JP5228155B2 - Omnidirectional power assist device and control method for omnidirectional power assist device - Google Patents

Omnidirectional power assist device and control method for omnidirectional power assist device Download PDF

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Description

本発明は、パワーアシストを利用した車輪駆動装置の操作性向上を図る装置およびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a device for improving the operability of a wheel drive device using power assist and a control method therefor.

パワーアシストとは、操作者が物体を移動しようとする際、操作する力に基づいて駆動力を発生させ、操作者の負担を軽減する技術である。 Power assist is a technique for reducing the burden on the operator by generating a driving force based on the force to be operated when the operator tries to move the object.

わが国では、全人口あたりの65歳以上の割合が急増し、高齢化社会が進行しており、介護者の負担を軽減する車椅子の開発などが求められている。そのような中、パワーアシストを車輪駆動に利用した装置は、人力を補助して、重い物や人などを乗せて移動できる特徴から、車椅子など介護の分野で広く使用されている。 In Japan, the proportion of people aged 65 and over per population is rapidly increasing, an aging society is progressing, and the development of wheelchairs that reduce the burden on caregivers is required. Under such circumstances, a device using power assist for driving a wheel is widely used in the field of care such as a wheelchair because it can move with a heavy object or a person by assisting human power.

特許文献1は、操作者が操作する力を元に駆動力を計算するパワーアシスト装置を備え、全方向に移動できる台車である。 Patent Document 1 is a cart that includes a power assist device that calculates a driving force based on a force operated by an operator and can move in all directions.

特許文献2は、車体に設けられた介助用の手押しハンドルとモータの駆動によって動作するパワーアシスト技術を利用した車椅子であり、操舵用のバーハンドルの高さ調整可能とし、操作性を向上させたものである。 Patent Document 2 is a wheelchair that uses power assist technology that operates by driving an assisting push handle provided on the vehicle body and a motor, and the height of the steering bar handle can be adjusted to improve operability. Is.

特許文献3は、作業者の好みに応じて、作業者が体感する仮想質量、仮想粘性係数、仮想ばね定数を変更することで、快適にパワーアシスト装置を用いた作業を行うことができるパワーアシスト装置である。
特開2001−233219公報 特開2002−153517公報 特開2005−154047公報
Patent Document 3 discloses a power assist that can comfortably perform work using a power assist device by changing a virtual mass, a virtual viscosity coefficient, and a virtual spring constant that the worker feels according to the preference of the worker. Device.
JP 2001-233219 A JP 2002-153517 A JP-A-2005-154047

しかしながら、特許文献1や特許文献2、特許文献3では、パワーアシスト技術を用いて操作者が操作力を加えるとき、装置の重心位置の認識に個人差があること及び力をセンサに対して人間の意思の通り正確に加えることできないことなどにより、操作者が意図していない方向に装置が動作してしまうという課題を抱えている。 However, in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3, when an operator applies an operating force using the power assist technology, there is an individual difference in the recognition of the center of gravity position of the device, and the force is compared with the human sensor However, due to the fact that it cannot be applied accurately as intended, there is a problem that the device operates in a direction not intended by the operator.

本発明では、パワーアシストを利用した車輪駆動装置の操作者が操作するときの癖にあわせて動作方向を推論することでユーザーフレンドリなパワーアシスト装置を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a user-friendly power assist device by inferring the direction of operation in accordance with a habit when an operator of a wheel drive device using power assist operates.

また、上記のようにパワーアシストを利用した車輪駆動装置の動作方向を推論するとき、操作者が自らの意思を推論部に伝えるための分かりやすいインターフェイスを兼ね備えた装置を提供することも課題となる。In addition, when inferring the operation direction of the wheel drive device using power assist as described above, it is also an object to provide a device having an easy-to-understand interface for an operator to communicate his intention to the inference unit. .

以上の課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、次の発明を完成させるに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied, and as a result, has completed the following invention.

第一の発明は、パワーアシスト技術を利用する車輪駆動装置において、操作を行う者が所望する装置の動作方向を装置に伝達するためのインターフェース部と同インターフェース部から伝達された動作方向を教師信号として装置の動作方向の推論を行う方向推論部を備えることを特徴とする装置である。 The first invention is a wheel drive device that uses power assist technology, an interface unit for transmitting an operation direction of a device desired by an operator to the device, and an operation direction transmitted from the interface unit as a teacher signal And a direction reasoning unit for inferring the operation direction of the device.

第二の発明は、前記方向推論部がファジィニューラルネットワークを用いて装置の動作方向を推論することを特徴とする第一の発明に記載の装置である。 A second invention is the device according to the first invention, wherein the direction inference unit infers the operation direction of the device using a fuzzy neural network.

第三の発明は、前記インターフェース部が情報入力と装置の軌跡情報表示を行うための画像表示部と画像表示部から入力された情報を方向情報へ変換し、方向推論部へ情報を伝達する情報変換部からなることを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の装置である。 According to a third aspect of the present invention, the interface unit converts information input from the image display unit for performing information input and device trajectory information display and information input from the image display unit into direction information, and transmits information to the direction inference unit. The apparatus according to the first aspect or the second aspect, comprising a conversion unit.

第四の発明は、パワーアシスト技術を利用する車輪駆動装置の制御方法において、使用者が所望するパワーアシスト装置の動作方向を教師信号として装置の動作方向の推論を行うことを特徴する方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a wheel drive device using a power assist technique, wherein the operation direction of the device is inferred using the operation direction of the power assist device desired by the user as a teacher signal. .

第五の発明は、前記動作方向の推論が、ファジィニューラルネットワークを用いて行うことを特徴とする第四の発明に記載の方法である。 A fifth aspect of the invention is the method according to the fourth aspect of the invention, wherein the motion direction inference is performed using a fuzzy neural network.

第六の発明は、前記発明において、使用者が所望する装置の動作方向を、画像表示装置から入力し、その入力情報を教師信号として与え、さらに実際に装置が動作した軌跡を表示することを特徴とする方法である。 According to a sixth invention, in the above invention, the operation direction of the device desired by the user is input from the image display device, the input information is given as a teacher signal, and the locus of actual operation of the device is displayed. It is a characteristic method.

上記本発明の装置および方法によれば、インターフェース部を通じて、操作者が所望する動作方向を方向推論の教師信号として与え、これをもとに操作者が真に操作したい方向を学習することで、個人の癖により操作者が意図しない動作方向に装置が動くことを防ぐことができる。 According to the above-described apparatus and method of the present invention, the operation direction desired by the operator is given as a teacher signal for direction inference through the interface unit , and based on this, the direction that the operator wants to truly operate is learned. It is possible to prevent the device from moving in an operation direction unintended by the operator due to personal traps.

次に、本発明の実施形態について説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することが出来る。 Next, embodiments of the present invention will be described, but the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various forms without changing the gist of the invention. .

本発明の実施形態の一様は、図1のように、操作者の操作力を検出し、これを操作速度に変換するパワーアシストコントローラ、操作者の動作方向を方向推論部に伝達するためのインターフェース部であるタッチパネル、パワーアシストコントローラより入力された動作速度の方向をタッチパネルよりの教師信号を元に、ファジィニューラルネットワークを用いて推論する方向推論部、そして、装置が動作するときの振動を抑えるための制振部、そして実際の車輪部からなる。 As shown in FIG. 1, the embodiment of the present invention is a power assist controller that detects an operation force of an operator and converts it into an operation speed, and transmits an operation direction of the operator to a direction inference unit. The touch panel that is the interface unit, the direction inference unit that infers the direction of the operation speed input from the power assist controller using the fuzzy neural network based on the teacher signal from the touch panel, and the vibration when the device operates It consists of a vibration control part for the purpose, and an actual wheel part.

以下、詳細な説明を行う。図1記載のパワーアシストコントローラは、数1のような操作者が加えた操作力を速度に変換する。ここで、fxはx軸方向の操作力、fyはy軸方向の操作力を示し、mzはz軸周りに操作するモーメントを示す。 Detailed description will be given below. The power assist controller shown in FIG. 1 converts the operating force applied by the operator as shown in Equation 1 into a speed. Here, fx indicates an operating force in the x-axis direction, fy indicates an operating force in the y-axis direction, and mz indicates a moment for operating around the z-axis.

Figure 0005228155
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このとき、パワーアシスト手法として、力に比例した速度を発生させるような、速度制御手法を用いることが望ましい。これは、搭乗者の負荷が変化しても加えた力に応じた速度を得ることができ、操作者が同じ操作力で操作できるからである。また、このような速度制御手法を用いると、斜面においても、力を加えなければ速度指令値が零であるため、車輪がロックされることにより、重力により滑り落ちることは無いという利点もある。 At this time, it is desirable to use a speed control method that generates a speed proportional to the force as the power assist method. This is because a speed corresponding to the applied force can be obtained even if the passenger's load changes, and the operator can operate with the same operating force. Further, when such a speed control method is used, the speed command value is zero if no force is applied even on a slope, so that there is an advantage that the wheel is locked and does not slide down due to gravity.

操作力から装置の速度に変換する際、ニュートンの第二法則から明らかなように、操作力は加速度に対応しており、歩行による振動や手振れなど押す力が振動的であることは当然であるといえる。装置は速度制御を行っているため、パワーアシストコントローラには積分要素が必要である。単純な積分のみのコントローラの場合、操作者が操作力を加えている途中で手を離したときに、その瞬間の速度指令値を保持してしまい、動作し続けてしまう。そのため、加速度に比例する項、即ち速度に粘性特性を持たせることにより、介助者が手を離したとき、自然に停止するようにする。 When converting the operating force to the speed of the device, as is clear from Newton's second law, the operating force corresponds to acceleration, and it is natural that the pushing force such as vibration due to walking and hand shake is vibrational. It can be said. Since the device performs speed control, the power assist controller requires an integral element. In the case of a controller with only a simple integration, when the operator releases his hand while applying the operating force, the speed command value at that moment is held and the operation continues. For this reason, a term proportional to acceleration, that is, speed is given a viscous characteristic so that when the assistant releases the hand, it stops naturally.

上記を満たす、質量をm、粘性摩擦係数をcとおき、 X軸方向の力fx[N]からX軸方向の速度vx[m/s]、Y軸方向の力fy[N]からY軸方向の速度vx[m/s]、Z軸周りのモーメントmz[Nm]からZ軸周りの角速度ω [rad/s]を求めるパワーアシストコントローラは、ラプラス変換したs領域で以下のように表される。 Satisfying the above, the mass is m, the viscous friction coefficient is c, the X-axis direction force fx [N] to the X-axis direction velocity vx P [m / s], the Y-axis direction force fy [N] to Y The power assist controller for obtaining the angular velocity ω P [rad / s] around the Z axis from the axial velocity vx P [m / s] and the moment mz [Nm] around the Z axis is as follows in the Laplace transformed s region: It is expressed in

Figure 0005228155
Figure 0005228155

ここで、Kαはα軸方向のゲイン、Tαはα軸方向のコントローラの時定数を示す。 Here, Kα represents the gain in the α-axis direction, and Tα represents the time constant of the controller in the α-axis direction.

図1記載のタッチパネルは、情報入力と軌跡出力用の画像表示装置と入力された情報を方向推論部へ伝達する装置からなるものであり、操作者が操作したい意思を方向推論部に教師信号として伝達するインターフェース部である。さらに、このとき、装置が実際に動作した軌跡を表示できる機能が備わっていれば望ましい。同インターフェース部としては、例えば、キーボードとディスプレーの組み合わせなど他の意思伝達ができるデバイスであれば、この限りではない。しかしながら、タッチパネルは、以下の理由からもっともふさわしい意思伝達デバイスであると考える。
(1) 視覚的に意思データを与えることが可能である。
(2) 意思入力を促すGUI(Graphical User Interface)を作成するのみでインターフェース部が構築できる。
(3) 装置が実際に動作した軌跡の表示が可能である。
The touch panel shown in FIG. 1 is composed of an image display device for information input and trajectory output, and a device for transmitting input information to the direction inference unit, and an intention of the operator to operate as a teacher signal to the direction inference unit. It is an interface unit for transmission. Further, at this time, it is desirable that a function capable of displaying a locus of actual operation of the apparatus is provided. The interface unit is not limited to this, as long as it is a device capable of communicating other intentions such as a combination of a keyboard and a display. However, the touch panel is considered to be the most appropriate communication device for the following reasons.
(1) It is possible to give intention data visually.
(2) An interface unit can be constructed only by creating a GUI (Graphical User Interface) that promotes input of intention .
(3) It is possible to display the locus of actual operation of the device.

タッチパネルでは、並進移動での角度の指定、右回転、左回転を指示できるようにする。
例えば、並進移動データ取得モードに設定し、チューニングしたい角度を与えたい場合は、タッチパネル画面上の部分をタッチすることにより、操作したい角度の大きさをグラフィカルに表示し、操作者に対してすぐに与えた角度を確認できるようにする。
On the touch panel, designation of angle, right rotation, and left rotation in translation movement can be instructed.
For example, if you want to set the translation data acquisition mode and give the angle you want to tune, touch the part on the touch panel screen to graphically display the size of the angle you want to operate. Make it possible to confirm the given angle.

また、左右回転を指示する場合は、どちらの方向に回転させればよいか確認できるようにグラフィカル表示し、容易にデータ取得できるように構成する。 In addition, when instructing the left / right rotation, a graphical display is provided so that it can be confirmed in which direction the rotation should be performed, and data can be easily acquired.

図1記載の方向推論部は、操作者が真に操作したい方向を推論するためのものであり、望ましくは、ファジィニューラルネットワークを用いて行う。この方向推論部が必要な理由は、以下の通りである。 The direction inference unit shown in FIG. 1 is for inferring a direction that the operator really wants to operate, and preferably using a fuzzy neural network. The reason why this direction reasoning unit is necessary is as follows.

方向推論を行わず、パワーアシストを用いて装置を並進移動(左真横並進移動)させる場合を考える。このとき、人間は実際に装置のパワーアシストを行う際、装置の重心を動かしたい方向に力を加えようとする。重心位置の認識は人間によって異なり、装置を動かしながら探っていくことにより見つける。従って、力の加え始めは個人の感覚で重心位置を決定し、力を加えるため、装置の重心位置とセンサの中心軸がずれていると、センサに人間の意図しない入力(左真横方向の力と左回転モーメント)が入り、これが操作性の劣化を招く。ここで、右手の操作力をf[N]、左手の操作力をf[N]、センサ中心とハンドグリップまでのX軸方向の距離をL[m]、センサ中心とハンドグリップまでのY軸方向の距離をL[m]、装置重心からハンドグリップまでのX軸方向の距離をLomwとすると、(fとfは同じ大きさとしている)において、装置重心に作用する力Fomwは、下記のようになる。 Let us consider a case where the device is translated (left true lateral translation) using power assist without performing direction inference. At this time, when actually performing the power assist of the apparatus, a person tries to apply a force in a direction in which the center of gravity of the apparatus is desired to be moved. The recognition of the position of the center of gravity differs depending on the person, and is found by searching while moving the device. Therefore, when the force is applied, the position of the center of gravity is determined by an individual's sense at the beginning, and the force is applied. Therefore, if the position of the center of gravity of the device and the center axis of the sensor are misaligned, And counterclockwise rotation moment), which leads to deterioration of operability. Here, the right hand operating force is f R [N], the left hand operating force is f L [N], the distance in the X-axis direction from the sensor center to the hand grip is L 1 [m], and the sensor center to the hand grip is If the distance in the Y-axis direction is L 2 [m] and the distance in the X-axis direction from the device center of gravity to the handgrip is Lomw (f R and f L have the same size), it acts on the device center of gravity. The force Fomw is as follows.

Figure 0005228155
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ここで、fxomwは装置重心に作用するX軸方向の力[N]、fyomwはOMW重心に作用するY軸方向の力[N]、mzomwはOMW重心に作用するZ軸周りのモーメント[Nm]であり、Y軸方向にのみ力が作用していることがわかる。また、センサ中心に作用する力Fsensorは、以下のようになる。 Here, fxomw is a force [N] in the X-axis direction acting on the center of gravity of the apparatus, fymw is a force in the Y-axis direction acting on the center of gravity of the OMW [N], and mzomw is a moment about the Z-axis acting on the center of gravity of the OMW [Nm]. It can be seen that the force acts only in the Y-axis direction. The force Fsensor acting on the sensor center is as follows.

Figure 0005228155
Figure 0005228155

ここで、fxはセンサ中心に作用するX軸方向の力[N]、fyはセンサ中心に作用するY軸方向の力[N]、mzはセンサ中心に作用するZ軸周りのモーメント[Nm]であり、人間の意思と反するmzがセンサに入力されてしまうため、操作性が悪化することがわかる。 Here, fx is a force [N] in the X-axis direction acting on the sensor center, fy is a force [N] in the Y-axis direction acting on the sensor center, and mz is a moment around the Z-axis acting on the sensor center [Nm]. It can be seen that operability deteriorates because mz, which is contrary to human intentions, is input to the sensor.

また、右回転の場合も装置の重心位置を右回転させようとハンドルに力を加えるため、センサには左真横方向の力と右回転モーメントが入力され操作性の劣化を招く。 Also, in the case of right rotation, a force is applied to the handle to rotate the center of gravity of the apparatus to the right, so that the left lateral force and the right rotation moment are input to the sensor, resulting in deterioration of operability.

以上のことから、方向推論を用いて、人間が意図したパワーアシスト動作になるように推論を行う必要がある。 From the above, it is necessary to make an inference using the direction inference so that the power assist operation intended by the human being is achieved.

方向推論部は、ファジィ推論で記述されることが望ましい。これは、経験的な知識をif−then形式のように言語表現として扱えること、知識を並列に配置することが可能なこと、
ルールの前件部とは必ずしも一致しない事実から結論を導くことが可であること、曖昧な表現が可能であること、必ずしも理論的に厳密でなくても可であることなどの利点があるためである。
The direction reasoning unit is preferably described by fuzzy reasoning. This means that empirical knowledge can be treated as a linguistic expression like if-then format, and knowledge can be arranged in parallel.
Because there are advantages such as being able to draw conclusions from facts that do not necessarily match the antecedent part of the rule, being able to express ambiguous expressions, and not necessarily being theoretically exact It is.

本発明に好適なファジィ推論は、図2に示すif−thenルールで記述される。なお、図2において、fは右手操作力[N]、fは左手操作力[N]、fxはX軸方向の操作力[N]、fyはY軸方向の操作力[N]、mzはZ軸周りのモーメント[Nm]、vxはパワーアシストコントローラにより生成されたX軸方向の速度指令値[m/s]、vyはパワーアシストコントローラにより生成されたY軸方向の速度指令値[m/s]、ωはパワーアシストコントローラにより生成されたZ軸周りの角速度指令値[rad/s]、vyは方向推論より生成されたY軸方向の速度指令値[m/s]、ωは方向推論により生成されたZ軸周りの角速度指令値[rad/s]をそれぞれ表わしている。 The fuzzy reasoning suitable for the present invention is described by the if-then rule shown in FIG. Incidentally, in FIG. 2, f R is the right hand operating force [N], f L is left-handed force [N], fx is the X-axis direction of the operation force [N], fy is the Y-axis direction of the operation force [N], mz is the moment around the Z axis [Nm], vx P is the speed command value in the X axis direction generated by the power assist controller [m / s], and vy P is the speed command in the Y axis direction generated by the power assist controller. The value [m / s], ω P is the angular velocity command value around the Z axis generated by the power assist controller [rad / s], and vy F is the velocity command value in the Y axis direction generated by direction inference [m / s. ], Ω P represent angular velocity command values [rad / s] around the Z-axis generated by direction inference.

ファジィ理論を使って方向推論を行う場合、ファジィ集合への帰属度を示すメンバーシップ関数をどのように構築するかが重要となる。メンバーシップ関数は、操作者の個人の特性に影響されるので、各個人ごとに最適なものにチューニングする必要がある。本発明の発明者らは、以下のようなファジィ理論を用いた方向推論方法を考案した。まず、ファジィ推論における前件部メンバーシップ関数を以下のように表す。 When performing direction inference using fuzzy theory, it is important how to construct a membership function that indicates the degree of membership in a fuzzy set. Since the membership function is influenced by the characteristics of the operator's individual, it is necessary to tune the membership function to be optimal for each individual. The inventors of the present invention have devised a direction inference method using fuzzy theory as follows. First, the antecedent membership function in fuzzy inference is expressed as follows.

Figure 0005228155
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数5のa1、c1、a2、c2の4つのパラーメータを変更するだけで、正、0、負の関数の形状をあらわすことができる。 By simply changing the four parameters a1, c1, a2, and c2 in Equation 5, the shapes of positive, zero, and negative functions can be represented.

また、ファジィ推論部の後件部のメンバーシップ関数を以下のようにする。なお、このメンバーシップ関数に関するテーブルを図3、4、5に示す。 The membership function of the consequent part of the fuzzy reasoning part is as follows. Tables relating to this membership function are shown in FIGS.

Figure 0005228155
Figure 0005228155

前件部の4つのパラメータと後件部のA、B、Cのパラメータを、タッチパネルより入力された操作者が真に操作したい方向を教師信号として、図6に示すニューラルネットワークを用いて学習することで、操作者の意思を反映した最適な操作方向のファジィ推論を実現した。ニューラルネットワークは、バックプロパゲーション型であり、出力部は最小二乗法で行っている。 The four parameters of the antecedent part and the parameters of A, B, and C of the consequent part are learned using the neural network shown in FIG. As a result, the fuzzy inference of the optimal operation direction reflecting the operator's intention was realized. The neural network is a back-propagation type, and the output unit is performed by the least square method.

図1に示す制振部は、HSAコントローラから構成され、これは、本発明者らにより、考案されたハイブリッド整形法に基づいて設計されている。制振部を設けることで、装置が動作するときに発生する不快な振動を抑制し、よりユーザにやさしいパワーアシスト装置を実現できる。これは、特に介護分野において重要となる。 The vibration damping unit shown in FIG. 1 is composed of an HSA controller, which is designed based on the hybrid shaping method devised by the present inventors. By providing the vibration control unit, it is possible to suppress unpleasant vibrations that occur when the apparatus operates and to realize a power assist apparatus that is more user-friendly. This is particularly important in the nursing field.

制振部に使用されているアルゴリズムは本発明者らの先行研究である特許文献4や非特許文献1と同じものを使用しているが、このアルゴリズムをパワーアシスト装置に適用したのは、初めての試みである。このアルゴリズムは、
(1) コントローラの選択
(2) 設計仕様の定式化
(3) 最適化問題の定式化
(4) コントローラの算出
からなる。
特開2002−351551公報 “時間、周波数仕様を考慮したハイブリッド整形法による制振起動制御”,矢野賢一、小黒直樹、寺嶋一彦、計測自動制御学会論文Vol37,No5,2001
The algorithm used in the vibration control unit is the same as that of Patent Document 4 and Non-Patent Document 1 which are the prior studies of the present inventors, but this algorithm is applied to the power assist device for the first time. Is an attempt. This algorithm is
(1) Controller selection (2) Formulation of design specifications (3) Formulation of optimization problem (4) Calculation of controller.
JP 2002-351551 A “Vibration control by hybrid shaping considering time and frequency specifications”, Kenichi Yano, Naoki Oguro, Kazuhiko Terashima, Society of Instrument and Control Engineers Vol 37, No 5, 2001

以下、制振部におけるアルゴリズムの各ステップに関する説明を行う。前記、(1)コントローラの選択のステップは、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン、ローパス特性、ハイパス特性、ノッチ特性、バンドパス特性など付加したい特性を元にコントローラを選択する。 Hereinafter, each step of the algorithm in the vibration control unit will be described. In the (1) controller selection step, a controller is selected based on characteristics to be added, such as proportional gain, integral gain, differential gain, low-pass characteristics, high-pass characteristics, notch characteristics, and band-pass characteristics.

前記、(2)設計仕様の定式化のステップでは、時間領域および周波数領域での設計仕様をペナルティ関数により表現する。 In the (2) design specification formulation step, the design specification in the time domain and the frequency domain is expressed by a penalty function.

前記、(3)最適化問題の定式化のステップでは、ペナルティ項を加えた制約付の最適化問題を定式化する。 In the step (3) formulation of the optimization problem, a constrained optimization problem to which a penalty term is added is formulated.

前記、(4)コントローラの算出のステップでは、得られた最適化問題をシンプレックス法を用いて解き、コントローラのパラメータを決定する。 In the (4) controller calculation step, the obtained optimization problem is solved using the simplex method, and the controller parameters are determined.

図1に示す車輪部は、車輪とその速度検出装置(6軸力覚センサなど)、および操舵用のハンドルからなる。 The wheel unit shown in FIG. 1 includes a wheel, a speed detection device (such as a six-axis force sensor), and a steering handle.

本発明を実施例にもとづき更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Although this invention is demonstrated still in detail based on an Example, this invention is not limited only to these Examples.

本発明を全方向車椅子に適用し、ファジィ推論を用いて方向推論を行うとき、特定の人のメンバーシップ関数のパラメータをニューラルネットワークで学習させ、他の人に用いたときの操作特性の結果を図7に、斜め上45度に動作させたい場合についてファジィ推論を用いて方向推論を行うとき、個人ごとにメンバーシップ関数のパラメータをニューラルネットワークで学習させたときの操作特性の結果を図8に示す。 When applying the present invention to an omnidirectional wheelchair and performing direction inference using fuzzy reasoning, the parameters of the membership function of a specific person are learned by a neural network, and the result of operation characteristics when used by another person is obtained. FIG. 8 shows the result of the operation characteristics when learning the parameters of membership function for each individual using a neural network when performing direction inference using fuzzy reasoning for the case of operating at 45 degrees diagonally. Show.

結果から、本発明の特性である、個人ごとにファジィパラメータをチューニングした図8のほうが、操作特性がよいことが分かる。また、左右並進、直進、回転などの数条件を学習させるのに、5分程度で実行でき、その後は、構築されたコントローラで、操作者が自分の癖で運転しても、操作者の意思通り動くので実用的である。 From the results, it can be seen that FIG. 8 in which the fuzzy parameters are tuned for each individual, which is the characteristic of the present invention, has better operational characteristics. Also, it can be executed in about 5 minutes to learn several conditions such as left / right translation, straight travel, rotation, etc. After that, even if the operator drives with his / her own scissors with the built controller, the operator's intention It is practical because it moves through.

パワーアシスト装置は、車椅子などの介護の分野で今後、需要が広がることが確実である。介護の分野で使用される装置に要求されるのは、被介護者に優しく、また、介護者の負担を少なくすることである。その意味で、本発明は、介護者である操作者の個人特性を加味して、装置を動作させたい方向に動かすことを可能にし、さらに、被介護者に不快にならないよう動作時の振動を抑えることも行う点から、介護分野での普及が見込まれる。
It is certain that the demand for power assist devices will expand in the future in the field of nursing care such as wheelchairs. What is required of a device used in the field of care is to be kind to the care recipient and reduce the burden on the caregiver. In that sense, the present invention allows the device to be moved in the direction in which it is desired to operate, taking into account the personal characteristics of the operator who is the caregiver, and further provides vibration during operation so as not to be uncomfortable for the care recipient. It is expected to spread in the field of nursing care from the point of doing suppression.

本発明の概念図を示す。The conceptual diagram of this invention is shown. 方向推論をファジィ推論を用いて行う場合のif−thenルールIf-then rule when direction inference is performed using fuzzy inference 方向推論をファジィ推論を用いて行う場合のx方向速度のメンバーシップ関数Membership function of velocity in x direction when direction inference is performed using fuzzy inference 方向推論をファジィ推論を用いて行う場合のy方向速度のメンバーシップ関数Membership function of velocity in y direction when direction inference is performed using fuzzy inference 方向推論をファジィ推論を用いて行う場合の回転方向のメンバーシップ関数Membership function of rotation direction when direction inference is performed using fuzzy inference ファジィニューラルネットワークのブロック図Block diagram of fuzzy neural network 特定の人に最適チューニングしたパラメータを他の人に用いたときの操作結果Operation results when parameters optimized for a specific person are used for other persons 各個人ごとにチューニングしたパラメータを利用したときの操作結果Operation results when using parameters tuned for each individual

なし

None

Claims (3)

パワーアシストを利用した車輪駆動装置において、操作を行う者が所望する装置の動作方向を装置に伝達するための情報入力と装置の軌跡情報表示を行うための画像表示部を備えたインターフェイス部と、インターフェイス部から入力された操作者の意図に基づき伝達された動作方向を教師信号として装置の動作方向の推論を行う方向推論部を備えることを特徴とする装置。In the wheel drive device using power assist, an interface unit including an image display unit for performing information input and device trajectory information display for transmitting an operation direction of the device desired by an operator to the device; An apparatus comprising: a direction inference unit that infers an operation direction of the apparatus using a motion direction transmitted based on an operator's intention input from an interface unit as a teacher signal. 前記方向推論部がファジィニューラルネットワークを用いて装置の動作方向を推論することを特徴とする請求項1に記載の装置。The apparatus according to claim 1, wherein the direction inference unit infers an operation direction of the apparatus using a fuzzy neural network. 前記インターフェース部が、実際に装置が動作した軌跡を表示することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the interface unit displays a trajectory in which the apparatus actually operates.
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