JP2013094502A - Assist robot controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、装着した使用者の動作を補助する、またはリハビリ治療するアシストロボット制御装置に関する。 The present invention relates to an assist robot controller that assists the operation of a user who wears it or performs rehabilitation treatment.
本発明で対象としているアシストロボットとは、複数のリンクと関節から構成される機構と、関節を駆動する複数のモータを備え、装着した使用者の動作を補助する、またはリハビリ治療するロボットを指す。 The assist robot targeted by the present invention refers to a robot that includes a mechanism composed of a plurality of links and joints and a plurality of motors that drive the joints, and assists the operation of the user who wears it or performs rehabilitation treatment. .
図4は、関連するアシストロボット制御装置を備えたアシストロボットである。アシストロボットは、動作補助装置410と、駆動源411と、関節角度検出手段412と、生体信号検出手段413と、相対力検出手段414と、制御装置415と、電力増幅手段416と、を備える。なお、装着者420がアシストロボットを使用するものとして説明する。
FIG. 4 shows an assist robot provided with an associated assist robot controller. The assist robot includes an
動作補助装置410は上述のアシストロボットであり、装着者420から関節角度、筋電位、相対力を入力し、装着者420に対してアシスト力を出力する。
The
駆動源411は、電力増幅手段416からの駆動電流に基づいてアシスト力を発生して装着者420に出力し、駆動電流検出値を制御装置415に出力する。
The
関節角度検出手段412は、関節角度を検出し、関節角度検出値として制御装置415に出力する。
The joint angle detection means 412 detects the joint angle and outputs it to the
生体信号検出手段413は、装着者420に発生する筋力に応じた筋電位を検出し、筋電位検出値として制御装置415に出力する。
The biological
相対力検出手段414は、動作補助装置410に作用する相対力を検出し、相対力検出値として制御装置415に出力する。
The relative force detection means 414 detects the relative force acting on the
制御装置415は、駆動源411からの駆動電流検出値と、関節角度検出手段412からの関節角度検出値と、生体信号検出手段413からの筋電位検出値と、相対力検出手段414からの相対力検出値とに基づいて、装着者420の動力学パラメータを同定し、動力学パラメータを代入した運動方程式を用いて、制御信号を出力する。
The
電力増幅手段416は、制御装置415から制御信号を増幅し、駆動電流を出力する。
The power amplifying
関連するアシストロボット制御装置は、上述の仕組みにより装着者420の動力学パラメータを考慮した動作の補助を実施する(たとえば、特許文献1)。
The related assist robot control device assists the operation in consideration of the dynamic parameters of the
関連するアシストロボット制御装置を、傷病により失われた四肢の力を回復させるリハビリ治療に使用する場合、使用者の特定の関節が発生できるトルクの回復度合いを考慮する仕組みが無いため回復度合いに適した治療を実施できず、十分なリハビリ効果を得ることができない場合があった。また、リハビリ治療を含む一般的な用途において、筋電位など複数の検出器の情報を必要とするため、安価で小型、軽量なアシストロボットを実現できない問題があった。 When the related assist robot controller is used for rehabilitation treatment that recovers the power of the extremities lost due to injury or illness, there is no mechanism to consider the degree of recovery of torque that can generate a specific joint of the user, so it is suitable for the degree of recovery In some cases, sufficient rehabilitation effects could not be obtained. Further, in general applications including rehabilitation treatment, information of a plurality of detectors such as myoelectric potential is required, and thus there is a problem that an inexpensive, small, and lightweight assist robot cannot be realized.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、アシストロボットを着用した使用者が各関節周りに発生するトルクを、安価な関節角度検出器のみを備えた場合にも精度良く推定でき、使用者のリハビリまたは力増幅の用途において無駄なく必要な部位に必要なだけアシストトルクを与えることができるアシストロボット制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and the torque generated around each joint by a user wearing an assist robot can be accurately obtained even when only an inexpensive joint angle detector is provided. It is an object of the present invention to provide an assist robot control device that can be estimated and can apply an assist torque as much as necessary to a necessary part without waste in a user's rehabilitation or force amplification application.
本発明にかかるアシストロボット制御装置は、複数のリンクと関節から構成される機構と前記関節を駆動する複数のモータを備え、装着した使用者の動作を補助するまたはリハビリ治療するアシストロボットの動作を、関節角度などの状態検出値に基づいて制御するアシストロボット制御装置であって、前記状態検出値に基づいて、推定器ゲインを算出する推定器ゲイン演算器と、前記状態検出値と前記推定器ゲインに基づいて前記状態推定誤差を算出する状態推定誤差演算器と、前記状態推定誤差に基づいて、前記アシストロボットを装着する使用者の各関節が発生するトルクである使用者トルク推定値を算出する使用者トルク推定器と、前記使用者トルク推定値に基づいて動作補助またはリハビリ治療に必要なアシストトルクを算出し、前記関節モータが前記アシストトルクを発生するようなモータ電流を出力するアシストトルク演算器と、を備える。
これにより、アシストロボットを着用した使用者が各関節周りに発生するトルクを、安価な関節角度検出器のみを備えた場合にも精度良く推定できる。
An assist robot control device according to the present invention includes a mechanism composed of a plurality of links and joints, and a plurality of motors that drive the joints, and assists the operation of a user who wears the assist robot or performs rehabilitation treatment. , An assist robot control device for controlling based on a state detection value such as a joint angle, an estimator gain calculator for calculating an estimator gain based on the state detection value, the state detection value and the estimator A state estimation error calculator that calculates the state estimation error based on the gain, and a user torque estimation value that is a torque generated by each joint of the user wearing the assist robot based on the state estimation error A user torque estimator and an assist torque necessary for operation assistance or rehabilitation treatment based on the user torque estimate, Serial joint motors and a assist torque calculation unit that outputs a motor current so as to generate the assist torque.
As a result, the torque generated around each joint by the user wearing the assist robot can be accurately estimated even when only the inexpensive joint angle detector is provided.
リハビリまたは力増幅の用途において、無駄なく必要な部位に必要なだけアシストトルクを与えることができる。 In a rehabilitation or force amplification application, as much assist torque as necessary can be applied to a necessary part without waste.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、アシストロボット制御装置の機能ブロック図である。本実施の形態では、まず図1を用いて本発明のアシストロボット制御装置の機能構成の概要を説明し、次に機能の詳細を説明する。なお、図1において、矢印は信号の流れを表し、太い実線は機械的結合を表し、点線は関連の強い機能ブロックの集まりを示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram of the assist robot controller. In the present embodiment, first, an outline of a functional configuration of the assist robot control apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, arrows indicate signal flows, thick solid lines indicate mechanical connections, and dotted lines indicate a group of strongly related functional blocks.
アシストロボット110は、関節モータ111と、アシストロボット機構112と、状態検出器113と、を備える。アシストロボット110は、使用者130が装着することにより、使用者130の動作を補助するロボットである。
アシストロボット制御装置120は、推定器ゲイン演算器121と、状態推定誤差演算器122と、使用者トルク推定器123と、アシストトルク演算器124と、を備える。アシストロボット制御装置120は、アシストロボット110からの状態検出値に基づいて、アシストロボット110へのモータ電流を出力する電子制御系である。
The
The assist
関節モータ111は、後述のアシストロボット制御装置120からのモータ電流に従って、後述のアシストロボット機構112に関節を駆動する。
The
アシストロボット機構112は、回転可能な関節を介して連結された複数のリンクから構成され、使用者130が装着できる形状を有する機構である。アシストロボット機構112は、関節モータ111によって駆動される。
The
状態検出器113は、関節の角度などの状態量を検出し、状態検出値として出力する。
The
推定器ゲイン演算器121は、アシストロボット110からの状態検出値に基づいて、後述の状態推定誤差演算器122の演算に使用するパラメータである推定器ゲインを演算し出力する。
Based on the state detection value from the
状態推定誤差演算器122は、アシストロボット110からの状態検出値と、推定器ゲイン演算器121からの推定器ゲインとに基づいて、状態検出値とその時間微分値の推定値である状態推定値を演算し、状態推定誤差を演算し出力する。
The state
使用者トルク推定器123は、状態推定誤差演算器122からの状態推定誤差に基づいて使用者130が発生する使用者トルクを推定し、使用者トルクの推定値として出力する。アシストトルク演算器は、使用者トルク推定器123からの使用者トルク推定値に基づいて、アシストロボット110の用途に応じて必要なアシストトルクを演算し、必要なアシストトルクをアシストロボット110が発生するようなモータ電流を出力する。
The
使用者130は、人、犬、猫、馬などを含む脊椎動物であり、加齢などにより力の増幅が必要、または怪我などから回復するためにリハビリが必要なものである。
The
ここで、アシストロボット制御装置120は、ASIC、プログラマブル電子システムなどとして実現することができる。
Here, the
以下、図1の各ブロックの動作原理を導出し、機能の詳細を説明する。 Hereinafter, the operation principle of each block in FIG. 1 will be derived, and the details of the function will be described.
図2を用いて、アシストロボット機構112の運動方程式を導出する。図2は、実施の形態1を示すアシストロボット機構の部分図である。図2において、太い直線はリンク、太い円は関節を表す。
The equation of motion of the
図2において、アシストロボット機構112は、k−1リンク201と、第k−1関節202と、第kリンク203と、第k関節204を備える。関節角度と、アシストトルクと、使用者トルクは、それぞれ反時計回りを正としている。
In FIG. 2, the
第kリンク203の運動方程式は式(1)と導出される。
The equation of motion of the k-
ただし、式(1)における記号の意味は以下のとおりである。Jiは第k関節204周りの第iリンク慣性モーメント[kg・m2]、Dkは第k粘性摩擦係数[N・m・s/rad]、Tckは第k関節204のクーロン摩擦の大きさ[N・m]、θkは第k関節角度[rad]、Takは第kアシストトルク(第k関節204のアシストトルク)[N・m]、Tuiは、第i使用者トルク(第iリンクに使用者130から印加されるトルク)[N・m]。
However, the meaning of the symbol in Formula (1) is as follows. J i is the i- th moment of inertia [kg · m 2 ] around the k-
式(1)において、第k関節204周りの第iリンク慣性モーメントJiは設計値および関節角度より既知である。第k関節204の粘性摩擦係数Dkおよび第k関節204のクーロン摩擦の大きさTckは、出荷前の計測により既知であるとする。 In equation (1), the i-th link inertia moment J i around the k-th joint 204 is known from the design value and the joint angle. It is assumed that the viscous friction coefficient D k of the k-th joint 204 and the Coulomb friction magnitude T ck of the k-th joint 204 are already known by measurement before shipment.
式(2)に示す状態変数を導入する。 The state variable shown in equation (2) is introduced.
式(2)を用いて、式(1)は、式(3)及び式(4)と書き換えられる。 Using Expression (2), Expression (1) can be rewritten as Expression (3) and Expression (4).
第k関節角度x1kは状態検出器113により検出され、第k関節角速度x2kは第k関節角度x1kの時間微分値として得ると仮定し、第k使用者トルクTukを推定するため、式(5)と式(6)の状態推定器を導入する。
In order to estimate the k-th user torque T uk , assuming that the k-th joint angle x 1k is detected by the
ただし、式(6)における記号の意味は以下のとおりである。Lkは推定器ゲイン。 However, the meaning of the symbol in Formula (6) is as follows. L k is the estimator gain.
式(3)乃至式(6)を用いて、状態推定誤差方程式は式(7)および式(8)と導出できる。 Using Equations (3) to (6), the state estimation error equation can be derived as Equation (7) and Equation (8).
ただし、式(7)及び式(8)における記号の意味は以下の通りである。
式(7)及び式(8)の平衡点は状態推定誤差の1階時間微分を0とすることにより、式(9)および式(10)と求められる。 The equilibrium points of Equation (7) and Equation (8) are obtained as Equation (9) and Equation (10) by setting the first-order time derivative of the state estimation error to 0.
式(7)および式(8)で表される系のシステム行列のジャコビアンは式(11)と導出できる。 The Jacobian of the system matrix of the system represented by Equation (7) and Equation (8) can be derived as Equation (11).
ジャコビアン行列Jkの式(9)および式(10)で表される平衡点における固有値は式(12)および式(13)と表される。 The eigenvalues at the equilibrium points represented by the expressions (9) and (10) of the Jacobian matrix J k are expressed as expressions (12) and (13).
第k推定器ゲインLk、第k関節204周りの第iリンク慣性モーメントJi、第k粘性摩擦係数Dkは正数であるので、式(12)および式(13)に示す固有値sk+およびsk−は以下のように分類できる。 Since the k-th estimator gain L k , the i-th link moment of inertia J i around the k-th joint 204, and the k-th viscous friction coefficient D k are positive numbers, eigenvalues s k + shown in Expression (12) and Expression (13) And s k− can be classified as follows.
場合1:式(12)および式(13)の平方根内の値が0以上ならば、sk+およびsk−は負の整数。
場合2:式(12)および式(13)の平方根内の値が0未満ならば、sk+およびsk−は負の実部を持つ複素共役。
Case 1: If the value within the square root of Equation (12) and Equation (13) is 0 or more, s k + and s k− are negative integers.
Case 2: If the value within the square root of Equation (12) and Equation (13) is less than 0, s k + and s k− are complex conjugates having a negative real part.
上述のように、固有値(12)及び(13)は負の実部を持つため、推定誤差は式(9)および式(10)で表される平衡点に収束する。 As described above, since the eigenvalues (12) and (13) have a negative real part, the estimation error converges to the equilibrium point expressed by the equations (9) and (10).
上述の場合1において、推定誤差は単調に平衡点に収束し、場合2において振動的に平衡点に収束する。単調な収束が望ましいアシストロボット110の用途においては、推定器ゲイン演算器121において、場合1の条件を満足するように推定器ゲインを演算する。振動的な収束が望ましい用途においては、推定器ゲイン演算器121において場合2の条件を満足するように推定器ゲインを演算する。
In
式(9)を使用者トルクについて解くと式(14)が得られる。 Solving equation (9) for user torque yields equation (14).
式(14)より、式(15)が得られる。 Equation (15) is obtained from Equation (14).
ただし、式(15)における記号の意味は以下のとおりである。
使用者トルク推定器123は、式(15)を用いて第k使用者トルク推定値
式(15)は、第k関節角速度の絶対値に依存しないため、状態検出器113に安価な角度検出器(たとえば、ポテンショメータ)を用い、関節角速度は直接検出せず、関節角度から演算により求める場合、第k使用者トルク推定値
以下、アシストロボット110の用途ごとに、アシストトルク演算器124の構成例を示す。
Hereinafter, a configuration example of the
アシストロボット110を、傷病により失われた四肢の力を回復させるリハビリ治療の用途に使用する場合、第k関節204に対して式(16)に示す第kアシストトルクTakを適用することができる。
When the
ただし、式(16)における記号の意味は以下のとおりである。Tnkは使用者130の第k関節が傷病前に生成できたトルク[N・m]。
However, the meanings of the symbols in the formula (16) are as follows. T nk is the torque [N · m] that the k-th joint of the
式(16)によると、使用者130の第k関節の回復が進むにつれて、アシストロボット110が補助する割合が減少し、完全に回復した時点で第kアシストトルクが0[N・m]となる。
According to the equation (16), as the recovery of the k-th joint of the
さらに、上記リハビリ治療に置いて歩行などの反復動作を実施する場合、その1周期において式(16)に示す第kアシストトルクTakを適用し、2周期以降に式(17)に示す第kアシストトルクTakを適用することにより、第k使用者トルクTukが滑らかな関数となるため第k関節への負担のより少ないリハビリ治療を実施できる。 Further, when performing repetitive motions such as walking in the rehabilitation treatment, the kth assist torque Tak shown in the equation (16) is applied in one cycle, and the kth shown in the equation (17) in the second cycle and thereafter. By applying the assist torque Tak , the k-th user torque Tuk becomes a smooth function, so that rehabilitation treatment with less burden on the kth joint can be performed.
ただし、式(17)における記号の意味は以下の通りである。Tはリハビリ動作の1周期[s]。 However, the meaning of the symbol in Formula (17) is as follows. T is one cycle [s] of the rehabilitation operation.
アシストロボット110を、使用者130の力の増幅の用途に使用する場合、第k関節204に対して式(18)に示す第kアシストトルクTakを適用することができる。
When the
ただし、式(18)における記号の意味は以下の通りである。nkは第k使用者トルクの増幅率。 However, the meanings of the symbols in the formula (18) are as follows. n k is the amplification factor of the k-th user torque.
式(18)によると、第k関節において使用者130が実際に発生した第k使用者トルクTukのnk倍のトルクを発生することができる。この第k使用者トルクの増幅率nkは、使用者130がどの部位にどれくらい余分に力が必要かに応じて、使用者130が任意に設定できるようにする。たとえば、膝を屈伸する筋肉が加齢によって弱った場合、膝の曲げ伸ばし動作をより補助するようにnkを設定すればよい。
According to Expression (18), it is possible to generate a torque that is nk times the k- th user torque T uk actually generated by the
上述のように、アシストロボット制御装置120において、推定器ゲイン演算器121は、状態推定誤差が単調に平衡点に収束するのが望ましいか、振動的に平衡点に収束するのが望ましいかに応じて上述の場合1または場合2の条件を満足するように第k推定器ゲインLkを演算する。状態推定誤差演算器122は、式(7)および式(8)の推定誤差方程式に基づいて状態推定誤差を演算する。使用者トルク推定器123は、式(15)に基づいて第k使用者トルク推定値
このように、本発明によると、アシストロボットを着用した使用者が各関節周りに発生するトルクを、安価な関節角度検出器のみを備えた場合にも精度良く推定でき、使用者のリハビリまたは力増幅の用途において無駄なく必要な部位に必要なだけアシストトルクを与えることができる。 Thus, according to the present invention, the torque generated around each joint by the user wearing the assist robot can be accurately estimated even when only the inexpensive joint angle detector is provided, and the user's rehabilitation or force can be estimated. It is possible to give as much assist torque as necessary to a necessary portion without waste in amplification applications.
実施の形態2
本実施の形態では、本発明のシミュレーション結果を示す。シミュレーションに用いた数値は以下のとおりである。
l1=0.24[m]、l2=0.38[m]、l3=0.46[m]、J1=3.0×10−3[kg・m2]、J2=3.9×10−2[kg・m2]、J3=1.2×10−1[kg・m2]、T2min=−7[N・m]、T2max=7[N・m]。
In this embodiment, a simulation result of the present invention is shown. The numerical values used for the simulation are as follows.
l 1 = 0.24 [m], l 2 = 0.38 [m], l 3 = 0.46 [m], J 1 = 3.0 × 10 −3 [kg · m 2 ], J 2 = 3.9 × 10 −2 [kg · m 2 ], J 3 = 1.2 × 10 −1 [kg · m 2 ], T 2min = −7 [N · m], T 2max = 7 [N · m ].
ただし、上述の記号の意味は以下のとおりである。l1は足長さ[m]、l2は脛長さ[m]、l3は大腿部長さ[m]、J1は足の重心周り慣性モーメント[kg・m2]、J2は脛の重心周り慣性モーメント[kg・m2]、J3は大腿部の重心周り慣性モーメント[kg・m2]、T2minはリハビリ時に使用者が膝を曲げる方向に生成できる膝トルクの限界値[N・m]、T2maxはリハビリ時に使用者が膝を伸ばす方向に生成できる膝トルクの限界値[N・m]。 However, the meanings of the above symbols are as follows. l 1 is the foot length [m], l 2 is the shin length [m], l 3 is the thigh length [m], J 1 is the moment of inertia around the center of gravity of the foot [kg · m 2 ], and J 2 is the shin Moment of inertia around the center of gravity [kg · m 2 ], J 3 is the moment of inertia around the center of gravity of the thigh [kg · m 2 ], and T 2min is the limit value of the knee torque that the user can generate in the direction of bending the knee during rehabilitation [N · m], T 2max is a limit value [N · m] of knee torque that can be generated in the direction in which the user stretches the knee during rehabilitation.
シミュレーションに用いた値は、DOTHS-801 430, "Investigation Of Inertial Properties Of The human Body", U.S. Department Of Transportation, National Highway Traffic Safety Administration, March 1975に記載の、人体実測値の平均値を用いた。本シミュレーションにおいて、歩行訓練を通じて膝の機能を回復するリハビリ治療を模擬している。 As the value used for the simulation, the average value of human body measurement values described in DOTHS-801 430, “Investigation Of Inertial Properties Of The Human Body”, U.S. Department Of Transportation, National Highway Traffic Safety Administration, March 1975 was used. In this simulation, rehabilitation treatment that restores knee function through gait training is simulated.
図3は、実施の形態2を示すシミュレーションにおける、膝トルクの時間変化である。図3において、破線は使用者が傷病前に歩行時に発生していた膝トルク(以下、「所望の膝トルク」と呼ぶ)、実線はリハビリ治療時に使用者が発生できる膝トルクの推定値(以下、「使用者トルク推定値」と呼ぶ)、一点鎖線はアシストトルクである。ここで、所望の膝トルクは、Dr.Ben Stansfield, University of Strathclydeによる歩行実測データに基づいている。 FIG. 3 shows changes in knee torque over time in the simulation showing the second embodiment. In FIG. 3, the broken line indicates the knee torque generated when the user walks before the injury (hereinafter referred to as “desired knee torque”), and the solid line indicates the estimated value of the knee torque that can be generated by the user during the rehabilitation treatment (hereinafter referred to as “the desired knee torque”). , Referred to as “user torque estimated value”), the alternate long and short dash line is the assist torque. Here, the desired knee torque is based on walking actual measurement data by Dr. Ben Stansfield, University of Strathclyde.
使用者トルク推定値は実際の使用者トルクに一致しており、使用者トルク推定器123における式(15)を用いた使用者トルクの推定が精度良く実施できていることがわかる。また、アシストトルク演算器124が式(16)を用いて算出したアシストトルクと使用者トルクの推定値の加算値が所望の膝トルクになっていることから、膝の回復の度合いに応じた必要なアシストトルクによって歩行訓練を補助できていることが分かる。
The user torque estimated value matches the actual user torque, and it can be seen that the user torque estimation using the equation (15) in the
このように、本発明によると、使用者130の膝の回復の度合いに応じてリハビリ治療に必要なアシストトルクを与えることができる。
Thus, according to the present invention, the assist torque necessary for the rehabilitation treatment can be applied according to the degree of knee recovery of the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記の実施の形態において、歩行が困難となった使用者の膝のリハビリ治療の1例を示したが、膝を使用者の他の部位に置き換え、歩行を他の動作に置き換えることにより、使用者の運動機能回復のためのリハビリ治療全般にも適用することが可能である。 For example, in the above embodiment, an example of rehabilitation treatment of a user's knee that has become difficult to walk has been shown, but by replacing the knee with another part of the user and walking with another motion It can also be applied to general rehabilitation treatment for recovering the motor function of the user.
したがって本発明によると、加齢などにより日常生活の活動において力の増幅が必要な場合及び、介護や救助のための力の増幅が必要な場合に、安価な関節角度検出器のみを備えたアシストロボットにより必要な部位に必要なだけアシストトルクを与えることができる。 Therefore, according to the present invention, when an increase in force is required in activities of daily life due to aging or the like, and when an increase in force for care or rescue is necessary, an assist provided only with an inexpensive joint angle detector The robot can give as much assist torque as necessary to the necessary part.
より具体的には、傷病により失われた四肢の力を回復させるリハビリ治療に使用する場合、各部位の回復に必要なアシストトルクを無駄なく与え、効果的にリハビリ治療することができる。 More specifically, when used for rehabilitation treatment for recovering the power of the limbs lost due to injury or illness, the assist torque necessary for recovery of each part can be applied without waste, and the rehabilitation treatment can be effectively performed.
また、傷病により失われた四肢の力を回復させるリハビリ治療において、歩行などの反復作業を実施する場合、治療する関節への負担のより少ないリハビリ治療を実施できる。 Moreover, in the rehabilitation treatment for recovering the power of the extremities lost due to injury or illness, when repetitive work such as walking is performed, the rehabilitation treatment with less burden on the joint to be treated can be performed.
また、使用者の力増幅の用途において、無駄なく必要な部位に必要なだけアシストトルクを与えることができる。 Further, in the application of the user's force amplification, it is possible to give as much assist torque as necessary to a necessary part without waste.
本発明によると、アシストロボットを着用した使用者が各関節周りに発生するトルクを安価な関節角度検出器のみを備えた場合にも精度良く推定でき、使用者のリハビリができるので、リハビリ装置、救助作業用ロボットスーツ、歩行補助ロボット、介護装置など、医療、介護、力の増幅が必要な作業に使用する装置全般に広く適用できる。 According to the present invention, a user wearing an assist robot can accurately estimate the torque generated around each joint only with an inexpensive joint angle detector, and the user can be rehabilitated. It can be widely applied to all devices used for medical, nursing, and work that requires power amplification, such as rescue robot suits, walking assist robots, and nursing devices.
110 アシストロボット
111 関節モータ
112 アシストロボット機構
113 状態検出器
120 アシストロボット制御装置
121 推定器ゲイン演算器
122 状態推定誤差演算器
123 使用者トルク推定器
124 アシストトルク演算器
130 使用者
201 リンク
202 関節
203 リンク
204 関節
410 動作補助装置
411 駆動源
412 関節角度検出手段
413 生体信号検出手段
414 相対力検出手段
415 制御装置
416 電力増幅手段
420 装着者
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記状態検出値に基づいて、推定器ゲインを算出する推定器ゲイン演算器と、
前記状態検出値と前記推定器ゲインに基づいて前記状態推定誤差を算出する状態推定誤差演算器と、
前記状態推定誤差に基づいて、前記アシストロボットを装着する使用者の各関節が発生するトルクである使用者トルク推定値を算出する使用者トルク推定器と、
前記使用者トルク推定値に基づいて動作補助またはリハビリ治療に必要なアシストトルクを算出し、前記関節モータが前記アシストトルクを発生するようなモータ電流を出力するアシストトルク演算器と、を備える、
アシストロボット制御装置。 Based on a state detection value such as a joint angle, an operation of an assist robot that includes a mechanism composed of a plurality of links and joints and a plurality of motors that drive the joints, and assists or rehabilitates the operation of the user who wears them. An assist robot control device for controlling
An estimator gain calculator that calculates an estimator gain based on the state detection value;
A state estimation error calculator that calculates the state estimation error based on the state detection value and the estimator gain;
A user torque estimator that calculates a user torque estimation value that is a torque generated by each joint of the user wearing the assist robot based on the state estimation error;
An assist torque calculator that calculates an assist torque necessary for operation assistance or rehabilitation treatment based on the user torque estimation value, and outputs a motor current such that the joint motor generates the assist torque, and
Assist robot controller.
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