(57)【要約】【課題】プレイバックの途中において、教示軌道の一部のみを再度の教示により修正して再度プレイバックを行える肢体駆動装置を提供する。【解決手段】プレイバック途中から教示へのフロー２０４を付け加え、かつ、教示軌道メモリと内蔵カウンタを値を保持することで、プレイバックの途中において、教示軌道の一部のみを再度の教示により修正して再度プレイバックを実施するようにする。【選択図】　　図２
2004049731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単関節または多関節アームと、ダイレクト・ティーチング（直接教示）により軌道を教示する教示手段と、当該教示手段により教示された軌道を時系列データとして記憶する教示軌道メモリと、当該教示軌道メモリ記憶された教示軌道に沿ってプレイバックを行うプレイバック手段とを有する肢体駆動装置を使用し、前記プレイバック手段の処理フロー中の制御ループ内において前記教示手段を動作させる教示スイッチが押されたかどうかをチェックし、教示スイッチが押されているときは該制御ループを中止して前記教示手段の処理フローへ進み、かつ、この場合、前記教示手段の処理フローにおいて前記教示軌道メモリ内の時系列データとこれに付随するカウンタデータを保持する処理を実行してから前記教示の制御ループを実行することを特徴とする肢体駆動装置の教示方法。
【請求項２】
前記教示軌道メモリには、時系列データとして、サーボ系への運動指令値、アームの角度値、および肢体の角度値のいずれか１つ以上を用いることを特徴とする請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法。
【請求項３】
前記プレイバック手段の処理フロー中の前記制御ループにおいて、前記教示軌道メモリ内のカウンタを進め時系列データを前記教示軌道メモリより受取る処理および該時系列データに基づいてサーボ動作を行う処理、教示スイッチが押されているかどうかをチェックする処理、該時系列データが最終データかどうかをチェックする処理、繰り返しのループ処理によって制御ループを構成することを特徴とする請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法。
【請求項４】
前記教示スイッチが押されているかどうかをチェックする処理において、前記教示スイッチが押されている場合は、メモリ内のカウンタを保持したまま、プレイバックの処理フローから教示の処理フローへ処理を移る処理を実行することを特徴とする請求項３記載の肢体駆動装置の教示方法。
【請求項５】
前記教示手段の処理フロー中の制御ループにおいて、前記ダイレクトティーチによりサーボ動作を行う処理、教示軌道へ時系列データを格納し前記教示軌道メモリ内のカウンタを進める処理、教示スイッチが押されているかどうかをチェックする処理、繰り返しのループ処理によって、前記制御ループを構成することを特徴とする請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法。
【請求項６】
前記教示手段の処理フローにおいて、教示の修正により再度教示を終了した時点で、前回教示時のカウンタの最大値すなわち時系列データの最終の値に対応するカウンタの値が、再度教示を終了した時点でのカウンタの値よりも大きい場合には、現在のカウンタより後の時系列データをすべて消去する教示終了時の最終処理を実行することを特徴とする請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全身機能低下を矯正し筋・骨格系統の機能を改善し健康状態を維持・改する目的で、リラクセーションや関節可動域訓練や筋力増強訓練や持続力増強訓練や協調性訓練や神経筋再教育やその他の訓練を行う、いわゆる運動療法を簡易に実施できる装置、あるいは、整形外科における関節軟組織修復と関節可動域維持・拡大を目的とする関節他動運動を実施するため、あらかじめ設定した軌道に沿って肢体を駆動する肢体駆動装置の教示方法に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、整形外科で用いられる関節運動装置、あるいは理学療法科で用いられる運動療法装置には、以下のようなものがあった。これらの発明は、関節の可動域を確保するためのいわゆる関節可動域訓練、および筋力のストレッチと増強などの訓練を目的とするもので、
１）たとえば、特開昭６０−１７９０６２号公報、特開昭６０−２３２１５８号公報、特開昭６１−１７０４６４号公報、特公平４−１４０２８号公報等に記載の発明では、肢体の稼働角度を数値で設定すると、その角度にしたがって一定速度で患者の肢体を運動せしめるいわゆる連続他動運動を行うものである。
これは関節可動域訓練を主な目的とするものであり、これらの発明技術にもとづく製品には、例えば、マンソン社のＬ４Ｋがある。これらの装置は１軸の回転または直線運動を実現するもので、したがって速度は調整できるものの、いつも決まったパターンをたどりながら訓練を実施するものである。
【０００３】
２）また、特公昭５７−４４３３７号公報や特公平３−５４５８７公報記載の発明では、他動運動の他に筋力増強などを目的とした、等尺運動、等張運動、等速運動の自動運動が行える。他動運動では、先の角度入力の他に肢体を直接動かすことで所望の軌道パターンを設定する、いわゆるダイレクトティーチ（直接教示）手段を用いて稼働角度を時系列データとして設定すると、その時系列データにしたがって肢体を運動せしめることができる。
ダイレクトティーチ機能はロボット工学において用いられる技術である。
この場合、ロボット工学におけるいわゆるインピーダンス制御（装置動作部分の慣性、粘性、弾性の仮想インピーダンスモデルによる、いわゆる２次動力学モデルを設定し、負荷の大きさに応じて該モデルに追従するように倣い動作を行なう）によって、制御装置に設定される該仮想インピーダンスモデルと計測した負荷の大きさと方向とにしたがって、あらかじめ入力しておいた装置の軌道を負荷に装置が倣う方向に修正し、患者に過大な負荷がかからないようにするとともに、先のダイレクトティーチにおいても、このインピーダンス制御を用いて例えば弾性要素を零におくことで自由にアームを動かせるようにし、直接的に教示を行う機能を実現したものがある。
【０００４】
２）の場合の実施例を下記に説明する。
まず、図３に基づいて、従来技術における教示時の制御ブロックの構成例を下記に示す。肢体を駆動した結果生じる外力３０１を力センサ３０２にて計測し、その外力計測値３０３をインピーダンスモデル３０４に入力することで、運動指令値３０５を発生させる。該指令値３０５に基づいてサーボ系３０８が速度指令３０９を発生しアームに内蔵したモータを回転させ、該モータ・アーム機構３１０により生じた運動３１１により肢体３１２を駆動する。同時に教示軌道メモリ３０７へ該運動指令値を時系列データ３０６として記憶する。該メモリ３０７においては、図示してない内部のカウンタにより時系列データにはそれぞれ固有の番号がふられている。
【０００５】
次に、図４に基づいて、従来技術におけるプレイバック時の制御ブロックの構成例を下記に示す。教示軌道メモリ４０７から時系列の順序にしたがって運動指令値４０６がサーボ系４０９に送り込まれる。このとき、該メモリ４０７内の図示していないカウンタは時系列データ４０６に応じて更新される。また、肢体を駆動した結果生じる外力４０１を力センサ４０２にて計測し、その外力計測値４０３をインピーダンスモデル４０４に入力することで、運動指令値４０６に対する位置偏差４０５を計算し、該メモリ４０７からの運動指令値４０６と該位置偏差４０５とを加えた値を最終的な運動指令値４０８としてサーボ系４０９に送る。該指令値４０８に基づいてサーボ系４０９が速度指令４１０を発生しアームに内蔵したモータを回転させ、該モータ・アーム機構４１１により生じた運動４１２により肢体４１３を駆動する。
【０００６】
次に、図５に基づいて、従来技術における処理フロー全体の実施例を説明する。肢体駆動装置を用いた訓練は、まず、訓練開始５０１とともに、装置に肢体を装着５０２し、動作回数などの条件設定５０３を行ったあと、教示ＳＷを押してＯＮにし該ＳＷをＯＦＦにするまでのあいだ動作軌道の教示５０４を行う。これら設定条件と教示結果にもとづいてプレイバック５０５を行う。所定の回数訓練したら訓練終了５０６する。
【０００７】
次に、図６に基づいて、従来技術における教示時の処理フローの実施例を説明する。教示ＳＷをＯＮにすることによる教示開始６０１の指令により、図３で説明した動作を行う。次に、教示軌道メモリへ運動指令値を時系列データとして格納し、同時にメモリ内のカウンタをひとつ進める処理６０３を行う。ここで、該時系列データには該カウンタの値に応じた数がそれぞれふられている。その後、教示ＳＷがＯＦＦかどうかをチェック６０４し，ＯＦＦでないなら該ループを再度実行６０５し、ＯＮなら教示終了６０６する。
【０００８】
次に、図７に基づいて、従来技術における教示時の処理フローの実施例を説明する。教示終了後、プレイバック開始７０１の指令により、教示軌道メモリ内のカウンタを進め該カウンタの数に応じた時系列データすなわち運動指令値を受取る処理７０２を行う。該運動指令値に基づいて図４で説明した動作７０３を行う。その後、教示カウンタを調べることで時系列データが最後の値かどうかをチェック７０４し，最後の値でないなら該ループを再度実行７０５し、最後のデータならプレイバック終了７０６する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、上記１）および２）のいずれの場合も、訓練の実施中つまりプレイバック中に軌道や速度などの動作内容を一部変更するには不便であった。なぜなら、１）の場合には、その機構構成上決まったパターンをたどりながら動作することしかできず、したがって、ダイレクトティーチ機能がなく、軌道を自由に設定したり、動作速度を可変にすることができない問題があり、動作の一部を修正することはもちろんできなかった。
また、２）の場合にも、過去に設定し記憶している軌道の一部だけを修正することはできず、再び教示時の場面にもどって軌道の開始点から終了点まで全てを再度教示する必要があった。これらのことから、いずれも場合も、設定した軌道のうち、ある部分だけを再度教示しなおして修正し、残りの部分はそのまま教示軌道として再度利用すること、すなわち、教示軌道の一部のみを再度の教示により修正することはできなかったのである。
この発明の目的は、プレイバックの途中において、教示軌道の一部のみを再度の教示により修正する、肢体駆動装置の教示方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法の発明は、単関節または多関節アームと、ダイレクト・ティーチング（直接教示）により軌道を教示する教示手段と、当該教示手段により教示された軌道を時系列データとして記憶する教示軌道メモリと、当該教示軌道メモリ記憶された教示軌道に沿ってプレイバックを行うプレイバック手段とを有する肢体駆動装置を使用し、前記プレイバック手段の処理フロー中の制御ループ内において前記教示手段を動作させる教示スイッチが押されたかどうかをチェックし、教示スイッチが押されているときは該制御ループを中止して前記教示手段の処理フローへ進み、かつ、この場合、前記教示手段の処理フローにおいて前記教示軌道メモリ内の時系列データとこれに付随するカウンタデータを保持する処理を実行してから前記教示の制御ループを実行することを特徴とする。
これによれば、プレイバックの最中であっても教示スイッチを押すことでこれを中断して、教示モードに容易にもどることができ、その際、プレイバックとして実行済みの軌道部分は保持したままで、その後の軌道を再教示することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法において、前記教示軌道メモリに、時系列データとして、サーボ系への運動指令値、アームの角度値、および肢体の角度値のいずれか１つ以上を用いることを特徴とする。
これによれば、教示軌道として記憶する時系列データとして、サーボ系への運動指令値、またはアームの角度値、または肢体の角度値のいずれかを用いることができる。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法において、前記プレイバック手段の処理フロー中の前記制御ループ内で、前記教示軌道メモリ内のカウンタを進め時系列データを前記教示軌道メモリより受取る処理および該時系列データに基づいてサーボ動作を行う処理、教示スイッチが押されているかどうかをチェックする処理、該時系列データが最終データかどうかをチェックする処理、繰り返しのループ処理によって制御ループを構成することを特徴とする請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法。
これにより、プレイバックの最中にこれを中断して、教示モードに戻ることができる。
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の肢体駆動装置の教示方法において、前記教示スイッチが押されているかどうかをチェックする処理において、前記教示スイッチが押されている場合は、メモリ内のカウンタを保持したまま、プレイバックの処理フローから教示の処理フローへ処理を移る処理を実行することを特徴とする。
これによれば、プレイバックの最中にこれを中断して教示モードに戻る際、途中まで実行済みの軌道を該メモリに保持することができる。
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法において、前記教示手段の処理フロー中の制御ループ内で、前記ダイレクトティーチによりサーボ動作を行う処理、教示軌道へ時系列データを格納し前記教示軌道メモリ内のカウンタを進める処理、教示スイッチが押されているかどうかをチェックする処理、繰り返しのループ処理によって、前記制御ループを構成することを特徴とする。
これによれば、プレイバックモードにおいて、途中まで実行済みの軌道を該メモリに保持したまま、その続きの軌道を再度教示し直すことができる。
そして請求項６記載の発明は、請求項１記載の肢体駆動装置の教示方法において、前記教示手段の処理フローにおいて、教示の修正により再度教示を終了した時点で、前回教示時のカウンタの最大値すなわち時系列データの最終の値に対応するカウンタの値が、再度教示を終了した時点でのカウンタの値よりも大きい場合には、現在のカウンタより後の時系列データをすべて消去する教示終了時の最終処理を実行することを特徴とする。
これによれば、再度教示した後で、教示軌道の終了点以降に前回の教示軌道がつづくことがなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態で教示時の処理フローを示したものである。
教示開始１０１により下記の制御ループを実行するが、その際、プレイバック時のフローにおいて教示スイッチＳＷがＯＮにされたことによる指令１０２でもこの制御ループを実行する。そのとき、教示軌道メモリ内の時系列データおよびカウンタの値は消去しないで保持しておく。図において、点線で囲った部分Ｎが本発明により設けられたステップである。
この制御ループでは、まず、教示時の動作１０３が行なわれる。この教示時の動作１０３は図３で説明した教示時の動作である。次に、教示軌道メモリへ運動指令値を時系列データとして格納し同時にメモリ内のカウンタをひとつ進める処理１０４を行う。ここで該時系列データには該カウンタの値に応じた数がそれぞれふられる。その後、教示スイッチＳＷがＯＦＦかどうかをチェック１０５し，ＯＦＦでないなら該ループを再度実行１０６し、ＯＮなら教示を終了する処理へ進む。このとき、指令１０２による再度の教示により、該メモリ内の時系列データは上書きされる。ただし、前回教示時のカウンタの最大値つまり時系列データの最終の値に対応するカウンタの値が、再度教示を終了した時点でのカウンタの値よりも大きい場合には、現在のカウンタより後の時系列データをすべて消去する処理１０７を行い、教示終了１０８する。
【００１３】
図２は、本発明の実施例でプレイバック時の処理フローを示したものである。
図において、点線で囲った部分Ｎが本発明により設けられたステップである。
教示終了後、プレイバック開始の指令２０１により、教示軌道メモリ内のカウンタを進め該カウンタの数に応じた時系列データすなわち運動指令値を受取る処理２０２を行う。該運動指令値に基づいて次に行なわれるプレイバック時の動作２０３は図４で説明したプレイバック時の動作である。その後、教示スイッチＳＷがＯＮであるかどうかのチェック２０４を行い、ＯＮでないなら教示カウンタを調べることで時系列データが最後の値かどうかをチェック２０６し，最後でないなら該ループを再度実行２０７し、最後のデータならプレイバックを終了２０８する。また、処理２０４において教示スイッチＳＷがＯＮならプレイバックを中断２０５し教示フローへ移る。このときメモリ内の時系列データとカウンタは保持したままにする。
なお、本発明の装置は、関節組織または筋肉またはじん帯またはその他の関節組織の治療を一般に対象とするものであって、肢体の各部の関節や筋肉に容易に適用できるものである。また、以上の実施例においては、肢体駆動手段として電気式モータを想定したが、これに限らず油圧式サーボ駆動手段、空気圧式サーボ駆動手段を用いても同様な効果が得られる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、全身機能低下を矯正し筋・骨格系統の機能を改善し健康状態を維持・改する目的で、リラクセーションや関節可動域訓練や筋力増強訓練や持続力増強訓練や協調性訓練や神経筋再教育やその他の訓練を行う、いわゆる運動療法を簡易に実施できる装置、あるいは、整形外科における関節軟組織修復と関節可動域維持・拡大を目的とする関節他動運動を実施するため、あらかじめ設定した軌道に沿って肢体を駆動する肢体駆動装置において、プレイバックの途中において、教示軌道の一部のみを再度の教示により修正して再度プレイバックを行うことを可能とする、肢体駆動装置の教示方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の教示時のフローを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のプレイバック時のフローを示す図である。
【図３】本発明でも用いられる教示時の制御ブロックを示す図である。
【図４】本発明でも用いられるプレイバック時の制御ブロックを示す図である。
【図５】従来装置の全体の処理フローを示す図である。
【図６】従来装置の教示時のフローを示す図である。
【図７】従来装置のプレイバック時のフローを示す図である。
【符号の説明】
１０１：教示開始。
１０２：プレイバック時のフローからの指令。
１０３：教示時の動作処理。
１０４：時系列データ格納処理。
１０５：教示スイッチＳＷチェック処理。
１０６：繰り返しフロー。
１０７：教示終了時の処理。
１０８：教示終了。
２０１：プレイバック開始。
２０２：時系列データを受取る処理。
２０３：プレイバック時の動作処理。
２０４：教示スイッチＳＷチェック処理。
２０５：教示時へのフロー。
２０６：時系列データチェック処理。
２０７：繰り返しフロー。
２０８：プレイバック終了。
３０１：外力。
３０２：力センサ。
３０３：外力計測値。
３０４：インピーダンスモデル。
３０５：運動指令値。
３０６：運動指令値（時系列データ）。
３０７：教示軌道メモリ。
３０８：サーボ系。
３０９：速度指令。
３１０：モータ・アーム機構。
３１１：運動。
３１２：肢体。
３１３：肢体への外力。
４０１：外力。
４０２：力センサ。
４０３：外力計測値。
４０４：インピーダンスモデル。
４０５：指令値への位置偏差。
４０６：運動指令値（時系列データ）。
４０７：教示軌道メモリ。
４０８：最終的な運動指令値。
４０９：サーボ系。
４１０：速度指令。
４１１：モータ・アーム機構。
４１２：運動。
４１３：肢体。
４１４：肢体への外力。
５０１：訓練開始。
５０２：装着。
５０３：条件設定。
５０４：教示。
５０５：プレイバック。
５０６：訓練終了。
６０１：教示開始。
６０２：教示時の動作処理。
６０３：時系列データ格納処理。
６０４：教示スイッチＳＷチェック処理。
６０５：繰り返しフロー。
６０６：教示終了。
７０１：プレイバック開始。
７０２：時系列データを受取る処理。
７０３：プレイバック時の動作処理。
７０４：時系列データチェック処理。
７０５：繰り返しフロー。
７０６：プレイバック終了。
【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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【図７】
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