JP2011188995A - Lower limb derating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、簡易堅牢な構造で且つ安定した下肢負担軽減の補助力が得られる。
下肢負担軽減装置に関するものである。
The present invention provides a simple and robust structure and a stable assist force for reducing the burden on the lower limbs.
The present invention relates to a lower limb burden reducing device.
下肢の弱った人がリハビリを行う際は,下肢の負担を一部免荷するため,手すりを使用したり他人に支えられながら実施しているのが現状である.浮力を利用する温水プールや圧力槽を利用する手法は有効であるが,設備投資と維持コストが掛かり,圧力槽を利用する方法は技術的に未完成である.コンピュータ制御による免荷法も幾つかあるが,何れも研究段階で実用化されたものはない,プ一ルを使った方法が理想であるが,施設整備と維持コストが大きい,コンピュータ制御による方法では,プールのような自然な免荷感を得ることは難しい,本発明では製作,維持コストは小さく,変位に拘わらず機構学的にぼぼ一定な支援力が得られる,所定の免荷力を得るためにセンサーで感知した信号をコンピュータで処理してアクチュエータを動かすなどの複雑なことは不要である.機構学的にほぼ一定の支援力が得られる.構造が極めて簡単なため,低コストで生産でき,維持管理も簡単で,メンテナンスコストも極めて低い.
本発明は、構造が簡単で、下肢の負担が軽減でき支援力が不要で、スクワット運動や歩行訓練に利用でき、リハビリ現場で働く人たちの作業負担を軽減すると共に、臨床現場や老人ホームでの介護者の筋力アップやバランス能力を維持強化するための運動に利用できる下肢負担軽減装置を提供する. The present invention is simple in structure, reduces the burden on the lower limbs and does not require support, can be used for squat exercises and walking training, reduces the work burden of people working at the rehabilitation site, and also at clinical sites and nursing homes. A device to reduce the burden on the lower limbs that can be used for exercises to maintain and strengthen the strength and balance ability of caregivers of the elderly.
長尺基礎リンク100と、下端部の軸支部を長尺基礎リンクの後部長手方向にスライド可能にしたスライダー600に装着した前方傾斜型のふ仰アーム200と、ふ仰アームの中間部に上端部を軸支連結し下端部を長尺基礎リンク100の前部に軸支連結した後方傾斜型のふ仰補助アーム300と、ふ仰アームの上端部に装着したサドル500と、前記サドル500の下降移動の際に反力を付加するばね機構400とを有する下肢負担軽減装置。
本発明の下肢負担軽減装置は、前記の特徴とする構成のように、構造が簡単で、下肢の負担が軽減でき支援力が不要で、スクワット運動や歩行訓練に利用でき、リハビリ現場で働く人たちの作業負担を軽減すると共に、臨床現場や老人ホームでの介護者の筋力アップやバランス能力を維持強化することができるものである.
The lower limb burden reducing device according to the present invention has a simple structure, reduces the burden on the lower limb, does not require support force, and can be used for squat exercises and walking training, and is used in rehabilitation sites. The work load can be reduced, and the caregiver's strength improvement and balance ability can be maintained and strengthened at the clinical site and nursing home.
発明を実施するための最良の形態を実施例と共に詳細に説明する。 The best mode for carrying out the invention will be described in detail together with embodiments.
図1は、本発明の下肢負担軽減装置の機構原理を説明するための側面説明図である。
図2は、後述する支援荷重Qと座面Hの下向きの変位hとの関係の理論値と実験値を示すグラフである。
図3に初期角度α0の違いによる支援力Qの座面変位hに伴う変化を示す。
図4は、本発明の下肢負担軽減装置の床置き型の実施例を示す側面説明図である。
図5は、本発明の下肢負担軽減装置の実施例を示す側面説明図である。
FIG. 1 is an explanatory side view for explaining the mechanism principle of the lower limb burden reducing device of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a theoretical value and an experimental value of a relationship between an assist load Q and a downward displacement h of the seating surface H described later.
FIG. 3 shows changes in the support force Q due to the seating surface displacement h due to the difference in the initial angle α0.
FIG. 4 is a side explanatory view showing a floor-standing embodiment of the lower limb burden reducing device of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory side view showing an embodiment of the lower limb burden reducing device of the present invention.
図1において、下肢負担軽減装置の水平にした長尺基礎リンク100と、ふ仰アーム200と、ふ仰補助アーム300とからなるリンク機構の原点はOとし,A,B,Oは回転自在なピン支持部であり,Hは座面となるサドル(500)位置であり、ピン支持部Aは水平な長尺基礎リンク100に沿ってスライド可能に設けたスライダ600上にある.リンク100の長さAH=Lとすると,ピン支持部BはLの中点にあり,距離AB,BH,BOは全て同じ長さである。そのため△ABOと△OBHは二等辺三角形となり,∠OAB=α,∠BHO=βとすると,簡単な幾何学的考察によりα+β=90°となることが分る.すなわちOAを水平線にすると,OHは常に同一鉛直線上にある.このリンク機構を応用して下肢負担軽減装置を作る.Hを座面となるサドル(500)として体重によりリンク200の上端Hを押し下げると,ピン支持部Aとピン支持部Oとの距離dは増加する.そこでピン支持部AO間をゴムやばね等のばね機構400を介して連結すると,距離dの変化に伴い張力が発生し,座面Hを押し上げようとする。これが下肢負担軽減装置の原理である。
In FIG. 1, the origin of the link mechanism comprising the horizontal
Hを鉛直下方に下げる力をQ(Qは作用・反作用の法則で支援力となることに注意されたい),弾性体による張力をTとすると,両者の関係は
Q=Ttanα:(1)式
となりリンクBOに作用する軸力Fは
F=Q/sinα:(2)式
となる。(1)式よりα>45°であればQ>Tとなり、α<45°ではQ<Tとなることが分る。Hの高さをyとすると
tanα=y/d=Lsinα/d:(3)式
となる,また(2)式より軸力Fのy方向成分がQ,x方向成分がTとそれぞれ釣合うため,ピン支持Aのあるスライダに作用する力のy方向成分は0となり,スライダにはx方向の力Tのみが作用する。そのためスライダの動きを水平方向に拘束するガイドの剛性は大きくする必要はない。
Q=0のとき,すなわち無負荷状態におけるAO開の距離dとHの高さyをそれぞれd0,y0,∠OAH=α0とすると,
tanα0=Lsinα0/d0:(4)式
となる。Qの増加に伴いd0がδだけ増加すると張力はTに増加する。座面高さの変化量をhとすると,Hはy0−y=hだけ低くなり、リンク角度はα0からαに減少する。
tanα=y/d=(y0-h)/(d0+δ):(5)式、
(5)式を(1)式に代入すると
Q=Ttanα=T(δ)・(y0-h)/(d0+δ):(6)式
となる。
ここで、T(δ)は張力Tが伸びδの関数であることを表し、δ=0では、T=0となる。ピタゴラスの定理を使ってδをhの関数で表すと数1:(7)式となる。
Assuming that Q is the force that lowers H vertically (Q is the support force based on the law of action and reaction), and T is the tension by the elastic body, the relationship between them is Q = Ttanα: (1) The axial force F acting on the link BO becomes F = Q / sin α: (2). From equation (1), it can be seen that if α> 45 °, Q> T, and if α <45 °, Q <T. If the height of H is y,
tanα = y / d = Lsinα / d: Equation (3), and since the y-direction component of axial force F is balanced with Q and the x-direction component is T with equation (2), the slider with pin support A The y direction component of the force acting on the slider is 0, and only the force T in the x direction acts on the slider. Therefore, it is not necessary to increase the rigidity of the guide that restrains the movement of the slider in the horizontal direction.
When Q = 0, that is, when the AO opening distance d and H height y in the no-load state are d0, y0 and ∠OAH = α0, respectively,
tan α0 = Lsin α0 / d0: Equation (4). As d0 increases by δ as Q increases, the tension increases to T. Assuming that the amount of change in the seating surface height is h, H decreases by y0−y = h, and the link angle decreases from α0 to α.
tan α = y / d = (y0-h) / (d0 + δ): Equation (5),
Substituting equation (5) into equation (1) yields Q = Ttanα = T (δ) · (y0−h) / (d0 + δ): Equation (6).
Here, T (δ) represents that the tension T is a function of the elongation δ, and when δ = 0, T = 0. When δ is expressed as a function of h using the Pythagorean theorem, Equation 1: (7) is obtained.
(7)式を(6)式に代入すると、数2:(8)式となる。
Substituting equation (7) into equation (6) gives equation 2: (8).
一方、Hを弾性体で沿直方向に支持した場合、hの変化に対して支持力も大きく変化するので、変動を小さくするためにはばね定数を小さくする必要がある。そのためには長いコイルスプリングを複数利用しなければならない。そのため市販品に使われている特許第3830486号の運動補助リンクにおいては,図6に示すように利用者の背後に長いコイルばねを2本用いた(図6では2本が重なっているため1本しか見えない)構造になる.そのた本発明と比べて装置は大きく複雑になる。コイルスプリングの替わりにゴムを利用しても,hの増加に対して支援力はほぼ比例して増加するため,利用者はばね秤で支持された感じを受けることになる。 On the other hand, when H is supported in the longitudinal direction by an elastic body, the supporting force also changes greatly with respect to the change of h. Therefore, in order to reduce the fluctuation, it is necessary to reduce the spring constant. To that end, a plurality of long coil springs must be used. Therefore, in the exercise assistance link of Japanese Patent No. 3830486 used for a commercial product, two long coil springs are used behind the user as shown in FIG. 6 (in FIG. 6, since the two overlap each other, 1 (Only the book can be seen). Compared to the present invention, the apparatus is greatly complicated. Even if rubber is used instead of the coil spring, the support force increases in proportion to the increase of h, so that the user feels supported by the spring balance.
それに対して本装置ではシンプルな構造でありながら,hの変化に対して支援力Qの変動が少ないため,丁度体重が支援力Qの分だけ軽く感じることに大きな違いがある。
図2に試作品による支援荷重QとHの下向き変位hとの関係の実験結果と理論値を示す。h=40〜230mmの広範囲に亘り,Q=100〜110Nの範囲で滑らかに変化していることが分かる。Qをhの増加に伴いほぼ一定に保つことも,増加させることもαの初期角度の設定如何で制御可能である.
On the other hand, although this apparatus has a simple structure, there is a great difference in that the weight of the support force Q feels lighter because the change of the support force Q is small with respect to the change of h.
FIG. 2 shows experimental results and theoretical values of the relationship between the support load Q and the downward displacement h of the prototype. It can be seen that the change is smooth in the range of Q = 100 to 110 N over a wide range of h = 40 to 230 mm. It is possible to control whether Q is kept almost constant as h increases or whether the initial angle of α is set.
図3に初期角度α0の違いによる支援力Qの座面変位hに伴う変化を示す。α0=60°のときにほぼ一定の支援力の得られることが分かる。
初期角度α0を変えることなく利用者に適した座面高さを得るには、座面を支持する軸を挿入する円筒をHにピン支持することでリンクAHに対して図1の面内で円筒を回動可能とする。先端に座面を取り付けた軸を、Hにピン支持された円筒に挿入して、軸と円筒をピン等で任意の位置で固定できるようにすれば、リンクAHの傾きを変えることなく座面高さは変更できる。Hが鉛直方向しか運動しないため、先端に座面を固定した軸を、長尺基礎リンク100に固定した鉛直方向のガイド穴に挿入すれば、座面を支える軸はガイド穴のために回転することはない。そのためリンクAHの初期角度α0を変えることなく、利用者に適した座面高さに調整できる。そのため本装置は,下肢の弱った患者の筋肉トレーニングやリハビリで行われるスクワット運動支援装置として利用できるだけでなく,キャスターと安全のための手すりを付ければ歩行器などに応用できる。
FIG. 3 shows changes in the support force Q due to the seating surface displacement h due to the difference in the initial angle α0. It can be seen that an almost constant support force can be obtained when α0 = 60 °.
In order to obtain a seating surface height suitable for the user without changing the
図4に本発明の下肢負担軽減装置の床置き式の実施例を示す。図4において、下肢負担軽減装置は、前述した機能を満足する実用装置であり、長尺基礎リンク100と、前方傾斜型のふ仰アーム200と、後方傾斜型のふ仰補助アーム300と、長尺基礎リンク100にその長手方向にのみ走行可能に設けたスライダ600と、サドル500と、ばね機構400とからなる。ふ仰アーム200は、下端部の軸支部Aをスライダ600に設ける。
ふ仰補助アーム300は、上端部をふ仰アーム200の中間部に軸支部Bで軸支し下端部を長尺基礎リンク100の前部に軸支部Oで軸支する。スライダ600は、ばね機構400により長尺基礎リンク100の前部に連結し、ストッパーS1、S2間でスライドする。スライダ600のストッパーS1、S2間はサドル500の昇降移動範囲を決めるもので利用者の股下長さに応じて任意に調節可能にしてある。サドル500は、下部の前部をふ仰アーム200の上端部の軸支部Hに装着する。
本例のばね機構400は、コイルばね、ゴム等の弾性体ばね機構、エアーばね機構等を用いて、スライダ600からふ仰アーム200を介してサドル500に所定の下降反力を付加するものである。ばね機構400はリニヤアクチェ−タなどを利用して電気的に制御することも可能である。ばね機構400は、サドル500に所定の下降荷重に対する反力を付加するものであればよく、本例に限ることなく、その他の例として、前記ふ仰アーム200とふ仰補助アーム300間の適宜な位置に設置することができる。
FIG. 4 shows a floor-standing embodiment of the lower limb burden reducing device of the present invention. In FIG. 4, the lower limb burden reducing device is a practical device that satisfies the above-described functions, and includes a long
The lifting
The
図5には、本下肢負担軽減装置を歩行器に応用した例を示す。
図5において、長尺基礎リンク100には前部に両足の踏台(図示せず)、前後左右にキャスター101と安全のための手すり110を具備してある。
サドル500は、座布団を丸めたような円筒形のものにしてある。円筒形サドルであれば利用者にとってはリンク200の傾斜角に拘わらずの自然な接触状態を維持できる。
本例の円筒形のサドル500は、垂直シャフト501の上端に固定し、垂直シャフト501の下部を、シャフト受け円筒502内に挿入しピン503で上下位置のみ調節可能にし更に上下安全ガイド506に昇降移動自在に挿入する。シャフト受け円筒502は、ふ仰アーム200の先端に設けたY型支持部504にピン505により若干前後首振自在に軸支する。この構成で、円筒形のサドル500の高さは、ふ仰アーム200の初期角度α0を変えることなく、利用者に適した高さに調整できる。そのため本装置は,下肢の弱った患者の筋肉トレーニングやリハビリで行われるスクワット運動支援装置として利用できるだけでなく,歩行器などに応用できる。
In FIG. 5, the example which applied this limb burden reduction apparatus to the walker is shown.
In FIG. 5, the
The
The
本発明の下肢負担軽減装置は、前記の如く、構造が簡単で、下肢の負担が軽減でき支援力が不要で、スクワット運動や歩行訓練に利用でき、リハビリ現場で働く人たちの作業負担を軽減すると共に、臨床現場や老人ホームでの介護者の筋力アップやバランス能力を維持強化することができる優れた効果をもたらし.介護業界及び体力増強機器業界等に貢献すること多大なものがある。
As described above, the lower limb burden reducing device of the present invention has a simple structure, can reduce the burden on the lower limbs, does not require support force, can be used for squat exercises and walking training, and reduces the work load of people working at the rehabilitation site. At the same time, it has the excellent effect of maintaining and strengthening the muscular strength and balance ability of caregivers in clinical settings and nursing homes. There is a great deal to contribute to the nursing care industry and the physical fitness equipment industry.
100 長尺基礎リンク
200 前方傾斜型のふ仰アーム
300 後方傾斜型のふ仰補助アーム
400 ばね機構(支援力発生機構)
500 サドル
600 スライダ
A,B,O,H 軸支部
101 キャスター
110 手すり
100 long foundation links
200 Lifting arm with front tilt
300 Back tilting assist arm
400 Spring mechanism (support force generation mechanism)
500 saddles
600 Slider A, B, O, H Shaft support
101 casters
110 railing
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010057816A JP2011188995A (en) | 2010-03-15 | 2010-03-15 | Lower limb derating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010057816A JP2011188995A (en) | 2010-03-15 | 2010-03-15 | Lower limb derating device |
Publications (1)
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JP2011188995A true JP2011188995A (en) | 2011-09-29 |
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Family Applications (1)
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JP2010057816A Pending JP2011188995A (en) | 2010-03-15 | 2010-03-15 | Lower limb derating device |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2011188995A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018502685A (en) * | 2014-12-19 | 2018-02-01 | スカルプテッド・パートナーズ・エルエルシーSculpted Partners Llc | Exercise equipment |
-
2010
- 2010-03-15 JP JP2010057816A patent/JP2011188995A/en active Pending
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