JPS6319145A - リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式 - Google Patents

リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式

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JPS6319145A
JPS6319145A JP61162540A JP16254086A JPS6319145A JP S6319145 A JPS6319145 A JP S6319145A JP 61162540 A JP61162540 A JP 61162540A JP 16254086 A JP16254086 A JP 16254086A JP S6319145 A JPS6319145 A JP S6319145A
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JP
Japan
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arm
output
detector
servo motor
force
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JP61162540A
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多加夫 和田
裕司 進藤
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、筋力の低下した上肢体または下肢体などの肢
体の機能を回復するために用いられるリハビリテーショ
ン支援装置の制御方式に関し、もつと詳しくは、筋力の
低下した肢体を角変位可能なアームに取付けてリハビリ
テーション支援を行なうリハビリテーション支援装置の
制御方式に関する8 背景技術 典型的な先行技術では、肢体が取付けられる角変位可能
なアームの揺動運動の等速制御を実現するために、電動
機とアームの基端部との間に、ラチェット機構を備えた
一方向クラッチを介在し、電動機は予め設定した一定の
速度で回転駆動する。
アームの角変位の速度が電動機の回転速度よりも小さい
ときには、一方向クラッチは、肢体によってアームに作
用するトルクをモータ側に伝達せず、アームの角変位の
速度が電動機の回転速度よりも大きいときには、アーム
から電動機側に一方向クラッチを介してトルクが伝達さ
れ、電動機の出力トルクを逆方向に回転させて、負荷と
し、このようにして等速制御を行なっている。
発明が解決すべき問題点 このような先行技術では、一方向クラッチは比較的複雑
な構造を有し、また構成が大形化するという問題がある
本発明の目的は、構成が簡単であり、商業的に入手が容
易な構成要素を用いて実現することができるリハビリテ
ーション支援装置の制御方式を提供することである。
問題点を解決するための手段 本発明は、角変位可能なアームに肢体を取付けて筋力の
低下した肢体の機能を回復するためのリハビリテーショ
ン支援装置の制御方式において、アームを角変位駆動す
るためのサーボ電動機と、サーボ電動機を駆動する電力
増幅器と、サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度
検出器と、 アームに肢体から加えられる力またはトルクを検出する
力またはトルクの検出器と、 力またはトルクの検出器の出力に応答し、その力または
トルクが予め定めた値以上であるとき、一定のレベルの
出力を導出するリミタと、回転速度検出器の出力とリミ
タの出力との差を演算し、その差を表わす信号を電力増
幅器に与える減算器とを含むことを特徴とするリハビリ
テーション支援装置の制御方式である。
また本発明は、角変位可能なアームに肢体を取付けて筋
力の低下した肢体の機能を回復するためのリハビリテー
ション支援装置の制御方式において、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機と、サーボ
電動機を駆動する電力増幅器と、サーボ電動機の回転速
度を検出する回転速度検出器と、 アームの角度を検出する角度検出器と、角度検出器の出
力に応答し、アームが予め定めた可動範囲を越えたとき
、予め定める大きなレベルを有する出力を導出する不感
帯要素と、回転速度検出器の出力と不感帯要素の出力と
の差を演算し、その差を表わす信号を電力増幅器に与え
る減算器とを含むことを特徴とするリハビリテーション
支援装置の制御方式である。
、作  用 本発明に従えば、力またはトルクの検出器の出力、すな
わち肢体によってアームに作用する力が、リミタにおい
て設定された予め定めた値以上であるとき、リミタから
は予め定めた一定のレベルの出力が得られる。減算器は
、回転速度検出器の出力とリミタの出力との差を表わす
信号を導出して電力増幅器に与える。これtこよってサ
ーボ電動機の等速制御が達成される。
また本発明に従えば、アームの角変位量が可動範囲を越
えたとき、すなわち、アームが角変位の上限値または下
限値を越えたとき、不感帯要素からは、予め定める大き
なレベルを有する出力を導出する。この不感帯要素から
の出力は、減算器に与えられて回転速度検出器の出力と
の差が演算され、その差を表わす信号は電力増幅器に与
えられる。このようにしてアームが可動範囲を越えたと
きには、減算器の出力が大きくなり、したがってサーボ
電動機は、肢体によってアームに作用する力によるトル
クとは逆回転方向のトルクを発生する。そのためアーム
は、不感帯要素によって設定された可動範囲を越えて角
変位することが防がれる。
実施例 第1図は、本発明の一実施例のブロック図である。筋力
の低下した肢体の機能を回復するために、本発明に従う
リハビリテーション支援装置の制御方式が実施される。
上肢体または下肢体は、アーム1の端部2に取付けられ
る。このアーム1の基端部3は、水平軸線を有する回転
軸4に固定される。サーボ電動機5の出力軸6は、減速
機7に連結され、そのサーボ電動機5の出力軸6の回転
速度が減速され、回転軸4に伝達される。サーボ電動8
!5の出力軸6の回転速度は、回転速度検出器8によっ
て検出される。この回転速度検出器8は、出力軸6の回
転速度の増大に伴ってライン9に導出される出力のレベ
ルが、第2図に示されるように増大する特性を有する。
サーボ電動8!5は、電力増幅器10によって駆動され
る。
アーム1には、力検出器11が取付けられ、アーム1に
作用する力を検出することができる。この力検出器11
は、アーム1に作用する力に対応する出力をライン12
に導出し、その特性は第3図に示されるとおりである。
力検出器11は、たとえばストレンデージなどによって
実現される。
力検出器11の出力信号は、ライン12を介して、リミ
タ14に入力される。
リミタ14は、ライン12を介して与えられる入力信号
のレベルが、第4図に示されるように小さい値の範囲子
To〜−Toであるときには、その入力レベルに比例し
たレベルを有する出力をライン15に導出する。リミタ
14の入力のレベルが前記値十To以上であるときには
、出力のレベルは予め定めた値θLどなって一定値とな
る。また入力のレベルが−To以下であるときには、出
力のレベルは予め定めた値−θしの一定値に保たれる。
リミタ14の出力は、ライン15から減算器17を経て
ライン18を介して減算器19に与えられる。減算器1
9は、ライン18の信号のレベルからライン9を介する
回転速度検出器8の信号のレベルを差し引いて減算し、
その差を表わす信号をライン20から電力増幅器10に
与える。
アーム1の角変位量は、角度検出器21によって検出さ
れる。この角度検出器21がらの出力は、ライン22が
ら不感帯要素23に入力される。不感帯要素23は、第
6図に示されるように、ライン22を介して与えられる
入力のレベルが、予め定メタ値θNAX〜θWINの範
囲にあるとき、ライン24に導出する出力のレベルは零
であり、入力のレベルが上限値である前記値θl’lA
X以上であるとき、および下限値である値θMIN以下
であるとき、傾きkpの出力を導出する。入力のレベル
が値θに^X以上および値θMIN以下であるとき、そ
の入力のレベルの変化量に対応する出力のレベルの変化
量、すなわち傾きkpはきわめて大きく、第6図に示さ
れる角度αは、90度に近い値である。不感帯要素23
からライン24に導出される出力は、係数器25に与え
られて定数kEが掛は算され、減算器17に入力される
。減算器17は、リミタ14の出力から、係数器25の
出力を差し引いて減算し、その差に対応するレベルを有
する信号をライン1b− 8に導出する。
アーム1の角変位位置が、不感帯要素23において予め
設定された値θMAX〜θMINに対応した可動範囲に
ある状態を想定する。アーム1に肢体によって力が作用
すると、その力は力検出器11によって検出される。
サーボ電動機5と、回転速度検出器8と、電力増幅器1
0と、減算器19とは、速度フィードバックループを構
成しており、回転速度検出器8によって検出される出力
軸6の実回転速度θは、ライン18から減算器19に入
力される回転速度積の偏差が充分小さいものとする。
力検出器11からの出力が与えられるリミタ14におい
て、その入力のレベルTが+TO〜−TOの範囲にある
とき、傾きDは第1式で示される。
フィードバック則から、 θ=D−T  (−TO≦T≦To)    ・・・(
2)θ=θL      (To<T)       
  ・・・(3)θ=−〇し   (T < −T o
)       ・・・(4)が成り立つ。
すなわち、力が小さいときは、その力に応じてアーム1
が第2式の速度θで回転する。力をもつとふやしてゆき
、アーム1の速度がθしあるいは一〇Lに達すると、そ
れ以上刃をふやしても、アームは一定速度(θしまたは
一〇し)で回り、こうして等速制御が行なわれる。
アーム1の可動範囲の設定に関して、説明を行なう。リ
ミタ14から減算器17に与えられる信号のレベルをA
とするとき、角度検出器21から不感帯要素23に信号
が与えられると、次の第5式〜第7式が成立する。
θ=A  (θKIN≦θ≦θWAX)      ・
・・(5)θ= A−kp−kE(θ−θ厩^X)(θ
i^χくθ)        ・・・(6)θ= A 
 kp−kE(θ−θWIN)(θくθWIN)   
    ・・・(7)不感帯要素23に入力される信号
のレベルθが、値θMAx〜θMINの範囲であるとき
には、アーム1はリミタ140秒し〜−ルし以外の範囲
で前述のように等速制御される。
第6式または第7式が成立するとき、すなわちアーム1
の角度が0Mえ×を遁えるときまたはθN工、未満であ
るときには、位置フィードバック動作が行なわれ、アー
ム1は上下位置θMAx〜θ丙、Nの可動範囲を大きく
越えないようになる。不感帯要素23において、ライン
22から入力される角度検出器21の出力がθWAX以
上およびθWIN以下であるときには、入力の変化に対
して出力は大きく変化し、たとえば90度に近いけれど
も90度ではない大きな傾きαを有している。そのため
肢体によって、アーム位置に力を加えて等速制御を行な
っているとき、アーム位置が値θ?IkX90K0、に
対応した角変位位置で、急激に停止することが防がれる
。そのため衝撃力が肢体に加わることを防ぐことができ
る。
本発明の他の実施例として、リミタ14は、入力レベル
が、十T。〜−T。の範囲にあるとき出力は零となるよ
うに構成されていてもよい。
また力検出器11に代えて、アーム1のトルクを検出す
る検出器が用いられてもよい。
効  果 以上のように本発明によれば、構成が簡略化されるとと
もに小形化が可能となり、また商業的に入手が容易な構
成要素を用いて実現することが可能となる。また不感帯
要素を用いて、アームの可動範囲を希望する値に容易に
設定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は回転
速度検出器8の特性を示す図、第3図は力検出器11の
特性を示す図、第4図はリミタ14の特性を示す図、第
5図は角度検出器21の特性を示す図、第6図は不感帯
要素23の特性を示す図である。 1・・・アーム、4・・・回転軸、5・・・サーボ電動
機、7・・・減速機、8・・・回転速度検出器、10・
・・電力増幅器、11・・・力検出器、14・・・リミ
タ、25・・・係数器、17.19・・・減算器、21
・・・角度検出器、23・・・不感帯要素 代理人  弁理士 西教 圭一部 第1図 第4図 第2図 第3図 ・11/ ■ 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)角変位可能なアームに肢体を取付けて筋力の低下
    した肢体の機能を回復するためのリハビリテーシヨン支
    援装置の制御方式において、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機と、サーボ
    電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検出器と、 アームに肢体から加えられる力またはトルクを検出する
    力またはトルクの検出器と、 力またはトルクの検出器の出力に応答し、その力または
    トルクが予め定めた値以上であるとき、一定のレベルの
    出力を導出するリミタと、 回転速度検出器の出力とリミタの出力との差を演算し、
    その差を表わす信号を電力増幅器に与える減算器とを含
    むことを特徴とするリハビリテーシヨン支援装置の制御
    方式。
  2. (2)角変位可能なアームに肢体を取付けて筋力の低下
    した肢体の機能を回復するためのリハビリテーシヨン支
    援装置の制御方式において、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機と、サーボ
    電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検出器と、 アームの角度を検出する角度検出器と、 角度検出器の出力に応答し、アームが予め定めた可動範
    囲を越えたとき、予め定める大きなレベルを有する出力
    を導出する不感帯要素と、 回転速度検出器の出力と不感帯要素の出力との差を演算
    し、その差を表わす信号を電力増幅器に与える減算器と
    を含むことを特徴とするリハビリテーシヨン支援装置の
    制御方式。
JP61162540A 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式 Granted JPS6319145A (ja)

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JP61162540A JPS6319145A (ja) 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式

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JP61162540A JPS6319145A (ja) 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式

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JPS6319145A true JPS6319145A (ja) 1988-01-26
JPH0323064B2 JPH0323064B2 (ja) 1991-03-28

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ID=15756549

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