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DRIVING FORCE COMPUTING DEVICE, DRIVING FORCE COMPUTING METHOD, MUSCLE FORCE ASSISTING DEVICE, PROGRAM, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM

Foreign code F070001677
File No. F070001677
Posted date Sep 14, 2007
Country WIPO
International application number 2005JP014346
International publication number WO 2006/092872
Date of international filing Aug 4, 2005
Date of international publication Sep 8, 2006
Priority data
  • P2005-054961 (Feb 28, 2005) JP
Title DRIVING FORCE COMPUTING DEVICE, DRIVING FORCE COMPUTING METHOD, MUSCLE FORCE ASSISTING DEVICE, PROGRAM, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM
Abstract A driving force computing device for computing a driving force with which the loadon a muscle is a desired one when a muscle force assisting device assists the userto make a predetermined movement and/or hinders the user from making it. A drivingforce computing section (15) of the driving force computing device (1) computesthe driving force of each driving part according to a joint torque table (32) containingdata on a joint torque needed for a rotating movement and a preset muscle forcetable (34) containing data on a preset muscle force inputted through a muscleforce input section (14). To compute the driving force of each driving part, amuscle /artificial muscle integral model data (25) integrally including skeletalmuscle model data (24) on a skeleton muscle model of a human and an artificial musclemodel data (23) on an artificial muscle model of the muscle force assisting deviceis used. A driving force is computed by optimizing it by using the Crowninshieldevaluation function under restriction conditions of the joint torque and thepreset muscle force.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】関節を含む骨格と筋肉とを有する生体に装着され、上記生体の骨格に関節を跨いで固定される駆動部によって上記関節の回動動作を支援及び/又は妨害する筋力補助装置の駆動部の駆動力を算出する駆動力算出装置であって、上記回動動作を支援及び/又は妨害する際に発生させるべき筋力である設定筋力が入力される筋力入力部と、上記設定筋力と上記駆動部の駆動力とが上記回動動作に必要な関節のトルクを発生させるように、上記設定筋力と上記回動動作に必要な関節のトルクとに基づいて、上記駆動部の駆動力を算出する駆動力算出手段とを備えていることを特徴とする、駆動力算出装置。

【請求項2】上記駆動力算出手段は、上記生体の骨格及び筋肉と上記筋力補助装置の駆動部との位置情報を少なくとも含む立体構成情報を用いて、上記設定筋力及び上記回動動作に必要な関節のトルクから上記駆動部の駆動力を算出することを特徴とする、請求項1に記載の駆動力算出装置。

【請求項3】上記駆動力算出手段は、上記生体の骨格及び筋肉と上記筋力補助装置の駆動部との位置情報を少なくとも含む立体構成情報を用いて上記駆動部の駆動力を算出し、上記関節のトルクは、【数1】(ただし、上記式において、iは関節の番号であり、τiは関節iにおける関節トルクであり、jは関節iを跨ぐ筋肉又は駆動部の番号であり、rjは筋肉j又は駆動部jのモーメントアームであり、fjは筋肉jの筋力又は駆動部jの駆動力である)と表されることを特徴とする、請求項1に記載の駆動力算出装置。

【請求項4】上記駆動力算出手段は、Crowninshieldの最適化計算式を用いて、上記駆動部の駆動力を算出することを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の駆動力算出装置。

【請求項5】上記駆動力算出手段は、上記設定筋力と、上記回動動作に必要な関節のトルクとを拘束条件として、次の評価関数u(f)【数2】(ただし、上記評価関数において、nは筋力入力部に設定筋力が入力されなかった筋肉の数と駆動部の数との和であり、jは筋力入力部に設定筋力が入力されなかった筋肉又は駆動部の番号であり、fjはj番目の筋肉の筋力又はj番目の駆動部の駆動力であり、Ajはjが筋肉の場合は筋肉の生理断面積でありjが駆動部の場合は最大駆動力に基づく値であり、mは2以上の任意の整数である)が最小となり得るfjを算出することによって、上記駆動部の駆動力を算出することを特徴とする、請求項1から4の何れか1項に記載の駆動力算出装置。

【請求項6】上記筋力補助装置が上記回動動作を支援及び妨害しない場合の上記回動動作に必要な筋力を、上記回動動作に必要な関節のトルクに基づいて算出する筋力算出手段をさらに備え、上記筋力入力部には、上記筋力算出手段によって算出された筋力に基づいて設定筋力が入力されることを特徴とする、請求項1から5の何れか1項に記載の駆動力算出装置。

【請求項7】上記筋力補助装置が上記回動動作を支援及び/又は妨害する際の上記回動動作に必要な筋力を、上記駆動力算出手段によって算出された駆動力と、上記回動動作に必要な関節のトルクとに基づいて算出する筋力再算出手段と、上記筋力再算出手段によって算出された筋力と、上記筋力入力部に入力された設定筋力とを比較する比較手段とをさらに備えていることを特徴とする、請求項1から6の何れか1項に記載の駆動力算出装置。

【請求項8】上記回動動作に関する動作情報に基づいて、上記回動動作に必要な関節のトルクを算出する関節トルク算出手段をさらに備え、少なくとも1つの上記各算出手段における駆動力又は筋力の算出に、上記関節トルク算出手段によって算出された関節のトルクが用いられることを特徴とする、請求項1から7の何れか1項に記載の駆動力算出装置。

【請求項9】上記回動動作に関する動作情報を取得する動作情報取得手段をさらに備え、上記関節トルク算出手段は、上記動作情報取得手段によって取得された動作情報を基に、上記回動動作に必要な関節のトルクを算出することを特徴とする、請求項8に記載の駆動力算出装置。

【請求項10】請求項1から9の何れか1項に記載の各手段として、コンピュータを動作させるためのプログラム。

【請求項11】請求項10に記載のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【請求項12】関節を含む骨格と筋肉とを有する生体に装着され、上記生体の骨格に関節を跨いで固定される駆動部によって上記関節の回動動作を支援及び/又は妨害する筋力補助装置の駆動部の駆動力を算出する駆動力算出方法であって、筋肉に対して所望の筋力を設定する筋力設定工程と、上記筋力設定工程において設定した筋力と上記駆動部の駆動力とが上記回動動作に必要な関節のトルクを発生させるように、上記設定した筋力と上記回動動作に必要な関節のトルクとに基づいて、上記駆動部の駆動力を算出する駆動力算出工程とを備えていることを特徴とする、駆動力算出方法。

【請求項13】上記駆動力算出工程では、上記生体の骨格及び筋肉と上記筋力補助装置の駆動部との位置情報を少なくとも含む立体構成情報を用いて、上記設定筋力及び上記回動動作に必要な関節のトルクから上記駆動部の駆動力を算出することを特徴とする、請求項12に記載の駆動力算出方法。

【請求項14】上記駆動力算出工程では、上記生体の骨格及び筋肉と上記筋力補助装置の駆動部との位置情報を少なくとも含む立体構成情報を用いて上記駆動部の駆動力を算出し、上記関節のトルクは、【数3】(ただし、上記式において、iは関節の番号であり、τiは関節iにおける関節トルクであり、jは関節iを跨ぐ筋肉又は駆動部の番号であり、rjは筋肉j又は駆動部jのモーメントアームであり、fjは筋肉jの筋力又は駆動部jの駆動力である)と表されることを特徴とする、請求項12又は13に記載の駆動力算出方法。

【請求項15】上記駆動力算出工程では、Crowninshieldの最適化計算式を用いて、上記駆動部の駆動力を算出することを特徴とする、請求項12から14の何れか1項に記載の駆動力算出方法。

【請求項16】上記駆動力算出工程では、上記筋力設定工程において設定した筋肉の筋力と、上記回動動作に必要な関節のトルクとを拘束条件として、次の評価関数u(f)【数4】(ただし、上記評価関数において、nは筋力設定工程において筋力を設定しなかった筋肉の数と駆動部の数との和であり、jは筋力入力部に設定筋力が入力されなかった筋肉又は駆動部の番号であり、fjはj番目の筋肉の筋力又はj番目の駆動部の駆動力であり、Ajはjが筋肉の場合は筋肉の生理断面積でありjが駆動部の場合は駆動部の最大駆動力に基づく値であり、mは2以上の任意の整数である)が最小となり得るfjを算出することによって、上記筋力補助装置が上記回動動作を支援又は妨害する際の上記駆動部の駆動力を算出することを特徴とする、請求項12から15の何れか1項に記載の駆動力算出方法。

【請求項17】上記筋力補助装置が上記回動動作を支援及び妨害しない場合の上記回動動作に必要な筋力を、上記回動動作に必要な関節のトルクに基づいて算出する筋力算出工程をさらに備え、上記筋力設定工程では、上記筋力算出工程において算出した筋力に基づいて、筋肉に対して所望の筋力を設定することを特徴とする、請求項12から16の何れか1項に記載の駆動力算出方法。

【請求項18】上記筋力補助装置が上記回動動作を支援及び/又は妨害する際の上記回動動作に必要な筋肉の筋力を、上記駆動力算出工程において算出した駆動力と、上記回動動作に必要な関節のトルクとに基づいて算出する筋力再算出工程と、上記筋力再算出工程において算出した筋力と、上記筋力設定工程において設定した筋力とを比較する比較工程とをさらに備えていることを特徴とする、請求項12から17の何れか1項に記載の駆動力算出方法。

【請求項19】上記回動動作に関する動作情報に基づいて、上記回動動作に必要な関節のトルクを算出する関節トルク算出工程をさらに備え、少なくとも1つの上記各算出工程における駆動力又は筋力の算出に、上記関節トルク算出工程において算出した関節のトルクを用いることを特徴とする、請求項12から18の何れか1項に記載の駆動力算出方法。

【請求項20】関節を含む骨格と筋肉とを有する生体によって装着され、上記関節の回動動作を支援及び/又は妨害する筋力補助装置であって、請求項1から9の何れか1項に記載の駆動力算出装置と、上記生体の骨格に関節を跨いで固定される駆動部と、上記駆動部の駆動力を制御する駆動力制御部とを備え、上記駆動力制御部は、上記駆動力算出装置によって算出された駆動力に基づいて上記駆動部の駆動力を制御することを特徴とする、筋力補助装置。

【請求項21】関節を含む骨格と筋肉とを有する生体によって装着され、上記関節の回動動作を支援及び/又は妨害する筋力補助装置であって、請求項12から19の何れか1項に記載の駆動力算出方法によって算出された駆動力のデータが格納された記憶部と、上記生体の骨格に関節を跨いで固定される駆動部と、上記駆動部の駆動力を制御する駆動力制御部とを備え、上記駆動力制御部が、上記記憶部に格納された駆動力に基づいて上記駆動部を制御することを特徴とする、筋力補助装置。

【請求項22】入力部をさらに備え、上記記憶部には、複数の駆動力のデータが、算出の際に用いられた回動動作の情報と関連付けられて格納され、上記入力部に入力される情報は、回動動作の情報であり、上記駆動力制御部は、上記入力部に入力された回動動作の情報に基づいて上記記憶部から対応する駆動力のデータを検索し、検索した駆動力のデータに基づいて上記駆動部を制御することを特徴とする、請求項21に記載の筋力補助装置。

【請求項23】上記記憶部には、複数の駆動力のデータが、上記筋力設定工程において設定された筋力の情報と関連付けられて格納され、上記入力部に入力される情報は、筋肉に対して設定される筋力の情報であり、上記駆動力制御部は、上記入力部に入力された筋力の情報に基づいて上記記憶部から対応する駆動力のデータを検索し、検索した駆動力のデータに基づいて上記駆動部を制御することを特徴とする、請求項21又は22に記載の筋力補助装置。

【請求項24】請求項21から23の何れか1項に記載の筋力補助装置の記憶部として用いられる上記駆動力のデータが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • National University Corporation Nara Institute Of Science And Technology
  • Inventor
  • Ueda, Jun
  • Ogasawara, Tsukasa
IPC(International Patent Classification)
Specified countries AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BE BF BG BJ BR BW BY BZ CA CF CG CH CI CM CN CO CR CU CY CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI FR GA GB GD GE GH GM GN GQ GR GW HR HU ID IE IL IN IS IT JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MC MD MG MK ML MN MR MW MX MZ NA NE NG NI NL NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SI SK SL SM SN SY SZ TD TG TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW
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