JP5922800B2 - ユーザの身体活動中、特にユーザの歩行訓練の間に、ユーザの体重を免荷する装置 - Google Patents
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Description
好ましくは、偏向デバイスは、受動的に変位可能であり(即ち、偏向デバイスの空間上の位置を特に誘導的に変更できる)、このことは、偏向デバイス自体がそれぞれの偏向デバイスを能動的に移動させる移動発生手段を備えないが、ロープを介して偏向デバイス内に生じた力によって変位できることを特に意味する。特に、偏向デバイスは、互いに接続でき(例えば、対で、変位方向に沿って偏向デバイス間の一定距離を維持する間にそれぞれの2つの偏向デバイスが一緒に変位できるように)、偏向デバイスは、1つ又は複数の誘導レールによって誘導でき、又は偏向デバイスの重心を空間の位置内で(受動的に)変更できるように、特にワイヤ又は別の(細長い)支持要素によって支持構造体(例えば支持枠又は部屋の天井)から懸架できる。同様に、前記誘導レール(複数可)も、支持構造体(例えば支持枠又は天井)に接続できる。
2つの偏向要素(又は更には2つ以上の偏向要素)間の接続は、互換的であってもよい(例えば個別の)接続手段(要素)によって実現できる。しかし、偏向デバイスは、互いに一体に接続することもできる(即ち単一部品を形成する)。
両方の場合(例えばロープの合力ベクトルの間接的な制御、又は直接的な制御)において、制御ユニットは、ロープ合力を制御するだけでなく、同時に受動的に変位可能な偏向ユニットの移動に望ましい様式で影響を与えるようにも設計できる。例えば、4つのウインチの場合、3次元ロープ合力の補正から4つの個々のウインチ力の補正への写像は、一意ではない。これは、未定の方程式を表す。この結果、変位可能偏向ユニットのダイナミクスにも影響を与える自由をもたらす。例えば、偏向ユニットの特定の相対ダイナミクスを強制することが望ましい場合がある。2つの偏向ユニットの場合、2つの偏向ユニット(トロリとも示される)の、互いに対する特定の所望の(例えば漸近的に安定な)相対変位を強制すると、方程式に欠落している追加拘束を与える。
好ましくは、第1のロープは、第1のロープの関連駆動ユニットから第1の偏向デバイスに向かって延在し、第1の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。同様に、第2のロープは、好ましくは、第2のロープの関連駆動ユニットから第2の偏向デバイスに向かって延在し、第2の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。更に、第3のロープも(存在する場合)、好ましくは、第3のロープの関連駆動ユニットから第3の偏向デバイスに向かって延在し、第3の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。最後に、第4のロープも(存在する場合)、好ましくは、第4のロープの関連駆動ユニットから第4の偏向デバイスに向かって延在し、第4の偏向デバイスによって偏向され、次に、結節点に接続する。好ましくは、2つ以上の偏向デバイスを互いに接続して偏向ユニットを形成し、それにより、偏向ユニットの組み合わせた移動は、こうした移動に作用する(多数の)ロープ力によって支配される。
ここで、それぞれのばね要素が伸びる又は収縮するときにトランスデューサの測定ケーブルをシリンダから繰り出す又はシリンダに巻き取る場合、シリンダ及びシャフトは、それに応じて回転し、したがって測定ケーブルの直線的な伸長に比例する回転センサの(電気)出力信号がもたらされる。それぞれのばね要素のばね定数が分かれば、それによりロープ力をそれぞれのばね要素のばね力を介して決定できる。この点について、ロープに作用する個々のロープ力及び/又は直接的に、ユーザに作用するロープ合力を測定するために、あらゆる他の力センサも採用できることに留意されたい。ロープの空間における角度を測定し、それによって力の方向(例えば角度センサ又は慣性測定ユニットによって)を測定するセンサ、或いは偏向ユニットにおいて接続した偏向デバイス間に作用する力を測定し、それによってロープ力又はロープの分力を間接的に測定するセンサを採用することも可能である。
これらの長尺軸は、好ましくは、(例えばユーザが)装置を意図した通りに作動できる装置の作動位置に対して水平に延在する。好ましくは、誘導レール(複数可)は、前記支持構造体(例えば装置が配置される支持枠又は部屋の天井)に接続できる。支持枠の場合、誘導レール(複数可)は、前記上側枠部に接続できる。好ましくは、誘導レールは、互いに対して平行に延びるように配置する。特に、2本の誘導レールの場合、各誘導レールは、特に45°の角度だけその長尺軸周りに傾けることができる。
更に、偏向デバイスはそれぞれ、それぞれのアームに接続した偏向要素を備えることができ、この偏向要素の周りに、それぞれのロープが偏向されるように布設され、それぞれの偏向要素は、それぞれのアーム上に回転可能に支持したローラによって形成でき、それにより、特に、それぞれのローラは、それぞれの誘導レールの長尺軸を横切って延びる回転軸周りに回転できる。更に、捕捉手段は、例えばトレッドミルと共に装置を使用する際に、それぞれの偏向デバイスを関連誘導レールに対して捕捉するために、各偏向デバイスに設けることができる。
更に、接続要素は、接続要素をそれぞれの長尺軸に沿って異なる長さを有する接続要素と置き換え可能にするために、関連偏向デバイスを解放可能に接続するように設計できる。更に、それぞれの接続要素は、可撓性ロープ部材であっても、剛性ロッド(特に炭素繊維複合材から作製したもの)であってもよい。
更に、それぞれのロープが関連ウインチから外れる又は筋を跳び越えるのを防止するために、それぞれの駆動ユニットは、好ましくは、特に圧力ローラの形態の少なくとも1つの押圧部材を備え、この押圧部材は、関連ウインチの周りに巻かれたそれぞれのロープを予め定義可能な圧力でウインチに押圧する。
結節点の角速度(即ち上側結節点部材の角速度)を決定するには、ジャイロスコープを結節点上に設けることができる。結節点の向き(即ち上側結節点部材の向き)を検知するには、磁力計を結節点上に設けることができる。更に、垂直軸周りの前記ベールの回転角度を検知するには、結節点の上側部材(部分)と下側部材(部分)との間の角度を測定する電位計を結節点上に設けることができる。加速度センサ、ジャイロスコープ、磁力計及び電位計は、それぞれの検知量を表すアナログ又はデジタル出力信号を供給でき、特に、これらのセンサは、好ましくは、それぞれの出力信号をデジタル化し、及び/又はそれぞれの出力信号を制御ユニットに送信するように構成した信号処理ユニットに接続され、前記信号処理ユニットは、好ましくは、フレキシブル・データ線又はワイヤレス接続により結節点に接続される。
更に、信号処理ユニットは、結節点上に配置することもできる。好ましくは、加速度センサ、ジャイロスコープ及び磁力計は、結節点に配置した慣性測定ユニット(IMU)内に統合でき、このIMUは、好ましくは、デジタル出力信号を供給し、特に、この出力信号は、信号処理ユニットによって転送される。上記した例では、制御ユニットは、個々のセンサによって供給された前記(デジタル化)出力信号を更に処理及び/又は分析して、ウインチから巻き出したロープの長さ、偏向ユニットの位置又は結節点(ユーザ)の位置等のそれぞれの量を決定するように設計できる。
特に、制御ユニットは、直接的に、即ち、(現在の)所望の合力と現在の合力との間の誤差(例えば差異)の関数として駆動ユニットに制御信号を送ることによって、或いは間接的に、内側制御ループ又は内側ループと示される制御ループにより現在のロープ力又はウインチ位置(例えばウインチから巻き出したロープ部分の長さ)を制御することによって、この現在の合力を制御できる。
JFw=Fdes+(KP+KI/s)(Fdes−F)
を満たす必要がある(この式は、一定の係数iまでのトルクに有効である)。
式中、行列Jは、現在の幾何学的形態(結節点、偏向ユニットの位置)のみに依存する3×4のヤコビアンであり、Fは、ユーザに対する現在の力ベクトルであり、Fwは、ウインチ力Fwのベクトルである。KP及びKIは、比例利得及び積分利得のそれぞれを含む行列であり、sはラプラス演算子である。これは、未定の方程式であるので、ウインチ力Fwの選択には更なる自由がある。このことは、例えば2つの偏向ユニット間の相対変位の漸近的な減衰を達成するために、偏向ユニットの所望の移動を強制する別の式を追加することによって解くことができる。相対変位は、ロープ力の関数でもあるので、方程式を解くことができる。
−結節点上に力平衡がある、
−偏向ユニット上に力平衡がある、及び
−偏向ユニットの両方が、それぞれの誘導レールに沿って同じ位置に存在する
場合に所望の静的平衡を要求することによって、前記内側ループの参照である所望のロープ力又はウインチ位置の算出に使用する。
u=i(FR,des+Kr(FR,des−FR))+Uff
に従って個々のウインチに適用したトルクを制御するように構成され、FR,des∈Rnx1は、算出した参照ロープ力であり(例えば前記間接制御に従って算出)、i∈Rは、それぞれのウインチの伝達比であり、Kr∈Rnxnは、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、n∈Nは、ロープの本数(例えば4)であり、Uff∈Rnx1は、装置の静的条件でゼロになる任意選択の追加項であり、上記式により、事前定義トルク(例えば前記直接制御に従って算出)を同時に複数のウインチに適用できる。
−特に、それぞれのロープの第1の自由端を介してそれぞれが結節点に接続された複数のロープのシステムの現在の状態を決定するステップ、この結節点に、ユーザ(歩行時に結節点を水平及び垂直にも変位可能にする)又は物体を結合し、このロープはそれぞれ、それぞれのロープに沿って結節点に作用するロープ力を調節するために、それぞれのウインチに巻き取り、ウインチから巻き出され、ロープはそれぞれ、(唯一の)関連偏向デバイスによって偏向され、この偏向デバイスはそれぞれ、(受動的に)可動であり(例えば第1の方向に沿って)、特に上記したように特に互いに接続される、ステップ、
−特に、(装置又は空間固定座標系に対する)ユーザの位置を決定するステップ、
−ユーザに対する力がユーザに対するそれぞれの所望の力に接近(一致)する、ユーザ(結節点)の現在の位置がユーザ(結節点)の(現在の)所望の位置に接近する、及び/又は可動偏向デバイス(又はユニット)がそれぞれ所望の移動に接近するように、装置の現在の状態及び/又はユーザの位置に応じて、ウインチのそれぞれのトルク(又は対応するウインチ力)を算出するステップ、並びに
−ユーザ(又は結節点)に対する現在の合力を(現在の)所望の合力に接近させる、ユーザ(又は結節点)の現在の位置をユーザ(又は結節点)の(現在の)所望の位置に接近させる、及び/又は可動偏向デバイス(又はユニット)をそれぞれ特定の所望の移動に接近させるために、それぞれのトルクを関連ウインチ上に加えるステップ
を含むことができる。
好ましくは、4本のロープが設けられ、第1のロープ及び第2のロープは、第1の偏向ユニットによって偏向され、第3のロープ及び第4のロープは、第1の方向(第1の偏向ユニットに平行である)に沿って受動的に変位可能な第2の偏向ユニットによって偏向される。
間接的制御の場合、ロープのそれぞれに対する所望のロープ力は、好ましくは、
−結節点上に力平衡がある、
−偏向ユニット(複数可)上に力平衡がある、及び
−偏向ユニットの両方が、第1の方向に沿って同じ位置に存在する(2つ以上の偏向ユニットがある場合)
場合に所望の静的平衡から決定される。
u=iFR,des+Kr(FR,des−FR)+Uff
に従って決定できる。
式中、FR,desは、所望のロープ力(参照)であり、FRは、現在のロープ力であり、Krは、フィードバック利得を含む行列であり、uffは、任意選択の追加項(装置の静的条件でゼロになる)であり、上記式により、事前定義トルクを同時に複数のウインチに適用できる。
別の例では、力は、ユーザが特定の移動パターンに従うのを助ける誘導力(歩行方向でユーザを前に引っ張る力等)であっても、運動課題をユーザにとってより困難なものにする揺動力若しくは抵抗力であってもよい。結節点の所望の力又は位置は、例えばソフトウェア・インターフェース又は遠隔制御ユニットにより、装置の人間オペレータによっても命令できる。
JFw=Fdes+(KP+KI/s)(Fdes−F)、
r’TFw=kT(ΔXT,des−ΔXT)
によって定義される。
式中、行列Jは、ロープ力と結節点力ベクトルとの間の現在の幾何学的関係を記述する3×4のヤコビアンであり、Fは、ユーザに対する現在の力であり、Fwは、前記トルクuに比例するウインチ力Fwのベクトルである。KP及びKIは、比例利得及び積分利得をそれぞれ含む行列であり、sは、ラプラス演算子であり、r’は、ロープ力と、偏向ユニットの変位をもたらす力との間の幾何学的関係を記述するベクトルであり、ΔXTは、偏向ユニットの互いに対する相対変位であり、ΔXT,desは、トロリの所望の相対変位であり、kTはスカラー比例制御利得である。
制御については、対応する上記説明も参照されたい。本明細書で説明する装置の使用は、医療使用に限定されず、物体を輸送、免荷するあらゆる他の分野、特に建築の分野でも採用できることに留意されたい。
ここで、第1の偏向デバイス31及び第2の偏向デバイス32、並びに第3の偏向デバイス33及び第4の偏向デバイス34は、剛性接続手段350、360によって接続され、それにより、2対の偏向デバイス31、32、33、34はそれぞれ、それぞれの誘導レール21、22に沿って摺動できる偏向ユニット(トロリ)35、36を形成する。好ましくは、誘導レール21、22は、図5に示すように角度W=45°だけ枢動する。
偏向デバイス31、32、33、34から、ロープ41、42、43、44は、結節点60に向かって延在し、この結節点60に、各ロープ41、42、43、44の第1の自由端が、例えば図2、図4及び図6に示すばね要素71、72、73、74を介して接続される。
U字形アーム341は、アーム341がx方向(長尺軸L’)に沿って延びる枢動軸A周りに枢動できるように、基部340の2つの突出領域342、343に枢動可能にヒンジ止めされる。アーム341は、回転軸A’周りに回転可能であるローラの形態の偏向要素344を支承するように働き、このローラ344の周りに、それぞれのロープ44は、偏向されるように布設される。
それぞれのウインチ511、521、531、541及びそれぞれのアクチュエータ512、522、532、542は、共通のプラットフォーム50に組み付けられ、2つの保持要素51、52は、プラットフォーム50から突出し、この保持要素51、52に、それぞれのウインチ511、521、531、541が回転可能に支持される。更に、それぞれの駆動ユニット510、520、530、540は、それぞれのロープ41、42、43、44を関連ウインチ511、521、531、541に押圧する少なくとも1つの圧力ローラ54を備え、それにより、それぞれのロープ41、42、43、44は、規定の様式で巻き取り、繰り出すことができる。
ばね要素71、72、73、74が伸びると、対応する測定ケーブル711、721、731、741が引き出され、トランスデューサ(電位計)710、720、730、740は、測定ケーブル711、721、731、741の引出し長さに対応する出力信号を発生させ、この引出し長さは、それぞれのロープ41、42、43、44上に現在作用しているロープ力FRに対応する(及びそれによってそれぞれのばね要素71、72、73、74を伸ばす)。しかし、他のあらゆる想定できる力センサをロープ力を決定するために同様に適用できる。更に、ロープ41、42、43、44内/上の専用の力センサを省いてもよい。代わりに、ウインチ・アクチュエータ512、522、532、542の電流を検知するセンサを、それぞれのウインチ・トルクを予測するために使用できる。そのようなセンサは、各駆動ユニット/ウインチ510、520、530、540に関連付けできる。
更に、力センサ710、720、730、740は、接続要素が弾性である場合に省くことができる。というのは、この場合、ロープ力は誘導レール21、22に沿った偏向デバイス31、32、33、34の位置から決定できるためである。非弾性接続の場合も、結節点の少なくとも分力は、偏向ユニットの位置から算出できる(例示的実施形態では、x方向への結節点分力は、トロリが質量及び摩擦等の無視できるダイナミクスを有すると仮定して、単にトロリの位置に基づき算出できる)。
特に、制御ユニットは、偏向ユニット35、36又は結節点60とx方向に沿った信号処理ユニット94との間の距離が一定であるように信号処理ユニット94の移動を制御するように構成される。特に、それぞれの誘導レール21、22に沿った信号処理ユニット94の移動(x方向)は、制御ユニットによって、信号処理ユニットがユーザ4の現在の歩行方向に対して常に結節点60(ユーザ4)の背後に配置されるように制御される。
FR=h(s,w)。
dsw/dt=0,d2sw/dt2=0,dxT/dt=0,d2xT/dt2=0,dw/dt=0,d2w/dt2=0
静的条件において、正確な力をユーザ(物体)4上に加え、即ち、制御ユニット(制御器)の現在の合力(出力)Fが所望の合力Fdesに一致することを要求することによって数式化でき、このことは、式F=Fdesが満たされたことを意味する。この要件は、2つのトロリ35、36上の力平衡によって見出される。
u=i(FR,des+Kr(FR,des−FR))+Uff
とすることができる。
FR,desは、算出した所望の(参照)ロープ力であり、iは、アクチュエータ−ウインチ・ユニット(駆動ユニット)510、520、530、540の伝達比であり、Kr∈R4×4は、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、Uffは、静的条件でゼロになる潜在的な追加項を示す。最初の2つの項は、少なくともヒト4が静止して立っているときに、システムがヒト4に対する所望の力に漸近的に接近することを保証することになる。
u*=KC(Fdes−F)∈R3
を生成することができる。
u=ρ(u*)
に写像する必要がある。
誘導レール21、22に直交する方向に必要な補正は、同様の様式で分配でき、符号に応じて、一対のウインチ511、521又は531、541を引っ張る。この種類の制御法則は、ユーザ(物体)4に作用する力の迅速な補正をもたらし、また、受動トロリ35、36のそれらの「理想的な」漸近的位置に向かう移動を加速させる。静的な状態では、制御器のこの部分は、トルクuを全く発生しないことになる。
sw=(sa sb sc sd)T (1)
に包含した各ウインチ511、521、531、541から解放されたロープの長さによって、及びベクトルxT∈R2:
xT=(xT,ab xT,cd)T (2)
に包含した偏向ユニット35、36の位置によって完全に表される。
Fr=(Fa Fb Fc Fd)T (4)
であり、ユーザ4に対するデカルト力ベクトルFn∈R3は、
Fn=(Fnx Fny Fnz)T (5)
である。
Fn=J(xT,n)Fr (6)。
を介してデカルト空間に変換し、
であり、
である。
によって示され、ウインチ・アクチュエータ力は、FW(例えば伝達比iを乗じたトルク)である。ロープ力は、ばね71、72、73、74(図6を参照)のばね偏向の一次関数:
Fr=cF(−sW+GxT−l) (13)
であり、行列
であり、ベクトルlは、4つの偏向デバイス31、32、33、34から結節点60までの距離を含む(ベクトルn)。これらの式がずれるのを防ぐために、ロープ長さswは、適切に定義される。
によって得られる。
に一致するようにアクチュエータ・トルクuを抑制することになる。好ましくは、力制御器(制御ユニットによって提供される)は、ウインチによって実現すべきデカルト力ベクトルcFfcを抑制するデカルト空間において使用される。この力は、PI(比例積分)制御及び参照のフィードフォワード:
によって算出され、sは、ラプラス演算子であり、KPは、比例利得の正定値行列であり、KIは、積分利得の正定値行列である。
偏向デバイス31、32、33、34が可動ではない場合、二次計画法を使用して拘束を満たす最小のケーブル力を見つけることができる。しかし、現在のシステムでは、ロープ力は、出力ベクトルにのみ影響を与えるのではなく、(10)に従った偏向デバイス31、32、33、34の移動にも影響を与える。今度は、偏向デバイス31、32、33、34の位置は、適用可能な力の多角形を定義する。
によって強制され、正定数はkTである。
デカルト空間における所望の参照力はFn,desであり、修正した写像の行列は、
であり、
である。
4 ユーザ
31 偏向デバイス
41 ロープ
41a 第1の自由端
60 結節点
71 ばね要素
510 駆動ユニット
710 力センサ
Claims (20)
- ユーザの身体活動、前記ユーザの歩行訓練の間に、当該ユーザの体重を免荷する装置であって、
複数のロープ(41、42、43、44)であって、各ロープ(41、42、43、44)は、該当の駆動ユニット(510、520、530、540)から該当の偏向デバイス(31、32、33、34)まで延在して当該偏向デバイス(31、32、33、34)によって偏向されてから当該各ロープ(41、42、43、44)の第1の自由端(41a、42a、43a、44a)まで延在するとともに、当該各ロープ(41、42、43、44)を介して、前記偏向デバイス(31、32、33、34)内に生じた力によって受動的に変位できるように当該偏向デバイス(31、32、33、34)が設計された複数のロープ(41、42、43、44)と、
前記第1の自由端(41a、42a、43a、44a)に結合されるとともに、前記ユーザ(4)に結合されるように設計された結節点(60)であって、前記身体活動時の前記ユーザ(4)に対し免荷する及び/又は水平面に沿った力を作用させるために、前記駆動ユニット(510、520、530、540)が、その設計上、前記複数のロープの各ロープ(41、42、43、44)の引込・解放を通じて行う調節の対象たる当該各ロープ(41、42、43、44)に沿った現在のロープ力(FR)を合計すると、当該結節点(60)を介して前記ユーザ(4)に作用する現在の合力(F)になる結節点(60)と、
を備えたことを特徴とする装置。 - 前記現在のロープ力(FR)を決定する複数の力センサ(710、720、730、740)を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記複数のロープの各ロープ(41、42、43、44)は、前記現在のロープ力(FR)を決定するための該当のロープ力センサ(710、720、730、740)と相互作用し、前記ロープ力センサ(710、720、730、740)は前記結節点(60)に配置され、当該各ロープ(41、42、43、44)は該当のばね要素(71、72、73、74)を介して前記結節点(60)に接続され、当該各ロープ力センサ(710、720、730、740)は該当の前記現在のロープ力(FR)に対応する前記ばね要素(71、72、73、74)の長さを測定し、前記前記ロープ力センサ(710、720、730、740)の各々は、前記結節点(60)に接続された回転センサ(712、722、732、742)のシャフトに結合したシリンダ上に巻かれるとともに、該当のばね要素(71、72、73、74)に接続された該当のロープ(41、42、43、44)の該当の第1の自由端(41a、42a、43a、44a)に接続された測定ケーブル(711、721、731、741)を備えるケーブル伸長式トランスデューサによって形成される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。 - 前記現在の合力(F)を調節するために、前記駆動ユニット(510、520、530、540)を制御するように設計された制御ユニットを更に備え、当該制御ユニットは、前記現在の合力(F)が所望の力(Fdes)に接近するように、又は、前記結節点(60)の現在の位置が前記結節点(60)の所望の位置に接近するように、前記駆動ユニット(510、520、530、540)を制御するべく設計されたことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の装置。
- 前記装置(1)は、少なくとも第1のロープ(41)及び第2のロープ(42)を備えるとともに、第3のロープ(43)及び第4のロープ(44)を更に備え、
前記第1のロープ(41)は、当該第1のロープ(41)の該当の駆動ユニット(510)から第1の偏向デバイス(31)に向かって延在し、当該第1の偏向デバイス(31)によって偏向されてから、前記結節点(60)に向かって延在し、
前記第2のロープ(42)は、当該第2のロープ(42)の関連駆動ユニット(520)から第2の偏向デバイス(32)に向かって延在し、当該第2の偏向デバイス(32)によって偏向されてから、前記結節点(60)に向かって延在し、
前記第3のロープ(43)は、当該第3のロープ(43)の該当の駆動ユニット(530)から第3の偏向デバイス(33)に向かって延在し、当該第3の偏向デバイス(33)によって偏向されてから、前記結節点(60)に向かって延在し、
前記第4のロープ(44)は、当該第4のロープ(44)の該当の駆動ユニット(540)から第4の偏向デバイス(34)に向かって延在し、当該第4の偏向デバイス(34)によって偏向されてから、前記結節点(60)に向かって延在する
ことを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の装置。 - 前記偏向デバイスは、支持枠又は部屋の天井から懸架するように設計されたことを特徴とする請求項1から5のうちいずれか一項に記載の装置。
- 水平に延在する長尺軸(L)に沿って延びる少なくとも第1の誘導レール(21)を備えるとともに、水平に延在する長尺軸(L’)に沿って延びる第2の誘導レール(22)を更に備え、
当該2つの誘導レール(21、22)は、
各々が支持構造体、当該装置(1)の支持枠(10)、又は部屋の天井に接続されるように設計され、
夫々が相互に平行に延び、
各々が当該誘導レール(21、22)の前記長尺軸(L、L’)周りに45°の角度で傾斜する
ことを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の装置。 - 前記第1の偏向デバイス(31)及び前記第2の偏向デバイス(32)は、前記第1の誘導レール(21)の前記長尺軸(L)に沿った前記第1の誘導レール(21)に沿って摺動できるように前記第1の誘導レール(21)に摺動可能に接続され、前記第3の偏向デバイス(33)及び前記第4の偏向デバイス(34)は、前記第2の誘導レール(22)の前記長尺軸(L’)に沿った前記第2の誘導レール(22)に沿って摺動できるように前記第2の誘導レール(22)に摺動可能に接続され、前記偏向デバイス(31、32、33、34)はそれぞれ、基部(340)を備え、前記基部(340)を介して、前記それぞれの偏向デバイス(31、32、33、34)は、前記関連誘導レール(21、22)に摺動可能に接続され、前記各偏向デバイス(31、32、33、34)は、前記それぞれのアーム(341)が前記それぞれの基部(340)に対して前記それぞれの誘導レール(21、22)の前記長尺軸(L、L’)に平行に延びる枢動軸(A)周りに枢動できるように、前記それぞれの偏向デバイス(31、32、33、34)の前記基部(340)にヒンジ止めしたアーム(341)を備え、前記偏向デバイス(31、32、33、34)はそれぞれ、前記それぞれのアーム(341)に接続した偏向要素(344)を備え、前記偏向要素(344)の周りに、前記それぞれのロープ(41、42、43、44)は、偏向されるように布設され、前記偏向要素(344)は、前記それぞれのアーム(341)に回転可能に接続したローラであり捕捉手段(C)は、前記関連誘導レール(21、22)に対して前記それぞれの偏向デバイス(31、32、33、34)を捕捉するために前記各偏向デバイス(31、32、33、34)に設けられることを特徴とする、請求項5又は7に記載の装置。
- 前記第1の偏向デバイス(31)及び前記第2の偏向デバイス(32)は、第1の偏向ユニット(35)を形成するように接続要素(350)によって接続され、前記第3の偏向デバイス(33)及び前記第4の偏向デバイス(34)は、第2の偏向ユニット(36)を形成するように接続要素(360)によって接続され、前記接続要素(350、360)は弾性又は非弾性であり、前記接続要素(350、360)は、弾性接続要素の場合、ロープ力の不在下で前記それぞれの誘導レール(21、22)の前記長尺軸(L、L’)に沿って同じ長さを有し、前記接続要素(350、360)は、前記それぞれの偏向デバイス(31、32、33、34)に解放可能に接続され、前記それぞれの接続要素(350、360)は、ロープ部材、剛性ロッド又はばねであり、第1の偏向ユニット(35)は、前記第1の誘導レール(21)の前記長尺軸(L)に沿って前記第1のロープ(41)の前記駆動ユニット(510)と前記第2のロープ(42)の前記駆動ユニット(520)との間に配置され、第2の偏向ユニット(36)は、前記第2の誘導レール(22)の前記長尺軸(L’)に沿って前記第3のロープ(43)の前記駆動ユニット(530)と前記第4のロープ(44)の前記駆動ユニット(540)との間に配置されることを特徴とする、請求項5、又は請求項5に戻って参照する場合の請求項6から8のうちいずれか一項に記載の装置。
- 前記駆動ユニット(510、520、530、540)はそれぞれ、たわみ継手(53)を介してウインチ(511、521、531、541)に接続したアクチュエータ(512、522、532、542)を備え、前記ウインチ(511、521、531、541)の周りに、前記それぞれのロープ(41、42、43、44)が巻かれ、前記それぞれのアクチュエータ(512、522、532、542)は、前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)上にトルクを加えて前記それぞれのロープ(41、42、43、44)を引き込むか又は解放するように設計され、前記それぞれの駆動ユニット(510、520、530、540)は、前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)を捕捉するブレーキを備えることができ、前記それぞれの駆動ユニット(510、520、530、540)は、少なくとも1つの押圧部材(54)を備え、圧力ローラは、前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)の周りに券かれた前記それぞれのロープ(41、42、43、44)を前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)に押圧して、前記それぞれのロープ(41、42、43、44)が前記関連ウインチ(511、521、531、541)から外れるか又は筋を跳び越えるのを防止するように構成したことを特徴とする、請求項1から9のうちいずれか一項に記載の装置。
- 前記装置(1)は、前記装置(1)の現在の状態(s)及び/又は前記ユーザ(4)の位置(w)を決定するセンサ手段を備え、前記現在の状態は、前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)から繰り出した前記ロープ(41、42、43、44)の長さ(sw)及び前記偏向ユニット(35、36)の前記それぞれの誘導レール(21、22)に沿った位置(xT)によって定義されることを特徴とする、請求項1から10のうちいずれか一項に記載の装置。
- 前記制御ユニットは、前記駆動ユニット(510、520、530、540)、前記それぞれのアクチュエータ(512、522、532、542)によって前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)上に加えられたトルク(u)、又は前記それぞれのトルクに比例する量を制御して、前記ユーザ(4)に対する現在の力(F)が前記ユーザ(4)に対する所望の力(Fdes)に接近するように設計され、前記制御ユニットは、前記トルクを制御し、それにより、前記現在の力(F)が所望の力(Fdes)に接近するように前記現在の力(F)に影響を与える及び/又は前記トルクを制御し、それにより、前記可動偏向ユニット(35、36)の移動がそれぞれ所望の移動に接近するように前記可動偏向ユニット(35、36)の移動に影響を与えるように構成され、前記偏向ユニット(35、36)の前記所望の移動は、前記2つの偏向ユニット(35、36)間の相対変位がゼロに接近するように定義され、前記制御ユニットは、比例積分制御器を介して、前記ユーザ(4)に対する前記所望の力(Fdes)と前記現在の力(F)との間の誤差の関数及び/又は前記偏向ユニット(35、36)の前記所望の移動と前記現在の移動との間の誤差の関数内で前記トルク(u=iFw)を算出するように構成され、前記関数は、
JFw=Fdes+(KP+KI/s)(Fdes−F)、及び
r’TFw=kT(ΔXT,des−ΔXT)
として定義され、
式中、行列Jは、前記ロープ力(FR)と前記ユーザ(4)に対する前記現在の力Fとの間の現在の幾何学的関係を記述する3×4のヤコビアンであり、Fwは、前記トルク(u)に比例するウインチ力Fwのベクトルであり、KP及びKIは、比例利得及び積分利得をそれぞれ含む行列であり、sは、ラプラス演算子であり、r’は、ロープ力(FR)と前記偏向ユニット(35、36)の変位をもたらす力との間の幾何学的関係を記述するベクトルであり、ΔXTは、前記偏向ユニット(35、36)の相対変位であり、ΔXT,desは、前記偏向ユニット(35、36)の所望の相対変位であり、kTは、スカラー比例制御利得であることを特徴とする、請求項1から11のうちいずれか一項に記載の装置。 - 前記制御ユニットは、
−前記結節点(60)上に力平衡があり、
−前記偏向ユニット(35、36)上に力平衡があり、及び
−前記偏向ユニット(35、36)の両方が、前記それぞれの誘導レール(21、22)に沿って同じ位置に存在する
条件下で前記センサ手段を用いて決定した、前記装置(1)の現在の状態(s)及び前記ユーザ(4)の前記位置(w)、又は所望のウインチ位置(sw,des)に応じて、前記ロープ(41、42、43、44)のそれぞれに対する前記所望のロープ力(FR,des)を算出するように設計され、
前記制御ユニットは、前記駆動ユニット(510、520、530、540)、前記それぞれのアクチュエータ(512、522、532、542)によって前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)上に加えられた前記トルク(u)を制御し、それにより、前記現在のロープ力(FR)が前記それぞれの所望のロープ力(FR,des)に接近するか、又は前記結節点(60)又はユーザ(4)の前記現在の位置が前記結節点(60)又はユーザ(4)の所望の位置に接近するように設計され、前記制御ユニットは、前記現在のロープ力(FR)を前記所望のロープ力(FR,des)により迅速に接近させるために、前記複数の駆動ユニット(510、520、530、540)への事前定義トルクを同時に抑制するように構成され、前記制御ユニットは、
u=i(FR,des+Kr(FR,des−FR))+Uff
に従って前記トルク(u)を制御するように構成され、FR,desは、算出した所望のロープ力であり、iは、前記それぞれのウインチの伝達比であり、Kr∈Rnxnは、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、n∈Nは、ロープの本数であり、Uffは、前記装置の静的条件でゼロになる任意選択の追加項であり、前記式によって、前記事前定義トルクを前記複数のウインチ(511、521、531、541)に同時に適用できることを特徴とする、請求項11に記載の装置。 - 前記装置(1)は、前記結節点(60)を前記ユーザ(4)に結合するベール(80)を備え、前記ベール(80)は、前記ベール(80)が垂直軸(z)周りに回転できるように前記結節点(60)に回転可能に接続され、前記ベール(80)は、2つの対向する自由端(81、82)を備え、前記2つの自由端(81、82)のそれぞれは、ハーネス(95)を前記ベール(80)に接続する接続要素(96、97)を受け入れる受けを備え、前記ハーネス(95)は、前記ユーザ(4)を前記ベール(80)を介して前記結節点(60)に接続するために前記ユーザ(4)に取り付けるように設計され、前記接続要素(96、97)は、前記装置(1)を前記ユーザ(4)に適合させるために長さ調節可能であるように設計したことを特徴とする、請求項1から13のうちいずれか一項に記載の装置。
- 請求項1から14のうちいずれか一項に記載の装置を使用してユーザの体重を免荷する装置を制御する方法であって、
−複数のウインチ(511、521、531、541)のトルク(u)を算出するステップ、
−前記ウインチ(511、521、531、541)それぞれに結合したロープ(41、42、43、44)に沿って作用する現在のロープ力(FR)を調節するために、前記トルク(u)を前記ウインチ(511、521、531、541)上に加えるステップであって、前記各ロープ(41、42、43、44)は、前記それぞれのロープ(41、42、43、44)の第1の自由端(41a、42a、43a、44a)を介して結節点(60)に接続され、前記結節点(60)に、ユーザ(4)は、前記ロープ力(FR)が前記結節点(60)を介して前記ユーザ(4)に作用する現在の合力(F)になるように事前に結合され、前記ロープ(41、42、43、44)はそれぞれ、偏向デバイス(31、32、33、34)によって偏向され、前記偏向デバイス(31、32、33、34)は、前記ロープ(41、42、43、44)を介して前記偏向デバイス(31、32、33、34)内に生じた力によって変位可能である、ステップ、及び
−前記トルク(u)を算出するステップであって、前記算出したトルク(u)を前記ウインチ(511、521、531、541)上に加えると、前記結節点(60)の位置が前記結節点(60)の所望の位置に接近する、又は前記ユーザ(4)に対する前記現在の合力(F)が前記ユーザ(4)に対する所望の力(Fdes)に接近する、及び/並びに前記可動偏向デバイス(31、32、33、34)がそれぞれ所望の移動に接近するように、前記トルク(u)を算出するステップであり、前記装置(1)の現在の状態(s)及び前記ユーザ(4)の現在の位置(w)を決定し、前記トルク(u)は、前記現在の状態(s)及び前記ユーザ(4)の前記現在の位置(w)に応じて算出される、ステップ
を含む方法。 - 前記偏向デバイス(31、32、33、34)は、対で偏向ユニット(35、36)を形成し、それにより、前記偏向ユニット(35、36)の前記2つの偏向デバイス(31、32、33、34)が第1の方向(x)に沿って一緒に変位できるようにし、第1のロープ(41)及び第2のロープ(42)並びに関連する第1の偏向ユニット(35)が設けられ、第3のロープ(43)及び第4のロープ(44)並びに関連する第2の偏向ユニット(36)が更に設けられ、前記現在の状態(s)は、前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)から繰り出した前記ロープ(41、42、43、44)の長さ(sw)及び前記偏向ユニット(35、36)の前記第1の方向(x)に沿った位置(xT)によって定義されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 前記トルク(u)は、
−前記結節点(60)上に力平衡があり、
−前記偏向ユニット(35、36)上に力平衡があり、及び
−、前記偏向ユニット(35、36)が、前記第1の方向(x)に沿った同じ位置に存在する
条件を要求する、前記装置(1)の前記現在の状態(s)及び前記ユーザ(4)の前記現在の位置(w)に応じて決定した、前記ロープ(41、42、43、44)のそれぞれの所望のロープ力(FR,des)又は前記それぞれのウインチ(511、521、531、541)から繰り出した前記ロープ(41、42、43、44)の部分の所望の長さ(sw,des)を受け入れる内側制御ループにより決定されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。 - 事前定義トルクは、前記現在のロープ力(FR)を前記所望のロープ力(FR,des)により迅速に接近させるために、前記複数のウインチ(510、520、530、540)に同時に適用されることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 前記トルク(u)は、
U=i(FR,des+Kr(FR,des−FR))+Uff
に従って決定され、FR,desは、算出した所望のロープ力であり、iは、前記ウインチの伝達比であり、Kr∈Rnxnは、フィードバック利得を含む正定値ロープ力フィードバック行列であり、n∈Nは、ロープの本数であり、Uffは、前記装置(1)の静的条件でゼロになる任意選択の追加項であることを特徴とする、請求項17又は18に記載の方法。 - 前記トルク(u=iFw)又は前記トルクに比例する量は、比例積分制御器を介して、前記ユーザ(4)に対する前記所望の力(Fdes)と前記現在の力(F)との間の誤差の関数、及び/又は前記偏向ユニット(35、36)の前記所望の移動と前記現在の移動との間の誤差の関数内で算出され、前記関数は、方程式:
JFw=Fdes+(KP+KI/s)(Fdes−F)、
r’TFw=kT(ΔXT,des−ΔXT)
を介して定義され、式中、行列Jは、ロープ力と前記ユーザ(4)に対する前記現在の力(F)との間の現在の幾何学的関係を記述する3×4のヤコビアンであり、Fwは、前記トルク(u)に比例するウインチ力Fwのベクトルであり、KP及びKIは、比例利得及び積分利得をそれぞれ含む行列であり、sは、ラプラス演算子であり、r’は、ロープ力と、前記偏向ユニット(35、36)の変位をもたらす力との間の幾何学的関係を記述するベクトルであり、ΔXTは、偏向ユニット(35、36)の相対変位であり、ΔXT,desは、前記偏向ユニット(35、36)の所望の相対変位であり、kTはスカラー比例制御利得であることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
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