JPH11164859A - 訓練装置 - Google Patents
訓練装置Info
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 肢体負荷監視手段によって、インピーダ
ンスモデルのパラメータは、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し、
また、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。
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。 【解決手段】 肢体負荷監視手段によって、インピーダ
ンスモデルのパラメータは、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し、
また、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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
図である。
【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。
図である。
【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。
図である。
【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。
図である。
【図８】従来の訓練装置を例示する構成図である。
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
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
Claims (6)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9335885A JPH11164859A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 訓練装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9335885A JPH11164859A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 訓練装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11164859A true JPH11164859A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=18293471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9335885A Abandoned JPH11164859A (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | 訓練装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11164859A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003070855A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-11 | Yaskawa Electric Corp | 下肢駆動装置 |
| JP2007282775A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | System Instruments Kk | 痛みを緩和するトレーニング装置 |
| JP2020137802A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 上銀科技股▲分▼有限公司 | 上肢訓練システム及び制御方法 |
| US11123608B2 (en) | 2019-03-05 | 2021-09-21 | Hiwin Technologies Corp. | Upper limb training system and control method thereof |
| CN114848391A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-05 | 北京邮电大学 | 一种下肢康复机器人柔顺控制方法 |
-
1997
- 1997-12-05 JP JP9335885A patent/JPH11164859A/ja not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN114848391A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-05 | 北京邮电大学 | 一种下肢康复机器人柔顺控制方法 |
| CN114848391B (zh) * | 2022-04-28 | 2023-08-29 | 北京邮电大学 | 一种下肢康复机器人柔顺控制方法 |
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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: 20041115 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060324 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20060330 |