JP3899403B2 - Balance training equipment - Google Patents

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JP3899403B2
JP3899403B2 JP2002246470A JP2002246470A JP3899403B2 JP 3899403 B2 JP3899403 B2 JP 3899403B2 JP 2002246470 A JP2002246470 A JP 2002246470A JP 2002246470 A JP2002246470 A JP 2002246470A JP 3899403 B2 JP3899403 B2 JP 3899403B2
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可彦 永田
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    • A63B26/003Exercising apparatus not covered by groups A63B1/00 - A63B25/00 for improving balance or equilibrium
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人が乗る板を揺動させることによって平衡感覚を訓練するバランス訓練装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、能動的に動作するバランス訓練装置として、座位での使用を想定したもの(例えば、特公2000−102523号公報参照)や、複雑なリンク機構を有するもの(特公2001−286578号公報参照)が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の能動的に動作するバランス訓練装置では座位での訓練しか行えず、体感バランスの調整に不可欠な脚部の訓練を行うことが困難であるという問題点があった。また揺動を制御する機構も複数のリンクを使用するなど複雑で、装置故障のリスクが大きいという問題点もあった。さらに、人の平衡感覚を司る3つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができないという問題もあった。
【0004】
本発明は、脚部の訓練を可能にするため、立位での使用を前提にして、人を上に乗せて板の動作を体側方向の回転で実現し、かつ複雑なリンク機構を排除することを可能にすることを目的としている。さらに人の平衡感覚を司る3つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することを実現することを目的としている。
【0005】
ここで、深部感覚とは、訓練をする人の体の一部が、他の部分に対してとる位置を知る感覚であり、自己受容性感覚に属する。皮膚の触圧受容器、筋紡錘、皮下組織のパシニ(Pacini)小体、神経の自由終末などの受容器によって行われる(出展:最新医学大辞典第2版)。
【0006】
課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、人を上に乗せる板(1)と、軸心が該板の幅方向中心にあり該板の上面と平行となるように該板に取り付けられたモータの回転軸と、上記板を上記回転軸の軸心を中心として傾動するように駆動するモータ(2)と、上記板が上記回転軸の軸心を中心に傾いた際に、該傾きの回転角度を測定する回転角度センサ(3)と、上記人の動作によって上記板に加わる回転軸を中心としたトルクを測定するトルク測定機構と、上記回転角度センサと上記トルク測定機構のそれぞれの出力が入力され、上記板に対して人が加える力と上記モータの回転力とが釣り合うような上記回転軸の軸心を中心とした傾きの目標回転角度を決定する運動モデル解析部(5)と、予め設定された運動モデルによって、上記板が、上記モデル解析部で決定された目標回転角度となるように、上記モータを制御するモータ制御部(6)とからなることを特徴とする立位および座位状態におけるバランス訓練装置を提供する。
【0007】
上記板(1)が、該板上面に平行な回転軸を中心にして回転することを特徴とする。
【0008】
上記板(1)の上面が回転軸中心に一致する構成としてもよい。
【0009】
上記板(1)の上面が回転軸中心から一定距離にある構成としてもよい。
【0010】
上記トルク測定機構は、上記板(1)に加わる荷重を測定するセンサと荷重の中心位置を測定するセンサが一体となったフォースプレート(41)を有する構成としてもよい。
【0011】
上記トルク測定機構は、上記板(1)を駆動するモータ(2)の軸に、上記板(1)に加わるトルクを測定するセンサ(42)が取り付けられて成る構成としてもよい。
【0012】
上記板(1)の動作に仮想的な、ばね定数、粘性制動係数、慣性モーメントを持たせた運動モデル解析部(5)を有する構成としてもよい。
【0013】
上記運動モデル解析部(5)によって算出された平衡角度に合わせて、人を上に乗せて板(1)を制御するモータ制御部(6)を有する構成としてもよい。ここで、平衡角度とは、人が加える力とモータの回転力が釣り合う角度である。
この回転力を増減することで釣り合う角度が変わることになる。
【0014】
上記バランス装置は、人のバランス機能を司る3つの器官である三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練可能とできるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバランス訓練装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。図1は、バランス訓練装置の実施例1を説明する図である。このバランス訓練装置は、人を板の上に乗せて揺動し、立位および座位状態において能動的に動作することで、人のバランス機能を司る3つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができるようにするものである。
【0016】
バランス訓練装置は、人(4)を上に乗せて板(1)と、この板(1)を駆動するモータ(2)と、板の回転角度を測定する回転角度センサ(3)と、板に加わるトルクを測定するトルク測定機構と、トルクから板の目標回転角度を決定する運動モデル解析部(5)と、予め決定された運動モデルによってモータを制御するモータ制御部(6)とから構成されている。トルク測定機構は、後述するが、フォースプレート(41)で板(1)にかける左右の足の力を測定して算出するようにしてもよいし、モータ(2)の回転軸に市販の回転トルクセンサ(42)を取り付けたものを利用してもよい。
【0017】
板(1)の後縁部の幅方向中心に、クランプ(7)を挟持して取り付ける。そして、モータ(2)の回転軸を、その回転軸の中心が、板(1)の幅方向の中心にあり、しかも板(1)の上面と平行になるようにクランプ(7)の後面に適宜固定手段により固定する。
【0018】
この場合、回転軸を、その回転軸の中心が板(1)の上面に一致するようにクランプ(7)の後面に固定する構成としてもよいし、その回転軸の中心を板(1)の上面から一定距離にあるようにクランプ(7)の後面に固定する構成としてもよい。このような構成とすることにより、板(1)は、人がその上に乗って動作することにより、回転軸を中心として揺動可能であり、しかもモータ(2)で板を能動的に傾動させることができる。モータ(2)は、外部から操作及び制御することができるように構成されている。
【0019】
トルク測定機構は、前述のとおり、図1に示すようにフォースプレート(41)を利用する構成と、図2に示すように市販の回転トルクセンサ(42)を利用する構成がある。
【0020】
図1において、フォースプレート(41)を利用するトルク測定機構は、フォースプレート(41)と演算処理装置(図示しない。)とから成る。板(1)の上面には回転軸の中心に左右対称の一定位置にフォースプレート(41)が設けられている。このフォースプレート(41)は、人が板(1)に乗って動作した際に、板(1)に加えられる荷重を測定するセンサと、荷重の中心位置を測定するセンサとが一体となったものである。
【0021】
演算処理装置において、このフォースプレート(41)の測定値(荷重の中心位置に付与された荷重)と回転軸の中心から一定の距離を乗じること(力×距離)によってトルクを算出することができる。
【0022】
図2において、市販の回転トルクセンサを利用する構成は、モータ(2)の回転軸に、市販の回転トルクセンサ(3)を取り付けることにより、人の動作によって板に加えられる回転力(トルク)を測定可能な構成とする。
【0023】
回転角度センサ(3)は、図1に示すように、板(1)の前縁部に、クランプ(7)を挟持して取り付け、このクランプ(7)に取り付けられており、板(1)が傾くとその回転角度を測定するように構成されている。
【0024】
図3は、トルク測定機構、回転角度センサ、運動モデル解析部及びモータ制御部により、モータを制御する全体構成のブロック図を示す。図3において、トルク測定機構と回転角度センサ(3)は、それぞれの出力が運動モデル解析部(5)に入力され、運動モデル解析部(5)は、その出力がモータ制御部(6)に入力され、モータ制御部(6)は、その出力がモータ(2)に入力されるように、それぞれ接続されている。
【0025】
図3に示す構成により、運動モデル解析部(5)は、図4に示した算出式(1)によって板(1)に加わった力によって変化させる板(1)の回転角度を決定し、モータ(2)を制御することができる。
【0026】
(作用)
以上の構成から成る本発明に係るバランス訓練装置の作用を、以下に説明する。バランス訓練装置の板(1)に人が乗ると、人のバランス機能の不安定性から、板(1)が傾いて回転(揺動)が生じる。人はその回転による傾きを認知し補償しようと、どちらかの脚に力を加える。それによって、上記回転と反対方向への力が加わり、板が反対方向に回転を始め、一連の動作が行われることになる。
【0027】
この際に、板(1)の回転特性に、図4に示すような仮想的な、ばね定数、粘性制動係数、慣性モーメントを持たせて、人の加えた力と現在の板(1)の回転角度を変動パラメータとしてモータを制御することで、バランス機能における能力の大小による訓練が可能となる。さらに、板(1)に特定の大きさの回転を外乱として与える、要するに外乱トルクを与えることで、外部からの刺激に対する応答のための訓練も可能となる。
【0028】
具体的には、人は両足を板(1)に乗せ、体が体側方向にできるだけ傾かないようにバランスをとる。体側方向の板(1)の回転角度を角度センサ(3)で、板(1)の回転トルクを回転トルク測定機構で測定し、図3の運動モデル解析部に与える。回転トルクは、フォースプレート(42)で、左右の足が板(1)に加える力を測定し、演算処理装置で図4の算出式(2)で回転トルクが算出され、図3の運動モデル解析部に与える。或いは、回転トルクセンサ42で測定してその測定値を運動モデル解析部に与えるようにしてもよい。
【0029】
運動モデル解析部は、図4に示した算出式(1)、(2)によって板(1)に加わった力によって変化させる板(1)の平衡角度(人が加える力とモータの回転力が釣り合う角度)を算出し、モータ2を回転させ、板を揺動させる事で、バランス訓練を行わせることができる。即ち、モータこの回転力を増減することで釣り合う角度が変えて、人はこの平衡角度となるようにバランスをとることで訓練をすることができる。
【0030】
なお、図4の算出式(1)、(2)中、粘性制動係数、ばね定数は、平衡角度を決定する際に、計算機(運動モデル解析部)で仮想的に導入した値で、制御する際には既知の値である。また、外乱トルクは、平衡角度を決定する際に、制御部が与える量であり既知の値となる。従って、上述の通り、回転角度と回転トルクを測定すれば、平衡角度が算出できる。
【0031】
また、訓練する際に、視覚情報を遮断する、頭部の回転を拘束する、脚部(足首、膝関節)を固定することで、人のバランス機能を司る3つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができる。
【0032】
図5は、バランス能力の大小によって、粘性制動係数の変化によって、経時的に回転トルクと回転角度がどのように変化するかをシミュレーションした結果の図である。D015E80とD015E95は粘性制動係数が小さい場合で、バランス能力が小さい場合と大きい場合の変化であり、D100E80とD100E95は粘性制動係数が大きい場合で、バランス能力が小さい場合と大きい場合の変化である。なお、D015E80、D015E95、D100E80及びD100E95は、単なるデータ図面番号である。
【0033】
この図5から、粘性制動係数が小さい場合は回転角度の変化が大きく、粘性制動係数が大きい場合は回転角度の変化は小さい。またバランス能力が大きい方が小さな回転トルクで回転角度を調整できることが分かる。
【0034】
訓練時に視覚情報を遮断し、脚部・体幹の動きを拘束することで、三半規管の訓練が可能となる。
【0035】
訓練時に頭部・体幹・脚部の動きを拘束し、板の回転角度に同期した外界の映像を視覚情報として与えることで、視覚のバランス訓練が可能となる。
【0036】
訓練時に視覚情報を遮断し、頭部を拘束し、脚部の動きを拘束することで、体幹の筋肉による深部感覚のバランス訓練が可能となる。
【0037】
訓練時に視覚情報を遮断し、頭部を拘束し、体幹の動きを拘束することで、脚部の関節・筋肉による深部感覚のバランス訓練が可能となる。
【0038】
視覚情報の遮断には眼部を目隠しなどで覆うことで実現することができる。
【0039】
頭部・体幹の拘束には脇を手摺りのような棒に乗せ、もたれかかることで実現することができる。
【0040】
脚部の固定には、足首、膝関節が屈曲できないような補助具を脚に取り付け、板(1)に対して移動・回転しないようにすることで実現することができる。また座位をとることで実現することができる。
【0041】
以上、実施例により本発明を説明したが、このような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術事項の範囲内でいろいろ実施例があることは言うまでもない。
【0042】
【発明の効果】
本発明に係るバランス訓練装置は以上の構成であるから、人を上に乗せて板の動作を体側方向の回転で実現し、かつ複雑なリンク機構を排除することを可能にする。そして、人の平衡感覚を司る3つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るバランス訓練装置の実施例を説明する図である。
【図2】本発明に係るバランス訓練装置の実施例を説明する図であるが、回転トルクサンサを配置した例を示す。
【図3】本発明に係るバランス訓練装置の実施例の測定及びモータの制御のためのブロック図である。
【図4】本発明に係るバランス訓練装置の実施例の回転トルクの算出式及び運動解析モデルを説明する図ある。
【図5】本発明に係るバランス訓練装置の実施例について、粘性制動係数を変化させたシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
1 (人が乗る)板
2 モータ
3 回転角度センサ
4 人
5 運動モデル解析部
6 モータ制御部
7 クランプ
41 フォースプレート
42 回転トルクセンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a balance training apparatus that trains a sense of balance by swinging a board on which a person rides.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a balance training apparatus that operates actively, an apparatus that is assumed to be used in a sitting position (for example, see Japanese Patent Publication No. 2000-102523), or that has a complicated link mechanism (see Japanese Patent Publication No. 2001-286578) )It has been known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally actively operated balance training devices can only perform training in the sitting position, and there is a problem that it is difficult to perform training of the legs, which is indispensable for adjusting the sensation balance. Also, the mechanism for controlling the swing is complicated, such as using a plurality of links, and there is a problem that the risk of equipment failure is high. In addition, there is a problem that the three organs that control human balance, the semicircular canal, vision, and deep sense cannot be individually trained.
[0004]
In order to enable leg training, the present invention realizes the movement of the board by rotating in the body side direction with a person on top, and eliminates a complicated link mechanism, assuming use in a standing position. The purpose is to make it possible. Furthermore, it aims to realize the individual training of the three organs that control human balance, the semicircular canal, vision, and deep sensation.
[0005]
Here, the deep sensation is a sensation in which a part of the body of a person who is trained knows the position taken with respect to other parts, and belongs to the self-accepting sensation. It is performed by receptors such as skin tactile receptors, muscle spindles, subcutaneous Pasini bodies, and free nerve endings (Exhibit: Latest Medical Dictionary 2nd edition).
[0006]
[Means for Solving the Problems ]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a plate (1) on which a person is placed , and a motor attached to the plate so that its axis is in the center in the width direction of the plate and is parallel to the upper surface of the plate. And a motor (2) for driving the plate to tilt about the axis of the rotary shaft, and rotation of the tilt when the plate is tilted about the axis of the rotary shaft. The rotation angle sensor (3) for measuring the angle , the torque measurement mechanism for measuring the torque centered on the rotation axis applied to the plate by the human action, and the respective outputs of the rotation angle sensor and the torque measurement mechanism are A motion model analysis unit (5) for determining a target rotation angle of inclination about the axis of the rotation shaft that is inputted and a force applied by a person to the plate and a rotation force of the motor are balanced ; the preset motion model, the plate, the upper So that the target rotation angle determined by the model analysis unit, to provide a balance exercise machine in standing position and a sitting position state characterized motor control unit (6), in that it consists of controlling the motor.
[0007]
The plate (1) rotates about a rotation axis parallel to the upper surface of the plate.
[0008]
It is good also as a structure where the upper surface of the said board (1) corresponds with a rotating shaft center.
[0009]
It is good also as a structure which the upper surface of the said board (1) exists in a fixed distance from a rotating shaft center.
[0010]
The torque measuring mechanism may include a force plate (41) in which a sensor for measuring a load applied to the plate (1) and a sensor for measuring the center position of the load are integrated.
[0011]
The torque measuring mechanism may have a configuration in which a sensor (42) for measuring torque applied to the plate (1) is attached to a shaft of a motor (2) that drives the plate (1).
[0012]
It is good also as a structure which has the motion model analysis part (5) which gave the spring constant, the viscous damping coefficient, and the moment of inertia to the operation | movement of the said board (1).
[0013]
It is good also as a structure which has the motor control part (6) which puts a person on top and controls the board (1) according to the equilibrium angle calculated by the said motion model analysis part (5). Here, the equilibrium angle is an angle at which the force applied by a person and the rotational force of the motor are balanced.
The balanced angle changes by increasing or decreasing the rotational force.
[0014]
The balance device can individually train the three organs that control the balance function of the person, the semicircular canal, vision, and deep sensation.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a balance training apparatus according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating Example 1 of a balance training apparatus. This balance training device swings a person on a board and actively moves in the standing and sitting positions, so that the three organs that control the person's balance function, the semicircular canal, vision, and deep sense are individually To be able to train.
[0016]
The balance training apparatus includes a board (1) with a person (4) on top, a motor (2) that drives the board (1), a rotation angle sensor (3) that measures the rotation angle of the board, and a board. A torque measurement mechanism for measuring the torque applied to the motor, a motion model analysis unit (5) for determining a target rotation angle of the plate from the torque, and a motor control unit (6) for controlling the motor by a predetermined motion model Has been. As will be described later, the torque measuring mechanism may be calculated by measuring the force of the left and right feet applied to the plate (1) by the force plate (41), or commercially available on the rotating shaft of the motor (2). You may utilize what attached the torque sensor (42).
[0017]
A clamp (7) is clamped and attached to the center in the width direction of the rear edge of the plate (1). The rotation axis of the motor (2) is placed on the rear surface of the clamp (7) so that the center of the rotation axis is in the center of the width direction of the plate (1) and parallel to the upper surface of the plate (1). Fix by appropriate fixing means.
[0018]
In this case, the rotation axis may be fixed to the rear surface of the clamp (7) so that the center of the rotation axis coincides with the upper surface of the plate (1). It is good also as a structure fixed to the rear surface of a clamp (7) so that it may be at a fixed distance from an upper surface. With this configuration, the plate (1) can swing about the rotation axis when a person rides on the plate (1), and the plate is actively tilted by the motor (2). Can be made. The motor (2) is configured to be operated and controlled from the outside.
[0019]
As described above, the torque measuring mechanism has a configuration using a force plate (41) as shown in FIG. 1 and a configuration using a commercially available rotational torque sensor (42) as shown in FIG.
[0020]
In FIG. 1, the torque measuring mechanism using the force plate (41) includes a force plate (41) and an arithmetic processing unit (not shown). A force plate (41) is provided on the upper surface of the plate (1) at a fixed position symmetrical to the center of the rotation axis. The force plate (41) has a sensor for measuring the load applied to the plate (1) and a sensor for measuring the center position of the load when a person rides on the plate (1). Is.
[0021]
In the arithmetic processing unit, the torque can be calculated by multiplying the measured value of the force plate (41) (the load applied to the center position of the load) and a certain distance from the center of the rotating shaft (force × distance). .
[0022]
In FIG. 2, a configuration using a commercially available rotational torque sensor has a rotational force (torque) that is applied to a plate by human action by attaching a commercially available rotational torque sensor (3) to the rotating shaft of the motor (2). Is configured to be measurable.
[0023]
As shown in FIG. 1, the rotation angle sensor (3) is attached to the front edge of the plate (1) by sandwiching the clamp (7), and is attached to the clamp (7). When the is tilted, the rotation angle is measured.
[0024]
FIG. 3 shows a block diagram of the overall configuration in which the motor is controlled by the torque measurement mechanism, the rotation angle sensor, the motion model analysis unit, and the motor control unit. In FIG. 3, the output of the torque measurement mechanism and the rotation angle sensor (3) is input to the motion model analysis unit (5), and the output of the motion model analysis unit (5) is input to the motor control unit (6). The motor control unit (6) is connected so that the output is input to the motor (2).
[0025]
With the configuration shown in FIG. 3, the motion model analysis unit (5) determines the rotation angle of the plate (1) to be changed by the force applied to the plate (1) by the calculation formula (1) shown in FIG. (2) can be controlled.
[0026]
(Function)
The operation of the balance training apparatus according to the present invention having the above configuration will be described below. When a person gets on the board (1) of the balance training apparatus, the board (1) is tilted and rotated (oscillated) due to instability of the person's balance function. A person applies power to either leg to recognize and compensate for the tilt caused by the rotation. As a result, a force in the opposite direction to the rotation is applied, the plate starts rotating in the opposite direction, and a series of operations are performed.
[0027]
At this time, a virtual spring constant, a viscous braking coefficient, and an inertia moment as shown in FIG. 4 are given to the rotational characteristics of the plate (1), so that the force applied by the person and the current plate (1) By controlling the motor using the rotation angle as a fluctuation parameter, it is possible to perform training based on the ability of the balance function. Furthermore, by giving a rotation of a specific magnitude to the plate (1) as a disturbance, in other words, by applying a disturbance torque, training for a response to an external stimulus is also possible.
[0028]
Specifically, the person puts both feet on the board (1) and balances so that the body does not tilt as much as possible in the body side direction. The rotational angle of the plate (1) in the body side direction is measured by the angle sensor (3), and the rotational torque of the plate (1) is measured by the rotational torque measuring mechanism, and given to the motion model analysis unit in FIG. The rotational torque is measured by the force plate (42) and the force applied by the left and right feet to the plate (1), and the rotational torque is calculated by the calculation formula (2) in FIG. Give to the analysis section. Alternatively, the measurement value may be measured by the rotational torque sensor 42 and the measured value may be given to the motion model analysis unit.
[0029]
The motion model analysis unit calculates the equilibrium angle of the plate (1) that is changed by the force applied to the plate (1) by the calculation formulas (1) and (2) shown in FIG. The balance training can be performed by calculating the balanced angle), rotating the motor 2 and swinging the plate. That is, the angle of balance is changed by increasing / decreasing the rotational force of the motor, and a person can perform training by balancing so that the equilibrium angle is obtained.
[0030]
In the calculation formulas (1) and (2) in FIG. 4, the viscous braking coefficient and the spring constant are controlled by values virtually introduced by a computer (motion model analysis unit) when determining the equilibrium angle. In some cases, it is a known value. The disturbance torque is an amount given by the control unit when determining the equilibrium angle, and is a known value. Therefore, as described above, the equilibrium angle can be calculated by measuring the rotation angle and the rotation torque.
[0031]
Also, when training, it blocks the visual information, restrains the rotation of the head, fixes the legs (ankle, knee joint), the three organs that control the human balance function, the semicircular canal, vision, deep Sense can be trained individually.
[0032]
FIG. 5 is a diagram showing a result of simulating how the rotational torque and the rotational angle change over time due to changes in the viscous braking coefficient depending on the balance ability. D015E80 and D015E95 are changes when the viscous braking coefficient is small and the balance ability is small and large, and D100E80 and D100E95 are changes when the viscous braking coefficient is large and the balance ability is small and large. Note that D015E80, D015E95, D100E80, and D100E95 are simply data drawing numbers.
[0033]
From FIG. 5, when the viscous braking coefficient is small, the change in the rotation angle is large, and when the viscous braking coefficient is large, the change in the rotation angle is small. It can also be seen that the rotation angle can be adjusted with a small rotational torque when the balance ability is large.
[0034]
By blocking visual information during training and restraining the movement of the legs and trunk, training of the semicircular canal becomes possible.
[0035]
By restraining the movement of the head, trunk, and legs during training, and providing visual information of the external world synchronized with the rotation angle of the board, visual balance training is possible.
[0036]
By interrupting visual information during training, restraining the head, and restraining the movement of the legs, it becomes possible to perform balance training of deep sensations using the trunk muscles.
[0037]
By blocking visual information during training, restraining the head, and restraining the movement of the trunk, balance training of deep sensation using the joints and muscles of the legs becomes possible.
[0038]
The blocking of visual information can be realized by covering the eye with a blindfold or the like.
[0039]
The restraint of the head and trunk can be realized by putting the armpit on a stick like a handrail and leaning on it.
[0040]
Fixing the leg can be realized by attaching an auxiliary tool that cannot bend the ankle and knee joint to the leg so as not to move or rotate with respect to the plate (1). It can also be realized by taking a sitting position.
[0041]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to such embodiments, and there are various embodiments within the scope of the technical matters described in the claims.
[0042]
【The invention's effect】
Since the balance training apparatus according to the present invention has the above-described configuration, it is possible to realize the movement of the plate by rotating in the body side direction with a person placed on the top, and to eliminate a complicated link mechanism. It is possible to individually train the three organs that control human balance, the semicircular canal, vision, and deep sensation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a balance training apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of a balance training apparatus according to the present invention, showing an example in which a rotational torque sensor is arranged.
FIG. 3 is a block diagram for measurement and motor control of an embodiment of a balance training apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a rotational torque calculation formula and a motion analysis model of the embodiment of the balance training apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result in which a viscous braking coefficient is changed for an example of a balance training apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (People board) 2 Motor 3 Rotation angle sensor 4 Person 5 Motion model analysis part 6 Motor control part 7 Clamp 41 Force plate 42 Rotation torque sensor

Claims (9)

人を上に乗せる板(1)と、
軸心が該板の幅方向中心にあり該板の上面と平行となるように該板に取り付けられたモータの回転軸と、
上記板を上記回転軸の軸心を中心として傾動するように駆動するモータ(2)と、
上記板が上記回転軸の軸心を中心に傾いた際に、該傾きの回転角度を測定する回転角度センサ(3)と、
上記人の動作によって上記板に加わる回転軸を中心としたトルクを測定するトルク測定機構と、
上記回転角度センサと上記トルク測定機構のそれぞれの出力が入力され、上記板に対して人が加える力と上記モータの回転力とが釣り合うような上記回転軸の軸心を中心とした傾きの目標回転角度を決定する運動モデル解析部(5)と、
予め設定された運動モデルによって、上記板が、上記モデル解析部で決定された目標回転角度となるように、上記モータを制御するモータ制御部(6)とからなることを特徴とする立位および座位状態におけるバランス訓練装置。
A board (1) to put a person on top,
A rotating shaft of a motor attached to the plate so that its axis is in the center in the width direction of the plate and parallel to the upper surface of the plate;
A motor (2) for driving the plate to tilt about the axis of the rotary shaft ;
A rotation angle sensor (3) for measuring a rotation angle of the tilt when the plate is tilted about the axis of the rotation shaft ;
A torque measuring mechanism for measuring a torque centered on a rotating shaft applied to the plate by the movement of the person ;
The target of the inclination centering on the axis of the rotation shaft such that the outputs of the rotation angle sensor and the torque measuring mechanism are inputted and the force applied by the person to the plate and the rotation force of the motor are balanced. A motion model analysis unit (5) for determining a rotation angle;
Standing for the predetermined motion model, the plate, so that the target rotation angle determined by the model analysis unit, and wherein the motor control unit for controlling the motor (6), in that it consists of And balance training device in sitting position.
上記板(1)が、該板上面に平行な回転軸を中心にして回転することを特徴とする請求項1記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。  The balance training apparatus in a standing and sitting position according to claim 1, wherein the plate (1) rotates about a rotation axis parallel to the upper surface of the plate. 上記板(1)の上面が回転軸中心に一致することを特徴とする請求項2記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。  3. The balance training apparatus in a standing and sitting position according to claim 2, wherein the upper surface of the plate (1) coincides with the center of the rotation axis. 上記板(1)の上面が回転軸中心から一定距離にあることを特徴とする請求項2記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。  The balance training apparatus in a standing and sitting position according to claim 2, wherein the upper surface of the plate (1) is at a constant distance from the center of the rotation axis. 上記トルク測定機構は、上記板(1)に加わる荷重を測定するセンサと荷重の中心位置を測定するセンサが一体となったフォースプレート(41)を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。  The torque measuring mechanism has a force plate (41) in which a sensor for measuring a load applied to the plate (1) and a sensor for measuring a center position of the load are integrated. The balance training apparatus in the standing and sitting state according to any one of the above. 上記トルク測定機構は、上記板(1)を駆動するモータ(2)の軸に、上記板(1)に加わるトルクを測定するセンサ(42)が取り付けられて成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。  The torque measuring mechanism is characterized in that a sensor (42) for measuring torque applied to the plate (1) is attached to a shaft of a motor (2) for driving the plate (1). The balance training apparatus in the standing position and the sitting position according to any one of? 上記板(1)の動作に仮想的な、ばね定数、粘性制動係数、慣性モーメントを持たせた運動モデル解析部(5)を有することを特徴とする請求項5又は6記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。  The standing and sitting position according to claim 5 or 6, further comprising a motion model analysis section (5) having a spring constant, a viscous braking coefficient, and a moment of inertia that are virtual for the operation of the plate (1). Balance training device in state. 上記運動モデル解析部(5)によって算出された、人が加える力とモータの回転力が釣り合う角度である平衡角度に合わせて、人を上に乗せて板(1)を制御するモータ制御部(6)を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。  A motor control unit that controls the plate (1) by placing a person on top in accordance with an equilibrium angle calculated by the motion model analysis unit (5), which is an angle that balances the force applied by the person and the rotational force of the motor. 6) The balance training apparatus in the standing position and the sitting position according to any one of claims 1 to 7. 上記バランス装置は、人のバランス機能を司る3つの器官である三半規管、視覚及び深部感覚を個別に訓練可能とするものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のバランス訓練装置。  The balance training according to any one of claims 1 to 8, wherein the balance device is capable of individually training a semicircular canal, which is a three organs that control a person's balance function, vision and deep sense. apparatus.
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