JP2013066669A - 運動補助装置及び運動補助方法、コンピューター・プログラム、並びにプログラム記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】関節アクチュエーターのギヤ部にモデル化することが困難な摩擦があったとしても、それを補償し、関節部が理想数理モデルに従うように制御することで、当該装置を装着したユーザーの関節に抵抗感を与えることなく、運動をサポートする力を発する。また、ユーザーの運動をサポートする際に、数理的な裏付けのあるトルクを関節部に印加することで、多様な状況下においても、一貫して自然な力のサポート感をユーザーに与える。
【選択図】 図1
Description
(2)ぎこちないサポートしか行なわれない。
(3)装着したときの見た目が不格好である。
(4)機器が重い。
(5)稼働時間が短い。
複数の関節部と、前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物と、
トルク制御により前記関節部を駆動するアクチュエーターと、
前記関節部の関節値を計測する関節値計測部と、
前記関節値計測部が計測した前記関節値に基づいて、前記アクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定部と、
前記関節部に作用する外トルクを計測するトルク計測部と、
前記目標トルクと、前記関節値計測部が計測した前記関節値と、前記トルク計測部が計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御部と、
を具備する運動補助装置である。
複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を計測する関節値計測ステップと、
前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定ステップと、
前記関節部に作用する外トルクを計測するトルク計測ステップと、
前記目標トルクと、前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値と、前記トルク計測ステップにおいて計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御ステップと、
を有する運動補助方法である。
複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を取得する関節値取得手順と、
前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定手順と、
前記関節部に作用する外トルクを取得するトルク取得手順と、
前記目標トルクと、前記関節値計測手順において取得した前記関節値と、前記トルク取得手順において計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御手順と、
をコンピューターに実行させるようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムである。
複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を取得する関節値取得手順と、
前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定手順と、
前記関節部に作用する外トルクを取得するトルク取得手順と、
前記目標トルクと、前記関節値計測手順において取得した前記関節値と、前記トルク取得手順において計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御手順と、
をコンピューターに実行させるようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを格納したプログラム記録媒体である。
(1)複数の関節部と、前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物と、トルク制御により前記関節部を駆動するアクチュエーターと、前記関節部の関節値を計測する関節値計測部と、前記関節値計測部が計測した前記関節値に基づいて、前記アクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定部と、前記関節部に作用する外トルクを計測するトルク計測部と、前記目標トルクと、前記関節値計測部が計測した前記関節値と、前記トルク計測部が計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御部と、を具備する運動補助装置。
(2)前記目標トルク決定部は、前記リンク構造物を取り付けた人体の関節への負荷を低減する前記目標トルクを決定する、上記(1)に記載の運動補助装置。
(3)前記目標トルク決定部は、前記関節部の加速度が0となる目標トルクを決定する、上記(1)に記載の運動補助装置。
(4)前記リンク構造物の一部における傾きを計測する姿勢計測部をさらに備え、前記目標トルク決定部は、前記姿勢計測部が計測した前記傾きと、前記関節値計測部が計測した前記関節値を反映した、前記リンク構造物及びこれを取り付けた人体の力学モデルを用いて、前記目標トルクを決定する、上記(1)に記載の運動補助装置。
(5)前記目標トルク決定部は、前記力学モデルを用いて、前記リンク構造物を取り付けた人体の関節に作用する力を相殺又は低減する前記目標トルクを決定する、上記(4)に記載の運動補助装置。
(6)前記リンク構造物と外界との接触が想定される接触部位における接触状態を計測する接触計測部をさらに備え、前記目標トルク決定部は、前記接触計測部が計測した前記接触部位における接触状態に基づいて前記目標トルクを決定する、上記(5)に記載の運動補助装置。
(7)前記目標トルク決定部は、前記リンク構造物の運動目的と前記リンク構造物に課される拘束条件を満たす前記目標トルクを、2次計画法を用いて決定する、上記(6)に記載の運動補助装置。
(8)前記応答制御部は、前記目標トルクと、前記トルク計測部が計測した前記外トルクに対して、前記関節部が理想的な2次系の応答を行なうように、前記アクチュエーターをトルク制御する、上記(1)に記載の運動補助装置。
(9)前記応答制御部は、前記目標トルクτAにて前記アクチュエーターを駆動した際の外乱トルクτdを算出する外乱オブザーバーを備え、前記目標トルクτAと、前記外トルクτeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエーターが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力するアクチュエーターの理論応答モデルから得られる関節値加速度目標値に前記関節部内のイナーシャーの公称値Jnを掛けたトルク目標値τrefを、前制御周期において前記外乱オブザーバーによって得られた外乱トルクτdで修正して、現制御周期における前記アクチュエーターに対する指示トルクτを決定する、上記(1)に記載の運動補助装置。
(10)複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を計測する関節値計測ステップと、前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定ステップと、前記関節部に作用する外トルクを計測するトルク計測ステップと、前記目標トルクと、前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値と、前記トルク計測ステップにおいて計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御ステップと、を有する運動補助方法。
(11)複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を取得する関節値取得手順と、前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定手順と、前記関節部に作用する外トルクを取得するトルク取得手順と、前記目標トルクと、前記関節値計測手順において取得した前記関節値と、前記トルク取得手順において計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御手順と、をコンピューターに実行させるようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラム。
(12)複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を取得する関節値取得手順と、前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定手順と、前記関節部に作用する外トルクを取得するトルク取得手順と、前記目標トルクと、前記関節値計測手順において取得した前記関節値と、前記トルク取得手順において計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御手順と、をコンピューターに実行させるようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを格納したプログラム記録媒体。
402…ホスト・コンピューター
402A…力学モデル
402B…全身協調制御部
402C…運動目的・拘束条件設定部
403…ベース状態計測器
404…足部接地状態計測器
405…トルク計測器
406…理想応答制御部
407…モーター・ドライバー
Claims (12)
- 複数の関節部と、前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物と、
トルク制御により前記関節部を駆動するアクチュエーターと、
前記関節部の関節値を計測する関節値計測部と、
前記関節値計測部が計測した前記関節値に基づいて、前記アクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定部と、
前記関節部に作用する外トルクを計測するトルク計測部と、
前記目標トルクと、前記関節値計測部が計測した前記関節値と、前記トルク計測部が計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御部と、
を具備する運動補助装置。 - 前記目標トルク決定部は、前記リンク構造物を取り付けた人体の関節への負荷を低減する前記目標トルクを決定する、
請求項1に記載の運動補助装置。 - 前記目標トルク決定部は、前記関節部の加速度が0となる目標トルクを決定する、
請求項1に記載の運動補助装置。 - 前記リンク構造物の一部における傾きを計測する姿勢計測部をさらに備え、
前記目標トルク決定部は、前記姿勢計測部が計測した前記傾きと、前記関節値計測部が計測した前記関節値を反映した、前記リンク構造物及びこれを取り付けた人体の力学モデルを用いて、前記目標トルクを決定する、
請求項1に記載の運動補助装置。 - 前記目標トルク決定部は、前記力学モデルを用いて、前記リンク構造物を取り付けた人体の関節に作用する力を相殺又は低減する前記目標トルクを決定する、
請求項4に記載の運動補助装置。 - 前記リンク構造物と外界との接触が想定される接触部位における接触状態を計測する接触計測部をさらに備え、
前記目標トルク決定部は、前記接触計測部が計測した前記接触部位における接触状態に基づいて前記目標トルクを決定する、
請求項5に記載の運動補助装置。 - 前記目標トルク決定部は、前記リンク構造物の運動目的と前記リンク構造物に課される拘束条件を満たす前記目標トルクを、2次計画法を用いて決定する、
請求項6に記載の運動補助装置。 - 前記応答制御部は、前記目標トルクと、前記トルク計測部が計測した前記外トルクに対して、前記関節部が理想的な2次系の応答を行なうように、前記アクチュエーターをトルク制御する、
請求項1に記載の運動補助装置。 - 前記応答制御部は、
前記目標トルクτAにて前記アクチュエーターを駆動した際の外乱トルクτdを算出する外乱オブザーバーを備え、
前記目標トルクτAと、前記外トルクτeと、前記関節値qを時間微分して得られる関節値速度に基づいて前記アクチュエーターが応答したことにより達成される関節値加速度目標値を求めて出力するアクチュエーターの理論応答モデルから得られる関節値加速度目標値に前記関節部内のイナーシャーの公称値Jnを掛けたトルク目標値τrefを、前制御周期において前記外乱オブザーバーによって得られた外乱トルクτdで修正して、現制御周期における前記アクチュエーターに対する指示トルクτを決定する、
請求項1に記載の運動補助装置。 - 複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を計測する関節値計測ステップと、
前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定ステップと、
前記関節部に作用する外トルクを計測するトルク計測ステップと、
前記目標トルクと、前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値と、前記トルク計測ステップにおいて計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御ステップと、
を有する運動補助方法。 - 複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を取得する関節値取得手順と、
前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定手順と、
前記関節部に作用する外トルクを取得するトルク取得手順と、
前記目標トルクと、前記関節値計測手順において取得した前記関節値と、前記トルク取得手順において計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御手順と、
をコンピューターに実行させるようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラム。 - 複数の関節部と前記関節部の間を接続する複数のリンクからなるリンク構造物における前記関節部の関節値を取得する関節値取得手順と、
前記関節値計測ステップにおいて計測した前記関節値に基づいて、前記関節部を駆動するアクチュエーターの目標トルクを決定する目標トルク決定手順と、
前記関節部に作用する外トルクを取得するトルク取得手順と、
前記目標トルクと、前記関節値計測手順において取得した前記関節値と、前記トルク取得手順において計測した前記外トルクとの間に所望の関係が成立するように、前記アクチュエーターをトルク制御する応答制御手順と、
をコンピューターに実行させるようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを格納したプログラム記録媒体。
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