JP2020028963A

JP2020028963A - Control device, power assist device, control method, and program

Info

Publication number: JP2020028963A
Application number: JP2018157566A
Authority: JP
Inventors: 康孝藤本; Yasutaka Fujimoto; 嘉毅金井; Yoshitake Kanai
Original assignee: Yokohama National University NUC
Current assignee: Yokohama National University NUC
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: JP7108298B2

Abstract

To enable a power assist device to perform an operation corresponding to an intention of a user with less sensors.SOLUTION: A control device includes: an identification part for identifying an intention of an operation or a stop of a user on the basis of at least either one of information on a rotation angle of a drive side rotation part or information on a rotation angle of a load side rotation part about the drive side rotation part and the load side rotation part connected by a gear; and a torque control part for controlling torque of a driving device for rotating the drive side rotation part on the basis of an identification result of the identification part.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、制御装置、パワーアシスト装置、制御方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a control device, a power assist device, a control method, and a program.

人の動作を補助するパワーアシスト装置の研究開発および実用化が進められている。例えば、特許文献１には、使用者の上腕の屈曲動作を補助するパワーアシスト装置が記載されている。 Research and development and commercialization of power assist devices for assisting human movements are underway. For example, Patent Document 1 discloses a power assist device that assists a user in bending an upper arm.

特開２０１７−２０９７６５号公報JP 2017-209765 A 国際公開第２０１７／２１３１５１号International Publication No. WO 2017/213151

パワーアシスト装置が、より少ないセンサで使用者の意図に応じた動作を行うことが、構成の簡単化、着脱の容易性、低価格化および軽量化の観点から好ましい。
例えば、特許文献１に記載のパワーアシスト装置では、使用者の左右の三角筋の中部位置の皮膚表面、および、使用者の左右の二頭筋の位置の皮膚表面のそれぞれに、筋電センサが貼着される。このパワーアシスト装置は、二頭筋の筋電位の変化によって使用者の前腕の屈曲動作を検出し、補助する。また、このパワーアシスト装置は、三角筋の筋電位の変化によって使用者の上腕の屈曲動作を検出し、補助する。この筋電位センサを不要にすることができれば、パワーアシスト装置の装着時に使用者に筋電位センサを貼着する手間がかからず、また、筋電位センサの分の低価格化および軽量化を図ることができる。 It is preferable that the power assist device performs an operation according to the user's intention with a smaller number of sensors from the viewpoint of simplification of the configuration, easiness of attachment / detachment, cost reduction and weight reduction.
For example, in the power assist device described in Patent Literature 1, a myoelectric sensor is provided on each of the skin surface at the middle position of the left and right deltoid muscles of the user and the skin surface at the position of the left and right biceps muscles of the user. Affixed. This power assist device detects and assists a bending motion of a forearm of a user based on a change in myoelectric potential of a biceps. In addition, this power assist device detects and assists the bending motion of the upper arm of the user based on a change in the myoelectric potential of the deltoid muscle. If the myoelectric potential sensor can be eliminated, the user does not have to attach the myoelectric potential sensor when the power assist device is attached, and the price and weight of the myoelectric potential sensor are reduced. be able to.

特許文献２に開示されているような高バックドライバビリティの減速機をパワーアシスト装置に用いた構成では、モータ等の駆動装置の回転角度に関する情報、あるいは負荷側回転部の回転角度に関する情報を用いて、筋電位センサを不要にすることができる。一方、減速機の高バックドライバビリティのために目標の角度で停止せず、使用者の意図によらない振動が発生してしまうという新たな課題が見出された。 In a configuration using a high back drivability reduction gear as disclosed in Patent Document 2 in a power assist device, information on the rotation angle of a driving device such as a motor or information on the rotation angle of a load-side rotation unit is used. Thus, the need for a myoelectric potential sensor can be eliminated. On the other hand, a new problem has been found in that the reduction gear does not stop at the target angle due to the high back drivability, and vibration not intended by the user is generated.

本発明の目的の１つは、パワーアシスト装置に、より少ないセンサで使用者の意図に応じた動作を行わせることができる、制御装置、パワーアシスト装置、制御方法およびプログラムを提供することである。
本発明の目的のもう１つは、使用者の意図によらない振動を抑制することができる、制御装置、パワーアシスト装置、制御方法およびプログラムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a control device, a power assist device, a control method, and a program that can cause a power assist device to perform an operation according to a user's intention with fewer sensors. .
Another object of the present invention is to provide a control device, a power assist device, a control method, and a program that can suppress vibration that is not intended by a user.

本発明の第１の態様によれば、制御装置は、歯車で連結された駆動側回転部および負荷側回転部について、前記駆動側回転部の回転角度に関する情報、および、前記負荷側回転部の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方に基づいて、使用者の動作または停止の意図を識別する識別部と、前記識別部による識別結果に基づいて、前記駆動側回転部を回転させる駆動装置のトルクを制御するトルク制御部と、を備える。 According to the first aspect of the present invention, the control device, for the drive-side rotation unit and the load-side rotation unit connected by gears, information on the rotation angle of the drive-side rotation unit, and the load-side rotation unit An identification unit that identifies an intention of the user to operate or stop based on at least one of the information about the rotation angle, and a driving device that rotates the drive-side rotation unit based on an identification result by the identification unit. A torque control unit for controlling torque.

前記識別部は、摩擦分が減算された外力推定値に基づいて、前記使用者の動作または停止の意図を識別するようにしてもよい。 The identification unit may identify an intention of the user to operate or stop based on an external force estimated value from which a friction component has been subtracted.

前記識別部は、前記駆動側回転部の回転角度に関する情報、および、前記負荷側回転部の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方と、前記使用者の動作または停止の意図との関係を機械学習するようにしてもよい。 The identification unit is configured to determine a relationship between at least one of information about a rotation angle of the drive-side rotation unit and information about a rotation angle of the load-side rotation unit and a user's intention to operate or stop. You may make it learn.

本発明の第２の態様によれば、パワーアシスト層落ちは、上記した何れかの制御装置を備える。 According to a second aspect of the present invention, a power assist layer drop comprises any of the control devices described above.

本発明の第３の態様によれば、制御方法は、歯車で連結された駆動側回転部および負荷側回転部について、前記駆動側回転部の回転角度に関する情報、および、前記負荷側回転部の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方に基づいて、使用者の動作または停止の意図を識別する工程と、前記使用者の動作または停止の意図の識別結果に基づいて、前記駆動側回転部を回転させる駆動装置のトルクを制御する工程と、を含む。 According to the third aspect of the present invention, the control method includes, for a driving-side rotating unit and a load-side rotating unit, connected by gears, information on a rotation angle of the driving-side rotating unit, A step of identifying a user's operation or intention to stop based on at least one of the information regarding the rotation angle, and based on an identification result of the operation or stop intention of the user, Controlling the torque of the driving device to be rotated.

本発明の第４の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、歯車で連結された駆動側回転部および負荷側回転部について、前記駆動側回転部の回転角度に関する情報、および、前記負荷側回転部の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方に基づいて、使用者の動作または停止の意図を識別する工程と、前記使用者の動作または停止の意図の識別結果に基づいて、前記駆動側回転部を回転させる駆動装置のトルクを制御する工程と、を実行させるためのプログラムである。 According to a fourth aspect of the present invention, the program includes, for a computer, information on a rotation angle of the driving-side rotating unit, for the driving-side rotating unit and the load-side rotating unit connected by gears, and the load-side rotating unit. A step of identifying a user's operation or intention to stop based on at least one of the information related to the rotation angle of the unit, and the drive-side rotation based on a result of identifying the user's operation or intention to stop. And controlling a torque of a driving device for rotating the unit.

本発明によれば、パワーアシスト装置が、より少ないセンサで使用者の意図に応じた動作を行うことができる。
また、本発明によれば、使用者の意図によらない振動を抑制することができる。 According to the present invention, the power assist device can perform an operation according to the user's intention with a smaller number of sensors.
Further, according to the present invention, it is possible to suppress vibration that is not intended by the user.

実施形態に係るパワーアシスト装置の構成例を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of a power assist device according to an embodiment. 実施形態に係るパワーアシスト装置本体の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of a structure of the power assist apparatus main body which concerns on embodiment. 実施形態に係る制御装置の機能構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram showing an example of functional composition of a control device concerning an embodiment. 実施形態に係る制御装置によるパワーアシスト装置本体の制御の例を示すブロック線図である。It is a block diagram showing an example of control of a power assist device main part by a control device concerning an embodiment. クーロン摩擦の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of Coulomb friction. 実施形態に係る識別部による機械学習の結果の例を示すグラフである。9 is a graph illustrating an example of a result of machine learning by the identification unit according to the embodiment. 実施形態で、使用者の意図が「停止」の領域、および、使用者の意図が「動作」の領域の例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of a region where the user's intention is “stop” and a region where the user's intention is “operation” in the embodiment. 実施形態に係るパワーアシスト装置本体が、駆動側角度センサおよび負荷側角度センサのうち駆動側角度センサのみを備える場合の、制御装置によるパワーアシスト装置本体の制御の例を示すブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of control of the power assist device main body by the control device when the power assist device main body according to the embodiment includes only the drive side angle sensor among the drive side angle sensor and the load side angle sensor. 実施形態に係るパワーアシスト装置本体、駆動側角度センサおよび負荷側角度センサのうち負荷側角度センサのみを備える場合の、制御装置によるパワーアシスト装置本体の制御の例を示すブロック線図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of control of the power assist device main body by the control device when only the load side angle sensor is provided among the power assist device main body, the drive side angle sensor, and the load side angle sensor according to the embodiment. 実施形態に係る実験に用いられたパワーアシスト装置本体の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of a structure of the power assist apparatus main body used for the experiment which concerns on embodiment. 実施形態に係るトルク推定部による外部トルクの推定結果の例を示すグラフである。9 is a graph illustrating an example of an estimation result of an external torque by a torque estimation unit according to the embodiment. 実施形態に係る識別部による使用者の意図の識別結果の例を示すグラフである。6 is a graph illustrating an example of a result of identification of a user's intention by the identification unit according to the embodiment. 実施形態に係るパワーアシスト装置が、識別部による使用者の意図の識別結果を用いずに使用者の動作に対する補助を行った動作例を示すグラフである。6 is a graph illustrating an operation example in which the power assist device according to the embodiment assists the user's operation without using the identification result of the user's intention by the identification unit. 実施形態に係るパワーアシスト装置が、識別部による使用者の意図の識別結果を用いて使用者の動作に対する補助を行った動作例を示すグラフである。9 is a graph illustrating an operation example in which the power assist device according to the embodiment assists the user's operation using the identification result of the user's intention by the identification unit.

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、実施形態に係るパワーアシスト装置の構成例を示す概略ブロック図である。図１に示す構成で、パワーアシスト装置１は、パワーアシスト装置本体１００と、制御装置２００とを備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all combinations of the features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of a power assist device according to the embodiment. In the configuration shown in FIG. 1, the power assist device 1 includes a power assist device main body 100 and a control device 200.

パワーアシスト装置１は、人（パワーアシスト装置１の使用者）の動作を補助する。パワーアシスト装置１の使用者を、単に使用者と称する。
使用者は、使用者自らの体のうち補助対象の部分にパワーアシスト装置１（特に、パワーアシスト装置本体１００）を装着して使用する。パワーアシスト装置１が、使用者の動作によってパワーアシスト装置１に加えられる力を検出し、同様の力を出力することで、使用者自らは大きな力を出す必要無しに、所望の動作を行うことができる。
パワーアシスト装置１による補助対象の部分は特定の部分に限定されない。例えば、パワーアシスト装置１が、使用者の腕の動作を補助するようにしてもよいし、脚の動作を補助するようにしてもよい。あるいは、パワーアシスト装置１が使用者の全身の動作を補助するようにしてもよい。 The power assist device 1 assists an operation of a person (a user of the power assist device 1). A user of the power assist device 1 is simply referred to as a user.
The user attaches and uses the power assist device 1 (particularly, the power assist device main body 100) to a portion to be assisted in the user's own body. The power assist device 1 detects a force applied to the power assist device 1 by the operation of the user and outputs a similar force, so that the user himself / herself performs a desired operation without having to apply a large force. Can be.
The part to be assisted by the power assist device 1 is not limited to a specific part. For example, the power assist device 1 may assist the movement of the user's arm or may assist the movement of the leg. Alternatively, the power assist device 1 may assist the whole body movement of the user.

パワーアシスト装置本体１００は、制御装置２００の制御に従って、使用者の動作の補助を実行する。
制御装置２００は、パワーアシスト装置本体１００を制御する。特に、制御装置２００は、パワーアシスト装置本体１００のセンサ測定値に基づいて、パワーアシスト装置本体１００による補助のＯＮ／ＯＦＦ（補助の有無）、および、補助ＯＮの場合に制御装置２００が出力する力（モータ等の駆動装置のトルク）の大きさを制御する。制御装置２００は、例えばマイコン（Microcomputer）、パソコン（Personal Computer）またはＥＷＳ（Engineering Workstation）などのコンピュータを用いて構成される。
パワーアシスト装置本体１００と制御装置２００とが一体的に構成されていてもよいし、別々の装置として構成されていてもよい。 The power assist device main body 100 assists the user's operation under the control of the control device 200.
The control device 200 controls the power assist device main body 100. In particular, the control device 200 outputs ON / OFF of the assist by the power assist device main body 100 (whether or not the assist is performed) based on the sensor measurement value of the power assist device main body 100 and outputs the control device 200 in the case of the auxiliary ON. The magnitude of the force (torque of a driving device such as a motor) is controlled. The control device 200 is configured using a computer such as a microcomputer (Microcomputer), a personal computer (Personal Computer), or an EWS (Engineering Workstation).
The power assist device main body 100 and the control device 200 may be integrally configured, or may be configured as separate devices.

図２は、パワーアシスト装置本体１００の構成例を示す概略図である。図２に示す構成で、パワーアシスト装置本体１００は、駆動装置１１１と、駆動側角度センサ１１２と、駆動側入力軸１１３と、減速機１３０と、負荷側出力軸１２２と、リンク１２３と、負荷側角度センサ１２４とを備える。減速機１３０は、駆動側歯車１１４と、負荷側歯車１２１とを備える。
駆動装置１１１は、制御装置２００の制御に従ってトルク（回転力）を出力する。以下では、駆動装置１１１がモータである場合を例に説明するが、これに限定されない。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the power assist device main body 100. 2, the power assist device main body 100 includes a driving device 111, a driving-side angle sensor 112, a driving-side input shaft 113, a speed reducer 130, a load-side output shaft 122, a link 123, and a load. And a side angle sensor 124. The speed reducer 130 includes a drive-side gear 114 and a load-side gear 121.
The drive device 111 outputs a torque (rotational force) according to the control of the control device 200. Hereinafter, a case where the driving device 111 is a motor will be described as an example, but the present invention is not limited to this.

駆動側角度センサ１１２は、駆動装置１１１の回転角度を測定する。
駆動側入力軸１１３は、２つの端部のうち、一方の端部を駆動装置１１１に接続され、もう一方の端部を駆動側歯車１１４に接続されている。駆動側入力軸１１３は、駆動装置１１１の回転によって回転駆動され、駆動側歯車１１４を回転させる。これにより、駆動側入力軸１１３は、駆動装置１１１が出力するトルクを駆動側歯車１１４に伝達する。 The drive-side angle sensor 112 measures the rotation angle of the drive device 111.
The driving-side input shaft 113 has one end connected to the driving device 111 and the other end connected to the driving-side gear 114. The drive-side input shaft 113 is rotationally driven by rotation of the drive device 111, and rotates the drive-side gear 114. As a result, the drive-side input shaft 113 transmits the torque output by the drive device 111 to the drive-side gear 114.

減速機１３０では、駆動側歯車１１４と負荷側歯車１２１とが噛み合わさっており、駆動側歯車１１４が回転することで負荷側歯車１２１が回転する。これにより、減速機１３０は、駆動側回転部１１０側のトルクを負荷側回転部１２０側へ伝達する。
負荷側出力軸１２２は、２つの端部のうち、一方の端部を負荷側歯車１２１に接続され、もう一方の端部をリンク１２３に接続されている。負荷側出力軸１２２は、負荷側歯車１２１の回転によって回転駆動され、リンク１２３を回転させる。これにより、負荷側出力軸１２２は、負荷側歯車１２１によるトルクをリンク１２３に伝達する。 In the speed reducer 130, the driving gear 114 and the load gear 121 are engaged with each other, and the rotation of the driving gear 114 causes the load gear 121 to rotate. As a result, the speed reducer 130 transmits the torque on the drive side rotating unit 110 side to the load side rotating unit 120 side.
One end of the load-side output shaft 122 is connected to the load-side gear 121, and the other end is connected to the link 123. The load-side output shaft 122 is rotationally driven by rotation of the load-side gear 121, and rotates the link 123. Thus, the load-side output shaft 122 transmits the torque from the load-side gear 121 to the link 123.

リンク１２３は、使用者の動作を補助する。例えば、リンク１２３は、膝の部分に装着され、膝の動作を補助する。この場合、使用者が膝を動かす（曲げ伸ばしする）と、膝の動きを検出した制御装置２００が、駆動装置１１１を回転させることで、リンク１２３を使用者の動作と同じ方向に回転させる。これにより、使用者は、より小さい力で膝を動かすことができる。
負荷側角度センサ１２４は、リンク１２３の回転角度を検出する。 The link 123 assists the operation of the user. For example, the link 123 is attached to the knee part and assists the knee movement. In this case, when the user moves (bends and extends) the knee, the control device 200 that has detected the movement of the knee rotates the drive device 111 to rotate the link 123 in the same direction as the motion of the user. This allows the user to move the knee with less force.
The load-side angle sensor 124 detects the rotation angle of the link 123.

駆動装置１１１と、駆動側入力軸１１３と、駆動側歯車１１４との組み合わせを駆動側回転部１１０と称する。負荷側歯車１２１と、負荷側出力軸１２２と、リンク１２３との組み合わせを負荷側回転部１２０と称する。駆動側回転部１１０と負荷側回転部１２０とは、減速機１３０の歯車（駆動側歯車１１４および負荷側歯車１２１）で連結されている。駆動側角度センサ１１２が測定する駆動装置１１１の回転角度は、駆動側回転部１１０の回転角度でもある。負荷側角度センサ１２４が測定するリンク１２３の回転角度は、負荷側回転部１２０の回転角度でもある。 The combination of the drive device 111, the drive-side input shaft 113, and the drive-side gear 114 is referred to as a drive-side rotating unit 110. The combination of the load-side gear 121, the load-side output shaft 122, and the link 123 is referred to as a load-side rotating unit 120. The driving-side rotating unit 110 and the load-side rotating unit 120 are connected by gears of the speed reducer 130 (the driving-side gear 114 and the load-side gear 121). The rotation angle of the drive device 111 measured by the drive-side angle sensor 112 is also the rotation angle of the drive-side rotation unit 110. The rotation angle of the link 123 measured by the load-side angle sensor 124 is also the rotation angle of the load-side rotation unit 120.

パワーアシスト装置本体１００の構成は、図２に示す構成に限定されない。パワーアシスト装置本体１００の構成として、駆動装置１１１が出力するトルクが減速機１３０を介してリンク１２３へ伝達されるいろいろな構成を用いることができる。例えば、図１０を参照して後述する構成のように、駆動装置１１１と減速機１３０との間に平歯車が設けられていてもよい。また、減速機１３０とリンク１２３との間にカップリングが設けられていてもよい。
後述するように、パワーアシスト装置本体１００が、駆動側角度センサ１１２および負荷側角度センサ１２４のうち何れか一方のみを備えていてもよい。 The configuration of the power assist device main body 100 is not limited to the configuration shown in FIG. As the configuration of the power assist device main body 100, various configurations in which the torque output from the driving device 111 is transmitted to the link 123 via the speed reducer 130 can be used. For example, a spur gear may be provided between the driving device 111 and the speed reducer 130, as in a configuration described later with reference to FIG. Further, a coupling may be provided between the speed reducer 130 and the link 123.
As described later, the power assist device main body 100 may include only one of the drive side angle sensor 112 and the load side angle sensor 124.

図３は、制御装置２００の機能構成例を示す概略ブロック図である。図３に示す構成で、制御装置２００は、通信部２１０と、記憶部２８０と、制御部２９０とを備える。制御部２９０は、トルク推定部２９１は、識別部２９２と、トルク制御部２９３とを備える。
通信部２１０は、他の機器と通信を行う。特に、通信部２１０は、パワーアシスト装置本体１００とのインタフェースとして機能して、駆動側角度センサ１１２による駆動側回転部１１０の回転角度測定値、および、負荷側角度センサ１２４による負荷側回転部１２０の回転角度測定値を取得する。また、通信部２１０は、駆動装置１１１の回転を制御するための制御信号をパワーアシスト装置本体１００へ出力する。
記憶部２８０は、各種情報を記憶する。記憶部２８０は、制御装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成される。 FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating a functional configuration example of the control device 200. In the configuration illustrated in FIG. 3, the control device 200 includes a communication unit 210, a storage unit 280, and a control unit 290. In the control section 290, the torque estimation section 291 includes an identification section 292 and a torque control section 293.
The communication unit 210 communicates with other devices. In particular, the communication unit 210 functions as an interface with the power assist device main body 100, and measures the rotation angle of the drive side rotation unit 110 by the drive side angle sensor 112 and the load side rotation unit 120 by the load side angle sensor 124. Get the rotation angle measurement of. The communication unit 210 outputs a control signal for controlling the rotation of the driving device 111 to the power assist device main body 100.
The storage unit 280 stores various information. The storage unit 280 is configured using a storage device included in the control device 200.

制御部２９０は、制御装置２００の各部を制御して各種処理を実行する。制御部２９０は、制御装置２００が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit,中央処理装置）が、記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
トルク推定部２９１は、外部トルクを推定する。ここでいう外部トルクは、パワーアシスト装置１の外部から加えられるトルクであり、使用者によって加えられるトルクとみなされる。 The control unit 290 controls each unit of the control device 200 to execute various processes. The control unit 290 is configured such that a CPU (Central Processing Unit) provided in the control device 200 reads out a program from the storage unit 280 and executes the program.
The torque estimating unit 291 estimates an external torque. The external torque referred to here is a torque applied from the outside of the power assist device 1, and is regarded as a torque applied by the user.

識別部２９２は、駆動側回転部１１０の回転角度に関する情報、および、負荷側回転部１２０の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方に基づいて、使用者の動作または停止の意図を識別する。ここでいう回転角度に関する情報は、回転角度、角速度、角加速度の何れであってもよい。何れの場合も、微分または積分によって、回転角度、角速度、角加速度の何れも算出可能である。 The identification unit 292 identifies the user's intention to operate or stop based on at least one of the information on the rotation angle of the drive-side rotation unit 110 and the information on the rotation angle of the load-side rotation unit 120. The information about the rotation angle here may be any of the rotation angle, the angular velocity, and the angular acceleration. In any case, any of the rotation angle, the angular velocity, and the angular acceleration can be calculated by differentiation or integration.

トルク推定部２９１が、外力推定値の算出時に摩擦分のトルクを減算して算出し、識別部２９２が、摩擦分のトルクが減算された外力推定値に基づいて、使用者の動作または停止の意図を識別するようにしてもよい。
トルク推定部２９１が推定する外力から摩擦の影響が除去されている点で、トルク推定部２９１は、使用者による外力をより高精度に推定することができる。識別部２９２は、この外力推定値を用いて使用者の意図を識別することで、使用者の意図をより高精度に推定できる。 The torque estimating unit 291 calculates the external force estimated value by subtracting the frictional torque when calculating the external force estimated value, and the identification unit 292 determines whether the user operates or stops the operation based on the external force estimated value from which the frictional amount torque is subtracted. The intention may be identified.
In that the influence of friction is removed from the external force estimated by the torque estimating unit 291, the torque estimating unit 291 can estimate the external force by the user with higher accuracy. The identification unit 292 can estimate the intention of the user with higher accuracy by identifying the intention of the user using the estimated external force.

また、トルク推定部２９１による外力推定値から摩擦分のトルクが減算されていることで、パワーアシスト装置１が使用者の動作を補助する際に摩擦の相殺を行わない。パワーアシスト装置本体１００に摩擦が残ることで、使用者の不随による微小な動作が摩擦によってキャンセルされ、これによって使用者の動作が安定する。 In addition, since the torque for the friction is subtracted from the external force estimated value by the torque estimating unit 291, the power assist device 1 does not cancel the friction when assisting the user's operation. When the friction remains in the power assist device main body 100, the minute movement due to the involuntary movement of the user is canceled by the friction, and thereby the movement of the user is stabilized.

識別部２９２が、駆動側回転部１１０の回転角度に関する情報、および、負荷側回転部１２０の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方と、使用者の動作または停止の意図との関係を機械学習し、学習結果に基づいて使用者の動作または停止の意図を識別するようにしてもよい。
これにより、人手（パワーアシスト装置１の調整作業者）は、使用者の意図の識別のための情報を入力する必要がなく、人手による負担を軽減することができる。 The identification unit 292 machine-learns the relationship between at least one of the information on the rotation angle of the drive-side rotation unit 110 and the information on the rotation angle of the load-side rotation unit 120 and the intention of the user to operate or stop. Then, the intention of the user to operate or stop may be identified based on the learning result.
This eliminates the need for the human (the adjustment operator of the power assist device 1) to input information for identifying the intention of the user, and can reduce the burden on the human.

トルク制御部２９３は、識別部２９２による識別結果に基づいて、駆動側回転部１１０を回転させる駆動装置１１１のトルクを制御する。例えば、トルク制御部２９３は、識別部２９２が使用者の意図を「動作」と識別した場合、パワーアシスト装置１による補助をＯＮにする。また、トルク制御部２９３は、識別部２９２が使用者の意図を「停止」と識別した場合、パワーアシスト装置１による補助をＯＦＦにする。これにより、パワーアシスト装置１は、後述するように使用者の意図によらない振動を抑制できるなど、使用者の動作をより高精度に補助することができる。 The torque control unit 293 controls the torque of the driving device 111 that rotates the driving-side rotation unit 110 based on the identification result of the identification unit 292. For example, when the identification unit 292 identifies the user's intention as “operation”, the torque control unit 293 turns on the assist by the power assist device 1. When the identification unit 292 identifies the user's intention as “stop”, the torque control unit 293 turns off the assist by the power assist device 1. Thus, the power assist device 1 can assist the user's operation with higher precision, for example, by suppressing vibrations not intended by the user as described later.

図４は、制御装置２００によるパワーアシスト装置本体１００の制御の例を示すブロック線図である。図４では、パワーアシスト装置本体１００のモデルと、制御装置２００が行う制御のモデルとがブロック図で示されている。パワーアシスト装置本体１００のモデルは、ノード３１１〜３１８を用いて構成される。制御装置が行う制御のモデルは、ノード３２１〜３３２を用いて構成される。
ここで、パワーアシスト装置本体１００を駆動側回転部１１０および負荷側回転部１２０の２慣性系モデルとしてモデル化すると、駆動側回転部１１０の運動方程式は式（１）のように示される。 FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of control of the power assist device main body 100 by the control device 200. FIG. 4 is a block diagram illustrating a model of the power assist device main body 100 and a model of control performed by the control device 200. The model of the power assist device main body 100 is configured using nodes 311 to 318. A model of control performed by the control device is configured using nodes 321 to 332.
Here, when the power assist device main body 100 is modeled as a two-inertia model of the driving-side rotating unit 110 and the load-side rotating unit 120, the equation of motion of the driving-side rotating unit 110 is shown as Expression (1).

Ｊ_Ｍは、駆動側回転部１１０の慣性モーメントを示す。θ_Ｍ’’は、駆動側回転部１１０の角加速度（駆動装置１１１の回転軸の角加速度）を示す。なお、θ_Ｍは駆動側回転部１１０の角度（回転角度、回転位置）を示す。また、微分を「’」で示し、二階微分を「’’」で示す。
また、τ_Ｍは、駆動側回転部１１０の発生トルクを示す。Ｎは、減速機１３０の減速比を示す。Ｎ≪１、すなわち、Ｎは１よりも十分小さいものとする。
τ_ｆは、駆動装置１１１側の入力軸の外乱トルク（主に摩擦トルク）を示す。
τ_ｓは、減速機１３０の歯車のたわみを線形ばねと見立てたときのばね力（軸トルク）を示す。このばね力τ_ｓは、式（２）のように示される。 J _M represents the moment of inertia of the drive side rotation unit 110. θ _M ″ indicates the angular acceleration of the drive-side rotating unit 110 (the angular acceleration of the rotation axis of the drive device 111). Incidentally, theta _M denotes the angle of the drive-side rotation unit 110 (the rotational angle, rotational position). In addition, the derivative is indicated by “′”, and the second-order derivative is indicated by “″”.
Further, τ _M indicates a torque generated by the driving-side rotating unit 110. N indicates the reduction ratio of the speed reducer 130. N≪1, that is, N is sufficiently smaller than 1.
τ _f indicates a disturbance torque (mainly a friction torque) of the input shaft on the drive device 111 side.
τ _s indicates a spring force (axial torque) when the bend of the gear of the speed reducer 130 is regarded as a linear spring. This spring force τ _s is expressed as in equation (2).

Ｋ_ｓは、ばね定数を示す。
図４では、ノード３１１、３１２および３１３にて式（１）を示している。ノード３１３等の「ｓ」はラプラス演算子（時間微分オペレータ）を示す。また、「１／ｓ」は積分を示す。
また、ノード３１４〜３１６にて式（２）を示している。
ノード３１４〜３１６のうちノード３１４および３１５にて、駆動側入力軸１１３の角度を出力軸換算した角度と、負荷側出力軸１２２の角度との差を示す。ここでいう出力軸換算は、減速機１３０による変換後の角度への換算である。
この差は、式（３）のように示される。 K _s indicates the spring constant.
In FIG. 4, equation (1) is shown at nodes 311, 312 and 313. “S” at the node 313 or the like indicates a Laplace operator (time differential operator). “1 / s” indicates integration.
Equations (2) are shown at nodes 314 to 316.
At nodes 314 and 315 of the nodes 314 to 316, the difference between the angle obtained by converting the angle of the drive-side input shaft 113 into the output shaft and the angle of the load-side output shaft 122 is shown. The output shaft conversion referred to here is conversion into an angle after conversion by the speed reducer 130.
This difference is shown as in equation (3).

式（１）の右辺（τ_Ｍ−（１／Ｎ）τ_ｓ−τ_ｆ）は、駆動側回転部１１０側の入力軸を駆動するトルクを示す。式（１）の右辺は、ノード３１１〜３１３のうちノード３１１および３１２によって示されている。
また、負荷側回転部１２０の運動方程式は式（４）のように示される。 The right side (τ _M − (1 / N) τ _s −τ _f ) of the equation (1) indicates a torque for driving the input shaft on the driving side rotating unit 110 side. The right side of Expression (1) is indicated by nodes 311 and 312 among nodes 311 to 313.
Further, the equation of motion of the load-side rotating unit 120 is shown as Expression (4).

Ｊ_Ｌは、負荷側回転部１２０の慣性モーメントを示す。θ_Ｌ’’は、負荷側回転部１２０の回転軸の角加速度を示す。なお、θ_Ｌは負荷側回転部１２０の回転軸の角度（回転角度）を示す。
τ_ｄは、負荷側回転部１２０に加わる負荷トルクを示す。
図４では、ノード３１７および３１８にて式（４）を示している。
式（４）の右辺（τ_ｓ−τ_ｄ）は、負荷側回転部１２０側の出力軸を駆動するトルクを示す。式（４）の右辺は、ノード３１７および３１８のうちノード３１７によって示されている。 J _L indicates the moment of inertia of the load-side rotating unit 120. θ _L ″ indicates the angular acceleration of the rotation axis of the load-side rotation unit 120. Note that θ _L indicates the angle (rotation angle) of the rotation axis of the load-side rotation unit 120.
τ _d indicates a load torque applied to the load side rotating unit 120.
In FIG. 4, equation (4) is shown at nodes 317 and 318.
The right side (τ _s −τ _d ) of the equation (4) indicates a torque for driving the output shaft on the load side rotating unit 120 side. The right side of equation (4) is indicated by node 317 among nodes 317 and 318.

ノード３２１〜３２３にて摩擦トルクτ^＊ _ｆの計算モデルを示す。この計算モデルは、式（５）のように示される。 A calculation model of the friction torque τ ^* _f is shown at nodes 321 to 323. This calculation model is shown as Expression (5).

Ｄは、粘性摩擦係数を示す。τ_ｃは、クーロン摩擦を示す。
なお、ノード３２３の出力は、摩擦トルクτ^＊ _ｆにＮを乗算して負荷側のトルクに換算したＮτ^＊ _ｆとなっている。
図５は、クーロン摩擦の例を示すグラフである。図５のグラフの横軸は角速度を示し、縦軸はトルクを示す。グラフの点（ドット）はクーロン摩擦の測定値の例を示し、線は測定値に基づくモデルを示す。
図５に示されるように、クーロン摩擦のモデルは、角速度の入力に対してトルクを出力する関数として構成される。
ノード３２１〜３２３のうちノード３２３にクーロン摩擦のモデルを実装する。 D indicates a viscous friction coefficient. τ _c indicates Coulomb friction.
The output of the node 323 is Nτ ^* _f obtained by multiplying the friction torque τ ^* _f by N and converting the friction torque τ ^* _f to a load-side torque.
FIG. 5 is a graph showing an example of Coulomb friction. The horizontal axis of the graph in FIG. 5 indicates the angular velocity, and the vertical axis indicates the torque. The points (dots) in the graph show examples of measured values of Coulomb friction, and the lines show models based on the measured values.
As shown in FIG. 5, the Coulomb friction model is configured as a function that outputs torque in response to an input of angular velocity.
A Coulomb friction model is mounted on the node 323 among the nodes 321 to 323.

ノード３２１〜３３０にて外力推定の過程を示す。外力推定のために、まず、式（１）および式（４）からばね力τ_ｓ（軸トルク）を消去して式（６）を得らえる。 The process of estimating the external force will be described in the nodes 321 to 330. For estimating the external force, first, the spring force τ _s (shaft torque) is eliminated from Expressions (1) and (4) to obtain Expression (6).

式（６）のτ_ｄをローパスフィルタＱ（ｓ）に通したτ^＊ _ｄは、式（７）のように示される。 Τ ^* _{d obtained} by passing τ _d in Expression (6) through a low-pass filter Q (s) is expressed as Expression (7).

ノード３２１〜３３０は、この式（７）の演算を行う。
ノード３２４の「Ｊ_Ｍｎ」は、駆動側回転部１１０の慣性モーメントＪ_Ｍのノミナル値を示す。ノード３２６の「Ｊ_Ｌｎ」は、負荷側回転部１２０の慣性モーメントＪ_Ｌのノミナル値を示す。
τ_ｄをローパスフィルタＱ（ｓ）に通すのは、センサから得られた角度測定値を微分するとノイズが顕著になるので、ノイズを減らすためである。ローパスフィルタＱ（ｓ）として、式（８）で示されるような一次のローパスフィルタを用いるようにしてもよし、より高次のローパスフィルタを用いるようにしてもよい。 The nodes 321 to 330 perform the operation of the equation (7).
“J _Mn ” of the node 324 indicates a nominal value of the inertia moment J _M of the driving-side rotating unit 110. “J _Ln ” of the node 326 indicates a nominal value of the inertia moment J _L of the load-side rotating unit 120.
The reason for passing τ _d through the low-pass filter Q (s) is to reduce the noise because the noise becomes remarkable when the angle measurement value obtained from the sensor is differentiated. As the low-pass filter Q (s), a first-order low-pass filter as shown in Expression (8) may be used, or a higher-order low-pass filter may be used.

ω_ｃは、カットオフ周波数ｆ_Ｃを換算した角周波数であり、ω_Ｃ＝２πｆ_ｃである。
ノード３２１〜３３０のうちノード３２１、３２２および３２４にて、式（９）に示されるように、駆動側回転部１１０の回転角度（駆動装置１１１の回転角度）を駆動側回転部１１０のトルクに換算し、さらにＮを乗算することで、駆動側回転部１１０側のトルクから負荷側回転部１２０側のトルクに換算する。 omega _c is the angular frequency obtained by converting a cut-off frequency _{f C,} is ω _C = 2πf _c.
At nodes 321, 322, and 324 of the nodes 321 to 330, as shown in Expression (9), the rotation angle of the driving-side rotation unit 110 (the rotation angle of the driving device 111) is converted into the torque of the driving-side rotation unit 110. By converting and multiplying by N, the torque on the drive side rotating unit 110 side is converted into the torque on the load side rotating unit 120 side.

Ｊ_Ｍｎは、駆動側回転部１１０の慣性モーメントＪ_Ｍのノミナル値を示す。
ノード３２５および３２６にて、式（１０）に示されるように、負荷側回転部１２０の回転角度（リンク１２３の回転角度）を負荷側回転部１２０のトルクに換算する。 J _Mn indicates a nominal value of the moment of inertia J _M of the drive-side rotating unit 110.
At nodes 325 and 326, the rotation angle of the load side rotation unit 120 (the rotation angle of the link 123) is converted into the torque of the load side rotation unit 120 as shown in Expression (10).

Ｊ_Ｌｎは、負荷側回転部１２０の慣性モーメントＪ_Ｌのノミナル値を示す。 J _Ln indicates a nominal value of the moment of inertia J _L of the load-side rotating section 120.

ノード３３１の処理は、識別部２９２の処理の例に該当する。ノード３３１は、ローパスフィルタＱ（ｓ）適用後の負荷トルク推定値τ^＊ _ｄと、駆動装置１１１の角速度θ’_Ｍとの入力を受けて、使用者が「停止」、「動作」の何れを意図しているか、使用者の意図の識別結果を出力する。
図４では、サポートベクタマシン（Support Vector Machine；ＳＶＭ）を用いて識別部２９２を構成する場合の例を示している。この場合、識別部２９２は、負荷トルク推定値τ^＊ _ｄ、角速度θ’_Ｍ、および、使用者の意図が「停止」か「動作」かの正解データの入力を受けて、負荷トルク推定値τ^＊ _ｄおよび角速度θ’_Ｍと、使用者の意図との関係を機械学習する。 The processing of the node 331 corresponds to an example of the processing of the identification unit 292. Node 331 includes a load torque estimated value tau ^* _d after the low-pass filter Q (s) applied, receives the input of an angular velocity theta _'M of the driving device 111, the user is "stop", any "operation" Outputs the identification result of the intention or the intention of the user.
FIG. 4 illustrates an example in which the identification unit 292 is configured using a support vector machine (SVM). In this case, the identification unit 292 receives the load torque estimated value τ ^* _d , the angular velocity θ ′ _M , and the correct answer data indicating whether the intention of the user is “stop” or “operation”, and receives the load torque estimated value τ. ^* and _d and the angular velocity θ _'M, to machine learning the relationship between the intention of the user.

図６は、識別部２９２による機械学習の結果の例を示すグラフである。図６のグラフの横軸は角速度を示し、縦軸はトルク推定値を示す。使用者の意図が「停止」である学習用データを三角（△）で示し、使用者の意図が「動作」である学習用データを丸（○）で示している。識別部２９２は、領域Ａ１１では、使用者の意図が「停止」であり、領域Ａ１２では使用者の意図が「動作」であると機械学習している。 FIG. 6 is a graph illustrating an example of a result of machine learning performed by the identification unit 292. The horizontal axis of the graph in FIG. 6 indicates the angular velocity, and the vertical axis indicates the estimated torque value. The learning data in which the user's intention is “stop” is indicated by a triangle (△), and the learning data in which the user's intention is “action” is indicated by a circle (○). The identification unit 292 machine-learns that the user's intention is “stop” in the area A11 and that the user's intention is “action” in the area A12.

ノード３３２および３３３の処理は、トルク制御部２９３の処理の例に該当する。
ノード３３２は、ノード３３１（識別部２９２）による識別結果に基づいて、使用者の動作に対する補助動作のＯＮ／ＯＦＦ（補助動作の有無）を切り替える。ノード３３１で使用者の意図が「動作」であると識別された場合、ノード３３２は、補助動作ＯＮに設定する。ノード３３１で使用者の意図が「停止」であると識別された場合、ノード３３２は、補助動作ＯＦＦに設定する。
ノード３３２の処理は、式（１１）のように示される。 The processing of the nodes 332 and 333 corresponds to an example of the processing of the torque control unit 293.
The node 332 switches ON / OFF of the auxiliary operation for the user's operation (presence / absence of the auxiliary operation) based on the identification result by the node 331 (identification unit 292). When the user's intention is identified as “operation” at the node 331, the node 332 sets the auxiliary operation ON. When the user's intention is identified as “stop” at the node 331, the node 332 sets the auxiliary operation to OFF.
The processing of the node 332 is represented by Expression (11).

Ｋ_{Ａｓｓｉｓｔ}は、補助の有無を切り替えるための係数である。ノード３３２がＫ_{Ａｓｓｉｓｔ}の値を１に設定することで補助動作ＯＮになり、Ｋ_{Ａｓｓｉｓｔ}の値を０に設定することで補助動作ＯＦＦになる。Ｋ_{Ａｓｓｉｓｔ}をアシストゲインと称する。
ｃｌａｓｓは、ノード３３１がユーザの意図を識別するクラスである。ｃｌａｓｓ＝１は、使用者の意図が「動作」であるクラスを示す。ｃｌａｓｓ＝０は、使用者の意図が「停止」であるクラスを示す。図６の例では、領域Ａ１１がｃｌａｓｓ＝０のクラスに該当し、領域Ａ１２がｃｌａｓｓ＝１のクラスに該当する。
ノード３３３は、減速機１３０のギア比（減速比）に応じてトルクを換算するためのノードである。ノード３３３は、アシストゲインＫ_{Ａｓｓｉｓｔ}乗算後の負荷トルク推定値τ^＊ _ｄに１／Ｎを乗算することで、負荷側回転部１２０側のトルクから駆動側回転部１１０側のトルクに換算する。
ノード３３３の出力は、駆動装置１１１へのトルク指令値のマイナス値を示す。ここでいうマイナス値は、符号のプラスマイナスを逆にした値であり、０からトルク指令値を減算して得られる。このトルク指令値は、駆動装置１１１のトルクτ_Ｍとして用いられる。
トルクτ_Ｍは、式（１２）のように示される。 K _Assist is a coefficient for switching the presence or absence of assistance. The node 332 turns on the auxiliary operation by setting the value of K _Assist to 1, and turns off the auxiliary operation by setting the value of K _Assist to 0. K _Assist is referred to as an assist gain.
class is a class in which the node 331 identifies the user's intention. class = 1 indicates a class in which the user's intention is “action”. class = 0 indicates a class in which the user's intention is “stop”. In the example of FIG. 6, the area A11 corresponds to the class of class = 0, and the area A12 corresponds to the class of class = 1.
The node 333 is a node for converting torque according to the gear ratio (reduction ratio) of the speed reducer 130. The node 333 converts the torque on the load side rotation unit 120 side to the torque on the drive side rotation unit 110 side by multiplying the load torque estimated value τ ^* _d after multiplication by the assist gain K _Assist by 1 / N.
The output of the node 333 indicates a negative value of the torque command value to the drive device 111. The negative value here is a value obtained by reversing the sign plus or minus, and is obtained by subtracting the torque command value from 0. The torque command value is used as the torque tau _M of the driving device 111.
The torque τ _M is expressed as in Expression (12).

図４によれば、上述した式（７）の導出は、式（１３）のように示される。 According to FIG. 4, the derivation of the above equation (7) is shown as in equation (13).

式（１３）の１行目の括弧内の「−Ｋ_{Ａｓｓｉｓｔ}τ^＊ _ｄ−ｓ^２ＮＪ_Ｍｎθ_Ｍ−ｓ^２Ｊ_Ｌｎθ_Ｌ−Ｎτ^＊ _ｆ」は、ノード３２９の出力を示す。これをローパスフィルタに通して、ノード３３０の出力は式（１３）の１行目「Ｑ（ｓ）（−Ｋ_{Ａｓｓｉｓｔ}τ^＊ _ｄ−ｓ^２ＮＪ_Ｍｎθ_Ｍ−ｓ^２Ｊ_Ｌｎθ_Ｌ−Ｎτ^＊ _ｆ）」のように示される。ノード３３０の出力は、τ^＊ｄである。
式（１２）により、式（１３）の１行目は、２行目「Ｑ（ｓ）（Ｎτ_Ｍ−ｓ^２ＮＪ_Ｍｎθ_Ｍ−ｓ^２Ｊ_Ｌｎθ_Ｌ−Ｎτ^＊ _ｆ）」のように書き換えらえる。式（１３）の２行目および３行目により、式（７）が得られる。 _{^{_{^{"-K Assist τ * d -s 2 NJ}}}} Mn θ M -s 2 J Ln θ L -Nτ * f " in parentheses in the first row of equation (13) shows the output of the node 329. This is passed through a low-pass filter, and the output of the node 330 is expressed as “Q (s) (− K _Assist τ ^* _d− s ² NJ _Mn θ _M −s ² J _Ln θ _L −Nτ ^* ” in the first line of the equation (13) ^. _f ) ". The output of node 330 is τ ^* d.
By equation (12), the first line of equation (13), as the second line _{"Q (s) (Nτ M -s} 2 NJ Mn θ M -s 2 J Ln θ L -Nτ * f) " Can be rewritten. Equation (7) is obtained from the second and third rows of equation (13).

識別部２９２に適用する機械学習方式は、サポートベクタマシンに限定されない。負荷トルク推定値τ^＊ _ｄおよび角速度θ’_Ｍの入力を受けて、使用者の意図が「停止」か「動作」かを識別可能ないろいろな機械学習方式を識別部２９２に適用可能である。例えば、線形回帰、決定木、ランダムフォレスト、および、ニューラルネットワークのうち何れか、またはこれらの組み合わせを用いて識別部２９２を構成するようにしてもよい。 The machine learning method applied to the identification unit 292 is not limited to the support vector machine. In response to input of a load torque estimated value tau ^* _d and the angular velocity theta _'M, it is applicable identifiable various machine learning method intention of the user is either "Stop" or "operation" to the identification unit 292. For example, the identification unit 292 may be configured using any one of a linear regression, a decision tree, a random forest, and a neural network, or a combination thereof.

さらには、識別部２９２を構築する方法は、機械学習を用いる方法に限定されない。例えば、負荷トルク推定値τ^＊ _ｄ、角速度θ’_Ｍ、および、使用者の意図が「停止」か「動作」かを示す正解データ（サンプルデータ）に基づいて、人手で、使用者の意図が「停止」の領域と使用者の意図が「動作」の領域との切り分けを行うようにしてもよい。この領域の切り分けの結果を用いて識別部２９２を構成することができる。 Furthermore, the method of constructing the identification unit 292 is not limited to a method using machine learning. For example, based on the estimated load torque τ ^* _d , the angular velocity θ ′ _M , and the correct answer data (sample data) indicating whether the intention of the user is “stop” or “operation”, the intention of the user is manually determined. The area of “stop” and the area of “operation” according to the user's intention may be separated. The identification unit 292 can be configured using the result of the division of the area.

図７は、使用者の意図が「停止」の領域、および、使用者の意図が「動作」の領域の例を示すグラフである。図７のグラフの横軸は角速度を示し、縦軸はトルク推定値を示す。使用者の意図が「停止」である学習用データを三角（△）で示し、使用者の意図が「動作」である学習用データを丸（○）で示している。
図７の例では、使用者の意図が「停止」である領域Ａ２１を、使用者の意図が「停止」である学習用データを含み、使用者の意図が「動作」である学習用データを含まない楕円形の領域として設定している。この場合のノード３３１および３３２の処理のテンプレートは、式（１４）のように示される。 FIG. 7 is a graph illustrating an example of a region where the user's intention is “stop” and a region where the user's intention is “operation”. The horizontal axis of the graph in FIG. 7 indicates the angular velocity, and the vertical axis indicates the estimated torque value. The learning data in which the user's intention is “stop” is indicated by a triangle (△), and the learning data in which the user's intention is “action” is indicated by a circle (○).
In the example of FIG. 7, the area A21 in which the user's intention is “stop” includes the learning data in which the user's intention is “stop”, and the learning data in which the user's intention is “operation”. It is set as an elliptical area not included. The template of the processing of the nodes 331 and 332 in this case is shown as Expression (14).

ａ_１、ａ_２は、いずれも楕円の軸の長さを示す定数である。図７の例では、ａ_１の値を０．０６に設定し、ａ_２の値を１．４に設定している。 a ₁ and a ₂ are constants indicating the length of the axis of the ellipse. In the example of FIG. 7, it sets the value of _{a 1} to 0.06, has a value of _{a 2} to 1.4.

パワーアシスト装置本体１００が、駆動側角度センサ１１２および負荷側角度センサ１２４のうち何れか一方のみを備えていてもよい。
図８は、パワーアシスト装置本体１００が、駆動側角度センサ１１２および負荷側角度センサ１２４のうち駆動側角度センサ１１２のみを備える場合の、制御装置２００によるパワーアシスト装置本体１００の制御の例を示すブロック線図である。図８では、図４のノード３２４、３２６、３２８および３２９に代えて、ノード３４１〜３４３が設けられている。それ以外の点では図８の構成は、図４の場合と同様である。 The power assist device main body 100 may include only one of the drive side angle sensor 112 and the load side angle sensor 124.
FIG. 8 illustrates an example of control of the power assist device main body 100 by the control device 200 when the power assist device main body 100 includes only the drive side angle sensor 112 of the drive side angle sensor 112 and the load side angle sensor 124. It is a block diagram. 8, nodes 341 to 343 are provided instead of the nodes 324, 326, 328, and 329 in FIG. Otherwise, the configuration of FIG. 8 is similar to that of FIG.

ノード３１６のばね定数Ｋｓが十分大きくパワーアシスト装置本体１００を１慣性系とみなせる場合、その等価慣性モーメントはＪ_Ｍ＋Ｊ_Ｌ／Ｎ^２と表される。図８では、この等価慣性モーメントがノード３４２にて示される。ノード３４２では、駆動側回転部１１０の慣性モーメントＪ_Ｍとしてそのノミナル値Ｊ_Ｍｎを用い、負荷側回転部１２０の慣性モーメントＪ_Ｌとしてそのノミナル値Ｊ_Ｌｎを用いている。
図８の構成は、この１慣性系に対して駆動側回転部１１０の角度θ_Ｍを２階微分して用いる反力推定オブザーバの構成になっている。
図８の例では、負荷トルクの推定値τ^＊ _ｄは、式（１５）のように示される。 If the spring constant Ks of the node 316 can be regarded as sufficiently large power assist apparatus main body 100 1 inertial system, the equivalent inertia moment is expressed as _{_{^{J M + J L / N 2}}} . In FIG. 8, this equivalent moment of inertia is indicated by node 342. In the node 342, the nominal value _{J Mn} used as the moment of inertia _{J M} of the driving-side rotation unit 110, by using the nominal value _{J Ln} as the moment of inertia _{J L} of the load-side rotation unit 120.
Arrangement of Figure 8 has a configuration of the reaction force estimation observer used in the second order derivative of the angle theta _M of the driving-side rotating section 110 with respect to the 1-inertia system.
In the example of FIG. 8, the estimated value τ ^* _d of the load torque is represented by Expression (15).

図８の構成は、式（１５）の３行目（最下行）のように導出される。式（１５）の３行目の「Ｑ（ｓ）」（ローパスフィルタ）は、ノード３３０にて示される。「Ｎτ_Ｍ」は、ノード３２７およびノード３４３のマイナスにて示される。「ｓ^２Ｎθ_Ｍ」は、ノード３２２および３４１にて示される。「Ｊ_Ｍｎ＋（１／Ｎ^２）Ｊ_Ｌｎ」は、ノード３４２にて示される。「Ｎτ^＊ _ｆ」は、ノード３２３の出力にて示される。 The configuration in FIG. 8 is derived as shown in the third row (bottom row) of Expression (15). “Q (s)” (low-pass filter) in the third row of Expression (15) is indicated by a node 330. “Nτ _M ” is indicated by minus of the nodes 327 and 343. “S ² Nθ _M ” is shown at nodes 322 and 341. “J _Mn + (1 / N ² ) J _Ln ” is indicated by node 342. “Nτ ^* _f ” is indicated by the output of node 323.

図９は、パワーアシスト装置本体１００が、駆動側角度センサ１１２および負荷側角度センサ１２４のうち負荷側角度センサ１２４のみを備える場合の、制御装置２００によるパワーアシスト装置本体１００の制御の例を示すブロック線図である。図９では、図４のノード３２４、３２６、３２８および３２９に代えて、ノード３５１〜３５３が設けられている。それ以外の点では図９の構成は、図４の場合と同様である。 FIG. 9 illustrates an example of control of the power assist device main body 100 by the control device 200 when the power assist device main body 100 includes only the load side angle sensor 124 among the drive side angle sensor 112 and the load side angle sensor 124. It is a block diagram. In FIG. 9, nodes 351 to 353 are provided instead of the nodes 324, 326, 328, and 329 of FIG. Otherwise, the configuration of FIG. 9 is the same as that of FIG.

図８の例と同様、図９の例でも、ノード３１６のばね定数Ｋｓが十分大きくパワーアシスト装置本体１００を１慣性系とみなせる場合を想定している。図９の構成は、この１慣性系に対して負荷側回転部１２０の角度θ_Ｌを２階微分して用いる反力推定オブザーバの構成になっている。
図９の例では、負荷トルクの推定値τ^＊ _ｄは、式（１６）のように示される。 Like the example in FIG. 8, the example in FIG. 9 also assumes a case where the spring constant Ks of the node 316 is sufficiently large and the power assist apparatus main body 100 can be regarded as one inertial system. The configuration of FIG. 9 is a configuration of a reaction force estimation observer that uses the second-order differentiation of the angle θ _L of the load-side rotating unit 120 with respect to this one inertial system.
In the example of FIG. 9, the estimated value τ ^* _d of the load torque is represented by Expression (16).

図９の構成は、式（１６）の３行目のように導出される。式（１６）の３行目の「Ｑ（ｓ）」（ローパスフィルタ）は、ノード３３０にて示される。「Ｎτ_Ｍ」は、ノード３２７およびノード３５３のマイナスにて示される。「ｓ^２θ_Ｌ」は、ノード３２５および３５１にて示される。「Ｎ^２Ｊ_Ｍｎ＋Ｊ_Ｌｎ」は、ノード３５２にて示される。「Ｎτ^＊ _ｆ」は、ノード３２３の出力にて示される。 The configuration in FIG. 9 is derived as in the third row of the equation (16). “Q (s)” (low-pass filter) in the third row of Expression (16) is indicated by a node 330. “Nτ _M ” is indicated by minus of the nodes 327 and 353. “S ² θ _L ” is shown at nodes 325 and 351. “N ² J _Mn + J _Ln ” is shown at node 352. “Nτ ^* _f ” is indicated by the output of node 323.

パワーアシスト装置本体１００が備えるセンサは、角度センサに限らず、角速度センサ、または、角加速度センサであってもよい。何れのセンサの測定値からも、微分または積分によって角度、角速度、角加速度の何れも得られる。
また、制御装置２００が、角速度に限らず、角度または角加速度に基づいて、使用者の意図を識別することが考えられる。ここで、図４では、制御装置２００が角速度に基づいて使用者の意図が「停止」、「動作」の何れかを判定する場合の例を示している。これに対し、制御装置２００が姿勢制御を行う場合、角度測定値を用いて使用者の意図する姿勢を識別することが考えられる。
従って、パワーアシスト装置本体１００は、駆動側回転部１１０側および負荷側回転部１２０側のうち少なくとも何れか一方に、角度センサ、角速度センサおよび角加速度センサのうち少なくとも何れか１つを備えていればよい。
一方、制御装置２００が、駆動側回転部１１０側のセンサ、および、負荷側回転部１２０側のセンサの両方を用いることで、使用者の動作に対する補助をより高精度に行うことができる。 The sensor provided in the power assist device main body 100 is not limited to the angle sensor, and may be an angular velocity sensor or an angular acceleration sensor. Any of the angle, angular velocity, and angular acceleration can be obtained from the measurement values of any of the sensors by differentiation or integration.
Further, it is conceivable that the control device 200 identifies the user's intention based on not only the angular velocity but also the angle or the angular acceleration. Here, FIG. 4 illustrates an example in which the control device 200 determines whether the intention of the user is “stop” or “operation” based on the angular velocity. On the other hand, when the control device 200 performs the posture control, the posture intended by the user may be identified using the angle measurement value.
Therefore, the power assist device main body 100 may include at least one of an angle sensor, an angular velocity sensor, and an angular acceleration sensor on at least one of the drive side rotating unit 110 side and the load side rotating unit 120 side. I just need.
On the other hand, when the control device 200 uses both the sensor on the drive side rotation unit 110 side and the sensor on the load side rotation unit 120 side, it is possible to more accurately assist the user's operation.

図４、図８、図９のいずれの構成でも、トルク推定部２９１が外力（負荷トルク推定値τ^＊ _ｄ）を推定する際に、摩擦分のトルク（摩擦トルクτ^＊ _ｆ）を除外して使用者による外力を推定している。図４の場合、ノード３２８にて摩擦トルクτ^＊ _ｆの減算を行い、ノード３２８の出力を用いてノード３２９および３３０にて負荷トルク推定値τ^＊ _ｄを算出している。図８の場合、ノード３４３にて摩擦トルクτ^＊ _ｆの減算を行い、ノード３４３の出力をローパスフィルタのノード３３０に通して負荷トルク推定値τ^＊ _ｄを算出している。図９の場合、ノード３５３にて摩擦トルクτ^＊ _ｆの減算を行い、ノード３５３の出力をローパスフィルタのノード３３０に通して負荷トルク推定値τ^＊ _ｄを算出している。 4, 8, and 9, when the torque estimating unit 291 estimates the external force (the estimated load torque τ ^* _d ), the torque for the friction (the friction torque τ ^* _f ) is excluded. The external force by the user is estimated. In the case of FIG. 4, the friction torque τ ^* _f is subtracted at the node 328, and the load torque estimated value τ ^* _d is calculated at the nodes 329 and 330 using the output of the node 328. In the case of FIG. 8, the friction torque τ ^* _f is subtracted at the node 343, and the output of the node 343 is passed through the node 330 of the low-pass filter to calculate the estimated load torque τ ^* _d . In the case of FIG. 9, the friction torque τ ^* _f is subtracted at the node 353, and the output of the node 353 is passed through the node 330 of the low-pass filter to calculate the estimated load torque τ ^* _d .

このように、トルク推定部２９１が外力（外部トルク）を推定する際に、摩擦分のトルクを除外することで、使用者による外力をより高精度に推定することができる。識別部２９２は、この外力推定値を用いて使用者の意図を識別することで、使用者の意図をより高精度に識別することができる。トルク制御部２９３が、この使用者の意図の識別結果を用いて駆動装置１１１のトルクを制御することで、パワーアシスト装置１は、使用者の動作に対する補助をより高精度に行うことができる。 As described above, when the torque estimating unit 291 estimates the external force (external torque), by excluding the torque corresponding to the friction, the external force by the user can be estimated with higher accuracy. The identification unit 292 can identify the user's intention with higher accuracy by identifying the user's intention using the estimated external force. The torque control unit 293 controls the torque of the driving device 111 using the identification result of the user's intention, so that the power assist device 1 can assist the user's operation with higher accuracy.

また、パワーアシスト装置１が、摩擦分が除外された使用者による外力に対して動作の補助を行うこと、動作を安定させることができる。
ここで、パワーアシスト装置１が、摩擦分についても使用者の動作を補助することで、使用者がより小さい力で所望の動作を行えるようにすることが考えられる。しかしながら、摩擦を完全に相殺すると、パワーアシスト装置１が、使用者の不随意による微小な動作にも反応して動作が拡大され、この点で使用者の動作が不安定になってしまう（特に、使用者の意図しない動作が行われる）。 In addition, the power assist device 1 can assist the operation with respect to the external force by the user from which the friction component has been excluded, and can stabilize the operation.
Here, it is conceivable that the power assist device 1 assists the user's operation with respect to the frictional component so that the user can perform a desired operation with a smaller force. However, when the friction is completely canceled, the operation of the power assist device 1 is expanded in response to a minute operation due to the involuntary operation of the user, and the operation of the user becomes unstable at this point (in particular, the operation of the user becomes unstable). And an operation not intended by the user is performed).

これに対し、パワーアシスト装置１が上記のように摩擦を残すことで、使用者の不随意による微小な動作がキャンセルされ、これによって使用者の動作が安定する。
なお、パワーアシスト装置本体１００の摩擦が大きい場合は、パワーアシスト装置１が、摩擦の一部（例えば、摩擦によるトルクの半分）を相殺するようにしてもよい。 On the other hand, when the power assist device 1 leaves friction as described above, a minute operation due to the involuntary operation of the user is canceled, and thereby the operation of the user is stabilized.
If the friction of the power assist device main body 100 is large, the power assist device 1 may cancel a part of the friction (for example, half of the torque due to the friction).

次に、パワーアシスト装置１の動作実験について説明する。パワーアシスト装置１の動作を実験にて確認した。
図１０は、実験に用いられたパワーアシスト装置本体１００ｂの構成例を示す概略図である。図１０に示す構成で、パワーアシスト装置本体１００ｂは、駆動装置１１１と、駆動側角度センサ１１２と、駆動側入力軸１１３と、平歯車１４１と、駆動側中継軸１４２と、減速機１３０と、負荷側中継軸１４３と、トルクセンサ１４４と、カップリング１４５と、負荷側出力軸１２２と、リンク１２３と、負荷側角度センサ１２４とを備える。減速機１３０は、駆動側歯車１１４と、負荷側歯車１２１とを備える。 Next, an operation experiment of the power assist device 1 will be described. The operation of the power assist device 1 was confirmed by an experiment.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the power assist device main body 100b used in the experiment. In the configuration shown in FIG. 10, the power assist device main body 100b includes a driving device 111, a driving-side angle sensor 112, a driving-side input shaft 113, a spur gear 141, a driving-side relay shaft 142, a speed reducer 130, A load-side relay shaft 143, a torque sensor 144, a coupling 145, a load-side output shaft 122, a link 123, and a load-side angle sensor 124 are provided. The speed reducer 130 includes a drive-side gear 114 and a load-side gear 121.

図１０の構成で、駆動装置１１１と、駆動側入力軸１１３と、平歯車１４１と、駆動側中継軸１４２と、駆動側歯車１１４との組み合わせを駆動側回転部１１０ｂと称する。負荷側歯車１２１と、負荷側中継軸１４３と、トルクセンサ１４４と、カップリング１４５と、負荷側出力軸１２２と、リンク１２３との組み合わせを負荷側回転部１２０ｂと称する。駆動側回転部１１０ｂと負荷側回転部１２０ｂとは、減速機１３０の歯車（駆動側歯車１１４および負荷側歯車１２１）で連結されている。 In the configuration of FIG. 10, a combination of the driving device 111, the driving-side input shaft 113, the spur gear 141, the driving-side relay shaft 142, and the driving-side gear 114 is referred to as a driving-side rotating unit 110 b. The combination of the load-side gear 121, the load-side relay shaft 143, the torque sensor 144, the coupling 145, the load-side output shaft 122, and the link 123 is referred to as a load-side rotating unit 120b. The driving-side rotating unit 110b and the load-side rotating unit 120b are connected by gears of the speed reducer 130 (the driving-side gear 114 and the load-side gear 121).

図１０の各部のうち、図２の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１１１、１１２、１１３、１１４、１２１、１２２、１２３、１２４、１３０）を付して説明を省略する。
図１０の構成では、駆動側入力軸１１３と駆動側歯車１１４とが直接には接続されず、平歯車１４１および駆動側中継軸１４２を介して接続されている点で、図２の場合と異なる。また、図１０の構成では、負荷側歯車１２１と負荷側出力軸１２２とが直接には接続されず、負荷側中継軸１４３およびカップリング１４５を介して接続されている点で、図２の場合と異なる。但し、パワーアシスト装置本体１００ｂのモデル、および、制御装置２００によるパワーアシスト装置本体１００の制御方法として、図２の場合と同様のモデルおよび方法を用いることができる。
また、図１０の構成では、負荷側中継軸１４３にトルクセンサ１４４が設けられている点で図２の場合と異なるが、制御装置２００は、トルクセンサ１４４を用いずにパワーアシスト装置本体１００の制御を行っている。 10 that have the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals (111, 112, 113, 114, 121, 122, 123, 124, and 130). Is omitted.
The configuration in FIG. 10 differs from the configuration in FIG. 2 in that the drive-side input shaft 113 and the drive-side gear 114 are not directly connected but are connected via a spur gear 141 and a drive-side relay shaft 142. . Also, in the configuration of FIG. 10, the load-side gear 121 and the load-side output shaft 122 are not directly connected, but are connected via the load-side relay shaft 143 and the coupling 145. And different. However, as the model of the power assist device main body 100b and the method of controlling the power assist device main body 100 by the control device 200, the same model and method as in the case of FIG. 2 can be used.
10 differs from the configuration in FIG. 2 in that the torque sensor 144 is provided on the load-side relay shaft 143, but the control device 200 does not use the torque sensor Control.

実験では、減速機１３０として高効率減速機を用いた。この高効率減速機は、本願発明者の研究室で研究開発されたものであり、一般的な波動歯車装置（Strain Wave Gearing）と比較すると順駆動効率および逆駆動効率が高く、逆起動トルクが小さい。この高効率減速機をパワーアシスト装置に用いることで、パワーアシスト装置のバックドライバビリティ（Back Drivability）が向上し、この点で、使用者および周囲の人の安全性を高めることができる。 In the experiment, a high-efficiency speed reducer was used as the speed reducer 130. This high-efficiency reducer has been researched and developed in the laboratory of the inventor of the present application, and has higher forward drive efficiency and reverse drive efficiency as compared with a general wave train (Strain Wave Gearing), and has a reverse starting torque. small. By using this high-efficiency speed reducer for the power assist device, the back drivability of the power assist device is improved, and in this regard, the safety of the user and the surrounding people can be improved.

このように、この高効率減速機をパワーアシスト装置に用いてバックドライバビリティを確保することで、バックドライバビリティの確保のためにアクチュエータおよびセンサを設ける必要がなく、この点で、パワーアシスト装置の構成の簡単化、着脱の容易性、低価格化および軽量化を図ることができる。
また、実験では、駆動側角度センサ１１２としてエンコーダを用い、負荷側角度センサ１２４としてポテンショメータを用いた。 As described above, by using this high-efficiency reduction gear for the power assist device to secure the back drivability, it is not necessary to provide an actuator and a sensor for securing the back drivability. Simplification of the configuration, ease of attachment / detachment, cost reduction, and weight reduction can be achieved.
In the experiment, an encoder was used as the drive-side angle sensor 112, and a potentiometer was used as the load-side angle sensor 124.

図１１は、トルク推定部２９１による外部トルクの推定結果の例を示すグラフである。図１１は、パワーアシスト装置１の補助動作をＯＦＦにした状態で、トルク推定部２９１が外部トルクを推定した結果を示している。
図１１のグラフの横軸は時間を示し、縦軸はトルクを示す。線Ｌ１１は、外部トルクのセンサ測定値を示す。線Ｌ１２は、トルク推定部２９１が推定した外部トルクを示す。
線Ｌ１２は、おおよそ線Ｌ１１と重なっており、トルク推定部２９１は、外部トルクを高精度に推定できている。 FIG. 11 is a graph illustrating an example of an estimation result of the external torque by the torque estimation unit 291. FIG. 11 shows a result of the torque estimating unit 291 estimating the external torque in a state where the assisting operation of the power assist device 1 is turned off.
The horizontal axis of the graph in FIG. 11 indicates time, and the vertical axis indicates torque. Line L11 shows the sensor measurement of the external torque. A line L12 indicates the external torque estimated by the torque estimating unit 291.
The line L12 substantially overlaps with the line L11, and the torque estimating unit 291 can estimate the external torque with high accuracy.

図１２は、識別部２９２による使用者の意図の識別結果の例を示すグラフである。図１２は、パワーアシスト装置１の補助動作をＯＦＦにした状態で、識別部２９２が、使用者の意図を推定した結果を示している。
図１２のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は、トルク、角速度、および、推定結果のクラスを示す。線Ｌ２１は、負荷側回転部１２０の角速度を示す。線Ｌ２２は、トルク推定部２９１による外部トルクの推定結果を示す。線Ｌ２３は、識別部２９２によるユーザの意図の識別結果を示す。識別部２９２は、線Ｌ２１に示される角速度、および、線Ｌ２２に示されるトルク推定値を用いてユーザの意図を識別している。線Ｌ２３の値１は、ユーザが「動作」を意図しているとの識別結果を示し、値−１は、ユーザが「停止」を意図しているとの識別結果を示す。
図１２に示されるように、識別部２９２が、負荷側回転部１２０の角速度および外部トルク推定値に基づいて、ユーザの意図を識別可能であることを確認できた。 FIG. 12 is a graph illustrating an example of a result of identification of a user's intention by the identification unit 292. FIG. 12 shows a result of the identification unit 292 estimating the intention of the user in a state where the assisting operation of the power assist device 1 is turned off.
The horizontal axis of the graph in FIG. 12 indicates time, and the vertical axis indicates torque, angular velocity, and the class of the estimation result. A line L21 indicates the angular velocity of the load-side rotating unit 120. A line L22 indicates a result of estimation of the external torque by the torque estimation unit 291. A line L23 indicates a result of identification of the user's intention by the identification unit 292. The identification unit 292 identifies the user's intention by using the angular velocity indicated by the line L21 and the estimated torque value indicated by the line L22. The value 1 of the line L23 indicates the identification result indicating that the user intends “operation”, and the value −1 indicates the identification result indicating that the user intends “stop”.
As shown in FIG. 12, it was confirmed that the identification unit 292 can identify the user's intention based on the angular velocity of the load-side rotating unit 120 and the estimated external torque.

図１３は、パワーアシスト装置１が、識別部２９２による使用者の意図の識別結果を用いずに使用者の動作に対する補助を行った動作例を示すグラフである。図１３のグラフの横軸は時間を示し、縦軸はトルクを示す。
線Ｌ３１は、外部トルクのセンサ測定値を示す。線Ｌ３２は、トルク推定部２９１による外部トルクの推定値を示す。線Ｌ３１、線Ｌ３２とも、リンク１２３の停止時（使用者の動作終了時）である１０秒以降の時間帯において外部トルクの振動を示している。これは、高効率減速機が小さな逆起動トルクで動作可能であるがゆえに駆動装置１１１によるリンク１２３の駆動がオーバーシュートし、使用者の意図しない振動が生じたものと考えられる。
このように、パワーアシスト装置に高効率減速機を用いたところ、使用者の動作終了時に使用者の意図しない振動が発生するという新たな課題が見いだされた。 FIG. 13 is a graph illustrating an operation example in which the power assist device 1 assists the user's operation without using the identification result of the user's intention by the identification unit 292. The horizontal axis of the graph in FIG. 13 indicates time, and the vertical axis indicates torque.
Line L31 shows the sensor measurement of the external torque. A line L32 indicates an estimated value of the external torque by the torque estimating unit 291. Both the line L31 and the line L32 show the vibration of the external torque in a time zone after 10 seconds when the link 123 is stopped (at the end of the operation of the user). This is considered to be because the high-efficiency speed reducer can operate with a small reverse starting torque, so that the driving of the link 123 by the driving device 111 overshoots and vibrations not intended by the user occurred.
As described above, when a high-efficiency speed reducer is used in the power assist device, a new problem has been found that vibrations not intended by the user are generated at the end of the user's operation.

図１４は、パワーアシスト装置１が、識別部２９２による使用者の意図の識別結果を用いて使用者の動作に対する補助を行った動作例を示すグラフである。図１４のグラフの横軸は時間を示し、縦軸はトルクを示す。
線Ｌ４１は、外部トルクのセンサ測定値を示す。線Ｌ４２は、トルク推定部２９１による外部トルクの推定値を示す。線Ｌ４１、線Ｌ４２の何れを参照しても、リンク１２３の停止時（使用者の動作終了時）である１１秒以降の時間帯において、図１３の場合のような振動は発生していない。 FIG. 14 is a graph illustrating an operation example in which the power assist device 1 assists the user's operation using the identification result of the user's intention by the identification unit 292. The horizontal axis of the graph in FIG. 14 indicates time, and the vertical axis indicates torque.
Line L41 shows the sensor measurement of the external torque. A line L42 indicates an estimated value of the external torque by the torque estimating unit 291. Regardless of the line L41 or the line L42, the vibration as shown in FIG. 13 does not occur in a time zone after 11 seconds when the link 123 is stopped (at the end of the operation of the user).

制御装置２００が、識別部２９２による使用者の意図の識別結果を用いてパワーアシスト装置本体１００ｂを制御することで、外部トルクの振動を抑制できている。このように、制御装置２００が、識別部２９２による使用者の意図の識別結果を用いてパワーアシスト装置本体１００ｂを制御することで、パワーアシスト装置に高効率減速機を用いた場合に、使用者の動作終了時に使用者の意図しない振動が発生するという課題を解決できた。 The control device 200 controls the power assist device main body 100b using the identification result of the user's intention by the identification unit 292, thereby suppressing the vibration of the external torque. As described above, the control device 200 controls the power assist device main body 100b using the identification result of the user's intention by the identification unit 292, so that the user can use the high-efficiency reducer in the power assist device. This solves the problem that the vibration that the user does not intend occurs at the end of the operation.

以上のように、識別部２９２は、歯車で連結された駆動側回転部および負荷側回転部について、駆動側回転部の回転角度に関する情報、および、負荷側回転部の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方に基づいて、使用者の動作または停止の意図を識別する。トルク制御部２９３は、識別部２９２による識別結果に基づいて、駆動側回転部１１０を回転させる駆動装置１１１のトルクを制御する。
パワーアシスト装置１は、角度センサ、角速度センサ、角加速度センサの何れかを備えればよく、制御のために筋電センサなど他のセンサを備える必要はない。パワーアシスト装置１によれば、この点で、より少ないセンサで使用者の意図に応じた動作を行うことができる。
また、パワーアシスト装置１によれば、使用者の意図によらない振動を抑制することができる。特に、パワーアシスト装置１によれば、上述したように、減速機１３０として高効率減速機を用いた場合に、使用者の動作終了時に使用者の意図しない振動が発生するという課題を解決できる。 As described above, the identification unit 292 determines, for the drive-side rotation unit and the load-side rotation unit connected by gears, at least the information on the rotation angle of the drive-side rotation unit and the information on the rotation angle of the load-side rotation unit. Based on either one, the intention of the user to operate or stop is identified. The torque control unit 293 controls the torque of the driving device 111 that rotates the driving-side rotation unit 110 based on the identification result of the identification unit 292.
The power assist device 1 may include any one of an angle sensor, an angular velocity sensor, and an angular acceleration sensor, and does not need to include another sensor such as a myoelectric sensor for control. According to the power assist device 1, in this regard, the operation according to the intention of the user can be performed with a smaller number of sensors.
Further, according to the power assist device 1, it is possible to suppress the vibration that does not depend on the user's intention. In particular, according to the power assist device 1, as described above, when a high-efficiency speed reducer is used as the speed reducer 130, it is possible to solve the problem that vibrations not intended by the user occur at the end of the user's operation.

また、識別部２９２は、摩擦分が減算された外力推定値に基づいて、使用者の動作または停止の意図を識別する。
このように、トルク推定部２９１が外力（外部トルク）を推定する際に、摩擦分のトルクを除外することで、使用者による外力をより高精度に推定することができる。識別部２９２は、この外力推定値を用いて使用者の意図を識別することで、使用者の意図をより高精度に識別することができる。トルク制御部２９３が、この使用者の意図の識別結果を用いて駆動装置１１１のトルクを制御することで、パワーアシスト装置１は、使用者の動作に対する補助をより高精度に行うことができる。 In addition, the identification unit 292 identifies a user's intention to operate or stop based on the external force estimated value from which the friction component has been subtracted.
As described above, when the torque estimating unit 291 estimates the external force (external torque), by excluding the torque corresponding to the friction, the external force by the user can be estimated with higher accuracy. The identification unit 292 can identify the user's intention with higher accuracy by identifying the user's intention using the estimated external force. The torque control unit 293 controls the torque of the driving device 111 using the identification result of the user's intention, so that the power assist device 1 can assist the user's operation with higher accuracy.

また、パワーアシスト装置１が、摩擦分が除外された使用者による外力に対して動作の補助を行うこと、動作を安定させることができる。特に、パワーアシスト装置１が摩擦を残すことで、使用者の不随意による微小な動作がキャンセルされ、これによって使用者の動作が安定する。 In addition, the power assist device 1 can assist the operation with respect to the external force by the user from which the friction component has been excluded, and can stabilize the operation. In particular, when the power assist device 1 leaves friction, a minute operation due to the involuntary operation of the user is canceled, thereby stabilizing the operation of the user.

また、識別部２９２は、駆動側回転部１１０の回転角度に関する情報、および、負荷側回転部１２０の回転角度に関する情報のうち少なくともいずれか一方と、使用者の動作または停止の意図との関係を機械学習する。
これにより、人手（パワーアシスト装置１の調整作業者）は、使用者の意図の識別のための情報を入力する必要がなく、人手による負担を軽減することができる。 In addition, the identification unit 292 determines the relationship between at least one of the information on the rotation angle of the drive-side rotation unit 110 and the information on the rotation angle of the load-side rotation unit 120 and the user's intention to operate or stop. Learn machine.
This eliminates the need for the human (the adjustment operator of the power assist device 1) to input information for identifying the intention of the user, and can reduce the burden on the human.

なお、制御装置２００が行う処理の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。 A program for realizing all or a part of the processing performed by the control device 200 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by a computer system and executed. Thus, the processing of each unit may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
The “computer system” also includes a homepage providing environment (or a display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, the above-mentioned program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, or may be for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in a computer system.

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the embodiments, and may include design changes and the like without departing from the gist of the present invention.

１パワーアシスト装置
１００パワーアシスト装置本体
１１０駆動側回転部
１１１駆動装置
１１２駆動側角度センサ
１１３駆動側入力軸
１３０減速機
１１４駆動側歯車
１２１負荷側歯車
１２０負荷側回転部
１２２負荷側出力軸
１２３リンク
１２４負荷側角度センサ
２００制御装置
２１０通信部
２８０記憶部
２９０制御部
２９１トルク推定部
２９２識別部
２９３トルク制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power assist device 100 Power assist device main body 110 Drive side rotation part 111 Drive device 112 Drive side angle sensor 113 Drive side input shaft 130 Reduction gear 114 Drive side gear 121 Load side gear 120 Load side rotation part 122 Load side output shaft 123 Link 124 Load-side angle sensor 200 Control device 210 Communication unit 280 Storage unit 290 Control unit 291 Torque estimation unit 292 Identification unit 293 Torque control unit

Claims

The driving-side rotating unit and the load-side rotating unit connected by gears are used based on at least one of information on the rotation angle of the driving-side rotating unit and information on the rotating angle of the load-side rotating unit. An identification unit for identifying the intention of the user to operate or stop;
Based on the identification result by the identification unit, a torque control unit that controls the torque of a driving device that rotates the driving-side rotation unit,
A control device comprising:

The identification unit is configured to identify an intention of the user to operate or stop based on the external force estimated value from which the friction component has been subtracted.
The control device according to claim 1.

The identification unit is configured to determine a relationship between at least one of information about a rotation angle of the drive-side rotation unit and information about a rotation angle of the load-side rotation unit and a user's intention to operate or stop. learn,
The control device according to claim 1.

A power assist device comprising the control device according to claim 1.

The driving-side rotating unit and the load-side rotating unit connected by gears are used based on at least one of information on the rotation angle of the driving-side rotating unit and information on the rotating angle of the load-side rotating unit. Identifying the intention of the person to act or stop;
A step of controlling a torque of a driving device that rotates the driving-side rotating unit, based on an identification result of an intention of the user to operate or stop;
Control method including:

On the computer,
The driving-side rotating unit and the load-side rotating unit connected by gears are used based on at least one of information on the rotation angle of the driving-side rotating unit and information on the rotating angle of the load-side rotating unit. Identifying the intention of the person to act or stop;
A step of controlling a torque of a driving device that rotates the driving-side rotating unit, based on an identification result of an intention of the user to operate or stop;
A program for executing