JP2003088562A - 下肢駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フェールセーフな下肢駆動装置を提供す
る。 【解決手段】接触力に応じた力信号を出力する複数の力
検出器１６をスプリントに設け、力信号の少なくとも１
つが所定の電圧範囲に入っていなければアラーム信号を
出力し、アラーム信号を受けるとサーボアンプ２３に供
給されている電力を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人の下肢を訓練す
る際に安全に駆動することができる下肢駆動装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に近しい従来技術として次のよう
な運動装置がある。この運動装置は、駆動機構によって
回転させることができるターンテーブルと、把持したか
どうかを検出する検出器を備えた把持部を備えており、
運動者がターンテーブル上に起立して把持部を手で把持
して運動装置を作動させる。把持しているか把持してい
ないかは、把持部に設けた検出器のオン、オフ信号によ
って検出される。駆動機構を制御する制御手段は、把持
していることを示す検出器の信号を受けると駆動機構を
作動させてターンテーブルを駆動し、把持されていない
ことを示す信号を受けると駆動機構を停止させてターン
テーブルの動きを止める。検出器は複数設けられてお
り、そのいずれかの検出信号が把持されていることを示
す信号になっていれば駆動機構を作動させ、全てが把持
されていないことを示す信号になっていれば駆動機構を
停止させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、把持部に設けた検出器のオン、オフ信号のみが監視
されてフェールセーフになっていないため、検出器まで
の配線が断線すれば駆動機構を停止することができない
という問題があった。また、検出器の信号のいずれかが
把持状態を検出すれば駆動機構を作動させるため、運動
者が両手把持の必要な運動を行なうような場合に片手把
持の状態で駆動機構が作動して危険な状態に陥る可能性
があるという問題があった。そこで本発明は、かかる問
題点に鑑みて下肢駆動装置の改良がなされたものであ
り、フェールセーフな下肢駆動装置を提供することを目
的とする。

【０００４】

【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、訓練者の大腿を乗せる大腿スプリントを
先端に備えて前記大腿を動かす大腿駆動部と、前記訓練
者の下腿を乗せる下腿スプリントを先端に備えて前記下
腿を動かす下腿駆動部と、前記２つの駆動部に内蔵され
たモータを駆動するサーボアンプと、そのサーボアンプ
に指令を与えるコントローラと、前記サーボアンプに電
力を供給する制御電源とを備えた下肢駆動装置におい
て、前記２つのスプリントに設けられて接触力に応じた
力信号を出力する力検出器と、前記力信号の少なくとも
１つが所定の電圧範囲に入っていなければアラーム信号
を出力する判定手段と、前記アラーム信号を受けると前
記サーボアンプに供給されている前記電力を遮断する電
力遮断手段と、を備えたことを特徴とするものである。
また、前記判定手段は多入力フェールセーフウィンドウ
コンパレータと整流回路からなり、その入力の少なくと
も１つが前記所定の電圧範囲に入っていなければアラー
ム信号を出力することを特徴としており、さらに、前記
力検出手段と前記判定手段を複数備え、その複数の判定
手段のいずれかの前記アラーム信号を受けると、前記電
力遮断手段は前記サーボアンプに供給されている前記電
力を遮断することを特徴としている。

【０００５】

【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は本発明の下肢駆動装置の構成
を示すブロック図であり、図２は機械構造との関係を説
明する図である。これらの図において１０は下肢駆動装
置であり、１１は大腿駆動部、１２は下腿駆動部、１３
ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄはモータ、１４は大腿スプ
リント、１５は下腿スプリント、１６ａ、１６ｂは接触
力検出器、２０はコントローラ、２２は制御電源、２３
はサーボアンプ、１７は訓練者、２４はリレーである。

【０００６】大腿駆動部１１は２つのリンクと２つのモ
ータ１３ａ、１３ｂによって先端に設けられた大腿スプ
リント１４を駆動することができ、下腿駆動部１２は２
つのリンクと２つのモータ１３ｃ、１３ｄによって先端
に設けられた下腿スプリント１５を駆動することができ
る。下肢駆動装置１０の上に横臥した訓練者１７の大腿
と下腿は大腿スプリント１４と下腿スプリント１５に固
定され、大腿駆動部１１と下腿駆動部１２を駆動するこ
とによって訓練者１７の下肢を駆動し、下肢の関節を動
作させることができる。サーボアンプ２３はリレー２４
を介して制御電源２２に接続されており、コントローラ
２０によって駆動されて、モータ１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄを独立して制御する。

【０００７】２６は判定手段であり、２入力ＦＳＷＣ
（フェールセーフウィンドウコンパレータ）３０と、整
流回路２５からなっている。２入力ＦＳＷＣ３０は大腿
スプリント１４に設けられた接触力検出器１６ａと下肢
スプリント１５に設けられた接触力検出器１６ｂの信号
を入力し、それぞれが所定の範囲に入っていればオン信
号を出力し、少なくとも１つが所定の範囲に入っていな
ければオフ信号を出力する。

【０００８】2入力ＦＳＷＣ３０については、内部回路
を示す図３を用いて説明する。Ｒ_H1、Ｒ_L1、Ｒ_H2、Ｒ_L2
は固定抵抗であり、電圧変換器３１ａ、３１ｂ、３１
ｃ、３１ｄがその抵抗値に対応する電圧に変換する。こ
れによって比較器３２ａの（＋）入力に上限電圧Ｖ_H1が
設定され、比較器３２ｂの（−）入力に下限電圧Ｖ_L1が
設定され、比較器３２ｃの（＋）入力に上限電圧Ｖ_H2が
設定され、比較器３２ｄの（−）入力に下限電圧Ｖ_L2が
設定される。２入力ＦＳＷＣ３０は発信器を内蔵してク
ロックパルスが４つの比較器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、
３２ｄに入力されており、比較器３２ａ、３２ｂ、３２
ｃ、３２ｄは、そのクロックに同期して動作する。クロ
ックがハイのときは上記の比較結果を出力し、クロック
がローのときはローを出力する。アンド回路３３ａが比
較器３２ａ、３２ｂの論理積を演算し、アンド回路３３
ｂが比較器３２ｃ、３２ｄの論理積を演算するので、接
触力検出器１６ａの信号がＶ_H1とＶ_L1の間に入っていれ
ばクロックがハイのときにアンド回路３３ａの出力はハ
イになり、そうでなければローになり、接触力検出器１
６ｂの信号がＶ_H2とＶ_L2の間に入っていればクロックが
ハイのときにアンド回路３３ｂの出力がハイになり、そ
うでなければローになる。アンド回路３３ｃがアンド回
路３３ａ、３３ｂの論理積を演算しているので、接触力
検出器１６ａ、１６ｂの信号が図４のハッチングを施し
た領域に入っているときにはクロックがハイのときにハ
イになる。すなわち、２入力ＦＳＷＣ３０の出力が発信
器と同じ周波数の発信信号を出力する。これを整流器２
５で整流するので判定手段２６の出力はハイになる。接
触力検出器１６ａ、１６ｂの信号が図４のハッチングを
施した領域に入っていなければクロックがハイのときも
ローになる。すなわち、２入力ＦＳＷＣ３０の出力は常
にローの信号を出力する。これは整流器２５で整流され
ても判定手段２６の出力はローのままである。

【０００９】判定手段２６の出力がハイであればリレー
２４の接点は閉になり、制御電源２２とサーボアンプ２
３が接続されて電源が供給される。判定手段２６の出力
がローであればリレー２４の接点は開になり、制御電源
２２とサーボアンプ２３が接続されないので電源が供給
されなくなる。

【００１０】このようになっているので、訓練者１７の
下肢が２つのスプリント１４、１５に乗せられて過重が
かかり、２つの接触力検出器１６ａ、１６ｂの信号が図
４の発信領域に入っていれば下肢駆動装置は正常に動作
し続けることができる。しかし、訓練者１７の下肢がス
プリントから離れたり、大きな過重が外部から下肢に加
えられたり、あるいは接触力検出器１６ａ、１６ｂのい
ずれかからコントローラ２０までの電源線または信号線
が断線する、などのようなことがあって、２つの接触力
検出器１６ａ、１６ｂの少なくとも１つが所定の電圧範
囲から逸脱し、図４の発信領域からはみ出してしまえ
ば、判定手段２６の出力はローになり、リレー２４の接
点が開になって制御電源２２とサーボアンプ２３の間が
接続されなくなる。こうして電源の供給が絶たれ、下肢
駆動装置の動作が停止する。このような状況が接触力検
出器１６ａ、１６ｂとコントローラ２０間の断線による
ものであれば、それによる危険な誤動作を回避すること
ができ、フェールセーフとすることができるのである。

【００１１】以上、大腿スプリント１４と下腿スプリン
ト１５に接触力検出器が１箇所ずつ設けられた場合につ
いて説明したが、スプリントが長く、大腿や下腿の全体
を支えることができるようになっているときなどは、ス
プリントの前後端や中央など、複数の箇所に接触力検出
器を設けてもよい。そのようにすれば、さらに誤動作を
少なくすることができる。その場合の下肢駆動装置の構
成を示すブロック図が図５であり、ペアで増えた接触力
検出器ごとに２入力ＦＳＷＣと整流回路を判定手段内に
増設し、それぞれの出力を制御電源２２とサーボアンプ
２３の間に直列になるよう増設したリレーに接続する。
このようにすれば、何れかの検出器が所定値を外れれば
サーボアンプ２３の電源を遮断して下肢駆動装置１０の
動作を停止させることができる。

【００１２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、検
出信号と予め設定された値と比較する状態判別部を有し
ているので、即座に断線を検出してフェールセーフにで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の下肢駆動装置の構成を示すブロック図

【図２】下肢駆動装置の概要を説明する図

【図３】コンパレータの内部構成を示す回路図

【図４】作動領域を説明する図

【図５】応用例をしめす図

【符号の説明】

１０ 下肢駆動装置 １１ 大腿駆動部 １２ 下腿駆動部 １３ モータ １４、１５ スプリント １６ 検出器 １７ 訓練者 ２０ コントローラ ２２ 制御電源 ２３ サーボアンプ ２４ リレー ２５ 整流器路 ２６ 判定手段 ３０ ２入力ＦＳＷＣ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】訓練者の大腿を乗せる大腿スプリントを先
   端に備えて前記大腿を動かす大腿駆動部と、前記訓練者
   の下腿を乗せる下腿スプリントを先端に備えて前記下腿
   を動かす下腿駆動部と、前記２つの駆動部に内蔵された
   モータを駆動するサーボアンプと、そのサーボアンプに
   指令を与えるコントローラと、前記サーボアンプに電力
   を供給する制御電源とを備えた下肢駆動装置において、 前記２つのスプリントに設けられて接触力に応じた力信
   号を出力する力検出器と、 前記力信号の少なくとも１つが所定の電圧範囲に入って
   いなければアラーム信号を出力する判定手段と、 前記アラーム信号を受けると前記サーボアンプに供給さ
   れている前記電力を遮断する電力遮断手段と、 を備えたことを特徴とする下肢駆動装置。
2. 【請求項２】前記判定手段は多入力フェールセーフウィ
   ンドウコンパレータと整流回路からなり、その入力の少
   なくとも１つが前記所定の電圧範囲に入っていなければ
   アラーム信号を出力することを特徴とする請求項１記載
   の下肢駆動装置。
3. 【請求項３】前記力検出手段と前記判定手段を複数備
   え、その複数の判定手段のいずれかの前記アラーム信号
   を受けると、前記電力遮断手段は前記サーボアンプに供
   給されている前記電力を遮断することを特徴とする請求
   項１または２に記載の下肢駆動装置。