JP2003038589A

JP2003038589A - 足関節駆動装置

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Publication number: JP2003038589A
Application number: JP2001229485A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Sakaki; 泰輔榊
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】最大関節角度と最大関節負荷を簡易に設定
でき、正転逆転のスムーズな揺動ができる足関節駆動装
置を提供する。【解決手段】把持部８と、把持部駆動機構７と、最大関
節可動域設定部１と、最大関節負荷設定部２と、関節角
度計測部３と、関節負荷計測部４と、関節角度目標値設
定部６とを具えた足関節駆動装置において、動作速度
等の動作パターン条件を設定して関節角度目標値設定部
へ出力する動作パターン設定部５を設け、関節角度目標
値設定部６には動作パターン条件と最大関節可動域設定
値、最大関節負荷設定値、関節角度計測値、関節負荷計
測値を受けて角度目標値を更新する動作監視部と、その
角度目標値を受けて把持部駆動機構の動作を制御する動
作制御部とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、整形外科手術後の
リハビリテーションなどで、足関節の関節可動域訓練
や、筋力増強訓練、持続力増強訓練などの訓練を行う足
関節駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】整形外科手術後のリハビリテーションの
一環として、足関節の関節可動域訓練や筋力増強訓練、
持続力増強訓練などが行われる。その訓練では、理学療
法士が足裏を押したりしょう骨（かかと）を身体下方に
引き下げたりして下腿部と足部の間にある距腿関節の柔
軟性が保たれる。そこで用いられ、膝や肘など足関節以
外に適用される運動療法装置として、１軸の回転軸を有
して手首関節に適用する装置（特開昭６０−１７９０６
２号公報：オルトペディック社、特開昭６０−２３２１
５８号公報：サッター社）、ベッド取付機構を有して膝
と股関節を屈曲伸展させる装置（特開昭６１−１７０４
６４号公報：インバケア社）、直線部材上の往復運動に
よって肩と肘関節を屈曲伸展させる装置（特公平４−１
４０２８号公報：トロントメディカル社）、股と膝を屈
曲伸展させて股の外転を可能とした装置（特開昭６０−
２０３９６３号公報：オルトペディック社）などが開発
されている。

【０００３】これらは、肢体の可動角度を数値で設定す
ると、その設定角度にしたがって一定速度で肢体を運動
させる連続他動運動を行うことができる。また、曲げう
る関節の最大角度から最大関節可動域を設定すると、そ
の設定範囲内を一定速度で動作させたり、所定の負荷を
越えて過負荷を検出すれば一時停止したり動作方向の反
転を行うこともできる。

【０００４】特公昭５７−４４３３７号公報、特公平３
−５４５８７号公報に開示された発明では、肢体が能動
的に等尺運動や、等張運動、等速運動をして筋力増強を
することができる。この技術では、肢体の可動角度を数
値で設定して一定速度の他動運動をさせることができ
る。肢体を直接動かして可動角度を時系列データに設定
する直接教示を行えば、その時系列データにしたがった
他動運動をさせることができる。また、関節の角度や負
荷を計測して関節にかかる最大負荷を可変に設定するこ
ともできる。

【０００５】一方、足関節に適用される技術として、特
開平５−１４６４７６号公報に開示された技術は、足首
の底屈背屈、回旋、内外転の可能な多軸の回転軸を有し
ており（オルトペディック社）、他に足首の底屈背屈運
動を実施するもの（アンクルストレッチャ：Ａｎｋｌｅ
Ｓｔｒｅｔｃｈｅｒ）もある。

【０００６】しかし特開昭６０−１７９０６２号公報、
特開昭６０−２３２１５８号公報、特開昭６１−１７０
４６４号公報、特公平４−１４０２８号公報、及び特開
昭６０−２０３９６３号公報に開示された技術は、膝や
肘などの足関節以外の関節と、関節周りの肢体構造が異
なるため、足関節にそのまま適用することはできなかっ
た。また特公昭５７−４４３３７号公報、特公平３−５
４５８７号公報に開示された技術は、最大関節負荷の設
定値と関節負荷の計測値からは、最大関節可動域を自動
的に調整することができないという問題があった。そし
て関節負荷が最大関節負荷を下回るときは、手動で操作
して最大関節可動域を広げる必要があった。一方、特開
平５−１４６４７６号公報に開示された技術では、連続
他動運動のために足裏のみを押す構造となっており、し
ょう骨を押す構造にはなっていないため、これを使用す
ると足指のみが曲がってしまい、距腿関節周りの運動を
させることが極めて困難であるという問題があった。同
時に、距腿関節の身体前方への引き上げ運動や、身体後
方への引き下げ運動をすることができないという問題も
あった。

【０００７】そこで、これらの問題を解決するため開発
された足用訓練装置が特開平１１−８９８９７号公報に
開示されており、距腿関節周りの運動を適正に行うこと
ができて距腿関節の他動運動を効果的に行うことができ
るとされている。この技術によると、最大関節可動域や
最大負荷トルクなどの目標値をロボット工学のダイレク
トティーチング技術で設定することができる。また、最
大関節負荷設定値と関節負荷計測値に基づいて、最大負
荷を超えるときと越えないときのそれぞれについて、揺
動する毎に曲げ角度の目標値再設定をしており、最大関
節可動域を自動的に調整することができる。図７はこの
技術を適用した関節駆動装置の構成を示すブロック図で
ある。

【０００８】図８は、従来の足関節駆動装置を示す斜視
図である。基部８０には、下腿部８１が当接・拘束さ
れ、把持部８には、足部８２が当接・拘束される。把持
部８は、しょう骨把持部８５とともに把持部駆動機構７
によって駆動されることにより、下腿部８１と足部８２
との間の足関節、すなわち距腿関節８３の他動運動又は
自動運動を行う。把持部８は、下腿部拘束ベルト８６に
よって基部８０に拘束された下腿部８１の距腿関節に沿
う仮想延長線８８周りに、基部８０に揺動可能に支持さ
れる。把持部８は、把持部駆動機構７によって基部８０
に対して図中矢印方向に揺動される。把持部駆動機構７
は、距腿関節８３に沿う仮想延長線８８上に位置する回
転軸８９を、正逆方向に回転させることにより、回転軸
８９に連結された把持部８を距腿関節８３に沿う仮想延
長線８８を中心として反復して揺動させる。

【０００９】次に図７について説明する。最大関節可動
域設定部１は距腿関節の関節可動域の最大値が予め設定
されて最大関節可動域設定値θmax、θminを出力してい
る。最大関節負荷設定部２は関節にかけることのできる
負荷の最大値が予め設定されて最大関節負荷設定値Ｔma
xを出力している。関節角度計測部３は把持部駆動機構
７が関節を屈曲・伸展運動しているときに関節の曲げ角
度を常時計測して計測値θを出力している。関節負荷計
測部４は把持部駆動機構７が関節を屈曲・伸展運動して
いるときに把持部８に設けられた歪みセンサの信号に基
づいて関節にかかる負荷を常時計測しており、関節負荷
計測値Ｔを出力している。これらの信号θmax、θmin、
θ、Ｔmax、Ｔを入力すると、関節角度目標値設定部６
Ｂは次のようにしてその時点の関節の曲げ角度の目標値
Ｖを実時間で更新し出力する。θ、Ｔの少なくとも一方
がθmax、θmin又はＴmaxより大きいときは、θを関節
角度目標値Ｖとし、θ、Ｔの何れもθmax、θmin又はＴ
maxより小さいときは、関節角度目標値Ｖを所定の微小
量だけ大きくする。関節角度目標値Ｖがθmax、θminよ
り大きいときはθmax、θminを関節角度目標値Ｖとす
る。関節角度目標値Ｖを受けて把持部駆動機構７が関節
曲げ動作をしているときにＴがＴmaxより大きくなれば
把持部駆動機構７の動作を一旦停止し、その後、運動方
向を反転させる。そしてＴがＴmax以下になるまで関節
角度目標値Ｖを所定の微小量だけ小さくする。把持部駆
動機構７が関節角度目標値Ｖを入力すると、その信号に
応じて把持部８を駆動し距腿関節を屈曲・伸展運動させ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、ダイレクトティーチングして最大関節角
度と最大関節負荷を設定するため、制御システムの構成
が複雑になり設定に手間がかかるという問題があった。
また、角度目標値の再設定処理をするときに正転と逆転
をする揺動の動作手順が明示されておらず、スムーズな
動作が保証されていないという問題があった。

【００１１】そこで本発明は、これらの問題を解消する
ためになされたものであり、最大関節角度と最大関節負
荷の設定を簡易に行うことができ、角度目標値の再設定
処理で正転逆転の揺動をスムーズに実行できる足関節駆
動装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明は、関節の他動運動又は自動運動を行う足関
節駆動装置であって、肢体を把持する把持部と、その把
持部を駆動して前記肢体の関節を屈曲・伸展運動させる
把持部駆動機構と、前記関節の可動域の最小値と最大値
を設定して最大関節可動域設定値を出力する最大関節可
動域設定部と、前記関節にかけることのできる負荷の最
大値を設定して最大関節負荷設定値を出力する最大関節
負荷設定部と、前記関節の曲げ角度を計測して関節角度
計測値を出力する関節角度計測部と、前記関節にかかる
負荷を計測して関節負荷計測値を出力する関節負荷計測
部と、前記最大関節可動域設定値と、前記最大関節負荷
設定値、前記関節角度計測値、前記関節負荷計測値を受
けて、前記関節の曲げ角度の目標値とする角度目標値を
設定し、前記把持部駆動機構を制御する関節角度目標値
設定部と、を具備した足関節駆動装置において、動作速
度等の動作パターン条件を設定して前記関節角度目標値
設定部へ出力する動作パターン設定部が設けられ、前記
関節角度目標値設定部には、前記動作パターン条件と前
記最大関節可動域設定値、前記最大関節負荷設定値、前
記関節角度計測値、前記関節負荷計測値を受けて前記角
度目標値を更新する動作監視部と、その角度目標値を受
けて前記把持部駆動機構の動作を制御する動作制御部と
が設けられていることを特徴とするものであり、前記動
作監視部は、角度目標値を微少角度だけ更新する角度目
標値更新部と、更新された角度目標値に対し、前記最大
関節可動域設定値、前記最大関節負荷設定値、前記関節
角度計測値、前記関節負荷計測値にもとづいて、動作方
向の保持または反転を行い最終的な角度目標値を出力す
る動作方向判断部と、その出力を保持する角度目標値の
メモリとを設けたことを特徴とするものである。また、
前記角度目標値更新部は、前記動作パターン条件と、前
記角度目標値のメモリが出力する前回の角度目標値と角
度更新の符号に基づいて、正転方向を保持する場合は背
屈方向を正として角度目標値を正の微少量だけ増やし、
逆転方向を保持する場合は底屈方向を負として角度目標
値から正の微少量だけ減らし、微少角度増減処理をして
角度目標値を更新することを特徴としている。また、前
記動作方向判断部は、前回の角度目標値と、更新された
角度目標値、前記最大関節可動域設定値、前記最大関節
負荷設定値、前記関節角度計測値、前記関節負荷計測値
とから、前記関節角度計測値が前記最大関節可動域設定
値の大きい方の値よりも大きいか、または、前記関節角
度計測値が前記最大関節可動域設定値の小さい方の値よ
りも小さいか、または、更新された角度目標値が前記最
大関節可動域設定値の大きい方の値よりも大きいか、ま
たは、更新された角度目標値が前記最大関節可動域設定
値の小さい方の値よりも小さいか否かの判定を行い、肯
の場合は動作反転の処理を行い、否の場合はさらに、前
記関節負荷計測値が前記最大関節負荷設定値よりも大き
いか否かの判定を行い、肯の場合は角度更新の符号に対
応する方の前記最大関節可動域設定値を更新された角度
目標値とし、否の場合、そのまま処理を終了することを
特徴としている。また、動作反転の処理をするときは、
前回の角度目標値を更新された角度目標値とし、同時に
角度更新の符号を反転することを特徴としている。ま
た、前記動作監視部は、まず角度目標値を微少角度だけ
更新する角度目標値更新部と、その更新した角度目標値
に対し、前記最大関節可動域設定値、前記最大関節負荷
設定値、前記関節角度計測値、前記関節負荷計測値に基
づいて、動作方向の保持または反転を行い最終的な角度
目標値を出力する動作方向判断部と、その目標値を記憶
する角度目標値のメモリと、その角度目標値を角速度目
標値に変換する角速度変換部とを設けたことを特徴とし
ている。また、前記角速度変換部は、前回の角度目標値
のメモリから出力された前回の角度目標値と前記角度目
標値から新たな角速度目標値を計算することを特徴とし
ている。また、前記動作パターン設定部は、動作スピー
ドと、最大関節角度の目標値におけるホールド時間、動
作時間、動作回数を設定できることを特徴としている。
また、前記動作パターン設定部は、動作スピードと、最
大関節角度の目標値におけるホールド時間、動作時間、
動作回数の設定に対し、初期値またはメモリに記憶して
おいた前回の値をあらかじめ示しておくことを特徴とし
ている。また、前記最大関節可動域設定部は、足関節の
背屈の最大曲げ角度の目標値と底屈の最大曲げ角度の目
標値とをそれぞれ最大関節可動域設定値とすることを特
徴としている。また、前記最大関節負荷設定部は、足関
節背屈時の最大許容負荷の値と底屈時の最大許容負荷の
値のいずれかの値を最大関節負荷設定値とすることを特
徴としている。また、前記最大関節可動域設定部と前記
最大関節負荷計測部の各設定手段として、ダイアルと、
ＳＷ、メモリのいずれかを用いて手動で設定することを
特徴としている。また、請求項１３に記載の本発明は、
基部と、その基部に下腿部を拘束する下腿部拘束手段
と、前記下腿部の距腿関節に沿う仮想延長線周りに、揺
動可能に支持された把持部と、その把持部に足部を拘束
する足部拘束手段と、前記把持部を揺動させると、距腿
関節に沿う仮想延長線周りに前記しょう骨と足裏を変位
させ、前記距腿関節を屈曲・伸展運動させる把持部駆動
機構と、を具備したことを特徴としている。このように
なっているため、最大関節角度と最大関節負荷の設定を
簡易に行うことができ、角度目標値の再設定処理で正転
逆転の揺動をスムーズに実行できるのである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明の実施例の主な構成を
示すブロック図である。図において、最大関節可動域設
定部１は、距腿関節の関節可動域の最小値と最大値が予
め設定されて最大関節可動域設定値θmax、θminを出力
する。最大関節負荷設定部２は、関節にかけることので
きる負荷の最大値が予め設定されて最大関節負荷設定値
Ｔmaxを出力する。関節角度計測部３は関節の曲げ角度
を計測して関節角度計測値θを出力する。関節負荷計測
部４は、把持部８に設けられた図示しない歪センサの信
号またはモータ電流値等から関節にかかる負荷を算出し
て関節負荷計測値Ｔを出力する。動作パターン設定部５
は、動作スピードと、最大関節角度度の目標値における
ホールド時間、訓練全体の動作時間、揺動する動作回数
があらかじめ設定されてこれらを含む動作パターン条件
Ａを出力する。関節角度目標値設定部６は、入力した信
号θmax、θmin、θ、Ｔmax、Ｔ、Ａからその時点の関
節の角度目標値を算出して制御出力Ｖを出力する。これ
を受けた把持部駆動機構７は把持部８を駆動してその動
作を制御する。

【００１４】なお、足関節の他動運動や自動運動を行う
足関節駆動装置は図８の構成をしており、下腿部が基部
８０に当接して拘束され、足部８２が把持部８に当接し
て拘束される。把持部８は基部８０に支持されてしょう
骨把持部８５と把持部駆動機構７で駆動され、下腿部８
１の距腿関節８３に沿う仮想延長線８８周りに揺動可能
となって距腿関節８３の他動運動又は自動運動を行う。
そして把持部駆動機構７によって図の矢印方向に揺動さ
れる。把持部駆動機構７は、回転軸を正逆方向に回転さ
せ、距腿関節８３に沿う仮想延長線８８を中心として把
持部８を反復して揺動させる。

【００１５】次に関節角度目標値設定部６の内部構成に
ついて図２を用いて説明する。関節角度目標値設定部６
は、動作監視部６１と動作制御部６２から構成されてい
る。動作監視部６１は角度目標値θｓまたは角速度目標
値φｓを更新して出力し、動作制御部６２は、角度目標
値θｓを受けて制御出力Ｖを出力する。図２の上記の処
理は制御周期ごとに繰り返して実行される。

【００１６】次に図３を用いて動作監視部６１について
説明する。動作監視部６１は、動作パターン条件Ａを入
力すると、角度目標値を微少角度だけ更新して角度目標
値θｔを出力する角度目標値更新部６３と、θｔとθma
x、θmin、θ、Ｔmax、Ｔを受けて動作方向の保持または
反転を行う最終的な角度目標値θ₀を出力する動作方向
判断部６４、θ₀を記憶する角度目標値のメモリ６５と
で構成されている。

【００１７】角度目標値更新部６３では、動作パターン
条件Ａと、角度目標値のメモリ６５から受ける前回の角
度目標値θｐと角度更新の符号ａに基づいて、正転方向
を保持する場合は背屈方向を正として角度目標値を正の
微少量だけ増やし、逆転方向を保持する場合は底屈方向
を負として角度目標値から正の微少量だけ減らし、微少
角度の増減処理をして角度目標値を更新する。

【００１８】動作方向判断部６４は、更新した角度目標
値θｔを受けるとθmax、θmin、θ、Ｔmax、Ｔにもと
づく処理をして動作方向の保持または反転処理を実行
し、最終的な角度目標値θ₀と角度更新の符号ａを出力
する。この信号は角度目標値のメモリ６５に格納されて
次の制御周期で使用される。

【００１９】次に動作方向判断部６４の処理手順につい
て図４のフローチャートを用いて説明する。まず、θp
と、θt、Ｔ、θ、Ｔmax、θmax、θmin を入力する
と、（Ｓ１）で、θ＞θmax、または、θ<θmin、また
は、θt＞θmax、または、θt<θmin、となっているか
どうかが判断される。その条件のいずれかを満たす場合
は、（Ｓ２）で動作反転処理され、角度目標値θtが前
回の値θpと同じ値に修正されて角度更新の符号ａが反
転される。一方、（Ｓ１）で条件を満たしていないと判
断されたときは、（Ｓ３）で関節負荷計測値Ｔが最大関
節負荷設定値Ｔmaxより大きいかどうかが判断される。
大きいと判断されたときは、（Ｓ４）で現在の角度目標
値θtを最大関節可動域設定値θmaxまたはθminとして
新たに設定し、角度目標値θtの更新を終了して角度更
新の符号ａは同じとされる。ここで、現在の角度更新の
符号ａが正ならば角度目標値θtを最大関節可動域設定
値θmaxとして設定し、現在の角度更新の符号ａが負な
らば角度目標値θtを最大関節可動域設定値θminとして
設定する。また（Ｓ３）で大きくないと判断されたとき
はそのまま処理を終了する。

【００２０】次に図５を用いて動作監視部６１の第２の
実施例について説明する。この例では、動作監視部７１
は、角度目標値を微少角度だけ更新する角度目標値更新
部７２と、更新した角度目標値θｔを受けるとθmax、
θmin、θ、Ｔmax、Ｔに基づく処理をし、動作方向の保
持または反転をして最終的な角度目標値θ₀を出力する
動作方向判断部７３、その出力を格納する角度目標値の
メモリ７５、最終的な角度目標値θ₀から角速度目標値
φ₀を計算して出力する角速度変換部７４とで構成され
る。

【００２１】角度目標値更新部７２は、動作パターン条
件Ａと、角度目標値のメモリ７５が出力する前回の角度
目標値θｐと角度更新の符号aに基づいて、正転方向を
保持する場合は背屈方向を正として角度目標値を正の微
少量だけ増やし、逆転方向を保持する場合は底屈方向を
負として角度目標値から正の微少量だけ減らし、微少量
の角度増減処理をして角度目標値を更新する。

【００２２】動作方向判断部７３は、更新した角度目標
値θｔを受けるとθmax、θmin、θ、Ｔmax、Ｔにもと
づいて、動作方向の保持または反転処理を実行し、最終
的な角度目標値θ₀と角度更新の符号ａを出力する。こ
の信号は角度目標値のメモリ７５に格納され次の制御周
期で使われる。角速度変換部７４では次の処理をして角
速度目標値φ₀を出力する。図６は角速度変換部７４の
構成を示すブロック図であり、角度目標値θ₀を入力す
ると、前回の角度目標値のメモリ７６に格納されるとと
もに、角速度目標値の計算７７によって前回の角度目標
値を差し引いて制御周期で除算した後、ローパスフィル
タを通して角速度目標値φ₀を算出し出力する。ここ
で、前回の角度目標値θ₀は、前回の角度目標値のメモ
リ７６に記憶されていた値である。

【００２３】以上で実施例についてひととおり説明した
が、動作パターン設定部５では、角度目標値のメモリ６
５に記憶されている前回の動作スピードすなわち角速度
の目標値と、最大関節角度の目標値におけるホールド時
間、動作時間、動作回数が設定されており、動作スピー
ドに制御周期を乗ずれば制御周期ごとの角度の増減分を
計算することができる。

【００２４】また、最大関節可動域設定部１は、足関節
の背屈の最大曲げ角度の目標値と底屈の最大曲げ角度の
目標値をそれぞれ最大関節可動域設定値θmax、θminと
設定し、最大関節負荷設定部２は、足関節の背屈時の最
大許容負荷と底屈時の最大許容負荷をそれぞれ最大関節
負荷設定値Ｔmaxと設定し、最大関節可動域設定部１と
最大関節負荷設定部２では、ダイアルやＳＷ、メモリな
どを使って手動で設定することもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の足関節駆動
装置は、動作パターン設定部を設け、関節角度目標値設
定部には動作監視部と動作制御部を設けたので、最大関
節角度と最大関節負荷の設定を簡易に行うことができ
て、正転逆転の揺動をスムーズに実行できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の足関節駆動装置の主な構成を示すブロ
ック図

【図２】関節角度目標値設定部の構成を示すブロック図

【図３】動作監視部の構成を示すブロック図

【図４】動作方向判断部の処理手順を示すフローチャー
ト

【図５】動作監視部の構成を示す第２のブロック図

【図６】角速度変換部の構成を示すブロック図

【図７】従来の足関節駆動装置の主な構成を示すブロッ
ク図

【図８】従来の足関節駆動装置の機構を示す斜視図

【符号の説明】

１最大関節可動域設定部２最大関節負荷設定部３関節角度計測部４関節負荷計測部５動作パターン設定部６、６Ｂ関節角度目標値設定部６１動作監視部６２動作制御部６３角度目標値更新部６４動作方向判断部６５角度目標値のメモリ７把持部駆動機構７２角度目標値変更部７３動作方向判断部７４角速度変換部７５角度目標値のメモリ７６前回の角度目標値のメモリ７７角速度目標値の計算部８把持部８０基部８１下腿部８２足部８３距腿関節８５しょう骨把持部８６下腿部拘束ベルト８８仮想延長線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】関節の他動運動又は自動運動を行う足関節
駆動装置であって、肢体を把持する把持部と、その把持部を駆動して前記肢体の関節を屈曲・伸展運動
させる把持部駆動機構と、前記関節の可動域の最小値と最大値を設定して最大関節
可動域設定値を出力する最大関節可動域設定部と、前記関節にかけることのできる負荷の最大値を設定して
最大関節負荷設定値を出力する最大関節負荷設定部と、前記関節の曲げ角度を計測して関節角度計測値を出力す
る関節角度計測部と、前記関節にかかる負荷を計測して関節負荷計測値を出力
する関節負荷計測部と、前記最大関節可動域設定値と、前記最大関節負荷設定
値、前記関節角度計測値、前記関節負荷計測値を受け
て、前記関節の曲げ角度の目標値とする角度目標値を設
定し、前記把持部駆動機構を制御する関節角度目標値設
定部と、を具備した足関節駆動装置において、動作速度等の動作パターン条件を設定して前記関節角度
目標値設定部へ出力する動作パターン設定部が設けら
れ、前記関節角度目標値設定部には、前記動作パターン条件
と前記最大関節可動域設定値、前記最大関節負荷設定
値、前記関節角度計測値、前記関節負荷計測値を受けて
前記角度目標値を更新する動作監視部と、その角度目標
値を受けて前記把持部駆動機構の動作を制御する動作制
御部とが設けられていることを特徴とする足関節駆動装
置。
【請求項２】前記動作監視部は、角度目標値を微少角度
だけ更新する角度目標値更新部と、更新された角度目標
値に対し、前記最大関節可動域設定値、前記最大関節負
荷設定値、前記関節角度計測値、前記関節負荷計測値に
もとづいて、動作方向の保持または反転を行い最終的な
角度目標値を出力する動作方向判断部と、その出力を保
持する角度目標値のメモリとを設けたことを特徴とする
請求項１に記載の足関節駆動装置。
【請求項３】前記角度目標値更新部は、前記動作パター
ン条件と、前記角度目標値のメモリが出力する前回の角
度目標値と角度更新の符号に基づいて、正転方向を保持
する場合は背屈方向を正として角度目標値を正の微少量
だけ増やし、逆転方向を保持する場合は底屈方向を負と
して角度目標値から正の微少量だけ減らし、微少角度増
減処理をして角度目標値を更新することを特徴とする請
求項２記載の足関節駆動装置。
【請求項４】前記動作方向判断部は、前回の角度目標値
と、更新された角度目標値、前記最大関節可動域設定
値、前記最大関節負荷設定値、前記関節角度計測値、前
記関節負荷計測値とから、前記関節角度計測値が前記最
大関節可動域設定値の大きい方の値よりも大きいか、ま
たは、前記関節角度計測値が前記最大関節可動域設定値
の小さい方の値よりも小さいか、または、更新された角
度目標値が前記最大関節可動域設定値の大きい方の値よ
りも大きいか、または、更新された角度目標値が前記最
大関節可動域設定値の小さい方の値よりも小さいか否か
の判定を行い、肯の場合は動作反転の処理を行い、否の
場合はさらに、前記関節負荷計測値が前記最大関節負荷
設定値よりも大きいか否かの判定を行い、肯の場合は角
度更新の符号に対応する方の前記最大関節可動域設定値
を更新された角度目標値とし、否の場合、そのまま処理
を終了することを特徴とする請求項３記載の足関節駆動
装置。
【請求項５】動作反転の処理をするときは、前回の角度
目標値を更新された角度目標値とし、同時に角度更新の
符号を反転することを特徴とする請求項4記載の足関節
駆動装置。
【請求項６】前記動作監視部は、まず角度目標値を微少
角度だけ更新する角度目標値更新部と、その更新した角
度目標値に対し、前記最大関節可動域設定値、前記最大
関節負荷設定値、前記関節角度計測値、前記関節負荷計
測値に基づいて、動作方向の保持または反転を行い最終
的な角度目標値を出力する動作方向判断部と、その目標
値を記憶する角度目標値のメモリと、その角度目標値を
角速度目標値に変換する角速度変換部とを設けたことを
特徴とする請求項1記載の足関節駆動装置。
【請求項７】前記角速度変換部は、前回の角度目標値の
メモリから出力された前回の角度目標値と前記角度目標
値から新たな角速度目標値を計算することを特徴とする
請求項6記載の足関節駆動装置。
【請求項８】前記動作パターン設定部は、動作スピード
と、最大関節角度の目標値におけるホールド時間、動作
時間、動作回数を設定できることを特徴とする請求項7
記載の足関節駆動装置。
【請求項９】前記動作パターン設定部は、動作スピード
と、最大関節角度の目標値におけるホールド時間、動作
時間、動作回数の設定に対し、初期値またはメモリに記
憶しておいた前回の値をあらかじめ示しておくことを特
徴とする請求項8記載の足関節駆動装置。
【請求項１０】前記最大関節可動域設定部は、足関節の
背屈の最大曲げ角度の目標値と底屈の最大曲げ角度の目
標値とをそれぞれ最大関節可動域設定値とすることを特
徴とする請求項１記載の足関節駆動装置。
【請求項１１】前記最大関節負荷設定部は、足関節背屈
時の最大許容負荷の値と底屈時の最大許容負荷の値のい
ずれかの値を最大関節負荷設定値とすることを特徴とす
る請求項1記載の足関節駆動装置。
【請求項１２】前記最大関節可動域設定部と前記最大関
節負荷計測部の各設定手段として、ダイアルと、ＳＷ、
メモリのいずれかを用いて手動で設定することを特徴と
する請求項１記載の足関節駆動装置。
【請求項１３】基部と、その基部に下腿部を拘束する下腿部拘束手段と、前記下腿部の距腿関節に沿う仮想延長線周りに、揺動可
能に支持された把持部と、その把持部に足部を拘束する足部拘束手段と、前記把持部を揺動させると、距腿関節に沿う仮想延長線
周りに前記しょう骨と足裏を変位させ、前記距腿関節を
屈曲・伸展運動させる把持部駆動機構と、を具備したことを特徴とする請求項１ないし１２に記載
のいずれかの足関節駆動装置。