JP4159627B2 - リハビリ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、患者のリハビリ治療を補助するリハビリ装置及びリハビリ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は従来のリハビリ装置を示す斜視図であり、図において、１はリハビリ対象者である患者の足、２はベッド、３は患者の足１を載せる足置き台、４は患者の足１を足置き台３に固定する固定器具、５は足置き台３を移動自在に支える支持機構、６は足置き台３を水平方向に移動させる移動ユニットである。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１６に示すように、ベッド２に横たわったのち、足１を足置き台３に載せて、固定器具４により足１を足置き台３に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬ移動ユニット６のスイッチを投入すると、移動ユニット６が足置き台３を水平方向に移動させる。
即ち、移動ユニット６は、支持機構５を駆動する直流モータから構成されているので、スイッチの投入により一定の直流電圧が直流モータに印加されると、一定速度で支持機構５を駆動することになり、足置き台３が一定速度で移動する。
これにより、患者の足１が強制的に屈伸されることになり、リハビリ治療が可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のリハビリ装置は以上のように構成されているので、患者の足１を強制的に屈伸させることができるが、患者の回復状況は一律でないため、単に一定速度で患者の足１を屈伸させるだけでは、患者によっては移動速度が早すぎて、患者に必要以上の苦痛を与えることがある一方、患者によっては移動速度が遅すぎて、効果的なリハビリ治療が行えない場合があるなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができるリハビリ装置及びリハビリ方法を得ることを目的とする。
また、この発明は、患者の筋力回復を効果的に実現することができるリハビリ装置及びリハビリ方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足等の肢体が固定された固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるものである。
【０００７】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足首等の肢体が固定された固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるものである。
【０００９】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるものである。
【００１０】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるものである。
【００１１】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にする一方、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるリハビリ装置を示す斜視図であり、図において、１１はリハビリ対象者である患者の足、１２はベッド、１３は患者の足１１を固定し、患者の足１１を屈伸させるリハビリ駆動ユニット、１４は患者の足１１を固定するリハビリ駆動ユニット１３のペダル（固定器具）であり、図１の矢印Ａ，Ｂが示す方向に移動及び回転する。
【００２９】
また、図２はこの発明の実施の形態１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、２１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* ，トルク上限値ＴH 及び速度上限値ＶH を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）、２２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、２３はシーケンサ２２から出力された位置指令Ｐ* からエンコーダ３４により検出された現在位置Ｐを減算して、位置偏差△Ｐを出力する減算器（トルク指令決定手段）、２４は減算器２３から出力された位置偏差△Ｐに基づいて速度指令Ｖ* を演算する位置制御器（トルク指令決定手段）、２５は速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、その速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００３０】
また、２６はリミッタ２５から出力された速度指令Ｖ* から微分器３５により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、２７は減算器２６から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、２８はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００３１】
さらに、２９はリミッタ２８から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器３２により演算された駆動トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、３０は減算器２９から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ３３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、３１はモータ３３に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、３２は変流器３１により検出された電流からモータ３３の駆動トルクＴを演算する演算器（検出手段）、３３はリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を水平方向に移動するモータ（移動手段）、３４はモータ３３の回転軸の回転角度からペダル１４の現在位置Ｐを検出するエンコーダ（検出手段）、３５はエンコーダ３４により検出された現在位置Ｐを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。
なお、図３はこの発明の実施の形態１によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００３２】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態１では、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を水平方向に移動することにより、患者の足１１を強制的に屈伸させてリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ａを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、ペダル１４が水平方向に移動することになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の位置指令Ｐ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が上位コンピュータ２１に設定される。
【００３３】
ここで、ペダル１４の速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH は、図４に示すように、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
図４の例では、運転開始点付近（足１１を曲げた状態）及び運転終了点付近（足１１を伸ばした状態）では、患者の痛みが大きいので、ペダル１４がゆっくり動くように設定され、中間点付近では、患者の痛みが比較的緩いので、ペダル１４が早く動くように設定されている。
【００３４】
そして、上位コンピュータ２１に位置指令Ｐ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ２２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH を出力する（ステップＳＴ１）。
【００３５】
そして、減算器２３は、シーケンサ２２が位置指令Ｐ* を出力すると、その位置指令Ｐ* からエンコーダ３４により検出された現在位置Ｐを減算し、その位置偏差△Ｐを出力する。
そして、位置制御器２４は、減算器２３から位置偏差△Ｐが出力されると、その位置偏差△Ｐに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ２）。
ただし、その速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、ペダル１４の移動速度が早くなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定された速度上限値ＶH を上回る速度で患者の足１１を伸縮させると、患者の足１１に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ２５は、位置制御器２４により決定された速度指令Ｖ* をキャンセルし、当該速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* とする（ステップＳＴ３，ＳＴ４）。
【００３６】
そして、減算器２６は、リミッタ２５から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器３５の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器２７は、減算器２６から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ５）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、ペダル１４に加えられる駆動トルクＴが大きくなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定されたトルク上限値ＴH を上回る力が患者の足１１に加えられると、患者の足１１に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ２８は、速度制御器２７により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ６，ＳＴ７）。
【００３７】
そして、減算器２９は、リミッタ２８からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器３２により演算されたモータ３３の駆動トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器３０は、減算器２９からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ３３に供給する電流を制御し、モータ３３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ８）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、適宜、位置指令Ｐ* 等に追従して水平方向に移動するため、患者の足１１が強制的に屈伸され、リハビリ治療が可能になる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１によれば、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* と現在位置Ｐの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果を奏する。
【００３９】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、４１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する角度指令θ* ，トルク上限値ＴH 及び速度上限値ＶH を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）であり、説明の便宜上、図２の上位コンピュータ２１と異なる符号を付しているが上位コンピュータ２１と同一の上位コンピュータである。４２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、４３はシーケンサ４２から出力された角度指令θ* からエンコーダ５４により検出された現在角度θを減算して、角度偏差△θを出力する減算器（トルク指令決定手段）、４４は減算器４３から出力された角度偏差△θに基づいて速度指令Ｖ* を演算する角度制御器（トルク指令決定手段）、４５は速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、その速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００４０】
また、４６はリミッタ４５から出力された速度指令Ｖ* から微分器５５により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、４７は減算器４６から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、４８はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００４１】
さらに、４９はリミッタ４８から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器５２により演算された駆動トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、５０は減算器４９から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ５３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、５１はモータ５３に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、５２は変流器５１により検出された電流からモータ５３の駆動トルクＴを演算する演算器（検出手段）、５３はリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を回転するモータ（回転手段）、５４はモータ５３の回転軸の回転角度からペダル１４の現在角度θを検出するエンコーダ（検出手段）、５５はエンコーダ５４により検出された現在角度θを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。
なお、図６はこの発明の実施の形態２によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００４２】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態２では、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を回転することにより、患者の足首を強制的に屈曲させてリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ｂを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、ペダル１４が回転することになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の角度指令θ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が上位コンピュータ４１に設定される。
【００４３】
ここで、ペダル１４の速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH は、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
例えば、運転開始点付近（足首を背屈した状態）及び運転終了点付近（足首を底屈した状態）では、患者の痛みが大きいので、ペダル１４がゆっくり回転するように設定され、中間点付近では、患者の痛みが比較的緩いので、ペダル１４が早く回転するように設定される。
【００４４】
そして、上位コンピュータ４１に角度指令θ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ４２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH を出力する（ステップＳＴ１１）。
【００４５】
そして、減算器４３は、シーケンサ４２が角度指令θ* を出力すると、その角度指令θ* からエンコーダ５４により検出された現在角度θを減算し、その角度偏差△θを出力する。
そして、角度制御器４４は、減算器４３から角度偏差△θが出力されると、その角度偏差△θに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ１２）。
ただし、その速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、ペダル１４の回転速度が早くなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定された速度上限値ＶH を上回る速度で患者の足首を屈曲させると、患者の足首に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ４５は、角度制御器４４により決定された速度指令Ｖ* をキャンセルし、当該速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* とする（ステップＳＴ１３，ＳＴ１４）。
【００４６】
そして、減算器４６は、リミッタ４５から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器５５の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器４７は、減算器４６から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ１５）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、ペダル１４に加えられる駆動トルクＴが大きくなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定されたトルク上限値ＴH を上回る力が患者の足首に加えられると、患者の足首に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ４８は、速度制御器４７により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ１６，ＳＴ１７）。
【００４７】
そして、減算器４９は、リミッタ４８からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器５２により演算されたモータ５３の駆動トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器５０は、減算器５９からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ５３に供給する電流を制御し、モータ５３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ１８）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、適宜、角度指令θ* 等に追従して回転するため、患者の足首が強制的に屈曲され、リハビリ治療が可能になる。
【００４８】
以上のように、この実施の形態２によれば、運転時間ｔに対応する角度指令θ* と現在角度θの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果を奏する。
【００４９】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、ペダル１４を水平方向に移動するものについて説明し、上記実施の形態２では、ペダル１４を回転するものについて説明したが、ペダル１４を水平方向に移動しながら回転するようにしてもよい。
即ち、図２に示す駆動制御系と図５に示す駆動制御系とを備えたペダル駆動ユニット１３であれば、ペダル１４を水平方向に移動させながら回転させることができる。
これにより、患者の足１１の各部位（膝、足首等）の相互関係を考慮しつつ、足全体のリハビリ治療（膝、足首等）を同時に実現することができる効果を奏する。
【００５０】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、患者の片足のみをリハビリ治療するものについて示したが（図１参照）、図１に示すように、ベッド１２には２つのペダル駆動ユニット１３が設けらているので、両足を同時にリハビリ治療するようにしてもよく、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。
なお、２つのペダル駆動ユニット１３の駆動制御系は互いに独立しており、患者の各足の回復状況に応じて、異なる設定内容でリハビリ治療が行えることは言うまでもない。
【００５１】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図２のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
６１はペダル１４に加えられる圧力Ｋを検出する圧力センサ（設定手段）、６２は上位コンピュータ２１と同様の機能を有するとともに、圧力センサ６１により検出された圧力Ｋに応じてトルク上限値ＴH を変更する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）である。
【００５２】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１〜４では、一旦設定されたトルク上限値ＴH を固定的に使用するものについて示したが、圧力センサ６１により検出された圧力Ｋに応じて適宜トルク上限値ＴH を変更するようにしてもよい。
【００５３】
即ち、圧力センサ６１により検出された圧力Ｋが予め設定された限界値を上回る場合、患者が苦痛のため足１１が屈伸又は足首が屈曲しないように堪えている可能性が高いので、患者の足１１を保護する観点から、このような場合には、上位コンピュータ６２は、圧力センサ６１により検出される圧力Ｋが限界値を上回ることがないように、一旦設定されたトルク上限値ＴH を低減する。
これにより、リハビリ療法士等の指示に基づいてトルク上限値ＴH が設定された場合であっても、患者の苦痛が必要以上に大きい場合には、その患者の苦痛を緩和することができるようになり、無理なくリハビリ治療を実行することができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、ペダル１４の運転開始点及び運転終了点を固定的に使用するものについて示したが、演算器３２，５２により演算された駆動トルクＴがトルク上限値ＴH に到達した場合には、患者が苦痛のため足１１が屈伸又は足首が屈曲しないように堪えている可能性が高いので、患者の足１１を保護する観点から、このような場合には、上位コンピュータ２１，４１，６２が、演算器３２，５２により演算された駆動トルクＴがトルク上限値ＴH に到達することがないように、ペダル１４の運転開始点及び運転終了点、即ち、ペダル１４の折返し点を当該トルク上限値ＴH を上回った地点に変更するようにしてもよい。
これにより、患者の苦痛が必要以上に大きい場合には、その患者の苦痛を緩和して、無理なくリハビリ治療を実行することができる効果を奏する。
【００５５】
実施の形態７．
図８はこの発明の実施の形態７によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、７１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）、７２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、７３はシーケンサ７２から出力された位置指令Ｐ* からエンコーダ８３により検出された現在位置Ｐを減算して、位置偏差△Ｐを出力する減算器（トルク指令決定手段）、７４は減算器７３から出力された位置偏差△Ｐに基づいて速度指令Ｖ* を演算する位置制御器（トルク指令決定手段）である。
【００５６】
また、７５は位置制御器７４から出力された速度指令Ｖ* から微分器８４により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、７６は減算器７５から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、７７はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００５７】
さらに、７８はリミッタ７７から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器８１により演算された負荷トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、７９は減算器７８から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ８２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、８０はモータ８２に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、８１は変流器８０により検出された電流からモータ８２の負荷トルクＴを演算する演算器（検出手段）、８２はペダル１４の移動方向と逆方向に負荷トルクＴを加えるモータ（荷重手段）、８３はモータ８２の回転軸の回転角度からペダル１４の現在位置Ｐを検出するエンコーダ（検出手段）、８４はエンコーダ８３により検出された現在位置Ｐを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。なお、図９はこの発明の実施の形態７によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００５８】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態７では、ペダル１４の移動方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることにより、患者の足１１の踏み込み力を養成するリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ａを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、モータ８２がペダル１４の移動方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL が上位コンピュータ７１に設定される。
【００５９】
ここで、ペダル１４のトルク下限値ＴL は、図１０に示すように、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
図１０の例では、人間の運動メカニズムに対応させるため（人間が歩行する場合、足の踏みだしが強くて、途中弱く、足の引きつけが強い）、運転開始点付近（足１１を曲げた状態）では、運転終了点付近（足１１を伸ばした状態）に比べて、患者が強くペダル１４を踏み込まなければ、ペダル１４が移動しないように設定されている。
【００６０】
そして、上位コンピュータ７１に位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ７２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL を出力する（ステップＳＴ２１）。
【００６１】
そして、減算器７３は、シーケンサ７２が位置指令Ｐ* を出力すると、その位置指令Ｐ* からエンコーダ８３により検出された現在位置Ｐを減算し、その位置偏差△Ｐを出力する。
そして、位置制御器７４は、減算器７３から位置偏差△Ｐが出力されると、その位置偏差△Ｐに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ２２）。
【００６２】
そして、減算器７５は、位置制御器７４から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器８４の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器７６は、減算器７５から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ２３）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、ペダル１４に加えられる負荷トルクＴが小さすぎて、運動メカニズムに対応したリハビリ治療が行えないので、リミッタ７７は、速度制御器７６により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ２４，ＳＴ２５）。
【００６３】
そして、減算器７８は、リミッタ７７からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器８１により演算されたモータ８２の負荷トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器７９は、減算器７８からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ８２に供給する電流を制御し、モータ８２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ２６）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、患者の足１１の踏み込み力に応じて移動するため、リハビリ治療が可能になる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態７によれば、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* と現在位置Ｐの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果を奏する。
【００６５】
実施の形態８．
図１１はこの発明の実施の形態８によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、９１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）であり、説明の便宜上、図８の上位コンピュータ７１と異なる符号を付しているが上位コンピュータ７１と同一の上位コンピュータである。９２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、９３はシーケンサ９２から出力された角度指令θ* からエンコーダ１０３により検出された現在角度θを減算して、角度偏差△θを出力する減算器（トルク指令決定手段）、９４は減算器９３から出力された角度偏差△θに基づいて速度指令Ｖ* を演算する角度制御器（トルク指令決定手段）である。
【００６６】
また、９５は角度制御器９４から出力された速度指令Ｖ* から微分器１０４により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、９６は減算器９５から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、９７はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００６７】
さらに、９８はリミッタ９７から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器１０１により演算された負荷トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、９９は減算器９８から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ１０２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、１００はモータ１０２に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、１０１は変流器１００により検出された電流からモータ１０２の負荷トルクＴを演算する演算器（検出手段）、１０２はペダル１４の回転方向と逆方向に負荷トルクＴを加えるモータ（荷重手段）、１０３はモータ１０２の回転軸の回転角度からペダル１４の現在角度θを検出するエンコーダ（検出手段）、１０４はエンコーダ１０３により検出された現在角度θを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。
なお、図１２はこの発明の実施の形態８によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００６８】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態８では、ペダル１４の回転方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることにより、患者の足１１の踏み込み力を養成するリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ａを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、モータ１０２がペダル１４の回転方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL が上位コンピュータ９１に設定される。
【００６９】
ここで、ペダル１４のトルク下限値ＴL は、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
例えば、人間の運動メカニズムに対応させるため（人間が歩行する場合、足の踏みだしが強くて、途中弱く、足の引きつけが強い）、運転開始点付近（足首を背屈した状態）では、運転終了点付近（足首を底屈した状態）に比べて、患者が強くペダル１４を踏み込まなければ、ペダル１４が回転しないように設定される。
【００７０】
そして、上位コンピュータ９１に角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ９２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL を出力する（ステップＳＴ３１）。
【００７１】
そして、減算器９３は、シーケンサ９２が角度指令θ* を出力すると、その角度指令θ* からエンコーダ１０３により検出された現在角度θを減算し、その角度偏差△θを出力する。
そして、角度制御器９４は、減算器９３から角度偏差△θが出力されると、その角度偏差△θに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ３２）。
【００７２】
そして、減算器９５は、角度制御器９４から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器１０４の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器９６は、減算器９５から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ３３）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、ペダル１４に加えられる負荷トルクＴが小さすぎて、運動メカニズムに対応したリハビリ治療が行えないので、リミッタ９７は、速度制御器９６により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ３４，ＳＴ３５）。
【００７３】
そして、減算器９８は、リミッタ９７からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器１０１により演算されたモータ１０２の負荷トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器９９は、減算器９８からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ１０２に供給する電流を制御し、モータ１０２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ３６）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、患者の足１１の踏み込み力に応じて回転するため、リハビリ治療が可能になる。
【００７４】
以上のように、この実施の形態８によれば、運転時間ｔに対応する角度指令θ* と現在角度θの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果を奏する。
【００７５】
実施の形態９．
上記実施の形態７では、ペダル１４を水平方向に移動するものについて説明し、上記実施の形態８では、ペダル１４を回転するものについて説明したが、ペダル１４を水平方向に移動しながら回転するようにしてもよい。
即ち、図８に示す駆動制御系と図１１に示す駆動制御系とを備えたペダル駆動ユニット１３であれば、ペダル１４を水平方向に移動させながら回転させることができる。
これにより、患者の足１１の各部位（膝、足首等）の相互関係を考慮しつつ、足全体のリハビリ治療（膝、足首等）を同時に実現することができる効果を奏する。
【００７６】
実施の形態１０．
上記実施の形態７〜９では、患者の片足のみをリハビリ治療するものについて示したが（図１参照）、図１に示すように、ベッド１２には２つのペダル駆動ユニット１３が設けらているので、両足を同時にリハビリ治療するようにしてもよく、上記実施の形態７〜９と同様の効果を奏することができる。
なお、２つのペダル駆動ユニット１３の駆動制御系は互いに独立しており、患者の各足の回復状況に応じて、異なる設定内容でリハビリ治療が行えることは言うまでもない。
【００７７】
実施の形態１１．
図１３はこの発明の実施の形態１１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図８のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
１１１はペダル１４に加えられる圧力Ｋを検出する圧力センサ（設定手段）、１１２は上位コンピュータ７１と同様の機能を有するとともに、圧力センサ１１１により検出された圧力Ｋに応じてトルク下限値ＴL を変更する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）である。
【００７８】
次に動作について説明する。
上記実施の形態７〜１０では、一旦設定されたトルク下限値ＴL を固定的に使用するものについて示したが、圧力センサ１１１により検出された圧力Ｋに応じて適宜トルク下限値ＴL を変更するようにしてもよい。
【００７９】
即ち、圧力センサ１１１により検出された圧力Ｋが予め設定された限界値を下回る場合、人間の運動メカニズムに対応するリハビリ治療が行えないので、このような場合には、上位コンピュータ１１２は、圧力センサ１１１により検出される圧力Ｋが限界値を下回ることがないように、一旦設定されたトルク下限値ＴL を増加する。
これにより、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果を奏する。
【００８０】
実施の形態１２．
図１４はこの発明の実施の形態１２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図２のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
１２１は微分器３５により求められた現在速度Ｖの極性が反転すると、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔａ（摩擦損失）を演算する積分器（トルク指令決定手段）、１２２はリミッタ２８から出力されたトルク指令Ｔ* に機械損失Ｔａを加算する加算器（トルク指令決定手段）である。
【００８１】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１，７等では、駆動制御系の機械損失Ｔａについて特に言及していないが、駆動制御系の機械損失Ｔａはペダル１４の移動に伴って変動することがあるので、ペダル１４が移動方向を反転するごとに、駆動制御系の機械損失Ｔａを補償するようにしてもよい。
【００８２】
即ち、積分器１２１は、微分器３５により求められた現在速度Ｖを監視し、現在速度Ｖの極性が反転したとき、ペダル１４の移動方向が反転したものと判断し、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔａを演算する（ペダル１４の反転時は、ペダル１４に駆動トルク等が加えられていないので、反転時の速度偏差△Ｖは、専ら機械損失Ｔａ分に対応した値であると考えられる）。
そして、加算器１２２は、リミッタ２８から出力されたトルク指令Ｔ* に当該機械損失Ｔａをオフセットとして加算し、駆動制御系の機械損失Ｔａを補償する。
これにより、駆動制御系の機械損失Ｔａが補償され、誤差の少ないきめ細かな駆動制御が可能になる。
【００８３】
実施の形態１３．
図１５はこの発明の実施の形態１３によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図５のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
１３１は微分器５５により求められた現在速度Ｖの極性が反転すると、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔｂ（摩擦損失）を演算する積分器（トルク指令決定手段）、１３２はリミッタ４８から出力されたトルク指令Ｔ* に機械損失Ｔｂを加算する加算器（トルク指令決定手段）である。
【００８４】
次に動作について説明する。
上記実施の形態２，８等では、駆動制御系の機械損失Ｔｂについて特に言及していないが、駆動制御系の機械損失Ｔｂはペダル１４の回転に伴って変動することがあるので、ペダル１４が回転方向を反転するごとに、駆動制御系の機械損失Ｔｂを補償するようにしてもよい。
【００８５】
即ち、積分器１３１は、微分器５５により求められた現在速度Ｖを監視し、現在速度Ｖの極性が反転したとき、ペダル１４の回転方向が反転したものと判断し、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔｂを演算する（ペダル１４の反転時は、ペダル１４に駆動トルク等が加えられていないので、反転時の速度偏差△Ｖは、専ら機械損失Ｔｂ分に対応した値であると考えられる）。
そして、加算器１３２は、リミッタ４８から出力されたトルク指令Ｔ* に当該機械損失Ｔｂをオフセットとして加算し、駆動制御系の機械損失Ｔｂを補償する。
これにより、駆動制御系の機械損失Ｔｂが補償され、誤差の少ないきめ細かな駆動制御が可能になる。
【００８６】
実施の形態１４．
上記実施の形態１〜１３では、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* や角度指令θ* の設定は、予め、リハビリ療法士等の指示に基づいて設定するものについて説明し、具体的な設定方法については特に説明していなかったが、次にようにして設定してもよい。
【００８７】
即ち、位置指令Ｐ* 及び角度指令θ* を設定する場合、まず、リハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のデータ設定用のスイッチを投入して、当該リハビリ駆動ユニット１３をデータ設定モードにする。
そして、リハビリ駆動ユニット１３がデータ設定モードになると、リハビリ療法士等が、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を実際の運転時間ｔに対応するように移動又は回転する。
【００８８】
このようにして、ペダル１４が移動又は回転すると、エンコーダ３４，５４等が現在位置Ｐ及び現在角度θを検出するので、上位コンピュータ２１，４１等が当該現在位置Ｐ及び現在角度θをそれぞれ運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 及び角度指令θ* として設定する。
これにより、リハビリ療法士等が自己の経験と感覚により、特別な計算等をすることなく容易に位置指令Ｐ* 及び角度指令θ* を設定することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足等の肢体が固定された固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果がある。また、固定器具の移動速度が早くなり過ぎるのを防止することができるようになり、その結果、患者の足に不測の故障が発生するのを防止することができる効果がある。
【００９０】
この発明によれば、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足首等の肢体が固定された固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果がある。また、固定器具の移動速度が早くなり過ぎるのを防止することができるようになり、その結果、患者の足に不測の故障が発生するのを防止することができる効果がある。
【００９２】
この発明によれば、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果がある。
【００９３】
この発明によれば、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果がある。
【００９４】
この発明によれば、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にする一方、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるリハビリ装置を示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図４】 運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH を示すグラフ図である。
【図５】 この発明の実施の形態２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態２によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態５によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態７によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態７によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図１０】 運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を示すグラフ図である。
【図１１】 この発明の実施の形態８によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態８によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図１３】 この発明の実施の形態１１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１４】 この発明の実施の形態１２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１５】 この発明の実施の形態１３によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１６】 従来のリハビリ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１ 足、１４ ペダル（固定器具）、２１，４１，６２，７１，９１，１１２ 上位コンピュータ（設定手段、格納手段）、２２，４２，７２，９２ シーケンサ（トルク指令決定手段）、２３，２６，４３，４６，７３，７５，９３，９５ 減算器（トルク指令決定手段）、２４，７４ 位置制御器（トルク指令決定手段）、２５，２８，４５，４８，７７，９７ リミッタ（トルク指令決定手段）、２７，４７，７６，９６ 速度制御器（トルク指令決定手段）、２９，４９，７８，９８ 減算器（制御手段）、３０，５０，７９，９９ トルク制御器（制御手段）、３１，５１，８０，１００ 変流器（検出手段）、３２，５２，８１，１０１ 演算器（検出手段）、３３ モータ（移動手段）、３４，５４，８３，１０３ エンコーダ（検出手段）、３５，５５，８４，１０４ 微分器（トルク指令決定手段）、４４，９４ 角度制御器（トルク指令決定手段）、５３モータ（回転手段）、６１，１１１ 圧力センサ（設定手段）、８２，１０２モータ（荷重手段）、１２１，１３１ 積分器（トルク指令決定手段）、１２２，１３２ 加算器（トルク指令決定手段）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、患者のリハビリ治療を補助するリハビリ装置及びリハビリ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は従来のリハビリ装置を示す斜視図であり、図において、１はリハビリ対象者である患者の足、２はベッド、３は患者の足１を載せる足置き台、４は患者の足１を足置き台３に固定する固定器具、５は足置き台３を移動自在に支える支持機構、６は足置き台３を水平方向に移動させる移動ユニットである。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１６に示すように、ベッド２に横たわったのち、足１を足置き台３に載せて、固定器具４により足１を足置き台３に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬ移動ユニット６のスイッチを投入すると、移動ユニット６が足置き台３を水平方向に移動させる。
即ち、移動ユニット６は、支持機構５を駆動する直流モータから構成されているので、スイッチの投入により一定の直流電圧が直流モータに印加されると、一定速度で支持機構５を駆動することになり、足置き台３が一定速度で移動する。
これにより、患者の足１が強制的に屈伸されることになり、リハビリ治療が可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のリハビリ装置は以上のように構成されているので、患者の足１を強制的に屈伸させることができるが、患者の回復状況は一律でないため、単に一定速度で患者の足１を屈伸させるだけでは、患者によっては移動速度が早すぎて、患者に必要以上の苦痛を与えることがある一方、患者によっては移動速度が遅すぎて、効果的なリハビリ治療が行えない場合があるなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができるリハビリ装置及びリハビリ方法を得ることを目的とする。
また、この発明は、患者の筋力回復を効果的に実現することができるリハビリ装置及びリハビリ方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足等の肢体が固定された固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるものである。
【０００７】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足首等の肢体が固定された固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるものである。
【０００９】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるものである。
【００１０】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるものである。
【００１１】
この発明に係るリハビリ装置は、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にする一方、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるリハビリ装置を示す斜視図であり、図において、１１はリハビリ対象者である患者の足、１２はベッド、１３は患者の足１１を固定し、患者の足１１を屈伸させるリハビリ駆動ユニット、１４は患者の足１１を固定するリハビリ駆動ユニット１３のペダル（固定器具）であり、図１の矢印Ａ，Ｂが示す方向に移動及び回転する。
【００２９】
また、図２はこの発明の実施の形態１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、２１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* ，トルク上限値ＴH 及び速度上限値ＶH を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）、２２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、２３はシーケンサ２２から出力された位置指令Ｐ* からエンコーダ３４により検出された現在位置Ｐを減算して、位置偏差△Ｐを出力する減算器（トルク指令決定手段）、２４は減算器２３から出力された位置偏差△Ｐに基づいて速度指令Ｖ* を演算する位置制御器（トルク指令決定手段）、２５は速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、その速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００３０】
また、２６はリミッタ２５から出力された速度指令Ｖ* から微分器３５により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、２７は減算器２６から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、２８はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００３１】
さらに、２９はリミッタ２８から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器３２により演算された駆動トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、３０は減算器２９から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ３３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、３１はモータ３３に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、３２は変流器３１により検出された電流からモータ３３の駆動トルクＴを演算する演算器（検出手段）、３３はリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を水平方向に移動するモータ（移動手段）、３４はモータ３３の回転軸の回転角度からペダル１４の現在位置Ｐを検出するエンコーダ（検出手段）、３５はエンコーダ３４により検出された現在位置Ｐを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。
なお、図３はこの発明の実施の形態１によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００３２】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態１では、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を水平方向に移動することにより、患者の足１１を強制的に屈伸させてリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ａを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、ペダル１４が水平方向に移動することになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の位置指令Ｐ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が上位コンピュータ２１に設定される。
【００３３】
ここで、ペダル１４の速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH は、図４に示すように、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
図４の例では、運転開始点付近（足１１を曲げた状態）及び運転終了点付近（足１１を伸ばした状態）では、患者の痛みが大きいので、ペダル１４がゆっくり動くように設定され、中間点付近では、患者の痛みが比較的緩いので、ペダル１４が早く動くように設定されている。
【００３４】
そして、上位コンピュータ２１に位置指令Ｐ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ２２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH を出力する（ステップＳＴ１）。
【００３５】
そして、減算器２３は、シーケンサ２２が位置指令Ｐ* を出力すると、その位置指令Ｐ* からエンコーダ３４により検出された現在位置Ｐを減算し、その位置偏差△Ｐを出力する。
そして、位置制御器２４は、減算器２３から位置偏差△Ｐが出力されると、その位置偏差△Ｐに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ２）。
ただし、その速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、ペダル１４の移動速度が早くなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定された速度上限値ＶH を上回る速度で患者の足１１を伸縮させると、患者の足１１に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ２５は、位置制御器２４により決定された速度指令Ｖ* をキャンセルし、当該速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* とする（ステップＳＴ３，ＳＴ４）。
【００３６】
そして、減算器２６は、リミッタ２５から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器３５の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器２７は、減算器２６から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ５）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、ペダル１４に加えられる駆動トルクＴが大きくなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定されたトルク上限値ＴH を上回る力が患者の足１１に加えられると、患者の足１１に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ２８は、速度制御器２７により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ６，ＳＴ７）。
【００３７】
そして、減算器２９は、リミッタ２８からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器３２により演算されたモータ３３の駆動トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器３０は、減算器２９からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ３３に供給する電流を制御し、モータ３３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ８）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、適宜、位置指令Ｐ* 等に追従して水平方向に移動するため、患者の足１１が強制的に屈伸され、リハビリ治療が可能になる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１によれば、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* と現在位置Ｐの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果を奏する。
【００３９】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、４１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する角度指令θ* ，トルク上限値ＴH 及び速度上限値ＶH を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）であり、説明の便宜上、図２の上位コンピュータ２１と異なる符号を付しているが上位コンピュータ２１と同一の上位コンピュータである。４２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、４３はシーケンサ４２から出力された角度指令θ* からエンコーダ５４により検出された現在角度θを減算して、角度偏差△θを出力する減算器（トルク指令決定手段）、４４は減算器４３から出力された角度偏差△θに基づいて速度指令Ｖ* を演算する角度制御器（トルク指令決定手段）、４５は速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、その速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００４０】
また、４６はリミッタ４５から出力された速度指令Ｖ* から微分器５５により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、４７は減算器４６から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、４８はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００４１】
さらに、４９はリミッタ４８から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器５２により演算された駆動トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、５０は減算器４９から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ５３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、５１はモータ５３に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、５２は変流器５１により検出された電流からモータ５３の駆動トルクＴを演算する演算器（検出手段）、５３はリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を回転するモータ（回転手段）、５４はモータ５３の回転軸の回転角度からペダル１４の現在角度θを検出するエンコーダ（検出手段）、５５はエンコーダ５４により検出された現在角度θを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。
なお、図６はこの発明の実施の形態２によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００４２】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態２では、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を回転することにより、患者の足首を強制的に屈曲させてリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ｂを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、ペダル１４が回転することになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の角度指令θ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が上位コンピュータ４１に設定される。
【００４３】
ここで、ペダル１４の速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH は、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
例えば、運転開始点付近（足首を背屈した状態）及び運転終了点付近（足首を底屈した状態）では、患者の痛みが大きいので、ペダル１４がゆっくり回転するように設定され、中間点付近では、患者の痛みが比較的緩いので、ペダル１４が早く回転するように設定される。
【００４４】
そして、上位コンピュータ４１に角度指令θ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ４２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* ，速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH を出力する（ステップＳＴ１１）。
【００４５】
そして、減算器４３は、シーケンサ４２が角度指令θ* を出力すると、その角度指令θ* からエンコーダ５４により検出された現在角度θを減算し、その角度偏差△θを出力する。
そして、角度制御器４４は、減算器４３から角度偏差△θが出力されると、その角度偏差△θに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ１２）。
ただし、その速度指令Ｖ* が運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH を上回る場合には、ペダル１４の回転速度が早くなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定された速度上限値ＶH を上回る速度で患者の足首を屈曲させると、患者の足首に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ４５は、角度制御器４４により決定された速度指令Ｖ* をキャンセルし、当該速度上限値ＶH を速度指令Ｖ* とする（ステップＳＴ１３，ＳＴ１４）。
【００４６】
そして、減算器４６は、リミッタ４５から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器５５の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器４７は、減算器４６から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ１５）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、ペダル１４に加えられる駆動トルクＴが大きくなり過ぎて、患者に必要以上の苦痛を与える可能性が高いので（リハビリ療法士等に設定されたトルク上限値ＴH を上回る力が患者の足首に加えられると、患者の足首に思わぬ故障が発生する可能性がある）、リミッタ４８は、速度制御器４７により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ１６，ＳＴ１７）。
【００４７】
そして、減算器４９は、リミッタ４８からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器５２により演算されたモータ５３の駆動トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器５０は、減算器５９からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ５３に供給する電流を制御し、モータ５３の駆動トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ１８）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、適宜、角度指令θ* 等に追従して回転するため、患者の足首が強制的に屈曲され、リハビリ治療が可能になる。
【００４８】
以上のように、この実施の形態２によれば、運転時間ｔに対応する角度指令θ* と現在角度θの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク上限値ＴH を上回る場合には、そのトルク上限値ＴH をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果を奏する。
【００４９】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、ペダル１４を水平方向に移動するものについて説明し、上記実施の形態２では、ペダル１４を回転するものについて説明したが、ペダル１４を水平方向に移動しながら回転するようにしてもよい。
即ち、図２に示す駆動制御系と図５に示す駆動制御系とを備えたペダル駆動ユニット１３であれば、ペダル１４を水平方向に移動させながら回転させることができる。
これにより、患者の足１１の各部位（膝、足首等）の相互関係を考慮しつつ、足全体のリハビリ治療（膝、足首等）を同時に実現することができる効果を奏する。
【００５０】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、患者の片足のみをリハビリ治療するものについて示したが（図１参照）、図１に示すように、ベッド１２には２つのペダル駆動ユニット１３が設けらているので、両足を同時にリハビリ治療するようにしてもよく、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。
なお、２つのペダル駆動ユニット１３の駆動制御系は互いに独立しており、患者の各足の回復状況に応じて、異なる設定内容でリハビリ治療が行えることは言うまでもない。
【００５１】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図２のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
６１はペダル１４に加えられる圧力Ｋを検出する圧力センサ（設定手段）、６２は上位コンピュータ２１と同様の機能を有するとともに、圧力センサ６１により検出された圧力Ｋに応じてトルク上限値ＴH を変更する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）である。
【００５２】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１〜４では、一旦設定されたトルク上限値ＴH を固定的に使用するものについて示したが、圧力センサ６１により検出された圧力Ｋに応じて適宜トルク上限値ＴH を変更するようにしてもよい。
【００５３】
即ち、圧力センサ６１により検出された圧力Ｋが予め設定された限界値を上回る場合、患者が苦痛のため足１１が屈伸又は足首が屈曲しないように堪えている可能性が高いので、患者の足１１を保護する観点から、このような場合には、上位コンピュータ６２は、圧力センサ６１により検出される圧力Ｋが限界値を上回ることがないように、一旦設定されたトルク上限値ＴH を低減する。
これにより、リハビリ療法士等の指示に基づいてトルク上限値ＴH が設定された場合であっても、患者の苦痛が必要以上に大きい場合には、その患者の苦痛を緩和することができるようになり、無理なくリハビリ治療を実行することができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、ペダル１４の運転開始点及び運転終了点を固定的に使用するものについて示したが、演算器３２，５２により演算された駆動トルクＴがトルク上限値ＴH に到達した場合には、患者が苦痛のため足１１が屈伸又は足首が屈曲しないように堪えている可能性が高いので、患者の足１１を保護する観点から、このような場合には、上位コンピュータ２１，４１，６２が、演算器３２，５２により演算された駆動トルクＴがトルク上限値ＴH に到達することがないように、ペダル１４の運転開始点及び運転終了点、即ち、ペダル１４の折返し点を当該トルク上限値ＴH を上回った地点に変更するようにしてもよい。
これにより、患者の苦痛が必要以上に大きい場合には、その患者の苦痛を緩和して、無理なくリハビリ治療を実行することができる効果を奏する。
【００５５】
実施の形態７．
図８はこの発明の実施の形態７によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、７１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）、７２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、７３はシーケンサ７２から出力された位置指令Ｐ* からエンコーダ８３により検出された現在位置Ｐを減算して、位置偏差△Ｐを出力する減算器（トルク指令決定手段）、７４は減算器７３から出力された位置偏差△Ｐに基づいて速度指令Ｖ* を演算する位置制御器（トルク指令決定手段）である。
【００５６】
また、７５は位置制御器７４から出力された速度指令Ｖ* から微分器８４により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、７６は減算器７５から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、７７はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００５７】
さらに、７８はリミッタ７７から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器８１により演算された負荷トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、７９は減算器７８から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ８２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、８０はモータ８２に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、８１は変流器８０により検出された電流からモータ８２の負荷トルクＴを演算する演算器（検出手段）、８２はペダル１４の移動方向と逆方向に負荷トルクＴを加えるモータ（荷重手段）、８３はモータ８２の回転軸の回転角度からペダル１４の現在位置Ｐを検出するエンコーダ（検出手段）、８４はエンコーダ８３により検出された現在位置Ｐを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。なお、図９はこの発明の実施の形態７によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００５８】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態７では、ペダル１４の移動方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることにより、患者の足１１の踏み込み力を養成するリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ａを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、モータ８２がペダル１４の移動方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL が上位コンピュータ７１に設定される。
【００５９】
ここで、ペダル１４のトルク下限値ＴL は、図１０に示すように、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
図１０の例では、人間の運動メカニズムに対応させるため（人間が歩行する場合、足の踏みだしが強くて、途中弱く、足の引きつけが強い）、運転開始点付近（足１１を曲げた状態）では、運転終了点付近（足１１を伸ばした状態）に比べて、患者が強くペダル１４を踏み込まなければ、ペダル１４が移動しないように設定されている。
【００６０】
そして、上位コンピュータ７１に位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ７２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 及びトルク下限値ＴL を出力する（ステップＳＴ２１）。
【００６１】
そして、減算器７３は、シーケンサ７２が位置指令Ｐ* を出力すると、その位置指令Ｐ* からエンコーダ８３により検出された現在位置Ｐを減算し、その位置偏差△Ｐを出力する。
そして、位置制御器７４は、減算器７３から位置偏差△Ｐが出力されると、その位置偏差△Ｐに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ２２）。
【００６２】
そして、減算器７５は、位置制御器７４から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器８４の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器７６は、減算器７５から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ２３）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、ペダル１４に加えられる負荷トルクＴが小さすぎて、運動メカニズムに対応したリハビリ治療が行えないので、リミッタ７７は、速度制御器７６により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ２４，ＳＴ２５）。
【００６３】
そして、減算器７８は、リミッタ７７からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器８１により演算されたモータ８２の負荷トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器７９は、減算器７８からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ８２に供給する電流を制御し、モータ８２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ２６）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、患者の足１１の踏み込み力に応じて移動するため、リハビリ治療が可能になる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態７によれば、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* と現在位置Ｐの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果を奏する。
【００６５】
実施の形態８．
図１１はこの発明の実施の形態８によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、９１は各患者ごとに、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL を設定するとともに、その設定内容を格納する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）であり、説明の便宜上、図８の上位コンピュータ７１と異なる符号を付しているが上位コンピュータ７１と同一の上位コンピュータである。９２はリハビリ駆動ユニット１３の運転指令が出力されると、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 等を出力するシーケンサ（トルク指令決定手段）、９３はシーケンサ９２から出力された角度指令θ* からエンコーダ１０３により検出された現在角度θを減算して、角度偏差△θを出力する減算器（トルク指令決定手段）、９４は減算器９３から出力された角度偏差△θに基づいて速度指令Ｖ* を演算する角度制御器（トルク指令決定手段）である。
【００６６】
また、９５は角度制御器９４から出力された速度指令Ｖ* から微分器１０４により演算された現在速度Ｖを減算して、速度偏差△Ｖを出力する減算器（トルク指令決定手段）、９６は減算器９５から出力された速度偏差△Ｖに基づいてトルク指令Ｔ* を演算する速度制御器（トルク指令決定手段）、９７はトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするリミッタ（トルク指令決定手段）である。
【００６７】
さらに、９８はリミッタ９７から出力されたトルク指令Ｔ* から演算器１０１により演算された負荷トルクＴを減算して、トルク偏差△Ｔを出力する減算器（制御手段）、９９は減算器９８から出力されたトルク偏差△Ｔに基づいて、モータ１０２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させるトルク制御器（制御手段）、１００はモータ１０２に流れる電流を検出する変流器（検出手段）、１０１は変流器１００により検出された電流からモータ１０２の負荷トルクＴを演算する演算器（検出手段）、１０２はペダル１４の回転方向と逆方向に負荷トルクＴを加えるモータ（荷重手段）、１０３はモータ１０２の回転軸の回転角度からペダル１４の現在角度θを検出するエンコーダ（検出手段）、１０４はエンコーダ１０３により検出された現在角度θを微分して現在速度Ｖを求める微分器（トルク指令決定手段）である。
なお、図１２はこの発明の実施の形態８によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【００６８】
次に動作について説明する。
ただし、この実施の形態８では、ペダル１４の回転方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることにより、患者の足１１の踏み込み力を養成するリハビリ治療を行うものについて説明する（図１の矢印Ａを参照）。
まず、リハビリ治療を行う患者は、図１に示すように、ベッド１２に横たわったのち、足１１をリハビリ駆動ユニット１３のペダル１４に固定する。
そして、患者又はリハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のスイッチを投入すると、モータ１０２がペダル１４の回転方向と逆方向に負荷トルクＴを加えることになるが、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現するため、予め、リハビリ療法士等の指示に基づくペダル１４の角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL が上位コンピュータ９１に設定される。
【００６９】
ここで、ペダル１４のトルク下限値ＴL は、各患者ごとに、運転時間ｔに対応させた形で設定されている。
例えば、人間の運動メカニズムに対応させるため（人間が歩行する場合、足の踏みだしが強くて、途中弱く、足の引きつけが強い）、運転開始点付近（足首を背屈した状態）では、運転終了点付近（足首を底屈した状態）に比べて、患者が強くペダル１４を踏み込まなければ、ペダル１４が回転しないように設定される。
【００７０】
そして、上位コンピュータ９１に角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL が格納された状態で、図示せぬスイッチが投入されて運転指令が出力されると、シーケンサ９２は、リハビリ駆動ユニット１３の運転時間ｔを監視し、運転時間ｔに対応する角度指令θ* 及びトルク下限値ＴL を出力する（ステップＳＴ３１）。
【００７１】
そして、減算器９３は、シーケンサ９２が角度指令θ* を出力すると、その角度指令θ* からエンコーダ１０３により検出された現在角度θを減算し、その角度偏差△θを出力する。
そして、角度制御器９４は、減算器９３から角度偏差△θが出力されると、その角度偏差△θに見合った速度指令Ｖ* を決定する（ステップＳＴ３２）。
【００７２】
そして、減算器９５は、角度制御器９４から速度指令Ｖ* が出力されると、その速度指令Ｖ* から微分器１０４の微分結果である現在速度Ｖを減算し、その速度偏差△Ｖを出力する。
そして、速度制御器９６は、減算器９５から速度偏差△Ｖが出力されると、その速度偏差△Ｖに見合ったトルク指令Ｔ* を決定する（ステップＳＴ３３）。
ただし、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、ペダル１４に加えられる負荷トルクＴが小さすぎて、運動メカニズムに対応したリハビリ治療が行えないので、リミッタ９７は、速度制御器９６により決定されたトルク指令Ｔ* をキャンセルし、当該トルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* とする（ステップＳＴ３４，ＳＴ３５）。
【００７３】
そして、減算器９８は、リミッタ９７からトルク指令Ｔ* が出力されると、そのトルク指令Ｔ* から演算器１０１により演算されたモータ１０２の負荷トルクＴを減算し、そのトルク偏差△Ｔを出力する。
そして、トルク制御器９９は、減算器９８からトルク偏差△Ｔが出力されると、そのトルク偏差△Ｔに応じてモータ１０２に供給する電流を制御し、モータ１０２の負荷トルクＴをトルク指令Ｔ* に一致させる（ステップＳＴ３６）。
これにより、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４は、患者の足１１の踏み込み力に応じて回転するため、リハビリ治療が可能になる。
【００７４】
以上のように、この実施の形態８によれば、運転時間ｔに対応する角度指令θ* と現在角度θの偏差に基づいてトルク指令Ｔ* を決定し、そのトルク指令Ｔ* が運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を下回る場合には、そのトルク下限値ＴL をトルク指令Ｔ* にするようにしたので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果を奏する。
【００７５】
実施の形態９．
上記実施の形態７では、ペダル１４を水平方向に移動するものについて説明し、上記実施の形態８では、ペダル１４を回転するものについて説明したが、ペダル１４を水平方向に移動しながら回転するようにしてもよい。
即ち、図８に示す駆動制御系と図１１に示す駆動制御系とを備えたペダル駆動ユニット１３であれば、ペダル１４を水平方向に移動させながら回転させることができる。
これにより、患者の足１１の各部位（膝、足首等）の相互関係を考慮しつつ、足全体のリハビリ治療（膝、足首等）を同時に実現することができる効果を奏する。
【００７６】
実施の形態１０．
上記実施の形態７〜９では、患者の片足のみをリハビリ治療するものについて示したが（図１参照）、図１に示すように、ベッド１２には２つのペダル駆動ユニット１３が設けらているので、両足を同時にリハビリ治療するようにしてもよく、上記実施の形態７〜９と同様の効果を奏することができる。
なお、２つのペダル駆動ユニット１３の駆動制御系は互いに独立しており、患者の各足の回復状況に応じて、異なる設定内容でリハビリ治療が行えることは言うまでもない。
【００７７】
実施の形態１１．
図１３はこの発明の実施の形態１１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図８のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
１１１はペダル１４に加えられる圧力Ｋを検出する圧力センサ（設定手段）、１１２は上位コンピュータ７１と同様の機能を有するとともに、圧力センサ１１１により検出された圧力Ｋに応じてトルク下限値ＴL を変更する上位コンピュータ（設定手段、格納手段）である。
【００７８】
次に動作について説明する。
上記実施の形態７〜１０では、一旦設定されたトルク下限値ＴL を固定的に使用するものについて示したが、圧力センサ１１１により検出された圧力Ｋに応じて適宜トルク下限値ＴL を変更するようにしてもよい。
【００７９】
即ち、圧力センサ１１１により検出された圧力Ｋが予め設定された限界値を下回る場合、人間の運動メカニズムに対応するリハビリ治療が行えないので、このような場合には、上位コンピュータ１１２は、圧力センサ１１１により検出される圧力Ｋが限界値を下回ることがないように、一旦設定されたトルク下限値ＴL を増加する。
これにより、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果を奏する。
【００８０】
実施の形態１２．
図１４はこの発明の実施の形態１２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図２のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
１２１は微分器３５により求められた現在速度Ｖの極性が反転すると、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔａ（摩擦損失）を演算する積分器（トルク指令決定手段）、１２２はリミッタ２８から出力されたトルク指令Ｔ* に機械損失Ｔａを加算する加算器（トルク指令決定手段）である。
【００８１】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１，７等では、駆動制御系の機械損失Ｔａについて特に言及していないが、駆動制御系の機械損失Ｔａはペダル１４の移動に伴って変動することがあるので、ペダル１４が移動方向を反転するごとに、駆動制御系の機械損失Ｔａを補償するようにしてもよい。
【００８２】
即ち、積分器１２１は、微分器３５により求められた現在速度Ｖを監視し、現在速度Ｖの極性が反転したとき、ペダル１４の移動方向が反転したものと判断し、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔａを演算する（ペダル１４の反転時は、ペダル１４に駆動トルク等が加えられていないので、反転時の速度偏差△Ｖは、専ら機械損失Ｔａ分に対応した値であると考えられる）。
そして、加算器１２２は、リミッタ２８から出力されたトルク指令Ｔ* に当該機械損失Ｔａをオフセットとして加算し、駆動制御系の機械損失Ｔａを補償する。
これにより、駆動制御系の機械損失Ｔａが補償され、誤差の少ないきめ細かな駆動制御が可能になる。
【００８３】
実施の形態１３．
図１５はこの発明の実施の形態１３によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図であり、図において、図５のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
１３１は微分器５５により求められた現在速度Ｖの極性が反転すると、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔｂ（摩擦損失）を演算する積分器（トルク指令決定手段）、１３２はリミッタ４８から出力されたトルク指令Ｔ* に機械損失Ｔｂを加算する加算器（トルク指令決定手段）である。
【００８４】
次に動作について説明する。
上記実施の形態２，８等では、駆動制御系の機械損失Ｔｂについて特に言及していないが、駆動制御系の機械損失Ｔｂはペダル１４の回転に伴って変動することがあるので、ペダル１４が回転方向を反転するごとに、駆動制御系の機械損失Ｔｂを補償するようにしてもよい。
【００８５】
即ち、積分器１３１は、微分器５５により求められた現在速度Ｖを監視し、現在速度Ｖの極性が反転したとき、ペダル１４の回転方向が反転したものと判断し、その反転時の速度偏差△Ｖを積分して、駆動制御系の機械損失Ｔｂを演算する（ペダル１４の反転時は、ペダル１４に駆動トルク等が加えられていないので、反転時の速度偏差△Ｖは、専ら機械損失Ｔｂ分に対応した値であると考えられる）。
そして、加算器１３２は、リミッタ４８から出力されたトルク指令Ｔ* に当該機械損失Ｔｂをオフセットとして加算し、駆動制御系の機械損失Ｔｂを補償する。
これにより、駆動制御系の機械損失Ｔｂが補償され、誤差の少ないきめ細かな駆動制御が可能になる。
【００８６】
実施の形態１４．
上記実施の形態１〜１３では、運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* や角度指令θ* の設定は、予め、リハビリ療法士等の指示に基づいて設定するものについて説明し、具体的な設定方法については特に説明していなかったが、次にようにして設定してもよい。
【００８７】
即ち、位置指令Ｐ* 及び角度指令θ* を設定する場合、まず、リハビリ療法士等が、図示せぬリハビリ駆動ユニット１３のデータ設定用のスイッチを投入して、当該リハビリ駆動ユニット１３をデータ設定モードにする。
そして、リハビリ駆動ユニット１３がデータ設定モードになると、リハビリ療法士等が、リハビリ駆動ユニット１３のペダル１４を実際の運転時間ｔに対応するように移動又は回転する。
【００８８】
このようにして、ペダル１４が移動又は回転すると、エンコーダ３４，５４等が現在位置Ｐ及び現在角度θを検出するので、上位コンピュータ２１，４１等が当該現在位置Ｐ及び現在角度θをそれぞれ運転時間ｔに対応する位置指令Ｐ* 及び角度指令θ* として設定する。
これにより、リハビリ療法士等が自己の経験と感覚により、特別な計算等をすることなく容易に位置指令Ｐ* 及び角度指令θ* を設定することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足等の肢体が固定された固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果がある。また、固定器具の移動速度が早くなり過ぎるのを防止することができるようになり、その結果、患者の足に不測の故障が発生するのを防止することができる効果がある。
【００９０】
この発明によれば、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者の足首等の肢体が固定された固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、患者に必要以上の苦痛を与えることなく、患者の回復状況に応じた適切なリハビリ治療を実現することができる効果がある。また、固定器具の移動速度が早くなり過ぎるのを防止することができるようになり、その結果、患者の足に不測の故障が発生するのを防止することができる効果がある。
【００９２】
この発明によれば、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果がある。
【００９３】
この発明によれば、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果がある。
【００９４】
この発明によれば、格納手段により格納されている位置指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にする一方、格納手段により格納されている角度指令から検出手段により検出されたリハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段を備えるように構成したので、人間の運動メカニズムに対応したリハビリ治療を実現することができるようになり、その結果、患者の筋力回復を効果的に実現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるリハビリ装置を示す斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図４】 運転時間ｔに対応する速度上限値ＶH 及びトルク上限値ＴH を示すグラフ図である。
【図５】 この発明の実施の形態２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態２によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態５によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態７によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態７によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図１０】 運転時間ｔに対応するトルク下限値ＴL を示すグラフ図である。
【図１１】 この発明の実施の形態８によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態８によるリハビリ装置が適用するリハビリ方法を示すフローチャートである。
【図１３】 この発明の実施の形態１１によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１４】 この発明の実施の形態１２によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１５】 この発明の実施の形態１３によるリハビリ装置の駆動制御系を示す構成図である。
【図１６】 従来のリハビリ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１ 足、１４ ペダル（固定器具）、２１，４１，６２，７１，９１，１１２ 上位コンピュータ（設定手段、格納手段）、２２，４２，７２，９２ シーケンサ（トルク指令決定手段）、２３，２６，４３，４６，７３，７５，９３，９５ 減算器（トルク指令決定手段）、２４，７４ 位置制御器（トルク指令決定手段）、２５，２８，４５，４８，７７，９７ リミッタ（トルク指令決定手段）、２７，４７，７６，９６ 速度制御器（トルク指令決定手段）、２９，４９，７８，９８ 減算器（制御手段）、３０，５０，７９，９９ トルク制御器（制御手段）、３１，５１，８０，１００ 変流器（検出手段）、３２，５２，８１，１０１ 演算器（検出手段）、３３ モータ（移動手段）、３４，５４，８３，１０３ エンコーダ（検出手段）、３５，５５，８４，１０４ 微分器（トルク指令決定手段）、４４，９４ 角度制御器（トルク指令決定手段）、５３モータ（回転手段）、６１，１１１ 圧力センサ（設定手段）、８２，１０２モータ（荷重手段）、１２１，１３１ 積分器（トルク指令決定手段）、１２２，１３２ 加算器（トルク指令決定手段）。
Claims (5)
- リハビリ対象者の足等の肢体が固定された固定器具を移動し、そのリハビリ対象者の足等の肢体を屈伸させる移動手段と、
運転時間に対応する位置指令及びトルク上限値を格納する格納手段と、
上記固定器具の現在位置を検出するとともに、上記移動手段の駆動トルクを検出する検出手段と、
上記格納手段により格納されている位置指令から上記検出手段により検出された上記リハビリ対象者の足等の肢体が固定された固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、上記位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、上記速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、上記速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段と、
上記移動手段の駆動トルクを上記トルク指令決定手段により決定されたトルク指令に一致させる制御手段とを備えたリハビリ装置。 - リハビリ対象者の足首等の肢体が固定された固定器具を回転し、そのリハビリ対象者の足首等の肢体を屈曲させる回転手段と、
運転時間に対応する角度指令及びトルク上限値を格納する格納手段と、
上記固定器具の現在角度を検出するとともに、上記回転手段の駆動トルクを検出する検出手段と、
上記格納手段により格納されている角度指令から上記検出手段により検出された上記リハビリ対象者の足首等の肢体が固定された固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、上記角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度上限値を上回る場合には、その速度上限値を速度指令にし、上記速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、上記速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク上限値を上回る場合には、そのトルク上限値をトルク指令とするトルク指令決定手段と、
上記回転手段の駆動トルクを上記トルク指令決定手段により決定されたトルク指令に一致させる制御手段とを備えたリハビリ装置。 - リハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により固定器具を移動させる際、その固定器具の移動方向と逆方向に負荷トルクを加える荷重手段と、
運転時間に対応する位置指令及びトルク下限値を格納する格納手段と、
上記固定器具の現在位置を検出するとともに、上記荷重手段の負荷トルクを検出する検出手段と、
上記格納手段により格納されている位置指令から上記検出手段により検出された上記リハビリ対象者が足等の肢体の屈伸力により移動する固定器具の現在位置を減算して位置偏差を演算し、上記位置偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、上記速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、上記速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段と、
上記荷重手段の負荷トルクを上記トルク指令決定手段により決定されたトルク指令に一致させる制御手段とを備えたリハビリ装置。 - リハビリ対象者が足首等の肢体の屈曲力により固定器具を回転させる際、その固定器具の回転方向と逆方向に負荷トルクを加える荷重手段と、
運転時間に対応する角度指令及びトルク下限値を格納する格納手段と、
上記固定器具の現在角度を検出するとともに、上記荷重手段の負荷トルクを検出する検出手段と、
上記格納手段により格納されている角度指令から上記検出手段により検出された上記リハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、上記角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、上記速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、上記速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段と、
上記荷重手段の負荷トルクを上記トルク指令決定手段により決定されたトルク指令に一致させる制御手段とを備えたリハビリ装置。 - リハビリ対象者が足首等の肢体の屈曲力により固定器具を回転させる際、その固定器具の回転方向と逆方向に負荷トルクを加える荷重手段と、
運転時間に対応する角度指令及びトルク下限値を格納する格納手段と、
上記固定器具の現在角度を検出するとともに、上記荷重手段の負荷トルクを検出する検出手段と、
上記格納手段により格納されている角度指令から上記検出手段により検出された上記リハビリ対象者が足首等の肢体の屈伸力により回転する固定器具の現在角度を減算して角度偏差を演算し、上記角度偏差に基づき速度指令を決定し、その速度指令が運転時間に対応する速度下限値を下回る場合には、その速度下限値を速度指令にし、上記速度指令から現在速度を減算して速度偏差を演算し、上記速度偏差に基づきトルク指令を決定し、そのトルク指令が当該トルク下限値を下回る場合には、そのトルク下限値をトルク指令にするトルク指令決定手段と、
上記荷重手段の負荷トルクを上記トルク指令決定手段により決定されたトルク指令に一致させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載のリハビリ装置。
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