專利名稱：按摩機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按摩機(jī)，特別是涉;MMt子靠背內(nèi)配置推拿機(jī)構(gòu)的按摩機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，已經(jīng)提供了多種在椅子靠背內(nèi)配置推拿機(jī)構(gòu)的按摩機(jī)(例如，
日本專利第2733159號(hào)公報(bào))。這些發(fā)明都是將推拿機(jī)構(gòu)安裝到固定的框架中，并在垂直于框架面方向上進(jìn)行力控制，在面方向上進(jìn)行位置控制。
另一方面，對(duì)用戶進(jìn)行按摩時(shí)，最合理的控制是沿著身體形狀曲線進(jìn)行位置控制，對(duì)身體形狀曲線縱深方向進(jìn)行力控制，但是由于以往的產(chǎn)品的框架面不符合身體形狀曲線，對(duì)于力控制還有改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是根據(jù)上述以往的問題而做出的，其目的在于提供一種按摩機(jī)，能夠任意地設(shè)定治療部產(chǎn)生的力矢量的大小和三維方向，并能夠?qū)Υ怪庇诹κ噶糠较虻拿嫒我獾豬殳定按摩軌跡。
本發(fā)明中的按摩機(jī)，具備設(shè)置了治療部的推拿機(jī)構(gòu)，該治療部通過至少3個(gè)以上旋轉(zhuǎn)或者平移的關(guān)節(jié)與人體接觸，其特征在于，具備獨(dú)立驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的致動(dòng)器，檢測(cè)各關(guān)節(jié)的位移的位移檢測(cè)單元，以及控制上述致動(dòng)器的控制部，上述控制部，具備位置控制單元，其決定規(guī)定的軌跡控制面，在上述軌跡控制面上控制治療部的軌跡；以及力控制單元，其在上述軌跡控制面的法線方向上控制治療部的力。
因此，本發(fā)明的按摩機(jī)，通過任意設(shè)定上述軌跡控制面，能夠在三維方向上任意^L定治療部產(chǎn)生的力矢量的方向，另外，能夠在與力矢量方向垂直的上述軌跡控制面上，設(shè)定治療部的軌跡。由此，對(duì)于用戶，總能夠得到要求的推壓力方向和要求的面內(nèi)軌跡。
最佳實(shí)施方式中，上述位置控制單元，根據(jù)治療部的目標(biāo)位置與根據(jù)由上述位移檢測(cè)單元檢測(cè)到的關(guān)節(jié)的位移所計(jì)算出的治療部的現(xiàn)在位置之間的偏差、或者各關(guān)節(jié)的位移的目標(biāo)值與由上述位移檢測(cè)單元檢測(cè)出的各關(guān)節(jié)的位移的現(xiàn)在值之間的偏差，控制各致動(dòng)器。此時(shí)，由于可以進(jìn)行位移的反饋控制，能夠高精度地實(shí)現(xiàn)要求的面內(nèi)軌跡。
最佳實(shí)施方式中，上述位置控制單元，使用平行于上述軌跡控制面的面和關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的雅可比行列式，進(jìn)行治療部的位置控制，在進(jìn)行位置反饋控制時(shí)，在平行于上述軌跡控制面的方向上，不設(shè)定治療部的位置的目標(biāo)值。此時(shí)，在同時(shí)進(jìn)行軌跡控制面內(nèi)的位置控制和上述軌跡控制面法線方向上的力控制時(shí)，能夠防止位置控制的位移誤差對(duì)力誤差產(chǎn)生的影響。
上述控制部，也可以向各關(guān)節(jié)的致動(dòng)器提供轉(zhuǎn)矩指令值來驅(qū)動(dòng)它們。此時(shí)，不僅可控制力的方向，還可控制大小。
最佳實(shí)施方式中，該按摩機(jī)，還具^^檢查治療部向用戶提供的力的力傳感器，上述力控制單元，根據(jù)上述力的目標(biāo)值和由上述力傳感器檢測(cè)到的力的現(xiàn)在值的偏差來控制各致動(dòng)器。此時(shí)，由于可以進(jìn)行力的反饋控制，所以能夠高精度地實(shí)現(xiàn)要求的推壓力。
另外，最佳實(shí)施方式中，還具備存儲(chǔ)治療部的位移和力的目標(biāo)值的存儲(chǔ)裝置，上述控制部，根據(jù)存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)裝置中的位移和力的目標(biāo)值與現(xiàn)在值之間的偏差，控制治療部的位置和力。此時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)事先設(shè)定的按摩動(dòng)作。
另外，上述控制部，最好逐漸逐漸改變上述軌跡控制面，以使上述軌跡控制面與用戶身體的切線方向平行。此時(shí)，總是能夠根據(jù)人體的凹凸形狀，始終以要求的軌跡和要求的力進(jìn)行按摩。
另外，最好還具備具備用于用戶設(shè)定治療部的力的大小和方向的操作部。此時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶設(shè)定的力的方向和大小。
另外，上述控制部，也可以向各關(guān)節(jié)的致動(dòng)器提供速度指令值來驅(qū)動(dòng)它們。此時(shí)，與提供轉(zhuǎn)矩指令值的控制相比，能夠以低成本控制力的方向和大小。
另外，還具備用于調(diào)整力的跟蹤性的操作部，上述力控制單元，也可以根據(jù)來自上述操作部的輸入調(diào)整控制增益。此時(shí)，能夠根據(jù)使用者的喜好改變力的跟蹤性。
另外，上述力控制部，使治療部遠(yuǎn)離人體的方向上的跟蹤性比接近 人體的方向上的跟蹤性高。此時(shí)，按摩力比要求的力小時(shí)，治療部不會(huì)突
然撞擊人體，另外按摩力比要求的力大時(shí)，治療部^itvMwA體離開，過度 的力不會(huì)損傷人體，能夠?qū)τ脩籼?，適的按摩。


圖l是本發(fā)明實(shí)施方式中的按摩機(jī)的框圖。
圖2是具備力傳感器的本發(fā)明實(shí)施方式中的按摩機(jī)的框圖。
圖3是用于說明圖1的按摩機(jī)的控制的框線圖。
圖4是用于說明圖2的按摩機(jī)的控制的框線圖。
圖5是用于說明軌道控制面的坐標(biāo)的圖。
圖6是在圖2的框圖中附加了存儲(chǔ)裝置的框圖。
圖7是用于說明操作部的圖。
圖8是根據(jù)4A指令控制各致動(dòng)器時(shí)的框圖。
圖9是用于說明治療部的跟蹤性輸入用的操作部的圖。
圖IO是用子說明治療部的跟蹤性的圖。
圖11是用于說明坐標(biāo)軸的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，使用附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。本發(fā)明的按摩機(jī)，在由至 少3個(gè)以上關(guān)節(jié)構(gòu)成的推拿機(jī)構(gòu)的頂端"&置治療部，如圖11所示，上述推 拿機(jī)構(gòu)安裝在構(gòu)成yz面的框架中。作為具備這樣的推拿機(jī)構(gòu)的按摩機(jī)，能 夠適當(dāng)?shù)厥褂美缛毡咎亻_2006 - 34635號(hào)7>報(bào)等所示的結(jié)構(gòu)的按摩機(jī)， 但并不局限于此。
上述各關(guān)節(jié)，如圖1所示，安裝電動(dòng)機(jī)作為致動(dòng)器，安裝轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)編 碼器作為位移檢測(cè)用位移傳感器，根據(jù)由旋轉(zhuǎn)編碼器通過計(jì)數(shù)器輸入的值，控制電路(控制部)確定電動(dòng)機(jī)指令值，通過DA轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)機(jī)驅(qū)
動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。此時(shí)，最好向電動(dòng)機(jī)提供的指令值為轉(zhuǎn)矩指4Ht。
圖2表示還在上述治療部設(shè)置用于檢查治療部對(duì)用戶提供的力的力傳 感器的按摩機(jī)。力傳感器的檢測(cè)值，通過AD轉(zhuǎn)換器輸入到控制電路。力 傳感器，在后面所述的力反饋中很重要，但是未必需要力傳感器。
以下，對(duì)該按摩機(jī)的控制詳細(xì)地進(jìn)行描述。在本實(shí)施方式中，控制部 決定規(guī)定的軌跡控制面，控制部，具備在上述軌:^控制面上控制治療部軌 跡的位置控制單元，和在上述軌跡控制面的法線方向進(jìn)行治療部的力的控 制的力控制單元。
力控制單元，才艮據(jù)治療部的位置信息，使用矩陣將治療部產(chǎn)生的力變 換為各電動(dòng)M出，ii行力控制。
位置控制單元，根據(jù)各關(guān)節(jié)位移的目標(biāo)值與由位移傳感器檢測(cè)出的各 關(guān)節(jié)位移的現(xiàn)在值的偏差，控制治療部的位置。
上述情況，例如以下式l (式l)能夠確定電動(dòng)機(jī)指令值u。式中上標(biāo) 文字T表示轉(zhuǎn)置。
(式l)
u:電動(dòng)機(jī)指令值； qd:目標(biāo)關(guān)節(jié)位移 Kp:位置增益； q :關(guān)節(jié)位移
Kv:速度增益； J(b:治療部產(chǎn)生的力變換為各個(gè)電動(dòng)機(jī)的力
矩
△ q: qd-q:位置偏差 fd:目標(biāo)力
圖3是表示此時(shí)的框線圖。在圖3中，x表示治療部的位置矢量，下 標(biāo)d表示目標(biāo)值。另外圖3中的"逆運(yùn)動(dòng)學(xué)"是指將治療部的位置矢量x變 換為關(guān)節(jié)矢量q的計(jì)算。另一方面，控制治療部的力的方向和控制治療部的軌跡的面(即，軌 跡控制面)處于垂直關(guān)系，且安裝上述力傳感器時(shí)，力控制單元才艮據(jù)力的
目標(biāo)值和由力傳感器檢測(cè)到的力的現(xiàn)在值的偏差，如下式2 (式2 )確定電 動(dòng)機(jī)指令值，位置控制單元基于治療部的目標(biāo)位置和根據(jù)由位移傳感器檢 測(cè)出的各關(guān)節(jié)的位移而計(jì)算的治療部的現(xiàn)在位置之間的偏差，如下式2(式 2)，確定電動(dòng)機(jī)指令值。圖4表示此時(shí)的框線圖。
(式2)
奴- J終(ff〗T《J《IW厶忠諷+ i^"厶^') 〗T/d + — ^"3)￥厶/
Kyzp:位置增益； Jyz: yz平面和關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的雅克比行列式 Kyzv:速度增益； Kfp:力的比例增益
△ Xyz=Xyzd-Xyz:位置偏差 fd:目標(biāo)力 xyz=[^z『:r; f:現(xiàn)在力
△ f=fd-f:力偏差
這里，表示了假定在平行于上述yz平面的面中進(jìn)行位置控制，在與 yz平面垂直的x方向進(jìn)行力控制的情況的控制規(guī)則，但只要力控制和位置 控制的方向具有垂直關(guān)系，其方向能夠任意確定。
以下，對(duì)設(shè)定力的方向設(shè)為任意方向的方法進(jìn)行描述。如圖5所示， 如果要進(jìn)行位置控制的面的方程式由z = ax + by + c提供，治療部的幾何約 束IHf①(x)由下式3 (式3)提供。
m 、
其中，x為治療部頂端的三維位置矢量，為x- (x， y， z)。此時(shí)，對(duì) 上述面定義新的坐標(biāo)系0-x，y，z，。其中設(shè)定在y，z，平面內(nèi)進(jìn)行位置控制， 在x，方向進(jìn)行力控制。根據(jù)上式3 (數(shù)3 )，上述法線矢量①x由數(shù)4表示, (式4)
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，治療部頂端位置x- (x， y, z)與關(guān)節(jié)坐標(biāo)系q- (ql, q2: q3)之間的雅可比行列式定義為式5。
<formula>formula see original document page 9</formula>
另外，由式6 (式6)定義變換矢量J①，該變換矢量J①為用于使用 式4(式4)、式5(式5)在上述面法線方向上產(chǎn)生的力的各關(guān)節(jié)力(電動(dòng) 機(jī)指令值)的變換矢量J①。
<formula>formula see original document page 9</formula>上述式6(式6)，是用于在上述式3 (式3)面的法線方向上產(chǎn)生的力 的各關(guān)節(jié)力的變換矢量，通過變更式3(式3)的Ma、 b、 c，能夠求出 向任意方向產(chǎn)生力的各關(guān)節(jié)力。
下面表示位置控制需要的雅可比行列式Jyz (q)的求法。將從基準(zhǔn)坐 標(biāo)系o-xyz旋轉(zhuǎn)為上述坐標(biāo)系0-x，y，z，的旋轉(zhuǎn)行列設(shè)為R。由此，上述 治療部位置矢量能夠由上述坐標(biāo)系0-x，y，z，表達(dá)。如果將其表示為x，= (x，， y，， z，)，與x二 (x， y， z)的關(guān)系由式7 (式7)提供。(式7)
^=敘
同樣，在Axyz中，設(shè)定由上述坐標(biāo)系o — x，y，z，表達(dá)。由此式2 (式2 ) 的yz平面和關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的雅可比行列式Jyz (q)由式8(式8)提供。
(式8)
f f%7%， %*/0g2 "f) &7%^
如上所述，力控制和位置控制和方向處于垂直關(guān)系，如上所述，其方 向能夠任意地確定。因此，控制部，通過逐漸改變軌跡控制面，以使軌跡 控制面與用戶身體的切線方向平行，能夠沿著用戶的背面一邊移動(dòng)治療 部，一M背面垂直提供力，能夠進(jìn)行最合理的按摩。
并且，由式2知，位置控制單元，利用雅可比行列式Jyz (q)進(jìn)行治 療部的位置控制，^4進(jìn)行位置反饋控制時(shí)，在平行于軌跡控制面的方向 上不設(shè)定治療部的位置的目標(biāo)值。這是為了防止位置控制的位移誤差對(duì)力 誤差產(chǎn)生影響。
圖6表示在圖2的按摩機(jī)中附加了存儲(chǔ)治療部的位移和力目標(biāo)值的存 儲(chǔ)裝置的按摩機(jī)。存儲(chǔ)裝置中事先存儲(chǔ)著治療部的位移和力的目標(biāo)值，控 制部，根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的位移和力的目標(biāo)值與現(xiàn)在值的偏差，控制 治療部的位置和力。此時(shí)，能夠容易再現(xiàn)適宜于用戶的按摩動(dòng)作。
另外，如圖7所示，在按摩機(jī)中設(shè)置用于用戶設(shè)定治療部的力大小和 方向的操作部10,用戶也可以通過操作部10用手指9輸入治療部的力方 向和大小。圖7中設(shè)置在操作部10中的3軸力傳感器11檢測(cè)操作的力方 向和大小，控制部將該檢測(cè)值作為力的方向和大小的目標(biāo)值進(jìn)行控制。
在上述實(shí)施例中表示了向各致動(dòng)器提供轉(zhuǎn)矩指令值，驅(qū)動(dòng)它們的情況， 也可以提供iUL指令值，控制力和軌跡。圖8表示此時(shí)控制的一個(gè)例子。 控制力時(shí)，與現(xiàn)在的按摩力相比，如果增加要求的力，在治療部在遠(yuǎn)離人體的方向上，如果小設(shè)置速度指令值在靠近人體方向上，設(shè)定速度指令值
生成力的控制輸入(圖8中的A)。另夕卜，控制軌跡時(shí)，計(jì)算成為要求的軌 跡的速度指令值，生成控制輸入。此時(shí)，反饋位置和速度的誤差，生成速 度指令值，通過將其與成為要求的軌跡的速度指令值疊加，生成軌跡的控 制輸入(圖8中的B)。由于疊加該力和軌跡的控制輸入后的速度指令值， 為治療部的iUL指令，由式9 (式9)變換為各致動(dòng)器(電動(dòng)機(jī))的速度指 令值，并輸入到各致動(dòng)器中。
(式9)
々=J^:(g)—、
其中，如上所述，在x方向進(jìn)行力控制，在yz方向進(jìn)行位置控制時(shí)由 于能夠設(shè)定為
(式IO)
<formula>formula see original document page 11</formula>
此時(shí)，圖8中的A相當(dāng)于式ll(式ll),圖8中的B相當(dāng)于式12(式12)。 (式11)
<formula>formula see original document page 11</formula>但是，治療部對(duì)人體提供的力跟蹤要求的力時(shí)，由相對(duì)于力的誤差的 反饋項(xiàng)，改變力的跟蹤性。即，如果設(shè)定與力相關(guān)的控制增益增大，跟蹤 性高，如果設(shè)定減小控制增益，跟蹤性降低。用戶也可以選擇該跟蹤性。 圖9表示按摩機(jī)中設(shè)置了用于調(diào)整力跟蹤性的直動(dòng)容量式操作部io的一個(gè) 例子。如果用戶操作操作部io，力控制單元根據(jù)來自操作部io的輸入調(diào) 整控制增益，由此能夠改變恥續(xù)性。^Mt部并不局限于上述形式，只要是 能夠調(diào)整跟蹤性的單元就可以。
另外，關(guān)于i^性的控制，最好降低治療部1靠i^A體12的方向(圖10 中的a方向)的躍J宗性，提供治療部1遠(yuǎn)離人體12的方向(圖10中的p 方向)的跟蹤性。即，要求的力fd和現(xiàn)在力f的差為正值時(shí)，由于現(xiàn)在的 按摩力弱，治療部向靠i^v體的方向移動(dòng)。此時(shí)，通過減小控制增益能夠 降低 性，由此，現(xiàn)在的按摩力弱時(shí)，按摩力徐徐增強(qiáng)，用戶不會(huì)感覺 疼痛。另外，要求的力fd和現(xiàn)在力f的差為負(fù)值時(shí)，由于現(xiàn)在的按摩力過 強(qiáng)，向治療部在遠(yuǎn)離人^體的方向移動(dòng)。此時(shí)，通過增大控制增益能夠提高 跟蹤性，由此，在現(xiàn)在的按摩力強(qiáng)，用戶感覺痛時(shí)，能夠iSil減弱力。這 樣，能夠?yàn)橛脩籼幔m的按摩。
權(quán)利要求
1. 一種按摩機(jī)，具備設(shè)置了治療部的推拿機(jī)構(gòu)，該治療部通過至少3個(gè)以上旋轉(zhuǎn)或者平移的關(guān)節(jié)與人體接觸，其特征在于，具備獨(dú)立驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的致動(dòng)器，檢測(cè)各關(guān)節(jié)的位移的位移檢測(cè)單元，以及控制上述致動(dòng)器的控制部，上述控制部，具備位置控制單元，其決定規(guī)定的軌跡控制面，在上述軌跡控制面上控制治療部的軌跡；以及力控制單元，其在上述軌跡控制面的法線方向上控制治療部的力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，上述位置控制單元，根據(jù)治療部的目標(biāo)位置與根據(jù)由上述位移檢測(cè)單元檢測(cè)到的關(guān)節(jié)的位移所計(jì)算出的治療部的現(xiàn)在位置之間的偏差、或者各關(guān)節(jié)的位移的目標(biāo)值與由上述位移檢測(cè)單元檢測(cè)出的各關(guān)節(jié)的位移的現(xiàn)在值之間的偏差，控制各致動(dòng)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，上述位置控制單元，使用平行于上述軌跡控制面的面和關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的雅可比行列式，進(jìn)行治療部的位置控制，在進(jìn)行位置反饋控制時(shí)，在平行于上述軌跡控制面的方向上，不設(shè)定治療部的位置的目標(biāo)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，上述控制部，向各關(guān)節(jié)的致動(dòng)器提供轉(zhuǎn)矩指令值來驅(qū)動(dòng)它們。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，還具備檢查治療部向用戶提供的力的力傳感器，上述力控制單元，根據(jù)上述力的目標(biāo)值和由上述力傳感器檢測(cè)到的力的現(xiàn)在值的偏差來控制各致動(dòng)器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，還具備存儲(chǔ)治療部的位移和力的目標(biāo)值的存儲(chǔ)裝置，上述控制部，根據(jù)存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)裝置中的位移和力的目標(biāo)值與現(xiàn)在值之間的偏差，控制治療部的位置和力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，上述控制部，逐漸改變上述軌跡控制面，以使上述軌跡控制面與用戶身體的切線方向平行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，還具備用于用戶設(shè)定治療部的力的大小和方向的操作部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的按摩機(jī)，其特征在于，上述控制部，向各關(guān)節(jié)的致動(dòng)器提供速度指令值來驅(qū)動(dòng)它們。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的按摩機(jī)，其特征在于，還具備用于調(diào)整力的跟蹤性的操作部，上述力控制單元，根據(jù)來自上述操作部的輸入來調(diào)整控制增益。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的按摩機(jī)，其特征在于，上述力控制部，使治療部遠(yuǎn)離人體的方向上的跟蹤性比接近人體的方向上的跟蹤性高。
全文摘要
本發(fā)明涉及按摩機(jī)，具備設(shè)置了治療部的推拿機(jī)構(gòu)，該治療部通過至少3個(gè)以上旋轉(zhuǎn)或者平移的關(guān)節(jié)與人體接觸，其特征在于，具備獨(dú)立驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的致動(dòng)器，檢測(cè)各關(guān)節(jié)的位移的位移檢測(cè)單元，以及控制上述致動(dòng)器的控制部，上述控制部，具備位置控制單元，其決定規(guī)定的軌跡控制面，在上述軌跡控制面上控制治療部的軌跡；以及力控制單元，其在上述軌跡控制面的法線方向上控制治療部的力。
文檔編號(hào)A61H7/00GK101511321SQ20078003269
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者谷口祥平 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社