JPS6319147A - リハビリテーション支援装置の制御装置 - Google Patents

リハビリテーション支援装置の制御装置

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JPS6319147A
JPS6319147A JP61162542A JP16254286A JPS6319147A JP S6319147 A JPS6319147 A JP S6319147A JP 61162542 A JP61162542 A JP 61162542A JP 16254286 A JP16254286 A JP 16254286A JP S6319147 A JPS6319147 A JP S6319147A
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JP
Japan
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arm
force
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servo motor
control system
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多加夫 和田
西 義和
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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。
背景技術 典型的な先行技術は、角変位するアームの上限位置と下
限位置とを設定し、リハビリテーション訓練時において
、その上限位置と下限位置との間でアームを予め定めた
一定の速度で角変位駆動している。
このような先行技術では、患者にリハビリテーション訓
練に最適な動作を行なわせることには限度がある。
この問題を解決するために、従来がらの産業用ロボット
を利用することが容易に考えられるであろう。在米の産
業用ロボットでは、ダイレクトテイート方式と呼ばれる
動作パターンのティーチング時には、作業端を駆動する
駆動源には電力を供給せず、その作業端を希望する位置
に作業者が移動して、位置の記憶を行なっている。動力
源と作業端との間には、動力源の回転速度を低下して、
作業端に伝達する減速機が介在されている。
発明が解決すべき問題点 このような産業用ロボットと同様な構造を用いて、リハ
ビリテーション訓練のための動作パターンをティーチン
グしようとしたときには、そのティーチング時に動力源
には電力が供給されず、したがって作業端を希望する位
置に移動するために大きな力を必要とする。そのためリ
ハビリテーション訓練を受けるべき患者に、最適な動作
パターンをティーチングしてメモリに記憶することが困
難である。
本発明の目的は、患者に最適な動作パターンを容易にテ
ィーチングしてメモリにストアすることができるように
した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、サーボ電動機によって角変位駆動されるアー
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、 動作パターンのティーチング時に、サーボ電動機の力制
御系のもとでアームを角変位し、そのアームの位置を一
定時間毎にサンプリングしてメモリにストアし、 リハビリテーション訓練時には、サーボ電動機の位置制
御系のもとでメモリの内容を読出して指令値として用い
、前記動作パターンを再現する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、肢体が固定されるアームを駆動するた
めのサーボ電動機の力制御系のもとでアームを角変位し
、このアームの角変位する位置は一定時間毎にメモリに
サンプリングしてストアし、このようにしてリハビリテ
ーション訓練のための動作バ!−ンを記憶する。サーボ
電動機は力制御系のもとで動作制御が行なわれるので、
サーボ電動機の動力を減速してアームに伝達するための
減速機などが介在されているとしても、肢体を固定した
アームを療法士などの補助のもとで、患者は肢体をリハ
ビリテーション訓練に最適な動作パターンとなるように
移動することが容易に可能となる。したがって肢体の筋
力を向上するための動作パターンを容易に、かつ良好な
作業性でティーチングすることが可能となる。
リハビリテーション訓練時には、サーボ電動機の位置制
御系のもとでメモリの内容を読出して指令値とし、この
指令値のとおりにアームが角変位するようにサーボ電動
機が制御される。したがってティーチング時に記憶した
動作パターンを、単−回または複数回にわたって正確に
再現することができる。
実施例 第1図は、本発明の一実施例のティーチングのための構
造を示すブロック図である。筋力の低下した肢体の機能
を回復するために、最適な動作パターンを、第1図に示
された構成によってティーチングして記憶する。
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8!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
機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。
サーボ電動機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、たとえばストレンゲージなどによって実
現される。ライン12は可撓性の部分13を有し、その
信号は、係数器14に入力されて予め定めた一定値に1
が掛は算される。
係数器14からの出力は、減算器15の一方の入力に与
えられる。減算器15の他方の入力には、予め定めた力
に対応したレベルを有する信号を導出する設定回路16
からの出力が与えられる。減算器15は、係数器14の
出力のレベルから設定回路16の出力のレベルを差し引
いて減算し、その差を表わす信号を減算器17に与える
。減算器17の出力は1次低域通過フィルタ18に与え
られ、そのフィルタ18の出力は減算器19に与えられ
る。減算器19は、フィルタ18からの出力のレベルか
ら回転速度検出器8の出力のレベルを差し引いて演算し
、その差を表わす信号を電力増幅器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は、第4図に示されるように
アーム1の軸4の角度に対応した出力を導出する。この
角度検出器21からの出力は、ライン22から不感帯要
素23に入力される。
不感帯要素23は、第5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、予め定めた値θT
4AX〜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θIIAx以上であるとき、および下限値で
ある値θ中以下であるとき、傾きkpの出力を導出する
。入力のレベルが値θ厩^X以上および値θNXN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はきわめて太き(
、第5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1
7に入力される。減算器17は、前述の減算器15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フィルタ18に与える
。
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θに^X〜θKIN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、そのカは力検出器11によって検出される。
サーボ電動8!5と、回転速度検出器8と、電力増幅器
10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δは、フィルタ18から減算器1つ
に入力される回転速度指令値δrに追従する。以下の説
明では、δとδrとの偏差が充分小さいものとする。
アーム1の可動範囲の設定に関して、説明を行なう。減
算器15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がら不感帯要素23に信号
が与えられると、次の第1式〜第5式が成立する。
θ=A  (θWIN≦θ≦θIIAX)      
・(i )θ=A−kp−に、(θ−θWAX) (θWAX < θ)        ・・・(2)θ
=A  kp ” kE(θ−θWIN)(θくθWI
N)       ・・・(3)不感帯要素23に入力
される信号のレベルθが、値θに^X〜θに!Nの範囲
であるときには、後述のように、等張制御が行なわれる
。
第2式または第3式が成立するとき、すなわちアーム1
の角度がθWAXを超えるときまたはθKIN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θN^×〜θPIIN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がら入力される角度検出器21の出力がθNAX
以上およびθNIN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張制御を行
なっているとき、アーム位置が値θNAx+ θKIN
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。
次に、等張制御の動作を説明する。力検出器11、係数
器14、減算器15、力設定回路16、フィルタ18な
どを含むフィードバックループにおいて、1次低域通過
フィルタ18の伝達関数Wを第4式で表わす。ここでS
はラプラス演算子であり、J、Dは定数である。
したがって係数器14の出力をTとし、力設定回路16
の出力をToとしたとき、サーボ電動機5の出力軸6の
回転速度θは、フィルタ18の出力θrとの偏差が充分
小さいものとすると、第5式が成立する。
第5式をラプラス逆変換すると、第6式が成立する。
Jθ十Dり十T、=T        ・・・(6)こ
の第6式を参照すると、ちょうど、慣性力Jおよび摩擦
力りの負荷に、さらに一定の力T。が加わっているもの
を、リハビリテーション訓練を行なう患者がTの力を発
生させてアーム1を角変位することに相当する。
したがって慣性力Jおよび摩擦力りが充分小さければ、 T=T、                     
    ・・・(7)となって、等張運動となる。また
値J、D、T、を変化することによって各種の態様でア
ーム1に力を発生させることができ、衝撃力の緩和を行
なうことができる。
1次低域通過フィルタ18の具体的な構成は、たとえば
第6図に示されているとおりである。減算器17からの
出力は、ライン26.27に与えられる。ライン26に
は抵抗28が直列に接続され、接続点29とライン27
との開にはコンデンサ30が接続される。コンデンサ3
0に後続して、高入力インピーダンスを有する増幅回路
31が接続される。増幅回路31の出力は、減算器19
に与えられる。増幅回路31は、演算増幅器32と抵抗
R1,R2を有し、その利得には第8式に示されるとお
りである。
このような構成を有するフィルタ18において、前述の
値J、Dは第9式および10式のとおりである。抵抗2
8の抵抗値はRで表わし、フンデンサ30の容量はCで
表わす。
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く、このときには力設定回路16
に代えて、予め定めたトルクを表わす信号を導出する設
定回路が用いられる。
ティーチング時には、力設定回路16によって設定され
る力T。を小さくしてアーム1を容易に動かせるように
し、療法士の補助によって、患者の肢体が取付けられた
アーム1を、リハビリテーション訓練に最適な動作パタ
ーンで角変位する。
メモリ34は、角度検出器21からライン22を介する
アーム1の角変位位置を、予め定めた一定の時間毎にサ
ンプリングして順次的にストアする。
こうしてサーボ電動8!5の力制御系のもとで、ティー
チングを行なう。
ティーチングの完了後には、第7図に示されるヨウニ、
サーボ電動機5の位置制御系のもとてリハビリテーショ
ン訓練を行ない、ティーチング時に行なった前記動作パ
ターンを再現する。第7図において前述の第1図の構成
に対応する部分には、同一の参照符を付す。角度検出器
21からの出力は、係数器35によって予め定めた値に
2  を掛は算され、減算器37に与えられる。減算器
37には、前述のメモリ34のストア内容が前記一定の
サンプリング時間と同−時間毎に読出されて、アーム1
の位置を表わす信号が位置指令値として与えられる。減
算器37は、位置指令値から係数器35の出力のレベル
を引き算して演算し、その差を表わす信号をライン38
から減算器19に与える。減算器19には回転速度検出
器8の出力が与えられ、この減算器19の出力は電力増
幅器10に与えられて増幅され、サーボ電動機5が駆動
される。こうしてティーチングによってメモリ34にス
トアした動作パターンを、リハビリテーション訓練時に
おいて単一回または複数回にわたって再現することがで
きる。
効  果 以上のように本発明によれば、ティーチング時にアーム
を駆動するサーボ電動機は、力制御系のもとで角変位す
ることができるので、良好な作業性で動作パターンをテ
ィーチングしてメモリにストアすることができる。リハ
ビリテーション訓練時には、サーボ電動機が位置制御系
のもとで駆動され、メモリの内容を読出して指令値とし
て用いて前記動作パターンを再現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のティーチング時におけるサ
ーボ電動機5の力制御系の構成を示すブロック図、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図は角度検出器21の特性
を示す図、第5図は不感帯要素23の特性を示す図、第
6図は1次低域通過フィルタ18の具体的な構成を示す
電気回路図、第7図はリハビリテーション訓練時におけ
るレビート時のサーボ電動機5の位置制御系の構成を示
すブロック図である。 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、9・・
・電力増幅器、11・・・力検呂器、14,25.35
・・・係数器、15.17,19.37・・・減算器、
16・・・力設定回路、23・・・不感帯要素、34・
・・メモリ代理人  弁理士 画数 圭一部 N2 図 第3 図 第4図 第5図 へ COベ 騒

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 サーボ電動機によつて角変位駆動されるアームに肢体を
    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、 動作パターンのテイーチング時に、サーボ電動機の力制
    御系のもとでアームを角変位し、そのアームの位置を一
    定時間毎にサンプリングしてメモリにストアし、 リハビリテーシヨン訓練時には、サーボ電動機の位置制
    御系のもとでメモリの内容を読出して指令値として用い
    、前記動作パターンを再現する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。
JP61162542A 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテーション支援装置の制御装置 Granted JPS6319147A (ja)

Priority Applications (1)

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JP61162542A JPS6319147A (ja) 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテーション支援装置の制御装置

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JP61162542A JPS6319147A (ja) 1986-07-10 1986-07-10 リハビリテーション支援装置の制御装置

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JPS6319147A true JPS6319147A (ja) 1988-01-26
JPH0354587B2 JPH0354587B2 (ja) 1991-08-20

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JP (1) JPS6319147A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0440628U (ja) * 1990-08-06 1992-04-07
JPH10291182A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Yaskawa Electric Corp アーム駆動装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0440628U (ja) * 1990-08-06 1992-04-07
JPH10291182A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Yaskawa Electric Corp アーム駆動装置

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