(57)【要約】【課題】過剰な速度を発生させることなく訓練動作を実施できる介助装置の制御方法を提供する。【解決手段】把持部で患者の肢体を支えて運動させる機構部と、把持部に設けられて肢体にかかる負荷を検出する負荷検出手段と、把持部が移動する軌道を設定する軌道設定手段と、負荷検出手段の情報と軌道設定手段の指令に基づいて演算し、あらかじめ設定された軌道に沿って把持部が動くよう機構部を制御する駆動部から成り、あらかじめ設定された軌道に沿って把持部を駆動する介助装置の制御方法であって、軌道設定手段で教示点の時系列データの番号を表す変数が更新される際は、現在の変数を持つ教示点から進む距離と、現在と次の教示点の距離とを比較することによって変数が更新され、得られる指令に基づいて機構部でサーボ制御される介助装置の制御方法において、速度制限部ｑ１を備え、距離ｒを求めた後で速度制限部ｑ１にて距離ｒに制限を設けた。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーム先端に備えられた把持部で患者の肢体を支えて運動させる機構部と、前記把持部に設けられて前記肢体にかかる負荷を検出する負荷検出手段と、前記把持部が移動する軌道を設定する軌道設定手段と、前記負荷検出手段の情報と前記軌道設定手段の指令に基づいて演算し、あらかじめ設定された前記軌道に沿って前記把持部が動くよう前記機構部を制御する駆動部から成り、あらかじめ設定された前記軌道に沿って前記把持部を駆動する介助装置の制御方法であって、前記軌道設定手段で教示点の時系列データの番号を表す変数ｉｎｄｅｘが更新される際は、現在の変数ｉｎｄｅｘを持つ教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）から進む距離ｒと、現在と次の教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ＋１）の距離であるｔとを比較することによって前記変数ｉｎｄｅｘが更新され、得られる指令に基づいて前記機構部でサーボ制御される介助装置の制御方法において、
速度制限部を備え、前記距離ｒを求めた後で前記速度制限部にて距離ｒに制限を設けることを特徴とする介助装置の制御方法。
【請求項２】
前記速度制限部における前記距離ｒの制限を教示時の動作速度に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の介助装置の制御方法。
【請求項３】
前記距離ｒの制限を各アームの軸に設定された角速度の制限値に基づいて決定するステップを加えたことを特徴とする請求項１記載の介助装置の制御方法。
【請求項４】
前記距離ｒを求めた後で、前記距離ｒに対してｎ（ｎは自然数）次フィルタを設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の介助装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、患者の肢体発生力を介助する介助装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の介助装置においては、患者の肢体発生力を介助する目的のために、同じ出願人の先行出願に係る次のような介助装置のものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００１−１３７４５２号
【０００４】
以下、特許文献１記載の介助装置について図８及び図９を用いて簡単に説明する。図８は特許文献１記載の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図であり、図９は図８の介助装置のハード構成（ａ）と教示軌道上の点の定義（ｂ）、それに位置偏差の定義（ｃ）を示した説明図である。
図９（ａ）において、先行発明に係る介助装置の制御方法は、アーム７０２先端に備えられた把持部７０３で患者の肢体を支えて運動させる機構部７０１と、前記把持部７０３に設けられて前記肢体にかかる負荷を検出する負荷検出手段７０４と、前記把持部７０３が移動する教示軌道７０８を設定する軌道設定手段（図示なし）と、前記負荷検出手段７０４の情報と前記軌道設定手段の指令に基づいて演算し、あらかじめ設定された前記教示軌道７０８に沿って前記把持部７０３が動くよう前記機構部７０１を制御する駆動部７０５およびアーム７０２の軸にハード的に設定された角速度リミッタ（図示していない）から成る介助装置において、あらかじめ設定された前記教示軌道７０８に沿って前記把持部７０３を駆動するものであった。
そのための制御方法の処理フローは、図８および図９（ｂ）において、
（１）動作積算時間（教示点　ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）７０６から目標位置７１１まで移動する時間）ｔｉｍを一制御周期分増やすステップ（ｐ１）と、
（２）教示点　ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）７０６から進む距離ｒ（図９では７０９）を求めるステップ（ｐ２）と、
（３）距離ｒ（７０９）が現在と次の教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ＋１）７０７との距離ｔ７１０よりも大きいかを比較するステップ（ｐ３）と、
（４）ｉｎｄｅｘ更新主要部（ｐ４）と、前記ｒとｔを用いてｔｉｍ、ｉｎｄｅｘを決定する処理（ｐ５）ステップと、
（５）目標位置を決定するステップ（ｐ１６）からなっていた。
【０００５】
したがって以上の構成のものにおける動作は次のようになった。
すなわち、図９（ｂ）および（ｃ）において、動作積算時間（教示点　ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）７０６から目標位置まで移動する時間）ｔｉｍを一制御周期分増やし（ｐ１）、教示点　ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）７０６から進む距離ｒ７０９を求め（ｐ２）、距離ｒ７０９が現在の教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）７０６と次の教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ＋１）７０７との距離ｔ７１０よりも大きいか比較し（ｐ３）、大きければｉｎｄｅｘ更新主要部（ｐ４）に進み、小さければ前記ｒとｔを用いてｔｉｍ、ｉｎｄｅｘを決定する処理（ｐ５）に進み、目標位置を決定するものである。（ｐ１６）
このような制御方法によれば、制御周期よりも粗い分解能で格納した教示点からの補間により目標位置が生成され、格納する教示点の数が少なくなったことにより、メモリの節約と処理の高速化を図ることができた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先行発明の制御方法においては、以下の（１）〜（３）のような問題があった。すなわち、
（１）　前記教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からの教示軌道に沿った位置偏差の現在の制御周期での値ｒに制限値が設けられておらず、肢体の発生する負荷が過大である場合に対応できず、過剰な速度を発生させてしまう問題があった。
（２）　前記教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からの教示軌道に沿った位置偏差の現在の制御周期での値ｒに制限値が設けられておらず、肢体の発生する負荷の大きさによっては、療法士が意図した以上の速度で脚が動作してしまう危険があった。
（３）　前記教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からの教示軌道に沿った位置偏差の現在の制御周期での値ｒに制限値が設けられておらず、肢体の発生する負荷が過大である場合に対応できず、アームの軸にハード的に設定された角速度リミッタにかかり、アームを頻繁に停止させてしまうという問題があった。
したがって、この発明の目的は、過大な負荷が生じた場合にも安全に目標位置を計算することができる介助装置の制御方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の介助装置の制御方法の発明は、アーム先端に備えられた把持部で患者の肢体を支えて運動させる機構部と、前記把持部に設けられて前記肢体にかかる負荷を検出する負荷検出手段と、前記把持部が移動する軌道を設定する軌道設定手段と、前記負荷検出手段の情報と前記軌道設定手段の指令に基づいて演算し、あらかじめ設定された前記軌道に沿って前記把持部が動くよう前記機構部を制御する駆動部から成り、あらかじめ設定された前記軌道に沿って前記把持部を駆動する介助装置の制御方法であって、前記軌道設定手段で教示点の時系列データの番号を表す変数ｉｎｄｅｘが更新される際は、現在の変数ｉｎｄｅｘを持つ教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）から進む距離ｒと、現在と次の教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ＋１）の距離であるｔとを比較することによって前記変数ｉｎｄｅｘが更新され、得られる指令に基づいて前記機構部でサーボ制御される介助装置の制御方法であり、（１）動作積算時間（教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）から目標位置に到達するまでの時間）であるｔｉｍを一制御周期分増やし（ｐ１）、（２）次に前記距離ｒを求め（ｐ２）、（３）前記距離ｒが前記距離ｔよりも大きいか比較し（ｐ３）、（４）大きければ前記変数ｉｎｄｅｘ，前記時間ｔｉｍを更新する主要部に進み（ｐ４）、（５）小さければ前記距離ｒと前記距離ｔを用いて前記ｉｎｄｅｘと前記時間ｔｉｍを更新する処理に進んで（ｐ５）前記目標位置を決定する（ｐ１６）介助装置の制御方法において、前記距離ｒを求めた（ｐ２）後で、速度制限部ｑ１を設けて前記距離ｒに制限を設けるようにしたものである。
以上の介助装置の制御方法によれば、肢体の発生する負荷が過大である場合に前記教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からの教示軌道に沿った位置偏差の現在の制御周期での値ｒが制限され、過剰な速度を発生させることなく訓練動作を実施できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の介助装置の制御方法において、速度制限部ｑ１における前記距離ｒの制限を教示時の動作速度ｑ２に基づいて決定するようにしたものである。
この介助装置の制御方法によれば、肢体の発生する負荷の大きさによらず、療法士が意図したよりも小さい速度で安全に脚を動作させることができる。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の介助装置の制御方法において、前記距離ｒの制限を各アームの軸に設定された角速度の制限値に基づいて決定するステップｑ３を加えるようにしたものである。
この介助装置の制御方法によれば、アームの軸にハード的に設定された角速度リミッタ内で常に動作するため、アームを頻繁に停止させてしまうことなく訓練動作を実施できる。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の介助装置の制御方法において、前記距離ｒを求めた後で、前記距離ｒに対してｎ（ｎは自然数）次フィルタを設けるようにしたものである。
この介助装置の制御方法によれば、速度が過大になることを防止できるだけでなく、躍度が過大になることも防止でき、よりスムーズな訓練動作を実施できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明のハード上の構成は、先行発明に係るハード構成である図９で述べたのと同じ構成であるので、説明は省略する。この発明の第１の実施の形態について，図１に基づいて説明する。
図１は第１の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図で、ステップｑ１を設けた以外は、図８のそれと同じである。すなわち、図１において、
（１）動作積算時間（教示点　ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）７０６から目標位置７１１まで移動する時間）ｔｉｍを一制御周期分増やすステップ（ｐ１）と、
（２）教示点　ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）７０６から進む距離ｒ（図９では７０９）を求めるステップ（ｐ２）と、
（３）距離ｒ（７０９）が現在と次の教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ＋１）７０７との距離ｔ７１０よりも大きいかを比較するステップ（ｐ３）と、
（４）ｉｎｄｅｘ更新主要部（ｐ４）と、前記ｒとｔを用いてｔｉｍ、ｉｎｄｅｘを決定する処理（ｐ５）ステップと、
（５）目標位置を決定するステップ（ｐ１６）からなっている。
そして、図１から解るように、第１の実施の形態の特徴は、教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からすすむ距離ｒの計算（ｐ２）を行った後に「速度制限部」ｑ１を設け，前記教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からの教示軌道に沿った位置偏差の現在の制御周期での値ｒに制限を与えるようにしたことである。
たとえば、制御周期が５ｍｓで，速度制限値を８ｃｍ／ｓとすると、前記ｒの制限値は、８×１０−２×５×１０−３＝４×１０−４（ｍ）となる。
この実施の形態によれば、肢体の発生する負荷が過大である場合に前記教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からの教示軌道に沿った位置偏差の現在の制御周期での値ｒが制限され、過剰な速度を発生させることなく訓練動作を実施できる。
【００１０】
次に、この発明の第２の実施の形態について、図２に基づいて説明する。
図２は第２の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図で、ステップｑ２を設けた以外は、図１のそれと同じであるので、以後図１と共通するステップの説明は省略する。第２の実施の形態の特徴は、図２に示すように、図１の処理を行う際、速度制限値として療法士が教示時に設定した速度を用いるようにしたことである。（ｑ２）
すなわち、教示データのサンプリングが２００ｍｓであるとき、制御周期が５ｍｓであれば、教示データ間の距離を４０（＝２００／５）分割したものを前記ｒの制限値とすればよい。
この実施の形態によれば、肢体の発生する負荷の大きさによらず、療法士が意図したよりも小さい速度で安全に脚を動作させることができる。
【００１１】
次に、この発明の第３の実施の形態について、図３に基づいて説明する。
図３は第３の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図で、ステップｑ３を設けた以外は、図１のそれと同じであるので、図１と共通するステップの説明は省略する。第３の実施の形態の特徴は、図３に示すように、図１の処理を行う際、速度制限値としてアームの軸にハード的に設定された角速度リミッタを用いるようにしたことである。（ｑ３）
すなわち、（１）逆運動学計算により、アームの軸における角速度を求め、（２）アームに設定された角速度リミッタとの比較し、（３）順運動学計算の後に、（４）最小速度を選択選択すればよい。
この第３の実施の形態によれば、アームの軸にハード的に設定された角速度リミッタ内で常に動作するため、アームを頻繁に停止させてしまうことなく訓練動作を実施できるようになる。
【００１２】
次に、この発明の第４の実施の形態について、図４に基づいて説明する。
図４は第４の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図で、ステップｑ４を設けた以外は、図１のそれと同じであるので、図１と共通するステップの説明は省略する。第４の実施の形態の特徴は、図４に示すように、速度制限部ｑ１において教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）から進む距離ｒを抑えた後、ｎ次（ｎは自然数）フィルタを設けた（ｑ４）ことである。フィルタに関する信号処理技術自体は公知のものであるため説明は省略する。
【００１３】
この第４の実施の形態によれば、図５〜図７に示すシミュレーション結果のように、たとえば２次フィルタを入れると、速度だけでなく躍度も抑えることができ、よりスムーズな訓練動作を実施できるようになる。
すなわち、図５は速度対時間の変化する生指令（ａ）に対して、（ｂ）は第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令の速度対時間の変化を示し、（ｃ）は第４の実施の形態に係る２次フィルタを入れた場合の指令の速度対時間の変化を示している。
これによると、生指令が約０．５〜０．７秒の間、速度が０．８ｍ／ｓ以上に増加しているのに対して、（ｂ）の第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令は約０．５〜０．７秒の間でも速度は約０．８ｍ／ｓに制限されていることがわかる。したがってこれにより、肢体の発生する負荷が過大である場合に過剰な速度を発生させることなく訓練動作を実施できるようになる。なお、（ｃ）の２次フィルタを入れた場合の指令の速度対時間の変化も、第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた（ｂ）と同じになっている。
【００１４】
図６は加速度対時間の変化する生指令（ａ）に対して、（ｂ）は第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令の加速度対時間の変化を示し、（ｃ）は第４の実施の形態に係る２次フィルタを入れた場合の指令の加速度対時間の変化を示している。
これによると、生指令（ａ）は約０．５秒過ぎても加速度が正で速度を増加させていくのに対して、（ｂ）の第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令は約０．５秒のとき速度がそれ以上増加しないように、加速度を０にしている。
【００１５】
図７は躍度対時間の変化する生指令（ａ）に対して、（ｂ）は第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令の躍度対時間の変化を示し、（ｃ）は第４の実施の形態に係る２次フィルタを入れた場合の指令の躍度対時間の変化を示している。
これによると、（ｂ）の第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令は約０．３秒および０．７秒のとき躍度が２４０ｍ／ｓ３もあるのに対して、（ｃ）の２次フィルタを入れた場合の指令の躍対時間の変化は、約０．３秒および０．７秒のとき躍度が１８０ｍ／ｓ３と減っている。第４の実施の形態に係る２次フィルタを入れることによって、躍度を抑えることができ、よりスムーズな訓練動作を実施できるようになる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の介助装置の制御方法によれば、肢体の発生する負荷が過大である場合に前記教示点ｔｄａｔａ（ｉｎｄｅｘ）からの教示軌道に沿った位置偏差の現在の制御周期での値ｒが制限され、過剰な速度を発生させることなく訓練動作を実施できる。
請求項２記載の介助装置の制御方法によれば、肢体の発生する負荷の大きさによらず、療法士が意図したよりも小さい速度で安全に脚を動作させることができる。
請求項３記載の介助装置の制御方法によれば、アームの軸にハード的に設定された角速度リミッタ内で常に動作するため、アームを頻繁に停止させてしまうことなく訓練動作を実施できる。
請求項４記載の介助装置の制御方法によれば、速度が過大になることを防止できるだけでなく、躍度が過大になることも防止でき、よりスムーズな訓練動作を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図である。
【図５】この発明の第４の実施の形態の介助装置の制御方法による効果を示したシミュレーション結果で、速度対時間の変化する生指令（ａ）に対して、（ｂ）は第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令の速度対時間の変化を示し、（ｃ）は第４の実施の形態に係る２次フィルタを入れた場合の指令の速度対時間の変化を示している。
【図６】この発明の第４の実施の形態の介助装置の制御方法による効果を示したシミュレーション結果で、加速度対時間の変化する生指令（ａ）に対して、（ｂ）は第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令の加速度対時間の変化を示し、（ｃ）は第４の実施の形態に係る２次フィルタを入れた場合の指令の加速度対時間の変化を示している。
【図７】この発明の第４の実施の形態の介助装置の制御方法による効果を示したシミュレーション結果で、躍度対時間の変化する生指令（ａ）に対して、（ｂ）は第１の実施の形態に係る速度リミッタを入れた場合の指令の躍度対時間の変化を示し、（ｃ）は第４の実施の形態に係る２次フィルタを入れた場合の指令の躍度対時間の変化を示している。
【図８】先行発明の介助装置の制御方法の処理を示すフロー図である。
【図９】図８の介助装置のハード構成（ａ）と教示軌道上の点の定義（ｂ）と位置偏差の定義（ｃ）を示した説明図である。
【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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【図８】
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【図９】
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