JP2008238338A - Operation supporting device and its control method - Google Patents
Operation supporting device and its control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008238338A JP2008238338A JP2007082553A JP2007082553A JP2008238338A JP 2008238338 A JP2008238338 A JP 2008238338A JP 2007082553 A JP2007082553 A JP 2007082553A JP 2007082553 A JP2007082553 A JP 2007082553A JP 2008238338 A JP2008238338 A JP 2008238338A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- information
- motion
- upper limb
- manipulator
- posture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 196
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 claims abstract description 139
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 71
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 35
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 28
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 51
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 14
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 description 5
- 208000012661 Dyskinesia Diseases 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 125000002066 L-histidyl group Chemical group [H]N1C([H])=NC(C([H])([H])[C@](C(=O)[*])([H])N([H])[H])=C1[H] 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009193 crawling Effects 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012559 user support system Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5058—Sensors or detectors
- A61H2201/5061—Force sensors
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/45—Nc applications
- G05B2219/45111—Meal, food assistance
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
- Prostheses (AREA)
- Accommodation For Nursing Or Treatment Tables (AREA)
Abstract
Description
この発明は、上肢に障害をもつ身体障害者や高齢者等の該上肢の動作を補助し、食事等に関する上肢の動作を支援する動作支援装置およびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to an operation support apparatus that assists the movement of the upper limb of a physically handicapped person or an elderly person who has a disability in the upper limb, and supports the movement of the upper limb related to meals and the like, and a control method thereof.
従来、上肢を自分の意志に従って好適に動かせない高齢者や身体障害者等のために、該上肢を使わずに全自動で食事等を支援する装置が知られている(例えば特許文献1および特許文献2)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are known devices that support meals and the like fully automatically without using the upper limbs for elderly people or disabled persons who cannot move their upper limbs according to their will (for example, Patent Document 1 and Patents). Reference 2).
前述した全自動で食事を支援する装置は、使用者の上肢の動作自体を支援するわけではないので、予め設定した場所にある食物を食べる支援しかできず、また該食物を使用者の口元に運ぶ動作も「掴む」、「掬う」等に限定され、様々な大きさおよび性状の食物に対応し得ない問題があった。更に使用者が自分自身の上肢を動かすことがないため、リハビリ効果が一切なく、医学的見地からは使用が推奨されるものではなかった。 The above-mentioned fully automatic device for supporting meals does not support the movement of the user's upper limb itself, so it can only support eating food in a preset place, and the food can be used in the user's mouth. The carrying operation is also limited to “grab”, “crawling”, etc., and there is a problem that it cannot cope with foods of various sizes and properties. Furthermore, since the user does not move his / her upper limb, there was no rehabilitation effect, and use was not recommended from a medical standpoint.
これに対して、特許文献3に記載の発明「上肢作動補助装置」には、被補助者の上肢に装着する装具を多自由度マニピュレータの自由端部に備え、該装具に加えられる被補助者の力情報に基づいて該自由端部の軌道を制御し、これにより上肢の動作を補助する内容が開示されている。しかし、この「上肢作動補助装置」では、被補助者の上肢がマニピュレータの自由端部に備えられる装具に装着されるため、該上肢が常にアームに対して決まった位置関係となって動作の自由度が制限される問題や、緊急時にマニピュレータから上肢を容易に離間できない問題がある。 On the other hand, the invention “upper limb operation assisting device” described in Patent Document 3 includes a device to be attached to the upper limb of the person being supported at the free end of the multi-degree-of-freedom manipulator, and the person being assisted is added to the device The contents of controlling the trajectory of the free end based on the force information and assisting the movement of the upper limb are disclosed. However, in this “upper limb assisting device”, since the upper limb of the person being supported is attached to a brace provided at the free end of the manipulator, the upper limb is always in a fixed positional relationship with the arm and free to operate. There is a problem that the degree is limited and a problem that the upper limb cannot be easily separated from the manipulator in an emergency.
また、被補助者の上肢から加えられた力の方向に、力の大きさに応じた移動量でマニピュレータの自由端部を移動させるものであるため、先に検出した上肢の力に応じた移動が完了していない場合には、次に検出した上肢の力に応じた移動が実施できなくなったり、先に検出した上肢の力に応じた移動が完了した場合には、その都度、マニピュレータが停止状態となってしまう。このように上肢の動作が単にマニピュレータに移動量を指示しているだけに過ぎない方式では、該上肢の補助がぎくしゃくした動きになってしまう。更に上肢がマニピュレータから離間できない状態では、前述したぎくしゃくした動きは被補助者の上肢に物理的な負荷を掛けてしまう問題も内在していた。
この発明は、前述した従来の技術に内在している前記問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、上肢の動作をスムーズに支援すると共に、食事をはじめとして上肢を使用する多様な場面で使用者の利便に供し、高いリハビリ効果の期待できる動作支援装置およびその制御方法を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems inherent in the above-described conventional technology, the present invention has been proposed to suitably solve this problem. The present invention smoothly supports the movement of the upper limbs and improves the upper limbs including meals. An object of the present invention is to provide an operation support apparatus and a control method thereof that can be used by a user in various situations and can be expected to have a high rehabilitation effect.
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項1に記載の発明に係る動作支援装置は、使用者の上肢の動作を検出する第1検出手段と、該上肢の位置および姿勢を検出する第2検出手段と、前記第1検出手段の検出に基づく動作情報および第2検出手段の検出に基づく位置・姿勢情報に従って作動され、該上肢の動作を支援するマニピュレータと、前記動作情報および位置・姿勢情報を基に、前記マニピュレータの作動に係る制御を行なう制御部とを備える動作支援装置において、
前記マニピュレータの先端には、使用者の上肢が離間自在であり、接触する該上肢の動作を前記第1検出手段で検出可能な接触部が設けられると共に、
前記制御部は、
前記動作情報が入力され、入力された該動作情報から上肢の異常動作に係る異常動作情報を除去し、該上肢の動作に係る主動作情報を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により抽出された主動作情報に基づいて、前記マニピュレータの作動目標速度を指示する参照速度情報を生成する変換手段と、
前記変換手段で生成された参照速度情報と、前記位置・姿勢情報から算出され、前記マニピュレータの作動で変化する上肢の動作についての速度に係る変化速度情報とから速度の偏差に係る偏差情報を算出する比較手段と、
前記比較手段で算出された偏差情報に基づいて、前記マニピュレータを作動させる駆動情報を生成する制御手段とを備え、
前記制御手段で生成された駆動情報による前記マニピュレータの作動に伴って変化した位置・姿勢情報を、前記比較手段にフィードバックするよう構成したことを特徴とする。
従って、請求項1に係る発明によれば、速度の偏差を用いたフィードバック制御を実施するマニピュレータを使用し、かつ該マニピュレータに上肢が固定されないから、スムーズな動きを再現して上肢の動作を好適に支援すると共に、多様な場面で使用者の利便に供し、高いリハビリ効果が期待できる。
In order to overcome the above-mentioned problems and achieve the intended object, the motion support apparatus according to the first aspect of the present invention includes first detection means for detecting the motion of the upper limb of the user, and the position and posture of the upper limb. A second detection means for detecting the movement, a manipulator that is operated according to the movement information based on the detection of the first detection means and the position / posture information based on the detection of the second detection means, and supports the movement of the upper limb, and the movement information And an operation support apparatus including a control unit that performs control related to the operation of the manipulator based on the position / posture information.
At the tip of the manipulator, a user's upper limb is detachable, and a contact portion that can detect the movement of the upper limb that comes into contact with the first detection means is provided,
The controller is
Filter means for inputting the motion information, removing abnormal motion information related to an abnormal motion of the upper limb from the input motion information, and extracting main motion information related to the motion of the upper limb;
Conversion means for generating reference speed information indicating an operation target speed of the manipulator based on main operation information extracted by the filter means;
Deviation information related to the speed deviation is calculated from the reference speed information generated by the conversion means and the position / posture information, and the change speed information related to the speed of the movement of the upper limb that is changed by the operation of the manipulator. Comparing means to
Control means for generating drive information for operating the manipulator based on the deviation information calculated by the comparison means;
The position / posture information changed with the operation of the manipulator based on the drive information generated by the control means is fed back to the comparison means.
Therefore, according to the first aspect of the present invention, a manipulator that performs feedback control using a speed deviation is used, and the upper limb is not fixed to the manipulator. In addition to providing support to the user, it is useful for the user in various situations, and a high rehabilitation effect can be expected.
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項2に記載の発明に係る動作支援装置の制御方法は、使用者の上肢の動作を検出する第1検出手段と、該上肢の位置および姿勢を検出する第2検出手段と、該第1検出手段の検出に基づく上肢の動作および第2検出手段の検出に基づく位置および姿勢に従って作動して、該上肢の動作を支援するマニピュレータとを備える動作支援装置の制御方法において、
前記第1検出手段によって上肢の動作を検出し、該動作に係る動作情報を生成する動作情報検出段階と、
前記動作情報検出段階で生成された動作情報から、上肢の異常動作に係る異常動作情報を除去して、該上肢の動作に係る主動作情報を抽出する主動作情報抽出段階と、
前記主動作情報抽出段階で抽出された主動作情報から、前記マニピュレータの作動目標速度を指示する参照速度情報を生成する参照速度情報生成段階と、
前記参照速度情報生成段階で生成された参照速度情報と、上肢の位置および姿勢に係る位置・姿勢情報から生成され、前記マニピュレータの作動で変化する上肢の動作についての速度に係る変化速度情報とから速度の偏差に係る偏差情報を算出する偏差情報算出段階と、
前記偏差情報算出段階で算出した偏差情報に基づいて、前記マニピュレータを作動させる駆動情報を生成する駆動情報生成段階と、
前記駆動情報生成段階で生成された駆動情報に基づいて、前記マニピュレータを作動する駆動段階と、
前記駆動段階に伴って変化した位置・姿勢情報を生成し、該位置・姿勢情報を前記偏差情報算出段階にフィードバックして、変化速度情報の生成に供する位置姿勢検出段階とを有することを特徴とする。
従って、請求項2に係る発明によれば、マニピュレータに固定されない上肢を、速度の偏差を用いたフィードバック制御で好適に支援するから、上肢の動作をスムーズに支援すると共に、多様な場面で使用者の利便に供し、高いリハビリ効果が期待できる。
In order to overcome the above-mentioned problems and achieve the intended object, the control method of the motion support apparatus according to the invention according to claim 2 includes a first detection means for detecting the motion of the upper limb of the user, Second detection means for detecting the position and posture, and a manipulator that operates according to the position and posture based on the detection of the first detection means and the position and posture based on the detection of the second detection means, and supports the movement of the upper limb In the control method of the operation support apparatus comprising:
A motion information detection step of detecting motion of the upper limb by the first detection means and generating motion information related to the motion;
A main motion information extraction stage that removes the abnormal motion information related to the abnormal motion of the upper limb from the motion information generated in the motion information detection step, and extracts the main motion information related to the motion of the upper limb;
A reference speed information generation step for generating reference speed information indicating an operation target speed of the manipulator from the main movement information extracted in the main movement information extraction step;
From the reference speed information generated in the reference speed information generation stage and the change speed information related to the speed for the movement of the upper limb generated by the operation of the manipulator, which is generated from the position / posture information related to the position and posture of the upper limb. Deviation information calculation stage for calculating deviation information related to the speed deviation;
Based on the deviation information calculated in the deviation information calculation step, a drive information generation step for generating drive information for operating the manipulator;
A driving step of operating the manipulator based on the driving information generated in the driving information generation step;
A position / orientation detection stage for generating position / orientation information that has changed in accordance with the driving stage, feeding back the position / orientation information to the deviation information calculation stage, and for generating change speed information; To do.
Therefore, according to the invention according to claim 2, since the upper limb not fixed to the manipulator is favorably supported by the feedback control using the speed deviation, the operation of the upper limb is smoothly supported and the user is used in various situations. It can be expected to have a high rehabilitation effect.
請求項3に記載の発明では、前記参照速度情報生成段階は、前記主動作情報抽出段階で抽出された主動作情報と、予め設定された上肢の動作に係る設定動作情報とから参照速度情報を生成することを要旨とする。
従って、請求項3に係る発明によれば、予め正常な上肢の動作を設定するから、使用者の障害等によって上肢を正常に動作させること自体が困難な場合でも、上肢の動作を好適に支援し得る。
In the invention according to claim 3, in the reference speed information generation step, reference speed information is obtained from the main motion information extracted in the main motion information extraction step and preset motion information relating to the motion of the upper limb. The gist is to generate.
Therefore, according to the invention according to claim 3, since the normal movement of the upper limb is set in advance, even when it is difficult to operate the upper limb normally due to a user's failure, etc., the upper limb movement is suitably supported. Can do.
請求項4に記載の発明では、前記主動作情報抽出段階は、1Hz以上の周波数における前記異常動作情報を除去することを要旨とする。
従って、請求項4に係る発明によれば、使用者の障害等に係る小刻みな震えだけを好適に除去し得るから、該使用者の上肢の動作を好適に支援し得る。
According to a fourth aspect of the present invention, the main operation information extracting step is to remove the abnormal operation information at a frequency of 1 Hz or more.
Therefore, according to the fourth aspect of the present invention, since only small tremors relating to the user's obstacles and the like can be suitably removed, the operation of the user's upper limb can be favorably supported.
請求項5に記載の発明では、前記主動作情報抽出段階は、前記動作情報に異常動作情報に係る特定周波数に対応して設定されたノッチフィルタおよび/またはローパスフィルタを適用することで該異常動作情報を除去することを要旨とする。
従って、請求項5に係る発明によれば、使用者の障害等に係る小刻みな震えを好適に除去し得るから、該使用者の上肢の動作を好適に支援し得る。
In the invention according to claim 5, in the main operation information extraction step, the abnormal operation is performed by applying a notch filter and / or a low-pass filter set corresponding to a specific frequency related to the abnormal operation information to the operation information. The gist is to remove information.
Therefore, according to the invention which concerns on Claim 5, since it can remove suitably the small tremor which concerns on a user's disorder | damage | failure etc., operation | movement of this user's upper limb can be supported suitably.
請求項6に記載の発明では、前記動作情報検出段階、主動作情報抽出段階、参照速度情報生成段階、差情報算出段階、駆動情報生成段階、駆動段階および位置姿勢検出段階は、0.01秒以下の周期で繰り返し実行されることを要旨とする。
従って、請求項6に係る発明によれば、偏差を用いたフィードバック制御を緻密に実施し得るから、よりスムーズに上肢の動作を支援し得る。
According to a sixth aspect of the present invention, the motion information detection stage, the main motion information extraction stage, the reference speed information generation stage, the difference information calculation stage, the drive information generation stage, the drive stage, and the position / orientation detection stage include 0.01 seconds. The gist is that it is repeatedly executed in the following cycle.
Therefore, according to the invention which concerns on Claim 6, since the feedback control using a deviation can be precisely implemented, operation | movement of an upper limb can be supported more smoothly.
以上に説明した如く、本発明に係る動作支援装置およびその制御方法によれば、安全性が高く、かつ人間的なスムーズな動きを再現して上肢の動作を好適に支援することが可能である。また、食事だけでなく上肢を使う多様な場面で使用者の利便に供し、かつ高いリハビリ効果が期待できる。 As described above, according to the motion support device and the control method thereof according to the present invention, it is possible to appropriately support the motion of the upper limb by reproducing the smooth movement of human being with high safety. . In addition, it can be used not only for meals but also for various situations where the upper limb is used, and it can be expected to have a high rehabilitation effect.
次に、本発明に係る動作支援装置およびその制御方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下説明する。なお、実施例では使用者が、食事用器具としてスプーンを使用して食事をする場合の上肢の動作を支援する例に挙げて説明する。なお、以下の説明で「先端側」とは、マニピュレータ12の自由端側を、「固定側」とは、マニピュレータ12が固定されている根本側を夫々意味する。また、上肢の位置および姿勢は、食事用器具であるスプーンの先端に係る位置および姿勢で表すようにしている。
Next, the operation support apparatus and the control method thereof according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings by way of preferred embodiments. In the embodiment, an example will be described in which the user supports the movement of the upper limb when eating using a spoon as a meal utensil. In the following description, “tip side” means the free end side of the
実施例に動作支援装置10は、図1に示す如く、X軸、Y軸およびZ軸に位置変化(移動)並びにX軸、Y軸およびZ軸まわりに角度(姿勢)変化が可能な6軸のマニピュレータ12と、このマニピュレータ12の先端部28の上部に配設される第1検出手段としての力覚センサ30と、該先端部28の先端に食事用器具としてのスプーンBが着脱自在に装着可能とされる取付部32と、該力覚センサ30等から入力される情報に従って該マニピュレータ12の作動等を制御等する制御部40とを備え、該マニピュレータ12の根本が使用者が食事に使用するテーブルに固定部11によって固定された状態となっている。本実施例では、先端部28の先端に配置されるスプーンBや取付部32が、接触によって使用者の上肢の動作を力覚センサ30に検出可能な接触部Aとして機能している。前記マニピュレータ12は、固定部11側から順に、第1関節部14、第1アーム22、第2関節部16、第2アーム24、第3関節部18、第3アーム26、第4関節部20および先端部28を備え、これらが協働することでXYZの各軸方向の移動およびXYZの各軸まわりの姿勢変化を可能として、自由度の高い動きを達成している。
In the embodiment, as shown in FIG. 1, the
前記固定部11には、テーブルに対して垂直な軸線を中心とした回動が可能なように第1関節部14が取り付けられ、該第1関節部14には、テーブル上面に対して水平な軸線を中心とした回動が可能なような第1アーム22が取り付けられ、該第1関節部14によって固定部11と第1アーム22とが連結されている。前記第1アーム22の先端は、第2関節部16によって第2アーム24と連結され、該第2アーム24は第2関節部16によってテーブル上面に対して水平な軸線を中心とした回動が可能とされている。前記第2アーム24の先端には、テーブル上面に対して水平な軸線を中心とした回動が可能なように第3関節部18が取り付けられ、該第3関節部18には、該第2アーム24の長手方向に沿った軸線を中心とした回動が可能なように第3アーム26が取り付けられ、該第3関節部18によって第2アーム24と第3アーム26とが連結されている。前記第4関節部20は、第3アーム26と先端部28とを連結し、該先端部28を第3アーム26の長手方向に沿った軸線を中心として回動させ得るようになっている。
A first
また各関節部14、16、18および20は、制御部40から出力される駆動情報DvI(後述)によって、前述した第1関節部14、第3関節部18、第1アーム22、第2アーム24、第3アーム26および先端部28の回動を行なうように駆動する図示しない駆動モータと、各関節部14、16、18、20の位置および姿勢を検出する第2検出手段としてのエンコーダ14a、16a、18aおよび20aとを夫々備えている。このエンコーダ14a、16a、18aおよび20aは、各関節部14、16、18、20の位置および姿勢を検出して統合することで、スプーンBの先端部分(上肢)の位置および姿勢を検出している。また、エンコーダ14aは、固定部11に対する第1関節部14の回動と、この第1関節部14に対する第1アーム22の回動とを検出し、エンコーダ18aは、第2アーム24に対する第3関節部18の回動と、この第3関節部18に対する第3アーム26の回動とを検出するようになっている。すなわち、駆動モータの駆動によってマニピュレータ12は、XYZの各軸方向およびXYZの各軸まわりに自在に位置および姿勢を変化させ、この変化は前記エンコーダ14a、16a、18aおよび20aによって常に把握されるように構成される。ここで、駆動モータおよびエンコーダ14a、16a、18aおよび20aは、夫々前記制御部40に接続されている。
Further, each of the
前記先端部28の先端に装着される取付部32は、使用者(上肢)が把持等の行為によって容易に接触し得る大きさを有する円柱形状とされている(図1参照)。また取付部32の先端は、公知のドリルチャックの如き把持機構を備え、スプーンBの如き食事用器具を容易に取付可能に構成されている。ここで使用者の上肢はマニピュレータ12に固定されていないため、該上肢を容易にマニピュレータ12から離間可能となっている。また、スプーンBに常時手を添えず、その都度、手の甲や手のひら等によって動作を加えて動作支援装置10の支援を受けるような使用方法も可能な構成となっている。
The
前記先端部28の上部に配設される第1検出手段としての力覚センサ30は、使用者の上肢の動作を歪みを利用することで力として検出するためのものであり、前記制御部40に接続されている。前記力覚センサ30は、先端部28より前方、すなわち接触部Aに掛かる力を検出するように配設・調整されている。また、重力補償を実施することで、前記取付部32(スプーンB)が指向する方向によって変化する力を検知しないように設定されており、該取付部32(スプーンB)の向きに関わらず上肢の動作に係る力だけを検出するように構成されている。この力覚センサ30で検出された使用者の上肢の動作は、該上肢の動作に係る力に基づいた情報(以下、動作情報MIと云う)として制御部40に入力される。また力覚センサ30は、取付部32に取り付けられるスプーンBをもつ上肢の動作を正確かつ精密に検出するため、配設位置については上肢に近い位置ほど好適である。
The
前記制御部40としては、例えば汎用のコンピュータが使用されており、図2に示す如く、前記力覚センサ30、エンコーダ14a、16a、18aおよび20a、駆動モータ並びに動作支援装置10の作動に必要な各プログラムおよび情報を外部とやり取りするための入力・出力手段42に接続されている。そして制御部40内には、入力された動作情報MI等の一時保持や、位置・姿勢情報PIについての初期情報、各制御プログラムおよび食事用器具の種類に応じた適正姿勢制御を行なうための位置・姿勢に係る情報等を保持する記憶部44と、入力される各情報を該制御プログラム等によって演算する演算部46とが備えられている。そして演算部46には、入力される情報(信号)を制御の内容に応じて処理するフィルタ手段46a、変換手段46b、比較手段46cおよび制御手段46d(何れも後述)が構成されている。なお、制御部40として、全ての制御内容を実装したLSIを使用してもよい。
As the
また制御部40は、マニピュレータ12の作動を始め、動作支援装置10全体を制御している。具体的には、前記力覚センサ30で検出に基づいた動作情報MIに応じて、上肢の動作を支援する該マニピュレータ12の作動目標速度を指示する情報(以下、参照速度情報RVIと云う)を生成したり、この参照速度情報RVIからマニピュレータ12を作動するための駆動情報DvIを生成したり、前記エンコーダ14a、16a、18aおよび20aにより検出される上肢の位置および姿勢に係る情報(以下、位置・姿勢情報PIと云う)から生成される上肢の動作についての速度に係る情報(以下、変化速度情報VVIと云う)と、参照速度情報RVIとの速度の偏差に係る情報(以下、偏差情報DIと云う)を算出する機能等を司る。
In addition, the
次に、動作支援装置10の制御方法について、図3〜図7を用いて以下説明する。なお、動作支援装置10には電源が付勢されると共に、予め制御部40(記憶部44)には必要な初期情報が入力・出力手段42から入力され、かつ初期状態に設定されているものとする。本発明では初期情報として、スプーンBの先端の初期状態における位置・姿勢情報PIおよび参照速度情報RVI等が入力されている。なお本実施例では、前述した如く、使用者の上肢の位置・姿勢情報PIとして、食事用器具であるスプーンBの先端に係る位置および姿勢に係る情報を用いている。また、本発明において初期状態とは、使用者が食事が可能なように、該使用者の上肢位置に合わせて各アーム22、24および26並びに先端部28等を回動等させて位置決めした状態を指す。
Next, a control method of the
先ず前記動作支援装置10の制御方法を、図3を用いて各段階毎に説明する。動作支援装置10の制御方法は、動作情報検出段階S1、主動作情報抽出段階S2、参照速度情報生成段階S3、偏差情報算出段階S4、駆動情報生成段階S5、駆動段階S6および位置姿勢検出段階S7を有する。そしてこれら各段階S1〜S7の周期を0.001秒で繰り返し行なうことで、動作支援装置10の制御を迅速かつ正確に実施可能としている。この繰り返し時間が0.01秒を超えると、マニピュレータ12が支援する上肢の動作がなくなってぎくしゃくしたものになってしまう。なお、各段階S1〜S7の繰り返し周期の下限値は、制御部40(演算部46)の演算性能と、制御プログラムの内容とによって決定されるが、基本的に小さな値になる程、緻密な制御が可能になる。
First, the control method of the
前記動作情報検出段階S1は、前記力覚センサ30によって、マニピュレータ12に接触する上肢の動作を検出し、該検出に基づく動作情報MIを出力する段階である。この動作情報MIは、上肢の動作に係る少なくとも周波数10−2〜102の範囲で検出される力である。また、動作情報MIは、例えば図4に示すようなYにゲイン(力の大きさ)をとり、X軸に周波数をとったグラフで表すことができる。この図4に係るグラフからは、特定周波数にピークが確認できるが、これは使用者の上肢の小刻みな震えを検出したものである。動作情報MIの周波数についての範囲については、本発明に係る動作支援装置10が支援する使用者の使用用途による上肢の動作に係る周波数によって適宜決定される。
The motion information detection step S1 is a step in which the
主動作情報抽出段階S2は、前記力覚センサ30で検出した動作に係る動作情報MIから、使用者が意図しない上肢の動作、例えば小刻みな震え等の異常動作に係る情報(以下、異常動作情報IMIと云う)を除去し、使用者が動かしたいと希望する上肢の動作に係る情報(以下、主動作情報MMIと云う)を抽出する段階である。この異常動作情報IMIは、使用者が「食事する」ことについて何ら意味がないものであり、該異常動作情報IMIが除去されないと、マニピュレータ12の作動が全く「食事する」ことを支援をできなくなってしまう。図4のグラフにおいては、ピークが発現している特定周波数に係るゲインが異常動作情報IMIを示している。なお、ここで特定周波数とは、前記異常動作情報IMIが表れる周波数を意味する。
The main motion information extraction step S2 is based on motion information MI related to motion detected by the
具体的に主動作情報抽出段階S2では、図4に示される動作情報MIから特定周波数の異常動作情報IMIを好適に除去するべく、例えば図5に示すような(周波数)フィルターを適用する周波数整形法による抽出を実施することで、図6に示すような主動作情報MMIを得ている。基本的に食事等に必要とされる上肢の動作は、ゆっくりとした1Hz前後であるのに対して、障害等によって発現する該上肢の異常動作は2Hz以上の特定周波数に表れる細かい震えであるため、この2Hz以上の特定周波数に対応したフィルタの適用が好適である。なお、ここで挙げた周波数は一例に過ぎず、この上肢の動作の周波数や、障害等によって発現する動作の周波数は、使用者の年齢等の状態等に依存するものであり、基本的には動作支援装置10の使用に先立つサンプリングで使用者毎に決定される。また、特定周波数の上限または下限に近づく程、異常動作情報IMIではなく主動作情報MMIである可能性が高くなるため、フィルタとしては、該特定周波数における周波数中心付近にピークを有し、上限または下限に近づく程、ゲインの除去割合を減少させたフィルタ、すなわち、異常動作情報IMIが表れる特定周波数に対応して設定されたノッチフィルタの採用が好適である。
Specifically, in the main operation information extraction step S2, in order to suitably remove the abnormal operation information IMI of a specific frequency from the operation information MI shown in FIG. 4, for example, frequency shaping using a (frequency) filter as shown in FIG. By performing extraction by the method, main operation information MMI as shown in FIG. 6 is obtained. Basically, the upper limb movements required for meals, etc., are slowly around 1 Hz, whereas the abnormal movements of the upper limbs that are manifested by obstacles are fine tremors appearing at a specific frequency of 2 Hz or higher. Application of a filter corresponding to the specific frequency of 2 Hz or higher is preferable. The frequencies listed here are only examples, and the frequency of movement of the upper limbs and the frequency of movements caused by obstacles etc. depend on conditions such as the user's age, etc. It is determined for each user by sampling prior to use of the
前記参照速度情報生成段階S3は、主動作情報抽出段階S2で抽出された主動作情報MMIから、上肢の動作を支援するマニピュレータ12の作動目標速度を指示する参照速度情報RVIを生成する段階である。ここで、参照速度情報RVIが指示する作動目標速度とは、動作情報MIも、すなわち力覚センサ30で検出される上肢の動作に係る力に対応して決定される速度であり、本実施例では動作情報MIの大きさに関係なく、初期情報として予め記憶部44に入力された数値が参照速度情報RVIとされる。この参照速度情報RVIを、例えば0.2m/s以下の低い数値とすると、上肢の動作から検出される力が大きい場合であっても、マニピュレータ12を作動させる速度は0.2m/sを超えることはないため、使用者の年齢等の状態に関係なく安全性の高い作動が達成される。また、使用者の年齢等の状態によって参照速度情報RVIを変更して、マニピュレータ12がより大きい速度で作動するように設定することも可能である。
The reference speed information generation step S3 is a step of generating reference speed information RVI indicating the operation target speed of the
前記偏差情報算出段階S4は、参照速度情報生成段階S3で生成された参照速度情報RVIと、前記マニピュレータ12の作動で変化する上肢の動作についての速度に係る変化速度情報VVIとから速度の偏差に係る偏差情報DIを算出する段階である。この偏差情報DIは、参照速度情報RVIを基準(参照)として、変化速度情報VVIとの速度の偏差を表す情報であり、該変化速度情報VVIをフィードバックして基準値である参照速度情報RVIと比較して一致させる所謂フィードバック制御に使用されている。
In the deviation information calculation step S4, a speed deviation is calculated from the reference speed information RVI generated in the reference speed information generation step S3 and the change speed information VVI related to the speed of the movement of the upper limb that is changed by the operation of the
前記変化速度情報VVIは、変化速度情報VVIを生成しようとする時点の位置・姿勢情報PIと、その直前の位置・姿勢情報PIとから生成される。ここで「直前の位置・姿勢情報PI」とは、動作情報検出段階S1、主動作情報抽出段階S2、参照速度情報生成段階S3、偏差情報算出段階S4、駆動情報生成段階S5、駆動段階S6および位置姿勢検出段階S7の周期において、直前の周期における位置姿勢検出段階S7で検出された上肢の位置および姿勢に基づいて生成される位置・姿勢情報PIを指す。マニピュレータ12が作動し始めた直後は、制御部40(記憶部44)に初期情報として入力されている位置・姿勢情報PI以外の位置・姿勢情報PIはないため、変化速度情報VVIは「0」となる。従って、偏差情報DIは、参照速度情報RVIと同値となる。
The change speed information VVI is generated from the position / posture information PI at the time when the change speed information VVI is to be generated and the position / posture information PI immediately before it. Here, “previous position / posture information PI” means the motion information detection stage S1, the main motion information extraction stage S2, the reference speed information generation stage S3, the deviation information calculation stage S4, the drive information generation stage S5, the drive stage S6, and In the cycle of the position / orientation detection step S7, it indicates the position / posture information PI generated based on the position and posture of the upper limb detected in the position / orientation detection step S7 in the immediately preceding cycle. Immediately after the
前記駆動情報生成段階S5は、偏差情報算出段階S4で算出された偏差情報DIを基づいて前記マニピュレータ12を作動させる駆動情報DvIを生成する段階である。本実施例で駆動情報DvIは、マニピュレータ12を作動している各関節部14、16、18および20に備えられる各駆動モータ毎に生成されている。また、駆動情報生成段階S5で偏差情報DIから駆動情報DvIを生成する際には、同時に伝達関数法によりマニピュレータ12のメカニカルノイズ等を除去するようになっている。このようなメカニカルノイズも、使用者が「食事する」ことについて何ら意味がないものであり、上肢の動作の好適な支援を阻害する要因となるためである。当該伝達関数としては、ローパスフィルタおよび/またはノッチフィルタが好適に使用される。
The drive information generation step S5 is a step of generating drive information DvI for operating the
前記駆動段階S6は、駆動情報生成段階S5によって生成された駆動情報DvIに基づいて各駆動モータを駆動し、これにより前記マニピュレータ12を作動させる段階である。本実施例では、マニピュレータ12を駆動している各関節部14、16、18および20に備えられる各駆動モータ毎に生成された駆動情報DvIを該各駆動モータに入力して全駆動モータを協働させることで、マニピュレータ12の作動がなされる。この駆動段階S6の実施によって、上肢は使用者の意図した動作に従って支援され、食事をするに好適な動作が達成される。また、駆動段階S6でなされるマニピュレータ12の作動は、上肢の位置だけでなく姿勢も支援するため、スプーンBのように使用時の姿勢を一定(水平)に保つ必要がある器具を使用する場合であっても好適な支援が可能となっている。
The driving step S6 is a step of driving each driving motor based on the driving information DvI generated in the driving information generating step S5, thereby operating the
前記位置姿勢検出段階S7は、駆動段階S6に伴って変化した上肢の位置および姿勢を、各関節部14、16、18および20に備えられる第2検出手段としてのエンコーダ14a、16a、18aおよび20aで検出し、この検出に基づいて駆動段階S6に伴って変化した後の位置・姿勢情報PIを生成し、この位置・姿勢情報PIを前記偏差情報算出段階S4にフィードバックする段階である。この位置姿勢検出段階S7の実施によって、当該実施時点における上肢の位置および姿勢に係る位置・姿勢情報PIが制御部40に入力され、その後のマニピュレータ12の作動を制御する偏差情報DIを算出する変化速度情報VVIの生成に供される。そして、本位置姿勢検出段階S7の実施でフィードバックされた位置・姿勢情報PIは、偏差情報算出段階S4において直前の位置・姿勢情報PIを加味して新しい変化速度情報VVIの生成に供される。
In the position / orientation detection step S7,
従って、参照速度情報RVIが変化しなければ、変化速度情報VVIは参照速度情報RVIに到るまで大きくなり続け、またこれに伴って駆動情報DvIを生成する基となる偏差情報DIは小さくなり続ける。すなわち、全段階S1〜S7の周期を繰り返す毎に駆動情報DvIはマニピュレータ12の作動速度を小さくするように生成され、最終的に参照速度情報RVIに到るようにフィードバック制御されている。従って、マニピュレータ12の作動速度が急激に参照速度情報RVIに到ることはなく、上肢の該マニピュレータ12による動作の支援もスムーズなものとなる。
Therefore, if the reference speed information RVI does not change, the change speed information VVI continues to increase until reaching the reference speed information RVI, and the deviation information DI that is the basis for generating the drive information DvI continues to decrease accordingly. . That is, every time the cycle of all stages S1 to S7 is repeated, the drive information DvI is generated so as to reduce the operating speed of the
前記動作情報検出段階S1および主動作情報抽出段階S2の間には、該動作情報検出段階S1で上肢の動作の検出に関する第1判断段Sa1が設けられている。この第1判断段Sa1で上肢の動作がない、すなわち上肢の動作が検出されない状態には、(A)使用者の上肢が接触部A(マニピュレータ12)から離間した、または(B)使用者が上肢を動かすことをやめた、の2つの場合がある。そして、何れの場合も、マニピュレータ12による支援が不要となるので、本発明の制御方法に係る制御は終了することになる。しかし、本実施例においては動作支援装置10の電源がオフにされるわけではないので、力覚センサ30が上肢の力を検出しない場合であっても各駆動モータは、マニピュレータ12の作動速度を「0」、すなわち停止状態に保持しようと駆動した状態となっている。
Between the motion information detection step S1 and the main motion information extraction step S2, a first determination step Sa1 related to detection of upper limb motions is provided in the motion information detection step S1. In the state where there is no movement of the upper limb in this first determination stage Sa1, that is, the movement of the upper limb is not detected, (A) the user's upper limb is separated from the contact portion A (manipulator 12), or (B) the user There are two cases of stopping moving the upper limbs. In any case, since the support by the
また、前記偏差情報算出段階S4および駆動情報生成段階S5の間には、偏差、すなわち偏差情報DIがあるか否かについての第2判断段Sa2が設けられている。この第2判断段Sa2で偏差情報DIがないと判断されるのは、動作情報MIが変化せず同一の参照速度情報RVIが生成され続けている場合である。この場合、動作支援装置10の制御はフローチャートに従って前記動作情報検出段階S1の前に戻って、動作情報MIが変化するまで動作情報検出段階S1から偏差情報算出段階S4の間をループすることになり、マニピュレータ12の作動はそれまでと同一の作動を保持することになる。
Further, a second determination stage Sa2 is provided between the deviation information calculation stage S4 and the drive information generation stage S5 to determine whether there is a deviation, that is, deviation information DI. It is determined in the second determination stage Sa2 that there is no deviation information DI when the motion information MI does not change and the same reference speed information RVI is continuously generated. In this case, the control of the
なお、動作支援装置10で検出、算出または生成される全情報、すなわち動作情報MI、異常動作情報IMI、主動作情報MMI、参照速度情報RVI、位置・姿勢情報PI、変化速度情報VVI、偏差情報DIおよび駆動情報DvIは、制御部40に入力或いは算出または生成された時点で記憶部44内に収納され、新たな情報が入力或いは算出または生成された時点上書きされることで常に最新の情報に更新されている。また、過去の情報も蓄積され、必要に応じて出力可能とされている。
It should be noted that all information detected, calculated or generated by the
次に、動作支援装置10の制御における情報(信号)の流れの概略を、図7を用いて説明する。本実施例においては、以下のように情報が伝達されると共に処理されている。すなわち、(1)力覚センサ30から上肢の動作に係る動作情報MIが演算部46に入力される。(2)演算部46に入力された動作情報MIはフィルタ手段46aに入力され、該フィルタ手段46aを通過した動作情報MIからは異常動作情報IMIが除去され、上肢の主動作情報MMIが抽出される。
Next, an outline of information (signal) flow in the control of the
(3)前記フィルタ手段46aを通過することで抽出された主動作情報MMIは、変換手段46bに入力される。この変換手段46bを通過した主動作情報MMIからは、作動目標速度を指示する参照速度情報RVIが生成される。(4)前記変換手段46bで生成された参照速度情報RVIは比較手段46cに入力され、入力時点におけるマニピュレータ12の作動速度(変化速度情報VVI)と比較され、比較結果として偏差情報DIが算出・出力される。
(3) The main motion information MMI extracted by passing through the filter means 46a is input to the conversion means 46b. From the main motion information MMI that has passed through the conversion means 46b, reference speed information RVI that indicates the operation target speed is generated. (4) The reference speed information RVI generated by the conversion means 46b is input to the comparison means 46c and compared with the operating speed (change speed information VVI) of the
(5)前記比較手段46cから出力された偏差情報DIは制御手段46dに入力される。この制御手段46dでは、偏差情報DIからマニピュレータ12の作動等に係る所謂メカニカルノイズ等を除去し、除去後の偏差情報DIに基づいてマニピュレータ12を作動するように駆動モータを駆動する駆動情報DvIを生成する。(6)前記制御手段46dで生成された駆動情報DvIに従って、マニピュレータ12は制御下に作動される。そして、この作動に伴って変化した上肢の位置および姿勢がエンコーダ14a、16a、18aおよび20aによって検出され、この検出に基づいた位置・姿勢情報PIが生成・出力される。(7)そして出力された位置・姿勢情報PIは、比較手段46cにフィードバックされて変化速度情報VVIの算出に供される。
(5) The deviation information DI output from the comparison means 46c is input to the control means 46d. The control means 46d removes so-called mechanical noise or the like related to the operation of the
このような制御においては、マニピュレータ12から使用者の上肢が離間して力覚センサ30が該上肢の動作(力)を検出しなくなれば、該マニピュレータ12の作動も即時停止するため高い安全性が確保される。また、力覚センサ30が上肢の動作を検出しない場合であっても各駆動モータは、マニピュレータ12の作動を停止状態に保持しようと駆動して機械的な停止状態となっているわけではない。従って、上肢からの力を検出した場合には、各駆動モータが停止状態から駆動状態に移行するのではなく、マニピュレータ12を停止状態に保持する駆動状態から作動させる駆動状態へ移行するだけである。従って、上肢からの力を検出した場合、時間的なずれや機械的な負荷を発生させずに、上肢の動作をスムーズに支援可能となっている。
In such control, if the user's upper limb is separated from the
〔変更例について〕
(1)実施例では、多自由度マニピュレータとして6軸のマニピュレータ12を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、公知のマニピュレータが採用可能であり、例えば、図8に示すようなXYZの各軸方向に対する位置変化だけを自在に設定し得る3軸の多自由度のマニピュレータ13を採用してもよい。この場合、上肢の動作の支援範囲を狭めずに、より安価な構造で、簡便な制御による運用が可能になる。なお、XYZ各軸まわりに関する駆動をなす駆動モータや、位置および姿勢を検出するエンコーダ等がないこと以外は、実施例に係るマニピュレータ12と略同一な構成となっている。
(2)実施例では先端部28に対して固定された取付部32を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図9に示すように単独でXYZの各軸まわりの姿勢変化が可能に構成された取付部33を採用してもよい。この場合、本発明に係る動作支援装置10は、合計9軸に対する幅広い変位を達成し得る。なお、この場合の接触部Aは、実施例と同様に、スプーンBおよび取付部33の双方である。また、取付部33で達成される幅広い変位によって、高いスプーンBの姿勢が容易に変化してしまうが、このような変化は力覚センサ30の重力補償によって相殺されるので、動作情報MIの生成に問題は生じない。
(3)実施例では参照速度情報RVIは、力覚センサ30が検出する上肢の力に関わらず一定値として設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、該力の方向等の条件によって変化するように設定してもよい。この場合、使用者の上肢の動作により近づいた支援が可能となる。
(4)実施例では、使用者の上肢の動作に係る主動作情報MMIに基づいて参照速度情報RVIを生成していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば主動作情報MMIに予め設定された上肢の動作に係る設定動作情報を付加して参照速度情報RVIを生成するようにしてもよい。例えば、上肢を真横に動作させようとすると、次第に手前にずれて動作してしまう等の規則性のある異常作動が上肢に見られる場合等に好適に用いられる。この場合、予め正常な上肢の動作と異常な上肢の動作とを差異を、予め設定動作情報として設定し、主動作情報MMIと該設定動作情報とから参照速度情報RVIを生成するため、上肢の筋に異常があって、該動作に規則的な異常動作がある場合の事態に好適に対応し得る。
(5)実施例では異常動作情報IMIを除去するフィルタとして、ノッチフィルタを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図10に示すような一定周波数以上の周波数だけを除去するローパスフィルタを使用するようにしてもよい。この場合、マニピュレータの駆動モータ等の高周波振動も好適に除去し得る。また、図11に示すようなノッチフィルタとローパスフィルタとを複合したフィルタを使用するようにしてもよい。この他、予め使用者の上肢の動作をサンプリングし、当該使用者の上肢の異常動作に係る異常動作情報IMIを選択的に除去するフィルタを生成し、このフィルタを、特に障害等による異常動作が表れる可能性が高い1Hz以上の周波数領域にだけ適用して、当該周指数領域だけについて異常動作情報IMIを除去するようにしてもよい。この場合、異常動作情報IMIの効率的な除去が可能となり、かつ動作情報MIに対する不必要な加工をできる限り回避し得るので、上肢の動作に忠実な主作動情報MMIを生成し得る。
(6)実施例では、上肢の位置および姿勢を検出する第2検出手段としてエンコーダを採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、コスト的に優れるポテンショメータ等の他の機器を動作支援装置が使用される用途等に応じて適宜採用してもよい。
(7)実施例でマニピュレータ12の停止状態は、駆動モータを該停止状態に保持する駆動状態とすることで達成していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各関節部14、16、18および20に電磁クラッチ等を装備して、電源オフ時にマニピュレータ12の位置および姿勢を固定的に保持するように構成すると共に、動作支援装置10等の電源をオフにすることで機械的な停止状態を達成するようにしてもよい。この場合、電力の消費量の低減によるコスト削減が可能である。
[About examples of changes]
(1) In the embodiment, the six-
(2) In the embodiment, the mounting
(3) In the embodiment, the reference speed information RVI is set as a constant value regardless of the upper limb force detected by the
(4) In the embodiment, the reference speed information RVI is generated based on the main motion information MMI related to the motion of the user's upper limb. However, the present invention is not limited to this, for example, the main motion information MMI. Reference speed information RVI may be generated by adding set motion information relating to the motion of the upper limb set in advance. For example, when the upper limb is moved to the side, it is preferably used when an abnormal operation with regularity such as gradually moving toward the front is seen in the upper limb. In this case, the difference between the normal upper limb movement and the abnormal upper limb movement is set in advance as set movement information, and the reference speed information RVI is generated from the main movement information MMI and the set movement information. It is possible to suitably cope with a situation where there is an abnormality in the muscle and there is a regular abnormal operation in the operation.
(5) In the embodiment, a notch filter is used as a filter for removing abnormal operation information IMI. However, the present invention is not limited to this, and for example, only a frequency equal to or higher than a certain frequency as shown in FIG. You may make it use the low-pass filter which removes. In this case, high-frequency vibrations such as a drive motor of the manipulator can also be suitably removed. Moreover, you may make it use the filter which combined the notch filter and low-pass filter as shown in FIG. In addition, the user's upper limb movement is sampled in advance, and a filter for selectively removing the abnormal movement information IMI related to the abnormal movement of the user's upper limb is generated. It may be applied only to a frequency region of 1 Hz or higher where there is a high possibility of appearing, and the abnormal operation information IMI may be removed only for the peripheral index region. In this case, the abnormal motion information IMI can be efficiently removed, and unnecessary processing on the motion information MI can be avoided as much as possible. Therefore, the main motion information MMI faithful to the motion of the upper limb can be generated.
(6) In the embodiment, the encoder is employed as the second detection means for detecting the position and posture of the upper limb, but the present invention is not limited to this, and for example, a potentiometer or the like having excellent cost. These devices may be adopted as appropriate depending on the use of the operation support device.
(7) In the embodiment, the stop state of the
12 マニピュレータ、13 マニピュレータ、14a エンコーダ(第2検出手段)
16a エンコーダ(第2検出手段)、18a エンコーダ(第2検出手段)
20a エンコーダ(第2検出手段)、30 力覚センサ(第1検出手段)
40 制御部、46a フィルタ手段、46b 変換手段、46c 比較手段
46d 制御手段、DI 偏差情報、DvI 駆動情報、IMI 異常動作情報
MI 動作情報、MMI 主動作情報、PI 位置・姿勢情報、RVI 参照速度情報
S1 動作情報検出段階、S2 主動作情報抽出段階、S3 参照速度情報生成段階
S4 偏差情報算出段階、S5 駆動情報生成段階、S6 駆動段階
S7 位置姿勢検出段階
12 Manipulator, 13 Manipulator, 14a Encoder (second detection means)
16a encoder (second detection means), 18a encoder (second detection means)
20a Encoder (second detection means), 30 Force sensor (first detection means)
40 control section, 46a filter means, 46b conversion means, 46c comparison means 46d control means, DI deviation information, DvI drive information, IMI abnormal action information MI action information, MMI main action information, PI position / attitude information, RVI reference speed information S1 motion information detection stage, S2 main motion information extraction stage, S3 reference speed information generation stage S4 deviation information calculation stage, S5 drive information generation stage, S6 drive stage S7 position and orientation detection stage
Claims (6)
前記マニピュレータ(12,13)の先端には、使用者の上肢が離間自在であり、接触する該上肢の動作を前記第1検出手段(30)で検出可能な接触部(A)が設けられると共に、
前記制御部(40)は、
前記動作情報(MI)が入力され、入力された該動作情報(MI)から上肢の異常動作に係る異常動作情報(IMI)を除去し、該上肢の動作に係る主動作情報(MMI)を抽出するフィルタ手段(46a)と、
前記フィルタ手段(46a)により抽出された主動作情報(MMI)に基づいて、前記マニピュレータ(12,13)の作動目標速度を指示する参照速度情報(RVI)を生成する変換手段(46b)と、
前記変換手段(46b)で生成された参照速度情報(RVI)と、前記位置・姿勢情報(PI)から算出され、前記マニピュレータ(12,13)の作動で変化する上肢の動作についての速度に係る変化速度情報(VVI)とから速度の偏差に係る偏差情報(DI)を算出する比較手段(46c)と、
前記比較手段(46c)で算出された偏差情報(DI)に基づいて、前記マニピュレータ(12,13)を作動させる駆動情報(DvI)を生成する制御手段(46d)とを備え、
前記制御手段(46d)で生成された駆動情報(DvI)による前記マニピュレータ(12,13)の作動に伴って変化した位置・姿勢情報(PI)を、前記比較手段(46c)にフィードバックするよう構成した
ことを特徴とする動作支援装置。 First detection means (30) for detecting the movement of the user's upper limb, second detection means (14a, 16a, 18a, 20a) for detecting the position and posture of the upper limb, and the first detection means (30) Manipulators (12, 13) that are actuated according to motion information (MI) based on the detection of the position and posture / position information (PI) based on the detection of the second detection means (14a, 16a, 18a, 20a) and support the motion of the upper limb. ) And a control unit (40) that performs control related to the operation of the manipulator (12, 13) based on the motion information (MI) and position / posture information (PI),
The tip of the manipulator (12, 13) is provided with a contact portion (A) where the upper limb of the user can be separated and the movement of the upper limb contacting the user can be detected by the first detection means (30). ,
The control unit (40)
The motion information (MI) is input, the abnormal motion information (IMI) related to the abnormal motion of the upper limb is removed from the input motion information (MI), and the main motion information (MMI) related to the motion of the upper limb is extracted Filter means (46a) for
Conversion means (46b) for generating reference speed information (RVI) indicating an operation target speed of the manipulator (12, 13) based on main operation information (MMI) extracted by the filter means (46a),
It is calculated from the reference speed information (RVI) generated by the conversion means (46b) and the position / posture information (PI), and relates to the speed about the movement of the upper limb that is changed by the operation of the manipulator (12, 13). Comparison means (46c) for calculating deviation information (DI) relating to the deviation of speed from the change speed information (VVI),
Control means (46d) for generating drive information (DvI) for operating the manipulator (12, 13) based on deviation information (DI) calculated by the comparison means (46c),
Position / posture information (PI) changed with the operation of the manipulator (12, 13) by the drive information (DvI) generated by the control means (46d) is fed back to the comparison means (46c). An operation support apparatus characterized by that.
前記第1検出手段(30)によって上肢の動作を検出し、該動作に係る動作情報(MI)を生成する動作情報検出段階(S1)と、
前記動作情報検出段階(S1)で生成された動作情報(MI)から、上肢の異常動作に係る異常動作情報(IMI)を除去して、該上肢の動作に係る主動作情報(MMI)を抽出する主動作情報抽出段階(S2)と、
前記主動作情報抽出段階(S2)で抽出された主動作情報(MMI)から、前記マニピュレータ(12,13)の作動目標速度を指示する参照速度情報(RVI)を生成する参照速度情報生成段階(S3)と、
前記参照速度情報生成段階(S3)で生成された参照速度情報(RVI)と、上肢の位置および姿勢に係る位置・姿勢情報(PI)から生成され、前記マニピュレータ(12,13)の作動で変化する上肢の動作についての速度に係る変化速度情報(VVI)とから速度の偏差に係る偏差情報(DI)を算出する偏差情報算出段階(S4)と、
前記偏差情報算出段階(S4)で算出した偏差情報(DI)に基づいて、前記マニピュレータ(12,13)を作動させる駆動情報(DvI)を生成する駆動情報生成段階(S5)と、
前記駆動情報生成段階(S5)で生成された駆動情報(DvI)に基づいて、前記マニピュレータ(12,13)を作動する駆動段階(S6)と、
前記駆動段階(S6)に伴って変化した位置・姿勢情報(PI)を生成し、該位置・姿勢情報(PI)を前記偏差情報算出段階(S4)にフィードバックして、変化速度情報(VVI)の生成に供する位置姿勢検出段階(S7)とを有する
ことを特徴とする動作支援装置の制御方法。 First detection means (30) for detecting the movement of the user's upper limb, second detection means (14a, 16a, 18a, 20a) for detecting the position and posture of the upper limb, and the first detection means (30) Motion comprising the manipulator (12, 13) that operates according to the position and posture based on the motion of the upper limb based on the detection of the arm and the position and posture based on the detection of the second detection means (14a, 16a, 18a, 20a) In the control method of the support device,
A motion information detection step (S1) for detecting motion of the upper limb by the first detection means (30) and generating motion information (MI) related to the motion;
From the motion information (MI) generated in the motion information detection step (S1), the abnormal motion information (IMI) related to the abnormal motion of the upper limb is removed, and the main motion information (MMI) related to the motion of the upper limb is extracted. Main motion information extraction stage (S2) to perform,
A reference speed information generation stage for generating reference speed information (RVI) indicating an operation target speed of the manipulator (12, 13) from the main movement information (MMI) extracted in the main movement information extraction stage (S2) ( S3)
It is generated from the reference speed information (RVI) generated in the reference speed information generation step (S3) and position / posture information (PI) related to the position and posture of the upper limb, and changes according to the operation of the manipulator (12, 13). Deviation information calculation stage (S4) for calculating deviation information (DI) related to speed deviation from speed change information (VVI) related to speed of upper limb movement,
Based on the deviation information (DI) calculated in the deviation information calculation step (S4), drive information generation step (S5) for generating drive information (DvI) for operating the manipulator (12, 13),
Based on the drive information (DvI) generated in the drive information generation step (S5), the drive step (S6) for operating the manipulator (12, 13),
The position / posture information (PI) changed in accordance with the driving step (S6) is generated, and the position / posture information (PI) is fed back to the deviation information calculation step (S4) to change the speed information (VVI). And a position / orientation detection step (S7) used for generating a motion support apparatus.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007082553A JP2008238338A (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Operation supporting device and its control method |
PCT/JP2008/055448 WO2008123200A1 (en) | 2007-03-27 | 2008-03-24 | Motion assisting device and its control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007082553A JP2008238338A (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Operation supporting device and its control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008238338A true JP2008238338A (en) | 2008-10-09 |
Family
ID=39830697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007082553A Pending JP2008238338A (en) | 2007-03-27 | 2007-03-27 | Operation supporting device and its control method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008238338A (en) |
WO (1) | WO2008123200A1 (en) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010118798A (en) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Gifu Univ | Noise eliminating device, noise eliminating method, and operation correcting device |
WO2010084743A1 (en) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | パナソニック株式会社 | Apparatus and method for controlling robot arm, robot, program for controlling robot arm, and integrated electronic circuit |
WO2011021376A1 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | パナソニック株式会社 | Control device and control method for robot arm, household robot, control program for robot arm, and integrated electronic circuit for controlling robot arm |
WO2011021375A1 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | パナソニック株式会社 | Control device and control method for robot arm, assembly robot, control program for robot arm, and integrated electronic circuit for controlling robot arm |
WO2011126204A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | 대한민국(국립재활원장) | Feeding assistant robot |
CN102975205A (en) * | 2012-11-08 | 2013-03-20 | 陕西科技大学 | Full-automatic hand-imitation hair-combing machine |
CN103465272A (en) * | 2013-09-29 | 2013-12-25 | 哈尔滨工业大学 | Six-degree-of-freedom humanoid robot arm |
JP2014533127A (en) * | 2011-09-30 | 2014-12-11 | リンクス デザインLynx Design | System and method for stabilizing unintentional muscle movement |
US9199377B2 (en) | 2012-12-17 | 2015-12-01 | Hyundai Motor Company | Method and system for extracting intended torque for wearable robot |
WO2016056339A1 (en) * | 2014-10-09 | 2016-04-14 | ソニー株式会社 | Information-processing device, information-processing method, and program |
US9943430B2 (en) | 2015-03-25 | 2018-04-17 | Verily Life Sciences Llc | Handheld tool for leveling uncoordinated motion |
JP2018099155A (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | ヴェリリー ライフ サイエンシズ エルエルシー | Handheld tool for leveling uncoordinated motion |
WO2018186350A1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-10-11 | 川崎重工業株式会社 | Food product holding device and operation method for same |
CN109172223A (en) * | 2018-09-27 | 2019-01-11 | 南京脑科医院 | A kind of upper limb fixing device for setting pipe and dressing operation convenient for PICC |
US10271770B2 (en) | 2015-02-20 | 2019-04-30 | Verily Life Sciences Llc | Measurement and collection of human tremors through a handheld tool |
US10420663B2 (en) | 2017-05-01 | 2019-09-24 | Verily Life Sciences Llc | Handheld articulated user-assistive device with behavior control modes |
JP2020028511A (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社安川電機 | Movement function recovery training device |
US11980305B1 (en) | 2020-08-11 | 2024-05-14 | Jeffery James Wagoner | Damped articulation system |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010098358A1 (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-02 | 国立大学法人岐阜大学 | Upper limb motion assist device |
WO2012117487A1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-09-07 | 村田機械株式会社 | Upper limb exercising device |
US9925034B2 (en) | 2011-09-30 | 2018-03-27 | Verily Life Sciences Llc | Stabilizing unintentional muscle movements |
CN103462735B (en) * | 2013-09-04 | 2015-07-29 | 宁波市镇海惠斌塑业有限公司 | For disabled persons device of combing one's hair |
CN105764465B (en) * | 2013-11-14 | 2017-08-25 | 村田机械株式会社 | Trainer |
CN105764464B (en) * | 2013-11-14 | 2017-08-25 | 村田机械株式会社 | Trainer |
US10600596B2 (en) | 2014-04-21 | 2020-03-24 | Verily Life Sciences Llc | Adapter to attach implements to an actively controlled human tremor cancellation platform |
CN105559983B (en) * | 2015-12-28 | 2018-05-11 | 深圳市尚荣医用工程有限公司 | A kind of intelligence looks after wheelchair and its control system |
CN112976008A (en) * | 2021-03-17 | 2021-06-18 | 井菊香 | Old man feeds meal device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05285870A (en) * | 1992-04-03 | 1993-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Direct teaching device for multijoint robot |
JPH05341834A (en) * | 1992-06-09 | 1993-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Direct teaching device for articulated robot |
JPH09141580A (en) * | 1995-11-22 | 1997-06-03 | Yaskawa Electric Corp | Operating range limiting device for direct teaching robot |
JPH10231100A (en) * | 1996-12-18 | 1998-09-02 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | Motor controller for force assisting device |
JP3314657B2 (en) * | 1997-04-17 | 2002-08-12 | 日産自動車株式会社 | Assist arm with power assist |
JPH1158278A (en) * | 1997-08-25 | 1999-03-02 | Yaskawa Electric Corp | Control device for robot |
WO2005075155A2 (en) * | 2004-02-05 | 2005-08-18 | Motorika Inc. | Fine motor control rehabilitation |
-
2007
- 2007-03-27 JP JP2007082553A patent/JP2008238338A/en active Pending
-
2008
- 2008-03-24 WO PCT/JP2008/055448 patent/WO2008123200A1/en active Application Filing
Cited By (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010118798A (en) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Gifu Univ | Noise eliminating device, noise eliminating method, and operation correcting device |
JPWO2010084743A1 (en) * | 2009-01-22 | 2012-07-19 | パナソニック株式会社 | Robot arm control device and control method, robot, robot arm control program, and integrated electronic circuit |
WO2010084743A1 (en) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | パナソニック株式会社 | Apparatus and method for controlling robot arm, robot, program for controlling robot arm, and integrated electronic circuit |
JP2010234521A (en) * | 2009-01-22 | 2010-10-21 | Panasonic Corp | Apparatus and method for controlling robot arm, robot, program for controlling robot arm, and integrated electronic circuit |
JP4584354B2 (en) * | 2009-01-22 | 2010-11-17 | パナソニック株式会社 | Robot arm control device and control method, robot, robot arm control program, and integrated electronic circuit |
US9211646B2 (en) | 2009-08-21 | 2015-12-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Control apparatus and control method for robot arm, assembly robot, control program for robot arm, and control-purpose integrated electronic circuit for robot arm |
CN102292194A (en) * | 2009-08-21 | 2011-12-21 | 松下电器产业株式会社 | Control device and control method for robot arm, assembly robot, control program for robot arm, and integrated electronic circuit for controlling robot arm |
WO2011021375A1 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | パナソニック株式会社 | Control device and control method for robot arm, assembly robot, control program for robot arm, and integrated electronic circuit for controlling robot arm |
JPWO2011021375A1 (en) * | 2009-08-21 | 2013-01-17 | パナソニック株式会社 | Robot arm control device, method, program, integrated electronic circuit, and assembly robot |
JP4759660B2 (en) * | 2009-08-21 | 2011-08-31 | パナソニック株式会社 | Robot arm control device, method, program, integrated electronic circuit, and assembly robot |
WO2011021376A1 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | パナソニック株式会社 | Control device and control method for robot arm, household robot, control program for robot arm, and integrated electronic circuit for controlling robot arm |
US20150375397A1 (en) * | 2010-04-07 | 2015-12-31 | National Rehabilitation Center | Feeding assistant robot |
WO2011126204A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | 대한민국(국립재활원장) | Feeding assistant robot |
US9066615B2 (en) | 2010-04-07 | 2015-06-30 | National Rehabilitation Center | Feeding assistant robot |
US9517565B2 (en) | 2010-04-07 | 2016-12-13 | National Rehabilitation Center | Feeding assistant robot |
JP2014533127A (en) * | 2011-09-30 | 2014-12-11 | リンクス デザインLynx Design | System and method for stabilizing unintentional muscle movement |
CN102975205A (en) * | 2012-11-08 | 2013-03-20 | 陕西科技大学 | Full-automatic hand-imitation hair-combing machine |
US9199377B2 (en) | 2012-12-17 | 2015-12-01 | Hyundai Motor Company | Method and system for extracting intended torque for wearable robot |
CN103465272A (en) * | 2013-09-29 | 2013-12-25 | 哈尔滨工业大学 | Six-degree-of-freedom humanoid robot arm |
WO2016056339A1 (en) * | 2014-10-09 | 2016-04-14 | ソニー株式会社 | Information-processing device, information-processing method, and program |
US10321928B2 (en) | 2014-10-09 | 2019-06-18 | Sony Corporation | Information processing device, information processing method, and program |
JPWO2016056339A1 (en) * | 2014-10-09 | 2017-07-27 | ソニー株式会社 | Information processing apparatus, information processing method, and program |
US10271770B2 (en) | 2015-02-20 | 2019-04-30 | Verily Life Sciences Llc | Measurement and collection of human tremors through a handheld tool |
US9943430B2 (en) | 2015-03-25 | 2018-04-17 | Verily Life Sciences Llc | Handheld tool for leveling uncoordinated motion |
US10532465B2 (en) | 2015-03-25 | 2020-01-14 | Verily Life Sciences Llc | Handheld tool for leveling uncoordinated motion |
JP2018099155A (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | ヴェリリー ライフ サイエンシズ エルエルシー | Handheld tool for leveling uncoordinated motion |
WO2018186350A1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-10-11 | 川崎重工業株式会社 | Food product holding device and operation method for same |
US10420663B2 (en) | 2017-05-01 | 2019-09-24 | Verily Life Sciences Llc | Handheld articulated user-assistive device with behavior control modes |
US11369500B2 (en) | 2017-05-01 | 2022-06-28 | Verily Life Sciences Llc | Handheld articulated user-assistive device with behavior control modes |
JP2020028511A (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社安川電機 | Movement function recovery training device |
JP7475620B2 (en) | 2018-08-23 | 2024-04-30 | オージー技研株式会社 | Motor function recovery training device |
CN109172223A (en) * | 2018-09-27 | 2019-01-11 | 南京脑科医院 | A kind of upper limb fixing device for setting pipe and dressing operation convenient for PICC |
US11980305B1 (en) | 2020-08-11 | 2024-05-14 | Jeffery James Wagoner | Damped articulation system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2008123200A1 (en) | 2008-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008238338A (en) | Operation supporting device and its control method | |
JP6956081B2 (en) | Robot system and how to backdrive the robot system | |
US8509950B2 (en) | Control apparatus and control method for robot, robot, and control program therefor | |
US20180029221A1 (en) | Robot and robot system | |
WO2016103729A1 (en) | Dual arm robot teaching system and dual arm robot teaching method | |
JPH11253504A (en) | Upper limb motion assisting device | |
JP2010076012A (en) | Manipulator system and control method thereof | |
JP2009066685A (en) | Robot device, and control method for robot device | |
JP6659424B2 (en) | Robot and control method thereof | |
JP6546361B1 (en) | Surgery support device | |
JP2014517747A (en) | Medical master / slave device for minimally invasive surgery | |
JP2008125696A (en) | Meal support system | |
JP2011115248A (en) | Mounting type motion support device | |
Shi et al. | A cable-driven three-DOF wrist rehabilitation exoskeleton with improved performance | |
JP2007301071A (en) | Walking assisting device | |
JPWO2019012812A1 (en) | Control device, control method, and master-slave system | |
CN111448036A (en) | Robotic system, apparatus and method for applying a treatment force to an object | |
JP3837174B2 (en) | Motion control device for artificial hand | |
WO2019039006A1 (en) | Robot | |
JP5493110B2 (en) | Upper limb movement assist device | |
JP2008105116A (en) | Two-finger grip type robot hand | |
JP2010012087A (en) | Manipulator system and control method of manipulator | |
JP2008100323A (en) | Grip-type robot hand | |
JP2004326417A (en) | Direct-acting actuator unit | |
JP6704576B2 (en) | Hand robot control method |