JP2008281926A - リハビリテーション教育用ロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の駆動シーケンスに従って第1〜第6アクチュエータを動作させ、第1リンクの先端部において六方向の力を発生させ、第1リンクの先端部において発生される力の方向が選択された方向となるように選択されたアクチュエータを動作させ、第1リンクの先端部を保持するリハビリテーション施術訓練者に第1リンクの先端部において発生される力の方向を体験させる。
【選択図】図1
Description
T1 =(Ff1 −Fe1 )r+(Ff3 −Fe3 )r・・・式(2)
T2 =(Ff2 −Fe2 )r+(Ff3 −Fe3 )r・・・式(3)
そして、該式(2)及び(3)を取り入れた制御ブロックを作成すると、図17に示されるようになる。図17において、90及び91はコントローラ、92及び93は第1モータ68及び第2モータ69の伝達関数、94及び95はトルクセンサ78及び79の変換係数(入力は角度、出力はトルク)である。
TK1=Δθ1 ×2KR2 ・・・式(5)
TK2=Δθ2 ×2KR2 ・・・式(6)
トルクTK1及びTK2は、第1モータ68及び第2モータ69に対して相互に作用するため、前記第1モータ68及び第2モータ69に印加する電圧VK1及びVK2は、それぞれ、次の式(7)及び(8)のように算出される。
VK1=(−Δθ1 ×2KR2 +Δθ2 ×2KR2 )×Rm /Kt ・・・式(7)
VK2=(Δθ1 ×2KR2 −Δθ2 ×2KR2 )×Rm /Kt ・・・式(8)
算出された電圧VK1及びVK2を第1モータ68及び第2モータ69にそれぞれ印加すると、前記第1モータ68及び第2モータ69は、TK1及びTK2のトルクをそれぞれ発生する。これにより、関節アーム装置100の先端部に力が発生するので、訓練者はこの力を反力として感じることになる。これは、図23に示されるばね要素Kが外力を与えられたことによって発生する力であり、二関節筋のばね要素を再現している。
11、65 第1リンク
12、64 第2リンク
13、77 フレーム
16 第1アクチュエータ
17 第2アクチュエータ
18 第3アクチュエータ
19 第4アクチュエータ
20 第5アクチュエータ
21 第6アクチュエータ
68 第1モータ
69 第2モータ
121 表皮部
122、123、124、125、126、127 発光部
Claims (6)
- (a)第1リンクと、
(b)基端部がベースに回転可能に支持され、先端部が前記第1リンクの基端部に回転可能に接続された第2リンクと、
(c)前記第1リンクを第2リンクに対して回転させるための駆動力を発生する第1アクチュエータ及び第2アクチュエータと、
(d)前記第1リンクをベースに対して回転させるための駆動力を発生する第3アクチュエータ及び第4アクチュエータと、
(e)前記第2リンクをベースに対して回転させるための駆動力を発生する第5アクチュエータ及び第6アクチュエータとを備える二関節アーム装置を有するリハビリテーション教育用ロボットであって、
(f)所定の駆動シーケンスに従って前記第1〜第6アクチュエータを動作させ、前記第1リンクの先端部において六方向の力を発生させる制御装置を更に有し、
(g)前記第1リンクの先端部において発生される力の方向が選択された方向となるように選択されたアクチュエータを動作させ、前記第1リンクの先端部を保持するリハビリテーション施術訓練者に前記第1リンクの先端部において発生される力の方向を体験させることを特徴とするリハビリテーション教育用ロボット。 - 拮抗する位置関係に配置されたアクチュエータが発生する駆動力が互いに拮抗するように初期状態を設定し、前記リハビリテーション施術訓練者が前記第1リンクの先端部を任意の方向に移動させたときに反力を発生するアクチュエータを検出し、該アクチュエータに対応する上肢又は下肢の筋を特定して前記リハビリテーション施術訓練者に通知する請求項1に記載のリハビリテーション教育用ロボット。
- (a)第1リンクと、
(b)基端部がベースに回転可能に支持され、先端部が前記第1リンクの基端部に回転可能に接続された第2リンクと、
(c)前記第1リンク及び第2リンクを各々独立して回転させるための駆動力を発生する第1アクチュエータ及び第2アクチュエータとを備える二関節アーム装置を有するリハビリテーション教育用ロボットであって、
(d)6つのアクチュエータによる駆動シーケンスを前記第1アクチュエータ及び第2アクチュエータによる駆動シーケンスに変換するアルゴリズムを備え、前記第1リンクの先端部において六方向の力を発生させる制御装置を更に有し、
(e)前記第1リンクの先端部において発生される力の方向が選択された方向となるように選択されたアクチュエータを動作させ、前記第1リンクの先端部を保持するリハビリテーション施術訓練者に前記第1リンクの先端部において発生される力の方向を体験させることを特徴とするリハビリテーション教育用ロボット。 - 前記リハビリテーション施術訓練者が前記第1リンクの先端部に対して任意の方向に力を作用させたときに、前記第1アクチュエータ及び第2アクチュエータに作用するトルクがあらかじめ設定された目標値と一致するように前記第1アクチュエータ及び第2アクチュエータを制御し、前記トルクが目標値と一致したときの前記第1アクチュエータ及び第2アクチュエータの回転角度及びトルクの値から前記第1リンクの先端部に作用する力の方向を算出し、算出した力の方向に基づき、力を受ける上肢又は下肢の筋を特定して前記リハビリテーション施術訓練者に通知する請求項3に記載のリハビリテーション教育用ロボット。
- 第1関節と第2関節との間を連結する二関節筋のばね要素を内部モデルとして備え、
前記リハビリテーション施術訓練者が前記第1リンクの先端部に対して任意の方向に力を作用させたときに、前記第1アクチュエータ及び第2アクチュエータの回転角度を検出し、前記内部モデルに基づき、前記力を第1アクチュエータ及び第2アクチュエータに作用するトルクに換算し、該トルクを発生するために必要な駆動電圧又は駆動電流を第1アクチュエータ及び第2アクチュエータに印加して前記二関節筋のばね要素を仮想的に再現し、前記リハビリテーション施術訓練者に体験させる請求項3に記載のリハビリテーション教育用ロボット。 - 前記二関節アーム装置は、前記第1リンク及び第2リンクの表面を覆う表皮部と、上肢又は下肢の一関節筋及び二関節筋に対応する位置に配設された発光部とを備え、
駆動力を発生している又は力が作用しているアクチュエータに対応する発光部を点灯させ、前記リハビリテーション施術訓練者に活性化している又は力を受けている上肢又は下肢の筋を視認させる請求項1〜5のいずれか1項に記載のリハビリテーション教育用ロボット。
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