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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-14
(45)【発行日】2024-02-22
(54)【発明の名称】誘導装置及び誘導制御プログラム
(51)【国際特許分類】
G06F 3/01 20060101AFI20240215BHJP
G01C 21/26 20060101ALI20240215BHJP
G08G 1/005 20060101ALI20240215BHJP
A61F 9/08 20060101ALN20240215BHJP
【ＦＩ】
G06F3/01 560
G01C21/26 P
G08G1/005
G06F3/01 510
A61F9/08
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020057129
(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公開番号】P2021157504
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2023-02-24
(73)【特許権者】
【識別番号】504258527
【氏名又は名称】国立大学法人 鹿児島大学
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100162259
【弁理士】
【氏名又は名称】末富 孝典
(74)【代理人】
【識別番号】100168114
【弁理士】
【氏名又は名称】山中 生太
(74)【代理人】
【識別番号】100146916
【弁理士】
【氏名又は名称】廣石 雅紀
(72)【発明者】
【氏名】熊澤 典良
【審査官】玉木 宏治
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０１３７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７９０９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１５１９３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１４６９４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ ３／０１
Ｇ０６Ｆ ３／０４８－３／０４８９５
Ｇ０１Ｃ ２１／２６
Ｇ０８Ｇ １／００５
Ａ６１Ｆ ９／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザの位置又は移動方向を検出する移動検出器と、前記ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構と、
前記移動検出器の検出結果を表す実検出データと、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御装置と、
を備え、
前記モーメント付与機構が、前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの各々の大きさを制御可能に構成されており、
前記制御装置が、前記実検出データを用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる、
誘導装置。
【請求項2】
前記モーメント付与機構が、前記ユーザの右半身に装着され、前記右半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの一方のモーメントを付与する右半身用モーメント付与機構と、
前記ユーザの左半身に装着され、前記左半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの他方のモーメントを付与する左半身用モーメント付与機構と、
を有する、請求項１に記載の誘導装置。
【請求項3】
前記右半身用モーメント付与機構が、前記右半身に付与する前記モーメントの向きを、前記ユーザの歩行又は疾走の動作の半周期に等しい周期で切り換え、かつ前記左半身用モーメント付与機構が、前記左半身に付与する前記モーメントの向きを、前記半周期に等しい周期で切り換える、請求項２に記載の誘導装置。
【請求項4】
前記ユーザと並んで移動する伴走体に取り付けられ、前記伴走体の位置又は移動方向を検出する伴走体用移動検出器、をさらに備え、
前記制御装置が、前記伴走体用移動検出器の検出結果を前記理想経路データとして前記伴走体用移動検出器から取得する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の誘導装置。
【請求項5】
ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構、を制御するコンピュータに、
前記ユーザの位置又は移動方向の検出結果を取得する取得機能と、
前記取得機能によって取得した前記検出結果と、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御機能と、
を実現させ、
前記モーメント付与機構が、前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの各々の大きさを制御可能に構成されており、
前記制御機能が、前記検出結果を用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる、
誘導制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、誘導装置及び誘導制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１－４に開示されているように、進行すべき方向にユーザを誘導する誘導装置が知られている。これらの誘導装置は、ユーザに進行すべき方向を報知する目的で、ユーザに外力を付与する。ユーザは、誘導装置から受ける外力の向きによって、進行すべき方向を知る。このため、視覚に障害を有するユーザであっても、移動の経路を正しい方向に自ら修正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特表２０１８－５１０４２０号公報
【文献】特開２０１１－２２４１３６号公報
【文献】特開２００２－２４３４９３号公報
【文献】特開２００７－２４８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の誘導装置では、ユーザは、移動中に誘導装置からどのような向きの外力を受けるかということに意識を集中させ続けなければならない。つまり、ユーザの注意力が、力覚の認識のために奪われる。このため、ユーザは、誘導装置によって誘導を受けている間は、歩行又は疾走の動作、周囲の環境の把握等に充分に注意を払うことが難しい。
【0005】
本発明の目的は、ユーザの注意力が奪われにくい誘導装置及び誘導制御プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導装置は、
ユーザの位置又は移動方向を検出する移動検出器と、
前記ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構と、
前記移動検出器の検出結果を表す実検出データと、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御装置と、
を備え、
前記モーメント付与機構が、前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの各々の大きさを制御可能に構成されており、
前記制御装置が、前記実検出データを用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる。
ユーザの位置又は移動方向を検出する移動検出器と、
前記ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構と、
前記移動検出器の検出結果を表す実検出データと、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御装置と、
を備え、
前記モーメント付与機構が、前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの各々の大きさを制御可能に構成されており、
前記制御装置が、前記実検出データを用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる。
【0008】
前記モーメント付与機構が、
前記ユーザの右半身に装着され、前記右半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの一方のモーメントを付与する右半身用モーメント付与機構と、
前記ユーザの左半身に装着され、前記左半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの他方のモーメントを付与する左半身用モーメント付与機構と、
を有してもよい。
前記ユーザの右半身に装着され、前記右半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの一方のモーメントを付与する右半身用モーメント付与機構と、
前記ユーザの左半身に装着され、前記左半身に前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの他方のモーメントを付与する左半身用モーメント付与機構と、
を有してもよい。
【0009】
前記右半身用モーメント付与機構が、前記右半身に付与する前記モーメントの向きを、前記ユーザの歩行又は疾走の動作の半周期に等しい周期で切り換え、かつ前記左半身用モーメント付与機構が、前記左半身に付与する前記モーメントの向きを、前記半周期に等しい周期で切り換えてもよい。
【0012】
前記ユーザと並んで移動する伴走体に取り付けられ、前記伴走体の位置又は移動方向を検出する伴走体用移動検出器、
をさらに備え、
前記制御装置が、前記伴走体用移動検出器の検出結果を前記理想経路データとして前記伴走体用移動検出器から取得してもよい。
をさらに備え、
前記制御装置が、前記伴走体用移動検出器の検出結果を前記理想経路データとして前記伴走体用移動検出器から取得してもよい。
【0013】
上記目的を達成するために、本発明に係る誘導制御プログラムは、
ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構、
を制御するコンピュータに、
前記ユーザの位置又は移動方向の検出結果を取得する取得機能と、
前記取得機能によって取得した前記検出結果と、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御機能と、
を実現させ、
前記モーメント付与機構が、前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの各々の大きさを制御可能に構成されており、
前記制御機能が、前記検出結果を用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる。
ユーザの身体に装着され、前記ユーザの関節の周りに、前記ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントと、前記ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントとを付与可能なモーメント付与機構、
を制御するコンピュータに、
前記ユーザの位置又は移動方向の検出結果を取得する取得機能と、
前記取得機能によって取得した前記検出結果と、前記ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データとを用いて、前記左方誘導モーメントが前記右方誘導モーメントよりも大きい左方誘導状態と、前記右方誘導モーメントが前記左方誘導モーメントよりも大きい右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した前記状態である選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる制御とを繰り返すことにより、前記ユーザの移動の経路を前記理想経路に近づける制御機能と、
を実現させ、
前記モーメント付与機構が、前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの各々の大きさを制御可能に構成されており、
前記制御機能が、前記検出結果を用いて特定される前記ユーザの前記移動方向の、前記理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した前記旋回角度に応じて、前記左方誘導状態又は前記右方誘導状態における前記左方誘導モーメントと前記右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度を求め、求めた前記不均衡度を有する前記選定状態を前記モーメント付与機構に実現させる。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る誘導装置及び誘導制御プログラムによれば、モーメント付与機構によってユーザの進行すべき方向への移動の動作が促進されることで、ユーザの移動の経路が理想経路に近づけられる。このため、ユーザは、移動中に進行すべき方向を自ら積極的に把握する必要がない。つまり、ユーザは、移動中に力覚を認識し続ける必要がない。従って、ユーザの注意力が奪われにくい。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態１に係る誘導装置の構成を示す概念図。
【図2】実施形態１に係る身体装着具の装着態様を示す概念図。
【図3】実施形態１に係る右半身用モーメント付与機構の部分破断図。
【図4】実施形態１に係るフライホイールが生成するモーメントを示す概念図。
【図5】実施形態１に係る左方移動促進制御のフローチャート。
【図6】実施形態１に係る右方移動促進制御のフローチャート。
【図7】実施形態１に係る旋回方向及び旋回角度の特定方法を示す概念図。
【図8】実施形態１に係る誘導制御のフローチャート。
【図9】実施形態２に係る左方移動促進制御のフローチャート。
【図10】実施形態２に係る右方移動促進制御のフローチャート。
【図11】実施形態３に係る誘導制御のフローチャート。
【図12】実施形態４に係る身体装着具の装着態様を示す概念図。
【図13】実施形態５に係る体幹軸用モーメント付与機構の装着態様を示す概念図。
【図14】実施形態６に係る旋回方向及び旋回角度の特定方法を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照し、実施形態１－６に係る誘導装置について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。なお、実施形態１－６に係る誘導装置は、疾走するユーザを進行すべき方向に誘導するものである。
【0017】
［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態に係る誘導装置６００は、ユーザに疾走の動作をアシストするモーメントを付与するモーメント付与機構としての身体装着具２００と、身体装着具２００を制御する統括制御部１００とを備える。身体装着具２００及び統括制御部１００のいずれもユーザの身体に装着される。
図１に示すように、本実施形態に係る誘導装置６００は、ユーザに疾走の動作をアシストするモーメントを付与するモーメント付与機構としての身体装着具２００と、身体装着具２００を制御する統括制御部１００とを備える。身体装着具２００及び統括制御部１００のいずれもユーザの身体に装着される。
【0018】
身体装着具２００は、ユーザの右半身に取り付けられる右半身用身体装着具２１０と、ユーザの左半身に取り付けられる左半身用身体装着具２２０とを有する。
【0019】
図２に示すように、右半身用身体装着具２１０は、ユーザの右大腿部ＣＲに装着され、左半身用身体装着具２２０は、ユーザの左大腿部ＣＬに装着される。
【0020】
右半身用身体装着具２１０は、ユーザの身体に対して固定された仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りのモーメントを生成する本体部２１０Ａと、本体部２１０Ａを右大腿部ＣＲに装着するベルト２１０Ｂとを有する。
【0021】
なお、仮想回転軸ｋ－ＡＸは、ユーザの股関節をユーザの身体の幅方向に貫いている。本体部２１０Ａは、ユーザの右側の股関節の周りに、右大腿部ＣＲの動きをアシストする向きのモーメントを付与する。
【0022】
左半身用身体装着具２２０も同様に、仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りのモーメントを生成する本体部２２０Ａと、本体部２２０Ａを左大腿部ＣＬに装着するベルト２２０Ｂとを有する。本体部２２０Ａは、ユーザの左側の股関節の周りに、左大腿部ＣＬの動きをアシストする向きのモーメントを付与する。
【0023】
図１に示すように、右半身用身体装着具２１０の本体部２１０Ａは、ユーザにモーメントを付与する右半身用モーメント付与機構２１６と、右大腿部ＣＲの仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りの角速度を計測する角速度検出器２１７と、角速度検出器２１７の検出結果を用いて右半身用モーメント付与機構２１６を制御する下位制御器２１８と、右半身用モーメント付与機構２１６等に電力を供給するバッテリ２１９とを有する。
【0024】
左半身用身体装着具２２０の本体部２２０Ａも同様に、ユーザにモーメントを付与する左半身用モーメント付与機構２２６と、左大腿部ＣＬの仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りの角速度を計測する角速度検出器２２７と、角速度検出器２２７の検出結果を用いて左半身用モーメント付与機構２２６を制御する下位制御器２２８と、左半身用モーメント付与機構２２６等に電力を供給するバッテリ２２９とを有する。
【0025】
右半身用モーメント付与機構２１６と左半身用モーメント付与機構２２６との構成及び作用は同様である。そこで、以下では、代表して右半身用モーメント付与機構２１６について、具体的に説明する。
【0026】
図３に示すように、右半身用モーメント付与機構２１６は、フライホイール２１１と、フライホイール２１１を自転させる自転用モータ２１２と、フライホイール２１１及び自転用モータ２１２を保持する保持部材２１３とを有する。
【0027】
また、右半身用モーメント付与機構２１６は、自己に対して固定された仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りに保持部材２１３を回転可能に保持する基枠２１４と、基枠２１４に固定され、保持部材２１３を仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りに回転させる揺動用モータ２１５とを有する。
【0028】
基枠２１４は、図２に示したベルト２１０Ｂによって、ユーザの右大腿部ＣＲに固定される。即ち、仮想揺動軸ｉ－ＡＸは、ユーザの右大腿部ＣＲに対して固定される。
【0029】
フライホイール２１１の自転の中心軸を表す仮想自転軸ｊ－ＡＸは、仮想揺動軸ｉ－ＡＸと交差している。より具体的には、仮想自転軸ｊ－ＡＸは、フライホイール２１１の重心ＣＭの位置において、仮想揺動軸ｉ－ＡＸと直交している。
【0030】
揺動用モータ２１５によって、仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りに保持部材２１３を回転させると、仮想自転軸ｊ－ＡＸと仮想揺動軸ｉ－ＡＸとが直交関係を保ったまま、フライホイール２１１が、保持部材１３０と共に仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りに傾く。フライホイール２１１は、仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りのいずれの回転方向にも回転可能、つまり仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りに揺動可能である。
【0031】
【0032】
図４に示すように、フライホイール２１１は、ユーザの右大腿部ＣＲの、股関節から遠く、膝に近い方の端部に固定される。股関節を貫く仮想回転軸ｋ－ＡＸと、フライホイール２１１の重心ＣＭとの距離を表す仮想中立線ＮＬは、右大腿部ＣＲと略平行に延在する。
【0033】
自転中のフライホイール２１１を、仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りに回転させたときに、仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りにモーメントが発生するような向きで、図３に示した基枠２１４が、図２に示したベルト２１０Ｂによって右大腿部ＣＲに固定される。
【0034】
具体的には、仮想揺動軸ｉ－ＡＸは、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対してねじれの位置をなす向きで、右大腿部ＣＲに対して固定される。より具体的には、仮想揺動軸ｉ－ＡＸをＸ軸とし、仮想中立線ＮＬをＹ軸とする、右大腿部ＣＲに対して固定されたＸＹＺ直交座標系を想定したとき、仮想回転軸ｋ－ＡＸは、Ｚ軸と平行である。
【0035】
以下、フライホイール２１１が仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りに生成するモーメントの向きを説明するために、各軸のプラス方向と、各軸に対する時計回りの方向とを定義する。
【0036】
仮想回転軸ｋ－ＡＸのプラス方向とは、ユーザにとって左から右に向かう方向を指す。仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して時計回りとは、右ねじを仮想回転軸ｋ－ＡＸのプラス方向に螺進させるために、右ねじを回す方向を指す。
【0037】
なお、図１に示した角速度検出器２１７は、右大腿部ＣＲの仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りの角速度ωｋを検出する。角速度ωｋの値は、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して時計回りの場合を正、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して反時計回りの場合を負とする。
【0038】
仮想揺動軸ｉ－ＡＸのプラス方向とは、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して時計回りの方向を指す。仮想揺動軸ｉ－ＡＸに対して時計回りとは、右ねじを仮想揺動軸ｉ－ＡＸのプラス方向に螺進させるために、右ねじを回す方向を指す。
【0039】
仮想自転軸ｊ－ＡＸのプラス方向とは、仮想自転軸ｊ－ＡＸが仮想中立線ＮＬの延長線上に位置した非傾斜状態において、仮想回転軸ｋ－ＡＸから遠ざかる方向を指す。仮想自転軸ｊ－ＡＸに対して時計回りとは、右ねじを仮想自転軸ｊ－ＡＸのプラス方向に螺進させるために、右ねじを回す方向を指す。
【0040】
仮想自転軸ｊ－ＡＸの周りに自転中のフライホイール２１１を、仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りに回転させたとき、仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りに、次式（１）で表されるモーメントＭが発生する。
Ｍ∝Ｉｊ・ωｊ・ωｉ ・・・（１）
Ｍ∝Ｉｊ・ωｊ・ωｉ ・・・（１）
【0041】
ここでＩｊは、フライホイール２１１の仮想自転軸ｊ－ＡＸの周りの慣性モーメントである。ωｊは、フライホイール２１１の仮想自転軸ｊ－ＡＸの周りの角速度であり、仮想自転軸ｊ－ＡＸに対して時計回りを正、反時計回りを負とする。ωｉは、フライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りの角速度であり、仮想揺動軸ｉ－ＡＸに対して時計回りを正、反時計回りを負とする。
【0042】
モーメントＭは、正の値のとき、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して時計回りであり、負の値のとき、反時計回りであることを意味する。上式（１）から分かるように、モーメントＭの向きは、ωｉの正負の符号、つまりフライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りの回転方向によって切り換えることができる。
【0043】
例えば、仮想自転軸ｊ－ＡＸに対して時計回りに自転中のフライホイール２１１を、仮想揺動軸ｉ－ＡＸに対して時計回りに回転させると、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して時計回りのモーメントＭが発生する。この時計回りのモーメントＭを図４ではＭＣＷと表記した。
【0044】
この状態から、フライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りの回転方向を反時計回りに切り換えると、モーメントＭの向きを、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して反時計回りに切り換えることができる。この反時計回りのモーメントＭを図４ではＭＣＣＷと表記した。
【0045】
以上のように、フライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りの回転方向によって、モーメントＭの向きを切り換えることができる。そこで、右大腿部ＣＲの動きに応じて、フライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸ周りの回転方向を切り換えることで、右大腿部ＣＲの動きをアシストすることができる。
【0046】
以下、右大腿部ＣＲの動きをアシストすることにより、ユーザの左方への移動の動作を促進する左方移動促進制御について説明する。左方移動促進制御は、図１に示した下位制御器２１８が、図１に示した統括制御部１００からの指令を受けて行う。以下、図５を参照し、具体的に説明する。
【0047】
図５に示すように、まず下位制御器２１８は、図１に示した角速度検出器２１７から、右大腿部ＣＲの仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りの角速度ωｋの検出結果を取得する（ステップＳ１１）。角速度ωｋの符号は、右大腿部ＣＲの回転方向を表すので、角速度ωｋによってユーザの疾走の動作の半周期を特定可能である。即ち、角速度検出器２１７は、ユーザの動作の半周期を特定可能な物理量を検出する物理量検出器の一例である。
【0048】
次に、下位制御器２１８は、角速度ωｋがゼロであるか否かを判定し（ステップＳ１２）、ゼロでないならば（ステップＳ１２；ＮＯ）、再びステップＳ１２に戻る。一方、下位制御器２１８は、角速度ωｋがゼロである場合は（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、その角速度ωｋ＝ゼロが、右大腿部ＣＲの振り上げの開始時点を表すのか、それとも右大腿部ＣＲの振り下ろしの開始時点を表すのかを判定する（ステップＳ１３）。
【0049】
なお、下位制御器２１８は、例えば、角速度ωｋの時系列に基づいてステップＳ１３の判定を行える。具体的には、角速度ωｋが正の値からゼロへと減少した場合は、右大腿部ＣＲの振り上げが完了したことを表すため、角速度ωｋ＝ゼロが、右大腿部ＣＲの振り下ろしの開始時点を表すと判る。一方、角速度ωｋが負の値からゼロへと増加した場合は、右大腿部ＣＲの振り下ろしが完了したことを表すため、角速度ωｋ＝ゼロが、右大腿部ＣＲの振り上げの開始時点を表すと判る。
【0050】
下位制御器２１８は、角速度ωｋ＝ゼロが、右大腿部ＣＲの振り上げの開始時点を表す場合（ステップＳ１３；振り上げ開始時点）、フライホイール２１１を仮想揺動軸ｉ－ＡＸに対して時計回りに回転させる。これにより、右大腿部ＣＲの振り上げ、即ち仮想回転軸ｋ－ＡＸに対する時計回りの動きをアシストする時計回りのモーメントＭＣＷが、ユーザの右股関節の周りに付与される（ステップＳ１４）。
【0051】
一方、下位制御器２１８は、角速度ωｋ＝ゼロが、右大腿部ＣＲの振り下ろしの開始時点を表す場合には（ステップＳ１３；振り下ろし開始時点）、フライホイール２１１を仮想揺動軸ｉ－ＡＸに対して反時計回りに回転させる。これにより、右大腿部ＣＲの振り下ろし、即ち仮想回転軸ｋ－ＡＸに対する反時計回りの動きをアシストする反時計回りのモーメントＭＣＣＷが、ユーザの右股関節の周りに付与される（ステップＳ１５）。
【0052】
なお、ステップＳ１４で付与するモーメントＭＣＷ及びステップＳ１５で付与するモーメントＭＣＣＷは、いずれもユーザの右大腿部ＣＲの動きをアシストするので、ユーザの左方への移動の動作を促進する作用をもつ。そこで、以下では、図１に示す右半身用モーメント付与機構２１６が股関節に付与するモーメントを“左方誘導モーメント”と呼ぶことにする。
【0053】
下位制御器２１８は、ステップＳ１４又はステップＳ１５の後は、左方移動促進制御を終了するか否かを判定し（ステップＳ１６）、終了しない場合は（ステップＳ１６；ＮＯ）、再びステップＳ１１に戻り、図１に示した統括制御部１００からの指令により左方移動促進制御を終了する場合は（ステップＳ１６；ＹＥＳ）、本処理を終了する。
【0054】
なお、ステップＳ１６からステップＳ１１に戻って同じ処理が繰り返される場合の繰り返しの周期は、ユーザの疾走の動作の半周期よりも充分に短い。この結果、左方移動促進制御では、ユーザに付与される左方誘導モーメントの、時計回りのモーメントＭＣＷと、反時計回りのモーメントＭＣＣＷとの間での切り換えが、ユーザの疾走の動作の半周期に等しい周期で行われる。つまり、左方誘導モーメントの股関節の周りの向きが、疾走の動作の半周期ごとに切り換えられる。
【0055】
また、上式（１）から分かるように、左方誘導モーメントの大きさを、フライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りの角速度ωｉの大きさによって制御できる。そこで、下位制御器２１８は、揺動用モータ２１５の回転速度によって、左方誘導モーメントの大きさを調整する制御も行う。後述するように、左方誘導モーメントの大きさの目標値は、図１に示した統括制御部１００から指定される。
【0056】
【0057】
即ち、下位制御器２２８は、図１に示した統括制御部１００からの指令を受けて、左大腿部ＣＬの動きをアシストすることにより、ユーザの右方への移動の動作を促進する右方移動促進制御を行う。以下、図６を参照し、具体的に説明する。
【0058】
図６に示すように、まず下位制御器２２８は、図１に示した角速度検出器２２７から、左大腿部ＣＬの仮想回転軸ｋ－ＡＸの周りの角速度ωｋの検出結果を取得する（ステップＳ２１）。この角速度ωｋの符号は、左大腿部ＣＬの回転方向を表すので、角速度ωｋによってユーザの疾走の動作の半周期を特定可能である。即ち、角速度検出器２２７も、ユーザの動作の半周期を特定可能な物理量を検出する物理量検出器の一例である。
【0059】
次に、下位制御器２２８は、角速度ωｋがゼロであるか否かを判定し（ステップＳ２２）、ゼロでないならば（ステップＳ２２；ＮＯ）、再びステップＳ２２に戻る。一方、下位制御器２２８は、角速度ωｋがゼロである場合は（ステップＳ２２；ＹＥＳ）、その角速度ωｋ＝ゼロが、左大腿部ＣＬの振り上げの開始時点を表すのか、それとも左大腿部ＣＬの振り下ろしの開始時点を表すのかを判定する（ステップＳ２３）。
【0060】
なお、下位制御器２２８は、例えば、角速度ωｋの時系列に基づいてステップＳ２３の判定を行える。具体的には、角速度ωｋが正の値からゼロへと減少した場合は、左大腿部ＣＲの振り上げが完了したことを表すため、角速度ωｋ＝ゼロが、左大腿部ＣＲの振り下ろしの開始時点を表すと判る。一方、角速度ωｋが負の値からゼロへと増加した場合は、左大腿部ＣＲの振り下ろしが完了したことを表すため、角速度ωｋ＝ゼロが、左大腿部ＣＲの振り上げの開始時点を表すと判る。
【0061】
下位制御器２２８は、角速度ωｋ＝ゼロが、左大腿部ＣＬの振り上げの開始時点を表す場合（ステップＳ２３；振り上げ開始時点）、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して時計回りのモーメントが左股関節に付与されるように、図１に示す左半身用モーメント付与機構２２６を制御する（ステップＳ２４）。
【0062】
一方、下位制御器２２８は、角速度ωｋ＝ゼロが、左大腿部ＣＬの振り下ろしの開始時点を表す場合には（ステップＳ２３；振り下ろし開始時点）、仮想回転軸ｋ－ＡＸに対して反時計回りのモーメントが左股関節に付与されるように、図１に示す左半身用モーメント付与機構２２６を制御する（ステップＳ２５）。
【0063】
なお、ステップＳ２４で付与するモーメント及びステップＳ２５で付与するモーメントは、いずれもユーザの左大腿部ＣＬの動きをアシストするので、ユーザの右方への移動の動作を促進する作用をもつ。そこで、以下では、図１に示す左半身用モーメント付与機構２２６が股関節に付与するモーメントを“右方誘導モーメント”と呼ぶことにする。
【0064】
下位制御器２２８は、ステップＳ２４又はステップＳ２５の後は、右方移動促進制御を終了するか否かを判定し（ステップＳ２６）、終了しない場合は（ステップＳ２６；ＮＯ）、再びステップＳ２１に戻り、図１に示した統括制御部１００からの指令により右方移動促進制御を終了する場合は（ステップＳ２６；ＹＥＳ）、本処理を終了する。
【0065】
なお、ステップＳ２６からステップＳ２１に戻って同じ処理が繰り返される場合の繰り返しの周期は、ユーザの疾走の動作の半周期よりも充分に短い。この結果、右方移動促進制御では、ユーザに付与される右方誘導モーメントの股関節の周りの向きが、疾走の動作の半周期に等しい周期で切り換えられる。
【0066】
また、左半身用モーメント付与機構２２６は、右方誘導モーメントの大きさを制御可能な構成を有する。下位制御器２２８は、右方誘導モーメントの大きさを調整する制御も行う。後述するように、右方誘導モーメントの大きさの目標値は、図１に示した統括制御部１００から指定される。
【0067】
次に、図１に戻り、統括制御部１００の構成について説明する。
【0068】
図１に示すように、統括制御部１００は、ユーザの位置を検出する移動検出器１１０を有する。移動検出器１００は、例えば、衛星、地上の無線局等からの電波を受信することにより、自己の位置を時々刻々検出する受信機によって構成される。
【0069】
具体的には、移動検出器１００は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信するＧＰＳモジュール、ＧＰＳ衛星及び地上の無線局からの電波を受信するＲＴＫ（Real Time Kinematic）モジュール、地上の無線局からの赤外線等の電波を受信するビーコンモジュール又はＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）モジュール等によって構成することができる。
【0070】
また、統括制御部１００は、移動検出器１１０の検出結果を用いて、下位制御器２１８及び２２８を制御する上位制御器１２０を有する。上位制御器１２０は、ユーザの理想的な移動の経路である理想経路を表す理想経路データ１２２ａを記憶するメモリ１２２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１とを有する。
【0071】
メモリ１２２には、ユーザを進行すべき方向に誘導する誘導制御の手順を規定した誘導制御プログラム１２２ｂも格納されている。ＣＰＵ１２１は、誘導制御プログラム１２２ｂを実行することにより、誘導制御を行う。
【0072】
誘導制御において、ＣＰＵ１２１は、移動検出器１１０の検出結果と、理想経路データ１２２ａとを用いて、ユーザを直進させるか旋回させるかを選定する。ユーザを旋回させる場合は、ユーザを右方と左方のいずれの方向に旋回させるかの選定も行う。
【0073】
そして、ＣＰＵ１２１は、ユーザを左方に旋回させる場合は、図６に示す右方移動促進制御を停止させた状態で、図５に示す左方移動促進制御を下位制御器２１８に実行させる。即ち、上述した左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとのうち、左方誘導モーメントのみをユーザに付与する。これにより、ユーザを左方に導く状態（以下、左方誘導状態という。）が実現され、ユーザの進路が左に曲げられる。
【0074】
一方、ＣＰＵ１２１は、ユーザを右方に旋回させる場合は、図５に示す左方移動促進制御を停止させた状態で、図６に示す右方移動促進制御を下位制御器２２８に実行させる。即ち、左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとのうち、右方誘導モーメントのみをユーザに付与する。これにより、ユーザを右方に導く状態（以下、右方誘導状態という。）が実現され、ユーザの進路が右に曲げられる。
【0075】
以上のようにして、上位制御器１２０は、左方誘導状態と右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかを選定する処理と、選定した状態（以下、選定状態という。）を身体装着具２００に実現させる制御と、を繰り返し行う制御装置の機能を有する。
【0076】
以下、図８に示すフローチャートに沿って誘導制御を具体的に説明する。
【0077】
図７を参照しながら、まず、図８のステップＳ３１からＳ３３までの動作を説明する。まず、ＣＰＵ１２１は、ユーザの位置の検出結果を表す実検出データを移動検出器１１０から取得することにより（ステップＳ３１）、ユーザの現在の位置ＰＰを特定する。
【0078】
また、ＣＰＵ１２１は、移動検出器１１０によって前回に検出されたユーザの位置と、ユーザの現在の位置ＰＰとの、座標値の差分により、ユーザの移動方向を表す移動ベクトルＶ１を特定する（ステップＳ３２）。
【0079】
一方、ＣＰＵ１２１は、ユーザの現在の位置ＰＰから、理想経路データ１２２ａが表す理想経路ＩＷに向かう理想移動ベクトルＶ２も別途特定する。そして、ＣＰＵ１２１は、移動ベクトルＶ１を理想移動ベクトルＶ２に平行な方向に修正するために必要な旋回方向と旋回角度とを特定する（ステップＳ３３）。
【0080】
なお、旋回角度は、移動ベクトルＶ１の理想移動ベクトルＶ２からのずれ量を表す。図７では、移動ベクトルＶ１を理想移動ベクトルＶ２に平行な方向に修正するためには、ユーザを、進行方向に対して左方に旋回角度θだけ旋回させる必要がある場合を例示した。
【0081】
図８に戻り、次にＣＰＵ１２１は、ステップＳ３３で特定した旋回角度がゼロであるか否かを判定し（ステップＳ３４）、旋回角度がゼロでなければ（ステップＳ３４；ＮＯ）、ステップＳ３３で特定した旋回方向が左方であるか右方であるかを判定する（ステップＳ３５）。
【0082】
そして、ＣＰＵ１２１は、旋回方向が左方である場合（ステップＳ３５；左方）、ユーザを左方に旋回させるべく、図６に示した右方移動促進制御を停止させた状態で、図５に示した左方移動促進制御を下位制御器２１８に実行させる（ステップＳ３６）。これにより、ユーザを左方に導く左方誘導状態が実現されるので、ユーザの進路が左に曲げられる。
【0083】
また、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３６の左方移動促進制御において、ユーザに付与する選定モーメントとしての左方誘導モーメントの大きさを、ステップＳ３３で特定した旋回角度に応じた目標値に制御する。なお、既述のように、左方誘導モーメントの大きさは、図４に示すフライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りの角速度ωｉの大きさで制御できる。
【0084】
具体的には、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３３で特定した旋回角度が大きいほど、ユーザに付与される左方誘導モーメントが大きくなるように、左方誘導モーメントの大きさの目標値を求め、求めた目標値を下位制御器２１８に与える。下位制御器２１８は、左方誘導モーメントの大きさが目標値と一致するように、図４に示すフライホイール２１１の仮想揺動軸ｉ－ＡＸの周りの角速度ωｉの大きさを制御する。
【0085】
これにより、ステップＳ３３で特定した旋回角度に応じた大きさの左方誘導モーメントがユーザに付与されるので、左方移動促進制御によってユーザの進路が左に曲げられる角度が、ステップＳ３３で特定した旋回角度に近づけられる。
【0086】
一方、ＣＰＵ１２１は、旋回方向が右方である場合（ステップＳ３５；右方）、ユーザを右方に旋回させるべく、図５に示した左方移動促進制御を停止させた状態で、図６に示した右方移動促進制御を下位制御器２２８に実行させる（ステップＳ３７）。これにより、ユーザを右方に導く右方誘導状態が実現されるので、ユーザの進路が右に曲げられる。
【0087】
また、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３７の右方移動促進制御において、ユーザに付与する選定モーメントとしての右方誘導モーメントの大きさを、ステップＳ３３で特定した旋回角度に応じた目標値に制御する。
【0088】
具体的には、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３３で特定した旋回角度が大きいほど、ユーザに付与される右方誘導モーメントが大きくなるように、右方誘導モーメントの大きさの目標値を求め、求めた目標値を下位制御器２２８に与える。下位制御器２２８は、右方誘導モーメントの大きさが目標値と一致するように、図１に示す左半身用モーメント付与機構２２６を制御する。
【0089】
これにより、ステップＳ３３で特定した旋回角度に応じた大きさの右方誘導モーメントがユーザに付与されるので、右方移動促進制御によってユーザの進路が右に曲げられる角度が、ステップＳ３３で特定した旋回角度に近づけられる。
【0090】
次に、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３６又はステップＳ３７を経た後は、再び移動検出器１１０の検出結果を参照し、ユーザが目的地に到着したか否かを判定する（ステップＳ３８）。なお、目的値を表すデータは、予め理想経路データ１２２ａに含まれているものとする。
【0091】
また、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３４で旋回角度がゼロである場合には（ステップＳ３４；ＹＥＳ）、ユーザをそのまま直進させればよく、既述の左方誘導状態及び右方誘導状態のいずれも実現させる必要がないので、図５に示した左方移動促進制御及び図６に示した右方移動促進制御を停止させたまま、ステップＳ３８に移行する。
【0092】
ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３８で目的地に到達したと判定した場合には（ステップＳ３８；ＹＥＳ）、誘導制御を終了し、まだ目的地に到達していない場合には（ステップＳ３８；ＮＯ）、ステップＳ３１に戻って同じ処理を繰り返す。つまり、ＣＰＵ１２１は、左方誘導状態と右方誘導状態とのいずれの状態を実現するかの選定と、選定した状態である選定状態の実現とを、ユーザが目的地に到着するまでに繰り返す。
【0093】
以上説明したように本実施形態によれば、身体装着具２００によってユーザの関節の周りに左方誘導モーメント又は右方誘導モーメントが付与され、これによりユーザの進行すべき方向への移動の動作が促進されることで、ユーザの移動の経路が理想経路に近づけられる。このため、ユーザは、移動中に進行すべき方向を自ら積極的に把握する必要がない。つまり、ユーザは、移動中に力覚を認識し続ける必要がない。従って、ユーザの注意力が奪われにくい。
【0094】
また、ＣＰＵ１２１が、ユーザの移動方向の、理想経路に向かう方向からのずれ量を表す旋回角度を特定し、特定した旋回角度に応じて、左方誘導モーメント又は右方誘導モーメントの目標値を求める。そして、ＣＰＵ１２１は、求めた目標値の左方誘導モーメント又は右方誘導モーメントが生成されるように、身体装着具２００を制御する。
【0095】
このようにして、ユーザに付与される左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントの大きさが、理想経路に向かう方向からのずれ量に応じた値に制御されるので、ユーザの移動経路をすみやかに理想経路に近づけることができる。
【0096】
［実施形態２］
上記実施形態１では、ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントが、ユーザの左方への移動の動作をアシストするアシストモーメントであり、ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントが、ユーザの右方への移動の動作をアシストするアシストモーメントである場合を例示した。
上記実施形態１では、ユーザの左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントが、ユーザの左方への移動の動作をアシストするアシストモーメントであり、ユーザの右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントが、ユーザの右方への移動の動作をアシストするアシストモーメントである場合を例示した。
【0097】
ユーザの右方への移動の動作に負荷を与えることによっても、ユーザを左方に旋回させることができるので、左方誘導モーメントは、ユーザの右方への移動の動作に負荷を与える負荷モーメントであってもよい。また、ユーザの左方への移動の動作に負荷を与えることによっても、ユーザを右方に旋回させることができるので、右方誘導モーメントは、ユーザの左方への移動の動作に負荷を与える負荷モーメントであってもよい。以下、その具体例を述べる。
【0098】
【0099】
本実施形態では、図９のステップＳ４３で角速度ωｋ＝ゼロが左大腿部ＣＬの振り上げの開始時点を表す場合（ステップＳ４３；振り上げ開始時点）、下位制御器２２８が、左大腿部ＣＬの振り上げを妨げる半時計回りのモーメントがユーザの左股関節の周りに付与されるように、左半身用モーメント付与機構２２６を制御する（ステップＳ４４）。
【0100】
また、図９のステップＳ４３で角速度ωｋ＝ゼロが左大腿部ＣＬの振り下ろしの開始時点を表す場合（ステップＳ４３；振り下ろし開始時点）、下位制御器２２８が、左大腿部ＣＬの振り下ろしを妨げる時計回りのモーメントがユーザの左股関節の周りに付与されるように、左半身用モーメント付与機構２２６を制御する（ステップＳ４５）。
【0101】
これにより、ユーザの右方への移動が妨げられるので、ユーザの左方への移動を促進することができる。他の処理は、図５に示した左方移動促進制御と同様である。
【0102】
【0103】
本実施形態では、図１０のステップＳ５３で角速度ωｋ＝ゼロが、右大腿部ＣＲの振り上げの開始時点を表す場合（ステップＳ５３；振り上げ開始時点）、下位制御器２１８が、右大腿部ＣＲの振り上げを妨げる半時計回りのモーメントがユーザの右股関節の周りに付与されるように、右半身用モーメント付与機構２１６を制御する（ステップＳ５４）。
【0104】
また、図１０のステップＳ５３で角速度ωｋ＝ゼロが、右大腿部ＣＲの振り下ろしの開始時点を表す場合（ステップＳ５３；振り下ろし開始時点）、下位制御器２１８が、右大腿部ＣＲの振り下ろしを妨げる時計回りのモーメントがユーザの右股関節の周りに付与されるように、右半身用モーメント付与機構２１６を制御する（ステップＳ５５）。
【0105】
これにより、ユーザの左方への移動が妨げられるので、ユーザの右方への移動を促進することができる。他の処理は、図６に示した右方移動促進制御と同様である。
【0106】
以上説明したように本実施形態では、左半身用モーメント付与機構２２６が、ユーザの左半身に左方誘導モーメントとしての負荷モーメントを付与し、右半身用モーメント付与機構２１６が、ユーザの右半身に右方誘導モーメントとしての負荷モーメントを付与する。上位制御器１２０が行う誘導制御のフローは、図８に示したフローと同じである。
【0107】
［実施形態３］
上記実施形態１では、ユーザを左方に導く左方誘導状態で右方誘導モーメントの大きさをゼロとし、ユーザを右方に導く右方誘導状態で左方誘導モーメントの大きさをゼロとする誘導制御を例示した。また、上記実施形態１では、左方誘導状態でユーザの進路を左方に曲げる程度を、左方誘導モーメントの大きさで調整し、右方誘導状態でユーザの進路を右方に曲げる程度を、右方誘導モーメントの大きさで調整する誘導制御を例示した。
上記実施形態１では、ユーザを左方に導く左方誘導状態で右方誘導モーメントの大きさをゼロとし、ユーザを右方に導く右方誘導状態で左方誘導モーメントの大きさをゼロとする誘導制御を例示した。また、上記実施形態１では、左方誘導状態でユーザの進路を左方に曲げる程度を、左方誘導モーメントの大きさで調整し、右方誘導状態でユーザの進路を右方に曲げる程度を、右方誘導モーメントの大きさで調整する誘導制御を例示した。
【0108】
左方誘導モーメントが右方誘導モーメントよりも大きければ、ユーザを左方に旋回させることができるので、左方誘導状態において、右方誘導モーメントの大きさは必ずしもゼロでなくてもよい。同様に、右方誘導モーメントが左方誘導モーメントよりも大きければ、ユーザを右方に旋回させることができるので、右方誘導状態において、左方誘導モーメントの大きさは必ずしもゼロでなくてもよい。
【0109】
以下、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントがアシストモーメントである場合について具体例を述べる。
【0110】
図１１に、本実施形態に係る誘導制御のフローチャートを示す。本実施形態においてＣＰＵ１２１は、まず、身体装着具２００に、既述の左方移動促進制御と右方移動促進制御とを開始させる（ステップＳ６１）。
【0111】
これにより、ユーザに左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントが並行して付与される状態となる。但し、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ６１の段階では、左方移動促進制御においてユーザに付与される左方誘導モーメントの大きさと、右方移動促進制御においてユーザに付与される右方誘導モーメントの大きさとが等しくなるように、身体装着具２００を制御する。つまり、ユーザは、直進する方向への移動がアシストされた状態となる。
【0112】
本実施形態では、ユーザを左方に旋回させることを、左方誘導モーメントを右方誘導モーメントよりも大きく設定することで実現する。左方への旋回角度は、左方誘導モーメントから右方誘導モーメントを差し引いた値である不均衡度によって調整する。また、ユーザを右方に旋回させることは、右方誘導モーメントを左方誘導モーメントよりも大きく設定することで実現する。右方への旋回角度は、右方誘導モーメントから左方誘導モーメントを差し引いた値である不均衡度によって調整する。
【0113】
そこで、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ３３では、図７に示した移動ベクトルＶ１を理想移動ベクトルＶ２に平行な方向に修正するために必要な旋回方向と旋回角度とを特定するのみならず、特定した旋回角度に応じて、左方誘導状態又は右方誘導状態における左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとの大きさの差である不均衡度ΔＭを求める。
【0114】
そして、ＣＰＵ１２１は、既述のステップＳ３５で旋回方向が左方である場合（ステップＳ３５；左方）、ユーザを左方に旋回させるべく、左方誘導モーメントが右方誘導モーメントよりも、ステップＳ３３で求めた不均衡度ΔＭだけ大きく設定された選定状態を、身体装着具２００に実現させる（ステップＳ６２）。
【0115】
一方、ＣＰＵ１２１は、既述のステップＳ３５で旋回方向が右方である場合（ステップＳ３５；右方）、ユーザを右方に旋回させるべく、右方誘導モーメントが左方誘導モーメントよりも、ステップＳ３３で求めた不均衡度ΔＭだけ大きく設定された選定状態を、身体装着具２００に実現させる（ステップＳ６３）。
【0116】
以上、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントがアシストモーメントである場合を想定して誘導制御の具体例を述べたが、上記実施形態２で述べたとおり、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントは負荷モーメントであってもよい。左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントが負荷モーメントである場合も、図１１のフローと同じフローで誘導制御が実現できることは当業者に理解できるであろう。
【0117】
［実施形態４］
上記実施形態１では、右半身用モーメント付与機構２１６が右大腿部ＣＲに装着され、左半身用モーメント付与機構２２６が左大腿部ＣＬに装着される構成を例示した。以下では、右半身用モーメント付与機構及び左半身用モーメント付与機構の装着位置を変更した具体例を述べる。
上記実施形態１では、右半身用モーメント付与機構２１６が右大腿部ＣＲに装着され、左半身用モーメント付与機構２２６が左大腿部ＣＬに装着される構成を例示した。以下では、右半身用モーメント付与機構及び左半身用モーメント付与機構の装着位置を変更した具体例を述べる。
【0118】
図１２に示すように、本実施形態に係る身体装着具３００は、ユーザの右腕に取り付けられる右半身用身体装着具３１０と、ユーザの左腕に取り付けられる左半身用身体装着具３２０とを有する。
【0119】
右半身用身体装着具３１０には、右半身用モーメント付与機構が内蔵されている。その右半身用モーメント付与機構は、ユーザの右肩関節の周りに、右腕の振りの動作をアシストすることにより左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントを付与する。
【0120】
左半身用身体装着具３２０には、左半身用モーメント付与機構が内蔵されている。その左半身用モーメント付与機構は、ユーザの左肩関節の周りに、左腕の振りの動作をアシストすることにより右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントを付与する。
【0121】
なお、右半身用モーメント付与機構が、右腕の振りの動作を妨げることにより右方への移動の動作を促進する右方誘導モーメントをユーザに付与し、左半身用モーメント付与機構が、左腕の振りの動作を妨げることにより左方への移動の動作を促進する左方誘導モーメントをユーザに付与してもよい。
【0122】
また、右半身用身体装着具３１０に内蔵される右半身用モーメント付与機構、及び左半身用身体装着具３２０に内蔵される左半身用モーメント付与機構が、図３に示したものと同じ構成のもので実現できることは当業者に理解できるであろう。他の構成及び効果は、実施形態１と同様である。
【0123】
［実施形態５］
上記実施形態１では、ジャイロ効果によってモーメントを生成する右半身用モーメント付与機構２１６及び左半身用モーメント付与機構２２６を例示したが、回転の反作用によってモーメントを生成してもよい。以下、その具体例を述べる。
上記実施形態１では、ジャイロ効果によってモーメントを生成する右半身用モーメント付与機構２１６及び左半身用モーメント付与機構２２６を例示したが、回転の反作用によってモーメントを生成してもよい。以下、その具体例を述べる。
【0124】
図１３に示すように、本実施形態に係るモーメント付与機構は、リアクションホイールよりなる体幹軸用モーメント付与機構４１０によって構成される。なお、図１４は、体幹軸用モーメント付与機構４１０が装着されたユーザを上方からみた上面図である。
【0125】
体幹軸用モーメント付与機構４１０は、ユーザの胸部の背面、即ち背中ＢＣから、ユーザにとって後方に向かって延在しているアーム４１１と、アーム４１１の基端をユーザの背中ＢＣに固定する固定具４１２と、アーム４１１の先端に回転自在に取り付けられたフライホイール４１３と、フライホール４１３を回転させるモータ４１４と、フライホール４１３の回転を止めるブレーキ機構４１５と、モータ４１４及びブレーキ機構４１５を制御する下位制御器４１６とを有する。
【0126】
図示しないが、フライホイール４１３の回転軸は、上下方向に延びている。以下、フライホイール４１３の回転方向について時計回り／反時計回りとは、フライホイール４１３を上方からみた場合の回転方向を指すものとする。
【0127】
モータ４１４がフライホイール４１３を時計回りに回転させ始めた瞬間、又は半時計回りに回転中のフライホイール４１３の回転をブレーキ機構４１５が停止させた瞬間に、右肩が前に出る向きにユーザの身体をねじるモーメントＭＡが、ユーザに付与される。このモーメントＭＡは、ユーザの左方向への移動をアシストするので左方誘導モーメントである。
【0128】
また、モータ４１４がフライホイール４１３を半時計回りに回転させ始めた瞬間、又は時計回りに回転中のフライホイール４１３の回転をブレーキ機構４１５が停止させた瞬間に、左肩が前に出る向きにユーザの身体をねじるモーメントＭＢが、ユーザに付与される。このモーメントＭＢは、ユーザの右方向への移動をアシストするので右方誘導モーメントである。
【0129】
従って、下位制御器４１６は、図１に示した統括制御部１００からの指令に応じて、ユーザに左方誘導モーメントを付与する左方誘導状態と、ユーザに右方誘導モーメントを付与する右方誘導状態とを選択的に実現させることができる。
【0130】
また、下位制御器４１６は、モータ４１４がフライホイール４１３に与えるトルクを制御することによって、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントの各々の大きさを調整できる。モータ４４がフライホイール４１３に与える時計回りのトルクと、反時計回りのトルクとを各々独立に制御できるので、左方誘導モーメントと右方誘導モーメントとの大きさを異ならせることもできる。従って、本実施形態でも、図８に示した誘導制御と同様の制御が可能である。
【0131】
なお、ユーザの身体には、ユーザの疾走の動作の周期を特定可能な物理量として加速度を検出する物理量検出器としての加速度検出器４２０が取り付けられる。下位制御器４１６は、角速度検出器４２０の検出結果を用いて、左方誘導モーメント及び右方誘導モーメントの付与の周期がユーザの疾走の動作の周期と一致するように、モータ４１４及びブレーキ機構４１５を制御する。他の構成及び効果は、実施形態１と同様である。
【0132】
［実施形態６］
上記実施形態１では、上位制御器１２０のメモリ１２２に理想経路データ１２２ａが予め格納されている構成を例示したが、理想経路データ１２２ａは上位制御器１２０によって逐次に取得されてもよい。以下、その具体例を述べる。
上記実施形態１では、上位制御器１２０のメモリ１２２に理想経路データ１２２ａが予め格納されている構成を例示したが、理想経路データ１２２ａは上位制御器１２０によって逐次に取得されてもよい。以下、その具体例を述べる。
【0133】
図１４に示すように、本実施形態では、伴走体としての伴走者Ｕ２が、ユーザＵ１と並んで疾走する状況を想定する。伴走者Ｕ２には、伴走者Ｕ２の移動方向をリアルタイムに検出する伴走体用移動検出器としての伴走者用移動検出器５００が取り付けられている。
【0134】
本実施形態では、図１に示した上位制御器１２０が、伴走者用移動検出器５００から、伴走者Ｕ２の移動方向の検出結果を表す移動方向データを理想経路データ１２２ａとしてリアルタイムに無線で取得する。
【0135】
そして、上位制御器１２０は、まず移動方向データを用いて、伴走者Ｕ２の移動方向を表す移動ベクトルＶ３を特定する。次に、上位制御器１２０は、移動ベクトルＶ３をユーザの現在の位置ＰＰに平行移動させた理想移動ベクトルＶ４を特定する。
【0136】
次に、上位制御器１２０は、ユーザの移動方向を表す移動ベクトルＶ１を理想移動ベクトルＶ４に一致させるために必要な旋回方向と旋回角度とを特定する。本実施形態ではこのような処理が、図８のステップＳ３３において行われる。
【0137】
図１４では、移動ベクトルＶ１を理想移動ベクトルＶ２に一致させるためには、ユーザを、進行方向に対して左方に旋回角度θだけ旋回させる必要がある場合を例示した。なお、ユーザの現在の位置ＰＰと移動ベクトルＶ１との特定方向は、図７を参照して説明したとおりである。他の構成及び効果は、実施形態１と同様である。
【0138】
以上、実施形態１－６について説明した。以下に述べる変形も可能である。
【0139】
上記実施形態１では、上位制御器１２０がユーザの身体に装着される構成を例示したが、上位制御器１２０の位置は特に限定されない。上位制御器１２０は、無線を通じて遠隔から下位制御器２１８及び２２８を制御することができる。従って、上位制御器１２０は、地上の任意の場所に固定されていてもよい。
【0140】
上記実施形態５では、体幹軸用モーメント付与機構４１０をユーザの胸部に装着する構成を例示したが、体幹軸用モーメント付与機構４１０は、ユーザの頭部又は腰部に装着してもよい。ユーザの頭部又は腰部をねじるモーメントをユーザに付与することによっても、ユーザの左方又は右方への移動の動作がアシストされる。
【0141】
上記実施形態１－５を相互に組み合わせることも可能である。例えば、図２に示した右半身用身体装着具２１０及び左半身用身体装着具２２０と、図１３に示した右半身用身体装着具３１０及び左半身用身体装着具３２０とを併用してもよいし、さらに、図１４に示した体幹軸用モーメント付与機構４１０を併用してもよい。
【0142】
上記実施形態６では、ユーザと並んで移動することにより規範となる移動方向を示す伴走体が、人である場合を例示した。伴走体は、例えば、自動車、自転車、ドローン等の回転翼機であってもよい。
【0143】
図１に示す誘導制御プログラム１２２ｂをコンピュータにインストールすることで、そのコンピュータに、移動検出器１１０の検出結果を取得する取得機能と、取得した検出結果と理想経路データ１２２ａとを用いて、進行すべき方向へのユーザの移動が促進されるように身体装着具２００を制御する制御機能とを実現させることができる。誘導制御プログラム１２２ｂは、通信ネットワークを介して配布してもよいし、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよい。
【符号の説明】
【0144】
１００…統括制御部、
１１０…移動検出器、
１２０…上位制御器（制御装置）、
１２１…ＣＰＵ、
１２２…メモリ、
１２２ａ…理想経路データ、
１２２ｂ…誘導制御プログラム、
２００…身体装着具（モーメント付与機構）、
２１０…右半身用身体装着具、
２１０Ａ…本体部、
２１０Ｂ…ベルト、
２１１…フライホイール、
２１２…自転用モータ、
２１３…保持部材、
２１４…基枠、
２１５…揺動用モータ、
２１６…右半身用モーメント付与機構、
２１７…角速度検出器、
２１８…下位制御器、
２１９…バッテリ、
２２０…左半身用身体装着具、
２２０Ａ…本体部、
２２０Ｂ…ベルト、
２２６…左半身用モーメント付与機構、
２２７…角速度検出器、
２２８…下位制御器、
２２９…バッテリ、
３００…身体装着具、
３１０…右半身用身体装着具（右半身用モーメント付与機構）、
３２０…左半身用身体装着具（左半身用モーメント付与機構）、
４１０…体幹軸用モーメント付与機構、
４１１…アーム、
４１２…固定具、
４１３…フライホイール、
４１４…モータ、
４１５…ブレーキ機構、
４１６…下位制御器、
４２０…加速度検出器、
５００…伴走者用移動検出器（伴走体用移動検出器）、
６００…誘導装置、
ＢＣ…背中、
ＣＬ…左大腿部、
ＣＭ…重心、
ＣＲ…右大腿部、
ＩＷ…理想経路、
ｉ－ＡＸ…仮想揺動軸、
ｊ－ＡＸ…仮想自転軸、
ｋ－ＡＸ…仮想回転軸、
ＮＬ…仮想中立線、
ＰＰ…ユーザの現在の位置、
Ｕ１…ユーザ、
Ｕ２…伴走者（伴走体）、
Ｖ１，Ｖ３…移動ベクトル、
Ｖ２，Ｖ４…理想移動ベクトル。
１１０…移動検出器、
１２０…上位制御器（制御装置）、
１２１…ＣＰＵ、
１２２…メモリ、
１２２ａ…理想経路データ、
１２２ｂ…誘導制御プログラム、
２００…身体装着具（モーメント付与機構）、
２１０…右半身用身体装着具、
２１０Ａ…本体部、
２１０Ｂ…ベルト、
２１１…フライホイール、
２１２…自転用モータ、
２１３…保持部材、
２１４…基枠、
２１５…揺動用モータ、
２１６…右半身用モーメント付与機構、
２１７…角速度検出器、
２１８…下位制御器、
２１９…バッテリ、
２２０…左半身用身体装着具、
２２０Ａ…本体部、
２２０Ｂ…ベルト、
２２６…左半身用モーメント付与機構、
２２７…角速度検出器、
２２８…下位制御器、
２２９…バッテリ、
３００…身体装着具、
３１０…右半身用身体装着具（右半身用モーメント付与機構）、
３２０…左半身用身体装着具（左半身用モーメント付与機構）、
４１０…体幹軸用モーメント付与機構、
４１１…アーム、
４１２…固定具、
４１３…フライホイール、
４１４…モータ、
４１５…ブレーキ機構、
４１６…下位制御器、
４２０…加速度検出器、
５００…伴走者用移動検出器（伴走体用移動検出器）、
６００…誘導装置、
ＢＣ…背中、
ＣＬ…左大腿部、
ＣＭ…重心、
ＣＲ…右大腿部、
ＩＷ…理想経路、
ｉ－ＡＸ…仮想揺動軸、
ｊ－ＡＸ…仮想自転軸、
ｋ－ＡＸ…仮想回転軸、
ＮＬ…仮想中立線、
ＰＰ…ユーザの現在の位置、
Ｕ１…ユーザ、
Ｕ２…伴走者（伴走体）、
Ｖ１，Ｖ３…移動ベクトル、
Ｖ２，Ｖ４…理想移動ベクトル。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
