JP4715394B2 - Strength training system - Google Patents

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Description

本発明は、筋力トレーニングシステムに関するものである。   The present invention relates to a strength training system.

従来、二関節アーム装置のような二関節リンク機構を利用した筋力の測定システムが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。該測定システムにおいては、被験者の拮(きっ)抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋出力を圧力センサによって測定している。   Conventionally, a muscle force measurement system using a two-joint link mechanism such as a two-joint arm device has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the measurement system, the muscle outputs of the subject's anti-joint muscle group and antagonist bi-articular muscle group are measured by a pressure sensor.

また、二関節リンク機構を駆動させるためのアクチュエータとして、人間を含む動物において腕を曲げるために機能する二関節筋のモデルを提案し、該モデルを使用して二関節リンク機構の動作制御に関する研究も行われている(例えば、非特許文献1参照。)。この研究では、二関節同時駆動源を備えた二関節リンク機構においてアーム先端部の力と剛性を制御するためには、駆動源として、収縮方向に力を発揮する収縮要素と弾性要素とを有するアクチュエータのモデルを使用することが好適であるとされている。
特開2000−210272号公報 藤川智彦、他3名、「拮抗筋群による協調制御機能」、日本機械学会論文集(C編)、63巻607号(1997−3)、p.769−776、論文No.96−1040
In addition, as an actuator for driving the bi-joint link mechanism, we proposed a model of bi-joint muscle that functions to bend the arm in animals including humans, and researched the motion control of the bi-joint link mechanism using the model. (For example, refer nonpatent literature 1). In this research, in order to control the force and rigidity of the arm tip in a two-joint link mechanism equipped with a two-joint simultaneous drive source, the drive source has a contraction element and an elastic element that exert force in the contraction direction. It is preferred to use an actuator model.
JP 2000-210272 A Tomohiko Fujikawa and three others, “Cooperative control function by antagonistic muscle group”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), Vol. 63, No. 607 (1997-3), p. 769-776, paper no. 96-1040

しかしながら、前記従来の測定システムにおいては、被験者が出力の方向を強く意識して測定する必要があり、また、出力検出用センサとして圧力センサを使用しているので、ストロークがないため違和感が強く、被験者の負担が大きくなるという問題点があった。   However, in the conventional measurement system, it is necessary for the subject to measure with a strong awareness of the direction of the output, and since the pressure sensor is used as the output detection sensor, there is a strong sense of discomfort because there is no stroke, There was a problem that the burden on the test subject increased.

さらに、前記測定システムでは、拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力を測定することはできても、拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力トレーニングを行うことはできなかった。   Furthermore, the measurement system could measure the strength of the antagonistic joint muscle group and the antagonistic biarticular muscle group, but could not perform the strength training of the antagonistic joint muscle group and the antagonistic biarticular muscle group. .

本発明は、前記従来のシステムの問題点を解決して、二関節アーム装置の先端に被験者の上肢又は下肢の先端を固定し、二関節アーム装置の出力に拮抗するような筋力を被験者に発生させることによって、被験者に負担をかけることなく、被験者の筋力を容易に、かつ、高い精度で測定することができるとともに、被験者の筋力をトレーニングすることができる筋力トレーニングシステムを提供することを目的とする。   The present invention solves the problems of the conventional system, and fixes the tip of the upper limb or the lower limb of the subject to the tip of the bi-joint arm device, and generates muscle strength that antagonizes the output of the bi-joint arm device. It is an object of the present invention to provide a muscle strength training system that can measure a subject's muscle strength easily and with high accuracy and can train the subject's muscle strength without imposing a burden on the subject. To do.

そのために、本発明の筋力トレーニングシステムにおいては、人間の上肢又は下肢を模した構造を備える二関節アーム装置を有し、該二関節アーム装置の先端部に被験者の上肢又は下肢の先端部を固定し、前記二関節アーム装置が力を発生した場合、被験者が前記二関節アーム装置の力に抗して上肢又は下肢の先端部の位置を移動させないようにすることによって、被験者の上肢又は下肢の筋力を測定するとともにトレーニングする。   For this purpose, the strength training system of the present invention has a bi-joint arm device having a structure simulating a human upper limb or lower limb, and the tip of the subject's upper limb or lower limb is fixed to the tip of the bi-joint arm device. When the bi-joint arm device generates a force, the subject does not move the position of the tip of the upper limb or the lower limb against the force of the bi-joint arm device. Measure muscle strength and train.

本発明の他の筋力トレーニングシステムにおいては、ベース、該ベースに根本端部が回転可能に取り付けられた第2リンク、及び、該第2リンクの先端部に根本端部が回転可能に取り付けられた第1リンクを備える二関節アーム装置であって、前記第1リンク及び第2リンクを各々独立して回転させるための駆動力を発生する第1アクチュエータ及び第2アクチュエータ並びに第3アクチュエータ及び第4アクチュエータと、前記第1リンク及び第2リンクをベースに対して同時に回転させるための駆動力を発生する第5アクチュエータ及び第6アクチュエータとを更に備える二関節アーム装置と、所定の駆動シーケンスに従って前記第1〜第6アクチュエータを動作させ、前記第1リンクの先端部において六方向の力を発生させる制御装置とを有し、前記第1リンクの先端部に被験者の上肢又は下肢の先端部を固定し、前記第1リンクの先端部において発生される六方向の力と前記被験者の力とを拮抗させて、前記被験者の上肢又は下肢の先端部において発生される六方向の力を測定することによって、前記被験者の上肢又は下肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力を測定する。 In another strength training system of the present invention, a base, a second link having a root end rotatably attached to the base, and a root end rotatably attached to a distal end portion of the second link A two-joint arm device comprising a first link, wherein the first and second actuators and third and fourth actuators generate driving forces for independently rotating the first and second links. And a bi-joint arm device further comprising a fifth actuator and a sixth actuator for generating a driving force for simultaneously rotating the first link and the second link with respect to the base, and the first link according to a predetermined driving sequence. A control device that operates a sixth actuator to generate a force in six directions at the tip of the first link Have a, and the the tip end of the first link to secure the tip of the subject's arm or leg, to antagonize the force of the the six force generated at the distal end of the first link subject, By measuring the force in six directions generated at the tip of the upper limb or lower limb of the subject, the muscular strength of the antagonistic joint muscle group and the antagonistic biarticular muscle group of the subject's upper limb or lower limb is measured .

本発明の更に他の筋力トレーニングシステムにおいては、さらに、前記被験者の筋力を測定した結果に基づいて筋力が低下した前記被験者の上肢又は下肢の筋を特定し、前記第1リンクの先端部において発生される六方向の力を制御することによって、特定された前記被験者の上肢又は下肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力をトレーニングする。   In still another strength training system according to the present invention, the muscle of the upper limb or the lower limb of the subject whose strength is reduced is identified based on the result of measuring the strength of the subject, and is generated at the distal end portion of the first link. By controlling the force in six directions, the muscular strength of the identified one joint muscle group and the second joint muscle group of the upper limb or the lower limb of the subject is trained.

本発明の更に他の筋力トレーニングシステムにおいては、さらに、前記制御装置に接続された表示装置を更に有し、前記第1リンクの先端部の動作軌跡と目標軌跡とを前記表示装置に表示させ、前記動作軌跡が目標軌跡と一致するように前記被験者に力を発生させることによって、前記被験者の上肢又は下肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力の測定及びトレーニングを行う。   In still another muscle strength training system of the present invention, the display device further includes a display device connected to the control device, and displays the movement locus and the target locus of the tip portion of the first link on the display device, By generating a force on the subject so that the motion trajectory coincides with the target trajectory, the muscular strength of the antagonistic joint joint group and the antagonistic joint joint group of the subject's upper limb or lower limb is measured and trained.

本発明によれば、二関節アーム装置の先端に被験者の上肢又は下肢の先端を固定し、二関節アーム装置の出力に拮抗するような筋力を被験者に発生させるようになっている。これにより、被験者に負担をかけることなく、被験者の筋力を容易に、かつ、高い精度で測定することができるとともに、被験者の筋力をトレーニングすることができる。   According to the present invention, the tip of the upper limb or the lower limb of the subject is fixed to the tip of the two-joint arm device, and the subject is caused to generate a muscle force that antagonizes the output of the two-joint arm device. Thus, the subject's muscle strength can be measured easily and with high accuracy without imposing a burden on the subject, and the subject's muscle strength can be trained.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態における二関節アーム装置の構成を示す図、図2は本発明の実施の形態における関節部の側面を示す図、図3は本発明の実施の形態における関節部の側面を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a two-joint arm device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a side surface of a joint portion in the embodiment of the present invention, and FIG. FIG.

図1において、10は本実施の形態における筋力トレーニングシステムに含まれる二関節アーム装置であって、人間の上肢、すなわち、腕の部分を模した構造を有する。なお、前記二関節アーム装置10は、人間の下肢、すなわち、脚の部分を模した構造を有するものであってもよいが、ここでは上肢を模した構造を有するものである場合について説明する。   In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a two-joint arm device included in the muscle strength training system according to the present embodiment, and has a structure imitating a human upper limb, that is, an arm portion. The bi-joint arm device 10 may have a structure simulating a human lower limb, that is, a leg portion, but here, a case where it has a structure simulating an upper limb will be described.

そして、11は、上肢を模した構造の二関節アーム装置10の下膊(はく)に該当する第1リンクであり、12は、上肢を模した構造の二関節アーム装置10の上膊に該当する第2リンクである。また、13は、肩に該当するベースとしてのフレームであり、根本端部(図における上端部)が図示されない土台等に固定された固定部材33に固着されている。そして、前記フレーム13の先端部(図における下端部)には、肩関節に該当する第2関節部15を介して、第2リンク12の根本端部が回転可能に接続されている。さらに、第2リンク12の先端部には、肘(ひじ)関節に該当する第1関節部14を介して、第1リンク11の根本端部が回転可能に接続されている。   Reference numeral 11 denotes a first link corresponding to the lower arm of the two-joint arm device 10 having a structure simulating the upper limb, and reference numeral 12 denotes an upper arm of the two-joint arm device 10 having a structure simulating the upper limb. The corresponding second link. Reference numeral 13 denotes a frame as a base corresponding to the shoulder, and a base end portion (upper end portion in the figure) is fixed to a fixing member 33 fixed to a base or the like not shown. And the root end part of the 2nd link 12 is rotatably connected to the front-end | tip part (lower end part in a figure) of the said frame 13 via the 2nd joint part 15 applicable to a shoulder joint. Further, a root end portion of the first link 11 is rotatably connected to a distal end portion of the second link 12 via a first joint portion 14 corresponding to an elbow (elbow) joint.

また、16〜21はアクチュエータとしての第1アクチュエータ〜第6アクチュエータであり、22は前記第1リンク11に第1アクチュエータ16及び第2アクチュエータ17を固定する第1ブラケット、23は前記フレーム13に第5アクチュエータ20及び第6アクチュエータ21を固定する第2ブラケットである。そして、24〜31はワイヤであり、ワイヤ24は第2アクチュエータ17と第2リンク固定肘プーリ14aとを連結し、ワイヤ25は第1アクチュエータ16と第2リンク固定肘プーリ14aとを連結し、ワイヤ26は第3アクチュエータ18と第1リンク固定肘プーリ14bとを連結し、ワイヤ27は第3アクチュエータ18とフレーム固定肩プーリ15bとを連結し、ワイヤ28は第4アクチュエータ19とフレーム固定肩プーリ15bとを連結し、ワイヤ29は第4アクチュエータ19とフレーム固定肩プーリ15bとを連結し、ワイヤ30は第5アクチュエータ20と第2リンク固定肩プーリ15aとを連結し、ワイヤ31は第6アクチュエータ21と第2リンク固定肩プーリ15aとをそれぞれ連結している。   Reference numerals 16 to 21 denote first to sixth actuators, 22 denotes a first bracket for fixing the first actuator 16 and the second actuator 17 to the first link 11, and 23 denotes a first bracket to the frame 13. The second bracket fixes the fifth actuator 20 and the sixth actuator 21. 24 to 31 are wires, the wire 24 connects the second actuator 17 and the second link fixing elbow pulley 14a, the wire 25 connects the first actuator 16 and the second link fixing elbow pulley 14a, The wire 26 connects the third actuator 18 and the first link fixed elbow pulley 14b, the wire 27 connects the third actuator 18 and the frame fixed shoulder pulley 15b, and the wire 28 connects the fourth actuator 19 and the frame fixed shoulder pulley. 15b, the wire 29 connects the fourth actuator 19 and the frame fixed shoulder pulley 15b, the wire 30 connects the fifth actuator 20 and the second link fixed shoulder pulley 15a, and the wire 31 connects to the sixth actuator. 21 and the second link fixed shoulder pulley 15a are connected to each other.

この場合、第1アクチュエータ16及び第2アクチュエータ17並びに第3アクチュエータ18及び第4アクチュエータ19は、第1リンク11及び第2リンク12を各々独立して回転させるための駆動力を発生する。また、第5アクチュエータ20及び第6アクチュエータ21は、第1リンク11及び第2リンク12をフレーム13に対して同時に回転させるための駆動力を発生する。   In this case, the first actuator 16, the second actuator 17, the third actuator 18, and the fourth actuator 19 generate driving forces for independently rotating the first link 11 and the second link 12, respectively. Further, the fifth actuator 20 and the sixth actuator 21 generate a driving force for simultaneously rotating the first link 11 and the second link 12 with respect to the frame 13.

図2に示されるように、第2関節部15は、プーリとしての第2リンク固定肩プーリ15a及びフレーム固定肩プーリ15bを有する。そして、第2リンク固定肩プーリ15aは、第2リンク12に回転しないように固定され、フレーム固定肩プーリ15bはフレーム13に回転しないように固定されている。また、第2リンク12とフレーム13とはブッシュ15cによって連結されており、相互に回転可能となっている。そして、15dはエンコーダであり、第2リンク12に対するフレーム13の回転角度を測定する。また、ワイヤ31及びワイヤ30は、第2リンク固定肩プーリ15aに巻き付けられ、終端が第2リンク固定肩プーリ15aに固定されている。同様に、ワイヤ29及びワイヤ27は、フレーム固定肩プーリ15bに巻き付けられ、終端がフレーム固定肩プーリ15bに固定されている。   As shown in FIG. 2, the second joint portion 15 includes a second link fixed shoulder pulley 15a and a frame fixed shoulder pulley 15b as pulleys. The second link fixed shoulder pulley 15 a is fixed to the second link 12 so as not to rotate, and the frame fixed shoulder pulley 15 b is fixed to the frame 13 so as not to rotate. Moreover, the 2nd link 12 and the flame | frame 13 are connected by the bush 15c, and can mutually rotate. Reference numeral 15d denotes an encoder that measures the rotation angle of the frame 13 with respect to the second link 12. The wire 31 and the wire 30 are wound around the second link fixed shoulder pulley 15a, and the terminal ends are fixed to the second link fixed shoulder pulley 15a. Similarly, the wire 29 and the wire 27 are wound around the frame fixed shoulder pulley 15b, and the terminal ends are fixed to the frame fixed shoulder pulley 15b.

また、図3に示されるように、第1関節部14は、プーリとしての第2リンク固定肘プーリ14a及び第1リンク固定肘プーリ14bを有する。そして、第2リンク固定肘プーリ14aは第2リンク12に回転しないように固定され、第1リンク固定肘プーリ14bは第1リンク11に回転しないように固定されている。また、第1リンク11と第2リンク12とはブッシュ14cによって連結されており、相互に回転可能となっている。そして、14dはエンコーダであり、第2リンク12に対する第1リンク11の回転角度を測定する。また、ワイヤ24及びワイヤ25は第2リンク固定肘プーリ14aに巻き付けられ、終端が第2リンク固定肘プーリ14aに固定されている。同様に、ワイヤ28及びワイヤ26は第1リンク固定肘プーリ14bに巻き付けられ、終端が第1リンク固定肘プーリ14bに固定されている。   Moreover, as FIG. 3 shows, the 1st joint part 14 has the 2nd link fixed elbow pulley 14a and the 1st link fixed elbow pulley 14b as a pulley. The second link fixed elbow pulley 14 a is fixed to the second link 12 so as not to rotate, and the first link fixed elbow pulley 14 b is fixed to the first link 11 so as not to rotate. Moreover, the 1st link 11 and the 2nd link 12 are connected by the bush 14c, and can mutually rotate. Reference numeral 14d denotes an encoder that measures the rotation angle of the first link 11 with respect to the second link 12. Moreover, the wire 24 and the wire 25 are wound around the 2nd link fixed elbow pulley 14a, and the termination | terminus is being fixed to the 2nd link fixed elbow pulley 14a. Similarly, the wire 28 and the wire 26 are wound around the first link fixed elbow pulley 14b, and the terminal ends are fixed to the first link fixed elbow pulley 14b.

次に、前記第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21の構成について説明する。   Next, the configuration of the first actuator 16 to the sixth actuator 21 will be described.

図4は本発明の実施の形態におけるアクチュエータの構成を示す図、図5は本発明の実施の形態における二関節アーム装置の動作を制御する制御装置を示す回路ブロック図である。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the actuator in the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a circuit block diagram showing a control device for controlling the operation of the two-joint arm device in the embodiment of the present invention.

本実施の形態において、前記第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21は、実質的に同一の構成を備え、図4に示されるように、モータ40、ウォーム41、はすば歯車42、ラック43、第1ポテンショメータ44、第2ポテンショメータ45、ばね46、第1ブラケット47、第2ブラケット48及びワイヤ49を有する。該ワイヤ49は、図1に示すワイヤ24〜31のアクチュエータ側の端部に該当し、第1ブラケット47に固定されている。なお、ワイヤ24〜31の反対側の端部は、第2リンク固定肘プーリ14a、第1リンク固定肘プーリ14b、第2リンク固定肩プーリ15a及びフレーム固定肩プーリ15bに固定されている。また、第1アクチュエータ16及び第2アクチュエータ17においては、モータ40が第1ブラケット22に固定され、第5アクチュエータ20及び第6アクチュエータ21においては、モータ40が第2ブラケット23に固定されている。さらに、第3アクチュエータ18及び第4アクチュエータ19においては、モータ40が第2リンク固定肩プーリ15a及びフレーム固定肩プーリ15bに固定されている。   In the present embodiment, the first actuator 16 to the sixth actuator 21 have substantially the same configuration, and as shown in FIG. 4, a motor 40, a worm 41, a helical gear 42, a rack 43, A first potentiometer 44, a second potentiometer 45, a spring 46, a first bracket 47, a second bracket 48, and a wire 49 are provided. The wire 49 corresponds to an end portion on the actuator side of the wires 24 to 31 shown in FIG. 1 and is fixed to the first bracket 47. The opposite ends of the wires 24 to 31 are fixed to the second link fixed elbow pulley 14a, the first link fixed elbow pulley 14b, the second link fixed shoulder pulley 15a, and the frame fixed shoulder pulley 15b. In the first actuator 16 and the second actuator 17, the motor 40 is fixed to the first bracket 22, and in the fifth actuator 20 and the sixth actuator 21, the motor 40 is fixed to the second bracket 23. Further, in the third actuator 18 and the fourth actuator 19, the motor 40 is fixed to the second link fixed shoulder pulley 15a and the frame fixed shoulder pulley 15b.

ここで、前記ばね46は、弾性を有する材質であれば、金属以外の材質から成るものであってもよく、例えば、合成樹脂から成るものであってもよい。そして、前記ばね46は、図4に示される例においては、コイルばねであり、コイルの軸心が第1ブラケット47及びラック43に固定された第2ブラケット48の面に対して垂直に延在するように配設されている。そして、前記ラック43が平行移動することによって、ばね46の位置が変化するようになっている。   Here, the spring 46 may be made of a material other than metal as long as it has elasticity. For example, the spring 46 may be made of synthetic resin. In the example shown in FIG. 4, the spring 46 is a coil spring, and the axial center of the coil extends perpendicular to the surface of the first bracket 47 and the second bracket 48 fixed to the rack 43. It is arranged to do. The position of the spring 46 changes as the rack 43 moves in parallel.

そして、前記ラック43は、図示されない固定部材に固定されたガイド部材に沿って、図4における左右方向にスライド可能に取り付けられ、前記はすば歯車42と噛(か)み合っている。なお、前記ラック43における噛み合い歯は、前記はすば歯車42側の面、すなわち、図4における上側面に形成されている。   The rack 43 is attached so as to be slidable in the left-right direction in FIG. 4 along a guide member fixed to a fixing member (not shown), and meshes with the helical gear 42. The meshing teeth in the rack 43 are formed on the surface on the helical gear 42 side, that is, the upper side surface in FIG.

また、前記はすば歯車42は、図示されない固定部材に固定された回転軸に回転可能に取り付けられている。そして、前記はすば歯車42は、図4における下側の部分において前記ラック43と噛み合うとともに、図4における上側の部分において前記ウォーム41と噛み合っている。この場合、前記はすば歯車42は、ウォームホイールとして機能し、ウォーム41によって、回転軸を中心として回転させられる。   The helical gear 42 is rotatably attached to a rotating shaft fixed to a fixing member (not shown). The helical gear 42 meshes with the rack 43 in the lower part in FIG. 4 and meshes with the worm 41 in the upper part in FIG. 4. In this case, the helical gear 42 functions as a worm wheel and is rotated around the rotation axis by the worm 41.

ここで、前記ウォーム41は、前記モータ40の回転軸に取り付けられて、回転させられるようになっている。なお、前記モータ40の回転軸及びウォーム41は、図4において左右方向に延在する軸の回りに回転する。これにより、前記モータ40によってウォーム41が回転させられると、該ウォーム41に噛み合っているはすば歯車42が回転させられ、さらに、該はすば歯車42に噛み合っている前記ラック43が図4における左右方向に移動させられる。   Here, the worm 41 is attached to the rotating shaft of the motor 40 and is rotated. The rotating shaft of the motor 40 and the worm 41 rotate around an axis extending in the left-right direction in FIG. As a result, when the worm 41 is rotated by the motor 40, the helical gear 42 meshing with the worm 41 is rotated, and the rack 43 meshing with the helical gear 42 is shown in FIG. Is moved in the left-right direction.

そして、前記モータ40は、図示されない固定部材に固定され、後述されるドライバ53〜58からの駆動電流によって駆動され、回転軸を所定の方向に所定の速度で回転させるようになっている。なお、前記モータ40は、例えば、DCモータであるが、いかなる種類のモータであってもよい。   The motor 40 is fixed to a fixing member (not shown) and is driven by a driving current from drivers 53 to 58, which will be described later, to rotate the rotating shaft in a predetermined direction at a predetermined speed. The motor 40 is a DC motor, for example, but may be any type of motor.

ここで、二関節アーム装置10の動作を制御する制御装置は、図5に示されるような構成を有する。図5において、50は演算手段としてのCPUであり、該CPU50で実行されるプログラム等を記憶するROM51、及び、前記CPU50がプログラムを実行する際のデータ等を一時記憶するRAM52が接続されている。また、前記CPU50には、第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21を動作させるための駆動回路としてのドライバ53〜58が接続されている。該ドライバ53〜58は、前記CPU50の指示を受けて第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21を動作させる。さらに、前記CPU50には、第2リンク12に対する第1リンク11の回転角度を測定するエンコーダ14d、及び、第2リンク12に対するフレーム13の回転角度を測定するエンコーダ15dが接続されている。   Here, the control device for controlling the operation of the two-joint arm device 10 has a configuration as shown in FIG. In FIG. 5, reference numeral 50 denotes a CPU as a calculation means, and a ROM 51 for storing a program executed by the CPU 50 and a RAM 52 for temporarily storing data etc. when the CPU 50 executes the program are connected. . The CPU 50 is connected to drivers 53 to 58 as drive circuits for operating the first actuator 16 to the sixth actuator 21. The drivers 53 to 58 operate the first actuator 16 to the sixth actuator 21 in response to an instruction from the CPU 50. Furthermore, an encoder 14 d that measures the rotation angle of the first link 11 relative to the second link 12 and an encoder 15 d that measures the rotation angle of the frame 13 relative to the second link 12 are connected to the CPU 50.

そして、前記CPU50は、ネットワーク等によって図示されない上位装置と通信可能に接続されている。ここで、該上位装置は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、キーボード、マウス等の入力手段、CRT、液晶ディスプレイ等の表示手段、通信手段等を備えるコンピュータであり、前記二関節アーム装置10の動作を統括的に制御する装置である。そして、前記CPU50は、あらかじめ組み込まれたプログラム又は入力手段から入力されたオペレータの指令に従って、前記ドライバ53〜58に制御信号を送信して、前記モータ40を駆動させる。   The CPU 50 is communicably connected to a host device (not shown) via a network or the like. Here, the host device is a computer provided with arithmetic means such as CPU and MPU, storage means such as magnetic disk and semiconductor memory, input means such as keyboard and mouse, display means such as CRT and liquid crystal display, communication means and the like. Yes, it is a device that comprehensively controls the operation of the two-joint arm device 10. Then, the CPU 50 transmits a control signal to the drivers 53 to 58 to drive the motor 40 in accordance with a program incorporated in advance or an operator command input from the input means.

例えば、前記CPU50が第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21に収縮させる方向の出力を発生させる収縮指令を送信すると、前記モータ40が駆動され、該モータ40の回転軸及びウォーム41が所定方向に回転する。すると、該ウォーム41に噛み合っているはすば歯車42が回転させられ、さらに、該はすば歯車42に噛み合っている前記ラック43が図4における左方向に移動させられる。そして、前記ばね46が左方向に移動させられ、前記第1ブラケット47が左方向に移動させられる。   For example, when the CPU 50 transmits a contraction command for generating an output in the contracting direction to the first actuator 16 to the sixth actuator 21, the motor 40 is driven, and the rotating shaft of the motor 40 and the worm 41 rotate in a predetermined direction. To do. Then, the helical gear 42 meshed with the worm 41 is rotated, and the rack 43 meshed with the helical gear 42 is further moved leftward in FIG. Then, the spring 46 is moved in the left direction, and the first bracket 47 is moved in the left direction.

このように、前記モータ40、ウォーム41、はすば歯車42及びラック43は、弾性体としてのばね46の一端の位置を制御する手段として機能する。また、第1ブラケット47は、前記ばね46の他端からばね46の弾性力、すなわち、ばね力を第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21の出力として取り出す手段として機能する。また、ドライバ53〜58は収縮力を発生する旨の指令を受ける手段として機能する。   Thus, the motor 40, the worm 41, the helical gear 42, and the rack 43 function as means for controlling the position of one end of the spring 46 as an elastic body. The first bracket 47 functions as a means for taking out the elastic force of the spring 46 from the other end of the spring 46, that is, the spring force as the output of the first actuator 16 to the sixth actuator 21. The drivers 53 to 58 function as means for receiving a command to generate contractile force.

次に、前記構成の筋力トレーニングシステムの動作について説明する。まず、二関節アーム装置10の動作を説明する。   Next, the operation of the strength training system configured as described above will be described. First, the operation of the two-joint arm device 10 will be described.

図6は本発明の実施の形態におけるアクチュエータの駆動シーケンスと力の方向を示す図、図7は本発明の実施の形態における二関節アーム装置の動作を示す図である。なお、図6の縦軸にはアクチュエータの出力を〔%〕単位で表している。   FIG. 6 is a diagram showing the actuator drive sequence and the direction of force in the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing the operation of the two-joint arm device in the embodiment of the present invention. The vertical axis of FIG. 6 represents the actuator output in units of [%].

図7において、a〜fは第1リンク11の先端部に発生する力の方向を示したものであり、例えば、図7のa方向に力を発生させる場合には、図6の駆動シーケンスaのように、第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21の出力を制御することによって実現することができる。このように、図6の駆動シーケンスa〜fは、図7の力の発生方向a〜fに対応している。なお、図6には、各アクチュエータと、後述される上肢における各筋との対応関係も示されている。   7, a to f indicate the direction of the force generated at the tip of the first link 11. For example, when the force is generated in the direction a of FIG. 7, the drive sequence a in FIG. As described above, this can be realized by controlling the outputs of the first actuator 16 to the sixth actuator 21. As described above, the drive sequences a to f in FIG. 6 correspond to the force generation directions a to f in FIG. 7. FIG. 6 also shows the correspondence between each actuator and each muscle in the upper limb described later.

また、第1アクチュエータ16の出力をF2、第2アクチュエータ17の出力をE2、第3アクチュエータ18の出力をF3、第4アクチュエータ19の出力をE3、第5アクチュエータ20の出力をF1、第6アクチュエータ21の出力をE1とし、図6に示される駆動シーケンスに従って各アクチュエータを駆動したときのa〜fの発生力を示すと、該発生力が、図7に示されるように、六角形になることが知られている。   The output of the first actuator 16 is F2, the output of the second actuator 17 is E2, the output of the third actuator 18 is F3, the output of the fourth actuator 19 is E3, the output of the fifth actuator 20 is F1, and the sixth actuator When the output of 21 is E1, and the generated force of a to f when each actuator is driven according to the drive sequence shown in FIG. 6, the generated force becomes a hexagon as shown in FIG. It has been known.

さらに、線分ab及び線分deの長さはF3とE3との和に等しく、線分bc及び線分efの長さはF2とE2との和に等しく、線分cd及び線分afの長さはF1とE1との和に等しいことが知られている。   Further, the length of the line segment ab and the line segment de is equal to the sum of F3 and E3, the length of the line segment bc and the line segment ef is equal to the sum of F2 and E2, and the lengths of the line segments cd and af are It is known that the length is equal to the sum of F1 and E1.

次に、第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21の出力について説明する。   Next, the outputs of the first actuator 16 to the sixth actuator 21 will be described.

図4に示されるように、ワイヤ24〜31のアクチュエータ側の端部に該当するワイヤ49は、第1ブラケット47に固定されている。また、ワイヤ24〜31の反対側の端部は、第2リンク固定肘プーリ14a、第1リンク固定肘プーリ14b、第2リンク固定肩プーリ15a及びフレーム固定肩プーリ15bに固定されている。そして、第1アクチュエータ16及び第2アクチュエータ17においては、モータ40が第1ブラケット22に固定され、第5アクチュエータ20及び第6アクチュエータ21においては、モータ40が第2ブラケット23に固定されている。さらに、第3アクチュエータ18及び第4アクチュエータ19においては、モータ40が第2リンク固定肩プーリ15a及びフレーム固定肩プーリ15bに固定されている。   As shown in FIG. 4, the wire 49 corresponding to the end of the wires 24 to 31 on the actuator side is fixed to the first bracket 47. The opposite ends of the wires 24 to 31 are fixed to the second link fixed elbow pulley 14a, the first link fixed elbow pulley 14b, the second link fixed shoulder pulley 15a, and the frame fixed shoulder pulley 15b. In the first actuator 16 and the second actuator 17, the motor 40 is fixed to the first bracket 22, and in the fifth actuator 20 and the sixth actuator 21, the motor 40 is fixed to the second bracket 23. Further, in the third actuator 18 and the fourth actuator 19, the motor 40 is fixed to the second link fixed shoulder pulley 15a and the frame fixed shoulder pulley 15b.

ここで、ワイヤ49が弛(ゆる)みなく張られ、かつ、ワイヤ49の張力が0である状態をアクチュエータ出力0とする。そして、アクチュエータ出力0の状態から、モータ40を駆動し、第2ブラケット48を矢印方向に最大量移動させた位置においてワイヤ49の張力が最大となった状態をアクチュエータ出力100〔%〕とする。   Here, a state in which the wire 49 is stretched without looseness and the tension of the wire 49 is 0 is defined as an actuator output 0. The state in which the tension of the wire 49 is maximized at the position where the motor 40 is driven and the second bracket 48 is moved by the maximum amount in the direction of the arrow from the state of the actuator output 0 is defined as the actuator output 100 [%].

次に、被験者の筋力を測定する方法について説明する。   Next, a method for measuring a subject's muscle strength will be described.

図8は本発明の実施の形態における被験者の筋力を測定する方法を説明する図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining a method for measuring the muscle strength of a subject in the embodiment of the present invention.

図において、60は被験者であり、61は被験者60の上体と上膊とを連結する肩関節であり、62は被験者60の上膊と下膊とを連結する肘関節であり、63は被験者60の下膊と手とを連結する手首関節であって、上肢の先端部である。そして、64〜69は被験者60の上肢における筋であり、64は三角筋前部、65は三角筋後部、66は上腕二頭筋長頭、67は上腕三頭筋長頭、68は上腕筋、69は上腕三頭筋外側頭である。ここで、肩関節61の中心点をO1 、肘関節62の中心点をO2 、手首関節63の中心点をO3 とする。また、二関節アーム装置10においては、第1リンク11の先端部における円形部分の中心点をO4 、第1関節部14の中心点をO5 、第2関節部15の中心点をO6 とする。 In the figure, 60 is a subject, 61 is a shoulder joint that connects the upper body and upper arm of the subject 60, 62 is an elbow joint that connects the upper arm and lower arm of the subject 60, and 63 is a subject. 60 is a wrist joint that connects the lower arm and the hand, and is the tip of the upper limb. 64 to 69 are muscles in the upper limb of the subject 60, 64 is anterior deltoid muscle, 65 is a rear part of the deltoid muscle, 66 is a long head of the biceps, 67 is a long head of the triceps, 68 is a brachial muscle , 69 is the triceps lateral head. Here, the center point of the shoulder joint 61 is O 1 , the center point of the elbow joint 62 is O 2 , and the center point of the wrist joint 63 is O 3 . In the two-joint arm device 10, the center point of the circular portion at the tip of the first link 11 is O 4 , the center point of the first joint portion 14 is O 5 , and the center point of the second joint portion 15 is O 6. And

そして、被験者60の筋力を測定する場合、二関節アーム装置10と被験者60との位置関係を、図8に示されるようにする。すなわち、中心点O1 、O3 、O4 及びO6 が同一直線上にあるようにする。そして、線分O1 2 と中心点O1 から鉛直方向に引いた直線とがなす角度をθ1 、線分O2 3 と中心点O2 から鉛直方向に引いた直線とがなす角度をθ2 、線分O5 6 と中心点O5 から鉛直方向に引いた直線とがなす角度をθ5 、線分O5 6 と中心点O6 から鉛直方向に引いた直線とがなす角度をθ6 とすると、θ1 =θ2 =θ5 =θ6 =θref となるように設定する。なお、θref は所定角度であり、任意に設定することができる。 And when measuring the muscular strength of the test subject 60, the positional relationship between the two-joint arm device 10 and the test subject 60 is as shown in FIG. That is, the center points O 1 , O 3 , O 4 and O 6 are on the same straight line. The angle between the line segment O 1 O 2 and the straight line drawn from the center point O 1 in the vertical direction is θ 1 , and the angle between the line segment O 2 O 3 and the straight line drawn from the center point O 2 in the vertical direction the theta 2, the line segment O 5 O 6 and the angle theta 5 that linearly and forms drawn from the center point O 5 in the vertical direction, and a straight line drawn from the line segment O 5 O 6 and the center point O 6 in the vertical direction Assuming that the angle formed is θ 6 , it is set so that θ 1 = θ 2 = θ 5 = θ 6 = θ ref . Note that θ ref is a predetermined angle and can be set arbitrarily.

次に、被験者60の各筋の筋力を測定する方法について説明する。   Next, a method for measuring the muscle strength of each muscle of the subject 60 will be described.

図9は本発明の実施の形態におけるアクチュエータの出力値の例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing an example of the output value of the actuator in the embodiment of the present invention.

まず、被験者60は二関節アーム装置10と正対した状態となり、被験者60と二関節アーム装置10との位置関係を図8に示されるようにする。そして、この位置関係を初期位置として、エンコーダ14dとエンコーダ15dとのカウント値を記録する。なお、被験者60の手首関節63を第1リンク11の先端部に、任意の手段によって固定しておく。例えば、被験者60の手首関節63と第1リンク11の先端部とを紐(ひも)によって結ぶことにより手首関節63を第1リンク11の先端部に固定してもよいし、被験者60が手で第1リンク11の先端部を把持することによって手首関節63を第1リンク11の先端部に固定してもよい。また、被験者60に対しては、二関節アーム装置10から力を受けても、受けた力に抗して上肢に力を入れ、手首関節63の位置を初期位置、すなわち、図8に示される位置から移動させないようにする旨の指示をあらかじめ与えておく。   First, the subject 60 faces the bi-joint arm device 10 and the positional relationship between the subject 60 and the bi-joint arm device 10 is as shown in FIG. Then, using this positional relationship as an initial position, the count values of the encoder 14d and the encoder 15d are recorded. The wrist joint 63 of the subject 60 is fixed to the distal end portion of the first link 11 by any means. For example, the wrist joint 63 may be fixed to the distal end portion of the first link 11 by tying the wrist joint 63 of the subject 60 and the distal end portion of the first link 11 with a string (string). The wrist joint 63 may be fixed to the distal end portion of the first link 11 by gripping the distal end portion of the first link 11. Further, even if the subject 60 receives a force from the two-joint arm device 10, the force is applied to the upper limb against the received force, and the position of the wrist joint 63 is shown in the initial position, that is, FIG. An instruction to prevent the movement from the position is given in advance.

そして、二関節アーム装置10は、第1リンク11の先端部において、図7に示されるa方向に力を発生させる。この場合、図6の駆動シーケンスaのように、第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21の出力を制御することによってa方向に力を発生させる。具体的には、第1アクチュエータ16、第3アクチュエータ18及び第6アクチュエータ21の出力は0のままで固定し、第2アクチュエータ17、第4アクチュエータ19及び第5アクチュエータ20の出力を同時に、かつ、等しくなるように変化させ、すなわち、同期させて、0から徐々に増加させる。これにより、二関節アーム装置10の第1リンク11の先端部がa方向に向けて発生する力は、徐々に増加する。   Then, the two-joint arm device 10 generates a force in the direction a shown in FIG. 7 at the distal end portion of the first link 11. In this case, a force is generated in the direction a by controlling the outputs of the first actuator 16 to the sixth actuator 21 as in the drive sequence a of FIG. Specifically, the outputs of the first actuator 16, the third actuator 18 and the sixth actuator 21 are fixed at 0, the outputs of the second actuator 17, the fourth actuator 19 and the fifth actuator 20 are simultaneously set, and Change to be equal, ie, synchronize and gradually increase from zero. Thereby, the force which the front-end | tip part of the 1st link 11 of the two-joint arm apparatus 10 generate | occur | produces toward a direction increases gradually.

一方、被験者60は、あらかじめ与えられた指示に従い、a方向と逆の方向、すなわち、d方向に手首関節63を移動するように力を発生し、手首関節63の位置を初期位置から動かないようにするために上肢に力を入れる。そして、第1リンク11の先端部がa方向に向けて発生する力が徐々に増加するので、第1リンク11の先端部に固定された手首関節63の位置を動かないようにするために、被験者60が上肢に入れる力も徐々に増加する。   On the other hand, the subject 60 generates a force to move the wrist joint 63 in the direction opposite to the a direction, that is, the d direction in accordance with an instruction given in advance, so that the position of the wrist joint 63 does not move from the initial position. In order to make the upper limbs. And since the force which the front-end | tip part of the 1st link 11 generate | occur | produces toward a direction increases gradually, in order not to move the position of the wrist joint 63 fixed to the front-end | tip part of the 1st link 11, The force that the subject 60 puts in the upper limb also gradually increases.

また、二関節アーム装置10は、第2アクチュエータ17、第4アクチュエータ19及び第5アクチュエータ20の出力を同期させて増加させるとともに、第1リンク11の先端部の初期位置からのずれをエンコーダ14dとエンコーダ15dとのカウント値に基づいて監視する。   Further, the two-joint arm device 10 increases the outputs of the second actuator 17, the fourth actuator 19, and the fifth actuator 20 in synchronization with each other, and detects the deviation from the initial position of the tip portion of the first link 11 with the encoder 14d. Monitoring is performed based on the count value with the encoder 15d.

そして、被験者60が上肢に力を入れて手首関節63の位置が動かないようにしているので、被験者60が上肢に入れる力と二関節アーム装置10が発生する力とが釣り合って拮抗している間は、手首関節63に固定された第1リンク11の先端部の位置は、初期位置から動くことがない。しかし、二関節アーム装置10が発生する力が増加して、被験者60が上肢に入れる力の限界、すなわち、最大値を超えると、二関節アーム装置10が発生する力が被験者60が上肢に入れる力に打ち勝つので、第1リンク11の先端部がa方向に移動することになる。そのため、第1リンク11の先端部がa方向に移動を開始した時点において二関節アーム装置10が発生する力が、d方向に手首関節63を移動させるために被験者60が上肢に入れる力の最大値、すなわち、被験者60の上肢の筋力の最大値であると考えることができる。   Since the subject 60 applies force to the upper limb so that the position of the wrist joint 63 does not move, the force applied by the subject 60 to the upper limb and the force generated by the two-joint arm device 10 are balanced and antagonized. Meanwhile, the position of the tip of the first link 11 fixed to the wrist joint 63 does not move from the initial position. However, when the force generated by the two-joint arm device 10 increases and the limit of the force that the subject 60 can put into the upper limb, that is, exceeds the maximum value, the force generated by the two-joint arm device 10 enters the upper limb. Since the force is overcome, the tip of the first link 11 moves in the direction a. Therefore, when the tip of the first link 11 starts to move in the direction a, the force generated by the bi-joint arm device 10 is the maximum force that the subject 60 puts in the upper limb to move the wrist joint 63 in the direction d. It can be considered that the value is the maximum value of the muscle strength of the upper limb of the subject 60.

そこで、本実施の形態においては、エンコーダ14dとエンコーダ15dとのカウント値に基づいて、第1リンク11の先端部の位置が初期位置からa方向に移動したと判断すると、第1リンク11の先端部の位置が初期位置からa方向に移動した時点における第2アクチュエータ17の出力E2、第4アクチュエータ19の出力E3及び第5アクチュエータ20の出力F1の値を記録する。このようにして記録された第2アクチュエータ17、第4アクチュエータ19及び第5アクチュエータ20の出力値が、d方向に手首関節63を移動させるために被験者60が発生する上肢の筋力の最大値に対応する出力値である。これにより、d方向に手首関節63を移動させるために被験者60が発生する上肢の筋力の最大値に対応する二関節アーム装置10の各アクチュエータの出力値を記録することができる。   Therefore, in the present embodiment, when it is determined that the position of the tip of the first link 11 has moved in the direction a from the initial position based on the count values of the encoder 14d and the encoder 15d, the tip of the first link 11 The values of the output E2 of the second actuator 17, the output E3 of the fourth actuator 19, and the output F1 of the fifth actuator 20 at the time when the position of the part moves in the direction a from the initial position are recorded. The output values of the second actuator 17, the fourth actuator 19, and the fifth actuator 20 recorded in this way correspond to the maximum value of the upper limb muscle strength generated by the subject 60 to move the wrist joint 63 in the d direction. The output value to be Thereby, in order to move the wrist joint 63 in the d direction, the output value of each actuator of the bi-joint arm device 10 corresponding to the maximum value of the upper limb muscle force generated by the subject 60 can be recorded.

続いて、二関節アーム装置10は、前述の動作を繰り返して行い、第1リンク11の先端部においてb〜f方向に力を発生させ、e〜c方向に手首関節63を移動させるために被験者60が発生する上肢の筋力の最大値に対応する二関節アーム装置10の各アクチュエータの出力値を記録する。なお、二関節アーム装置10が力を発生する方向の順番は、a〜fの順に限ることなく、適宜変更することができる。   Subsequently, the bi-joint arm device 10 repeats the above-described operation to generate a force in the b to f direction at the distal end of the first link 11 and to move the wrist joint 63 in the e to c direction. The output value of each actuator of the two-joint arm apparatus 10 corresponding to the maximum value of the upper limb muscle force generated by 60 is recorded. In addition, the order of the direction in which the two-joint arm device 10 generates force is not limited to the order of a to f, and can be changed as appropriate.

ところで、二関節アーム装置10が第1リンク11の先端部においてa方向に発生させる力をアクチュエータ出力Faとすると、該アクチュエータ出力Faは、次の式(1)で算出することができる。これは、図9に示されるように、中心点O4 から鉛直方向に引いた直線と線分O4 6 となす角をθ3 、中心点O4 から鉛直方向に引いた直線と線分O5 6 となす角をθ4 とすると、θ3 =θ4 =θref となるためである。
Fa=E2+F1×sinθref +E3×sinθref ・・・式(1)
ここで、Faの単位は〔%〕である。
By the way, assuming that the force generated by the two-joint arm device 10 in the direction a at the tip of the first link 11 is the actuator output Fa, the actuator output Fa can be calculated by the following equation (1). As shown in FIG. 9, the angle between the straight line drawn from the center point O 4 and the line segment O 4 O 6 is θ 3 , and the straight line and line segment drawn from the center point O 4 in the vertical direction. This is because θ 3 = θ 4 = θ ref when the angle formed with O 5 O 6 is θ 4 .
Fa = E2 + F1 × sin θ ref + E3 × sin θ ref Expression (1)
Here, the unit of Fa is [%].

そして、同様にして、二関節アーム装置10が第1リンク11の先端部においてb〜f方向に発生させる力をアクチュエータ出力Fb〜Ffを求めることができる。この結果に基づいて、図7に示すような六角形を描くことができる。   Similarly, the actuator outputs Fb to Ff can be obtained as the forces generated by the two-joint arm device 10 in the b to f direction at the distal end portion of the first link 11. Based on this result, a hexagon as shown in FIG. 7 can be drawn.

次に、記録された二関節アーム装置10の各アクチュエータの出力値に基づいて、被験者60の各筋の筋力を算出する方法について説明する。   Next, a method for calculating the muscular strength of each muscle of the subject 60 based on the recorded output value of each actuator of the bi-joint arm device 10 will be described.

この場合、被験者60の上肢における三角筋前部64の筋力をf1、三角筋後部65の筋力をe1、上腕二頭筋長頭66の筋力をf3、上腕三頭筋長頭67の筋力をe3、上腕筋68の筋力をf2、上腕三頭筋外側頭69の筋力をe2とすると、二関節アーム装置10の各アクチュエータの出力値と被験者60の上肢における各筋の筋力との関係は、次の式(2)〜(4)で表される。
F2+E2=f2+e2 ・・・式(2)
F3+E3=f3+e3 ・・・式(3)
F1+E1=f1+e1 ・・・式(4)
そのため、記録された二関節アーム装置10の各アクチュエータの出力値を前記式(2)〜(4)に代入することによって、被験者60の上肢における各筋の筋力の最大値を得ることができる。
In this case, the muscle strength of the front part of the deltoid muscle 64 in the upper limb of the subject 60 is f1, the muscle power of the back part of the deltoid muscle 65 is e1, the muscle strength of the biceps long head 66 is f3, and the muscle strength of the triceps long head 67 is e3. Assuming that the strength of the upper arm muscle 68 is f2 and the strength of the triceps outer head 69 is e2, the relationship between the output value of each actuator of the bi-articular arm device 10 and the muscle strength of each muscle in the upper limb of the subject 60 is as follows. (2) to (4).
F2 + E2 = f2 + e2 Formula (2)
F3 + E3 = f3 + e3 Formula (3)
F1 + E1 = f1 + e1 Formula (4)
Therefore, the maximum value of the muscular strength of each muscle in the upper limb of the subject 60 can be obtained by substituting the recorded output value of each actuator of the two-joint arm device 10 into the equations (2) to (4).

このように、二関節アーム装置10は、人間の上肢を模した構造を有し、上肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の各筋、すなわち、三角筋前部64、三角筋後部65、上腕二頭筋長頭66、上腕三頭筋長頭67、上腕筋68及び上腕三頭筋外側頭69に対応するアクチュエータを備える。そのため、被験者60の手首関節63を第1リンク11の先端部に固定し、被験者60に二関節アーム装置10から力を受けても、手首関節63の位置を初期位置から移動させないようにさせることによって、被験者60の上肢における拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の各筋の出力、すなわち、筋力を測定することができる。すなわち、第1リンク11の先端部において発生される六方向の力と被験者60の力とを拮抗させることによって、被験者60の上肢の先端部において発生される六方向の力を測定することができる。この場合、第1リンク11の先端部において発生する力の方向を六方向に変化させることによって、六方向に手首関節63を移動させるための筋力を各々測定することができる。   Thus, the two-joint arm device 10 has a structure imitating a human upper limb, and each muscle of the upper-limb antagonistic one-joint muscle group and the antagonistic-biarticular muscle group, that is, the deltoid muscle front part 64, the deltoid muscle rear part. 65, actuators corresponding to the biceps long head 66, the triceps long head 67, the humerus 68, and the triceps lateral head 69. Therefore, the wrist joint 63 of the subject 60 is fixed to the distal end portion of the first link 11, and the wrist joint 63 is not moved from the initial position even when the subject 60 receives a force from the bi-joint arm device 10. Thus, it is possible to measure the output of each muscle of the antagonistic joint articular muscle group and the antagonistic biarticular muscle group in the upper limb of the subject 60, that is, the muscle strength. That is, the six-direction force generated at the tip of the upper limb of the subject 60 can be measured by antagonizing the six-direction force generated at the tip of the first link 11 and the force of the subject 60. . In this case, the muscular strength for moving the wrist joint 63 in six directions can be measured by changing the direction of the force generated at the tip of the first link 11 in six directions.

そのため、被験者60が出力の方向を意識する必要がないので、被験者60に負担をかけることなく、該被験者60の筋力を容易に、かつ、高い精度で測定することができる。   Therefore, since it is not necessary for the subject 60 to be aware of the output direction, the muscle strength of the subject 60 can be measured easily and with high accuracy without imposing a burden on the subject 60.

次に、被験者60の筋力をトレーニングする方法について説明する。   Next, a method for training the muscle strength of the subject 60 will be described.

図10は本発明の実施の形態における被験者の筋力の測定結果の一例を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a subject's muscle strength according to the embodiment of the present invention.

ここで、被験者60の上肢における三角筋前部64、三角筋後部65、上腕二頭筋長頭66、上腕三頭筋長頭67、上腕筋68及び上腕三頭筋外側頭69の筋力の測定を完了したものとする。そして、測定の結果、図10に示されるように、一部の筋の筋力が弱いことが判明した場合、その該当する筋力をトレーニングして向上させる必要がある。   Here, in the upper limb of the subject 60, measurement of muscle strength of the anterior deltoid muscle 64, the deltoid muscle 65, the biceps long head 66, the triceps long head 67, the brachial muscle 68 and the triceps outer head 69 Is completed. As a result of the measurement, as shown in FIG. 10, when it is found that the muscle strength of some muscles is weak, it is necessary to train and improve the corresponding muscle strength.

図10に示される例においては、手首関節63の周囲に実線で描かれた六角形が被験者60の筋力の測定結果を表しており、上腕二頭筋長頭66の筋力が著しく低下していることを示している。これに対して、点線で描かれた六角形が上腕二頭筋長頭66の筋力が正常な場合を示している。   In the example shown in FIG. 10, a hexagon drawn with a solid line around the wrist joint 63 represents the measurement result of the muscular strength of the subject 60, and the muscular strength of the biceps long head 66 is significantly reduced. It is shown that. On the other hand, a hexagon drawn with a dotted line indicates a case where the strength of the biceps long head 66 is normal.

この場合、二関節アーム装置10を使用して被験者60の筋力をトレーニングすることができる。筋力の測定結果が図10に示されるような例においては、上腕二頭筋長頭66の筋出力が弱いので、前記上腕二頭筋長頭66に他の筋よりも高い負荷をかけて、トレーニングすることが有効である。そして、上腕二頭筋長頭66の筋出力を向上させるためのトレーニングメニューを実行することによって、被験者60は、適切な筋力トレーニングを行うことができる。   In this case, the muscle strength of the subject 60 can be trained using the two-joint arm device 10. In the example in which the measurement result of the muscular strength is shown in FIG. 10, since the muscle output of the biceps long head 66 is weak, the biceps long head 66 is subjected to a higher load than other muscles, It is effective to train. Then, by executing a training menu for improving the muscle output of the biceps long head 66, the subject 60 can perform appropriate strength training.

二関節アーム装置10を使用して被験者60の筋力をトレーニングする場合には、筋力を測定する場合と同様に、被験者60は、図8に示されるように、二関節アーム装置10と正対した状態となる。そして、被験者60の手首関節63を第1リンク11の先端部に、任意の手段によって固定しておく。また、被験者60に対しては、二関節アーム装置10から力を受けても、受けた力に抗して上肢に力を入れ、手首関節63の位置を初期位置、すなわち、図8に示される位置から移動させないようにする旨の指示をあらかじめ与えておく。   When training the muscle strength of the subject 60 using the bi-joint arm device 10, the subject 60 faces the bi-joint arm device 10 as shown in FIG. It becomes a state. Then, the wrist joint 63 of the subject 60 is fixed to the distal end portion of the first link 11 by any means. Further, even if the subject 60 receives a force from the two-joint arm device 10, the force is applied to the upper limb against the received force, and the position of the wrist joint 63 is shown in the initial position, that is, FIG. An instruction to prevent the movement from the position is given in advance.

ところで、非特許文献1によれば、人間の上肢においても、図6と同様のパターンによる筋の協調活動が行われている。なお、図6には、二関節アーム装置10の各アクチュエータと、人間の上肢における各筋との対応関係が示されているが、図6の駆動シーケンスa〜fに対応させて、人間の上肢における各筋の筋力を発生させた場合の力の発生方向は、図10に示されるa〜fに対応する。図10に示されるa〜fの方向は被験者60の側から観た方向を示しており、図7に示されるような二関節アーム装置10の側から観たa〜fの方向と対称の関係にある。   By the way, according to Non-Patent Document 1, muscle cooperative activities are performed in the same pattern as in FIG. FIG. 6 shows the correspondence between the actuators of the two-joint arm device 10 and the muscles in the human upper limb. The human upper limb is associated with the driving sequences a to f in FIG. The direction of force generation when the muscle strength of each muscle is generated corresponds to a to f shown in FIG. The direction of af shown in FIG. 10 has shown the direction seen from the test subject 60 side, and is symmetrical with the direction of af seen from the bi-joint arm apparatus 10 side as shown in FIG. It is in.

そのため、例えば、二関節アーム装置10の第1リンク11の先端部が、図7に示されるb方向に力を発生した場合に、被験者60が上肢に力を入れて手首関節63の位置が動かないようにすると、被験者60は、図10に示されるb方向に手首関節63を移動するように力を発生することになる。すなわち、図10に示されるb方向に手首関節63を移動するような負荷が被験者60の上肢における各筋に与えられることになる。この場合、図6の駆動シーケンスbのように、三角筋前部64、上腕三頭筋外側頭69及び上腕二頭筋長頭66が、負荷を与えられて筋力を発生する。   Therefore, for example, when the distal end portion of the first link 11 of the two-joint arm device 10 generates a force in the direction b shown in FIG. 7, the subject 60 applies a force to the upper limb to move the position of the wrist joint 63. Otherwise, the subject 60 generates a force to move the wrist joint 63 in the direction b shown in FIG. That is, a load that moves the wrist joint 63 in the direction b shown in FIG. 10 is given to each muscle in the upper limb of the subject 60. In this case, as shown in the driving sequence b of FIG. 6, the anterior deltoid muscle 64, the triceps outer head 69, and the biceps long head 66 are loaded and generate muscle strength.

また、例えば、被験者60が、図10に示されるd方向に手首関節63を移動するような負荷が被験者60の上肢に与えられた場合、図6の駆動シーケンスdのように、三角筋後部65、上腕筋68及び上腕二頭筋長頭66が、負荷を与えられて筋力を発生する。   Further, for example, when a load is applied to the upper limb of the subject 60 so that the subject 60 moves the wrist joint 63 in the d direction shown in FIG. 10, as shown in the drive sequence d of FIG. The humerus muscle 68 and the biceps long head 66 are loaded and generate muscular strength.

さらに、例えば、図10に示されるb方向及びd方向に手首関節63を移動するような負荷が、1:1の割合で被験者60の上肢に与えられた場合、一関節筋、すなわち、三角筋前部64、三角筋後部65及び上腕筋68には均等に負荷が与えられ、上腕二頭筋長頭66には、一関節筋の2倍の負荷が与えられ、上腕三頭筋長頭67には負荷が与えられない。したがって、この場合には、上腕二頭筋長頭66には高い負荷が選択的に与えられ、上腕三頭筋長頭67には低い負荷が選択的に与えられたことになる。   Furthermore, for example, when a load that moves the wrist joint 63 in the b direction and the d direction shown in FIG. 10 is given to the upper limb of the subject 60 at a ratio of 1: 1, one joint muscle, that is, deltoid muscle A load is evenly applied to the front part 64, the rear part of the deltoid muscle 65, and the humerus muscle 68, and a load twice as large as that of the joint muscle is applied to the long biceps long head 66, and the triceps long head 67 Is not loaded. Therefore, in this case, a high load is selectively given to the biceps long head 66 and a low load is selectively given to the triceps long head 67.

なお、被験者60の上肢に与えられる負荷の大きさは、筋力の測定結果に基づいて制御される。この場合、測定された各筋の出力に応じた負荷が各筋に与えられるように、二関節アーム装置10の各アクチュエータの出力を制御することによって、各筋にとって最適な負荷を与え続けることができる。   In addition, the magnitude | size of the load given to the test subject 60 is controlled based on the measurement result of a muscular strength. In this case, by controlling the output of each actuator of the two-joint arm device 10 so that a load corresponding to the measured output of each muscle is applied to each muscle, it is possible to continue to give an optimum load to each muscle. it can.

このように、被験者60の上肢における各筋に対し、選択的に最適な負荷を与えることによって、被験者60に過大な負荷をかけることなく、効果的なトレーニングを実施することができ、被験者60の筋力を効果的に向上させ、かつ、筋力のバランスを向上させることができる。   In this way, by selectively applying an optimal load to each muscle in the upper limb of the subject 60, effective training can be performed without applying an excessive load to the subject 60. The muscular strength can be effectively improved and the balance of muscular strength can be improved.

また、筋力を現状よりさらに向上させたいという被験者60の要求がある場合、現状における被験者60の各筋の筋力の測定結果から目標とする筋力を設定し、トレーニングを実施する。この場合、図6に示される駆動シーケンスa〜fに対応する第1アクチュエータ16〜第6アクチュエータ21の出力を、現状における被験者60の各筋の筋力に対応する値から徐々に増加させながら、トレーニングを繰り返すことによって、被験者60の上肢全体の筋力をバランスよく向上させることができる。   Further, when there is a request from the subject 60 to further improve the muscle strength from the current level, the target muscle strength is set from the measurement result of the muscle strength of each muscle of the subject 60 at the present time, and training is performed. In this case, training is performed while gradually increasing the outputs of the first actuator 16 to the sixth actuator 21 corresponding to the drive sequences a to f shown in FIG. 6 from the values corresponding to the muscle strength of each muscle of the subject 60 at present. By repeating the above, it is possible to improve the muscle strength of the entire upper limb of the subject 60 in a balanced manner.

このように、二関節アーム装置10は、人間の上肢を模した構造を有し、上肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の各筋、すなわち、三角筋前部64、三角筋後部65、上腕二頭筋長頭66、上腕三頭筋長頭67、上腕筋68及び上腕三頭筋外側頭69に対応するアクチュエータを備える。そのため、被験者60の手首関節63を第1リンク11の先端部に固定し、被験者60に二関節アーム装置10から力を受けても、手首関節63の位置を初期位置から移動させないようにさせることによって、被験者60の上肢における拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の各筋に選択的に負荷を与え、効果的なトレーニングを実施することができる。この場合、二関節アーム装置10が第1リンク11の先端部において発生する力の方向を選択することによって、負荷を与えてトレーニングする筋を選択することができる。   Thus, the two-joint arm device 10 has a structure imitating a human upper limb, and each muscle of the upper-limb antagonistic one-joint muscle group and the antagonistic-biarticular muscle group, that is, the deltoid muscle front part 64, the deltoid muscle rear part. 65, actuators corresponding to the biceps long head 66, the triceps long head 67, the humerus 68, and the triceps lateral head 69. Therefore, the wrist joint 63 of the subject 60 is fixed to the distal end portion of the first link 11, and the wrist joint 63 is not moved from the initial position even when the subject 60 receives a force from the bi-joint arm device 10. Thus, an effective training can be performed by selectively applying a load to each muscle of the antagonistic joint articular muscle group and the antagonistic biarticular muscle group in the upper limb of the subject 60. In this case, by selecting the direction of the force generated at the distal end portion of the first link 11 by the two-joint arm device 10, it is possible to select a muscle to be trained by applying a load.

また、筋力の測定に使用された二関節アーム装置10を使用することによって、被験者60の筋力をトレーニングすることができ、筋力の測定とトレーニングのために別個の装置を用意する必要がなく、設備コストを低減することができる。   Further, by using the two-joint arm device 10 used for the measurement of the muscle strength, the muscle strength of the subject 60 can be trained, and it is not necessary to prepare separate devices for the muscle strength measurement and training. Cost can be reduced.

さらに、二関節アーム装置10が人間の上肢を模した構造を有するので、被験者60は違和感を感じることなく、効果的にトレーニングを実施することができる。   Furthermore, since the two-joint arm device 10 has a structure imitating a human upper limb, the subject 60 can effectively perform training without feeling uncomfortable.

次に、筋力の測定及びトレーニングの状態を表示する方法について説明する。   Next, a method for displaying muscle strength measurement and training status will be described.

図11は本発明の実施の形態における筋力の測定及びトレーニングの状態を表示する表示画面の例を示す図である。なお、図11(a)は二関節アーム装置の第1リンクの先端部の位置を示す図、図11(b)は二関節アーム装置の第1リンクの先端部の動作軌跡を示す図、図11(c)は筋力の測定結果を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing an example of a display screen that displays muscle strength measurement and training status in the embodiment of the present invention. 11A is a diagram showing the position of the tip of the first link of the two-joint arm device, and FIG. 11B is a diagram showing the operation locus of the tip of the first link of the two-joint arm device. 11 (c) is a diagram showing a measurement result of muscle strength.

図11において、70はCRT、液晶ディスプレイ、LED(Light Emitting Diode)ディスプレイ等の表示装置としてのディスプレイである。該ディスプレイ70は、二関節アーム装置10の動作を制御する制御装置の上位装置が備える表示手段の一部であってもよいし、該表示手段とは別個に前記制御装置又は上位装置に接続されたものであってもよい。   In FIG. 11, reference numeral 70 denotes a display as a display device such as a CRT, a liquid crystal display, and an LED (Light Emitting Diode) display. The display 70 may be a part of a display unit included in a host device of a control device that controls the operation of the bi-joint arm device 10, or may be connected to the control device or the host device separately from the display unit. It may be.

そして、図11(a)において、71は二関節アーム装置10における第1リンク11の先端部の初期位置を示すアイコンであり、72は前記第1リンク11の先端部における円形部分の中心点O4 の現在位置を示すアイコンである。前記アイコン71及び72の位置は、エンコーダ14d及び15dの回転角度から算出された第1リンク11の先端部における円形部分の中心点O4 の位置を示している。ここで、アイコン72は、第1リンク11の先端部における円形部分の中心点O4 の現在位置を、エンコーダ14d及び15dの回転角度に基づいて、リアルタイムに示すものである。なお、筋力を測定する場合、及び、筋力をトレーニングする場合には、前述のように、被験者60の手首関節63が第1リンク11の先端部に固定されているので、前記アイコン71及び72は、実質的に、被験者60の手首関節63の初期位置及び現在位置を各々示している。 In FIG. 11A, 71 is an icon indicating the initial position of the tip of the first link 11 in the two-joint arm device 10, and 72 is the center point O of the circular portion at the tip of the first link 11. 4 is an icon indicating the current position. The positions of the icons 71 and 72 indicate the position of the center point O 4 of the circular portion at the tip of the first link 11 calculated from the rotation angles of the encoders 14d and 15d. Here, the icon 72 indicates in real time the current position of the center point O 4 of the circular portion at the tip of the first link 11 based on the rotation angles of the encoders 14 d and 15 d. When measuring muscle strength and training muscle strength, since the wrist joint 63 of the subject 60 is fixed to the distal end of the first link 11 as described above, the icons 71 and 72 are , Substantially showing the initial position and the current position of the wrist joint 63 of the subject 60, respectively.

まず、被験者60の各筋の筋力を測定する場合、測定が開始される前は、被験者60の手首関節63及び第1リンク11の先端部が初期位置にあるので、アイコン71とアイコン72とは同位置にある。そして、測定が開始されると、第1リンク11の先端部がa〜fの六方向に向けて力を発生する。一方、被験者60は、あらかじめ与えられた指示に従い、第1リンク11の先端部において発生される力と逆の方向に手首関節63を移動するように力を発生し、手首関節63の位置を初期位置から動かないようにする。   First, when measuring the muscular strength of each muscle of the subject 60, before the measurement is started, the wrist joint 63 of the subject 60 and the distal end portion of the first link 11 are in the initial positions. It is in the same position. And when a measurement is started, the front-end | tip part of the 1st link 11 will generate | occur | produce a force toward six directions of af. On the other hand, the subject 60 generates a force to move the wrist joint 63 in a direction opposite to the force generated at the tip of the first link 11 in accordance with an instruction given in advance, and sets the position of the wrist joint 63 to the initial position. Do not move from position.

この際、被験者60は、ディスプレイ70を見ながら、アイコン72をアイコン71の位置から動かさないようにすることによって、手首関節63の位置を初期位置から動かないようにすることができる。そのため、被験者60は、テレビゲーム等のゲームを行っているのと同様のゲーム感覚で、筋力を測定することができる。   At this time, the subject 60 can prevent the position of the wrist joint 63 from moving from the initial position by not moving the icon 72 from the position of the icon 71 while looking at the display 70. Therefore, the subject 60 can measure the muscular strength with the same game sensation as playing a game such as a video game.

なお、測定を開始する前に、被験者60に対してあらかじめ与えられる、二関節アーム装置10から力を受けても、上肢に力を入れて、手首関節63の位置を初期位置から移動させないようにする旨の指示は、ディスプレイ70に表示することができる。また、該ディスプレイ70とともに、図示されないラウドスピーカ等の音声出力装置が前記制御装置又は上位装置に接続されている場合には、前記指示を音声出力によって被験者60に対して与えることもできる。   Before starting the measurement, even if a force is applied to the subject 60 from the bi-joint arm device 10 in advance, force is applied to the upper limb so that the position of the wrist joint 63 is not moved from the initial position. An instruction to do so can be displayed on the display 70. In addition, when an audio output device such as a loudspeaker (not shown) is connected to the control device or the host device together with the display 70, the instruction can be given to the subject 60 by audio output.

次に、筋力をトレーニングする場合について説明する。   Next, the case of training muscular strength will be described.

筋力をトレーニングする場合には、図11(b)に示されるように、第1リンク11の先端部における円形部分の中心点O4 の動作軌跡73、トレーニング中の第1の目標軌跡74及びトレーニング中の第2の目標軌跡75がディスプレイ70に表示される。また、被験者60に対してあらかじめ与えられる、二関節アーム装置10から力を受けても、上肢に力を入れて、手首関節63の位置を初期位置から移動させないようにする旨の指示は、筋力を測定する場合と同様に、ディスプレイ70に表示することができる。また、図示されない音声出力装置が前記制御装置又は上位装置に接続されている場合には、前記指示を音声出力によって被験者60に対して与えることもできる。 In the case of training muscular strength, as shown in FIG. 11B, the motion locus 73 of the center point O 4 of the circular portion at the tip of the first link 11, the first target locus 74 during training, and the training The second target locus 75 in the middle is displayed on the display 70. In addition, even if a force is given to the subject 60 in advance from the bi-joint arm device 10, an instruction to force the upper limb so as not to move the position of the wrist joint 63 from the initial position is a muscular strength. Can be displayed on the display 70 in the same manner as when measuring. Further, when a voice output device (not shown) is connected to the control device or the host device, the instruction can be given to the subject 60 by voice output.

そして、トレーニングが開始されると、二関節アーム装置10から力を受けるが、被験者60は、上肢に力を入れて、ディスプレイ70を見ながら、手首関節63の位置を示すアイコン72が第1の目標軌跡74又は第2の目標軌跡75をトレースするようにする。すなわち、動作軌跡73が第1の目標軌跡74又は第2の目標軌跡75と一致するようにする。これにより、被験者60の上肢における各筋は、第1リンク11の先端部からあらかじめ設定された方向の負荷を与えられて筋力を発生するので、被験者60は、ゲーム感覚で、筋力をトレーニングすることができる。   When training is started, the subject 60 receives a force from the bi-joint arm device 10, but the subject 60 puts a force on the upper limb and looks at the display 70, and the icon 72 indicating the position of the wrist joint 63 is the first. The target locus 74 or the second target locus 75 is traced. That is, the motion trajectory 73 is made to coincide with the first target trajectory 74 or the second target trajectory 75. As a result, each muscle in the upper limb of the subject 60 is given a load in a preset direction from the tip of the first link 11 to generate muscle strength, so that the subject 60 trains muscle strength in a game sense. Can do.

また、筋力のトレーニングを開始する前と筋力のトレーニングを終了した後に、被験者60の筋力を測定し、測定結果を、図11(c)に示されるように、ディスプレイ70に表示することによって、トレーニングの成果をその場で確認することができる。図11(c)に示される例においては、点線で描かれた六角形がトレーニングを開始する前における被験者60の筋力の測定結果を表しており、実線で描かれた六角形がトレーニングを終了した後における被験者60の筋力の測定結果を表している。   Further, before starting the muscle strength training and after ending the muscle strength training, the muscle strength of the subject 60 is measured, and the measurement result is displayed on the display 70 as shown in FIG. Can be confirmed on the spot. In the example shown in FIG. 11C, the hexagon drawn with a dotted line represents the measurement result of the muscle strength of the subject 60 before starting the training, and the hexagon drawn with a solid line finished the training. The measurement result of the muscular strength of the test subject 60 later is shown.

このように、二関節アーム装置10の第1リンク11の先端部における円形部分の中心点O4 の位置がディスプレイ70に表示されるので、被験者60は、ゲーム感覚で筋力の測定及びトレーニングを行うことができる。また、被験者60の筋力を測定した結果が表示されるので、筋力の測定結果及びトレーニングの成果を視覚的に確認することができ、筋力測定が正確になり、効果的に筋力をトレーニングすることができる。 Thus, since the position of the center point O 4 of the circular portion at the distal end portion of the first link 11 of the two-joint arm device 10 is displayed on the display 70, the subject 60 performs muscle strength measurement and training in a game sense. be able to. Moreover, since the result of measuring the muscular strength of the subject 60 is displayed, the muscular strength measurement result and the training result can be visually confirmed, the muscular strength measurement becomes accurate, and the muscular strength can be effectively trained. it can.

このように、本実施の形態においては、人間の上肢を模した構造を有し、上肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の各筋、すなわち、三角筋前部64、三角筋後部65、上腕二頭筋長頭66、上腕三頭筋長頭67、上腕筋68及び上腕三頭筋外側頭69に対応するアクチュエータを備える二関節アーム装置10を使用して、被験者60の上肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力を測定するとともに、該筋力をトレーニングする。そのため、被験者60に負担をかけることなく、被験者60の筋力を容易に、かつ、高い精度で測定することができるとともに、被験者60の筋力を効果的に向上させ、かつ、筋力のバランスを向上させることができる。   As described above, in this embodiment, the muscle has a structure imitating a human upper limb, and each muscle of the antagonistic joint joint group and the antagonistic joint joint group of the upper limb, that is, the front part of the deltoid muscle 64, the rear part of the deltoid muscle 65, using the biarticular arm device 10 including actuators corresponding to the biceps long head 66, the triceps long head 67, the humerus 68 and the triceps outer head 69, The muscle strength of the antagonistic joint muscle group and the antagonistic joint muscle group is measured and the muscle strength is trained. Therefore, the muscle strength of the subject 60 can be measured easily and with high accuracy without imposing a burden on the subject 60, the muscle strength of the subject 60 can be effectively improved, and the balance of the muscle strength can be improved. be able to.

なお、本実施の形態においては、上肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力を測定してトレーニングする場合について説明したが、人間の下肢は、上肢と同様に、一関節筋と二関節筋とを備える筋配列構造を有しているので、二関節アーム装置10を使用して、下肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力を測定してトレーニングすることもできる。   In the present embodiment, the case of training by measuring the muscle strength of the antagonistic one-joint muscle group and the antagonistic two-joint muscle group of the upper limb has been described. Since it has a muscle arrangement structure including biarticular muscles, it is also possible to measure and measure the muscle strength of the antagonistic one joint muscle group and the antagonistic biarticular muscle group of the lower limbs using the biarticular arm device 10. .

また、本実施の形態においては、被験者60と二関節アーム装置10との位置関係について、被験者60と二関節アーム装置10とが正対している場合を例にして説明したが、被験者60と二関節アーム装置10の動作方向が同一で、かつ、被験者60の前方又は後方に二関節アーム装置10が設置されるような位置関係を採ることもできる。   Further, in the present embodiment, the positional relationship between the subject 60 and the two-joint arm device 10 has been described as an example where the subject 60 and the two-joint arm device 10 face each other. It is also possible to adopt a positional relationship in which the operation direction of the joint arm device 10 is the same and the bi-joint arm device 10 is installed in front of or behind the subject 60.

さらに、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.

本発明の実施の形態における二関節アーム装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the two-joint arm apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における関節部の側面を示す図である。It is a figure which shows the side surface of the joint part in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における関節部の側面を示す図である。It is a figure which shows the side surface of the joint part in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるアクチュエータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the actuator in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における二関節アーム装置の動作を制御する制御装置を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the control apparatus which controls operation | movement of the two joint arm apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるアクチュエータの駆動シーケンスと力の方向を示す図である。It is a figure which shows the drive sequence and force direction of an actuator in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における二関節アーム装置の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the two-joint arm apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における被験者の筋力を測定する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method to measure the test subject's muscular strength in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるアクチュエータの出力値の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output value of the actuator in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における被験者の筋力の測定結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result of the test subject's muscular strength in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における筋力の測定及びトレーニングの状態を表示する表示画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the display screen which displays the measurement of the muscular strength in the embodiment of the present invention, and the state of training.

符号の説明Explanation of symbols

10 二関節アーム装置
11 第1リンク
12 第2リンク
13 フレーム
16 第1アクチュエータ
17 第2アクチュエータ
18 第3アクチュエータ
19 第4アクチュエータ
20 第5アクチュエータ
21 第6アクチュエータ
60 被験者
64 三角筋前部
65 三角筋後部
66 上腕二頭筋長頭
67 上腕三頭筋長頭
68 上腕筋
69 上腕三頭筋外側頭
70 ディスプレイ
73 動作軌跡
74 第1の目標軌跡
75 第2の目標軌跡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Two-joint arm apparatus 11 1st link 12 2nd link 13 Frame 16 1st actuator 17 2nd actuator 18 3rd actuator 19 4th actuator 20 5th actuator 21 6th actuator 60 Test subject 64 Triangular muscle front part 65 Triangular muscle rear part 66 biceps long head 67 triceps long head 68 humerus 69 triceps lateral head 70 display 73 motion trajectory 74 first target trajectory 75 second target trajectory

Claims (4)

(a)人間の上肢又は下肢を模した構造を備える二関節アーム装置を有し、
(b)該二関節アーム装置の先端部に被験者の上肢又は下肢の先端部を固定し、
(c)前記二関節アーム装置が力を発生した場合、被験者が前記二関節アーム装置の力に抗して上肢又は下肢の先端部の位置を移動させないようにすることによって、被験者の上肢又は下肢の筋力を測定するとともにトレーニングすることを特徴とする筋力トレーニングシステム。
(A) a bi-joint arm device having a structure imitating a human upper limb or lower limb;
(B) fixing the tip of the upper limb or the lower limb of the subject to the tip of the two-joint arm device;
(C) When the two-joint arm device generates a force, the subject does not move the position of the tip of the upper limb or the lower limb against the force of the two-joint arm device, whereby the upper limb or the lower limb of the subject A muscle strength training system that measures and trains muscle strength.
(a)ベース、該ベースに根本端部が回転可能に取り付けられた第2リンク、及び、該第2リンクの先端部に根本端部が回転可能に取り付けられた第1リンクを備える二関節アーム装置であって、
(b)前記第1リンク及び第2リンクを各々独立して回転させるための駆動力を発生する第1アクチュエータ及び第2アクチュエータ並びに第3アクチュエータ及び第4アクチュエータと、前記第1リンク及び第2リンクをベースに対して同時に回転させるための駆動力を発生する第5アクチュエータ及び第6アクチュエータとを更に備える二関節アーム装置と、
(c)所定の駆動シーケンスに従って前記第1〜第6アクチュエータを動作させ、前記第1リンクの先端部において六方向の力を発生させる制御装置とを有し、
(d)前記第1リンクの先端部に被験者の上肢又は下肢の先端部を固定し、前記第1リンクの先端部において発生される六方向の力と前記被験者の力とを拮抗させて、前記被験者の上肢又は下肢の先端部において発生される六方向の力を測定することによって、前記被験者の上肢又は下肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力を測定することを特徴とする筋力トレーニングシステム。
(A) A two-joint arm comprising a base, a second link having a root end rotatably attached to the base, and a first link having a root end rotatably attached to a tip end of the second link A device,
(B) a first actuator, a second actuator, a third actuator, a fourth actuator, and a first link and a second link that generate a driving force for independently rotating the first link and the second link. A bi-joint arm device further comprising a fifth actuator and a sixth actuator for generating a driving force for simultaneously rotating the actuator with respect to the base;
(C) a predetermined operating the said first to sixth actuator according to the driving sequence, have a control unit that generates six force at the distal end of the first link,
(D) fixing the tip of the upper limb or the lower limb of the subject to the tip of the first link, antagonizing the force in the six directions generated at the tip of the first link and the force of the subject, By measuring the force in six directions generated at the tip of the subject's upper limb or lower limb, the muscular strength of the antagonistic one joint muscle group and the antagonistic biarticular muscle group of the subject's upper limb or lower limb is measured. Strength training system.
前記被験者の筋力を測定した結果に基づいて筋力が低下した前記被験者の上肢又は下肢の筋を特定し、前記第1リンクの先端部において発生される六方向の力を制御することによって、特定された前記被験者の上肢又は下肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力をトレーニングする請求項に記載の筋力トレーニングシステム。 By specifying the muscle of the upper limb or the lower limb of the subject whose muscular strength has been reduced based on the result of measuring the muscular strength of the subject, and by controlling the six-direction forces generated at the tip of the first link, The muscular strength training system according to claim 2 , wherein the muscular strength of the antagonistic one-joint muscle group and the antagonistic bi-joint muscle group of the upper limb or the lower limb of the subject is trained. 前記制御装置に接続された表示装置を更に有し、前記第1リンクの先端部の動作軌跡と目標軌跡とを前記表示装置に表示させ、前記動作軌跡が目標軌跡と一致するように前記被験者に力を発生させることによって、前記被験者の上肢又は下肢の拮抗一関節筋群及び拮抗二関節筋群の筋力の測定及びトレーニングを行う請求項に記載の筋力トレーニングシステム。 A display device connected to the control device; causing the display device to display an operation trajectory and a target trajectory of the tip of the first link; and allowing the subject to match the operation trajectory with the target trajectory. The muscular strength training system according to claim 3 which measures and trains the muscular strength of the antagonistic joint joint muscle group and the antagonistic joint joint muscle group of the upper limb or the lower limb of the subject by generating force.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6615441B2 (en) * 2013-09-13 2019-12-04 国立大学法人三重大学 Lower limb muscle strength measuring device
CN104622484B (en) * 2015-01-29 2017-01-04 大连理工大学 Upper limb muscle tension measuring device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000210272A (en) * 1999-01-22 2000-08-02 Laboratories Of Image Information Science & Technology Method and system for evaluation of muscle power

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000210272A (en) * 1999-01-22 2000-08-02 Laboratories Of Image Information Science & Technology Method and system for evaluation of muscle power

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