(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者を持ち上げるように回転軸回りに回転動作する移乗ロボットアームと、
前記移乗ロボットアームの回転軸に連結しアーム角度を取得するアーム角度検出器と、
前記移乗ロボットアームを駆動するモータと、
前記モータのモータトルクを前記移乗ロボットアームに伝達する減速機と、
前記使用者を持ち上げたまま水平移動する車輪と、
を有する移乗ロボット移動装置を制御する移乗ロボット制御装置であって、
前記モータのモータトルクを前記移乗ロボットアームに伝達する減速機を備え、
前記移乗ロボット制御装置は、前記減速機により減速されて駆動した前記移乗ロボットアームの前記アーム角度の検出値をフーリエ変換することにより算出された振動周波数成分であるアーム角度減速機周波数成分と、
前記減速機を介して伝達される前記モータトルクを発生させるためのトルク指令をフーリエ変換することにより算出された振動周波数成分であるトルク指令減速機周波数成分と、
に基づいて前記使用者が前記移乗ロボットの設計時に安全な姿勢として想定していない姿勢で使用している場合、前記移乗ロボットアームを安全に制御する安全制御器と、
前記移乗ロボットアーム及び前記使用者の慣性モーメント、前記移乗ロボットアームの粘性摩擦、クーロン摩擦、前記減速機の剛性パラメータを、前記アーム角度減速機周波数成分と、前記トルク指令減速機周波数成分に基づいて同定しパラメータ同定値として出力するパラメータ同定器を備え、
前記安全制御器は、前記パラメータ同定値が移乗ロボットの設計時に前記使用者が安全な姿勢をとっている場合に示す範囲であるパラメータ正常範囲に含まれない場合に、前記移乗ロボットアームを安全な位置で停止させるトルク指令を出力する、
移乗ロボット制御装置。
【請求項２】
前記パラメータ同定器は、
0005720529.tif 000022
及び
0005720529.tif 000023
に基づいて前記パラメータ同定値を算出することを特徴とする請求項１に記載の移乗ロボット制御装置。
但し、（１）及び（２）における記号の意味は以下の通りである。
0005720529.tif 000024
ω：フーリエ変換中のアーム速度[ｒａｄ／ｓ]、
ｎ：移乗ロボットアーム側の減速機の歯数、
ａ１：アーム角度の１次余弦項のフーリエ係数、
ａ３：アーム角度の３次余弦項のフーリエ係数、
ａ５：アーム角度の５次余弦項のフーリエ係数、
ｂ１：アーム角度の１次正弦項のフーリエ係数、
ｂ３：アーム角度の３次正弦項のフーリエ係数、
ｂ５：アーム角度の５次正弦項のフーリエ係数、
ｃ0：トルク指令の直流項のフーリエ係数、
ｃ１：トルク指令の１次余弦項のフーリエ係数、
ｃ３：トルク指令の３次余弦項のフーリエ係数、
ｃ５：トルク指令の５次余弦項のフーリエ係数。
【請求項３】
パラメータ正常範囲が
0005720529.tif 000025
である場合、前記安全制御器は、前記モータが、
0005720529.tif 000026
に示すモータトルクを発生するようなトルク指令を出力することを特徴とする、
請求項２に記載の移乗ロボット制御装置。
但し、（３）及び（４）における記号の意味は以下の通りである。
Ω：パラメータ正常範囲[ｋｇ・ｍ２]、
Ｊ＊ｍｉｎ：アーム使用者慣性モーメントの正常範囲下限値[ｋｇ・ｍ２]、
Ｊ＊ｍａｘ：アーム使用者慣性モーメントの正常範囲上限値[ｋｇ・ｍ２]
Ｍ：アーム使用者質量[ｋｇ]、
ｌ：アーム稼働部とアーム使用者重心の間の距離[ｍ]、
θ：アーム角度[ｒａｄ]、
θｒ：アーム角度指令[ｒａｄ]、
Ｔｓ：アーム静止摩擦トルク[Ｎ・ｍ]、
Ｔｓｍａｘ：アーム最大静止摩擦トルク[Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ]、
ｇ：重力加速度[ｍ／ｓ２]
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者を安全に移動させることができるようにする移乗ロボット制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明で対象としている移乗ロボットとは、使用者を持ち上げる移乗ロボットアームと、移乗ロボットアームが回転可能に連結し、移乗ロボットアームで使用者を持ち上げたまま水平移動できる移乗ロボット移動装置とを備え、使用者をベッドとトイレの間などを移動させる移動装置を指す。例えば、図６に示すような構成を持つものを含む。
【０００３】
図６は、関連する移乗ロボット制御装置を備えた移乗ロボットである。図６において、移乗ロボット６００は、移乗ロボットアーム６０１と、移乗ロボット移動装置６０２と、を備える。なお図６は、使用者６０３がベッド６０４に座った状態である。
【０００４】
移乗ロボットアーム６０１は、移乗ロボット移動装置６０２に搭載されたモータ（不図示）により回転駆動する。移乗ロボットアーム６０１は、使用者６０３をベッド６０４から別の場所に移動させる場合には、ベッド６０４上の使用者６０３を持ち上げる。また、移乗ロボットアーム６０１は、別の場所から使用者６０３をベッド６０４に移動させる場合には、使用者６０３をベッド６０４上に降ろす。
【０００５】
移乗ロボット移動装置６０２は、移乗ロボットアーム６０１を駆動するモータと、モータの回転軸に連結した減速機と、移乗ロボットアーム６０１の回転角度を検出するアーム角度検出器と、車輪などの移動装置と、移乗ロボットアーム６０１を制御する移乗ロボット制御装置とを備え、使用者６０３をベッド６０４と別の場所の間で移動させる。
【０００６】
関連する移乗ロボット制御装置は、上述の仕組みにより、使用者をベッドとトイレの間などで移動させる（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０７３５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
関連する移乗ロボット制御装置は、使用者が移乗ロボットの設計において想定していない姿勢で搭乗した場合に、移乗ロボットの安定性が損なわれる問題があった。ここで想定していない姿勢とは、移乗ロボットの使用者が静かに身を任せることを想定している場合において、使用者が身を任せずに乗り出した姿勢や、大きく反り返った姿勢などである。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、使用者が移乗ロボットの設計において想定していない姿勢で搭乗していることを、専用の検出器を使用することなく検出し、移乗ロボットを最も少ない動作で安全な姿勢に移動し停止させることができる移乗ロボット制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかる移乗ロボット制御装置は、使用者を持ち上げる移乗ロボットアームと、前記移乗ロボットアームを駆動するモータと、前記モータのモータトルクを前記移乗ロボットアームに伝達する減速機と、前記使用者を持ち上げたまま水平移動する車輪と、を有する移乗ロボット移動装置を制御する移乗ロボット制御装置であって、前記減速機に起因するアーム角度の周波数成分であるアーム角度減速機周波数成分と、前記減速機に起因するトルク指令の周波数成分であるトルク指令減速機周波数成分と、に基づいて前記使用者が前記移乗ロボットの設計時に想定していない姿勢で使用している場合に、前記移乗ロボットアームを安全に制御する安全制御器、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
使用者が移乗ロボットの設計において想定していない姿勢で搭乗している場合に、専用の検出器を使用することなく移乗ロボットを安全な姿勢に移動し停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１にかかる移乗ロボット制御装置の機能ブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる減速機の歯の剛性の時間変化の図である。
【図３】実施の形態２にかかるシミュレーションにおけるアーム角度の時間変化の図である。
【図４】実施の形態２にかかるシミュレーションにおけるアーム使用者慣性モーメントの時間変化の図である。
【図５】実施の形態２にかかるシミュレーションにおける負荷トルクの時間変化の図である。
【図６】関連する移乗ロボット制御装置を備えた移乗ロボットの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１４】
本実施例では、まず図１を用いて本発明の移乗ロボット制御装置の機能構成の概要を説明し、次に機能の詳細を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる移乗ロボット制御装置の機能ブロック図である。図１において、移乗ロボット１００は、操作入力器１１０と、移乗ロボット制御装置１２０と、制御対象１３０と、を備える。図１において、矢印は信号の流れを表し、太線は機械的な結合を表す。なお、使用者６０３が移乗ロボット６００を使用するものとして説明する。
【００１６】
操作入力器１１０は、使用者６０３から入力される所望のアーム角度であるアーム角度指令を、移乗ロボット制御装置１２０に出力する。
【００１７】
移乗ロボット制御装置１２０は、使用者６０３が正しい姿勢で移乗している場合には、アーム角度検出値がアーム角度指令に収束するように制御対象１３０をフィードバック制御する。移乗ロボット制御装置１２０は、使用者６０３が正しい姿勢で移乗していない場合には、安全に停止できるアーム角度に移乗ロボットアーム６０１を移動させ停止させる。
移乗ロボット制御装置１２０は、アーム角度減速機周波数成分演算器１２１と、トルク指令減速機周波数成分演算器１２２と、パラメータ同定器１２３と、安全制御器１２４と、を有する。
【００１８】
アーム角度減速機周波数成分演算器１２１は、アーム角度検出値の周波数成分のうち減速機に起因する振動周波数成分を演算し、アーム角度フーリエ係数として、パラメータ同定器１２３に出力する。
【００１９】
トルク指令減速機周波数成分演算器１２２は、トルク指令の周波数成分のうち減速機に起因する振動周波数成分を演算し、トルク指令フーリエ係数として、パラメータ同定器１２３に出力する。
【００２０】
パラメータ同定器１２３は、トルク指令フーリエ係数とアーム角度フーリエ係数に基づいて、移乗ロボットアーム６０１と使用者６０３を合わせたアーム使用者慣性モーメント同定値を含むパラメータ同定値を算出し、安全制御器１２４に出力する。より具体的には、パラメータ同定器１２３は、移乗ロボットアーム及び使用者の慣性モーメント、移乗ロボットアームの粘性摩擦、クーロン摩擦、減速機の剛性などのパラメータを、アーム角度減速機周波数成分と、トルク指令減速機周波数成分に基づいて同定する。
【００２１】
安全制御器１２４は、減速機に起因するアーム角度の周波数成分であるアーム角度減速機周波数成分と、減速機に起因するトルク指令の周波数成分であるトルク指令減速機周波数成分と、に基づいて使用者が移乗ロボットの設計時に想定していない姿勢で使用している場合、移乗ロボットアームを安全に制御する。具体的には、安全制御器１２４は、パラメータ同定値が、ロボットの設計時に想定している範囲であるパラメータ正常範囲に含まれない場合に、移乗ロボットアームを安全な位置で停止させるトルク指令を、制御対象１３０に出力する。また安全制御器１２４は、パラメータ同定値があらかじめ設定した正常範囲内である場合には、アーム角度検出値を操作入力器１１０からのアーム角度指令に収束されるようなトルク指令を、制御対象１３０に出力する。
【００２２】
制御対象１３０は、モータ１３１と、移乗ロボット機構１３２と、アーム角度検出器１３３と、を有する。
【００２３】
モータ１３１は、安全制御器１２４から入力したトルク指令に従ったモータトルクを発生し、移乗ロボットアーム６０１を駆動する。
【００２４】
移乗ロボット機構１３２は、移乗ロボットアーム６０１と移乗ロボット移動装置６０２の機構であり、移乗ロボットアーム６０１はモータ１３１から減速機を介して伝達された駆動トルク（モータトルクを減速比で除算したもの）により駆動され、移乗ロボット移動装置６０２は車輪などにより自動又は手動で水平移動する。
【００２５】
アーム角度検出器１３３は、移乗ロボットアーム６０１の回転軸に連結し、アーム角度検出値を、アーム角度減速機周波数成分演算器１２１に出力する。
【００２６】
ここで、移乗ロボット制御装置１２０はＡＳＩＣ、プログラマブル電子システムなどとして実現することができる。
【００２７】
以下、図１の各ブロックの動作原理を導出し、機能の詳細を説明する。
【００２８】
移乗ロボット機構１３２の運動方程式は（１）及び（２）と表される。
【００２９】
【数１】
0005720529.tif 000002
【００３０】
【数２】
0005720529.tif 000003
【００３１】
ただし、（１）及び（２）における記号の意味は以下の通りである。Ｊ：アーム使用者慣性モーメント[ｋｇ・ｍ２]、Ｄ：アーム粘性摩擦[Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ]、ｍｒ：使用者質量[ｋｇ]、ｍａ：アーム質量[ｋｇ]、ｌａ：アーム長さ[ｍ]、Ｔｃ：アームクーロン摩擦[Ｎ・ｍ]、θ：アーム角度[ｒａｄ]、Ｔｓ：アーム静止摩擦トルク[Ｎ・ｍ]、Ｔａ：駆動トルク[Ｎ・ｍ]、ｇ：重力加速度[ｍ／ｓ２]。
【００３２】
（１）及び（２）の最終項は重力項である。また、アーム静止摩擦トルクＴｓ及び駆動トルクＴａは減速機の減速後の値である。
【００３３】
減速機の運動方程式は（３）と表される。
【００３４】
【数３】
0005720529.tif 000004
【００３５】
ただし、（３）における機能の意味は以下の通りである。Ｔｍ：モータトルク[Ｎ・ｍ]、ｋｇ：減速機の歯の剛性[Ｎ・ｍ／ｒａｄ]、δ：接触している減速機の歯の変形量[ｍ]。
【００３６】
減速機の質量はアーム使用者慣性モーメントの一部として近似しているため、（３）において慣性項は現れていない。また、モータトルクＴｍは減速機で減速後の値である。
【００３７】
減速機の歯の剛性は、減速機の回転角度に従って、例えば図２に示すように周期的に変化する。図２は、本発明の第１の実施形態を示す減速機の歯の剛性の時間変化である。図２において、移乗ロボットアーム６０１側の減速機の歯数がｎの場合を仮定している。図２は、減速機の接触比が１．５の場合を示しており、０[ｒａｄ]において減速機の２組の歯が接触し始め、π／ｎ[ｒａｄ]において１組の歯のみの接触となり、２π／ｎ[ｒａｄ]において再び２組の歯が接触していることを表している。
【００３８】
図２に示す減速機の歯の剛性は（４）と表される。
【００３９】
【数４】
0005720529.tif 000005
【００４０】
ただし、（４）における記号の意味は以下の通りである。ｋ：２組の減速機の歯が接触している場合の剛性[Ｎ・ｍ／ｒａｄ]。
【００４１】
以下、移乗ロボット制御装置１２０の動作原理を説明する。
【００４２】
アーム角度減速機周波数成分演算器１２１は、（５）に基づいてアーム角度フーリエ係数ａ０、ａｍ、ｂｍを算出する。
【００４３】
【数５】
0005720529.tif 000006
【００４４】
ただし、（５）における記号の意味は以下の通りである。ω：フーリエ変換中のアーム速度[ｒａｄ／ｓ]。
【００４５】
（５）の１階時間微分および２階時間微分は（６）、（７）と表せる。
【００４６】
【数６】
0005720529.tif 000007
【００４７】
【数７】
0005720529.tif 000008
【００４８】
トルク指令減速機周波数成分演算器１２２は、（８）に基づいてトルク指令フーリエ係数ｃ０、ｃｍ、ｄｍを算出する。
【００４９】
【数８】
0005720529.tif 000009
【００５０】
ここで、（５）及び（８）のフーリエ変換に使用するアーム角度検出値とトルク指令のデータの長さは、使用者６０３が移乗ロボットの設計時に想定していない姿勢となってから、移乗ロボットを安全な姿勢にするまでの安全応答時間に対して十分に短く設定する。このようにデータの長さを設定することにより、使用者６０３に対して転倒等の危険事象が発生する前に移乗ロボットを安全な姿勢にすることができる。
【００５１】
（３）、（４）、（６）、（７）及び（８）を（１）に代入し、余弦項と正弦項の係数比較により（９）及び（１０）が求められる。
【００５２】
【数９】
0005720529.tif 000010
【００５３】
【数１０】
0005720529.tif 000011
【００５４】
ただし、（９）においてフーリエ変換中のアーム角度θの変化は無視し、一定と仮定している。
【００５５】
（９）より、クーロン摩擦推定値は（１１）と求められる。
【００５６】
【数１１】
0005720529.tif 000012
【００５７】
ただし、（１１）における記号の意味は以下の通りである。
【数１２】
0005720529.tif 000013
：クーロン摩擦推定値[Ｎ・ｍ]、ｃ０：トルク指令の直流項のフーリエ係数。
【００５８】
（１０）をｍ＝１、３、５に対して書き換えると（１２）が得られる。
【００５９】
【数１３】
0005720529.tif 000014
【００６０】
（１２）をアーム使用者慣性モーメント、アーム粘性摩擦、２組の減速機の歯が接触している場合の剛性について解くと（１３）が得られる。
【００６１】
【数１４】
0005720529.tif 000015
【００６２】
ただし、（１３）における記号の意味は以下の通りである。
【数１５】
0005720529.tif 000016
：アーム使用者慣性モーメント同定値[ｋｇ・ｍ２]、
【数１６】
0005720529.tif 000017
：アーム粘性摩擦同定値[Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ]、
【数１７】
0005720529.tif 000018
：２組の減速機の歯が接触している場合の剛性の同定値[Ｎ／ｒａｄ]、ａ１：アーム角度の１次余弦項のフーリエ係数、ａ３：アーム角度の３次余弦項のフーリエ係数、ａ５：アーム角度の５次余弦項のフーリエ係数、ｂ１：アーム角度の１次正弦項のフーリエ係数、ｂ３：アーム角度の３次正弦項のフーリエ係数、ｂ５：アーム角度の５次正弦項のフーリエ係数、ｃ１：トルク指令の１次余弦項のフーリエ係数、ｃ３：トルク指令の３次余弦項のフーリエ係数、ｃ５：トルク指令の５次余弦項のフーリエ係数。
【００６３】
パラメータ同定器１２３は、（１１）及び（１３）に基づいて、アーム使用者慣性モーメント同定値を含むパラメータ同定値を算出する。
【００６４】
移乗ロボットの設計時に移乗ロボット機構１３２の解析により、移乗ロボットが安定であるパラメータの正常範囲として、例えば（１４）のようなパラメータ正常範囲を規定する。
【００６５】
【数１８】
0005720529.tif 000019
【００６６】
ただし、（１４）における記号の意味は以下の通りである。Ω：パラメータ正常範囲[ｋｇ・ｍ２]、Ｊ＊ｍｉｎ：アーム使用者慣性モーメントの正常範囲下限値[ｋｇ・ｍ２]、Ｊ＊ｍａｘ：アーム使用者慣性モーメントの正常範囲上限値[ｋｇ・ｍ２]。
【００６７】
（１４）においてアーム使用者慣性モーメントの正常範囲下限値Ｊ＊ｍｉｎとアーム使用者慣性モーメントの正常範囲上限値Ｊ＊ｍａｘはそれぞれアーム角度θの関数である。
【００６８】
安全制御器１２４は、モータ１３１が（１５）に示すモータトルクを発生させるようなトルク指令を出力する。
【００６９】
【数１９】
0005720529.tif 000020
【００７０】
ただし、（１５）における記号の意味は以下の通りである。Ｍ：アーム使用者質量[ｋｇ]、ｌ：アーム稼働部とアーム使用者重心の間の距離[ｍ]、Ｔｓｍａｘ：アーム最大静止摩擦トルク[Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ]、ｇ：重力加速度[ｍ／ｓ２]。
【００７１】
ここで、アーム使用者質量は移乗ロボットの設計上想定される最も大きな質量の使用者が使用した場合の値とする。また、（１５）の３つの場合分けはアーム角度があらかじめ規定した特定の値を通過した時のみ実施してもよい。
【００７２】
安全制御器１２４は、（１５）に基づいてトルク指令を出力することにより、その瞬間のアーム角度においてアーム使用者慣性モーメントなどのパラメータがパラメータ正常範囲を逸脱し、且つアーム最大静止摩擦トルクでそのアーム角度に保持することが可能な場合には、モータトルクを０とする。また安全制御器１２４は、パラメータがパラメータ正常範囲を逸脱し、且つアーム最大静止摩擦トルクでそのアーム角度に保持することが不可能な場合には、アーム角度を０に収束させるようにアーム角度を制御する。それ以外の場合には、安全制御器１２４は、アーム角度がアーム角度指令に収束するようにアーム角度を制御する。
【００７３】
このように、本発明によると、使用者が移乗ロボットの設計において想定していない姿勢で搭乗していることを、モーションキャプチャなどの専用の検出器を使用することなく検出し、移乗ロボットを最も少ない動作で安全な姿勢に移動し停止させることができる。
【００７４】
実施の形態２
本実施の形態では、本発明のシミュレーション結果を示す。シミュレーションに用いた数値は以下の通りである。ｍｒ＝７０[ｋｇ]、ｍａ＝１０[ｋｇ]、Ｍ＝ｍｒ＋ｍａ[ｋｇ]、Ｄ＝１×１０−２[Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ]、ｋ＝６．０×１０４[Ｎ・ｍ／ｒａｄ]、ｒｒ＝０．３[ｍ]、ｈｒ＝１[ｍ]、ｌａ＝０．６[ｍ]、Ｔｃ＝１００[Ｎ・ｍ]、Ｔｓｍａｘ＝５００[Ｎ・ｍ]、ｎ＝１７、δ＝４×１０−４[ｒａｄ]、ｇ＝９．８[ｍ／ｓ２]、Ｔ＝１×１０−３[ｓ]、Ｔｒ＝５００×１０−３[ｓ]。
【００７５】
ただし、記号の意味は以下の通りである。ｒｒ：使用者の肩幅の半分の長さ[ｍ]、ｈｒ：使用者の座高[ｍ]、Ｔｒ：安全応答時間（異常が発生してから安全機能により移乗ロボットを安全状態にすることができる最大の時間）[ｓ]。
【００７６】
シミュレーションに用いた数値は、使用者６０３を一般的な日本人の成人と過程した場合の、使用者６０３と移乗ロボットに関する現実的な数値の１例である。
【００７７】
図３は、実施の形態２のシミュレーションにおけるアーム角度の時間変化である。図３において、実線は使用者６０３が大きく姿勢を変えた際に本発明を使用した場合のアーム角度であり、破線はアーム角度指令であり、一点鎖線は使用者６０３が移乗ロボットの設計上想定している姿勢で搭乗している際に本発明または関連する技術（制御帯域４０Ｈｚの位置比例速度比例制御）を使用した場合のアーム角度である。
【００７８】
図３において、アーム角度指令は移乗ロボットが使用者６０３をπ／６[ｒａｄ]の第１姿勢まで３[ｓ]までに持ち上げ、４[ｓ]まで第１姿勢に留まった後、π／３[ｒａｄ]の第２姿勢まで７[ｓ]までに持ち上げ、８[ｓ]まで第２姿勢に留まった後、持ち上げた際と同じ速度で０[ｒａｄ]の姿勢まで降ろすように設定している。使用者６０３が移乗ロボットの設計時に想定していた姿勢で搭乗している場合、本発明及び関連する技術を使用したアーム角度は共にアーム角度指令と一致している。一方、使用者６０３が仰け反るなど移乗ロボットの設計時に想定しない大きな動作をした場合、移乗ロボットが不安定になる可能性が高いにも関わらず関連する技術によるとアーム角度指令通りに移乗ロボットアーム６０１が動作しているのに対し、本発明によると第１姿勢となった３[ｓ]から０．１[ｓ]後にアーム角度が一定値になり、移乗ロボットが不安定になることを予防していることが分かる。ここで、フーリエ変換中のアーム速度ωは３[ｓ]におけるアーム速度としている。
【００７９】
図４は、実施の形態２にかかるシミュレーションにおける、アーム使用者慣性モーメントの時間変化である。図４において、実線は本発明を使用した場合のアーム使用者慣性モーメントであり、破線はアーム使用者慣性モーメントの正常範囲下限値Ｊ＊ｍｉｎとアーム使用者慣性モーメントの正常範囲上限値Ｊ＊ｍａｘであり、一点鎖線は関連する技術を使用した場合のアーム使用者慣性モーメントである。ただし、（１３）によって算出したアーム使用者慣性モーメント同定値
【数２０】
0005720529.tif 000021
は実線で示すアーム使用者慣性モーメントと一致している。
【００８０】
図４において、関連する技術を使用した場合のアーム使用者慣性モーメントはアーム使用者慣性モーメントの正常範囲上限値Ｊ＊ｍａｘより大きな値を取ったまま移乗ロボットアーム６０１が動作し続けていることを表している。一方、本発明を使用した場合、（１３）によって算出したアーム使用者慣性モーメント同定値がアーム使用者慣性モーメントの正常範囲上限値Ｊ＊ｍａｘを超えたことを判定した３．１[ｓ]以降は、移乗ロボットアーム６０１が第１姿勢に停止するため一定値に保持されており、移乗ロボットの不安定動作を未然に防止している。
【００８１】
図５は、実施の形態２にかかるシミュレーションにおける負荷トルクの時間変化である。図５において、実線は移乗ロボットアーム６０１と使用者６０３にかかる重力に起因する移乗ロボットアーム６０１の稼働部におけるトルクである負荷トルクであり、破線はアーム最大静止摩擦トルクＴｓｍａｘである。
【００８２】
図５が示すように、本シミュレーションの全ての姿勢において、アーム最大静止摩擦トルクＴｓｍａｘが常に負荷トルクよりも大きいことが分かる。よって図３及び図４の本発明を使用した場合において、（１５）の１つ目の場合に基づいて３．１[ｓ]においてモータトルクＴｍを０[Ｎ・ｍ]としている。
【００８３】
本シミュレーションにおいて、アーム角度減速機周波数成分演算器１２１及びトルク指令減速機周波数成分演算器１２２が演算に使用するアーム角度検出値とトルク指令を取得する時間は０．１[ｓ]となっており、パラメータ同定器１２３及び安全制御器１２４の演算を含めても安全応答時間Ｔｒよりも十分に小さな時間であることから、本発明によると安全応答時間内に（１５）の１つ目の場合の安全な姿勢に移動し停止させることができることが分かる。
【００８４】
このように、使用者が移乗ロボットの設計において想定していない姿勢で搭乗していることを、専用の検出器を使用することなく検出し、移乗ロボットを最も少ない動作で安全な姿勢に移動し停止させることができる。
【００８５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
【００８６】
上記一実施形態において、アーム使用者慣性モーメント同定値が正常範囲にあるか否かによって安全制御を実施したが、アーム粘性摩擦同定値など任意のパラメータ同定値が正常範囲にあるか否かによって安全制御を実施することができる。また、任意のパラメータ同定値が正常でないと判定された場合、アームの摩擦を利用して最小限の動作でロボットを安全に停止させることができる。
【００８７】
上記一実施形態において、１つの移乗ロボットアームを備えた移乗ロボットの例を示したが、複数の移乗ロボットアームを備えた任意のロボットアームにも適用可能である。
【００８８】
上記一実施形態において、接触比が１．５の減速機を備えた移乗ロボットの例を示したが、任意の接触比の減速機を備えた移乗ロボットに適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によると、使用者が移乗ロボットの設計において想定していない姿勢で搭乗していることを、専用の検出機を使用することなく検出し、移乗ロボットを最も少ない動作で安全な姿勢に移動し停止させることができるので、介護ロボット、救助ロボットなど人を持ち上げるロボット全般に広く適用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１１０    操作入力器
１２０    移乗ロボット制御装置
１２１    アーム角度減速機周波数成分演算器
１２２    トルク指令減速機周波数成分演算器
１２３    パラメータ同定器
１２４    安全制御器
１３０    制御対象
１３１    モータ
１３２    移乗ロボット機構
１３３    アーム角度検出器
６００    移乗ロボット
６０１    移乗ロボットアーム
６０２    移乗ロボット移動装置
６０３    使用者
６０４    ベッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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