JP3624693B2 - Lower limb drive device - Google Patents
Lower limb drive device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3624693B2 JP3624693B2 JP16264698A JP16264698A JP3624693B2 JP 3624693 B2 JP3624693 B2 JP 3624693B2 JP 16264698 A JP16264698 A JP 16264698A JP 16264698 A JP16264698 A JP 16264698A JP 3624693 B2 JP3624693 B2 JP 3624693B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drive shaft
- thigh
- motion mechanism
- free
- joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Rehabilitation Tools (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,肢体の機能を回復するために用いられるリハビリテーション支援装置やトレーニング装置等の肢体駆動装置のうち、特に下肢を駆動するための下肢駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
筋力の低下した肢体の機能を回復するために用いられる従来のリハビリテーション支援装置やトレーニング装置には、関節を中心にして外部から機械的に肢体を駆動したり、関節の動きに負荷をかけたりする装置があり、さまざまな機構が提案されている。
そのような従来の肢体駆動装置のひとつに、複数の駆動自由度を持つ装置があり、特開平7−323048号公報の「連続受動運動装置」に開示されている。この装置は、運動を教示する時は多自由度機構に肢体を取り付けた状態でインピーダンス制御を行い、治療をする時はメモリに保存された回転角度を平衡点とするインピーダンス制御をして、教示した運動と力を再現する手段を備えたことを特徴としている。また別の肢体駆動装置として、大腿部に力を印加して運動を誘起する回転運動機構と、下腿部を支持するとともに平面内での下腿部の位置と姿勢を自在に制御できる多自由度の運動機構を備えたものがあり、特開平8−196585号公報の「膝関節用連続他動運動装置」に開示されている。さらに別の肢体駆動装置として、装置の駆動軸と肢体の関節が作る形が四辺形となるように配置されるものがあり、特開平9−99021号公報の「関節駆動装置」に開示されている。
【0003】
これらのうち、まず第1の従来例について、図4に基づいて説明する。図において、410は大腿に力を加えて股関節を中心に大腿を回転させる第1アーム、420は下腿に力を加えて膝関節を中心に下腿を回転させる第2アームであり、共に基台に据え付けられて全体で下肢駆動装置400をなしている。第1アーム410は駆動軸411と、リンク部材415、フリージョイント413、ローラ412、力検出器414とで構成されており、第2アーム420は駆動軸421、422と、リンク部材425、426、フリージョイント423、力検出器424とで構成されている。駆動軸411は基台に設けられており、基台に内蔵されたモータによりリンク部材415を回転することができる。リンク部材415の先端にはフリージョイント413が設けられており、2つのローラ412を備えた部材がフリージョイント413を中心に回転自在となっている。2つのローラ412は回転可能であり、大腿に押し当てられて相対移動する時はローラ412が大腿表面をころがり、回転する。リンク部材415には力検出器414が取付けられており、第1アーム410が大腿に加える力を検出できるようになっている。駆動軸421は基台に設けられており、基台に内蔵されたモータによりリンク部材425を回転することができる。リンク部材425の先端にはもう一つの駆動軸422が設けられており、基台に内蔵されたモータにより、リンク部材425内の機構を経由してリンク部材425の動きに独立してリンク部材426を回転することができる。リンク部材426の先端にはフリージョイント423が設けられており、下肢を装着する部材を回転可能に支持している。リンク部材426には力検出器424が取付けられており、第2アーム420が下腿に加える力を検出できるようになっている。回転可能になっている上記の駆動軸411、421、422と、フリージョイント413、423、ローラ412は、それぞれ紙面に垂直な軸回りに回転することができる。
【0004】
この下肢駆動装置400が使用される時は、まず第1アーム410のローラ412に横臥した患者の大腿をあて、第2アーム420の先端に下腿が固定される。そして患者の下肢を駆動する時は、第1アーム410は駆動軸411を回転させてローラを大腿に押し当て、大腿を股関節中心に回転させる。その際、大腿とローラ412は当接しているものの相対移動するのでローラ412が回転する。第1アーム410の回転中心と大腿の回転運動の中心がずれていても、ローラ412が大腿に接触して転がり、2つのローラ412がフリージョイント413を中心に回転するので、接触部分にすきまが発生することなく大腿を駆動することができる。第2アーム420は駆動軸421、422の2自由度の連携した動作によって下肢を駆動し、第1アーム410の動作にかかわらず膝関節を中心に下腿を回転させることができる。第1アーム410、第2アーム420は何れも力センサを備えているので、図示しない制御装置によって力制御をすることにより、下肢に適度な負荷をかけて駆動することができる。
【0005】
次に第2の従来例について、図5に基づいて説明する。図において501は基台、502は駆動軸、503、505はリンク部材、504、506は回転機構部、507は装着部であり、これらによって下肢駆動装置500をなしている。駆動軸502は基台501に取付けられており、内蔵するモータによってリンク部材503を回転させることができる。リンク部材503、505は回転機構部504で回転自在に連結されており、リンク部材505と装着部507は回転機構部506によって回転自在に連結されている。
この下肢駆動装置500を使用する時は、横臥した患者の大腿を装着部507に固定する。その際、股関節508と、駆動軸502、回転機構部504、506の各回転中心を頂点として平行四辺形となるように、装着部507が装着される。
このように構成された肢体駆動装置500が使用される時、内蔵したモータによって駆動軸502が回転すると、その回転力がリンク部材503、505を経て下肢につたえられ、股関節508を中心にして大腿が回転する。リンク部材505と基台501が、またリンク部材503と大腿が並行のまま移動するので、図3の(a)、(b)のような動きをして股関節508を駆動させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第1の従来例の下肢駆動装置400の場合、駆動軸411と股関節との間が適正な距離よりも離れていれば股関節を屈曲する角度が大きくなるに従い、力を印加することが難しくなるという問題があった。一方、第2の従来例の構成を用いると、駆動軸502と股関節508の位置関係に多少のずれがあっても回転中心を合わせることができるため、股関節を屈曲方向に大きく曲げた場合でも大腿部に力を印加することが可能である。そこで2つの従来例を組合わせて欠点を補うことを考えた時、下腿を動かす第2アーム420との位置関係、患者の装置に乗る位置、患者の下肢長の個人差、下肢形状の個人差、股関節の内外転および内外旋の制限などの諸要因により、装着部でズレを生じて脚が滑らかに動かなかったり、脚に無理な負荷がかかったりするのは否めなく、必ずしも優れた装置にはならないという問題があった。
この発明は、こうした従来の技術が持つ問題点を解消するためになされたものであり、下肢に無理な負荷をかけることなく、下肢を滑らかに動かすことができる下肢駆動装置を提供することを目的とするものである。
【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、制御装置によって動作を制御され、大腿に力を加えて股関節を回転させる大腿用運動機構部と下腿に力を加えて膝関節を回転させる下腿用運動機構部とからなる下肢駆動装置において、前記大腿用運動機構部は基台に据え付けられ、基台に内蔵するモータで駆動される第1の駆動軸と、該第1の駆動軸とリンク部材で連結され、前記第1の駆動軸の回転に従い同じ角度だけ機械的に逆回転する連動駆動軸と、該連動駆動軸とリンク部材で連結された回転自在のフリージョイントと、該フリージョイントに連結されたスライド機構と、該スライド機構に固定されて大腿を固定する大腿装着部と、からなり、前記下腿用運動機構部は基台に据え付けられ、基台に内蔵するモータで駆動される第2の駆動軸と、該第2の駆動軸とリンク部材で連結され、基台に内蔵するモータで前記第2の駆動軸とは独立して駆動される第3の駆動軸と、該第3の駆動軸とリンク部材で連結された回転自在のフリージョイントと、該フリージョイントに連結されたフリー回転部と、該フリー回転部に固定されて下腿を固定する下腿装着部と、からなることを特徴としている。前記発明の従属発明は、大腿に加える力を検出する前記大腿用運動機構部の力検出器と、下腿に加える力を検出する前記下腿用運動機構部の力検出器のうち少なくとも一つが設けられ、その情報が前記制御装置にフィードバックされること、また、フリージョイントの角度を検出する前記大腿用運動機構部と前記下腿用運動機構部の角度検出器のうち少なくとも一つが設けられ、その情報が前記制御装置にフィードバックされること、更に、前記大腿用運動機構部と前記下腿用運動機構部のリンク部材にタッチセンサが設けられ、その信号が前記制御装置にフィードバックされることを特徴としている。請求項5に記載の発明は、制御装置によって動作を制御され、下腿に力を加えて膝関節を回転させる下腿用運動機構部を備えた下肢駆動装置において、前記下腿用運動機構部は基台に据え付けられ、基台に内蔵するモータで駆動される第1の駆動軸と、該第1の駆動軸とリンク部材で連結され、基台に内蔵するモータで前記第1の駆動軸とは独立して駆動される第2の駆動軸と、該第2の駆動軸とリンク部材で連結された回転自在のフリージョイントと、該フリージョイントに連結されたフリー回転部と、該フリー回転部に固定されて下腿を固定する下腿装着部と、からなり、前記フリー回転部は、前記下腿の長手方向の軸に垂直かつ前記フリージョイントの回転軸に垂直な軸回りに自在に回転することを特徴としており、その従属発明は、タッチセンサと、前記下腿に加える力を検出する力検出器と、前記フリージョイントの角度を検出する角度検出器、または前記力検出器と前記角度検出器とを備え、それらの検出値は前記制御装置にフィードバックされることを特徴としている。このような手段により、装着部で生じる位置ズレや下肢にかかる無理な負荷を吸収することができるため、滑らかに下肢を駆動することができるのである。
【0008】
【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は本発明の実施の形態を示す下肢駆動装置100の側面図である。図において、110は大腿用運動機構部、120は下腿用運動機構部であり、ともに同じ基台に据え付けられてそれぞれ大腿と下腿を駆動する。
大腿用運動機構部110は、患者116の大腿部に装着する大腿装着部115と、基台に設けられ基台に内蔵したモータによって駆動される第1駆動軸111、連動駆動軸112、フリージョイント113、直動のフリージョイントすなわちスライド機構114から構成されている。大腿用運動機構部110を使用する時は、第1駆動軸111、連動駆動軸112、フリージョイント113が股関節117に対して概ね平行四辺形となるように配置される。連動駆動軸112は第1駆動軸111のモータによって駆動され、第1駆動軸と連動駆動軸112の間のリンク部材内の機構を経由してトルクが伝達されており、第1駆動軸に連動して同じ角度だけ逆向きに動くようになっている。また大腿装着部115とフリージョイント113の間に設けたスライド機構は、患者116と下肢駆動装置100間の適正距離からのずれと、患者の下肢長の個人差により生じる位置ズレを吸収することができるようになっている。このような構成をしているため、股関節117または第1駆動軸111の回転角度に関わらず、また多少の位置ずれが残っているのも関わらず大腿部に目的とする負荷を印加することができる。
【0009】
下腿用運動機構部120は、患者116の下腿部に装着する下腿装着部125と、基台に設けられ基台に内蔵したモータによって駆動される第2駆動軸121、第3駆動軸122、フリージョイント123、フリー回転部124から構成されている。第3駆動軸122は基台に内蔵されたモータによって駆動され、第2駆動軸121と第3駆動軸122の間に内蔵された機構によってトルクが伝えられ、第2駆動軸121の動きとは独立して回転駆動することができる。フリー回転部124はフリージョイント123と下腿装着部125の間に設けられた回転機構であり、下腿装着部125に載せて固定した下腿の長手方向の軸とフリージョイント123の回転軸の両方に垂直な軸回りに自在に回転できるようになっている。下腿用運動駆動部120は、第2駆動軸121と第3駆動軸122のふたつの独立な駆動軸を持っているため、紙面に平行な平面内で可動範囲内の任意の位置で下腿に負荷をかけることが可能である。
【0010】
この下肢駆動装置100を使用する時は、まず、基台近傍に横臥した患者の大腿を、第1駆動軸111と、連動駆動軸112、フリージョイント113、患者の股関節117がおよそ平行四辺形となるよう大腿装着部115に固定する。次に、下腿の適当な位置、およそ下腿の中央付近を下腿装着部125に固定する。そして図示しない制御装置によって第1駆動軸111と第2駆動軸121、第3駆動軸122にトルクを与えて回転駆動し、大腿と下腿を動かして股関節117と膝関節118に回転運動を与える。その動作をする時、第1駆動軸111と患者の股関節117の間の距離が、連動駆動軸112とフリージョイント113の間の距離と同じになっていない場合は、第1駆動軸111または股関節117が回転するとスライド機構114がスライドし、フリージョイント113の位置が大腿に対して移動する。このため患者の大腿に無理な力がかかることはなく、第1駆動軸111の力が大腿装着部115から確実に大腿に伝えられるのである。また、患者の下肢がO脚をしている場合は、膝関節118の回転軸は紙面に垂直な軸からずれており、膝関節118から足までの下腿の長手方向の軸は紙面に平行にはなっていない。その場合、膝関節118の回転に伴い、下腿の長手方向の軸と紙面との並行度合いのずれが変化することになるが、フリー回転部124が回転してその動きを吸収してしまい、患者の下肢に負担がかかることなく膝関節118を回転させることができるのである。また、患者毎にO脚の程度が異なる様なことがあっても、その違いをフリー回転部124が吸収して下腿を下腿装着部125に固定することができるので、患者に負担をかけることなく上記の動作をさせることができるのである。
【0011】
上記の説明では機構についてのみ説明したが、下肢駆動装置100を駆動する制御装置に柔軟で高度な制御をさせる時は下肢の情報をフィードバックすることによって実現可能となる。そのため、図2に示すように、大腿用運動機構部110と下腿用運動機構部120に力検出器と角度検出器が設けられる。大腿に加えられる力は、フリージョイント113とスライド機構114の間に設けられた力検出器によって検出することができ、下腿に加えられる力はフリージョイント123とフリー回転部124の間に設けた力検出器によって検出することができる。また大腿の動作位置は第1駆動軸111の回転位置情報とフリージョイント113の回転角度を検出する角度検出器231によって検出することができ、下腿の動作位置は第2、第3駆動軸121、122の回転位置情報とフリージョイント123の回転角度を検出する角度検出器233によって検出することができる。
【0012】
図2は、このようなセンサ類を備えた下肢駆動装置100の制御装置の1例を示した図であり、力制御としてインピーダンス制御を利用した制御ブロック図である。図において210は大腿用運動機構部110の制御装置であり、220は下腿用運動機構部の制御装置である。
大腿用運動機構部110の制御装置210は、力検出器230と角度検出器231の生の信号を入力して増幅または信号処理し、力または角度に対応する信号に変換する検出器変換器211と、インピーダンス制御部212、サーボアンプ213から構成されている。制御装置210の制御は、大腿用運動機構部110が1自由度の機構をしているため、次式を用いたインピーダンス制御とすることができる。
Fe=Mαe+BVe+K(θ−θ0) … (1)
ここに、Feは大腿部と第1アーム間に作用する力、M、B、Kは目標インピーダンス、θは第1アーム駆動軸の角度、θ0は第1アームのバネ剛性の平衡点、Veは第1アーム駆動軸の角速度(角度θの微分値)、αeは第1アーム駆動軸の角加速度(角度θの2回微分値)である。この式を用いた制御は公知の技術であるので詳細な説明を省略する。
この制御系において、力検出器230と角度検出器231で検出された信号が検出器変換器211で増幅されてインピーダンス制御部212へ送られると、インピーダンス制御部212が(1)式を満足するようにモーションの指令を発生し、サーボアンプ213を介して第1駆動軸111のモータを駆動する。
【0013】
下腿用運動機構部の制御装置220は、力検出器232と角度検出器233の生の信号を入力して増幅または信号処理し、力または角度に対応する信号に変換する検出器変換器221と、インピーダンス制御部222、サーボアンプ223から構成されている。制御装置220の制御は、下腿用運動機構部120が2自由度であるため、次式を用いたインピーダンス制御とすることができる。
Fx=Mαx+BVx+K(x-x0) … (2)
ここに、Fxは下腿部と第2アーム間に作用する力、M、B、Kは目標インピーダンス、xは第2アームフリー関節の位置(x、y)、x0はxのバネ剛性の平衡点、Vxはxの微分値、α xはxの2回微分値である。この式を用いた制御は公知の技術であるので詳細な説明を省略する。この制御系において、力検出器232と角度検出器233で検出された力信号と角度信号が検出器変換器221で増幅されてインピーダンス制御部222へ送られると、インピーダンス制御部222が(2)式を満足するようにモーションの指令を発生し、サーボアンプ223、224を介して第2駆動軸121、第3駆動軸122のモータを駆動する。なお、上記説明では、大腿用運動機構部110と下腿用運動機構部120の何れにも力検出器と角度検出器を設ける場合を示したが、制御方法が簡素化できる場合は検出器を適宜省略して少なくしてもよい。
【0014】
以上の実施例では、下肢駆動装置100が大腿用運動機構部110と下腿用運動機構部120とで構成されたものを説明したが、下腿用運動機構部120だけを単独に使用しても患者の下肢に運動を与えることができる。患者には下肢全体に運動を与える必要がある場合もあるが、下腿だけに運動を与えればよい場合もあり、患者によって個人差がある。下腿だけに運動を与えればよい患者の場合は、本発明の下腿用運動機構部120だけを用いて前記実施例の下腿用運動機構部120と同じ動作をさせて行われる。従って効果についても前記の通りとなる。
【0015】
次に本発明の変形例について述べる。本発明の下肢駆動装置100を使用している時に、手など患者の体が動作中のリンク部材に挟まれて怪我をする恐れが考えられる。この変形例とは、その予防策として、リンク部材に接触センサを設け接触を検知して非常停止ができるようにするものである。そこで、接触センサ、すなわちタッチセンサを装着した場合を図3を用いて説明する。図には(a)タッチセンサの装着状況と、(b)接触したことを信号として出力する非常停止回路の簡単な例を示している。タッチセンサの装着部は、(a)に示しているように、駆動軸111と連動駆動軸112の間のリンク部材の上下面と、駆動軸121と駆動軸122の間のリンク部材の上下面、駆動軸122とフリージョイント123間のリンク部材の上面の5ヶ所である。このようにリンク部材の手足を挟み込み安い場所に配置しているので、手等を挟んだ時に容易に関知することができる。ここで用いられるタッチセンサには加圧導電性ゴムが使われており、内部にはAとBのコード型の電極が並行して設けられて、弾力性のあるゴムなどの部材が間に挟まれている。そしてその一部に一定以上の圧力が加わると短絡する仕組みになっている。図3(b)はタッチセンサの非常停止回路の一例であり、タッチセンサの一端をHIレベル(24V)にプルアップしておき、他端にリレーの制御端子を介してGND(0V)へ落としておく。リレーをサーボオン回路に直列につないでおけば、タッチセンサが押された非常時は、A、B間が短絡してリレーの端子が開放され、サーボが切れてモータが停止させられる。リレーの端子で切るのはこれに限られることはなく、主電源であってもよいし、速度指令の信号であってもよい。また、タッチセンサを3つのリンク部材の5ヶ所に設けた例を説明したが、タッチセンサを設ける場所は危険と思われるところであればどこに設けてもよく、3つのリンク部材に限られることはなく4つのリンク部材全てに設けてもよい。
【0016】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、下肢駆動装置と横臥した患者の距離の適正値からのずれと、O脚の程度による下腿の軸の回転とを吸収し、患者に負担をかけることなく下肢を駆動することができるので、患者にやさしく実用性の高い下肢駆動装置を提供することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の下肢駆動装置を示す側面図
【図2】下肢駆動装置と制御装置を含むブロック図
【図3】本発明の変形例を示す図
【図4】第1従来例の下肢駆動装置を示す側面図
【図5】第2従来例の下肢駆動装置を示す側面図
【符号の説明】
100、200、300、400、500 下肢駆動装置
110 大腿用運動機構部
111、121、122、411、421、422、502 駆動軸
112 連動駆動軸
113、123、413、423 フリージョイント
114 スライド機構
115 大腿装着部
116 患者
117、508 股関節
118 膝関節
120 下腿用運動機構部
124 フリー回転部
125 下腿装着部
210、220 制御装置
211、221 検出器変換器
212、222 インピーダンス制御部
213、223、224 サーボアンプ
230、232、424 力検出器
231、233 角度検出器
301、302、303、304、305 タッチセンサ
410 第1アーム
412 ローラ
420 第2アーム
501 基台
415、425、426、503、505 リンク部材
504、506 回転機構部
507 装着部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lower limb driving device for driving a lower limb among limb body driving devices such as a rehabilitation support device and a training device used for restoring the function of the limb.
[0002]
[Prior art]
Conventional rehabilitation support devices and training devices used to recover limb functions that have weakened muscles mechanically drive the limbs from the outside centered on the joints, or put a load on the movement of the joints There are devices and various mechanisms have been proposed.
One of such conventional limb drive devices is a device having a plurality of degrees of freedom of drive, and is disclosed in “Continuous Passive Exercise Device” of Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-323048. This device performs impedance control with the limbs attached to a multi-degree-of-freedom mechanism when teaching movement, and teaches impedance control with the rotation angle stored in memory as the equilibrium point when treating. It is characterized by having a means to reproduce the exercise and force. As another limb body drive device, a rotary motion mechanism that applies a force to the thigh and induces motion, and a limb body support that supports the lower leg and can freely control the position and posture of the lower leg in a plane. There is one provided with a motion mechanism of a degree of freedom, which is disclosed in “Continuous Passive Motion Device for Knee Joint” of JP-A-8-196585. As another limb body drive device, there is one which is arranged so that the shape formed by the drive shaft of the device and the joint of the limb body is a quadrilateral, which is disclosed in “joint drive device” of Japanese Patent Laid-Open No. 9-99021. Yes.
[0003]
Of these, the first conventional example will be described with reference to FIG. In the figure, 410 is a first arm that applies a force to the thigh to rotate the thigh around the hip joint, and 420 is a second arm that applies a force to the lower thigh to rotate the thigh around the knee joint. The lower limb drive device 400 is installed as a whole. The first arm 410 includes a drive shaft 411, a link member 415, a free joint 413, a roller 412, and a force detector 414. The
[0004]
When the lower limb driving apparatus 400 is used, first, the patient's thigh lying on the roller 412 of the first arm 410 is applied, and the lower leg is fixed to the distal end of the
[0005]
Next, a second conventional example will be described with reference to FIG. In the figure,
When using this lower limb drive device 500, the thigh of a lying patient is fixed to the
When the limb drive device 500 configured as described above is used, when the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the lower limb drive device 400 of the first conventional example, it is difficult to apply force as the angle at which the hip joint is bent increases as the drive shaft 411 and the hip joint are separated from each other by an appropriate distance. There was a problem of becoming. On the other hand, when the configuration of the second conventional example is used, the center of rotation can be adjusted even if the positional relationship between the
The present invention has been made to solve the problems of the conventional techniques, and an object of the present invention is to provide a lower limb drive device that can move the lower limbs smoothly without imposing an excessive load on the lower limbs. It is what.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a thigh motion mechanism portion that is controlled by a control device and applies a force to the thigh to rotate the hip joint and a thigh motion mechanism that applies a force to the lower thigh to rotate the knee joint. In the lower limb drive device, the thigh motion mechanism is installed on a base, and is connected to a first drive shaft driven by a motor built in the base, and the first drive shaft by a link member An interlocking drive shaft that mechanically reverses by the same angle according to the rotation of the first drive shaft, a rotatable free joint connected to the interlocking drive shaft by a link member, and the free joint And a thigh mounting portion that fixes the thigh by being fixed to the slide mechanism, and the crus motion mechanism portion is installed on a base and is driven by a motor built in the base. The axis, A third drive shaft connected to the second drive shaft by a link member and driven independently from the second drive shaft by a motor built in the base, and the third drive shaft and the link member It is characterized by comprising a connected free rotatable joint, a free rotating part connected to the free joint, and a lower leg mounting part fixed to the free rotating part and fixing the lower leg. The subordinate invention of the present invention is provided with at least one of a force detector for the thigh motion mechanism section for detecting a force applied to the thigh and a force detector for the thigh motion mechanism section for detecting a force applied to the thigh. , The information is fed back to the control device, and at least one of the thigh motion mechanism unit for detecting the angle of the free joint and the angle sensor for the crus motion mechanism unit is provided, and the information is Feedback is provided to the control device, and further, a touch sensor is provided on a link member of the thigh motion mechanism and the crus motion mechanism, and the signal is fed back to the control device. According to a fifth aspect of the present invention, in the lower limb drive device comprising an crus motion mechanism unit that is controlled in operation by a control device and applies a force to the crus to rotate the knee joint, the crus exercise mechanism unit is a base And a first drive shaft that is driven by a motor built in the base, and is connected to the first drive shaft by a link member, and is independent of the first drive shaft by a motor built in the base. The second drive shaft driven in this manner, a rotatable free joint connected to the second drive shaft by a link member, a free rotating portion connected to the free joint, and a fixed to the free rotating portion A lower leg mounting part for fixing the lower leg , wherein the free rotation part freely rotates about an axis perpendicular to the longitudinal axis of the lower leg and perpendicular to the rotation axis of the free joint. cage, its dependent invention, Comprising a Tchisensa, a force detector for detecting a force applied to the lower leg, the angle detector detects the angle of the free joints, or the said angle detector and said force detector, their detection values the control device It is characterized by being fed back. By such means, it is possible to absorb a positional shift generated in the wearing portion and an unreasonable load applied to the lower limbs, so that the lower limbs can be driven smoothly.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a lower limb driving apparatus 100 showing an embodiment of the present invention. In the figure, 110 is a thigh exercise mechanism unit, and 120 is a thigh exercise mechanism unit, both of which are installed on the same base and drive the thigh and the lower thigh, respectively.
The thigh motion mechanism unit 110 includes a
[0009]
The crus exercise mechanism 120 includes a
[0010]
When using this lower limb drive device 100, first, the patient's thigh lying on the base is placed on the first drive shaft 111, the
[0011]
In the above description, only the mechanism has been described. However, when the control device that drives the lower limb drive device 100 is to perform flexible and advanced control, it can be realized by feeding back information on the lower limbs. Therefore, as shown in FIG. 2, a force detector and an angle detector are provided in the thigh motion mechanism 110 and the crus motion mechanism 120. The force applied to the thigh can be detected by a force detector provided between the free joint 113 and the
[0012]
FIG. 2 is a diagram showing an example of a control device of the lower limb drive device 100 provided with such sensors, and is a control block diagram using impedance control as force control. In the figure, 210 is a control device for the
The
Fe = Mαe + BVe + K (θ−θ0) (1)
Where Fe is the force acting between the thigh and the first arm, M, B, and K are target impedances, θ is the angle of the first arm drive shaft, θ0 is the equilibrium point of the spring stiffness of the first arm, Ve Is the angular velocity (differential value of angle θ) of the first arm drive shaft, and αe is the angular acceleration (double differential value of angle θ) of the first arm drive shaft. Since control using this equation is a known technique, detailed description thereof is omitted.
In this control system, when signals detected by the force detector 230 and the angle detector 231 are amplified by the
[0013]
A
Fx = Mαx + BVx + K (x-x0) (2)
Where Fx is the force acting between the lower leg and the second arm, M, B, and K are target impedances, x is the position of the second arm free joint (x, y), and x0 is the balance of the spring stiffness of x Point, Vx is the differential value of x , and α x is the differential value of x twice. Since control using this equation is a known technique, detailed description thereof is omitted. In this control system, when the force signal and angle signal detected by the force detector 232 and the angle detector 233 are amplified by the
[0014]
In the above-described embodiments, the lower limb driving device 100 has been described as including the thigh motion mechanism unit 110 and the crus motion mechanism unit 120. However, even if only the crus motion mechanism unit 120 is used alone, the patient Exercise can be given to the lower limbs. The patient may need to exercise the entire lower limb, but may need to exercise only the lower leg, and there are individual differences among patients. In the case of a patient who needs to give exercise only to the lower leg, the same operation as that of the lower leg exercise mechanism unit 120 of the above embodiment is performed using only the lower leg exercise mechanism unit 120 of the present invention. Therefore, the effect is also as described above.
[0015]
Next, modifications of the present invention will be described. When using the lower limb drive device 100 of the present invention, there is a possibility that a patient's body such as a hand may be injured by being pinched by an operating link member. In this modified example, as a preventive measure, a contact sensor is provided on the link member so that an emergency stop can be made by detecting the contact. A case where a contact sensor, that is, a touch sensor is attached will be described with reference to FIG. The figure shows a simple example of (a) a touch sensor mounting state and (b) an emergency stop circuit for outputting a contact as a signal. As shown in (a), the touch sensor mounting portion includes upper and lower surfaces of the link member between the drive shaft 111 and the interlocking
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to absorb the deviation from the appropriate value of the distance between the lower limb driving device and the patient lying on the side and the rotation of the lower leg shaft due to the degree of the O leg, thereby placing a burden on the patient. Since the lower limbs can be driven without any problem, it is possible to provide a leg drive device that is easy on the patient and highly practical.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a lower limb drive device of the present invention. FIG. 2 is a block diagram including a lower limb drive device and a control device. FIG. 3 is a view showing a modification of the present invention. Side view showing the driving device FIG. 5 is a side view showing the lower limb driving device of the second conventional example.
100, 200, 300, 400, 500 Lower limb drive unit 110
Claims (6)
前記下腿用運動機構部は基台に据え付けられ、基台に内蔵するモータで駆動される第2の駆動軸と、該第2の駆動軸とリンク部材で連結され、基台に内蔵するモータで前記第2の駆動軸とは独立して駆動される第3の駆動軸と、該第3の駆動軸とリンク部材で連結された回転自在のフリージョイントと、
該フリージョイントに連結されたフリー回転部と、
該フリー回転部に固定されて下腿を固定する下腿装着部と、からなることを特徴とする下肢駆動装置。In the lower limb drive device, the operation of which is controlled by the control device and which includes a thigh motion mechanism unit that applies a force to the thigh to rotate the hip joint and a crus motion mechanism unit that applies a force to the lower thigh to rotate the knee joint, The motion mechanism unit is installed on a base, and is connected to a first drive shaft driven by a motor built in the base, the first drive shaft and a link member, and according to the rotation of the first drive shaft. An interlocking drive shaft that mechanically reversely rotates by the same angle, a rotatable free joint connected to the interlocking drive shaft by a link member, a slide mechanism connected to the free joint, and a fixed to the slide mechanism A thigh mounting part for fixing the thigh,
The crus motion mechanism is installed on a base and is driven by a motor built in the base, and is connected to the second drive shaft by a link member, and is a motor built in the base. A third drive shaft that is driven independently of the second drive shaft; a rotatable free joint connected to the third drive shaft by a link member;
A free rotating part connected to the free joint;
A lower limb drive device comprising: a lower leg mounting portion fixed to the free rotating portion and fixing the lower leg.
前記下腿用運動機構部は基台に据え付けられ、基台に内蔵するモータで駆動される第1の駆動軸と、該第1の駆動軸とリンク部材で連結され、基台に内蔵するモータで前記第1の駆動軸とは独立して駆動される第2の駆動軸と、該第2の駆動軸とリンク部材で連結された回転自在のフリージョイントと、
該フリージョイントに連結されたフリー回転部と、該フリー回転部に固定されて下腿を固定する下腿装着部と、からなり、前記フリー回転部は、前記下腿の長手方向の軸に垂直かつ前記フリージョイントの回転軸に垂直な軸回りに自在に回転することを特徴とする下肢駆動装置。In a lower limb drive device that includes an exercise mechanism for the lower leg that is controlled by the control device and rotates the knee joint by applying force to the lower leg,
The crus motion mechanism is installed on a base and is driven by a motor built in the base, and is connected to the first drive shaft by a link member, and is a motor built in the base. A second drive shaft that is driven independently of the first drive shaft; a rotatable free joint connected to the second drive shaft by a link member;
A free rotating part connected to the free joint; and a crus mounting part fixed to the free rotating part to fix the crus , wherein the free rotating part is perpendicular to the longitudinal axis of the crus and is free A lower limb drive device characterized by freely rotating about an axis perpendicular to the rotation axis of the joint .
タッチセンサと、
前記下腿に加える力を検出する力検出器と、
前記フリージョイントの角度を検出する角度検出器、
または前記力検出器と前記角度検出器とを備え、
それらの検出値は前記制御装置にフィードバックされることを特徴とする請求項5記載の下肢駆動装置。 The lower leg motion mechanism is
A touch sensor;
A force detector for detecting a force applied to the lower leg,
Angle detector for detecting an angle of the free joint,
Or comprising the force detector and the angle detector,
6. The lower limb drive device according to claim 5, wherein the detected values are fed back to the control device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16264698A JP3624693B2 (en) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | Lower limb drive device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16264698A JP3624693B2 (en) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | Lower limb drive device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11347081A JPH11347081A (en) | 1999-12-21 |
JP3624693B2 true JP3624693B2 (en) | 2005-03-02 |
Family
ID=15758587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16264698A Expired - Fee Related JP3624693B2 (en) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | Lower limb drive device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3624693B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7460070B2 (en) | 2020-03-31 | 2024-04-02 | ミナト医科学株式会社 | Core exercise equipment |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4702585B2 (en) * | 2001-09-03 | 2011-06-15 | 株式会社安川電機 | Lower limb drive device |
WO2004002391A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-08 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Limb driving device |
WO2004108052A1 (en) * | 2003-06-04 | 2004-12-16 | Kenneth Owen Richardson | Leg stretching machine |
JP5045338B2 (en) * | 2007-09-27 | 2012-10-10 | 株式会社安川電機 | Lower limb drive device |
CN104287940B (en) * | 2014-08-20 | 2016-08-24 | 燕山大学 | A kind of lower limbs joint recovered image training robot |
CN111904791B (en) * | 2020-08-12 | 2023-08-22 | 威海经济技术开发区天智创新技术研究院 | Skin deformation compensation structure of lower limb rehabilitation instrument |
CN112587374B (en) * | 2021-01-13 | 2022-11-01 | 广州秋绣禧化妆品有限公司 | Walking recovery auxiliary device |
-
1998
- 1998-06-10 JP JP16264698A patent/JP3624693B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7460070B2 (en) | 2020-03-31 | 2024-04-02 | ミナト医科学株式会社 | Core exercise equipment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11347081A (en) | 1999-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9539724B2 (en) | Exoskeleton | |
JP3624693B2 (en) | Lower limb drive device | |
JP2009207840A (en) | Walking movement assisting device | |
JP2019522569A (en) | Flexible actuator, robot joint, robot and exoskeleton robot | |
WO2006012036A3 (en) | Walking and balance exercise device | |
JP6556867B2 (en) | Performance evaluation apparatus and performance evaluation method for wearable motion assist device | |
CN107690375B (en) | Portable power joint device, lower limb assistance exoskeleton equipment and control method thereof | |
KR100810004B1 (en) | Force assistive wearable robot for wearing human body | |
EP3448345B1 (en) | Bi-directional underactuated exoskeleton | |
JPH10286789A (en) | Revolute joint torque detecting device | |
KR101965070B1 (en) | Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same | |
KR101916560B1 (en) | Secure, motor-driven hinge to be provided on a humanoid robot | |
KR20200093056A (en) | Drive assembly for moving body parts | |
CN109702765B (en) | Power joint device and lower limb assisting equipment | |
JP3716417B2 (en) | Joint drive device | |
KR102217337B1 (en) | Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same | |
JP4446146B2 (en) | Limb body drive device | |
JP3585055B2 (en) | Continuous passive exercise device for knee joint | |
JP4051506B2 (en) | Limb body drive device for hemiplegic patients | |
JP2001341092A (en) | Articulated robot and position teaching method for articulated robot | |
JP2017086873A (en) | Power transmission assembly and exercise assisting device including the same | |
Casas et al. | Comparison of two series elastic actuator designs incorporated into a shoulder exoskeleton | |
JP2009254741A (en) | Assist device and its controlling method | |
Zhang et al. | Development of a Compatible Exoskeleton (Co-Exos II) for Upper-Limb Rehabilitation | |
KR20190114628A (en) | Reaction force adjusting device of exoskeleton system and variable stiffness actuator using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040330 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040716 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040819 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041122 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071210 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081210 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091210 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091210 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101210 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101210 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111210 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121210 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131210 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141210 Year of fee payment: 10 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |