JP4508365B2 - 運動訓練器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、筋力増強、関節の可動域の改善、その他の機能回復のための運動訓練を行なう運動訓練器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術には特公平2−26977号公報があり、該公報には、チェーンと、ペダルと、スプロケットと、カムクラッチと、速度制限型負荷装置と、歯車機構とからなる下肢伸展運動器が開示される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術における下肢伸展運動器では、等速性訓練にもとづいて筋力増強の下肢訓練を行えるが、ペダルは、直線状の平行なガイドレール上を往復運動するのみで、弧状運動等の非直線的軌跡に移動するものではない。単なる直線運動は、日常生活動作時の運動と異なるものであり、人体下肢構造上最適な動きとは言えず、それ故に、主動筋と拮抗筋を同時に収縮させてする運動(=閉鎖性運動連鎖=CKCと略称する)を効果的に行なえないものである。
【0004】
本発明の目的は、筋力増強、機能回復を効果的に行なえ省スペースな機器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決しようとする手段】
即ち本発明は、上肢又は下肢の運動の作用点に作用具(47)が設けられ、前記作用具(47)を走行面を転動しながら移動する旋回体(15)にアームを介して位置可変に取着し、前記作用点がサイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状の軌跡を描くように前記作用具(47)を動かし、閉鎖性運動連鎖による運動訓練を可能としたことを特徴とする運動訓練器である。又、前記作用点に、制御可能な負荷抵抗部(9)又は駆動部(7)による外力を加えることにより、自動訓練と他動訓練が行えることを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の運動訓練器を用いて、被訓練者(=患者)に対して主動筋と拮抗筋を同時収縮させる閉鎖性運動連鎖の運動訓練を行なう。弧状軌跡を有する運動の作用点に設けられる作用具47は、被訓練者に対して弧状軌跡の運動訓練を行なわせ前記閉鎖性運動連鎖を実現する。
【0007】
運動の作用点が設けられる旋回体15は旋回しながら移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【0008】
運動の作用点が設けられるスライダー6は弧状ガイド21に沿って移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【0009】
運動の作用点が設けられる台形リンク機構49の上辺27は台形の変形により移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【0010】
運動の作用点が設けられる縦摺動台39は、直交する2方向に自在に移動でき、且つ、前記2方向へ移動距離と速度を制御する制御機構43により移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【0011】
運動の作用点が設けられる摺動フレーム29は、基台3上に軸止された傾動フレーム31に摺動可能に連繋され、傾動フレーム軸30から一定の距離をおいて前記基台3に設置された軸55を利用して直線移動する移動体56に軸止され、移動体56が動くと、前記作用点が弧状軌跡に沿って動く。即ち、軸55が回動すると、移動体56が軸55上を移動し、移動体56が動くと摺動フレーム29も動く。摺動フレーム29は摺動可能に連繋された傾動フレーム31に傾動させられ、摺動フレーム29の所定位置にある作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【0012】
負荷抵抗部9は運動の作用点に負荷抵抗を加え、作用点にある作用具47には患部が装着されており、被訓練者は自ら患部に対して自動訓練を行う。又、駆動部7は運動の作用点に駆動力を加え、作用具47はこれに装着される患部に対して他動訓練を行う。
【0013】
運動訓練器に付加設置される測定機能50は、運動の作用点に掛かる荷重、作用点の移動速度、作用具47に装着される下肢等の人体関節の角度等を測定する。
【0014】
【実施例】
図1乃至3に本発明の第1実施例を示す。椅子1に乗った被訓練者は、仰臥姿勢又は腰掛け姿勢で足を作用具47(=具体例ではペダル2)に載せ、該ペダル2に足を固定ベルト48で固定する。該足を伸展させながらペダル2を蹴る。又、該足を屈曲する際は駆動部7により押し戻される。この時ペダル2は弧状軌跡(サイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状)の運動をなす。この運動を行なえば主動筋と拮抗筋が同時収縮する。基台3に、ガイド4とラック5を平行に設ける。ガイド4にスライダー6が移動可能に覆設される。
【0015】
スライダー6上に、駆動部7(=具体例ではモーター8)と、負荷抵抗部9(=具体例ではトルク可変ブレーキ10)が設けられる。モーター8にはクラッチ13が付属している。クラッチ13のクラッチ軸14の一端とトルク可変ブレーキ10のトルク可変ブレーキ軸12の一端とは連結ギヤ46で伝導連結される。
【0016】
トルク可変ブレーキ軸12の他端には旋回体15(=具体例では円板16)が設けられ、円板16外周のギア17は前記ラック5に噛合している。前記トルク可変ブレーキ10は円板16の回転トルクを制御するものである。
【0017】
円板16とペダル2の間にアーム18が設けられ、ペダル2がアーム18に位置可変に取り付けられ、ペダル2の移動軌跡を変更可能にする。アーム18には移動可能な筒体19が外嵌され、筒体19はアーム18の適宜位置に止め具20にて固定できる。筒体19の側部にペダル2が取着される。該ペダル2は、円板16の回動によって得られる弧状軌跡(=この具体例ではサイクロイド軌跡となる)に沿って動き、弧状軌跡を呈する。
【0018】
旋回体15に関連して取付けられたペダル2が、旋回体15の運動に従って得られる軌跡に沿って運動するものであるから、ペダル2を円滑に動かすことができ、コンパクトな構造に形成することができ、更に、なだらかな弧状軌跡を容易に得ることができる。
【0019】
ペダル2が旋回体15とペダル2の間に設けられたアーム18に位置可変に取り付けられ、ペダル2の軌跡を変更可能にしたので、軌跡を容易に変更設定でき、個体差に対応でき機能回復訓練がし易い。
【0020】
アーム18の他の例として、旋回体15とペダル2の間に長さ可変な可変アーム(図示省略)を設け、ペダル2を該可変アームに取り付けるものとしてもよい。或いは、図示を省略するが、旋回体15中に、中心近辺から外周近辺に向かって長孔を開け、該長孔にペダル2を位置変更可能に固定するものとしてもよい。
【0021】
駆動部7及び負荷抵抗部9をコントロールするコントローラー42中には、前記駆動部7を制御する制御機構43と、トルク可変ブレーキ10を制御する制動制御部11と、測定機能50が設けられる。
【0022】
制御機構43内のスロースタート・スローストップ制御部44はペダル2の運動が、運動の始端・終端において、スロースタート・スローストップするよう、及び、定常運動時にあっては等速度で動くよう駆動部7を制御するものである。移動距離制御部51は作用具47の移動距離を制御するものである。
【0023】
測定機能50中には、作用具47に掛かる荷重を測定する荷重測定機能52と、作用具47の移動速度を測定する移動速度測定機能53と、下肢等の関節角度を測定する角度測定機能54とが設けられる。
【0024】
円板16はトルク可変ブレーキ10とモーター8に伝導連結しているので、クラッチ13の操作で円板16とモーター8との連結を遮断しておいて、円板16にトルク可変ブレーキ10のみを連結し円板16の回動にブレーキを加えれば自動訓練が行なえる。又、トルク可変ブレーキ10を非作動状態にしておいて、クラッチ13の操作により円板16にモーター10を連結し、該モーター10で円板16を回動させれば他動訓練が行える。
【0025】
第1実施例を使用して自動運動する場合は、仰臥姿勢又は腰掛け姿勢の被訓練者が、足をペダル2へ載せ、下肢を伸展させて、ペダル2を被訓練者から離間する方向へ動かす。この時円板16はラック5上を回転(=正転)しながら前方へ移動し、ペダル2位置を徐々に下降させ、弧状軌跡を現出させる。尚、背凭れ部57を後倒させれば仰臥姿勢が得られ、背凭れ部57を起立させれば腰掛け姿勢が得られる。
【0026】
続いて、下肢を屈曲させて、ペダル2を被訓練者に接近する方向へ動かす。この時、円板16はラック上5を逆転しながら被訓練者に接近移動し、ペダル2位置を徐々に上昇させ、暫時後に徐々に下降する。このペダル2の移動の際の下肢屈伸運動時には主動筋と拮抗筋が共に収縮しており、閉鎖性運動連鎖の形態で筋力の運動訓練が行なえる。
【0027】
第1実施例には、駆動部7を制御する制御機構43が付加設置され、該制御機構43はペダル2の運動がスロースタート・スローストップするよう駆動部7を制御するので、下肢の屈伸の各移動端で急激な変化を被訓練者に与えず、安全であり、不安感を低減できる。又、定常運動時には、等速度で動くため関節可動域全域に亘る最大筋収縮が得られ、より高い筋力増強効果が期待できる。
【0028】
尚、下肢の運動の代わりに、上肢の運動を行なう場合は、ペダル2を適宜な握り手(図示省略)に代える。
【0029】
図4に示す第1参考例は、第1実施例に係るガイド4を、上面を弧状とした弧状ガイド21に代えたものである。第1参考例では、被訓練者が下肢を伸展・屈曲させ、足が装着されたペダル2を前後に動かすと、ペダル2はスライダー6と共に弧状ガイド21に沿って弧状軌跡に動き、下肢は閉鎖性運動連鎖の形態で筋力の運動訓練ができる。
【0030】
ペダル2を前後に動かすと、スライダー6に連結される伸縮具22を介して雌ネジ体23が、前後に動き、雌ネジ体23に螺合するボールネジ24を回転させる。ボールネジ24の基端は支持枠45で支持され、先端はトルク可変ブレーキ10で支持される。
【0031】
自動運動の際は、被訓練者の運動によるボールネジ24の回動を、トルク可変ブレーキ10で適宜に制動する。他動運動の際は、モーター8を駆動しボールネジ24を正・逆に回転させペダル2を前後に動かし、ペダル2に固定ベルト48で装着された被訓練者の足を移動させ下肢を電動力で屈伸させる。
【0032】
図5に示す第2参考例は台形リンク機構49方式であり、基台3の基方部に主回動腕25を軸着し、基台3の先方部に従回動腕26を軸着し、両腕25・26の上方部各間に上辺27を架け渡す。更に、該上辺27上にアーム18を立設し、アーム18にペダル2を設けてなる。主回動腕25にはクラッチ13、モーター8及びトルク可変ブレーキ10が連結される。台形リンク機構49方式は、構成が簡素である。ストッパー49は従回動腕26の左回転を所定の限度に制限するものである。
【0033】
図6に示す第3参考例は、基台3に軸55(=具体例ではボールネジ24)を横架し、ボールネジ24に移動体56(=具体例では雌ネジ体23)を螺着し、雌ネジ体23に摺動フレーム29を摺動フレーム支軸28で軸止し、摺動フレーム29にペダル2が取着されてなる振子方式である。
【0034】
前記摺動フレーム29に、基台3に傾動フレーム支軸30で軸着された傾動フレーム31を摺動自在に嵌入し、摺動フレーム29を傾動フレーム31に摺動可能に連繋する。該傾動フレーム31で前記摺動フレーム29を起立状に支持し、該摺動フレーム29の傾斜角度を決める。ボールネジ24にはトルク可変ブレーキ10、クラッチ13及びモーター8が連結される。
【0035】
被訓練者がペダル2を前方へ押し遣ると、ペダル2と共に雌ネジ体23がボールネジ24を回転させながら移動する。ボールネジ24の回動に対してトルク可変ブレーキ10で制動し、或いは、ボールネジ24をモーター8で回動駆動する。
【0036】
図7に示す第4参考例は、基台3にボールネジ24を横架し、ボールネジ24に雌ネジ体23を螺着し、雌ネジ体23にギア取付け体32を止着し、ギア取付け体32に大ギア33を取り付け、大ギア33の側面にペダル2を設けるギア方式である。前記ギア取付け体32に、大ギア33に噛合する小ギア34・34を2個縦列に軸着し、該小ギア34のうち端側の1個を基台3に併設したラック5に噛み合わせる。
【0037】
被訓練者がペダル2を前方へ押し遣ると、先ず大ギア33が回動し、次にこれに噛合した小ギア34が回動する。端側の小ギア34はラック5に噛み合っているのでギア取付け体32及び雌ネジ体23を横移動させる。
【0038】
横移動する雌ネジ体23はボールネジ24を回動させる。ペダル2は大ギア33の回動と共に水平方向へ移動し弧状軌跡に沿って動く。自動運動では、ボールネジ24の回動に対してトルク可変ブレーキ10で制動し、他動運動では、ボールネジ24をモーター8で回動駆動する。
【0039】
図8に示す第5参考例はアクチュエーター方式であり、椅子1の前に載置された基台3上のガイド4に、横摺動台35をスライド自在に設け、横摺動台35に、基台3に設けられた横アクチュエーター36のロッド37先端を連結する。
【0040】
更に、前記横摺動台35に縦フレーム38を立設し、縦フレーム38に縦摺動台39をスライド自在に設け、縦摺動台39に、横摺動台35に設けられた縦アクチュエーター40のロッド41先端を連結する。更に又、縦摺動台39にアーム18を介してペダル2を設けてなる。
【0041】
横アクチュエーター36及び縦アクチュエーター40の動きはコントローラー42(=制御機構43等)で制御される。横アクチュエーター36及び縦アクチュエーター40は、ペダル2に弧状軌跡を描かせながら移動させる。アクチュエーター方式はペダル2の軌跡をコントローラー42で自由に指示し設定できる。
【0042】
【発明の効果】
本発明は、上肢又は下肢の運動の作用点に作用具(47)が設けられ、前記作用具(47)を走行面を転動しながら移動する旋回体(15)にアームを介して位置可変に取着し、前記作用点がサイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状の軌跡を描くように前記作用具(47)を動かし、閉鎖性運動連鎖による運動訓練を可能とした運動訓練器である。
したがって、前記弧状軌跡は下肢の構造上適切な動きであり、日常生活動作に近い運動をなし、且つ、主動・拮抗筋の同時収縮により膝関節に作用する力がバランスされるため、関節に無用の負担を掛けず安全に能率よく機能回復訓練が行なえ、好都合である。
また、作用具47が走行面を転動しながら移動する旋回体15に設けられ、旋回体15の運動に従って得られる軌跡に沿って運動するものであるから、作用具47を円滑に動かすことができ、コンパクトな構造に形成することができ、更に、なだらかな軌跡を容易に得ることができ、好都合である。
また、前記作用具47を前記旋回体15にアームを介して位置可変に取着したものであるから、個体差に対応でき機能回復訓練がし易いものとなる。
【0043】
本発明は、上肢又は下肢の運動の作用点に、制御可能な負荷抵抗部(9)又は駆動部(7)による外力を加えることにより、自動訓練と他動訓練が行えるものである。よって、負荷抵抗部9で抵抗を付加することによって求心性筋力増強訓練(=自動運動)が、駆動部7で駆動力を付加することによって遠心性筋力増強訓練、又は、関節可動域訓練(=他動運動)が、同位置で、1台で行なえる。故に、簡易な構成で成る1台の機器で前記二種類の運動・訓練を行なえるから経費的にも割安であり、占有場所を削減でき、時間的にも能率よく訓練でき、好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の斜視図である。
【図2】本発明の第1実施例に係るペダル等の部分側面図である。
【図3】本発明の第1実施例に係るペダル等の軌跡を示す部分側面図である。
【図4】本発明の第1参考例の斜視図である。
【図5】本発明の第2参考例の右側面図である。
【図6】本発明の第3参考例の右側面図である。
【図7】本発明の第4参考例の右側面図である。
【図8】本発明の第5参考例の右側面図である。
【符号の説明】
2 ペダル
3 基台
7 駆動部
9 負荷抵抗部
15 旋回体
18 アーム
47 作用具
Claims (2)
- 上肢又は下肢の運動の作用点に作用具(47)が設けられ、
前記作用具(47)を走行面を転動しながら移動する旋回体(15)にアームを介して位置可変に取着し、
前記作用点がサイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状の軌跡を描くように前記作用具(47)を動かし、閉鎖性運動連鎖による運動訓練を可能としたことを特徴とする運動訓練器。 - 前記作用点に、制御可能な負荷抵抗部(9)又は駆動部(7)による外力を加えることにより、自動訓練と他動訓練が行えることを特徴とする請求項1記載の運動訓練器。
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