JP2007175170A - Load varying device - Google Patents

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Koichi Izawa
浩一 井澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To constantly retain the dimension of a load applied to an operating handle even if the load generated by a loading device is varied and adjust the dimension of the constantly applied load. <P>SOLUTION: When the operating handle 3 is operated in the inverse direction to a prescribed direction against a load generated in the prescribed direction by the loading device 5 with a torque command value S set by a torque set value setting part 7, a control circuit 8 controls a motor 9, according to the dimension of the torque detected by a torque sensor 6 and the dimension of the torque command value S, to generate a torque of the dimension equivalent to a difference between the torque detected by the torque sensor 6 and the torque command value S in the same direction or the inverse direction to the direction of the torque detected by the torque sensor 6. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、負荷装置が発生する負荷が操作ハンドルに与えられるものについて、操作ハンドルに与えられる負荷を可変させる負荷可変装置に関する。   The present invention relates to a load variable device that varies a load applied to an operation handle for a load applied to the operation handle by a load device.

人の筋力トレーニングに供されるトレーニング装置やリハビリに供されるリハビリ装置などにおいて、操作ハンドルに与えられる負荷の大きさは、錘の数を増減させることにより設定する構成のものが一般的である。このものにおいては、錘1つあたりの重さごとに段階的にしか負荷の設定ができず、木目細かい負荷の設定ができないものであった。   In a training device used for human strength training or a rehabilitation device used for rehabilitation, the size of the load applied to the operation handle is generally set by increasing or decreasing the number of weights. . In this case, the load can be set only stepwise for each weight per weight, and a fine load cannot be set.

そこで、近年のトレーニング装置やリハビリ装置等では、操作ハンドルに負荷を与える手段として錘を用いるのではなく、負荷装置が発生する負荷が操作ハンドルに与えられるように構成すると共に、操作ハンドルに与えられる負荷を可変させる負荷可変装置を用いるものが考えられている。   Therefore, in recent training devices and rehabilitation devices, a weight is not used as a means for applying a load to the operation handle, but a load generated by the load device is provided to the operation handle and applied to the operation handle. A device using a load variable device that varies the load is considered.

この種の負荷可変装置として、例えば特許文献1に記載されているものは、負荷装置により回転される入力用シャフトと操作ハンドルと共に回転可能な出力用シャフトとが結合装置を介して連結されていて、操作ハンドルが操作されると、操作ハンドルに発生したトルクや操作ハンドルの回転角度が物理諸量検出器により検出され、この検出結果に基づいて結合装置の通電量が増減されるようになっている。   As this type of load variable device, for example, a device described in Patent Document 1 is configured such that an input shaft rotated by a load device and an output shaft that can rotate together with an operation handle are connected via a coupling device. When the operation handle is operated, the torque generated in the operation handle and the rotation angle of the operation handle are detected by the physical quantity detector, and the energization amount of the coupling device is increased or decreased based on the detection result. Yes.

このとき、結合装置の通電量が増加されると、入力用シャフトと出力用シャフトとの間の結合度が強まることから、負荷装置が発生する負荷が入力用シャフト及び出力用シャフトを介して操作ハンドルに伝わりやすくなり、操作ハンドルに与えられる負荷が大きくなる。逆に、結合装置の通電量が減少されると、入力用シャフトと出力用シャフトとの間の結合度が弱まることから、負荷装置が発生する負荷が入力用シャフト及び出力用シャフトを介して操作ハンドルに伝わりにくくなり、操作ハンドルに与えられる負荷が小さくなる。これにより、ユーザが操作ハンドルを操作すると、操作ハンドルに発生したトルクや操作ハンドルの回転角度に応じて操作ハンドルに与えられる負荷が連続的に変化するようになっている。
特開平5−180245号公報
At this time, if the energization amount of the coupling device is increased, the degree of coupling between the input shaft and the output shaft increases, so that the load generated by the load device is operated via the input shaft and the output shaft. It becomes easy to be transmitted to the handle, and the load applied to the operation handle is increased. Conversely, if the amount of current flowing through the coupling device is reduced, the degree of coupling between the input shaft and the output shaft weakens, so the load generated by the load device can be operated via the input shaft and output shaft. It becomes difficult to be transmitted to the handle, and the load applied to the operation handle is reduced. As a result, when the user operates the operation handle, the load applied to the operation handle is continuously changed according to the torque generated in the operation handle and the rotation angle of the operation handle.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-180245

上記した構成の負荷可変装置において、操作ハンドルに与えられる負荷は、結合装置の通電量(入力用シャフトと出力用シャフトとの間の結合度)に依存している。しかしながら、この結合装置は、例えば、熱や摩耗によって特性が変化する場合があり、このような場合には、通電量が一定に保たれたとしても、負荷装置が発生する負荷が変動してしまい、操作ハンドルに与えられる負荷を一定に保つことが困難であった。   In the load variable device having the above-described configuration, the load applied to the operation handle depends on the energization amount of the coupling device (degree of coupling between the input shaft and the output shaft). However, the characteristics of this coupling device may change due to, for example, heat or wear. In such a case, even if the energization amount is kept constant, the load generated by the load device fluctuates. It was difficult to keep the load applied to the operation handle constant.

また、例えば、この種の負荷可変装置を用いたトレーニング装置やリハビリ装置を使用する場合、ユーザにとっては所望する負荷でトレーニングやリハビリを行いたいというニーズがあるが、上記した構成の負荷可変装置では、操作ハンドルに与えられる負荷の大きさは、操作ハンドルに発生したトルクや操作ハンドルの回転角度に基づいてのみ変化する構成であることから、ユーザの所望する大きさに調整することはできず、ユーザのニーズに応えられない場合があった。   In addition, for example, when using a training device or a rehabilitation device using this type of load variable device, there is a need for the user to perform training or rehabilitation with a desired load. Since the load applied to the operation handle is configured to change only based on the torque generated on the operation handle or the rotation angle of the operation handle, it cannot be adjusted to the size desired by the user. In some cases, the user's needs could not be met.

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷装置が発生する負荷が変動したとしても、操作ハンドルに与えられる負荷の大きさを一定に保つことができると共に、その一定に与えられる負荷の大きさを調整することができる負荷可変装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and the purpose thereof is to keep the load applied to the operation handle constant even when the load generated by the load device fluctuates. An object of the present invention is to provide a load variable device capable of adjusting the magnitude of the constant load.

請求項1に記載の負荷可変装置は、操作ハンドルと負荷装置とを連結するシャフトに作用するトルクの大きさ及び方向を検出するトルクセンサと、トルク指令値を設定可能なトルク指令値設定手段と、前記シャフトにトルクを発生させるモータと、前記トルク指令値設定手段によりトルク指令値が設定された状態で、前記負荷装置が発生する所定方向への負荷に抗して前記操作ハンドルが前記所定方向と反対方向に操作されたときに、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさと前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値とを比較すると共に前記トルクセンサにより検出されたトルクの方向を判定し、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさが前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値よりも大きい場合には、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさと前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値との差に相当する大きさで且つ前記トルクセンサにより検出されたトルクの方向と反対方向へのトルクを前記シャフトに発生させるように前記モータを制御するモータ制御手段とを備えたことに特徴を有する。   The load variable device according to claim 1 is a torque sensor that detects a magnitude and direction of a torque that acts on a shaft that connects the operation handle and the load device, and a torque command value setting unit that can set a torque command value. The operation handle moves in the predetermined direction against a load in a predetermined direction generated by the load device in a state where the torque command value is set by the motor for generating torque on the shaft and the torque command value setting means. Is compared with the torque command value set by the torque command value setting means and the direction of the torque detected by the torque sensor is compared with the torque command value set by the torque command value setting means. And the magnitude of the torque detected by the torque sensor is determined from the torque command value set by the torque command value setting means. When the torque is larger, the magnitude corresponds to the difference between the magnitude of the torque detected by the torque sensor and the torque command value set by the torque command value setting means, and the direction of the torque detected by the torque sensor And motor control means for controlling the motor so as to generate torque in the opposite direction on the shaft.

請求項1に記載の負荷可変装置によれば、トルクセンサにより検出されたトルクの大きさがトルク指令値よりも大きければ、操作ハンドルに与えられる負荷の大きさが、負荷装置が発生する負荷からモータが回転することにより発生するトルクの大きさの分だけ軽減された大きさとなり、このようにフィードバック制御を行うことにより、負荷装置が発生する負荷が変動したとしても、操作ハンドルに与えられる負荷の大きさをトルク指令値の大きさに相当する負荷の大きさで一定に保つことができる。
また、操作ハンドルに与えられる負荷の大きさをトルク指令値として設定可能な構成としたので、操作ハンドルに一定に与えられる負荷の大きさを調整することができる。
According to the load variable device of the first aspect, if the magnitude of the torque detected by the torque sensor is larger than the torque command value, the magnitude of the load applied to the operation handle is determined from the load generated by the load device. Even if the load generated by the load device fluctuates by performing feedback control in this way, the load applied to the operation handle is reduced by the amount of torque generated by the rotation of the motor. Can be kept constant at a load corresponding to the magnitude of the torque command value.
Further, since the load applied to the operation handle can be set as the torque command value, the load applied to the operation handle can be adjusted.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、説明に際しては、負荷可変装置1を、例えば、図2に示すような人の筋力トレーニングに供されるトレーニング装置2に適用し、ユーザがトレーニング装置2の椅子2aに着席して操作ハンドル3の把持部3bを介して操作ハンドル3を図2中矢印A1,A2方向に操作する際に、操作ハンドル3に与えられる図2中矢印A1,A2方向への負荷を可変させる場合を想定して具体的に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, the load variable device 1 is applied to, for example, a training device 2 used for human strength training as shown in FIG. 2, and the user sits on the chair 2 a of the training device 2 and operates the operation handle 3. Assuming that the load applied to the operation handle 3 in the directions of arrows A1 and A2 in FIG. 2 is varied when the operation handle 3 is operated in the directions of arrows A1 and A2 in FIG. This will be specifically described.

図1に示すように、上記した操作ハンドル3の基部3aは、シャフト4の一端側(図1では左端側)に連結されていて、操作ハンドル3を図2中矢印A1,A2方向に回転させると、この操作ハンドル3の回転に連動してシャフト4が図1中矢印B1,B2方向に回転されるようになっている。一方、シャフト4の他端側(図1では右端側)には、例えば、ヒステリシスブレーキで構成される負荷装置5が連結されていて、シャフト4の図1中矢印B1,B2方向への回転に対して図1中矢印B2,B1方向への負荷を発生するようになっている。   As shown in FIG. 1, the base 3a of the operation handle 3 described above is connected to one end side (left end side in FIG. 1) of the shaft 4, and rotates the operation handle 3 in the directions of arrows A1 and A2 in FIG. In conjunction with the rotation of the operation handle 3, the shaft 4 is rotated in the directions of arrows B1 and B2 in FIG. On the other hand, the other end side of the shaft 4 (the right end side in FIG. 1) is connected to a load device 5 constituted by, for example, a hysteresis brake, so that the shaft 4 can rotate in the directions of arrows B1 and B2 in FIG. On the other hand, a load in the directions of arrows B2 and B1 in FIG. 1 is generated.

負荷可変装置1は、トルクセンサ6、トルク指令値設定部7(トルク指令値設定手段に相当)、制御回路8(モータ制御手段に相当)及びモータ9を備えて構成されている。
トルクセンサ6は、シャフト4のうち操作ハンドル3と負荷装置5とを連結する部分に介在されている。そして、例えば、負荷装置5が発生する図1中矢印B2(B1)方向への負荷(所定方向への負荷に相当)に抗して操作ハンドル3が図2中矢印A1(A2)方向(所定方向と反対方向に相当)に操作されたときに、シャフト4に作用するトルクの大きさ及び方向(トルクの方向は負荷装置5が発生する負荷の方向と同一方向となる)を検出してトルクセンサ信号Tとして制御回路8のトルク用入力端子10に出力する。
The load variable device 1 includes a torque sensor 6, a torque command value setting unit 7 (corresponding to torque command value setting means), a control circuit 8 (corresponding to motor control means), and a motor 9.
The torque sensor 6 is interposed in a portion of the shaft 4 that connects the operation handle 3 and the load device 5. For example, the operation handle 3 moves in the direction of arrow A1 (A2) in FIG. 2 (predetermined) against the load in the direction of arrow B2 (B1) in FIG. The torque is detected by detecting the magnitude and direction of the torque acting on the shaft 4 (corresponding to the direction of the load generated by the load device 5). The sensor signal T is output to the torque input terminal 10 of the control circuit 8.

トルク指令値設定部7は、図示しない操作ダイヤルを操作することにより、ユーザの所望する負荷の大きさをトルク指令値Sとして設定可能となっている。そして、設定されたトルク指令値Sを、制御回路8のトルク指令値用入力端子11に出力する。
制御回路8は、信号処理回路12、零点調整回路13、絶対値回路14、極性判別回路15、減算器16、PWM電流制御回路17及びドライバ回路18を備えて構成されている。
The torque command value setting unit 7 can set the magnitude of the load desired by the user as the torque command value S by operating an operation dial (not shown). Then, the set torque command value S is output to the torque command value input terminal 11 of the control circuit 8.
The control circuit 8 includes a signal processing circuit 12, a zero adjustment circuit 13, an absolute value circuit 14, a polarity determination circuit 15, a subtracter 16, a PWM current control circuit 17, and a driver circuit 18.

信号処理回路12は、トルクセンサ6からのトルクセンサ信号Tを、そのトルクの大きさに応じた電圧レベルに増幅し且つそのトルクの方向に応じた極性に整流して、直流電圧信号より成るトルク信号Vtに変換する。零点調整回路13は、信号処理回路12から出力されるトルク信号Vtの零点調整を行い、絶対値回路14及び極性判別回路15に出力する。   The signal processing circuit 12 amplifies the torque sensor signal T from the torque sensor 6 to a voltage level corresponding to the magnitude of the torque and rectifies the torque sensor signal T to a polarity corresponding to the direction of the torque, thereby generating a torque composed of a DC voltage signal. Convert to signal Vt. The zero point adjustment circuit 13 performs zero point adjustment of the torque signal Vt output from the signal processing circuit 12 and outputs it to the absolute value circuit 14 and the polarity determination circuit 15.

絶対値回路14は、零点調整回路13から入力されたトルク信号Vtの電圧レベル(トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ)を整流して、トルクの大きさを示す電圧信号Vt1として減算器16の一方の入力端子(−)に与える。この減算器16の他方の入力端子(+)には、上記したトルク指令値設定部7からのトルク指令値Sが与えられるようになっている。そして、減算器16は、電圧信号Vt1のレベルの大きさとトルク指令値Sのレベルの大きさとの電圧偏差ΔV(ΔV=Vt1−S)を求めてPWM電流制御回路17に出力する。   The absolute value circuit 14 rectifies the voltage level of the torque signal Vt input from the zero point adjustment circuit 13 (the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6) and subtracts it as a voltage signal Vt1 indicating the magnitude of the torque. 16 is applied to one input terminal (−). The torque command value S from the torque command value setting unit 7 is given to the other input terminal (+) of the subtracter 16. Then, the subtracter 16 obtains a voltage deviation ΔV (ΔV = Vt1−S) between the level of the voltage signal Vt1 and the level of the torque command value S and outputs it to the PWM current control circuit 17.

PWM電流制御回路17は、減算器16からの電圧偏差ΔVの大きさに比例させて、モータ9に供給する駆動信号Dのレベルを制御する。具体的に説明すると、電圧偏差ΔVが大きい場合(トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(電圧信号Vt1)とユーザの所望する負荷の大きさ(トルク指令値S)との差が大きい場合)は、モータ9に供給する駆動信号Dのレベルが大きくなるように制御する。一方、電圧偏差ΔVが小さい場合は、モータ9に供給する駆動信号Dのレベルが小さくなるように制御する。つまり、ユーザの所望する負荷の大きさとトルクセンサ6により検出されたトルクの大きさとの差が大きい場合ほど、モータ9の回転力(出力トルク)が大きくなるようになっている。   The PWM current control circuit 17 controls the level of the drive signal D supplied to the motor 9 in proportion to the magnitude of the voltage deviation ΔV from the subtracter 16. More specifically, when the voltage deviation ΔV is large (when the difference between the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (voltage signal Vt1) and the magnitude of the load desired by the user (torque command value S) is large. Is controlled so that the level of the drive signal D supplied to the motor 9 is increased. On the other hand, when the voltage deviation ΔV is small, the level of the drive signal D supplied to the motor 9 is controlled to be small. That is, the rotational force (output torque) of the motor 9 increases as the difference between the load desired by the user and the torque detected by the torque sensor 6 increases.

極性判別回路15は、零点調整回路13から入力されたトルク信号Vtの極性(トルクセンサ6により検出されたトルクの方向)を判別して、その判別結果をトルクの方向を示す極性信号Vt2としてドライバ回路18に与える。   The polarity discriminating circuit 15 discriminates the polarity (torque direction detected by the torque sensor 6) of the torque signal Vt input from the zero adjustment circuit 13, and uses the discrimination result as a polarity signal Vt2 indicating the torque direction. This is applied to the circuit 18.

ドライバ回路18は、電圧偏差ΔVの極性と極性信号Vt2の極性に基づいて、モータ9に供給する駆動信号Dの極性(方向)を制御する。具体的に説明すると、電圧偏差ΔVの極性が正の場合(トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(電圧信号Vt1)がユーザの所望する負荷の大きさ(トルク指令値S)よりも大きい場合)は、極性信号Vt2の極性(トルクセンサ6により検出されたトルクの方向)と反対方向に、モータ9に供給する駆動信号Dの極性を制御する。一方、電圧偏差ΔVの極性が負の場合(トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(電圧信号Vt1)がユーザの所望する負荷の大きさ(トルク指令値S)よりも小さい場合)は、極性信号Vt2の極性と同一方向に、モータ9に供給する駆動信号Dの極性を制御する。   The driver circuit 18 controls the polarity (direction) of the drive signal D supplied to the motor 9 based on the polarity of the voltage deviation ΔV and the polarity of the polarity signal Vt2. More specifically, when the polarity of the voltage deviation ΔV is positive (the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (voltage signal Vt1) is larger than the magnitude of the load desired by the user (torque command value S). ) Controls the polarity of the drive signal D supplied to the motor 9 in the opposite direction to the polarity of the polarity signal Vt2 (the direction of the torque detected by the torque sensor 6). On the other hand, when the polarity of the voltage deviation ΔV is negative (when the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (voltage signal Vt1) is smaller than the magnitude of the load desired by the user (torque command value S)), The polarity of the drive signal D supplied to the motor 9 is controlled in the same direction as the polarity of the polarity signal Vt2.

制御回路8の出力端子19にはモータ9が接続されていて、このモータ9は、制御回路8から駆動信号Dが与えられると、回転軸20が図1中矢印C1,C2方向に回転するようになっている。この回転軸20は、シャフト4に配設されたウォームホイールギア21に連結されていて、回転軸20が図1中矢印C1,C2方向に回転されると、ウォームホイールギア21を介してシャフト4が図1中矢印B1,B2方向に回転されるようになっている。   A motor 9 is connected to the output terminal 19 of the control circuit 8, and when the motor 9 is given a drive signal D from the control circuit 8, the rotating shaft 20 rotates in the directions of arrows C1 and C2 in FIG. It has become. The rotating shaft 20 is connected to a worm wheel gear 21 disposed on the shaft 4, and when the rotating shaft 20 is rotated in the directions of arrows C 1 and C 2 in FIG. Is rotated in the directions of arrows B1 and B2 in FIG.

このとき、モータ9は、駆動信号Dのレベルの大きさに応じた回転力で且つ駆動信号Dの極性に応じた方向に回転することにより、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさとトルク指令値Sの大きさとの差に相当する大きさで且つトルクセンサ6により検出されたトルクの方向と同一方向または反対方向へのトルクをシャフト4に発生させるようになっている。   At this time, the motor 9 rotates in the direction corresponding to the polarity of the drive signal D with the rotational force corresponding to the magnitude of the level of the drive signal D, whereby the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 and the torque command. Torque is generated in the shaft 4 in a direction corresponding to the difference from the value S and in the same direction as or opposite to the direction of the torque detected by the torque sensor 6.

次に、上記した構成の作用について説明する。
ユーザがトルク指令値設定部7を介して所望する負荷の大きさ(トルク指令値S)を設定した状態で、操作ハンドル3を図2中矢印A1,A2方向に操作すると、図3(a),(b)に示すように、負荷装置5が発生する図1中矢印B1,B2方向への負荷に相当する大きさ(図3(a)では矢印aの大きさ、図3(b)では矢印gの大きさ)で且つ負荷装置5が発生する負荷の方向(図3(a),(b)では下方向)のトルクがシャフト4に作用する。そして、このトルクの大きさ及び方向がトルクセンサ6により検出される。
Next, the operation of the above configuration will be described.
When the user operates the operation handle 3 in the directions of arrows A1 and A2 in FIG. 2 in a state where a desired load magnitude (torque command value S) is set via the torque command value setting unit 7, FIG. , (B), the size corresponding to the load in the direction of arrows B1, B2 in FIG. 1 generated by the load device 5 (the size of the arrow a in FIG. 3 (a), the size in FIG. 3 (b) The torque in the direction of the load generated by the load device 5 (the downward direction in FIGS. 3A and 3B) acts on the shaft 4. Then, the torque sensor 6 detects the magnitude and direction of the torque.

このとき、トルクセンサ6により検出されたトルク(負荷装置5が発生する負荷に相当するトルク)の大きさがトルク指令値Sよりも大きい場合(図3(a)参照)には、駆動信号Dのレベルは、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(電圧信号Vt1)とユーザの所望する負荷の大きさ(トルク指令値S)との差に相当する大きさに制御され、駆動信号Dの極性(方向)は、トルクセンサ6により検出されたトルクの方向と反対方向に制御される。   At this time, when the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (torque corresponding to the load generated by the load device 5) is larger than the torque command value S (see FIG. 3A), the drive signal D Is controlled to a magnitude corresponding to the difference between the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (voltage signal Vt1) and the magnitude of the load desired by the user (torque command value S). Is controlled in a direction opposite to the direction of the torque detected by the torque sensor 6.

そして、この駆動信号Dに基づいてモータ9が回転されると、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(負荷装置5が発生する負荷の大きさ)とトルク指令値Sの大きさとの差に相当する大きさ(図3(a)中矢印bの大きさ)で且つトルクセンサ6により検出されたトルクの方向(負荷装置5が発生する負荷の方向)と反対方向(図3(a)では上方向)のトルクがシャフト4に発生する。そのため、操作ハンドル3に与えられる負荷の大きさは、負荷装置5が発生する負荷の大きさからモータ9が回転することにより発生するトルクの大きさの分だけ軽減された大きさ(図3(a)中矢印cの大きさ)となる。   When the motor 9 is rotated based on this drive signal D, the difference between the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (the magnitude of the load generated by the load device 5) and the magnitude of the torque command value S. 3 (the size of the arrow b in FIG. 3A) and the direction opposite to the direction of the torque detected by the torque sensor 6 (the direction of the load generated by the load device 5) (FIG. 3A). Then, upward torque is generated in the shaft 4. Therefore, the magnitude of the load applied to the operation handle 3 is reduced by the magnitude of the torque generated by the rotation of the motor 9 from the magnitude of the load generated by the load device 5 (FIG. 3 ( a) The size of the middle arrow c).

一方、トルクセンサ6により検出されたトルク(負荷装置5が発生する負荷に相当するトルク)の大きさがトルク指令値Sよりも小さい場合(図3(b)参照)には、駆動信号Dのレベルは、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(電圧信号Vt1)とユーザの所望する負荷の大きさ(トルク指令値S)との差に相当する大きさに制御され、駆動信号Dの極性(方向)は、トルクセンサ6により検出されたトルクの方向と同一方向に制御される。   On the other hand, when the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (torque corresponding to the load generated by the load device 5) is smaller than the torque command value S (see FIG. 3B), the drive signal D The level is controlled to a magnitude corresponding to the difference between the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (voltage signal Vt1) and the magnitude of the load desired by the user (torque command value S). The polarity (direction) is controlled in the same direction as the direction of the torque detected by the torque sensor 6.

そして、この駆動信号Dに基づいてモータ9が回転されると、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(負荷装置5が発生する負荷の大きさ)とトルク指令値Sの大きさとの差に相当する大きさ(図3(b)中矢印hの大きさ)で且つトルクセンサ6により検出されたトルクの方向(負荷装置5が発生する負荷の方向)と同一方向(図3(b)では下方向)のトルクがシャフト4に発生する。そのため、操作ハンドル3に与えられる負荷の大きさは、負荷装置5が発生する負荷の大きさにモータ9が回転することにより発生するトルクの大きさの分だけ増加された大きさ(図3(b)中矢印iの大きさ)となる。   When the motor 9 is rotated based on this drive signal D, the difference between the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (the magnitude of the load generated by the load device 5) and the magnitude of the torque command value S. 3 (the size of the arrow h in FIG. 3B) and the same direction as the direction of the torque detected by the torque sensor 6 (the direction of the load generated by the load device 5) (FIG. 3B) Then, a downward torque is generated in the shaft 4. Therefore, the magnitude of the load applied to the operation handle 3 is increased by the magnitude of the torque generated by the rotation of the motor 9 to the magnitude of the load generated by the load device 5 (FIG. 3 ( b) The size of the middle arrow i).

ところで、負荷装置5が発生する負荷は変動する場合があり、この場合、トルクセンサ6により検出されるトルク(例えば、図3(a)では矢印d、図3(b)では矢印j参照)の大きさも変動することとなるが、上記した一連のフィードバック制御を行うことにより、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさがトルク指令値Sよりも大きい場合には、操作ハンドル3に与えられる負荷の大きさは、負荷装置5が発生する負荷の大きさからモータ9が回転することにより発生するトルクの大きさ(図3(a)中矢印eの大きさ)の分だけ軽減された大きさ(図3(a)中矢印fの大きさ)で一定に保たれる。一方、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさがトルク指令値Sよりも小さい場合には、操作ハンドル3に与えられる負荷の大きさは、負荷装置5が発生する負荷の大きさにモータ9が回転することにより発生するトルクの大きさ(図3(b)中矢印kの大きさ)の分だけ増加された大きさ(図3(b)中矢印lの大きさ)で一定に保たれる。   Incidentally, the load generated by the load device 5 may fluctuate. In this case, the torque detected by the torque sensor 6 (for example, see the arrow d in FIG. 3A and the arrow j in FIG. 3B). Although the magnitude also varies, when the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 is greater than the torque command value S by performing the series of feedback control described above, the load applied to the operation handle 3 Is reduced by the amount of torque generated by the rotation of the motor 9 (the size of the arrow e in FIG. 3A) from the size of the load generated by the load device 5. It is kept constant at (the size of the arrow f in FIG. 3A). On the other hand, when the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 is smaller than the torque command value S, the magnitude of the load applied to the operation handle 3 is set to the magnitude of the load generated by the load device 5. Is kept constant at a magnitude (size of arrow l in FIG. 3 (b)) increased by the magnitude of torque generated by rotation (size of arrow k in FIG. 3 (b)). It is.

以上に説明したように本実施形態によれば、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさとトルク指令値Sとの大小に応じて、操作ハンドル3に与えられる負荷の大きさが、負荷装置5が発生する負荷からモータ9が回転することにより発生するトルクの大きさの分だけ軽減または増加された大きさとなるように構成したので、このようにフィードバック制御を行うことにより、負荷装置5が発生する負荷が変動したとしても、操作ハンドル3に与えられる負荷の大きさをトルク指令値Sの大きさに相当する負荷の大きさ(ユーザの所望する負荷の大きさ)で一定に保つことができ、ユーザは、違和感なく操作ハンドル3を操作することができる。   As described above, according to the present embodiment, the magnitude of the load applied to the operation handle 3 according to the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 and the torque command value S depends on the load device 5. Since the motor 9 is configured to be reduced or increased by the magnitude of the torque generated by the rotation of the motor 9, the load device 5 is generated by performing the feedback control in this way. Even if the load to be changed fluctuates, the load applied to the operation handle 3 can be kept constant at the load corresponding to the torque command value S (the load desired by the user). The user can operate the operation handle 3 without feeling uncomfortable.

特に、トルクセンサ6により検出されたトルクの大きさ(負荷装置5が発生する負荷)がトルク指令値Sよりも小さければ、操作ハンドル3に負荷装置5が発生する負荷の大きさ以上の負荷を提供でき、しかも、その負荷の大きさを一定に保つことができる。
また、操作ハンドル3に与えられる負荷の大きさをトルク指令値Sとして設定可能に構成したので、操作ハンドル3に一定に与えられる負荷の大きさを調整することができる。
さらに、必ずしも高性能な負荷装置5を使用する必要はなく、負荷装置としては、安価なものや小型のものを使用することができる。
In particular, if the magnitude of the torque detected by the torque sensor 6 (the load generated by the load device 5) is smaller than the torque command value S, the operation handle 3 is loaded with a load greater than the load generated by the load device 5. In addition, the load can be kept constant.
In addition, since the load applied to the operation handle 3 can be set as the torque command value S, the load applied to the operation handle 3 can be adjusted.
Further, it is not always necessary to use the high-performance load device 5, and an inexpensive or small-sized load device can be used.

なお、本発明は上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように拡張または変形することができる。
上記した実施形態では、操作ハンドル3を操作する構成のトレーニング装置2に本発明を適用したものを示したが、ユーザが操作する部分の動きに連動してシャフトが回動する構成のものであれば、例えば、ペダルを回転させる構成のトレーニング装置やリハビリ装置にも適用することができる。
In addition, this invention is not limited only to above-described embodiment, It can expand or deform | transform as follows.
In the above-described embodiment, the training apparatus 2 configured to operate the operation handle 3 is applied to the present invention, but the shaft rotates in conjunction with the movement of the portion operated by the user. For example, the present invention can be applied to a training device or a rehabilitation device configured to rotate a pedal.

本発明の一実施形態を示すものであり、負荷可変装置及び周辺の構成を示す機能ブロック図The functional block diagram which shows one Embodiment of this invention and shows a load variable apparatus and a periphery structure トレーニング装置の外観を概略的に示す斜視図Perspective view schematically showing the appearance of the training device 本発明の作用を説明するための図The figure for demonstrating the effect | action of this invention

符号の説明Explanation of symbols

図面中、1は負荷可変装置、3は操作ハンドル、4はシャフト、5は負荷装置、6はトルクセンサ、7はトルク指令値設定部(トルク指令値設定手段)、8は制御回路(モータ制御手段)、9はモータを示す。   In the drawings, 1 is a load variable device, 3 is an operation handle, 4 is a shaft, 5 is a load device, 6 is a torque sensor, 7 is a torque command value setting unit (torque command value setting means), and 8 is a control circuit (motor control). Means), 9 indicates a motor.

Claims (2)

操作ハンドルと負荷装置とを連結するシャフトに作用するトルクの大きさ及び方向を検出するトルクセンサと、
トルク指令値を設定可能なトルク指令値設定手段と、
前記シャフトにトルクを発生させるモータと、
前記トルク指令値設定手段によりトルク指令値が設定された状態で、前記負荷装置が発生する所定方向への負荷に抗して前記操作ハンドルが前記所定方向と反対方向に操作されたときに、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさと前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値とを比較すると共に前記トルクセンサにより検出されたトルクの方向を判定し、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさが前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値よりも大きい場合には、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさと前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値との差に相当する大きさで且つ前記トルクセンサにより検出されたトルクの方向と反対方向へのトルクを前記シャフトに発生させるように前記モータを制御するモータ制御手段とを備えたことを特徴とする負荷可変装置。
A torque sensor for detecting the magnitude and direction of the torque acting on the shaft connecting the operation handle and the load device;
A torque command value setting means capable of setting a torque command value;
A motor for generating torque on the shaft;
When the operation handle is operated in a direction opposite to the predetermined direction against a load in a predetermined direction generated by the load device in a state where the torque command value is set by the torque command value setting means, The torque detected by the torque sensor is compared with the torque command value set by the torque command value setting means, the direction of the torque detected by the torque sensor is determined, and the torque detected by the torque sensor Is larger than the torque command value set by the torque command value setting means, the magnitude of the torque detected by the torque sensor and the torque command value set by the torque command value setting means. Torque in a direction corresponding to the difference and in the direction opposite to the direction of the torque detected by the torque sensor Load changing device being characterized in that a motor control means for controlling said motor so as to generate a.
前記モータ制御手段は、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさが前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値よりも小さい場合には、前記トルクセンサにより検出されたトルクの大きさと前記トルク指令値設定手段により設定されたトルク指令値との差に相当する大きさで且つ前記トルクセンサにより検出されたトルクの方向と同一方向へのトルクを前記シャフトに発生させるように前記モータを制御することを特徴とする請求項1に記載の負荷可変装置。   When the magnitude of the torque detected by the torque sensor is smaller than the torque command value set by the torque command value setting means, the motor control means determines the magnitude of the torque detected by the torque sensor and the The motor is controlled so as to cause the shaft to generate a torque having a magnitude corresponding to the difference from the torque command value set by the torque command value setting means and in the same direction as the torque detected by the torque sensor. The load variable device according to claim 1, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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