[发明专利]平衡装置

说明书

技术领域

本申请要求基于2009年12月15日提交的日本专利申请第2009-284387号的优先权。该申请的全部内容被参考援引在本说明书中。本发明涉及使用飞轮来辅助人的平衡能力的技术、或者用于提高平衡能力的训练的技术。另外，在本说明书中，“平衡能力”典型地是指向被确定的基准方向恢复发生了倾斜的躯体的能力。

背景技术

据发明者们所知，迄今很少对辅助人的平衡能力的安装型的装置进行研究。另外，如下所示，本说明书所公开的新技术利用飞轮。因此，下面列举与利用了飞轮的机器人技术有关的两个现有技术。

(1)专利文献1(日本国专利公开公报第2004-9205号)：专利文献1中公开的腿式机器人在躯体和腿的至少一者上安装有利用了飞轮的控制力矩陀螺。该腿式机器人通过控制力矩陀螺来改变躯体的姿势。

(2)专利文献2(日本国专利公开公报第2009-254741号)：在专利文献2中公开了利用飞轮的行走辅助装置。该行走辅助装置包括安装到大腿上的第一安装部和安装到下腿上的第二装着部。各个安装部具有飞轮。该行走辅助装置利用飞轮的反力转矩，以辅助腿的动作。

发明内容

发明所要解决的技术问题

人的平衡能力有时由于残疾或受伤而下降。然而，如上所述，据发明者们所知，迄今很少对辅助人的平衡能力的安装型的装置进行研究。为了平衡能力下降的人，期望辅助平衡能力的安装型的装置。另外，安装型的平衡辅助装置也可用作用于提高平衡能力的训练装置。

用于解决问题的技术手段

本说明书所公开的一个技术提供了被安装到人的躯体上的平衡装置。该平衡装置包括传感器、至少一个飞轮、以及控制器。传感器检测躯体相对于被确定的基准方向的倾斜角。基准方向的一例是铅垂方向。可通过向期望的方向倾斜平衡装置并且传感器所输出的倾斜角被重置为零，来确定基准方向。在这种情况下，传感器输出零倾斜角时的平衡装置的方向相当于基准方向。至少一个飞轮以平衡装置被安装到人上时所述飞轮的轴线与躯体的横摆轴不平行的方式配置在平衡装置上。躯体的横摆轴相当于躯体的纵向方向。另外，在人直立时，横摆轴与铅垂方向一致。控制器基于由传感器检测出的倾斜角来改变飞轮的旋转速度。

上述的平衡装置利用由于飞轮的旋转速度变化而产生的反力转矩来辅助人的平衡能力。在此，反力转矩表示躯体从飞轮受到的转矩。以下，将由于飞轮的旋转速度变化而产生的反力转矩简称为“反力转矩”。另外，上述的平衡装置通过适当地改变倾斜角和飞轮的旋转速度变化的关系，可用作用于提高人的平衡能力的训练装置。如果控制上述的平衡装置使得产生向基准方向恢复躯体的倾斜角的方向的反力转矩，则上述的平衡装置作为平衡辅助装置发挥功能。另一方面，如果控制上述的平衡装置使得产生增大躯体的倾斜角的方向(远离基准方向的方向)的反力转矩，则上述的平衡装置作为平衡训练装置发挥功能。

在具有一个飞轮的平衡装置的情况下，倾斜角的方向和飞轮的旋转方向以及反力转矩的方向的关系如下所述。假定与飞轮的旋转轴交叉的面内的躯体的倾斜角。当躯体从基准方向沿顺时针方向倾斜时，如果飞轮的顺时针方向的旋转速度增加，则在躯体上产生逆时针方向的反力转矩、即向基准方向恢复躯体的倾斜角的方向的反力转矩。在具有多个飞轮的情况下，改变各飞轮的旋转速度，以使得各飞轮所产生的反力转矩的合成转矩作用于向基准方向恢复躯体的倾斜角的方向上。合成转矩的方向或大小由各飞轮的几何学的配置决定。

对上述的平衡装置作为平衡能力的辅助装置使用的一个实施方式进行说明。当倾斜角处于包括基准方向的预先确定的第一范围内时，平衡装置的控制器控制飞轮的旋转速度，以使得反力转矩小于等于预先确定的反力阈值，当倾斜角超过第一范围外时，平衡装置的控制器改变飞轮的旋转速度，以使得反力转矩大于等于反力阈值并且在向基准方向恢复倾斜角的方向上产生反力转矩。

在具有一个飞轮的平衡装置的情况下，当倾斜角处于第一范围外时，控制器控制飞轮以向与倾斜方向相同的旋转方向增加旋转速度。飞轮的这样的旋转角速度(旋转速度的变化)产生作用于向基准方向恢复躯体的倾斜角的方向上的反力转矩。

在上述的平衡装置作为平衡辅助装置使用的其他的实施方式中，当倾斜角增大时，控制器改变飞轮的旋转速度以使得反力转矩大于等于反力阈值并且在向基准方向恢复倾斜角的方向上产生反力转矩，当倾斜角减小时，控制器控制飞轮的旋转速度以使得反力转矩小于等于反力阈值。