▶ サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッドの特許一覧
(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】2023-06-15
(54)【発明の名称】ウェアラブル装置及びウェアラブル装置の動作方法
(51)【国際特許分類】
A63B 21/005 20060101AFI20230608BHJP
【ＦＩ】
A63B21/005
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022563347
(86)(22)【出願日】2021-03-08
(85)【翻訳文提出日】2022-10-19
(86)【国際出願番号】 KR2021002808
(87)【国際公開番号】W WO2021230478
(87)【国際公開日】2021-11-18
(31)【優先権主張番号】63/024,023
(32)【優先日】2020-05-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】10-2020-0113357
(32)【優先日】2020-09-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(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】ノ，チャンヒョン
(57)【要約】
ウェアラブル装置はモータ、モータドライバ回路、モータに接続され、ユーザの体に着用されて前記体を支持するフレーム、モータドライバ回路の電気的な接続関係を制御するための制御信号を生成するプロセッサ、及びユーザの体の動きを検出するセンサを含む。プロセッサは、検出された体の動き速度に基づいてモータドライバ回路の電気的な接続が閉ループである第１制御状態とモータドライバ回路の電気的な接続が開ループである第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで、前記フレームを介して体の動き速度に応じて運動負荷を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザの体に着用されて運動負荷をユーザに提供するウェアラブル装置であって、前記体を支持するために前記ユーザの体に着用されるフレームと、
前記フレームに結合（ａｔｔａｃｈ）されたモータと、
前記モータに接続されたモータドライバ回路と、
前記ユーザの体の動きを検出するセンサと、
前記体の動き速度に基づいて、第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで、前記体の動き速度に応じて前記フレームを介して前記運動負荷を提供するように前記モータドライバ回路の電気的な接続関係を制御する制御信号を生成するプロセッサと、
を含み、
前記第１制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）の状態であり、前記第２制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）の状態である、ウェアラブル装置。
【請求項2】
前記プロセッサは、前記時間当り変換比率に基づいて前記第１制御状態と前記第２制御状態との間の転換を周期的に交互に反復させる、請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項3】
前記プロセッサは、前記体の動きに基づいて前記体の動き速度を決定し、
前記体の動き速度が第１速度から第２速度に変更される場合、前記時間当り変換比率を前記第２速度に対応するように調整することで、前記体の動き速度に基づいて前記第１制御状態が保持される時間と前記第２制御状態が保持される時間との間の前記時間当り変換比率を調整する、請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項4】
前記プロセッサは、前記第２速度が前記第１速度よりも大きい場合、前記第１制御状態が保持される時間を減らし、前記第２制御状態が保持される時間は増やし、
前記第２速度が前記第１速度よりも小さい場合、前記第１制御状態が保持される時間を増やし、前記第２制御状態が保持される時間は減らすことで前記時間当り変換比率を調整する、請求項３に記載のウェアラブル装置。
【請求項5】
前記プロセッサは、ユーザから目標運動負荷の入力を受信し、
前記目標運動負荷及び前記体の動き速度に基づいて前記時間当り変換比率を調整する、請求項３に記載のウェアラブル装置。
【請求項6】
前記プロセッサは、バッテリの電力を用いて前記モータを駆動させることなく、前記第１制御状態で前記閉ループを形成することによって前記運動負荷を発生させる、請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項7】
前記プロセッサは、バッテリの電力を前記モータに供給して前記モータが前記体の動きを妨害する方向にトルクを発生させるように制御し、前記第１制御状態と前記第２制御状態との間の変換を制御することによって前記運動負荷を発生させる、請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項8】
前記モータドライバ回路は、前記制御信号に基づいて前記モータドライバ回路の電気的な接続を制御するための複数のスイッチを含む、請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項9】
前記ウェアラブル装置は、前記ユーザの下半身に着用され、前記ユーザの下半身の動きに抵抗力を提供する、請求項１に記載のウェアラブル装置。
【請求項10】
ユーザの体に着用されて運動負荷をユーザに提供し、前記ユーザの前記体に着用されるフレーム及び前記フレームに結合されたモータを含むウェアラブル装置の動作方法であって、センサを用いて前記ユーザの体の動きを検出するステップと、
制御信号に基づいて第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで、前記体の動き速度に応じて前記フレームを介して前記運動負荷を提供するように前記体の動き速度に基づいて前記ウェアラブル装置のモータドライバ回路の電気的な接続関係を制御する前記制御信号を生成するステップと、
を含み、
前記第１制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が閉ループの状態であり、前記第２制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が開ループの状態である、動作方法。
【請求項11】
前記制御信号を生成するステップは、前記第１制御状態と前記第２制御状態との間の転換を周期的に交互に反復させる前記制御信号を生成する、請求項１０に記載の動作方法。
【請求項12】
前記制御信号を生成するステップは、前記体の動きに基づいて前記体の動き速度を決定するステップと、
前記体の動き速度が第１速度から第２速度に変更される場合、前記時間当り変換比率を前記第２速度に対応するように調整することで、前記体の動き速度に基づいて前記第１制御状態が保持される時間と前記第２制御状態が保持される時間との間の前記時間当り変換比率を調整する制御信号を生成するステップと、
を含む請求項１０に記載の動作方法。
【請求項13】
前記制御信号を生成するステップは、前記第２速度が前記第１速度よりも大きい場合、前記第１制御状態が保持される時間を減らし、前記第２制御状態が保持される時間を増やすことで、前記時間当り変換比率を調整する前記制御信号を生成するステップを含む、請求項１２に記載の動作方法。
【請求項14】
前記制御信号を生成するステップは、前記第２速度が前記第１速度が小さい場合、前記第１制御状態が保持される時間を増やし、前記第２制御状態が保持される時間を減らすことで、前記時間当り変換比率を調整する前記制御信号を生成するステップを含む、請求項１２に記載の動作方法。
【請求項15】
プロセッサにより実行されるとき、プロセッサが請求項１０に記載の方法を実行させるンストラクションを格納する非一時的なコンピュータで読出し可能な格納媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
少なくとも１つの実施形態は、ユーザの体に着用されて運動機能を提供できるウェアラブル装置及び／又はそのウェアラブル装置の動作方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、歩行補助装置（ｗａｌｋｉｎｇ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅ）は、各種の疾患や事故などによって自ら歩くことのできない患者がリハビリ治療のための歩行運動を可能に補助する機構又は装置のことを指す。最近、高齢化社会が深刻化することにより、脚関節の問題によって正常な歩行が困難であったり、歩行に対して不便を訴える人々が増加し、歩行補助装置に対する関心も高まっている。歩行補助装置は、ユーザの体に装着され、ユーザが歩行するために要求される（又は、代替的に必要な）筋力を補助し、ユーザが正常な歩行パターンに歩行できるようにユーザの歩行を誘導する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
一部の実施形態は、ユーザの体に着用された状態でユーザに運動負荷（ｅｘｅｒｃｉｓｅ ｌｏａｄ）を提供するウェアラブルデバイスに関する。
【0004】
一部の実施形態において、ウェアラブル装置は、前記体を支持するために前記ユーザの体に着用されるフレームと、前記フレームに結合（ａｔｔａｃｈ）されたモータと、前記モータに接続されたモータドライバ回路と、前記ユーザの体の動きを検出するセンサと、前記体の動き速度に基づいて、第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで、前記体の動き速度に応じて前記フレームを介して前記運動負荷を提供するように前記モータドライバ回路の電気的な接続関係を制御する制御信号を生成するプロセッサとを含み、前記第１制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）の状態であり、前記第２制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）の状態である。
【0005】
一部の実施形態において、前記プロセッサは、前記時間当り変換比率に基づいて前記第１制御状態と前記第２制御状態との間の転換を周期的に交互に反復させる。
【0006】
一部の実施形態において、前記プロセッサは、前記体の動きに基づいて前記体の動き速度を決定し、前記体の動き速度が第１速度から第２速度に変更される場合、前記時間当り変換比率を前記第２速度に対応するように調整することで、前記体の動き速度に基づいて前記第１制御状態が保持される時間と前記第２制御状態が保持される時間との間の前記時間当り変換比率を調整する。
【0007】
一部の実施形態において、前記プロセッサは、前記第２速度が前記第１速度よりも大きい場合、前記第１制御状態が保持される時間を減らし、前記第２制御状態が保持される時間は増やす。
【0008】
一部の実施形態において、前記第２速度が前記第１速度よりも小さい場合、前記第１制御状態が保持される時間を増やし、前記第２制御状態が保持される時間は減らす。
【0009】
一部の実施形態において、前記プロセッサは、目標運動負荷及び前記体の動き速度に基づいて前記時間当たり変換比率を調整する。
【0010】
一部の実施形態において、前記プロセッサは、ユーザから目標運動負荷の入力を受信する。
【0011】
一部の実施形態において、前記プロセッサは、バッテリの電力を用いて前記モータを駆動させることなく、前記第１制御状態で前記閉ループを形成することによって前記運動負荷を発生させる。
【0012】
一部の実施形態において、前記プロセッサは、バッテリの電力を前記モータに供給して前記モータが前記体の動きを妨害する方向にトルクを発生させるように制御し、前記第１制御状態と前記第２制御状態との間の変換を制御することによって前記運動負荷を発生させる。
【0013】
一部の実施形態において、前記モータドライバ回路は、前記制御信号に基づいて前記モータドライバ回路の電気的な接続を制御するための複数のスイッチを含む。
【0014】
一部の実施形態において、前記ウェアラブル装置は、前記ユーザの下半身に着用され、前記ユーザの下半身の動きに抵抗力を提供する。
【0015】
他の実施形態は、ユーザの体に着用されて運動負荷をユーザに提供し、前記ユーザの前記体に着用されるフレーム及び前記フレームに結合されたモータを含むウェアラブル装置の動作方法に関する。
【0016】
一部の実施形態において、前記動作方法は、センサを用いて前記ユーザの体の動きを検出するステップと、制御信号に基づいて第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで、前記体の動き速度に応じて前記フレームを介して前記運動負荷を提供するように前記体の動き速度に基づいて前記ウェアラブル装置のモータドライバ回路の電気的な接続関係を制御する前記制御信号を生成するステップとを含み、前記第１制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が閉ループの状態であり、前記第２制御状態は、前記モータドライバ回路の電気的な接続が開ループの状態である。
【0017】
一部の実施形態において、前記制御信号を生成するステップは、前記第１制御状態と前記第２制御状態との間の転換を周期的に交互に反復させる前記制御信号を生成する。
【0018】
一部の実施形態において、前記制御信号を生成するステップは、前記体の動きに基づいて前記体の動き速度を決定するステップと、前記体の動き速度が第１速度から第２速度に変更される場合、前記時間当り変換比率を前記第２速度に対応するように調整することで、前記体の動き速度に基づいて前記第１制御状態が保持される時間と前記第２制御状態が保持される時間との間の前記時間当り変換比率を調整する制御信号を生成するステップとを含む。
【0019】
一部の実施形態において、前記制御信号を生成するステップは、前記体の動き速度が第１速度から第２速度に変更される場合、前記時間当り変換比率を前記第２速度に対応するように調整する制御信号を生成するステップを含む。
【0020】
一部の実施形態において、前記制御信号を生成するステップは、前記第２速度が前記第１速度よりも大きい場合、前記第１制御状態が保持される時間を減らし、前記第２制御状態が保持される時間は増やすことで、前記時間当り変換比率を調整する前記制御信号を生成するステップを含む。
【0021】
一部の実施形態において、前記制御信号を生成するステップは、前記第２速度が前記第１速度が小さい場合、前記第１制御状態が保持される時間を増やし、前記第２制御状態が保持される時間を減らすことで前記時間当り変換比率を調整する前記制御信号を生成するステップを含む。
【0022】
一部の実施形態は、プロセッサによって実行されるときユーザに着用された状態で運動負荷を提供するウェアラブル装置の動作方法を行うようにする命令を格納する非一時的コンピュータで読み出し可能な格納媒体に関する。
【0023】
実施形態の追加的な側面は、以下の詳細な説明で部分的に説明され、部分的には詳細な説明から明白なものであり、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】
【0024】
これら及び／又は他の側面は、添付の図面と次の実施形態から明確になり、より容易に理解されるのであろう。
【図1】一実施形態に係るユーザに着用されたウェアラブル装置を示す図である。
【図2】一実施形態に係るウェアラブル装置の外部構造を説明するための図である。
【図3】一実施形態に係るウェアラブル装置の構成を示す図である。
【図4】一実施形態に係るモータドライバ回路の動作を説明するための図である。
【図5】一実施形態に係るプロセッサの制御動作をより詳細に説明するための図である。
【図6A】一実施形態に係るユーザの脚の動きによるプロセッサの制御動作を説明するための図である。
【図6B】一実施形態に係るユーザの脚の動きによるプロセッサの制御動作を説明するための図である。
【図6C】一実施形態に係るユーザの脚の動きによるプロセッサの制御動作を説明するための図である。
【図7】一実施形態に係る脚の動き速度変化によるウェアラブル装置の制御動作の変化を説明するための図である。
【図8】一実施形態に係る脚の動き速度変化によるウェアラブル装置の制御動作の変化を説明するための図である。
【図9】一実施形態に係るウェアラブル装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0025】
実施形態に対する特定な構造的又は機能的な説明は単なる例示のための目的として開示されたものであって、様々な形態に変更されることができる。したがって、実施形態は特定な開示形態に限定されるものではなく、本明細書の範囲は技術的な思想に含まれる変更、均等物ないし代替物を含む。
【0026】
第１又は第２などの用語を様々な構成要素を説明するために用いることがあるが、このような用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ解釈されなければならない。例えば、第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に、第２構成要素は第１構成要素にも命名することができる。いずれかの構成要素が他の構成要素に「連結」されていると言及されたときには、その他の構成要素に直接的に連結されているか又は接続されているが、中間に他の構成要素が存在し得るものと理解されなければならない。
【0027】
単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもた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、明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
【0028】
異なるように定義さがれない限り、技術的又は科学的な用語を含んで、ここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で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。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈されなければならず、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
【0029】
以下、添付する図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に関わらず同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。
【0030】
図１は、一実施形態に係るユーザに着用されたウェアラブル装置を示す図である。
【0031】
図１を参照すると、ウェアラブル装置１１０は、ユーザ１００の体に着用され、ユーザ１００の運動を補助する装置である。ウェアラブル装置１１０は、ユーザ１００の下半身（脚、足首、膝など）、上半身（胴体、腕、手首など）又は腰に着用し、ユーザ１００の体の動きに抵抗力を提供してユーザ１００の運動効果をより強化させ得る。抵抗力は、ユーザ１００の動きを妨害したりユーザ１００の動きに抵抗を与えるための力として、ユーザ１００が動いているとき、ユーザ１００の動き方向と反対方向に作用する力を示す。以下の説明において、抵抗力は「運動負荷」のように称してもよい。一実施形態において、ウェアラブル装置１１０は、脚に着用された状態でユーザ１００の体に運動負荷を提供し、ユーザ１００の運動効果をより強化することができる。ユーザ１００は、運動のためにウェアラブル装置１１０を着用した状態で歩行動作を取り、この場合にウェアラブル装置１１０は、ユーザ１００の歩行動作において、ユーザ１００の脚に運動負荷を加えることができる。以下、下半身（脚）に着用されるウェアラブル装置１１０を例にして説明するが、上述したように、ウェアラブル装置１１０は、下半身の他の体部位にも着用されてもよく、着用される体部位に応じて形態及び構成が変わり得る。以下の説明で「脚」は他の体部位に置換して説明されてもよい。
【0032】
実施形態により、ウェアラブル装置１１０は、上記で説明した運動を補助する機能以外に、ユーザ１１０の歩行を補助する機能を行ってもよい。例えば、ウェアラブル装置１１０は、ユーザ１００の脚の一部又は全体を補助してユーザ１００の歩行を補助することができる。ウェアラブル装置１１０は、ユーザ１００の歩行に必要な力を補助することで独立的な歩行を可能にしたり、又は、長時間の歩行を可能にすることで、ユーザ１００の歩行能力を拡張させ得る。ユーザ１００の歩行を補助するために提供される力は、ユーザ１００の動きを妨害するために提供される抵抗力と反対方向であってもよい。又は、ウェアラブル装置１１０は、歩行習慣や歩行姿勢が正常でない歩行者の歩行を改善させることができる。
【0033】
図２は、一実施形態に係るウェアラブル装置の外部構造を説明するための図である。
【0034】
図２を参照すると、ウェアラブル装置１１０は、ウェアラブル装置１１０がユーザ１００の体に着用されたとき、ウェアラブル装置１１０をユーザ１００の体に固定させて体を支持するためのフレームを含む。このようなフレームは、例えば、ウェアラブル装置１１０をユーザ１００の腰に固定させるための腰着用フレームと、ユーザ１００の脚に着用されてウェアラブル装置１１０の一部をユーザ１００の脚に固定させるための脚着用フレームを含む。ウェアラブル装置１１０の実現形態により、フレームの形態や構成は、その実現形態に適するように変形されてもよい。
【0035】
一実施形態では、ウェアラブル装置１１０の動作を制御するためのプロセッサ及びメモリなどが配置されているメイン回路（又は、代替的にコントローラ）２３０は、ユーザ１００の腰後方に配置されてもよい。ユーザ１００の左側／右側股関節２２０Ｌ，２２０Ｒの付近には、各プロセッサによって制御されるモータ及びユーザ１００の体の動きを検出できるセンサが配置されてもよい。
【0036】
左側／右側股関節２２０Ｌ，２２０Ｒの付近に配置されている各モータに電力が供給されてモータが動作する場合、モータから出力される力は、左側／右側伝達部２４０Ｌ，２４０Ｒを介して各脚着用フレームに伝えられ、脚着用フレームに伝達された力は、ユーザの脚に加えられる。ユーザが左脚を動かす場合、左脚に着用されている脚着用フレームが共に動き、脚着用フレームの動きは、左側伝達部２４０Ｌを介して左側股関節２２０Ｌの付近に配置されたセンサにより検出される。例えば、左側股関節２２０Ｌの付近にはエンコーダが配置され、エンコーダが左脚の動きに対応する左側伝達部２４０Ｌの動きの回転位置又は回転速度を測定し得る。ユーザが右脚を動かす場合、右脚に着用されている脚着用フレームが共に動き、脚着用フレームの動きは、右側伝達部２４０Ｒを介して右側股関節２２０Ｒの付近に配置されたエンコーダのようなセンサにより検出される。該当エンコーダは、右脚の動きに対応する右側伝達部２４０Ｒの動きの回転位置又は回転速度を測定し得る。
【0037】
ウェアラブル装置１１０が運動モードとして動作する場合、ウェアラブル装置１１０は、ウェアラブル装置１１０に含まれているモータに電力を供給して駆動することなく、モータドライバ回路の電気的な接続を制御することによって目標とする運動負荷を発生させることができる。この場合、ユーザ１００の体の動きの反対方向に作用する運動負荷が、ウェアラブル装置１１０のモータから発生し、それぞれの左側／右側伝達部２２０Ｌ，２２０Ｒを経て脚着用フレームを介してユーザ１００の体に伝達される。一方、ウェアラブル装置１１０は、ユーザ１００の体の動き速度に適応的にモータドライバ回路の電気的な接続を制御することで、ユーザ１００の体の動き速度が変わっても目標とする運動負荷を安定的に発生させ得る。以下、図面を参照してウェアラブル装置１１０の構成及び動作についてより詳しく説明する。
【0038】
図３は、一実施形態に係るウェアラブル装置の構成を示す図である。
【0039】
図３を参照すると、ウェアラブルデバイス３００は、ウェアラブルデバイス１００に含まれた電子素子のブロック図であってもよい。ウェアラブル装置３００は、モータ３１０に電力を供給して駆動しなくても、モータドライバ回路３２０のスイッチ接続を繰り返し制御することで運動負荷を発生させ得る。このような制御を介してウェアラブル装置３００に電力を供給するバッテリの電力をモータ３１０に供給しなくても運動負荷を発生させることができる。したがって、相対的にバッテリの電力消耗が少なく発生し、ウェアラブル装置３００の運用時間（ｒｕｎｔｉｍｅ）を増やし得る。また、モータ３１０に電力を供給してモータ３１０を直接駆動させるものではないため、相対的に運動負荷のためにモータ３１０を駆動する場合よりも少ない騒音が発生する。また、ウェアラブル装置３００は、ユーザの動きを監視し、ユーザの動きに応じて適応的にモータドライバ回路３２０のスイッチ接続を制御することで、目的とする一定の大きさ（又は、強度）の運動負荷をユーザに提供することができる。以下では、ウェアラブル装置３００の構成に基づいてウェアラブル装置３００の動作をより詳しく説明する。
【0040】
ウェアラブル装置３００は、モータ３１０、モータドライバ回路３２０、センサ３３０、プロセッサ３４０及びメモリ３５０を含む。また、図４に示すように、ウェアラブルデバイス３００は、バッテリ４５０をさらに含んでもよい。
【0041】
一部の実施形態において、バッテリ４５０は、リチウムイオン電池、例えば、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）バッテリのような再充電可能なバッテリであってもよく、ウェアラブルデバイス３００は、電力を生成及び／又は節約するためにウェアラブルデバイス３００を知能的に制御するようユーザにバッテリ残量を表示するバッテリ管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ＢＭＳ）を含んでもよい。
【0042】
モータ３１０は、モータ３１０に電力が供給されて駆動するときユーザの脚の動きを補助する力、又は脚の動きを妨害する力を提供する。一実施形態において、モータ３１０は、少なくとも２つのモータを含んでもよく、それぞれのモータは、ユーザがウェアラブル装置３００を着用したときユーザの両側股関節の各付近に配置されてもよい。この場合、右側股関節の付近に位置しているモータは、右脚の動きを補助したり妨害する力を提供し、左側股関節の付近に位置するモータは、左脚の動きを補助したり妨害する力を提供する。
【0043】
一部の実施形態において、プロセッサ３４０は、バッテリ残量に基づいてユーザの脚の動きを補助する力及び／又は脚の動きを妨害する力を提供するために、電力を駆動するか否かを決定することができる。例えば、プロセッサ３４０は、バッテリ残量が閾値未満である場合、ユーザの脚の動きを妨害する追加的な力を提供することなく、バッテリ電力を節約しようと試みる。
【0044】
ウェアラブル装置３００は、ユーザの歩行を補助するモードである歩行補助モード又はユーザの運動効果を増大させるためにユーザの脚の動きを妨害する運動モードとして動作してもよい。歩行補助モードにおいて、モータ３１０は、ユーザの歩行を補助するための補助力を出力し得る。運動モードにおいて、モータ３１０は、上述したように、モータ３１０に電力が供給されていない状態でモータドライバ回路３２０のスイッチ接続制御を介して運動負荷を発生させてもよい。又は、モータ３１０は、モータドライバ回路３２０のスイッチ接続制御だけでなく、モータ３１０に供給された電力に基づいてユーザの脚の動きを妨害する人為的な力を生成してもよい。例えば、モータドライバ回路３２０のスイッチ接続制御だけでは、目標とする運動負荷に該当する運動負荷を発生させることが難しい場合、モータ３１０を追加的に駆動し、ユーザの体の動きを妨害する力を生成することができる。
【0045】
モータドライバ回路３２０は、プロセッサ３４０の制御下でモータ３１０の動作を制御する回路として、モータ３１０に供給される電流の経路やモータ３１０の周辺の電気的な接続関係を制御する回路である。モータドライバ回路３２０は、プロセッサ３４０から伝達される制御信号に基づいてモータ３１０を駆動させたり、モータ３１０の駆動を停止させる。一実施形態において、モータドライバ回路３２０は、モータ３１０の周辺の電気的な接続を制御するための複数のスイッチを含んでもよく、モータドライバ回路３２０のスイッチは、プロセッサ３４０から伝達される制御信号に基づいて制御されてもよい。実施形態により、モータドライバ回路３２０は、該当スイッチを制御するための別途の内部プロセッサを含んでもよく、この場合、該当の内部プロセッサは、プロセッサ３４０から制御信号を受信し、受信した制御信号に基づいてスイッチを制御することができる。
【0046】
一実施形態において、モータドライバ回路３２０は、モータ３１０周辺の電気的な接続関係を制御するためのＨブリッジ回路などのような制御回路を含んでもよい。Ｈブリッジ回路は、モータ３１０のような負荷（ｌｏａｄ）に適用される電圧の極性を転換できる回路である。Ｈブリッジ回路の一例が図４に示されている。
【0047】
図４は、一実施形態に係るモータドライバ回路の動作を示す。
【0048】
図４を参照すると、Ｈブリッジ回路は複数のスイッチ４１０，４２０，４３０，４４０を介してモータ３１０周辺の電気的な接続を制御する。スイッチ４１０，４２０，４３０，４４０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのような半導体素子に実現してもよい。プロセッサ３４０の制御下で第１スイッチ４１０と第４スイッチ４４０がターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）（又は、短絡（ｓｈｏｒｔ））状態になり、第２スイッチ４２０と第３スイッチ４３０がターンオフ（ｔｕｒｎ ｏｆｆ）（又は、開放（ｏｐｅｎ））状態になると、バッテリ４５０にモータ３１０に電力が供給される。又は、プロセッサ３４０の制御下で第２スイッチ４２０と第３スイッチ４３０がターンオン状態になり、第１スイッチ４１０と第４スイッチ４４０がターンオフ状態になると、バッテリ４５０からモータ３１０に電力が供給される。第３スイッチ４３０と第４スイッチ４４０の全てがターンオフ状態になると、バッテリ４５０からモータ３１０に電力が供給されない。
【0049】
再び図３を参照すると、センサ３３０は、ユーザの体の動きとして脚の動きを検出し、検出した脚の動きに関する情報をプロセッサ３４０に伝達することができる。センサ３３０は、ユーザの股関節角度、脚の動き速度や加速度、脚の動き方向などを検出するための１つ以上のセンサ、例えば、エンコーダ、加速度センサ、慣性センサ、ジャイロセンサなどを含んでもよい。センサ３３０がエンコーダを含む場合、エンコーダは、ユーザの脚の動きによるエンコーダ軸（ｓｈａｆｔ）の回転速度、回転位置などを検出することができる。エンコーダの軸の回転角度は、ユーザの関節角度に対応する。一実施形態において、エンコーダは、軸の各回転位置に該当するビット値をプロセッサ３４０に伝達し、プロセッサ３４０は、伝達されたビット値に基づいて軸の回転角度を算出し得る。プロセッサ３４０は、互いに異なる時間で受信したビット値間の差に基づいて、該当時間との間の軸の回転角度の変化又は回転速度（角速度）を算出することができる。本明細書において、「体の動き速度」は、このような回転角度の変化又は回転速度（角速度）などを意味する。
【0050】
プロセッサ３４０は、ウェアラブル装置３００の全体的な動作を制御する。プロセッサ３４０は、論理回路、ソフトウェアを実行するプロセッサのようなハードウェア／ソフトウェアの組み合わせ、又はこの組み合わせを含むハードウェアのような処理回路（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）を含んでもよく、コントローラの一部であってもよい。例えば、処理回路は、中央処理装置（ＣＰＵ）、算術論理装置（ＡＬＵ）、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、プログラマブルロジックユニット、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）などを含んでもよい。
【0051】
プロセッサ３５０は、ユーザ１００の体の動き速度に基づいてモータドライバ回路３２０の電気的な接続を制御し、目標運動モードを安定的に生成する１つ以上の特殊目的プロセッサを含んでもよい。
【0052】
メモリ３５０は、プロセッサ３４０が処理動作を行うために必要な情報やデータを格納する。例えば、メモリ３５０は、プロセッサ３４０によって実行するための命令格納してもよい。メモリ３５０は、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、又はこの技術分野で知られた他の形態の不揮発性メモリを含んでもよい。
【0053】
ウェアラブル装置３００の制御動作は、プロセッサ３４０から出力される制御信号によって実現されてもよい。プロセッサ３４０は、モータドライバ回路３２０の電気的な接続関係を制御するための制御信号を生成する。プロセッサ３４０は、ウェアラブル装置３００が運動モードとして動作するとき、ユーザに運動負荷を提供するために、センサ３３０により検出されたユーザの脚の動き速度に基づいてモータドライバ回路３２０のスイッチ接続を制御することができる。
【0054】
モータドライバ回路３２０のスイッチ接続に対する制御状態は、モータドライバ回路３２０の電気的な接続関係が閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）の第１制御状態と、モータドライバ回路３２０の電気的な接続関係が開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）の第２制御状態を含む。プロセッサ３４０は、第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで、ウェアラブル装置３００のフレームを介してユーザの脚の動き速度に応じて運動負荷を提供することができる。プロセッサ３４０は、運動負荷を形成するためにモータドライバ回路３２０に対する制御状態を上記の第１制御状態と第２制御状態が周期的に交互に反復するよう制御し得る。第１制御状態は、モータ３１０がバッテリ４５０に接続されず、モータ３１０、スイッチ４１０及びスイッチ４２０を含む回路が電気的に閉ループを形成した状態を示す。第１制御状態においては、モータ３１０の両端子が互いに接続してモータ３１０、スイッチ４１０、及びスイッチ４２０を含む閉ループ内の抵抗が極めて低い（モータ３１０の両端子間の電圧が同一であるため、閉ループ内の抵抗は、オームの法則に基づいて理論上では０になるのであろう）。このような回路状態では、閉ループ内の極めて低い抵抗を保持しようとする性質があるため、モータ３１０が回転するときモータ３１０に生じる電圧である起電力が小さい場合にも、その起電力を発生させないようとする方向に力が誘導し、モータ３１０の回転を妨害しようとする回転抵抗（ｒｏｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が大きく発生する。ウェアラブル装置３００を着用したユーザの体の動きに応じてウェアラブル装置３００のフレームが動く場合、フレームの動きがモータ３１０に伝えられてモータ３１０に起電力が発生する。ここで、モータドライバ回路３２０が閉ループ状態であって、モータ３１０から起電力を相殺する抵抗又は抵抗力である回転抵抗が生成される。
【0055】
ウェアラブル装置３００で外部フレームは、ユーザの体（例えば、脚）に着用され、ユーザの体と同じ方向に動き、外部フレームは、モータ３１０から伝達される回転抵抗をユーザの体に提供する。上記で説明したように、第１制御状態では、ユーザの体の動きに応答して大きい強度の回転抵抗が発生し、このような状況でユーザが外部フレームが着用された体を動く場合、該当の回転抵抗が外部フレームを介して体に作用することから、ユーザは強力な抵抗力を感じることになる。第２制御状態は、モータ３１０を含む回路の接続が開放されてモータ３１０に対する電気的な接続がない状態を示す。第２制御状態では、電気的な力や回転抵抗が発生せずユーザが感じる抵抗力は最小となる。
【0056】
プロセッサ３４０は、バッテリの電力を用いてモータ３１０を駆動させることなく、上記の第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで、運動負荷を発生させ得る。他の実施形態において、プロセッサ３４０は、第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率を制御することで運動負荷を発生させることに加え、バッテリの電力をモータ３１０に供給してモータ３１０がユーザの脚の動きを妨害する方向にトルクを発生させるようと制御することができる。プロセッサ３４０は、モータドライバ回路３２０の電気的な接続関係を制御することで誘導される回転抵抗により目標とする運動負荷を達成し難しいと判断された場合、モータ３１０を駆動させて脚の動きを妨害するためのトルクを発生させ得る。
【0057】
プロセッサ３４０は、一反復周期内で第１制御状態が保持される時間と第２制御状態が保持される時間との間の制御比率を調整し、運動負荷の大きさを制御することができる。このような制御比率を調整するための制御信号は、例えば、信号パルス幅（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ）のデューティ比（ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）に応じて、制御状態を決定できる信号であるＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号の形態に実現することができる。この場合、ＰＷＭ信号のハイレベル（ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ）値は第１制御状態に対応し、ローレベル（ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ）値は第２制御状態に対応する。一般に、一周期内で第２制御状態よりも第１制御状態に動作する比重が大きくなるほど、ユーザに加えられる運動負荷は大きくなる傾向があり、また、ユーザの脚の動き速度が大きくなるほど、運動負荷は大きくなる傾向がある。
【0058】
ユーザが脚を動かしながら運動する際、ユーザの脚の動き速度が時間に応じて変動される。モータドライバ回路３２０の電気的な接続を考慮しなくても、時間に応じて脚の動き速度が変化すれば、ユーザが感じる運動負荷が脚の動き速度によって変わり得る。例えば、第１制御状態と第２制御状態との間の比率が固定された状況において、ユーザの脚の動き速度が増加する場合、ユーザが感じる運動負荷は大きい。脚の動き速度の大きい変化は、運動負荷の急激な変化を起こし、このような運動負荷の急激な変化により、ユーザは不快感を感じるという問題がある。プロセッサ３４０は、モータ３１０の周辺の電気的な接続を制御するモータドライバ回路３２０を制御することにおいて、ユーザの脚の動きを考慮して第１制御状態が保持される時間と第２制御状態が保持される時間との間の比率を調整することで、前述した脚の動き速度に応じて意図していない大きさの運動負荷が生じるという問題を抑制（又は、代替的に防止）することができる。
【0059】
一実施形態において、プロセッサ３４０は、センサ３３０から受信したユーザの脚の動きの角速度情報に基づいて脚の動き速度を決定し、決定した脚の動き速度とユーザに提供しなければならない目標運動負荷に基づいて、モータドライバ回路３２０を制御することができる。時間による脚の動き速度変化に応じて、モータドライバ回路３２０の電気的な接続関係が調整される。ユーザに同じ運動負荷を提供するために、第１制御状態が保持される時間と第１制御状態以後に第２制御状態が保持される時間との間の比率を示す制御比率が、脚の動き速度に応じて調整され得る。例えば、ユーザの脚の動き速度が第１速度から第２速度に変化した場合、プロセッサ３４０は、第１制御状態が保持される時間と第２制御状態が保持される時間との間の比率を第２速度に対応する比率に調整することができる。第２速度が第１速度よりも大きい場合（即ち、脚の動き速度が以前より速くなった場合）、プロセッサ３４０は、第１制御状態が保持される時間の比率を減らし、第２制御状態が保持される時間の比率を増やすことで、該当の制御比率を調整することができる。反対に、第２速度が第１速度よりも小さい場合（即ち、脚の動き速度が以前よりも遅くなった場合）、プロセッサ３４０は、第１制御状態が保持される時間の比率を増やし、第２制御状態が保持される時間の比率は減らすことで、該当の制御比率を調整することができる。
【0060】
制御信号がＰＷＭ信号の形態に具現され、ウェアラブル装置３３０が時間に応じて同じ大きさの運動負荷をユーザ体に加えることを目標とする場合、プロセッサ３４０は、ユーザの脚の動き速度が以前よりも速くなった場合にはＰＷＭ信号の各周期内でハイレベル値が保持される比率を以前よりも減らし、ローレベル値が保持される比率を以前よりも増やす。反対に、ユーザの脚の動き速度が以前よりも遅くなった場合、プロセッサ３４０は、ＰＷＭ信号の各周期内でハイレベル値が保持される比率を以前よりも増やし、ローレベル値が保持される比率を以前よりも減らす。
【0061】
ユーザの脚の動き速度、第１制御状態が保持される時間と第２制御状態が保持される時間との間の制御比率、及び運動負荷の大きさ（又は、強度）間の関係は、制御モデルにより決定（又は、代替的に、予め決定）されてもよい。制御モデルに関する情報は、メモリ３５０に格納されてもよい。
【0062】
前もってユーザの様々な脚の動き速度に対応する所望の（又は、代替的に、予め決定された）回転速度、モータドライバ回路３２０に適用される所望の（又は、代替的に、予め決定された）制御比率が与えられるとき、トルクを測定するトルクセンサによって運動負荷に対応するトルク値を測定することができる。このような測定過程を様々な回転速度と様々な制御比率に対して行うことで、各回転速度及び制御比率に応じて運動負荷がどれほどになるかに対するデータを収集することができる。収集されたデータに基づいて脚の動き速度、制御比率、及び運動負荷の大きさ間の関係を定義できる制御モデルが生成され、該当制御モデルは、現在の脚の動き速度が与えられたとき、目標運動負荷を発生させるためには制御比率をどのように設定すべきかに対する値を出力することができる。該当の値に応じて、第１制御状態が保持される時間と第２制御状態が保持される時間との間の比率が決定されてもよい。このような制御モデルは、例えば、マッピングテーブルや関係式などによって定義され得る。例えば、それぞれ定義された脚の動き速度及び運動負荷の大きさ（又は、強度）に応じて、いかなる値に制御比率を設定すべきかを予め決定し、マッピングテーブルの形態に定義され得る。予め測定されたデータによって脚の動き速度、制御比率、及び目標運動負荷それぞれの特定（又は、代替的に、予め決定された）値に対する関係がマッピングテーブルにより定義され、その他の値に対しては比例式を通じて決定される。例えば、マッピングテーブルは、以下の表１のように定義されてもよい。
【0063】
【表1】
【0064】
他の例として、脚の動き速度と運動負荷の大きさ（又は、強度）が独立変数に該当し、制御比率の値が従属変数に該当する関係式が予め定義されている。該当の関係式に目標運動負荷と脚の動き速度が入力されれば、関係式は、該当の目標運動負荷をユーザが感じさせるために、制御比率をどのように設定するかに対する値（第１制御状態が保持される時間と第２制御状態が保持される時間との間の比率）を提供することができる。
【0065】
プロセッサ３４０は、上記のような制御モデルに基づいて、ユーザの脚の動き速度及びユーザに提供しなければならない目標運動負荷に基づいて、モータドライバ回路３２０に適用される第１制御状態の保持時間と第２制御状態の保持時間の比率を決定することができる。目標運動負荷の大きさ（又は、強度）はユーザによって設定されたり、又は、ユーザの運動を補助するための運動プログラム（運動の種類及び時間により運動強度を調整できるプログラム）を管理するためのソフトウェアを実行するプロセッサ３４０によってユーザの運動状態、決定された（又は、代替的に、予め決定された）時間により運動途中にリアルタイムに設定される運動負荷の大きさ（又は、強度）であってもよい。プロセッサ３４０は、決定された制御比率に基づいてモータドライバ回路３２０の電気的な接続関係を制御することで、ユーザの現在の脚の動き速度に関係なく、本来意図した大きさの目標運動負荷をユーザに提供することができる。
【0066】
図５は、一実施形態に係るプロセッサの制御動作をより詳細に説明するための図である。
【0067】
図５を参照すると、プロセッサ３４０は、制御信号に基づいてモータドライバ回路３２０を制御することができる。本実施形態では、モータドライバ回路３２０が複数のスイッチ４１０，４２０，４３０，４４０を介して電気的な接続関係を制御するＨブリッジ回路を含むものと仮定する。プロセッサ３４０は、第１、第２、第３及び第４制御信号それぞれに基づいて第１スイッチ４１０、第２スイッチ４２０、第３スイッチ４３０、及び第４スイッチ４４０の状態（ターンオン又はターンオフ）を制御し得る。
【0068】
プロセッサ３４０は、バッテリ４５０でモータ３１０に電力を供給することなく、モータドライバ回路３２０の電気的な接続関係を制御することで運動負荷を発生し得る。プロセッサ３４０は、第３制御信号と第４制御信号を介して第３スイッチ４３０と第４スイッチ４４０をターンオフ状態にしてバッテリ４５０とモータ３１０との間の電気的な接続を遮断し、接続遮断状態を続けて保持することができる。第３スイッチ４３０と第４スイッチ４４０をターンオフ状態にしてバッテリ４５０とモータ３１０との間の電気的な接続が遮断された状態において、プロセッサ３４０は、モータドライバ回路３２０に対する第１制御状態５１０と第２制御状態５２０が交互に反復するよう制御することによって運動負荷を発生させることができる。第１制御状態５１０において、第１制御信号及び第２制御信号により第１スイッチ４１０と第２スイッチ４２０がターンオン状態になり、これによりモータドライバ回路３２０の電気的な接続が閉ループを形成することができる。第２制御状態５１０においては、第１制御信号と第２制御信号により第１スイッチ４１０と第２スイッチ４２０がターンオフ状態になり、これによってモータドライバ回路３２０の電気的な接続が開ループを形成することができる。先に説明したように、第１制御状態５１０では、モータ３１０の回転抵抗が大きく発生し、ユーザは脚の動き方向に反対となる方向に大きい抵抗力を感じ、第２制御状態５２０では、電気的な力や回転抵抗が発生せず、ユーザが感じる抵抗力は最小となる。
【0069】
プロセッサ３４０は、第１制御状態５１０が保持される時間と第２制御状態５２０が保持される時間との間の比率を調整することで、抵抗力の大きさを調整することができる。例えば、反復するそれぞれの時間周期内で第１制御状態５１０が保持される時間が占めている比重が高いほど、ユーザが感じる抵抗力の大きさは大きくなる一方、第２制御状態５２０が保持される時間が占めている比重が高いほど、ユーザが感じる抵抗力の大きさは小さくなる。
【0070】
【0071】
プロセッサ３４０は、図５を参照して説明したプロセッサ３４０の制御動作をウェアラブル装置６００を着用したユーザの脚の動きに適応的に行うことができる。図６Ａ及び図６Ｂは、左脚６１０に対するウェアラブル装置６００の制御を説明するための図であり、図６Ｃは、右脚６５０に対するウェアラブル装置６００の制御を説明するための図である。説明の便宜のために、図６Ａ及び図６Ｃでは、ユーザの脚の動き速度が相対的に速く、図６Ｂでは、ユーザの脚の動き速度が相対的に遅いと仮定する。また、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、ウェアラブル装置６００がユーザに同じ大きさの目標運動負荷を提供すると仮定する。
【0072】
図６Ａに図示した実施形態において、プロセッサ３４０は、ＰＷＭ信号形態の制御信号６２０に基づいて、モータドライバ回路３２０に含まれているスイッチ４１０及びスイッチ４２０を制御することができる。スイッチ４１０及びスイッチ４２０には、互いに同じ信号波形の制御信号６２０が供給されてもよい。制御信号６２０の値がハイレベル（ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ）値６２２を有する状態ではスイッチ４１０及びスイッチ４２０がターンオン状態になり、制御信号６２０の値がローレベル（ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ）値６２４を有する状態ではスイッチ４１０及びスイッチ４２０がターンオフ状態となる。このような制御動作が実行される時間の間には、スイッチ４３０及びスイッチ４４０は、ターンオフ状態に保持される。制御信号６２０の値がハイレベル値６２２を有すれば、モータドライバ回路３２０の電気的な接続が閉ループを形成する第１制御状態５１０となり、制御信号６２０の値がローレベル値６２４を有すれば、モータドライバ回路３２０の電気的な接続が開ループを形成する第２制御状態５２０となる。制御信号６２０の値は、周期的に繰り返し変わり、そのため、第１制御状態５１０と第２制御状態５２０が一定（又は、代替的に、予め決定された）の周期に交互繰り返される。ＰＷＭ信号形態の制御信号６２０はヘルツ（Ｈｚ）単位でサイクル（ｃｙｃｌｅ）が繰り返す信号であり、１つの例示として、制御信号６２０は、４０ＫＨｚの周波数で第１制御状態５１０と第２制御状態５２０との間の変換を制御することができる。
【0073】
図６Ｂに示された実施形態において、プロセッサ３４０は、制御信号６４０に基づいてモータドライバ回路３２０に含まれるスイッチ４１０及びスイッチ４２０を制御する。スイッチ４１０及びスイッチ４２０には、互いに同じ信号波形の制御信号６４０が供給される。制御信号６４０の値がハイレベル値６４２を有する状態ではスイッチ４１０及びスイッチ４２０がターンオン状態になり、制御信号６４０の値がローレベル値６４４を有する状態ではスイッチ４１０及びスイッチ４２０がターンオフ状態になる。図６Ａと同様に、制御信号６４０の値が周期的に、反復的に変化することで、第１制御状態５１０と第２制御状態５２０が一定（又は、代案的に、予め決定された）の周期に交互繰り返される。
【0074】
先に説明したように、ユーザの脚の動き速度が相対的に小さくなった場合、ユーザが感じる運動負荷が小さくなることから、意図した運動負荷の大きさを保持するためには、図６Ａに示している第２制御状態５２０よりも第１制御状態５１０が保持される時間の比重を増やし、ユーザが感じる運動負荷を大きくしなければならない。第１制御状態５１０及び第２制御状態５２０のそれぞれが保持される時間比重に応じて、ユーザが感じる運動負荷の大きさが変わる関係を考慮するとき、ユーザの脚の動き速度に応じて、第１制御状態５１０と第２制御状態５２０がそれぞれ保持される時間を適切に調整すれば、ユーザに一定（又は、代替的に、予め決定された）の大きさの運動負荷を提供することができる。
【0075】
ウェアラブル装置６００において、脚の動きを検出するセンサ３３０がエンコーダであると仮定すれば、センサ３３０は、時間による脚の回転角度の変化を検出し、検出された情報をビット値としてプロセッサ３４０に伝達することができる。プロセッサ３４０は、受信したビット値に基づいて脚の動きの回転角度を推定し、回転角度の時間による変化に基づいて脚の動き速度を推定し得る。プロセッサ３４０は、推定した脚の動き速度に基づいて、第１制御状態５１０が保持される時間の比重を調整することで、ユーザに一定（又は、代替的に、予め決定された）の大きさの運動負荷を提供することができる。例えば、ユーザの脚の動き速度が、最初には図６Ａに示す実施形態のように相対的に速いが、その後、図６Ｂに示す実施形態のように遅くなる場合を仮定する。プロセッサ３４０は、第２制御状態５２０よりも第１制御状態５１０が保持される時間が比重が相対的に増加するように、第１制御信号６２０のような信号波形から第２制御信号６４０のような信号波形に制御信号を調整してもよい。ユーザの脚の動き速度が遅くなる場合、特定（又は、代替的に、予め決定された）の制御動作を取らなければ、ユーザが感じる運動負荷の大きさが減少する。しかし、プロセッサ３４０は、このような場合に第１制御状態５１０が保持される時間の比重が増加するように制御することで、ユーザが感じる運動負荷の大きさの減少を相殺することで、ユーザが一定（又は、代替的に、予め決定された）の大きさの運動負荷を感じるようにすることができる。
【0076】
異なる例として、ユーザの脚の動き速度が最初には図６Ｂに示す実施形態のように相対的に遅いが、その後図６Ａに示す実施形態のように速くなる場合（ユーザが図６Ｂに示す脚の動きに、前述の例示と異なる適切な運動負荷の大きさを予め設定した場合）、プロセッサ３４０は、第２制御状態５２０よりも第１制御状態５１０が保持される時間が比重が相対的に減少するよう、第２制御信号６４０のような信号波形から第１制御信号６２０のような信号波形に制御信号を調整することができる。ユーザの脚の動き速度が速くなる場合、特定（又は、代替的に、予め決定された）の制御動作を取らなければ、ユーザが感じる運動負荷の大きさは意図することなく増加する。しかし、プロセッサ３４０は、このような場合に第１制御状態５１０が保持される時間の比重が相対的に減少するよう制御することで、ユーザが感じる運動負荷の大きさの増加を相殺することで、ユーザが一定（又は、代替的に、予め決定された）の大きさの運動負荷を感じるようにすることができる。
【0077】
図６Ｃに示された実施形態を参照すると、運動負荷を提供するためのプロセッサ３４０の制御は、ユーザの左脚６１０及び右脚６５０に対して別個に実行されてもよい。そのため、右脚６５０に適用される運動負荷の大きさ及び制御信号は、左脚６１０に適用される運動負荷の大きさ及び制御信号（第１制御信号、６２０）とそれぞれ異なってもよい。右脚６５０に運動負荷を提供するための第３制御信号６６０において、ハイレベル値６６２を有する状態が保持される時間とローレベル値６６４を有する状態が保持される時間との間の比率は、左脚６１０に運動負荷を提供するための制御信号（第１制御信号６２０）における比率とは異なってもよい。
【0078】
【0079】
図７は、第１制御状態５１０が保持される時間と第２制御状態５２０が保持される時間との間の比率を示す制御比率、及びユーザの脚の動き速度による運動負荷の大きさ変化を説明するための図である。波形７１０，７２０，７３０，７４０は、それぞれ固定された値の互いに異なる脚の動き速度に対応する。第１波形７１０、第２波形７２０、第３波形７３０、第４波形７４０の順に行くほど、より大きい脚の動き速度に対応する。
【0080】
制御比率の大きさは比率に示すことができる。例えば、制御比率の大きさが７０％ということは、一周期内でモータドライバ回路３２０の電気的な接続が閉ループを形成している第１制御状態５１０が保持される時間が７０％であり、モータドライバ回路３２０の電気的な接続が開ループを形成している第２制御状態５２０が保持される時間が３０％であることを意味する。
【0081】
制御比率の大きさが同一であると仮定すれば、例えば、制御比率の大きさが「Ａ」であると仮定するとき、脚の動き速度が大きくなるほど、運動負荷の大きさは増大することが分かる。そのため、ユーザがウェアラブル装置を着用している状態で歩行するとき、固定されている制御比率の環境で歩行速度を高める場合、ユーザが感じる運動負荷の大きさは大きくなる。反対に、固定された制御比率の環境でユーザが歩行速度を低くする場合、ユーザが感じる運動負荷の大きさは小さくなる。ユーザが固定されている目標運動負荷を期待する状況において、ユーザ歩行の速度変化は意図しない運動負荷の変化につながり、ユーザに不便さを感じさせる。
【0082】
図８を参照すると、プロセッサ３４０は、ユーザの脚の動き速度変化に応じて制御比率を適切に調整することができる。ウェアラブル装置１１０のセンサ３３０はユーザの脚の動きを測定し、プロセッサ３４０は、測定された脚の動きに基づいて脚の動き速度（例えば、関節動きの回転速度、角速度）を推定することができる。プロセッサ３４０は、推定された脚の動き速度の変化に応じてメモリ３５０に格納された制御モデルを用いて目標運動負荷を提供するためには、制御比率をどのように調整するべきかを決定する。目標運動負荷が与えられ、制御モデルに脚の動き速度が入力されれば、該当の制御モデルは、該当の目標運動負荷を達成するためのモータドライバ回路３２０の制御比率を提供することができる。
【0083】
以前の時点でユーザの脚の動き速度が第４波形７４０に対応する速度８１０で、目標運動負荷を提供するための制御比率の大きさが「Ｂ」であると仮定する。その後、ユーザの脚の動き速度が遅くなり、第３波形７３０に対応する速度８２０になると、速度８２０に対応してモータ３１０の起電力が小さくなり、回転抵抗力も小さくなることから、先立って速度８１０に対応して設定された目標運動負荷よりも小さい運動負荷をユーザが感じることになる。ユーザに前と同じ目標運動負荷を提供するためには、制御比率の大きさが「Ｃ」に増加されなければならない。プロセッサ３４０は、脚の動きの減少した速度に応じて制御比率を自動に増やすことで、一定（又は、代替的に、予め決定された）の大きさの目標運動負荷を保持することができる。例えば、図６Ａの実施形態において、ユーザの脚の動き速度が速度８１０に該当し、プロセッサ３４０が制御信号６２０に基づいてモータドライバ回路３２０を制御したと仮定する。その後、ユーザの脚の動き速度が速度８２０のように以前の速度８１０よりも遅くなると、プロセッサ３４０は、以前の制御信号６２０で第２制御状態５２０よりも第１制御状態５１０が保持される時間の比重を増やし、制御信号６４０のようにモータドライバ回路３２０の制御信号を変更することができる。このような制御信号の変更に応じて、ユーザの脚の動き速度が減少しても、ユーザは同じ大きさの運動負荷を感じることができる。
【0084】
図９は、一実施形態に係るウェアラブル装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【0085】
図９を参照すると、ステップ９１０において、センサ３３０は、ユーザの体の動きを検出する。センサ３３０によって検出された体の動きに関する情報はプロセッサ３４０に伝えられ、プロセッサ３４０は、体の動きに関する情報に基づいて体の動き速度を決定する。例えば、センサ３３０からユーザの脚の動きによる回転位置及び回転角度の変化に関する情報がプロセッサ３４０に伝達され、プロセッサ３４０は、センサ３３０から受信した情報を処理して体の動き速度を算出することができる。
【0086】
ステップ９２０において、プロセッサ３４０は、ユーザに提供しようとする目標運動負荷を設定する。目標運動富む時間により固定された値を有してもよく、時間によって変わってもよい。目標運動負荷は、例えば、ユーザが選択した運動強度に基づいて決定されたり、又は、アルゴリズムによって時間に応じて運動負荷の大きさを調整するためのソフトウェアを実行するプロセッサ３４０によって決定されてもよい。ステップ９１０及びステップ９２０は、並列的に実行されたり、又は実行される順に関係なく互いに順次実行されてもよい。
【0087】
一部の実施形態において、ウェアラブルデバイス３００は、外部デバイス、例えば、リモートコントローラと通信するように構成された通信機（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒ）をさらに含んでもよい。リモートコントローラは、ウェアラブルデバイス３００の動作又は操作を可能にするユーザインターフェース（ｕｅｒｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＵＩ）を提供し、ユーザは、ＵＩを介してウェアラブルデバイス３００の機能及び動作を制御することができる。リモートコントローラは、ユーザによって制御され、ここで、ユーザは、ウェアラブルデバイス３００の着用者又は治療師又は医師のような第３者であってもよい。ユーザは、リモートコントローラを介して目標運動負荷を設定したり調整してもよい。
【0088】
ステップ９３０において、プロセッサ３４０は、検出された体の動き速度に基づいてウェアラブル装置のモータドライバ回路３２０を制御するための制御信号を生成する。プロセッサ３４０は、検出された体の動きに基づいて体の動き速度を決定し、決定された速度に基づいてモータドライバ回路３２０の電気的な接続が閉ループである第１制御状態が保持される時間と、モータドライバ回路３２０の電気的な接続が開ループである第２制御状態が保持される時間との間の比率を示す制御比率を調整するための制御信号を生成することができる。制御比率は、第１制御状態と第２制御状態との間の時間当り変換比率に対応する。プロセッサ３４０は、体の動き速度が変わる場合、意図した目標運動負荷を提供するために、上記の制御比率を変わった体の動き速度に対応する比率に調整するための制御信号を生成することができる。
【0089】
体の動き速度が速くなった場合、プロセッサ３４０は、第１制御状態が保持される時間の比率を減らし、第２制御状態が保持される時間の比率は増やすことで、制御比率を調整するための制御信号を生成することができる。一方、体の動き速度が遅くなった場合、プロセッサ３４０は、第１制御状態が保持される時間の比率を増やし、第２制御状態が保持される時間の比率は減らすことで、制御比率を調整するための制御信号を生成することができる。
【0090】
ステップ９４０において、プロセッサ３４０は、制御信号に基づいてモータドライバ回路３２０の電気的な接続関係を制御する。プロセッサ３４０は、モータドライバ回路３２０の電気的な接続が閉ループである第１制御状態と、モータドライバ回路３２０の電気的な接続が開ループである第２制御状態と間の変換を制御することができる。プロセッサ３４０は、モータドライバ回路３２０の電気的な接続状態が第１制御状態と第２制御状態が周期的に交互に反復するよう制御することで、モータ３１０に接続されたフレームを介してユーザの体の動き速度に応じて運動負荷を提供することができる。
【0091】
一部の実施形態において、ウェアラブル装置３００は、前述したように、抵抗力を提供するようモータ３１０を制御することや、歩行中であるユーザを補助するための補助力を提供するようにモータ３１０を制御することの間で、自動に切り替えるハイブリッドモードとして動作することができる。例えば、一部の実施形態において、ユーザは特定の筋肉を入力したり、又はユーザが集中しようとする運動を入力することができ、プロセッサ３４０は、選択的に、ユーザが運動を所望する筋肉をリハビリしたり、筋肉強度を増加させるための運動のために該当所望する筋肉に対応する歩行周期の特定区間の間に運動負荷を提供したり、又は、歩行周期の他の部分の間にユーザを補助するための補助力を提供してもよい。例えば、ユーザの膝の後ろのハムストリング筋肉、股関節筋肉、及び膝の前の大腿四頭筋は、歩行フェーズ（ｇａｉｔ ｐｈａｓｅ）に応じて相違に活性化され、ウェアラブルデバイス３００は、その所望する筋肉に対応する歩行フェーズ区間の間の運動負荷を提供することができる。
【0092】
以上で説明された実施形態は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組み合せで具現される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は１つが使用されるものとして説明する場合もあるが、当技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことが把握する。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。
【0093】
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、希望の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。
【0094】
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。
【0095】
上述したように実施形態をたとえ限定された図面によって説明したが、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、上記の説明に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順に実行され、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は異なる形態に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。
【0096】
したがって、他の具現、他の実施形態および特許請求の範囲と均等なものも後述する特許請求範囲の範囲に属する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】