本發(fā)明涉及用于往復移動體的頻率檢測器，該頻率檢測器基于執(zhí)行周期性往復運動的往復移動體的運動軌跡來檢測運動波形的頻率，并且本發(fā)明涉及擺動關(guān)節(jié)裝置，該擺動關(guān)節(jié)裝置包括用于往復移動體的頻率檢測器并且該擺動關(guān)節(jié)裝置改變關(guān)節(jié)的剛性。

背景技術(shù)：

例如，日本專利申請公開no.2012-66375(jp2012-66375a)公開了一種機器人套裝，該機器人套裝在使用者的下肢(從髖關(guān)節(jié)到腳趾)被認為是執(zhí)行周期性往復擺動運動的移動體時適當?shù)剌o助使用者行走。在該機器人套裝中，輸入機器人套裝與使用者之間的扭矩偏差，使得通過應用pid控制(反饋控制)來減小該扭矩偏差。

另外，日本專利申請公開no.2013-236741(jp2013-236741a)公開了一種單腿型行走輔助裝置，該單腿型行走輔助裝置附接至一條腿是健康的腿而另一條腿是受影響的腿的使用者的受影響的腿，從而輔助受影響的腿運動。該單腿行走輔助裝置包括設(shè)置在使用者腰側(cè)的腰附接部、從髖關(guān)節(jié)側(cè)延伸至膝關(guān)節(jié)側(cè)的大腿連桿部、從膝關(guān)節(jié)側(cè)向下延伸的小腿連桿部、設(shè)置在髖關(guān)節(jié)側(cè)的扭矩發(fā)生器、以及設(shè)置在膝關(guān)節(jié)側(cè)的緩沖器。扭矩發(fā)生器使用凸輪和壓縮彈簧構(gòu)成，扭矩發(fā)生器在受影響的腿由于健康腿的向前擺動而向后移動時產(chǎn)生扭矩并且通過使用產(chǎn)生的扭矩來輔助受影響的腿向前擺動。因此，不需要提供諸如電動馬達之類的致動器。另外，壓縮彈簧的初始壓縮量是可調(diào)節(jié)的。因此，產(chǎn)生的扭矩的大小是可變的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在jp2012-66375a中，需要增強由使用者行走引起的往復擺動運動與由機器人套裝的輔助產(chǎn)生的往復擺動運動之間的同步性。就這一點而言，認為：當估算出由使用者行走引起的往復擺動運動的頻率并且由機器人套裝的輔助而引起的往復擺動運動以與所估算頻率一致的頻率進行時，該同步性可以進一步增強。然而，在jp2012-66375a中公開的機器人套裝中，不直接估算由使用者行走引起的往復擺動運動的頻率。

另外，最近，希望檢測(估算)往復移動體的頻率，比如用來輔助使用者行走或跑步所需的下肢往復擺動運動的頻率以及用來輔助機床的進行往復運動(包括往復線性運動和往復擺動運動)的可移動部的運動所需的往復運動頻率。

這對于需要攜帶大而重的電池來輔助行走的使用者來說是難以負擔的。因此，在jp2012-66375a中公開的機器人套裝中，據(jù)估計，使用相對小且輕的電池。然而，jp2012-66375a沒有公開降低電致動器的功率消耗的任何特定構(gòu)型。因此，據(jù)估計，jp2012-66375a中公開的機器人套裝具有相對短的連續(xù)操作時間。

另外，在jp2013-236741a中公開的單腿型行走輔助裝置中，在不使用任何電動馬達的情況下通過凸輪和壓縮彈簧產(chǎn)生用于使腿向前擺動的扭矩，因此，據(jù)估計，連續(xù)操作時間比jp2012-66375a中的連續(xù)操作時間長。然而，由于使用者的體型大小的差異(下肢的慣性矩的差異)、使用者的下肢的運動角度的差異、每個使用者的身體狀況、行走位置之間的傾斜度的差異等，需要使用者通過使用諸如平頭螺絲刀之類的工具調(diào)節(jié)設(shè)置在扭矩產(chǎn)生器的壓縮彈簧上部中的確定部的位置來手動地調(diào)節(jié)壓縮彈簧的初始壓縮量，這是麻煩的。

本發(fā)明提供了一種用于往復移動體的頻率檢測器以及擺動關(guān)節(jié)裝置，其中，該頻率檢測器適當?shù)貦z測(估算)往復移動體(往復移動體)的頻率，該擺動關(guān)節(jié)裝置包括用于往復移動體的頻率檢測器并且該擺動關(guān)節(jié)裝置自動地調(diào)節(jié)往復關(guān)節(jié)的剛性以自動地調(diào)節(jié)由往復運動產(chǎn)生的扭矩，從而還降低在行走或跑步期間使往復移動體移動的電動馬達的功率消耗或者使用者的負載(用于使作為往復移動體的下肢往復運動的能量)。

本發(fā)明的第一方面涉及用于往復移動體的頻率檢測器，該頻率檢測器構(gòu)造成基于進行包括周期性往復線性運動和周期性往復擺動運動的往復運動的往復移動體的運動軌跡來檢測運動波形的頻率。該頻率檢測器包括振蕩相關(guān)信息輸出部、頻率估算部以及調(diào)節(jié)部，移動體位置相關(guān)信息輸入至該振蕩相關(guān)信息輸出部，并且該振蕩相關(guān)信息輸出部基于所輸入的移動體位置相關(guān)信息與往復移動體的往復運動同步地進行振蕩并且輸出振蕩相關(guān)信息，該振蕩相關(guān)信息是與基于振蕩的振蕩波形相關(guān)的信息，所述移動體位置相關(guān)信息與往復移動體隨時間的推移而變化的位置相關(guān)；該頻率估算部輸出作為運動波形的頻率的估算頻率，該估算頻率是基于振蕩相關(guān)信息而估算的振蕩波形的頻率；該調(diào)節(jié)部確定振蕩相關(guān)信息輸出部的校正量，以使運動波形的頻率和估算頻率彼此一致。振蕩相關(guān)信息輸出部輸出：i)頻率調(diào)節(jié)參數(shù)，該頻率調(diào)節(jié)參數(shù)是多個振蕩相關(guān)信息中的一者并且是基于來自調(diào)節(jié)部的校正量而調(diào)節(jié)的參數(shù)，以及ii)估算的移動體位置相關(guān)信息，該估算的移動體位置相關(guān)信息是多個振蕩相關(guān)信息中的一者并且基于移動體位置相關(guān)信息被估算作為往復移動體的位置。該頻率估算部輸出基于從振蕩相關(guān)信息輸出部輸出的頻率調(diào)節(jié)參數(shù)而確定的估算頻率。調(diào)節(jié)部基于移動體位置相關(guān)信息、估算的移動體位置相關(guān)信息和估算頻率來確定校正參數(shù)，該校正參數(shù)是用于校正振蕩相關(guān)信息輸出部的操作的校正量。調(diào)節(jié)部通過將所確定的校正參數(shù)輸出至振蕩相關(guān)信息輸出部來調(diào)節(jié)從振蕩相關(guān)信息輸出部輸出的頻率調(diào)節(jié)參數(shù)和估算的移動體位置相關(guān)信息，以調(diào)節(jié)從頻率估算部輸出的估算頻率。

根據(jù)以上方面，適當?shù)貥?gòu)造了用于往復移動體的頻率檢測器，該頻率檢測器包括振蕩相關(guān)信息輸出部、頻率估算部以及調(diào)節(jié)部。因此，可以實現(xiàn)能夠自動地調(diào)節(jié)從頻率估算部輸出的估算頻率的頻率檢測器。

在以上方面中，可以在移動體位置相關(guān)信息通過第一濾波器之后將該移動體位置相關(guān)信息輸入至振蕩相關(guān)信息輸出部和調(diào)節(jié)部；并且可以在校正參數(shù)通過第二濾波器之后將該校正參數(shù)輸入至振蕩相關(guān)信息輸出部。

在以上構(gòu)型中，通過使移動體位置相關(guān)信息通過第一濾波器來減少包括在移動體位置相關(guān)信息中的噪聲分量，并且通過使校正參數(shù)通過第二濾波器來減小包括在校正參數(shù)中的噪聲分量。因此，可以更精確地調(diào)節(jié)估算頻率。

在以上方面中，往復運動可以是周期性往復擺動運動，并且移動體位置相關(guān)信息可以是與往復移動體隨時間的推移而變化的位置相關(guān)的擺動角度，或者該往復運動可以是周期性往復線性運動，并且該移動體位置相關(guān)信息可以是基于往復移動體隨著時間的推移變化的位置的角度。

在以上構(gòu)型中，在往復運動是往復擺動運動的情況下，隨時間的推移變化的擺動角度被用作移動體位置相關(guān)信息。在往復運動是往復線性運動的情況下，基于往復移動體隨時間的推移變化的位置的角度被用作移動體位置相關(guān)信息。因此，可以根據(jù)往復運動的種類適當?shù)卦O(shè)定移動體位置相關(guān)信息。

在以上方面中，在x1是神經(jīng)元的膜電位并且是f(x1)的狀態(tài)變量的情況下，x2是神經(jīng)元的膜電位并且是f(x2)的狀態(tài)變量，f(x1)和f(x2)是在f(xj)＝max(0，xj)的條件下神經(jīng)元的輸出，v1是表示適應度的變量并且是f(v1)的狀態(tài)變量，v2是表示適應度的變量并且是f(v2)的狀態(tài)變量，f(v1)和f(v2)分別是表示在f(vj)＝max(0，vj)的條件下適應度的變量，β是確定自適應隨時間的變化的常數(shù)并且是自適應強度，γ是確定自適應隨時間的變化的常數(shù)并且是兩個自適應元素的耦合系數(shù)，u0是作為恒定常數(shù)的外部輸入，t1是頻率調(diào)節(jié)參數(shù)，t2是待調(diào)節(jié)參數(shù)并且是時間常數(shù)，b是待調(diào)節(jié)參數(shù)并且是輸入系數(shù)，c是待調(diào)節(jié)參數(shù)并且是輸出系數(shù)，θfltr是移動體位置相關(guān)信息，并且θneuro是估算的移動體位置相關(guān)信息，振蕩相關(guān)信息輸出部可以通過使用包括具有下述關(guān)系的神經(jīng)振蕩器的數(shù)學模型基于所輸入的移動體位置相關(guān)信息執(zhí)行振蕩并且輸出頻率調(diào)節(jié)參數(shù)和估算的移動體位置相關(guān)信息，所述頻率調(diào)節(jié)參數(shù)和所述估算的移動體位置相關(guān)信息是基于來自所述調(diào)節(jié)部的校正參數(shù)而被調(diào)節(jié)的：

θnearo＝cf(x1)-cf(x2)；

在c1和c2是頻率估算校準表達式的常數(shù)的情況下，fcalc是估算頻率，并且t1/t2的比是恒定的，頻率估算部可以輸出基于fcalc＝(c1/t1)+c2的關(guān)系以及從振蕩相關(guān)信息輸出部輸出的頻率調(diào)節(jié)參數(shù)確定的估算頻率；并且在kp1和kp2是作為常數(shù)的參數(shù)調(diào)節(jié)增益的情況下，sgn(x)是符號函數(shù)，其在x>0時變?yōu)?、在x＝0時變?yōu)?并且在x<0時變?yōu)?1，并且δt1是校正參數(shù)，調(diào)節(jié)部基于下述關(guān)系、移動體位置相關(guān)信息、估算的移動體位置相關(guān)信息以及估算頻率確定所述校正參數(shù)：

并且調(diào)節(jié)部通過將所確定的校正參數(shù)輸出至所述振蕩相關(guān)信息輸出部來調(diào)節(jié)從振蕩相關(guān)信息輸出部輸出的頻率調(diào)節(jié)參數(shù)和估算的移動體位置相關(guān)信息，從而調(diào)節(jié)從頻率估算部輸出的估算頻率。

在以上構(gòu)型中，能夠更具體且更適當?shù)貙崿F(xiàn)振蕩相關(guān)信息輸出部、頻率估算部和調(diào)整部。

本發(fā)明的第二方面涉及一種擺動關(guān)節(jié)裝置，該擺動關(guān)節(jié)裝置包括根據(jù)第一方面所述的用于往復移動體的頻率檢測器，該擺動關(guān)節(jié)裝置連接至進行往復運動的往復移動體，并且該擺動關(guān)節(jié)裝置交替地重復能量積累模式和能量釋放模式，其中，在能量積累模式中，能量通過往復移動體的運動積累在彈性體中，在能量釋放模式中，釋放積累在彈性體中的能量以輔助往復移動體的運動。該擺動關(guān)節(jié)裝置包括：頻率檢測器；第一輸出部，該第一輸出部連接至往復移動體并且繞擺動中心擺動；彈性體，該彈性體根據(jù)第一擺動角度積累能量并且釋放能量，其中，該第一擺動角度是第一輸出部的擺動角度并且是移動體位置相關(guān)信息；表觀剛性變化部，該表觀剛性變化部改變從第一輸出部來看的所述彈性體的表觀剛性；第一角度檢測部，該第一角度檢測部檢測第一擺動角度；以及控制部，該控制部通過根據(jù)由第一角度檢測部檢測的第一擺動角度控制表觀剛性變化部來調(diào)節(jié)從第一輸出部來看的彈性體的表觀剛性。控制部基于由頻率檢測器確定的估算頻率以及第一擺動角度來調(diào)節(jié)從第一輸出部來看的彈性體的表觀剛性。

根據(jù)以上方面，通過使用控制部來根據(jù)估算頻率和第一擺動角度控制表觀剛度變化部，因此，對于包括第一輸出部的往復移動體的往復運動而言，自動地調(diào)節(jié)輔助往復運動所需的扭矩的大小。因此，可以容易地調(diào)節(jié)扭矩。此外，能量的積累和能量的釋放通過使用彈性體而交替地進行，因此，可以產(chǎn)生輔助往復運動所需的扭矩。因此，例如，在通過電動馬達等使往復移動體往復運動的情況下，可以進一步降低電動馬達的功率消耗。另外，例如，在往復移動體是使用者的下肢的情況下，可以進一步減小使用者在行走或跑步期間的負載(用于使下肢移動的能量)。

在以上方面中，彈性體可以是螺旋彈簧；螺旋彈簧的一端可以連接至第一輸出部側(cè)的輸入/輸出軸部，該輸入/輸出軸部繞作為螺旋彈簧的中心軸線的彈簧中心軸線轉(zhuǎn)動了與第一輸出部的第一擺動角相對應的角度；螺旋彈簧的另一端可以連接至剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件，該剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件通過剛性調(diào)節(jié)電動馬達繞彈簧中心軸線轉(zhuǎn)動；彈性體的表觀剛性可以是螺旋彈簧的表觀彈簧常數(shù)；并且表觀剛性變化部可以由剛性調(diào)節(jié)電動馬達和剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件構(gòu)成，并且該表觀剛性變化部可以通過使用剛性調(diào)節(jié)電動馬達調(diào)節(jié)剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角度而調(diào)節(jié)從第一輸出部來看的螺旋彈簧的表觀彈簧常數(shù)。

在以上構(gòu)型中，在螺旋彈簧用作彈性體并且例如使用者的下肢是往復移動體的情況下，從第一輸出部來看的表觀彈簧常數(shù)(剛性)根據(jù)使用者的運動比如行走和跑步而適當?shù)卣{(diào)節(jié)。因此，通過根據(jù)往復移動體的運動調(diào)節(jié)從第一輸出部來看的表觀彈簧常數(shù)(剛性)可以順利且適當?shù)卦诼菪龔椈芍蟹e累能量以及從螺旋彈簧釋放能量。

附圖說明

下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點和技術(shù)上的及工業(yè)上的意義，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件，其中：

圖1是示出了構(gòu)成擺動關(guān)節(jié)裝置的構(gòu)成元件中的每個構(gòu)成元件的示意性形狀和裝配位置的分解立體圖；

圖2是通過裝配圖1中所示的構(gòu)成元件而構(gòu)造的擺動關(guān)節(jié)裝置的立體圖；

圖3是示出了圖2中所示的擺動關(guān)節(jié)裝置附接至使用者(省略了使用者的手臂的圖示)的狀態(tài)的視圖；

圖4是示出了大腿擺動桿(第一輸出部)的擺動的示例的視圖；

圖5是圖1中的部分v的放大圖并且是示出了螺旋彈簧和表觀彈簧常數(shù)變化部的構(gòu)型的分解立體圖；

圖6是從vi方向觀察的圖2的視圖并且是示出了同軸地設(shè)置在驅(qū)動軸構(gòu)件的驅(qū)動軸上的構(gòu)件中的每個構(gòu)件的配置的視圖；

圖7是沿圖6中的vii-vii截取的剖視圖并且是示出了在變速器的變速器輸出軸構(gòu)件的已變化擺動角度相對于大腿擺動桿的第一擺動角度以預定變速比增大的狀態(tài)的視圖；

圖8示出了在大腿擺動桿的擺動角度為零的情況下在螺旋彈簧中不產(chǎn)生迫壓扭矩的狀態(tài)，圖8是示出了彈簧支承部(即，彈簧固定端)相對于驅(qū)動軸的基準位置的立體圖；

圖9是示出了剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件從圖8的狀態(tài)轉(zhuǎn)動了預定轉(zhuǎn)動角度并且彈性支承部相對于驅(qū)動軸的位置從基準位置移開的狀態(tài)的視圖；

圖10是示出了在大腿擺動桿已經(jīng)從圖9的狀態(tài)向前擺動的情況下包括螺旋彈簧的自由端和固定端的區(qū)域的視圖；

圖11是示出了在大腿擺動桿已經(jīng)從圖9的狀態(tài)向后擺動的情況下包括螺旋彈簧的自由端和固定端的區(qū)域的視圖；

圖12是示出了控制部的輸入-輸出的視圖；

圖13是示出了控制部的構(gòu)型的視圖；

圖14是示出了控制部的處理過程的示例的流程圖；

圖15是示出了圖13中的頻率檢測部的構(gòu)型的視圖；

圖16是示出了圖15中的振蕩相關(guān)信息輸出部的理念的視圖；

圖17是示出了從振蕩相關(guān)信息輸出部輸出的估算移動體位置相關(guān)信息(θneuro)的示例的視圖；

圖18是示出了從振蕩相關(guān)信息輸出部輸出的頻率調(diào)整參數(shù)(t1)與從頻率估算部輸出的估算頻率(fcalc)之間的關(guān)系的視圖；

圖19是用于示出圖13中的剛性命令角度計算部的操作的示意圖；

圖20是示出了通過調(diào)節(jié)擺動關(guān)節(jié)裝置的表觀剛性而獲得降低能量的效果的示例的視圖；

圖21是用于示出往復線性運動的示例的機床的立體圖；以及

圖22是示出了擺動關(guān)節(jié)裝置安裝在進行往復線性運動的磨石工作臺中的示例的視圖。

具體實施方式

首先，下文中將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的實施方式的擺動關(guān)節(jié)裝置1的整體結(jié)構(gòu)進行描述。在圖中，在示出了x軸、y軸和z軸的情況下，x軸、y軸和z軸彼此正交。除非另有說明，z軸方向表示豎向向下的方向，x軸方向表示相對于使用者(附接有擺動關(guān)節(jié)裝置的使用者)的后方方向，并且y軸方向表示相對于使用者朝向左側(cè)的方向。在本說明書中，圖1中示出的“大腿擺動桿13”可以被認為是“第一輸出部”。另外，在以下的描述中，對驅(qū)動軸構(gòu)件6是突出構(gòu)件的示例進行了描述。然而，驅(qū)動軸構(gòu)件6可以是具有突出形狀的軸或者可以具有支承軸的凹進形狀(孔形狀)。因此，“繞驅(qū)動軸構(gòu)件6”的表達表示“繞作為驅(qū)動軸構(gòu)件6的中心軸線的驅(qū)動軸線6j”或者與“繞擺動中心”相同。術(shù)語“驅(qū)動軸線6j”可以被認為是“驅(qū)動軸”。另外，變速器25的“軸25a”可以被認為是“第一輸出部側(cè)的輸入/輸出軸部”。另外，“電動馬達21”可以被認為是“剛性調(diào)節(jié)電動馬達”。術(shù)語“剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23”和“電動馬達21”可以被認為是“表觀彈簧常數(shù)變化部”。另外，“螺旋彈簧24”可以被認為是“彈性體”。另外，“剛性”表示使大腿擺動桿13擺動所需的每單位角度位移的扭矩。

將參照圖1至圖4對擺動關(guān)節(jié)裝置1的整體結(jié)構(gòu)進行描述。擺動關(guān)節(jié)裝置1附接至使用者的一條腿或使用者的兩條腿上。例如，擺動關(guān)節(jié)裝置1輔助使用者的運動，比如行走或跑步。在下文中，將對擺動關(guān)節(jié)裝置1附接至使用者的左腿的示例提供描述。如圖1中所示，擺動關(guān)節(jié)裝置1包括由附圖標記2、3、4、5、6等表示的使用者附接部，由附圖標記13、19等表示的大腿擺動部以及由附圖標記21、22、23、24、25等表示的剛性調(diào)節(jié)部。圖1是示出了擺動關(guān)節(jié)裝置1中的構(gòu)成元件中的每個構(gòu)成元件的形狀、裝配位置等的分解立體圖。圖2示出了在構(gòu)成元件已裝配的狀態(tài)下的擺動關(guān)節(jié)裝置1。另外，圖3示出了擺動關(guān)節(jié)裝置1附接至使用者的狀態(tài)，并且圖4示出了大腿擺動桿13的擺動的示例。

將參照圖1至圖4對使用者附接部進行描述。該使用者附接部包括基部2、腰附接部3、肩帶4、控制單元5、驅(qū)動軸構(gòu)件6等?；?是固定至腰附接部3的構(gòu)件并且作為保持大腿擺動部和剛性調(diào)節(jié)部的基部(基板)。另外，在基部2中，與y軸大致平行地延伸的驅(qū)動軸構(gòu)件6附接在與使用者的附接擺動關(guān)節(jié)裝置1的髖關(guān)節(jié)的一側(cè)對應的位置處。驅(qū)動軸構(gòu)件6插入穿過大腿擺動桿13的通孔13h。驅(qū)動軸線6j表示驅(qū)動軸構(gòu)件6的中心軸線(擺動中心軸線)。

腰附接部3是繞使用者的腰纏繞并且固定至使用者的腰的構(gòu)件。腰附接部3構(gòu)造成能夠根據(jù)繞使用者的腰的尺寸進行調(diào)節(jié)。另外，基部2固定至腰附接部3，每個肩帶4的一端和另一端都連接至腰附接部3。

在每個肩帶4中，一端連接至腰附接部3的前表面?zhèn)?，并且另一端連接至腰附接部3的后表面?zhèn)取＜鐜?的長度是能夠調(diào)節(jié)的，并且控制單元5附接至肩帶4。使用者通過調(diào)節(jié)肩帶4的長度而將肩帶4附接至他/她的肩膀，并且因此，使用者可以將控制單元5作為背包攜帶在他/她的背上。

如圖12中所示，控制單元5容置控制部50、電池60等，其中，控制部50配置用于控制電動馬達21，電池60配置用于向控制部50和電動馬達21供給電力。稍后將參考圖12對控制部50進行描述。

將參照圖1至圖4對大腿擺動部進行描述。該大腿擺動部包括大腿擺動桿13、大腿附接部19等。大腿擺動桿13包括盤狀部13g和從盤狀部13g向下延伸的桿部。通孔13h形成在盤狀部13g的中心處，并且驅(qū)動軸構(gòu)件6插入穿過通孔13h。因此，大腿擺動桿13被支承以能夠繞驅(qū)動軸構(gòu)件6擺動。另外，大腿擺動桿13的通孔13h布置在與使用者的髖關(guān)節(jié)的側(cè)部對應的位置處。

另外，大腿附接部19附接至大腿擺動桿13，并且大腿附接部19應用至使用者的大腿區(qū)域(大腿的周界)，以有助于將大腿擺動桿13附接至使用者的大腿區(qū)域。另外，盤狀部13g固定至變速器25的輸入/輸出部25c(參照圖5)，并且變速器25的輸入/輸出部25c與大腿擺動桿13一體地擺動。因此，變速器25的輸入/輸出部25c以與大腿擺動桿13的擺動角度相同的角度繞驅(qū)動軸線6j擺動。另外，大腿擺動桿13設(shè)置有第一角度檢測部13s(例如，編碼器)，該第一角度檢測部13s可以檢測作為大腿擺動桿13相對于基部2(或驅(qū)動軸構(gòu)件6)的擺動角度的第一擺動角度。

將參照圖4對附接至使用者的擺動關(guān)節(jié)裝置1的操作進行描述。參照圖4，將對附接至使用者的大腿區(qū)域ul1的大腿擺動桿13的操作進行描述。圖4中由實線所示的大腿擺動桿13的位置是每個桿的初始位置(使用者以直立狀態(tài)靜止站立時的位置)。

當使用者向前擺動大腿區(qū)域ul1時，大腿擺動桿13從初始位置向前擺動了角度θa。在這種情況下，如下所述，通過使用電動馬達21來調(diào)節(jié)螺旋彈簧24的固定端的轉(zhuǎn)動角度，使得大腿區(qū)域的需要大扭矩的擺動被適當?shù)販p小，從而減小使用者的負載。另外，當使用電動馬達21調(diào)節(jié)螺旋彈簧24的固定端的轉(zhuǎn)動角度時，在螺旋彈簧24中積累了用于使大腿區(qū)域ul1向前擺動的能量。此外，在使用電動馬達21調(diào)節(jié)螺旋彈簧24的固定端的轉(zhuǎn)動角度時，釋放積累在螺旋彈簧24中的能量以用于使大腿區(qū)域ul1向后擺動。類似地，在大腿區(qū)域ul1向后擺動時產(chǎn)生的能量積累在螺旋彈簧24中并且在大腿區(qū)域ul1向前擺動時被利用。

以這種方式，擺動關(guān)節(jié)裝置1交替地重復能量積累模式和能量釋放模式，在能量積累模式中，能量通過移動體(在這種情況下，大腿擺動桿13和使用者的大腿區(qū)域ul1)的擺動運動積累，在能量釋放模式中，積累的能量被釋放以輔助移動體的擺動運動。接著，將對包括螺旋彈簧24的剛性調(diào)節(jié)部進行描述。

將參照圖1至圖3以及圖5至圖7對包括電動馬達21、支架22、剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23、螺旋彈簧24、變速器25等的剛性調(diào)節(jié)部進行描述。支架22是將電動馬達21固定至基部2的構(gòu)件。支架22設(shè)置有通孔22h，電動馬達21的旋轉(zhuǎn)軸插入穿過該通孔22h，并且支架22固定至基部2。另外，如圖1和圖6中所示，大腿擺動桿13的盤狀部13g的通孔13h、變速器25的軸25a、螺旋彈簧24的中心軸線、剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的通孔23h、支架22的通孔22h以及電動馬達21的輸出軸21d關(guān)于驅(qū)動軸線6j同軸地布置。

如圖5中所示，變速器25(減速器)的輸入/輸出部25c固定至大腿擺動桿13的盤狀部13g。變速器25輸出通過基于預先設(shè)定的變速比(n)將輸入至輸入/輸出部25c的輸入轉(zhuǎn)向角度θ乘以“n”倍而獲得的輸出轉(zhuǎn)動角度nθ作為軸25a的轉(zhuǎn)動角度。因此，如圖7中所示，變速器25包括軸25a。當大腿擺動桿13以第一擺動角度(θf)擺動時，軸25a以基于預定的變速比(n)而改變的改變擺動角度(nθf)擺動。另外，如圖5中所示，軸25a設(shè)置有彈簧自由端插入槽25b，該彈簧自由端插入槽25b是用于固定螺旋彈簧24的自由端24b的槽并且沿驅(qū)動軸線6j的方向延伸。在變速器25中，當軸25a由于來自螺旋彈簧24的迫壓扭矩而轉(zhuǎn)動了角度θ時，大腿擺動桿13轉(zhuǎn)動了轉(zhuǎn)動角度θ×(1/n)。

螺旋彈簧24通過繞預定軸線螺旋地纏繞諸如彈簧構(gòu)件之類的彈性體而形成。如圖5中所示，作為定位在纏繞件的中心部附近的端部的一端是自由端24b，并且作為定位在遠離纏繞件的中心部的位置處的端部的另一端是固定端24a。在圖5中，自由端24b固定至軸25a的彈簧自由端插入槽25b，并且固定端24a固定至剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的彈簧支承部23j。

通孔23h形成在剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23中，使得位于電動馬達21的遠端部處的輸出軸21d插入穿過該通孔23h。剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23由輸出軸21d支承并且與支架22和電動馬達21一起固定至基部2。另外，在剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的面向螺旋彈簧24的表面上，設(shè)置有彈簧支承部23j，該彈簧支承部23j在遠離驅(qū)動軸線6j的位置處支承螺旋彈簧24的固定端24a。例如，彈簧支承部23j是沿著驅(qū)動軸線6j的方向延伸的軸構(gòu)件并且插入穿過形成在螺旋彈簧24的固定端24a的位置處的管狀部。剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23通過電動馬達21而繞驅(qū)動軸線6j轉(zhuǎn)動，并且因此，螺旋彈簧24的固定端24a的位置沿周向方向變化。以這種方式，剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23被支承為能夠圍繞驅(qū)動軸線6j轉(zhuǎn)動。當剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23繞驅(qū)動軸線6j轉(zhuǎn)動了預定轉(zhuǎn)動角度時，彈簧支承部23j相對于驅(qū)動軸線6j的位置沿周向方向繞驅(qū)動軸線6j移動了預定轉(zhuǎn)動角度。

輸出軸21d設(shè)置在電動馬達21的遠端部處。另外，輸出軸21d可以設(shè)置有減速器。輸出軸21d插入穿過支架22的通孔22h。電動馬達21固定至支架22，并且支架22固定至基部2。另外，從容置在控制單元5中的電池和控制部向電動馬達21供應電力和驅(qū)動信號。電動馬達21相對于支架22(即，基部2)繞驅(qū)動軸線6j轉(zhuǎn)動剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23，并且能夠沿周向方向移動螺旋彈簧24的固定端24a的位置。另外，電動馬達21設(shè)置有旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s比如編碼器。旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s將與電動馬達21的軸的旋轉(zhuǎn)角度對應的信號輸出至控制部?？刂撇?0可以基于來自旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s的檢測信號來檢測剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的轉(zhuǎn)動角度。支架22或基部2可以設(shè)置有檢測剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23相對于支架22的轉(zhuǎn)動角度的角度檢測部(角度傳感器)。另外，電動馬達21由控制部50控制(參照圖12)。如下所述，固定端24a的位置根據(jù)大腿擺動桿13的擺動狀態(tài)而實時地改變。

將參照圖8至圖11對螺旋彈簧24的固定端24a的位置以及剛性調(diào)節(jié)角度θs進行描述。圖8示出了在圖3中所示的使用者t處于直立狀態(tài)并且大腿擺動桿13的擺動角度為零的情況下的示例，即，在螺旋彈簧24的迫壓扭矩為零的情況的示例。當螺旋彈簧24的固定端24a處于圖8中的示例所示的位置時，在自由端24b中不產(chǎn)生繞驅(qū)動軸線6j沿順時針方向的迫壓扭矩和繞驅(qū)動軸線6j沿“逆時針”方向的迫壓扭矩。圖8中所示的基準線js是在固定端24a的位置調(diào)節(jié)成(在剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的轉(zhuǎn)動角度調(diào)節(jié)成)使得當大腿擺動桿13的擺動角度為零時在自由端24b中不產(chǎn)生迫壓扭矩的情況下穿過驅(qū)動軸線6j和彈簧自由端插入槽25b的假想的直線?；鶞示€js表示軸25a的基準轉(zhuǎn)動角度位置。另外，在圖8的示例中所示的固定端24a(彈簧支承部23j)的位置是螺旋彈簧24的固定端24a(彈簧支承部23j)的基準位置。為了有利于理解該描述，在圖8的示例中，基準線js在豎向方向上延伸，并且當大腿擺動桿13的擺動角度為零時，固定端24a位于基準線js上。

另外，圖9示出了下述狀態(tài)：電動馬達21從圖8中所示的狀態(tài)被驅(qū)動以將螺旋彈簧24的固定端24a的位置改變至從基準位置在周向方向上沿順時針方向移動了旋轉(zhuǎn)角度(θs)的位置。該狀態(tài)被稱為“向螺旋彈簧24沿順時針方向提供剛性調(diào)節(jié)角度θs的狀態(tài)”。在該狀態(tài)中，即使在使用者t處于直立狀態(tài)中并且大腿擺動桿13的擺動角度為零時，螺旋彈簧24的迫壓扭矩由于沿順時針的剛性調(diào)節(jié)角度θs而作用在軸25a上，并且該迫壓扭矩經(jīng)由變速器25從軸25a作用在大腿擺動桿13上。

另外，圖10示出了在提供了圖9中示出的“順時針方向的剛性調(diào)節(jié)角度θs”的狀態(tài)下大腿擺動桿13沿順時針方向擺動了第一擺動角度θf的情況的示例。在變速器25的變速比為“n”的情況下，當大腿擺動桿13沿順時針方向擺動了第一擺動角度θf時，變速器25的軸25a沿順時針方向擺動了擺動角度nθf。也就是說，在圖10中所示的示例中，在螺旋彈簧24中，產(chǎn)生了沿“逆時針”方向的迫壓扭矩，該迫壓扭矩對應于通過從擺動角度nθf減去剛性調(diào)節(jié)角度θs而獲得的角度(nθf-θs)。

圖11示出了在提供了圖9中示出的“順時針方向的剛性調(diào)節(jié)角度θs”的狀態(tài)下大腿擺動桿13沿“逆時針”方向擺動了第一擺動角度θr的情況的示例。在變速器25的變速比為“n”的情況下，當大腿擺動桿13沿“逆時針”方向擺動了第一擺動角度θr時，變速器25的軸25a沿“逆時針”方向擺動了擺動角度nθr。也就是說，在圖11中所示的示例中，在螺旋彈簧24中，產(chǎn)生了沿順時針方向的迫壓扭矩，該迫壓扭矩對應于通過將擺動角度nθr加至剛性調(diào)節(jié)角度θs而獲得的角度(nθr+θs)。

從大腿擺動桿13來看的表觀彈簧常數(shù)變化部由上述的變速器25(可以省略變速器25)、螺旋彈簧24、剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23和電動馬達21(剛性調(diào)節(jié)電動馬達)構(gòu)成。該表觀彈簧常數(shù)變化部圍繞驅(qū)動軸線6j改變剛性。如上所述，“剛性”表示使大腿擺動桿13擺動所需的每單位角度位移的扭矩，并且從大腿擺動桿13來看的螺旋彈簧24的表觀彈簧常數(shù)與扭矩相關(guān)。因此，“從大腿擺動桿13來看的彈性體(螺旋彈簧)的表觀剛性”是“從大腿擺動桿13來看的螺旋彈簧24的表觀彈簧常數(shù)”，并且彈簧常數(shù)是一種剛性。當彈性體的剛性發(fā)生變化時，能夠最佳地存儲能量并且能夠最佳地釋放所存儲的能量。另外，“改變從大腿擺動桿13來看的彈性體的表觀剛性的表觀剛性變化部”是“改變從大腿擺動桿13來看的螺旋彈簧24的表觀彈簧常數(shù)的表觀彈簧常數(shù)變化部”。

接著，參照圖12，將對控制部50的輸入/輸出進行描述?？刂茊卧?容置控制部50和電池60。另外，控制單元5設(shè)置有致動開關(guān)54、作為輸入-輸出部的觸摸面板55、用于電池60的充電連接器61等。另外，控制部50(控制裝置)包括cpu50a、馬達驅(qū)動器52等。還設(shè)置有用于在控制部50中執(zhí)行處理的程序以及存儲各種測量結(jié)果等的存儲裝置，但省略對其的說明。

如下所述，控制部50確定作為剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的旋轉(zhuǎn)角度的目標剛性調(diào)節(jié)角度，在該目標剛性調(diào)節(jié)角度處，從大腿擺動桿13來看的螺旋彈簧24的表觀彈簧常數(shù)變?yōu)樽罴阎担瑥亩?jīng)由馬達驅(qū)動器52向電動馬達21輸出驅(qū)動電流(圖12中的iout)。電動馬達21基于來自控制部50的驅(qū)動電流經(jīng)由輸出軸21d而使剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23旋轉(zhuǎn)。電動馬達21的軸的旋轉(zhuǎn)角度通過旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s進行檢測，并且向cpu50a輸入檢測信號(圖12的φref)。另外，來自馬達驅(qū)動器52的實際驅(qū)動電流通過設(shè)置在馬達驅(qū)動器52內(nèi)的檢測電路(省略對其的說明)進行檢測，并且向cpu50a輸入來自檢測電路的檢測信號(圖12中的iref)。cpu50a執(zhí)行反饋控制，使得剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的基于來自旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s的檢測信號(φref)和來自馬達驅(qū)動器52的檢測信號(iref)的實際旋轉(zhuǎn)角度接近目標剛性調(diào)節(jié)角度。

來自第一角度檢測部13s的檢測信號(圖12中的θref)被輸入至控制部50。控制部50可以基于來自第一角度檢測部13s的檢測信號檢測大腿擺動桿13相對于基部2的第一擺動角度。

致動開關(guān)54是構(gòu)造成啟動控制部50的開關(guān)。另外，觸摸面板55是構(gòu)造成輸入使用者的身高、體重等并且顯示設(shè)定狀態(tài)等的裝置。另外，充電連接器61是在對電池60充電時連接充電線纜的連接器。

接著，參照圖13，將對控制部50的構(gòu)型進行描述。如圖13中所示，控制部50包括頻率檢測部b10、剛性命令角度計算部b20、第一加法器b30、位置控制部b40、第二加法器b50、速度控制部b60、第三加法器b70、扭矩控制部b80、馬達驅(qū)動器52(參照圖12)、微分器b51等。包括頻率檢測部b10的控制部50可以被認為是頻率檢測器。

擺動往復移動體(在該情況下，使用者的下肢)的第一擺動角度θref被輸入至頻率檢測部b10，其中，第一擺動角度θref是來自第一角度檢測部13s的檢測信號。頻率檢測部b10基于指示第一擺動角度θref隨時間的變化的運動軌跡來估算運動波形的頻率(擺動運動的頻率)。隨后，頻率檢測部b10將估算頻率fcalc——其為所估算的頻率——輸出至剛性命令角度計算部b20。

來自第一角度檢測部13s的擺動角度θref和來自頻率檢測部b10的估算頻率fcalc被輸入至剛性命令角度計算部b20，并且剛性命令角度計算部b20計算相對于擺動往復移動體的估算頻率fcalc和此刻的第一擺動角度θref而言適當?shù)谋碛^彈簧常數(shù)。隨后，剛性命令角度計算部b20計算命令角度φcmd，該命令角度φcmd是電動馬達21的使表觀彈簧常數(shù)與計算出的表觀彈簧常數(shù)一致所需的旋轉(zhuǎn)角度并且將計算出的φcmd輸出至第一加法器b30。

剛性命令角度計算部b20的命令角度φcmd以及實際旋轉(zhuǎn)角度φref被輸入至第一加法器b30，其中，實際旋轉(zhuǎn)角度φref是電動馬達21的基于來自旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s的檢測信號的實際旋轉(zhuǎn)角度。隨后，第一加法器b30向位置控制部b40輸出“位置偏差(＝命令角度φcmd-實際角度φref)”，該“位置偏差”是命令角度φcmd與實際角度φref之間的偏差。

位置控制部b40是位置反饋控制部。位置控制部b40通過執(zhí)行所謂的pid控制而基于從第一加法器b30輸入的位置偏差來計算命令速度ωcmd并且將所計算的命令速度ωcmd輸出至第二加法器b50。由于位置控制部b40的pid控制是一般反饋控制，因此將省略詳細的描述。

來自位置控制部b40的命令速度ωcmd和表示來自旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s的實際角度φref隨時間的變化的實際角速度(d/dt)φref被輸入至第二加法器b50。隨后，第二加法器b50將“速度偏差(＝命令速度ωcmd-實際角速度(d/dt)φref)”輸出至速度控制部b60，其中，該“速度偏差”是命令速度ωcmd與實際角速度(d/dt)φref之間的偏差。由于實際角速度(d/dt)φref在下面的表達式1-1中表示，因此(d/dt)φref可以由表達式1-1中的右側(cè)的項替換。

實際角度φref被輸入至微分器b51，并且微分器b51將實際角速度(d/dt)φref輸出至第二加法器b50，實際角速度(d/dt)φref是實際角度φref隨時間的變化。

速度控制部b60是速度反饋控制部。速度控制部b60通過執(zhí)行所謂的pid控制而基于從第二加法器b50輸入的速度偏差來計算命令扭矩tcmd并且將所計算的命令扭矩tcmd輸出至第三加法器b70。由于速度控制部b60的pid控制與位置控制部b40的pid控制一樣是一般反饋控制，因此將省略詳細的描述。

來自速度控制部b60的命令扭矩tcmd和來自馬達驅(qū)動器52的電流信息iref被輸入至第三加法器b70，并且第三加法器b70將命令扭矩tcmd與電流信息iref之間的差(命令扭矩tcmd-電流信息iref)輸出至扭矩控制部b80。

扭矩控制部b80是扭矩反饋控制部。扭矩控制部b80通過執(zhí)行所謂的pid控制而基于從第三加法器b70輸入的差計算命令電流icmd并將所計算的命令電流icmd輸出至馬達驅(qū)動器52。由于扭矩控制部b80的pid控制與位置控制部b40的pid控制以及速度控制部b60的pid控制一樣是一般反饋控制，因此將省略詳細的描述。

反饋控制部b90包括第一加法器b30、位置控制部b40、第二加法器b50、微分器b51、速度控制部b60、第三加法器b70和扭矩控制部b80。

來自扭矩控制部b80的命令電流icmd被輸入至馬達驅(qū)動器52，并且馬達驅(qū)動器52將對應于輸入命令電流icmd的驅(qū)動電流iout輸出至電動馬達21。另外，馬達驅(qū)動器52將電流信息iref輸出至第三加法器b70，其中，電流信息iref是與實際輸出驅(qū)動電流iout對應的信息。

電動馬達21由來自馬達驅(qū)動器52的驅(qū)動電流iout旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。另外，旋轉(zhuǎn)角度檢測部21s將與電動馬達21的旋轉(zhuǎn)角度對應的實際角度φref輸出至第一加法器b30。

基于圖13中所示的控制部的構(gòu)型的控制部50的處理過程的示例將在圖14的流程圖中示出。在下文中，將對控制部50的根據(jù)圖14中所示的流程圖的處理過程進行描述。當使用者操作控制單元的致動開關(guān)時，控制部進行至步驟s110。

在步驟s110中，控制部等待使用者經(jīng)由觸摸面板的初始設(shè)定的輸入。當控制部確定使用者已經(jīng)輸入了高度和重量時，控制部進行至步驟s120。例如，在控制部即使經(jīng)過了預定時間也沒有從使用者接收任何輸入的情況下，則控制部設(shè)定預先設(shè)置的標準高度和標準重量，并且進行至步驟s120。

在步驟s120中，控制部從第一角度檢測部13s獲取檢測信號并且測量使用者的行走狀態(tài)(或跑步狀態(tài))，并且隨后進行至步驟s130。來自第一角度檢測部13s的檢測信號被不斷地獲取，以在控制期間測量使用者的行走狀態(tài)(或跑步狀態(tài))。

在步驟s130中，控制部基于來自第一角度檢測部13s的檢測信號計算該時刻大腿擺動桿的第一擺動角度θref。隨后，控制部通過使用第一擺動角度θref隨時間的變化以及圖13中示出的頻率檢測部b10來計算估算頻率fcalc，該估算頻率fcalc是擺動往復移動體(在這種情況下，使用者的下肢)的往復擺動運動的頻率。隨后，控制部進行至步驟s140。步驟s130對應于圖13中所示的頻率檢測部b10，并且將在后面對使用頻率檢測部b10確定估算頻率fcalc的詳細過程進行描述。

在步驟s140中，控制部通過使用在步驟s110中輸入的使用者的高度和重量、在步驟s130中計算的大腿擺動桿的第一擺動角度θref和大腿擺動桿的擺動運動的估算頻率fcalc以及在圖13中示出的剛性命令角度計算部b20來計算螺旋彈簧24的使減少能量的效果最大化的表觀彈簧常數(shù)k(表觀剛性)。隨后，控制部進行至步驟s150。步驟s140對應于圖13中所示的剛性命令角度計算部b20，并且將在后面對使用剛性命令角度計算部b20來確定螺旋彈簧24的表觀彈簧常數(shù)k(剛性k)的詳細過程進行描述。

在步驟s150中，控制部通過使用在步驟s140中確定的螺旋彈簧24的表觀彈簧常數(shù)k以及在圖13中示出的剛性命令角度計算部b20來計算用于電動馬達21的命令角度φcmd(剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的旋轉(zhuǎn)角度)。隨后，控制部進入步驟s160。步驟s150對應于圖13中所示的剛性命令角度計算部b20，并且將在后面對使用剛性命令角度計算部b20確定用于電動馬達21的命令角度φcmd的詳細過程進行描述。

在步驟s160中，控制部通過使用圖13中所示的反饋控制部b90控制電動馬達21，使得電動馬達21的旋轉(zhuǎn)角度與命令角度φcmd一致，并且隨后，控制部進入步驟s170。步驟s160對應于圖13中所示的反饋控制部b90。由于反饋控制部b90的操作與一般反饋控制的操作相同，因此將省略描述。

在步驟s170中，控制部監(jiān)測行走狀態(tài)(或跑步狀態(tài))并且確定使用者是否希望停止對行走運動(或跑步運動)的輔助。在控制部確定使用者希望停止輔助的情況下(是)，控制部結(jié)束控制。在控制部確定使用者不希望停止輔助的情況下(否)，控制部返回至步驟s120。

接著，參照圖15至圖18，將對步驟s130中的處理進行詳細描述。步驟s130對應于圖13中所示的頻率檢測部b10。在下文中，將對頻率檢測部b10的構(gòu)型和由頻率檢測部b10執(zhí)行的估算頻率fcalc的計算過程進行詳細描述。圖15示出了頻率檢測部b10的構(gòu)型。頻率檢測部b10包括第一濾波器b11、振蕩相關(guān)信息輸出部b12、調(diào)節(jié)部b13、第二濾波器b14、頻率估算部b15等。

在下文中，將使用以下定義進行描述。移動體位置相關(guān)信息是與隨著時間的推移而變化的往復移動體(在該情況下，使用者的下肢)的位置相關(guān)的信息。估算移動體位置相關(guān)信息是與隨著時間的推移而變化的往復移動體的位置相關(guān)的信息，該估算移動體位置相關(guān)信息是基于與移動體位置相關(guān)信息同步的振蕩波形來估算的。θref是基于來自第一角度檢測部的檢測信號的第一擺動角度(對應于移動體位置相關(guān)信息)(rad)。θfltr是通過使第一擺動角度θref通過第一濾波器b11而獲得的濾波器通過角度(對應于移動體位置相關(guān)信息)(rad)。θneuro是由振蕩相關(guān)信息輸出部b12基于濾波器通過角度θfltr而確定的神經(jīng)振蕩器輸出角度(對應于估算移動體位置相關(guān)信息)(rad)。t1是由振蕩相關(guān)信息輸出部b12基于濾波器通過角度θfltr而確定的頻率調(diào)節(jié)參數(shù)。δt1是由調(diào)節(jié)部b13基于濾波器通過角度θfltr、神經(jīng)振蕩器輸出角度θneuro和估算頻率fcalc而確定的神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)(對應于校正參數(shù))。δt1fltr是通過使神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1通過第二濾波器b14而獲得的濾波器通過校正參數(shù)。fcalc是由頻率估算部b15基于頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1而確定的估算頻率(hz)。

第一濾波器b11是所謂的低通濾波器。作為移動體位置相關(guān)信息的第一擺動角度θref被輸入至第一濾波器b11，并且第一濾波器b11將作為移動體位置相關(guān)信息的濾波器通過角度θfltr輸出至振蕩相關(guān)信息輸出部b12和調(diào)節(jié)部b13。例如，在圖15的示例中，基于往復移動體的“運動波形”，角度θa作為時間點ta處的第一擺動角度θref被輸入至第一濾波器b11。第一濾波器b11去除疊加在第一擺動角度θref上的噪聲分量，從而有助于提高估算頻率fcalc的準確性?？梢允÷缘谝粸V波器b11。

與往復移動體(在該情況下，使用者的下肢)的隨著時間的推移而變化的位置相關(guān)的移動體位置相關(guān)信息(在該情況下，過濾器通過角度θfltr)被輸入至振蕩相關(guān)信息輸出部b12。振蕩相關(guān)信息輸出部b12包括數(shù)學模型，該數(shù)學模型包括神經(jīng)振蕩器，該神經(jīng)振蕩器基于輸入的濾波器通過角度θfltr進行與往復移動體的往復運動(在該情況下，往復擺動運動)同步的振蕩。振蕩相關(guān)信息輸出部b12確定神經(jīng)振蕩器輸出角度θneuro和頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1作為振蕩相關(guān)信息，該振蕩相關(guān)信息是與基于神經(jīng)振蕩器的與往復移動體的往復運動同步的振蕩的振蕩波形相關(guān)的信息。振蕩相關(guān)信息輸出部b12將所確定的神經(jīng)振蕩器輸出角度θneuro輸出至調(diào)節(jié)部b13并且將所確定的頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1輸出至頻率估算部b15。稍后將對振蕩相關(guān)信息輸出部b12確定神經(jīng)振蕩器輸出角度θneuro和頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1的詳細過程進行描述。

濾波器通過角度θfltr、神經(jīng)振蕩器輸出角度θneuro和估算頻率fcalc被輸入至調(diào)節(jié)部b13，并且調(diào)節(jié)部b13確定神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1(對應于校正參數(shù))。調(diào)節(jié)部b13將所確定的神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1輸出至第二濾波器b14。神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1是用于調(diào)節(jié)振蕩相關(guān)信息輸出部b12使得往復移動體(在該情況下，使用者的下肢)的運動波形的頻率與估算頻率fcalc彼此一致的校正量。稍后將描述調(diào)節(jié)部b13確定神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1的詳細過程進行描述。

第二濾波器b14是所謂的低通濾波器。神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1被輸入至第二濾波器b14，并且第二濾波器b14將濾波器通過校正參數(shù)δt1fltr輸出至振蕩相關(guān)信息輸出部b12。第二濾波器b14去除疊加在神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1上的噪聲分量，從而有助于提高估算頻率fcalc的準確性。可以省略第二濾波器b14。

頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1被輸入至頻率估算部b15，并且頻率估算部b15基于輸入的頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1來確定估算頻率fcalc。頻率估算部b15將所確定的估算頻率fcalc輸出至調(diào)節(jié)部b13和剛性命令角度計算部b20(參照圖13)。稍后將對頻率估算部b15確定估算頻率fcalc的詳細過程進行描述。

將參照圖16至圖18對通過振蕩相關(guān)信息輸出部b12確定神經(jīng)振蕩器輸出角度θneuro和頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1的過程進行描述。振蕩相關(guān)信息輸出部b12使用圖16的示例中所示的模型作為包括神經(jīng)振蕩器的數(shù)學模型，在該模型中，兩個神經(jīng)元相互地抑制刺激。振蕩相關(guān)信息輸出部b12基于輸入的濾波器通過角度θfltr與往復移動體(在該情況下，使用者的下肢)的往復運動同步地振蕩(執(zhí)行振蕩)。

在下文中，將使用以下定義進行描述。x1是神經(jīng)元的膜電位并且是f(x1)的狀態(tài)變量。x2是神經(jīng)元的膜電位并且是f(x2)的狀態(tài)變量。f(x1)和f(x2)是神經(jīng)元在f(xj)＝max(0，xj)的條件下的輸出。v1是表示適應度的變量并且是f(v1)的狀態(tài)變量。v2是表示適應度的變量并且是f(v2)的狀態(tài)變量。f(v1)和f(v2)是表示在f(vj)＝max(0，vj)的條件下的適應度的變量。β是確定自適應隨時間的變化的常數(shù)，并且是自適應強度。γ是確定自適應隨時間的變化的常數(shù)并且是兩個自適應元素的耦合系數(shù)。u0是作為一致常數(shù)的外部輸入。t1是頻率調(diào)節(jié)參數(shù)。t2是待調(diào)節(jié)的參數(shù)并且是時間常數(shù)。b是待調(diào)節(jié)的參數(shù)并且是輸入系數(shù)。c是待調(diào)節(jié)的參數(shù)并且是輸出系數(shù)。θfltr是濾波器通過角度(移動體位置相關(guān)信息)(rad)。θneuro是神經(jīng)振蕩器輸出角度(估算的移動體位置相關(guān)信息)(rad)。

在使用上述定義的情況下，圖16中所示的數(shù)學模型是包括具有下述關(guān)系表達式1至表達式5的神經(jīng)振蕩器的數(shù)學模型。該數(shù)學模型是在各種文獻中描述的數(shù)學模型，并且該數(shù)學模型用于本發(fā)明中。

θdeuro＝cf(x1)-cf(x2)表達式5

在上述表達式1和表達式3中，當向濾波器通過角度θfltr輸入值時，輸出振蕩波形，如圖17中所示。該振蕩波形是由于與往復移動體(在該情況下，使用者的下肢)的往復運動(在該情況下，往復擺動運動)同步的振蕩引起的振蕩波形。當輸出圖17的振蕩波形時，確定了時間點t處的神經(jīng)振蕩器輸出角度θneuro并且確定了頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在不改變頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1與參數(shù)t2之間的比率(t1/t2)的情況下改變頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1的值和參數(shù)t2的值時，頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1與估算頻率fcalc之間的關(guān)系是反比關(guān)系，如圖18的示例中所示。

將對通過調(diào)節(jié)部b13確定神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1的過程進行描述。在調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1以改變輸出波形的相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)中，為了利用圖18中所示的特性，使用以下定義并且通過以下表達式6調(diào)節(jié)神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1。kp是參數(shù)調(diào)節(jié)增益，其為常數(shù)。sgn(x)是符號函數(shù)，其在x>0時變?yōu)?、在x＝0時變?yōu)?并且在x<0時變?yōu)?1。θfltr是濾波器通過角度(移動體位置相關(guān)信息)(rad)。θneuro是神經(jīng)振蕩器輸出角度(估算的移動體位置相關(guān)信息)(rad)。δt1是神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)(校正參數(shù))。

然而，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述表達式6中存在問題，如下面的(a)至(c)中所述。(a)該表達式是僅關(guān)注相位差的調(diào)節(jié)方法，并且在該表達式中不直接考慮頻率。使相位彼此一致而不直接校正頻率，使得所述頻率間接地彼此一致。(b)由于所述項中的所有項都是符號函數(shù)(所述值中的每個值是1、0和-1中的任一者)，因此參數(shù)的變化是離散的并且收斂性惡化。(c)根據(jù)圖18，在估算頻率fcalc相對較低的情況下，由于頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1的變化量大，因此收斂時間增大。另外，在估算頻率fcalc相對較高的情況下，由于估算頻率fcalc受頻率調(diào)節(jié)參數(shù)t1的變化的巨大影響，因此輸出穩(wěn)定性惡化。

因此，為了解決(a)至(c)中描述的上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人通過改進上述表達式6并且使用以下定義創(chuàng)建了以下表達式7。在本發(fā)明中，神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)δt1通過表達式7確定，并且因此，提高了估算頻率fcalc的收斂性并且提高了輸出穩(wěn)定性。kp1和kp2是參數(shù)調(diào)節(jié)增益，其為常數(shù)。sgn(x)是符號函數(shù)，其在x>0時變?yōu)?、在x＝0時變?yōu)?并且在x<0時變?yōu)?1。θfltr是濾波器通過角度(移動體位置相關(guān)信息)(rad)。θneuro是神經(jīng)振蕩器輸出角度(估算移動體位置相關(guān)信息)(rad)。fcalc是估算頻率(hz)。δt1是神經(jīng)振蕩器校正參數(shù)(校正參數(shù))

上述表達式作為表達式7。在該表達式7中，解決(a)中的上述問題的部分對應于表達式7中的第二行(第二項)中的(|θfltr|-|θneuro|)。另外，解決(b)中的上述問題的部分對應于表達式7中的第一行(第一項)中的[(θfltr)-(θneuro)]。另外，解決(c)中的上述問題的部分對應于第一行中的1/fcalc和第二行中的1/fcalc。

另外，在調(diào)節(jié)輸出波形(圖17中所示的振蕩波形)的振幅的時，通過利用以下表達式8和表達式9來調(diào)節(jié)表達式1至表達式5中的參數(shù)c和參數(shù)b。表達式9中的常數(shù)“0.6”是經(jīng)驗值并且該常數(shù)不限于該數(shù)值。

δc＝|θfltr|-|θneuro|表達式8

δb＝0.6-(|θneuro|/c)表達式9

將對由頻率估算部b15確定估算頻率fcalc的過程進行描述。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)通過使用以下定義創(chuàng)建了用于確定估算頻率fcalc的以下表達式10。c1和c2是頻率估算校準表達式的常數(shù)。因子t1是頻率調(diào)節(jié)參數(shù)。fcalc是估算頻率(hz)。在t1/t2的比是恒定的情況下，建立以下表達式。

fcalc＝(c1/t1)+c2表達式10

如上所述，將第一擺動角度θref輸入至圖13和圖15中所示的頻率檢測部b10，并且頻率檢測部b10輸出估算頻率fcalc。在本發(fā)明中，通過確定估算頻率fcalc來確定往復移動體的運動波形的頻率。所確定的頻率使用在下述剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件的表觀彈簧常數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度的計算中(ω應用在ω＝2πfcalc的條件下)，因此，進一步提高了控制精度并且可以獲得減少能量的更好效果。在jp2012-66375a和jp2013-236741a中未執(zhí)行該頻率的計算。另外，例如，上述頻率檢測部b10的操作在使用者在行走期間略微踉蹌并且頻率暫時偏離的情況下不太可能受到噪聲的影響。因此，可以獲得穩(wěn)定的估算頻率fcalc。在下文中，將提供關(guān)于圖13中所示的剛性命令角度計算部b20的詳細處理的描述。將估算頻率fcalc和第一擺動角θref輸入至剛性命令角度計算部b20，并且剛性命令角度計算部b20輸出命令角φcmd。

將參照圖19和圖20對步驟s140和s150中的處理(通過剛性命令角度計算部b20執(zhí)行的表觀剛性(彈簧常數(shù))k和命令角度φcmd的計算程序)的細節(jié)進行描述。換句話說，參照圖19和圖20，將對計算從往復移動體來看的螺旋彈簧的表觀剛性(彈簧常數(shù))k的過程進行詳細描述，以通過使用擺動關(guān)節(jié)裝置1減少用于往復移動體(大腿擺動桿13+大腿附接部19+大腿區(qū)域ul1+小腿區(qū)域ul2(參照圖4))的往復運動的能量，該往復移動體是使用者的包括大腿擺動桿13的下肢，并且對計算命令角度φcmd(剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23(電動馬達21)的旋轉(zhuǎn)角度)的程序進行了詳細描述。在下面的描述中，還考慮了施加至使用者的下肢的重力的影響。

在下文中，將使用以下定義進行描述。例如，控制部50基于使用者輸入的高度、重量等來估算以下的lg、j1和m1。另外，在控制部50中預先設(shè)定c3、k1、n和η。τ是繞圖19中所示的驅(qū)動軸線6j的驅(qū)動扭矩(nm)。τ1是電動馬達21的馬達扭矩(nm)。j1是往復移動體的慣性矩(kgm²)。c3是往復移動體的粘度系數(shù)(nms/rad)。k是從往復移動體來看的螺旋彈簧24的表觀剛性(彈簧常數(shù))(nm/rad)。k1是螺旋彈簧24的初始彈簧常數(shù)(nm/rad)。m1是往復移動體的質(zhì)量(使用者的下肢+大腿擺動桿13+大腿附接部19的質(zhì)量)(kg)。g是重力加速度(m/s²)。lg是從作為擺動中心的驅(qū)動軸線6j至往復移動體的重心ulg的距離(m)。θ是往復移動體的擺動角度(大腿擺動桿13的位移角度)(rad)。|θ|是往復移動體的位移角度的幅值(rad)。θ’是螺旋彈簧24的扭轉(zhuǎn)量(rad)。θ1是電動馬達21的旋轉(zhuǎn)角度(剛性調(diào)節(jié)構(gòu)件23的旋轉(zhuǎn)角度)(rad)。ω是往復移動體的角頻率(rad/s)。t是時間(s)。n是變速器25的減速比。η是變速器25的效率。

在上述定義中，建立了往復移動體的擺動角度θ＝第一擺動角度θref(表達式11)，建立了電動馬達21的旋轉(zhuǎn)角度θ1＝命令角度φcmd(表達式12)并且建立了往復移動體的角頻率ω＝2πfcalc(表達式13)。

用于往復移動體的運動的方程可以由以下表達式14表示。當將五階泰勒展開式應用至表達式14時，可以獲得以下表達式15。

在這里，通過表達式16的使用，可以獲得以下表達式17。

另外，大腿擺動桿13的位移角度θ和往復移動體的位移角度的幅值|θ|可以由以下表達式18和表達式19表示。另外，可以從表達式16和表達式19獲得表達式20。

|θ|＝a/(dω)表達式19

a＝|θ|c3ω表達式20

另外，可以通過將表達式20代入到表達式17中獲得以下表達式21。

在這種情況下，可以由以下表達式22表示扭矩幅值。在該表達式22中，為了使|τ|最小化，在表達式22中應當滿足a＝0。當此時的表觀剛性為k時，建立以下表達式23?？梢詮谋磉_式23獲得以下表達式24。

在此，當假設(shè)力彼此平衡時，τ在從往復移動體側(cè)觀察螺旋彈簧的情況下可以由表達式25表示。另外，τ在從螺旋彈簧側(cè)觀察往復移動體的情況下可以由表達式26表示。

τ＝kθ表達式25

τ＝ηnτ1表達式26

減速器的輸入軸中產(chǎn)生的扭矩τ1可以由以下表達式27表示。當考慮到通過旋轉(zhuǎn)電動馬達21而使螺旋彈簧的固定端旋轉(zhuǎn)θ1時，可以獲取以下表達式28。另外，通過將表達式28代入到表達式27中可以獲取以下表達式29。

τ1＝k1θ′表達式27

θ′＝nθ-θ1表達式28

τ1＝k1(nθ-θ1)表達式29

可以通過將表達式29代入到表達式26中來獲取以下表達式30?？梢酝ㄟ^使用表達式30和表達式25獲取以下表達式31，并且可以通過修改表達式31獲取表達式32。

τ＝ηnk1(nθ-θ1)＝ηn²k1[1-θ1/(nθ)]θ表達式30

k＝ηn²k1[1-θ1/(nθ)]表達式31

θ1＝nθ[1-k/(ηn²k1)]表達式32

因此，在圖14中所示的流程圖中的步驟s140中，基于上述表達式24計算表觀剛性k。在步驟s150中，基于所計算的k和上述表達式32，計算電動馬達21的旋轉(zhuǎn)角度θ1。因此，通過實時地調(diào)節(jié)螺旋彈簧24的固定端24a的位置的旋轉(zhuǎn)角度θ1使得相對于大腿擺動桿13的時刻變化的第一擺動角度θ滿足表觀剛性k，可以減小使用者的負載(用于行走或跑步的能量)。如上述表達式11至表達式式13中所表示的，建立了往復移動體的擺動角度θ＝第一擺動角度θref，建立了電動馬達21的旋轉(zhuǎn)角度θ1＝命令角度φcmd并且建立了往復移動體的角頻率ω＝2πfcalc。

圖20示出了在不執(zhí)行剛性調(diào)節(jié)的情況下以及在執(zhí)行該實施方式中描述的剛性調(diào)節(jié)的情況下的特性的示例。在圖20中，水平軸線表示往復移動體的擺動頻率并且豎向軸線表示當往復移動體被驅(qū)動了一個周期時的能耗(即，所消耗的能量)。通過執(zhí)行根據(jù)該實施方式的剛性調(diào)節(jié)(考慮到重力的影響的調(diào)節(jié))，可以獲得根據(jù)往復移動體的擺動頻率減少能量的效果。

將參考圖21和22對往復移動體進行往復線性運動的情況的示例進行描述。在以上描述中，描述了往復移動體是使用者的進行往復擺動運動的下肢的示例。然而，即使在往復移動體進行往復線性運動的情況下，也可以應用本發(fā)明。例如，圖21中所示的機床是包括床體71、主軸工作臺72、磨頭82等的機床，并且擺動關(guān)節(jié)裝置能夠應用于該機床。在圖21中，x軸、y軸和z軸彼此正交。工件w的旋轉(zhuǎn)軸線jx平行于x軸。主軸工作臺72能夠相對于床體71在x軸方向上往復運動。磨頭82能夠相對于床體71在與工件w的旋轉(zhuǎn)軸線jx正交的z軸方向上往復運動。

床體71設(shè)置有包括編碼器72e(編碼器72e是角度檢測部并且還可以用作位置檢測部)的電動馬達72m。電動馬達72m基于來自馬達控制裝置(未示出)的驅(qū)動電流使主軸工作臺72相對于床體71沿著x軸方向往復運動。該馬達控制裝置基于來自編碼器72e的檢測信號檢測主軸工作臺72在x軸方向上的位置。當主軸工作臺72沿x軸方向移動時，磨石84相對于工件w在x軸方向上的相對位置改變。

主軸工作臺72設(shè)置有包括主軸73、卡盤73c和電動馬達73m的床頭箱73d以及包括中央部74的尾座74d。曲柄狀工件w由卡盤73c和中央部74保持并且通過主軸73繞平行于x軸的工件旋轉(zhuǎn)軸線jx旋轉(zhuǎn)。電動馬達73m基于來自馬達控制裝置(未示出)的驅(qū)動電流使主軸73繞工件旋轉(zhuǎn)軸線jx旋轉(zhuǎn)。該馬達控制裝置基于來自編碼器73e的檢測信號檢測主軸73的旋轉(zhuǎn)角度。另外，中央部74沿主軸73的方向被迫壓。

床體71設(shè)置有包括編碼器82e(編碼器82e是角度檢測部并且還可以用作位置檢測部)的電動馬達82m。電動馬達82m基于來自馬達控制裝置(未示出)的驅(qū)動電流使磨頭82相對于床體71沿z軸方向往復運動。該馬達控制裝置基于來自編碼器82e的檢測信號檢測磨頭82在z軸方向上的位置。當磨頭82沿z軸方向移動時，磨石84相對于工件w在z軸方向上的相對位置改變。

磨頭82設(shè)置有連接有驅(qū)動帶輪83a的電動馬達84m和連接有從動帶輪83c的磨石84。驅(qū)動帶輪83a的旋轉(zhuǎn)動力通過傳送帶83b傳送至從動帶輪83c，從而旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動磨石84。電動馬達84m基于來自馬達控制裝置(未示出)的驅(qū)動電流使磨石84旋轉(zhuǎn)。

在使曲柄狀工件w旋轉(zhuǎn)的同時研磨曲柄銷的情況下，需要通過使用電動馬達82m使磨頭82根據(jù)工件w的旋轉(zhuǎn)角度而沿z軸方向執(zhí)行往復線性運動。因此，如圖22中所示，擺動關(guān)節(jié)裝置101連接至磨頭82。圖22是當從y軸方向觀察時擺動關(guān)節(jié)裝置101連接至磨頭82的狀態(tài)的示意圖。省略了床體71、主軸工作臺72等。在該擺動關(guān)節(jié)裝置101中，與上述擺動關(guān)節(jié)裝置1相比，大腿擺動桿13改變成具有長孔113a的桿113(也可以視為第一輸出部)。另外，在磨頭82上連接有突出部82a，并且突出部82a設(shè)置有連接部82b。連接部82b插入穿過桿113的長孔113a。另外，擺動關(guān)節(jié)裝置101的基部2固定至床體等。

在圖22中，電動馬達82m使磨頭82根據(jù)主軸73的旋轉(zhuǎn)角度(即，工件w的旋轉(zhuǎn)角度)沿z軸方向執(zhí)行往復線性運動。在往復線性運動期間，磨頭82在位置z1與位置z2之間往復運動，其中，位置z0作為中心。在該情況下，如圖22中所示，桿113的第一擺動角度θref隨著時間的推移而變化。如圖22中所示，第一擺動角度θref是基于隨著時間推移變化的磨頭82的位置的磨頭82(往復移動體)的角度。

在圖14中所示的步驟s130中，通過上述過程，使用第一擺動角度θref對估算頻率fcalc(往復線性運動的頻率)進行估算。在圖14中所示的步驟s140和s150中，通過上述過程計算表觀剛性k和命令角度φcmd(電動馬達82m的旋轉(zhuǎn)角度θ1)。由于磨頭82沿水平方向進行往復線性運動并且不受重力的影響，因此通過表達式24建立了m1glg＝0(即，建立了k＝j(luò)1ω²)，其中，表達式24是用于表觀剛性k的表達式。隨后，通過使用命令角度φcmd，在圖14中所示的步驟s160中，電動馬達21受控成使得電動馬達21的旋轉(zhuǎn)角度與命令角度φcmd一致。如上所述，通過調(diào)節(jié)擺動關(guān)節(jié)裝置101的表觀剛性能夠降低電動馬達82m的耗能(功率消耗)。

如上所述，在該實施方式所述的擺動關(guān)節(jié)裝置中，由包括頻率檢測部b10的控制部50(參照圖13)構(gòu)成的頻率檢測器(用于往復移動體)可以適當?shù)鼗谶M行往復運動的往復移動體的運動軌跡檢測運動波形的頻率，其中，所述往復運動包括周期性往復線性運動或周期性往復擺動運動。

另外，包括頻率檢測器的擺動關(guān)節(jié)裝置1、101中的每一者均連接至進行周期性往復擺動運動的往復移動體或者進行周期性往復線性運動的往復移動體。擺動關(guān)節(jié)裝置1、101中的每一者交替地重復能量積累模式和能量釋放模式，在能量積累模式中，能量通過往復移動體的運動而積累在彈性體中，在能量釋放模式中，釋放積累在彈性體中的能量以輔助往復移動體的運動。在擺動關(guān)節(jié)裝置1、101中，從往復移動體來看的表觀剛性發(fā)生變化，使得積累和釋放的能量進一步增加。因此，能夠進一步減少用于使往復移動體往復運動的能量。

在實施方式的描述中，對擺動關(guān)節(jié)裝置進行了描述。然而，輸入第一擺動角θref(移動體位置相關(guān)信息)并且輸出估算頻率fcalc的頻率檢測器(用于往復移動體)可以由包括頻率檢測部b10的控制部50(控制單元5)構(gòu)成。

在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對根據(jù)本發(fā)明的頻率檢測器(用于往復移動體)和擺動關(guān)節(jié)裝置中的每一者的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、形狀、外觀、處理過程、算術(shù)表達式等進行各種修改，添加和刪除。

該實施方式中所述的頻率檢測器(用于往復移動體)不限于檢測使用者的下肢的往復運動的頻率或者檢測機床的往復移動體的往復運動的頻率。該頻率檢測器(用于往復移動體)可以用于檢測進行周期性往復線性運動或周期性往復擺動運動的各種往復體的往復運動的頻率。

該實施方式中所述的擺動關(guān)節(jié)裝置的使用不限于輔助使用者的下肢的往復運動(行走或跑步)或者輔助機床的往復移動體。該擺動關(guān)節(jié)裝置可以應用于各種物體，比如通過使用電動馬達等進行周期性往復運動的各種儀器和裝置。

另外，在該實施方式中，變速器25設(shè)置在大腿擺動桿13與螺旋彈簧24之間，并且螺旋彈簧24間接地連接至大腿擺動桿13。然而，可以省略變速器25，并且大腿擺動桿13和螺旋彈簧24可以直接地連接至彼此。

另外，在該實施方式中，對使用螺旋彈簧24作為彈性體的示例提供了描述。然而，可以使用各種彈性體來代替螺旋彈簧24。例如，可以使用其他彈性體，比如螺旋纏繞的可伸展彈簧、板簧或波形彈簧。另外，可以使用利用諸如橡膠或樹脂之類的高彈體、諸如油之類的液體或氣體的彈性體。該彈性體可以根據(jù)待儲存能量的物體(操作)的運動量或待儲存的能量的量而改變。在待儲存的能量的量相對較小的情況下，使用彈性體是有效的。對于諸如使用者的行走或跑步之類的運動而言，鑒于螺旋彈簧具有相對較大的能量儲存量、彈簧常數(shù)(剛性)等的大小以及其調(diào)節(jié)的容易性，使用螺旋彈簧是有效的。另外，螺旋彈簧在成本方面也是有利的。

上述擺動關(guān)節(jié)裝置用于使用者的左腿。然而，可以添加用于右腿的基部(與基部2對稱)、用于右腿的大腿擺動部(與由附圖標記13、19等表示的構(gòu)件對稱)以及用于右腿的剛性調(diào)節(jié)部(與由附圖標記21、22、23、24、25等表示的構(gòu)件對稱)，使得控制單元5輔助使用者的雙腿的行走運動(或跑步運動)。

根據(jù)該實施方式，在使用者的行走或跑步期間，考慮到重力從在使用者開始行走或跑步以后的低速下周期性擺動運動的頻率較低時的時刻至行走或跑步的速度增大之后的高速下周期性擺動運動的頻率較高時的時刻來控制表觀剛性變化部。因此，可以對擺動運動的頻率(移動體的頻率)執(zhí)行最佳控制。當擺動運動的頻率低時，重力的影響較大。然而，可以考慮重力的影響來進行控制。因此，可以有效地獲得降低能量的效果。