JP2004267678A - 訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置 - Google Patents

訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置 Download PDF

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Seiichiro Okada
誠一郎 岡田
Zenta Nakamoto
善太 中元
Taisuke Sakaki
泰輔 榊
Ryokichi Hirata
亮吉 平田
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Abstract

【課題】脚の屈伸角度や訓練パターンに対応した圧迫力の調節や圧迫力を監視し安全の確保をすることができる訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】下腿スプリント2および大腿スプリント4に訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える筋圧迫補助機構10と、下肢訓練装置9より下腿駆動部3bと大腿駆動部5および角度センサ部7aより算出される訓練者1の膝・股関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、筋圧迫補助機構10へ送り、かつ筋圧迫補助機構10から過圧迫の情報を受けて肢体の拘束を緩める指令を制御部8へ送る同期制御部14を備え、下肢訓練において加圧トレーニングを行うこととする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、下肢機能低下を矯正し、筋・骨格系の機能を改善し、健康状態を維持・改善する目的で関節可動域訓練・筋力増強訓練・持続力増強訓練・協調性訓練・神経筋再教育を行う医学的リハビリテーションにおける運動療法を実施するための肢体駆動装置、あるいは整形外科における関節軟部組織修復と関節可動域維持・拡大を目的とする関節他動運動を実施するための肢体駆動装置、あるいは体力向上など健康増進のための訓練を目的とする肢体駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、筋力のストレッチと増強などの訓練を目的としたものに、整形外科で用いられている関節運動装置や、理学療法科で用いられている運動療法装置、健康増進のための訓練装置があり、次のようなものであった。
その中で、特許文献1(図8)の下肢駆動装置は、臥位姿勢で、他動運動の他に、筋力の微弱な訓練者の訓練用に、自動運動を介助するいわゆる自動介助運動を行うことができる。
また、特許文献2の歩行訓練装置で、臥位姿勢で、歩行を模擬した運動訓練を行うことができ、その際、下肢を支持・駆動するアームの動作により、仮想的な床平面による足底反力を提示することができる。
また、従来の肢体圧迫機構においては、適切な圧迫力を個別に設定すること、ベルクロファスナを圧迫スリーブに取り付けることを目的とした圧迫機構であった。
また、特許文献3には適切な圧迫力を個別に設定するエアマッサージ器が記載されている。
また、特許文献4にはベルクロファスナを圧迫スリーブに取り付ける方法が記載されている。
【0003】
【特許文献1】特開平11−347081号公報
【特許文献2】特開2000−102576号公報
【特許文献3】特開2000−42067号公報
【特許文献4】特開平8−168511号公報
【0004】
以下に特許文献3について簡単に図面を用いて説明する。
構成:図9において、C1 ̄C5は、空気圧を分割するための分割室(セル)であり、Kは空気袋であり、121はセルC1 ̄C5へ接続される空気の分配側の通口である。概要:以上の構成において、図示しない空気圧源から給送される空気圧の流路を流路切替弁で順次切り替えると共に、この空気圧を複数の分割室(セル)C1 ̄C5を有する空気袋(カフ)Kとの間で給排気させながら施療部のマッサージを行うエアマッサージを行うエアマッサージ器において、流路切替弁は、各セルC1 ̄C5へ接続される分配側の通口121をそれぞれ異なる開口面積に形成させ、各セルC1 ̄C5への供給空気量をセル毎に変化させるよう構成した。
作用/効果:このように、従来のエアマッサージ器は、流路切替弁として用いたロータリー弁における給排気ポートの開口面積を変えるというきわめて簡単な構成によって、マッサージに対象部位に応じた適切な圧迫力に必要な供給空気量をカフの各セル毎に個別に設定することが可能であり、マッサージの効果を向上させることができる。また、上記した供給空気量の設定は、既存のエアマッサージ器におけるロータリー弁のステータを交換するだけの作業で容易且つ安価に達成できると共に、一旦設定した後は外部で操作できる従来技術による流量制御機構の場合と違って使用者は可変できないので、一般家庭で素人が操作しても安定したマッサージ効果が得られる。
【0005】
また、以下に特許文献4について簡単に図面を用いて説明する。
構成:図10において、10は圧迫スリーブで、10はシートで、38は圧迫チャンバで、46は前記圧迫チャンバ38に加圧ガスを導管手段で、56はビニル製裏打ち材料が積層されたループファスナ部で、57はビニル裏打ち材料である。
概要:以上の構成において前記圧迫スリーブ10は前記シート30を有し、前記シート30は、周辺部分に沿って付着されている。前記圧迫スリーブ10の内部には少なくとも一つの前記圧迫チャンバ38と、加圧ガスを少なくとも前記圧迫チャンバ38に導入するための前記導管手段46と、ビニル製裏打ち材料が積層された前記ループファスナ部56とを有し、前記ループファスナ部56はその前記ビニル製裏打ち材料57を、前記シート30の一方に、高周波溶接で取り付けられている。
作用/効果:このように従来のベルクロファスナを圧迫スリーブに取り付ける方法では、前記ループファスナ部56をその前記ビニル製裏打ち材料57により、前記シート30の一方に高周波溶接で取り付けるという方法がとられており、スリーブ毎の全費用がほぼ30%減少することになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の圧迫機構・下肢訓練装置においては、脚の屈伸角度や訓練パターンに対応した圧迫力の調節や、圧迫力を監視することによって駆動部を調節し、十分な安全の確保をすることができないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、脚の屈伸角度や訓練パターンに対応した圧迫力の調節や圧迫力を監視し安全の確保をすることができる訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、前記訓練者1の下腿部を把持する前記下腿スプリント2を先端に備えた前記訓練者1の下腿部を駆動させる前記下腿駆動部3a,3bと、前記訓練者1の大腿部を把持する前記大腿スプリント4を先端に備えた前記訓練者1の大腿部を駆動させる前記大腿駆動部5と、前記訓練者1の下腿部・大腿部にかかる負荷を検出する前記力センサ部6a,6bと、前記訓練者1の足関節部・下腿部・大腿部の角度を検出する前記角度センサ部7a,7b,7cと、前記力センサ部6a,6bによって検出された負荷および前記角度センサ部7a,7b,7cによって検出された角度によって前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5と足関節駆動部18のうち少なくとも一つ以上を制御する前記制御部8を備えた前記下肢訓練装置9において、
前記下腿スプリント2および前記大腿スプリント4に前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える前記筋圧迫補助機構10と、前記下肢訓練装置9より前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部6a,6bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記筋圧迫補助機構10へ送り、かつ前記筋圧迫補助機構10から過圧迫の情報を受けて前記下腿駆動部3a,3bおよび前記大腿駆動部5を開放する指令を前記制御部8へ送る前記同期制御部14を備え、下肢訓練において加圧トレーニングを行うことを特徴とするものである。
このようになっているため、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ7a,7b算出される膝・股関節角度と同期し、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を調節することにより、より安全で効果的な下肢訓練ができる。
【0008】
また、請求項2に記載の発明は、前記筋圧迫補助機構10は、前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える前記圧迫カフ11を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記同期制御部14によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫力制御部13からの指令によって制御し、下肢訓練時において加圧トレーニングすることを特徴とするものである。
このようになっているため、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫力制御部13からの指令により調節することにより、下肢訓練時にて加圧トレーニングができる。
【0009】
また、請求項3に記載の発明は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度より、前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の指令値を生成することによって、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と同期させて前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を制御することを特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置である。
このようになっているため、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の膝・股関節角度より前記同期制御部14にて生成される訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の指令値を前記圧迫カフ11に与え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1との間に生じる圧迫力を前記圧力計12によって監視し、圧迫力を調節することによって、より安全で効果的に下肢訓練時にて加圧トレーニングができる。
【0010】
また、請求項4に記載の発明は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度の中間層では前記圧迫カフ11にて与えられる圧迫力を強め、屈曲・伸展層では圧迫力を弱めるように、前記圧迫カフ11にて与えられる前記圧迫力の目標値15を生成することを特徴とするものである。
このようになっているため、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記同期制御部14において前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度の中間層では前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を強め、屈曲・伸展層では前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を弱めるように前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への前記圧迫力の目標値15の制御を行うことによって、下肢への血流を過剰に妨げることを防ぎ、より安全で効果的に下肢訓練時において加圧トレーニングができる。
【0011】
また、請求項5に記載の発明は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において前記注意ライン値16を超える時には、前記圧迫力制御部13からの指令により前記圧迫カフ11内の圧力を低下させることを特徴とするものである。
このようになっているため、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫カフ11により与え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって監視し、圧迫力を調節することにより、前記同期制御部14にて生成された前記訓練者1の膝・股関節角度と圧迫力の関係から判断された過圧迫を前記圧迫力制御部13からの指令によって前記圧迫カフ内の圧力を低下させることにより防ぎ、より安全に下肢訓練において加圧トレーニングを行うことができる。
【0012】
また、請求項6に記載の発明は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において前記注意ライン値16を超え、さらに前記非常停止ライン値17を超えた時には、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5を開放する指令を制御部8に与えることを特徴とするものである。
このようになっているため、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において前記注意ライン値16を超え、さらに非常停止ライン値17を超えた時には、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5を開放する指令を制御部8に与えることができる。
【0013】
また、請求項7に記載の発明は、請求項1記載の前記下肢訓練装置9において、前記下腿スプリント2の足関節部を駆動させる前記足関節駆動部18と、足部へ圧迫力を与える前記足部圧迫補助機構19と、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記足部圧迫補助機構19へ送り、かつ前記足部圧迫補助機構19からの過圧迫の情報を受けて前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8へ送る前記足部同期制御部20を備え、下肢訓練において足部の底背屈を行うことを特徴とするものである。
このようになっているため、前記足関節駆動部18と、前記足部圧迫補助機構19と、足部同期制御部20を備えることにより、下肢訓練において足部の固定性を向上させることができる。
【0014】
また、請求項8に記載の発明は、訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記足部圧迫補助機構19は、前記訓練者1の足部の踵部へ圧迫力を与える前記踵部圧迫カフ21と、種子骨部(母趾球部)へ圧迫力を与える前記種子骨部圧迫カフ22と、第5中足骨小頭部へ圧迫力を与える前記第5中足骨小頭部圧迫カフ23と、足背部へ圧迫力を与える前記足背部圧迫カフ24とを備え、前記訓練者1の足部の踵部・種子骨部・第5中足骨小頭部・足背部に配置した4つの前記圧力計12によって、前記圧迫カフ21,22,23,24と前記訓練者1の足部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の足部への圧迫力を前記足部圧迫力制御部25からの指令によって制御することを特徴とするものである。
このようになっているため、訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記圧迫カフ21,22,23,24と前記圧力計12とを備えた前記足部圧迫機構19と前記足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の足部への圧迫力を前記足部圧迫力制御部25からの指令によって制御することによって、下肢訓練時において足部の固定性を向上させることができる。
【0015】
また、請求項9に記載の発明は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度より、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力の指令値を生成することによって、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と同期させて前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力を制御することを特徴とするものである。
このようになっているため、前記足部同期制御部20が前記訓練者1の足関節角度と同期させて前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力を制御することによって、前記訓練者1の足関節に同期した安全な圧迫力を前記訓練者1の足部へ与えることができる。
【0016】
また、請求項10に記載の発明は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度の背屈期では前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を強め、底屈期では前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を強めるように、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記圧迫力の足部目標値26を生成することを特徴とするものである。
このようになっているため、前記足部同期制御部20が前記圧迫力の足部目標値26を生成することによって、前記訓練者1の足部を効果的に背屈・底屈させることができる。
【0017】
また、請求項11に記載の発明は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン値27を超える時には、前記足部圧迫力制御部25からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させることを特徴とするものである。
このようになっているため、前記足部同期制御部20が前記圧力計12にて計測される圧力が、前記訓練者1の足関節と前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン27を超える時には、前記足部圧迫力制御部25からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させることによって、前記訓練者1の足部を安全かつ効果的に背屈・底屈させることができる。
【0018】
また、請求項12に記載の発明は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン値27を超え、さらに前記足部非常停止ライン値28を超えた時には、前記足関節駆動部18を開放する指令を制御部8に与えることを特徴とするものである。
このようになっているため、前記足部同期制御部20が前記圧力計12にて計測される圧力が、前記訓練者1の足関節と前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン27を超え、さらに前記足部非常停止ライン値28を超えた時には、前記足部関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8に与えることによって、前記訓練者1の足部を安全に背屈・底屈させることができる。
【0019】
また、請求項13に記載の発明は、肢体における複数の関節角度の組み合わせに応じて、解剖学的に関節運動の拘束状態が生じた場合に、前記圧迫力を下げて肢体を解放することを特徴とするものである。
このようになっているため、過剰に肢体を圧迫せず、うっ血を防止できる。
【0020】
また、請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の解剖学的に関節運動の拘束状態が生じた場合をSLR(Straight Leg Raising:膝伸展脚挙上)運動時とすることを特徴とするものである。
このようになっているため、過剰に肢体を圧迫せず、うっ血を防止できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
(第1実施例)
図1および図2は、本発明の第1実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の構成を示す図である。
図1において、1は訓練者、2は下腿スプリント、3a,3bは下腿駆動部、4は大腿スプリント、5は大腿駆動部、6a,6bは力センサ、7a,7b,7cは角度センサ、8は制御部、9は下肢訓練装置、10は筋圧迫補助機構、13は圧迫力制御部、14は同期制御部である。また、図2において、11は圧迫カフ、12は圧力計である。
以上の構成において、医師や理学療法士が訓練者1を下肢訓練装置9に移乗させ、図示しない操作パネルにて訓練内容を設定する。下肢訓練装置9は、訓練者1の下腿を下腿スプリント2に、大腿を大腿スプリント4に固定する。下腿駆動部3a,3bおよび大腿駆動部5、制御部8に医師や理学療法士によって教示される訓練者1が行う訓練パターンを記憶させ、制御部8より記憶した医師や理学療法士が設定した訓練内容と訓練パターンを読み出し、繰り返し訓練をする。繰り返し訓練をする際に力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7b,7cにて計測された情報より訓練中に訓練者1へ過負荷がかからぬようにインピーダンス制御を制御部8にて行う。また訓練者1の足・膝・股関節角度が関節可動域を越えて危険な状態にならぬように、力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7b,7cにて計測された情報より算出された足・膝・股関節角度を制御部8にて監視する。力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7b,7cにて計測された情報より算出された足・膝・股関節角度は二段階の閾値にて監視され、原点角度に近い閾値を足・膝・股角度が越えた場合は訓練を一時停止させ、関節角度リミットに近い閾値を足・膝・股角度が越えた場合は非常停止することにより、訓練者1の安全を確保する。筋圧迫補助機構10は、力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7bにて計測された情報より算出される訓練者1の膝・股関節角度より同期制御部14にて後述する方法で生成される目標圧迫力の指令値を圧迫カフ11により訓練者1の下腿部・大腿部に与える。また圧迫カフ11と訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を圧力計12により計測し、圧迫力制御部13は同期制御部14にて生成される目標圧迫力の指令値と圧力計12の計測結果を比較する。このことにより、訓練者1の肢位に適した圧迫力を与えることができ、より効果的な訓練をできるようにする。
この実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記訓練者1の下腿部を把持する前記下腿スプリント2を先端に備えた前記訓練者1の下腿部を駆動させる前記下腿駆動部3a,3bと、前記訓練者1の大腿部を把持する前記大腿スプリント4を先端に備えた前記訓練者1の大腿部を駆動させる前記大腿駆動部5と、前記訓練者1の下腿部・大腿部にかかる負荷を検出する前記力センサ部6a,6bと、前記訓練者1の足関節部・下腿部・大腿部の角度を検出する前記角度センサ部7a,7b,7cと、前記力センサ部6a,6bによって検出された負荷および前記角度センサ部7a,7b,7cによって検出された角度によって前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5と足関節駆動部18のうち少なくとも一つ以上を制御する前記制御部8を備えた前記下肢訓練装置9において、
前記下腿スプリント2および前記大腿スプリント4に前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える前記筋圧迫補助機構10と、前記下肢訓練装置9より前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部6a,6bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記筋圧迫補助機構10へ送り、かつ前記筋圧迫補助機構10から過圧迫の情報を受けて前記下腿駆動部3a,3bおよび前記大腿駆動部5を開放する指令を前記制御部8へ送る前記同期制御部14を備え、下肢訓練において加圧トレーニングを行うことである。
この実施の形態によれば、前記訓練者1の下腿部を把持する前記下腿スプリント2を先端に備えた前記訓練者1の下腿部を駆動させる前記下腿駆動部3a,3bと、前記訓練者1の大腿部を把持する前記大腿スプリント4を先端に備えた前記訓練者1の大腿部を駆動させる前記大腿駆動部5と、前記訓練者1の下腿部・大腿部にかかる負荷を検出する前記力センサ部6a,6bと、前記訓練者1の足関節部・下腿部・大腿部の角度を検出する前記角度センサ部7a,7b,7cと、前記力センサ部6a,6bによって検出された負荷および前記角度センサ部7a,7b,7cによって検出された角度によって前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5と足関節駆動部18のうち少なくとも一つ以上を制御する前記制御部8を備えた前記下肢訓練装置9において、
前記下腿スプリント2および前記大腿スプリント4に前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える前記筋圧迫補助機構10と、前記下肢訓練装置9より前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部6a,6bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記筋圧迫補助機構10へ送り、かつ前記筋圧迫補助機構10から過圧迫の情報を受けて前記下腿駆動部3a,3bおよび前記大腿駆動部5を開放する指令を前記制御部8へ送る前記同期制御部14を備え、下肢訓練において加圧トレーニングを行うことで、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ7a,7b算出される膝・股関節角度と同期し、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を調節することにより、より安全で効果的な下肢訓練ができる。
【0022】
(第2実施例)
図2は、第2実施例の構成を示す図である。
図2において、2は下腿スプリント、4は大腿スプリント、10は筋圧迫補助機構、11は圧迫カフ、12は圧力計、13は圧迫力制御部、14は同期制御部である。
以上の構成において、筋圧迫補助機構10は、力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7bにて計測された情報より算出される訓練者1の膝・股関節角度より同期制御部14にて生成される目標圧迫力の指令値を圧迫カフ11により訓練者1の下腿部・大腿部に与える。また圧迫カフ11と訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を圧力計12により計測し、圧迫力制御部13にて同期制御部14にて生成される目標圧迫力の指令値と圧力計12の計測結果を比較することにより、訓練者1の肢位に適した圧迫力を与えることができ、より効果的な訓練をできるようにする。
この実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記筋圧迫補助機構10は、前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える前記圧迫カフ11を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記同期制御部14によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫力制御部13からの指令によって制御し、下肢訓練時において加圧トレーニングすることができる。
この実施の形態によれば、前記筋圧迫補助機構10は、前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える前記圧迫カフ11を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記同期制御部14によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫力制御部13からの指令によって制御し、下肢訓練時において加圧トレーニングすることで、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫力制御部13からの指令により調節することにより、下肢訓練時にて加圧トレーニングができる。
【0023】
(第3実施例)
図3は、この発明の第3実施例の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の圧迫力の処理を示すフロー図である。(a) では前記同期制御部14への入出力の関係を示し、(b)では前記同期制御部14において制御される内容を示している。14は下腿駆動部3a,3bと大腿駆動部5および角度センサ部7a,7bより算出される訓練者1の膝・股関節角度より、圧迫カフ11にて与えられる訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の目標値を生成する同期制御部である。
この実態の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度より、前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の指令値を生成することによって、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と同期させて前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を制御することである。
この実態の形態によれば、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度より、前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の指令値を生成することによって、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と同期させて前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を制御することで、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の膝・股関節角度より前記同期制御部14にて生成される訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の指令値を前記圧迫カフ11に与え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1との間に生じる圧迫力を前記圧力計12によって監視し、圧迫力を調節することによって、より安全で効果的に下肢訓練時にて加圧トレーニングができる。
【0024】
(第4実施例)
図3は第4実施例の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の圧迫力の処理を示すフロー図である。(a) では前記同期制御部14への入出力の関係を示し、(b)では前記同期制御部14において制御される内容を示している。15は前記同期制御部14にて生成される前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度より、前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の目標値である。
この実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度の中間層では前記圧迫カフ11にて与えられる圧迫力を強め、屈曲・伸展層では圧迫力を弱めるように、前記圧迫カフ11にて与えられる前記圧迫力の目標値15を生成することである。
この実施の形態によれば、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度の中間層では前記圧迫カフ11にて与えられる圧迫力を強め、屈曲・伸展層では圧迫力を弱めるように、前記圧迫カフ11にて与えられる前記圧迫力の目標値15を生成することで、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記同期制御部14において前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度の中間層では前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を強め、屈曲・伸展層では前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を弱めるように前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の目標値15の制御を行うことによって、下肢への血流を過剰に妨げることを防ぎ、より安全で効果的に下肢訓練時において加圧トレーニングができる。
【0025】
(第5実施例)
図3は、第5実施例の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の圧迫力制御について示すものである。
すなわち、図3はこの発明の第3の実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の圧迫力の処理を示すフロー図である。(a) では前記同期制御部14への入出力の関係を示し、(b)では前記同期制御部14において制御される内容を示している。16は訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの圧力計12によって計測される、圧迫カフ11と訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力から圧迫カフ11への圧迫力を弱くするかどうかを同期制御部にて判断するための閾値を示す注意ラインである。
この実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において注意ライン値16を超える時には、前記圧迫力制御部13からの指令により前記圧迫カフ11内の圧力を低下させることである。
この実施の形態によれば、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において注意ライン値16を超える時には、前記圧迫力制御部13からの指令により前記圧迫カフ11内の圧力を低下させることで、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫カフ11により与え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって監視し、圧迫力を調節することにより、前記同期制御部14にて生成された前記訓練者1の膝・股関節角度と圧迫力の関係から判断された過圧迫を前記圧迫力制御部13からの指令によって前記圧迫カフ11内の圧力を低下させることにより防ぎ、より安全に下肢訓練において加圧トレーニングを行うことができる。
【0026】
(第6実施例)
図3は、第6実施例の圧迫力の処理を示すフロー図である。(a) では前記同期制御部14への入出力の関係を示し、(b)では前記同期制御部14において制御される内容を示している。17は圧力計12にて計測される圧迫力から制御部8にて下腿駆動部3a,3bと大腿駆動部5を開放し、抵抗なく下腿駆動部3a,3bと大腿駆動部5が動くようにする判断を行うための閾値を示す非常停止ラインである。
この実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において前記注意ライン値16を超え、さらに非常停止ライン値17を超えた時には、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5を開放する指令を制御部8に与えることである。
この実施の形態によれば、前記同期制御部14が、図3(b)に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において前記注意ライン値16を超え、さらに非常停止ライン値17を超えた時には、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5を開放する指令を制御部8に与えることで、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって監視し、前記同期制御部14にて生成された前記訓練者1の膝・股関節角度と圧迫力の関係から判断された過圧迫を感知したら前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5を開放し、抵抗なく前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5が動くようにすることによって、より安全に下肢訓練時において加圧トレーニングを行うことができる。
【0027】
(第7実施例)
図4は、第7実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の構成を示す。
すなわち、図4において、1は訓練者、2は下腿スプリント、3a,3bは下腿駆動部、4は大腿スプリント、5は大腿駆動部、6a,6bは力センサ、7a,7b,7cは角度センサ、8は制御部、9は下肢訓練装置、10は筋圧迫補助機構、13は圧迫力制御部、14は同期制御部、18足関節駆動部、19は足部圧迫補助機構、20は足部同期制御部である。
以上の構成において、医師や理学療法士が訓練者1を下肢訓練装置9に移乗させ、図示しない操作パネルにて訓練内容を設定する。下肢訓練装置9は、訓練者1の下腿を下腿スプリント2に、大腿を大腿スプリント4に固定する。下腿駆動部3a,3bおよび大腿駆動部5、制御部8に医師や理学療法士によって教示される訓練者1が行う訓練パターンを記憶させ、制御部8より記憶した医師や理学療法士が設定した訓練内容と訓練パターンを読み出し、繰り返し訓練をする。繰り返し訓練をする際に力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7b,7cにて計測された情報より訓練中に訓練者1へ過負荷がかからぬようにインピーダンス制御を制御部8にて行う。また訓練者1の足・膝・股関節角度が関節可動域を越えて危険な状態にならぬように、力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7b,7cと足関節駆動部18にて計測された情報より算出された足・膝・股関節角度を制御部8にて監視する。力センサ6a,6bおよび角度センサ7a,7b,7cと足関節駆動部18にて計測された情報より算出された足・膝・股関節角度は二段階の閾値にて監視され、原点角度に近い閾値を足・膝・股関節角度が越えた場合は訓練を一時停止させ、関節角度リミットに近い閾値を足・膝・股関節角度が越えた場合は非常停止することにより、訓練者1の安全を確保する。足部圧迫補助機構19は足関節駆動部18および角度センサ7cより計測される訓練者1の足関節角度より足部同期制御部20にて生成される目標足部圧迫力の指令値を足部圧迫カフ21,22,23,24により訓練者1の足部に与える。また、足部圧迫カフ21,22,23,24と訓練者1の足部との間に生じる圧迫力を圧力計12により計測し、足部圧迫力制御部25が足部同期制御部20にて生成される目標足部圧迫力の指令値と圧力計12の計測結果を比較することにより、訓練者1の足関節角度に応じた圧迫力を与え、足部の固定性を向上させつつ安全で効果的な訓練を出来るようにする。
この実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、請求項1記載の前記下肢訓練装置9において、前記下腿スプリント2の足関節部を駆動させる足関節駆動部18と、足部へ圧迫力を与える足部圧迫補助機構19と、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記足部圧迫補助機構19へ送り、かつ前記足部圧迫補助機構19からの過圧迫の情報を受けて前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8へ送る足部同期制御部20を備え、下肢訓練において足部の底背屈を行う装置である。
この実施の形態によれば、請求項1記載の前記下肢訓練装置9において、前記下腿スプリント2の足関節部を駆動させる足関節駆動部18と、足部へ圧迫力を与える足部圧迫補助機構19と、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記足部圧迫補助機構19へ送り、かつ前記足部圧迫補助機構19からの過圧迫の情報を受けて前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8へ送る足部同期制御部20を備え、下肢訓練において足部の底背屈を行うことによって、前記足関節駆動部18と、前記足部圧迫補助機構19と、足部同期制御部20を備えることにより、下肢訓練において足部の固定性を向上させることができる。
【0028】
(第8実施例)
図5は、第8実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の足部圧迫補助機構を示す。図5において、12は圧力計、19は足部圧迫補助機構、20は足部同期制御部、21は踵部圧迫カフ、22は種子骨部圧迫カフ、23は第5中足骨小頭部圧迫カフ、24は足背部圧迫カフ、25は足部圧迫力制御部である。
以上の構成において、足部圧迫補助機構19は、訓練者1の足部の踵部・種子骨部・第5中足骨小頭部・足背部に圧迫カフ21,22,23,24と4つの前記圧力計12を配置し、圧迫カフ21,22,23,24と訓練者1の足部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および圧力計12によって計測される圧迫力を基に訓練者1の足部への圧迫力を足部圧迫力制御部25からの指令によって制御することによって、足部の固定性を安全に向上させることが出来る。
この実施の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記足部圧迫補助機構19は、前記訓練者1の足部の踵部へ圧迫力を与える前記踵部圧迫カフ21と、種子骨部(母趾球部)へ圧迫力を与える前記種子骨部圧迫カフ22と、第5中足骨小頭部へ圧迫力を与える前記第5中足骨小頭部圧迫カフ23と、足背部へ圧迫力を与える前記足背部圧迫カフ24とを備え、前記訓練者1の足部の踵部・種子骨部・第5中足骨小頭部・足背部に配置した4つの前記圧力計12によって、前記圧迫カフ21,22,23,24と前記訓練者1の足部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の足部への圧迫力を前記足部圧迫力制御部25からの指令によって制御する装置である。
この実施の形態によれば、前記足部圧迫補助機構19は、前記訓練者1の足部の踵部へ圧迫力を与える前記踵部圧迫カフ21と、種子骨部(母趾球部)へ圧迫力を与える前記種子骨部圧迫カフ22と、第5中足骨小頭部へ圧迫力を与える前記第5中足骨小頭部圧迫カフ23と、足背部へ圧迫力を与える前記足背部圧迫カフ24とを備え、前記訓練者1の足部の踵部・種子骨部・第5中足骨小頭部・足背部に配置した4つの前記圧力計12によって、前記圧迫カフ21,22,23,24と前記訓練者1の足部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の足部への圧迫力を前記足部圧迫力制御部25からの指令によって制御することで、前記圧迫カフ21,22,23,24と前記圧力計12とを備えた前記足部圧迫機構19と前記足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の足部への圧迫力を前記足部圧迫力制御部25からの指令によって制御することによって、下肢訓練時において足部の固定性を向上させることができる。
【0029】
(第9実施例)
図6は、第9実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の足部圧迫力の処理を示すフロー図である。図6において、(a)では前記足部同期制御部20への入出力の関係を示し、(b)では前記足部同期制御部20において制御される内容の概要を説明している。20は前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度より、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力の指令値を生成することによって、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と同期させて前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力を制御する足部同期制御部である。
この実態の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度の背屈期では前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を強め、底屈期では前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を強めるように、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる圧迫力の足部目標値26を生成する装置である。
この実態の形態によれば、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度の背屈期では前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を強め、底屈期では前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を強めるように、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる圧迫力の足部目標値26を生成することによって、前記足部同期制御部20が前記訓練者1の足関節角度と同期させて前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力を制御することによって、前記訓練者1の足関節に同期した安全な圧迫力を前記訓練者1の足部へ与えることができる。
【0030】
(第10実施例)
図6は、第10実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の足部圧迫力の処理を示すフロー図である。図6において、(a)では前記足部同期制御部20への入出力の関係を示し、(b)では前記足部同期制御部20において制御される内容の概要を説明し、(c)では踵部圧迫カフ圧力21の制御内容を、(d)では種子骨部圧迫カフ22圧力および第5中足骨小頭部圧迫カフ23圧力の制御内容を、(e)では足背部圧迫カフ24圧力の制御内容を説明している。26は前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度の背屈期では前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を強め、底屈期では前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を強めるように、前記足部同期制御部20が生成する、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる圧迫力の足部目標値である。
この実態の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度の背屈期では前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を強め、底屈期では前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を強めるように、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる圧迫力の足部目標値26を生成する装置である。
この実態の形態によれば、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度の背屈期では前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を強め、底屈期では前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を強めるように、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる圧迫力の足部目標値26を生成することによって、前記足部同期制御部20が前記圧迫力の足部目標値26を生成することによって、前記訓練者1の足部を効果的に背屈・底屈させることができる。
【0031】
(第11実施例)
図6は、第11実施例である筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の足部圧迫力の処理を示すフロー図である。図6において、(a)では前記足部同期制御部20への入出力の関係を示し、(b)では前記足部同期制御部20において制御される内容の概要を説明し、(c)では踵部圧迫カフ圧力21の制御内容を、(d)では種子骨部圧迫カフ22圧力および第5中足骨小頭部圧迫カフ23圧力の制御内容を、(e)では足背部圧迫カフ24圧力の制御内容を説明している。27は前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係においてこの閾値を超える時には、前記足部圧迫力制御部25からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させるための閾値である。
この実態の形態の訓練時の筋圧迫力補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において足部注意ライン値27を超える時には、前記足部圧迫力制御部25からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させる装置である。
この実態の形態によれば、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において足部注意ライン値27を超える時には、前記足部圧迫力制御部25からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させることによって、前記足部同期制御部20が前記圧力計12にて計測される圧力が、前記訓練者1の足関節と前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン27を超える時には、前記足部圧迫力制御部25からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させることによって、前記訓練者1の足部を安全かつ効果的に背屈・底屈させることができる。
【0032】
(第12実施例)
図6は、第12実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の足部圧迫力の処理を示すフロー図である。図6において、(a)では前記足部同期制御部20への入出力の関係を示し、(b)では前記足部同期制御部20において制御される内容の概要を説明し、(c)では踵部圧迫カフ圧力21の制御内容を、(d)では種子骨部圧迫カフ22圧力および第5中足骨小頭部圧迫カフ23圧力の制御内容を、(e)では足背部圧迫カフ24圧力の制御内容を説明している。28は前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン値27を超え、さらにこの閾値を超えた時には、前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8に与えるための閾値である。
この実態の形態の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置は、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン値27を超え、さらに足部非常停止ライン値28を超えた時には、前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8に与える装置である。
この実態の形態によれば、前記足部同期制御部20が、図6に示すように、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン値27を超え、さらに足部非常停止ライン値28を超えた時には、前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8に与えることによって、前記足部同期制御部20が前記圧力計12にて計測される圧力が、前記訓練者1の足関節と前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン27を超え、さらに前記足部非常停止ライン値28を超えた時には、前記足部関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8に与えることによって、前記訓練者1の足部を安全に背屈・底屈させることができる。
【0033】
(第13実施例)および(第14実施例)
図7(a)、(b)、(c)、(d)は、本発明の第13実施例と第14実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の制御方法に関連する訓練パターンおよびヒトの下肢における筋の模式図である。
本発明の制御方法では、脚の屈曲伸展運動時に前記圧迫力を高めることにより脚を把持し、SLR(Straight Leg Raising:膝伸展脚挙上)運動時には前記圧迫力を下げて脚を解放する。脚のうっ血を防ぐには、極力脚を締め付けない方が望ましいが、前記圧迫力によりスプリントで下腿を締めないと、屈曲伸展運動時は股関節が外転し、運動軌道が矢状面から外れ、スプリントから外れてしまう。(図7(a))また、SLR運動時には膝が解剖学的に自然にロックされ(図7(b))、踵部を下から押すだけで目的とするSLR運動ができるため(図7(c))、スプリントを緩めることができる。ただしハムストリングス(図7(d))が収縮するほど股関節を屈曲させないものとする。
また、スプリントに心拍計を内蔵して締め具合を調整してもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ7a,7b算出される膝・股関節角度と同期し、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を調節することにより、より安全で効果的な下肢訓練ができるという効果がある。
【0035】
また、請求項2に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫力制御部13からの指令により調節することにより、下肢訓練時にて加圧トレーニングができるという効果がある。
【0036】
また、請求項3記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の膝・股関節角度より前記同期制御部14にて生成される訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の指令値を前記圧迫カフ11に与え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1との間に生じる圧迫力を前記圧力計12によって監視し、圧迫力を調節することによって、より安全で効果的に下肢訓練時にて加圧トレーニングができる。
【0037】
また、請求項4に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記同期制御部14において前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度の中間層では前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を強め、屈曲・伸展層では前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を弱めるように前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の目標値15の制御を行うことによって、下肢への血流を過剰に妨げることを防ぎ、より安全で効果的に下肢訓練時において加圧トレーニングができる。
【0038】
また、請求項5に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を前記圧迫カフ11により与え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって監視し、圧迫力を調節することにより、前記同期制御部14にて生成された前記訓練者1の膝・股関節角度と圧迫力の関係から判断された過圧迫を前記圧迫力制御部13からの指令によって前記圧迫カフ内の圧力を低下させることにより防ぎ、より安全に下肢訓練において加圧トレーニングを行うことができる。
【0039】
また、請求項6に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記筋圧迫補助機構10を備え、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの前記圧力計12によって監視し、前記同期制御部14にて生成された前記訓練者1の膝・股関節角度と圧迫力の関係から判断された過圧迫を感知したら前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5を開放し、抵抗なく前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5が動くようにすることによって、より安全に下肢訓練時において加圧トレーニングを行うことができる。
【0040】
また、請求項7に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記足関節駆動部18と、前記足部圧迫補助機構19と、足部同期制御部20を備えることにより、下肢訓練において足部の固定性を向上させることができる。
【0041】
また、請求項8に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記圧迫カフ21,22,23,24と前記圧力計12とを備えた前記足部圧迫機構19と前記足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の足部への圧迫力を前記足部圧迫力制御部25からの指令によって制御することによって、下肢訓練時において足部の固定性を向上させることができる。
【0042】
また、請求項9に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記足部同期制御部20が前記訓練者1の足関節角度と同期させて前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力を制御することによって、前記訓練者1の足関節に同期した安全な圧迫力を前記訓練者1の足部へ与えることができる。
【0043】
また、請求項10に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記足部同期制御部20が前記圧迫力の足部目標値26を生成することによって、前記訓練者1の足部を効果的に背屈・底屈させることができる。
【0044】
また、請求項11に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記足部同期制御部20が前記圧力計12にて計測される圧力が、前記訓練者1の足関節と前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン27を超える時には、前記圧迫力制御部20からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させることによって、前記訓練者1の足部を安全かつ効果的に背屈・底屈させることができる。
【0045】
また、請求項12に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置によれば、前記足部同期制御部20が前記圧力計12にて計測される圧力が、前記訓練者1の足関節と前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン27を超え、さらに前記足部非常停止ライン値28を超えた時には、前記足部関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8に与えることによって、前記訓練者1の足部を安全に背屈・底屈させることができる。
【0046】
また、請求項13に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の制御方法によれば、解剖学的な関節運動の拘束状態が筋圧迫補助機構による把持を代替できるため、スプリントを緩めて脚を解放し、スプリントの締め付けによるうっ血を防止できる。
【0047】
また、請求項14に記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の制御方法によれば、SLR運動時に肢体を締め付けず、スプリントを緩めて脚を解放し、スプリントの締め付けによるうっ血を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の構成を説明する図。
【図2】本発明の第1実施例を示す訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の筋圧迫補助機構を説明する図。
【図3】本発明の第2〜6実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の圧迫力の処理を示すフロー図。
【図4】本発明の第7実施例を示す足部圧迫補助機構を含めた訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の構成を説明する図。
【図5】本発明の第8実施例を示す訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の足部圧迫補助機構を説明する図。
【図6】本発明の第9〜12実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の足部圧迫力の処理を示すフロー図。
【図7】本発明の第13実施例である訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の制御方法に関連する訓練パターンおよびヒトの下肢における筋の模式図。
【図8】従来の下肢訓練装置の側面図。
【図9】従来の適切な圧迫力を個別に設定するエアマッサージ器の代表図。
【図10】従来のベルクロファスナを圧迫スリーブに取り付ける方法の代表図。
【符号の説明】
1 訓練者
2 下腿スプリント
3a,3b 下腿駆動部
4 大腿スプリント
5 大腿駆動部
6a,6b 力センサ
7a,7b,7c 角度センサ
8 制御部
9 下肢訓練装置
10 筋圧迫補助機構
11 圧迫カフ
12 圧力計
13 圧迫力制御部
14 同期制御部
15 目標値
16 注意ライン値
17 非常停止ライン値
18 足関節駆動部
19 足部圧迫補助機構
20 足部同期制御部
21 踵部圧迫カフ
22 種子骨部圧迫カフ
23 第5中足骨小頭部圧迫カフ
24 足背部圧迫カフ
25 足部圧迫力制御部
26 足部目標値
27 足部注意ライン値
28 足部非常停止ライン値

Claims (14)

  1. 訓練者1の下腿部を把持する下腿スプリント2を先端に備えた前記訓練者1の下腿部を駆動させる下腿駆動部3a,3bと、前記訓練者1の大腿部を把持する大腿スプリント4を先端に備えた前記訓練者1の大腿部を駆動させる大腿駆動部5と、前記訓練者1の下腿部・大腿部にかかる負荷を検出する力センサ部6a,6bと、前記訓練者1の足関節部・下腿部・大腿部の角度を検出する角度センサ部7a,7b,7cと、前記力センサ部6a,6bによって検出された負荷および前記角度センサ部7a,7b,7cによって検出された角度によって前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5と足関節駆動部18のうち少なくとも一つ以上を制御する制御部8を備えた下肢訓練装置9において、
    前記下腿スプリント2および前記大腿スプリント4に前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える筋圧迫補助機構10と、前記下肢訓練装置9より前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記筋圧迫補助機構10へ送り、かつ前記筋圧迫補助機構10から過圧迫の情報を受けて肢体の拘束を緩める指令を前記制御部8へ送る同期制御部14を備え、下肢訓練において加圧トレーニングを行うこと
    を特徴とする訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  2. 前記筋圧迫補助機構10は、前記訓練者1の下腿部・大腿部へ圧迫力を与える圧迫カフ11を備え、前記訓練者1の下腿部・大腿部の前部・後部・外側・内側に配置した4つの圧力計12によって、前記圧迫カフ11と前記訓練者1の下腿部・大腿部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記同期制御部14によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を圧迫力制御部13からの指令によって制御し、下肢訓練時において加圧トレーニングすること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  3. 前記同期制御部14が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度より、前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力の指令値を生成することによって、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と同期させて前記圧迫カフ11にて与えられる前記訓練者1の下腿部・大腿部への圧迫力を制御すること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  4. 前記同期制御部14が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度の中間層では前記圧迫カフ11にて与えられる圧迫力を強め、屈曲・伸展層では圧迫力を弱めるように、前記圧迫カフ11にて与えられる圧迫力の目標値15を生成すること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  5. 前記同期制御部14が、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において注意ライン値16を超える時には、前記圧迫力制御部13からの指令により前記圧迫カフ11内の圧力を低下させること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  6. 前記同期制御部14が、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5および前記角度センサ部7a,7bより算出される前記訓練者1の膝・股関節角度と前記同期制御部14にて生成された前記圧迫力の目標値15との関係において前記注意ライン値16を超え、さらに非常停止ライン値17を超えた時には、前記下腿駆動部3a,3bと前記大腿駆動部5を開放する指令を制御部8に与えること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  7. 請求項1記載の前記下肢訓練装置9において、前記下腿スプリント2の足関節部を駆動させる足関節駆動部18と、足部へ圧迫力を与える足部圧迫補助機構19と、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度を受けて圧迫力の指令値を生成し、前記足部圧迫補助機構19へ送り、かつ前記足部圧迫補助機構19からの過圧迫の情報を受けて前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8へ送る足部同期制御部20を備え、下肢訓練において足部の底背屈を行うこと
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  8. 前記足部圧迫補助機構19は、前記訓練者1の足部の踵部へ圧迫力を与える踵部圧迫カフ21と、種子骨部(母趾球部)へ圧迫力を与える種子骨部圧迫カフ22と、第5中足骨小頭部へ圧迫力を与える第5中足骨小頭部圧迫カフ23と、足背部へ圧迫力を与える足背部圧迫カフ24とを備え、前記訓練者1の足部の踵部・種子骨部・第5中足骨小頭部・足背部に配置した4つの前記圧力計12によって、前記圧迫カフ21,22,23,24と前記訓練者1の足部との間に生じる圧迫力を計測する構造を備えており、前記足部同期制御部20によって生成された圧迫力の指令値および前記圧力計12によって計測される圧迫力を基に前記訓練者1の足部への圧迫力を足部圧迫力制御部25からの指令によって制御すること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  9. 前記足部同期制御部20が、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度より、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力の指令値を生成することによって、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と同期させて前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる前記訓練者1の足部への圧迫力を制御すること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  10. 前記足部同期制御部20が、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度の背屈期では前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を強め、底屈期では前記圧迫カフ22,23にて与えられる圧迫力を弱め、かつ前記圧迫カフ21,24にて与えられる圧迫力を強めるように、前記圧迫カフ21,22,23,24にて与えられる圧迫力の足部目標値26を生成すること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  11. 前記足部同期制御部20が、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において足部注意ライン値27を超える時には、前記足部圧迫力制御部25からの指令により前記圧迫カフ21,22,23,24内の圧力を低下させること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  12. 前記足部同期制御部20が、前記圧力計12にて計測される圧迫力が、前記足関節駆動部18および前記角度センサ7cより算出される前記訓練者1の足関節角度と前記足部同期制御部20にて生成された前記圧迫力の足部目標値26との関係において前記足部注意ライン値27を超え、さらに足部非常停止ライン値28を超えた時には、前記足関節駆動部18を開放する指令を前記制御部8に与えること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置。
  13. 肢体における複数の関節角度の組み合わせに応じて、解剖学的に関節運動の拘束状態が生じた場合に、前記圧迫力を下げて肢体を解放することを特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の制御方法
  14. 請求項13に記載の解剖学的に関節運動の拘束状態が生じた場合をSLR(Straight Leg Raising:膝伸展脚挙上)運動時とすること
    を特徴とする請求項1記載の訓練時の筋圧迫補助機構を備えた下肢訓練装置の制御方法。
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