JP2006263849A - 外力印加装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 歩行中のロボットの姿勢制御能力を評価するために用いる、所定の印加パターンの外力を生成する外力印加装置を提供する
【解決手段】 枠構造体100a内のステージ105に設けたACサーボモータ104とその回転軸に設けられたモータープーリー106に一端が固定され巻き取られたワイヤ124が、センサプーリー107及びガイドプーリー108を介して引き出されたワイヤ124の他端がロボットに掛着されると共に、センサプーリー107に係止されるトルクセンサ109によりワイヤ124の張力を検出するようにしてACサーボモータ104をトルク制御し、予め設定された「経過時間−トルク」の印加パターンに倣うような外力をロボットに印加できるようにした。
【選択図】 図3
【解決手段】 枠構造体100a内のステージ105に設けたACサーボモータ104とその回転軸に設けられたモータープーリー106に一端が固定され巻き取られたワイヤ124が、センサプーリー107及びガイドプーリー108を介して引き出されたワイヤ124の他端がロボットに掛着されると共に、センサプーリー107に係止されるトルクセンサ109によりワイヤ124の張力を検出するようにしてACサーボモータ104をトルク制御し、予め設定された「経過時間−トルク」の印加パターンに倣うような外力をロボットに印加できるようにした。
【選択図】 図3
Description
本発明は、人やロボットなどにおいて外力に対する適応の程度を確認・評価するため、基準となる外力を所望の印加パターンにより印加することができるようにした外力印加装置に関する。
昨今、傷病がほとんどなおって症状が固定化した人や一般患者に対し、社会生活に復帰できるよう精神的、身体的、職業的、生活的な治療と訓練を行う機能回復リハビリテーション、あるいは老人の介護医療に対するリハビリテーションの重要性が認識されつつある。つまり、リハビリテーション施設の整備に多少のコストがかかっても体の不自由な人の運動機能が回復したり、老人が健康に生活するため運動機能を維持することが本人のみならず家族の介護負担軽減、ひいては地域の活気と自治体の財政健全化に極めて有効であることが認識されてきている。
ここで、回復させる運動機能とは、例えば立位の状態や歩行中に加えられた外力に対して姿勢をいかに維持できるかというようなものであり、外力としては身体に直接加えられるもののほか、歩行する床面の傾斜、凹凸や段差、素材の違いなどの実生活で遭遇する環境面に関するものも含まれる。
そして、リハビリテーション施設ではそのスタッフによって作成された改善プログラムのメニューに従って運動(エクササイズ)が指導され、運動機能の回復面の効果などが評価される。
そして、リハビリテーション施設ではそのスタッフによって作成された改善プログラムのメニューに従って運動(エクササイズ)が指導され、運動機能の回復面の効果などが評価される。
一方、自立歩行および走行ロボットなどの研究・開発設計分野などでは滑らかで自然な動作を実現する上で、運動機能の評価は重要であり、この点でリハビリテーションなどと共通の問題を有しており、事前検討により多くの項目について作成された動作プログラムに従って動作させ、運動機能に関する効果などが評価される。
そして、ロボットなどの姿勢制御においては、姿勢を崩そうとする外力に対する姿勢制御能力をロバスト性と呼び、外力に対して姿勢を安定な状態へ近づけようとする働きかけ、例えば姿勢制御プログラムのパラメータや運動神経の良し悪し、機敏性、力学的に対応する部位機能・性能に関わるものを評価するようにしている。
具体的には、二足歩行ロボットの場合、傾斜(任意角度)、凹凸(任意高低差、面積)、路面硬度(砂利、砂、泥道)などを歩行させ、どれだけ安定した姿勢で、どのくらい速く踏破でき、突発的な外力に対してどのくらい俊敏に反応し、立て直しができるか。すなわち、外力の影響をどれだけ吸収し、現状維持・継続できるか、ということを評価するようにしている。
なお、従来、ロボット自体に加えられた外力に応じた動作をさせるように構成したものとして、特許文献1及び特許文献2などが知られている。
特許文献1に開示されている適応的ロバスト制御装置は、ロボットのマニピュレータに目標軌道を追従させる際に、センサ雑音などのランダムな外乱が加わっている場合にも、良好な軌道追従性能を保証できるようにしたものである。
また、特許文献2に開示されているロボット装置、ロボット装置の外力検出方法及びロボット装置の外力検出プログラム、並びにロボット装置の外力検出のためのキャリブレーション方法及びロボット装置の外力キャリブレーションプログラムは、関節部を介して胴体部に接続された脚を自在に駆動しながら接地面に対して移動するロボット装置の、特に外力を検出しその外力をフィードバックした行動をとるようにしたものに関して記載されている。
特開平10−133703号公報 (第3頁)
特開2003−159674号公報(第3頁,図1)
しかしながら、従来1つのリハビリテーション医療の現場で効果が得られた方法でも、他の現場では再現しにくいという問題があった。すなわち、リハビリテーション医療では、脳血管障害・パーキンソンなどの脳神経障害、骨折、靭帯損傷などの関節疾患、スポーツ障害などの患者を対象に、機能回復運動がなされるが、その効果については医療スタッフの主観的な評価が主で客観的な評価がしにくいという不都合があった。
これは、この機能回復運動の客観的評価には、例えば、所定の力で一定の時間引張られたり、所定の力で一定の時間移動に追従させながら横方向から引張られるときなどの、加えられた力に対する人からの抵抗力を測定することが考えられるがこのような外力を加えることができるものはなかったためである。また、人に所定の力で働きかけ(印加)、この働きかけ(印加力)に抵抗することによって人の抵抗力を養い筋力を向上させリハビリテーションの一助とするようなものもなかった。
また、従来自立歩行や走行ロボットにおいても、外筐の任意の部位に一定の力が持続するように加えられたり衝撃的な外力が与えられた場合、動物などにおける踏ん張りなどの抵抗力や反射運動のように外力に迅速に適応させることが必要であるにもかかわらず、姿勢を崩そうとする外力に対しての姿勢制御能力や抵抗力など外力への適応については充分な検討がなされていなかった。
これは、ロボットの姿勢を崩そうとする外力に対して抵抗する力を定量的に計測するに当たり、この抵抗力の計測を行なうための前提、つまり定量的に把握するための基準となる適当な外力付加のツールがなかったためである。
すなわち、機械的な可動部をもち、その可動部の動作によって人間との情報のやり取りなどの共生を目的としたロボットやエンターテインメント用のロボットにおける自立歩行あるいは運動などを行なう機能、例えば任意の力で一定の時間引張られたり、任意の力で一定の時間移動に追従して横方向から引張られるときの姿勢制御能力などの機能について、開発過程や製造ラインで確認・調整を行なうことはできても客観的に評価する手立てや尺度はなかった。
本発明はかかる点に鑑み、外力に対する姿勢制御能力などの適応の程度を確認・評価するため、基準となる外力を所望の印加パターンにより印加することができるようにした外力印加装置を提案するものである。
上記課題を解決するため本発明は、被牽引体に一端が掛着されるワイヤと、このワイヤの他端が固定されると共にワイヤが巻かれているプーリーと、このプーリーを回転駆動するモータと、ワイヤの張力の検出センサとを備えたステージと、このステージを昇降自在とする昇降手段と、この昇降手段が設けられる構造体とを備え、ワイヤの繰り出しの高さを調整できるようにすると共に、被牽引体にワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにしたものである。
このように構成した本発明外力印加装置によれば、ワイヤの張力の情報をモータによる印加力にフォードバックし、ワイヤを介して所望の印加パターンに倣うように外力を被牽引体に印加することができる。
また、本発明は上記記載の外力印加装置において、構造体の下部に高さ調整用のスタンドと、軌道走行用の複数の車輪とを備え、被牽引体に対して相対移動した状態で被牽引体にワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにしたものである。
このように構成した本発明外力印加装置によれば、ワイヤを介して例えば移動している被牽引体の前後方向あるいは横方向から所望の外力を印加することができる。
本発明外力印加装置によれば、被牽引体に所望の力を精度よく印加することができるため、リハビリテーション運動における機能回復の評価あるいはロボットの自立歩行などの能力向上を行う際に、反射運動や外力適応などの機能を確認し、後者では開発中に任意の外力生成パターンのシミュレーションを行うことができ、定量的な開発を行なうことができる。
本発明外力印加装置を実施するための最良の形態の例を図1〜図8を参照して説明する。
図1において100は本例の外力印加装置を示し、この外力印加装置100は、図1〜図3に示すように、例えば外形が底面が500mm×500mmで高さが略1000mmをなす正四角柱の各辺を引き抜きアルミニウムのフレームと固定部品とにより構成した枠構造体100aとし、その内部に昇降自在とされるステージ105が設けられる。
また、枠構造体100aの図3に示す右側の側面の下半分の領域にはSVA(サーボアンプ)モジュールを備えたシーケンスコントローラが収納される制御ボックス123が設けられる(図6参照)。
なお、使用状態では、枠構造体100aのフレーム間にカバーが設けられ、4側面と上下面が形成される。
また、枠構造体100aの図3に示す右側の側面の下半分の領域にはSVA(サーボアンプ)モジュールを備えたシーケンスコントローラが収納される制御ボックス123が設けられる(図6参照)。
なお、使用状態では、枠構造体100aのフレーム間にカバーが設けられ、4側面と上下面が形成される。
枠構造体100aの上下方向には、図2及び図3に示すように、ボールねじ102とスライドシャフト103,103とが互いに平行で略鉛直の向きになるよう上下面に対して設けられる。ここでボールねじ102の上下端部には回転自在とする軸受が設けられ、上の軸受からはボールねじ102の先端部が突設され、またスライドシャフト103,103は上下端で固定される。
また、枠構造体100aの上面側には操作ボックス122とハンドル101が固定され、このハンドルはボールねじ102の一端で上面側の先端部に設けられる。
また、枠構造体100aの上面側には操作ボックス122とハンドル101が固定され、このハンドルはボールねじ102の一端で上面側の先端部に設けられる。
そして、枠構造体100aの下面側には、図2及び図3に示すように、下面に設けた弾性体により床面との間で動かないように固定すると共に高さを調整するための複数のアジャストスタンド302と、外力印加装置100自体を動かすための複数のキャスタ303が設けられる。
また、枠構造体100aの下部の側面には、車輪上下アジャスタ304により上下方向に動かすことができ所定の高さで固定することができるようにされた複数のレール用車輪120とが設けられる。
なお、図1に示す右側で枠構造体100aの略半分の高さに移動などのための2つの取手100bが設けられ、図2に示す右側のフレームにステージ105の昇降高さを確認するためのスケール121が設けられる。また、図3において301はレール用車輪120が回転自在に載置されるレールである。
また、枠構造体100aの下部の側面には、車輪上下アジャスタ304により上下方向に動かすことができ所定の高さで固定することができるようにされた複数のレール用車輪120とが設けられる。
なお、図1に示す右側で枠構造体100aの略半分の高さに移動などのための2つの取手100bが設けられ、図2に示す右側のフレームにステージ105の昇降高さを確認するためのスケール121が設けられる。また、図3において301はレール用車輪120が回転自在に載置されるレールである。
ステージ105は、図4に示すように、枠構造体100a内で昇降ができるように、枠構造体100aの上下面側の矩形より小さな略矩形形状、例えば420mm×420mmの正方形で厚さが10mm程度をなす金属板である。この金属板には、図2及び図3に示すように、スライドシャフト102,102を挿通しステージ105自体を昇降自在とするリニアブッシュ110,110を設けると共に、ボールねじ102の例えば台形ねじに係合する雌ねじ形状のナット102aが設けられる。
そして、ボールねじ102の上端のハンドル101を手で回すことにより、ステージ105を上下方向に滑らかに移動できるようにしている。ここでステージ105の移動範囲は、例えば本例では床面から100〜700mmであり、ステージ105を所定高さに移動したのち図示しないストッパでボールねじ102を軸止してステージ105の高さが変わらないように固定している。
また、ステージ105の上面には、減速機が内蔵されたACサーボモータ104が、その出力軸を下側に向けステージ105の下面から突設するように取り付けられる。この減速機付きACサーボモータ104は、例えば減速比が1/20で出力が200WほどのものでPG(パルスジェネレータ)が内蔵される。そして、図4に示す右下部に枠構造体100aに設けたスケール121に対する指示針105aが設けられる。
一方、ステージ105の下面には、図4に示すように、ACサーボモータ104の出力軸に設けられるモータープーリー106と、センサプーリー107と、ガイドプーリー108が回動自在に設けられると共に、トルクセンサ109が設けられる。ここで、トルクセンサ109の先端部にはプレート109aが固定され、このプレート109aに設けられた孔に固定された回転軸にセンサプーリー107が設けられる。
そして一端が固定されモータープーリー106に巻き取られたワイヤ124の他端が、センサプーリー107とガイドプーリー108を介して、ステージ105の図4の下側に示すワイヤガイド201の開孔から引き出されるようになされる。
そして一端が固定されモータープーリー106に巻き取られたワイヤ124の他端が、センサプーリー107とガイドプーリー108を介して、ステージ105の図4の下側に示すワイヤガイド201の開孔から引き出されるようになされる。
そして、ワイヤガイド201の開孔から引き出されたワイヤ124の張りの強さによって変化するセンサプーリー107の回転軸の位置の変化をトルクの変化として検出するようになされる。
ここで、トルクセンサ109は、例えばひずみゲージ式の力/抵抗変換器を用いたロードセルによるものであり、トルクセンサ109の先端部の変形により変化したひずみゲージの電気抵抗の値からワイヤ124の張力を得るようにする。
また、ワイヤ124は軽量かつ強靭な繊維、例えば44kg/本の耐荷重をもつポリエチレン(PE)のワイヤ を用いる。そしてワイヤ124の先端には被牽引体と掛着させるためのフックを設ける。
ここで、トルクセンサ109は、例えばひずみゲージ式の力/抵抗変換器を用いたロードセルによるものであり、トルクセンサ109の先端部の変形により変化したひずみゲージの電気抵抗の値からワイヤ124の張力を得るようにする。
また、ワイヤ124は軽量かつ強靭な繊維、例えば44kg/本の耐荷重をもつポリエチレン(PE)のワイヤ を用いる。そしてワイヤ124の先端には被牽引体と掛着させるためのフックを設ける。
制御ボックス123は、図5に示すように、その内部にCPU(中央演算処理)モジュール30、SVA(サーボアンプ)モジュール40及び図示しないI/O(入出力)モジュールなどから構成されるシーケンスコントローラ50と、サーボアンプ60と、トルクセンサアンプ70と図示しない電源ユニットなどが収納される。そして、これらとステージ105に取り付けられるPG(パルスジェネレータ)104a付きACサーボモータ104とトルクセンサ109と操作ボックス122とから外力印加装置100が構成される。
以下、本例の外力印加装置100のシステムを、図5を参照して説明する。
ワイヤ124の張力を所定の印加パターンに倣うように制御しているとき、ACサーボモータ104には、このCPUモジュール30内のメモリなどに予め設定されている外力印加パターン11から生成される経過時間に対応したトルク設定値12が読み出される。このトルク設定値12は、遅れ要素であるLAG13を介して新たなトルク設定値15となされ、後述するトルク制御値27で補償されたトルク指令値16としてSVAモジュール40に出力される。SVAモジュール40ではトルク制御に適した制御パラメータに変換されたトルク指令値52がサーボアンプ60に出力される。そして、サーボモータ104によりワイヤ124の張力制御が行なわれる。
ワイヤ124の張力を所定の印加パターンに倣うように制御しているとき、ACサーボモータ104には、このCPUモジュール30内のメモリなどに予め設定されている外力印加パターン11から生成される経過時間に対応したトルク設定値12が読み出される。このトルク設定値12は、遅れ要素であるLAG13を介して新たなトルク設定値15となされ、後述するトルク制御値27で補償されたトルク指令値16としてSVAモジュール40に出力される。SVAモジュール40ではトルク制御に適した制御パラメータに変換されたトルク指令値52がサーボアンプ60に出力される。そして、サーボモータ104によりワイヤ124の張力制御が行なわれる。
一方、ワイヤ124の張力はトルクセンサ109及びトルクセンサ70により検出され、この実測されたトルク信号71は、SVAモジュール40でデジタル信号に変換され、CPUモジュール30に入力される。そして、デジタル化されたトルク信号20は、上述のトルク設定値15と演算できる信号にするため、リミット21,スケーリング22,フィルタ23の各制御要素により信号処理しトルク検出値24となされる。
そして、このトルク検出値24とトルク設定値15とが加算器25で加算処理され、この信号がPID制御要素26を介して新たなトルク制御値27とされる。そして、このトルク制御値27とトルク設定値15とが加算器14で加算されることでトルク設定値15が補償され、新たなトルク指令値16としてCPUモジュール30から出力するようにしている。
すなわち、実測されたトルク信号71をトルク設定値15にフィードバックして、新たなトルク指令値16によりACサーボモータ104によるトルク制御を行なうようにしている。
すなわち、実測されたトルク信号71をトルク設定値15にフィードバックして、新たなトルク指令値16によりACサーボモータ104によるトルク制御を行なうようにしている。
実際には、予め決めた「経過時間−トルク値」のトルクパターンに倣うように、SVAモジュール40から出力されるトルク指令値52に基きサーボアンプ60はトルク制御をACサーボモータ104に対して行なう。このとき、パルスジェネレータ104aによりACサーボモータ104の回転動作のモニタが行なわれ、トルクセンサ109で検出されたワイヤ124の張力が、トルクセンサアンプ70を介してシーケンスコントローラ50にフィードバックされ、ACサーボモータ104により所定の外力印加パターン11によるトルクを外力として印加できるように駆動される。
ワイヤ124の張力は、牽引されたワイヤ124の張力の変動によりセンサプーリー107が動かされ、このセンサプーリー107に固定されているプレート109aを介してトルクセンサ109に力が伝達されることにより検出するようになされている。そして、この検出した実際のトルクの情報をフィードバックして外力の印加パターンに所定の誤差の範囲で倣う、適正なトルク出力とするようなトルク指令を出し、力制御を行うようにする。
なお、この力制御においてはワイヤ124巻き取りに対して引き出しのとき回生抵抗対策を行い、ワイヤ124の繰り出しの際もトルク制御を行なうようにして印加に伴う力の強弱の変動幅を小さくするようにしている。また、ワイヤ124の繰り出しと巻き取りでの周期が1回/sより小さいか、又はワイヤの移動量が12cmより小さい動作指令に対しては、ワイヤ124の操作を行なわないようにし、またワイヤ124が弛んでいるときなどで、設定トルク値と実トルクとの誤差が10%より大きく、変化に追従できないときはエラー処理するようにしている。
また、上述の動作はシーケンスコントローラ50のI/Oモジュール30と操作ボックス122とが接続された状態で行なわれ、この操作ボックス122のパネル操作により動作指令が出される。
また、図5において10は速度制限の要素、51は速度制限の指令値の信号を示している。
また、上述の動作はシーケンスコントローラ50のI/Oモジュール30と操作ボックス122とが接続された状態で行なわれ、この操作ボックス122のパネル操作により動作指令が出される。
また、図5において10は速度制限の要素、51は速度制限の指令値の信号を示している。
ここで用いられる「経過時間−トルク値」の外力印加パターンの例について説明する。本例の外力印加装置100でワイヤ124を介して印加する力の印加パターンについては、以下の3つの要件を満たすように構成することにした。(1)最低印加力(最小単位)を100gとし、ばらつき公差±3%以内で、0.1〜10kgの範囲内の一定の引っ張り力を印加できるようにする。(2)力の印加時間を0〜60秒の任意で最小設定印加時間の倍数で設定するようにする。この最小設定印加時間としては、被牽引体のロボットの制御クロック時間を採用し本例では8msとする。(3)トルクパターンとして予め設定した3種の印加パターンを用いる。
以下、印加パターンの例を、図6A〜Cを参照して説明する。図6で横軸を経過時間t、縦軸を印加トルクTで示す。ここで被牽引体(例えばロボット)には予め最低印加力の100gの引張り力が印加された状態から所定の力、最大印加トルクTmaxが印加される。
図6Aは第1の印加パターンを示す、一定トルク印加の前後に傾斜を有するトルク特性であるシフトアップ印加のパターンで、t0は100g印加時間、t1は立ち上がり時間、t2は任意の一定印加力による印加時間(≦60s)、t3は 立ち下がり時間である。
図6Bは第2の印加パターンを示す、短時間の一定トルク印加の後保持時間を設けたショット印加パターンで、t0は100g印加時間、t1はインパルス状印加での任意の一定ピークの印加時間、t2はインパルス状印加後の保持時間(≦60s)である。
図6Cは第3の印加パターンを示す、一定トルクをステップ状に印加し保持する一定印加パターンで、t0は100g印加時間、t1は任意の一定印加力による印加時間(≦60s)である。
印加パターンの例としては、ほかにも種々の形態を設定することができ、これらの印加パターンは例えばシーケンスコントローラ50のプログラミング機能を用い、このシーケンスコントローラ50に専用ケーブルで接続されたパーソナルコンピュータや専用端末により入力され、シーケンスコントローラ50内のメモリに記憶するようになされる。
印加パターンの例としては、ほかにも種々の形態を設定することができ、これらの印加パターンは例えばシーケンスコントローラ50のプログラミング機能を用い、このシーケンスコントローラ50に専用ケーブルで接続されたパーソナルコンピュータや専用端末により入力され、シーケンスコントローラ50内のメモリに記憶するようになされる。
そして、外力印加装置100の上面側に設けられる操作ボックス122がユーザーインターフェースとなされる。本例では操作ボックス122の上面はタッチパネルで構成されており以下の操作ボタンが用意される。すなわち、(1)印加パターンの選択・設定、(2)印加時間、トルクの設定、(3)スタート/ストップ操作 及び外部からのトリガーの設定、起動、(4)ワイヤの送り出しと巻き取り、(5)非常停止操作、(6)印加トルクの指令値と実トルクの表示、(7)データを一時保存指定、などを行なうことができるようになされている。
このように構成された外力印加装置100では、先ず図7に示すように、二足歩行時のロボットの歩行方向の前方(又は後方)で、図4に示すワイヤガイド201と対向するように外力印加装置をアジャストスタンド302で固定する。
次に、外力印加装置100の電源をONし、操作ボックス122のタッチパネルのワイヤ送り出しスイッチを押してワイヤ124を所定量送り出し、ロボットの所定部位に外力印加のワイヤ124の一端のフックを掛着して接続する。それから、ワイヤ124が床面と略平行になるように外力印加装置100のハンドル101を回してステージの高さを調整する。
次に、操作ボックス122のタッチパネルのワイヤ巻き取りスイッチを押す。これによりワイヤ124のたるみをなくすように50g程度で引っ張った状態をつくり、印加前の待機状態とする。これは、経過時間t≧0における印加パターンでの力印加が迅速に行なうことができるようにするためである。
次に、操作ボックス122のタッチパネルで、所望の外力の印加パターンが選択されていればそのまま、そうでないときは印加パターンを選択設定し、印加パターンに必要な時間t0,t1,…と印加トルク値Tを設定する。
次に、操作ボックス122のタッチパネルのスタートボタンを押して外力印加の機能を起動し、ワイヤ124の牽引により所定の印加パターンに倣うようにトルク制御を行なう。
そして、例えば図6Aに示す第1の印加パターンのシフトアップ印加で外力を印加させる場合には、t2に設定されているトルクの上限値まで実際のトルク値が上がってからも時間t2の間中、所定の変動幅範囲で一定の力を印加し続けるようにする。このとき、一定力の印加時間t2は上述のように最大でも60sとし、印加に伴う力の強弱の変動幅は可能な限り小さくする調整している。
なお、設定トルクとこれに対する実測トルク値もタッチパネル上に表示するようになされる。
なお、設定トルクとこれに対する実測トルク値もタッチパネル上に表示するようになされる。
このように構成した外力印加装置100は、ワイヤ124を引き出した後、図7に示すように、その一端を例えばロボットの胸元に掛着し引き出されたワイヤ124の高さが床面と略平行になるように外力印加装置100のハンドル101を回してステージ105の高さを調整してから、ACサーボモータ104でワイヤ124を引張り駆動し、掛着されたワイヤ124を介してロボットなどの被牽引体に所望の印加パターンによる外力を印加することができる。
そして、図6Aに示す第1の印加パターンによりシフトアップの応答特性、図6Bに示す第2の印加パターンにより擬似的なインパルス応答特性、図6Cに示す第3の印加パターンにより擬似的なステップ応答特性を得ることができ、所定の印加パターンによる外力印加に対するロボットの挙動により、ロボットの調整すべき部位と制御パラメータを迅速に把握しチューニングを行なうことができる。
このように構成した外力印加装置100によれば、所定の印加パターンを基準として規定し、移動中に基準印加パターンを被牽引体に対し印加したときの挙動は、被牽引体自体のその時点での制御パラメータに応じたものとなるため、複数の被牽引体間の動特性を比較することができるようになる。つまり、突然の外力を与えられた場合の自立歩行あるいは運動などの能力向上を行う際に、反射運動など、外力適応などの機能を確認し、開発工程中に任意の外力生成パターンのシミュレーションを行うことができ、定量的な開発目標を設定することができるようになる。
そして、被牽引体に所望の力を精度よく印加することができ、リハビリテーション運動における機能回復の評価あるいはロボットの自立歩行などの能力向上を行う際に、反射運動や外力適応などの機能を確認し、後者では開発中に任意の外力生成パターンのシミュレーションを行うことができ、定量的な開発を行なうことができる。
また、このように構成した外力印加装置100によれば、床面に敷設したレール上に外力印加装置100のレール用車輪120に載せ移動自在とし、図8に示すように、例えばロボットの移動方向をレールの敷設方向に略平行とし、ロボットの所定の部位に引き出されたワイヤ124の一端を掛着してロボットの歩行速度と略同じ速度で外力印加装置100を移動させながらACサーボモータ104でワイヤ124を引張り駆動し所定の印加パターンによる力を印加することができる。
なお、本例の外力印加装置100は、所定の印加パターンにより牽引する力を再現性よく印加することができ、被牽引体の挙動を見る上で基準となる力を発生させることができるものである。したがって、本例では、被牽引体として歩行ロボットを例に説明したが、これに限らずリハビリテーションの現場で、機能回復の客観的なデータの収集や機能の回復の補助に用いることもできる。本例の外力印加装置100の大きさは、二足歩行ロボット型玩具対応としてあるため小型となっているが、人のリハビリテーションなどに用いる場合には、最大の印加力、ステージ昇降範囲をより大きくすると共に、床にアンカーボルトなどにより固定するようにしてよいものである。
また、ワイヤ124を直接被牽引体に掛着し、このワイヤ124を床面に略平行となるようにステージ105の高さを調整して牽引するとして説明したが、これに限らず、例えば途中に滑車を設け、この滑車を介して被牽引体を斜め上方あるいは下方向に牽引することにより姿勢制御の牽引方向依存性を評価することもできるものである。
本発明の外力印加装置は、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を採り得ることは勿論である。
100a…枠構造体、104…サーボモータ、105…ステージ、106…モータープーリー、107…センサプーリー、108…ガイドプーリー、109…トルクセンサ、124…ワイヤ
Claims (2)
- 被牽引体に一端が掛着されるワイヤと、
該ワイヤの他端が固定されると共に前記ワイヤが巻かれているプーリーと、
該プーリーを回転駆動するモータと、
前記ワイヤの張力の検出センサとを備えたステージと、
該ステージを昇降自在とする昇降手段と、
該昇降手段が設けられる構造体とを備え、
前記ワイヤの繰り出しの高さを調整できるようにすると共に、前記被牽引体に前記ワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにした
ことを特徴とする外力印加装置。 - 請求項1記載の外力印加装置において、
前記構造体の下部に高さ調整用のスタンドと、
軌道走行用の複数の車輪とを備え、
前記被牽引体に対して相対移動した状態で前記被牽引体に前記ワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにした
ことを特徴とする外力印加装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005084339A JP2006263849A (ja) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | 外力印加装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005084339A JP2006263849A (ja) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | 外力印加装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006263849A true JP2006263849A (ja) | 2006-10-05 |
Family
ID=37200349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005084339A Pending JP2006263849A (ja) | 2005-03-23 | 2005-03-23 | 外力印加装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006263849A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8365608B2 (en) | 2009-03-23 | 2013-02-05 | Olympus Corporation | Tension detection mechanism and manipulator using the same |
CN103730978A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-04-16 | 无锡京华重工装备制造有限公司 | 电机支架调节结构 |
-
2005
- 2005-03-23 JP JP2005084339A patent/JP2006263849A/ja active Pending
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US8365608B2 (en) | 2009-03-23 | 2013-02-05 | Olympus Corporation | Tension detection mechanism and manipulator using the same |
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