JPH05180245A - 重力可変負荷発生装置 - Google Patents

重力可変負荷発生装置

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JPH05180245A
JPH05180245A JP3357974A JP35797491A JPH05180245A JP H05180245 A JPH05180245 A JP H05180245A JP 3357974 A JP3357974 A JP 3357974A JP 35797491 A JP35797491 A JP 35797491A JP H05180245 A JPH05180245 A JP H05180245A
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JP
Japan
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signal
gravity
load
physical quantity
load element
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JP3357974A
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Atsuo Kato
厚生 加藤
Hajime Yamada
肇 山田
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DAIICHI KEISOKU KK
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DAIICHI KEISOKU KK
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    • B25J9/16Program controls
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    • B25J9/1633Program controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷が有する重力を随時連続的に可変し、人
の筋力訓練装置等に応用する。 【構成】 負荷要素3を動作すると、トルク、角度の各
物理諸量が物理諸量検出器4に伝達される。その出力信
号は増幅器6で増幅され、一方に於いて、微分回路7か
ら粘性信号及び微分回路5から慣性信号を導入される。
他方に於いて、増幅器6から弾性信号及び重力信号とし
て導入される。この合成信号がドライバー回路13に通
電し、摩擦要素2に通電する。そして、負荷要素3は連
続的に重力が可変され、負荷要素3により人が筋力訓練
を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、粘性摩擦負荷、弾性負
荷等が有する重力を随時連続的に変化できる重力可変負
荷発生装置に関する。そして、本発明装置は、例えば、
スポーツや医療分野に於ける人の筋力増強を図るために
必要とする訓練等に応用することができる。又、ロボッ
ト分野に於けるアクチュエータ等にも応用できる。
【0002】
【従来の技術】従来、この種、重力可変負荷発生装置は
存在しておらず、所定の物体の重さを利用し、重力負荷
を代用していた。従って、重力の変化は所定物体を交換
することにより行われ、不連続かつ繁雑であり、又面倒
であった。従って、例えば、ロボットのアクチュエータ
に於ける負荷装置の場合は所定の部品や物体を所定圧力
で把持しかつ移動する機能を有するが、把持圧力や重力
を連続的に変化させたり、ある特定条件下に微細に変化
することはできない構造であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術は叙上した
構造を有するので、次のような問題点を具有する。すな
わち、モータ等の回転体トルクを単純に摩擦要素やクラ
ッチ機能に伝達する構成であるので、負荷伝達機能が不
連続でありかつ単なるトルクの伝達を企図するものであ
る。従って、安定した重力可変負荷には適応できず、例
えば患者やスポーツ選手の筋力訓練装置、または患者の
リハビリテーションには応用できなかった。また、ロボ
ット分野に於いてもそのアクチュエータが把持する部品
や物体によっては把持力を変化させる必要があるが、こ
れに対処することができない等、種々の問題点があっ
た。
【0004】本発明は、クラッチ機能等の摩擦要素の出
力側にトルク及び角度の物理諸量を検出するトルクセン
サー等でなる物理諸量検出器等を備え、これからの信号
を重力信号及び弾性信号、粘性信号、慣性信号として再
び摩擦要素にフィードバックして制御する安定な重力可
変発生装置を提供し、従来の技術に存在する問題点を解
消せんとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の技術に
存在する問題点を解決するために次の手段を採用した。
すなわち、請求項1記載の発明によれば、少なくとも1
つの回転駆動体と、該回転駆動体に連結した少なくとも
1つの摩擦要素と、該摩擦要素に連結した負荷要素と、
該負荷要素に接続した物理諸量検出器と、該物理諸量検
出器からのトルク検出及び角度検出により重力信号及び
弾性、粘性、慣性信号として取出す信号成形回路と、該
信号成形回路からの出力信号で摩擦要素を制御駆動する
ドライバー回路とで構成し、前記負荷要素に発生する重
力を連続して変化させることを特徴とする重力可変負荷
発生装置を提供し、所期の目的を達成せんとするもので
ある。
【0006】更に、請求項2記載の発明によれば、請求
項1記載の発明に加えて、信号成形回路の出力側に回転
方向判別回路を設けると共に相反する回転方向を備えた
相対向した回転体を有し、正負の負荷を伝達する手段を
採用した。かかる構成、手段により多機能な重力可変負
荷を提供し、スポーツ選手等人の筋力訓練装置やロボッ
トのアクチュエータに利用できる技術を提供するもので
ある。
【0007】
【第1実施例】図1は本発明に係る重力可変負荷発生装
置の第1実施例を示す回路構成図である。以下、これに
ついて説明する。1は回転駆動体であり、例えばモータ
等でなる。2は該回転駆動体1の出力軸に連結した摩擦
要素であり、例えば図3に示すような電磁パウダクラッ
チでなり、通電量により連結状態が変化し、前記回転駆
動体1からの回転トルクが伝達される。3は負荷要素で
あり、前記摩擦要素2の出力軸に連結されている。該負
荷要素3は例えばスポーツ選手等人の筋力訓練装置に適
用する場合は腕の把持レバーを使用する。4は負荷要素
3から伝達されるトルクや角度の物理量を検出する物理
諸量検出器である。該物理諸量検出器4は例えばトルク
センサーでなる。6は増幅器であり、前記物理諸量検出
器4の出力側に接続しており、該物理諸量検出器4から
の出力信号を増幅する。7は微分回路であり、前記増幅
器6からの信号を導入し、微分波形信号を成形するもの
で、粘性信号として取出す。該微分回路7からの信号を
セレクタ8に導入する。
【0008】5は微分回路であり、前記微分回路7の出
力側に接続され、該微分回路7からの粘性信号を取り込
み、慣性信号として出力し、前記セレクタ8に導入す
る。従って、セレクタ8は粘性信号及び慣性信号を取入
れ、次段の増幅器9に出力信号を導出する。該増幅器9
は出力信号をセレクタ10に導入する。一方、前記増幅
器6から弾性信号及び重力信号を取出し、セレクタ11
に導入する。この弾性信号及び重力信号は増幅器12を
介してセレクタ10に導入する。このようにセレクタ1
0は一方から弾性信号、重力信号を、他方から粘性信
号、慣性信号をそれぞれ導入し、この合成信号はドライ
バー回路13に伝達され、該ドライバー回路13は前記
した摩擦要素2に出力信号を導入し、該摩擦要素2の結
合度を制御かつ駆動する。該摩擦要素2は入力された重
力信号に応じて連続的に負荷を可変する。従って可変さ
れたトルクや角度は負荷要素3に伝達される。そこで、
スポーツ選手等の人の筋力訓練が自動的に負荷要素3に
よって行なうことができる。図中、aは一方の入力端
子、bは他方の入力端子である。。
【0009】図3は図1に示した摩擦要素2に使用され
る例えば電磁パウダクラッチの構造を示すものである。
21は入力軸でであり、前記回転駆動体1に連結してい
る。22は出力軸であり、一端は前記負荷要素3に連結
している。21aは入力軸21に一体形成したコ字状の
駆動クラッチ体である。22aは出力軸22に一体形成
しかつ上記駆動クラッチ体21aの内部に挿装している
T字状の被動クラッチ体である。23は前記駆動クラッ
チ体21aの外部に隣接配置した固定クラッチ体であ
る。該固定クラッチ体23の内部には電磁コイル24を
収容している。25は磁束遮断リングであり、駆動クラ
ッチ体21a内に介在させ、その左右部分を磁気的に分
離している。前記図3に示す電磁パウダクラッチの作動
を説明すれば、ドライバー回路13から電流信号が端子
26a,26bを介して電磁コイル24に通電される。
而して破線ループ27で示すように、磁束経路が形成さ
れパウダ(磁性体)が固体化し、通電量に応じて被動ク
ラッチ22aと駆動クラッチ体21aの結合度が決定さ
れ、入力軸21から出力軸22へトルクが伝達される。
端子26a,26bへの通電を遮断すれば、被動クラッ
チ体22aと駆動クラッチ体21aは解放されトルクは
伝達しなくなる。尚、図中29はシール部材である。
【0010】次に前述した図1に示す本発明の第1実施
例の動作について説明する。負荷要素3が例えば人の筋
力訓練装置に於ける把持レバーである場合、その動かし
方に応じてトルク、角度の各物理諸量が物理諸量検出器
4に伝達される。該物理諸量検出器4からの出力信号は
増幅器6で増幅され、一方に於いて、微分回路7から粘
性信号及び微分回路5から慣性信号としてセレクタ8へ
導入し、増幅器9を介してセレクタ10に導入される。
他方に於いて、増幅器6から弾性信号及び重力信号とし
てセレクタ11へ導入し、増幅器12を介してセレクタ
10に導入される。そして、粘性信号、慣性信号、弾性
信号及び重力信号が合成され、その合成信号がドライバ
ー回路13に通電する。
【0011】ドライバー回路13は、例えば図4に示す
ようにオペアンプ131を備え、このオペアンプ131
の出力側にnpn型トランジスタ132のベースを接続
し、該トランジスタ132のエミッタは抵抗133に、
コレクタは摩擦要素2にそれぞれ接続し、更に、オペア
ンプ131の一方の入力端子はセレクタ10に、他方の
入力端子は前記トランジスタ132のエミッタと抵抗1
33の接続点にそれぞれ接続している。而して、上記合
成電流によりオペアンプ131が出力し、トランジスタ
132が導通状態となり、摩擦要素2の電磁コイル24
に通電する。従って、回転駆動体1から回転トルクが負
荷要素3からの物理諸量に応じて摩擦要素2の出力軸2
2に伝達される。そして、負荷要素3は連続的に重力が
可変され、人が該負荷要素3を把持レバーとして使用す
ることにより、例えば筋力訓練を行なうことができる。
【0012】
【第2実施例】図2は本発明に係る重力可変負荷発生装
置の第2実施例を示す回路構成図であり、各構成要素は
概ね前記第1実施例と同一であり、同一構成要素につい
ては説明を省略する。14は該物理諸量検出器4の出力
側に接続した回転方向判別回路であり、この出力信号を
セレクタ15,15´に入力し、ドライバー回路13,
13´を駆動する。そして、回転駆動体1,1´の正
転、逆転作動を司るものである。該回転駆動体1と1´
は相反する回転方向を有し、従って摩擦要素2と2´の
伝達トルクも相反している。5は微分回路であり、慣性
信号を発生し、セレクタ8に伝送する。
【0013】負荷要素3は該摩擦要素2と2´との伝達
量の差の各物理諸量が伝達され、例えば、正、負の負荷
が付与される。而して、物理諸量検出器4は両者のトル
ク、角度の差の物理量を検出することとなり、この信号
を前記第1実施例で示すようにフィードバックすること
により、負荷要素3に重力負荷を連続的に可変し付与す
る。そして、該負荷要素3をロボットのアクチュエータ
や人の筋力訓練装置に応用すれば、これらの装置の動き
は、例えば、前後進把持力の強弱等連続的に相反するト
ルクを制御かつ伝達することができる。
【0014】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、負荷要
素の動作に応じたトルクや角度の物理諸量を物理諸量検
出器で検出し、この出力信号を粘性信号、慣性信号及び
弾性信号、重力信号として取出し、その合成信号をフィ
ードバックさせ、ドライバー回路を介して摩擦要素に導
入することにより回転駆動体からのトルクを負荷要素に
重力負荷として連続的に可変可能に伝達することができ
る。従って、上記負荷要素が例えばスポーツ選手等人の
筋力訓練装置についての把持レバーに応用すれば頗る効
果が向上する。また、負荷要素がロボットのアクチュエ
ータに応用すれば、正負のトルクを付与することによ
り、更に重力負荷を連続的に可変できるので、アクチュ
エータの微細な制御が可能となる。そして、既存のもの
に比し、格段にすぐれた性能を有する装置を提供できる
著大な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る重力可変負荷発生装置の第1実施
例を示す回路構成図である。
【図2】本発明に係る重力可変負荷発生装置の第2実施
例を示す回路構成図である。
【図3】本発明に係る装置に使用した摩擦要素の一例を
示す断面図である。
【図4】本発明に係る装置に使用したドライバー回路の
一例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
1,1´ 回転駆動体 2,2´ 摩擦要素 3 負荷要素 4 物理諸量検出器 6,9,12 増幅器 5,7 微分回路 13,13´ ドライバー回路 14 回転方向判別回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転駆動体と、該回転駆動体に連結した
    摩擦要素と、該摩擦要素に連結した負荷要素と、該負荷
    要素に接続した物理諸量検出器と、該物理諸量検出器か
    らのトルク検出及び角度検出により重力信号及び弾性、
    粘性、慣性信号として取出す信号成形回路と、該信号成
    形回路からの出力信号で摩擦要素を制御駆動するドライ
    バー回路とで構成し、前記負荷要素に発生する重力を変
    化させることを特徴とする重力可変負荷発生装置。
  2. 【請求項2】 複数かつ相対した回転方向を有する回転
    駆動体と、該回転駆動体に連結し、かつ相対した出力軸
    を有する複数の摩擦要素と、該摩擦要素に連結した負荷
    要素と、該負荷要素からの物理諸量によって作動する物
    理諸量検出器と、該物理諸量検出器からのトルク検出及
    び角度検出により重力信号及び弾性、粘性、慣性信号と
    して取出す信号成形回路と、該信号成形回路及び前記物
    理諸量検出器からの出力信号で作動が設定される回転方
    向判別回路からの出力信号で摩擦要素を正負に制御駆動
    する複数のドライバー回路とで構成し、前記負荷要素に
    発生する重力を変化させることを特徴とする重力可変負
    荷発生装置。
JP3357974A 1991-12-27 1991-12-27 重力可変負荷発生装置 Withdrawn JPH05180245A (ja)

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