JP3384680B2

JP3384680B2 - マッサージ装置

Info

Publication number: JP3384680B2
Application number: JP14812096A
Authority: JP
Inventors: 正夫久米
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1996-05-16
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: JPH09299424A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の自由度を有
するアーム機構の出力端に取り付けた施療子によって、
人体にマッサージを施す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２２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
める。この際、リモートコントローラ等の操作により前
記昇降駆動機構(80a)や往復駆動機構(80b)を動作させ
て、施療子(60)を初期位置まで移動させる。その後、昇
降駆動機構(80a)及び往復駆動機構(80b)のモータを正逆
に回転させることによって、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(60)によって被
施療者(９)にマッサージが施されるのである。

【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、被施療者(９)の身体に合わ
せて施療子(60)を揉み動作開始位置まで移動させる過程
で、リモートコントローラの操作が煩雑であるばかりで
なく、施療子(60)の正確な位置決めが困難である問題が
あった。

【０００５】ところで、従来より、力目標値と力現在値
の偏差に基づいてアクチュエータを制御する力制御と、
変位目標値と変位現在値の偏差に基づいてアクチュエー
タを制御する位置制御の２つの制御方式が知られてい
る。そこで、マッサージ装置の制御に何れか一方の制御
方式を採用することが考えられるが、特に、複数のアク
チュエータの駆動によって所定のマッサージ動作を実現
するマッサージ装置においては、各アクチュエータを夫
々の目的に応じて動作させる必要がある。従って、何れ
の制御方式を採用した場合にも、全てのアクチュエータ
を全体として適切に制御することは困難である。

【０００６】本発明の目的は、揉み動作開始に際して、
全てのアクチュエータを全体として適切に制御すること
により、施療子を被施療者の身体に応じた適切な揉み動
作開始位置へ自動的且つ正確に移動させて位置決めする
ことが出来るマッサージ装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明に係るマッサージ装
置は、複数の自由度を有するアーム機構と、該アーム機
構を各自由度毎に駆動する複数のアクチュエータと、ア
ーム機構の出力端に取り付けられた施療子と、各アクチ
ュエータの動作を制御する制御回路とから構成される。
各アクチュエータには、夫々の自由度について生じる変
位を検知するための変位センサーと、夫々の自由度につ
いて生じる力を検知するための力センサーとが連繋して
いる。又、制御回路は、各自由度について発揮すべき力
の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、各アクチュエータを制御する力制御手
段と、各自由度についての変位量の目標値と変位センサ
ーによって検出された変位現在値との偏差に基づいて、
各アクチュエータを制御する位置制御手段と、アーム機
構の出力端を揉み動作開始位置まで移動させる過程で、
アーム機構の各自由度毎に、力制御手段による力制御モ
ード及び位置制御手段による位置制御モードの内、何れ
か一方の制御モードを設定するマッサージ動作制御手段
とを具えている。

【０００８】上記マッサージ装置においては、アーム機
構の出力端、即ち施療子の基端部を揉み動作開始位置ま
で移動させる過程で、アーム機構の各自由度毎に、力制
御モード及び位置制御モードの内、各自由度毎の動作に
適した何れか一方の制御モードが設定され、アーム機構
全体としては、両制御モードの組合せによって、施療子
の位置決めが行なわれる。従って、全てのアクチュエー
タを夫々の目的に応じて適切に制御することが可能とな
り、施療子を正確且つ自動的に揉み動作開始位置へ位置
決めすることが出来る。

【０００９】具体的構成において、施療子は複数本の指
片を具え、アーム機構は、施療子を昇降させるｘ軸機構
部と、施療子を前記昇降方向とは直交する前後方向へ移
動させるｙ軸機構部と、施療子をアーム機構の出力端を
中心として回転させるφ軸機構部と、施療子の指片を開
閉動作させるθ軸機構部とから構成される。該具体的構
成においては、ｘ軸機構部、ｙ軸機構部、φ軸機構部及
びθ軸機構部の夫々にアクチュエータが連結され、ｘ
軸、ｙ軸、φ軸及びθ軸の４軸に対して駆動制御が行な
われる。これによって、施療子が揉み動作開始位置に適
切な姿勢でセットされ、その後、被施療部に対する揉み
動作が開始される。

【００１０】又、具体的構成において、マッサージ動作
制御手段は、被施療部の位置及び姿勢に応じて、施療子
による最適な揉み位置を検索し、最適な揉み位置へ施療
子を移動させる揉み位置検索手段と、被施療部の形状に
応じて、施療子の揉み動作の基準となるならい面を検索
するならい面検索手段とを具えている。

【００１１】ここで、揉み位置検索手段は、施療子を被
施療部へ向けて接近させ、基準となる１本の指片を被施
療者の背面に接触させる背面検索動作にて、ｘ軸機構部
及びｙ軸機構部については位置制御モードを設定すると
共に、φ軸機構部及びθ軸機構部については力目標値を
零とする力制御モードを設定する。この場合、ｘ軸機構
部及びｙ軸機構部が位置制御されることによって、施療
子が被施療部に接近し、基準となる１本の指片が被施療
者の背面に接触する。

【００１２】次に、揉み位置検索手段は、全ての指片を
被施療者に接触させる着地動作にて、ｘ軸機構部及びφ
軸機構部については力目標値を零とする力制御モードを
設定すると共に、ｙ軸機構部及びθ軸機構部については
位置制御モードを設定する。ここで、ｙ軸機構部及びθ
軸機構部が位置制御されることによって、施療子が更に
被施療部に接近すると共に、施療子の全ての指片が閉じ
て、被施療者に接触する。又、この過程で、ｘ軸機構部
及びφ軸機構部が力目標値を零として力制御されること
により、施療子のｘ軸方向の位置やφ軸回りの姿勢が被
施療者から受ける反力によって自動的に調整されて、全
ての指片が無理なく、被施療者に接触することになる。
この様にして、全ての指片が被施療者に接触すると、そ
のときの施療子の位置及び姿勢に基づいて、最適な揉み
位置を推定することが可能となる。

【００１３】そこで、揉み位置検索手段は、施療子を最
適揉み位置まで移動させる動作にて、φ軸機構部につい
ては力目標値を零とする力制御モードを設定する一方、
θ軸機構部については力目標値を所定の把握力とする力
制御モードを設定すると共に、ｘ軸機構部及びｙ軸機構
部については位置制御モードを設定する。これによっ
て、施療子は、被施療部を所定の把握力で把握した状態
を維持しつつ、最適揉み位置まで移動することになる。

【００１４】その後、ならい面検索手段は、アーム機構
の出力端を被施療部に対して接近又は離間させる動作に
て、φ軸機構部については力目標値を零とする力制御モ
ードを設定する一方、θ軸機構部については力目標値を
所定の把握力とする力制御モードを設定すると共に、ｘ
軸機構部及びｙ軸機構部については位置制御モードを設
定する。これによって、施療子は、被施療部を所定の把
握力で把握した状態を維持しつつ、最適揉み位置を基準
として、被施療部に対して僅かに接近又は離間する。こ
の過程で、施療子の指片が開き動作又は閉じ動作を行な
う。従って、その開き角度又は閉じ角度に基づいて、各
指片が揉み動作を行なう際の基準となるならい面を検知
することが出来る。

【００１５】以上の動作によって、施療子が揉み動作開
始位置に所定の姿勢でセットされた後は、実際の揉み動
作に移行し、施療子によって、前記ならい面に対して垂
直な力成分と水平の力成分を有する所定の力パターンを
発生させる様、力制御が行なわれる。

【００１６】

【発明の効果】本発明に係るマッサージ装置によれば、
揉み動作開始に際して施療子を被施療者の身体に応じた
適切な揉み動作開始位置へ自動的に且つ正確に位置決め
することが出来る。

【００１７】

【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、開閉可能な一対の施療子(６)(６)に
よって、被施療者の肩を揉む２本の指片(指１及び指２)
が構成されている。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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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軸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。以
下、図１に示す本発明のマッサージ装置をＭＴＵ(Mecha
notherapy Unit)と称する。

【００２１】図２は、上記ＭＴＵ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(8
2)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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】被施療者がＭＴＵに対して各種のデータや
指令を与え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(72)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。又、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。

【００２５】図３は、上記駆動制御系の制御回路によっ
て構成される制御ブロックを表わしており、各種の指令
を発するマッサージ動作制御システム(701)とＭＴＵ(70
6)の間には、力制御系と位置制御系が介在している。力
制御系を構成している力センサ(708)(図２では力センサ
ー(84))の検出信号と、位置制御系を構成している位置
センサ(714)(図２では角度センサー(83))の検出信号
は、マッサージ動作制御システム(701)へ供給される。

【００２６】力制御系において、マッサージ動作制御シ
ステム(701)から発せられる指令には、後述する直接関
節力指令値τsd、予圧力指令値Ｆsd、バネ変位指令ｍ、
接触点初期位置Ｐt0、及び直接関節位置指令値θsdが含
まれる。予圧力指令値Ｆsdは後述する変換行列Σ(702)
によって指座標における予圧力に変換される。又、バネ
変位指令ｍは後述する変換行列Ω(703)によって指先座
標におけるバネ作用力に変換される。そして、予圧力と
バネ作用力が加算されて、指先力指令値Ｆdが作成され
る。

【００２７】指先力指令値Ｆdは、更に転置ヤコビアン
行列Ｊc^T(704)によって関節力に変換された後、直接関
節力τsdと加算されて、関節力指令値τdが作成され、
該関節力指令値τdは力サーボ制御器(705)へ供給され
る。又、バネ変位指令ｍは、施療対象(707)、即ち人体
の変位についての遅れを補償するための対象ダイナミッ
クス補償系Ｇ(709)を経て、指先変位参照値ｍ_tに変換さ
れる。一方、ＭＴＵ(706)の関節位置θと初期接触点に
対応する関節位置θ０との偏差、即ち関節位置の変化
が、キネマティクス変換器(710)を経て指先位置の変化
(指先変位)に変換される。そして、前記の指先変位参照
値ｍ_tと指先変位との偏差ｅが算出され、マッサージ動
作制御システム(701)へ供給される。該偏差ｅは、対象
となる被施療部の柔らかさ或いは弾性についての予測誤
差を表わしており、この値に応じて後述のバネ定数Ｋが
変更される。

【００２８】又、バネ変位指令ｍは積算器Σp(711)を経
て積算され、更に接触点初期位置Ｐt0と加算された後、
キネマティクス逆変換器(712)へ入力される。これによ
って得られる関節位置は直接関節位置指令値θsdと加算
されて、関節位置指令値θdが作成され、該関節位置指
令値θdは位置サーボ制御器(713)へ供給される。力サー
ボ制御器(705)の出力と位置サーボ制御器(713)の出力は
加算され、実関節力τとなって、ＭＴＵ(706)へ加えら
れる。この結果、ＭＴＵ(706)が発揮する力Ｆによって
施療対象(707)にマッサージが施されることになる。
尚、上述の力制御系及び位置制御系は、４つの関節軸
(Ｘ軸、Ｙ軸、φ軸及びθ軸)の夫々について、任意の何
れか一方の制御系をオン、他方の制御系をオフとして、
関節軸毎に制御方式を切り替える。

【００２９】マッサージ動作制御システム(701)は、図
４に示す如く、肩揉み位置検索動作タスク(721)、なら
い面検索動作タスク(722)、揉み動作タスク(723)、制御
パラメータ調整タスク(724)、指先滑り検知タスク(725)
及び揉み動作評価タスク(726)の６つのタスクを実行す
ることが可能である。以下、各タスクを実行するための
制御手続きについて説明する。

【００３０】肩揉み位置探索動作タスク肩揉み位置検索動作は、施療子を被施療者の肩揉み位置
まで移動させて、２本の指片を肩に接触させるための動
作であって、背面検索動作、両指着地動作、及び揉み姿
勢調節動作から構成される。図５はＭＴＵを模式的に表
わしたものであって、図中において、φ軸よりも先端側
をリスト、φ軸のｘ−ｙ座標上での位置をリスト位置と
いう。又、φ軸が時計方向に回転するとき、遅れ側の指
片を指１、進み側の指片を指２という。

【００３１】(１) 背面検索動作背面検索動作は、図６に示す如くリストを被施療者に向
けて前進させて、基準となる指１を被施療者の背面に適
度な高さで接触させる動作である。該動作においては、
図示の如く被施療者の体格によって背面の高さが異なる
ため、リストは、被施療者に向けて前進させると共に、
高さ位置の調節を行なう必要がある。

【００３２】図１７は、背面検索動作における制御手続
きを表わしている。尚、図１７中で使用されている変数
は、図６中に定義されている。先ずステップＳ１１に
て、ｘ軸及びｙ軸については位置サーボをオンとする一
方、φ軸及びθ軸については、力目標値を零とする力サ
ーボをオンとした後、ステップＳ１２にて、ｙ軸につい
ての位置目標値を更新することによって、一定速度でｙ
軸を移動させる。そして、ステップＳ１３では、指１が
被施療者に接触したか否かを判断し、ＹＥＳの場合は、
ｙ軸の動作を停止して、ステップＳ１５にて後述の両面
着地動作へ移行する。標準の座高を有する被施療者につ
いては、ステップＳ１３にてＹＥＳと判断され、被施療
者の背面検索が終了する。尚、施療子の指片が被施療部
に接触したか否かは、例えば指片に接触センサーを設け
ることによって検出することが出来るが、本実施例で
は、力センサーによって検出される反力が所定の閾値を
上回ったとき、指片が被施療部に接触したものと判定す
る。

【００３３】これに対し、座高が標準よりも高い被施療
者や標準よりも低い被施療者については、ステップＳ１
３にてＮＯと判断される。そして、ステップＳ１６にて
指２の接触を判断する。ここで、座高の高い被施療者に
ついてはＹＥＳと判断される。次にステップＳ１７にて
ｙ軸の動作を停止して、ステップＳ１８にて、リストを
更に上方に移動させることが出来るか否かを判断する。
ここで、ＹＥＳと判断されたときは、ステップＳ１９に
移行して、ｘ座標値を変えずに背面検索初期位置までリ
ストを移動させ、更にステップＳ２０にて、リストの開
き距離Ｌの１／２の距離だけｘ軸を上方へ移動させた
後、ステップＳ１２に戻る。これによって、リストの高
さ位置を調節した上で、再度、ｙ軸の移動が行なわれる
ことになる。ステップＳ１８にてＮＯと判断されたとき
は、ステップＳ２１で対象が無いものと判断する。

【００３４】座高の低い被施療者については、ステップ
Ｓ１６にてＮＯと判断される。この場合、ステップＳ２
２へ移行して、ｙ軸が背面標準位置から更に許容偏差だ
け前進したどうかを判断し、ＮＯのときはステップＳ１
２へ戻り、ＹＥＳのときは、ステップＳ２３でｙ軸の動
作を停止する。その後、ステップＳ２４にて、リストを
更に下方へ移動させることが出来るか否かを判断する。
ここで、ＹＥＳと判断されたときは、ステップＳ２５に
移行して、ｘ座標値を変えずに背面検索初期位置までリ
ストを移動させ、更にステップＳ２６にて、リストの開
き距離Ｌの１／２の距離だけｘ軸を下方へ移動させた
後、ステップＳ１２に戻る。これによって、リストの高
さ位置を調節した上で、再度、ｙ軸の移動が行なわれる
ことになる。ステップＳ２４にてＮＯと判断されたとき
は、ステップＳ２７で対象が無いものと判断する。上述
の手続きによって、指１のみが被施療者の背面に接触し
た状態が実現される。

【００３５】(２) 両指着地動作両指着地動作は、図７に示す如くリストを前進させつ
つ、両指を閉じて、両指を被施療者の肩に接触させる動
作である。該動作においては、被施療者の体格に応じて
肩の位置が異なるため、両指で肩を挟み込むことが出来
るリスト位置を設定する必要がある。

【００３６】図１８は、両指着地動作における制御手続
きを表わしている。尚、図１８中で使用されている変数
は、図７中に定義されている。先ずステップＳ３１に
て、ｘ軸及びφ軸については、力目標値を零とする力サ
ーボをオンとする一方、ｙ軸及びθ軸については位置サ
ーボをオンとする。又、ステップＳ３２では、ｙ軸フラ
グ及びθ軸フラグをオンとする。

【００３７】次にステップＳ３３にて、ｙ軸フラグ及び
θ軸フラグがオンならば、両軸の位置目標値を更新する
とによって、ｙ軸を前進方向へ、θ軸を閉じ方向へ一定
速度で移動させる。続いてステップＳ３４にて、指２が
被施療者に接触したかどうかを判断し、ＹＥＳの場合
は、ステップＳ３５にてｙ軸及びθ軸の動作を停止させ
る。そして、ステップＳ３６では、角度φの現在値が所
定の閾値φｕを下回ったかどうかを判断し、ＹＥＳのと
きは、両指が被施療者の肩を挟み込んだものと判定し
て、ステップＳ３７の肩揉み位置推定動作へ移行する。
その後、ステップＳ３８にて、リストを肩揉み推定位置
へ移動させた後、ステップＳ３９にてならい面検索動作
へ移行する。

【００３８】一方、ステップＳ３６にてＮＯと判断され
たときは、リストの位置が低すぎるものと判定し、更に
ステップＳ４０にてリストを更に上昇させることが出来
るかどうかを判断し、ＹＥＳのときは、ステップＳ４
１、Ｓ４２にてリストを上昇させた後、ステップＳ４３
にて前述の背面検索動作へ戻る。ステップＳ４０にてＮ
Ｏと判断されたときは、ステップＳ５０の異常終了動作
へ移行する。又、ステップＳ３４にてＮＯと判断された
ときは、ステップＳ４４にて、θ軸フラグがオンである
かどうかを判断し、ＹＥＳのとき、即ちθ軸が動作中の
ときは、ステップＳ４５にて、角度θが所定の下限値θ
ｕを下回ったか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップ
Ｓ４６にてθ軸の動作を停止させると共に、θ軸フラグ
をオフとする。

【００３９】その後、ステップＳ４７にて、ｙ軸フラグ
がオンであるかどうかを判断し、ＹＥＳのとき、即ちｙ
軸が動作中のときは、ステップＳ４８にて、ｙ座標値が
所定の下限値ｙｕを下回ったか否かを判断し、ＹＥＳの
ときはステップＳ４９にてｙ軸の動作を停止させると共
に、ｙ軸フラグをオフとし、ステップＳ５０の異常終了
動作へ移行する。一方、ステップＳ４５にてＮＯと判断
されたときは、ステップＳ５１にてｙ軸フラグがオンで
あるかどうかを判断し、ＹＥＳのとき、即ちｙ軸が動作
中のときは、ステップＳ５２にて、ｙ座標値が所定の下
限値ｙｕを下回ったか否かを判断し、ＹＥＳのときはス
テップＳ５３にてｙ軸の動作を停止させると共に、ｙ軸
フラグをオフとし、ステップＳ３３へ戻る。

【００４０】上述の手続きによって、両指片が被施療者
の肩を両側から挟み込んだ状態が実現されることにな
る。この過程で、ｘ軸機構部及びφ軸機構部が力目標値
を零として力制御されることにより、リストのｘ軸方向
の位置やφ軸回りの姿勢が被施療者から受ける反力によ
って自動的に調整されて、両指片が無理なく、被施療者
に接触することになる。

【００４１】(３) 揉み姿勢調節動作上述の如く両指片が被施療者に接触すると、そのときの
リストの位置及び姿勢に基づいて、最適な揉み位置が推
定される。

【００４２】図８及び図９は、標準肩モデル(図８(ｂ))
に基づいて、実際の肩(図８(ａ))における肩揉み位置推
定位置Ｍを導出する原理と手続きを表わしている。図８
(ａ)中のＷは、前記両指着地動作後のリストの位置であ
る。図９の手続きによれば、実際の肩と標準肩モデルの
間に相似的な関係が成り立つことを前提に、標準肩モデ
ルにおいて予め設定されている肩揉み位置に対応する位
置として、実際の肩における肩揉み推定位置が導出され
る。

【００４３】次に、肩揉み推定位置へリストを移動させ
る。この際、移動軌跡は、指片の開き角度に応じて、図
８中の所定の経路、、或いはを選択する。図１９
は、肩揉み推定位置への移動動作における制御手続きを
表わしている。先ずステップＳ６１にて、φ軸について
は力目標値を零とする力サーボをオン、θ軸については
力目標値を一定の把握力とする力サーボをオンとすると
共に、ｘ軸及びｙ軸については位置サーボをオンとす
る。

【００４４】次にステップＳ６２では、ｘ軸及びｙ軸に
ついての位置目標値を更新することによって、両軸を夫
々一定軌道に沿って目標点へ移動させる。そして、ステ
ップＳ６３にて、指１の接触力Ｆt1の絶対値が所定の上
限値Ｆmaxよりも小さいか否かを判断し、ＹＥＳの場合
は更にステップＳ６４にて、指２の接触力Ｆt2の絶対値
が所定の上限値Ｆmaxよりも小さいか否かを判断する。
ステップＳ６３及びＳ６４にて夫々ＮＯと判断されたと
きは、ステップＳ６８に移行して、ｘ軸及びｙ軸の動作
を停止する。

【００４５】ステップＳ６４にてＹＥＳと判断されたと
きは、ステップＳ６５にてリストが目標点に達したか否
かを判断し、ＮＯの場合は、ステップＳ６２に戻ってｘ
軸及びｙ軸の移動を続行する。ステップＳ６５にてＹＥ
Ｓと判断されたときは、ステップＳ６６に移行して、ｘ
軸及びｙ軸の動作を停止した後、ステップＳ６７にて後
述のならい面検索動作へ移行する。上記手続きによっ
て、リストは、被施療者に無理な力を与えることなく、
被施療者の肩の位置や形状に応じた適切な肩揉み推定位
置へ移動し、位置決めされることになる。

【００４６】ならい面検索動作タスクならい面検索動作は、図１０中に矢印で示す如く、リス
トを前記肩揉み推定位置から僅かに上下移動させること
によって、２本の指先を滑らせ、この際の両指先の位置
の変化から、被施療部の傾斜角度を検知するための動作
である。

【００４７】図２０は、ならい面検索動作における制御
手続きを表わしている。先ずステップＳ７１にて、リス
トが肩揉み推定位置にセットされた状態おける両指先の
位置を記録した後、ステップＳ７２にて、φ軸について
は力目標値を零とする力サーボをオン、θ軸については
力目標値を一定の把握力とする力サーボをオンとすると
共に、ｘ軸及びｙ軸については位置サーボをオンとす
る。

【００４８】その後、ステップＳ７３にて、ｘ軸及びｙ
軸についての位置目標値を更新することによって、両軸
を夫々一定軌道に沿って目標点へ移動させる。そして、
ステップＳ７４にて、指１の接触力Ｆt1の絶対値が所定
の上限値Ｆmaxよりも小さいか否かを判断し、ＹＥＳの
場合は更にステップＳ７５にて、指２の接触力Ｆt2の絶
対値が所定の上限値Ｆmaxよりも小さいか否かを判断す
る。ステップＳ７４及びＳ７５にて夫々ＮＯと判断され
たときは、ステップＳ８１に移行して、ｘ軸及びｙ軸の
動作を停止する。

【００４９】ステップＳ７５にてＹＥＳと判断されたと
きは、ステップＳ７６にてリストが目標点に達したか否
かを判断し、ＮＯの場合は、ステップＳ７３に戻ってｘ
軸及びｙ軸の移動を続行する。ステップＳ７６にてＹＥ
Ｓと判断されたときは、ステップＳ７７に移行して、ｘ
軸及びｙ軸の動作を停止した後、ステップＳ７８にて、
両指先の位置を記録する。その後、ステップＳ７９に
て、同じ動作モードでリストを元の肩揉み推定位置へ移
動させた上で、ステップＳ８０にて後述の揉み動作へ移
行する。上記手続きによって両指先の位置の変化が検知
され、該検知に基づいて、被施療部の傾斜が判明する。
後述の揉み動作においては、前記傾斜を有するならい面
を想定して、該ならい面を基準として揉み動作の制御を
行なう。

【００５０】揉み動作タスク揉み動作の制御においては、図１１に示す揉み動作制御
モデルを前提とし、図中に示す変数を定義する。ここ
で、両指先が接触している被施療部は、仮想的にバネ部
材から形成されているものとして、仮想バネ定数及び仮
想バネ変位を想定する。又、両指先の初期接触点位置に
は、前述の手続きによって求めたならい面に沿うならい
動作方向ベクトルを定義すると共に、両指先にローカル
座標(ｈ1，ｖ１)及び(ｈ２，ｖ２)を設定する。そし
て、本発明のＭＴＵにおいては、前記仮想バネ変位に伴
うバネ作用力と予圧力を同時に被施療部に与えて、揉み
動作が行なわれる。

【００５１】上記揉み動作制御モデルにおいて、ベース
座標における接触力は下記数１によって表わされる。

【数１】

【００５２】又、接触力と定義変数との関係は、下記数
２によって表わされる。

【数２】

【００５３】従って、指座標における接触力は、下記数
３によって得られる仮想バネ変位に伴うバネ作用力と、
下記数４によって得られる予圧力の合計値として算出さ
れる。

【数３】

【００５４】

【数４】上記数３は、図３に示す変換行列Ω(703)の入出力関係
を表わし、数４は、図３に示す変換行列Σ(702)の入出
力関係を表わしている。

【００５５】指先位置は下記数５によって算出される。

【数５】数５は、図３に示すキネマティクス逆変換器(712)に対
する入力信号を表わしている。

【００５６】関節位置座標は下記数６によって算出され
る。

【数６】数６は、図３に示すキネマティクス逆変換器(712)の出
力信号を表わしている。

【００５７】更に、関節力は下記数７によって算出され
る。

【数７】数７は、図３に示す転置ヤコビアン行列Ｊc^T(704)の入
出力関係を表わしている。

【００５８】仮想バネ変位(指先変位)は、関節位置座標
から下記数８によって算出される。

【数８】数８は、図３に示すキネマティクス変換器(710)の入出
力関係を表わしている。

【００５９】各指片のならい動作力は、関節力から下記
数９によって算出される。

【数９】

【００６０】揉み動作制御モデルにおいて、被施療部の
ダイナミックスは、下記数１０の第１式で表わされる１
次遅れ系を想定するこによって考慮される。数１０の第
１式に第２式のＺ変換を施すと、第３式で表わされる離
散系が得られる。

【数１０】

【００６１】制御パラメータ調整タスク更に、前記の仮想バネ定数を実際の被施療部のバネ性に
適応させるべく、下記数１１で表わされる適応アルゴリ
ズムを導入する。ここで、γは適応ゲインであって、ｅ
は指先位置の誤差である。

【数１１】

【００６２】前記の仮想バネに対するバネ変位指令ｍ
は、図１２に矢印で示す如く、両指先の初期接触点位置
Ｐt10、Ｐt20を基準として、先ずならい面に対して垂直
の変位指令を与え、その後、ならい面に対して平行な変
位指令を与えることによって、被施療部との摩擦を充分
に確保した揉み動作が実現される。

【００６３】指先滑り検知タスク指先の滑りを検知するべく、図１３に示す如くバネ及び
ダンパーが接続されたブロックを指先で移動させる滑り
モデルを想定する。図１４は、該モデルをブロック線図
で表わしたものであって、１次遅れ系と摩擦システムか
ら構成される。ここで、１次遅れ系の出力であるブロッ
クの変位Ｘmの時間微分値と、摩擦システムの出力であ
る指先の変位Ｘrの時間微分値の差がずり速度となる。
尚、図１４中の摩擦システムは解析困難であるが、指先
変位Ｘrの時間微分値は計測可能である。

【００６４】前記１次遅れ系は図１５(ａ)に示す伝達関
数で表わされる。該伝達関数にＺ変換を施すことによっ
て、同図(ｂ)に示す離散系伝達関数が得られる。該離散
系伝達関数の入力である滑り方向力成分Ｆx(ｋ)の時間
微分値は、力センサーによる計測値から求めることが出
来るが、該計測値にはノイズが含まれることになる。図
１６は、ノイズＷ(ｋ)の入力を含めた離散系伝達関数の
状態線図を表わしている。

【００６５】そして、上記入力ノイズを除去するべく、
周知のカルマンフィルタを適用する。これによって、下
記数１２に示すフィルタ方程式、フィルタゲイン、共分
散方程式、及び初期条件が導出される。該カルマンフィ
ルタの適用によって、ノイズの除去されたブロック変位
Ｘmの時間微分値が得られることになる。

【数１２】

【００６６】この様にして算出されたブロック変位Ｘm
の時間微分値から、計測された指先変位Ｘrの時間微分
値を減算すれば、ずり速度が精度良く算出され、該算出
結果に基づいて、指先の滑りの有無を正確に判断するこ
とが出来る。

【００６７】揉み動作評価タスク本実施例のマッサージ装置においては、１回の揉み動作
が終了する度に、その揉み動作の評価を行なう。下記数
１３は、２本の指片による揉み動作の評価関数を一般的
に表わしたものであって、夫々、接触力、変形エネルギ
ー及び変位量を変数とする関数で表わされている。

【数１３】

【００６８】具体的には、例えば変形エネルギーに着目
すると、下記数１４で定義される評価関数を採用するこ
とが出来る。

【数１４】該評価関数によれば、より小さな力でより大きな変形を
与えることの出来る揉み動作が高い評価を受けることに
なる。

【００６９】制御手続き図２１は、揉み動作における制御手続きを表わしてい
る。先ずステップＳ９１にて、全軸についての力サーボ
をオンとし、ステップＳ９２では、適当な予圧力を設定
し、ステップＳ９３では適当なバネ定数を設定する。そ
の後、ステップＳ９４にて、図１２の矢印で示すバネ変
位を与えるべくバネ変位指令を更新し、ステップＳ９５
では、前記数３によって算出されるバネ作用力と下記数
４によって算出される予圧力を加算して、指先力指令値
を算出する。そして、ステップＳ９６にて、前記数７に
よって指先力を各軸の関節力に変換した後、ステップＳ
９７にて、該関節力を力サーボの目標値として出力す
る。

【００７０】又、ステップＳ９８では関節座標値を計測
し、その後、ステップＳ９９及びＳ１００にて、前記数
８によって指先位置及び指先変位を算出する。続いて、
ステップＳ１０１では、前記数１０で表わされる対象ダ
イナミックスモデルによって指先変位参照値ｍ_tを算出
し、ステップＳ１０２にて、指先変位参照値ｍ_tと指先
変位との偏差ｅが算出される。

【００７１】更に又、ステップＳ１０３では指先力或い
は関節力を計測し、その後、ステップＳ１０４にて、前
記数９によって各指の押圧力、或いはならい動作力を算
出する。続いて、ステップＳ１０５では、１制御周期だ
け過去の力との差、即ち力差分値を算出する。

【００７２】その後、ステップＳ１０６では、図１４の
滑りモデルにおけるずり速度を算出して、滑りの有無を
検出する。ここで、滑りが検出されなかったときは、ス
テップＳ１０７に移行して、前記数１１で表わされる適
応アルゴリズムによって、仮想バネ定数を更新した後、
ステップＳ１０８へ移行する。一方、滑りが検出された
ときは、仮想バネ定数を更新することなく、ステップＳ
１０８へ移行し、１回の揉み動作が完了したか否かを判
断する。ここでＮＯと判断されたときは、ステップＳ９
４、Ｓ９８及びＳ１０３に戻って、揉み動作を続行す
る。

【００７３】ステップＳ１０８にてＹＥＳと判断された
ときは、ステップＳ１０９に移行して、前記数１４によ
って揉み動作の評価を行なう。又、同時に前記ステップ
Ｓ１０６にて滑りが検出されたかどうかについても評価
の対象とする。その後、ステップＳ１１０にて揉み動作
を続行するか否かを判断し、ＹＥＳの場合は、ステップ
Ｓ９２に戻って、予圧力及びバネ定数を必要に応じて変
更した後、揉み動作を実行する。例えば、ステップＳ１
０６にて滑りが検出された場合において、揉み動作を続
行する場合は、ステップＳ９３にてバネ定数を減少させ
る。

【００７４】上記制御手続きによれば、被施療部の柔ら
かさに応じて、被施療部のバネ定数を適応的に調整する
ことが出来、これによって、滑りの生じない適切な接触
力による揉み動作を実現することが出来る。

【００７５】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、或い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】該マッサージ装置の制御ブロック線図である。

【図４】マッサージ動作制御システムによって実現され
る複数のタスクを表わすブロック図である。

【図５】リストの構成を表わす模式図である。

【図６】背面検索動作を説明する図である。

【図７】両面着地動作を説明する図である。

【図８】揉み姿勢調整動作における肩揉み推定位置の導
出原理を説明する図である。

【図９】肩揉み推定位置導出の手続きを表わすフローチ
ャートである。

【図１０】ならい面検索動作を説明する図である。

【図１１】揉み動作制御モデルを表わす図である。

【図１２】バネ変位指令の生成例を表わす図である。

【図１３】滑りモデルを表わす図である。

【図１４】滑りモデルのブロック線図である。

【図１５】滑りモデルにおける１次遅れ系の伝達関数を
表わす図である。

【図１６】ノイズの入力を加味した同上伝達関数の状態
線図である。

【図１７】背面検索動作の制御手続きを表わすフローチ
ャートである。

【図１８】両指着地動作の制御手続きを表わすフローチ
ャートである。

【図１９】肩揉み推定位置への移動動作の制御手続きを
表わすフローチャートである。

【図２０】ならい面検索動作の制御手続きを表わすフロ
ーチャートである。

【図２１】揉み動作の制御手続きを表わすフローチャー
トである。

【図２２】従来のマッサージ装置の側面図である。

【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 (６) 施療子 (７) 制御回路 (８) アクチュエータ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61H 7/00 A61H 15/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の自由度を有するアーム機構と、該
アーム機構を各自由度毎に駆動する複数のアクチュエー
タと、アーム機構の出力端に取り付けられた施療子と、
各アクチュエータの動作を制御する制御回路とから構成
されるマッサージ装置において、各アクチュエータに
は、夫々の自由度について生じる変位を検知するための
変位センサーと、夫々の自由度について生じる力を検知
するための力センサーとが連繋し、制御回路は、各自由度について発揮すべき力の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、各アク
チュエータを制御する力制御手段と、各自由度についての変位量の目標値と変位センサーによ
って検出された変位現在値との偏差に基づいて、各アク
チュエータを制御する位置制御手段と、アーム機構の出力端を揉み動作開始位置まで移動させる
過程で、アーム機構の各自由度毎に、力制御手段による
力制御モードと位置制御手段による位置制御モードの
内、何れか一方のモードを設定するマッサージ動作制御
手段とを具えていることを特徴とするマッサージ装置。
【請求項２】施療子は複数本の指片を具え、アーム機
構は、施療子を昇降させるｘ軸機構部と、施療子を前記
昇降方向とは直交する前後方向へ移動させるｙ軸機構部
と、施療子をアーム機構の出力端を中心として回転させ
るφ軸機構部と、施療子の指片を開閉動作させるθ軸機
構部とから構成される請求項１に記載のマッサージ装
置。
【請求項３】マッサージ動作制御手段は、被施療部の
位置及び姿勢に応じて、施療子による最適な揉み位置を
検索し、最適な揉み位置へ施療子を移動させる揉み位置
検索手段と、被施療部の形状に応じて、施療子の揉み動
作の基準となるならい面を検索するならい面検索手段と
を具えている請求項２に記載のマッサージ装置。
【請求項４】揉み位置検索手段は、施療子を被施療部
へ向けて接近させ、基準となる１本の指片を被施療者の
背面に接触させる背面検索動作にて、ｘ軸機構部及びｙ
軸機構部については位置制御モードを設定すると共に、
φ軸機構部及びθ軸機構部については力目標値を零とす
る力制御モードを設定し、全ての指片を被施療者に接触
させる着地動作にて、ｘ軸機構部及びφ軸機構部につい
ては力目標値を零とする力制御モードを設定すると共
に、ｙ軸機構部及びθ軸機構部については位置制御モー
ドを設定し、施療子を最適揉み位置まで移動させる動作
にて、φ軸機構部については力目標値を零とする力制御
モードを設定する一方、θ軸機構部については力目標値
を所定の把握力とする力制御モードを設定すると共に、
ｘ軸機構部及びｙ軸機構部については位置制御モードを
設定する請求項３に記載のマッサージ装置。
【請求項５】ならい面検索手段は、アーム機構の出力
端を被施療部に対して接近又は離間させる動作にて、φ
軸機構部については力目標値を零とする力制御モードを
設定する一方、θ軸機構部については力目標値を所定の
把握力とする力制御モードを設定すると共に、ｘ軸機構
部及びｙ軸機構部については位置制御モードを設定する
請求項３又は請求項４に記載のマッサージ装置。