JPH0323064B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0323064B2 JPH0323064B2 JP61162540A JP16254086A JPH0323064B2 JP H0323064 B2 JPH0323064 B2 JP H0323064B2 JP 61162540 A JP61162540 A JP 61162540A JP 16254086 A JP16254086 A JP 16254086A JP H0323064 B2 JPH0323064 B2 JP H0323064B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- arm
- detector
- servo motor
- force
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、筋力の低下した上肢体または下肢体
などの肢体の機能を回復するために用いられるリ
ハビリテーシヨン支援装置の制御方式に関し、も
つと詳しくは、筋力の低下した肢体を角変位可能
なアームに取付けてリハビリテーシヨン支援を行
なうリハビリテーシヨン支援装置の制御方式に関
する。
などの肢体の機能を回復するために用いられるリ
ハビリテーシヨン支援装置の制御方式に関し、も
つと詳しくは、筋力の低下した肢体を角変位可能
なアームに取付けてリハビリテーシヨン支援を行
なうリハビリテーシヨン支援装置の制御方式に関
する。
背景技術
典型的な先行技術では、肢体が取付けられる角
変位可能なアームの揺動運動の等速制御を実現す
るために、電動機とアームの基端部との間に、ラ
チエツト機構を備えた一方向クラツチを介在し、
電動機は予め設定した一定の速度で回転駆動す
る。アームの角変位の速度が電動機の回転速度よ
りも小さいときには、一方向クラツチは、肢体に
よつてアームに作用するトルクをモータ側に伝達
せず、アームの角変位の速度が電動機の回転速度
よりも大きいときには、アームから電動機側に一
方向クラツチを介してトルクが伝達され、電動機
の出力トルクを逆方向に回転させて、負荷とし、
このようにして等速制御を行なつている。
変位可能なアームの揺動運動の等速制御を実現す
るために、電動機とアームの基端部との間に、ラ
チエツト機構を備えた一方向クラツチを介在し、
電動機は予め設定した一定の速度で回転駆動す
る。アームの角変位の速度が電動機の回転速度よ
りも小さいときには、一方向クラツチは、肢体に
よつてアームに作用するトルクをモータ側に伝達
せず、アームの角変位の速度が電動機の回転速度
よりも大きいときには、アームから電動機側に一
方向クラツチを介してトルクが伝達され、電動機
の出力トルクを逆方向に回転させて、負荷とし、
このようにして等速制御を行なつている。
発明が解決すべき問題点
このような先行技術では、一方向クラツチは比
較的複雑な構造を有し、また構成が大形化すると
いう問題がある。
較的複雑な構造を有し、また構成が大形化すると
いう問題がある。
本発明の目的は、構成が簡単であり、商業的に
入手が容易な構成要素を用いて実現することがで
きるリハビリテーシヨン支援装置の制御方式を提
供することである。
入手が容易な構成要素を用いて実現することがで
きるリハビリテーシヨン支援装置の制御方式を提
供することである。
問題点を解決するための手段
本発明は、角変位可能なアームに肢体を取付け
て筋力の低下した肢体の機能を回復するためのリ
ハビリテーシヨン支援装置の制御方式において、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機
と、 サーボ電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検
出器と、 アームに肢体から加えられる力またはトルクを
検出する力またはトルクの検出器と、 力またはトルクの検出器の出力に応答し、その
力またはトルクが予め定めた値以上であるとき、
一定のレベルの出力を導出するリミタと、 回転速度検出器の出力とリミタの出力との差を
演算し、その差を表わす信号を電力増幅器に与え
る減算器とを含むことを特徴とするリハビリテー
シヨン支援装置の制御方式である。
て筋力の低下した肢体の機能を回復するためのリ
ハビリテーシヨン支援装置の制御方式において、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機
と、 サーボ電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検
出器と、 アームに肢体から加えられる力またはトルクを
検出する力またはトルクの検出器と、 力またはトルクの検出器の出力に応答し、その
力またはトルクが予め定めた値以上であるとき、
一定のレベルの出力を導出するリミタと、 回転速度検出器の出力とリミタの出力との差を
演算し、その差を表わす信号を電力増幅器に与え
る減算器とを含むことを特徴とするリハビリテー
シヨン支援装置の制御方式である。
また本発明は、角変位可能なアームに肢体を取
付けて筋力の低下した肢体の機能を回復するため
のリハビリテーシヨン支援装置の制御方式におい
て、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機
と、 サーボ電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検
出器と、 アームの角度を検出する角度検出器と、 角度検出器の出力に応答し、アームが予め定め
た可動範囲を越えたとき、予め定める大きなレベ
ルを有する出力を導出する不感帯要素と、 回転速度検出器の出力と不感帯要素の出力との
差を演算し、その差を表わす信号を電力増幅器に
与える減算器とを含むことを特徴とするリハビリ
テーシヨン支援装置の制御方式である。
付けて筋力の低下した肢体の機能を回復するため
のリハビリテーシヨン支援装置の制御方式におい
て、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機
と、 サーボ電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検
出器と、 アームの角度を検出する角度検出器と、 角度検出器の出力に応答し、アームが予め定め
た可動範囲を越えたとき、予め定める大きなレベ
ルを有する出力を導出する不感帯要素と、 回転速度検出器の出力と不感帯要素の出力との
差を演算し、その差を表わす信号を電力増幅器に
与える減算器とを含むことを特徴とするリハビリ
テーシヨン支援装置の制御方式である。
作 用
本発明に従えば、力またはトルクの検出器の出
力、すなわち肢体によつてアームに作用する力
が、リミタにおいて設定された予め定めた値以上
であるとき、リミタからは予め定めた一定のレベ
ルの出力が得られる。減算器は、回転速度検出器
の出力とリミタの出力との差を表わす信号を導出
して電力増幅器に与える。これによつてサーボ電
動機の等速制御が達成される。
力、すなわち肢体によつてアームに作用する力
が、リミタにおいて設定された予め定めた値以上
であるとき、リミタからは予め定めた一定のレベ
ルの出力が得られる。減算器は、回転速度検出器
の出力とリミタの出力との差を表わす信号を導出
して電力増幅器に与える。これによつてサーボ電
動機の等速制御が達成される。
また本発明に従えば、アームの角変位量が可動
範囲を越えたとき、すなわち、アームが角変位の
上限値または下限値を越えたとき、不感帯要素か
らは、予め定める大きなレベルを有する出力を導
出する。この不感帯要素からの出力は、減算器に
与えられて回転速度検出器の出力との差が演算さ
れ、その差を表わす信号は電力増幅器に与えられ
る。このようにしてアームが可動範囲を越えたと
きには、減算器の出力が大きくなり、したがつて
サーボ電動機は、肢体によつてアームに作用する
力によるトルクとは逆回転方向のトルクを発生す
る。そのためアームは、不感帯要素によつて設定
された可動範囲を越えて角変位することが防がれ
る。
範囲を越えたとき、すなわち、アームが角変位の
上限値または下限値を越えたとき、不感帯要素か
らは、予め定める大きなレベルを有する出力を導
出する。この不感帯要素からの出力は、減算器に
与えられて回転速度検出器の出力との差が演算さ
れ、その差を表わす信号は電力増幅器に与えられ
る。このようにしてアームが可動範囲を越えたと
きには、減算器の出力が大きくなり、したがつて
サーボ電動機は、肢体によつてアームに作用する
力によるトルクとは逆回転方向のトルクを発生す
る。そのためアームは、不感帯要素によつて設定
された可動範囲を越えて角変位することが防がれ
る。
実施例
第1図は、本発明の一実施例のブロツク図であ
る。筋力の低下した肢体の機能を回復するため
に、本発明に従うリハビリテーシヨン支援装置の
制御方式が実施される。上肢体または下肢体は、
アーム1の端部2に取付けられる。このアーム1
の基端部3は、水平軸線を有する回転軸4に固定
される。サーボ電動機5の出力軸6は、減速機7
に連結され、そのサーボ電動機5の出力軸6の回
転速度が減速され、回転軸4に伝達される。サー
ボ電動機5の出力軸6の回転速度は、回転速度検
出器8によつて検出される。この回転速度検出器
8は、出力軸6の回転速度の増大に伴つてライン
9に導出される出力のレベルが、第2図に示され
るように増大する特性を有する。サーボ電動機5
は、電力増幅器10によつて駆動される。
る。筋力の低下した肢体の機能を回復するため
に、本発明に従うリハビリテーシヨン支援装置の
制御方式が実施される。上肢体または下肢体は、
アーム1の端部2に取付けられる。このアーム1
の基端部3は、水平軸線を有する回転軸4に固定
される。サーボ電動機5の出力軸6は、減速機7
に連結され、そのサーボ電動機5の出力軸6の回
転速度が減速され、回転軸4に伝達される。サー
ボ電動機5の出力軸6の回転速度は、回転速度検
出器8によつて検出される。この回転速度検出器
8は、出力軸6の回転速度の増大に伴つてライン
9に導出される出力のレベルが、第2図に示され
るように増大する特性を有する。サーボ電動機5
は、電力増幅器10によつて駆動される。
アーム1には、力検出器11が取付けられ、ア
ーム1に作用する力を検出することができる。こ
の力検出器11は、アーム1に作用する力に対応
する出力をライン12に導出し、その特性は第3
図に示されるとおりである。力検出器11は、た
とえばストレンゲージなどによつて実現される。
力検出器11の出力信号は、ライン12を介し
て、リミタ14に入力される。
ーム1に作用する力を検出することができる。こ
の力検出器11は、アーム1に作用する力に対応
する出力をライン12に導出し、その特性は第3
図に示されるとおりである。力検出器11は、た
とえばストレンゲージなどによつて実現される。
力検出器11の出力信号は、ライン12を介し
て、リミタ14に入力される。
リミタ14は、ライン12を介して与えられる
入力信号のレベルが、第4図に示されるように小
さい値の範囲+T0〜−T0であるときには、その
入力レベルに比例したレベルを有する出力をライ
ン15に導出する。リミタ14の入力のレベルが
前記値+T0以上であるときには、出力のレベル
は予め定めた値θ〓Lとなつて一定値となる。また入
力のレベルが−T0以下であるときには、出力の
レベルは予め定めた値−θ〓Lの一定値に保たれる。
リミタ14の出力は、ライン15から減算器17
を経てライン18を介して減算器19に与えられ
る。減算器19は、ライン18の信号のレベルか
らライン9を介する回転速度検出器8の信号のレ
ベルを差し引いて減算し、その差を表わす信号を
ライン20から電力増幅器10に与える。
入力信号のレベルが、第4図に示されるように小
さい値の範囲+T0〜−T0であるときには、その
入力レベルに比例したレベルを有する出力をライ
ン15に導出する。リミタ14の入力のレベルが
前記値+T0以上であるときには、出力のレベル
は予め定めた値θ〓Lとなつて一定値となる。また入
力のレベルが−T0以下であるときには、出力の
レベルは予め定めた値−θ〓Lの一定値に保たれる。
リミタ14の出力は、ライン15から減算器17
を経てライン18を介して減算器19に与えられ
る。減算器19は、ライン18の信号のレベルか
らライン9を介する回転速度検出器8の信号のレ
ベルを差し引いて減算し、その差を表わす信号を
ライン20から電力増幅器10に与える。
アーム1の角変位量は、角度検出器21によつ
て検出される。この角度検出器21からの出力
は、ライン22から不感帯要素23に入力され
る。不感帯要素23は、第6図に示されるよう
に、ライン22を介して与えられる入力のレベル
が、予め定めた値θMAX〜θMINの範囲にあるとき、
ライン24に導出する出力のレベルは零であり、
入力のレベルが上限値である前記値θMAX以上であ
るとき、および下限値である値θMIN以下であると
き、傾きkpの出力を導出する。入力のレベルが
値θMAX以上および値θMIN以下であるとき、その入
力のレベルの変化量に対応する出力のレベルの変
化量、すなわち傾きkPはきわめて大きく、第6図
に示される角度αは、90度に近い値である。不感
帯要素23からライン24に導出される出力は、
係数器25に与えられて定数kEが掛け算され、減
算器17に入力される。減算器17は、リミタ1
4の出力から、係数器25の出力を差し引いて減
算し、その差に対応するレベルを有する信号をラ
イン18に導出する。
て検出される。この角度検出器21からの出力
は、ライン22から不感帯要素23に入力され
る。不感帯要素23は、第6図に示されるよう
に、ライン22を介して与えられる入力のレベル
が、予め定めた値θMAX〜θMINの範囲にあるとき、
ライン24に導出する出力のレベルは零であり、
入力のレベルが上限値である前記値θMAX以上であ
るとき、および下限値である値θMIN以下であると
き、傾きkpの出力を導出する。入力のレベルが
値θMAX以上および値θMIN以下であるとき、その入
力のレベルの変化量に対応する出力のレベルの変
化量、すなわち傾きkPはきわめて大きく、第6図
に示される角度αは、90度に近い値である。不感
帯要素23からライン24に導出される出力は、
係数器25に与えられて定数kEが掛け算され、減
算器17に入力される。減算器17は、リミタ1
4の出力から、係数器25の出力を差し引いて減
算し、その差に対応するレベルを有する信号をラ
イン18に導出する。
アーム1の角変位位置が、不感帯要素23にお
いて予め設定された値θMAX〜θMINに対応した可動
範囲にある状態を想定する。アーム1に肢体によ
つて力が作用すると、その力は力検出器11によ
つて検出される。
いて予め設定された値θMAX〜θMINに対応した可動
範囲にある状態を想定する。アーム1に肢体によ
つて力が作用すると、その力は力検出器11によ
つて検出される。
サーボ電動機5と、回転速度検出器8と、電力
増幅器10と、減算器19とは、速度フイードバ
ツクループを構成しており、回転速度検出器8に
よつて検出される出力軸6の実回転速度θ〓は、ラ
イン18から減算器19に入力される回転速度指
令値θ〓rに追従する。以下の説明では、θ〓とθ〓rと
の
偏差が充分小さいものとする。
増幅器10と、減算器19とは、速度フイードバ
ツクループを構成しており、回転速度検出器8に
よつて検出される出力軸6の実回転速度θ〓は、ラ
イン18から減算器19に入力される回転速度指
令値θ〓rに追従する。以下の説明では、θ〓とθ〓rと
の
偏差が充分小さいものとする。
力検出器11からの出力が与えられるリミタ1
4において、その入力のレベルTが+T0〜−T0
の範囲にあるとき、傾きDは第1式で示される。
4において、その入力のレベルTが+T0〜−T0
の範囲にあるとき、傾きDは第1式で示される。
θL/T0=D …(1)
フイードバツク則から、
θ〓=D.T(−T0≦T≦T0) …(2)
θ〓=θ〓L(T0<T) …(3)
θ〓=−θ〓L(T<−T0) …(4)
が成り立つ。
すなわち、力が小さいときは、その力に応じて
アーム1が第2式の速度θ〓で回転する。力をもつ
とふやしてゆき、アーム1の速度がθ〓Lあるいは−
θ〓Lに達すると、それ以上力をふやしても、アーム
は一定速度(θ〓Lまたは−θ〓L)で回り、こうして等
速制御が行なわれる。
アーム1が第2式の速度θ〓で回転する。力をもつ
とふやしてゆき、アーム1の速度がθ〓Lあるいは−
θ〓Lに達すると、それ以上力をふやしても、アーム
は一定速度(θ〓Lまたは−θ〓L)で回り、こうして等
速制御が行なわれる。
アーム1の可動範囲の設定に関して、説明を行
なう。リミタ14から減算器17に与えられる信
号のレベルをAとするとき、角度検出器21から
不感帯要素23に信号が与えられると、次の第5
式〜第7式が成立する。
なう。リミタ14から減算器17に与えられる信
号のレベルをAとするとき、角度検出器21から
不感帯要素23に信号が与えられると、次の第5
式〜第7式が成立する。
θ〓=A(θMIN≦θ≦θMAX) …(5)
θ〓=A−kP・kE(θ−θMAX)
(θMAX<θ) …(6)
θ〓=A−kP・kE(θ−θMIN)
(θ<θMIN) …(7)
不感帯要素23に入力される信号のレベルθ
が、値θMAX〜θMINの範囲であるときには、アーム
1はリミタ14のθ〓L〜−θ〓L以外の範囲で前述のよ
うに等速制御される。
が、値θMAX〜θMINの範囲であるときには、アーム
1はリミタ14のθ〓L〜−θ〓L以外の範囲で前述のよ
うに等速制御される。
第6式または第7式が成立するとき、すなわち
アーム1の角度がθMAXを越えるときまたはθMIN未
満であるときには、位置フイードバツク動作が行
なわれ、アーム1は上下位置θMAX〜θMINの可動範
囲を大きく越えないようになる。不感帯要素23
において、ライン22から入力される角度検出器
21の出力がθMAX以上およびθMIN以下であるとき
には、入力の変化に対して出力は大きく変化し、
たとえば90度に近いけれども90度ではない大きな
傾きαを有している。そのため肢体によつて、ア
ーム位置に力を加えて等速制御を行なつていると
き、アーム位置が値θMAX,θMINに対応した角変位
位置で、急激に停止することが防がれる。そのた
め衝撃力が肢体に加わることを防ぐことができ
る。
アーム1の角度がθMAXを越えるときまたはθMIN未
満であるときには、位置フイードバツク動作が行
なわれ、アーム1は上下位置θMAX〜θMINの可動範
囲を大きく越えないようになる。不感帯要素23
において、ライン22から入力される角度検出器
21の出力がθMAX以上およびθMIN以下であるとき
には、入力の変化に対して出力は大きく変化し、
たとえば90度に近いけれども90度ではない大きな
傾きαを有している。そのため肢体によつて、ア
ーム位置に力を加えて等速制御を行なつていると
き、アーム位置が値θMAX,θMINに対応した角変位
位置で、急激に停止することが防がれる。そのた
め衝撃力が肢体に加わることを防ぐことができ
る。
本発明の他の実施例として、リミタ14は、入
力レベルが、+T0〜−T0の範囲にあるとき出力は
零となるように構成されていてもよい。
力レベルが、+T0〜−T0の範囲にあるとき出力は
零となるように構成されていてもよい。
また力検出器11に代えて、アーム1のトルク
を検出する検出器が用いられてもよい。
を検出する検出器が用いられてもよい。
効 果
以上のように本発明によれば、構成が簡略化さ
れるとともに小形化が可能となり、また商業的に
入手が容易な構成要素を用いて実現することが可
能となる。また不感帯要素を用いて、アームの可
動範囲を希望する値に容易に設定することができ
る。
れるとともに小形化が可能となり、また商業的に
入手が容易な構成要素を用いて実現することが可
能となる。また不感帯要素を用いて、アームの可
動範囲を希望する値に容易に設定することができ
る。
第1図は本発明の一実施例のブロツク図、第2
図は回転速度検出器8の特性を示す図、第3図は
力検出器11の特性を示す図、第4図はリミタ1
4の特性を示す図、第5図は角度検出器21の特
性を示す図、第6図は不感帯要素23の特性を示
す図である。 1……アーム、4……回転軸、5……サーボ電
動機、7……減速機、8……回転速度検出器、1
0……電力増幅器、11……力検出器、14……
リミタ、25……係数器、17,19……減算
器、21……角度検出器、23……不感帯要素。
図は回転速度検出器8の特性を示す図、第3図は
力検出器11の特性を示す図、第4図はリミタ1
4の特性を示す図、第5図は角度検出器21の特
性を示す図、第6図は不感帯要素23の特性を示
す図である。 1……アーム、4……回転軸、5……サーボ電
動機、7……減速機、8……回転速度検出器、1
0……電力増幅器、11……力検出器、14……
リミタ、25……係数器、17,19……減算
器、21……角度検出器、23……不感帯要素。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 角変位可能なアームに肢体を取付けて筋力の
低下した肢体の機能を回復するためのリハビリテ
ーシヨン支援装置の制御方式において、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機
と、 サーボ電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検
出器と、 アームに肢体から加えられる力またはトルクを
検出する力またはトルクの検出器と、 力またはトルクの検出器の出力に応答し、その
力またはトルクが予め定めた値以上であるとき、
一定のレベルの出力を導出するリミタと、 回転速度検出器の出力とリミタの出力との差を
演算し、その差を表わす信号を電力増幅器に与え
る減算器とを含むことを特徴とするリハビリテー
シヨン支援装置の制御方式。 2 角変位可能なアームに肢体を取付けて筋力の
低下した肢体の機能を回復するためのリハビリテ
ーシヨン支援装置の制御方式において、 アームを角変位駆動するためのサーボ電動機
と、 サーボ電動機を駆動する電力増幅器と、 サーボ電動機の回転速度を検出する回転速度検
出器と、 アームの角度を検出する角度検出器と、 角度検出器の出力に応答し、アームが予め定め
た可動範囲を越えたとき、予め定める大きなレベ
ルを有する出力を導出する不感帯要素と、 回転速度検出器の出力と不感帯要素の出力との
差を演算し、その差を表わす信号を電力増幅器に
与える減算器とを含むことを特徴とするリハビリ
テーシヨン支援装置の制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162540A JPS6319145A (ja) | 1986-07-10 | 1986-07-10 | リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162540A JPS6319145A (ja) | 1986-07-10 | 1986-07-10 | リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319145A JPS6319145A (ja) | 1988-01-26 |
| JPH0323064B2 true JPH0323064B2 (ja) | 1991-03-28 |
Family
ID=15756549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61162540A Granted JPS6319145A (ja) | 1986-07-10 | 1986-07-10 | リハビリテ−シヨン支援装置の制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6319145A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02238754A (ja) * | 1989-03-10 | 1990-09-21 | Toshiba Corp | 無線電話装置 |
| JPH0440628U (ja) * | 1990-08-06 | 1992-04-07 | ||
| JPH04261657A (ja) * | 1991-02-15 | 1992-09-17 | Masaki Takahashi | 前腕用回旋運動器 |
| JP5737191B2 (ja) * | 2012-01-05 | 2015-06-17 | トヨタ自動車株式会社 | 生体動作補助装置、その制御方法及び制御プログラム |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5536328A (en) * | 1978-08-31 | 1980-03-13 | Oda Gosen Kogyo Kk | Production of composite yarn |
| JPS5578307A (en) * | 1978-12-06 | 1980-06-12 | Komatsu Ltd | Simultaneous uniaxial positioning control unit |
| JPS57160476A (en) * | 1981-03-28 | 1982-10-02 | Mitsubishi Metal Corp | Training machine for muscular strength |
| JPS5822761A (ja) * | 1981-08-05 | 1983-02-10 | Nissan Motor Co Ltd | パワ−ステアリング装置 |
| JPS59136086A (ja) * | 1983-01-21 | 1984-08-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | サ−ボモ−タ制御装置 |
-
1986
- 1986-07-10 JP JP61162540A patent/JPS6319145A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6319145A (ja) | 1988-01-26 |
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