JP6555790B2 - 支援リハビリテーショントレーニングロボット - Google Patents

Description

本発明は、医療機器技術分野に関し、具体的に支援リハビリテーショントレーニングロボット及びその操作方法に関する。

中国が高齢化社会に入りつつあることに伴い、高齢者の健康はますます重要視されている。高齢者の健康を脅かす病気において、脳卒中は非常に大きな割合を占めるため、脳卒中片麻痺後遺症に対するリハビリテーション治療は特に重要である。片麻痺リハビリテーション後期の患者にとっては、バランス障害と片麻痺歩行が最も大きな問題になるため、歩行に対するトレーニング及び矯正を重視する必要がある。

従来の歩行リハビリテーショントレーニングは、セラピストが主導し、手で患者の肩部や股関節部に対し行われていた。定量的な時間や強度のトレーニングが行えない場合、リハビリテーション程度もセラピストの経験や患者の個人的要素により異なり、それは患者の心身に対する試練であるだけでなく、セラピストの心身に対する試練でもあった。従来の歩行トレーニングリハビリテーション機器は歩行に対するトレーニングに着目し過ぎて股関節部の生理構造を無視し、総合的な股関節部の運動学に対する分析・設計ができていないため、歩行トレーニングの効果を制限していた。

従来の歩行リハビリテーショントレーニングにおける作業量の多さ、効率の低さ、完全ではない一般的なリハビリテーション機器によるトレーニング、単一的なトレーニングモードなどの従来技術に存在する問題を解決するために、本発明は股関節部の生理構造を分析することにより、支援リハビリテーショントレーニングロボット及びその操作方法を提供し、患者のトレーニングに対して効率的なトレーニングプラットフォームを提供する。

その技術案は以下のとおりである。

支援リハビリテーショントレーニングロボットは、ベルト型歩行機械１と、台座２と、昇降スクリュー機構と、マニピュレータ部分とカウンタウェイト機構とを含む。

昇降スクリュー機構は、ガイドロッド３と、スクリュー４と、腕昇降プラットフォーム８と昇降モーター２４とを含む。マニピュレータ部分は、腕連結管１１と、肩関節モーター１２と、内ギアセット１３と、肩関節高調波減速装置１４と、回転関節モーター１５と、上腕支持板１６と、回転関節高調波減速装置１７と、肘関節モーター１８と、肘関節支持板１９と、ベベルギアセット２０と、手首部自在継ぎ手２１と、前腕支持板２２と、肘関節高調波減速装置２３と、肩バネ取付ブロック２５と、肘バネ取付ブロック２６と肘関節同期ベルト２７とを含む。カウンタウェイト機構は、カウンタウェイト底板５と、カウンタウエイトブロック６と、ガイドロッド７と、スチールワイヤロープ９とを含む。

更に、ベルト型歩行機械１は台座２に固定され、昇降機構は台座２にも固定され、マニピュレータ部分は腕連結管１１によって腕昇降プラットフォーム８に固定され、昇降モーター２４によってスクリュー４を旋回させるように駆動し、腕昇降プラットフォーム８を駆動し、ガイドロッド３に沿って上下運動させてマニピュレータ部分で患者を支援してしゃがみ・立ち上がりのリハビリテーショントレーニングを実現し、カウンタウェイト機構はスチールワイヤロープ９、滑車装置１０によって腕昇降プラットフォーム８に連結されている。

更に、マニピュレータ部分は腕連結管１１に固定され、肩関節モーター１２は腕連結管１１内に位置し、内ギアセット１３と、肩関節高調波減速装置１４と上腕支持板１６とが連結され、肩バネ取付ブロック２５は補助支持として上腕支持板１６に固定され、肩部バネは肩バネ取付ブロック２５と肩部支持板とを連結し、肩関節モーター１２によって上腕を駆動して肩関節を回る前屈曲・後伸展運動を実現する。

回転関節モーター１５は上腕支持板１６に固定され、回転関節高調波減速装置１７によって肘関節支持板１９を駆動し、肘関節が上腕を回る内旋回・外旋回運動を実現する。

肘関節モーター１８は肘関節支持板１９に固定され、ベベルギアセット２０と肘関節同期ベルト２７によって大プーリ軸を駆動し、肘関節高調波減速装置２３は大プーリ軸に固定され、且つ肘バネ取付ブロック２６、前腕支持板２２に連結され、肘部バネは肘バネ取付ブロック２６と肘関節支持板１９とを連結し、前腕支持板２２が肘関節を回る伸展・屈曲運動を実現する。

更に、カウンタウェイト機構はスチールワイヤロープ９と滑車装置１０によって腕昇降プラットフォーム８に連結され、且つカウンタウエイトブロック６によって引張力を提供し、プラットフォーム全体に作用することで、重量減少の効果を効果的に達成する。

更に、下半身支援マニピュレータ部分と下半身支援昇降プラットフォーム７とを更に含み、下半身支援マニピュレータ部分は下肢腕連結管３０によって下半身支援昇降プラットフォーム７に固定され、前記下半身支援マニピュレータ部分は、下肢腕連結管３０と、下肢肩関節モーター３１と、下肢肩部支持板３２と、下肢肩バネ取付ブロック３３と、下肢回転関節モーター３４と、下肢肩関節高調波減速装置３５と、下肢内ギアセット３６と、下肢回転関節高調波減速装置３７と、下肢肘関節モーター３８と、下肢肘関節支持板３９と、下肢ベベルギアセット４０と、下肢前腕支持板４１と、下肢手首部自在継ぎ手４２と、下肢肘バネ取付ブロック４３と、外骨格高調波減速装置４４と、下肢肘関節高調波減速装置４５と、外骨格モーター４６と、外骨格モーター取付板４７と、外骨格同期ベルト４８と、下肢肘関節同期ベルト４９と、外骨格同期ベルト蓋板５０とを含み、カウンタウエイト機構はスチールワイヤロープ１１、滑車装置１４によってそれぞれ上半身支援昇降プラットフォーム１２、下半身支援昇降プラットフォーム７に連結されている。

更に、当該装置は、歩行トレーニング過程において体の股関節部の３つの直線自在度と２つの回転自在度に対するリハビリテーショントレーニングを実現し、股関節部の歩行トレーニングにおける生理運動を高く再現し、リハビリテーショントレーニングの効果を効果的に増強することができる。

支援リハビリテーショントレーニングロボットの操作方法は、以下のステップを含む。

まず、包帯で被訓練者の肩部を上肢手首部自在継ぎ手２９に固定し、股関節部を下肢手首部自在継ぎ手４２に固定する。その後、外骨格同期ベルト蓋板５０を太ももに垂直に固定する。

被訓練者の歩行トレーニングを実施する際に、ベルト型歩行機械１を合わせて、モーターがトルクモードで作動する。肩関節モーターは内ギアセットと肩関節高調波減速装置によって上腕を駆動して肩関節を回る前屈曲・後伸展運動を実現し、回転関節モーターは回転関節高調波減速装置によって肘関節支持板を駆動して肘関節が上腕を回る内旋回・外旋回運動を実現し、肘関節モーターはベベルギアセットと肘関節同期ベルトによって前腕支持板を駆動して前腕が肘関節を回る伸展・屈曲運動を実現し、外骨格モーター４６は外骨格同期ベルト４８、外骨格高調波減速装置４４によって外骨格モーター取付板４７を駆動して外骨格同期ベルト蓋板５０を案内とする歩行案内運動を実現する。

従来技術と比べ、本発明の有益な効果は以下の通りである。

１、直線自在度と回転自在度とが組み合わさり運動するため、体の歩行トレーニングにおける生理運動に非常に良く合う。２、装置の自在度が高いため、セラピストの歩行トレーニング過程における操作を高く再現することができる。３、肩関節と肘関節において、それぞれバネ取付ブロックが設計されているため、バネを引っ張る引張力で一部の構造自体の重量を相殺し、設計セキュリティが高い。４、全体式重量減少装置により、患者とモーターの負荷を低減することができる。５、下半身支援マニピュレータ部分の外骨格は踏み出しに対する案内作用を有する。６、マニピュレータ部分は同時に上下半身に作用するため、トレーニング時に身体バランスを保持することに有利である。

図１は、本発明に係る支援リハビリテーショントレーニングロボットの一つの実施例の構造模式図である。
図２は、本発明に係る支援リハビリテーショントレーニングロボットの別の実施例の構造模式図である。図２において、１はベルト型歩行機械であり、２は台座であり、３はスクリューガイドロッドであり、４はカウンタウェイト底板であり、５はスクリューであり、６はカウンタウエイトブロックであり、７は下半身支援昇降プラットフォームであり、８は上肢肘関節同期ベルトであり、９はガイドロッドであり、１０は上昇降プラットフォームモーターであり、１１はスチールワイヤロープであり、１２は上半身支援昇降プラットフォームであり、１３はスクリュートッププレートであり、１４は滑車装置であり、１５は上肢腕連結管であり、１６は上肢肩関節モーターであり、１７は上肢肩部支持板であり、１８は上肢内ギアセットであり、１９は上肢肩関節高調波減速装置であり、２０は上肢回転関節モーターであり、２１は上肢肩バネ取付ブロックであり、２２は上肢上腕支持板であり、２３は上肢回転関節高調波減速装置であり、２４は上肢肘関節モーターであり、２５は上肢肘関節支持板であり、２６は上肢ベベルギアセットであり、２７は上肢肘関節高調波減速装置であり、２８は上肢前腕支持板であり、２９は上肢手首部自在継ぎ手であり、３０は下肢腕連結管であり、３１は下肢肩関節モーターであり、３２は下肢肩部支持板であり、３３は下肢肩バネ取付ブロックであり、３４は下肢回転関節モーターであり、３５は下肢肩関節高調波減速装置であり、３６は下肢内ギアセットであり、３７は下肢回転関節高調波減速装置であり、３８は下肢肘関節モーターであり、３９は下肢肘関節支持板であり、４０は下肢ベベルギアセットであり、４１は下肢前腕支持板であり、４２は下肢手首部自在継ぎ手であり、４３は下肢肘バネ取付ブロックであり、４４は外骨格高調波減速装置であり、４５は下肢肘関節高調波減速装置であり、４６は外骨格モーターであり、４７は外骨格モーター取付板であり、４８は外骨格同期ベルトであり、４９は下肢肘関節同期ベルトであり、５０は外骨格同期ベルト蓋板であり、５１は上肢肘バネ取付ブロックであり、５２は下昇降プラットフォームモーターである。

以下、図面と具体的な実施形態を結び付けて本発明について詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施例に係る支援リハビリテーショントレーニングロボットは、ベルト型歩行機械１と、台座２と、昇降スクリュー機構と、マニピュレータ部分とカウンタウェイト機構と、を含む。

昇降スクリュー機構は、ガイドロッド３と、スクリュー４と、腕昇降プラットフォーム８と昇降モーター２４とを含む。マニピュレータ部分は、腕連結管１１と、肩関節モーター１２と、内ギアセット１３と、肩関節高調波減速装置１４と、回転関節モーター１５と、上腕支持板１６と、回転関節高調波減速装置１７と、肘関節モーター１８と、肘関節支持板１９と、ベベルギアセット２０と、手首部自在継ぎ手２１と、前腕支持板２２と、肘関節高調波減速装置２３と、肩バネ取付ブロック２５と、肘バネ取付ブロック２６と肘関節同期ベルト２７とを含む。カウンタウェイト機構は、カウンタウェイト底板５と、カウンタウエイトブロック６と、ガイドロッド７とスチールワイヤロープ９とを含む。

更に、ベルト型歩行機械１は台座２に固定され、昇降機構は台座２にも固定され、マニピュレータ部分は腕連結管１１によって腕昇降プラットフォーム８に固定され、昇降モーター２４によってスクリュー４を旋回させるように駆動し、腕昇降プラットフォーム８を駆動し、ガイドロッド３に沿って上下運動させてマニピュレータ部分で患者を支援してしゃがみ・立ち上がりのリハビリテーショントレーニングを実現し、カウンタウェイト機構は、スチールワイヤロープ９、滑車装置１０によって腕昇降プラットフォーム８に連結されている。

更に、マニピュレータ部分は、腕連結管１１に固定され、肩関節モーター１２は腕連結管１１内に位置し、内ギアセット１３と、肩関節高調波減速装置１４と上腕支持板１６とが連結され、肩バネ取付ブロック２５は補助支持として上腕支持板１６に固定され、肩部バネは肩バネ取付ブロック２５と肩部支持板とを連結し、肩関節モーター１２によって上腕を駆動して肩関節を回る前屈曲・後伸展運動を実現する。

回転関節モーター１５は上腕支持板１６に固定され、回転関節高調波減速装置１７によって肘関節支持板１９を駆動し、肘関節が上腕を回る内旋回・外旋回運動を実現する。

肘関節モーター１８は肘関節支持板１９に固定され、ベベルギアセット２０と肘関節同期ベルト２７によって大プーリ軸を駆動し、肘関節高調波減速装置２３は大プーリ軸に固定され、且つ肘バネ取付ブロック２６、前腕支持板２２に連結され、肘部バネは肘バネ取付ブロック２６と肘関節支持板１９とを連結し、前腕支持板２２が肘関節を回る伸展・屈曲運動を実現する。

更に、カウンタウェイト機構はスチールワイヤロープ９と滑車装置１０によって腕昇降プラットフォーム８に連結され、且つカウンタウエイトブロック６によって引張力を提供し、プラットフォーム全体に作用することで、重量減少の効果を効果的に達成する。

更に、下半身支援マニピュレータ部分と下半身支援昇降プラットフォーム７とを更に含み、下半身支援マニピュレータ部分は下肢腕連結管３０によって下半身支援昇降プラットフォーム７に固定され、前記下半身支援マニピュレータ部分は、下肢腕連結管３０と、下肢肩関節モーター３１と、下肢肩部支持板３２と、下肢肩バネ取付ブロック３３と、下肢回転関節モーター３４と、下肢肩関節高調波減速装置３５と、下肢内ギアセット３６と、下肢回転関節高調波減速装置３７と、下肢肘関節モーター３８と、下肢肘関節支持板３９と、下肢ベベルギアセット４０と、下肢前腕支持板４１と、下肢手首部自在継ぎ手４２と、下肢肘バネ取付ブロック４３と、外骨格高調波減速装置４４と、下肢肘関節高調波減速装置４５と、外骨格モーター４６と、外骨格モーター取付板４７と、外骨格同期ベルト４８と、下肢肘関節同期ベルト４９と、外骨格同期ベルト蓋板５０とを含み、カウンタウェイト機構はスチールワイヤロープ１１、滑車装置１４によってそれぞれ上半身支援昇降プラットフォーム１２、下半身支援昇降プラットフォーム７に連結されている。

更に、当該装置は、歩行トレーニング過程において、体の股関節部の３つの直線自在度と２つの回転自在度に対するリハビリテーショントレーニングを実現し、股関節部の歩行トレーニングにおける生理運動を高く再現し、リハビリテーショントレーニングの効果を効果的に増強することができる。

支援リハビリテーショントレーニングロボットの操作方法は、以下のステップを含む。

まず、包帯で被訓練者の肩部を上肢手首部自在継ぎ手２９に固定し、股関節部を下肢手首部自在継ぎ手４２に固定する。その後、外骨格同期ベルト蓋板５０を太ももに垂直に固定する。

被訓練者の歩行トレーニングを実施する際に、ベルト型歩行機械１を合わせて、モーターがトルクモードで作動する。肩関節モーターは内ギアセットと肩関節高調波減速装置によって上腕を駆動して肩関節を回る前屈曲・後伸展運動を実現し、回転関節モーターは回転関節高調波減速装置によって肘関節支持板を駆動して肘関節が上腕を回る内旋回・外旋回運動を実現し、肘関節モーターはベベルギアセットと肘関節同期ベルトによって前腕支持板を駆動して前腕が肘関節を回る伸展・屈曲運動を実現し、外骨格モーター４６は外骨格同期ベルト４８、外骨格高調波減速装置４４によって外骨格モーター取付板４７を駆動して外骨格同期ベルト蓋板５０を案内とする歩行案内運動を実現する。

上記内容は、本発明に係る好ましい具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲はこれらに限定されず、当業者が本発明に開示される技術範囲内において明らかに得られる技術案に対する簡単な変更又は均等置換は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

Claims (4)

1. ベルト型歩行機械（１）と、台座（２）と、昇降スクリュー機構と、マニピュレータ部分と、カウンタウェイト機構とを含み、
   昇降スクリュー機構は、ガイドロッド（３）と、スクリュー（４）と、腕昇降プラットフォーム（８）と昇降モーター（２４）とを含み、
   マニピュレータ部分は、腕連結管（１１）と、肩関節モーター（１２）と、内ギアセット（１３）と、肩関節高調波減速装置（１４）と、回転関節モーター（１５）と、上腕支持板（１６）と、回転関節高調波減速装置（１７）と、肘関節モーター（１８）と、肘関節支持板（１９）と、ベベルギアセット（２０）と、手首部自在継ぎ手（２１）と、前腕支持板（２２）と、肘関節高調波減速装置（２３）と、肩バネ取付ブロック（２５）と、肘バネ取付ブロック（２６）と肘関節同期ベルト（２７）とを含み、
   カウンタウェイト機構はカウンタウェイト底板（５）と、カウンタウエイトブロック（６）と、ガイドロッド（７）とスチールワイヤロープ（９）とを含み、
   ベルト型歩行機械（１）は台座（２）に固定され、
   昇降機構は台座（２）にも固定され、
   マニピュレータ部分は腕連結管（１１）によって腕昇降プラットフォーム（８）に固定され、昇降モーター（２４）によってスクリュー（４）を旋回させるように駆動し、腕昇降プラットフォーム（８）を駆動し、ガイドロッド（３）に沿って上下運動させてマニピュレータ部分で患者を支援してしゃがみ・立ち上がりのリハビリテーショントレーニングを実現し、
   カウンタウェイト機構は、スチールワイヤロープ（９）、滑車装置（１０）によって腕昇降プラットフォーム（８）に連結されている、ことを特徴とする支援リハビリテーショントレーニングロボット。
2. 前記マニピュレータ部分は、腕連結管（１１）に固定され、肩関節モーター（１２）は腕連結管（１１）内に位置し、内ギアセット（１３）と、肩関節高調波減速装置（１４）と上腕支持板（１６）とが連結され、肩バネ取付ブロック（２５）は補助支持として上腕支持板（１６）に固定され、肩部バネは肩バネ取付ブロック（２５）と肩部支持板とを連結し、肩関節モーター（１２）によって上腕を駆動して肩関節を回る前屈曲・後伸展運動を実現し、
   回転関節モーター（１５）は上腕支持板（１６）に固定され、回転関節高調波減速装置（１７）によって肘関節支持板（１９）を駆動し、肘関節が上腕を回る内旋回・外旋回運動を実現し、
   肘関節モーター（１８）は肘関節支持板（１９）に固定され、ベベルギアセット（２０）と肘関節同期ベルト（２７）によって大プーリ軸を駆動し、肘関節高調波減速装置（２３）は大プーリ軸に固定され、且つ肘バネ取付ブロック（２６）、前腕支持板（２２）に連結され、肘部バネは肘バネ取付ブロック（２６）と肘関節支持板（１９）とを連結し、前腕支持板（２２）が肘関節を回る伸展・屈曲運動を実現する、ことを特徴とする請求項１に記載の支援リハビリテーショントレーニングロボット。
3. 下半身支援昇降プラットフォーム（７）と下半身支援マニピュレータ部分と、を含み、
   前記下半身支援マニピュレータ部分は、下肢腕連結管（３０）と、下肢肩関節モーター（３１）と、下肢肩部支持板（３２）と、下肢肩バネ取付ブロック（３３）と、下肢回転関節モーター（３４）、下肢肩関節高調波減速装置（３５）と、下肢内ギアセット（３６）と、下肢回転関節高調波減速装置（３７）と、下肢肘関節モーター（３８）と、下肢肘関節支持板（３９）と、下肢ベベルギアセット（４０）と、下肢前腕支持板（４１）と、下肢手首部自在継ぎ手（４２）と、下肢肘バネ取付ブロック（４３）と、外骨格高調波減速装置（４４）と、下肢肘関節高調波減速装置（４５）と、外骨格モーター（４６）と、外骨格モーター取付板（４７）と、外骨格同期ベルト（４８）と、下肢肘関節同期ベルト（４９）と外骨格同期ベルト蓋板（５０）とを含み、
   下半身支援マニピュレータ部分は、下肢腕連結管（３０）によって下半身支援昇降プラットフォーム（７）に固定され、それぞれ上昇降プラットフォームモーター（１０）と下昇降プラットフォームモーター（５２）によって上半身支援昇降プラットフォーム（１２）と下半身支援昇降プラットフォーム（７）を駆動し、スクリューガイドロッド（３）に沿って上下運動させてマニピュレータ部分で患者を支援してしゃがみ・立ち上がりのリハビリテーショントレーニングを実現し、
   カウンタウェイト機構はスチールワイヤロープ（１１）、滑車装置（１４）によってそれぞれ上半身支援昇降プラットフォーム（１２）、下半身支援昇降プラットフォーム（７）に連結されている、ことを特徴とする請求項１に記載の支援リハビリテーショントレーニングロボット。
4. 前記カウンタウェイト機構は、スチールワイヤロープ（１１）と滑車装置（１４）によってそれぞれ上半身支援昇降プラットフォーム（１２）、下半身支援昇降プラットフォーム（７）に連結され、且つカウンタウエイトブロック（６）によって引張力を提供する、ことを特徴とする請求項３に記載の支援リハビリテーショントレーニングロボット。

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