(57)【要約】【課題】    歩行中のロボットの姿勢制御能力を評価するために用いる、所定の印加パターンの外力を生成する外力印加装置を提供する【解決手段】  枠構造体１００ａ内のステージ１０５に設けたＡＣサーボモータ１０４とその回転軸に設けられたモータープーリー１０６に一端が固定され巻き取られたワイヤ１２４が、センサプーリー１０７及びガイドプーリー１０８を介して引き出されたワイヤ１２４の他端がロボットに掛着されると共に、センサプーリー１０７に係止されるトルクセンサ１０９によりワイヤ１２４の張力を検出するようにしてＡＣサーボモータ１０４をトルク制御し、予め設定された「経過時間−トルク」の印加パターンに倣うような外力をロボットに印加できるようにした。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被牽引体に一端が掛着されるワイヤと、
該ワイヤの他端が固定されると共に前記ワイヤが巻かれているプーリーと、
該プーリーを回転駆動するモータと、
前記ワイヤの張力の検出センサとを備えたステージと、
該ステージを昇降自在とする昇降手段と、
該昇降手段が設けられる構造体とを備え、
前記ワイヤの繰り出しの高さを調整できるようにすると共に、前記被牽引体に前記ワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにした
ことを特徴とする外力印加装置。
【請求項２】
請求項１記載の外力印加装置において、
前記構造体の下部に高さ調整用のスタンドと、
軌道走行用の複数の車輪とを備え、
前記被牽引体に対して相対移動した状態で前記被牽引体に前記ワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにした
ことを特徴とする外力印加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人やロボットなどにおいて外力に対する適応の程度を確認・評価するため、基準となる外力を所望の印加パターンにより印加することができるようにした外力印加装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、傷病がほとんどなおって症状が固定化した人や一般患者に対し、社会生活に復帰できるよう精神的、身体的、職業的、生活的な治療と訓練を行う機能回復リハビリテーション、あるいは老人の介護医療に対するリハビリテーションの重要性が認識されつつある。つまり、リハビリテーション施設の整備に多少のコストがかかっても体の不自由な人の運動機能が回復したり、老人が健康に生活するため運動機能を維持することが本人のみならず家族の介護負担軽減、ひいては地域の活気と自治体の財政健全化に極めて有効であることが認識されてきている。
【０００３】
ここで、回復させる運動機能とは、例えば立位の状態や歩行中に加えられた外力に対して姿勢をいかに維持できるかというようなものであり、外力としては身体に直接加えられるもののほか、歩行する床面の傾斜、凹凸や段差、素材の違いなどの実生活で遭遇する環境面に関するものも含まれる。
そして、リハビリテーション施設ではそのスタッフによって作成された改善プログラムのメニューに従って運動（エクササイズ）が指導され、運動機能の回復面の効果などが評価される。
【０００４】
一方、自立歩行および走行ロボットなどの研究・開発設計分野などでは滑らかで自然な動作を実現する上で、運動機能の評価は重要であり、この点でリハビリテーションなどと共通の問題を有しており、事前検討により多くの項目について作成された動作プログラムに従って動作させ、運動機能に関する効果などが評価される。
【０００５】
そして、ロボットなどの姿勢制御においては、姿勢を崩そうとする外力に対する姿勢制御能力をロバスト性と呼び、外力に対して姿勢を安定な状態へ近づけようとする働きかけ、例えば姿勢制御プログラムのパラメータや運動神経の良し悪し、機敏性、力学的に対応する部位機能・性能に関わるものを評価するようにしている。
【０００６】
具体的には、二足歩行ロボットの場合、傾斜(任意角度)、凹凸(任意高低差、面積)、路面硬度(砂利、砂、泥道)などを歩行させ、どれだけ安定した姿勢で、どのくらい速く踏破でき、突発的な外力に対してどのくらい俊敏に反応し、立て直しができるか。すなわち、外力の影響をどれだけ吸収し、現状維持・継続できるか、ということを評価するようにしている。
【０００７】
なお、従来、ロボット自体に加えられた外力に応じた動作をさせるように構成したものとして、特許文献１及び特許文献２などが知られている。
【０００８】
特許文献１に開示されている適応的ロバスト制御装置は、ロボットのマニピュレータに目標軌道を追従させる際に、センサ雑音などのランダムな外乱が加わっている場合にも、良好な軌道追従性能を保証できるようにしたものである。
【０００９】
また、特許文献２に開示されているロボット装置、ロボット装置の外力検出方法及びロボット装置の外力検出プログラム、並びにロボット装置の外力検出のためのキャリブレーション方法及びロボット装置の外力キャリブレーションプログラムは、関節部を介して胴体部に接続された脚を自在に駆動しながら接地面に対して移動するロボット装置の、特に外力を検出しその外力をフィードバックした行動をとるようにしたものに関して記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１３３７０３号公報  （第３頁）
【特許文献２】特開２００３−１５９６７４号公報（第３頁，図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来１つのリハビリテーション医療の現場で効果が得られた方法でも、他の現場では再現しにくいという問題があった。すなわち、リハビリテーション医療では、脳血管障害・パーキンソンなどの脳神経障害、骨折、靭帯損傷などの関節疾患、スポーツ障害などの患者を対象に、機能回復運動がなされるが、その効果については医療スタッフの主観的な評価が主で客観的な評価がしにくいという不都合があった。
【００１１】
これは、この機能回復運動の客観的評価には、例えば、所定の力で一定の時間引張られたり、所定の力で一定の時間移動に追従させながら横方向から引張られるときなどの、加えられた力に対する人からの抵抗力を測定することが考えられるがこのような外力を加えることができるものはなかったためである。また、人に所定の力で働きかけ（印加）、この働きかけ（印加力）に抵抗することによって人の抵抗力を養い筋力を向上させリハビリテーションの一助とするようなものもなかった。
【００１２】
また、従来自立歩行や走行ロボットにおいても、外筐の任意の部位に一定の力が持続するように加えられたり衝撃的な外力が与えられた場合、動物などにおける踏ん張りなどの抵抗力や反射運動のように外力に迅速に適応させることが必要であるにもかかわらず、姿勢を崩そうとする外力に対しての姿勢制御能力や抵抗力など外力への適応については充分な検討がなされていなかった。
【００１３】
これは、ロボットの姿勢を崩そうとする外力に対して抵抗する力を定量的に計測するに当たり、この抵抗力の計測を行なうための前提、つまり定量的に把握するための基準となる適当な外力付加のツールがなかったためである。
【００１４】
すなわち、機械的な可動部をもち、その可動部の動作によって人間との情報のやり取りなどの共生を目的としたロボットやエンターテインメント用のロボットにおける自立歩行あるいは運動などを行なう機能、例えば任意の力で一定の時間引張られたり、任意の力で一定の時間移動に追従して横方向から引張られるときの姿勢制御能力などの機能について、開発過程や製造ラインで確認・調整を行なうことはできても客観的に評価する手立てや尺度はなかった。
【００１５】
本発明はかかる点に鑑み、外力に対する姿勢制御能力などの適応の程度を確認・評価するため、基準となる外力を所望の印加パターンにより印加することができるようにした外力印加装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため本発明は、被牽引体に一端が掛着されるワイヤと、このワイヤの他端が固定されると共にワイヤが巻かれているプーリーと、このプーリーを回転駆動するモータと、ワイヤの張力の検出センサとを備えたステージと、このステージを昇降自在とする昇降手段と、この昇降手段が設けられる構造体とを備え、ワイヤの繰り出しの高さを調整できるようにすると共に、被牽引体にワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにしたものである。
【００１７】
このように構成した本発明外力印加装置によれば、ワイヤの張力の情報をモータによる印加力にフォードバックし、ワイヤを介して所望の印加パターンに倣うように外力を被牽引体に印加することができる。
【００１８】
また、本発明は上記記載の外力印加装置において、構造体の下部に高さ調整用のスタンドと、軌道走行用の複数の車輪とを備え、被牽引体に対して相対移動した状態で被牽引体にワイヤを介して所望の外力を印加することができるようにしたものである。
【００１９】
このように構成した本発明外力印加装置によれば、ワイヤを介して例えば移動している被牽引体の前後方向あるいは横方向から所望の外力を印加することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明外力印加装置によれば、被牽引体に所望の力を精度よく印加することができるため、リハビリテーション運動における機能回復の評価あるいはロボットの自立歩行などの能力向上を行う際に、反射運動や外力適応などの機能を確認し、後者では開発中に任意の外力生成パターンのシミュレーションを行うことができ、定量的な開発を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明外力印加装置を実施するための最良の形態の例を図１〜図８を参照して説明する。
【００２２】
図１において１００は本例の外力印加装置を示し、この外力印加装置１００は、図１〜図３に示すように、例えば外形が底面が５００ｍｍ×５００ｍｍで高さが略１０００ｍｍをなす正四角柱の各辺を引き抜きアルミニウムのフレームと固定部品とにより構成した枠構造体１００ａとし、その内部に昇降自在とされるステージ１０５が設けられる。
また、枠構造体１００ａの図３に示す右側の側面の下半分の領域にはＳＶＡ（サーボアンプ）モジュールを備えたシーケンスコントローラが収納される制御ボックス１２３が設けられる（図６参照）。
なお、使用状態では、枠構造体１００ａのフレーム間にカバーが設けられ、４側面と上下面が形成される。
【００２３】
枠構造体１００ａの上下方向には、図２及び図３に示すように、ボールねじ１０２とスライドシャフト１０３，１０３とが互いに平行で略鉛直の向きになるよう上下面に対して設けられる。ここでボールねじ１０２の上下端部には回転自在とする軸受が設けられ、上の軸受からはボールねじ１０２の先端部が突設され、またスライドシャフト１０３，１０３は上下端で固定される。
また、枠構造体１００ａの上面側には操作ボックス１２２とハンドル１０１が固定され、このハンドルはボールねじ１０２の一端で上面側の先端部に設けられる。
【００２４】
そして、枠構造体１００ａの下面側には、図２及び図３に示すように、下面に設けた弾性体により床面との間で動かないように固定すると共に高さを調整するための複数のアジャストスタンド３０２と、外力印加装置１００自体を動かすための複数のキャスタ３０３が設けられる。
また、枠構造体１００ａの下部の側面には、車輪上下アジャスタ３０４により上下方向に動かすことができ所定の高さで固定することができるようにされた複数のレール用車輪１２０とが設けられる。
なお、図１に示す右側で枠構造体１００ａの略半分の高さに移動などのための２つの取手１００ｂが設けられ、図２に示す右側のフレームにステージ１０５の昇降高さを確認するためのスケール１２１が設けられる。また、図３において３０１はレール用車輪１２０が回転自在に載置されるレールである。
【００２５】
ステージ１０５は、図４に示すように、枠構造体１００ａ内で昇降ができるように、枠構造体１００ａの上下面側の矩形より小さな略矩形形状、例えば４２０ｍｍ×４２０ｍｍの正方形で厚さが１０ｍｍ程度をなす金属板である。この金属板には、図２及び図３に示すように、スライドシャフト１０２，１０２を挿通しステージ１０５自体を昇降自在とするリニアブッシュ１１０，１１０を設けると共に、ボールねじ１０２の例えば台形ねじに係合する雌ねじ形状のナット１０２ａが設けられる。
【００２６】
そして、ボールねじ１０２の上端のハンドル１０１を手で回すことにより、ステージ１０５を上下方向に滑らかに移動できるようにしている。ここでステージ１０５の移動範囲は、例えば本例では床面から１００〜７００ｍｍであり、ステージ１０５を所定高さに移動したのち図示しないストッパでボールねじ１０２を軸止してステージ１０５の高さが変わらないように固定している。
【００２７】
また、ステージ１０５の上面には、減速機が内蔵されたＡＣサーボモータ１０４が、その出力軸を下側に向けステージ１０５の下面から突設するように取り付けられる。この減速機付きＡＣサーボモータ１０４は、例えば減速比が１／２０で出力が２００ＷほどのものでＰＧ（パルスジェネレータ）が内蔵される。そして、図４に示す右下部に枠構造体１００ａに設けたスケール１２１に対する指示針１０５ａが設けられる。
【００２８】
一方、ステージ１０５の下面には、図４に示すように、ＡＣサーボモータ１０４の出力軸に設けられるモータープーリー１０６と、センサプーリー１０７と、ガイドプーリー１０８が回動自在に設けられると共に、トルクセンサ１０９が設けられる。ここで、トルクセンサ１０９の先端部にはプレート１０９ａが固定され、このプレート１０９ａに設けられた孔に固定された回転軸にセンサプーリー１０７が設けられる。
そして一端が固定されモータープーリー１０６に巻き取られたワイヤ１２４の他端が、センサプーリー１０７とガイドプーリー１０８を介して、ステージ１０５の図４の下側に示すワイヤガイド２０１の開孔から引き出されるようになされる。
【００２９】
そして、ワイヤガイド２０１の開孔から引き出されたワイヤ１２４の張りの強さによって変化するセンサプーリー１０７の回転軸の位置の変化をトルクの変化として検出するようになされる。
ここで、トルクセンサ１０９は、例えばひずみゲージ式の力／抵抗変換器を用いたロードセルによるものであり、トルクセンサ１０９の先端部の変形により変化したひずみゲージの電気抵抗の値からワイヤ１２４の張力を得るようにする。
また、ワイヤ１２４は軽量かつ強靭な繊維、例えば４４ｋｇ/本の耐荷重をもつポリエチレン（ＰＥ）のワイヤ を用いる。そしてワイヤ１２４の先端には被牽引体と掛着させるためのフックを設ける。
【００３０】
制御ボックス１２３は、図５に示すように、その内部にＣＰＵ（中央演算処理）モジュール３０、ＳＶＡ（サーボアンプ）モジュール４０及び図示しないＩ／Ｏ（入出力）モジュールなどから構成されるシーケンスコントローラ５０と、サーボアンプ６０と、トルクセンサアンプ７０と図示しない電源ユニットなどが収納される。そして、これらとステージ１０５に取り付けられるＰＧ（パルスジェネレータ）１０４ａ付きＡＣサーボモータ１０４とトルクセンサ１０９と操作ボックス１２２とから外力印加装置１００が構成される。
【００３１】
以下、本例の外力印加装置１００のシステムを、図５を参照して説明する。
ワイヤ１２４の張力を所定の印加パターンに倣うように制御しているとき、ＡＣサーボモータ１０４には、このＣＰＵモジュール３０内のメモリなどに予め設定されている外力印加パターン１１から生成される経過時間に対応したトルク設定値１２が読み出される。このトルク設定値１２は、遅れ要素であるＬＡＧ１３を介して新たなトルク設定値１５となされ、後述するトルク制御値２７で補償されたトルク指令値１６としてＳＶＡモジュール４０に出力される。ＳＶＡモジュール４０ではトルク制御に適した制御パラメータに変換されたトルク指令値５２がサーボアンプ６０に出力される。そして、サーボモータ１０４によりワイヤ１２４の張力制御が行なわれる。
【００３２】
一方、ワイヤ１２４の張力はトルクセンサ１０９及びトルクセンサ７０により検出され、この実測されたトルク信号７１は、ＳＶＡモジュール４０でデジタル信号に変換され、ＣＰＵモジュール３０に入力される。そして、デジタル化されたトルク信号２０は、上述のトルク設定値１５と演算できる信号にするため、リミット２１，スケーリング２２，フィルタ２３の各制御要素により信号処理しトルク検出値２４となされる。
【００３３】
そして、このトルク検出値２４とトルク設定値１５とが加算器２５で加算処理され、この信号がＰＩＤ制御要素２６を介して新たなトルク制御値２７とされる。そして、このトルク制御値２７とトルク設定値１５とが加算器１４で加算されることでトルク設定値１５が補償され、新たなトルク指令値１６としてＣＰＵモジュール３０から出力するようにしている。
すなわち、実測されたトルク信号７１をトルク設定値１５にフィードバックして、新たなトルク指令値１６によりＡＣサーボモータ１０４によるトルク制御を行なうようにしている。
【００３４】
実際には、予め決めた「経過時間−トルク値」のトルクパターンに倣うように、ＳＶＡモジュール４０から出力されるトルク指令値５２に基きサーボアンプ６０はトルク制御をＡＣサーボモータ１０４に対して行なう。このとき、パルスジェネレータ１０４ａによりＡＣサーボモータ１０４の回転動作のモニタが行なわれ、トルクセンサ１０９で検出されたワイヤ１２４の張力が、トルクセンサアンプ７０を介してシーケンスコントローラ５０にフィードバックされ、ＡＣサーボモータ１０４により所定の外力印加パターン１１によるトルクを外力として印加できるように駆動される。
【００３５】
ワイヤ１２４の張力は、牽引されたワイヤ１２４の張力の変動によりセンサプーリー１０７が動かされ、このセンサプーリー１０７に固定されているプレート１０９ａを介してトルクセンサ１０９に力が伝達されることにより検出するようになされている。そして、この検出した実際のトルクの情報をフィードバックして外力の印加パターンに所定の誤差の範囲で倣う、適正なトルク出力とするようなトルク指令を出し、力制御を行うようにする。
【００３６】
なお、この力制御においてはワイヤ１２４巻き取りに対して引き出しのとき回生抵抗対策を行い、ワイヤ１２４の繰り出しの際もトルク制御を行なうようにして印加に伴う力の強弱の変動幅を小さくするようにしている。また、ワイヤ１２４の繰り出しと巻き取りでの周期が１回／ｓより小さいか、又はワイヤの移動量が１２ｃｍより小さい動作指令に対しては、ワイヤ１２４の操作を行なわないようにし、またワイヤ１２４が弛んでいるときなどで、設定トルク値と実トルクとの誤差が１０％より大きく、変化に追従できないときはエラー処理するようにしている。
また、上述の動作はシーケンスコントローラ５０のＩ／Ｏモジュール３０と操作ボックス１２２とが接続された状態で行なわれ、この操作ボックス１２２のパネル操作により動作指令が出される。
また、図５において１０は速度制限の要素、５１は速度制限の指令値の信号を示している。
【００３７】
ここで用いられる「経過時間−トルク値」の外力印加パターンの例について説明する。本例の外力印加装置１００でワイヤ１２４を介して印加する力の印加パターンについては、以下の３つの要件を満たすように構成することにした。（１）最低印加力(最小単位)を１００ｇとし、ばらつき公差±3%以内で、０．１〜１０ｋｇの範囲内の一定の引っ張り力を印加できるようにする。（２）力の印加時間を0〜60秒の任意で最小設定印加時間の倍数で設定するようにする。この最小設定印加時間としては、被牽引体のロボットの制御クロック時間を採用し本例では８ｍｓとする。（３）トルクパターンとして予め設定した３種の印加パターンを用いる。
【００３８】
以下、印加パターンの例を、図６Ａ〜Ｃを参照して説明する。図６で横軸を経過時間ｔ、縦軸を印加トルクＴで示す。ここで被牽引体（例えばロボット）には予め最低印加力の１００ｇの引張り力が印加された状態から所定の力、最大印加トルクＴmaxが印加される。
【００３９】
図６Ａは第１の印加パターンを示す、一定トルク印加の前後に傾斜を有するトルク特性であるシフトアップ印加のパターンで、ｔ０は１００ｇ印加時間、ｔ１は立ち上がり時間、ｔ２は任意の一定印加力による印加時間（≦６０ｓ）、ｔ３は 立ち下がり時間である。
【００４０】
図６Ｂは第２の印加パターンを示す、短時間の一定トルク印加の後保持時間を設けたショット印加パターンで、ｔ０は１００ｇ印加時間、ｔ１はインパルス状印加での任意の一定ピークの印加時間、ｔ２はインパルス状印加後の保持時間（≦６０ｓ）である。
【００４１】
図６Ｃは第３の印加パターンを示す、一定トルクをステップ状に印加し保持する一定印加パターンで、ｔ０は１００ｇ印加時間、ｔ１は任意の一定印加力による印加時間（≦６０ｓ）である。
印加パターンの例としては、ほかにも種々の形態を設定することができ、これらの印加パターンは例えばシーケンスコントローラ５０のプログラミング機能を用い、このシーケンスコントローラ５０に専用ケーブルで接続されたパーソナルコンピュータや専用端末により入力され、シーケンスコントローラ５０内のメモリに記憶するようになされる。
【００４２】
そして、外力印加装置１００の上面側に設けられる操作ボックス１２２がユーザーインターフェースとなされる。本例では操作ボックス１２２の上面はタッチパネルで構成されており以下の操作ボタンが用意される。すなわち、（１）印加パターンの選択・設定、（２）印加時間、トルクの設定、（３）スタート／ストップ操作  及び外部からのトリガーの設定、起動、（４）ワイヤの送り出しと巻き取り、（５）非常停止操作、（６）印加トルクの指令値と実トルクの表示、（７）データを一時保存指定、などを行なうことができるようになされている。
【００４３】
このように構成された外力印加装置１００では、先ず図７に示すように、二足歩行時のロボットの歩行方向の前方（又は後方）で、図４に示すワイヤガイド２０１と対向するように外力印加装置をアジャストスタンド３０２で固定する。
【００４４】
次に、外力印加装置１００の電源をＯＮし、操作ボックス１２２のタッチパネルのワイヤ送り出しスイッチを押してワイヤ１２４を所定量送り出し、ロボットの所定部位に外力印加のワイヤ１２４の一端のフックを掛着して接続する。それから、ワイヤ１２４が床面と略平行になるように外力印加装置１００のハンドル１０１を回してステージの高さを調整する。
【００４５】
次に、操作ボックス１２２のタッチパネルのワイヤ巻き取りスイッチを押す。これによりワイヤ１２４のたるみをなくすように５０ｇ程度で引っ張った状態をつくり、印加前の待機状態とする。これは、経過時間ｔ≧０における印加パターンでの力印加が迅速に行なうことができるようにするためである。
【００４６】
次に、操作ボックス１２２のタッチパネルで、所望の外力の印加パターンが選択されていればそのまま、そうでないときは印加パターンを選択設定し、印加パターンに必要な時間ｔ０，ｔ１，…と印加トルク値Ｔを設定する。
【００４７】
次に、操作ボックス１２２のタッチパネルのスタートボタンを押して外力印加の機能を起動し、ワイヤ１２４の牽引により所定の印加パターンに倣うようにトルク制御を行なう。
【００４８】
そして、例えば図６Ａに示す第１の印加パターンのシフトアップ印加で外力を印加させる場合には、ｔ２に設定されているトルクの上限値まで実際のトルク値が上がってからも時間ｔ２の間中、所定の変動幅範囲で一定の力を印加し続けるようにする。このとき、一定力の印加時間ｔ２は上述のように最大でも６０ｓとし、印加に伴う力の強弱の変動幅は可能な限り小さくする調整している。
なお、設定トルクとこれに対する実測トルク値もタッチパネル上に表示するようになされる。
【００４９】
このように構成した外力印加装置１００は、ワイヤ１２４を引き出した後、図７に示すように、その一端を例えばロボットの胸元に掛着し引き出されたワイヤ１２４の高さが床面と略平行になるように外力印加装置１００のハンドル１０１を回してステージ１０５の高さを調整してから、ＡＣサーボモータ１０４でワイヤ１２４を引張り駆動し、掛着されたワイヤ１２４を介してロボットなどの被牽引体に所望の印加パターンによる外力を印加することができる。
【００５０】
そして、図６Ａに示す第１の印加パターンによりシフトアップの応答特性、図６Ｂに示す第２の印加パターンにより擬似的なインパルス応答特性、図６Ｃに示す第３の印加パターンにより擬似的なステップ応答特性を得ることができ、所定の印加パターンによる外力印加に対するロボットの挙動により、ロボットの調整すべき部位と制御パラメータを迅速に把握しチューニングを行なうことができる。
【００５１】
このように構成した外力印加装置１００によれば、所定の印加パターンを基準として規定し、移動中に基準印加パターンを被牽引体に対し印加したときの挙動は、被牽引体自体のその時点での制御パラメータに応じたものとなるため、複数の被牽引体間の動特性を比較することができるようになる。つまり、突然の外力を与えられた場合の自立歩行あるいは運動などの能力向上を行う際に、反射運動など、外力適応などの機能を確認し、開発工程中に任意の外力生成パターンのシミュレーションを行うことができ、定量的な開発目標を設定することができるようになる。
【００５２】
そして、被牽引体に所望の力を精度よく印加することができ、リハビリテーション運動における機能回復の評価あるいはロボットの自立歩行などの能力向上を行う際に、反射運動や外力適応などの機能を確認し、後者では開発中に任意の外力生成パターンのシミュレーションを行うことができ、定量的な開発を行なうことができる。
【００５３】
また、このように構成した外力印加装置１００によれば、床面に敷設したレール上に外力印加装置１００のレール用車輪１２０に載せ移動自在とし、図８に示すように、例えばロボットの移動方向をレールの敷設方向に略平行とし、ロボットの所定の部位に引き出されたワイヤ１２４の一端を掛着してロボットの歩行速度と略同じ速度で外力印加装置１００を移動させながらＡＣサーボモータ１０４でワイヤ１２４を引張り駆動し所定の印加パターンによる力を印加することができる。
【００５４】
なお、本例の外力印加装置１００は、所定の印加パターンにより牽引する力を再現性よく印加することができ、被牽引体の挙動を見る上で基準となる力を発生させることができるものである。したがって、本例では、被牽引体として歩行ロボットを例に説明したが、これに限らずリハビリテーションの現場で、機能回復の客観的なデータの収集や機能の回復の補助に用いることもできる。本例の外力印加装置１００の大きさは、二足歩行ロボット型玩具対応としてあるため小型となっているが、人のリハビリテーションなどに用いる場合には、最大の印加力、ステージ昇降範囲をより大きくすると共に、床にアンカーボルトなどにより固定するようにしてよいものである。
【００５５】
また、ワイヤ１２４を直接被牽引体に掛着し、このワイヤ１２４を床面に略平行となるようにステージ１０５の高さを調整して牽引するとして説明したが、これに限らず、例えば途中に滑車を設け、この滑車を介して被牽引体を斜め上方あるいは下方向に牽引することにより姿勢制御の牽引方向依存性を評価することもできるものである。
【００５６】
本発明の外力印加装置は、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成を採り得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明外力印加装置の実施の形態の例の平面図である。
【図２】図１例の外力印加装置の正面図である。
【図３】図１例の外力印加装置の側面図である。
【図４】図２例の外力印加装置で矢視Ｓ−Ｓから見たステージの平面図である。
【図５】図１例の外力印加装置のシステム構成図である。
【図６】図１例の外力印加装置での外力の印加パターンの例を示し、Ａは第１の印加パターン（シフトアップ印加）、Ｂは第２の印加パターン（ショット印加）、Ｃは第３の印加パターン（一定印加）の説明図である。
【図７】進行方向に対し被牽引体の前方向からの外力印加の概要を示す説明図である。
【図８】進行方向に対し被牽引体の横方向からの外力印加の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００ａ…枠構造体、１０４…サーボモータ、１０５…ステージ、１０６…モータープーリー、１０７…センサプーリー、１０８…ガイドプーリー、１０９…トルクセンサ、１２４…ワイヤ
【図１】
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【図２】
2006263849.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006263849.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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