JPH0354587B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0354587B2
JPH0354587B2 JP61162542A JP16254286A JPH0354587B2 JP H0354587 B2 JPH0354587 B2 JP H0354587B2 JP 61162542 A JP61162542 A JP 61162542A JP 16254286 A JP16254286 A JP 16254286A JP H0354587 B2 JPH0354587 B2 JP H0354587B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
force
output
servo motor
subtracter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61162542A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6319147A (ja
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to JP61162542A priority Critical patent/JPS6319147A/ja
Publication of JPS6319147A publication Critical patent/JPS6319147A/ja
Publication of JPH0354587B2 publication Critical patent/JPH0354587B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Rehabilitation Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、筋力の低下した上肢体または下肢体
などの肢体の機能を回復するために用いられるリ
ハビリテーシヨン支援装置の制御方式に関し、も
つと詳しくは、筋力の低下した肢体を角変位可能
なアームに取付けて、リハビリテーシヨン支援を
行なうリハビリテーシヨン支援装置の制御装置に
関する。
背景技術 典型的な先行技術は、角変位するアームの上限
位置と下限位置とを設定し、リハビリテーシヨン
訓練時において、その上限位置と下限位置との間
でアームを予め定めた一定の速度で角変位駆動し
ている。
このような先行技術では、患者にリハビリテー
シヨン訓練に最適な動作を行なわせることには限
度がある。
この問題を解決するために、従来からの産業用
ロボツトを利用することが容易に考えられるであ
ろう。在来の産業用ロボツトでは、ダイレクトテ
イート方式と呼ばれる動作パターンのテイーチン
グ時には、作業端を駆動する駆動源には電力を供
給せず、その作業端を希望する位置に作業者が移
動して、位置の記憶を行なつている。動力源と作
業端との間には、動力源の回転速度を低下して、
作業端に伝達する減速機が介在されている。
発明が解決すべき問題点 このような産業用ロボツトと同様な構造を用い
て、リハビリテーシヨン訓練のための動作パター
ンをテイーチングしようとしたときには、そのテ
イーチング時に動力源には電力が供給されず、し
たがつて作業端を希望する位置に移動するために
大きな力を必要とする。そのためリハビリテーシ
ヨン訓練を受けるべき患者に、最適な動作パター
ンをテイーチングしてメモリに記憶することが困
難である。
本発明の目的は、患者に最適な動作パターンを
容易にテイーチングしてメモリにストアすること
ができるようにしたリハビリテーシヨン支援装置
の制御装置を提供することである。
問題点を解決するための手段 本発明は、サーボ電動機によつて角変位駆動さ
れるアームに肢体を取付けて、筋力の低下した肢
体の機能を回復するためのリハビリテーシヨン支
援装置の制御装置において、 動作パターンのテイーチング時に、サーボ電動
機の力制御系のもとでアームを角変位し、そのア
ームの位置を一定時間毎にサンプリングしてスト
アするメモリと、 リハビリテーシヨン訓練時には、サーボ電動機
の位置制御系のもとでメモリの内容を読出して指
令値として用い、前記動作パターンを再現する手
段とを備えることを特徴とするリハビリテーシヨ
ン支援装置の制御装置である。
作 用 本発明に従えば、肢体が固定されるアームを駆
動するためのサーボ電動機の力制御系のもとでア
ームを角変位し、このアームの角変位する位置は
一定時間毎にメモリにサンプリングしてストア
し、このようにしてリハビリテーシヨン訓練のた
めの動作パターンを記憶する。サーボ電動機は力
制御系のもとで動作制御が行なわれるので、サー
ボ電動機の動力を減速してアームに伝達するため
の減速機などが介在されているとしても、肢体を
固定したアームを療法土などの補助のもとで、患
者は肢体をリハビリテーシヨン訓練に最適な動作
パターンとなるように移動することが容易に可能
となる。したがつて肢体の筋力を向上するための
動作パターンを容易に、かつ良好な作業性でテイ
ーチングすることが可能となる。
リハビリテーシヨン訓練時には、サーボ電動機
の位置制御系のもとでメモリの内容を読出して指
令値とし、この指令値のとおりにアームが角変位
するようにサーボ電動機が制御される。したがつ
てテイーチング時に記憶した動作パターンを、単
一回または複数回にわたつて正確に再現すること
ができる。
実施例 第1図は、本発明の一実施例のテイーチングの
ための構造を示すブロツク図である。筋力の低下
した肢体の機能を回復するために、最適な動作パ
ターンを、第1図に示された構成によつてテイー
チングして記憶する。
上肢体または下肢体は、アーム1の端部2に取
付けられる。このアーム1の基端部3は、水平軸
線を有する回転軸4に固定される。サーボ電動機
5の出力軸6は、減速機7に連結され、そのサー
ボ電動機5の出力軸6の回転速度が減速され、回
転軸4に伝達される。サーボ電動機5の出力軸6
の回転速度は、回転速度検出器8によつて検出さ
れる。この回転速度検出器8は、出力軸6の回転
速度の増大に伴つてライン9に導出される出力の
レベルが、第2図に示されるように増大する特性
を有する。サーボ電動機5は、電力増幅器10に
よつて駆動される。
アーム1には力検出器11が取付けられ、アー
ム1に作用する力を検出することができる。この
力検出器11は、アーム1に作用する力に対応す
る出力をライン12に導出し、その特性は第3図
に示されるとおりである。力検出器11は、たと
えばストレンゲージなどによつて実現される。ラ
イン12は可撓性の部分13を有し、その信号
は、係数器14に入力されて予め定めた一定値
k1が掛け算される。
係数器14からの出力は、減算器15の一方の
入力に与えられる。減算器15の他方の入力に
は、予め定めた力に対応したレベルを有する信号
を導出する設定回路16からの出力が与えられ
る。減算器15は、係数器14の出力のレベルか
ら設定回路16の出力のレベルを差し引いて減算
し、その差を表わす信号を減算器17に与える。
減算器17の出力は1次低域通過フイルタ18に
与えられ、そのフイルタ18の出力は減算器19
に与えられる。減算器19は、フイルタ18から
の出力のレベルから回転速度検出器8の出力のレ
ベルを差し引いて演算し、その差を表わす信号を
電力増幅器10に与える。
アーム1の角変位量は、角度検出器21によつ
て検出される。この角度検出器21は、第4図に
示されるようにアーム1の軸4の角度に対応した
出力を導出する。この角度検出器21からの出力
は、ライン22から不感帯要素23に入力され
る。
不感帯要素23は、第5図に示されるようにラ
イン22を介して与えられる入力のレベルが、予
め定めた値θMAX〜θMINの範囲にあるとき、ライン
24に導出する出力のレベルは零であり、入力の
レベルが上限値である前記値θMAX以上であると
き、および下限値である値θMIN以下であるとき、
傾きkPの出力を導出する。入力のレベルが値θMAX
以上および値θMIN以下であるとき、その入力のレ
ベルの変化量に対応する出力のレベルの変化量、
すなわち傾きkPはきわめて大きく、第5図に示さ
れる角度αは、90度に近い値である。不感帯要素
23からライン24に導出される出力は、係数器
25に与えられて定数kEが掛け算され、減算器1
7に入力される。減算器17は、前述の減算器1
5の出力から、係数器25の出力を差し引いて減
算し、その差に対応するレベルを有する信号をフ
イルタ18に与える。
アーム1の角変位位置が、不感帯要素23にお
いて予め設定された値θMAX〜θMINに対応した可動
範囲にある状態を想定する。アーム1に肢体によ
つて力が作用すると、その力は力検出器11によ
つて検出される。
サーボ電動機5と、回転速度検出器8と、電力
増幅器10と、減算器19とは、速度フイードバ
ツクループを構成しており、回転速度検出器8に
よつて検出される出力軸6の実回転速度θ〓は、フ
イルタ18から減算器19に入力される回転速度
指令値θ〓rに追従する。以下の説明では、θ〓とθ〓r

の偏差が充分小さいものとする。
アーム1の可動範囲の設定に関して、説明を行
なう。減算器15から減算器17に与えられる信
号のレベルをAとするとき、角度検出器21から
不感帯要素23に信号が与えられると、次の第1
式〜第5式が成立する。
θ〓=A ……(1) (θMIN≦θ≦θMAX) θ〓=A−kP・kE(θ−θMAX) ……(2) (θMAX<θ) θ〓=A−kP・kE(θ−θMIN)……(3
) (θ<θMIN) 不感帯要素23に入力される信号のレベルθ
が、値θMAX〜θMINの範囲であるときには、後述の
ように、等張制御が行なわれる。
第2式または第3式が成立するとき、すなわち
アーム1の角度がθMAXを超えるときまたはθMIN
満であるときには、位置フイードバツク動作が行
なわれ、アーム1は上下位置θMAX〜θMINの可動範
囲を大きく越えないようになる。不感帯要素23
において、ライン22から入力される角度検出器
21の出力がθMAX以上およびθMIN以下であるとき
には、入力の変化に対して出力は大きく変化し、
たとえば90度に近いけれども90度ではない大きな
傾きαを有している。そのため肢体によつて、ア
ーム位置に力を加えて等張制御を行なつていると
き、アーム位置が値θMAX,θMINに対応した角変位
位置で、急激に停止することが防がれる。そのた
め衝撃力が肢体に加わることを防ぐことができ
る。
次に、等張制御の動作を説明する。力検出器1
1、係数器14、減算器15、力設定回路16、
フイルタ18などを含むフイードバツクループに
おいて、1次低域通過フイルタ18の伝達関数W
を第4式で表わす。ここでsはラブラス演算子で
あり、J,Dは定数である。
W=1/Js+D ……(4) したがつて係数器14の出力をTとし、力設定
回路16の出力をT0としたとき、サーボ電動機
5の出力軸6の回転速度θ〓は、フイルタ18の出
力θ〓rとの偏差が充分小さいものとすると、第5式
が成立する。
θ〓=1/Js+D(T−T0) ……(5) 第5式をラブラス逆変換すると、第6式が成立
する。
Jθ〓+Dθ〓+T0=T ……(6) この第6式を参照すると、ちようど、慣性力J
および摩擦力Dの負荷に、さらに一定の力T0
加わつているものを、リハビリテーシヨン訓練を
行なう患者がTの力を発生させてアーム1を角変
位することに相当する。
したがつて慣性力Jおよび摩搾力Dが充分小さ
ければ、 T=T0 ……(7) となつて、等張運動となる。また値J,D,T0
を変化することによつて各種の態様でアーム1に
力を発生させることができ、衝撃力の緩和を行な
うことができる。
1次低域通過フイルタ18の具体的な構成は、
たとえば第6図に示されているとおりである。減
算器17からの出力は、ライン26,27に与え
られる。ライン26には抵抗28が直列に接続さ
れ、接続点29とライン27との間にはコンデン
サ30が接続される。コンデンサ30に後続し
て、高入力インピーダンスを有する増幅回路31
が接続される。増幅回路31の出力は、減算器1
9に与えられる。増幅回路31は、演算増幅器3
2と抵抗R1,R2を有し、その利得Kは第8式
に示されるとおりである。
K=1+R2/R1 ……(8) このような構成を有するフイルタ18におい
て、前述の値J,Dは第9式および10式のとおり
である。抵抗28の抵抗値はRで表わし、コンデ
ンサ30の容量はCで表わす。
J=R・R/K ……(9) D=1/K ……(10) 力検出器11に代えて、アーム1のトルクを検
出する検出器が用いられてもよく、このときには
力設定回路16に代えて、予め定めたトルクを表
わす信号を導出する設定回路が用いられる。
テイーチング時には、力設定回路16によつて
設定される力T0を小さくしてアーム1を容易に
動かせるようにし、療法士の補助によつて、患者
の肢体が取付けられたアーム1を、リハビリテー
シヨン訓練に最適な動作パターンで角変位する。
メモリ34は、角度検出器21からライン22を
介するアーム1の角変位位置を、予め定めた一定
の時間毎にサンプリングして順次的にストアす
る。こうしてサーボ電動機5の力制御系のもと
で、テイーチングを行なう。
テイーチングの完了後には、第7図に示される
ように、サーボ電動機5の位置制御系のもとでリ
ハビリテーシヨン訓練を行ない、テイーチング時
に行なつた前記動作パターンを再現する。第7図
において前述の第1図の構成に対応する部分に
は、同一の参照符を付す。角度検出器21からの
出力は、係数器35によつて予め定めた値k2を
掛け算され、減算器37に与えられる。減算器3
7には、前述のメモリ34のストア内容が前記一
定のサンプリング時間と同一時間毎に読出され
て、アーム1の位置を表わす信号が位置指令値と
して与えられる。減算器37は、位置指令値から
係数器35の出力のレベルを引き算して演算し、
その差を表わす信号をライン38から減算器19
に与える。減算器19には回転速度検出器8の出
力が与えられ、この減算器19の出力は電力増幅
器10に与えられて増幅され、サーボ電動機5が
駆動される。こうしてテイーチングによつてメモ
リ34にストアした動作パターンを、リハビリテ
ーシヨン訓練時において単一回または複数回にわ
たつて再現することができる。
効 果 以上のように本発明によれば、テイーチング時
にアームを駆動するサーボ電動機は、力制御系の
もとで角変位することができるので、良好な作業
性で動作パターンをテイーチングしてメモリにス
トアすることができる。リハビリテーシヨン訓練
時には、サーボ電動機が位置制御系のもとで駆動
され、メモリの内容を読出して指令値として用い
て前記動作パターンを再現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のテイーチング時に
おけるサーボ電動機5の力制御系の構成を示すブ
ロツク図、第2図は回転速度検出器8の特性を示
す図、第3図は力検出器11の特性を示す図、第
4図は角度検出器21の特性を示す図、第5図は
不感帯要素23の特性を示す図、第6図は1次低
域通過フイルタ18の具体的な構成を示す電気回
路図、第7図はリハビリテーシヨン訓練時におけ
るレピート時のサーボ電動機5の位置制御系の構
成を示すブロツク図である。 1……アーム、4……回転軸、5……サーボ電
動機、7……減速器、8……回転速度検出器、9
……電力増幅器、11……力検出器、14,2
5,35……係数器、15,17,19,37…
…減算器、16……力設定回路、23……不感帯
要素、34……メモリ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 サーボ電動機によつて角変位駆動されるアー
    ムに肢体を取付けて、筋力の低下した肢体の機能
    を回復するためのリハビリテーシヨン支援装置の
    制御装置において、 動作パターンのテイーチング時に、サーボ電動
    機の力制御系のもとでアームを角変位し、そのア
    ームの位置を一定時間毎にサンプリングしてスト
    アするメモリと、 リハビリテーシヨン訓練時には、サーボ電動機
    の位置制御系のもとでメモリの内容を読出して指
    令値として用い、前記動作パターンを再現する手
    段とを備えることを特徴とするリハビリテーシヨ
    ン支援装置の制御装置。
JP61162542A 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテーション支援装置の制御装置 Granted JPS6319147A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61162542A JPS6319147A (ja) 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテーション支援装置の制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61162542A JPS6319147A (ja) 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテーション支援装置の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6319147A JPS6319147A (ja) 1988-01-26
JPH0354587B2 true JPH0354587B2 (ja) 1991-08-20

Family

ID=15756582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61162542A Granted JPS6319147A (ja) 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテーション支援装置の制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6319147A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0440628U (ja) * 1990-08-06 1992-04-07
JPH10291182A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Yaskawa Electric Corp アーム駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6319147A (ja) 1988-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6243624B1 (en) Non-Linear muscle-like compliant controller
US6222338B1 (en) Method and apparatus for the direct teaching of automatic machines
JP3442941B2 (ja) ロボットの振動抑制制御装置およびその制御方法
AU4161200A (en) Equipment for controlling an industrial robot and a method for programming and/or adjusting the movements of the robot
JPH08141961A (ja) アーム駆動装置
JPH0354587B2 (ja)
JPH02205489A (ja) マニピュレータのインピーダンス制御方式
JPH0323065B2 (ja)
JPS6190207A (ja) ロボツト制御装置
JPS61224012A (ja) マニピユレ−タの駆動方式
Gonzalez et al. Investigation of nonlinearities in the force control of real robots
JP3163346B2 (ja) 物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装置
JPS6319145A (ja) リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式
JPS60118478A (ja) 関節形ロボツトの位置制御装置
JPS6316982A (ja) 多関節マニピユレ−タの制御装置
JPH0239805B2 (ja)
JPS61236487A (ja) 産業用ロボツトの制御装置
JPS6254303A (ja) ロボツトの制御装置
JPH11345010A (ja) ロボットの制御装置
JPH05250029A (ja) 産業用ロボット
JP3355614B2 (ja) マスタ・スレーブロボットの制御装置
JPH0290303A (ja) 時定数可変機能付ロボット制御装置
JP2635776B2 (ja) マスタ・スレーブ形マニピュレータ
JPS63229279A (ja) マスタ・スレ−ブ・バイラテラルサ−ボ・マニピユレ−タのマスタア−ム制御装置
JPH01205988A (ja) ロボット制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees