JPH11210021A - 反力提示装置 - Google Patents
反力提示装置Info
- Publication number
- JPH11210021A JPH11210021A JP2391698A JP2391698A JPH11210021A JP H11210021 A JPH11210021 A JP H11210021A JP 2391698 A JP2391698 A JP 2391698A JP 2391698 A JP2391698 A JP 2391698A JP H11210021 A JPH11210021 A JP H11210021A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- reaction force
- operator
- stimulation
- stimulus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 abstract description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003183 myoelectrical effect Effects 0.000 description 2
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 208000020431 spinal cord injury Diseases 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】反力を容易に提示すること。
【解決手段】被制御装置１からの反力信号１２を受け
て、刺激信号１３に変換する変換手段２２と、変換手段
２２に接続し、オペレータの部位に取り付け、刺激信号
１３を付与する刺激電極４とを備えた反力提示装置。
て、刺激信号１３に変換する変換手段２２と、変換手段
２２に接続し、オペレータの部位に取り付け、刺激信号
１３を付与する刺激電極４とを備えた反力提示装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反力の提示に関す
るものである。
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば図９のように、バックホー
や建設ロボットなどの被制御装置（スレーブ）１を遠隔
で操作する場合、オペレータがＣＲＴなどの表示装置２
３を見ながら、レバー３１を操作する。操作量は、制御
装置２を介して被制御装置１に伝達され、被制御装置１
を作動する。被制御装置１の作動の結果、反力が生じる
と、反力信号１２を制御装置２を介してレバー３１に戻
すことで、レバー３１に反力が与えられる。その結果、
オペレータは、直接、被制御装置１を操縦しているよう
な感覚が得られる。
や建設ロボットなどの被制御装置（スレーブ）１を遠隔
で操作する場合、オペレータがＣＲＴなどの表示装置２
３を見ながら、レバー３１を操作する。操作量は、制御
装置２を介して被制御装置１に伝達され、被制御装置１
を作動する。被制御装置１の作動の結果、反力が生じる
と、反力信号１２を制御装置２を介してレバー３１に戻
すことで、レバー３１に反力が与えられる。その結果、
オペレータは、直接、被制御装置１を操縦しているよう
な感覚が得られる。
【０００３】操作レバーに反力を付与する装置は、例え
ばバックホーの遠隔操作部として図１０のような複雑な
構造を必要とする。操作レバーには複数のリンク機構や
モータなどを必要とする。τｍｉ（ｉ＝１：ブーム軸、
２：アーム軸、３：バケット軸）はマスタ機構の操作ト
ルクであり、τｗｉはＤＣモータトルクである。マスタ
機構は、軸間距離をスレーブ機構に用いたショベルのミ
ニチュアとして可動範囲を一致させ、幾何学的に相似に
する。各回転部分はボールベアリングで指示され、各リ
ングにはカウンタウエイトを取り付け、重力により不釣
り合いを相殺する。オペレータは、マスタ機構のバケッ
トに位置する場所のハンドルで操作する。操作ハンドル
の回転軸上に４軸トルクセンサと各軸に角度変位検出用
ポテンショメータが取り付けられている。アクチュエー
タは、ＤＣサーボモータとボール減速機を組み合わせ
てある。
ばバックホーの遠隔操作部として図１０のような複雑な
構造を必要とする。操作レバーには複数のリンク機構や
モータなどを必要とする。τｍｉ（ｉ＝１：ブーム軸、
２：アーム軸、３：バケット軸）はマスタ機構の操作ト
ルクであり、τｗｉはＤＣモータトルクである。マスタ
機構は、軸間距離をスレーブ機構に用いたショベルのミ
ニチュアとして可動範囲を一致させ、幾何学的に相似に
する。各回転部分はボールベアリングで指示され、各リ
ングにはカウンタウエイトを取り付け、重力により不釣
り合いを相殺する。オペレータは、マスタ機構のバケッ
トに位置する場所のハンドルで操作する。操作ハンドル
の回転軸上に４軸トルクセンサと各軸に角度変位検出用
ポテンショメータが取り付けられている。アクチュエー
タは、ＤＣサーボモータとボール減速機を組み合わせ
てある。
【０００４】しかし、従来のモータ駆動式では、マスタ
アームの機構が複雑であり、汎用性が無く、又、重量が
重く、しかも、ハンドル部分にのみ反力が現れるという
問題点がある。
アームの機構が複雑であり、汎用性が無く、又、重量が
重く、しかも、ハンドル部分にのみ反力が現れるという
問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、反力を容易
に提示することにある。
に提示することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、被制御装置か
らの反力信号を受けて、刺激信号に変換する変換手段
と、変換手段に接続し、オペレータの部位に取り付け、
刺激信号を付与する刺激電極とを備えた、反力提示装
置、又は、前記反力提示装置において、オペレータの部
位に取り付け、筋電位を測定する筋電計と、筋電計で測
定された測定信号により刺激信号にフィードバックをか
けることを特徴とする、反力提示装置、又は、前記反力
提示装置において、オペレータが操作し、操作信号を制
御装置に出力する操作装置と、操作装置からの操作信号
を受け、被制御装置を操作する操作信号を出力する制御
手段とを備えていることを特徴とする、反力提示装置に
ある。
らの反力信号を受けて、刺激信号に変換する変換手段
と、変換手段に接続し、オペレータの部位に取り付け、
刺激信号を付与する刺激電極とを備えた、反力提示装
置、又は、前記反力提示装置において、オペレータの部
位に取り付け、筋電位を測定する筋電計と、筋電計で測
定された測定信号により刺激信号にフィードバックをか
けることを特徴とする、反力提示装置、又は、前記反力
提示装置において、オペレータが操作し、操作信号を制
御装置に出力する操作装置と、操作装置からの操作信号
を受け、被制御装置を操作する操作信号を出力する制御
手段とを備えていることを特徴とする、反力提示装置に
ある。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【０００８】＜イ＞反力提示装置の概要 反力提示装置は、図１のように、バックホーやハンドリ
ングマシンなどの被制御装置１からの反力信号１２を制
御装置２で受けて、変換手段２２で刺激信号１３に変換
し、刺激信号１３を被制御装置１を操作するオペレータ
の腕などの部位に刺激電極４で付与して、オペレータに
反力を付与する装置である。
ングマシンなどの被制御装置１からの反力信号１２を制
御装置２で受けて、変換手段２２で刺激信号１３に変換
し、刺激信号１３を被制御装置１を操作するオペレータ
の腕などの部位に刺激電極４で付与して、オペレータに
反力を付与する装置である。
【０００９】人体に刺激信号１３を付与し、腕などを動
かすシステムは、機能的電気刺激ＦＥＳ（Functional
Electrical Stimulation）として医学の分野で知られ
ており、脊髄損傷などの障害により神経系を失った筋６
２に、外部から電気刺激を与えることにより、筋６２の
収縮又は弛緩を起こさせ、生体機能の補助或いは制御を
行うものである（生体工学 株式会社昭晃堂 星宮望著
１９９０年２月２８日 初版１刷発行 ２１世紀を指
向した電子・通信・情報カリキュラムシリーズＣ−１
３、特に、５運動制御系とその代行システム、第１３７
頁〜第１９２頁参照）。
かすシステムは、機能的電気刺激ＦＥＳ（Functional
Electrical Stimulation）として医学の分野で知られ
ており、脊髄損傷などの障害により神経系を失った筋６
２に、外部から電気刺激を与えることにより、筋６２の
収縮又は弛緩を起こさせ、生体機能の補助或いは制御を
行うものである（生体工学 株式会社昭晃堂 星宮望著
１９９０年２月２８日 初版１刷発行 ２１世紀を指
向した電子・通信・情報カリキュラムシリーズＣ−１
３、特に、５運動制御系とその代行システム、第１３７
頁〜第１９２頁参照）。
【００１０】本発明は、この機能的電気刺激の技術の応
用として、筋６２の収縮又は弛緩を起こさせ、被制御装
置１のオペレータに被制御装置１からの反力を感じさせ
るものである。
用として、筋６２の収縮又は弛緩を起こさせ、被制御装
置１のオペレータに被制御装置１からの反力を感じさせ
るものである。
【００１１】被制御装置１の制御は、オペレータが、Ｃ
ＲＴなどの表示装置で被制御装置１の動きを観察しなが
ら、操作装置３を操作し、操作装置３で発生した操作信
号１１を制御装置２の制御手段２１に伝達し、更に、制
御装置２で被制御装置１を操作する操作信号１１に変え
て行う。
ＲＴなどの表示装置で被制御装置１の動きを観察しなが
ら、操作装置３を操作し、操作装置３で発生した操作信
号１１を制御装置２の制御手段２１に伝達し、更に、制
御装置２で被制御装置１を操作する操作信号１１に変え
て行う。
【００１２】＜ロ＞刺激信号 オペレータの部位に付与する刺激信号１３は、神経６３
や筋６２に与えられる。刺激信号１３は、例えば、短い
持続時間のパルス電流が用いられる。筋６２の収縮量を
制御するための刺激パルス列の変調法には、図２のよう
なパルスの波形データ１４において、振幅Ａを変化させ
る振幅変調ＡＭ、パルス幅Ｔｗを変化させるパルス幅変
調ＰＷＭ、繰り返し周波数（１／周期Ｔ）を変化させる
周波数変調ＦＭがある。これには、神経束を刺激する場
合でもおおよそ成立する。
や筋６２に与えられる。刺激信号１３は、例えば、短い
持続時間のパルス電流が用いられる。筋６２の収縮量を
制御するための刺激パルス列の変調法には、図２のよう
なパルスの波形データ１４において、振幅Ａを変化させ
る振幅変調ＡＭ、パルス幅Ｔｗを変化させるパルス幅変
調ＰＷＭ、繰り返し周波数（１／周期Ｔ）を変化させる
周波数変調ＦＭがある。これには、神経束を刺激する場
合でもおおよそ成立する。
【００１３】例えば、図３のようなレバー３１による操
作装置３において、オペレータがレバー３１を押そうと
する力Ｆｍが波形データ１４の刺激信号１３により感じ
る反力Ｆｆより大きい場合、オペレータがレバー３１か
ら力を受けつつも、レバー３１を力Ｆｍの方向に移動す
る。力Ｆｍが反力Ｆｆと等しい場合、力が拮抗してレバ
ー３１が停止する。力Ｆｍが反力Ｆｆより小さい場合、
レバー３１から力を受け、意に反する方向に移動する。
刺激信号１３が無く、力Ｆｍのみの場合、反力を感じず
に、レバー３１を力Ｆｍの方向に移動する。
作装置３において、オペレータがレバー３１を押そうと
する力Ｆｍが波形データ１４の刺激信号１３により感じ
る反力Ｆｆより大きい場合、オペレータがレバー３１か
ら力を受けつつも、レバー３１を力Ｆｍの方向に移動す
る。力Ｆｍが反力Ｆｆと等しい場合、力が拮抗してレバ
ー３１が停止する。力Ｆｍが反力Ｆｆより小さい場合、
レバー３１から力を受け、意に反する方向に移動する。
刺激信号１３が無く、力Ｆｍのみの場合、反力を感じず
に、レバー３１を力Ｆｍの方向に移動する。
【００１４】＜ハ＞刺激電極 オペレータの部位に刺激信号１３を付与する刺激電極４
は、生体へ信号を伝達するインターフェースとして重要
な役割を有し、例えば、図４〜図６のように配置するこ
とができる。図４では、皮膚６１の表面に配置する。材
料は、金属の他に、導電ゴムなどが使用される。図５で
は、皮膚６１から内部の筋６２に線電極４１を埋設す
る。図６は、刺激装置を皮膚６１の内部に埋設し、外部
からの信号で刺激信号１３を発生するものである。
は、生体へ信号を伝達するインターフェースとして重要
な役割を有し、例えば、図４〜図６のように配置するこ
とができる。図４では、皮膚６１の表面に配置する。材
料は、金属の他に、導電ゴムなどが使用される。図５で
は、皮膚６１から内部の筋６２に線電極４１を埋設す
る。図６は、刺激装置を皮膚６１の内部に埋設し、外部
からの信号で刺激信号１３を発生するものである。
【００１５】＜ニ＞フィードバック 刺激電極４とは別に、図７のように測定電極５をオペレ
ータの部位に取り付ける。この測定電極５は、例えば、
筋電位計で筋電位を測定でき、刺激信号１３の程度に応
じた電位を測定する。測定電極５で測定した測定信号を
制御装置２に戻し、刺激信号１３にフィードバックし
て、適正な刺激信号１３を得ることができる。
ータの部位に取り付ける。この測定電極５は、例えば、
筋電位計で筋電位を測定でき、刺激信号１３の程度に応
じた電位を測定する。測定電極５で測定した測定信号を
制御装置２に戻し、刺激信号１３にフィードバックし
て、適正な刺激信号１３を得ることができる。
【００１６】例えば、図８のようなフローチャートにお
いて、スレーブの反力を検出すると（Ｓ１）、その反力
に応じた刺激波形パターンの刺激信号１３を演算により
発生させる（Ｓ２）。この刺激信号１３を刺激電極４に
付与する（Ｓ３）。測定電極５からの筋電位を筋電計５
１で測定し（Ｓ４）、ステップＳ２に戻りフィードバッ
クをかける。それと共に、スレーブを操作する（Ｓ
５）。
いて、スレーブの反力を検出すると（Ｓ１）、その反力
に応じた刺激波形パターンの刺激信号１３を演算により
発生させる（Ｓ２）。この刺激信号１３を刺激電極４に
付与する（Ｓ３）。測定電極５からの筋電位を筋電計５
１で測定し（Ｓ４）、ステップＳ２に戻りフィードバッ
クをかける。それと共に、スレーブを操作する（Ｓ
５）。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、次のような効果を得ることが
できる。 ＜イ＞バックホウの掘削などの反力を容易に提示するこ
とができる。 ＜ロ＞ハード構成を変更することなく、反力を提示する
ことができる。 ＜ハ＞指単位の細かい反力を実現できる。 ＜ニ＞多種ロボットなど広範囲に適用することができ
る。 ＜ホ＞遠方にある物体の凹凸などの感触（反力）を提示
することができる。 ＜ヘ＞コンピュータ上の仮想物体の形状を視覚と共に認
識することにより臨場感の高いバーチャルシステムを提
供することができる。
できる。 ＜イ＞バックホウの掘削などの反力を容易に提示するこ
とができる。 ＜ロ＞ハード構成を変更することなく、反力を提示する
ことができる。 ＜ハ＞指単位の細かい反力を実現できる。 ＜ニ＞多種ロボットなど広範囲に適用することができ
る。 ＜ホ＞遠方にある物体の凹凸などの感触（反力）を提示
することができる。 ＜ヘ＞コンピュータ上の仮想物体の形状を視覚と共に認
識することにより臨場感の高いバーチャルシステムを提
供することができる。
【図１】反力の提示を説明する概略図
【図２】パルス信号の説明図
【図３】レバーの操作と反力の説明図
【図４】皮膚の表面に配置される刺激電極の配置図
【図５】皮膚の表面から内部に配置される刺激電極の配
置図
置図
【図６】皮膚の内部に配置される刺激電極の配置図
【図７】フィードバックのための測定信号の説明図
【図８】フィードバックのフローチャートの図
【図９】従来の遠隔操作の説明図
【図１０】従来の反力提示装置の説明図
１・・・被制御装置 １１・・操作信号 １２・・反力信号 １３・・刺激信号 １４・・波形データ ２・・・制御装置 ２１・・制御手段 ２２・・変換手段 ３・・・操作装置 ３１・・レバー ４・・・刺激信号 ４１・・線電極 ５・・・測定電極 ５１・・筋電計 ６１・・皮膚 ６２・・筋 ６３・・神経
Claims (3)
- 【請求項１】被制御装置からの反力信号を受けて、刺激
信号に変換する変換手段と、変換手段に接続し、オペレ
ータの部位に取り付け、刺激信号を付与する刺激電極と
を備えた、 反力提示装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の反力提示装置において、 オペレータの部位に取り付け、筋電位を測定する筋電計
と、筋電計で測定された測定信号により刺激信号にフィ
ードバックをかけることを特徴とする、 反力提示装置。 - 【請求項３】請求項１に記載の反力提示装置において、 オペレータが操作し、操作信号を制御装置に出力する操
作装置と、 操作装置からの操作信号を受け、被制御装置を操作する
操作信号を出力する制御手段とを備えていることを特徴
とする、 反力提示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2391698A JPH11210021A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 反力提示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2391698A JPH11210021A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 反力提示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11210021A true JPH11210021A (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=12123831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2391698A Pending JPH11210021A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 反力提示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11210021A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009193146A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | 操作装置 |
| JP2017023223A (ja) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | 国立大学法人埼玉大学 | 機能的電気刺激を用いた双方向遠隔制御システム |
| JPWO2018100760A1 (ja) * | 2016-12-02 | 2019-10-17 | Cyberdyne株式会社 | 上肢動作支援装置及び上肢動作支援システム |
-
1998
- 1998-01-21 JP JP2391698A patent/JPH11210021A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009193146A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | 操作装置 |
| JP2017023223A (ja) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | 国立大学法人埼玉大学 | 機能的電気刺激を用いた双方向遠隔制御システム |
| JPWO2018100760A1 (ja) * | 2016-12-02 | 2019-10-17 | Cyberdyne株式会社 | 上肢動作支援装置及び上肢動作支援システム |
| US11260530B2 (en) | 2016-12-02 | 2022-03-01 | Cyberdyne Inc. | Upper limb motion support apparatus and upper limb motion support system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | On the design of miniature haptic devices for upper extremity prosthetics | |
| Hauschild et al. | A virtual reality environment for designing and fitting neural prosthetic limbs | |
| Wheeler et al. | Investigation of rotational skin stretch for proprioceptive feedback with application to myoelectric systems | |
| Eberhardt et al. | OMAR a haptic display for speech perception by deaf and deaf-blind individuals | |
| Fall et al. | Wireless sEMG-based body–machine interface for assistive technology devices | |
| Hellman et al. | A robot hand testbed designed for enhancing embodiment and functional neurorehabilitation of body schema in subjects with upper limb impairment or loss | |
| Kajimoto | Design of cylindrical whole-hand haptic interface using electrocutaneous display | |
| CN115005975A (zh) | 一种能同时叠加力反馈和触觉振动反馈的主手夹持装置及其控制方法 | |
| Sergi et al. | Forearm orientation guidance with a vibrotactile feedback bracelet: On the directionality of tactile motor communication | |
| CN107638629A (zh) | 一种双反馈双辅助手部功能康复训练系统 | |
| Yokoi et al. | Mutual adaptation in a prosthetics application | |
| JP2004180817A (ja) | 生体信号を利用した作業支援マニピュレータシステム | |
| Grow et al. | Haptic simulation of elbow joint spasticity | |
| CN113827438A (zh) | 康复机器人系统的操作方法、康复机器人系统及可读介质 | |
| US20220020294A1 (en) | Training apparatus and method for fracture reduction | |
| Fritschi et al. | Integration of kinesthetic and tactile display: A modular design concept | |
| EP3167798A1 (en) | Biological signal measuring device, biological signal measuring method, mounted-type motion assist device, and motion assist method | |
| CN217219055U (zh) | 远程操作手及远程超声系统 | |
| Jin et al. | VT-ware: A wearable tactile device for upper extremity motion guidance | |
| JP6408435B2 (ja) | 機能的電気刺激を用いた双方向遠隔制御システム | |
| CN115590616A (zh) | 一种术中触觉反馈系统 | |
| Shimojo et al. | Development of a system for experiencing tactile sensation from a robot hand by electrically stimulating sensory nerve fiber | |
| Nishida et al. | Wearable kinesthetic I/O device for sharing wrist joint stiffness | |
| Rangwani et al. | Vibration induced proprioceptive modulation in surface-EMG based control of a robotic arm | |
| Shikida et al. | Somatosensory feedback improves operability of extra robotic thumb controlled by vestigial muscles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041019 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20050118 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050118 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20050516 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070424 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070821 |