JPH1199186A - 運動方向反転機能を備えた肢体駆動装置 - Google Patents
運動方向反転機能を備えた肢体駆動装置Info
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- JPH1199186A JPH1199186A JP9264653A JP26465397A JPH1199186A JP H1199186 A JPH1199186 A JP H1199186A JP 9264653 A JP9264653 A JP 9264653A JP 26465397 A JP26465397 A JP 26465397A JP H1199186 A JPH1199186 A JP H1199186A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉そ
の他の組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以上
の運動における過負荷を防止することのできる肢体駆動
装置を提供する。 【解決手段】 あらかじめ設定した軌道に沿って肢体１
０１を駆動する、運動自由度を２自由度以上有するリン
ク１０６，１０８を有する肢体駆動装置において、患者
の肢体１０１にかかる負荷を計測する負荷計測手段１０
４と、負荷計測手段１０４の出力信号に基づいて、また
は手動操作により、リンク１０６，１０８を、その軌道
の運動途上で一時停止させる信号および運動方向を反転
させる信号を発生させる運転方向反転信号発生手段１１
４と、運転方向反転信号発生手段１１４からの信号に基
づき、リンク１０６，１０８を、その軌道途上で一時停
止および運動方向を反転する運転方向反転手段１０２と
を備えた肢体駆動装置。
の他の組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以上
の運動における過負荷を防止することのできる肢体駆動
装置を提供する。 【解決手段】 あらかじめ設定した軌道に沿って肢体１
０１を駆動する、運動自由度を２自由度以上有するリン
ク１０６，１０８を有する肢体駆動装置において、患者
の肢体１０１にかかる負荷を計測する負荷計測手段１０
４と、負荷計測手段１０４の出力信号に基づいて、また
は手動操作により、リンク１０６，１０８を、その軌道
の運動途上で一時停止させる信号および運動方向を反転
させる信号を発生させる運転方向反転信号発生手段１１
４と、運転方向反転信号発生手段１１４からの信号に基
づき、リンク１０６，１０８を、その軌道途上で一時停
止および運動方向を反転する運転方向反転手段１０２と
を備えた肢体駆動装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全身機能低下を矯
正し筋・骨格系統の機能を改善し健康状態を維持・改善
する目的で、リラクセーションや関節可動域訓練や筋力
増強訓練や持続力増強訓練や協調性訓練や神経筋再教育
やその他の訓練を行う、いわゆる運動療法を簡易に実施
できる装置、あるいは、整形外科における関節軟組織修
復と関節可動域維持・拡大を目的とする関節他動運動を
実施するため、あらかじめ設定した軌道に沿って肢体を
駆動する装置に関するものである。
正し筋・骨格系統の機能を改善し健康状態を維持・改善
する目的で、リラクセーションや関節可動域訓練や筋力
増強訓練や持続力増強訓練や協調性訓練や神経筋再教育
やその他の訓練を行う、いわゆる運動療法を簡易に実施
できる装置、あるいは、整形外科における関節軟組織修
復と関節可動域維持・拡大を目的とする関節他動運動を
実施するため、あらかじめ設定した軌道に沿って肢体を
駆動する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、整形外科で用いられる運動装置あ
るいは理学療法科で用いられる運動療法装置には、以下
のような装置が開示されている。 １）たとえば、特開昭６０−１７９０６２号公報、特開
昭６０−２３２１５８号公報、特開昭６１−１７０４６
４号公報、特公平４−１４０２８号公報に開示された装
置では、肢体の稼働角度を数値で設定すると、その角度
にしたがって一定速度で患者の肢体を運動せしめるいわ
ゆる連続他動運動を行う。なお、これらの開示技術にも
とづく製品には、例えば、マンソン社のＬ４Ｋがある。
こうした装置には一般にリバースオンロードという機能
があり、モータなどの駆動源にかかる負荷を監視して、
高負荷時には肢体関節への過負荷を避けるため、一時停
止や運動方向を反転させる機能がある。
るいは理学療法科で用いられる運動療法装置には、以下
のような装置が開示されている。 １）たとえば、特開昭６０−１７９０６２号公報、特開
昭６０−２３２１５８号公報、特開昭６１−１７０４６
４号公報、特公平４−１４０２８号公報に開示された装
置では、肢体の稼働角度を数値で設定すると、その角度
にしたがって一定速度で患者の肢体を運動せしめるいわ
ゆる連続他動運動を行う。なお、これらの開示技術にも
とづく製品には、例えば、マンソン社のＬ４Ｋがある。
こうした装置には一般にリバースオンロードという機能
があり、モータなどの駆動源にかかる負荷を監視して、
高負荷時には肢体関節への過負荷を避けるため、一時停
止や運動方向を反転させる機能がある。
【０００３】２）また、特公昭５７−４４３３７号公
報、特公平３−５４５８７号公報に開示された装置で
は、他動運動の他に筋力増強などを目的とした、等尺運
動、等張運動、等速運動の自動運動を行える。他動運動
では、先の角度入力の他に肢体を直接動かすいわゆる直
接教示手段を用いて稼働角度を時系列データとして設定
すると、その時系列データにしたがって肢体を運動せし
めることができる。また自動運動とは、装置によって肢
体が動かされる他動運動とは異なり、肢体が能動的に力
を発揮して運動するものである。なお、これらの技術に
基づく製品にも、肢体関節への負荷を監視する機能が一
般的に付加されている。
報、特公平３−５４５８７号公報に開示された装置で
は、他動運動の他に筋力増強などを目的とした、等尺運
動、等張運動、等速運動の自動運動を行える。他動運動
では、先の角度入力の他に肢体を直接動かすいわゆる直
接教示手段を用いて稼働角度を時系列データとして設定
すると、その時系列データにしたがって肢体を運動せし
めることができる。また自動運動とは、装置によって肢
体が動かされる他動運動とは異なり、肢体が能動的に力
を発揮して運動するものである。なお、これらの技術に
基づく製品にも、肢体関節への負荷を監視する機能が一
般的に付加されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、１）２）のいずれの場合も、１自由度の直線あるい
は回転軸における運動の反転機能であり、一つの関節の
１自由度の運動における過負荷防止にしか対応しておら
ず、二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の
組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動
における過負荷を防止するには不十分であった。そこで
本発明では、二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉
その他の組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以
上の運動における過負荷を防止することのできる肢体駆
動装置を提供することを目的とするものである。もちろ
ん本発明は一つの関節の１自由度の運動における過負荷
防止機能をも含むものである。
は、１）２）のいずれの場合も、１自由度の直線あるい
は回転軸における運動の反転機能であり、一つの関節の
１自由度の運動における過負荷防止にしか対応しておら
ず、二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の
組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動
における過負荷を防止するには不十分であった。そこで
本発明では、二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉
その他の組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以
上の運動における過負荷を防止することのできる肢体駆
動装置を提供することを目的とするものである。もちろ
ん本発明は一つの関節の１自由度の運動における過負荷
防止機能をも含むものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明は、あらかじめ設定した軌道に沿って肢体を
駆動する、運動自由度を２自由度以上有するリンクを有
する肢体駆動装置において、患者の肢体にかかる負荷を
計測する負荷計測手段と、前記負荷計測手段の出力信号
に基づいて、または手動操作により、前記リンクを、そ
の軌道の運動途上で一時停止させる信号および運動方向
を反転させる信号を発生させる運転方向反転信号発生手
段と、前記運転方向反転信号発生手段からの信号に基づ
き、前記リンクを、その軌道途上で一時停止および運動
方向を反転する運転方向反転手段とを備えたものであ
る。前記負荷計測手段として、装置が肢体を支持する部
分に備えた力センサ、装置リンクの各軸に備えたトルク
センサ、前記装置リンクの各アクチュエータの電流セン
サ、前記装置リンクの各アクチュエータの電流値と各ア
クチュエータの速度センサ情報とを用いた外乱オブザー
バ、駆動される肢体の主要な筋肉の筋電センサ、駆動さ
れる肢体の主要な筋肉の筋肉のふくらみの大きさの計測
センサ、のいずれか一つ又はこれらの組み合わせを用
い、前記負荷計測手段の負荷計測値があらかじめ設定し
たしきい値をオーバーしたときに、前記運転方向反転信
号発生手段から運動方向反転信号を発生させることがで
きる。前記装置の運動に、ロボット工学におけるインピ
ーダンス制御を適用し、運動を反転する場合には前記イ
ンピーダンス制御における目標インピーダンスを低く設
定することができる。前記設定する運動軌道を肢体の各
関節に換算して、各関節の曲げ角度の時系列データによ
って運動軌道を記述することができる。上記手段によ
り、二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の
組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動
における過負荷を防止することのできる肢体駆動装置を
提供することができる。
め、本発明は、あらかじめ設定した軌道に沿って肢体を
駆動する、運動自由度を２自由度以上有するリンクを有
する肢体駆動装置において、患者の肢体にかかる負荷を
計測する負荷計測手段と、前記負荷計測手段の出力信号
に基づいて、または手動操作により、前記リンクを、そ
の軌道の運動途上で一時停止させる信号および運動方向
を反転させる信号を発生させる運転方向反転信号発生手
段と、前記運転方向反転信号発生手段からの信号に基づ
き、前記リンクを、その軌道途上で一時停止および運動
方向を反転する運転方向反転手段とを備えたものであ
る。前記負荷計測手段として、装置が肢体を支持する部
分に備えた力センサ、装置リンクの各軸に備えたトルク
センサ、前記装置リンクの各アクチュエータの電流セン
サ、前記装置リンクの各アクチュエータの電流値と各ア
クチュエータの速度センサ情報とを用いた外乱オブザー
バ、駆動される肢体の主要な筋肉の筋電センサ、駆動さ
れる肢体の主要な筋肉の筋肉のふくらみの大きさの計測
センサ、のいずれか一つ又はこれらの組み合わせを用
い、前記負荷計測手段の負荷計測値があらかじめ設定し
たしきい値をオーバーしたときに、前記運転方向反転信
号発生手段から運動方向反転信号を発生させることがで
きる。前記装置の運動に、ロボット工学におけるインピ
ーダンス制御を適用し、運動を反転する場合には前記イ
ンピーダンス制御における目標インピーダンスを低く設
定することができる。前記設定する運動軌道を肢体の各
関節に換算して、各関節の曲げ角度の時系列データによ
って運動軌道を記述することができる。上記手段によ
り、二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の
組織への過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動
における過負荷を防止することのできる肢体駆動装置を
提供することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の実施例で全体の構成を示
したものである。１０１は治療あるいは訓練を行う肢体
の部分、１０２は本発明による装置の機構部分、１０３
は肢体把持部、１０４は負荷計測手段、１０５，１０
７，１０９は駆動軸、１０６，１０８はリンク、１１０
は装置の基部、１１１は計測した負荷情報、１１２は負
荷センサアンプ、１１３は増幅された負荷情報、１１４
は一時停止／運動方向反転信号発生部、１１５は一時停
止／運動方向のためのマニュアルスイッチ、１１６はマ
ニュアルスイッチによる信号、１１７は一時停止／運動
方向反転信号、１１８は軌道修正部、１１９は教示軌
道、１２０は教示軌道の設定／記憶部である。装置機構
部１０２は、基底部１１０と、駆動関節部１０５、１０
７、１０９と、これらの関節の間をつなぐリンク１０
６、１０８と、肢体１０１を把持する把持部１０３と、
負荷計測手段１０４とからなる。一方、肢体１０１への
負荷を計測する負荷計測手段１０４は負荷情報１１１を
発生して負荷センサアンプ１１２に送り、増幅した負荷
情報１１３を、一時停止／運動方向反転信号発生部１１
４へ送る。この信号発生部１１４では、あらかじめ定め
たしきい値より負荷情報１１３が大きい場合、あるいは
マニュアルで操作されるスイッチまたはレバーまたはボ
タン１１５により発生される信号１１６により、装置運
動の一時停止および運動方向反転信号１１７を発生し軌
道修正部１１８へ送る。
いて説明する。図１は本発明の実施例で全体の構成を示
したものである。１０１は治療あるいは訓練を行う肢体
の部分、１０２は本発明による装置の機構部分、１０３
は肢体把持部、１０４は負荷計測手段、１０５，１０
７，１０９は駆動軸、１０６，１０８はリンク、１１０
は装置の基部、１１１は計測した負荷情報、１１２は負
荷センサアンプ、１１３は増幅された負荷情報、１１４
は一時停止／運動方向反転信号発生部、１１５は一時停
止／運動方向のためのマニュアルスイッチ、１１６はマ
ニュアルスイッチによる信号、１１７は一時停止／運動
方向反転信号、１１８は軌道修正部、１１９は教示軌
道、１２０は教示軌道の設定／記憶部である。装置機構
部１０２は、基底部１１０と、駆動関節部１０５、１０
７、１０９と、これらの関節の間をつなぐリンク１０
６、１０８と、肢体１０１を把持する把持部１０３と、
負荷計測手段１０４とからなる。一方、肢体１０１への
負荷を計測する負荷計測手段１０４は負荷情報１１１を
発生して負荷センサアンプ１１２に送り、増幅した負荷
情報１１３を、一時停止／運動方向反転信号発生部１１
４へ送る。この信号発生部１１４では、あらかじめ定め
たしきい値より負荷情報１１３が大きい場合、あるいは
マニュアルで操作されるスイッチまたはレバーまたはボ
タン１１５により発生される信号１１６により、装置運
動の一時停止および運動方向反転信号１１７を発生し軌
道修正部１１８へ送る。
【０００７】なお、信号発生部１１４において、あらか
じめ定めたしきい値との比較による信号発生、あるいは
マニュアルで操作されるスイッチまたはレバーまたはボ
タンにより発生される信号のいずれを選択するかは、あ
らかじめ設定しておくものとする。その場合、いずれか
の信号発生により、もしくは両方の信号発生の時に限
り、運動方向反転信号１１７を発生させるように設定し
ておくことも可能である。軌道修正部１１８は、教示さ
れた軌道をあらかじめ記憶しておいた、教示軌道の設定
／記憶部１２０から送られる軌道情報１１９と上記信号
１１７とをもとに、運動を一時停止させ、あるいは運動
方向を反転する軌道を生じるように軌道を修正し、修正
軌道１２１を発生し、装置機構部１０２の駆動部（図示
せず）に送る。装置駆動部１０２は、各駆動軸に対して
モータと減速機及び角度・角速度センサを内蔵する駆動
部とサーボアンプで構成され、駆動関節１０５、１０
７、１０９とリンク１０６、１０８と肢体把持部１０３
と力センサ部１０４とを介し、修正軌道１２１にしたが
って肢体１０１を駆動する。
じめ定めたしきい値との比較による信号発生、あるいは
マニュアルで操作されるスイッチまたはレバーまたはボ
タンにより発生される信号のいずれを選択するかは、あ
らかじめ設定しておくものとする。その場合、いずれか
の信号発生により、もしくは両方の信号発生の時に限
り、運動方向反転信号１１７を発生させるように設定し
ておくことも可能である。軌道修正部１１８は、教示さ
れた軌道をあらかじめ記憶しておいた、教示軌道の設定
／記憶部１２０から送られる軌道情報１１９と上記信号
１１７とをもとに、運動を一時停止させ、あるいは運動
方向を反転する軌道を生じるように軌道を修正し、修正
軌道１２１を発生し、装置機構部１０２の駆動部（図示
せず）に送る。装置駆動部１０２は、各駆動軸に対して
モータと減速機及び角度・角速度センサを内蔵する駆動
部とサーボアンプで構成され、駆動関節１０５、１０
７、１０９とリンク１０６、１０８と肢体把持部１０３
と力センサ部１０４とを介し、修正軌道１２１にしたが
って肢体１０１を駆動する。
【０００７】ここで運動方向の反転手段について詳しく
説明する。まず、教示軌道の設定／記憶部１２０では、
装置先端すなわち肢体装着部の位置・姿勢の時系列デー
タあるいは各駆動軸の角度の時系列データとして教示軌
道をあらかじめ記憶している。なお「時系列」とは運動
の始めから終わりまでの運動周期をひとつのパターンと
して記憶し、実際の訓練時にはそのパターンをある回数
繰り返すことで治療動作を実施するものである。つぎ
に、運動方向反転信号１１７の発生した時点で、運動パ
ターンの始めにむかって戻るように軌道の時系列を逆転
させる。図２に動作反転の具体例を示す。（Ａ）に示す
ような軌道を教示によって設定しておいたとする。運動
方向反転信号が発生しなければ、（Ａ）に示すように教
示軌道に沿って装置は動作を実行する。（Ｂ）に示すよ
うに軌道の途中で運動方向反転信号１１７は発生すると
その発生位置から、運動の始めの位置に向かって運動方
向を反転する。具体的には装置のある制御周期ごとの時
系列で記述され記憶されている軌道データを、運動方向
反転位置で折り返すように時系列を再構成して装置の動
作する目標軌道として発生する。なお、図２の運動の始
めと終わりは上記の概念をわかりやすく説明するため離
れた位置に記してあるが、実際に治療運動を繰り返し実
施するときは、これら二つの点の位置は一致する。上記
の実施例は、装置先端の軌道すなわち位置・姿勢の情報
を時系列データとして扱った場合を示したが、以下は、
肢体の各関節の曲げ角度を時系列データとして扱う場合
を示す。これは、負荷情報をもとに、肢体の運動学的情
報を用いて関節ごとに運動方向の反転を実施するもので
ある。
説明する。まず、教示軌道の設定／記憶部１２０では、
装置先端すなわち肢体装着部の位置・姿勢の時系列デー
タあるいは各駆動軸の角度の時系列データとして教示軌
道をあらかじめ記憶している。なお「時系列」とは運動
の始めから終わりまでの運動周期をひとつのパターンと
して記憶し、実際の訓練時にはそのパターンをある回数
繰り返すことで治療動作を実施するものである。つぎ
に、運動方向反転信号１１７の発生した時点で、運動パ
ターンの始めにむかって戻るように軌道の時系列を逆転
させる。図２に動作反転の具体例を示す。（Ａ）に示す
ような軌道を教示によって設定しておいたとする。運動
方向反転信号が発生しなければ、（Ａ）に示すように教
示軌道に沿って装置は動作を実行する。（Ｂ）に示すよ
うに軌道の途中で運動方向反転信号１１７は発生すると
その発生位置から、運動の始めの位置に向かって運動方
向を反転する。具体的には装置のある制御周期ごとの時
系列で記述され記憶されている軌道データを、運動方向
反転位置で折り返すように時系列を再構成して装置の動
作する目標軌道として発生する。なお、図２の運動の始
めと終わりは上記の概念をわかりやすく説明するため離
れた位置に記してあるが、実際に治療運動を繰り返し実
施するときは、これら二つの点の位置は一致する。上記
の実施例は、装置先端の軌道すなわち位置・姿勢の情報
を時系列データとして扱った場合を示したが、以下は、
肢体の各関節の曲げ角度を時系列データとして扱う場合
を示す。これは、負荷情報をもとに、肢体の運動学的情
報を用いて関節ごとに運動方向の反転を実施するもので
ある。
【０００８】ロボット工学におけるいわゆる運動学・逆
運動学によれば、肢体の関節間の長さ情報が既知である
とき、肢体の各関節の曲げ角度から装置先端の肢体把持
位置・姿勢を計算することができ、逆に装置先端の肢体
把持位置・姿勢から各関節の角度を求めることができ
る。また、各関節における負荷の情報も、肢体把持部の
負荷情報１１３と以上の運動学による計算により容易に
求めることができる。例えば図１の下肢の例では股関節
と膝関節の負荷を別個に求めることができる。以上の肢
体の運動学情報と各関節の負荷情報を用いて、以下のよ
うに運動方向反転機能を構成する。信号発生部１１４で
は、各関節においてあらかじめ定めた負荷のしきい値と
各関節にかかる負荷とを比較ししきい値を超える場合に
は関節Ａに対する反転信号１１７を発生する。この関節
Ａに対する反転信号１１７を発生した時点で、関節Ａに
おける運動のみ運動方向の反転を実施し、Ａ以外の関節
においては、あらかじめ設定した軌道に沿った運動を続
行する。このとき、もともとの教示軌道は、上記の運動
学計算によって、各関節ごとに分離して記憶されてお
り、各関節の曲げ角度の時系列データとして記憶されて
いたものとする。このデータをもとに、上述の時系列の
反転と同様にして、各関節における時系列データの反転
を実施すればよい。このとき、関節Ａにおける反転信号
を発生した時点での肢体の位置と姿勢にＡ以外の関節が
もどるまで、Ａの運動を一時停止してもよい。また、以
上の運動の反転を実施中において、関節への負荷をさら
に減らす目的で、ロボット工学におけるいわゆるインピ
ーダンス制御を装置の運動に適用し、運動を反転を実施
する場合にはそのインピーダンス制御における目標イン
ピーダンスを低く設定することもできる。さらに、上記
のように各関節における運動の反転を実施中において
は、関節周りの回転運動に対するインピーダンス制御を
実施し、関節の回転運動に対する目標インピーダンスを
低く設定してもよい。
運動学によれば、肢体の関節間の長さ情報が既知である
とき、肢体の各関節の曲げ角度から装置先端の肢体把持
位置・姿勢を計算することができ、逆に装置先端の肢体
把持位置・姿勢から各関節の角度を求めることができ
る。また、各関節における負荷の情報も、肢体把持部の
負荷情報１１３と以上の運動学による計算により容易に
求めることができる。例えば図１の下肢の例では股関節
と膝関節の負荷を別個に求めることができる。以上の肢
体の運動学情報と各関節の負荷情報を用いて、以下のよ
うに運動方向反転機能を構成する。信号発生部１１４で
は、各関節においてあらかじめ定めた負荷のしきい値と
各関節にかかる負荷とを比較ししきい値を超える場合に
は関節Ａに対する反転信号１１７を発生する。この関節
Ａに対する反転信号１１７を発生した時点で、関節Ａに
おける運動のみ運動方向の反転を実施し、Ａ以外の関節
においては、あらかじめ設定した軌道に沿った運動を続
行する。このとき、もともとの教示軌道は、上記の運動
学計算によって、各関節ごとに分離して記憶されてお
り、各関節の曲げ角度の時系列データとして記憶されて
いたものとする。このデータをもとに、上述の時系列の
反転と同様にして、各関節における時系列データの反転
を実施すればよい。このとき、関節Ａにおける反転信号
を発生した時点での肢体の位置と姿勢にＡ以外の関節が
もどるまで、Ａの運動を一時停止してもよい。また、以
上の運動の反転を実施中において、関節への負荷をさら
に減らす目的で、ロボット工学におけるいわゆるインピ
ーダンス制御を装置の運動に適用し、運動を反転を実施
する場合にはそのインピーダンス制御における目標イン
ピーダンスを低く設定することもできる。さらに、上記
のように各関節における運動の反転を実施中において
は、関節周りの回転運動に対するインピーダンス制御を
実施し、関節の回転運動に対する目標インピーダンスを
低く設定してもよい。
【０００９】ここで、軌道の設定手段について説明す
る。軌道の設定手段としては、決まった軌道をあらかじ
め記憶しておき、その軌道を常時使用するが、次のよう
に治療ごとに設定してもよい。例えば、装置のリンクを
肢体に取り付けた状態でそれらのリンクを直接動かすこ
とでリンクの動作を教示する、いわゆるロボット工学に
おける直接教示によって肢体の動くべき動作を設定する
手法である。この直接教示による軌道の設定手段として
は次の（ａ）〜（ｄ）のような手法がある。 （ａ）装置リンクの機械的インピーダンスを制御によっ
て仮想的に調整することで、肢体の動くべき軌道と動作
範囲を設定する手法。 （ｂ）装置のアクチュエータのパワーを低減あるいは切
ることで、肢体の動くべき軌道と動作範囲を設定する手
法。 （ｃ）装置のアクチュエータからリンクへの駆動力伝達
を機構的に遮断することで、肢体の動くべき軌道と動作
範囲を設定する手法。 （ｄ）装置のアクチュエータからリンクへの駆動力伝達
を機構的に遮断することで、肢体の動くべき軌道と動作
範囲を設定する手法。
る。軌道の設定手段としては、決まった軌道をあらかじ
め記憶しておき、その軌道を常時使用するが、次のよう
に治療ごとに設定してもよい。例えば、装置のリンクを
肢体に取り付けた状態でそれらのリンクを直接動かすこ
とでリンクの動作を教示する、いわゆるロボット工学に
おける直接教示によって肢体の動くべき動作を設定する
手法である。この直接教示による軌道の設定手段として
は次の（ａ）〜（ｄ）のような手法がある。 （ａ）装置リンクの機械的インピーダンスを制御によっ
て仮想的に調整することで、肢体の動くべき軌道と動作
範囲を設定する手法。 （ｂ）装置のアクチュエータのパワーを低減あるいは切
ることで、肢体の動くべき軌道と動作範囲を設定する手
法。 （ｃ）装置のアクチュエータからリンクへの駆動力伝達
を機構的に遮断することで、肢体の動くべき軌道と動作
範囲を設定する手法。 （ｄ）装置のアクチュエータからリンクへの駆動力伝達
を機構的に遮断することで、肢体の動くべき軌道と動作
範囲を設定する手法。
【００１０】次に、負荷の計測手段の実施例をいくつか
以下に示す。これには例えば、患者の肢体から装置への
負荷を計測する手段として、図１で示したような、装置
が肢体を支持する部分に備えた力センサを用いることで
患者の肢体から装置への負荷を計測することができる。
別の手段としては、次の（１）〜（６）の手段が考えら
れる。 （１）図１の装置リンクの各軸にトルクセンサを備え、
リンクの位置と姿勢情報から、患者の肢体から装置への
負荷を計測する。 （２）図１のリンクの各軸のモータの電流値を計測する
電流センサ用いることで患者の肢体から装置への負荷を
計測する。 （３）図１のリンクの各モータの電流値と各モータの速
度情報とを用いたいわゆる外乱オブザーバを用いること
で患者の肢体から装置への負荷を計測する。 （４）図１の駆動される肢体の主要な筋肉の筋電情報を
計測する筋電センサを用いて、そのときの肢体の各関節
の角度情報とから、患者の肢体から装置への負荷を計測
する。 （５）図１の駆動される肢体の主要な筋肉のふくらみの
大きさの計測センサとそのときの肢体の各関節の角度情
報を計測する角度センサを用いることで、患者の肢体か
ら装置への負荷を計測する。 （６）以上の計測手段を一つ又は組み合わせることで患
者の肢体から装置への負荷をより精密に計測する。組み
合わせの方法としては、各々の計測値に対応して負荷の
大きさを推定する対応表を内部にもち、各センサ値にあ
る重み付けを行った上でセンサ値の和をとり、和の値を
総合的な負荷推定値として計算するようにすることがで
きる。例えば、２つの計測値に対し、重み付けが１／２
の場合は単純平均をとったことに相当する。
以下に示す。これには例えば、患者の肢体から装置への
負荷を計測する手段として、図１で示したような、装置
が肢体を支持する部分に備えた力センサを用いることで
患者の肢体から装置への負荷を計測することができる。
別の手段としては、次の（１）〜（６）の手段が考えら
れる。 （１）図１の装置リンクの各軸にトルクセンサを備え、
リンクの位置と姿勢情報から、患者の肢体から装置への
負荷を計測する。 （２）図１のリンクの各軸のモータの電流値を計測する
電流センサ用いることで患者の肢体から装置への負荷を
計測する。 （３）図１のリンクの各モータの電流値と各モータの速
度情報とを用いたいわゆる外乱オブザーバを用いること
で患者の肢体から装置への負荷を計測する。 （４）図１の駆動される肢体の主要な筋肉の筋電情報を
計測する筋電センサを用いて、そのときの肢体の各関節
の角度情報とから、患者の肢体から装置への負荷を計測
する。 （５）図１の駆動される肢体の主要な筋肉のふくらみの
大きさの計測センサとそのときの肢体の各関節の角度情
報を計測する角度センサを用いることで、患者の肢体か
ら装置への負荷を計測する。 （６）以上の計測手段を一つ又は組み合わせることで患
者の肢体から装置への負荷をより精密に計測する。組み
合わせの方法としては、各々の計測値に対応して負荷の
大きさを推定する対応表を内部にもち、各センサ値にあ
る重み付けを行った上でセンサ値の和をとり、和の値を
総合的な負荷推定値として計算するようにすることがで
きる。例えば、２つの計測値に対し、重み付けが１／２
の場合は単純平均をとったことに相当する。
【００１１】なお、本発明の装置は、２関節以上にわた
る関節組織または筋肉またはじん帯またはその他の関節
組織の治療を対象とするように、または一つの関節にお
いて２自由度以上の運動方向を対象とするものであっ
て、実施例で示したような股関節と膝関節の２関節以上
にわたる関節や筋肉等の組織の治療を対象とするものに
限定されるものではなく、上に述べた手法は容易に適用
できるものである。また、以上の実施例においては、肢
体駆動手段として電気式モータを想定したが、これに限
らず油圧式サーボ駆動手段、空気圧式サーボ駆動手段を
用いても同様な効果が得られる。
る関節組織または筋肉またはじん帯またはその他の関節
組織の治療を対象とするように、または一つの関節にお
いて２自由度以上の運動方向を対象とするものであっ
て、実施例で示したような股関節と膝関節の２関節以上
にわたる関節や筋肉等の組織の治療を対象とするものに
限定されるものではなく、上に述べた手法は容易に適用
できるものである。また、以上の実施例においては、肢
体駆動手段として電気式モータを想定したが、これに限
らず油圧式サーボ駆動手段、空気圧式サーボ駆動手段を
用いても同様な効果が得られる。
【００１２】
【発明の効果】以上のように、本発明では、あらかじめ
設定した軌道に沿って肢体を駆動する装置において、二
つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の組織へ
の過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動におけ
る過負荷を防止することのできる肢体駆動装置を提供す
ることができ、従来技術の、１自由度の直線あるいは回
転軸における運動の反転機能であり、一つの関節の１自
由度の運動における過負荷防止にしか対応しておらず、
二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の組織
への過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動にお
ける過負荷を防止するには不十分であった問題を解決で
きる。
設定した軌道に沿って肢体を駆動する装置において、二
つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の組織へ
の過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動におけ
る過負荷を防止することのできる肢体駆動装置を提供す
ることができ、従来技術の、１自由度の直線あるいは回
転軸における運動の反転機能であり、一つの関節の１自
由度の運動における過負荷防止にしか対応しておらず、
二つ以上の関節にまたがる関節組織や筋肉その他の組織
への過負荷や、一つの関節での２自由度以上の運動にお
ける過負荷を防止するには不十分であった問題を解決で
きる。
【図１】 本発明の実施例の主な構成を示す図である。
【図２】 本発明の装置のある周期の運動パターンの例
を示す図である。
を示す図である。
【符号の説明】 １０１：治療あるいは訓練を行う肢体の部分、１０２：
装置の機構部分、１０３：肢体把持部、１０４：負荷計
測手段、１０５：駆動軸、１０６：リンク、１０７：駆
動軸、１０８：リンク、１０９：駆動軸、１１０：装置
の基部、１１１：計測した負荷情報、１１２：負荷セン
サアンプ、１１３：増幅された負荷情報、１１４：一時
停止／運動方向反転信号発生部、１１５：一時停止／運
動方向のためのマニュアルスイッチ、１１６：マニュア
ルスイッチによる信号、１１７：一時停止／運動方向反
転信号、１１８：軌道修正部、１１９：教示軌道、１２
０：教示軌道の設定／記憶部
装置の機構部分、１０３：肢体把持部、１０４：負荷計
測手段、１０５：駆動軸、１０６：リンク、１０７：駆
動軸、１０８：リンク、１０９：駆動軸、１１０：装置
の基部、１１１：計測した負荷情報、１１２：負荷セン
サアンプ、１１３：増幅された負荷情報、１１４：一時
停止／運動方向反転信号発生部、１１５：一時停止／運
動方向のためのマニュアルスイッチ、１１６：マニュア
ルスイッチによる信号、１１７：一時停止／運動方向反
転信号、１１８：軌道修正部、１１９：教示軌道、１２
０：教示軌道の設定／記憶部
Claims (4)
- 【請求項１】 あらかじめ設定した軌道に沿って肢体を
駆動する、運動自由度を２自由度以上有するリンクを有
する肢体駆動装置において、 患者の肢体にかかる負荷を計測する負荷計測手段と、 前記負荷計測手段の出力信号に基づいて、または手動操
作により、前記リンクを、その軌道の運動途上で一時停
止させる信号および運動方向を反転させる信号を発生さ
せる運転方向反転信号発生手段と、 前記運転方向反転信号発生手段からの信号に基づき、前
記リンクを、その軌道途上で一時停止および運動方向を
反転する運転方向反転手段とを備えたことを特徴とする
運動方向反転機能を備えた肢体駆動装置。 - 【請求項２】 負荷計測手段として、装置が肢体を支持
する部分に備えた力センサ、装置リンクの各軸に備えた
トルクセンサ、前記装置リンクの各アクチュエータの電
流センサ、前記装置リンクの各アクチュエータの電流値
と各アクチュエータの速度センサ情報とを用いた外乱オ
ブザーバ、駆動される肢体の主要な筋肉の筋電センサ、
駆動される肢体の主要な筋肉の筋肉のふくらみの大きさ
の計測センサ、のいずれか一つ又はこれらの組み合わせ
を用い、 前記負荷計測手段の負荷計測値があらかじめ設定したし
きい値をオーバーしたときに、前記運転方向反転信号発
生手段から運動方向反転信号を発生させることを特徴と
する請求項１記載の運動方向反転機能を備えた肢体駆動
装置。 - 【請求項３】 装置の運動に、ロボット工学におけるイ
ンピーダンス制御を適用し、運動を反転する場合には前
記インピーダンス制御における目標インピーダンスを低
く設定することを特徴とする請求項１記載の運動方向反
転機能を備えた肢体駆動装置。 - 【請求項４】 設定する運動軌道を肢体の各関節に換算
して、各関節の曲げ角度の時系列データによって運動軌
道を記述することを特徴とする請求項１記載の運動方向
反転機能を備えた肢体駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9264653A JPH1199186A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 運動方向反転機能を備えた肢体駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9264653A JPH1199186A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 運動方向反転機能を備えた肢体駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1199186A true JPH1199186A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17406349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9264653A Pending JPH1199186A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 運動方向反転機能を備えた肢体駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1199186A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007307180A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リハビリテーション装置 |
| CN105853150A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-17 | 上海电气集团股份有限公司 | 一种康复训练示教方法及上肢康复训练装置 |
| CN106618949A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-05-10 | 广东美的安川服务机器人有限公司 | 康复训练机器人的控制方法及康复训练机器人 |
| JP2019097578A (ja) * | 2017-11-28 | 2019-06-24 | キヤノンファインテックニスカ株式会社 | 運動訓練装置 |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP9264653A patent/JPH1199186A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007307180A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リハビリテーション装置 |
| CN105853150A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-17 | 上海电气集团股份有限公司 | 一种康复训练示教方法及上肢康复训练装置 |
| CN106618949A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-05-10 | 广东美的安川服务机器人有限公司 | 康复训练机器人的控制方法及康复训练机器人 |
| JP2019097578A (ja) * | 2017-11-28 | 2019-06-24 | キヤノンファインテックニスカ株式会社 | 運動訓練装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040810 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060706 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070119 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070314 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070420 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070817 |