JPH11164859A - Rehabilitation device - Google Patents

Rehabilitation device

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Publication number
JPH11164859A
JPH11164859A JP9335885A JP33588597A JPH11164859A JP H11164859 A JPH11164859 A JP H11164859A JP 9335885 A JP9335885 A JP 9335885A JP 33588597 A JP33588597 A JP 33588597A JP H11164859 A JPH11164859 A JP H11164859A
Authority
JP
Japan
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limb
force
load
parameter
impedance
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP9335885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Sakamoto
武志 坂本
Toshiyuki Kono
寿之 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP9335885A priority Critical patent/JPH11164859A/en
Publication of JPH11164859A publication Critical patent/JPH11164859A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rehabilitation device with which a user can be rehabilitated without feeling much pain so that the track of repeating exercise can be gradually made to be almost an instructed one. SOLUTION: The parameter of an impedance model is changed by a leg load monitoring means when the load (the load in the working space) added on a leg 101 exceeds a prescribed value. Each parameter is set sufficiently low based on a count of a repetition number counter 108 when repeating exercise is started, and the parameter changes to increase so that the number of repetition increases.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は人間の肢体を動かす
訓練装置に係り、特に、装置の動作を繰り返し動作回数
に応じて制御パラメータを変化させ、肢体への負荷を考
慮して制御することにより、利用者が痛みなどを感じな
い範囲で、繰り返し動作時の軌道を徐々になるべく教示
軌道に近づけるように治療を行えるようにした訓練装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a training device for moving a human limb, and more particularly to a training device for controlling the operation of the device by repeatedly changing the control parameters according to the number of times of operation and taking into consideration the load on the limb. The present invention also relates to a training apparatus capable of performing treatment so that a trajectory during a repetitive operation gradually approaches a teaching trajectory as far as possible without causing a user to feel pain or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】人間の肢体を動かす装置には、医療分野
で使用される連続他動運動装置(CPM(Continuous P
assive Motion )装置)、リハビリの分野で使用される
リハビリテーシヨン装置、スポーツ・トレーニング装置
等の訓練装置がある。このような訓練装置の一例を図8
に示す。同図は、訓練装置におけるインピーダンス要素
の構成を表したもので、インピーダンス要素として、慣
性(質量)m、粘性(ダンパ)bおよび剛性(ばね)k
を備えている。このように、肢体にアームを装着した状
態で直接アームを動かして教示動作や訓練動作を行うに
は、従来、力制御を用いていた。例えば、特開平7−3
23048号公報に開示の「連続受動運動装置」におい
ては、患部関節のひとつの回転軸に対し、少なくともそ
の軸に対して平行な3自由度以上の回転あるいは直動の
駆動機構をもって患部関節を駆動するものであり、ま
た、該駆動機構の先に、さらに患部関節の回転軸に対
し、平行でない1自由度以上の回転あるいは直動の駆動
機構をもって患部関節を駆動することによって、患部関
節へのひねりの力を発生することで、治療効果および訓
練効果を高めることを特徴とするものである。この従来
例は、装置先端に目標インピーダンスを設定して力を制
御する方式であるが、他に、各関節ごとに目標インピー
ダンスを設定して力を制御する方式も提案されている。
また、特開平9−140753号公報に開示の「肢体駆
動装置」では、肢体に力制御可能なアームを装着した状
態で直接アームを動かし、その際の力情報およびアーム
の位置情報を記憶装置に記憶し、記憶したデータを力制
御の下で再現することにより肢体を運動させるもので、
アームの駆動指令を直接教示時に遮断あるいは低減し、
再生時にはもとの状態に戻す切替え手段を備えたもの
で、これにより、力センサを1個のみ用いて、アームの
どこに力を加えても直接教示が行え、教示の電力消費を
低減したものである。さらに、特開平9−141580
号公報に開示の「直接教示ロボットの動作範囲制限装
置」では、ロボットアームの先端に取り付けた力センサ
の情報をもとにロボットの各関節を制御する力制御のも
とで、教示者が力センサに教示力を加えることにより意
図する動作をロボットアームに直接教示するもので、力
センサからの情報を対象物に接近する方向とそれに垂直
な方向とに分解し、接近する方向の力が正の時のみ、装
置内部に記憶している対象物位置と各関節角から算出し
た手先位置との間の距離に応じて1から0まで単調連続
に変化するリミット係数を算出し、これを接近する方向
の力に積算し、他の分力と共に再合成することで出力を
得るものであり、手先と障害物との干渉を防止し、ま
た、ならい動作においても対象物への接近動作と対象物
に対し一定の距離を保ち続けるならい動作とを、特別の
モード変更を行うことなく滑らかに実現するものであ
る。
2. Description of the Related Art Devices for moving human limbs include continuous passive exercise devices (CPMs) used in the medical field.
training equipment such as assive motion equipment), rehabilitation equipment and sports training equipment used in the field of rehabilitation. An example of such a training device is shown in FIG.
Shown in The figure shows the configuration of the impedance element in the training apparatus. As the impedance element, inertia (mass) m, viscosity (damper) b, and rigidity (spring) k
It has. As described above, in order to perform the teaching operation or the training operation by directly moving the arm while the arm is attached to the limb, the force control has conventionally been used. For example, JP-A-7-3
In the “continuous passive motion device” disclosed in Japanese Patent No. 23048, a diseased joint is driven by a rotation mechanism or a linear motion drive mechanism having at least three degrees of freedom parallel to at least one rotation axis of the diseased joint. In addition, by driving the affected joint with a drive mechanism having one or more degrees of freedom that is not parallel to the rotation axis of the affected joint, and driving the affected joint ahead of the drive mechanism, By generating a twisting force, the therapeutic effect and the training effect are enhanced. In this conventional example, a force is controlled by setting a target impedance at the tip of the device. In addition, a method in which a target impedance is set for each joint to control the force has been proposed.
Further, in the "limb driving device" disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-140753, the arm is directly moved in a state in which a force-controllable arm is mounted on the limb, and force information and arm position information at that time are stored in a storage device. It moves the limb by memorizing and reproducing the stored data under force control,
Cut off or reduce the arm drive command at the time of direct teaching,
It is equipped with a switching means for returning to the original state at the time of reproduction, whereby direct teaching can be performed by using only one force sensor and applying force to any part of the arm, and power consumption of teaching is reduced. is there. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-141580
In the “operating range limiting device for a direct teaching robot” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-260, the teacher teaches a force under force control for controlling each joint of the robot based on information from a force sensor attached to the tip of the robot arm. This is to teach the intended operation directly to the robot arm by applying the teaching force to the sensor.The information from the force sensor is broken down into the direction approaching the object and the direction perpendicular thereto, and the force in the approaching direction is correct. Only at the time of, the limit coefficient that changes monotonously and continuously from 1 to 0 according to the distance between the object position stored in the apparatus and the hand position calculated from each joint angle is calculated and approached. The output is obtained by integrating the force in the direction and recombining it with other component forces to prevent interference between the hand and the obstacle. A certain distance from The if have operation and continue, it is to smoothly realized without performing a special mode change.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、装置に繰り
返し動作を行わせる場合、繰り返し動作開始時には利用
者が動作に慣れていないため可動範囲も小さく、痛みも
感じやすい。しかし、繰り返し回数が増加するにつれて
動作に慣れていくため可動範囲も大きくなり、痛みも感
じにくくなるのが一般的である。しかしながら、上記従
来の訓練装置にあっては、繰り返し動作時に、インピー
ダンスパラメータを固定して、常時インピーダンス制御
を行っている。従って、動作開始時に利用者に痛みを感
じさせないように、インピーダンスパラメータを小さく
設定すると、教示軌道と実際の動作軌道のズレが大きく
なってしまい、繰り返し動作回数が増加した場合にも希
望通りの治療動作を行うことが難しくなるという事情が
あった。また逆に、教示軌道と実際の動作軌道のズレを
小さくし、希望通りの治療動作を行わせるために、イン
ピーダンスパラメータを大きく設定すると、繰り返し動
作開始時に利用者に大きな負荷をかけることとなるので
危険である。したがって、実際には、動作開始時には利
用者が痛みを感じない範囲でインピーダンスパラメータ
を設定し、繰り返し動作回数に応じて、インピーダンス
パラメータを変化させ、動作回数が増加するにつれて軌
道が教示軌道に近づく方が希望通りの治療が行えるため
望ましい。
By the way, when the apparatus is repeatedly operated, at the start of the repeated operation, since the user is not used to the operation, the movable range is small and pain is easily felt. However, as the number of repetitions increases, the user becomes accustomed to the operation, so that the movable range is generally increased and pain is generally less likely to be felt. However, in the above-mentioned conventional training apparatus, the impedance parameter is fixed and the impedance control is always performed during the repetitive operation. Therefore, if the impedance parameter is set small so that the user does not feel pain at the start of the operation, the deviation between the teaching trajectory and the actual operation trajectory becomes large, and the desired treatment can be performed even when the number of repetitive operations increases. There was a situation that it became difficult to perform the operation. Conversely, if the impedance parameter is set to a large value in order to reduce the deviation between the teaching trajectory and the actual motion trajectory and perform the desired treatment operation, a large load will be applied to the user at the start of repeated operation. It is a danger. Therefore, in practice, at the start of the operation, the impedance parameter is set within a range where the user does not feel pain, the impedance parameter is changed according to the number of repetitions, and the trajectory approaches the teaching trajectory as the number of operations increases Is desirable because the desired treatment can be performed.

【0004】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、利用者が痛みなどを感じない範囲
で、繰り返し動作時の軌道を徐々になるべく教示軌道に
近づけるように治療を行い得る訓練装置を提供すること
を目的としている。
[0004] The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a treatment is performed so that the trajectory during repetitive operation gradually approaches the teaching trajectory as long as the user does not feel pain. It is intended to provide a training device that can be performed.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項1に係る訓練装置は、肢体に装着さ
れた支持手段の動作により予め教示された軌道に沿って
繰り返し該肢体を動かす目的で、前記支持手段に取り付
けられた力検出手段により検出された力情報および位置
検出手段により検出された位置情報に基づいて前記支持
手段の動作を制御する訓練装置において、繰り返し動作
時に、前記肢体に加わる負荷を作業空間中の負荷に変換
して監視して、該負荷が所定値を超えた場合に、インピ
ーダンスモデルのパラメータを変化させる肢体負荷監視
手段と、前記力検出手段により検出された力情報を作業
空間中の力情報に変換する力変換手段と、前記位置検出
手段からの位置情報を作業空間中の位置情報に変換する
位置変換手段と、前記インピーダンスモデルをもとに前
記力変換手段の力情報および前記位置変換手段の位置情
報に応じた力制御を行うインピーダンス制御手段とを具
備するものである。また、請求項2に係る訓練装置は、
肢体に装着された支持手段の動作により予め教示された
軌道に沿って繰り返し該肢体を動かす目的で、前記支持
手段に取り付けられた力検出手段により検出された力情
報および位置検出手段により検出された位置情報に基づ
いて前記支持手段の動作を制御する訓練装置において、
繰り返し動作時に、前記支持手段に加わる負荷を監視し
て、該負荷が所定値を超えた場合に、インピーダンスモ
デルのパラメータを変化させる肢体負荷監視手段と、前
記インピーダンスモデルをもとに前記力検出手段により
検出された力情報および前記位置検出手段により検出さ
れた位置情報に応じた力制御を行うインピーダンス制御
手段とを具備するものである。さらに、請求項3に係る
訓練装置は、肢体に装着された支持手段の動作により予
め教示された軌道に沿って繰り返し該肢体を動かす目的
で、前記支持手段に取り付けられた力検出手段により検
出された力情報および位置検出手段により検出された位
置情報に基づいて前記支持手段の動作を制御する訓練装
置において、繰り返し動作時に、前記支持手段に装着さ
れた肢体関節部に加わる負荷を監視して、該負荷が所定
値を超えた場合に、インピーダンスモデルのパラメータ
を変化させる肢体負荷監視手段と、前記力検出手段によ
り検出された力情報を前記肢体関節部への力情報に変換
する力変換手段と、前記位置検出手段からの位置情報を
前記肢体関節部の角度情報に変換する位置変換手段と、
前記インピーダンスモデルをもとに前記力変換手段の力
情報および前記位置変換手段の角度情報に応じた前記肢
体関節部毎の力制御を行うインピーダンス制御手段とを
具備するものである。そして、請求項4に係る訓練装置
は、請求項1〜3に記載の訓練装置において、前記繰り
返し動作の回数を計数する繰り返し回数計数手段を具備
し、前記肢体負荷監視手段は、前記繰り返し回数計数手
段による計数値に基づき、繰り返し動作開始時には前記
パラメータを十分低く設定し、繰り返し回数が増加する
と共に前記パラメータを増加させていくものである。ま
た、請求項5に係る訓練装置は、請求項1〜4に記載の
訓練装置において、前記肢体負荷監視手段は、繰り返し
動作時に、前記肢体に加わる負荷の変化量を作業空間中
の負荷の負荷の変化量に変換して監視、前記支持手段に
加わる負荷の変化量を監視、或いは、前記支持手段に装
着された肢体関節部に加わる負荷の変化量を監視して、
該負荷の変化量が所定値を超えた場合に、インピーダン
スモデルのパラメータを変化させるものである。また、
請求項6に係る訓練装置は、請求項1〜5に記載の訓練
装置において、前記繰り返し動作の回数を計数する繰り
返し回数計数手段を具備し、前記肢体負荷監視手段は、
前記繰り返し回数計数手段による計数値に基づき、繰り
返し動作開始時には教示者の教示軌道を力制御の目標軌
道とし、繰り返し回数が増加すると共に過去の目標軌道
からのズレ量をもとに目標軌道を修正するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a training apparatus according to a first aspect of the present invention provides a training apparatus that repeats along a trajectory previously taught by the operation of a supporting means mounted on the limb. For the purpose of moving, in a training device that controls the operation of the support means based on the force information detected by the force detection means attached to the support means and the position information detected by the position detection means, at the time of repetitive operation, The load applied to the limb is converted into a load in the work space and monitored, and when the load exceeds a predetermined value, the limb load monitoring means for changing a parameter of the impedance model and the force detection means detect the load. Force conversion means for converting the force information into force information in the work space, and position conversion means for converting the position information from the position detection means into position information in the work space, The serial impedance model in which includes an impedance control means for performing power control according to the position information of the force information and the position conversion means of said force converting means to the original. The training device according to claim 2 is:
For the purpose of repeatedly moving the limb along a trajectory previously taught by the operation of the supporting means attached to the limb, force information detected by the force detecting means attached to the supporting means and detected by the position detecting means In a training device that controls the operation of the support means based on position information,
A limb load monitoring unit that monitors a load applied to the support unit during a repetitive operation and changes a parameter of an impedance model when the load exceeds a predetermined value; and the force detection unit based on the impedance model. And impedance control means for performing force control in accordance with the force information detected by the position detection means and the position information detected by the position detection means. Further, the training device according to claim 3 is detected by force detecting means attached to the support means for the purpose of repeatedly moving the limb along a trajectory previously taught by the operation of the support means mounted on the limb. In the training device that controls the operation of the support means based on the force information and the position information detected by the position detection means, during repetitive operation, monitoring the load applied to the limb joints attached to the support means, When the load exceeds a predetermined value, a limb load monitoring unit that changes a parameter of the impedance model, and a force conversion unit that converts force information detected by the force detection unit into force information for the limb joint. Position conversion means for converting the position information from the position detection means into angle information of the limb joint,
And impedance control means for performing force control for each limb joint in accordance with the force information of the force conversion means and the angle information of the position conversion means based on the impedance model. The training device according to claim 4 is the training device according to claims 1 to 3, further comprising a repetition number counting unit that counts the number of repetition operations, wherein the limb load monitoring unit is configured to count the repetition number. At the start of the repetitive operation, the parameter is set sufficiently low based on the count value by the means, and the parameter is increased as the number of repetitions increases. According to a fifth aspect of the present invention, in the training apparatus according to the first to fourth aspects, the limb load monitoring unit determines a change amount of a load applied to the limb during a repetitive operation by using a load variation in a work space. The change in the amount of change is monitored, the amount of change in the load applied to the supporting means is monitored, or the amount of change in the load applied to the limb joint attached to the supporting means is monitored,
When the change amount of the load exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed. Also,
The training device according to claim 6, in the training device according to claims 1 to 5, further comprising a repetition number counting unit that counts the number of repetition operations, wherein the limb load monitoring unit includes:
Based on the count value by the repetition number counting means, at the start of the repetition operation, the teaching trajectory of the teacher is set as the target trajectory for force control, and the number of repetitions increases and the target trajectory is corrected based on the deviation amount from the past target trajectory. Is what you do.

【0006】本発明の請求項1および4に係る訓練装置
では、肢体負荷監視手段により、繰り返し動作時に、肢
体に加わる負荷を作業空間中の負荷に変換して監視し
て、該負荷が所定値を超えた場合に、インピーダンスモ
デルのパラメータを変化させ、インピーダンス制御手段
では、該インピーダンスモデルをもとに力変換手段の力
情報および位置変換手段の位置情報に応じた力制御を行
うようにしている。また特に、請求項4に係る訓練装置
では、肢体負荷監視手段により、繰り返し回数計数手段
による計数値に基づき、繰り返し動作開始時には前記パ
ラメータを十分低く設定し、繰り返し回数が増加すると
共に前記パラメータを増加させていくようにしている。
これにより、利用者に負荷をかけない範囲、すなわち利
用者が痛みなどを感じない範囲で目標教示軌道に追従さ
せることができ、より安全に治療動作を行うことができ
る。また、請求項2および4に係る訓練装置では、肢体
負荷監視手段により、繰り返し動作時に、支持手段に加
わる負荷を監視して、該負荷が所定値を超えた場合に、
インピーダンスモデルのパラメータを変化させ、インピ
ーダンス制御手段では、該インピーダンスモデルをもと
に力検出手段により検出された力情報および位置検出手
段により検出された位置情報に応じた力制御を行うよう
にしている。また特に、請求項4に係る訓練装置では、
肢体負荷監視手段により、繰り返し回数計数手段による
計数値に基づき、繰り返し動作開始時には前記パラメー
タを十分低く設定し、繰り返し回数が増加すると共に前
記パラメータを増加させていくようにしている。これに
より、利用者に負荷をかけない範囲、すなわち利用者が
痛みなどを感じない範囲で目標教示軌道に追従させるこ
とができ、より安全に治療動作を行うことができる。ま
た、請求項3および4に係る訓練装置では、肢体負荷監
視手段により、繰り返し動作時に、支持手段に装着され
た肢体関節部に加わる負荷を監視して、該負荷が所定値
を超えた場合に、インピーダンスモデルのパラメータを
変化させ、インピーダンス制御手段では、該インピーダ
ンスモデルをもとに力変換手段の力情報および位置変換
手段の角度情報に応じた肢体関節部毎の力制御を行うよ
うにしている。また特に、請求項4に係る訓練装置で
は、肢体負荷監視手段により、繰り返し回数計数手段に
よる計数値に基づき、繰り返し動作開始時には前記パラ
メータを十分低く設定し、繰り返し回数が増加すると共
に前記パラメータを増加させていくようにしている。こ
れにより、利用者に負荷をかけない範囲、すなわち利用
者が痛みなどを感じない範囲で目標教示軌道に追従させ
ることができ、より安全に治療動作を行うことができ
る。また、請求項1および5に係る訓練装置では、肢体
負荷監視手段により、繰り返し動作時に、肢体に加わる
負荷の変化量を作業空間中の負荷の変化量に変換して監
視して、該負荷の変化量が所定値を超えた場合に、イン
ピーダンスモデルのパラメータを変化させ、また、請求
項2および5に係る訓練装置では、肢体負荷監視手段に
より、繰り返し動作時に、支持手段に加わる負荷の変化
量を監視して、該負荷の変化量が所定値を超えた場合
に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させ、さ
らに、請求項3および5に係る訓練装置では、肢体負荷
監視手段により、繰り返し動作時に、支持手段に装着さ
れた肢体関節部に加わる負荷の変化量を監視して、該負
荷の変化量が所定値を超えた場合に、インピーダンスモ
デルのパラメータを変化させるようにしている。これに
より、利用者に負荷をかけない範囲で目標教示軌道によ
りゆるやかに追従させることができ、より安全な治療動
作を行うことができる。さらに、請求項6に係る訓練装
置では、肢体負荷監視手段により、繰り返し回数計数手
段による計数値に基づき、繰り返し動作開始時には教示
者の教示軌道を力制御の目標軌道とし、繰り返し回数が
増加すると共に過去の目標軌道からのズレ量をもとに目
標軌道を修正するようにしている。これにより、利用者
に負荷をかけない範囲、すなわち利用者が痛みなどを感
じない範囲で、繰り返し動作時の軌道を徐々になるべく
教示軌道に近づけるように治療を行うことができ、より
安全に治療動作を行うことができる。
In the training apparatus according to the first and fourth aspects of the present invention, the limb load monitoring means converts the load applied to the limb into a load in the work space during repetitive operation and monitors the load. Is exceeded, the parameters of the impedance model are changed, and the impedance control means performs force control according to the force information of the force conversion means and the position information of the position conversion means based on the impedance model. . In particular, in the training device according to claim 4, the parameter is set sufficiently low at the start of the repetitive operation by the limb load monitoring means based on the count value of the repetition number counting means, and the parameter increases with the number of repetitions. I'm going to let you.
Accordingly, the target teaching trajectory can be made to follow the range in which the load is not applied to the user, that is, the range in which the user does not feel pain or the like, and the treatment operation can be performed more safely. In the training device according to claims 2 and 4, the load applied to the support means is monitored by the limb load monitoring means during the repetitive operation, and when the load exceeds a predetermined value,
The parameters of the impedance model are changed, and the impedance control means performs force control according to the force information detected by the force detection means and the position information detected by the position detection means based on the impedance model. . Particularly in the training device according to claim 4,
At the start of the repetitive operation, the parameter is set sufficiently low by the limb load monitoring means based on the count value of the repetition number counting means, and the parameter is increased as the number of repetitions increases. Accordingly, the target teaching trajectory can be made to follow the range in which the load is not applied to the user, that is, the range in which the user does not feel pain or the like, and the treatment operation can be performed more safely. Further, in the training device according to claims 3 and 4, the limb load monitoring means monitors the load applied to the limb joint attached to the support means at the time of repetitive operation, and when the load exceeds a predetermined value. , The parameters of the impedance model are changed, and the impedance control means performs force control for each limb joint in accordance with the force information of the force conversion means and the angle information of the position conversion means based on the impedance model. . In particular, in the training device according to claim 4, the parameter is set sufficiently low at the start of the repetitive operation by the limb load monitoring means based on the count value of the repetition number counting means, and the parameter increases with the number of repetitions. I'm going to let you. Accordingly, the target teaching trajectory can be made to follow the range in which the load is not applied to the user, that is, the range in which the user does not feel pain or the like, and the treatment operation can be performed more safely. Further, in the training apparatus according to claims 1 and 5, the limb load monitoring means converts a change in the load applied to the limb into a change in the load in the work space during the repetitive operation, and monitors the load. When the change amount exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed, and in the training device according to claims 2 and 5, the change amount of the load applied to the support means during the repetitive operation by the limb load monitoring means. , And when the amount of change in the load exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed. Furthermore, in the training device according to claims 3 and 5, the limb load monitoring means performs The amount of change in the load applied to the joint of the limb attached to the support means is monitored, and when the amount of change in the load exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed. It is as to cause. This allows the user to follow the target teaching trajectory gently within a range in which no load is applied to the user, and a safer treatment operation can be performed. Further, in the training apparatus according to claim 6, the limb load monitoring means sets the teaching trajectory of the instructor as the target trajectory of the force control at the start of the repetitive operation based on the count value of the repetition number counting means, and the number of repetitions increases. The target trajectory is corrected based on the amount of deviation from the past target trajectory. As a result, the treatment can be performed so that the trajectory at the time of the repetitive operation gradually approaches the teaching trajectory as much as possible within a range where the load is not applied to the user, that is, a range where the user does not feel pain or the like, and the treatment can be performed more safely. Actions can be taken.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の訓練装置の実施の
形態について、〔第1の実施形態〕、〔第2の実施形
態〕、〔第3の実施形態〕、〔第4の実施形態〕、〔第
5の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。 〔第1の実施形態〕図1は本発明の第1の実施形態に係
る訓練装置の構成図である。本実施形態の訓練装置は、
本発明の請求項1および請求項4に係る訓練装置に対応
するもので、肢体101に装着したアーム(支持手段)
102の動作によって、教示された軌道に沿って繰り返
し肢体を動かす目的で、装置に取り付けられた力センサ
(力検出手段)105による力情報および回転角検出計
(位置検出手段)104による位置情報に基づいてアー
ム102の動作を制御するものである。同図において、
本実施形態の訓練装置は、肢体101に装着されるアー
ム102と、アーム102を駆動するモータ103と、
モータ103の回転角を検出する回転角検出計104
と、肢体101から加わる力を検出する力センサ105
と、力センサ105により検出された外力106と、肢
体101に加わる外力106を常時監視する肢体負荷監
視部107と、繰り返し動作の回数を数える繰り返し回
数カウンタ(繰り返し回数計数手段)108と、力情報
をアーム102の変位に変換する変位算出部109と、
変位算出部109のパラメータ変更を制御するスイッチ
110と、加算装置111と、アーム102の位置指令
を記憶する記憶装置112と、記憶装置112の入出力
を制御するスイッチ113と、アーム102の位置指令
からモータ103の角度指令を算出する逆運動学計算部
114と、回転角検出計104で検出した角度情報から
アーム先端の位置を算出する順運動学部115と、角度
指令に基づきモータ103を制御するサーボコントロー
ラ(インピーダンス制御手段)116とを備えて構成さ
れている。尚、図1におけるスイッチ110および11
3の設定は、繰り返し動作時におけるものとなってい
る。また、繰り返し動作時に、肢体101に加わる負荷
を作業空間中の負荷に変換して監視して、該負荷が所定
値を超えた場合に、インピーダンスモデルのパラメータ
を変化させる肢体負荷監視手段は、肢体負荷監視部10
7、変位算出部109およびスイッチ110で実現さ
れ、力変換手段は変位算出部109、加算装置111お
よび逆運動学計算部114で実現され、位置変換手段は
順運動学部115で実現されている。また、本実施形態
の訓練装置においては、インピーダンスモデルのパラメ
ータは、肢体負荷監視手段によって、肢体101に加わ
る負荷(作業空間中の負荷)が所定値を超えた場合に変
化する他、繰り返し回数カウンタ108の計数値に基づ
いて、繰り返し動作開始時には各パラメータは十分低く
設定され、繰り返し回数が増加すると共にパラメータは
増加していくように変化する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a training apparatus according to the present invention will be described with reference to [first embodiment], [second embodiment], [third embodiment], [fourth embodiment]. ] And [Fifth Embodiment] will be described in detail with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a configuration diagram of a training apparatus according to a first embodiment of the present invention. The training device of the present embodiment includes:
An arm (supporting means) which corresponds to the training device according to claims 1 and 4 of the present invention and is attached to the limb 101
By the operation of 102, in order to move the limb repeatedly along the taught trajectory, force information by a force sensor (force detecting means) 105 attached to the device and position information by a rotation angle detector (position detecting means) 104 are attached. The operation of the arm 102 is controlled based on this. In the figure,
The training device of the present embodiment includes an arm 102 mounted on a limb 101, a motor 103 driving the arm 102,
Rotation angle detector 104 for detecting the rotation angle of motor 103
And a force sensor 105 for detecting a force applied from the limb 101
An external force 106 detected by the force sensor 105, a limb load monitoring unit 107 that constantly monitors the external force 106 applied to the limb 101, a repetition number counter (repetition number counting unit) 108 for counting the number of repetition operations, and force information To a displacement of the arm 102,
A switch 110 for controlling a parameter change of the displacement calculator 109; an adding device 111; a storage device 112 for storing a position command of the arm 102; a switch 113 for controlling input / output of the storage device 112; Inverse kinematics calculation unit 114 that calculates the angle command of the motor 103 from the above, a forward kinematics unit 115 that calculates the position of the arm tip from the angle information detected by the rotation angle detector 104, and controls the motor 103 based on the angle command. And a servo controller (impedance control means) 116. The switches 110 and 11 in FIG.
The setting of 3 is for the repetitive operation. Further, at the time of repetitive operation, the load applied to the limb 101 is converted into a load in the work space and monitored, and when the load exceeds a predetermined value, the limb load monitoring means for changing the parameter of the impedance model is provided. Load monitoring unit 10
7. Implemented by the displacement calculation unit 109 and the switch 110, the force conversion unit is realized by the displacement calculation unit 109, the adder 111, and the inverse kinematics calculation unit 114, and the position conversion unit is realized by the forward kinematics unit 115. In the training apparatus of the present embodiment, the parameters of the impedance model are changed by the limb load monitoring means when the load applied to the limb 101 (load in the work space) exceeds a predetermined value. At the start of the repetition operation, each parameter is set sufficiently low based on the count value of 108, and changes as the number of repetitions increases.

【0008】次に、本実施形態の訓練装置の動作につい
て説明する。まず、直接教示時においては、スイッチ1
10が開かれ、変位算出部109の各パラメータが教示
時の値に固定される。そして教示者によって力センサ1
05に加えられた外力106に応じて、変位算出部10
9においてアーム102の変位が計算される。この変位
は逆運動学計算部114においてモータ103への角度
指令に変換され、サーボコントローラ116へ入力され
る。サーボコントローラ116はモータ角度指令と回転
角検出計104で検出した角度情報に基づいてモータ1
03を制御する。この時、スイッチ113は下(順運動
学計算部115)側に入り、順運動学計算部115で算
出されたアーム102の先端軌道が記憶装置112に記
憶される。次に、繰り返し動作時においては、力センサ
105は肢体101から加わる外力106を検出し、該
検出結果が変位算出部109に入力される。変位算出部
109では、慣性・粘性・剛性(インピーダンスモデル
のパラメータ)からなる動特性モデルをもとに、アーム
先端の直接教示時の位置からの変位を算出する。この変
位と記憶装置112に記憶しておいたアーム102の先
端位置とが加算装置111において加算され、新たなア
ーム102の先端位置指令を得ることとなる。また、逆
運動学計算部114は、先端位置指令からモータ103
への角度指令を算出して、サーボコントローラ116に
入力する。サーボコントローラ116では、モータ角度
指令と回転角検出計104で検出した角度情報をもとに
モータ103を制御する。次に、繰り返し動作時の変位
算出部109におけるインピーダンスモデルのパラメー
タ(慣性・粘性・剛性)について説明する。図2は肢体
負荷監視部107によるパラメータ調整を説明する説明
図であり、肢体作用負荷に対するインピーダンスパラメ
ータ負荷係数の関係を示す。図2において、Fは力セン
サ105で計測した外力106を、αloadは各インピー
ダンスパラメータに乗算すべき係数を表す。また、Fes
は肢体への最大負荷の大きさを、αesは装置に回避動作
を行わせる場合のインピーダンスパラメータ係数を表
す。すなわち、図2に示すように、本実施形態の訓練装
置では、繰り返し動作時に、作業空間において肢体10
1に加わるある方向の外力の大きさが所定の最大負荷F
esを超えた場合、その方向のインピーダンスパラメータ
の全て若しくは一部にインピーダンスパラメータ係数α
esを乗算してパラメータを下げるようにし、装置に回避
動作を行わせることで肢体101に作用する外力を低減
し、利用者へ一定値以上の負荷が作用するのを防止して
いる。また、図3には、肢体負荷監視部107によるパ
ラメータ調整を説明する説明図として、肢体101への
負荷が設定値Fesを超えない場合の変位算出部109の
パラメータ係数と繰り返し動作回数の関係を示す。図3
において、αturnは繰り返し動作回数に応じたインピー
ダンスパラメータ係数を表し、αlowは繰り返し動作開
始時のインピーダンスパラメータ係数を、nnolはイン
ピーダンスパラメータを設定値に一致させる繰り返し回
数を、nmaxは繰り返し動作の設定回数を示す。すなわ
ち、図3に示すように、インピーダンスパラメータ係数
αturnは、繰り返し回数カウンタ108による繰り返し
動作回数nに応じて、繰り返し動作開始時には十分低い
αlowに設定され、繰り返し回数が増加すると共にパラ
メータは増加していき、繰り返し動作回数がnnolに達
した後で繰り返し動作の設定回数nmaxに至るまでは、
αturn=1に変化する。ここで、繰り返し動作開始時イ
ンピーダンスパラメータ係数αlowは、利用者が痛みを
感じないように十分小さく設定されているものとし、イ
ンピーダンスパラメータ係数αturnは、繰り返し動作回
数に応じて全ての方向の全ての要素(慣性・粘性・剛
性)若しくは一部の要素に乗算されるものとする。また
インピーダンスパラメータ(慣性・粘性・剛性)自身
は、外力が加わっても教示軌道から大きなズレを生じな
い程度に十分大きく設定しているものとする。このよう
に本実施形態の訓練装置では、インピーダンスパラメー
タを変化させることで、痛みを感じやすい動作開始時に
は肢体に負荷を加えないよう装置が柔らかく倣うが、繰
り返し動作回数nが増加するにつれて、動作軌道が徐々
に教示軌道に一致するように装置が動作されることにな
る。従って、利用者にある一定値以上の力が作用しない
範囲で、なるべく治療用教示軌道に追従し、より安全な
治療動作を実現することができる。また、上記説明で
は、繰り返し動作回数に応じたインピーダンスパラメー
タ係数αturnを1次式で変化(図3参照)させたが、治
療動作や利用者の状態などによって、繰り返し動作回数
nに応じたインピーダンスパラメータ係数αturnの変化
を2次曲線等に変え、より柔軟な対応をすることも可能
である。
Next, the operation of the training apparatus according to the present embodiment will be described. First, at the time of direct teaching, switch 1
10 is opened, and each parameter of the displacement calculation unit 109 is fixed to the value at the time of teaching. And the force sensor 1 by the instructor
05 according to the external force 106 applied to the
At 9, the displacement of the arm 102 is calculated. This displacement is converted into an angle command for the motor 103 by the inverse kinematics calculation unit 114 and input to the servo controller 116. The servo controller 116 controls the motor 1 based on the motor angle command and the angle information detected by the rotation angle detector 104.
03 is controlled. At this time, the switch 113 enters the lower side (forward kinematics calculation unit 115), and the tip trajectory of the arm 102 calculated by the forward kinematics calculation unit 115 is stored in the storage device 112. Next, during the repetitive operation, the force sensor 105 detects the external force 106 applied from the limb 101, and the detection result is input to the displacement calculation unit 109. The displacement calculator 109 calculates the displacement of the arm tip from the position at the time of direct teaching based on a dynamic characteristic model including inertia, viscosity, and rigidity (parameters of the impedance model). The displacement and the tip position of the arm 102 stored in the storage device 112 are added by the adding device 111, and a new tip position command of the arm 102 is obtained. In addition, the inverse kinematics calculation unit 114 calculates the motor 103 based on the tip position command.
Is calculated and input to the servo controller 116. The servo controller 116 controls the motor 103 based on the motor angle command and the angle information detected by the rotation angle detector 104. Next, the parameters (inertia, viscosity, rigidity) of the impedance model in the displacement calculator 109 during the repetitive operation will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining parameter adjustment by the limb load monitoring unit 107, and shows the relationship between the limb load and the impedance parameter load coefficient. In FIG. 2, F represents the external force 106 measured by the force sensor 105, and αload represents a coefficient to be multiplied by each impedance parameter. Also, Fes
Represents the magnitude of the maximum load on the limb, and αes represents the impedance parameter coefficient when the device performs the avoidance operation. That is, as shown in FIG. 2, in the training device of the present embodiment, the limb 10
The magnitude of the external force applied in a certain direction to 1 is a predetermined maximum load F
If es is exceeded, the impedance parameter coefficient α
By multiplying es to lower the parameter and causing the device to perform the avoidance operation, the external force acting on the limb 101 is reduced, thereby preventing a load of a certain value or more from acting on the user. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining parameter adjustment by the limb load monitoring unit 107. FIG. 3 shows the relationship between the parameter coefficient of the displacement calculation unit 109 and the number of repetition operations when the load on the limb 101 does not exceed the set value Fes. Show. FIG.
Where αturn represents an impedance parameter coefficient corresponding to the number of repetition operations, αlow represents an impedance parameter coefficient at the start of the repetition operation, nnol represents the number of repetitions for matching the impedance parameter to the set value, and nmax represents the set number of repetition operations. Show. That is, as shown in FIG. 3, the impedance parameter coefficient αturn is set to a sufficiently low αlow at the start of the repetition operation according to the number n of repetition operations by the repetition number counter 108, and the parameter increases as the number of repetitions increases. After the number of repetitive operations reaches n nol, until the set number of repetitive operations reaches n max,
αturn = 1. Here, it is assumed that the repetition operation start impedance parameter coefficient αlow is set to be sufficiently small so that the user does not feel pain, and the impedance parameter coefficient αturn is set for all elements in all directions according to the number of repetition operations. (Inertia / viscosity / rigidity) or some elements. It is assumed that the impedance parameters (inertia, viscosity, and rigidity) themselves are set to be sufficiently large so that a large deviation from the teaching trajectory does not occur even when an external force is applied. As described above, in the training device of the present embodiment, by changing the impedance parameter, the device gently imitates so as not to apply a load to the limb at the start of an operation in which pain is easily felt. Is gradually operated so as to coincide with the teaching trajectory. Therefore, within a range in which a force equal to or more than a certain value does not act on the user, it is possible to follow the treatment teaching trajectory as much as possible, thereby realizing a safer treatment operation. In the above description, the impedance parameter coefficient αturn corresponding to the number of repetition operations is changed by a linear expression (see FIG. 3). However, the impedance parameter coefficient αturn corresponding to the number n of repetition operations depends on the treatment operation and the state of the user. By changing the change of the coefficient αturn into a quadratic curve or the like, it is possible to perform more flexible correspondence.

【0009】〔第2の実施形態〕次に、図4は本発明の
第2の実施形態に係る訓練装置の構成図である。同図に
おいて、図1(第1の実施形態)と重複する部分には同
一の符号を附して説明を省略する。また、第1の実施形
態との違いは、力センサ105の代わりに、装置の各関
節の加わるトルクを計測するトルクセンサ401a〜4
01cが取り付けられ、逆運動学計算部114および順
運動学計算部115が削除された点である。尚、本実施
形態の訓練装置は、本発明の請求項2および請求項4に
係る訓練装置に対応するものである。同図において、本
実施形態の訓練装置は、アーム(支持手段)102、モ
ータ103、回転角検出計(位置検出手段)104、ア
ーム102の各関節に加わるトルクを計測するトルクセ
ンサ(力検出手段)401a〜401c、各関節へのト
ルクに基づく外力406を常時監視する肢体負荷監視部
407、繰り返し回数カウンタ(繰り返し回数計数手
段)108、変位算出部109、スイッチ110、加算
装置111、記憶装置112、スイッチ113、およ
び、アーム102の位置指令と回転角検出計104で検
出した角度情報に基づきモータ103を制御するサーボ
コントローラ(インピーダンス制御手段)416を備え
て構成されている。尚、図4におけるスイッチ110お
よび113の設定は、繰り返し動作時におけるものとな
っている。また、繰り返し動作時に、アーム102に加
わる負荷を監視して、該負荷が所定値を超えた場合に、
インピーダンスモデルのパラメータを変化させる肢体負
荷監視手段は、肢体負荷監視部407、変位算出部10
9およびスイッチ110で実現されている。また、本実
施形態の訓練装置においては、インピーダンスモデルの
パラメータは、肢体負荷監視手段によって、アーム10
2に加わる負荷が所定値を超えた場合に変化する他、繰
り返し回数カウンタ108の計数値に基づいて、繰り返
し動作開始時には各パラメータは十分低く設定され、繰
り返し回数が増加すると共にパラメータは増加していく
ように変化する。つまり、本実施形態の訓練装置では、
アーム102の関節毎にインピーダンス制御を行うもの
であり、この場合、肢体負荷監視部407が監視する外
力406、変位算出部109の変位、並びに、記憶装置
112が記憶する位置指令は、全てアーム102の関節
を基準としており、インピーダンス制御もアーム102
の各関節ごとにかけられることになる。したがって、ア
ーム102の各関節に加わるトルク情報から間接的に肢
体101への負荷を監視し、このトルクに応じて第1の
実施形態における(図2参照)と同様のインピーダンス
パラメータ負荷係数αloadの変化、並びに、繰り返し動
作回数nに応じた第1の実施形態(図3参照)と同様の
インピーダンスパラメータ係数αturnの変化を行い、ト
ルクおよび繰り返し回数に応じた関節インピーダンス制
御のパラメータ変化を実現することとなる。これによ
り、第1の実施形態と同様に、インピーダンスパラメー
タを変化させることで、痛みを感じやすい動作開始時に
は肢体に負荷を加えないように柔らかく倣い、繰り返し
動作回数nが増加するにつれて動作軌道を徐々に教示軌
道に一致するように動作して、利用者にある一定値以上
の力が作用しない範囲で、目標となる治療用教示軌道に
追従し、より安全な治療動作を実現することが可能とな
る。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a block diagram of a training apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1 (first embodiment), and the description is omitted. The difference from the first embodiment is that torque sensors 401 a to 401 a to 4 measure the torque applied to each joint of the device instead of the force sensor 105.
01c is attached, and the inverse kinematics calculation unit 114 and the forward kinematics calculation unit 115 are deleted. The training device according to the present embodiment corresponds to the training device according to claims 2 and 4 of the present invention. In the figure, the training apparatus of this embodiment includes an arm (supporting means) 102, a motor 103, a rotation angle detector (position detecting means) 104, and a torque sensor (force detecting means) for measuring torque applied to each joint of the arm 102. ) 401a to 401c, a limb load monitoring unit 407 that constantly monitors an external force 406 based on torque to each joint, a repetition number counter (repetition number counting unit) 108, a displacement calculation unit 109, a switch 110, an adding device 111, and a storage device 112. , A switch 113, and a servo controller (impedance control means) 416 for controlling the motor 103 based on the position command of the arm 102 and the angle information detected by the rotation angle detector 104. Note that the settings of the switches 110 and 113 in FIG. 4 are those at the time of repetitive operation. Also, at the time of repetitive operation, the load applied to the arm 102 is monitored, and when the load exceeds a predetermined value,
The limb load monitoring unit that changes the parameters of the impedance model includes a limb load monitoring unit 407 and a displacement calculation unit 10.
9 and the switch 110. Further, in the training device of the present embodiment, the parameters of the impedance model
In addition to changing when the load applied to 2 exceeds a predetermined value, each parameter is set sufficiently low at the start of the repetition operation based on the count value of the repetition number counter 108, and the parameter increases as the number of repetitions increases. It changes as you go. That is, in the training device of the present embodiment,
Impedance control is performed for each joint of the arm 102. In this case, the external force 406 monitored by the limb load monitoring unit 407, the displacement of the displacement calculation unit 109, and the position command stored in the storage device 112 are all stored in the arm 102. And the impedance control is also performed on the arm 102.
Will be applied to each joint. Therefore, the load on the limb 101 is indirectly monitored from the torque information applied to each joint of the arm 102, and the change in the impedance parameter load coefficient αload similar to that in the first embodiment (see FIG. 2) is monitored in accordance with the torque. And changing the impedance parameter coefficient αturn in the same manner as in the first embodiment (see FIG. 3) according to the number of repetition operations n to realize a change in the parameter of the joint impedance control according to the torque and the number of repetitions. Become. Thus, as in the first embodiment, by changing the impedance parameter, the limb is gently imitated so as not to apply a load to the limb at the start of an operation in which pain is likely to be felt, and the motion trajectory gradually increases as the number n of repeated operations increases. It is possible to operate in accordance with the teaching trajectory and follow the target therapeutic teaching trajectory within a range in which a force of a certain value or more does not act on the user, thereby realizing a safer treatment operation. Become.

【0010】〔第3の実施形態〕次に、図5は本発明の
第3の実施形態に係る訓練装置の構成図である。同図に
おいて、図1(第1の実施形態)と重複する部分には同
一の符号を附して説明を省略する。また、第1の実施形
態との違いは、力センサ105で計測した外力106を
肢体関節部への負荷に変換する肢体関節負荷変換部50
1を通して肢体負荷監視部507に入力している点と、
アーム102の位置指令からモータ103の角度指令を
算出する逆運動学計算部114を肢体関節角度から装置
角度を算出する変換部502に置き換え、また回転角検
出計104で検出した角度情報からアーム先端の位置を
算出する順運動学部115を装置角度から肢体関節角度
を算出する変換部503に置き換えた点である。尚、本
実施形態の訓練装置は、本発明の請求項3および請求項
4に係る訓練装置に対応するものである。同図におい
て、本実施形態の訓練装置は、アーム(支持手段)10
2、モータ103、回転角検出計(位置検出手段)10
4、力センサ105、力センサ105で計測した外力1
06を肢体関節部への負荷に変換する肢体関節負荷変換
部501、肢体関節部に加わる負荷(外力106)を常
時監視する肢体負荷監視部507、繰り返し回数カウン
タ(繰り返し回数計数手段)108、変位算出部10
9、スイッチ110、加算装置111、記憶装置11
2、スイッチ113、肢体関節角度から装置角度を算出
する肢体関節角度〜装置角度変換部502、装置角度か
ら肢体関節角度を算出する装置角度〜肢体関節角度変換
部503、および、肢体関節角度〜装置角度変換部50
2で算出された装置角度と回転角検出計104で検出し
た角度情報に基づきモータ103を制御するサーボコン
トローラ(インピーダンス制御手段)516を備えて構
成されている。尚、図5におけるスイッチ110および
113の設定は、繰り返し動作時におけるものとなって
いる。また、繰り返し動作時に、肢体関節部に加わる負
荷(外力106)を監視して、該負荷が所定値を超えた
場合に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させ
る肢体負荷監視手段は、肢体負荷監視部507、変位算
出部109およびスイッチ110で実現され、力変換手
段は変位算出部109、加算装置111および肢体関節
角度〜装置角度変換部502で実現され、位置変換手段
は装置角度〜肢体関節角度変換部503で実現されてい
る。また、本実施形態の訓練装置においては、インピー
ダンスモデルのパラメータは、肢体負荷監視手段によっ
て、肢体関節部に加わる負荷(外力106)が所定値を
超えた場合に変化する他、繰り返し回数カウンタ108
の計数値に基づいて、繰り返し動作開始時には各パラメ
ータは十分低く設定され、繰り返し回数が増加すると共
にパラメータは増加していくように変化する。つまり、
本実施形態の訓練装置は、肢体101の関節をベースに
したインピーダンス制御を行うものであり、この場合、
肢体負荷監視部507は肢体関節部へ加わる負荷を監視
し、変位算出部109は肢体関節部に加わる負荷から肢
体が動作すべき角度を算出する。また、記憶装置112
が記憶する位置指令は、肢体関節部の位置指令となる。
したがって、肢体関節部へ加わる負荷を常時監視し、こ
の負荷に応じて第1の実施形態における(図2参照)と
同様のインピーダンスパラメータ負荷係数αloadの変
化、並びに、繰り返し動作回数nに応じた第1の実施形
態(図3参照)と同様のインピーダンスパラメータ係数
αturnの変化を行い、負荷および繰り返し回数に応じた
肢体関節部インピーダンス制御のパラメータ変化を実現
することとなる。これにより、第1の実施形態と同様に
インピーダンスパラメータを変化させることで、痛みを
感じやすい動作開始時には肢体に負荷を加えないように
柔らかく倣い、繰り返し動作回数nが増加するにつれて
動作軌道を徐々に教示軌道に一致するように動作して、
利用者にある一定値以上の力が作用しない範囲で、目標
となる治療用教示軌道に追従し、より安全な治療動作を
実現することができる。
[Third Embodiment] Next, FIG. 5 is a block diagram of a training apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1 (first embodiment), and the description is omitted. The difference from the first embodiment is that the limb joint load conversion unit 50 converts the external force 106 measured by the force sensor 105 into a load on the limb joint.
1 and input to the limb load monitoring unit 507 through
The inverse kinematics calculation unit 114 that calculates the angle command of the motor 103 from the position command of the arm 102 is replaced with a conversion unit 502 that calculates the device angle from the limb joint angle, and the arm tip is calculated based on the angle information detected by the rotation angle detector 104. The point is that the forward kinematics unit 115 for calculating the position of is replaced by a conversion unit 503 for calculating the limb joint angle from the device angle. The training device according to the present embodiment corresponds to the training device according to claims 3 and 4 of the present invention. In the same figure, the training device of the present embodiment includes an arm (supporting means) 10
2. Motor 103, rotation angle detector (position detector) 10
4. Force sensor 105, external force 1 measured by force sensor 105
A limb joint load conversion unit 501 that converts 06 into a load on the limb joint, a limb load monitoring unit 507 that constantly monitors the load (external force 106) applied to the limb joint, a repetition number counter (repetition number counting unit) 108, a displacement Calculation unit 10
9, switch 110, addition device 111, storage device 11
2. Switch 113, limb joint angle to device angle conversion unit 502 for calculating device angle from limb joint angle, device angle to limb joint angle conversion unit 503 for calculating limb joint angle from device angle, and limb joint angle to device Angle converter 50
And a servo controller (impedance control means) 516 for controlling the motor 103 based on the device angle calculated in 2 and the angle information detected by the rotation angle detector 104. The switches 110 and 113 in FIG. 5 are set at the time of the repetitive operation. The limb load monitoring unit 507 monitors the load (external force 106) applied to the limb joint during the repetitive operation and changes the impedance model parameter when the load exceeds a predetermined value. , The displacement conversion unit 109 and the switch 110, the force conversion unit is realized by the displacement calculation unit 109, the adding device 111, and the limb joint angle to device angle conversion unit 502, and the position conversion unit is the device angle to the limb joint angle conversion unit. 503. In the training apparatus of the present embodiment, the impedance model parameters are changed by the limb load monitoring means when the load (external force 106) applied to the limb joints exceeds a predetermined value.
At the start of the repetition operation, each parameter is set to a sufficiently low value, and the parameter changes so as to increase as the number of repetitions increases. That is,
The training device of the present embodiment performs impedance control based on the joint of the limb 101. In this case,
The limb load monitoring unit 507 monitors the load applied to the limb joint, and the displacement calculation unit 109 calculates the angle at which the limb should move from the load applied to the limb joint. Also, the storage device 112
Is a position command of the limb joint.
Therefore, the load applied to the limb joint is constantly monitored, and a change in the impedance parameter load coefficient αload similar to that in the first embodiment (see FIG. 2) according to this load, and a second change according to the number n of repetitive operations are performed. The impedance parameter coefficient αturn is changed in the same manner as in the first embodiment (see FIG. 3), and the parameter change of the limb joint impedance control according to the load and the number of repetitions is realized. Thus, by changing the impedance parameter in the same manner as in the first embodiment, at the start of an operation in which pain is easily felt, the limb is gently imitated so as not to apply a load to the limb. Operate to match the teaching trajectory,
In a range in which a force equal to or more than a certain value does not act on the user, the user can follow the target therapeutic teaching trajectory, and realize a safer therapeutic operation.

【0011】〔第4の実施形態〕次に、図6は本発明の
第4の実施形態に係る訓練装置の構成図である。同図に
おいて、図1(第1の実施形態)と重複する部分には同
一の符号を附して説明を省略する。また、第1の実施形
態との違いは、力センサ105で計測した外力106を
微分器601を通して肢体負荷監視部607に入力して
いる点である。尚、本実施形態の訓練装置は、本発明の
請求項1および請求項5に係る訓練装置に対応するもの
である。同図において、本実施形態の訓練装置は、肢体
101に装着されるアーム102、モータ103、回転
角検出計(位置検出手段)104、力センサ(力検出手
段)105、力センサ105で計測した外力106を微
分する微分器601、微分結果により外力106の変化
を常時監視する肢体負荷監視部607、繰り返し回数カ
ウンタ(繰り返し回数計数手段)108、変位算出部1
09、スイッチ110、加算装置111、記憶装置11
2、スイッチ113、逆運動学計算部114、順運動学
部115、および、角度指令に基づきモータ103を制
御するサーボコントローラ(インピーダンス制御手段)
116を備えて構成されている。尚、図6におけるスイ
ッチ110および113の設定は、繰り返し動作時にお
けるものとなっている。また、繰り返し動作時に、肢体
101に加わる負荷の変化を作業空間中の負荷の変化に
変換して監視して、該負荷の変化が所定値を超えた場合
に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させる肢
体負荷監視手段は、微分器601、肢体負荷監視部10
7、変位算出部109およびスイッチ110で実現され
ている。また、本実施形態の訓練装置においては、イン
ピーダンスモデルのパラメータは、肢体負荷監視手段に
よって、肢体101に加わる負荷(作業空間中の負荷)
の変化が所定値を超えた場合に変化する他、繰り返し回
数カウンタ108の計数値に基づいて、繰り返し動作開
始時には各パラメータは十分低く設定され、繰り返し回
数が増加すると共にパラメータは増加していくように変
化する。本実施形態の訓練装置は、微分器601により
外力106の変化を検知し、該変化に応じたパラメータ
変化を行うものであり、この場合、第1の実施形態にお
いて、図2に示した説明図の横軸は肢体作用負荷変化量
となり、インピーダンスパラメータ負荷係数αloadは肢
体作用負荷変化量に応じて変化することとなる。したが
って、筋力がなく、余り大きな力を出せない利用者の場
合にも柔軟に対応できるようになる。尚、本実施形態の
ような第1の実施形態の変形は、第2および第3の実施
形態に対しても同様に適用することができる。
[Fourth Embodiment] FIG. 6 is a block diagram of a training apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1 (first embodiment), and the description is omitted. The difference from the first embodiment is that the external force 106 measured by the force sensor 105 is input to the limb load monitoring unit 607 through the differentiator 601. The training device according to the present embodiment corresponds to the training device according to claims 1 and 5 of the present invention. In the drawing, the training apparatus of the present embodiment is measured by an arm 102 mounted on a limb 101, a motor 103, a rotation angle detector (position detecting means) 104, a force sensor (force detecting means) 105, and a force sensor 105. A differentiator 601 for differentiating the external force 106, a limb load monitoring unit 607 for constantly monitoring a change in the external force 106 based on the differentiation result, a repetition number counter (repetition number counting unit) 108, a displacement calculation unit 1
09, switch 110, adder 111, storage device 11
2. Switch 113, inverse kinematics calculation section 114, forward kinematics section 115, and servo controller (impedance control means) for controlling motor 103 based on an angle command
116 is provided. Note that the settings of the switches 110 and 113 in FIG. 6 are those at the time of repetitive operation. Further, at the time of the repetitive operation, the change in the load applied to the limb 101 is converted into a change in the load in the work space and monitored, and when the change in the load exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed. The load monitoring means includes a differentiator 601, a limb load monitoring unit 10
7. This is realized by the displacement calculation unit 109 and the switch 110. Further, in the training device of the present embodiment, the parameters of the impedance model are the load applied to the limb 101 (the load in the work space) by the limb load monitoring means.
Changes when the change exceeds a predetermined value, and based on the count value of the repetition number counter 108, each parameter is set sufficiently low at the start of the repetition operation, and the parameter increases as the number of repetitions increases. Changes to The training apparatus according to the present embodiment detects a change in the external force 106 by the differentiator 601 and changes a parameter according to the change. In this case, in the first embodiment, the explanatory diagram illustrated in FIG. The horizontal axis indicates the change amount of the limb action load, and the impedance parameter load coefficient αload changes according to the change amount of the limb action load. Therefore, it is possible to flexibly cope with a user who has no muscular strength and cannot exert a great force. Note that the modification of the first embodiment as in the present embodiment can be similarly applied to the second and third embodiments.

【0012】〔第5の実施形態〕さらに、図7は本発明
の第5の実施形態に係る訓練装置の構成図である。同図
において、図1(第1の実施形態)と重複する部分には
同一の符号を附して説明を省略する。ここで、第1の実
施形態との違いは、繰り返し動作回数に応じて修正され
るのが変位算出部109のインピーダンスパラメータで
はなく、教示位置を記憶する記憶装置112からの教示
軌道となった点である。尚、本実施形態の訓練装置は、
本発明の請求項1および請求項6に係る訓練装置に対応
するものである。同図において、本実施形態の訓練装置
は、肢体101に装着されるアーム102、モータ10
3、回転角検出計(位置検出手段)104、力センサ
(力検出手段)105、外力106を常時監視する肢体
負荷監視部107、繰り返し回数カウンタ(繰り返し回
数計数手段)108、変位算出部109、スイッチ11
0、教示軌道を繰り返し動作回数と変位によって修正す
る教示軌道修正部701、教示軌道修正部701の動作
を制御するスイッチ702、加算装置703、加算装置
111、記憶装置112、スイッチ113、逆運動学計
算部114、順運動学部115、および、角度指令に基
づきモータ103を制御するサーボコントローラ(イン
ピーダンス制御手段)116を備えて構成されている。
尚、図7におけるスイッチ110および113の設定
は、繰り返し動作時におけるものとなっている。また、
繰り返し動作時に、肢体101に加わる負荷を作業空間
中の負荷に変換して監視して、該負荷が所定値を超えた
場合に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させ
る肢体負荷監視手段の機能を実現する部分は、肢体負荷
監視部107、変位算出部109およびスイッチ110
で実現されている。また、本実施形態の訓練装置におい
ては、肢体負荷監視手段は、インピーダンスモデルのパ
ラメータを肢体101に加わる負荷(作業空間中の負
荷)が所定値を超えた場合に変化する他に、繰り返し回
数カウンタによる繰り返し動作の回数に基づき、繰り返
し動作開始時には教示者の教示軌道を力制御の目標軌道
とし、繰り返し回数が増加すると共に過去の目標軌道か
らのズレ量をもとに目標軌道を修正する機能をも備える
が、該機能は、教示軌道修正部701、スイッチ702
および加算装置703で実現されている。すなわち、本
実施形態の訓練装置では、教示軌道修正係数βは、第1
の実施形態における繰り返し動作回数に応じたインピー
ダンスパラメータ係数αturnの変化(図3参照)と
同様に、繰り返し動作回数nに応じて、繰り返し動作開
始時には十分低いβlowに設定され、繰り返し回数が増
加すると共にパラメータは増加していき、繰り返し動作
回数がnnolに達した後で繰り返し動作の設定回数nmax
に至るまでは、β=1に変化する。この教示軌道修正係
数βが1になった場合は、装置の動作軌道が教示軌道と
一致するようになるため、本実施形態における制御方法
においても、徐々に動作軌道が目標教示軌道に近づくこ
ととなる。これにより、利用者に負荷をかけない範囲、
すなわち利用者が痛みなどを感じない範囲で、繰り返し
動作時の軌道を徐々になるべく教示軌道に近づけるよう
に治療を行うことができ、より安全に治療動作を行うこ
とができる。尚、本実施形態のような第1の実施形態の
変形は、第2および第3の実施形態に対しても同様に適
用することができる。
[Fifth Embodiment] FIG. 7 is a block diagram of a training apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1 (first embodiment), and the description is omitted. Here, the difference from the first embodiment is that what is corrected according to the number of repetitions is not the impedance parameter of the displacement calculation unit 109 but the teaching trajectory from the storage device 112 that stores the teaching position. It is. In addition, the training device of this embodiment is:
This corresponds to a training device according to claims 1 and 6 of the present invention. In FIG. 1, a training apparatus according to the present embodiment includes an arm 102 mounted on a limb 101, a motor 10
3. Rotation angle detector (position detecting means) 104, force sensor (force detecting means) 105, limb load monitoring section 107 for constantly monitoring external force 106, repetition number counter (repetition number counting means) 108, displacement calculating section 109, Switch 11
0, a teaching trajectory correction unit 701 for correcting the teaching trajectory by the number of times of movement and displacement, a switch 702 for controlling the operation of the teaching trajectory correction unit 701, an adding device 703, an adding device 111, a storage device 112, a switch 113, and inverse kinematics. It comprises a calculation unit 114, a forward kinematics unit 115, and a servo controller (impedance control unit) 116 for controlling the motor 103 based on an angle command.
Note that the settings of the switches 110 and 113 in FIG. 7 are those at the time of repetitive operation. Also,
At the time of the repetitive operation, the load applied to the limb 101 is converted into a load in the work space and monitored, and when the load exceeds a predetermined value, the function of the limb load monitoring means for changing the parameter of the impedance model is realized. The parts are a limb load monitoring unit 107, a displacement calculation unit 109, and a switch 110.
Has been realized. In the training apparatus of the present embodiment, the limb load monitoring means changes the impedance model parameter when the load applied to the limb 101 (load in the work space) exceeds a predetermined value. Based on the number of repetitive operations, the teaching trajectory of the instructor is used as the target trajectory for force control at the start of the repetitive operation, and the function of correcting the target trajectory based on the amount of deviation from the past target trajectory as the number of repetitions increases The function is provided by a teaching trajectory correction unit 701, a switch 702,
And an adder 703. That is, in the training device of the present embodiment, the teaching trajectory correction coefficient β is the first
Similarly to the change in the impedance parameter coefficient αturn according to the number of repetition operations in the embodiment (see FIG. 3), βlow is set to a sufficiently low value at the start of the repetition operation according to the number n of repetition operations, and the number of repetitions increases. The parameter increases, and after the number of repetitions reaches nnol, the set number of repetitions nmax
Until it reaches .beta. = 1. When the teaching trajectory correction coefficient β becomes 1, the operation trajectory of the device becomes coincident with the teaching trajectory. Therefore, even in the control method according to the present embodiment, the operation trajectory gradually approaches the target teaching trajectory. Become. As a result, the range that does not put a load on the user,
That is, the treatment can be performed so that the trajectory at the time of the repetitive operation gradually approaches the teaching trajectory as far as the user does not feel pain or the like, and the treatment operation can be performed more safely. Note that the modification of the first embodiment as in the present embodiment can be similarly applied to the second and third embodiments.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の訓練装置
によれば、肢体負荷監視手段により、繰り返し動作時
に、肢体に加わる負荷を作業空間中の負荷に変換して監
視して、該負荷が所定値を超えた場合に、インピーダン
スモデルのパラメータを変化させ、インピーダンス制御
手段では、該インピーダンスモデルをもとに力変換手段
の力情報および位置変換手段の位置情報に応じた力制御
を行うこととし、また特に、繰り返し回数計数手段によ
る計数値に基づき、繰り返し動作開始時には前記パラメ
ータを十分低く設定し、繰り返し回数が増加すると共に
前記パラメータを増加させていくこととしたので、利用
者に負荷をかけない範囲、すなわち利用者が痛みなどを
感じない範囲で目標教示軌道に追従させることができ、
より安全に治療動作を行い得る訓練装置を提供すること
ができる。そして、本発明の訓練装置によれば、肢体負
荷監視手段により、繰り返し動作時に、支持手段に加わ
る負荷を監視して、該負荷が所定値を超えた場合に、イ
ンピーダンスモデルのパラメータを変化させ、インピー
ダンス制御手段では、該インピーダンスモデルをもとに
力検出手段により検出された力情報および位置検出手段
により検出された位置情報に応じた力制御を行うことと
し、また特に、繰り返し回数計数手段による計数値に基
づき、繰り返し動作開始時には前記パラメータを十分低
く設定し、繰り返し回数が増加すると共に前記パラメー
タを増加させていくこととしたので、利用者に負荷をか
けない範囲、すなわち利用者が痛みなどを感じない範囲
で目標教示軌道に追従させることができ、より安全に治
療動作を行い得る訓練装置を提供することができる。ま
た、本発明の訓練装置によれば、肢体負荷監視手段によ
り、繰り返し動作時に、支持手段に装着された肢体関節
部に加わる負荷を監視して、該負荷が所定値を超えた場
合に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させ、
インピーダンス制御手段では、該インピーダンスモデル
をもとに力変換手段の力情報および位置変換手段の角度
情報に応じた肢体関節部毎の力制御を行うこととし、ま
た特に、繰り返し回数計数手段による計数値に基づき、
繰り返し動作開始時には前記パラメータを十分低く設定
し、繰り返し回数が増加すると共に前記パラメータを増
加させていくこととしたので、利用者に負荷をかけない
範囲、すなわち利用者が痛みなどを感じない範囲で目標
教示軌道に追従させることができ、より安全に治療動作
を行い得る訓練装置を提供することができる。さらに、
本発明の訓練装置によれば、肢体負荷監視手段により、
繰り返し動作時に、肢体に加わる負荷の変化量を作業空
間中の負荷の変化量に変換して監視して、該負荷の変化
量が所定値を超えた場合に、インピーダンスモデルのパ
ラメータを変化させ、また、支持手段に加わる負荷の変
化量を監視して、該負荷の変化量が所定値を超えた場合
に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させ、さ
らにまた、支持手段に装着された肢体関節部に加わる負
荷の変化量を監視して、該負荷の変化量が所定値を超え
た場合に、インピーダンスモデルのパラメータを変化さ
せることとしたので、利用者に負荷をかけない範囲で目
標教示軌道によりゆるやかに追従させることができ、よ
り安全な治療動作を行い得る訓練装置を提供することが
できる。また、本発明の訓練装置によれば、肢体負荷監
視手段により、繰り返し回数計数手段による計数値に基
づき、繰り返し動作開始時には教示者の教示軌道を力制
御の目標軌道とし、繰り返し回数が増加すると共に過去
の目標軌道からのズレ量をもとに目標軌道を修正するこ
ととしたので、利用者に負荷をかけない範囲、すなわち
利用者が痛みなどを感じない範囲で、繰り返し動作時の
軌道を徐々になるべく教示軌道に近づけるように治療を
行うことができ、より安全に治療動作を行い得る訓練装
置を提供することができる。
As described above, according to the training apparatus of the present invention, the load applied to the limb at the time of repetitive movement is converted into a load in the work space and monitored by the limb load monitoring means, and the load is monitored. Is larger than a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed, and the impedance control means performs force control according to the force information of the force conversion means and the position information of the position conversion means based on the impedance model. In particular, the parameter is set sufficiently low at the start of the repetition operation based on the count value by the repetition number counting means, and the parameter is increased as the number of repetitions increases. It is possible to follow the target teaching trajectory in a range that is not applied, that is, a range where the user does not feel pain,
It is possible to provide a training device that can perform a treatment operation more safely. According to the training apparatus of the present invention, the limb load monitoring means monitors the load applied to the support means at the time of repetitive operation, and when the load exceeds a predetermined value, changes the parameter of the impedance model, The impedance control means performs force control in accordance with the force information detected by the force detection means and the position information detected by the position detection means based on the impedance model. Based on the numerical values, at the start of the repetitive operation, the parameter was set sufficiently low, and the parameter was increased as the number of repetitions increased. A training device that can follow the target teaching trajectory in a range where it can not be felt and can perform treatment operation more safely It can be provided. Further, according to the training apparatus of the present invention, the limb load monitoring means monitors the load applied to the limb joint attached to the support means during the repetitive operation, and when the load exceeds a predetermined value, the impedance is monitored. Change the parameters of the model,
The impedance control means performs force control for each limb joint in accordance with the force information of the force conversion means and the angle information of the position conversion means based on the impedance model. Based on
At the start of the repetition operation, the parameter is set sufficiently low, and the parameter is increased as the number of repetitions increases, so that the user does not experience a load, that is, the user does not feel pain or the like. It is possible to provide a training apparatus that can follow a target teaching trajectory and can perform a treatment operation more safely. further,
According to the training device of the present invention, by the limb load monitoring means,
At the time of the repetitive operation, the amount of change in the load applied to the limb is converted into the amount of change in the load in the work space and monitored, and when the amount of change in the load exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed. In addition, the amount of change in the load applied to the support means is monitored, and when the amount of change in the load exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed. The amount of change in the applied load is monitored, and when the amount of change in the load exceeds a predetermined value, the parameters of the impedance model are changed. Can be provided, and a training apparatus capable of performing a safer treatment operation can be provided. According to the training device of the present invention, the limb load monitoring means sets the teaching trajectory of the instructor as the target trajectory of the force control at the start of the repetitive operation based on the count value of the repetition number counting means, and the number of repetitions increases. Since the target trajectory was corrected based on the amount of deviation from the past target trajectory, the trajectory during repetitive operation was gradually increased within a range that did not put a load on the user, that is, a range where the user did not feel pain. It is possible to provide a training apparatus capable of performing treatment so as to approach the teaching trajectory as much as possible and performing the treatment operation more safely.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る訓練装置の構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a training device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】肢体負荷監視部によるパラメータ調整を示し、
肢体作用負荷に対するインピーダンスパラメータ負荷係
数の関係を説明する説明図である。
FIG. 2 shows parameter adjustment by a limb load monitor,
It is explanatory drawing explaining the relationship of the impedance parameter load coefficient with respect to a limb action load.

【図3】肢体負荷監視部によるパラメータ調整を示し、
肢体への負荷が設定値を超えない場合の変位算出部のパ
ラメータ係数と繰り返し動作回数の関係を説明する説明
図である。
FIG. 3 shows parameter adjustment by a limb load monitor,
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a parameter coefficient of a displacement calculation unit and the number of repetition operations when a load on a limb does not exceed a set value.

【図4】本発明の第2の実施形態に係る訓練装置の構成
図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a training device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施形態に係る訓練装置の構成
図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a training device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施形態に係る訓練装置の構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a training device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施形態に係る訓練装置の構成
図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a training device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】従来の訓練装置を例示する構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a conventional training device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 肢体 102 アーム(支持手段) 103 モータ 104 回転角検出計(位置検出手段) 105 力センサ(力検出手段) 106,406 外力 107,407,507,607 肢体負荷監視部 108 繰り返しカウンタ(繰り返し回数計数手段) 109 変位算出部 110 スイッチ 111 加算装置 112 記憶装置 113 スイッチ 114 逆運動学計算部 115 順運動学部 116,416,516 サーボコントローラ(イン
ピーダンス制御手段) 401a〜401c トルクセンサ 501 肢体関節負荷変換部 502 肢体関節角度〜装置角度変換部 503 装置角度〜肢体関節角度変換部 601 微分器 701 教示軌道修正部 702 スイッチ 703 加算装置
101 limb 102 arm (supporting means) 103 motor 104 rotation angle detector (position detecting means) 105 force sensor (force detecting means) 106, 406 external force 107, 407, 507, 607 limb load monitoring unit 108 repetition counter (repetition count Means) 109 Displacement calculation unit 110 Switch 111 Addition device 112 Storage device 113 Switch 114 Inverse kinematics calculation unit 115 Forward kinematics unit 116, 416, 516 Servo controller (impedance control means) 401a to 401c Torque sensor 501 Limb joint load conversion unit 502 Limb joint angle to device angle conversion unit 503 Device angle to limb joint angle conversion unit 601 Differentiator 701 Teaching trajectory correction unit 702 Switch 703 Addition device

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 肢体に装着された支持手段の動作により
予め教示された軌道に沿って繰り返し該肢体を動かす目
的で、前記支持手段に取り付けられた力検出手段により
検出された力情報および位置検出手段により検出された
位置情報に基づいて前記支持手段の動作を制御する訓練
装置において、 繰り返し動作時に、前記肢体に加わる負荷を作業空間中
の負荷に変換して監視して、該負荷が所定値を超えた場
合に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させる
肢体負荷監視手段と、 前記力検出手段により検出された力情報を作業空間中の
力情報に変換する力変換手段と、 前記位置検出手段からの位置情報を作業空間中の位置情
報に変換する位置変換手段と、 前記インピーダンスモデルをもとに前記力変換手段の力
情報および前記位置変換手段の位置情報に応じた力制御
を行うインピーダンス制御手段と、を有することを特徴
とする訓練装置。
1. Force information and position detection detected by force detection means attached to said support means for the purpose of repeatedly moving the limb along a trajectory previously taught by the operation of the support means attached to the limb. In a training apparatus for controlling the operation of the support means based on the position information detected by the means, a load applied to the limb is converted into a load in a work space and monitored during a repetitive operation, and the load is a predetermined value. Limb load monitoring means for changing the parameters of the impedance model, force conversion means for converting the force information detected by the force detection means into force information in the work space, Position conversion means for converting position information into position information in a work space; force information of the force conversion means and the position conversion based on the impedance model Training apparatus, comprising: the impedance control means for performing power control according to the position information of the stage, the.
【請求項2】 肢体に装着された支持手段の動作により
予め教示された軌道に沿って繰り返し該肢体を動かす目
的で、前記支持手段に取り付けられた力検出手段により
検出された力情報および位置検出手段により検出された
位置情報に基づいて前記支持手段の動作を制御する訓練
装置において、 繰り返し動作時に、前記支持手段に加わる負荷を監視し
て、該負荷が所定値を超えた場合に、インピーダンスモ
デルのパラメータを変化させる肢体負荷監視手段と、 前記インピーダンスモデルをもとに前記力検出手段によ
り検出された力情報および前記位置検出手段により検出
された位置情報に応じた力制御を行うインピーダンス制
御手段と、を有することを特徴とする訓練装置。
2. Force information and position detection detected by force detecting means attached to the supporting means for the purpose of repeatedly moving the limb along a trajectory taught in advance by the operation of the supporting means mounted on the limb. In a training apparatus for controlling the operation of the support means based on the position information detected by the means, a load applied to the support means is monitored during a repetitive operation, and when the load exceeds a predetermined value, an impedance model A limb load monitoring unit that changes the parameters of: and an impedance control unit that performs force control in accordance with the force information detected by the force detection unit and the position information detected by the position detection unit based on the impedance model. A training device comprising:
【請求項3】 肢体に装着された支持手段の動作により
予め教示された軌道に沿って繰り返し該肢体を動かす目
的で、前記支持手段に取り付けられた力検出手段により
検出された力情報および位置検出手段により検出された
位置情報に基づいて前記支持手段の動作を制御する訓練
装置において、 繰り返し動作時に、前記支持手段に装着された肢体関節
部に加わる負荷を監視して、該負荷が所定値を超えた場
合に、インピーダンスモデルのパラメータを変化させる
肢体負荷監視手段と、 前記力検出手段により検出された力情報を前記肢体関節
部への力情報に変換する力変換手段と、 前記位置検出手段からの位置情報を前記肢体関節部の角
度情報に変換する位置変換手段と、 前記インピーダンスモデルをもとに前記力変換手段の力
情報および前記位置変換手段の角度情報に応じた前記肢
体関節部毎の力制御を行うインピーダンス制御手段と、
を有することを特徴とする訓練装置。
3. Force information and position detection detected by force detecting means attached to the supporting means for the purpose of repeatedly moving the limb along a trajectory previously taught by the operation of the supporting means mounted on the limb. In a training device for controlling the operation of the support means based on the position information detected by the means, during a repetitive operation, a load applied to a limb joint attached to the support means is monitored, and the load becomes a predetermined value. When exceeding, a limb load monitoring unit that changes a parameter of the impedance model, a force conversion unit that converts force information detected by the force detection unit into force information for the limb joint, and the position detection unit. Position converting means for converting the position information of the limb joint into angle information of the limb joint, and the force information of the force converting means and the And impedance control means for performing force control of each of the limb joint in accordance with the angle information of the position conversion means,
A training device comprising:
【請求項4】 前記繰り返し動作の回数を計数する繰り
返し回数計数手段を有し、 前記肢体負荷監視手段は、前記繰り返し回数計数手段に
よる計数値に基づき、繰り返し動作開始時には前記パラ
メータを十分低く設定し、繰り返し回数が増加すると共
に前記パラメータを増加させていくことを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1項記載の訓練装置。
4. A repetition number counting means for counting the number of repetition operations, wherein the limb load monitoring means sets the parameter sufficiently low at the start of repetition operation based on a count value by the repetition number counting means. The training device according to any one of claims 1 to 3, wherein the parameter is increased as the number of repetitions increases.
【請求項5】 前記肢体負荷監視手段は、繰り返し動作
時に、前記肢体に加わる負荷の変化量を作業空間中の負
荷の変化量に変換して監視、前記支持手段に加わる負荷
の変化量を監視、或いは、前記支持手段に装着された肢
体関節部に加わる負荷の変化量を監視して、該負荷の変
化量が所定値を超えた場合に、インピーダンスモデルの
パラメータを変化させることを特徴とする請求項1〜4
のいずれか1項記載の訓練装置。
5. The limb load monitoring means converts and converts a change in load applied to the limb into a load change in a work space during repetitive operation, and monitors a change in load applied to the support means. Alternatively, the amount of change in the load applied to the limb joint attached to the supporting means is monitored, and when the amount of change in the load exceeds a predetermined value, the parameter of the impedance model is changed. Claims 1-4
The training device according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 前記繰り返し動作の回数を計数する繰り
返し回数計数手段を有し、 前記肢体負荷監視手段は、前記繰り返し回数計数手段に
よる計数値に基づき、繰り返し動作開始時には教示者の
教示軌道を力制御の目標軌道とし、繰り返し回数が増加
すると共に過去の目標軌道からのズレ量をもとに目標軌
道を修正することを特徴とする請求項1〜5のいずれか
1項記載の訓練装置。
6. A repetition number counting means for counting the number of repetition movements, wherein the limb load monitoring means based on a count value of the repetition number counting means, based on the count value by the repetition number counting means, when starting the repetition movement, the teaching trajectory of the teacher. The training device according to any one of claims 1 to 5, wherein the target trajectory is used as a control target trajectory, and the number of repetitions increases and the target trajectory is corrected based on a deviation amount from a past target trajectory.
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