池32、34，用于驱动马达20、22、24、26。电池32和34是充电式电池，分别设置于安装者12的左右两边，不妨碍安装者12的步行动作。
另外，安装于安装者12后背的控制箱36中还设置了如后所述的控制装置、马达驱动器、计测装置和电源电路等。其中，控制箱36的下部由腰带30支持，控制箱36被设置为其重量不会成为安装者12的负担。
接下来，动作辅助装置10还设置了肌电位传感器，即：肌电位传感器38a和38b，它们用来检测安装者12右腿运动时的表面肌电位(EMGhip)；肌电位传感器40a和40b，它们用来检测安装者12左腿运动时的表面肌电位(EMGhip)；肌电位传感器42a和42b，它们用来检测安装者12右膝运动时的表面肌电位(EMGknee)；肌电位传感器44a和44b，它们用来检测安装者12左膝运动时的表面肌电位(EMGknee)。
这些肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b都是用来检测骨格肌产生肌力时的表面肌电位的，并具有用来检测骨格肌发出的微弱电位的电极(图中没有表示)。其中，本实施例中，各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b是通过由覆盖在电极周围的黏性胶带贴付于安装者12皮肤上的方式设置的。
人体中，依据大脑发出的指令，突触传导物质的乙醯胆碱在骨格肌的肌肉表面上被放出，这样，肌纤维膜的离子透过性发生变化，就产生了活动电位(EMG：Electro Myogram Myoelectricity)。由于产生活动电位，肌肉纤维发生收缩，进而生成肌力。因此，就可以通过检测骨骼肌的肌电位推测步行动作时产生的肌力，然后由根据这个推测的肌力得到 的虚拟动力，求出步行动作所要的助力。
另外，当血液中被供给了被称为肌动蛋白(Actin)和肌球蛋白(Myosin)的蛋白质时，肌肉发生伸缩，但肌力则是通过肌肉的收缩而产生的。所以，在两个骨格可以互相转动地被连接在一起的关节处，即在两个骨格之间就有了产生沿关节弯曲方向的力的屈肌以及产生沿关节伸张方向的力的伸肌。
这样，在人体中，从腰部向下用于使腿部产生运动的肌肉就有数块，包括用于向前抬腿的肠腰肌、用于收腿的大臀肌、用于伸展膝部的大腿股四头肌和用于弯曲膝部的大腿股二头肌等。
肌电位传感器38a和40a贴付于安装者12大腿根的前侧，通过检测肠腰肌的表面肌电位，测定与向前抬腿时的肌力相应的肌电位。
肌电位传感器38b和40b贴付于安装者12的臀部，通过检测大臀肌的表面肌电位，测定例如与向后的踢力或上楼梯时的肌力相应的肌电位。
肌电位传感器42a和44a贴伏于安装者12膝部的前上侧，通过检测大腿股四头肌的表面肌电位，测定与将膝部以下向前伸出的肌力相应的肌电位。
肌传感器42b和44b贴伏于安装者12膝部的后上侧，通过检测大腿股四头肌的表面肌电位，测定与将膝部以下向后收回的肌力相应的肌电位。
因此，动作辅助装置10是这样构成的，即，首先根据这些肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b检测出的表面肌电位求出供给4个驱动马达20、22、24、26的驱动电流，然后通过用该驱动电流驱动马达20、22、24、26，向安装者12提供助力，辅助安装者12实行步行动作。
另外，为了能够平滑地实行步行动作的重心移动，有必要检测出脚底处的负荷。因此，在安装者12的左右脚的脚底处设置了反力传感器50a、50b、52a、52b(在图2和图3中以虚线表示)。
另外，反力传感器50a用于检测对应于右脚前侧的负荷的反力，反力传感器50b用于检测对应于右脚后侧的负荷的反力。反力传感器52a用于检测对应于左脚前侧的负荷的反力，反力传感器52b用于检测对应于左脚后侧的负荷的反力。各反力传感器50a、50b、52a和52b，例如，由输出与施加的负荷相应的电压的压电传感器等构成，分别可以检测出体重移动时的荷重变化、以及安装者12的脚底是否与地面接触。
下面参考图4和图5对动作辅助单元18的构造进行说明。
图4是动作辅助单元18的左视图。图5是动作辅助单元18的后视图。
如图4和图5所示，动作辅助单元18包括：腰带30，它设置于安装者12的腰间；右脚辅助部54，它设置于腰带30的右下方；左脚辅助部55，它设置于腰带30的左下方。
右脚辅助部54和左脚辅助部55对称配置，其具有：第一支架56，它向下延伸以支持腰带30；第二支架58，它从第一支架56向下延伸，并沿安装者12的大腿外侧被设置；第三支架60，它从第二支架58向下延伸，并沿安装者12的小腿外侧被设置；第四支架62，它用于承载安装者12的脚底(如果穿鞋的时候，则是承载鞋底)。
第一支架56的下端和第二支架58上端之间，有一具有铰接构造的第一关节64，将第一支架56和第二支架58可转动地连接在一起。第一关节64被设置于与胯关节一样高度的位置，第一支架56与第一关节56的支撑侧相连接，第二支架58与第一关节64的转动侧相连接。
另外，第二支架58的下端和第三支架60的上端之间，有一具有铰接构造的第二关节66，将第二支架58和第三支架60可转动地连接在一起。第二关节66被设置于与膝关节一样高度地位置，第二支架58与第二关节66的支撑侧连接，第三支架60与第二关节66的转动侧连接。
因此，第二支架58和第三支架60就被设置成能以第一关节64和第二关节66作为转动支点，相对于固定在腰带30上的第一支架56做摇摆 运动。也就是说，第二支架58和第三支架60被设置成能够做与安装者12的腿部一样的动作。
另外，第一关节64和第二关节66的支持侧还设置了马达托架68。马达托架68具有一向外水平突出的马达支持部68a，马达支持部68a上垂直地设置了驱动马达20、22、24、26。因此，驱动马达20、22、24、26被设置成在侧方向上并不是很突出，步行时不易与周围的障碍物相接触。
另外，第一关节64和第二关节66是这样构成的，即，驱动马达20、22、24和26的转动轴通过齿轮向被驱动侧的第二支架58和第三支架60传递驱动动力。
另外，驱动马达20、22、24和26还具有用于检测关节角度的传感器70、72、74和76(相当于物理现象检测单元142)。这些角度传感器70、72、74和76，例如，可由对与第一关节64和第二关节66的关节角度成比例的脉冲数进行增量的旋转编码器等构成，将与根据关节角度得到的脉冲数相对应的电气信号做为传感器的输出量输出。
角度传感器70和72用于检测第一支架56和第二支架58之间的转动角度，该转动角度相当于安装者12的胯关节的关节角度(θhip)。另外，角度传感器74和76用于检测第二支架59的下端和第三支架60之间的转动角度，该转动角度相当于安装者12的膝关节的关节角度(θknee)。
另外，第一关节64和第二关节66仅被构成为在安装者12的胯关节和膝关节的转动可能的范围内转动，并在内部设置了一阻止机构(图中未显示)，以防止提供给安装者12的胯关节和膝关节超范围的运动。
第二支架58上具有用于将其固定于安装者12大腿上的第一固定带78。另外，第三支架60上具有用于将其固定于安装者12膝下的第二固定带80。因此，由驱动马达20、22、24和26提供的驱动动力经由齿轮被传给第二支架58和第三支架60，然后再经由第一固定带78和第二固 定带80做为助力被传给安装者12的腿部。
另外，第四支架62通过轴82被可转动地连接在第三支架60的下端。第四支架62的下端还设有鞋跟承放部84，用于承放安装者12的鞋底的跟部。再有，第二支架58和第三支架60可通过螺丝调节其轴方向的长度，可以将其根据安装者12的腿长调节到适当的长度。
上述支架56、58、60和64均由金属形成，能够支撑设置于腰带30上的电池32和34、控制箱36以及动作辅助单元18的重量。也就是说，动作辅助装置10被设计成不将动作辅助单元18等的重量施加给安装者12的形式，可以在不给肌力较弱的安装者12增添多余的负荷的情况下将其安装在安装者12身上。
图6表示的是构成动作辅助装置10的各单元的框图。
如图6所示，电池32和34用于向电源电路86提供电源，电源电路86将该电源变换成预定的电压，并将该电压提供给输入输出界面88。另外，电池32和34的充电量由电池充电通知部90来监视，当电池的容量低于事先设定好的剩余容量时，电池充电通知部90就会向安装者12发出交换电池或需要充电的通知。
驱动马达20、22、24和26的第一至第四马达驱动器92～95，通过输入输出界面88将与控制装置100产生的控制信号相应的驱动电压增幅，然后输出给各驱动马达20、22、24和26。
由各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b输出的表面肌电位的检测信号，经过第一至第八差动增幅器101～108(相当于电力增幅单元158)增幅，再经过A/D转换器转换成数字信号，然后经由输入输出界面88被输入控制装置100。另外，肌肉发出的肌电位很微弱，所以，在第一至第八差动增幅器101～108中，例如，为了将30μV的肌电位增幅到计算机可以判别的3V左右，需要105倍即100dB的增幅率。
另外，角度传感器70、72、74和76输出的角度检测信号分别被输 入到第一至第四角度检测部111～114。第一至第四角度检测部111～114将由旋转编码器检测出的脉冲数转换成相当于角度的角度数据，检测出的角度数据经由输入输出界面88被输入给控制装置100。
反力传感器50a、50b、52a、52b输出的反力检测信号分别被输入给第一至第四反力检测部121～124。第一至第四反力检测部121～124将压电传感器检测出的电压转变成与载荷相当的数字值(Digital Value)，检测出的反力数据经由输入输出界面88被输入控制装置100。
记忆单元130(相当于数据保存单元146)是保存各数据的保存单元，设有数据库保存领域130A和控制程序保存领域130B，数据库保存领域130A用来事先保存按起立动作、步行动作和坐下动作等的各动作模式设定的、以动作阶段为单元的控制数据，控制程序保存领域130B用来保存用于控制各数据的控制程序。
本实施例中，数据库保存领域130A中含有校准数据库148和指令信号数据库150。另外，如图8所示，校准数据库148保存了安装了动作辅助安装器18的安装者12发出的肌力(动力)eA1(t)...和身体信号EA1(t)...的第一对应关系、以及基准参数KA1...。另外，第一对应关系是指肌力eA1(t)...与身体信号EA1(t)...呈比例关系，并具有正相关关系。
另外，校准数据库148还保存了安装者12在进行预定的基本动作过程中发出的肌力(动力)eA1(t)...和身体信号EA1(t)...的第二关系、以及校准参数K’A1。第二关系是指基本动作的身体信号EA1(t)...的变化和肌力eA1(t)...的变化的关系。
另外，控制装置100输出的控制数据经由输入输出界面88被输出给数据输出部132或通讯单元134，例如，用于在显示器(图中未表示)中显示，或者，可以在数据监视用计算机(图中未表示)之间以数据通讯的方式被传输。
另外，控制装置100还包括一生成指令信号的自主控制系统，该指 令信号用于使安装者12产生一动力，该动力是与通过将角度传感器70、72和76检测出的关节角度与标准参数的关节角度进行比较而识别出的安装者12的动作模式中的某一动作阶段相对应的。
另外，控制装置100还具有负荷生成单元100D、校准值设定单元100E(相当于参数校准单元156)和校准控制单元100F。负荷生成单元100D用于当动作辅助单元18被安装在安装者12身上时，将由驱动马达(驱动源)20、22、24、26生成的驱动力做为外部负荷提供给安装者12；校准值设定单元100E用于设定校准值，其设定过程为：首先由肌电位传感器(检测单元)38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b检测因抵抗被提供的上述驱动力而发出的身体信号，然后根据这个检测出的身体信号生成用于自主控制单元100A执行计算的参数(例如，比例控制中的比例利得)，再将这个参数设定为安装者18固有的校准值；校准控制单元100F用于通过适当地控制校准值设定单元100E等的动作，将校准后的参数做为固有参数设定给安装者12。
做为本实施例的校准，例如，可以是第一次安装使用动作辅助单元18时实行的初期设定校准，也可以是实行初期设定校准之后，每次安装动作辅助单元18时实行的再设定校准。
初期设定校准是安装者12使用如后所述的事先定好的姿势，在静止的状态下而实行的校准值设定处理。
另外，再设定校准是安装者12使用也如后所述的事先定好的基本动作实行的校准值设定处理，例如，可以是安装者12在静止状态下使用产生肌力来实行校准值更新处理的静止状态的校准，也可以是安装者12在起立状态下做一次让膝部从弯曲状态到伸展状态的动作来实行校准值更新处理的基于一次动作的校准。
实行上述校准时，将最开始提供给安装者12的负荷设为较小，随着校准动作的进行，一边控制驱动马达20、22、24和26使负荷慢慢增大，一边检测因抵抗该负荷而产生的身体信号。另外，在本实施例的安装式 动作辅助装置10中，可以在两种校准中任选一个，其中的一个是做为初期设定校准的静止状态下的校准，另一个是做为每次安装时实行的再设定校准的基于一次动作的校准。
下面参考图7至图9对安装者12实行校准时的动作进行说明。图7是表示数据库中保存的各动作作业和动作阶段的一个例子的示意图。
如图7所示，保存在存储单元130内的是做为将安装者12的动作进行分类的动作作业，例如，包含：动作作业A，它具有从坐姿向站姿移动的起立动作数据；动作作业B，它具有站着的安装者12做步行动作的步行动作数据；动作作业C，它具有从站姿向坐姿移动的坐下动作数据；动作作业D，它具有在站着的状态下上楼梯的上楼梯动作数据。
另外，各动作作业中，还设定了规定最小动作单元的多个动作阶段数据，例如，步行动作的动作作业B中具有：动作阶段B1，它具有两腿呈放在一起状态时的动作数据；动作阶段B2，它具有向前迈出右腿时的动作数据；动作阶段B3，它具有向前迈出左腿，并与右腿呈放在一起状态时的动作数据；动作阶段B4，它具有向前迈出左腿时的动作数据。
图8是表示校准数据库148的模式的示意图。
如图8所示，校准数据库148中保存了表面肌电位eA1(t)...、以及与肌电位对应的基准参数KA1...等，该表面肌电位是按将各动作作业A、B...分割了的各动作阶段检测出的。
本实施例中，安装了动作辅助单元18的安装者12实行事先决定好的预定校准动作。这里，例如，假定图9所示的安装者12首先实行从坐姿到站姿的基准动作(动作阶段A1～A4)，然后再实行坐下的动作(动作阶段A4～A1)。
下面对身体信号检测单元144的校准原理进行详细说明，身体信号检测单元144是用来检测与上述安装者12发出的肌力相对应的肌电位。
安装者在实行静的动作时，表面肌电位和安装者12发出的肌力的关系一般约为线性关系。因此，本发明开发了一种推测方法，该方法根据 式(1)和式(2)从计测的表面肌电位推测安装者12发出的动力。另外，推测的动力称为“虚拟动力”。
τhip＝K1e1-K2e2 (1)
τknee＝K4e4-K3e3 (2)
式(1)和(2)中，τhip是胯关节的虚拟动力，τknee是膝关节的虚拟动力，e1～e4是肌肉发生的表面肌电位，K1～K4是参数。安装者12的胯关节和膝关节按肌肉伸屈的收缩平衡进行动作。如图10的(A)和(B)以及图11的(A)和(B)所示，e1是大腿股直肌的表面肌电位，e2是臀肌的表面肌电位，e3是内侧广肌的表面肌电位，e4是大腿股二头肌的表面肌电位。
计算虚拟动力时，考虑杂波等的影响，使用经过数字滤波器滤波的值。本实施例中，把得到的经过了低通滤波器的值做为表面肌电位值。
在检测表面肌电位的控制系统的校准中，通过式(1)和(2)求出式(3)的各参数K，式(3)用于计算各肌肉的虚拟动力。
τ＝Ke (3)
也就是说，本实施例的校准中，通过求出式(3)中参数K的值，使做为对象的肌肉在产生1Nm的力时的表面肌电位的值为1，并更新该值。
这样，在本实施例中，无论是实行初期设定校准还是实行再设定校准，都对肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b进行检测，并应用这个检测的结果校准上述参数K的值。
下面对上述再设定校准进行说明。做为这个校准的动作，例如，可以是安装者12在坐着的状态下做的一个将膝部从弯曲状态移动到伸展状态的动作。本发明的再设定校准，不仅能够减轻安装者12的负担，同时也还能够在很短的时间内结束校准。
图12是表示安装了动作辅助单元18的安装者12的膝关节的屈肌状态的示意图。
如图12所示，驱动马达20、22、24、26向安装了动作辅助单元18的安装者12的膝关节施加做为负荷的输入动力τm。安装者12产生抵抗这个输入动力τm的肌力，并保持膝关节处于不动的静止状态。此时就可以说，驱动马达20、22、24、26提供的输入转力τm和安装者12产生的肌力τh相等。
因此，式(4)的关系成立。
τm(t)＝τh(t) (4)
因为安装者12产生的肌力可由式(3)表示，即：
τh＝Ke (5)
所以，式(4)可以改写成：
τm＝Ke (6)
下面对在上述静止状态下实行初期设定校准的步骤进行说明。
静止状态的初期设定校准可按下列步骤进行。
(步骤1)检测安装者12产生抵抗驱动马达20、22、24、26的驱动力(转力τm)的肌力时的表面肌电位e。
(步骤2)应用最小二乘法，由检测到的表面肌电位和那时的输入转力τm，求出使式(6)成立的参数K。
应用最小二乘法计算参数K的公式如式(7)所示。
K＝∑τm(t)e(t)/∑e2(t) (7)
所以，例如，可以求出参数K，当安装者12如图12所示的那样，将膝关节弯曲成大约90度并呈坐着的状态时，使其在静止状态下产生1Nm的力时的表面肌电位的值为1。在这个静止状态，驱动马达20、22、24、26将驱动力(动力τm)做为负荷(输入动力)呈阶段性提供给安装者12，与此相对的，安装者12产生一肌力来抵抗这个驱动力，这样就保持了这个静止状态。
下面对再设定校准的步骤进行说明，该再设定校准实行事先定好的标准动作。
上述基于一次动作的再设定校准可按下列步骤实行。
(步骤1)安装者12转动膝关节以使膝部的角度从90度变成180度，然后让膝关节回到原位以使膝部的角度从180度变成90度。
(步骤2)提供驱动马达20、22、24、26产生的驱动力(动力τm)，该驱动力与角度传感器74、76检测出的膝关节的角度相对应。
(步骤3)检测安装者12进行膝部屈伸动作时的表面肌电位e。
下面参考图13至图15对实行上述初期设定校准时的原理进行说明。
例如，将驱动马达20、22、24、26产生的8Nm、16Nm、24Nm、32Nm的动力做为输入动力τm提供给安装者12并求出参数K。这种情况下，使用求得的参数K进行校准，并得到表面肌电位，再根据该表面肌电位计算虚拟动力，该虚拟动力与同时输入的输入动力的比较结果参见图13和图14。其中，图13是表示与右胯关节的伸肌相对应的输入动力(a)和虚拟动力(b)的示意图。图14是表示与左胯关节的屈肌相对应的输入动力(a)和虚拟动力(b)的示意图。
由图13所示的输入动力曲线(a)和虚拟动力曲线(b)以及图14所示的输入动力曲线(a)和虚拟动力虚线(b)可知，使用按照上述方法求得的参数K算出的虚拟动力和同时施加的输入动力基本一致。
另外，从图13也可得知，驱动马达20、22、24、26产生的输入动力随着时间的经过，其动力值被控制成按阶段性地上升。也就是说，驱动马达20、22、24、26开始的时候是被控制成输出较小的驱动力(输入动力)，并且，该输入动力按预定的时间间隔被脉冲地施加的同时，也被控制成按阶段性的逐渐增大。
因此，安装者12在安装了动作辅助安装工具18的时候，可以防止被施加过大的动力，另外，使输入的动力值逐渐增大，还可以减轻用于产生抵抗该输入动力的肌力的肌肉的负担，也可以减轻校准时产生的肌肉疲劳。
另外，由图13和图14也可知，左右胯关节和左右膝关节也能得到 同样的结果。另外，使用如上所述的那样得到的参数K计算虚拟动力以产生助力时，相对于安装者12产生的肌力1Nm，可以把由驱动马达20、22、24、26产生的同样的1Nm的驱动力做为助力也提供给安装者12，这样，安装者12只要产生预定动作所需的力的一半的肌力就可以实行该动作。
再有，本实施例中，安装了动作辅助单元18的安装者12在实行校准时，因为需要产生抵抗该输入动力的肌力，所以需要对驱动马达20、22、24、26的驱动力进行控制，即，抑制输入动力，以实行不对安装者12产生过大负担的校准。
也就是说，本实施例中，安装者12通过实行事先定好的预定的动作(例如，参考图9或图10)进行表面肌电位的校准，可以不对安装者12产生过大的负担。
例如，实行2次预定的动作时，如果这2次的动作中各关节产生的肌力都相同，那么这时得到的虚拟动力也必须要相同。所以，将标准动作的虚拟动力模式做为标准数据事先保存在存储单元130中，就可以高效地进行校准时的参数校准处理。
另外，使用根据安装者12实行校准动作得到的参数K，如果将安装者12实行标准动作时的虚拟动力设为τi(t)，而另外实行同样动作时的表面肌电位设为e’(t)，那么式(8)的关系成立。
τi(t)＝Ke’(t) (8)
实行表面肌电位校准时，如图15所示，检测安装者12实行与标准动作同样动作时的表面肌电位(图15中用实线表示的曲线(a))，计算参数K’以使虚拟动力(图15中用虚线表示的曲线(b))与输入动力相同。
使用最小二乘法计算参数K’的式(9)与上述式(7)基本相同。
K’＝∑τm(t)e’(t)/∑e’2(t) (9)
由于虚拟动力τi(t)是通过使用了安装式辅助校准装置10的校准 求得的，所以，按上述方法求得的参数K’也可以说是与使用了安装式动作辅助装置10的校准一样求得的。因此，安装者12实行预定动作的校准方法，相对于安装者12自身产生的1Nm的肌力，还能够给安装者12提供1Nm的助力。
下面，将使用了本发明的校准的标准动作，例如，如图16所示的屈伸动作的试验结果用图17和图18来表示。
图17中所示的曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的关节角度变化，图17中所示的曲线(b)表示的是屈伸动作时的膝关节的关节角度变化。
图18中，曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的虚拟动力，曲线(b)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的虚拟动力，曲线(c)表示的是屈伸动作时的膝关节的弯曲动作的虚拟动力，曲线(d)表示的是屈伸动作时的膝关节的伸展动作的虚拟动力。
然后，将上述屈伸动作做为标准动作，实行屈伸动作的校准，就可以得到如图18和图19所示的右胯关节的屈肌、伸肌的校准结果。图18中，曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的表面肌电位，曲线(b)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的标准虚拟动力，曲线(c)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的推测动力。另外，图(19)中，曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的表面肌电位，曲线(b)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的标准虚拟动力，曲线(c)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的推测动力。
因此，由图18和图19所示的曲线(a)～(c)可知，标准虚拟动力和由根据校准求得的参数K’得到的推测动力具有同样的振幅波形，与屈伸动作相伴的推测动力和由表面肌电位得到的虚拟动力的大小基本一致。
这样，本实施例中，安装者12就可以通过实行预定的动作实行表面肌电位的校准，因此，可以不给安装者12带来较大的负担，同时，也能 很快地算出用于计算虚拟动力(换句话说就是被校准了的表面肌电位)的参数K’。
另外，上述说明中，做为负荷提供给安装者12的动力，也可以根据每个人的体力来设定，例如，可以事先设定好负荷的下限值和上限值，校准时就可以适当地调整该负荷，不给安装者12附加过大的负担。
下面参考图20所示的流程图，对控制装置100所实行的主要控制处理的步骤进行说明。
如图20所示，在步骤S11(下面省略“步骤”)中，动作辅助单元18被安装在安装者12身上，一打开电源开关(图中未表示)，就进入S12，并检查该打开电源开关的操作是否是第一次。在S12中，如果上述打开电源开关的操作是第一次，就进入S13，转入初期设定模式，在S14实行上述的初期设定校准处理。
也就是说，在S14中，与驱动马达20、22、24、26产生的做为负荷的驱动力相对应的身体信号，由各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b输出的表面肌电位的检测信号所检测，然后根据这个检测信号计算校准值。在S15中，将提供给马达的电压增加一档，使负荷增大。然后，进入S16，判断负荷是否到达了事先设定好的上限值。在S16中，如果负荷没有达到事先设定好的上限值，就返回S14，循环实行S14～S16的处理。
另外，在S16中，如果负荷到达了事先设定好的上限值，就进入S17，设定由上述校准得到的参数K’。
在S17中，安装了动作辅助安装工具18的安装者12设定校准值(参数K’)，该校准值是与在如图12所示的静止状态下由校准得到的安装者12的肌力相对应的。也就是说，在S17中，如上所述地计算参数K，使安装者12在将膝关节弯成大约90度并坐着的状态下，并且在保持静止的条件下产生1Nm的力时的表面肌电位的值为1。在这个第一次的校准中，驱动马达20、22、24、26产生的驱动力(动力τm)做为负荷(输 入动力)被呈阶段性地付给了安装者12，与此相对地，安装者12产生肌力以抵抗这个驱动力。
这样，因抵抗驱动源提供的驱动力而产生的身体信号被各肌电位传感器所检测，再根据这个检测出的信号生成用于演算处理的参数，然后将这个参数做为该安装者所固有的校准值保存在数据库148中。
之后，进入S18，转入实行通常的助力控制处理的控制模式。然后，在S19中，该通常的控制模式在电源开关被关闭之前一直被实行。
另外，在上述S12中，如果电源开关被打开的操作不是第一次，就进入S20，转到上述的再设定模式。然后，在S21中，安装者12实行基于一次动作的校准值设定校准，设定与实行如图16所示的校准动作时得到的安装者12的肌力相对应的校准值(参数K’)。之后，实行上述S17～S19的处理。
另外，本实施例中，对于从第二次开始的校准，尽管实行的是基于一次动作的校准，但并不局限于此，从第二次开始的校准也可以与第一次校准一样，实行在保持静止状态下的校准值设定校准。
接下来，参考图21至图23对各校准值设定模式的控制处理进行说明。
图21表示的是实行初期设定的初次校准的控制步骤的流程图。初次校准时，如上所述，安装者12产生肌力使其能狗相对于马达负荷保持坐着的静止状态，以此来设定校准值。
如图21所示，在S31中，依据安装者12的坐着的静止状态，向驱动马达20、22、24、26提供预定的驱动电流，提供做为负荷的驱动力(输入动力)。这样，安装者12在坐着的状态下就可以产生抵抗驱动马达20、22、24、26的驱动力。
在S32中，从各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中取得安装者12的肌电位信号。然后，在S33中，根据实测的肌电位信号计算推导出虚拟动力。
之后，进入S34，对做为负荷被提供的输入动力和上述虚拟动力进行比较。然后，在S35中，求出输入动力和虚拟动力之间的比率。在随后的S36中，读出与保存在上述校准数据库148中的各动作阶段相对应的参数，再用该参数乘以上述比率，求出供给马达驱动源92～95的控制信号的校准值(校准参数)。接下来进入S37，将校准参数设定为自主控制参数。
这样，安装了动作辅助安装工具18的安装者12就可以在保持坐着的状态下，自动地实行依据当天状态的身体信号的校准，不再需要象现有方法那样，为了实行校准，将小锤做为负荷安装在安装者身上，或者，用线圈弹簧代替小锤等的繁琐的工作了。所以，可以大幅度地减少校准所要的劳动和时间，这样，就可以更进一步地促进安装式动作辅助装置10的实用和普及。
另外，对于那些肌力衰退的安装者12来说，也不用将用于校准的多余的负担强加给他们，本发明可以依据该安装者12的状态设定校准值，将基于安装者12的肌电位信号的驱动力正确地提供给安装者12，并使其与安装者12的动作连动。
因此，实行校准时，符合安装者12意识的助力被由驱动源所提供，该助力既不会过大也不会过小，这样，就可以安定地辅助安装者12的动作，更一步提高安装式动作辅助装置的信赖性。
特别地，当安装者12是象新手那样，既使认为很难按自己想的那样操作动作安装辅助安装工具18时，也可以安心地实行校准。因此，安装者12既使是不能自由行动的残疾人，也不需要什么特别的操作，就可以避开他们身体上的不利动作实行校准，以弥补他们身体上的弱点。
下面参考图22对上述再设定模式1的校准进行说明。
图22表示的是基于一次动作的再设定校准的控制步骤的流程图。这里，实行基于一次动作的再设定校准时，安装者12在保持坐姿下仅做一次将膝部从弯曲状态到伸展状态的动作。另外，存储单元130中还事先 保存了与校准的动作相对应的标准肌电位。
如图22所示，在S41中，对膝关节的角度传感器74、76检测的检测信号有无进行判断。然后，用角度传感器74、76检测第二关节66在安装者12如图16所示的坐着的状态下伴随实行膝部的伸缩动作所产生的关节角度的变化。之后，进入S42，根据角度传感器74、76检测的检测信号设定膝部的动作角度。
接下来，进入S43，从存储单元130中读进对应于膝部的动作角度的标准肌电位。在随后的S44中，从各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中读进安装者12的肌电位的实测值。然后，在S45中，对标准肌电位和肌电位的实测值进行比较。
在S46中，求出标准肌电位和肌电位的实测值之间的比率。然后，在S47中，读出与校准数据库148中保存的膝部的动作角度相对应的参数，再将该参数乘以上述比率，求出供给马达驱动源92～95的控制信号的校准值(校准参数)。接下来，进入S48，将校准参数设为自主控制参数。
这样，由于从第二次开始的校准可以不使用驱动马达20、22、24、26的驱动力，在保持坐着的状态下只根据转动膝部的动作(一次动作)就能校准参数k’，所以，不仅能够大幅度减轻安装者12体力上的负担，同时也能缩短从安装动作辅助单元18到校准所需的准备时间，因此，从第二次开始的校准可以使步行开始变得更快了。
下面参考图23对上述再设定模式2的校准进行说明。在这个再设定模式2中，安装者12实行从坐着的状态到站起来的标准动作(动作阶段A1～A4)，然后，再实行坐下的动作(动作阶段A4～A1)(参考图9)。
如图23所示，在S51中，对设置在动作辅助安装工具18上的角度传感器70、72、74、76检测的检测信号有无进行判断。然后，用角度传感器70、72、74、76检测第一关节64和第二关节66在安装者12实行如图9所示的动作时相伴而产生的关节角度的变化。之后，进入S52， 根据角度传感器70、72、74、76检测的检测信号选择保存在校准数据库148中的动作作业，设定安装者12的标准动作。
在随后的S53中，从存储单元130中读进对应于第一关节64和第二关节66的标准动作的标准肌电位。接下来，进入S54，从各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中读进安装者12的肌电位的实测值。然后，在S55中，对标准肌电位和肌电位的实测值进行比较。
在S56中，求出标准肌电位和肌电位的实测值的比率。然后，在S57中，读出与保存在校准数据库148中的膝部的动作角度相对应的参数，再将该参数乘以上述比率，求出共给马达驱动源92～95的控制信号的校准值(校准参数)。进下来，进入S58，将校准参数设为自主控制参数。
在随后的S59中，对校准动作作业是否结束进行判断。在S59中，如果还存在校准动作作业中的动作阶段，则进入S60，更新到下一个动作阶段，再次实行S53以后的处理。
这样，由于从第二次开始的校准可以不使用驱动马达20、22、24、26的驱动力就能校准参数k’，所以，不仅能够大幅度减轻安装者12体力上的负担，同时也能缩短从安装动作辅助单元18到校准所需的准备时间。
综上所述，本发明可以通过安装者12实行屈伸动作来实行表面肌电位的校准，或者，可以将安装者12在椅子上坐着的状态下实行的膝部伸缩运动做为标准动作，通过实行该标准动作来实行与个人状态吻合的校准，因次，安装者12既使是残疾人，也可以使用其能实行的动作进行校准，也还可以将其他的动作(动作作业)做为标准动作来使用。
工业上的应用
上述实施例中，尽管仅举出了一种向安装者12的腿部提供助力的动作辅助装置10的例子，但本发明并不局限于此，例如，当然也可以将本发明应用于向腕部提供助力的动作辅助装置中。
再有，上述实施例中，尽管仅说明了一种将电动马达的驱动力做为助力的结构，同样，当然也可以将本发明应用于使用电动马达以外的驱动源产生助力的装置中。
本发明并不局限于上述具体实施例，只要不脱离权利要求书的范围，亦可采用其他变化形式代替，但那些变化形式仍属于本发明所涉及的范围。
实施例1
图1表示的是应用于本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的控制系统的框图。
如图1所示，动作辅助装置10的控制系统包含：驱动源140，它用来向安装者提供助力；物理现象检测单元142，它用来检测与安装者12的动作相应的关节角度(物理现象)；身体信号检测单元144，它用来检测与安装者12产生的肌力相应的肌电位(身体信号)。
数据保存单元146具有校准数据库148和指令信号数据库150，校准数据库148用来根据与安装者12产生的肌力相应的肌电位(身体信号)的检测感度，校准指令信号(控制信号)的参数。另外，校准数据库148，如后所述，还具有第一存储领域(第一保存单元)和第二存储领域(第二保存单元)，第一存储领域用来预先保存安装了动作辅助单元18(参考图2和图3)的安装者12发出的动力(肌力)和身体信号(肌电位信号)的第一对应关系，第二储存领域用来预先保存安装者12在实行预定的基本动作过程中发出的动力(肌力)和身体信号(肌电位信号)的第二对 应关系。
由物理现象检测手段142检测出的关节角度(θknee，θhip)和由身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(EMGknee，EMGhip)被输入校准数据库148和指令信号数据库150中。
控制装置100具有动作阶段认定单元152、差分导出单元154、参数校准单元156、控制单元160、校准控制单元162以及负荷产生单元164。动作辅助单元18每次被安装到安装者12身上时，校准控制单元162都会根据安装者12在做基本动作时发出的身体信号和第二对应关系，校准与身体信号相应的辅助动力以满足第一对应关系。
也就是说，当安装者12安装了动作辅助单元18并将电源开关打开时，校准控制单元162实行校准控制处理，通过负荷产生单元164将驱动源140生成的驱动力做为负荷(输入动力)阶段性地提供给安装者12，使安装者12产生肌力以抵抗这个驱动力。
之后，被付与了由驱动源140产生的驱动力的安装者12，实行事先决定的预定的校准动作(例如，动作作业A：从坐着的状态到站起来的动作)，使骨格肌发出肌力。这样，在实行上述校准动作时，物理现象检测单元142检测关节角度，同时，身体信号检测单元144检测肌电位信号。
然后，动作阶段认定单元152通过将由物理现象检测单元142检测出的关节角度和保存在校准数据库148中的关节角度进行比较，认定安装者12的校准动作作业的动作阶段。
另外，从校准控制处理开始时起，差分导出单元154就对由负荷产生单元164提供的驱动源140的负荷(输入动力)以及与身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(实测值)相应的肌力(推测动力)进行比较，求出两者的差值，并求出上述第二对应关系。
再有，参数校准单元156根据在由动作阶段认定单元152认定的动作阶段的、由差分导出单元154算出的负荷(输入动力)和肌力(推测动力)的差值，校准参数K以满足上述第一对应关系。当由负荷产生单元164提 供的、由驱动源140产生的输入动力和与身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(实测值)相应的肌力之间没有差值时，不校准标准参数。但是，当负荷产生单元164提供的、由驱动源140产生的输入动力和与身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(实测值)相应的肌力之间存在差值时，就校准参数K以使两者一致。这时，设定校准参数K’使输入动力和推测动力相等。
之后，校准控制单元162将由参数校准单元156校准的参数设定为安装者12的参数，对下一个动作阶段实行校准。
这样，使用由校准设定的参数控制驱动源140，使其产生与身体信号检测单元144检测出的身体信号相应的助力，就可以不受安装者12那天的状态(皮肤电阻值)以及身体信号检测单元144的设置位置的不同的拘束来控制肌力和助力，以使他们能够保持例如1∶1那样的预定比例。
另外，在控制单元160中，由物理现象检测单元142检测出的关节角度(θknee，θhip)和由身体信号检测单元144检测出的肌电位信号(EMGknee，EMGhip)一直在被提供，使用由校准控制单元162设定的校准数据K’，计算与关节角度和肌电位信号相应的各动作阶段的、由驱动源产生的助力，再把从这个计算结果得出的指令信号提供给电力增幅单元158。
下面对本发明的安装式动作辅助装置10的一个具体构成的实施例进行详细说明。
图2表示的是从前面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的安装状态的立体图。图3表示的是从后面观察本发明的安装式动作辅助装置的一个实施例中的安装状态的立体图。
如图2和图3所示，动作辅助装置10是例如辅助那些由于骨格肌的肌力下降而导致步行不自由的下肢运动功能障碍者、或者、正在进行回复步行机能的患者等靠自己的力量步行困难的人的步行动作的装置，其首先检测根据大脑的信号产生肌力时生成的身体信号(表面肌电位)，再 根据这个检测出的身体信号由执行机构提供驱动力来工作。
因此，动作辅助装置10与所谓的示教再现型机器人截然不同，示教再现型机器人是通过根据事先输入的数据用计算机控制机器手的方式构成的。动作辅助装置10也被称为“机器衣”(Robot Suit)或者“动力衣”(Power Suit)等。
安装了动作辅助装置10的安装者12按照自己的意识实行步行动作时，动作辅助装置10提供与安装者12此时产生的身体信号相应的驱动动力做为助力，这样，例如，就可以用通常步行时所要的肌力的一半的力来行走了。因此，安装者12就可以靠自身的肌力和执行机构(本实施例中使用的是电动式驱动马达)产生的驱动动力的合力支撑全身的体重并行走。
这时，需要对动作辅助装置10进行控制，以使根据实行步行动作时的重心移动而提供的助力如后述的那样，可以反映安装者10的意识。所以，需要对动作辅助装置10的执行机构进行控制，以使其不提供违背安装者12意识的负荷，也不要妨碍安装者12的动作。
另外，动作辅助装置10除了可以辅助步行动作之外，例如，还能辅助安装者12从坐着的状态到站起来时的动作，或者，辅助从站着的状态到坐到椅子上时的动作。再进一步，动作辅助装置10还可以辅助安装者12上、下楼梯的动作。特别地，当安装者10的肌力比较弱时，实行上楼梯的动作和从椅子上站起来的动作等都比较困难，但安装了动作辅助装置10的安装者12则可根据自己的意识被付与驱动动力，进而可以不用在乎自己衰弱的肌力便能实行这些动作。
下面对动作辅助装置10的结构的一个实施例进行说明。
动作辅助装置10，如图2和图3所示，是在安装于安装者10身上的动作辅助单元18上设置了执行机构(相当于驱动源140)的动作辅助装置。做为执行机构，其具有：右腿驱动马达20，它位于安装者12的右侧胯关节的位置；左腿驱动马达22，它位于安装者12的左侧胯关节的位置；右 膝驱动马达24，它位于安装者12的右膝关节的位置；左膝驱动马达26，它位于安装者12的左膝关节的位置。这些驱动马达20、22、24，26是由根据控制装置产生的控制信号控制驱动力的侍服马达构成的驱动源，具有可按预定的减速比对马达转动进行减速的减速机构(图中未表示)，尽管是小型的，但是也可以提供足够大的驱动力。
另外，安装于安装者12腰间的腰带30上还设置了做为电源的电池32、34，用于驱动马达20、22、24、26。电池32和34是充电式电池，分别设置于安装者12的左右两边，不妨碍安装者12的步行动作。
另外，安装于安装者12后背的控制箱36中还设置了如后所述的控制装置、马达驱动器、计测装置和电源电路等。其中，控制箱36的下部由腰带30支持，控制箱36被设置为其重量不会成为安装者12的负担。
接下来，动作辅助装置10还设置了肌电位传感器，即：肌电位传感器38a和38b，它们用来检测安装者12右腿运动时的表面肌电位(EMGhip)；肌电位传感器40a和40b，它们用来检测安装者12左腿运动时的表面肌电位(EMGhip)；肌电位传感器42a和42b，它们用来检测安装者12右膝运动时的表面肌电位(EMGknee)；肌电位传感器44a和44b，它们用来检测安装者12左膝运动时的表面肌电位(EMGknee)。
这些肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b都是用来检测骨格肌产生肌力时的表面肌电位的，并具有用来检测骨格肌发出的微弱电位的电极(图中没有表示)。其中，本实施例中，各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b是通过由覆盖在电极周围的黏性胶带贴付于安装者12皮肤上的方式设置的。
人体中，依据大脑发出的指令，突触传导物质的乙醯胆碱在骨格肌的肌肉表面上被放出，这样，肌纤维膜的离子透过性发生变化，就产生了活动电位(EMG：Electro Myogram Myoelectricity)。由于产生活动电位，肌肉纤维发生收缩，进而生成肌力。因此，就可以通过检测骨骼肌的肌电位推测步行动作时产生的肌力，然后由根据这个推测的肌力得到 的虚拟动力，求出步行动作所要的助力。
另外，当血液中被供给了被称为肌动蛋白(Actin)和肌球蛋白(Myosin)的蛋白质时，肌肉发生伸缩，但肌力则是通过肌肉的收缩而产生的。所以，在两个骨格可以互相转动地被连接在一起的关节处，即在两个骨格之间就有了产生沿关节弯曲方向的力的屈肌以及产生沿关节伸张方向的力的伸肌。
这样，在人体中，从腰部向下用于使腿部产生运动的肌肉就有数块，包括用于向前抬腿的肠腰肌、用于收腿的大臀肌、用于伸展膝部的大腿股四头肌和用于弯曲膝部的大腿股二头肌等。
肌电位传感器38a和40a贴付于安装者12大腿根的前侧，通过检测肠腰肌的表面肌电位，测定与向前抬腿时的肌力相应的肌电位。
肌电位传感器38b和40b贴付于安装者12的臀部，通过检测大臀肌的表面肌电位，测定例如与向后的踢力或上楼梯时的肌力相应的肌电位。
肌电位传感器42a和44a贴伏于安装者12膝部的前上侧，通过检测大腿股四头肌的表面肌电位，测定与将膝部以下向前伸出的肌力相应的肌电位。
肌传感器42b和44b贴伏于安装者12膝部的后上侧，通过检测大腿股四头肌的表面肌电位，测定与将膝部以下向后收回的肌力相应的肌电位。
因此，动作辅助装置10是这样构成的，即，首先根据这些肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b检测出的表面肌电位求出供给4个驱动马达20、22、24、26的驱动电流，然后通过用该驱动电流驱动马达20、22、24、26，向安装者12提供助力，辅助安装者12实行步行动作。
另外，为了能够平滑地实行步行动作的重心移动，有必要检测出脚底处的负荷。因此，在安装者12的左右脚的脚底处设置了反力传感器50a、50b、52a、52b(在图2和图3中以虚线表示)。
另外，反力传感器50a用于检测对应于右脚前侧的负荷的反力，反力传感器50b用于检测对应于右脚后侧的负荷的反力。反力传感器52a用于检测对应于左脚前侧的负荷的反力，反力传感器52b用于检测对应于左脚后侧的负荷的反力。各反力传感器50a、50b、52a和52b，例如，由输出与施加的负荷相应的电压的压电传感器等构成，分别可以检测出体重移动时的荷重变化、以及安装者12的脚底是否与地面接触。
下面参考图4和图5对动作辅助单元18的构造进行说明。
图4是动作辅助单元18的左视图。图5是动作辅助单元18的后视图。
如图4和图5所示，动作辅助单元18包括：腰带30，它设置于安装者12的腰间；右脚辅助部54，它设置于腰带30的右下方；左脚辅助部55，它设置于腰带30的左下方。
右脚辅助部54和左脚辅助部55对称配置，其具有：第一支架56，它向下延伸以支持腰带30；第二支架58，它从第一支架56向下延伸，并沿安装者12的大腿外侧被设置；第三支架60，它从第二支架58向下延伸，并沿安装者12的小腿外侧被设置；第四支架62，它用于承载安装者12的脚底(如果穿鞋的时候，则是承载鞋底)。
第一支架56的下端和第二支架58上端之间，有一具有铰接构造的第一关节64，将第一支架56和第二支架58可转动地连接在一起。第一关节64被设置于与胯关节一样高度的位置，第一支架56与第一关节56的支撑侧相连接，第二支架58与第一关节64的转动侧相连接。
另外，第二支架58的下端和第三支架60的上端之间，有一具有铰接构造的第二关节66，将第二支架58和第三支架60可转动地连接在一起。第二关节66被设置于与膝关节一样高度地位置，第二支架58与第二关节66的支撑侧连接，第三支架60与第二关节66的转动侧连接。
因此，第二支架58和第三支架60就被设置成能以第一关节64和第二关节66作为转动支点，相对于固定在腰带30上的第一支架56做摇摆 运动。也就是说，第二支架58和第三支架60被设置成能够做与安装者12的腿部一样的动作。
另外，第一关节64和第二关节66的支持侧还设置了马达托架68。马达托架68具有一向外水平突出的马达支持部68a，马达支持部68a上垂直地设置了驱动马达20、22、24、26。因此，驱动马达20、22、24、26被设置成在侧方向上并不是很突出，步行时不易与周围的障碍物相接触。
另外，第一关节64和第二关节66是这样构成的，即，驱动马达20、22、24和26的转动轴通过齿轮向被驱动侧的第二支架58和第三支架60传递驱动动力。
另外，驱动马达20、22、24和26还具有用于检测关节角度的传感器70、72、74和76(相当于物理现象检测单元142)。这些角度传感器70、72、74和76，例如，可由对与第一关节64和第二关节66的关节角度成比例的脉冲数进行增量的旋转编码器等构成，将与根据关节角度得到的脉冲数相对应的电气信号做为传感器的输出量输出。
角度传感器70和72用于检测第一支架56和第二支架58之间的转动角度，该转动角度相当于安装者12的胯关节的关节角度(θhip)。另外，角度传感器74和76用于检测第二支架59的下端和第三支架60之间的转动角度，该转动角度相当于安装者12的膝关节的关节角度(θknee)。
另外，第一关节64和第二关节66仅被构成为在安装者12的胯关节和膝关节的转动可能的范围内转动，并在内部设置了一阻止机构(图中未显示)，以防止提供给安装者12的胯关节和膝关节超范围的运动。
第二支架58上具有用于将其固定于安装者12大腿上的第一固定带78。另外，第三支架60上具有用于将其固定于安装者12膝下的第二固定带80。因此，由驱动马达20、22、24和26提供的驱动动力经由齿轮被传给第二支架58和第三支架60，然后再经由第一固定带78和第二固 定带80做为助力被传给安装者12的腿部。
另外，第四支架62通过轴82被可转动地连接在第三支架60的下端。第四支架62的下端还设有鞋跟承放部84，用于承放安装者12的鞋底的跟部。再有，第二支架58和第三支架60可通过螺丝调节其轴方向的长度，可以将其根据安装者12的腿长调节到适当的长度。
上述支架56、58、60和64均由金属形成，能够支撑设置于腰带30上的电池32和34、控制箱36以及动作辅助单元18的重量。也就是说，动作辅助装置10被设计成不将动作辅助单元18等的重量施加给安装者12的形式，可以在不给肌力较弱的安装者12增添多余的负荷的情况下将其安装在安装者12身上。
图6表示的是构成动作辅助装置10的各单元的框图。
如图6所示，电池32和34用于向电源电路86提供电源，电源电路86将该电源变换成预定的电压，并将该电压提供给输入输出界面88。另外，电池32和34的充电量由电池充电通知部90来监视，当电池的容量低于事先设定好的剩余容量时，电池充电通知部90就会向安装者12发出交换电池或需要充电的通知。
驱动马达20、22、24和26的第一至第四马达驱动器92～95，通过输入输出界面88将与控制装置100产生的控制信号相应的驱动电压增幅，然后输出给各驱动马达20、22、24和26。
由各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b输出的表面肌电位的检测信号，经过第一至第八差动增幅器101～108(相当于电力增幅单元158)增幅，再经过A/D转换器转换成数字信号，然后经由输入输出界面88被输入控制装置100。另外，肌肉发出的肌电位很微弱，所以，在第一至第八差动增幅器101～108中，例如，为了将30μV的肌电位增幅到计算机可以判别的3V左右，需要105倍即100dB的增幅率。
另外，角度传感器70、72、74和76输出的角度检测信号分别被输 入到第一至第四角度检测部111～114。第一至第四角度检测部111～114将由旋转编码器检测出的脉冲数转换成相当于角度的角度数据，检测出的角度数据经由输入输出界面88被输入给控制装置100。
反力传感器50a、50b、52a、52b输出的反力检测信号分别被输入给第一至第四反力检测部121～124。第一至第四反力检测部121～124将压电传感器检测出的电压转变成与载荷相当的数字值(Digital Value)，检测出的反力数据经由输入输出界面88被输入控制装置100。
记忆单元130(相当于数据保存单元146)是保存各数据的保存单元，设有数据库保存领域130A和控制程序保存领域130B，数据库保存领域130A用来事先保存按起立动作、步行动作和坐下动作等的各动作模式设定的、以动作阶段为单元的控制数据，控制程序保存领域130B用来保存用于控制各数据的控制程序。
本实施例中，数据库保存领域130A中含有校准数据库148和指令信号数据库150。另外，如图8所示，校准数据库148保存了安装了动作辅助安装器18的安装者12发出的肌力(动力)eA1(t)...和身体信号EA1(t)...的第一对应关系、以及基准参数KA1...。另外，第一对应关系是指肌力eA1(t)...与身体信号EA1(t)...呈比例关系，并具有正相关关系。
另外，校准数据库148还保存了安装者12在进行预定的基本动作过程中发出的肌力(动力)eA1(t)...和身体信号EA1(t)...的第二关系、以及校准参数K’A1。第二关系是指基本动作的身体信号EA1(t)...的变化和肌力eA1(t)...的变化的关系。
另外，控制装置100输出的控制数据经由输入输出界面88被输出给数据输出部132或通讯单元134，例如，用于在显示器(图中未表示)中显示，或者，可以在数据监视用计算机(图中未表示)之间以数据通讯的方式被传输。
另外，控制装置100还包括一生成指令信号的自主控制系统，该指 令信号用于使安装者12产生一动力，该动力是与通过将角度传感器70、72和76检测出的关节角度与标准参数的关节角度进行比较而识别出的安装者12的动作模式中的某一动作阶段相对应的。
另外，控制装置100还具有负荷生成单元100D、校准值设定单元100E(相当于参数校准单元156)和校准控制单元100F。负荷生成单元100D用于当动作辅助单元18被安装在安装者12身上时，将由驱动马达(驱动源)20、22、24、26生成的驱动力做为外部负荷提供给安装者12；校准值设定单元100E用于设定校准值，其设定过程为：首先由肌电位传感器(检测单元)38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b检测因抵抗被提供的上述驱动力而发出的身体信号，然后根据这个检测出的身体信号生成用于自主控制单元100A执行计算的参数(例如，比例控制中的比例利得)，再将这个参数设定为安装者18固有的校准值；校准控制单元100F用于通过适当地控制校准值设定单元100E等的动作，将校准后的参数做为固有参数设定给安装者12。
做为本实施例的校准，例如，可以是第一次安装使用动作辅助单元18时实行的初期设定校准，也可以是实行初期设定校准之后，每次安装动作辅助单元18时实行的再设定校准。
初期设定校准是安装者12使用如后所述的事先定好的姿势，在静止的状态下而实行的校准值设定处理。
另外，再设定校准是安装者12使用也如后所述的事先定好的基本动作实行的校准值设定处理，例如，可以是安装者12在静止状态下使用产生肌力来实行校准值更新处理的静止状态的校准，也可以是安装者12在起立状态下做一次让膝部从弯曲状态到伸展状态的动作来实行校准值更新处理的基于一次动作的校准。
实行上述校准时，将最开始提供给安装者12的负荷设为较小，随着校准动作的进行，一边控制驱动马达20、22、24和26使负荷慢慢增大，一边检测因抵抗该负荷而产生的身体信号。另外，在本实施例的安装式 动作辅助装置10中，可以在两种校准中任选一个，其中的一个是做为初期设定校准的静止状态下的校准，另一个是做为每次安装时实行的再设定校准的基于一次动作的校准。
下面参考图7至图9对安装者12实行校准时的动作进行说明。图7是表示数据库中保存的各动作作业和动作阶段的一个例子的示意图。
如图7所示，保存在存储单元130内的是做为将安装者12的动作进行分类的动作作业，例如，包含：动作作业A，它具有从坐姿向站姿移动的起立动作数据；动作作业B，它具有站着的安装者12做步行动作的步行动作数据；动作作业C，它具有从站姿向坐姿移动的坐下动作数据；动作作业D，它具有在站着的状态下上楼梯的上楼梯动作数据。
另外，各动作作业中，还设定了规定最小动作单元的多个动作阶段数据，例如，步行动作的动作作业B中具有：动作阶段B1，它具有两腿呈放在一起状态时的动作数据；动作阶段B2，它具有向前迈出右腿时的动作数据；动作阶段B3，它具有向前迈出左腿，并与右腿呈放在一起状态时的动作数据；动作阶段B4，它具有向前迈出左腿时的动作数据。
图8是表示校准数据库148的模式的示意图。
如图8所示，校准数据库148中保存了表面肌电位eA1(t)...、以及与肌电位对应的基准参数KA1...等，该表面肌电位是按将各动作作业A、B...分割了的各动作阶段检测出的。
本实施例中，安装了动作辅助单元18的安装者12实行事先决定好的预定校准动作。这里，例如，假定图9所示的安装者12首先实行从坐姿到站姿的基准动作(动作阶段A1～A4)，然后再实行坐下的动作(动作阶段A4～A1)。
下面对身体信号检测单元144的校准原理进行详细说明，身体信号检测单元144是用来检测与上述安装者12发出的肌力相对应的肌电位。
安装者在实行静的动作时，表面肌电位和安装者12发出的肌力的关系一般约为线性关系。因此，本发明开发了一种推测方法，该方法根据 式(1)和式(2)从计测的表面肌电位推测安装者12发出的动力。另外，推测的动力称为“虚拟动力”。
τhip＝K1e1-K2e2 (1)
τknee＝K4e4-K3e3 (2)
式(1)和(2)中，τhip是胯关节的虚拟动力，τknee是膝关节的虚拟动力，e1～e4是肌肉发生的表面肌电位，K1～K4是参数。安装者12的胯关节和膝关节按肌肉伸屈的收缩平衡进行动作。如图10的(A)和(B)以及图11的(A)和(B)所示，e1是大腿股直肌的表面肌电位，e2是臀肌的表面肌电位，e3是内侧广肌的表面肌电位，e4是大腿股二头肌的表面肌电位。
计算虚拟动力时，考虑杂波等的影响，使用经过数字滤波器滤波的值。本实施例中，把得到的经过了低通滤波器的值做为表面肌电位值。
在检测表面肌电位的控制系统的校准中，通过式(1)和(2)求出式(3)的各参数K，式(3)用于计算各肌肉的虚拟动力。
τ＝Ke (3)
也就是说，本实施例的校准中，通过求出式(3)中参数K的值，使做为对象的肌肉在产生1Nm的力时的表面肌电位的值为1，并更新该值。
这样，在本实施例中，无论是实行初期设定校准还是实行再设定校准，都对肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b进行检测，并应用这个检测的结果校准上述参数K的值。
下面对上述再设定校准进行说明。做为这个校准的动作，例如，可以是安装者12在坐着的状态下做的一个将膝部从弯曲状态移动到伸展状态的动作。本发明的再设定校准，不仅能够减轻安装者12的负担，同时也还能够在很短的时间内结束校准。
图12是表示安装了动作辅助单元18的安装者12的膝关节的屈肌状态的示意图。
如图12所示，驱动马达20、22、24、26向安装了动作辅助单元18的安装者12的膝关节施加做为负荷的输入动力τm。安装者12产生抵抗这个输入动力τm的肌力，并保持膝关节处于不动的静止状态。此时就可以说，驱动马达20、22、24、26提供的输入转力τm和安装者12产生的肌力τh相等。
因此，式(4)的关系成立。
τm(t)＝τh(t) (4)
因为安装者12产生的肌力可由式(3)表示，即：
τh＝Ke (5)
所以，式(4)可以改写成：
τm＝Ke (6)
下面对在上述静止状态下实行初期设定校准的步骤进行说明。
静止状态的初期设定校准可按下列步骤进行。
(步骤1)检测安装者12产生抵抗驱动马达20、22、24、26的驱动力(转力τm)的肌力时的表面肌电位e。
(步骤2)应用最小二乘法，由检测到的表面肌电位和那时的输入转力τm，求出使式(6)成立的参数K。
应用最小二乘法计算参数K的公式如式(7)所示。
K＝∑τm(t)e(t)/∑e2(t) (7)
所以，例如，可以求出参数K，当安装者12如图12所示的那样，将膝关节弯曲成大约90度并呈坐着的状态时，使其在静止状态下产生1Nm的力时的表面肌电位的值为1。在这个静止状态，驱动马达20、22、24、26将驱动力(动力τm)做为负荷(输入动力)呈阶段性提供给安装者12，与此相对的，安装者12产生一肌力来抵抗这个驱动力，这样就保持了这个静止状态。
下面对再设定校准的步骤进行说明，该再设定校准实行事先定好的标准动作。
上述基于一次动作的再设定校准可按下列步骤实行。
(步骤1)安装者12转动膝关节以使膝部的角度从90度变成180度，然后让膝关节回到原位以使膝部的角度从180度变成90度。
(步骤2)提供驱动马达20、22、24、26产生的驱动力(动力τm)，该驱动力与角度传感器74、76检测出的膝关节的角度相对应。
(步骤3)检测安装者12进行膝部屈伸动作时的表面肌电位e。
下面参考图13至图15对实行上述初期设定校准时的原理进行说明。
例如，将驱动马达20、22、24、26产生的8Nm、16Nm、24Nm、32Nm的动力做为输入动力τm提供给安装者12并求出参数K。这种情况下，使用求得的参数K进行校准，并得到表面肌电位，再根据该表面肌电位计算虚拟动力，该虚拟动力与同时输入的输入动力的比较结果参见图13和图14。其中，图13是表示与右胯关节的伸肌相对应的输入动力(a)和虚拟动力(b)的示意图。图14是表示与左胯关节的屈肌相对应的输入动力(a)和虚拟动力(b)的示意图。
由图13所示的输入动力曲线(a)和虚拟动力曲线(b)以及图14所示的输入动力曲线(a)和虚拟动力虚线(b)可知，使用按照上述方法求得的参数K算出的虚拟动力和同时施加的输入动力基本一致。
另外，从图13也可得知，驱动马达20、22、24、26产生的输入动力随着时间的经过，其动力值被控制成按阶段性地上升。也就是说，驱动马达20、22、24、26开始的时候是被控制成输出较小的驱动力(输入动力)，并且，该输入动力按预定的时间间隔被脉冲地施加的同时，也被控制成按阶段性的逐渐增大。
因此，安装者12在安装了动作辅助安装工具18的时候，可以防止被施加过大的动力，另外，使输入的动力值逐渐增大，还可以减轻用于产生抵抗该输入动力的肌力的肌肉的负担，也可以减轻校准时产生的肌肉疲劳。
另外，由图13和图14也可知，左右胯关节和左右膝关节也能得到 同样的结果。另外，使用如上所述的那样得到的参数K计算虚拟动力以产生助力时，相对于安装者12产生的肌力1Nm，可以把由驱动马达20、22、24、26产生的同样的1Nm的驱动力做为助力也提供给安装者12，这样，安装者12只要产生预定动作所需的力的一半的肌力就可以实行该动作。
再有，本实施例中，安装了动作辅助单元18的安装者12在实行校准时，因为需要产生抵抗该输入动力的肌力，所以需要对驱动马达20、22、24、26的驱动力进行控制，即，抑制输入动力，以实行不对安装者12产生过大负担的校准。
也就是说，本实施例中，安装者12通过实行事先定好的预定的动作(例如，参考图9或图10)进行表面肌电位的校准，可以不对安装者12产生过大的负担。
例如，实行2次预定的动作时，如果这2次的动作中各关节产生的肌力都相同，那么这时得到的虚拟动力也必须要相同。所以，将标准动作的虚拟动力模式做为标准数据事先保存在存储单元130中，就可以高效地进行校准时的参数校准处理。
另外，使用根据安装者12实行校准动作得到的参数K，如果将安装者12实行标准动作时的虚拟动力设为τi(t)，而另外实行同样动作时的表面肌电位设为e’(t)，那么式(8)的关系成立。
τi(t)＝Ke’(t) (8)
实行表面肌电位校准时，如图15所示，检测安装者12实行与标准动作同样动作时的表面肌电位(图15中用实线表示的曲线(a))，计算参数K’以使虚拟动力(图15中用虚线表示的曲线(b))与输入动力相同。
使用最小二乘法计算参数K’的式(9)与上述式(7)基本相同。
K’＝∑τm(t)e’(t)/∑e’2(t) (9)
由于虚拟动力τi(t)是通过使用了安装式辅助校准装置10的校准 求得的，所以，按上述方法求得的参数K’也可以说是与使用了安装式动作辅助装置10的校准一样求得的。因此，安装者12实行预定动作的校准方法，相对于安装者12自身产生的1Nm的肌力，还能够给安装者12提供1Nm的助力。
下面，将使用了本发明的校准的标准动作，例如，如图16所示的屈伸动作的试验结果用图17和图18来表示。
图17中所示的曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的关节角度变化，图17中所示的曲线(b)表示的是屈伸动作时的膝关节的关节角度变化。
图18中，曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的虚拟动力，曲线(b)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的虚拟动力，曲线(c)表示的是屈伸动作时的膝关节的弯曲动作的虚拟动力，曲线(d)表示的是屈伸动作时的膝关节的伸展动作的虚拟动力。
然后，将上述屈伸动作做为标准动作，实行屈伸动作的校准，就可以得到如图18和图19所示的右胯关节的屈肌、伸肌的校准结果。图18中，曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的表面肌电位，曲线(b)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的标准虚拟动力，曲线(c)表示的是屈伸动作时的胯关节的伸展动作的推测动力。另外，图(19)中，曲线(a)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的表面肌电位，曲线(b)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的标准虚拟动力，曲线(c)表示的是屈伸动作时的胯关节的弯曲动作的推测动力。
因此，由图18和图19所示的曲线(a)～(c)可知，标准虚拟动力和由根据校准求得的参数K’得到的推测动力具有同样的振幅波形，与屈伸动作相伴的推测动力和由表面肌电位得到的虚拟动力的大小基本一致。
这样，本实施例中，安装者12就可以通过实行预定的动作实行表面肌电位的校准，因此，可以不给安装者12带来较大的负担，同时，也能 很快地算出用于计算虚拟动力(换句话说就是被校准了的表面肌电位)的参数K’。
另外，上述说明中，做为负荷提供给安装者12的动力，也可以根据每个人的体力来设定，例如，可以事先设定好负荷的下限值和上限值，校准时就可以适当地调整该负荷，不给安装者12附加过大的负担。
下面参考图20所示的流程图，对控制装置100所实行的主要控制处理的步骤进行说明。
如图20所示，在步骤S11(下面省略“步骤”)中，动作辅助单元18被安装在安装者12身上，一打开电源开关(图中未表示)，就进入S12，并检查该打开电源开关的操作是否是第一次。在S12中，如果上述打开电源开关的操作是第一次，就进入S13，转入初期设定模式，在S14实行上述的初期设定校准处理。
也就是说，在S14中，与驱动马达20、22、24、26产生的做为负荷的驱动力相对应的身体信号，由各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b输出的表面肌电位的检测信号所检测，然后根据这个检测信号计算校准值。在S15中，将提供给马达的电压增加一档，使负荷增大。然后，进入S16，判断负荷是否到达了事先设定好的上限值。在S16中，如果负荷没有达到事先设定好的上限值，就返回S14，循环实行S14～S16的处理。
另外，在S16中，如果负荷到达了事先设定好的上限值，就进入S17，设定由上述校准得到的参数K’。
在S17中，安装了动作辅助安装工具18的安装者12设定校准值(参数K’)，该校准值是与在如图12所示的静止状态下由校准得到的安装者12的肌力相对应的。也就是说，在S17中，如上所述地计算参数K，使安装者12在将膝关节弯成大约90度并坐着的状态下，并且在保持静止的条件下产生1Nm的力时的表面肌电位的值为1。在这个第一次的校准中，驱动马达20、22、24、26产生的驱动力(动力τm)做为负荷(输 入动力)被呈阶段性地付给了安装者12，与此相对地，安装者12产生肌力以抵抗这个驱动力。
这样，因抵抗驱动源提供的驱动力而产生的身体信号被各肌电位传感器所检测，再根据这个检测出的信号生成用于演算处理的参数，然后将这个参数做为该安装者所固有的校准值保存在数据库148中。
之后，进入S18，转入实行通常的助力控制处理的控制模式。然后，在S19中，该通常的控制模式在电源开关被关闭之前一直被实行。
另外，在上述S12中，如果电源开关被打开的操作不是第一次，就进入S20，转到上述的再设定模式。然后，在S21中，安装者12实行基于一次动作的校准值设定校准，设定与实行如图16所示的校准动作时得到的安装者12的肌力相对应的校准值(参数K’)。之后，实行上述S17～S19的处理。
另外，本实施例中，对于从第二次开始的校准，尽管实行的是基于一次动作的校准，但并不局限于此，从第二次开始的校准也可以与第一次校准一样，实行在保持静止状态下的校准值设定校准。
接下来，参考图21至图23对各校准值设定模式的控制处理进行说明。
图21表示的是实行初期设定的初次校准的控制步骤的流程图。初次校准时，如上所述，安装者12产生肌力使其能狗相对于马达负荷保持坐着的静止状态，以此来设定校准值。
如图21所示，在S31中，依据安装者12的坐着的静止状态，向驱动马达20、22、24、26提供预定的驱动电流，提供做为负荷的驱动力(输入动力)。这样，安装者12在坐着的状态下就可以产生抵抗驱动马达20、22、24、26的驱动力。
在S32中，从各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中取得安装者12的肌电位信号。然后，在S33中，根据实测的肌电位信号计算推导出虚拟动力。
之后，进入S34，对做为负荷被提供的输入动力和上述虚拟动力进行比较。然后，在S35中，求出输入动力和虚拟动力之间的比率。在随后的S36中，读出与保存在上述校准数据库148中的各动作阶段相对应的参数，再用该参数乘以上述比率，求出供给马达驱动源92～95的控制信号的校准值(校准参数)。接下来进入S37，将校准参数设定为自主控制参数。
这样，安装了动作辅助安装工具18的安装者12就可以在保持坐着的状态下，自动地实行依据当天状态的身体信号的校准，不再需要象现有方法那样，为了实行校准，将小锤做为负荷安装在安装者身上，或者，用线圈弹簧代替小锤等的繁琐的工作了。所以，可以大幅度地减少校准所要的劳动和时间，这样，就可以更进一步地促进安装式动作辅助装置10的实用和普及。
另外，对于那些肌力衰退的安装者12来说，也不用将用于校准的多余的负担强加给他们，本发明可以依据该安装者12的状态设定校准值，将基于安装者12的肌电位信号的驱动力正确地提供给安装者12，并使其与安装者12的动作连动。
因此，实行校准时，符合安装者12意识的助力被由驱动源所提供，该助力既不会过大也不会过小，这样，就可以安定地辅助安装者12的动作，更一步提高安装式动作辅助装置的信赖性。
特别地，当安装者12是象新手那样，既使认为很难按自己想的那样操作动作安装辅助安装工具18时，也可以安心地实行校准。因此，安装者12既使是不能自由行动的残疾人，也不需要什么特别的操作，就可以避开他们身体上的不利动作实行校准，以弥补他们身体上的弱点。
下面参考图22对上述再设定模式1的校准进行说明。
图22表示的是基于一次动作的再设定校准的控制步骤的流程图。这里，实行基于一次动作的再设定校准时，安装者12在保持坐姿下仅做一次将膝部从弯曲状态到伸展状态的动作。另外，存储单元130中还事先 保存了与校准的动作相对应的标准肌电位。
如图22所示，在S41中，对膝关节的角度传感器74、76检测的检测信号有无进行判断。然后，用角度传感器74、76检测第二关节66在安装者12如图16所示的坐着的状态下伴随实行膝部的伸缩动作所产生的关节角度的变化。之后，进入S42，根据角度传感器74、76检测的检测信号设定膝部的动作角度。
接下来，进入S43，从存储单元130中读进对应于膝部的动作角度的标准肌电位。在随后的S44中，从各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中读进安装者12的肌电位的实测值。然后，在S45中，对标准肌电位和肌电位的实测值进行比较。
在S46中，求出标准肌电位和肌电位的实测值之间的比率。然后，在S47中，读出与校准数据库148中保存的膝部的动作角度相对应的参数，再将该参数乘以上述比率，求出供给马达驱动源92～95的控制信号的校准值(校准参数)。接下来，进入S48，将校准参数设为自主控制参数。
这样，由于从第二次开始的校准可以不使用驱动马达20、22、24、26的驱动力，在保持坐着的状态下只根据转动膝部的动作(一次动作)就能校准参数k’，所以，不仅能够大幅度减轻安装者12体力上的负担，同时也能缩短从安装动作辅助单元18到校准所需的准备时间，因此，从第二次开始的校准可以使步行开始变得更快了。
下面参考图23对上述再设定模式2的校准进行说明。在这个再设定模式2中，安装者12实行从坐着的状态到站起来的标准动作(动作阶段A1～A4)，然后，再实行坐下的动作(动作阶段A4～A1)(参考图9)。
如图23所示，在S51中，对设置在动作辅助安装工具18上的角度传感器70、72、74、76检测的检测信号有无进行判断。然后，用角度传感器70、72、74、76检测第一关节64和第二关节66在安装者12实行如图9所示的动作时相伴而产生的关节角度的变化。之后，进入S52， 根据角度传感器70、72、74、76检测的检测信号选择保存在校准数据库148中的动作作业，设定安装者12的标准动作。
在随后的S53中，从存储单元130中读进对应于第一关节64和第二关节66的标准动作的标准肌电位。接下来，进入S54，从各肌电位传感器38a、38b、40a、40b、42a、42b、44a、44b中读进安装者12的肌电位的实测值。然后，在S55中，对标准肌电位和肌电位的实测值进行比较。
在S56中，求出标准肌电位和肌电位的实测值的比率。然后，在S57中，读出与保存在校准数据库148中的膝部的动作角度相对应的参数，再将该参数乘以上述比率，求出共给马达驱动源92～95的控制信号的校准值(校准参数)。进下来，进入S58，将校准参数设为自主控制参数。
在随后的S59中，对校准动作作业是否结束进行判断。在S59中，如果还存在校准动作作业中的动作阶段，则进入S60，更新到下一个动作阶段，再次实行S53以后的处理。
这样，由于从第二次开始的校准可以不使用驱动马达20、22、24、26的驱动力就能校准参数k’，所以，不仅能够大幅度减轻安装者12体力上的负担，同时也能缩短从安装动作辅助单元18到校准所需的准备时间。
综上所述，本发明可以通过安装者12实行屈伸动作来实行表面肌电位的校准，或者，可以将安装者12在椅子上坐着的状态下实行的膝部伸缩运动做为标准动作，通过实行该标准动作来实行与个人状态吻合的校准，因次，安装者12既使是残疾人，也可以使用其能实行的动作进行校准，也还可以将其他的动作(动作作业)做为标准动作来使用。
工业上的应用
上述实施例中，尽管仅举出了一种向安装者12的腿部提供助力的动作辅助装置10的例子，但本发明并不局限于此，例如，当然也可以将本发明应用于向腕部提供助力的动作辅助装置中。
再有，上述实施例中，尽管仅说明了一种将电动马达的驱动力做为助力的结构，同样，当然也可以将本发明应用于使用电动马达以外的驱动源产生助力的装置中。
本发明并不局限于上述具体实施例，只要不脱离权利要求书的范围，亦可采用其他变化形式代替，但那些变化形式仍属于本发明所涉及的范围。