控制可穿戴型机器人的方法技术

一种用于控制可穿戴型机器人的方法，根据本发明专利技术的一方面的可穿戴型机器人附接至使用者的关节部，机器人关节以如下方式进行控制：当机器人关节(关节部4)的角度θ1超出预定容许角度范围R时，使机器人关节的角度θ1返回到所述容许角度范围R内。当将机器人关节控制成使机器人关节的角度θ1返回到容许角度范围R内并且机器人关节的角度θ1达到预定角度θ2时，在机器人关节中产生使机器人关节的角度θ2在预定角度θ1处保持预定时段T的扭矩。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请基于于2014年12月1日提交的日本专利申请No.2014-243540并要求该申请的优先权，该申请的公开内容通过参引的方式全文并入于此。
本专利技术涉及用于控制可穿戴型机器人的方法，更特别地，涉及用于控制附接至使用者的关节部的可穿戴型机器人的方法。
技术介绍
近年来，已研发出附接至使用者的关节部——诸如腰部或膝盖——的可穿戴型机器人，并且已在工作现场或康复现场进行了与其应用相关的试验。在这种可穿戴型机器人中，需要将机器人关节控制成使得使用者的关节部的角度处于给定的容许角度范围内。例如，日本未经审查的专利申请公开号No.2013-138793公开了一种可穿戴型机器人，在该可穿戴型机器人中，当机器人关节的角度(即，使用者的关节部的角度)偏离给定的容许角度范围时，则将机器人关节控制成使机器人关节的角度返回到容许角度范围内。根据日本未经审查的专利申请公开号No.2013-138793中公开的可穿戴型机器人，当机器人关节的角度返回到了容许角度范围内时，使机器人关节的角度返回到容许角度范围内的控制终止，由此使用者能够自由地操作该关节部。然而，此时，一旦人开始了使关节部沿一个方向移动的动作，则即使在使用者的关节部的角度被迫返回到容许角度范围内时，此人也不能立即停止使关节部移动的动作。因此，使用者的关节部的角度再次偏离容许角度范围。如图7所示，在容许角度范围的内外之间的边界处，这样的操作反复进行，由此产生所谓的摆动(振荡)，从而使使用者感觉不舒适。
技术实现思路
为解决这种问题而做出了本专利技术，本专利技术的目的在于提供一种控制可穿戴型机器人的方法，其能够抑制所谓的摆动的发生并且允许使用者舒适地使用可穿戴型机器人。根据本专利技术一方面的用于控制可穿戴型机器人的方法为用于控制附接至使用者的关节部的可穿戴型机器人的方法，该机器人关节以如下方式进行控制：当机器人关节的角度超出预定的容许角度范围时，则使机器人关节的角度返回到容许角度范围内，其中，在将机器人关节控制成使机器人关节的角度返回到容许角度范围内并且机器人关节的角度达到预定角度时，在机器人关节中产生使机器人关节的角度在预定角度处保持预定时段的扭矩。在以上用于控制可穿戴型机器人的方法中，该预定角度优选处于容许角度范围的内外之间的边界处。如上所述，能够提供一种控制可穿戴型机器人的方法，其能够抑制所谓的摆动的发生并且允许使用者舒适地使用可穿戴型机器人。根据下文给出的详细描述以及附图将会更全面地理解本专利技术的以上及其他目的、特征和优点，其中，附图仅作为示例给出并且因此不应被认为是对本专利技术进行限制。附图说明图1是示意性地示出了根据第一实施方式的可穿戴型机器人附接至使用者的膝盖的状态的视图；图2是示出了根据第一实施方式的可穿戴型机器人的控制系统的框图；图3示出了在根据第一实施方式的可穿戴型机器人中相对于时间而言可穿戴型机器人的关节部的扭矩和关节部的角度之间的关系；图4是示出了在角度极限控制计算单元中的角度极限控制的流程的流程图；图5示出了在角度极限控制计算单元中执行的控制模型；图6是示出了根据第二实施方式的可穿戴型机器人的控制系统的框图；以及图7示出了在根据相关技术的可穿戴型机器人中该可穿戴型机器人的关节部的角度相对于时间的关系。具体实施方式在下文中，将参照附图对用于实现本专利技术的最佳模式进行描述。应注意的是，本专利技术不限于以下实施方式。此外，为了清楚地进行描述，下述描述和附图进行了适当简化。<第一实施方式>首先，将对根据本实施方式的可穿戴型机器人的基本构型进行描述。图1是示意性地示出了根据该实施方式的可穿戴型机器人附接至使用者的膝盖的状态的视图。由于如图1中所示的可穿戴型机器人1的基本构型与常规可穿戴型机器人的基本构型相类似，因此将简要地进行说明。可穿戴型机器人1包括通过固定带2a固定至使用者的大腿部的第一连杆2和通过固定带3a固定至使用者的小腿部的第二连杆3，第一连杆2和第二连杆3由于关节部(机器人关节)4的驱动力而围绕可穿戴型机器人1的沿水平方向延伸的轴相对于彼此旋转，从而辅助使用者的膝盖的动作。接下来，将描述根据该实施方式的可穿戴型机器人的控制系统。图2是示出了根据该实施方式的可穿戴型机器人的控制系统的框图。图3是示出了相对于时间而言可穿戴型机器人的关节部的扭矩以及关节部的角度之间的关系的示意图。如图2中所示，关节部4包括控制装置5、马达6、和角度检测单元7。控制装置5基于由角度检测单元7检测到的关节部4的角度θ1(即，第一连杆2相对于第二连杆3的旋转角度)而产生使马达6产生给定扭矩的控制信号，马达6基于所产生的控制信号而运转，从而使第一连杆2和第二连杆3相对于彼此旋转。尽管在该实施方式中控制装置5安装在关节部4中，但控制装置5也可以与关节部4分开设置。控制装置5包括诸如只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)的存储单元8以及诸如中央处理单元(CPU)的计算单元9，并且基于从角度检测单元7输入的指示关节部4的角度θ1的检测信号而产生马达6的控制信号。存储单元8存储有控制程序10、容许角度范围信息11、角度极限控制持续时间信息12等。控制程序10是为实现可穿戴型机器人1的控制而执行的程序。容许角度范围信息11为关于关节部4的容许角度范围的信息。例如，上限角度设定为0.0rad而下限角度设定为-2.0rad。角度极限控制持续时间信息12为与将关节部4的角度θ1保持于预定角度θ2的时段T相关的信息。时段T例如设定为0.1秒。可以根据需要更改容许角度范围信息11和角度极限控制持续时间信息12。计算单元9包括辅助量计算单元13、角度极限控制计算单元14和加法单元15。辅助量计算单元13基于从存储单元8读取的控制程序10以及容许角度范围信息11来计算马达6的控制扭矩值，以基于由角度检测单元7输入的检测信号来执行正常的辅助操作。更具体地，当由角度检测单元7检测到的关节部4的角度θ1处于容许角度范围信息11所指示的容许角度范围R内时(在容许角度范围R以内)，辅助量计算单元13计算出马达的使关节部4的角度θ1变为预定角度的控制扭矩值。例如，当使用者的腿部处于腿站立的状态(接触地面的状态)时，辅助量计算单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制可穿戴型机器人的方法，所述可穿戴型机器人附接至使用者的关节部，以如下方式控制所述机器人的关节：当所述机器人关节的角度超出预定的容许角度范围时，使所述机器人关节的角度返回到所述容许角度范围内，其中，当对所述机器人关节进行控制以使所述机器人关节的角度返回到所述容许角度范围内并且所述机器人关节的角度达到预定角度时，在预定时段内在所述机器人关节中产生扭矩以使得所述机器人关节的角度保持为所述预定角度。

【技术特征摘要】
2014.12.01 JP 2014-2435401.一种用于控制可穿戴型机器人的方法，所述可穿戴型机器人附接
至使用者的关节部，以如下方式控制所述机器人的关节：当所述机器人
关节的角度超出预定的容许角度范围时，使所述机器人关节的角度返回
到所述容许角度范围内，
其中，当对所述机...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅田光留，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP