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特表2023-504364ウェアラブル装置のユーザに抵抗力を提供する方法及び装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-03
(54)【発明の名称】ウェアラブル装置のユーザに抵抗力を提供する方法及び装置
(51)【国際特許分類】
A63B 21/005 20060101AFI20230127BHJP
A63B 24/00 20060101ALI20230127BHJP
A61H 3/00 20060101ALN20230127BHJP
【ＦＩ】
A63B21/005
A63B24/00
A61H3/00 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022529282
(86)(22)【出願日】2020-12-03
(85)【翻訳文提出日】2022-05-19
(86)【国際出願番号】 KR2020017527
(87)【国際公開番号】W WO2021112578
(87)【国際公開日】2021-06-10
(31)【優先権主張番号】10-2019-0158819
(32)【優先日】2019-12-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2020-0136562
(32)【優先日】2020-10-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ブルートゥース
(71)【出願人】
【識別番号】503447036
【氏名又は名称】サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ロォ，チャンヒュン
【テーマコード（参考）】
4C046
【Ｆターム（参考）】
4C046AA25
4C046AA48
4C046AA49
4C046BB07
4C046CC01
4C046DD02
4C046EE02
4C046EE05
4C046EE12
4C046FF02
4C046FF08
(57)【要約】
ユーザに抵抗力を提供するための方法及び装置が提供される。抵抗力を提供するために、ウェアラブル装置のセンサを用いてユーザの関節の角度を測定し、角度に基づいて関節に対する抵抗レベルを決定し、抵抗レベルに対応するウェアラブル装置のモータドライバ回路の連結比率を決定し、モータドライバ回路連結比率を介してモータを制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウェアラブル装置によって実行される、抵抗力提供方法は、センサを介してユーザの第１関節の第１角度を測定するステップと、
前記第１角度に基づいて前記第１関節に対する抵抗レベルを決定するステップと、
前記抵抗レベルに基づいて、前記ウェアラブル装置のモータに電気的に接続されるモータドライバ回路を閉ループとして制御する連結時間と、前記モータドライバ回路を開ループとして制御する非連結時間の間の連結比率を決定するステップと、
前記連結比率に基づいて、前記モータドライバ回路を介して前記モータを制御するステップと、
を含む、抵抗力提供方法。
【請求項2】
前記モータドライバ回路は、前記連結比率に基づいて制御される少なくとも１つのスイッチを含む、請求項１に記載の抵抗力提供方法。
【請求項3】
前記連結比率は、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に示される、請求項１に記載の抵抗力提供方法。
【請求項4】
前記ユーザに提供される抵抗レベルは、前記連結比率によって調整され、前記モータドライバ回路が閉ループとして制御される前記連結時間が増加するほど前記抵抗力が増加する、請求項３に記載の抵抗力提供方法。
【請求項5】
前記モータドライバ回路が閉ループとして制御された状態において、前記モータは前記ユーザによる外力に対して発電機として動作する、請求項１に記載の抵抗力提供方法。
【請求項6】
前記モータが前記発電機として動作する場合、前記発電機によって生成されたエネルギーに基づいて前記ウェアラブル装置のバッテリを充填するステップをさらに含む、請求項５に記載の抵抗力提供方法。
【請求項7】
前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを運動モードに設定するとの命令を受信するステップをさらに含む、請求項１に記載の抵抗力提供方法。
【請求項8】
前記運動モードとして設定された場合、前記モータには前記ウェアラブル装置のバッテリからエネルギーが提供されない、請求項７に記載の抵抗力提供方法。
【請求項9】
前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを補助モードに設定するとの命令を受信するステップと、前記第１角度に基づいて前記補助モードで前記第１関節に対する補助トルク値を算出するステップと、
前記補助トルク値に基づいて前記モータを制御することにより前記ユーザに補助力を提供するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の抵抗力提供方法。
【請求項10】
請求項１に記載の方法を行うプログラムを収録したコンピュータで読み出し可能な記録媒体。
【請求項11】
ユーザに抵抗力を提供するウェアラブル装置は、ユーザに抵抗力を提供するための命令を含むプログラムを格納するメモリと、
前記ユーザの第１関節の第１角度を測定するセンサと、
モータドライバ回路と、
前記モータドライバ回路と電気的に接続されたモータと、
前記プログラムを実行するプロセッサと、
を含み、
前記プロセッサは、
前記センサを用いて前記ユーザの前記第１関節の前記第１角度を測定し、
前記第１角度に基づいて前記第１関節に対する抵抗レベルを決定し、
前記抵抗レベルに基づいて、前記モータドライバ回路を閉ループとして制御する連結時間と、前記モータドライバ回路を開ループとして制御する非連結時間の間の連結比率を決定し、
前記連結比率に基づいて、前記モータドライバ回路を介して前記モータを制御する、ウェアラブル装置。
【請求項12】
前記連結比率は、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に示され、前記ユーザに提供される抵抗力は、前記連結比率によって調整され、
前記モータドライバ回路が閉ループとして制御される前記連結時間が増加するほど前記抵抗力が増加する、請求項１１に記載のウェアラブル装置。
【請求項13】
前記モータドライバ回路が閉ループとして制御された状態において、前記モータは前記ユーザによる外力に対して発電機として動作する、請求項１１に記載のウェアラブル装置。
【請求項14】
前記プロセッサは、前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを運動モードに設定するとの命令を受信し、
前記運動モード及び前記第１角度に基づいて前記第１関節に対する前記抵抗レベルを決定する、請求項１１に記載のウェアラブル装置。
【請求項15】
前記プロセッサは、前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを補助モードに設定するとの命令を受信し、
前記第１角度に基づいて前記補助モードにおける前記第１関節に対する補助トルク値を算出し、
前記補助トルク値に基づいて前記モータを制御することにより前記ユーザに補助力を提供する、請求項１１記載のウェアラブル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
以下の実施形態は、ウェアラブル装置のユーザに抵抗力を提供する方法及び装置に関する。例えば、少なくとも１つの実施形態は、ウェアラブル装置のモータにエネルギーを提供していない状態で、ユーザに抵抗力を提供する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高齢化社会に進入して老化による筋力弱化又は関節異常により歩行に不便と苦痛を訴える人々が増加している。そのため、筋力の弱まった老人や根管節の不便な患者が歩行を円滑にする歩行補助装置に対する関心が高まっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本実施形態は、ユーザに抵抗力を提供するためにウェアラブル装置を動作させる方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実施形態に係るウェアラブル装置によって実行される、抵抗力提供方法は、センサを介してユーザの第１関節の第１角度を測定するステップと、前記第１角度に基づいて前記第１関節に対する抵抗レベルを決定するステップと、前記抵抗レベルに基づいて、前記ウェアラブル装置のモータに電気的に接続されるモータドライバ回路を閉ループとして制御する連結時間と、前記モータドライバ回路を開ループとして制御する非連結時間の間の連結比率を決定するステップと、前記連結比率に基づいて、前記モータドライバ回路を介して前記モータを制御するステップとを含む。
【0005】
前記モータドライバ回路は、前記連結比率に基づいて制御される少なくとも１つのスイッチを含むことができる。
【0006】
前記連結比率は、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に示されることができる。
【0007】
前記ユーザに提供される抵抗レベルは、前記連結比率によって調整され、前記モータドライバ回路が閉ループとして制御される前記連結時間が増加するほど前記抵抗力が増加し得る。
【0008】
前記モータドライバ回路が閉ループとして制御された状態において、前記モータは前記ユーザによる外力に対して発電機として動作することができる。
【0009】
前記抵抗力提供方法は、前記モータが前記発電機として動作する場合、前記発電機によって生成されたエネルギーに基づいて前記ウェアラブル装置のバッテリを充填するステップをさらに含むことができる。
【0010】
前記抵抗力提供方法は、前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを運動モードに設定するとの命令を受信するステップをさらに含むことができる。
【0011】
前記運動モードとして設定された場合、前記モータには前記ウェアラブル装置のバッテリからエネルギーが提供されなくてもよい。
【0012】
前記抵抗力提供方法は、前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを補助モードに設定するとの命令を受信するステップと、前記第１角度に基づいて前記補助モードで前記第１関節に対する補助トルク値を算出するステップと、前記補助トルク値に基づいて前記モータを制御することにより前記ユーザに補助力を提供するステップとをさらに含むことができる。
【0013】
一実施形態は、ユーザに抵抗力を提供するウェアラブル装置に関する。
【0014】
一実施形態に係るユーザに抵抗力を提供するウェアラブル装置は、ユーザに抵抗力を提供するための命令を含むプログラムを格納するメモリと、前記ユーザの第１関節の第１角度を測定するセンサと、モータドライバ回路と、前記モータドライバ回路と電気的に接続されたモータと、前記プログラムを実行するプロセッサとを含み、前記プロセッサは、前記センサを用いて前記ユーザの前記第１関節の前記第１角度を測定し、前記第１角度に基づいて前記第１関節に対する抵抗レベルを決定し、前記抵抗レベルに基づいて、前記モータドライバ回路を閉ループとして制御する連結時間と、前記モータドライバ回路を開ループとして制御する非連結時間の間の連結比率を決定し、前記連結比率に基づいて、前記モータドライバ回路を介して前記モータを制御する。
【0015】
前記モータドライバ回路は、連結比率に基づいて制御される少なくとも１つのスイッチを含むことができる。
【0016】
前記連結比率は、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に示され、前記ユーザに提供される抵抗力は、前記連結比率によって調整され、前記モータドライバ回路が閉ループとして制御される前記連結時間が増加するほど前記抵抗力が増加することができる。
【0017】
前記モータドライバ回路が閉ループとして制御された状態において、前記モータは前記ユーザによる外力に対して発電機として動作することができる。
【0018】
前記プロセッサは、前記モータが前記発電機として動作する場合、前記発電機によって生成されたエネルギーに基づいて前記ウェアラブル装置のバッテリを充填することができる。
【0019】
前記プロセッサは、前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを運動モードに設定するとの命令を受信し、前記運動モード及び前記第１角度に基づいて前記第１関節に対する前記抵抗レベルを決定することができる。
【0020】
前記運動モードとして設定された場合、前記モータには前記ウェアラブル装置のバッテリからエネルギーが提供されなくてもよい。
【0021】
前記プロセッサは、前記ユーザから前記ウェアラブル装置の動作モードを補助モードに設定するとの命令を受信し、前記第１角度に基づいて前記補助モードにおける前記第１関節に対する補助トルク値を算出し、前記補助トルク値に基づいて前記モータを制御することにより前記ユーザに補助力を提供することができる。
【0022】
例示的な実施形態の追加的な態様は下記の説明で部分的に説明され、例示的な実施形態の追加的な態様は説明から明らかであるか、又は本開示の実施によって学習されることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1A】一例に係るウェアラブル装置を説明するための図である。
【図1B】一例に係るウェアラブル装置を説明するための図である。
【図1C】一例に係るウェアラブル装置を説明するための図である。
【図1D】一例に係るウェアラブル装置を説明するための図である。
【図2】一例に係る電子装置と通信するウェアラブル装置を説明するための図である。
【図3】一例に係る歩行状態を示す。
【図4】一例に係る歩行状態の間の遷移を示す。
【図5】一例に係る歩行サイクルに対する足首関節角度の軌跡を示す。
【図6】一例に係る歩行サイクルに対する足首トルクの軌跡を示す。
【図7】一例に係るウェアラブル装置のモータドライバ回路を説明するための図である。
【図8】一例に係るウェアラブル装置のモータドライバ回路を説明するための図である。
【図9】一例に係るウェアラブル装置のモータドライバ回路を説明するための図である。
【図10】一例に係るウェアラブル装置のモータドライバ回路を説明するための図である。
【図11】一実施形態に係る抵抗力を提供する方法のフローチャートである。
【図12】一例に係るユーザ端末に出力される抵抗力プロファイルを示す。
【図13】他の一実施形態に係る抵抗力を提供する方法のフローチャートである。
【図14】一例に係る開ループであるモータドライバ回路を示す。
【図15】一例に係る閉ループであるモータドライバ回路を示す。
【図16】一例に係る閉ループであるモータドライバ回路を示す。
【図17】一例に係る閉ループであるモータドライバ回路を示す。
【図18】一例に係る制動抵抗器を含む閉ループであるモータドライバ回路を示す。
【図19】他の一例に係る抵抗を含む閉ループのモータドライバ回路を示す。
【図20】一例に係るＢＬＤＣモータを含む閉ループのモータドライバ回路を示す。
【図21】一例に係るウェアラブル装置の駆動部の構成図である。
【図22】他の一例に係る全身タイプのウェアラブル装置を示す。
【図23】他の一例に係る全身タイプのウェアラブル装置を示す。
【図24】他の一例に係る全身タイプのウェアラブル装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下において、添付の図面を参照して実施形態を詳細に説明する。しかし、特許出願の範囲がこの実施形態により制限されたり、又は限定されることはない。各図面に示された同じ参照符号は同じ部材を示す。
【0025】
以下で説明する実施形態には様々な変更が加えられる。以下で説明する実施形態は、実施形態に対して限定しようとするものではなく、これらに対する全ての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解されなければならない。
【0026】
実施形態で用いられる用語は、単に、特定の実施形態を説明するために使用されたものであり、実施形態を限定しようとする意図はない。単数の表現は文脈上において明らかに異なる意味を有しない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の異なる特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性をあらかじめ排除しないものとして理解されなければならない。
【0027】
異なるように定義されない限り、技術的又は科学的な用語を含んでここで使用される全ての用語は、実施形態の属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使用されている辞書に定義されるような用語は、関連記述の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解されるべきであり、本出願で明らかに定義しない限り、理想的かつ過度に形式的な意味として解釈されない。
【0028】
なお、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号にかかわらず同じ構成要素は同じ参照符号を付し、これに対する重複説明は省略する。実施形態を説明することにおいては、関連する公知技術についての具体的な説明が実施形態の要旨を曖昧にする可能性があると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【0029】
図１Ａ～１Ｄは、一例に係るウェアラブル装置を示す。
【0030】
図１Ａ～１Ｃを参照すると、ウェアラブル装置１００は、ユーザに装着され、ユーザの歩行（ｇａｉｔ）を補助する。例えば、ウェアラブル装置１００は、ユーザの歩行を補助する装置である。また、ウェアラブル装置１００は、ユーザの歩行を補助するだけでなく、ユーザに抵抗力を提供することで運動機能を提供する運動装置である。ユーザに提供される抵抗力は、モータのような装置によって出力される力のように、ユーザに能動的に加えられる力ではなく、ユーザの動きを妨害する力（例えば、抵抗力は、ユーザが動く方向と反対方向に作用する力）である。言い換えれば、抵抗力は運動負荷として表現されてもよい。
【0031】
図１Ａ～１Ｂは、ヒップタイプのウェアラブル装置１００を図示しているが、ウェアラブル装置のタイプはヒップタイプに制限されることなく、ウェアラブル装置は、下肢全体をサポートする形態又は下肢の一部をサポートするタイプであってもよい。そして、ウェアラブル装置は、下肢の一部をサポートする形態、膝までサポートする形態、足首までサポートする形態、及び全身をサポートする形態のいずれか１つであってもよい。
【0032】
図１Ａ～１Ｂを参照して説明される実施形態は、ヒップタイプに対して適用されるが、これに限定されることなく、様々なタイプのウェアラブル装置に対して全て適用されることができる。
【0033】
図１Ａ～１Ｄを参照すると、ウェアラブル装置１００は、駆動部１１０、センサ部１２０、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）１３０、制御部１４０、及びバッテリ１５０を含む。
【0034】
駆動部１１０は、モータ１１４及びモータ１１４を駆動させるためのモータドライバ回路１１２を含む。センサ部１２０は、少なくとも１つのセンサ１２１を含む。制御部１４０は、プロセッサ１４２、メモリ１４４及び入力インターフェース１４６を含む。図１Ｃには、１つのセンサ１２１、１つのモータドライバ回路１１２、及び１つのモータ１１４が図示されているが、これに制限されることはない。例えば、図１Ｄに例示したように、ウェアラブル装置１００－１は、複数のセンサ１２１及び１２１－１、複数のモータドライバ回路１１２及び１１２－１、及び複数のモータ１１４及び１１４－１を含む。また、実現に応じて、ウェアラブル装置１００は複数のプロセッサを含んでもよい。モータドライバ回路個数、モータ個数、又は、プロセッサ個数は、ウェアラブル装置１００が着用される身体部位によって変わり得る。
【0035】
後述するセンサ１２１、モータドライバ回路１１２、及びモータ１１４に対する説明は、図１Ｄに示されたセンサ１２１－１、モータドライバ回路１１２－１、及びモータ１１４－１についても適用され得る。
【0036】
駆動部１１０は、ユーザの股関節（ｈｉｐ ｊｏｉｎｔ）を駆動させることができる。例えば、駆動部１１０は、ユーザの右側ヒップ及び／又は左側ヒップの部分に配置される。駆動部１１０は、ユーザの膝の部分及び足首に追加的に配置されてもよい。駆動部１１０は、回転トルクを発生させ得るモータ１１４、及びモータ１１４を駆動させるためのモータドライバ回路１１２を含む。
【0037】
センサ部１２０は、歩行時にユーザの股関節の角度を測定することができる。センサ部１２０から検出される股関節の角度に関する情報は、右側股関節の角度、左側股関節の角度、両側股関節の角度間の差、及び股関節運動方向を含む。例えば、センサ１２１は、駆動部１１０内に配置されてもよい。センサ１２１の位置に応じてセンサ部１２０は、ユーザの膝角度及び足首角度を追加的に測定することができる。
【0038】
一実施形態によれば、センサ部１２０は、ポテンショメータを含む。ポテンショメータは、ユーザの歩行動作によるＲ軸関節角度、Ｌ軸関節角度、Ｒ軸関節角速度、及びＬ軸関節角速度を検出する。
【0039】
ＩＭＵ１３０は、歩行時に加速度情報と姿勢情報を測定する。例えば、ＩＭＵ１３０は、ユーザの歩行動作によるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の角速度を検出する。
【0040】
ウェアラブル装置１００は、ＩＭＵ１３０で測定された加速度情報に基づいてユーザの足が着地する地点を検出する。
【0041】
圧力センサ（図示せず）は、ユーザの足の裏に位置してユーザの足の着地時点を検出する。
【0042】
ウェアラブル装置１００は、先に説明したセンサ部１２０及びＩＭＵ１３０以外に、歩行動作によるユーザの運動量又は生体信号などの変化を検出できる他のセンサ（例えば、筋電図センサ（ＥｌｅｃｔｒｏＭｙｏＧｒａｍ ｓｅｎｓｏｒ；ＥＭＧ ｓｅｎｓｏｒ））を含む。
【0043】
一実施形態によれば、制御部１４０のプロセッサ１４２は、ユーザに抵抗力を提供するために駆動部１１０を制御することができる。この場合、駆動部１１０は、ユーザにトルクを出力せず、モータ１１４の逆駆動性（ｂａｃｋ－ｄｒｉｖａｂｉｌｉｔｙ）を用いてユーザに抵抗力を提供することができる。モータの逆駆動性とは、外部の力に対するモータ１１４の回転軸の反応性を意味し、モータ１１４の逆駆動性が高いほど、モータ１１４の回転軸に作用する外部の力に対して容易に反応する（即ち、モータ１１４の回転軸が容易に回転する）。例えば、モータ１１４の回転軸に同じ外部の力が加えられても、逆駆動性の程度に応じて、モータ１１４の回転軸が回転する程度が相違になる。
【0044】
【0045】
他の一実施形態によれば、制御部１４０のプロセッサ１４２は、駆動部１１０がユーザの歩行を補助するためのトルク（又は、補助トルク）を出力するように駆動部１１０を制御してもよい。例えば、ヒップタイプのウェアラブル装置１００において、駆動部１１０は、左側ヒップの部分及び右側ヒップの部分にそれぞれ配置されるよう構成されてもよく、制御部１４０は、トルクが発生するように駆動部１１０を制御する制御信号を出力することができる。
【0046】
駆動部１１０は、制御部１４０が出力した制御信号に基づいてトルクを発生させることができる。トルクを発生させるためのトルク値は、外部によって設定されてもよく、制御部１４０によって設定されてもよい。例えば、制御部１４０は、トルク値の大きさを示すために、駆動部１１０に送信する信号に対する電流の大きさを用いてもよい。即ち、駆動部１１０が受信する電流の大きさが大きいほど、トルク値が大きい。
【0047】
バッテリ１５０は、ウェアラブル装置１００の構成要素に電力を供給する。バッテリ１５０の電力をウェアラブル装置１００の構成要素の動作電圧に合わせて変換し、ウェアラブル装置１００の構成要素に提供する回路（例えば、ＰＭＩＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））が存在する。また、ウェアラブル装置１００の動作モードに応じて、バッテリ１５０は、モータ１１４に電力を供給したり供給しなくてもよい。言い換えれば、バッテリ１５０は、補助モードでモータ１１４に電力を供給してもよく、運動モードでモータ１１４に電力を供給しなくてもよい。そのため、運動抵抗モードでバッテリ１５０の電力消耗が少量発生することで、ウェアラブル装置１００の使用時間が増大されることができる。
【0048】
図２は、一例に係る電子装置と通信するウェアラブル装置を説明するための図である。
【0049】
図２に示された例として、ウェアラブル装置１００は、電子装置２００と通信することがでる。電子装置２００は、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ、グラスなどを含んでもよく、記載された実施形態に限定されない。電子装置２００は、ウェアラブル装置１００のユーザに関する電子装置であってもよい。又は、ユーザがウェアラブル装置１００を着用したままトレーナーと運動してもよい。この場合、電子装置２００は、トレーナーに関する電子装置に該当する。
【0050】
実現に応じて、ウェアラブル装置１００と電子装置２００は、近距離無線通信方式又はセルラー移動通信方式を介してサーバ（図示せず）を経由し通信することができる。
【0051】
電子装置２００は、ディスプレイ２００－１にウェアラブル装置１００の動作を制御するためのＵＩ（ｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を表示することができる。例えば、ＵＩは、ユーザがウェアラブルデバイス１００を制御できる少なくとも１つのソフトキーを含んでもよい。
【0052】
ユーザ（又は、トレーナー）は、電子装置２００のディスプレイ２００－１上のＵＩを介してウェアラブル装置１００の動作を制御するための制御命令を入力し、電子装置２００は、該当の制御命令をウェアラブル装置１００に送信することができる。ウェアラブル装置１００は、受信された制御命令に応じて動作し、制御結果を電子装置２００に送信する。電子装置２００は、制御完了メッセージを電子装置２００のディスプレイ２００－１に表示することができる。
【0053】
図３は、一例に係る歩行状態を示す。
【0054】
歩行に対するユーザの一方の脚の歩行状態（又は、歩行位相）が予め定義され得る。例えば、歩行状態は、支持（ｓｔａｎｃｅ）及びスイング（ｓｗｉｎｇ）を含む。スイングは脚が地面から離れている状態を意味する。左脚の歩行状態は左側支持（ｌｅｆｔ ｓｔａｎｃｅ：ＬＳｔ）及び左側スイング（ｌｅｆｔ ｓｗｉｎｇ：ＬＳｗ）に区分される。右脚の歩行状態は、右側支持（ｒｉｇｈｔ ｓｔａｎｃｅ：ＲＳｔ）及び右側スイング（ｒｉｇｈｔ ｓｗｉｎｇ：ＲＳｗ）に区分される。
【0055】
有限オートマトン（Ｆｉｎｉｔｅ Ｓｔａｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅ：ＦＳＭ）には、歩行状態について予め歩行サイクルがマッピングされてもよい。例えば、支持が開始する時点では歩行サイクル０％がマッピングされ、スイングが開始する時点では歩行サイクル６０％がマッピングされ、支持が開始する直前の時点では、歩行サイクル１００％がマッピングされてもよい。
【0056】
一実施形態によれば、支持及びスイングは、複数の状態に更に細分化されてもよい。例えば、支持は、初期接触（ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）、体重負荷（ｗｅｉｇｈｔ ｂｅａｒｉｎｇ）、支持中期（ｍｉｄｄｌｅ ｓｔａｎｃｅ）、支持末期（ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｔａｎｃｅ）、及び前スイング（ｐｒｅ ｓｗｉｎｇ）のように細分化されてもよい。スイングは、初期スイング（ｉｎｉｔｉａｌ ｓｗｉｎｇ）、中間スイング（ｍｉｄｄｌｅ ｓｗｉｎｇ）及び末期スイング（ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｗｉｎｇ）に細分化されてもよい。支持及びスイングは、実施形態に応じて相違に細分化されてもよく、記載された実施形態に限定されない。
【0057】
図４は、一例に係る歩行状態の間の遷移を示す。
【0058】
一般的な歩行メカニズム（ｇａｉｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）によれば、それぞれの脚の歩行状態は支持及びスイングを含み、歩行のために支持及びスイングが交互に実行される。
【0059】
歩行による右脚の変化４００に対する右側歩行状態４１０は、右側支持及び右側スイングを含む。支持は、体重負荷、支持中期、及び支持末期を含むが、開示及び図示された実施形態に限定されることはない。右脚の変化４００に対して、左脚の変化（図示せず）に対する左側歩行状態４２０は、左側支持及び左側スイングを含む。
【0060】
ユーザの老化又は病気によりユーザの足首の筋力が弱くなると、歩行に不便が生じる。例えば、脚がスイングを始めるとき、足先の部分を持ち上げなければならないが、もし、持ち上げることができない場合、スイングする足が地面とぶつかる恐れがある。即ち、下垂足（ｆｏｏｔ ｄｒｏｐ）が発生する場合に転倒の恐れがある。このような危険を防止するために、歩行位相の進行又は歩行位相の変化により、足首の角度を調整しなければならない。足首の筋力が弱くなって自ら足首の角度を調整し難しいユーザにウェアラブル装置が提供されることができる。ウェアラブル装置は、ユーザの足首の付近に着用され、ユーザの歩行に関連して検知された値に基づいて補助トルクを出力することができる。補助トルクによりユーザの足首角度を調整することができる。
【0061】
前記の実施形態は、足首を補助するための実施形態であるが、歩行を補助するために股関節又は膝を補助するための実施形態においても同様に説明される。
【0062】
図５は、一例に係る歩行サイクルに対する足首関節角度の軌跡を示す。
【0063】
人が一般的な歩行メカニズムで歩行する場合、人の足首関節角度の軌跡５００は、図５に示すような軌跡を示す。同じ歩行状態である場合にも歩幅及び歩行速度により足首関節角度が変り得るが、１つの歩行サイクルに対する足首関節角度の軌跡は類似のパターンを示す。足首関節角度の軌跡５００は、特定の歩行サイクルの進行度において例示的な変化量の範囲を有するように示されている。
【0064】
一方の脚が不便な患者の場合、不便な脚に対しては足首関節角度の軌跡５００が示されない。患者の不便な脚の足首関節が足首関節角度の軌跡５００を有するように足首関節の角度が調整される場合、患者の歩行メカニズムは改善されることができる。
【0065】
【0066】
図６は、一例に係る歩行サイクルに対する足首トルクの軌跡を示す。
【0067】
図６を参照した説明は、ウェアラブル装置１００がユーザの歩行を補助するモードとして動作する場合に適用され得る。ウェアラブル装置１００が運動モードとして動作する場合に対する説明は、以下の図７～図２１を参照して詳細に説明する。
【0068】
人が一般的な歩行メカニズムで歩行する場合、人の足首関節によって出力される足首トルクの軌跡６００は、図６に示すような軌跡を示す。正数の足首トルク値は、足首関節角度を増加（例えば、底屈（ｐｌａｎｔａｒ ｆｌｅｘｉｏｎ））させ、負数の足首トルクの値は、足首関節角度を減少（例えば、背屈（ｄｏｒｓｉｆｌｅｘｉｏｎ））させる。
【0069】
一実施形態によれば、プッシュ－オフ（ｐｕｓｈ－ｏｆｆ）が発生した後の区間に対応する足首トルクの軌跡６００の第１部分６１０は、下垂足を防止するための背屈のための補助トルク値である。背屈のための補助トルク値は負数である。
【0070】
一方の脚が不便な患者は、自ら補助トルクを発生させることができないため、補助トルクが提供されるために、患者はウェアラブル装置を不便な脚に着用することができる。ウェアラブル装置は、駆動装置を介して補助トルクを出力することで足首角度を調整できる。足首角度を調整するための補助トルクが適切なタイミングに出力されることで、ユーザは不便を感じない。例えば、不便な脚がプッシュ－オフを行わなければならないタイミングに足首角度を増加させるための強い補助トルクが提供されなければならない。例えば、前記のタイミングは、直接的に不便な脚の歩行状態を決定することによって決定され得る。異なる例として、前記のタイミングは、正常な脚の歩行状態に基づいて間接的に不便な脚の歩行状態を決定することによって決定されることができる。
【0071】
【0072】
【0073】
図７に示されたモータドライバ回路１１２はＨブリッジ回路であり、複数のスイッチ７１０～７４０を含む。モータドライバ回路１１２は、モータ１１４に連結される。
【0074】
プロセッサ１４２の制御下で、第１スイッチ７１０と第４スイッチ７４０が閉じられ、第２スイッチ２２０と第３スイッチ２３０が開放される場合、バッテリ１５０を含む閉ループが形成されることから、バッテリ１５０からモータ１１４に電力が供給される。モータ１１４は第１方向に回転する。
【0075】
上記とは反対に、プロセッサ１４２の制御下で、第２スイッチ７２０と第３スイッチ７３０が閉じられ、第１スイッチ７１０と第４スイッチ７４０が開放される場合も、バッテリ１５０を含む閉ループが形成されることから、バッテリ１５０からモータ１１４に電力が供給される。但し、モータ１１４は、第１方向と反対方向にある第２方向に回転する。
【0076】
図８は、バッテリ１５０を含む閉ループが形成されるようにモータドライバ回路１１２が制御された場合を示し、バッテリ１５０は、モータ１１４に電力を供給する。モータ１１４は、電流の方向に対応するように回転する。プロセッサ１４２は、ウェアラブル装置１００の動作モードが補助モードとして動作する場合、バッテリ１５０を含む閉ループが形成されるようにモータドライバ回路１１２を制御することができる。
【0077】
図７及び図８を参照して説明されたバッテリ１５０の含まれている閉ループを形成するように、モータドライバ回路１１２を制御する方法とは相違に、図９及び図１０を参照して、バッテリ１５０を含まないモータドライバ回路１１２が制御される方法について説明する。図９及び図１０に示すモータドライバ回路１１２の制御方法は、ウェアラブル装置１００の動作モードが運動モードである場合に使用される。
【0078】
図９を参照すると、プロセッサ１４２は、第１スイッチ７１０と第２スイッチ７２０を開放することによりバッテリ１５０とモータ１１４との間の電気的な接続を遮断する。運動モードにおいて、第１スイッチ７１０と第２スイッチ７２０は開かれた状態を保持する。運動モードにおいて、モータ１１４に連結された第３スイッチ７３０及び第４スイッチ７４０を含む下段ドライバ回路のみが制御されることができる。
【0079】
プロセッサ１４２は、モータドライバ回路１１２の制御状態が第１制御状態と第２制御状態との間で変換するよう、第３スイッチ７３０に制御信号１を印加し、第４スイッチ７４０に制御信号２を印加する。制御信号１及び２は、Ｈｉｇｈ値とＬｏｗ値が繰り返されるＰＷＭの形態として、デューティ比（ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）を有する。デューティ比は連結比率を意味する。デューティ比は、一周期（ｐｅｒｉｏｄ）がＴであり、一周期内でＨｉｇｈ値が保持される時間がｔＨである場合、ｔＨ／Ｔである。プロセッサ１４２が別個の制御信号１及び２を出力する実施形態について説明したが、これは例示的な事項にすぎない。異なる一例として、プロセッサ１４２は、１つの制御信号を出力し、出力された制御信号は別途の回路により分岐されてもよく、分岐された各制御信号は、第３スイッチ７３０及び第４スイッチ７４０それぞれに印加されてもよい。
【0080】
制御信号１及び２がＨｉｇｈ値であるとき、モータ１１４の＋端子と－端子は互いに接続されて等電位状態である。言い換えれば、第１制御状態において、モータ１１４の＋端子と－端子は、互いに電気的に接続されて同じ電位（又は、電圧）を有する。
【0081】
第１制御状態において、モータ１１４は、バッテリ１５０と電気的な接続なしにグラウンドと閉ループを形成することができるため、第１制御状態は、バッテリ１５０と電気的な接続のないモータ１１４の閉ループ状態のように異なって表現される。
【0082】
第１制御状態において、ユーザが動く場合、ユーザの関節の動きに応じて該当関節の付近に位置しているモータ１１４が回転し、このような回転によってモータ１１４には起電力（又は、電位差）が発生する。第１制御状態において、モータ１１４の端子は等電位状態にあるため、モータ１１４には発生の起電力を減少させるための回転抵抗が発生する。このような回転抵抗がユーザに抵抗力として提供される。
【0083】
制御信号１及び２がＬｏｗ値である場合、モータ１１４の＋端子と－端子は電気的に開放される。第２制御状態において、モータ１１４に対する電気的な接続がないため、第２制御状態はモータ１１４の開ループ状態のように異なって表現される。
【0084】
第２制御状態において、ユーザが動く場合、ユーザの動きに応じてモータ１１４が回転することになる。第２制御状態において、モータ１１４の＋端子と－端子は電気的に開放されているため、モータ１１４には上述した起電力が発生せず、抵抗力が出力されない。言い換えれば、モータ１１４の逆駆動性は高まり、ギヤ比による摩擦力のみがユーザに抵抗力として感じられる。
【0085】
ＰＷＭ信号により制御信号１及び２は、Ｈｉｇｈ値とＬｏｗ値が繰り返されるため、モータドライバ回路１１２の制御状態は、第１制御状態と第２制御状態との間で繰り返しスイッチングされる。
【0086】
プロセッサ１４２は、制御信号１及び２それぞれのデューティ比を制御して抵抗力の大きさを調整することができる。制御信号１及び２の各周期において、Ｈｉｇｈ値が保持される時間が増加すれば（言い換えれば、ｌｏｗ値が保持される時間が減少）、制御信号１及び２の各周期において、モータ１１４は第２制御状態よりも第１制御状態として動作する比重が高まり、ユーザに出力される抵抗力の強度が増加する。反対に、制御信号１及び２の各周期において、Ｈｉｇｈ値が保持される時間が減少すれば（言い換えれば、ｌｏｗ値が保持される時間が増加）、制御信号１及び２の各周期において、モータ１１４は第１制御状態よりも第２制御状態として動作する比重が高まり、ユーザに出力される抵抗力の強度が減少する。
【0087】
ウェアラブル装置１００は、運動モードにおいてモータ１１４にバッテリ１５０の電力を供給せず抵抗力を出力することができるため、バッテリ１５０の電力を少量に消耗し、ウェアラブル装置１００の使用時間を向上させることができる。また、モータ１１４にバッテリ１５０の電力が供給されれば、モータ１１４は誤動作する場合があるが、運動モードでは、バッテリ１５０の電力がモータ１１４に供給されないことから、モータ１１４の誤動作の可能性が遮断され、ウェアラブル装置１００の安全性を向上させることができる。
【0088】
図１０は、バッテリ１５０を含まないようにモータドライバ回路１１２が制御された場合を示し、バッテリ１５０はモータ１１４と電気的に遮断される。モータ１１４は、モータドライバ回路１１２の連結状態に応じて外部の力によって起電力を発生させたり（連結状態が閉ループである場合）、起電力を発生させない（連結状態が開ループである場合）。
【0089】
図１１は、一実施形態に係る抵抗力を提供する方法のフローチャートである。
【0090】
一実施形態によれば、ステップ１１１０～１１８０は、上述したウェアラブル装置１００によって実行される。図１に示されたウェアラブル装置１００は、ユーザの下半身に着用されるものと説明するが、開示された内容に限定されない。例えば、ウェアラブル装置は、ユーザの上半身に着用されてもよい。異なる例として、ウェアラブル装置は、ユーザの全身に着用されてもよい。
【0091】
ステップ１１１０において、ウェアラブル装置１００は、ユーザからウェアラブル装置１００を制御する動作モードが受信又は入力される。動作モードは、運動モード及び補助モードを含み、受信された動作モードは、運動モード又は補助モードであってもよい。
【0092】
一実施形態によれば、ユーザは、ウェアラブル装置１００と無線ネットワークに接続されたユーザ端末を介して特定動作モードをウェアラブル装置１００に送信することができる。ウェアラブル装置１００は、通信モジュールを介して特定の動作モードを受信する。無線ネットワークは、セルラーネットワーク、ブルートゥースネットワーク、及びワイパイネットワークなどを含んでもよく、記載された実施形態に限定されることはない。
【0093】
他の一実施形態によれば、ユーザは、ウェアラブル装置１００の入力インターフェース１４６を介して動作モードを入力することができる。例えば、入力インターフェース１４６は、ユーザの入力を受信するための物理的ボタン及びタッチパネルに基づいて形成されるソフトウェアボタンなどを含んでもよく、ウェアラブル装置１００の状態などを出力するディスプレイ及びインジケータ（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を含んでもよい。インジケータは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であってもよいが、記載された実施形態に限定されない。
【0094】
ウェアラブル装置１００を制御できる複数の動的モードが、予めウェアラブル装置７００に搭載されてもよい。
【0095】
一実施形態によれば、ウェアラブル装置１００は、制御アルゴリズムを介してウェアラブル装置１００の動作を制御することができる。制御アルゴリズムは、ユーザからの入力、センサ部１２０、及びＩＭＵ１３０などの入力に対応する制御値を出力するアルゴリズムであり得る。例えば、制御アルゴリズムは、入力値に対する出力値を示す制御テーブルに基づいて動作してもよい。
【0096】
他の一実施形態によれば、ウェアラブル装置１００は、制御アルゴリズムよりも、各動作モードに対応する神経網に基づいてウェアラブル装置１００の動作を制御してもよい。神経網は、人工神経網（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよく、神経網は、機械学習を介して予め訓練されてもよい。神経網は、ＣＮＮ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＲＮＮ（Ｒｅｃｕｒｒｅｎｔ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＤＮＮ（Ｄｅｅｐ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）及びこれらの組み合わせあってもよいが、記載の実施形態に限定されることはない。
【0097】
神経網は、受信した入力に対する結果を出力することができる。例えば、補助モードに対して訓練された神経網は、関節の角度が入力された場合に角度に対応する歩行状態を決定し、関節に対する補助トルク値を算出することができる。異なる例として、運動モードに対して訓練された神経網は、関節の角度が入力された場合、角度に対応する歩行状態を決定し、関節に対する抵抗レベルを算出及び出力してもよい。算出される抵抗レベルは、ユーザが設定した運動レベルに応じて変わり得る。例えば、高い運動レベルが設定されるほど、高い抵抗レベルが算出される。
【0098】
ステップ１１２０において、ウェアラブル装置１００は、センサ１２１を用いてユーザの関節の角度を測定する。センサ１２１は角度センサであってもよく、股関節、膝関節、及び足首関節のうち少なくとも１つの角度を測定してもよい。複数の関節の角度が測定されてもよい。同時に測定された複数の関節の角度は、特定の時刻に対する関節角度セットを構成することができる。関節角度セットは、ユーザの歩行サイクルの程度を決定するために使用され得る。例えば、股関節の角度、膝関節角度、及び足首関節角度に基づいてユーザの脚姿勢が決定され得る。さらに、同じ関節角度の変化量に基づいて算出された各加速度が関節角度セットに含まれてもよい。
【0099】
股関節、膝関節、及び足首関節を例示したが、下肢の関節以外の関節（例えば、肩関節、ヒジ関節、及び手首関節）にも前記の説明が適用され得る。
【0100】
ステップ１１２０が、ステップ１１１０及びステップ１１３０の間で実行されるものと示したが、ステップ１１２０は、センサ１２１に電源が供給される間に常に実行されてもよい。センサ１２１は、予め設定された周期でデータ（例えば、関節角度）を生成することができる。即ち、関節角度の測定は、連続的かつ持続的に実行されることができる。
【0101】
ステップ１１３０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、動作モードが運動モードであるか、又は補助モードであるかを決定する。動作モードが運動モードである場合ユーザに抵抗力が提供され、動作モードが補助モードである場合ユーザに補助力が提供される。ユーザに抵抗力を提供するためにステップ１１４０～１１６０が実行され、ユーザに補助力を提供するためにステップ１１７０～１１８０が実行される。
【0102】
ステップ１１３０において、動作モードを判断するものと説明したが、異なる例として、ステップ１１３０は、動作モードが補助モードであるか否かを決定し、動作モードが補助モードでない場合、動作モードが運動モードであるか否かを決定してもよい。異なる例として、ステップ１１３０は、動作モードが運動モードであるか否かを決定し、動作モードが運動モードでない場合、動作モードが補助モードであるか否かを決定してもよい。
【0103】
一実施形態によれば、ユーザが歩行する場合、運動モードは全体の歩行状態で適用される得るが、選択的に特定した歩行状態でのみ適用され得る。例えば、ユーザの選択に応じて支持状態及びスイング状態のうちスイング状態でのみ運動モードが適用され得る。ユーザの現在の歩行状態を決定するために、ユーザの関節の角度が使用されてもよい。
【0104】
ステップ１１４０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、動作モードが運動モードである場合、測定された関節角度に基づいて関節に対する抵抗レベルを決定する。例えば、制御アルゴリズムを介して関節角度の入力に対する抵抗レベルが決定されてもよい。異なる例として、動作モードに基づいて決定された特定の神経網に関節角度を入力することにより抵抗レベルが出力されてもよい。
【0105】
抵抗レベルは、ユーザが感じる抵抗力の程度又は大きさであってもよい。例えば、ユーザが歩行動作（又は、走り動作）の全体に対して同じ抵抗力が提供されることを所望する場合、歩行動作の全体に対して同じ抵抗レベルが決定される。異なる例として、ユーザが歩行メカニズムの特定ステップ（例えば、スイング状態）に対してのみ抵抗力が相違に提供されることを所望する場合、関節角度（例えば、関節角度セット）に基づいてユーザの歩行サイクルの程度が決定され、決定された歩行サイクルの程度に対応する抵抗レベルが決定されてもよい。歩行サイクルの程度がリアルタイムに変化することで、決定される抵抗レベルもリアルタイムに変化される。
【0106】
一実施形態によれば、予め生成された抵抗力プロファイルは、全体の歩行サイクルに対する抵抗レベルの軌跡を示す。全体の歩行サイクルに対する抵抗力プロファイルに基づいて、現在の歩行サイクルの程度に対応する抵抗レベルが決定されることができる。
【0107】
抵抗力プロファイルは、ユーザによって修正されることができる。例えば、ユーザがウェアラブル装置１００の入力インターフェース１４６又はウェアラブル装置１００に連結されたユーザ端末を介して、抵抗力プロファイルの少なくとも一部区間に対する抵抗レベルを修正してもよい。即ち、ユーザは、自身が希望する運動方法を設定するために、抵抗力プロファイルの少なくとも一部区間に対する抵抗レベルを修正することができる。抵抗力プロファイルについては、以下の図１２を参照して詳細に説明する。
【0108】
各動作モードに対する神経網は、ウェアラブル装置１００の製造社によって予め訓練されてもよい（事前訓練（ｐｒｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ））。また、神経網は、ウェアラブル装置１００のユーザにより更に訓練されてもよい（精密調整（ｆｉｎｅ ｔｕｎｉｎｇ））。例えば、ユーザは、現在の神経網の出力に対するフィードバックをウェアラブル装置１００に入力してもよく、プロセッサ１４２は、フィードバックが反映されるように神経網を追加訓練してもよい。例えば、神経網の訓練のために、逆伝播又は強化学習などの方法が用いられてもよいが、記載された実施形態に限定されない。
【0109】
一実施形態によれば、ユーザの関節の位置及び角度に基づいて抵抗レベルが決定されることができる。例えば、ユーザの左脚に対するターゲット姿勢が予め設定されてもよく、ターゲット姿勢とユーザの現在の姿勢との間の差に基づいて抵抗レベルが決定されることができる。現在の姿勢がターゲット姿勢との差が大きい場合、抵抗レベルが低く決定され、ターゲット姿勢に類似するほど、抵抗レベルが大きく決定される。現在の姿勢がターゲット姿勢である場合、ユーザに最も大きい抵抗レベルが提供されることができる。
【0110】
例えば、太ももを一定の角度以上持ち上げる姿勢がターゲット姿勢として設定された場合、ユーザが太ももを持ち上げるほど抵抗レベルが大きくなり、ユーザは、ターゲット姿勢で最も強い抵抗力を感じる。
【0111】
抵抗レベルを決定するために、筋肉モデルを適用したダンピング制御技術を用いてもよい。ダンピング制御技術により決定される抵抗レベルが順次変化する場合、ユーザが感じる運動負荷の変化に対する拒否感が減少し得る。
【0112】
一般に知られている筋肉の生物学的モデル（医学工学で研究されたヒルタイプ（ｈｉｌｌ ｔｙｐｅ）筋肉モデル）によれば、筋肉に刺激信号を入力すると、入力された刺激信号が筋肉が生成する力に比例して増幅される現像が現れ（正のフィードバック）、刺激信号によって増幅される筋力（力）は、筋肉の長さ及び筋肉の収縮速度に応じて一定の関係式を有する。
【0113】
筋肉が最も多く収縮した場合及び筋肉が最も増加した場合は多い力を有することができず、筋肉が適切な長さである場合、筋肉が最も強い力を有することができる。筋肉の長さが変化する速度に応じて生成される力は、変化の速度が速いほど大きい。
【0114】
筋肉の長さに応じて筋肉が発揮する筋力の関係は、正規分布（ｎｏｒｍａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）の形態に示すことができる。筋肉伸長の速度に応じて筋肉が発揮する筋力の関係はｓｉｇｍｏｉｄ形態であってもよい。
【0115】
ユーザは、このような筋肉の伸長による身体動きの変化及び発揮される力の大きさになじんでいるため、身体動きの変化に対応して発揮される力の大きさに対応する抵抗レベルがユーザに提供される場合、ユーザは、その抵抗レベルによって提供される抵抗力（運動負荷）及び抵抗レベルの変化による抵抗力の変化もなじむように感じることになる。
【0116】
ウェアラブル装置１００は、ユーザの身体動きをユーザの関節の位置及び角度に基づいて算出することができる。ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、運動モードでユーザの関節の位置及び角度に基づいてユーザの身体動き及びこれによる力の大きさを算出し、算出された力の大きさに基づいて制御レベルを算出することができる。
【0117】
ステップ１１５０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、抵抗レベルに基づいてモータドライバ回路１１２を閉ループとして制御する時間と、モータドライバ回路１１２を開ループとして制御する時間との間の比率を決定する。モータドライバ回路１１２が閉ループとして制御される時間と、開ループとして制御される時間との間の比率は、連結比率のように命名することができる。例えば、抵抗レベルに対応するモータドライバ回路１１２の連結比率が決定されてもよい。モータドライバ回路１１２の連結比率は、バッテリ１５０からモータ１１４にエネルギーが提供されないように制御された状態で、モータドライバ回路１１２が閉ループ（即ち、第１制御状態）又は開ループ（即ち、第２制御状態）として制御される比率を意味する。例えば、閉ループ状態を基準にして回路連結比率が０．５であることは、予め設定された期間（ｐｅｒｉｏｄ）内で閉ループ状態が５０％であり、開ループ状態が５０％として制御されることを意味する。回路連結比率は、抵抗レベルが変化する場合に動的に調整されることができる。
【0118】
例えば、連結比率は、ＰＷＭを用いて実現されるが、記載された実施形態に限定されず、モータドライバ回路１１２の連結状態を調整できる様々な方法が適用され得る。連結比率を制御するためにＰＷＭが使用される場合、ステップ１１５０で決定された連結比率は、特定のデューティ比を有するＰＷＭに示されてもよい。特定のデューティ比を有するＰＷＭは、ＰＷＭによって所望する抵抗力をユーザに提供できるように予め設定されてもよい。特定のデューティ比を有するＰＷＭによってモータドライバ回路１１２が閉ループ（第１制御状態）又は開ループ（第２制御状態）に制御されてもよい。例えば、プロセッサ１４２は、ＰＷＭを用いてモータドライバ回路１１２内のスイッチの動作を制御することで、モータドライバ回路１１２を閉ループ又は開ループに制御することができる。
【0119】
モータドライバ回路１１２が閉ループである場合、モータ１１４は発電機として動作し、動的制動（ｄｙｎａｍｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ）によりモータ１１４の逆駆動性が低下する。逆駆動性が低くなるほど、ユーザが感じる抵抗力は増加する。一方、モータドライバ回路１１２が開ループである場合、モータ１１４の逆駆動性は高まり、ギヤ比による摩擦力のみがユーザに抵抗力として感じられる。
【0120】
モータドライバ回路１１２の開閉状態の比率を連結比率に基づいて調整することで、所望する逆駆動性を達成することができる。例えば、ユーザに提供される抵抗力はＰＷＭの均一で反復的な時間区間内でモータドライバ回路１１２が閉ループ又は開ループとして制御される比率により調整され、モータドライバ回路１１２が閉ループに制御される時間の比率が高いほど抵抗力が増加する。
【0121】
ステップ１１６０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、決定された連結比率に基づいてモータドライバ回路１１２を介してモータ１１４を制御する。モータドライバ回路１１２は、連結比率に基づいて制御される少なくとも１つのスイッチ（例えば、第１スイッチ～第４スイッチ）７１０～７４０を含んでもよく、スイッチによってモータドライバ回路１１２が閉ループ又は開ループとして制御される。ウェアラブル装置１００の動作モードが運動モードとして設定された場合、モータ１１４には、ウェアラブル装置１００のエネルギーが提供されない。例えば、ウェアラブル装置１００のバッテリ１５０に充填された電気エネルギーがモータ１１４に提供されない。電気エネルギーがモータ１１４に提供されなくてもモータドライバ回路１１２を開ループ又は閉ループとして制御することにより、モータ１１２の逆駆動性が制御され、制御された逆駆動性によって抵抗力が調整されることができる。
【0122】
ユーザが動かない場合、モータ１１２も発電機として動作しない。モータ１１２が発電機として動作しないことからユーザに抵抗力が発生しない。即ち、モータ１１２の逆駆動性に基づいて発生する抵抗力は、ユーザが動く場合にのみ発生する。
【0123】
モータ１１２が発電機として動作する場合、発電機によって生成されたエネルギーに基づいてウェアラブル装置１００のバッテリ１５０が充填されることができる。即ち、ウェアラブル装置１００が運動モードとして動作する間には、ウェアラブル装置１００のバッテリ１５０のエネルギーが極めて少量消耗され、むしろ、充填されることができる。ウェアラブル装置１００が運動モードとして動作する場合、外部からエネルギーが供給されなくてもウェアラブル装置１００が継続的に運用され得る。
【0124】
上述したステップ１１４０～１１６０は、ウェアラブル装置１００の動作モードが運動モードとして設定された場合について説明しており、以下のステップ１１７０及び１１８０は、動作モードが補助モードとして設定された場合について説明している。
【0125】
ステップ１１７０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、補助モードが受信又は入力された場合、測定された関節の角度に基づいて関節に対する補助トルク値を算出する。例えば、制御アルゴリズムを介して関節角度の入力に対する補助トルク値が決定されてもよい。異なる例として、動作モードに基づいて決定された神経網に関節角度を入力することで補助トルク値が出力されてもよい。
【0126】
一実施形態によれば、プロセッサ１４２は、関節の角度に基づいてユーザの歩行状態又は歩行サイクルの程度を決定し、決定された歩行状態又は歩行サイクルの程度に対応する補助トルク値を決定することができる。測定される関節の個数が多いほど、より正確な歩行状態又は歩行サイクルの程度を決定することができる。
【0127】
補助トルク値は、予め設定されたトルクプロファイルに基づいて決定される。補助トルク値を算出する方法については記載の実施形態に限定されない。
【0128】
ステップ１１８０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、補助トルク値に基づいてモータ１１４を制御することでユーザに補助力を提供する。ウェアラブル装置１００は、ウェアラブル装置１００のバッテリ１５０を用いて補助トルクが出力されるようにモータ１１４を駆動し、モータ１１４が出力した補助トルクによりユーザに補助力を提供できる。補助トルク値は、モータ１１４に印加される制御信号を意味し、補助トルクは、補助トルク値に基づいてモータ１１４によって出力される回転トルクを意味し、補助力は、補助トルクによりユーザが感じる力を意味する。
【0129】
図１１を参照して説明された一実施形態は、ウェアラブル装置１００がユーザに運動モード及び補助モードを共に提供できるものと説明したが、他の一実施形態によれば、ウェアラブル装置１００は、運動モードとしてのみ動作してもよい。ウェアラブル装置１００が運動モードとしてのみ動作する場合、上述したステップ１１１０、１１３０、１１７０及び１１８０が実行されなくてもよい。また、ウェアラブル装置１００は、モータ１１４に電力を供給するためのバッテリを含まなくてもよい。バッテリが含まれていない場合、ウェアラブル装置１００が軽量化される。
【0130】
図１２は、一例に係るユーザ端末に出力される抵抗力プロファイルを示す。
【0131】
一実施形態によれば、ウェアラブル装置１００は、ユーザ端末１２００と有線又は無線ネットワークを介して接続される。例えば、ウェアラブル装置１００は、ユーザ端末１２００にインストールされたアプリケーションを介してウェアラブル装置１００に関する情報を送受信することができる。ウェアラブル装置１００に関する情報は、ウェアラブル装置１００に対する設定値、ウェアラブル装置１００の動作状態、ウェアラブル装置１００の装置状態などを含む。ウェアラブル装置１００に対する設定値は、ユーザが設定した補助モード又は運動モードに対する詳細設定値を含んでもよい。ウェアラブル装置１００の動作状態は、ユーザの現在の歩行状態又は歩行サイクルの進行度を含んでもよい。ウェアラブル装置１００の装置状態は、バッテリ１５０の残余容量などを含んでもよい。
【0132】
ウェアラブル装置１００又はユーザ端末１２００には、運動モードに対する様々な抵抗力プロファイルが予め格納されることができる。例えば、抵抗力プロファイルのそれぞれは互いに異なる運動効果を示すように予め生成されてもよい。
【0133】
ユーザは、従来における抵抗力プロファイル１２１０の少なくとも一部区間１２２０を自身が希望する抵抗レベルに修正することにより、抵抗力プロファイル１２１０を個人化できる。例えば、一部区間１２２０はスイング状態に対応し、ユーザは、スイング状態で抵抗レベルが最小になるよう、一部区間１２２０の抵抗レベルを修正することができる。例えば、ユーザは、ユーザ端末１２００のタッチパネルを介して一部区間１２２０をタッチし、選択された一部区間１２２０の軌跡をドラッグすることで抵抗レベルを修正することができる。
【0134】
図１３は、他の一実施形態に係る抵抗力を提供する方法のフローチャートである。
【0135】
他の一実施形態によれば、以下のステップ１３１０～１３８０は、上述したウェアラブル装置１００によって実行される。
【0136】
ステップ１３１０において、ウェアラブル装置１００は、ユーザからウェアラブル装置１００を制御する動作モードを受信する。ステップ１３１０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１１１０に対する説明に代替される。
【0137】
ステップ１３２０において、ウェアラブル装置１００は、センサ１２１を用いてユーザの関節の角度を測定する。ステップ１３２０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１１２０に対する説明に代替される。ステップ１３２０は、ステップ１３３０と独立的かつ並列的に実行されてもよい。
【0138】
ステップ１３３０において、ウェアラブル装置１００は、動作モードが運動モードであるか、補助モードであるか否かを決定する。
【0139】
ウェアラブル装置１００が複数の神経網に基づいて動作する場合、ウェアラブル装置１００は、決定された動作モードに対応する神経網を決定する。決定された神経網に基づいて以後のステップを実行する。例えば、運動モードに対しては運動モード神経網が決定され、補助モードに対しては補助モード神経網が決定されてもよい。動作モードが運動モードである場合、ステップ１３４０～１３６０が実行され、動作モードが補助モードである場合、ステップ１３７０～１３８０が実行される。
【0140】
運動モード又は補助モードがそれぞれの神経網に基づいて動作できるものと記載しているが、記載の実施形態に限定されることはない。例えば、神経網でない制御アルゴリズムを介してウェアラブル装置１００の動作が制御されてもよい。
【0141】
＜運動モード＞
ステップ１３４０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、測定された関節角度に基づいて関節に対する抵抗レベルを決定する。ステップ１３４０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１３４０に対する説明に代替される。
ステップ１３４０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、測定された関節角度に基づいて関節に対する抵抗レベルを決定する。ステップ１３４０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１３４０に対する説明に代替される。
【0142】
ステップ１３５０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、抵抗レベルに対応するモータドライバ回路１１２の連結比率を決定する。ステップ１３５０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１３５０に対する説明に代替される。
【0143】
ステップ１３６０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、モータドライバ回路１１２の連結比率を介してモータ１１４を制御する。ステップ１３６０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１１６０に対する説明に代替される。
【0144】
＜補助モード＞
ステップ１３７０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、測定された関節の角度に基づいて関節に対する補助トルク値を算出する。ステップ１３７０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１１７０に対する説明に代替される。
ステップ１３７０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、測定された関節の角度に基づいて関節に対する補助トルク値を算出する。ステップ１３７０に対する説明は、図１１を参照して上述したステップ１１７０に対する説明に代替される。
【0145】
ステップ１３８０において、ウェアラブル装置１００のプロセッサ１４２は、補助トルク値に基づいてモータ１１４を制御することでユーザに補助力を提供する。ステップ１３８０に対する説明は、図８を参照して上述したステップ１１８０に対する説明に代替される。
【0146】
図１４は、一例に係る開ループであるモータドライバ回路を示す。
【0147】
一実施形態に係るモータドライバ回路１４００は、Ｈブリッジ回路であってもよい。スイッチ１４１０～１４４０の連結状態によりモータドライバ回路１４００の開閉状態が変わる。スイッチ１４１０～１４４０は、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及びＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに実現されるが、記載された実施形態に限定されることはない。
【0148】
モータドライバ回路１４００が開ループ状態である場合、モータ１１４の動的制動が最小になり、これにより、モータ１１４の逆駆動性が高まる。この場合、逆駆動性は、モータ１１４に連結されたギヤによって発生する摩擦力であり得る。
【0149】
【0150】
一実施形態によれば、バッテリ１５０及びモータ１１４を含むようにモータドライバ回路１４００の閉ループが形成される。
【0151】
例えば、モータドライバ回路１４００のスイッチ１４１０及び１４４０が開放された状態で、スイッチ１４２０及び１４３０が閉じられた場合、モータ１１４に提供される電流は、第１方向１５１０に流れる。
【0152】
異なる例として、モータドライバ回路１４００のスイッチ１４１０及び１４４０が閉じられた状態で、スイッチ１４２０及び１４３０が開放された場合、モータ１１４に提供される電流は、第２方向１６１０に流れてもよい。第２方向１６１０は、第１方向１５１０と反対方向である。電流の方向によりモータ１１４の軸の回転方向が変わり得る。
【0153】
前記の閉ループは、補助モードである場合に形成されてもよく、ユーザに提供される補助力の方向により電流の方向１５１０及び１６１０が決定されることができる。
【0154】
図１７は、一例に係る閉ループであるモータドライバ回路を示す。
【0155】
実施形態によると、バッテリ１５０のエネルギーを利用しないように制御された、モータ１１４が連結されているモータードライバ回路１４００は、閉ループを形成することができる、すなわち、図示されたモータドライバ回路１４００は、バッテリ１５０の電力を使用しない運動モードに対するモータドライバ回路１４００として、モータ１１４に連結されている閉ループ回路である。
【0156】
例えば、回路１４００のスイッチ１４１０及び１４３０が開放された状態であり、スイッチ１４２０及び１４４０が閉じられた場合、モータ１１４を含む閉ループが形成されてもよい。即ち、モータドライバ回路１４００の下段ドライバ回路によって閉ループが形成されてもよい。前記の閉ループは、運動モードである場合に形成されてもよく、モータ１１４の動的制動が発生する。モータ１１４を回転させるユーザは、動的制動により抵抗力を感じることになる。
【0157】
図１８は、一例に係る制動抵抗器を含む閉ループであるモータドライバ回路を示す。
【0158】
一実施形態に係るモータドライバ回路１８００は、バッテリ１５０及び、モータ１１４に連結されるスイッチ１８１０～１８４０、及び制動抵抗器（ｂｒａｋｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）１８５０を含む。図示された実施形態において、スイッチ１８２０及び１８４０が閉じられているため、モータ１１４を含む閉ループが形成される。閉ループが形成された状態では、ユーザが感じる抵抗力は最大となる。
【0159】
モータドライバ回路１８００に対する開ループ状態と閉ループ状態の比率が連結比率によって調整されることで、抵抗力の程度が調整され得る。抵抗力を最大にするためには閉ループ状態が維持され、抵抗力を最小限にするためには開ループ状態が引き続き維持されることができる。
【0160】
モータドライバ回路１８００が閉ループとして制御された状態で、モータ１１４はユーザによる外力に対して発電機として動作し、生成されたエネルギーは、制動抵抗器１８５０を介して熱に消耗されてもよい。異なる例として、図示されたモータドライバ回路１８００において、モータ１１４により生成されたエネルギーとしての電流は、ダイオードによってモータ１４４の回転軸の回転方向に関係なく、バッテリ１５０の＋端子から－端子の方向に流れる。そのため、生成されたエネルギーは、バッテリ１５０を充填することができる。
【0161】
図１９は、他の一例に係る抵抗を含む閉ループのモータドライバ回路を示す。
【0162】
【0163】
モータ１１４が含まれている閉ループ状態のモータドライバ回路１９００において、モータ１１４が外力によって回転すれば、発電機として動作して起電力が発生する。発生された起電力によって閉ループ内の電子素子が破損する恐れがある。閉ループに抵抗１９６２を加えると、閉ループ自体の内部抵抗値が大きくなるため、起電力によって生成される電流の大きさを低下させることができる。電流の大きさが低下されることにより、閉ループ内の電子素子が破損する恐れも低下される。
【0164】
図２０は、一例に係るＢＬＤＣモータを含む閉ループのモータドライバ回路を示す。
【0165】
図１４～図１９を参照したモータドライバ回路１４００，１８００，１９００はＤＣモータに接続されていたが、異なる例として、モータドライバ回路２０００はＢＬＤＣモータ２００５に接続されてもよい。ＢＬＤＣモータ２００５は、モータドライバ回路２０００内の３つの端子に接続されてもよい。一般に、ＢＬＤＣモータは、ＤＣモータに比べて体積対比生成するトルクが大きく、ＤＣモータに使用される電流整流のための機械的なブラシを使用しないため、ブラシと回転子巻線との間の摩擦が発生しない。そのため、ＢＬＤＣモータには、ブラシと回転子巻線との間の摩擦が発生しないことから、ＤＣモータに比べて耐久性が優秀である。
【0166】
例えば、モータドライバ回路２０００のスイッチ２０１０、２０３０及び２０５０が開放された状態であり、スイッチ２０２０、２０４０及び２０６０が閉じられた場合、ＢＬＤＣモータ２００５を含む閉ループが形成されてもよい。閉ループは、バッテリ１５０を除外するように形成されてもよい。
【0167】
スイッチ２０２０、２０４０及び２０６０にＰＷＭ信号が印加されることによって、回路２０００の閉ループ状態及び開ループ状態が制御される。抵抗レベルにより制御比率が変わり得る。
【0168】
スイッチ２０２０は、ＢＬＤＣモータ２００５の第１端子ｕの開閉を制御し、スイッチ２０４０は、ＢＬＤＣモータ２００５の第２端子ｖの開閉を制御し、スイッチ２０６０は、ＢＬＤＣモータ２００５の第３端子ｗの開閉を制御する。例えば、スイッチ２０２０、２０４０及び２０６０に同じＰＷＭ信号を印加する場合、ＢＬＤＣモータ２００５に対する整流シーケンス（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）に関係のない閉ループが形成されてもよい。
【0169】
ＢＬＤＣモータ２００５は３つの端子ｕ、ｖ、ｗに接続されているため、端子ｕ、ｖ、ｗ間の電気的な閉ループを構成するためには、回転子のホール（ＨＡＬＬ）センサ情報（モータ回転軸の角度）を判断し、整流シーケンスに合うようにスイッチ２０２０、２０４０、及び２０６０のうち２つのスイッチを選択的に接続することによって閉ループを構成してもよいが、運動モードにおいて、ＢＬＤＣモータ２００５の逆駆動性のみを制御するための目的としてＢＬＤＣモータ２００５を制御する場合、スイッチ２０２０、２０４０、及び２０６０を全て接続することによって整流シーケンスを考慮する必要のない閉ループを形成してもよい。閉ループを構成するために整流シーケンスを考慮する必要がないため、整流シーケンスの算出に必要な時間及びＢＬＤＣモータ２００５の誤動作に対する恐れが減少し得る。
【0170】
異なる例として、ＢＬＤＣモータ２００５の回転軸の角度に基づいて分類された状態に対する整流シーケンスに対応する閉ループが形成されるよう、スイッチ２０２０、２０４０及び２０６０それぞれにＰＷＭ信号が印加されてもよい。
【0171】
図２１は、一例に係るウェアラブル装置の駆動部の構成図である。
【0172】
一実施形態によれば、上述したウェアラブル装置１００の駆動部１１０は、モータ２１１０の他に、クラッチ２１２０及び複数のギヤ２１３０，２１４０を含む。複数のギヤ２１３０，２１４０は、ユーザの入力により、又は、決定された抵抗レベルにより相違に選択されてもよい。クラッチ２１２０は、モータ２１１０と複数のギヤ２１３０，２１４０のいずれか１つを選択的に連結することで、駆動力伝達を制御することができる。
【0173】
ウェアラブル装置１００の動作モードの目的に応じてギヤ比が相違に設定されることで、ユーザに提供される抵抗力の大きさが調整されることができる。
【0174】
図１Ａ～１Ｄを参照して示されたヒップタイプウェアラブル装置１００とは異なって、ウェアラブル装置は、図２２～図２４を参照して前述される全身タイプのウェアラブル装置１である。全身タイプのウェアラブル装置１は、ユーザの股関節、膝関節、及び足首関節に歩行補助トルクをそれぞれ提供する装置である。
【0175】
【0176】
【0177】
一実施形態によれば、全身タイプのウェアラブル装置１は、上述した駆動部１１０、センサ部１２０、ＩＭＵ１３０、制御部１４０、及びバッテリ１５０を含む。
【0178】
図２２～図２４に示すように、全身タイプのウェアラブル装置１は、ユーザの左脚及び右脚にそれぞれ着用されるように外骨格の構造を有する。ユーザは、ウェアラブル装置１を着用した状態で伸展（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）、屈曲（ｆｌｅｘｉｏｎ）、内転（ａｄｄｕｃｔｉｏｎ）、外転（ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）などの動作を行うことができる。伸展動作は関節を伸展する運動であり、屈曲動作は関節を屈曲する運動である。内転動作は、脚を体の中心軸に近づける運動である。外転動作は、体の中心軸から遠ざかる方向に脚を伸ばす運動である。
【0179】
【0180】
本体部１０は、ハウジング１１を含む。ハウジング１１には、各種の部品が内蔵されている。ハウジング１１に内蔵されている部品として、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、プリント回路基板、及び様々な種類の格納装置、及び電源が例げられる。本体部１０は、上述した制御部１４０を含む。制御部１４０は、ＣＰＵ及びプリント回路基板を含む。
【0181】
ＣＰＵは、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）であってもよい。マイクロプロセッサは、シリコンチップに算術論理演算器、レジスタ、プログラムカウンタ、命令デコーダ及び／又は制御回路などが設けられてもよい。ＣＰＵは、歩行環境に適切な制御モードを選択し、選択された制御モードに応じて機構部２０，３０，４０の動作を制御するための制御信号を生成する。
【0182】
プリント回路基板は、所定の回路が印刷されている基板であって、プリント回路基板には、ＣＰＵ又は／及び様々な格納装置が設けられてもよい。プリント回路基板は、ハウジング１１の内側面に固定されている。
【0183】
ハウジング１１に内蔵された格納装置は様々な種類を含んでもよい。格納装置は、磁気ディスクの表面を磁化させてデータを格納する磁気ディスク格納装置、様々な種類のメモリ半導体を用いてデータを格納する半導体記憶装置であってもよい。
【0184】
ハウジング１１に内蔵されている電源は、ハウジング１１に内蔵されている各種の部品又は機構部２０，３０，４０に動力を供給することができる。
【0185】
本体部１０は、ユーザの腰を支持するための腰支持部１２をさらに含む。腰支持部１２は、ユーザの腰を支持できるように湾曲した平面板の形状を有してもよい。
【0186】
本体部１０は、ユーザのヒップ部分にハウジング１１を固定するための固定部１１ａ、及びユーザの腰に腰支持部１２を固定するための固定部１２ａをさらに含む。固定部１１ａ，１２ａは、弾性力を備えるバンド、ベルト、ストラップ（ｓｔｒａｐ）のうちの１つに実現されることができる。
【0187】
本体部１０は、上述したＩＭＵ１３０を含む。例えば、ＩＭＵ１３０は、ハウジング１１の外部又は内部に設けられてもよい。ＩＭＵ１３０は、ハウジング１１の内部に備えられたプリント回路基板上に設けられてもよい。ＩＭＵ１３０は、加速度及び角速度を測定する。
【0188】
【0189】
第１構造部２０Ｒ，２０Ｌは、歩行動作において、ユーザの大腿部及び股関節の動きを補助する。第１構造部２０Ｒ，２０Ｌは、第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌ、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌ及び第１固定部２３Ｒ，２３Ｌを含む。
【0190】
【0191】
第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌは、第１構造部２０Ｒ，２０Ｌの股関節に位置してもよく、所定の方向に様々な大きさの回転力を生成し得る。第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌで発生した回転力は、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌに印加される。第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌは、人体の股関節の動作範囲内で回転するように設定される。
【0192】
第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌは、本体部１０で提供される制御信号により駆動されることができる。第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌは、モータ、真空ポンプ（ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ）及び水圧ポンプ（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｕｍｐ）のいずれか１つに実現されてもよいが、これに限定されることはない。
【0193】
第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌの周辺には、関節角度センサが設けられてもよい。関節角度センサは、第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌが回転軸を中心に回転した角度を検出し得る。上述したセンサ部１２０は関節角度センサを含む。
【0194】
第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌと物理的に連結される。第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌで発生した回転力により所定の方向に回転されることができる。
【0195】
第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、様々な形状に実現されてもよい。例えば、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、複数の節が互いに連結されている形状に実現されてもよい。ここで、節と節の間には関節が設けられ、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、この関節によって一定の範囲内で曲がることができる。異なる例として、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、棒状に実現されてもよい。ここで、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌは、一定の範囲内で曲がるように可撓性のある素材から実現されてもよい。
【0196】
第１固定部２３Ｒ，２３Ｌは、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌに設けられてもよい。第１固定部２３Ｒ，２３Ｌは、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌをユーザの大腿部に固定させる役割を果たす。
【0197】
図２２～図２４は、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌが第１固定部２３Ｒ，２３Ｌによってユーザの大腿部の外側に固定されている場合を示している。第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌが駆動するで第１支持部２２Ｒ，２２Ｌが回転されれば、第１支持部２２Ｒ，２２Ｌが固定されている大腿部も第１支持部２２Ｒ，２２Ｌの回転方向と同じ方向に回転する。
【0198】
第１固定部２３Ｒ，２３Ｌは、弾性力を備えるバンド、ベルト、ストラップのいずれか１つに実現されたり、金属素材に実現されてもよい。図１９は、第１固定部２３Ｒ，２３Ｌがチェーン（ｃｈａｉｎ）の場合を示している。
【0199】
第２構造部３０Ｒ，３０Ｌは、歩行動作において、ユーザの下腿部及び膝関節の動きを補助する。第２構造部３０Ｒ，３０Ｌは、第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌ、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌ及び第２固定部３３Ｒ，３３Ｌを含む。
【0200】
第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌは、第２構造部３０Ｒ，３０Ｌの膝関節に位置し、所定の方向に様々な大きさの回転力を生成することができる。第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌで発生した回転力は、第２支持部２２Ｒ，２２Ｌに印加される。第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌは、人体の膝関節の動作範囲内で回転するように設定されてもよい。
【0201】
【0202】
第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌは、本体部１０で提供される制御信号により駆動されることができる。第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌは、モータ、真空ポンプ、及び水圧ポンプのいずれか１つに実現されてもよいが、これに限定されることはない。
【0203】
第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌの周辺には、関節角度センサが設けられてもよい。関節角度センサは、第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌが回転軸を中心に回転した角度を検出することができる。上述したセンサ部１２０は関節角度センサを含む。
【0204】
第２支持部３２Ｒ，３２Ｌは、第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌと物理的に連結されている。第２支持部３２Ｒ，３２Ｌは、第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌで発生した回転力により所定の方向に回転されることができる。
【0205】
第２固定部３３Ｒ，３３Ｌは、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌに設けられる。第２固定部３３Ｒ，３３Ｌは、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌをユーザの下腿部に固定させる役割を果たす。図１１～図１３は、第２支持部３２Ｒ，３２Ｌが第２固定装置３３Ｒ，３３Ｌによってユーザの下腿部の外側に固定されている場合を示す。第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌが駆動することで第２支持部２２Ｒ，２２Ｌが回転されれば、第２支持部２２Ｒ，２２Ｌが固定された大腿部も第２支持部２２Ｒ，２２Ｌの回転方向と同じ方向に回転する。
【0206】
第２固定装置３３Ｒ，３３Ｌは、弾性力を備えるバンド、ベルト、ストラップのいずれか１つに実現されたり、金属素材に実現されてもよい。
【0207】
第３構造部４０Ｒ，４０Ｌは、歩行動作においてユーザの足首関節及び関連筋肉の動きを補助することができる。第３構造部４０Ｒ，４０Ｌは、第３駆動装置４１Ｒ，４１Ｌ、足支え部４２Ｒ，４２Ｌ及び第３固定装置４３Ｒ，４３Ｌを含む。
【0208】
上述した駆動部１１０は、第３駆動装置４１Ｒ，４１Ｌを含む。図１を参照して説明された股関節に関連する説明が、足首関節に関する説明と同様に適用され得る。
【0209】
第３駆動装置４１Ｒ，４１Ｌは、第３構造部４０Ｒ，４０Ｌの足首関節に設けられ、本体部１０から提供される制御信号により駆動され得る。第３駆動装置４１Ｒ，４１Ｌも第１駆動装置２１Ｒ，２１Ｌ又は第２駆動装置３１Ｒ，３１Ｌと同様にモータに実現されることができる。
【0210】
足支え部４２Ｒ，４２Ｌは、ユーザの足の裏に対応する位置に備えられ、第３駆動装置４１Ｒ，４１Ｌと物理的に連結されている。
【0211】
第３固定部４３Ｒ，４３Ｌは、足支え部４２Ｒ，４２Ｌに設けられる。第３固定部４３Ｒ，４３Ｌは、ユーザの足を足支え部４２Ｒ，４２Ｌに固定させる役割を果たす。
【0212】
本開示で説明されたユニット及び／又はモジュールは、ハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素を用いて実現され得る。例えば、ハードウェア構成要素は、マイク、増幅器、帯域通過フィルタ、オーディオデジタルコンバータ、及び処理装置を含む。処理装置は、算術、論理、及び入出力演算を行うことで、プログラムコードを実行及び／又は実行するように構成された１つ以上のハードウェア装置を用いて実現できる。処理装置は、プロセッサ、コントローラ、及び算術論理装置、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、フィールドプログラム可能アレイ、プログラム可能論理装置、マイクロプロセッサー又は定義された方式で命令に応答して命令を実行できるその他の装置を含む。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びＯＳで実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。処理装置は、また、ソフトウェア実行に応答してデータに連結、格納、操作、処理、及び生成することができる。単純化のために、処理装置に対する説明は単数に使用されてもよい。しかし、当業者は、処理装置が多重処理要素及び処理要素の多重形式を含み得ることを理解できるのであろう。例えば、処理装置は、多重プロセッサ又はプロセッサとコントローラを含んでもよい。また、並列プロセッサのような様々な処理構成が可能である。
【0213】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はそのうちの一つ以上の組合せを含み、希望する通りに動作するよう処理装置を構成したり、独立的又は結合的に処理装置を命令することができる。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈されたり処理装置に命令又はデータを提供するために、いずれかの類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、又は送信される信号波に永久的又は一時的に具体化することができる。ソフトウェアはネットワークに連結されたコンピュータシステム上に分散され、分散した方法で格納されたり実行され得る。ソフトウェア及びデータは、一つ以上のコンピュータで読出し可能な記録媒体に格納され得る。
【0214】
本実施形態による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例として、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気－光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。上記で説明したハードウェア装置は、本発明に示す動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
【0215】
複数の例示的な実施形態が上記で説明したが、それにも関わらず例示的な実施形態に対して様々な技術的な修正及び変形が行われることが理解されなければならない。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順で実行され、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組み合わせられてもよく、他の構成要素又は均等物によって置き換え又は置換されたとしても適切な結果を達成することができる。したがって、他の実現は下記の特許請求の範囲内にある。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【国際調査報告】