JPS59115036A - 動力装具の制御装置 - Google Patents
動力装具の制御装置Info
- Publication number
- JPS59115036A JPS59115036A JP22400182A JP22400182A JPS59115036A JP S59115036 A JPS59115036 A JP S59115036A JP 22400182 A JP22400182 A JP 22400182A JP 22400182 A JP22400182 A JP 22400182A JP S59115036 A JPS59115036 A JP S59115036A
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- actuator
- power
- control device
- actuators
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- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims description 2
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 claims 1
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- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 2
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Landscapes
- Numerical Control (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、動力装具の制御装置に関するものであり、
より詳しくいうと、下肢継環身体障害者の立位を保ち、
かつ外部から動力を付与することにより歩行を可能にす
る動力装具の制御装置に関するものである。
より詳しくいうと、下肢継環身体障害者の立位を保ち、
かつ外部から動力を付与することにより歩行を可能にす
る動力装具の制御装置に関するものである。
従来、この種の装具は下肢継環患者の上体と下肢を真直
ぐ維持するためのもので、杖や支え処すがって身障者が
自分の力で歩行を行うものである。
ぐ維持するためのもので、杖や支え処すがって身障者が
自分の力で歩行を行うものである。
また、従来、動力装具と称するものに、たとえばて動力
装具の二足歩行制御装置としては、後述するこの発明に
近いものはないが、ロボットの二足歩行制御については
従来から柚々のものが研究されているので、その−例に
つ℃・て説明する。
装具の二足歩行制御装置としては、後述するこの発明に
近いものはないが、ロボットの二足歩行制御については
従来から柚々のものが研究されているので、その−例に
つ℃・て説明する。
第１図は二足歩行制御システムのプラントとして用いら
れる簡単化された人間リンクモデルであり、／は上体、
２ａ、コｂは大腿、３ａ、３ｂは下腿、＋ａ、４（ｂは
足首を示す。またθ１．θ２．θ３゜θ４およびθ５は
各リンクの鉛直面からの角度を示し、Ｔｌ、Ｔ２１Ｔ３
１Ｔ４ 、Ｔ５およびＴ６はそれぞれのリンクの接点に
作用するトルクを示す。
れる簡単化された人間リンクモデルであり、／は上体、
２ａ、コｂは大腿、３ａ、３ｂは下腿、＋ａ、４（ｂは
足首を示す。またθ１．θ２．θ３゜θ４およびθ５は
各リンクの鉛直面からの角度を示し、Ｔｌ、Ｔ２１Ｔ３
１Ｔ４ 、Ｔ５およびＴ６はそれぞれのリンクの接点に
作用するトルクを示す。
第２図は一例と示すオハイオ大学のＨ，Ｈｅｍａｍｉの
用いた二足歩行システムの制御系であり、θＲ２； θ８はコマンドとして与える各リンクの角度および角速
度信号（θＲ１・θＲ２・θＲ３・θＲ４・θＲ５）Ｔ
・（θＲ１・δＲ２＋”Ｒ３＋δＲ４＋δＲ６）Ｔを示
し、ＴＲはバイアストルク（ＴＲ□、ＴＲ２１ＴＲ３’
１ＴＲ４１ＴＲ５）” ｒ厨 はフィードバックによる
補償トルク（△Ｔ 、 、ａＴ 、 、ａＴ ３．△Ｔ
４．△Ｔ５）Ｔ＋〒０は制御トルク信号（ＴＣｌ ”Ｃ
２、’ｒｏ３１Ｔｃ４ ＋Ｔｃ５）Ｔ を示す。θ、
θは第１図に示した各リンクの角度（〔Ｋ〕を示す。７
はアクチュエータおよびプラント。
用いた二足歩行システムの制御系であり、θＲ２； θ８はコマンドとして与える各リンクの角度および角速
度信号（θＲ１・θＲ２・θＲ３・θＲ４・θＲ５）Ｔ
・（θＲ１・δＲ２＋”Ｒ３＋δＲ４＋δＲ６）Ｔを示
し、ＴＲはバイアストルク（ＴＲ□、ＴＲ２１ＴＲ３’
１ＴＲ４１ＴＲ５）” ｒ厨 はフィードバックによる
補償トルク（△Ｔ 、 、ａＴ 、 、ａＴ ３．△Ｔ
４．△Ｔ５）Ｔ＋〒０は制御トルク信号（ＴＣｌ ”Ｃ
２、’ｒｏ３１Ｔｃ４ ＋Ｔｃ５）Ｔ を示す。θ、
θは第１図に示した各リンクの角度（〔Ｋ〕を示す。７
はアクチュエータおよびプラント。
すなわち人間リンクモデルの部分である。しかし、この
例ではゲイン行列（Ｋ）が２５の要素（ｋｉｊ。
例ではゲイン行列（Ｋ）が２５の要素（ｋｉｊ。
ｃ−／〜３ 、 ｊ −／〜５）を有しており、かつ、
これらの要素は全システムの固有値計算によって′ｌ＋
。
これらの要素は全システムの固有値計算によって′ｌ＋
。
求めなければならないので、ハードウェアの機構も複雑
で、ゲインの調整本困難である。同様の研究は阪大有本
研究室、千葉大美多研究室等から報複雑な処理を必要と
する原因は、次のことにある。
で、ゲインの調整本困難である。同様の研究は阪大有本
研究室、千葉大美多研究室等から報複雑な処理を必要と
する原因は、次のことにある。
すなわち、人間リンクモデルは各リンクが次々に接合し
ており、一つのリンクの角度のみ制御しようとしてもそ
れに連なって（・るリンクの運動に影響されてすべての
リンク運動がカップリングしてしまう。強力なアクチュ
エータがあれはこのようなカップリングが存在しても各
リンクをそれぞれなるよう計算された行列ゲインを用い
てフィードバックを行って℃・た。
ており、一つのリンクの角度のみ制御しようとしてもそ
れに連なって（・るリンクの運動に影響されてすべての
リンク運動がカップリングしてしまう。強力なアクチュ
エータがあれはこのようなカップリングが存在しても各
リンクをそれぞれなるよう計算された行列ゲインを用い
てフィードバックを行って℃・た。
一方、この発明のように、アクチュエータとして油圧サ
ーボを用いると、十分大きなフィードバックゲインを与
えることにより、各々のリンクを単独に制御することが
可能となる。しかし、この場合、各々のリンクに取付け
たアクチュエータが、それぞれ他とは無関係に強引に自
らのリンクのみを制御しようとすると、各々のアクチュ
エータが相殺し合ってエネルギのロスを生じるおそれが
ある。
ーボを用いると、十分大きなフィードバックゲインを与
えることにより、各々のリンクを単独に制御することが
可能となる。しかし、この場合、各々のリンクに取付け
たアクチュエータが、それぞれ他とは無関係に強引に自
らのリンクのみを制御しようとすると、各々のアクチュ
エータが相殺し合ってエネルギのロスを生じるおそれが
ある。
を克服し、従来の行列フィードバックより遥かに簡単な
ローカルフィードバックによって二足歩行制御を達成し
うる動力装具の制御装置を提供することを目的とするも
のである。
ローカルフィードバックによって二足歩行制御を達成し
うる動力装具の制御装置を提供することを目的とするも
のである。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第３図（ａ） 、 （ｂ）は動力装具の装着配置の態様
を示し、各関節に装着した油圧アクチュエータざに制御
回路および油圧モータ部分９が接続されてなる。
を示し、各関節に装着した油圧アクチュエータざに制御
回路および油圧モータ部分９が接続されてなる。
ＩＯは油圧タンクを示す。第７図は制御系であり、補償
回路／ｌを示すＨｌ（８） 、Ｈ２（８） 、Ｈ３（８
１、Ｈ４（Ｓ）およびＨｄＳ）は各リンクのローカルフ
ィードバックノ補償各ローカルルーズのゲインＫｉ（ｌ
＝／〜Ｓ）を調整するように構成されている。
回路／ｌを示すＨｌ（８） 、Ｈ２（８） 、Ｈ３（８
１、Ｈ４（Ｓ）およびＨｄＳ）は各リンクのローカルフ
ィードバックノ補償各ローカルルーズのゲインＫｉ（ｌ
＝／〜Ｓ）を調整するように構成されている。
つぎに、動作について説明する。第グ図において、与え
たい各リンクの角度θ□□〜θＲ５０指令信号は時系列
データとして送られる。これと実際のリンクの角度０１
〜θ５との偏差△θ１〜Δθ５が検出され、この偏差信
号は補償回路ｌ／のＨ１（Ｓ）〜Ｈ５（Ｓ）を通りトル
クコマンドｄ□〜△Ｔ５を発生する。バイアストルクＴ
ＲＩ〜ＴＲ５は第２図の従来のものと同様にして入力信
号θＲ１〜θＲ５に基も・て計算して与えてもよいし、
また与えなくてもよし・。これはフィードバックゲイン
に０〜に５が十分太きければバイアストルクＴＲＩを与
えなくても所定の精度内で制御ができるからである。か
くして得られたトルクコマンドＴ。□〜Ｔｏ５はゲイン
調整器／コによるゲイン調整を受げてアクチュエータ７
に付与される。
たい各リンクの角度θ□□〜θＲ５０指令信号は時系列
データとして送られる。これと実際のリンクの角度０１
〜θ５との偏差△θ１〜Δθ５が検出され、この偏差信
号は補償回路ｌ／のＨ１（Ｓ）〜Ｈ５（Ｓ）を通りトル
クコマンドｄ□〜△Ｔ５を発生する。バイアストルクＴ
ＲＩ〜ＴＲ５は第２図の従来のものと同様にして入力信
号θＲ１〜θＲ５に基も・て計算して与えてもよいし、
また与えなくてもよし・。これはフィードバックゲイン
に０〜に５が十分太きければバイアストルクＴＲＩを与
えなくても所定の精度内で制御ができるからである。か
くして得られたトルクコマンドＴ。□〜Ｔｏ５はゲイン
調整器／コによるゲイン調整を受げてアクチュエータ７
に付与される。
なお、ゲイン調整機構のロジックとしては、たとえばΔ
θ１（ｉ＝／〜Ｓ）の値を検出して各ループの偏差の大
きさに従ってゲインの大きさを配分するといった方法が
考えられ、具体的な回路も種制御が容易にできるので、
従来の行列フィードバックより遥かに制御系の構成が単
純となり、補償回路等の調整も容易となる。
θ１（ｉ＝／〜Ｓ）の値を検出して各ループの偏差の大
きさに従ってゲインの大きさを配分するといった方法が
考えられ、具体的な回路も種制御が容易にできるので、
従来の行列フィードバックより遥かに制御系の構成が単
純となり、補償回路等の調整も容易となる。
さらに、動力装具の制御装置として説明したが、これは
ロボットなどの二足歩行システムに同様に応用できる。
ロボットなどの二足歩行システムに同様に応用できる。
また、各リンクのアクチュエータとして油圧サーボを用
いることとしたが、将来強力な電動サーボが開発されれ
ば、それを利用できる。
いることとしたが、将来強力な電動サーボが開発されれ
ば、それを利用できる。
さらにゲイン調整のための情報として、各ループの偏差
信号へ〇１〜Δθ５を見るとしたが、その代りにＴ。１
〜Ｔｏ５を検出しても同様の効果を得ることができる。
信号へ〇１〜Δθ５を見るとしたが、その代りにＴ。１
〜Ｔｏ５を検出しても同様の効果を得ることができる。
以上のようにこの発明は、ローカルフィードバックとそ
れをオーバライドするゲイン調整機構という階層構造を
とることにより、各関節アクチュエータがトルクを相殺
し合ってエネルギーを無駄第１図はこの発明を適用する
動力装具を簡単化り図である。
れをオーバライドするゲイン調整機構という階層構造を
とることにより、各関節アクチュエータがトルクを相殺
し合ってエネルギーを無駄第１図はこの発明を適用する
動力装具を簡単化り図である。
７・・プラント士アクチュエータ、ｇ・・油圧アクチュ
エータ、ヂ・・制御回路および油圧モータ部分、ＩＯ・
・油圧タンク、／／・・補償回路、／、２・・ゲイン調
整器、／３・・データサンプラ。
エータ、ヂ・・制御回路および油圧モータ部分、ＩＯ・
・油圧タンク、／／・・補償回路、／、２・・ゲイン調
整器、／３・・データサンプラ。
なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
特許出願人 工業技術院長 石板酸−
焔１図
党２図
Claims (1)
- リンクを形成する大腿、下腿、足首などの関節にそれぞ
れ装着されるアクチュエータに動力を付与することによ
り前記各リンクの鉛直面に対するリンク角度を制御する
動力装具の制御装置において、油圧による前記各アクチ
ュエータにそれぞれ対応するローカルルーズと、このロ
ーカルルーズにおいて前記各リンク角度の指令信号と実
際の前記各リンク角度との角度差を検出する手段と、前
記各アクチュエータに対応するローカルフィードバック
それぞれの補償伝達関数を有し前記各アクチュエータに
対するトルクコマンドを発生する補償回路と、前記角度
差および前記トルクコマンドのいずれかの信号に基いて
前記各アクチュエータに与えるトルクを調整するゲイン
調整器を備えてなることを特徴とする動力装具の制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22400182A JPS59115036A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | 動力装具の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22400182A JPS59115036A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | 動力装具の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59115036A true JPS59115036A (ja) | 1984-07-03 |
| JPS6219178B2 JPS6219178B2 (ja) | 1987-04-27 |
Family
ID=16807030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22400182A Granted JPS59115036A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | 動力装具の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59115036A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS498681A (ja) * | 1972-05-30 | 1974-01-25 |
-
1982
- 1982-12-22 JP JP22400182A patent/JPS59115036A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS498681A (ja) * | 1972-05-30 | 1974-01-25 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6219178B2 (ja) | 1987-04-27 |
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