10 ( 57) 【要約】
10
20
30
40
50 【 特 許 請 求 の 範 囲 】
【 請 求 項 １ 】
リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 被 験 者 に よ っ て 操 作 さ れ る 操 作 手 段 と 、 前 記 操 作 手 段 の 操 作 量 を 検 出 す る 操 作 量 検 出 手 段 と 、
前 記 操 作 手 段 に ト ル ク を 付 与 す る 駆 動 手 段 と 、 前 記 駆 動 手 段 の 駆 動 を 制 御 す る 制 御 手 段 と 、
前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 運 動 状 態 を 検 出 す る 運 動 状 態 検 出 手 段 と 、 を 備 え る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 運 動 状 態 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と に 基 づ い て 、 前 記 操 作 手 段 に 対 す る 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 操 作 量 の 目 標 値 に 前 記 操 作 量 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 操 作 量 が 追 従 す る よ う に 前 記 駆 動 手 段 を 制 御 す る 、
こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 。 【 請 求 項 ２ 】
請 求 項 １ 記 載 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
前 記 操 作 手 段 に 作 用 す る 外 力 を 検 出 す る 外 力 検 出 手 段 を 更 に 備 え 、
前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 運 動 状 態 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 、 前 記 操 作 手 段 に 対 す る 仮 想 の 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 仮 想 の 操 作 量 の 目 標 値 と 、 前 記 外 力 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 外 力 と 、 に 基 づ い て 前 記 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 操 作 量 の 目 標 値 に 前 記 操 作 量 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 操 作 量 が 追 従 す る よ う に 前 記 駆 動 手 段 を 制 御 す る 、 こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 。
【 請 求 項 ３ 】
請 求 項 ２ 記 載 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 は 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 筋 電 位 を 検 出 す る 筋 電 位 セ ン サ で あ り 、
前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 筋 電 位 セ ン サ に よ り 検 出 さ れ た 筋 電 位 に 基 づ い て 前 記 運 動 部 位 の 筋 力 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 筋 力 に 基 づ い て 前 記 所 定 の 運 動 モ デ ル を 解 く こ と で 、 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 す る 、 こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 。
【 請 求 項 ４ 】
請 求 項 ３ 記 載 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
所 定 の 運 動 モ デ ル は 、 前 記 運 動 部 位 の 筋 力 項 、 手 首 関 節 の 慣 性 モ ー メ ン ト 項 、 前 記 筋 力 の 弾 性 係 数 項 、 及 び 、 前 記 筋 力 の 粘 性 係 数 項 を 含 む 手 首 関 節 周 り の 運 動 方 程 式 に 基 づ く モ デ ル で あ る 、 こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 。
【 請 求 項 ５ 】
請 求 項 ３ 又 は ４ 記 載 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 算 出 し た 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 と 、 前 記 外 力 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 外 力 と 、 に 基 づ い て 、 ダ ン ピ ン グ 係 数 及 び ス テ ィ フ ネ ス 係 数 を 含 む イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を 行 い 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 す る 、 こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 。
【 請 求 項 ６ 】
請 求 項 ５ 記 載 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
前 記 イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 の ダ ン ピ ン グ 係 数 及 び ス テ ィ フ ネ ス 係 数 を 変 更 す る 変 更 手 段 を 更 に 備 え る 、 こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 。
【 請 求 項 ７ 】
請 求 項 ３ 乃 至 ６ の う ち い ず れ か １ 項 記 載 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
10
20
30
40
50 リ テ ー シ ョ ン 装 置 。
【 請 求 項 ８ 】
請 求 項 ２ 記 載 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、
前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 は 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 慣 性 を 検 出 す る 慣 性 セ ン サ 、 又 は 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 に 取 り 付 け た マ ー カ を 撮 影 す る カ メ ラ で あ り 、
前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 検 出 さ れ た 慣 性 又 は マ ー カ の 撮 影 画 像 に 基 づ い て 前 記 所 定 の 運 動 モ デ ル を 解 く こ と で 、 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 す る 、 こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 。
【 請 求 項 ９ 】
リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 被 験 者 に よ っ て 操 作 さ れ る 操 作 手 段 の 操 作 量 を 検 出 す る ス テ ッ プ と 、
前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 運 動 状 態 を 検 出 す る ス テ ッ プ と 、 を 含 む 制 御 方 法 で あ っ て 、 前 記 検 出 さ れ た 運 動 状 態 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と に 基 づ い て 、 前 記 操 作 手 段 に 対 す る 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 操 作 量 の 目 標 値 に 前 記 検 出 さ れ た 操 作 量 が 追 従 す る よ う に 、 前 記 操 作 手 段 に ト ル ク を 付 与 す る 駆 動 手 段 を 制 御 す る 、
こ と を 特 徴 と す る 制 御 方 法 。 【 請 求 項 １ ０ 】
リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 被 験 者 の 運 動 部 位 の 運 動 状 態 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と に 基 づ い て 、 前 記 被 験 者 に よ っ て 操 作 さ れ る 操 作 手 段 に 対 す る 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 す る 処 理 と 、 前 記 算 出 し た 操 作 量 の 目 標 値 に 、 検 出 さ れ た 前 記 操 作 手 段 の 操 作 量 が 追 従 す る よ う に 、 前 記 操 作 手 段 に ト ル ク を 付 与 す る 駆 動 手 段 の 制 御 を 行 う 処 理 と 、
を コ ン ピ ュ ー タ に 実 行 さ せ る 、 こ と を 特 徴 と す る 制 御 プ ロ グ ラ ム 。 【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】
【 技 術 分 野 】 【 ０ ０ ０ １ 】
本 発 明 は 、 被 験 者 の 運 動 機 能 を 回 復 さ せ る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 行 う た め の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 、 制 御 方 法 及 び 制 御 プ ロ グ ラ ム に 関 す る も の で あ る 。
【 背 景 技 術 】 【 ０ ０ ０ ２ 】
運 動 機 能 が 損 な わ れ た 人 等 は 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を す る こ と に よ り 運 動 機 能 の 回 復 に 努 め る こ と が 行 わ れ 、 そ の よ う な リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 適 切 に 行 う た め の 様 々 な 装 置 が 開 発 さ れ て い る 。
【 ０ ０ ０ ３ 】
例 え ば 、 画 面 上 に 表 示 さ れ た 訓 練 プ ロ グ ラ ム に 従 っ て 被 験 者 が グ リ ッ プ を 操 作 す る こ と で 上 肢 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 行 う 装 置 が 知 ら れ て い る （ 特 許 文 献 １ 参 照 ） 。
【 先 行 技 術 文 献 】 【 特 許 文 献 】 【 ０ ０ ０ ４ 】
【 特 許 文 献 １ 】 特 開 ２ ０ ０ ７ − １ ８ ５ ３ ２ ５ 号 公 報 【 発 明 の 概 要 】
【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】 【 ０ ０ ０ ５ 】
し か し な が ら 、 上 記 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 に お い て は 、 被 験 者 の 動 作 意 図 を 考 慮 し て 操 作 を 補 助 す る も の で は な く 、 リ ハ ビ リ 中 の 被 験 者 の 身 体 状 態 を 十 分 に 考 慮 し た も の と は 言 え な い 。 こ の た め 、 被 験 者 が 訓 練 プ ロ グ ラ ム に 従 っ て 、 例 え ば 、 無 理 に 正 確 な 操 作 を 行 お う と し た 場 合 、 比 較 的 に 大 き な 操 作 力 が 必 要 と な り 、 リ ハ ビ リ 中 の 被 験 者 に と っ て 過 度 の 負 荷 を 強 い る こ と に な り か ね な い 。
【 ０ ０ ０ ６ 】
10
20
30
40
50 ン 装 置 、 制 御 方 法 及 び 制 御 プ ロ グ ラ ム を 提 供 す る こ と を 主 た る 目 的 と す る 。
【 課 題 を 解 決 す る た め の 手 段 】 【 ０ ０ ０ ７ 】
上 記 目 的 を 達 成 す る た め の 本 発 明 の 一 態 様 は 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 被 験 者 に よ っ て 操 作 さ れ る 操 作 手 段 と 、 前 記 操 作 手 段 の 操 作 量 を 検 出 す る 操 作 量 検 出 手 段 と 、 前 記 操 作 手 段 に ト ル ク を 付 与 す る 駆 動 手 段 と 、 前 記 駆 動 手 段 の 駆 動 を 制 御 す る 制 御 手 段 と 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 運 動 状 態 を 検 出 す る 運 動 状 態 検 出 手 段 と 、 を 備 え る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ っ て 、 前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 運 動 状 態 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と に 基 づ い て 、 前 記 操 作 手 段 に 対 す る 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 操 作 量 の 目 標 値 に 前 記 操 作 量 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 操 作 量 が 追 従 す る よ う に 前 記 駆 動 手 段 を 制 御 す る 、 こ と を 特 徴 と す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 で あ る 。
こ の 一 態 様 に お い て 、 前 記 操 作 手 段 に 作 用 す る 外 力 を 検 出 す る 外 力 検 出 手 段 を 更 に 備 え 、 前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 運 動 状 態 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 、 前 記 操 作 手 段 に 対 す る 仮 想 の 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 仮 想 の 操 作 量 の 目 標 値 と 、 前 記 外 力 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 外 力 と 、 に 基 づ い て 前 記 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 操 作 量 の 目 標 値 に 前 記 操 作 量 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 操 作 量 が 追 従 す る よ う に 前 記 駆 動 手 段 を 制 御 し て も よ い 。
こ の 一 態 様 に お い て 、 前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 は 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 筋 電 位 を 検 出 す る 筋 電 位 セ ン サ で あ り 、 前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 筋 電 位 セ ン サ に よ り 検 出 さ れ た 筋 電 位 に 基 づ い て 前 記 運 動 部 位 の 筋 力 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 筋 力 に 基 づ い て 前 記 所 定 の 運 動 モ デ ル を 解 く こ と で 、 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 し て も よ い 。
こ の 一 態 様 に お い て 、 所 定 の 運 動 モ デ ル は 、 前 記 運 動 部 位 の 筋 力 項 、 手 首 関 節 の 慣 性 モ ー メ ン ト 項 、 前 記 筋 力 の 弾 性 係 数 項 、 及 び 、 前 記 筋 力 の 粘 性 係 数 項 を 含 む 手 首 関 節 周 り の 運 動 方 程 式 に 基 づ く モ デ ル で あ っ て も よ い 。
こ の 一 態 様 に お い て 、 前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 算 出 し た 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 と 、 前 記 外 力 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 外 力 と 、 に 基 づ い て 、 ダ ン ピ ン グ 係 数 及 び ス テ ィ フ ネ ス 係 数 を 含 む イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を 行 い 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 し て も よ い 。
こ の 一 態 様 に お い て 、 前 記 イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 の ダ ン ピ ン グ 係 数 及 び ス テ ィ フ ネ ス 係 数 を 変 更 す る 変 更 手 段 を 更 に 備 え て い て も よ い 。
こ の 一 態 様 に お い て 、 前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 算 出 し た 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 に 基 づ い て 、 慣 性 補 償 項 、 摩 擦 補 償 項 、 及 び フ ィ ー ド バ ッ ク 補 償 項 を 含 む 制 御 系 を 解 く こ と で 、 前 記 算 出 し た 手 首 関 節 回 転 角 度 の 目 標 値 に 、 前 記 操 作 量 検 出 手 段 に よ り 検 出 さ れ た 前 記 操 作 手 段 の 回 転 角 度 が 追 従 す る よ う に 、 前 記 駆 動 手 段 に 対 す る ト ル ク 指 令 値 を 算 出 し て も よ い 。
こ の 一 態 様 に お い て 、 前 記 運 動 状 態 検 出 手 段 は 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 慣 性 を 検 出 す る 慣 性 セ ン サ 、 又 は 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 に 取 り 付 け た マ ー カ を 撮 影 す る カ メ ラ で あ り 、
前 記 制 御 手 段 は 、 前 記 検 出 さ れ た 慣 性 又 は マ ー カ の 撮 影 画 像 に 基 づ い て 前 記 所 定 の 運 動 モ デ ル を 解 く こ と で 、 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 し て も よ い 。
上 記 目 的 を 達 成 す る た め の 本 発 明 の 一 態 様 は 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 被 験 者 に よ っ て 操 作 さ れ る 操 作 手 段 の 操 作 量 を 検 出 す る ス テ ッ プ と 、 前 記 被 験 者 の 運 動 部 位 の 運 動 状 態 を 検 出 す る ス テ ッ プ と 、 を 含 む 制 御 方 法 で あ っ て 、 前 記 検 出 さ れ た 運 動 状 態 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と に 基 づ い て 、 前 記 操 作 手 段 に 対 す る 操 作 量 の 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 操 作 量 の 目 標 値 に 前 記 検 出 さ れ た 操 作 量 が 追 従 す る よ う に 、 前 記 操 作 手 段 に ト ル ク を 付 与 す る 駆 動 手 段 を 制 御 す る 、 こ と を 特 徴 と す る 制 御 方 法 で あ っ て も よ い 。
10
20
30
40
50 御 を 行 う 処 理 と 、 を コ ン ピ ュ ー タ に 実 行 さ せ る 、 こ と を 特 徴 と す る 制 御 プ ロ グ ラ ム で あ っ
て も よ い 。 【 発 明 の 効 果 】 【 ０ ０ ０ ８ 】
本 発 明 に よ れ ば 、 被 験 者 の 動 作 意 図 を 考 慮 し て リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お け る 被 験 者 の 動 作 負 担 を 効 果 的 に 抑 制 で き る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 、 制 御 方 法 及 び 制 御 プ ロ グ ラ ム を 提 供 す る こ と が で き る 。
【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】 【 ０ ０ ０ ９ 】
【 図 １ 】 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 の 概 略 的 な シ ス テ ム 構 成 を 示 す ブ ロ ッ ク 図 で あ る 。
【 図 ２ 】 グ リ ッ プ レ バ ー 部 の 操 作 を 示 す 図 で あ る 。
【 図 ３ 】 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る ア シ ス ト 制 御 系 の 構 成 を 示 す ブ ロ ッ ク 図 で あ る 。 【 図 ４ 】 随 意 運 動 モ デ ル の 周 波 数 特 性 の 一 例 を 示 す 図 で あ る 。
【 図 ５ 】 力 セ ン サ か ら 出 力 さ れ る 力 値 信 号 に 応 じ て グ リ ッ プ レ バ ー 部 の ハ ン ド ル の 回 転 操 作 に 柔 軟 性 を 付 与 す る イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 の 効 果 を 示 す 図 で あ る 。
【 図 ６ 】 （ ａ ） 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 っ た と き の 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 と 回 転 セ ン サ の 回 転 角 度 と を 比 較 し た 図 で あ る 。 （ ｂ ） 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 っ た と き の 、 Ｆ Ｃ Ｒ 筋 と Ｅ Ｃ Ｒ 筋 の 筋 力 差 を 示 す 図 で あ る 。
【 図 ７ 】 （ ａ ） 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 わ な か っ た と き の 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 と 回 転 セ ン サ の 回 転 角 度 と を 比 較 し た 図 で あ る 。 （ ｂ ） 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 わ な か っ た と き の 、 Ｆ Ｃ Ｒ 筋 と Ｅ Ｃ Ｒ 筋 の 筋 力 差 を 示 す 図 で あ る 。
【 図 ８ 】 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 に よ る 制 御 処 理 フ ロ ー を 示 す フ ロ ー チ ャ ー ト で あ る 。
【 発 明 を 実 施 す る た め の 形 態 】 【 ０ ０ １ ０ 】
以 下 、 図 面 を 参 照 し て 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に つ い て 説 明 す る 。 図 １ は 、 本 発 明 の 一 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 の 概 略 的 な シ ス テ ム 構 成 を 示 す ブ ロ ッ ク 図 で あ る 。 本 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 １ は 、 被 験 者 に よ っ て 操 作 さ れ る グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ と 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の 操 作 量 を 検 出 す る 回 転 セ ン サ ３ と 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ に 操 作 ト ル ク を 付 与 す る サ ー ボ モ ー タ ４ と 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ に 作 用 す る 外 力 を 検 出 す る 力 セ ン サ ５ と 、 被 験 者 の 運 動 部 位 の 筋 電 位 を 検 出 す る 少 な く と も １ つ の 筋 電 位 セ ン サ ６ と 、 サ ー ボ モ ー タ ４ を 制 御 す る 制 御 装 置 ７ と 、 各 種 の 操 作 情 報 を 表 示 す る 表 示 装 置 ８ と 、 を 備 え て い る 。
【 ０ ０ １ １ 】
グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ は 、 操 作 手 段 の 一 具 体 例 で あ り 、 被 験 者 が 上 肢 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン を 行 う た め に 操 作 を 行 う も の で あ る （ 図 ２ ） 。 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ は 、 筺 体 ２ １ と 筺 体 ２ １ に 回 転 可 能 に 設 け ら れ た 回 転 軸 ２ ２ と 、 回 転 軸 ２ ２ に 連 結 さ れ 被 験 者 が 把 持 す る ハ ン ド ル ２ ３ と 、 を 有 し て い る 。 被 験 者 は 、 ハ ン ド ル ２ ３ を 把 持 し 、 ハ ン ド ル ２ ３ を 指 示 さ れ た 方 向 に 操 作 す る こ と で 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の た め の 訓 練 を 行 う 。
【 ０ ０ １ ２ 】
10
20
30
40
50 サ ー ボ モ ー タ ４ は 、 駆 動 手 段 の 一 具 体 例 で あ り 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ に
操 作 ト ル ク を 付 与 す る 機 能 を 有 し て い る 。 サ ー ボ モ ー タ ４ の 駆 動 軸 は グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の 回 転 軸 ２ ２ に 連 結 さ れ て い る 。 サ ー ボ モ ー タ ４ は 、 例 え ば 、 Ａ Ｃ （ 交 流 式 ） サ ー ボ モ ー タ で あ り 、 減 速 機 構 を 内 蔵 し て い る 。 サ ー ボ モ ー タ ４ は 、 サ ー ボ ア ン プ ９ 及 び Ｄ ／ Ａ （ デ ジ タ ル ／ ア ナ ロ グ ） 変 換 器 １ ０ を 介 し て 制 御 装 置 ７ に 接 続 さ れ て い る 。 サ ー ボ モ ー タ ４ は 制 御 装 置 ７ か ら 送 信 さ れ る 制 御 信 号 に 応 じ て グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ に 回 転 ト ル ク を 付 与 す る 。
【 ０ ０ １ ４ 】
力 セ ン サ ５ は 、 外 力 検 出 手 段 の 一 具 体 例 で あ り 、 被 験 者 が グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ を 操 作 し た 際 の ハ ン ド ル ２ ３ に 作 用 す る 外 力 を 検 出 す る 。 力 セ ン サ ５ は 、 例 え ば 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 根 元 に 設 け ら れ て い る 。 力 セ ン サ ５ は Ａ ／ Ｄ （ ア ナ ロ グ ／ デ ジ タ ル ） 変 換 器 ８ を 介 し て 制 御 装 置 ７ に 接 続 さ れ て い る 。 力 セ ン サ ５ は 、 検 出 し た 力 に 応 じ た 力 値 信 号 を 制 御 装 置 ７ に 出 力 す る 。
【 ０ ０ １ ５ 】
筋 電 位 セ ン サ ６ は 、 運 動 状 態 検 出 手 段 の 一 具 体 例 で あ り 、 被 験 者 の 上 肢 の 運 動 部 位 に お け る 筋 電 位 を 検 出 す る 。 筋 電 位 セ ン サ ６ は 、 例 え ば 、 被 験 者 の 長 橈 側 手 根 伸 筋 （ Ｅ Ｃ Ｒ ： e x t e n s o r c a r p i r a d ia lis lo n g u s mu s c l e ） 及 び 橈 側 手 根 屈 筋 （ Ｆ Ｃ Ｒ ： f le x o r c a r p i r a d ia lis lo n g u s mu s c le ） 近 傍 に 夫 々 取 り 付 け ら れ る 。 な お 、 筋 電 位 セ ン サ ６ の 取 付 位 置 は 、 上 記 一 例 に は 限 定 さ れ ず 、 被 験 者 が グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ を 操 作 し た と き に 運 動 す る 運 動 部 位 で あ れ ば 任 意 の 位 置 に 取 り 付 け る こ と が 可 能 で あ る 。 ま た 、 一 対 の 筋 電 位 セ ン サ ６ が 被 験 者 に 取 り 付 け ら れ て い る が 、 被 験 者 に 取 り 付 け ら れ る 筋 電 位 セ ン サ ６ の 数 は 任 意 で よ い 。 各 筋 電 位 セ ン サ ６ は Ａ ／ Ｄ 変 換 器 ８ を 介 し て 制 御 装 置 ７ に 接 続 さ れ て い る 。 各 筋 電 位 セ ン サ ６ は 、 検 出 し た 被 験 者 の 筋 電 位 に 応 じ た 筋 電 位 信 号 を 制 御 装 置 ７ に 出 力 す る 。 【 ０ ０ １ ６ 】
制 御 装 置 ７ は 、 制 御 手 段 の 一 具 体 例 で あ り 、 サ ー ボ モ ー タ ４ を 制 御 す る 。 制 御 装 置 ７ は 、 力 セ ン サ ５ か ら 出 力 さ れ た 力 値 信 号 と 、 各 筋 電 位 セ ン サ ６ か ら 出 力 さ れ た 筋 電 位 信 号 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 、 サ ー ボ モ ー タ ４ に 対 す る ト ル ク 指 令 値 （ 操 作 量 の 目 標 値 ） を 算 出 す る 。 制 御 装 置 ７ は 、 算 出 し た ト ル ク 指 令 値 に 応 じ た 制 御 信 号 を 生 成 し 、 サ ー ボ モ ー タ ４ に 対 し て 出 力 す る 。 サ ー ボ モ ー タ ４ は 、 制 御 装 置 ７ か ら の 制 御 信 号 に 応 じ て グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ に ト ル ク を 付 与 す る 。
【 ０ ０ １ ７ 】
な お 、 制 御 装 置 ７ は 、 例 え ば 、 演 算 処 理 、 制 御 処 理 等 と 行 う Ｃ Ｐ Ｕ （ Ce n t r a l P r o c e s s i n g Un it ） ７ １ 、 Ｃ Ｐ Ｕ ７ １ に よ っ て 実 行 さ れ る 演 算 プ ロ グ ラ ム 、 制 御 プ ロ グ ラ ム 等 が 記 憶 さ れ た Ｒ Ｏ Ｍ （ R e a d On l y Me mo r y ） や Ｒ Ａ Ｍ （ R a n d o mAc c e s s Me mo r y ） か ら な る メ モ リ ７ ２ 、 外 部 と 信 号 の 入 出 力 を 行 う イ ン タ ー フ ェ イ ス 部 （ Ｉ ／ Ｆ ） ７ ３ 、 な ど か ら な る マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ を 中 心 に し て 、 ハ ー ド ウ ェ ア 構 成 さ れ て い る 。 Ｃ Ｐ Ｕ ７ １ 、 メ モ リ ７ ２ 、 及 び イ ン タ ー フ ェ イ ス 部 ７ ３ は 、 デ ー タ バ ス ７ ４ な ど を 介 し て 相 互 に 接 続 さ れ て い る 。 【 ０ ０ １ ８ 】
表 示 装 置 ８ は 、 表 示 手 段 の 一 具 体 例 で あ り 、 被 験 者 の 操 作 に 関 す る 各 種 の 操 作 情 報 を 表 示 す る 。 表 示 装 置 ８ は 制 御 装 置 ７ に 接 続 さ れ て お り 、 制 御 装 置 ７ か ら 出 力 さ れ る 情 報 に 基 づ い て 各 種 の 操 作 情 報 を 表 示 す る 。
【 ０ ０ １ ９ 】
10
20
30
40
50 ば 、 液 晶 デ ィ ス プ レ イ 装 置 、 有 機 Ｅ Ｌ デ ィ ス プ レ イ 装 置 な ど で 構 成 さ れ て い る 。
【 ０ ０ ２ ０ 】
と こ ろ で 、 従 来 の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 に お い て は 、 被 験 者 の 身 体 状 態 を 十 分 に 考 慮 し た も の と は 言 え ず 、 被 験 者 が 訓 練 プ ロ グ ラ ム に 従 っ て 、 例 え ば 、 正 確 な 操 作 を 行 お う と し た 場 合 に 比 較 的 に 大 き な 操 作 力 が 必 要 と な り 、 リ ハ ビ リ 中 の 被 験 者 （ 例 え ば 、 脳 卒 中 で 片 麻 痺 の あ る 患 者 な ど ） に と っ て 過 度 の 負 荷 を 強 い る と い う 問 題 が 生 じ て い た 。
【 ０ ０ ２ １ 】
こ れ に 対 し 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 １ は 、 そ の よ う な 被 験 者 の 動 作 意 図 を 考 慮 し て 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 操 作 を 適 切 に 補 助 す る ア シ ス ト 制 御 を 行 う 。 こ れ に よ り 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お け る 被 験 者 の 動 作 負 担 を 効 果 的 に 抑 制 す る 制 御 を 行 う こ と が で き る 。
【 ０ ０ ２ ２ 】
上 記 制 御 を 実 現 す る た め に 、 制 御 装 置 ７ は 、 力 セ ン サ ５ か ら 出 力 さ れ た 力 値 信 号 と 、 各 筋 電 位 セ ン サ ６ か ら 出 力 さ れ た 筋 電 位 信 号 と 、 所 定 の 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 、 被 験 者 に よ る グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 操 作 を 補 助 す る ア シ ス ト 制 御 を 行 う 。 制 御 装 置 ７ は 、 上 記 ア シ ス ト 制 御 を 実 行 す る 上 で 、 後 述 す る 、 上 位 制 御 系 及 び 下 位 制 御 系 を 実 行 す る 。
【 ０ ０ ２ ３ 】
図 ３ は 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る ア シ ス ト 制 御 系 の 構 成 を 示 す ブ ロ ッ ク 図 で あ る 。
制 御 装 置 ７ は 、 上 位 制 御 系 に お い て 、 筋 電 位 セ ン サ ６ か ら の 筋 電 位 信 号 に 基 づ い て 被 験 者 の 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 （ 回 転 角 度 の 目 標 値 ） を 算 出 す る 随 意 運 動 モ デ ル 制 御 と 、 力 セ ン サ ５ か ら の 力 値 信 号 に 基 づ い て グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 操 作 に 対 し て 柔 軟 性 を 付 与 す る イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 と 、 を 実 行 す る 。 制 御 装 置 ７ は 、 随 意 運 動 モ デ ル 制 御 に イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を 付 加 し て 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 し 、 算 出 し た 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 に 基 づ い て 下 位 制 御 系 を 実 行 す る 。
【 ０ ０ ２ ４ 】
制 御 装 置 ７ は 、 下 位 制 御 系 に お い て 、 上 位 制 御 系 で 算 出 し た 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 に グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 度 を 追 従 さ せ る 位 置 制 御 を 行 う 。 制 御 装 置 ７ は 、 こ の 位 置 制 御 に お い て 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 を フ ィ ー ド バ ッ ク さ せ た Ｐ Ｉ Ｄ 制 御 に よ る フ ィ ー ド バ ッ ク 制 御 と 、 慣 性 補 償 及 び 摩 擦 補 償 に よ る フ ィ ー ド フ ォ ワ ー ド 制 御 を 行 い 、 サ ー ボ モ ー タ ４ に 対 す る ト ル ク 指 令 値 を 算 出 す る 。
【 ０ ０ ２ ５ 】
次 に 、 上 述 し た 上 位 制 御 系 に つ い て 、 詳 細 に 説 明 す る 。
随 意 運 動 モ デ ル 制 御 を 設 計 す る 上 で 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 無 負 荷 時 に お け る 手 首 関 節 周 り の 運 動 に 関 す る 運 動 方 程 式 を 下 記 （ １ ） 式 に 示 す よ う に 作 成 で き る 。 【 数 １ 】
【 ０ ０ ２ ６ 】
上 記 （ １ ） 式 に お い て 、 Ｉ
ｈ は 手 首 関 節 の 慣 性 モ ー メ ン ト 、 θ ｈ は 手 首 関 節 の 回 転 角 度
を 示 し て い る 。 ｕ
ｆ は 橈 側 手 根 屈 筋 の 筋 力 、 ｕｅ は 長 橈 側 手 根 伸 筋 の 筋 力 を 示 し て い る 。
Ｋ
ｈ は 橈 側 手 根 屈 筋 お よ び 長 橈 側 手 根 伸 筋 の 弾 性 係 数 、 Ｂｈ は 橈 側 手 根 屈 筋 お よ び 長 橈 側
手 根 伸 筋 の 粘 性 係 数 を 示 し て い る 。 Ｌ
ｈ は 手 首 関 節 の レ バ ー ア ー ム の 長 さ （ 手 首 関 節 か ら
ハ ン ド ル ２ ３ の 中 心 ま で の 長 さ ） を 示 し て い る 。 【 ０ ０ ２ ７ 】
図 ４ は 、 上 記 （ １ ） 式 で 表 し た 随 意 運 動 モ デ ル の 周 波 数 特 性 の 一 例 を 示 す 図 で あ る 。 上 記 橈 側 手 根 屈 筋 の 筋 力 ｕ
ｆ 、 お よ び 、 長 橈 側 手 根 伸 筋 の 筋 力 ｕｅ は 、 夫 々 対 応 す る 筋 電 位
セ ン サ ６ か ら 出 力 さ れ る 筋 電 位 信 号 ｙ
ｅ ｍ ｇ _ｆ 、 ｙｅ ｍ ｇ _ｅ を 整 流 化 し た 後 、 時 定 数 （
Ｔ
ａ ｖ ｅ ＝ ０ ． ０ ５ ｓ ｅ ｃ ） の ロ ー パ ス フ ィ ル タ で 平 滑 化 し た Ｉ Ｅ Ｍ Ｇ 信 号 ｒｆ 、 ｒｒ と
10
20
30
40
50 と が で き る 。
【 数 ２ 】
【 ０ ０ ２ ８ 】
上 記 （ ４ ） 式 及 び （ ５ ） 式 に お い て 、 Ｇ
ｆ 、 Ｇｅ は Ｉ Ｅ Ｍ Ｇ 信 号 を 筋 力 に 変 換 す る た め
の 変 換 定 数 を 示 し て い る 。 【 ０ ０ ２ ９ 】
制 御 装 置 ７ は 、 各 筋 電 位 セ ン サ ６ か ら 出 力 さ れ る 筋 電 位 信 号 ｙ
ｅ ｍ ｇ _ｆ 、 ｙｅ ｍ ｇ _ｅ
と に 基 づ い て 、 上 記 （ １ ） 式 乃 至 （ ５ ） 式 か ら な る 手 首 関 節 周 り の 随 意 運 動 モ デ ル を 適 宜 解 く こ と で 、 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ を 算 出 す る 。 制 御 装 置 ７ は 、 こ の 算 出
し た 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ に 基 づ い て 、 後 述 の 下 位 制 御 系 を 実 行 す る 。 こ
れ に よ り 、 被 験 者 の 微 少 な 動 作 意 図 で も 、 そ の 動 作 意 図 に 従 っ た 関 節 運 動 の 再 現 が 可 能 と な る 。
【 ０ ０ ３ ０ 】
制 御 装 置 ７ は 、 さ ら に 、 算 出 し た 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ に 基 づ い て 、 下
記 （ ６ ） 式 に 示 す イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を 実 行 す る 。 こ れ に よ り 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ と 、 実 際 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 と 、 の ズ レ に 対 し て 力 セ ン サ ５ か ら 出 力 さ れ る 力 値
信 号 に 応 じ て 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 操 作 に 柔 軟 性 を 付 与 で き る 。 し た が っ て 、 被 験 者 に と っ て よ り 優 し く 負 担 の 少 な い 操 作 が 実 現 で き る 。
【 数 ３ 】
【 ０ ０ ３ １ 】
上 記 （ ６ ） 式 に お い て 、 ｓ は ラ プ ラ ス 演 算 子 、 Ｄ
ｉ ｍ ｐ は イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 の ダ ン ピ
ン グ 係 数 、 Ｋ
ｉ ｍ ｐ は イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 の ス テ ィ フ ネ ス 係 数 を 示 し て い る 。 ｆｅ ｘ ｔ は
力 セ ン サ ５ か ら 出 力 さ れ る 力 値 信 号 （ 外 力 ） を 示 し て い る 。 こ の 外 力 は 、 例 え ば 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ に お け る 円 周 方 向 の 力 で あ り 、 時 計 回 り 方 向 を 正 と す る 。 θ
ｒ ｅ ｆ は 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 示 し て い る 。 上 記 （ ６ ） 式 に お い て 、 イ ン ピ ー ダ
ン ス 制 御 の ダ ン ピ ン グ 係 数 Ｄ
ｉ ｍ ｐ 、 及 び ス テ ィ フ ネ ス 係 数 Ｋｉ ｍ ｐ を 調 整 す る こ と で 、
ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 操 作 に お け る 柔 軟 性 を 容 易 に 調 整 で き る 。 し た が っ て 、 被 験 者 の 身 体 状 態 に 応 じ て 、 そ の 回 転 操 作 の 柔 軟 性 を 最 適 に 調 整 す る こ と で 、 被 験 者 の 動 作 負 担 を 効 果 的 に 抑 制 で き る 。
【 ０ ０ ３ ２ 】
本 実 施 の 形 態 に お い て 、 ユ ー ザ は 、 例 え ば 、 キ ー ボ ー ド 、 タ ッ チ ス ク リ ー ン な ど の 入 力 装 置 （ 変 更 手 段 の 一 具 体 例 ） な ど を 介 し て 、 制 御 装 置 ７ に 設 定 さ れ た イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 の ダ ン ピ ン グ 係 数 Ｄ
ｉ ｍ ｐ 、 及 び ス テ ィ フ ネ ス 係 数 Ｋｉ ｍ ｐ を 変 更 す る こ と が で き る 。
【 ０ ０ ３ ３ 】
次 に 、 上 述 し た 下 位 制 御 系 に つ い て 、 詳 細 に 説 明 す る 。
制 御 装 置 ７ は 、 下 位 制 御 系 に お い て 、 上 位 制 御 系 で 算 出 し た 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｒ ｅ ｆ に グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 度 を 追 従 さ せ る 位 置 制 御 を 行 う 。
10
20
30
40
50 【 数 ４ 】
【 ０ ０ ３ ４ 】
上 記 （ ７ ） 式 に お い て 、 Ｉ
ｍ は グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 慣 性 モ ー メ ン ト 、
Ｂ
ｍ は 粘 性 摩 擦 項 係 数 、 Ｄｍ は 動 摩 擦 係 数 、 τ は サ ー ボ モ ー タ ４ を 駆 動 す る ト ル ク 指 令 値
、 θ は グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 度 、 を 夫 々 示 し て い る 。 【 ０ ０ ３ ５ 】
上 記 （ ７ ） 式 に 基 づ い て 、 慣 性 補 償 部 、 摩 擦 補 償 部 、 及 び 、 Ｐ Ｉ Ｄ 制 御 に よ る フ ィ ー ド バ ッ ク 部 を 有 す る 、 下 記 （ ８ ） 式 に 示 す 下 位 制 御 系 を 構 築 す る こ と が で き る 。 こ の 下 位 制 御 系 に お い て 、 慣 性 補 償 部 及 び 、 特 に 、 摩 擦 補 償 部 を 含 む こ と で 、 安 価 な サ ー ボ モ ー タ ４ を 用 い る こ と が で き る た め 、 コ ス ト 低 減 に 繋 が る 。
【 数 ５ 】
【 ０ ０ ３ ６ 】
上 記 （ ８ ） 式 に お い て 、 Ｋ
ｐ 、 Ｋｉ 、 Ｋｄ は 、 夫 々 、 比 例 ゲ イ ン 、 積 分 ゲ イ ン 、 微 分 ゲ
イ ン を 示 し て い る 。 Ｉ
ｍ ハ ッ ト 、 Ｂｍ ハ ッ ト 、 Ｄｍ ハ ッ ト は 、 夫 々 、 慣 性 補 償 お よ び 摩 擦
補 償 の た め 最 小 ２ 乗 法 に よ り オ フ ラ イ ン 同 定 し た 、 慣 性 モ ー メ ン ト 、 粘 性 摩 擦 項 係 数 、 及 び 動 摩 擦 係 数 を 示 し て い る 。
【 ０ ０ ３ ７ 】
制 御 装 置 ７ は 、 上 記 （ ８ ） 式 に よ り 算 出 さ れ た 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｒ ｅ ｆ に 、
回 転 セ ン サ ３ に よ り 検 出 さ れ た グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 度 θ を 追 従 さ せ る よ う に 、 サ ー ボ モ ー タ ４ に 対 す る ト ル ク 指 令 値 τ を 算 出 す る 。 制 御 装 置 ７ は 、 算 出 し た ト ル ク 指 令 値 τ に 応 じ た 制 御 信 号 を 生 成 し サ ー ボ モ ー タ ４ に 対 し て 出 力 す る こ と で 、 サ ー ボ モ ー タ ４ を 制 御 す る 。
【 ０ ０ ３ ８ 】
図 ５ は 、 力 セ ン サ か ら 出 力 さ れ る 力 値 信 号 に 応 じ て グ リ ッ プ レ バ ー 部 の ハ ン ド ル の 回 転 操 作 に 柔 軟 性 を 付 与 す る イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 の 効 果 を 示 す 図 で あ る 。 図 ５ に 示 す 如 く 、 本 イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 に よ り 、 例 え ば 、 ２ 通 り （ １ ） 及 び （ ２ ） の ス テ ィ フ ネ ス 特 性 が 実 現 さ れ て い る 。 （ ２ ） の ス テ ィ フ ネ ス 特 性 は 、 （ １ ） の ス テ ィ フ ネ ス 特 性 と 比 較 し て 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 度 の 増 加 に 対 し て 力 セ ン サ ５ の 力 値 の 増 加 が 小 さ く 抑 え ら れ て い る 。 す な わ ち 、 （ ２ ） の ス テ ィ フ ネ ス 特 性 で は 、 （ １ ） の ス テ ィ フ ネ ス 特 性 と 比 較 し て 被 験 者 は よ り 小 さ な 操 作 力 で （ よ り 柔 軟 に ） グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ を 操 作 す る こ と が 可 能 と な る 。
【 ０ ０ ３ ９ 】
図 ５ に 示 す よ う な ス テ ィ フ ネ ス 特 性 （ グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 度 に 対 す る 力 セ ン サ ５ の 力 値 の 増 加 の 傾 き ） を 調 整 す る こ と で 、 被 験 者 の 身 体 状 態 に 応 じ た 最 適 な リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン が 可 能 と な る 。
【 ０ ０ ４ ０ 】
図 ６ （ ａ ） は 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 っ た と き の 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 と 回 転 セ ン サ の 回 転 角 度 と を 比 較 し た 図 で あ る 。 図 ７ （ ａ ） は 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 わ な か っ た と き の 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 と 回 転 セ ン サ の 回 転 角 度 と を 比 較 し た 図 で あ る 。
【 ０ ０ ４ １ 】
図 ６ （ ａ ） に 示 す 如 く 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る ア シ ス ト 制 御 を 実 行 し た 場 合 、 図 ７ （ ａ ） の ア シ ス ト 制 御 を 実 行 し な か っ た 場 合 と 比 較 し て 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 に 回 転 セ ン サ ３ の 回 転 角 度 が 追 従 で き て い る こ と が 分 か る 。 す な わ ち 、 被 験 者 に よ る ト ラ ッ キ ン グ 性 能 が 向 上 し て い る こ と が 分 か る 。
10
20
30
40
50 図 ６ （ ｂ ） は 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 っ た と き の 、 Ｆ Ｃ
Ｒ 筋 と Ｅ Ｃ Ｒ 筋 の 筋 力 差 （ ｕ
ｆ − ｕｅ ） を 示 す 図 で あ る 。 図 ７ （ ｂ ） は 、 本 実 施 の 形 態 に
係 る 制 御 装 置 に よ り ア シ ス ト 制 御 を 行 わ な か っ た と き の 、 Ｆ Ｃ Ｒ 筋 と Ｅ Ｃ Ｒ 筋 の 筋 力 差 （ ｕ
ｆ − ｕｅ ） を 示 す 図 で あ る 。 な お 、 Ｆ Ｃ Ｒ 筋 と Ｅ Ｃ Ｒ 筋 の 筋 力 差 は 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部
２ の ハ ン ド ル ２ ３ を 回 転 操 作 す る 際 の 操 作 ト ル ク に 相 当 し て お り 、 こ の 筋 力 差 の 変 動 が 小 さ い ほ ど ハ ン ド ル ２ ３ の 操 作 ト ル ク が 小 さ く ハ ン ド ル ２ ３ を 柔 軟 に 操 作 で き る こ と を 示 し て い る 。
【 ０ ０ ４ ３ 】
図 ６ （ ｂ ） に 示 す 如 く 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 ７ の ア シ ス ト 制 御 を 実 行 し た 場 合 、 図 ７ （ ｂ ） の ア シ ス ト 制 御 を 実 行 し な か っ た 場 合 と 比 較 し て 、 Ｆ Ｃ Ｒ 筋 と Ｅ Ｃ Ｒ 筋 の 筋 力 差 の 変 動 が 小 さ く 抑 え ら れ て い る こ と が 分 か る 。 し た が っ て 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る ア シ ス ト 制 御 に よ り 、 被 験 者 は 小 さ な 操 作 ト ル ク で 柔 軟 に グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ を 操 作 で き て い る と 言 え る 。 以 上 、 図 ６ 及 び 図 ７ に 示 す 如 く 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る 制 御 装 置 ７ の ア シ ス ト 制 御 を 実 行 す る こ と に よ り 、 被 験 者 は 小 さ な 操 作 ト ル ク で 柔 軟 に 操 作 を 行 い つ つ リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 課 題 に 対 し て 良 好 な ト ラ ッ キ ン グ を 実 現 で き る と 言 え る 。 す な わ ち 、 被 験 者 の 微 少 な 動 作 意 図 か ら 所 望 の 運 動 が 再 現 で き る た め 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お け る 被 験 者 の 動 作 負 担 を 効 果 的 に 抑 制 で き る 。
【 ０ ０ ４ ４ 】
次 に 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 に よ る 制 御 方 法 に つ い て 詳 細 に 説 明 す る 。 図 ８ は 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 に よ る 制 御 処 理 フ ロ ー を 示 す フ ロ ー チ ャ ー ト で あ る 。 な お 、 図 ８ に 示 す 制 御 処 理 は 所 定 時 間 毎 に 繰 り 返 し 実 行 さ れ る 。 【 ０ ０ ４ ５ 】
被 験 者 は 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ を 把 持 し 、 表 示 装 置 ８ の 表 示 画 面 に 表 示 さ れ た ハ ン ド ル ２ ３ の 目 標 回 転 角 の タ ー ゲ ッ ト マ ー ク に 、 現 在 の 回 転 角 度 の タ ー ゲ ッ ト マ ー ク を 一 致 さ せ る よ う に 、 ハ ン ド ル ２ ３ を 操 作 す る （ ス テ ッ プ Ｓ １ ０ １ ） 。
【 ０ ０ ４ ６ 】
回 転 セ ン サ ３ は 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 を 検 出 し 、 検 出 し た 回 転 角 に 応 じ た 回 転 角 信 号 θ を 制 御 装 置 ７ に 出 力 す る （ ス テ ッ プ Ｓ １ ０ ２ ） 。
【 ０ ０ ４ ７ 】
各 筋 電 位 セ ン サ ６ は 、 被 験 者 の 橈 側 手 根 屈 筋 お よ び 長 橈 側 手 根 伸 筋 に お け る 筋 電 位 を 検 出 し 、 検 出 し た 筋 電 位 に 応 じ た 筋 電 位 信 号 ｙ
ｅ ｍ ｇ _ｆ 、 ｙｅ ｍ ｇ _ｅ を 制 御 装 置 ７ に 出 力
す る （ ス テ ッ プ Ｓ １ ０ ３ ） 。 【 ０ ０ ４ ８ 】
力 セ ン サ ５ は 、 グ リ ッ プ レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ に 作 用 す る 外 力 を 検 出 し 、 検 出 し た 外 力 に 応 じ た 力 値 信 号 ｆ
ｅ ｘ ｔ を 制 御 装 置 ７ に 出 力 す る （ ス テ ッ プ Ｓ １ ０ ４ ） 。
【 ０ ０ ４ ９ 】
制 御 装 置 ７ は 、 各 筋 電 位 セ ン サ ６ か ら 出 力 さ れ る 筋 電 位 信 号 ｙ
ｅ ｍ ｇ _ｆ 、 ｙｅ ｍ ｇ _ｅ
と 、 上 記 （ １ ） 式 乃 至 （ ５ ） 式 で 示 す 手 首 関 節 周 り の 随 意 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ を 算 出 す る （ ス テ ッ プ Ｓ １ ０ ５ ） 。
【 ０ ０ ５ ０ 】
制 御 装 置 ７ は 、 算 出 し た 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ と 、 力 セ ン サ ５ か ら 出 力
さ れ る 力 値 信 号 ｆ
ｅ ｘ ｔ と 、 イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を 行 う た め の 上 記 （ ６ ） 式 と 、 に 基 づ い
て 、 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ ｒ ｅ ｆ を 算 出 す る （ ス テ ッ プ Ｓ １ ０ ６ ） 。
【 ０ ０ ５ １ 】
制 御 装 置 ７ は 、 上 記 （ ８ ） 式 に よ り 算 出 さ れ た 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｒ ｅ ｆ に 、
10
20
30
40
50 【 ０ ０ ５ ２ 】
以 上 、 本 実 施 の 形 態 に 係 る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 １ に お い て 、 筋 電 位 セ ン サ ６ に よ り 検 出 さ れ た 被 験 者 の 運 動 部 位 の 筋 電 位 と 、 随 意 運 動 モ デ ル と に 基 づ い て 、 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 目 標 値 と 、 力 セ ン サ ５ に よ り 検 出 さ れ た 外 力 と 、 に 基 づ い て 手 首 関 節 の 回 転 角 目 標 値 を 算 出 し 、 該 算 出 し た 手 首 関 節 の 回 転 角 目 標 値 に 回 転 セ ン サ ３ に よ り 検 出 さ れ た 回 転 角 が 追 従 す る よ う に サ ー ボ モ ー タ ４ を 制 御 す る 。 こ れ に よ り 、 被 験 者 の 動 作 意 図 を 考 慮 し て 、 グ リ ッ パ ー レ バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の ア シ ス ト 制 御 を 行 う こ と が で き 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン に お け る 被 験 者 の 動 作 負 担 を 効 果 的 に 抑 制 す る 制 御 を 行 う こ と が で き る 。
【 ０ ０ ５ ３ 】
な お 、 本 発 明 は 上 記 実 施 の 形 態 に 限 ら れ た も の で は な く 、 趣 旨 を 逸 脱 し な い 範 囲 で 適 宜 変 更 す る こ と が 可 能 で あ る 。
【 ０ ０ ５ ４ 】
上 記 一 実 施 の 形 態 に お い て 、 制 御 装 置 ７ は 、 各 筋 電 位 セ ン サ ６ か ら 出 力 さ れ る 筋 電 位 信 号 と 、 随 意 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ を 算 出 し て い
る が 、 こ れ に 限 ら ず 、 慣 性 セ ン サ か ら 出 力 さ れ る 信 号 と 、 随 意 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 を 算 出 し て も よ い 。 慣 性 セ ン サ は 、 例 え ば 、 手 首 関 節 及 び 親 指 付 け 根 （ 運 動 部 位 ） 近 傍 に 夫 々 取 り 付 け ら れ る 。
【 ０ ０ ５ ５ 】
さ ら に 、 上 記 一 実 施 の 形 態 に お い て 、 制 御 装 置 ７ は 、 運 動 部 位 の 撮 影 画 像 と 、 随 意 運 動 モ デ ル と 、 に 基 づ い て 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ を 算 出 し て も よ い 。 例 え ば 、
手 首 関 節 及 び 親 指 付 け 根 （ 運 動 部 位 ） 近 傍 に マ ー カ を 取 り 付 け 、 カ メ ラ に よ り 撮 影 す る 。 カ メ ラ は 撮 影 し た 運 動 部 位 の マ ー カ の 撮 影 画 像 を 制 御 装 置 ７ に 出 力 す る 。
【 ０ ０ ５ ６ 】
上 記 一 実 施 の 形 態 に お い て 、 制 御 装 置 ７ は 、 被 験 者 の 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ を 算 出 し 、 該 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ ｈ に 基 づ い て イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を
実 行 し て い る が 、 こ れ に 限 ら ず 、 イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を 実 行 し な い 構 成 で あ っ て も よ い 。 こ の 場 合 、 制 御 装 置 ７ は 、 各 筋 電 位 セ ン サ ６ か ら 出 力 さ れ る 筋 電 位 信 号 ｙ
ｅ ｍ ｇ _ｆ 、 ｙ ｅ ｍ ｇ _ｅ と 、 上 記 （ １ ） 式 乃 至 （ ５ ） 式 で 示 す 手 首 関 節 周 り の 随 意 運 動 モ デ ル と 、 に 基
づ い て 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ を 算 出 す る 。 そ し て 、 制 御 装 置 ７ は 、 こ の 算
出 し た 仮 想 の 手 首 関 節 の 回 転 角 度 目 標 値 θ
ｈ に 回 転 セ ン サ ３ に よ り 検 出 さ れ た グ リ ッ プ レ
バ ー 部 ２ の ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 角 度 θ を 追 従 さ せ る よ う に 、 サ ー ボ モ ー タ ４ に 対 す る ト ル ク 指 令 値 τ を 算 出 す る 。 こ れ に よ り 、 力 セ ン サ が 不 要 と な る た め 、 構 成 の 簡 素 化 に 繋 が る 。 特 に 、 被 験 者 が 身 体 状 態 が 良 好 で あ り 、 ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 操 作 に お け る 柔 軟 性 ま で も 必 要 と し な い 場 合 に 有 効 で あ る 。
【 ０ ０ ５ ７ 】
な お 、 被 験 者 が 身 体 状 態 が 良 好 で な い （ 例 え ば 、 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 初 期 状 態 、 身 体 不 具 合 の 度 合 い が 高 い 状 態 ） 場 合 は 、 上 述 し た イ ン ピ ー ダ ン ス 制 御 を 実 行 し 、 ハ ン ド ル ２ ３ の 回 転 操 作 に お け る 柔 軟 性 を 付 与 し 、 被 験 者 の 動 作 負 担 を よ り 軽 減 す る こ と は 、 非 常 に 有 効 で あ る 。
【 ０ ０ ５ ８ 】
ま た 、 本 発 明 は 、 例 え ば 、 図 ８ に 示 す 処 理 を 、 Ｃ Ｐ Ｕ ７ １ に コ ン ピ ュ ー タ プ ロ グ ラ ム を 実 行 さ せ る こ と に よ り 実 現 す る こ と も 可 能 で あ る 。
【 ０ ０ ５ ９ 】
10 体 メ モ リ （ 例 え ば 、 マ ス ク Ｒ Ｏ Ｍ 、 Ｐ Ｒ Ｏ Ｍ （ P r o g r a mma b l e R OM） 、 Ｅ Ｐ Ｒ Ｏ Ｍ （ E r a s a b le P R OM） 、 フ ラ ッ シ ュ Ｒ Ｏ Ｍ 、 Ｒ Ａ Ｍ （ r a n d o m a c c e s s me mo r y ） ） を 含 む 。
【 ０ ０ ６ ０ 】
ま た 、 プ ロ グ ラ ム は 、 様 々 な タ イ プ の 一 時 的 な コ ン ピ ュ ー タ 可 読 媒 体 （ t r a n s it o r y c o m p u t e r r e a d a b l e me d iu m） に よ っ て コ ン ピ ュ ー タ に 供 給 さ れ て も よ い 。 一 時 的 な コ ン ピ ュ ー タ 可 読 媒 体 の 例 は 、 電 気 信 号 、 光 信 号 、 及 び 電 磁 波 を 含 む 。 一 時 的 な コ ン ピ ュ ー タ 可 読 媒 体 は 、 電 線 及 び 光 フ ァ イ バ 等 の 有 線 通 信 路 、 又 は 無 線 通 信 路 を 介 し て 、 プ ロ グ ラ ム を コ ン ピ ュ ー タ に 供 給 で き る 。
【 符 号 の 説 明 】 【 ０ ０ ６ １ 】
１ リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 装 置 ２ グ リ ッ プ レ バ ー 部
３ 回 転 セ ン サ ４ サ ー ボ モ ー タ ５ 力 セ ン サ ６ 筋 電 位 セ ン サ ７ 制 御 装 置 ８ 表 示 装 置
【 図 ３ 】 【 図 ４ 】
