JP3357787B2 - マッサージ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータに
よって往復駆動されるアーム機構の出力端に施療子を取
り付けて構成されるマッサージ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、椅子の背もたれにマッサージ
機構を組み込んで、椅子に座った被施療者の背中等にマ
ッサージを施すマッサージ装置が普及している。例えば
図９に示すマッサージ装置は、椅子のフレーム(10)に、
昇降駆動機構(80a)を介して往復駆動機構(80b)を連結す
ると共に、該往復駆動機構(80b)の出力部にアーム(61)
を突設し、該アーム(61)の先端部に施療子(60)を取り付
けたものである。昇降駆動機構(80a)及び往復駆動機構
(80b)は夫々駆動源としてモータ(図示省略)を具えてお
り、該モータの回転は減速機構(図示省略)によって減速
され、出力部に往復動となって伝えられる。

【０００３】上記マッサージ装置においては、先ず、被
施療者(９)の身体に合わせて施療子(60)の初期位置を決
めた後、昇降駆動機構(80a)及び往復駆動機構(80b)のモ
ータを正逆に回転させる。これによって、アーム(61)が
一定の範囲で昇降すると同時に前後に揺動し、施療子(6
0)によって被施療者(９)にマッサージが施される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しなしながら、従来の
マッサージ装置においては、昇降駆動機構(80a)及び往
復駆動機構(80b)が、予め規定された１或いは複数の変
位パターンに従って一定範囲で往復動作を行なうに過ぎ
ないため、被施療者(９)自身が常に被施療部を施療子(6
0)へ押し付けて、適切な押圧力が得られる様に調整せね
ばならない。従って、被施療者(９)に与えるべき押圧力
は被施療者(９)の恣意に任されることになる。又、被施
療者(９)が、施療子(60)に押圧されて徐々に姿勢を変え
た場合、押圧力が低下して、充分なマッサージ効果は得
られない問題がある。

【０００５】そこで、発明者らは、押圧力の制御に、従
来より公知の力制御を採用したマッサージ装置を案出し
た。該マッサージ装置においては、所定の力パターンを
目標値として、該力目標値と力現在値の偏差に基づい
て、該偏差を零とする様に駆動機構の出力がフィードバ
ック制御され、所定の力パターンでマッサージが施され
ることになる。

【０００６】ところが、従来の力制御を採用したマッサ
ージ装置においては、被施療者が施療子に押圧されて徐
々に姿勢を変えた場合、押圧力を所定の目標値に設定す
るべく力制御が行なわれるため、施療子の動作位置がマ
ッサージ開始時の初期位置から徐々にずれる問題があっ
た。又、施療子が所定の押圧力を発揮する様に力制御が
行なわれるため、被施療者の僅かな動きにも敏感に反応
して、施療子の動きが固いものとなり、マッサージ師に
よる施療の如きソフトな動作が実現出来ない問題があっ
た。

【０００７】本発明の目的は、被施療者の姿勢の変化に
拘わらず、施療子の動作位置を初期位置に維持すること
が出来、然も、施療子のソフトな動きを実現したマッサ
ージ装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明に係るマッサージ装
置においては、アクチュエータによって往復駆動される
アーム機構の出力端に施療子が取り付けられ、アクチュ
エータの動作は制御回路によって制御されている。該ア
クチュエータには、その出力端の位置を検知するための
位置センサーと、出力端が発揮する力の大きさを検出す
るための力センサーとが連繋している。又、制御回路
は、アクチュエータの出力端が発揮すべき力パターンを
時間の関数として生成する力パターン生成手段と、前記
の力パターンを仮想的な弾性部材の弾性反発力によって
発生させると仮定した場合の該弾性部材の弾性変形位置
を算出する第１演算処理手段と、前記算出された弾性変
形位置と変位センサーによって検出された位置現在値と
の偏差に前記弾性部材の弾性係数を乗算して、力目標値
を算出する第２演算処理部と、前記算出された力目標値
と力センサーによって検出された力現在値との偏差に基
づいてアクチュエータを制御する力制御手段とを具えて
いる。

【０００９】上記マッサージ装置においては、アクチュ
エータの出力端が発揮すべき力パターンが、仮想的な弾
性部材の変形位置に置き換えられた上、該変形位置と位
置現在値との偏差に弾性部材の弾性係数を乗算して、力
目標値が算出される。従って、あたかもアクチュエータ
とアーム機構の間に弾性部材が介在し、被施療部に所定
の押圧力を与える様にアーム機構が位置制御される場合
と等価な制御動作が実現される。

【００１０】ここで、力目標値は零を基準として周期的
に変化するが、力目標値が零となったとき、前記弾性部
材の弾性変形位置は、自由状態での位置を目標として制
御され、この結果、施療子は、力目標値が零となる度
に、マッサージ開始時の初期位置に戻ることになる。従
って、被施療者が姿勢を変えた場合でも、施療子の動作
位置がずれることはない。

【００１１】又、被施療者が姿勢を変えた場合、これに
伴う被施療部の位置の変化は、前記仮想的な弾性部材の
弾性変形範囲内で吸収されることになり、この緩衝作用
によって、施療子の動きは滑らかなものとなり、ソフト
なマッサージ動作が実現される。

【００１２】具体的構成において、制御回路は更に、位
置現在値の時間変化率が所定の閾値を上回ったとき、ア
ーム機構を所定の初期位置へ移動させる制御手段を具え
ている。被施療者が急激に姿勢を変えたとき、この動き
に追従する様、施療子が高速で移動することになるが、
この場合、該具体的構成においては、アクチュエータの
出力端の位置現在値の時間変化率が所定の閾値を上回る
こととなり、アーム機構はマッサージ開始時の初期位置
に復帰する。従って、マッサージ装置の暴走が未然に防
止され、安全が図られる。

【００１３】又、他の具体的構成において、制御回路は
更に、前記弾性部材の弾性係数を入力するための入力手
段を具えている。該具体的構成によれば、マッサージ動
作に伴う施療子の動きの柔軟性を調整することが出来
る。

【００１４】

【発明の効果】本発明に係るマッサージ装置によれば、
被施療者の姿勢の変化に拘わらず、施療子の動作位置を
初期位置に維持することが出来、然も、施療子のソフト
な動きによって、快適且つ効果的なマッサージが実現さ
れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。本発明に係るマッ
サージ装置は、図１に示す如く椅子のフレーム(１)に取
り付けられており、一対の施療子(６)(６)によって被施
療者の肩などを揉むことが可能である。尚、図１に示す
マッサージ装置は、両肩に対応した位置に左右一対が取
り付けられるが、これらは同一の構成を有しているの
で、一方については図示及び説明を省略する。

【００１６】図示の如く、フレーム(１)には固定ベース
(11)が固定され、該固定ベース(11)上に、垂直の出力軸
を有する第１モータ(２)が取り付けられている。第１モ
ータ(２)の出力軸には、昇降ベース(21)が連結され、該
昇降ベース(21)上に、前後水平方向の出力軸を有する第
２モータ(３)が取り付けられている。第２モータ(３)の
出力軸には、前後水平方向の移動が案内された往復ブロ
ック(31)が連繋している。従って、往復ブロック(31)
は、第１モータ(２)によって垂直のＸ軸方向に往復駆動
が可能であると共に、第２モータ(３)によって水平のＹ
軸方向に往復駆動が可能である。

【００１７】往復ブロック(31)には、一対の施療子(６)
(６)を具えたヘッド(41)が取り付けられており、該ヘッ
ド(41)は、往復ブロック(31)上に取り付けられた第３モ
ータ(４)によってφ軸回りに回転駆動される。又、一対
の施療子(６)(６)は、ヘッド(41)に取り付けられた第４
モータ(５)によってθ軸回りに開閉駆動される。

【００１８】上述の如く、一対の施療子(６)(６)は、図
１中に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、φ軸回り、及びθ軸回
りの合計４自由度についての駆動が可能であって、これ
ら４自由度についての駆動を互いに協調させることによ
って、様々なモードのマッサージ動作が実現される。

【００１９】図２は、上記マッサージ装置において、任
意の１軸についての駆動制御系を表わしている。尚、他
の３軸についても同様の駆動制御系が構成されており、
前記第１乃至第４モータ(２)(３)(４)(５)を図２中では
モータ(82)で代表している。従って、以下の制御動作
は、各モータ(２)(３)(４)(５)を駆動源とする４つの駆
動制御系の夫々について実行される。

【００２０】モータ(82)はモータドライバ(81)から供給
される電流によって駆動される。該モータ(82)には、出
力軸の回転角度を検出するための角度センサー(83)と、
出力軸が発揮する力を検出するための力センサー(84)が
内蔵されている。斯くして、モータドライバ(81)、モー
タ(82)、角度センサー(83)及び力センサー(84)を具えた
アクチュエータ(８)が構成される。

【００２１】アクチュエータ(８)を駆動制御するべく、
マイクロコンピュータからなる制御回路(７)が装備され
ている。該制御回路(７)には、後述の制御動作に必要な
データを格納するためのメモリ(71)が接続されている。

【００２２】又、被施療者がマッサージ装置に対して各
種の指令やデータを入力するための遠隔制御器(以下、
リモコンという)(72)が装備されており、該リモコン(7
2)からの制御信号はインターフェース(73)を介して制御
回路(７)へ入力される。アクチュエータ(８)の角度セン
サー(83)及び力センサー(84)による検出信号はＡ／Ｄコ
ンバータ(74)を介して制御回路(７)へ入力される。これ
らの入力信号に応じて制御回路(７)はアクチュエータ
(８)に対する制御信号を作成し、該制御信号はＤ／Ａコ
ンバータ(75)を経て、アクチュエータ(８)のモータドラ
イバ(81)へ供給される。この結果、アクチュエータ(８)
のモータ(82)が駆動され、後述の各種動作が実現される
のである。

【００２３】図３は、マッサージ動作において制御回路
(７)が実行する制御手続きを表わしている。先ずステッ
プＳ１にて第１タイマー変数Ｔ０及び内部クロックTime
を０にリセットした後、ステップＳ２にて内部クロック
Timeが発生する時間データを第２タイマー変数Ｔに代入
する。次に、ステップＳ３にて第２タイマー変数Ｔと第
１タイマー変数Ｔ０の差が所定の制御周期δｔよりも大
きいか否かを判断し、ＮＯの場合はステップＳ２及びス
テップＳ３を繰り返す。その後、ステップＳ３にてＹＥ
Ｓと判断されたときは、ステップＳ４に移行して、第２
タイマー変数Ｔの値を第１タイマー変数Ｔ０に代入した
後、ステップＳ５では、前記角度センサー(83)及び力セ
ンサー(84)によって位置現在値Ｊnow及び力現在値Ｆnow
を検出する。

【００２４】続いて、ステップＳ６にて、本発明の特徴
的構成を有するコンプライアンス制御の操作量が算出さ
れる。図４は、コンプライアンス制御操作量算出の具体
的手続きを表わしている。先ずステップＳ６１にて、下
記数１によって定義されるコンプライアンス制御位置Ｊ
cを算出する。

【００２５】

【数１】Ｊc＝Ｆf(ｔ)／Ｋ＋Ｊ０ ここでＦf(ｔ)は、前記モータ(82)の出力軸が発揮すべ
き力パターン関数であって、例えば下記数２によって定
義される。Ｋは、コンプライアンス制御にてモータ(82)
の出力軸に仮想的に接続されるバネのバネ定数である。
又、Ｊ０は施療開始時におけるモータ(82)の出力軸の位
置(初期位置)である。

【００２６】

【数２】Ｆf(ｔ)＝Ａ・｛１−cos(２π／Ｂ・ｔ)｝ ここで、Ａは力パターンの振幅、Ｂは力パターンの周期
である。

【００２７】即ち、数１によって算出されるコンプライ
アンス制御位置Ｊcは、数２の力パターン関数Ｆf(ｔ)を
前記仮想的なバネの弾性反発力によって発生させると仮
定した場合の弾性変形量(Ｆf(ｔ)／Ｋ)と、施療開始時
のモータ(82)の初期位置Ｊ０との合計値となる。

【００２８】例えば、図１に示す施療子(６)(６)を直接
に駆動する第４モータ(５)については、該モータ(５)の
出力軸と施療子(６)(６)の間に仮想的なバネが介在し、
図８(ａ)(ｂ)に示す如く被施療者(９)はバネ定数Ｋのバ
ネの先端部によって押圧されるものと考える。この場
合、前記数１の初期位置Ｊ０は、図８(ａ)の如くバネが
自然状態のときのバネ基端部の位置に対応し、このとき
のコンプライアンス制御位置Ｊcは前記初期位置Ｊ０と
一致する。この初期位置を基準として、図８(ｂ)の如く
被施療者(９)が力パターン関数Ｆf(ｔ)で押圧されたと
き、バネはＦf(ｔ)／Ｋだけ収縮することとなり、この
ときのバネ基端部の位置は、コンプライアンス制御位置
Ｊcとして上記数１によって算出される。

【００２９】尚、上記バネ定数Ｋは、被施療者(９)が図
１のリモコン(72)を操作して適切な値を入力設定するこ
とが出来る。

【００３０】図４のステップＳ６１によりコンプライア
ンス制御位置Ｊcが算出された後、図４のステップＳ６
２にて下記数３によって力目標値Ｆrefを算出する。

【数３】Ｆref＝Ｋ(Ｊc−Ｊnow) これによって、コンプライアンス制御位置Ｊcと現在位
置Ｊnowの偏差だけバネが変形したときの弾性反発力
が、力目標値Ｆrefとして設定されることになる。

【００３１】次にステップＳ６３にて、力目標値Ｆref
と力現在値Ｆnowの差が力偏差Ｆerrとして設定された
後、ステップＳ６４では、該力偏差Ｆerrに基づいてモ
ータに対する制御操作量ｕ(ｔ)が算出され、該制御操作
量ｕ(ｔ)がステップＳ６５にてモータへ出力される。

【００３２】図６は、前記制御回路(７)が力制御におい
て構成する制御ブロックを表わしている。モータ(82)の
出力軸(85)が発揮する力が力センサー(84)によって検出
され、該検出信号と力目標値との偏差が、周知のＰＩＤ
調節器(70)へ供給され、これによって作成された制御信
号がモータドライバ(81)へ入力される。モータドライバ
(81)は、制御信号に応じた駆動電流を発生して、モータ
(82)へ供給する。この結果、モータ(82)は、制御偏差を
零に近づける様に駆動される。

【００３３】図３のステップＳ６にてコンプライアンス
制御操作量がモータへ出力された後、ステップＳ７で
は、前記モータ(82)の出力軸の速度を算出する。即ち、
図５に示す如く、ステップＳ７１にて下記数４によって
速度現在値Ｖnowを算出した後、該位置現在値Ｊnowをス
テップＳ７２にて１制御周期だけ過去の位置Ｊoldに代
入する。

【数４】Ｖnow＝(Ｊnow−Ｊold)／δｔ

【００３４】その後、図３のステップＳ８にて、速度現
在値Ｖnowが所定の速度上限値Ｖlimを上回っているか否
かを判断し、ＹＥＳの場合は、被施療者の姿勢の急激な
変化等によって施療子が危険な速度で移動する虞れがあ
るため、ステップＳ９へ移行して、位置制御によって施
療子を初期位置へ移動させる。その後、ステップＳ１に
戻って、初期位置から施療を再開する。これによって、
被施療者の安全が図られる。

【００３５】図７は、前記制御回路(７)が位置制御にお
いて構成する制御ブロックを表わしている。モータ(82)
の出力軸(85)の回転角度が角度センサー(83)によって検
出され、該検出信号と位置目標値との偏差が、周知のＰ
ＩＤ調節器(70)へ供給され、これによって作成された制
御信号がモータドライバ(81)へ入力される。モータドラ
イバ(81)は、制御信号に応じた駆動電流を発生して、モ
ータ(82)へ供給する。

【００３６】図３のステップＳ８にてＮＯと判断された
ときは、ステップＳ１０に移行して、施療を終了するか
どうかを判断し、ＮＯの場合はステップＳ２に戻って施
療を続行する。ステップＳ１０にてＹＥＳと判断された
ときは、ステップＳ１１にて、位置制御によって施療子
を初期位置へ移動させ、一連のマッサージ動作を終了す
る。

【００３７】上述の如く本発明に係るマッサージ装置に
おいては、コンプライアンス制御の導入によって、被施
療者の姿勢の変化に拘わらず、施療子の動作位置を初期
位置に維持することが出来、然も、施療子のソフトな動
きにより、快適且つ効果的なマッサージ動作を実現出来
る。又、コンプライアンス制御のバネ定数を変化させる
ことによって、施療子によるマッサージ動作の柔軟性を
調整することが出来、効果的な施療が可能である。

【００３８】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
あることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマッサージ装置の斜視図である。

【図２】該マッサージ装置の駆動制御系の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】該マッサージ装置における制御手続きを表わす
フローチャートである。

【図４】コンプライアンス制御操作量の算出手続きを表
わすフローチャートである。

【図５】速度算出手続きを表わすフローチャートであ
る。

【図６】力制御の制御ブロック図である。

【図７】位置制御の制御ブロック図である。

【図８】コンプライアンス制御の原理を説明する図であ
る。

【図９】従来のマッサージ装置の概略構成を表わす側面
図である。

【符号の説明】

(１) フレーム (２) 第１モータ (３) 第２モータ (４) 第３モータ (５) 第４モータ (41) ヘッド (６) 施療子 (８) アクチュエータ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータによって往復駆動される
   アーム機構の出力端に施療子が取り付けられ、アクチュ
   エータの動作は制御回路によって制御されるマッサージ
   装置において、アクチュエータには、その出力端の位置
   を検知するための位置センサーと、出力端が発揮する力
   の大きさを検出するための力センサーとが連繋し、制御
   回路は、 アクチュエータの出力端が発揮すべき力パターンを時間
   の関数として生成する力パターン生成手段と、 前記力パターンを仮想的な弾性部材の弾性反発力によっ
   て発生させると仮定した場合の該弾性部材の弾性変形位
   置を算出する第１演算処理手段と、 前記算出された弾性変形位置と変位センサーによって検
   出された位置現在値との偏差に、前記弾性部材の弾性係
   数を乗算して、力目標値を算出する第２演算処理部と、 前記算出された力目標値と力センサーによって検出され
   た力現在値との偏差に基づいて、アクチュエータを制御
   する力制御手段とを具えていることを特徴とするマッサ
   ージ装置。
2. 【請求項２】 制御回路は更に、位置現在値の時間変化
   率が所定の閾値を上回ったとき、アーム機構を所定の初
   期位置へ移動させる制御手段を具えている請求項１に記
   載のマッサージ装置。
3. 【請求項３】 制御回路は更に、前記弾性部材の弾性係
   数を入力するための入力手段を具えている請求項１又は
   請求項２に記載のマッサージ装置。