JP4737707B2 - 関節運動装置 - Google Patents
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Description
請求項1に記載の関節運動装置は、肢体の一部を保持する肢体受架と、前記肢体受架を動作させるリンクと、前記リンクを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するコントローラを備えた関節運動装置であって、前記コントローラは、大腿長さおよび下腿長さを含む肢体条件の入力を受け付け肢体モデルを構築するマンマシン整合手段と、目標屈曲角度と目標伸展角度とを含む屈伸運動を規定するとともに、前記屈伸運動時に前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度への到達回数が増加するにしたがって、前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度での前記屈伸運動の停止時間を漸増させる運動パラメータ設定手段と、前記運動パラメータ設定手段の設定内容および前記肢体モデルの情報に基づいて動作パターンを生成する動作パターン生成手段と、前記動作パターンに基づいて前記アクチュエータに対して制御信号を出力し、前記肢体受架を前記目標屈曲角度及び前記目標伸展角度近傍とその他の動作範囲とで動作速度を変更させる手段とを有していることを特徴とするものである。
請求項2に記載の関節運動装置は、肢体の一部を保持する肢体受架と、前記肢体受架を動作させる伸縮自在なリンクと、前記リンクを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するコントローラを備えた関節運動装置であって、前記リンクの長さを調節することにより、前記関節運動装置と前記肢体とのフィッティングを行う伸縮リンク式マンマシン整合手段を有するとともに、前記コントローラは、目標屈曲角度と目標伸展角度とを含む屈伸運動を規定するとともに、前記屈伸運動時に前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度への到達回数が増加するにしたがって、前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度での前記屈伸運動の停止時間を漸増させる運動パラメータ設定手段と、前記運動パラメータ設定手段の設定内容および前記肢体モデルの情報に基づいて動作パターンを生成する動作パターン生成手段と、前記動作パターンに基づいて前記アクチュエータに対して制御信号を出力し、前記肢体受架を前記目標屈曲角度及び前記目標伸展角度近傍とその他の動作範囲とで動作速度を変更させる手段とを有していることを特徴とするものである。
請求項3に記載の関節運動装置は、前記動作パターンは、前記目標屈曲角度および前記目標伸展角度での停止時間が屈伸時間に応じて漸増可能であることを特徴とするものである。
請求項4に記載の関節運動装置は、前記動作パターンは、前記目標屈曲角度および前記目標伸展角度での停止時間が前記アクチュエータの負荷トルクの大きさに応じて漸増可能であることを特徴とするものである。
ここで、人の下肢に与える動作パターンは、股関節角度αの単位時間ΔT毎の目標角度列αnとすると、治療時速度Vcは、
と表される。これより次の単位時間での目標角度列を
(2回目以降、Tn<Tfのとき) Tn=Tn-1+Td (8)
(Tn≧Tfのとき) Tn=Tf
停止時間の間は、目標角度列は次のようになる。
実施例1、実施例2のどちらにおいても、単に限られた時間で屈伸運動の回数を増やすためだけであれば、目標とする伸展位Aeあるいは屈曲位Ab付近での角度域で連続往復運動させれば良い。またそれは実施例1および実施例2で説明した制御方式で実現することができる。
なお、上記実施例1および2において、伸展側、屈曲側のそれぞれで異なるTs、Tf、Td、Nrを設定できるようにしても良いし、到達回数ではなくて屈伸運動時間あるいはアクチュエータに加わる負荷トルクに応じて停止時間を漸増させても良い。また、目標屈曲角度および目標伸展角度での停止時間を屈伸回数に比例して漸増させているが、これに限らず指数関数的に漸増させるなど任意でよい。さらには、治療開始時は漸増比率を小さく(大きく)し、徐々に漸増比率が大きく(小さく)するなど、漸増比率を求めるために関数を複数組み合わせてもよく、結果的に患者の治療状態に応じて適切に漸増させればよい。
101 大腿用肢体受架
102 リンク
103 回転ジョイント
104 アクチュエータ
105 コントローラ
106 アーム
200 動作パターン生成手段
201 運動パラメータ設定手段
202 マンマシン整合手段
210 肢体モデル情報
211 運動パラメータ情報
220 制御信号
300 下腿用肢体受架
301 大腿用肢体受架
302 リンク
303 回転ジョイント
304 アクチュエータ
305 コントローラ
306 リンク長さ調整機構
400 動作パターン生成手段
401 運動パラメータ設定手段
411 運動パラメータ情報
420 制御信号
Claims (4)
- 肢体の一部を保持する肢体受架と、前記肢体受架を動作させるリンクと、前記リンクを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するコントローラを備えた関節運動装置であって、
前記コントローラは、
大腿長さおよび下腿長さを含む肢体条件の入力を受け付け肢体モデルを構築するマンマシン整合手段と、
目標屈曲角度と目標伸展角度とを含む屈伸運動を規定するとともに、前記屈伸運動時に前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度への到達回数が増加するにしたがって、前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度での前記屈伸運動の停止時間を漸増させる運動パラメータ設定手段と、
前記運動パラメータ設定手段の設定内容および前記肢体モデルの情報に基づいて動作パターンを生成する動作パターン生成手段と、
前記動作パターンに基づいて前記アクチュエータに対して制御信号を出力し、前記肢体受架を前記目標屈曲角度及び前記目標伸展角度近傍とその他の動作範囲とで動作速度を変更させる手段とを有している
ことを特徴とする関節運動装置。 - 肢体の一部を保持する肢体受架と、前記肢体受架を動作させる伸縮自在なリンクと、前記リンクを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するコントローラを備えた関節運動装置であって、
前記リンクの長さを調節することにより、前記関節運動装置と前記肢体とのフィッティングを行う伸縮リンク式マンマシン整合手段を有するとともに、
前記コントローラは、
目標屈曲角度と目標伸展角度とを含む屈伸運動を規定するとともに、前記屈伸運動時に前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度への到達回数が増加するにしたがって、前記目標屈曲角度,前記目標伸展角度での前記屈伸運動の停止時間を漸増させる運動パラメータ設定手段と、
前記運動パラメータ設定手段の設定内容および前記肢体モデルの情報に基づいて動作パターンを生成する動作パターン生成手段と、
前記動作パターンに基づいて前記アクチュエータに対して制御信号を出力し、前記肢体受架を前記目標屈曲角度及び前記目標伸展角度近傍とその他の動作範囲とで動作速度を変更させる手段とを有している
ことを特徴とする関節運動装置。 - 前記動作パターンは、前記目標屈曲角度および前記目標伸展角度での停止時間が屈伸時間に応じて漸増可能である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の関節運動装置。 - 前記動作パターンは、前記目標屈曲角度および前記目標伸展角度での停止時間が前記アクチュエータの負荷トルクの大きさに応じて漸増可能である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の関節運動装置。
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