CN1795424A - 动力辅助控制装置与动力辅助控制方法以及复位装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于使得在装置结构中只具有一个力传感器而能计测两种力，并且检测来自外部的力并驱动驱动系统来辅助该来自外部的力。以踩下开关(121)瞬间的、力传感器(114)的值作为辅助对象力的原点(检测基准)。然后由力传感器(114)测定力的变化，求出与该辅助原点的差，来检测辅助对象力。根据辅助对象力的大小对脚作用驱动力而进行辅助动作以使得辅助对象力减小。在辅助对象力为0的阶段结束辅助动作。这样，可由一个力传感器(114)检测“作用在患者的脚上的力”和从外部“施加到脚上的力”这两种力。

Description

动力辅助控制装置与动力辅 助控制方法以及复位装置

技术领域

本发明涉及动力辅助控制装置、动力辅助控制方法与复位装置，特别涉及在对大腿部骨折等的患者的下肢进行复位治疗时所使用的复位装置中优选地采用的动力辅助控制装置、动力辅助控制方法与复位装置。

背景技术

在发生骨折或脱臼时，可采用复位治疗进行治疗。在进行复位治疗时，医生或复位师等进行复位治疗者历来是用自身的力对患者的腿等进行伸缩、弯曲或扭转等各种操作。

为了对患者的腿等施行各种操作，需用颇大的力，增大了医生或复位师等的强重劳动，因而他们一天之内能进行复位治疗的患者数很少。

为了解决上述问题，提出了图10所示的装置。如图10所示，这种关节理疗器械1包括：患者a仰卧用的顶板2；将患者a的大腿部b作向上倾斜状支承的大腿部支承机构3；握持患者a的脚踝并将小腿部c沿长轴方向牵引的牵引机构4；握持胫骨头部部位d并使其在相对于小腿部c的长轴垂直的方向上旋转的旋转机构5(参看专利文献1)。

上述关节理疗机械1，通过使牵引机构4动作而使患者a的膝伸缩，同时通过使旋转装置5动作可使膝左右摆动。

专利文献1：特开平11-56888号公报

发明内容

但是，已有的关节理疗器械1只能使患者a的膝进行伸缩动作与左右摆动动作，不能供复位治疗之用。

也就是说，在复位治疗中，除让患者的下肢进行伸缩动作之外，还特别需要频繁地进行扭转运动。而除了上述动作，很多情况下还需要进行相对于下肢朝上下左右方向移动的动作、或相对于脚踝进行的各种动作，而这些动作仍然要求医生与复位师利用其自身的力，且必须要由包括他们的助手在内的数人进行。

为此，正在开发完全用机械来进行医生与复位师等借自身之力所做的所有复位动作的复位装置。

但在应用复位装置进行复位治疗时是相对于脚踝动作，因而有时加到脚踝上的力不能全部作用到直至患者腿根的整个下肢上，而需要进行微妙的调整。对于这样的状况中的、实际上是由医生或复位师进行复位的情况，最好采用一边实际上接触患者下肢一边进行复位的方法。

在由医生或复位师等进行复位治疗时，对于给患者的腿加力的情况，需施加294N(30kgf)左右的力。此时，如前所述，需要医生或复位师与助手等多人之力。

为此，本发明人开发了在复位装置中对医生或复位师施加的力的作用进行辅助的所谓动力辅助控制技术。不过在进行动力辅助控制时要用到至少两个力传感器。

也就是说，在复位治疗中采用具有动力辅助控制功能的复位装置时，在这种复位治疗中需要对所存在的力进行计测。作为此种力，可认为有由复位装置所加的“加于患者的腿(以下称作患腿)的力”、以及由医生或复位师等从外部所加的“加于保持患腿的部件(保护罩)上的力”。

于是，根据本发明人的认识，为了分别计测这两种力就需要有两个力传感器分别进行计测。但这类力传感器的价格极高，因而希望将装置所用的力传感器控制到所需的最小限度。另外，还迫切希望开发出可由一个力传感器来计测上述两种力的技术。

因此，本发明的目的在于提供一种动力辅助控制装置与动力辅助控制方法，其在装置结构中只具有一个力传感器，能够计算两种力并且可驱动驱动系统来辅助来自外部的力。

本发明的另一目的在于提供一种复位装置，其能进行复位患者下肢所需的动作，并可辅助施手术者进行的复位作业，且能保持安全性和使施手术者的复位作业容易化，可以进行动力辅助控制。

为了达到上述目的，本发明的第一发明是一种动力辅助控制装置，其特征在于，具有：

能检测作用于对象物上的力且检测点为1处的力检测机构；

使力相对于对象物作用的驱动机构；

控制驱动机构的接通/断开的切换机构；

控制驱动机构并且能与力检测机构之间进行数据通信的控制机构；

以通过切换机构使驱动机构成为接通状态的时刻下由力检测机构计测的力为检测基准，计测从外部相对于对象物作用的结果的力，

可以通过驱动机构对对象物作用辅助力，以使得计测的力与检测基准的差减小。

本发明的第二发明是一种动力辅助控制方法，其特征在于：

通过检测点为1处的力检测机构检测作用于对象物的力，在从外部相对于对象物作用有力时，通过能与力检测机构之间进行数据通信的控制机构，以通过控制驱动机构的接通/断开的切换机构使驱动机构成为接通状态的时刻下由力检测机构计测的力为检测基准，计测从外部相对于对象物作用的结果的力，通过驱动机构相对于对象物作用辅助力，以使得计测的力与检测基准的差减小。

本发明的第三发明是一种复位装置，其特征在于，具有下述动力辅助控制机构，所述动力辅助控制机构具有：能检测作用于对象物上的力且检测点为1处的力检测机构；使力相对于对象物作用的驱动机构；控制驱动机构的接通/断开的切换机构；控制驱动机构并且能与力检测机构之间进行数据通信的控制机构；以通过切换机构使驱动机构成为接通状态的时刻下由力检测机构计测的力为检测基准，计测从外部相对于对象物作用的结果的力，可以通过驱动机构对对象物作用辅助力，以使得计测的力与检测基准的差减小。

在本发明中，优选地，使通过驱动机构相对于对象物作用的力作用到下述程度，即、作为从外部相对于对象物作用的结果，由力检测机构(力计测机构)计测的力与检测基准(计测基准)的差大致达到0。

在本发明中，典型的是，力检测机构是能检测作用于3个平移轴方向与3个旋转轴方向上的力的6轴力传感器。

本发明的技术思想未必限于上述组合，还包括将上述多项发明作适当的任意组合所实现的技术思想。

如上所述，根据本发明的动力辅助控制装置与动力辅助控制方法，只需在装置结构中配备一个力传感器就能计测两种力，并且可检测来自外部的力而对驱动系统进行驱动，来以施力的方式对该来自外部的力进行辅助。

此外，根据本发明的复位装置，能进行使患者下肢复位所需的动作，并且可对施手术者的复位作业进行辅助，保持安全性且能使施手术者的复位作业容易化。因此，即使是没劲儿的施手术者也能在保持安全性的同时对患者施行充分的复位治疗。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的复位装置中的复位部的立体图。

图2是用于说明能利用本发明一实施方式的复位装置中的复位部使患者的下肢进行的动作的图。

图3是本发明一实施方式的复位装置中的复位部的分解立体图。

图4是表示本发明一实施方式的复位装置中具有的第三驱动机构、包括一部分剖面的立体图。

图5是用于说明本发明一实施方式的复位装置中配备的下肢扭转方向上的机械式安全开关的分解立体图。

图6是用于说明本发明一实施方式的复位装置中配备的下肢伸缩方向上的机械式安全开关的分解立体图。

图7是表示本发明一实施方式的复位装置中具有的控制部的图。

图8是说明本发明一实施方式的动力辅助控制的图表。

图9是表示本发明一实施方式的复位装置中进行样条插补驱动控制时轨道精度验证试验的结果的图表。

图10是表示现有技术的关节理疗器械的图。

具体实施方式

下面参看附图说明本发明的实施方式，以下实施方式的所有附图中，对于相同或相对应的部分附以相同附图标记。

首先说明本发明一实施方式的复位装置。

图1表示本实施方式的复位部。本实施方式的复位装置包括：称为所谓的复位机械手的复位部、和控制该复位部的控制部。

(复位部)

如图1所示，本实施方式的复位部对患者K的下肢K1进行复位治疗，具有对拟进行下肢K1复位的患者K的至少下半身进行支承的支承台50。患者K还于图2中表示。

在支承台50上，直线地形成的摆动臂52安装成在大致水平面内摆动自如。详细地说，在支承台50上通过螺栓安装着图3所示的安装板53，摆动臂52于其基端部通过支承销53A摆动自如地安装于该安装板53上。

在摆动臂52的基端部附近螺纹结合着定位螺栓52A，该螺栓52A的颈部插过安装板53上形成的弧形导向槽53B。具体地说，在松弛该定位螺栓52A的状态下将摆动臂52摆动至希望位置，在完成定位后再拧紧定位螺栓52A。

摆动臂52的驱动即摆动是通过医生或复位师的手动操作、或图中省略的臂驱动机构(仅作为驱动源而包括的马达由图7中附图标记120表示)进行的。在通过该臂驱动机构自动进行摆动臂52的摆动动作时，最好用电磁吸盘(未图示)等取代上述螺栓52A，使摆动臂52的定位与定位解除都自动化。

此外，如图1所示，设置有覆盖安装板53及摆动臂52的盖55A、55B，盖55A上形成有用来避免与定位螺栓52A干涉的弧形孔55C。

如图1与图3所示，在摆动臂52的自由端部上固定着支承板56。在该支承板56上设有使得摆动臂52在地板上的摆动变得容易的小脚轮56A、以及用来使摆动臂52停止、固定于任意位置上的止动器56B。支承板56也由图1所示的盖57覆盖。

在通过臂驱动机构使摆动臂52自动进行摆动动作的情况下，随着以电磁吸盘(未图示)等取代定位螺栓52A，将止动器56B变更为能自动进行摆动臂52的固定与解除的机件。

摆动臂52的正上方设有支承患者K的小腿K2的小腿支承台58。摆动臂52用来使该小腿支承台58于大致水平面内摆动。

如图1与图3所示，该复位部5具有：用于使小腿支承台58绕大致水平的轴线60移动即旋转的第一可动台61，以及用作旋转驱动该第一可动台61的第一驱动机构的马达62。

复位部5还具有：用于使小腿支承台58沿大致垂直方向移动的第三可动台64、驱动该第三可动台64的第三驱动机构65、使小腿支承台58沿大致水平方向移动的第二可动台67、驱动该第二可动台67的第二驱动机构68。

上述摆动臂52、第一可动台61、第二可动台67、第三可动台64与小腿支承台58依规定顺序相对于支承台50逐级安装。在本实施方式中是依摆动臂52、第三可动台64、第二可动台67、第一可动台61与小腿支承台58的顺序逐级安装，在最后一级的第一可动台61上安装小腿支承台58。

摆动臂52与各可动台61、67、64的安装顺序不限于实施方式中所述，可适当变更。

上述摆动臂52用于使图1与2所示患者K的下肢K1进行左右(箭头X方向)移动动作即进行摆动动作，并用来使小腿支承台58对应于患者K的左腿或是右腿定位。

第一可动台61用来使患者K1的下肢K1进行扭转(箭头R方向)动作，第二可动台67用来使该下肢K1进行前后(箭头Y方向)的移动动作亦即伸缩动作，第三可动台64用来使该下肢K1进行上下(箭头Z方向)的移动动作。

下面说明各结构要素。先来说明支承患者K的至少下半身的支承台50。

如图1所示，支承台50具有：构成装置基体部的底座70、以下端部固定于该底座70上的腿部50A、安装于该腿部50A的上端部上并载置患者K的臀部的载置部50B。在该载置部50B上，设有用于防止复位治疗中患者K移动的紧贴患者K的大腿间的支柱50C。

在底座70上设有用于输送该复位装置的小脚轮70A、以及用于使所输送的装置停止、固定在任意位置上的止动器70B。

再来说明使小腿支承台58绕大致水平轴线60移动即、使患者的下肢K1进行扭转(箭头R方向)动作的第一可动台61与马达(第一驱动机构)62、及其周边结构。

如图1与图3所示，第一可动台61形成为圆盘状，安装在马达62的输出轴(后述)上。小腿支承台58相对于第一可动台61顺次通过万向接头72与中继板73连结。

夹装于小腿支承台58与第一可动台61之间的万向接头72具有：绕大致水平轴线移动自如即旋转自如的接头部件72A、与该接头部件72A一起构成万向接头72且绕大致垂直轴线移动自如即旋转自如的第二接头部件72B。

在中继板73的前端部上形成有圆形座圈73A，第二接头部件72B的下端部嵌装于该座圈73A中。中继板73的后端部73B则嵌装于第一可动台61上。

继续说明用于使小腿支承台58沿大致垂直方向移动、即使患者的下肢K1进行上下(箭头Z方向)移动动作的第三可动台64与第三驱动机构65及其周边结构。

如图1所示，于安装在摆动臂52的自由端部上的支承板56上立设有导向部件75。第三可动台64以在上下方向(箭头Z方向)上移动自如的方式安装于该导向部件75上。

详细地说，如图3所示，在该导向部件75上安装着上下移动自如的中间部件76，相对于该中间部件76上下移动自如地安装着升降部件77。第三可动台64搭载于该升降部件77的上端部上。

更具体地说，在中间部件76的一侧面上固定设置着轨道导轨76A，该轨道导轨76A由固定设置在导向部件75侧面上的块体75A导引，由此导引中间部件76上下。

此外，图中虽未表示，但在该中间部件76的另一侧面以及与之对置的升降部件77的侧面上，也设有同样的轨道导轨与块体，对升降部件77作上下导引。

如图3所示，在导向部件75与升降部件77的相互对置的面上分别设有齿条75B、77B。而且，设于中间部件76上的小齿轮76B与齿条75B、77B啮合。由此构成所谓的倍速机构。

于支承板56上立设着滚珠丝杠79，且被支承成旋转自如。另一方面，中间部件76内置滚珠螺母80，在该滚珠螺母80中螺纹结合该滚珠丝杠79。在滚珠丝杠79的下端部上嵌装着大直径的带齿带轮82A。

在该带齿带轮82A附近设置有马达83，在该马达83的输出轴上嵌装着小直径的带齿带轮82B。在这两个带齿带轮82A与82B上挂绕着带齿带82C。

第三驱动机构65如上所述构成。在该结构中，通过马达83的工作而驱动滚珠丝杠79旋转，螺纹结合到该滚珠丝杠79上的滚珠螺母80向上或向下移动，使得与该滚珠螺母结合成一体的中间部件76上下运动。

这样，设于该中间部件76上的小齿轮76B便沿导向部件75的齿条75B于啮合状态下滚动，而具有与该小齿轮76B啮合的齿条77B的升降部件77便进行升降。于是第三可动台64上下运动而移动小腿支承台58。

另外，第三可动台64可相对于升降部件77左右(箭头X方向)移动，因此小腿支承台58可相对于升降部件77左右(箭头X方向)移动。亦即如图3所示，在升降部件77的上端部上安装着沿左右延伸的轨道导轨85A。并且，在第三可动台64的下表面上固定有移动块体85B，该移动块体85B移动自如地卡合在轨道导轨85A上。

另外，如图1所示，设有覆盖前述第三可动台64与第二驱动机构65的盖87～90。在覆盖第三可动台64的盖87上，形成有能使移动块体85往复运动的开口87A。此外，主要是覆盖升降部件77的盖88可相对于主要是覆盖固定侧的导向部件75的盖89沿上下方向运动。

再来说明用于使小腿支承台58沿大致水平方向移动、亦即使患者的下肢K1作前后(箭头Y方向)的移动动作也就是伸缩动作的第二可动台67与第二驱动机构68及其周边结构。

第二驱动机构68由图4所示的直线驱动机构构成。图4所示为第二驱动机构68具有的、除去盖之后的内部结构。如图所示，该第二驱动机构68具有：高刚性的U字剖面形外轨93；配置于该外轨93的中空部内，以两端通过轴承而旋转自如地安装于外轨93上的滚珠丝杠94；包括与该滚珠丝杠94螺纹结合的滚珠螺母(未图示)的内块体95。第二可动台67用螺栓紧固到该内块体95的上表面上。

在外轨93的一端上设有马达97(还表示于图1与图3中)。在该马达97的输出轴上嵌装着小直径的带齿带轮97A。此外在滚珠丝杠94的一端部上通过联接器等连接着大直径的带齿带轮98，在这两个带齿带轮97A与98之上挂绕着带齿带99。

在外轨93的内侧面，在每侧各形成有例如两条贯穿全长的滚珠滚道槽93A。在内块体95上，设有包括与这些滚珠滚道槽93A对应的负荷滚珠滚道槽的无限循环路径，在该无限循环路径的每一条中排列·收纳着许多滚珠100。

第二驱动机构68按上述方式构成。在该结构中，通过马达97的工作而驱动滚珠丝杠94旋转，包含与该滚珠丝杠94螺纹结合的滚珠螺母的内块体95移动，从而使紧固在该内块体95上的第三可动台67移动。于是小腿支承台58作大致水平方向的移动。

对于该复位装置，上面所说明的结构是其主要结构，现在再说明附加的后述结构。

在图1与图3所示的万向接头72具有的接头部件72A(绕大致水平的轴线移动自如即旋转自如)中，内置有作为使该接头部件72A绕其旋转中心轴线旋转的第四驱动机构的中空马达102。在与该接头部件72A一起构成万向接头72的第二接头部件72B(绕大致垂直的轴线移动自如即旋转自如)中，内置有作为使该第二接头部件72B绕其旋转中心轴线旋转的第五驱动机构的中空马达104。

在上述结构中，通过使中空马达100工作，小腿支承台58沿箭头Q所示方向移动。即，能使其相对患者的脚踝K4进行朝向前后的弯曲动作。此外，若使另一中空马达104工作，小腿支承台58即沿箭头P所示方向移动，这样就能使其相对于患者的脚踝K4进行左右的摆动动作。

从图1与图3可知，小腿支承台58形成为大小适当的台状以载置和保持患者K的脚K 3与小腿K2的下部侧。

此外，在该小腿支承台58上，如图3所示，根据需要安装沿小腿2的长度方向伸缩自如且拆装自如的辅助台106、即辅助部件。在该辅助台106上设有一对杆件106A，通过插入小腿支承台58上形成的套筒58A中而成为伸缩自如且拆装自如的状态。

图3中，附图标记108指为了锁定杆件106A而从套筒58A的侧面拧入的带柄螺纹部件，附图标记110表示为了抵接患者K的脚掌而设于小腿支承台58的端部上的脚掌抵接部件(抵接患者K的脚掌)，附图标记111则是作为固定患者K的小腿K2的固定机构的带。此外，辅助台106上也设有用作固定患者K的小腿(K2)一在此为下肢K1一的固定机构的带106B。

摆动臂52是可以伸缩的。具体如图1与图3所示，摆动臂52包括基体侧的第一臂52C与自由端侧的第二臂52D，该第一与第二臂52C、52D结合成在长度方向上互相导向。此外，从图1可知，覆盖该摆动臂52的盖55B也同样包括结合成在长度方向上互相导向的第一盖55B1与第二盖55B2。

在第二臂52D与第二盖55B2上，在沿长度方向相互对应的位置上以相等的间距形成有螺栓插通孔52D1(对于在第二盖55B2上形成的螺栓插通孔，略去其附图标记)，于这些螺栓插通孔中插入螺栓54。在第一臂52C与第二盖55B1上，与各螺栓插通孔相对应地形成有螺纹孔52C1与55B12，各螺栓54能分别与螺纹孔52C1、55B12螺纹结合。

即、松开各螺栓54而解除与各螺纹孔52C1、55B12的螺纹结合状态，相对于第一臂52C与第一盖55B1移动第二臂52D与第二盖55B2，使摆动臂52整体与盖55B整体伸缩至所希望的长度，在该状态下再将各螺栓54拧入到各螺纹孔55C1、55B12内而紧固。

摆动臂52的伸缩不限于上述的手动方式，也可采取自动化方式，图中虽未具体表示，但例如通过设置图4所示的包括滚珠丝杠机构和使该滚珠丝杠机构工作的马达等驱动机构的臂伸缩机构，可以容易地实现。

但在上述复位部5中，在使患者K的下肢K1复位时，为不使由装置对下肢K1施加过大的力，设有限制传递力的机构。这样的机构为全机械式的，本发明人将其称作机械式安全开关，下面说明该机械式安全开关的结构。

这种机械式安全开关在本实施方式的复位装置中，设于使患者K的下肢K1作扭转动作(箭头R方向)的驱动部、和使其进行伸缩动作(箭头Y方向)的驱动部上。至于进行其他的动作也即下肢K1的左右移动动作(箭头X方向)、上下移动动作(箭头Z方向)、脚踝K4朝前后的弯曲动作(箭头Q方向)与朝左右的摆动动作(箭头P方向)的驱动部上，也可根据需要设置所述机械式安全开关。

图5表示用于使下肢K1进行扭转动作(箭头R方向)的第一驱动机构62的动力传递系统中所设的机械式安全开关。

图5中，用于使小腿支承台58(参看图1与3)绕水平轴线(60)移动的第一可动台61形成为圆盘状，固定安装于驱动该第一可动台61的第一驱动机构即马达62的输出轴62A上。圆柱状的突部61A形成于第一可动台61的旋转中心上，且形成于与马达62相反的一侧，该突部61A旋转自如地嵌合于中继板73上所设的轴承部73C上。这样，中继板73相对于第一可动台61旋转自如。

在第一可动台61上，在偏离其旋转中心的位置上，形成有沿半径方向伸长的剖面为长圆形的通孔61B。另一方面，在中继板73上，在与该通孔61B对应的位置上形成有贯通的螺纹孔73E，于该螺纹孔73E中螺纹结合着调整螺纹件74A。在该调整螺纹件74A的螺纹部前端侧配置着钢珠74B，该钢珠74B移动自如地嵌插于螺纹孔73E内。

在调整螺纹件74A与钢珠74B之间压缩地设置有螺旋弹簧74C。这样，钢珠74B被施力，以预定的推压力推压在通孔61B中。通孔61B的宽度尺寸设定得比钢珠74B的直径小，钢珠74B不会进到通孔61B之内。

在上述结构中，使下肢K1进行扭转动作(箭头R方向)时，马达62的驱动力顺次通过第一可动台61、钢珠74B、中继板73、...传递给小腿支承台58。但当对下肢K1沿扭转方向施加过大的力时，钢珠74B便克服螺旋弹簧74C的作用力，解除与通孔61B的结合状态，不能再传递动力。此时的“过大的力”是根据调整螺纹件74A的拧入量而预先调整的。

下面根据图6说明用于使下肢K1进行伸缩动作(箭头Y方向)的第二驱动机构68(参考图4)的动力传递系统中所设的机械式安全开关。

如图6所示，在使小腿支承台58(参考图1与图3)沿大致水平方向移动的第二可动台67与第二驱动机构68所具有的内块体95之间夹装有中间板96，该中间板96固定于内块体95的上表面上。

在中间板96的上表面侧，以在内块体95的移动方向上平行的方式设置并固定有例如两根导向轴96A。而在第二可动台67的下表面侧固定设置有移动块体67A，移动块体67A移动自如地卡合于导向轴96A上。这样，第二可动台67便相对于内块体95与中间板96沿内块体95的移动方向往复自如。

在中间板96上形成有沿左右方向(箭头X方向)伸长的截面呈长圆形的通孔96B。另一方面，在第二可动台67上与该通孔96B对应的位置处形成有贯通的螺纹孔67B，在该螺纹孔67B中螺纹结合着调整螺纹件92A。

在调整螺纹件92A的螺纹部前端侧配置有钢珠92B，钢珠92B移动自如地嵌插于螺纹孔67B中。在调整螺纹件92A与钢珠92B之间压缩地设有螺旋弹簧92C，这样，钢珠92B被施力而以预定的推压力推压在通孔96B中。通孔96B的宽度尺寸设定得比钢珠92B的直径小，钢珠92B不会进入通孔96B内。

在上述结构中，使下肢K1进行伸缩动作(箭头Y方向)时，马达97(参考图4等)的驱动力顺次通过内块体95、中间板96、钢珠92B、第二可动台67、...传递给小腿支承台58，但当沿伸缩方向有过大的力加到下肢K1上时，钢珠92B便克服螺旋弹簧92C的作用力，解除与通孔96B的卡合状态而不再传递动力。此时的“过大的力”是根据调整螺纹件92A的拧入量而预先调整的。

(控制部)

现来说明控制复位部5的这一实施方式的控制部。图7表示该控制部。

如图7所示，本实施方式的控制部具有：控制系统整体的控制单元113、在使下肢K 1进行各种动作时能检测施加给下肢K1的力的单体的力传感器114、显示由该力传感器114检测出的力的力显示部115、可搬运的操作盒117。

在控制单元113上，通过驱动器118连接着上述臂驱动机构所包括的马达120、以及第一～第五驱动机构所包括的各马达62、97、83、102、104。

控制单元113具有：由CPU(中央运算处理器)和ROM及RAM等存储器构成的信息处理部、以及辅助存储部等。这样构成的控制单元113是存储基于实时操作系统的应用程序而构成的。

以该控制单元113中的实时操作系统为基础，为了确保实时性，将用户任务与实时任务等各种任务相组合，例如利用1KHz的控制回路进行控制复位部5的种种处理。此外，力传感器114获得的力的计测值以数据形式提供给控制单元113。

下面说明上述结构的复位部5的作用。如图1所示，在对患者K的下肢K1施行复位治疗时，在使患者K仰卧的状态下将其下半身载置于支承台50的载置部50B上，以适当的台(未图示)等支承其上半身。然后将患者K的小腿K2与脚K3载置于小腿支承台58之上，用带111固定小腿K2。

接着，根据应施行复位治疗的内容对操作盒117进行适当操作，驱动摆动臂52、第一～第三可动台61、67、64或是万向接头72的接头部件72A、72B。即、如图2所示，在使下肢K1沿左右(箭头X)方向活动时，便使摆动臂52沿X方向摆动。

在使下肢K1进行扭转(箭头R方向)时，使第一可动台61旋转。在使下肢K1沿上下方向(箭头Z方向)活动时，上下驱动第三可动台64。在使下肢K沿前后方向(箭头Y方向)伸缩时，前后驱动第二可动台67。

再者，在使脚踝K4左右摆动(箭头P方向)时，依相同方向旋转驱动万向接头72的下侧的第二接头部件72B。而使脚踝K4前后弯曲(箭头Q方向)时，则依相同方向旋转驱动万向接头72的上侧的接头部件72A。

在以上说明中，由医生等操作被本发明人称作示教悬架式操作台的操作盒117，由此各马达工作来驱动摆动臂52等，可使患者K的下肢K1沿适当方向移动。

但是，另一方面，医生等通过自身的力量活动下肢K1以达到最适合进行复位治疗的状况，需要使装置识别这种状况。在这种情况下，即使医生等想要活动患者K的下肢K1，包含各马达的驱动系统的保持力也会成为妨碍。为此，采用了下述结构。

也就是说，上述的力传感器114，能够对六个轴的各个方向(箭头X、Y、Z、P、Q与R这各个方向)中的任一个方向上的、例如由医生等所加的力亦即来自外部的力进行检测。然后，这一力传感器114的计测值作为数值数据供给到用作控制部的控制单元113。

力传感器114如图1与图3所示，夹装在万向接头72具备的接头部件72A上形成的座部72A1、与小腿支承台58的脚掌抵接部件110的背面上形成的座部110A之间。

另一方面，在图7所示的操作盒117上设有下述开关，其用于在利用各马达的工作使下肢K1活动到所希望的状况的情况、以及利用医生自身的力使下肢K1活动到最适合于复位治疗的状况的情况下，切换该复位装置的控制。控制单元113的控制对应于该切换而不同。

在通过各马达的工作使下肢K1活动到所希望的状况时，如上所述进行控制，而在进行了切换以便借医生自身的力将下肢K1活动到最适合复位治疗的状况情况下，可进行下述控制。

(动力辅助控制)

也就是说，当医生等想要朝任意方向活动下肢K1时，就有该方向的力作用于力传感器114，该力传感器114便检测出该力的方向。

此时，控制单元113便对与该方向对应的马达朝医生等所加的力减小的方向进行驱动，当力传感器114检测到的力为零时便停止马达。下面具体说明这种动力辅助控制驱动。

这一实施方式的动力辅助驱动方式，是在力传感器114检测到医生等施加到患者的脚K3上的力后，通过进行比例控制的正反馈而使其动作到任意的位置姿势的驱动方式。

首先，医生等对患者的脚K3，必要时是对穿着保护罩的状态下的脚K3加力时，在力传感器114中检测出实际中作用于患者脚上的力即“作用在脚K3上的力”、与医生等自外部作用的力即“向脚K3上施加的力”的矢量和。在动力辅助控制中，对医生等从外部向脚K3上施加的力的检测必不可少。但检测“向脚K3上施加的力”是很困难的。

因此，在本实施方式中，是通过复位装置中所设的一个力传感器114，抽取动力辅助控制开始时刻下检测的检测基准与力传感器114计测值的差、即辅助对象力。

也就是说，首先，为了开始动力辅助控制，由医生等踏下图7所示的脚踏开关(图8A中，(1)开关接通时刻(图中以带圆圈的数字表示))。此时，通过控制单元113将踏下开关瞬间的力传感器114的值设定为辅助对象力的原点即检测基准，并且相对该辅助对象力的原点测定该时刻以后的变化。力传感器114的计测值以图8A中实线表示。

由此可检测辅助对象力，并且还能排除患腿自重的影响。力传感器114的计测值为0(N)的所谓力传感器114的真的原点存储于控制单元113中。

然后，在复位治疗的必要范围内，由医生等通过人力给脚K3加力。在该由医生等施加人力的阶段，力传感器114的计测值大幅度变化(图8A中，(2)为加力的时刻(图中以带圆圈的数字表示)。

在该时刻，设定该医生等的人力的大小即“向脚K3上施加的力”作为辅助对象力。然后由控制单元113向驱动器118供给信号，向检测基准与该“向脚K3上施加的力”之差减小的方向，驱动马达62、83、97、102、104、120之中所需的马达，以便将对应于该辅助对象力的驱动力作用于脚K3。由此预定的驱动力作用到脚K3上。

此外，如上所述，力传感器114的真的原点也存储于控制单元113中。因此，根据该真的原点、力传感器114的计测值、与上述那样设定的“向脚K3上施加的力”(图8A中施加的力的一部分)的大小，就能检测原本目的即“作用在脚K3上的力”。

也就是说，利用测定力的一个力传感器114，能够检测“作用在脚K3上的力”和“向脚K3上施加的力”，而可实现两个目的。

而且，在医生等给脚K3加力的状态下，通过驱动系统即马达62、83、97、102、104、120之中的进行动力辅助控制驱动所需的马达，将辅助力作用于脚K3。

接着，在由医生等给脚K3加力的状态下，在如上述图8A的A部所示“作用在脚K3上的力”增加时，力传感器114的计测值(实线部分)增加。此时力传感器114的计测值的斜率可根据复位治疗的情况与医生等的设定变更，通过将加力的速度设成所希望的速度，可获得与需要相应的速度。

然后，对应于力传感器114计测值的增加，检测基准与力传感器114的计测值的差、即辅助对象力整体上减小。而随着这一辅助对象力的减小，作用于脚K3的驱动力也减小。

接着，辅助对象力继续减小、作用于脚K3的驱动力也减小时，力传感器114的计测值便趋近检测基准。与此相对应，作用于脚K3的驱动力渐近于0，朝向停止方向。

然后，在如图8A的C部所示“向脚K3上施加的力”同“作用在脚K3上的力”的增加量平衡时，也即力传感器114的计测值达到辅助原点(检测基准)的阶段，辅助对象力成为0(N)，于是作用到脚K3上的驱动力成为0，辅助动作停止。但即便是在辅助动作停止后，只要重新踩下脚踏开关，便可再继续上述的辅助动作。

此外，在本实施方式中，采用医生等松开脚踏开关121便解除驱动力、停止辅助动作的工作方式。也即采用在医生等操作者感觉异常时能立即停止驱动的结构。

根据以上所述，实行本实施方式的动力辅助控制驱动。在以上说明中，由医生等加到脚K3上的力只是一个方向的，辅助动作中的驱动力也只是一个方向上的，但也可以使辅助动作中的驱动力的方向颠倒。这种情况下的动力辅助控制例子则如图8B所示。

如图8B所示，在动力辅助控制中的辅助方向颠倒时，与上述图8A的情况相同，当医生等朝一个方向给脚K3加力时，即进行动力辅助控制。然后根据复位治疗的需要而使由医生等施加人力的方向颠倒时，与上述的医生松开手的情况相同，力传感器114的计测值一度同“作用在脚K3上的力”一致。

即使是在上述情况下，辅助动作也是向使成为检测基准的辅助原点与力传感器114计测值的差即辅助对象力减小的方向作用。

此时，如图8B所示，在开始辅助动作后，根据辅助控制的驱动力的方向颠倒而成为与医生等给脚K3加力的时刻((2)(图8中以圆圈围绕的数字表示，以下同此)加力的时刻)的力的方向相反的方向。也就是说，辅助对象力的方向在中途颠倒了。

因此，辅助动作朝着回归辅助原点(检测基准)的方向。然后在辅助对象力为0的时刻辅助动作停止。

此外，当医生等踩下脚踏开关121，即开始动力辅助控制(图8B中，(1)开关接通时刻)。在进行该动力辅助控制的状态下，当医生等拿开手而解除加到脚K3上的力时(图8B中，(3)除去力的时刻)，此时可把“作用在脚K3上的力”的增加量视作检测基准与力传感器114的差即辅助对象力。这样回复到踩下开关121时状态，结果得以在安全状态下动作。

通过施行上述的动力辅助控制，下肢K1只在医生等加力时才移动，而当医生等不加力时则能利用驱动系统(马达等)的保持力维持停止状态。

如上所述，这种动力辅助驱动方式的算法能提高患者的安全性，因而也可用于其他的医疗用途与建筑用途等。

在这一实施方式的复位装置中，作为基本的驱动方式，除上述的动力辅助驱动方式外，还可安装JOG驱动方式与样条驱动方式两种驱动方式。

(样条插补驱动方式)

在这一实施方式的复位装置中，还能采用样条插补驱动方式。该样条插补驱动方式是在关于从上一级系统送来的控制点列利用三次样条插补得到的轨道上循环的驱动。

根据该样条插补驱动方式，可以在降低通信量的状态下实现平滑的轨道。而且，该样条插补驱动方式，虽是通过速度控制进行驱动，但由于这种算法构成为在控制点更新时始终进行补偿，所以具有不会积累误差的优点。

(轨道精度验证试验)

本发明人对本实施方式的复位装置，将假想来自上一级系统的指令的控制点给定5点，采用样条插补将区间50分割，进行总计251个点的循环驱动。

然后本发明人用三维位置计测装置测定这种驱动，与由样条插补计算给出的坐标，求出其偏差。结果表示于图9中。此外，驱动速度设定为样条驱动的设计速度上限、即10mm/s。

关于偏差，从图9A可知，平移时平均为0.51(mm)而最大为1.05(mm)。而从图9B可知，旋转时平均为2.16(mrad)。根据本发明人的认识以及研究结果，认为这种偏差是与驱动速度成比例地发生的。

因此可以确认，低速下驱动的机械手的位置控制精度是足够的，这有助于提高复位装置的性能。

(JOG驱动方式)

JOG驱动方式是，根据来自称作示教悬架式操作台的操作盒117的指令，关于平移轴进行例如每次10mm的步进动作，关于旋转轴进行例如每次6°的步进动作。此外，在利用上一级系统时，也可指定任意的驱动量。

(与上一级系统的通信)

下面说明本发明一实施方式的复位装置中的、与上一级系统的通信。

也就是说，本发明人提出了上一级系统与复位装置能通信的通用通信协议与容易内装于上一级系统的通信API(应用程序接口)。这里，该通信协议可对应于多客户机，通过以太网(Ethernet，注册商标)进行复位装置的控制与复位装置状态信息的接收。

此外，作为上一级系统之一，也可以采用大腿骨转子间骨折复位导航系统等。通过采用该导航系统，就能实时地掌握患者的患部状况，算出复位轨道，给复位部5以指示而使其进行复位。由此可以提高复位精度，并且能显著降低复位治疗中医生等的被照射量。

上面虽然具体说明了本发明一实施方式。但本发明并不局限于上述实施方式，而是可以根据本发明的技术思想进行各种变形。

例如在上述实施方式中所举的数值不过是举例，必要时也可采用与其不同的数值。

例如通过配备驱动摆动臂52的臂驱动机构120，就可以不用人力而自动进行摆动臂52的摆动。

例如通过使摆动臂52能够伸缩，则不论患者K是小个子、大个子或是大人、孩子等的何种体型，都能通过适当伸缩摆动臂52来应对。

另外，例如通过配备可伸缩摆动臂52的臂伸缩机构，就能自动地进行摆动臂52的伸缩，将所需人力降至最小限度。

而且，例如可采取这样的结构：摆动臂52使下肢K1进行左右移动动作，第一可动台61使下肢K1进行扭转动作，第二可动台67使下肢K1进行伸缩动作，第三可动台64使下肢K1进行上下移动动作。这样的结构对于使医生等自如地进行复位治疗来说是优选的。

另外，例如，摆动臂52、第一可动台61、第二可动台67、第三可动台64与小腿支承台58可按预定顺序如本实施方式中记述的顺序逐级地安装，在该情况下，与使各个部分独立而分别组装的情况相比，可简化结构。

例如在小腿支承台58上设置了用于固定患者K的小腿K2的固定机构(带111等)，因而能从小腿支承台58有效地将力传递给患者K的腿。

例如设有接头部件72A、72B，使得小腿支承台58绕大致水平的轴线或大致垂直的轴线移动自如，从而可以使脚踝K4进行朝前后的弯曲动作与朝左右的摇摆动作。

此外，使下肢K1与脚踝K4进行的各种动作虽然可以分别单独地进行，但也可同时进行两种以上的动作。例如通过同时驱动摆动臂52与接头部件72A、72B，就可一边使下肢K1进行左右移动动作，一边使脚踝K4进行前后的弯曲动作。

进而，由于在小腿支承台58上设有沿小腿K2的长度方向伸缩自如且装卸自如的辅助部件(辅助台106)，所以通常是把辅助部件安装于小腿支承台58上且在使其伸出的状态下对小腿K2作整体的支承，从而能减轻患者K的负担。此外在进行X射线摄像时，可以缩小或取下辅助部件而不使其摄入X射线照片中。

另外，由于在右小腿支承台58上设有抵接患者K的脚掌的脚掌抵接部件110，因而在使下肢K1进行前后的伸缩动作时或是使脚踝K4进行前后的弯曲动作或左右的摆动动作时，就可对患者K的整个脚掌加力，因此便可防止使患者K承受不必要的痛苦。

另外，在上述实施方式中虽然表示的是具有用于使复位部5的摆动臂52摆动的驱动机构(臂驱动机构)的情况，但也可不设置这种驱动机构。在不设置时，可由人力将摆动臂52摆动并定位到所希望的位置上。

本发明不仅仅适用于复位装置，还适用于通过检测土木工程施工中来自所用土木工程机械等外部的力、来辅助所作用的力的所有装置。

还有，在上述实施方式中，作为操作盒117采用的是如图7中所示那样有开关等突出到外部的装置，但是作为这种操作盒117，也可采用将图7中所示的各种开关显示于触摸屏上而发挥与按钮相同的作用的结构。但即使是在这种情况下，对于用来在紧急情况下使装置停止运转的紧急停止按钮等，还是希望采用触摸屏之外的突出的按钮结构。

Claims (7)

1.一种动力辅助控制装置，其特征在于，具有：

能检测作用于对象物上的力且检测点为1处的力检测机构；

使力相对于上述对象物作用的驱动机构；

控制上述驱动机构的接通/断开的切换机构；

控制上述驱动机构并且能与上述力检测机构之间进行数据通信的控制机构；

以通过上述切换机构使上述驱动机构成为接通状态的时刻下由上述力检测机构计测的力为检测基准，计测从外部相对于上述对象物作用的结果的力，

可以通过上述驱动机构对上述对象物作用辅助力，以使得上述计测的力与上述检测基准的差减小。

2.权利要求1所述的动力辅助控制装置，其特征在于：使通过上述驱动机构相对于上述对象物作用的力作用到下述程度，即、作为从外部相对于上述对象物作用的结果，计测的力与上述检测基准的差大致达到0。

3.权利要求1或2所述的动力辅助控制装置，其特征在于：上述力检测机构是能检测作用于3个平移轴方向与3个旋转轴方向上的力的6轴力传感器。

4.一种动力辅助控制方法，其特征在于：

通过检测点为1处的力检测机构检测作用于对象物的力，在从外部相对于上述对象物作用有力时，通过能与上述力检测机构之间进行数据通信的控制机构，以通过控制驱动机构的接通/断开的上述切换机构使驱动机构成为接通状态的时刻下由上述力检测机构计测的力为检测基准，计测从外部相对于上述对象物作用的结果的力，通过上述驱动机构相对于上述对象物作用辅助力，以使得上述计测的力与上述检测基准的差减小。

5.权利要求4所述的动力辅助控制方法，其特征在于：使通过上述驱动机构相对于上述对象物作用的力作用到下述程度，即、作为从外部相对于上述对象物作用的结果，计测的力与上述检测基准的差大致达到0。

6.权利要求4或5所述的动力辅助控制方法，其特征在于：上述力检测机构是能检测作用于3个平移轴方向与3个旋转轴方向上的力的6轴力传感器。

7.一种复位装置，其特征在于，具有下述动力辅助控制机构，所述动力辅助控制机构具有：能检测作用于对象物上的力且检测点为1处的力检测机构；使力相对于上述对象物作用的驱动机构；控制上述驱动机构的接通/断开的切换机构；控制上述驱动机构并且能与上述力检测机构之间进行数据通信的控制机构；以通过上述切换机构使上述驱动机构成为接通状态的时刻下由上述力检测机构计测的力为检测基准，计测从外部相对于上述对象物作用的结果的力，可以通过上述驱动机构对上述对象物作用辅助力，以使得上述计测的力与上述检测基准的差减小。

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