JP7071820B2 - Exercise training device - Google Patents

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本発明は、特に使用者の運動機能向上を図るための運動訓練装置に関するものである。 The present invention particularly relates to an exercise training device for improving the motor function of the user.

従来、人の運動機能を向上させるために、その運動機能に応じた様々な運動訓練が行われている。例えば、使用者の上肢や下肢の運動機能を向上させるために、机上を拭くような動作で肩や肘を屈曲、伸展させるワイピング動作訓練、上肢の筋力強化や関節の可動域改善のために、傾斜したボード上で手を上下方向に滑らせて動かすサンディング動作訓練が広く行われている。そして、これらの運動を支援するために様々な訓練装置が開発、提案されている。 Conventionally, in order to improve a person's motor function, various exercise trainings according to the motor function have been performed. For example, in order to improve the motor function of the upper and lower limbs of the user, wiping movement training to bend and extend the shoulders and elbows by wiping the desk, strengthening the muscle strength of the upper limbs and improving the range of motion of the joints, Sanding motion training is widely practiced in which hands are slid up and down on an inclined board. Various training devices have been developed and proposed to support these exercises.

例えば、十字状に架設した2本のガイド部材の交叉部から吊下げられた上肢吊下支持装置を、該ガイド部材及び交叉部に設けた可逆回転モータを含む直線駆動装置により前後左右及び上下方向に移動可能にした上肢機能回復訓練支援装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。上肢吊下支持装置に支持された使用者の上肢の動作軌道をセンサ装置で検出し、該動作軌道と目標軌道との差分をコンピュータで演算処理して画像表示装置にフィードバックするので、使用者は、視覚を通じて訓練状態を認識することができる。 For example, an upper limb suspension support device suspended from a crossing portion of two guide members erected in a cross shape is subjected to a linear drive device including a reversible rotary motor provided at the guide member and the crossing portion in the front-back, left-right, and up-down directions. A device for supporting upper limb function recovery training has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The sensor device detects the motion trajectory of the user's upper limbs supported by the upper limb suspension support device, and the difference between the motion trajectory and the target trajectory is calculated by a computer and fed back to the image display device. , Can recognize the training state through vision.

また、装置本体の往復運動機構部により、使用者の下肢又は上肢を固定した台部材を往復運動させ、股、膝、足又は肩、肘、手の屈曲及び伸展を行う訓練装置が知られている(例えば、特許文献2を参照)。装置本体は、長手方向の両側面に取り付けたアームを立てて固定することにより、水平位置だけでなく、傾斜位置及び垂直位置でも使用可能である。往復運動機構部には、台部材を固定するスライドテーブルを、モータにより回転駆動される送りねじに螺合させて軸方向に案内したり、空気圧によりシリンダチューブ内を軸方向に摺動するロッドレスシリンダのピストンに一体的に取り付けた構造が採用されている。 Further, a training device is known in which a base member fixing a user's lower limbs or upper limbs is reciprocated by a reciprocating motion mechanism portion of the main body of the device to flex and extend the crotch, knee, foot or shoulder, elbow, and hand. (See, for example, Patent Document 2). The main body of the device can be used not only in the horizontal position but also in the inclined position and the vertical position by erecting and fixing the arms attached to both side surfaces in the longitudinal direction. In the reciprocating motion mechanism, a slide table that fixes the base member is screwed into a feed screw that is rotationally driven by a motor to guide it in the axial direction, or rodless that slides in the cylinder tube in the axial direction by air pressure. A structure that is integrally attached to the piston of the cylinder is adopted.

特開2000-271180号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-271800 特開2002-119555号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-119555

特許文献1に記載される従来の装置では、使用者の意思によらず目標軌道に沿うように上肢を動作させる他動運動による訓練と、使用者の意思によって目標軌道に沿うように上肢を動作させる自動運動による訓練とを行うことができる。上肢吊下支持装置に支持された上肢は、訓練の開始前に入力設定した目標軌道に基づいて出力される動作信号により各直線駆動装置を駆動させることによって、目標軌道に沿って移動する。 In the conventional device described in Patent Document 1, training by passive exercise that moves the upper limbs along the target trajectory regardless of the user's intention and movement of the upper limbs along the target trajectory according to the user's intention. It is possible to perform training by automatic exercise to make it. The upper limbs supported by the upper limb suspension support device move along the target trajectory by driving each linear drive device by an operation signal output based on the target trajectory input and set before the start of training.

従来の装置では、目標軌道及び目標動作速度しか表示されないため、運動訓練を行った際に操作部材からかかる使用者への負荷や操作部材に対する使用者による力のかかり具合を充分把握できず、効果的な運動訓練が行えない、という不具合がある。 With the conventional device, only the target trajectory and the target operating speed are displayed, so it is not possible to fully grasp the load applied to the user from the operating member and the force applied by the user to the operating member when performing exercise training, which is effective. There is a problem that it is not possible to perform general exercise training.

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用者の上肢及び/又は下肢の運動機能を向上させる訓練を支援するために、使用者が運動訓練を行った際に操作部の移動軌跡及び操作部材からかかる使用者への負荷や操作部材に対する使用者による力のかかり具合を明確に示せる運動訓練装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to support training for improving the motor function of the upper limbs and / or lower limbs of the user. It is an object of the present invention to provide an exercise training device that can clearly show the movement locus of an operation unit, the load applied to the user from the operation member, and the degree of force applied by the user to the operation member when exercise training is performed.

本発明の運動訓練装置は、上記目的を達成するためになされたものであり、人の運動機能の向上を図るための運動訓練装置であって、装置フレームと、前記装置フレーム内の位置を移動可能な操作部と、前記操作部を移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記操作部が使用者の上肢又は下肢から受ける力検知するための力センサーと、前記操作部の移動軌跡と、前記移動軌跡の各位置における前記力センサーが検出した前記操作部が受ける力の方向と強さと、の変遷を同一画面に視覚的に表示する表示部と、を備える。 The exercise training device of the present invention is made to achieve the above object, is an exercise training device for improving a person's motor function, and moves between the device frame and a position in the device frame. A possible operation unit, a drive unit for moving the operation unit , a control unit for controlling the drive unit, a force sensor for detecting the force received by the operation unit from the upper limb or the lower limb of the user, and the operation . It is provided with a display unit that visually displays the transition between the movement locus of the unit and the direction and strength of the force received by the operation unit detected by the force sensor at each position of the movement locus on the same screen .

ここで、前記表示部は、前記操作部の移動軌跡と前記移動軌跡の各位置における前記力及び/又は回転力の変遷を同一画面に表示するとよい。更には、前記表示部は、前記操作部の移動軌跡における所定範囲と当該範囲内の各位置における前記力センサーが検出した前記操作部が受ける力の方向と強さと、の変遷を画面に表示する。これによって、例えば、負荷変動が大きい移動軌跡の範囲を明確に示すことができる。 Here, the display unit may display the movement locus of the operation unit and the transition of the force and / or the rotational force at each position of the movement locus on the same screen. Further, the display unit displays on the screen the transition between a predetermined range in the movement locus of the operation unit and the direction and strength of the force received by the operation unit detected by the force sensor at each position within the range. To do . Thereby , for example, the range of the movement locus where the load fluctuation is large can be clearly shown.

また、前記記憶手段は、前記操作部の所定の移動軌跡と当該移動軌跡の各位置における一定又は変動する負荷データの少なくとも一つの操作基本パターンを記憶し、前記制御部は、前記一つ又は複数の中から選択された一つの操作基本パターンに基づいて、前記操作部の移動制御及び負荷制御を行う。そして、前記記憶手段は、使用者による前記操作部の所定の移動軌跡と当該移動軌跡の各位置における負荷変動の試験データを記憶し、前記表示部は、前記試験データに基づいて、当該使用者による前記操作部の所定の移動軌跡と当該移動軌跡の各位置における負荷変動を画像表示する。 Further, the storage means stores at least one operation basic pattern of a predetermined movement locus of the operation unit and constant or fluctuating load data at each position of the movement locus, and the control unit may store one or more of the operation basic patterns. Based on one operation basic pattern selected from the above, movement control and load control of the operation unit are performed. Then, the storage means stores the test data of the predetermined movement locus of the operation unit by the user and the load fluctuation at each position of the movement locus, and the display unit stores the test data of the load fluctuation at each position of the movement locus, and the display unit stores the test data based on the test data. An image is displayed of the predetermined movement locus of the operation unit and the load fluctuation at each position of the movement locus.

ある実施形態では、前記制御部は、前記試験データと前記操作基本パターンとの比較を行い、当該比較の結果を前記表示部において表示する。又は、前記制御部は、前記試験データを取得する際に、予め前記表示部において前記一つ又は複数の中から選択された一つの操作基本パターンにおける前記操作部の移動軌跡を表示する。これにより、訓練結果を視覚的に確認できるため、効果的な運動訓練となる。 In one embodiment, the control unit compares the test data with the operation basic pattern and displays the result of the comparison on the display unit. Alternatively, when the control unit acquires the test data, the control unit displays the movement locus of the operation unit in one operation basic pattern selected in advance from the one or a plurality of the display units. As a result, the training result can be visually confirmed, which is an effective exercise training.

この場合、前記操作部の移動軌跡の各位置における前記力センサーが検出した前記操作部が受ける力の方向と強さの変遷は、前記表示部において十字の2軸座標と当該座標中心と同一の中心を持つ円形表示で構成されたレーダグラフとして表示することができる。 In this case, the transition of the direction and strength of the force received by the operation unit detected by the force sensor at each position of the movement locus of the operation unit is the same as the biaxial coordinates of the cross and the center of the coordinates in the display unit. It can be displayed as a radar graph composed of a circular display with a center .

本発明の運動訓練装置によれば、使用者が運動訓練を行った際に操作部の移動軌跡及び操作部材からかかる使用者への負荷や操作部材に対する使用者による力のかかり具合を明確に示すことができ、使用者の状態に合わせた適切な訓練を支援することができる。 According to the exercise training device of the present invention, when the user performs exercise training, the movement locus of the operation unit, the load from the operation member to the user, and the degree of force applied by the user to the operation member are clearly shown. It is possible to support appropriate training according to the user's condition.

本発明の運動訓練装置の第1実施形態を示す斜視図を示す。The perspective view which shows the 1st Embodiment of the exercise training apparatus of this invention is shown. 第1実施形態の装置本体を示す斜視図を示す。The perspective view which shows the apparatus main body of 1st Embodiment is shown. 図2のIII-III線における装置本体の断面図を示す。The cross-sectional view of the apparatus main body in line III-III of FIG. 2 is shown. 図2のIV-IV線における装置本体の断面図を示す。The cross-sectional view of the apparatus main body in line IV-IV of FIG. 2 is shown. 装置本体のアクチュエーター機構の分解斜視図を示す。An exploded perspective view of the actuator mechanism of the main body of the device is shown. 図3における第1アクチュエーター部の部分拡大図を示す。The partially enlarged view of the 1st actuator part in FIG. 3 is shown. 図4における第2アクチュエーター部の部分拡大図を示す。The partially enlarged view of the 2nd actuator part in FIG. 4 is shown. 操作部のホームポジションを示すアクチュエーター機構の上面図を示す。The top view of the actuator mechanism which shows the home position of an operation part is shown. 操作部の移動範囲を示すアクチュエーター機構の上面図を示す。The top view of the actuator mechanism which shows the moving range of an operation part is shown. 第1実施形態の制御部のブロック図を示す。The block diagram of the control part of 1st Embodiment is shown. 第1実施形態における駆動モーターの出力の基本的制御の線図。The diagram of the basic control of the output of a drive motor in 1st Embodiment. 移動軌跡設定モードでの制御CPUの処理手順のフローチャートを示す。The flowchart of the processing procedure of the control CPU in the movement locus setting mode is shown. 負荷検出モードでの制御CPUの処理手順のフローチャートを示す。The flowchart of the processing procedure of the control CPU in the load detection mode is shown. (a)は移動軌跡の模式図を示し、(b)は力センサーの検出値を時間軸で表す説明図を示す。(A) shows a schematic diagram of the movement locus, and (b) shows an explanatory diagram showing the detection value of the force sensor on the time axis. 訓練モードでの制御CPUの処理手順のフローチャートを示す。The flowchart of the processing procedure of the control CPU in a training mode is shown. (a)は設定した移動軌跡と使用者がなぞった移動軌跡とを表示する画像の説明図を示し、(b)は力センサーの検出値を時間軸で表す説明図を示す。(A) shows an explanatory diagram of an image displaying the set movement locus and the movement locus traced by the user, and (b) shows an explanatory diagram showing the detected value of the force sensor on the time axis. 訓練結果をレーダグラフで表示する説明図を示す。An explanatory diagram showing the training result on a radar graph is shown.

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。図1に示す第1実施形態の運動訓練装置1は、特に使用者Uの上肢の運動機能向上を目的として行われる運動訓練に使用される。尚、添付図面及び本明細書全体を通して、類似の構成要素は、同様の参照符号を付して表す。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The exercise training device 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 is used especially for exercise training performed for the purpose of improving the motor function of the upper limbs of the user U. It should be noted that, throughout the accompanying drawings and the present specification, similar components are designated by the same reference numerals.

運動訓練装置1は、全体として比較的高さの低い矩形箱状の装置本体2から構成され、水平な設置面に載置して使用される。図1に示すように、運動訓練装置1は、装置本体2の上面から突出する操作部3を有し、該操作部の周囲は、上面カバー4a乃至4dで略全面的に覆われている。図1において、使用者Uは運動訓練装置1の前側に位置し、例えばワイピング動作訓練を行うために、右腕ULを前方に伸ばして操作部3を右手HRで把持している。尚、本明細書中では、図1の運動訓練装置1における使用者Uの手前側を前側、奥側を後側と称することとする。 The exercise training device 1 is composed of a rectangular box-shaped device body 2 having a relatively low height as a whole, and is used by being placed on a horizontal installation surface. As shown in FIG. 1, the exercise training device 1 has an operation unit 3 protruding from the upper surface of the device main body 2, and the periphery of the operation unit is substantially entirely covered with top surface covers 4a to 4d. In FIG. 1, the user U is located on the front side of the exercise training device 1, and for example, in order to perform wiping motion training, the right arm UL is extended forward and the operation unit 3 is gripped by the right hand HR. In the present specification, the front side of the user U in the exercise training device 1 of FIG. 1 is referred to as the front side, and the back side is referred to as the rear side.

図2は、図1の運動訓練装置1から上面カバー4a乃至4d、前部カバー5、後部カバー6、及び左右側部カバー7,8を取り外した状態の装置本体2を示している。尚、図2では、図中手前側即ち正面側が装置本体2の前側であり、奥側即ち背面側が後側である。 FIG. 2 shows the device main body 2 in a state where the upper surface covers 4a to 4d, the front cover 5, the rear cover 6, and the left and right side covers 7 and 8 are removed from the exercise training device 1 of FIG. In FIG. 2, the front side, that is, the front side in the figure is the front side of the device main body 2, and the back side, that is, the back side is the rear side.

上面カバー4a乃至4dは、それぞれ操作部3の前後方向及び左右方向に配置され、操作部3の移動に合わせて前記上面カバーの面内で伸縮可能な蛇腹構造のシートで構成されている。別の実施例において、前記上面カバーは、例えば樹脂又は布製の比較的柔軟なシートで形成し、装置本体2の前後左右各側縁部の内側に配置されたロール機構(図示せず)に、巻取方向に付勢するばね構造によって巻取・引出自在に収納することができる。この種のロール機構は、従来より車両や建物の窓を覆うスクリーン等に広く採用されている。また、前記上面カバーには、前記蛇腹構造、ロール機構以外に、従来公知の様々な構造のものを使用することができる。 The upper surface covers 4a to 4d are arranged in the front-rear direction and the left-right direction of the operation unit 3, respectively, and are composed of a bellows-structured sheet that can be expanded and contracted in the surface of the top surface cover according to the movement of the operation unit 3. In another embodiment, the top cover is formed of, for example, a relatively flexible sheet made of resin or cloth, and has a roll mechanism (not shown) arranged inside the front, rear, left, and right side edges of the apparatus main body 2. Due to the spring structure that urges in the winding direction, it can be freely retracted and retracted. This type of roll mechanism has been widely used for screens covering windows of vehicles and buildings. Further, as the upper surface cover, various conventionally known structures can be used in addition to the bellows structure and the roll mechanism.

装置本体2は、図2に示すように、概ね矩形枠状の外側フレーム11からなるフレーム構造を有する。外側フレーム11の左右外側面には、運動訓練装置1を手で持ち上げたり持ち運ぶために、水平な棒状のハンドル部12がそれぞれ固定されている。 As shown in FIG. 2, the apparatus main body 2 has a frame structure composed of an outer frame 11 having a substantially rectangular frame shape. Horizontal rod-shaped handle portions 12 are fixed to the left and right outer surfaces of the outer frame 11 so that the exercise training device 1 can be lifted or carried by hand.

外側フレーム11の内側には、図2乃至図4に示すように、前後方向に延長する3つの前後固定フレーム13a乃至13cが、左右方向に離隔して平行に配置され、それらの両端がそれぞれ外側フレーム11の内壁下端付近に固定されている。前後固定フレーム13a乃至13cの上には、それらと直交して外側フレーム11内を左右方向に延長する2つの左右固定フレーム14a,14bが前後方向に離隔して平行に配置され、それらの両端がそれぞれ外側フレーム11の内壁下端付近に固定されている。 As shown in FIGS. 2 to 4, three front-rear fixed frames 13a to 13c extending in the front-rear direction are arranged in parallel on the inside of the outer frame 11 so as to be separated from each other in the left-right direction, and both ends thereof are outside. It is fixed near the lower end of the inner wall of the frame 11. On the front-rear fixed frames 13a to 13c, two left-right fixed frames 14a and 14b orthogonal to them and extending in the outer frame 11 in the left-right direction are arranged in parallel with each other separated in the front-rear direction, and both ends thereof are arranged. Each is fixed near the lower end of the inner wall of the outer frame 11.

本実施形態では、左右固定フレーム14a,14bは前後固定フレーム13a乃至13cの上に載置して、止めねじで一体に固定される。別の実施形態では、左右固定フレーム14a,14bと前後固定フレーム13a乃至13cとは、一体に結合しなくてもよく、また上下方向に離隔してもよい。また、外側フレーム11の下面、より詳細には前後固定フレーム13a乃至13cの下面及び外側フレーム11の右側部の下面には、運動訓練装置1を前記設置面に載置するために、複数の短い脚部15が突設されている。 In the present embodiment, the left and right fixing frames 14a and 14b are placed on the front and rear fixing frames 13a to 13c and are integrally fixed by the set screw. In another embodiment, the left and right fixed frames 14a and 14b and the front and rear fixed frames 13a to 13c may not be integrally connected or may be separated in the vertical direction. Further, on the lower surface of the outer frame 11, more specifically, on the lower surfaces of the front and rear fixed frames 13a to 13c and the lower surface of the right side portion of the outer frame 11, a plurality of short pieces for mounting the exercise training device 1 on the installation surface. The leg portion 15 is projected.

外側フレーム11の前側及び後側内壁には、その上端から少し下がった高さ位置に、左右方向の略全長に亘って一定幅の段差面16a,16bが、それぞれ内側に向けて延設されている。更に、外側フレーム11の前側及び後側内壁は、それぞれ上端が内側へ直角に折曲されて、左右方向の略全長に亘って一定幅の折曲板部17a,17bを形成し、その下方の段差面16a,16bとの間に高さの低い隙間を画定している。この隙間は、上面カバー4a,4bの左右側辺部が前後方向の略全長に亘って挿入され、後述するように操作部3が左右方向に移動するとき、その移動に合わせて前記上面カバーの蛇腹を伸縮させるためのガイドとなる。 On the front and rear inner walls of the outer frame 11, stepped surfaces 16a and 16b having a constant width over substantially the entire length in the left-right direction are extended inward at a height slightly lower than the upper end thereof. There is. Further, the upper ends of the front and rear inner walls of the outer frame 11 are bent inward at right angles to form bent plate portions 17a and 17b having a constant width over substantially the entire length in the left-right direction, and below the bent plate portions 17a and 17b. A low-height gap is defined between the stepped surfaces 16a and 16b. In this gap, the left and right side portions of the upper surface covers 4a and 4b are inserted over substantially the entire length in the front-rear direction, and when the operation unit 3 moves in the left-right direction as described later, the top surface cover moves in accordance with the movement. It serves as a guide for expanding and contracting the bellows.

装置本体2は、操作部3を外側フレーム11内の所定の平面上で前後方向及び左右方向に移動させるためのアクチュエーター機構20を備える。前記所定の平面は、本実施形態において、前記設置面と平行な水平面である。アクチュエーター機構20は、図2に示すように、外側フレーム11の内側に前後固定フレーム13a~13c及び左右固定フレーム14a,14bの上に設けられる。アクチュエーター機構20は、操作部3を前後方向に沿って直線往復運動させるための第1アクチュエーター部21と、それに直交する左右方向に沿って直線往復運動させるための第2アクチュエーター部22とを備える。第1及び第2アクチュエーター部21、22は、それぞれ駆動部の回転運動を被動部の直線運動に変換する所謂直動アクチュエーターである。 The apparatus main body 2 includes an actuator mechanism 20 for moving the operation unit 3 in the front-rear direction and the left-right direction on a predetermined plane in the outer frame 11. The predetermined plane is a horizontal plane parallel to the installation surface in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the actuator mechanism 20 is provided inside the outer frame 11 on the front-rear fixed frames 13a to 13c and the left-right fixed frames 14a and 14b. The actuator mechanism 20 includes a first actuator unit 21 for linearly reciprocating the operation unit 3 along the front-rear direction, and a second actuator unit 22 for linearly reciprocating the operation unit 3 along the left-right direction orthogonal to the first actuator unit 21. The first and second actuator units 21 and 22 are so-called linear actuators that convert the rotational motion of the drive unit into the linear motion of the driven portion, respectively.

第1アクチュエーター部21は、操作部3を前後方向に直線状に案内するための第1ガイド部23と、前記操作部を第1ガイド部23に沿って駆動するための第1駆動部24とを有する。第1駆動部24は、第1ガイド部23の一方の端部(本実施形態では、図2及び図4に示すように後側の端部)に前記第1ガイド部と一体に設けられる。 The first actuator unit 21 includes a first guide unit 23 for linearly guiding the operation unit 3 in the front-rear direction, and a first drive unit 24 for driving the operation unit along the first guide unit 23. Has. The first drive unit 24 is provided integrally with the first guide unit at one end of the first guide unit 23 (in this embodiment, the rear end as shown in FIGS. 2 and 4).

本実施形態において、第1ガイド部23は、図5に示すように、上向きに開放された矩形チャネル形状の第1ガイドフレーム25と、その内部を長手方向に延長するロッド状の送りねじ26と、スライダーブロック27とからなる。第1ガイドフレーム25の長手方向の両側部上面は、その長手方向にスライダーブロック27を案内するためのスライドレールを提供する。スライダーブロック27は、複数の鋼球からなるボールを介して送りねじ26のねじ溝と螺合するナット部を有し、該送りねじと組み合わされて公知のボールねじ構造を構成している。 In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the first guide portion 23 includes a rectangular channel-shaped first guide frame 25 opened upward and a rod-shaped feed screw 26 extending the inside thereof in the longitudinal direction. , The slider block 27. The upper surfaces of both sides of the first guide frame 25 in the longitudinal direction provide slide rails for guiding the slider block 27 in the longitudinal direction thereof. The slider block 27 has a nut portion that is screwed into the thread groove of the feed screw 26 via a ball made of a plurality of steel balls, and is combined with the feed screw to form a known ball screw structure.

図4及び図5に示すように、第1駆動部24は、正逆回転可能な第1駆動モーター30と、該第1駆動モーターの回転軸と送りねじ26との間に介装された減速ギアユニット31とからなる。第1駆動モーター30には、その回転方向及び回転量を検出して制御するために、公知のロータリーエンコーダー等のセンサーが取り付けられている。減速ギアユニット31は、第1駆動モーター30の回転を減速して送りねじ26に伝達する歯車列からなる。減速ギアユニットの減速ギア比は、操作部3を介して使用者の上肢又は下肢に第1駆動モーター30の駆動力を伝達するのに十分なトルクを発生し得るように設定される。 As shown in FIGS. 4 and 5, the first drive unit 24 has a first drive motor 30 capable of forward / reverse rotation, and a deceleration interposed between the rotation shaft of the first drive motor and the feed screw 26. It is composed of a gear unit 31. A sensor such as a known rotary encoder is attached to the first drive motor 30 in order to detect and control the rotation direction and rotation amount thereof. The reduction gear unit 31 is composed of a gear train that decelerates the rotation of the first drive motor 30 and transmits it to the feed screw 26. The reduction gear ratio of the reduction gear unit is set so that sufficient torque can be generated to transmit the driving force of the first drive motor 30 to the upper limbs or lower limbs of the user via the operation unit 3.

減速ギアユニット31のギア比は、第1駆動モーター30がその電源遮断時に、送りねじ26側からの逆入力によって容易に回転しないように、比較的高く設定することが好ましい。別の実施例では、第1駆動モーター30への電源遮断時に、その回転を停止させかつ保持するように、電磁ブレーキ等のブレーキ手段を設けることができる。 The gear ratio of the reduction gear unit 31 is preferably set relatively high so that the first drive motor 30 does not easily rotate due to the reverse input from the feed screw 26 side when the power is cut off. In another embodiment, a braking means such as an electromagnetic brake can be provided so as to stop and hold the rotation of the first drive motor 30 when the power is cut off.

第2アクチュエーター部22は、第1アクチュエーター部21を左右方向に直線状に案内するための第2ガイド部33と、前記第1アクチュエーター部を第2ガイド部33に沿って駆動するための第2駆動部34とを有する。第2駆動部34は、第2ガイド部33の一方の端部(本実施形態では、図2及び図3の右側の端部)に前記第2ガイド部と一体に設けられる。 The second actuator section 22 includes a second guide section 33 for linearly guiding the first actuator section 21 in the left-right direction, and a second guide section 33 for driving the first actuator section along the second guide section 33. It has a drive unit 34. The second drive unit 34 is provided integrally with the second guide unit at one end of the second guide unit 33 (in this embodiment, the right end of FIGS. 2 and 3).

第1ガイド部23と同様に、第2ガイド部33は、上向きに開放された矩形チャネル形状の第2ガイドフレーム35と、その内部を長手方向に延長するロッド状の送りねじ36と、スライダーブロック37とからなる。第2ガイドフレーム35の長手方向の両側部上面は、その長手方向にスライダーブロック37を案内するためのスライドレールを提供する。スライダーブロック37は、複数の鋼球からなるボールを介して送りねじ36のねじ溝と螺合するナット部を有し、該送りねじと組み合わされて公知のボールねじ構造を構成している。 Similar to the first guide portion 23, the second guide portion 33 includes a rectangular channel-shaped second guide frame 35 opened upward, a rod-shaped feed screw 36 extending the inside thereof in the longitudinal direction, and a slider block. It consists of 37. The upper surfaces of both sides of the second guide frame 35 in the longitudinal direction provide slide rails for guiding the slider block 37 in the longitudinal direction thereof. The slider block 37 has a nut portion that is screwed into the thread groove of the feed screw 36 via a ball made of a plurality of steel balls, and is combined with the lead screw to form a known ball screw structure.

図3及び図5に示すように、第2駆動部34は、正逆回転可能な第2駆動モーター38と、該第2駆動モーターの回転軸と送りねじ36との間に介装された減速ギアユニット39とからなる。第2駆動モーター38には、その回転方向及び回転量を検出して制御するために、公知のロータリーエンコーダー等のセンサーが取り付けられている。減速ギアユニット39は、第2駆動モーター38の回転を減速して送りねじ36に伝達する歯車列からなる。減速ギアユニット39のギア比は、第1アクチュエーター部21及び操作部3を介して使用者の上肢又は下肢に第2駆動モーター38の駆動力を伝達するのに十分なトルクを発生し得るように設定される。 As shown in FIGS. 3 and 5, the second drive unit 34 has a second drive motor 38 capable of forward / reverse rotation, and a deceleration interposed between the rotation shaft of the second drive motor and the feed screw 36. It is composed of a gear unit 39. A sensor such as a known rotary encoder is attached to the second drive motor 38 in order to detect and control the rotation direction and rotation amount thereof. The reduction gear unit 39 includes a gear train that decelerates the rotation of the second drive motor 38 and transmits it to the feed screw 36. The gear ratio of the reduction gear unit 39 is such that sufficient torque can be generated to transmit the driving force of the second drive motor 38 to the upper limbs or lower limbs of the user via the first actuator unit 21 and the operation unit 3. Set.

減速ギアユニット39のギア比は、第2駆動モーター38がその電源遮断時に、送りねじ36側からの逆入力によって容易に回転しないように、比較的高く設定することが好ましい。別の実施例では、第2駆動モーター38への電源遮断時に、その回転を停止させかつ保持するように、電磁ブレーキ等のブレーキ手段を設けることができる。 The gear ratio of the reduction gear unit 39 is preferably set relatively high so that the second drive motor 38 does not easily rotate due to the reverse input from the feed screw 36 side when the power is cut off. In another embodiment, a braking means such as an electromagnetic brake can be provided so as to stop and hold the rotation of the second drive motor 38 when the power is cut off.

第1アクチュエーター部21には、図2乃至図4に示すように、外側フレーム11の内側を前後方向に略全長に亘って延長する可動フレーム41が一体に設けられている。可動フレーム41は、第1ガイド部23の長手方向に沿って延長する、図6に示すように断面概ねL字形の1対の可動フレーム部材41a,41bからなる。可動フレーム部材41a,41bは、それぞれL字の内側を第1ガイド部23側に向けて第1ガイドフレーム25の長手方向両側部に、止めねじ等で固定されている。これにより、第1ガイド部23と可動フレーム部材41a,41bとの間には、第1ガイドフレーム25の側面から側方に延出する一定幅の水平面42a,42bと、断面矩形の溝状空間Sa,Sbとが画定される。 As shown in FIGS. 2 to 4, the first actuator portion 21 is integrally provided with a movable frame 41 that extends the inside of the outer frame 11 in the front-rear direction over substantially the entire length. The movable frame 41 is composed of a pair of movable frame members 41a and 41b having a substantially L-shaped cross section as shown in FIG. 6 extending along the longitudinal direction of the first guide portion 23. The movable frame members 41a and 41b are fixed to both sides of the first guide frame 25 in the longitudinal direction with set screws or the like with the inside of the L-shape facing the first guide portion 23 side, respectively. As a result, between the first guide portion 23 and the movable frame members 41a and 41b, horizontal planes 42a and 42b having a constant width extending laterally from the side surface of the first guide frame 25 and a groove-shaped space having a rectangular cross section. Sa and Sb are defined.

第1ガイドフレーム25に固定された可動フレーム部材41a,41bの上端は、長手方向の全長に亘って、内側即ち前記第1ガイドフレーム側に直角に折曲され、一定狭幅の折曲板部43a,43bを形成している。可動フレーム部材41a,41bの前記L字の垂直な内面には、その上端から少し下がった高さ位置に、前記内面から第1ガイドフレーム25側に直角に延出する一定狭幅の突板部44a,44bが、長手方向の両端部を除く略全長に亘って一体に形成されている。これにより、可動フレーム部材41a,41bの上端内側には、折曲板部43a,43bと突板部44a,44bとの間に高さの低い隙間が、長手方向の両端部を除く略全長に亘って画定される。この隙間は、上面カバー4c,4dの前後側辺部が左右方向の略全長に亘って挿入され、後述するように操作部3が前後方向に移動するとき、その移動に合わせて前記上面カバーの蛇腹を伸縮させるためのガイドとなる。 The upper ends of the movable frame members 41a and 41b fixed to the first guide frame 25 are bent inward, that is, at a right angle to the first guide frame side over the entire length in the longitudinal direction, and the bent plate portion having a constant narrow width is bent. It forms 43a and 43b. On the vertical inner surface of the L-shape of the movable frame members 41a and 41b, a veneer portion 44a having a constant narrow width extending at a right angle from the inner surface to the first guide frame 25 side at a height slightly lower than the upper end thereof. , 44b are integrally formed over substantially the entire length excluding both ends in the longitudinal direction. As a result, inside the upper ends of the movable frame members 41a and 41b, a low-height gap between the bent plate portions 43a and 43b and the veneer portions 44a and 44b extends over substantially the entire length excluding both ends in the longitudinal direction. Is defined. In this gap, the front-rear side portions of the top cover 4c and 4d are inserted over substantially the entire length in the left-right direction, and when the operation unit 3 moves in the front-rear direction as described later, the top cover is moved in accordance with the movement. It serves as a guide for expanding and contracting the bellows.

可動フレーム部材41a,41bの長手方向の両端部は、図2及び図4に示すように、突板部44a,44bより下側の部分が切除され、残された部分が長手方向の突出部45a,45bを形成している。各突出部45a,45bは、アクチュエーター機構20を外側フレーム11内に装着したとき、それぞれ該外側フレームの前記前側及び後側内壁の折曲板部17a,17bと段差面16a,16bとの間に画定される前記隙間内に、その内面との間に余裕をもって挿入される。 As shown in FIGS. 2 and 4, both ends of the movable frame members 41a and 41b in the longitudinal direction are cut off from the portions below the veneer portions 44a and 44b, and the remaining portions are the protrusions 45a in the longitudinal direction. It forms 45b. When the actuator mechanism 20 is mounted in the outer frame 11, the protruding portions 45a and 45b are between the bent plate portions 17a and 17b of the front and rear inner walls of the outer frame and the stepped surfaces 16a and 16b, respectively. It is inserted into the defined gap with a margin between it and its inner surface.

操作部3は、図5に示すように、比較的短い垂直な操作ロッド48と、その上端に設けられたハンドル部材49とからなる。本実施形態のハンドル部材49は、使用者Uの上肢ULの運動機能を訓練するために片手で掴むことができるように、比較的厚い小型の円形ディスク状に形成されている。ハンドル部材49は、使用者が掴んだ手で回すことができるように、操作ロッド48を中心に回動可能に取り付けられる。別の実施例では、ハンドル部材49を操作ロッド48に対して回動しないように固定することも可能である。 As shown in FIG. 5, the operation unit 3 includes a relatively short vertical operation rod 48 and a handle member 49 provided at the upper end thereof. The handle member 49 of the present embodiment is formed in the shape of a relatively thick small circular disk so that it can be grasped with one hand in order to train the motor function of the upper limb UL of the user U. The handle member 49 is rotatably attached around the operation rod 48 so that the handle member 49 can be turned by a hand grasped by the user. In another embodiment, the handle member 49 can be fixed to the operating rod 48 so as not to rotate.

ハンドル部材49は、操作ロッド48に対して取外可能に取り付けられる。それによって、ハンドル部材49は、運動訓練装置1の使用目的、使用者の状態等に対応して、使用者の上肢又は下肢を係合させるのに適した様々な係合部材と交換することができる。例えば、使用者の手がハンドル部材49を上手く掴むことができない場合、その手(又は上肢)を固定するベルト付きの係合部材を用いることができる。これにより、使用者の手(又は上肢)から操作ロッド48に力を伝達して操作部3を移動させ、又は移動する操作部3から操作ロッド48を介して力を受けて手(又は上肢)を動かすことができる。使用者の下肢を訓練する場合、同様にハンドル部材49に代えて、使用者の足を載せる台や足を固定するベルト付きの係合部材を用いることができる。 The handle member 49 is detachably attached to the operation rod 48. Thereby, the handle member 49 can be replaced with various engaging members suitable for engaging the upper limbs or lower limbs of the user according to the purpose of use of the exercise training device 1, the state of the user, and the like. can. For example, if the user's hand cannot grasp the handle member 49 well, an engaging member with a belt for fixing the hand (or upper limb) can be used. As a result, the force is transmitted from the user's hand (or upper limb) to the operation rod 48 to move the operation unit 3, or the hand (or upper limb) receives the force from the moving operation unit 3 via the operation rod 48. Can be moved. Similarly, when training the lower limbs of the user, instead of the handle member 49, a platform on which the user's feet are placed or an engaging member with a belt for fixing the feet can be used.

操作部3は、操作ロッド48に一体に設けられた力センサー51を有する。力センサー51は、使用者が自力で操作部3を動かす自動動作及び操作部3の力で上肢又は下肢を動かす他動動作のいずれにおいても、ハンドル部材49から操作ロッド48に作用する使用者の力を検出する。本実施形態では、力センサー51として、歪みゲートを用いた市販の6軸力覚センサーが採用されている。 The operation unit 3 has a force sensor 51 integrally provided with the operation rod 48. The force sensor 51 is a user's force sensor 51 that acts on the operation rod 48 from the handle member 49 in both the automatic operation in which the user moves the operation unit 3 by himself and the passive operation in which the upper limb or the lower limb is moved by the force of the operation unit 3. Detect force. In the present embodiment, a commercially available 6-axis force sensor using a strain gate is adopted as the force sensor 51.

一般に、6軸力覚センサーは、直交する3軸方向x,y,zの力(Fx,Fy,Fz)とx,y,z3軸周りのモーメント(Mx,My,Mz)とを検出することができる。本実施形態では、6軸力覚センサーを、そのx軸及びy軸が、アクチュエーター機構の前後方向及び左右方向とそれぞれ一致するように配向する。 Generally, a 6-axis force sensor detects a force (Fx, Fy, Fz) in orthogonal 3-axis directions and a moment (Mx, My, Mz) around the x, y, z3 axes. Can be done. In the present embodiment, the 6-axis force sensor is oriented so that its x-axis and y-axis coincide with the front-back direction and the left-right direction of the actuator mechanism, respectively.

通常市販の力覚センサーは、固定側の基部と、検出すべき外力を受けるための検知部とを備えている。本実施形態では、図5に示すように、力センサー51が概ね短円柱状の基部とその上面に設けられた検知部とを備える。力センサー51の前記検知部には、その上面中央に操作ロッド48が、垂直上向きに一体に固定されている。力センサー51の前記基部は、取付プレート52を介して、第1アクチュエーター部21のスライダーブロック27上に一体に固定されている。 Usually, a commercially available force sensor has a base on a fixed side and a detection unit for receiving an external force to be detected. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the force sensor 51 includes a base portion having a substantially short columnar shape and a detection unit provided on the upper surface thereof. An operation rod 48 is integrally fixed to the detection unit of the force sensor 51 vertically upward in the center of the upper surface thereof. The base portion of the force sensor 51 is integrally fixed on the slider block 27 of the first actuator portion 21 via the mounting plate 52.

これにより、力センサー51は、使用者の上肢又は下肢が操作部3を動かし又は該操作部により動かされるとき、操作ロッド48が使用者の上肢又は下肢から直接受ける力を、前後方向の力成分と左右方向の力成分とそれらに直交する垂直方向の力成分とに分けて、更に前後方向、左右方向及び垂直方向の各軸周りにそれぞれ作用するモーメントとして、検出することができる。 As a result, the force sensor 51 receives the force directly received by the operation rod 48 from the user's upper limbs or lower limbs when the user's upper limbs or lower limbs move the operation unit 3 or is moved by the operation unit 3 in the front-rear direction. It can be divided into a force component in the left-right direction and a force component in the vertical direction orthogonal to them, and can be further detected as a moment acting around each axis in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction.

実際の運動訓練装置1の使用において、力センサー51が検出する前後方向、左右方向及び垂直方向の力成分は、第1及び/又は第2アクチュエーター部21,22の第1及び/又は第2駆動モーター30、38の回転力と使用者が操作部3に及ぼす力との差分、即ち操作部3が使用者の上肢又は下肢から受ける抗力として検出される。例えば、他動動作の訓練において、使用者の力は、操作部3の移動に対する抵抗として、第1及び/又は第2駆動モーター30、38に作用する負荷即ち回転抗力である。自動動作の訓練では、使用者の力による操作部3の移動に対して、第1及び/又は第2駆動モーター30、38の回転力が抵抗として即ち使用者に負荷を与えるように作用する。 In the actual use of the exercise training device 1, the force components in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction detected by the force sensor 51 are the first and / or the second drive of the first and / or the second actuator units 21 and 22. It is detected as the difference between the rotational force of the motors 30 and 38 and the force exerted by the user on the operation unit 3, that is, the drag force received by the operation unit 3 from the upper or lower limbs of the user. For example, in passive motion training, the user's force is a load or rotational drag acting on the first and / or second drive motors 30, 38 as resistance to movement of the operating unit 3. In the automatic operation training, the rotational force of the first and / or the second drive motors 30 and 38 acts as a resistance, that is, to give a load to the user with respect to the movement of the operation unit 3 by the force of the user.

従来より、力覚センサーには、歪みゲートを用いたもの以外に、静電容量式や光学式のものが広く使用されている。本発明の力センサー51には、いずれのタイプの力覚センサーも採用することができる。別の実施形態では、市販の力各センサーを使用せず、操作ロッド48又は該操作ロッドと取付プレート52との連結部に歪みゲージ等のセンサーデバイスを直接取り付けて、使用者が操作部3に及ぼす力を検出することもできる。 Conventionally, a capacitance type or an optical type sensor has been widely used as a force sensor in addition to the one using a strain gate. Any type of force sensor can be adopted for the force sensor 51 of the present invention. In another embodiment, a sensor device such as a strain gauge is directly attached to the operation rod 48 or the connection portion between the operation rod and the mounting plate 52 without using a commercially available force sensor, and the user attaches the sensor device to the operation unit 3. It is also possible to detect the force exerted.

操作部3の一部を構成する取付プレート52は、矩形のプレート部材からなり、図6に示すように、可動フレーム41の長手方向に直交する幅方向に、該可動フレームの内幅より少し小さい寸法を有する。取付プレート52の、可動フレーム41の長手方向に沿う両側部は、下面側が直角に切除されて、折曲板部43a,43bと突板部44a,44bとの隙間の高さより薄い側辺部53a,53bを形成している。 The mounting plate 52 forming a part of the operation unit 3 is composed of a rectangular plate member, and as shown in FIG. 6, is slightly smaller than the inner width of the movable frame in the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the movable frame 41. Has dimensions. Both sides of the mounting plate 52 along the longitudinal direction of the movable frame 41 are cut off at right angles on the lower surface side, and the side portions 53a, which are thinner than the height of the gap between the bent plate portions 43a and 43b and the veneer portions 44a and 44b, It forms 53b.

取付プレート52は、第1ガイド部23と可動フレーム部材41a,41bとの間に画定される溝状空間Sa,Sbを横断し、側辺部53a,53bを折曲板部43a,43bと突板部44a,44bとの前記隙間内に余裕をもって挿入させて、スライダーブロック27に取り付けられる。これにより、取付プレート52は、操作部3を前後方向に移動させたとき、第1ガイドフレーム25及び溝状空間Sa,Sbの直上をその長手方向に沿って走行する。 The mounting plate 52 crosses the groove-shaped spaces Sa and Sb defined between the first guide portion 23 and the movable frame members 41a and 41b, and the side side portions 53a and 53b are bent plate portions 43a and 43b and the veneer. It is inserted into the gap between the portions 44a and 44b with a margin and attached to the slider block 27. As a result, when the operation unit 3 is moved in the front-rear direction, the mounting plate 52 travels directly above the first guide frame 25 and the groove-shaped spaces Sa and Sb along the longitudinal direction thereof.

第1アクチュエーター部21は、図5に示すように、連結部材53を介して第2アクチュエーター部22上に取り付けられる。連結部材53は、矩形のプレート部材からなり、第1ガイドフレーム25の下面に結合されて、第1ガイド部23を第2アクチュエーター部22のスライダーブロック37上に一体に固定する。これにより、第1アクチュエーター部21は、操作部3を左右方向に移動させたとき、第2ガイドフレーム35の直上をその長手方向に沿って走行する。 As shown in FIG. 5, the first actuator portion 21 is mounted on the second actuator portion 22 via the connecting member 53. The connecting member 53 is made of a rectangular plate member, is coupled to the lower surface of the first guide frame 25, and integrally fixes the first guide portion 23 on the slider block 37 of the second actuator portion 22. As a result, when the operation unit 3 is moved in the left-right direction, the first actuator unit 21 travels directly above the second guide frame 35 along its longitudinal direction.

第1アクチュエーター部21は、操作部3の前後方向の移動範囲を制限するために、1対のリミットセンサー55a,55bを有する。図2に示すように、リミットセンサー55a,55bは、第1ガイド部23と一方(図中右側)の可動フレーム部材41bとの間の水平面42b上に、それぞれ外側フレーム11の前部及び後部より手前の位置に配置されている。 The first actuator unit 21 has a pair of limit sensors 55a and 55b in order to limit the movement range of the operation unit 3 in the front-rear direction. As shown in FIG. 2, the limit sensors 55a and 55b are placed on a horizontal plane 42b between the first guide portion 23 and one of the movable frame members 41b (on the right side in the figure) from the front portion and the rear portion of the outer frame 11, respectively. It is located in the foreground position.

本実施形態のリミットセンサー55a,55bは、アームレバーを水平方向に揺動可能にばね付勢した公知の構造を有する。取付プレート52の下面には、リミットセンサー55a,55bの前記アームレバーを作動させるための作動ブロック56が一体に突設されている。これにより、操作部3が前後方向に移動してその限界位置に到達すると、作動ブロック56が前記アームレバーを回転させて、リミットセンサー55a,55bをオンにする。 The limit sensors 55a and 55b of the present embodiment have a known structure in which the arm lever is spring-forced so as to be swingable in the horizontal direction. An actuating block 56 for actuating the arm levers of the limit sensors 55a and 55b is integrally projected on the lower surface of the mounting plate 52. As a result, when the operation unit 3 moves in the front-rear direction and reaches the limit position, the operation block 56 rotates the arm lever to turn on the limit sensors 55a and 55b.

第1アクチュエーター部21は更に、操作部3を前後方向のホームポジションに停止/維持するためのホームポジションセンサー57を有する。ホームポジションセンサー57は、図2に示すように、可動フレーム部材41bとの間の水平面42b上に、一方(図中前側)のリミットセンサー55aより少し前方に配置されている。 The first actuator unit 21 further has a home position sensor 57 for stopping / maintaining the operation unit 3 in the home position in the front-rear direction. As shown in FIG. 2, the home position sensor 57 is arranged on the horizontal plane 42b between the movable frame member 41b and slightly ahead of the limit sensor 55a on one side (front side in the figure).

本実施形態のホームポジションセンサー57は、小さな隙間をもって対向配置した投光部と受光部とを有する透過型のフォトセンサーであり、例えば前記投光部から前記受光部に光が通過するとオフ状態に、前記受光部が遮光されるとオン状態になる。取付プレート52には、垂直下向きに突出する板状のセンサーフラグ部材58が、操作部3を前後方向に移動させたとき、ホームポジションセンサー57の前記投光部と前記受光部の間隙を通過し得るように取り付けられている。 The home position sensor 57 of the present embodiment is a transmissive photosensor having a light projecting unit and a light receiving unit arranged so as to face each other with a small gap. For example, when light passes from the light emitting unit to the light receiving unit, the home position sensor 57 is turned off. When the light receiving portion is shielded from light, it is turned on. On the mounting plate 52, a plate-shaped sensor flag member 58 projecting vertically downward passes through the gap between the light emitting portion and the light receiving portion of the home position sensor 57 when the operating portion 3 is moved in the front-rear direction. Installed to get.

第2アクチュエーター部22は、同様に、第1アクチュエーター部21の左右方向の移動範囲を制限するために、1対のリミットセンサー61a,61bを有する。図2に示すように、リミットセンサー61a,61bは、奥側の左右固定フレーム14a上に、それぞれ外側フレーム11の左右側部より手前の位置に配置されている。 Similarly, the second actuator unit 22 has a pair of limit sensors 61a and 61b in order to limit the movement range of the first actuator unit 21 in the left-right direction. As shown in FIG. 2, the limit sensors 61a and 61b are arranged on the left and right fixed frames 14a on the back side at positions in front of the left and right side portions of the outer frame 11, respectively.

本実施形態のリミットセンサー61a,61bも、アームレバーを水平方向に揺動可能にばね付勢した公知の構造を有する。図7に示すように、一方(図2の左側)の可動フレーム部材41aの下面には、リミットセンサー61a,61bの前記アームレバーを作動させるための作動ブロック62が、取付プレート63を介して一体に突設されている。これにより、操作部3が第1アクチュエーター部21と共に左右方向に移動してその限界位置に到達すると、作動ブロック62が前記アームレバーを回転させて、リミットセンサー61a,61bをオンにする。 The limit sensors 61a and 61b of the present embodiment also have a known structure in which the arm lever is spring-forced so as to be swingable in the horizontal direction. As shown in FIG. 7, on the lower surface of one of the movable frame members 41a (on the left side of FIG. 2), an actuating block 62 for actuating the arm levers of the limit sensors 61a and 61b is integrated via a mounting plate 63. It is rushed to. As a result, when the operation unit 3 moves in the left-right direction together with the first actuator unit 21 and reaches the limit position, the operation block 62 rotates the arm lever to turn on the limit sensors 61a and 61b.

第2アクチュエーター部22は更に、操作部3を左右方向のホームポジションに停止/維持するためのホームポジションセンサー64を有する。ホームポジションセンサー64は、図2に示すように、奥側の左右固定フレーム14a上に、一方(図中右側)のリミットセンサー61bより少し中央寄りに配置されている。 The second actuator unit 22 further has a home position sensor 64 for stopping / maintaining the operation unit 3 in the home position in the left-right direction. As shown in FIG. 2, the home position sensor 64 is arranged on the left and right fixed frames 14a on the back side, slightly closer to the center than the limit sensor 61b on one side (right side in the figure).

本実施形態のホームポジションセンサー64は、同様に小さな隙間をもって対向配置した投光部と受光部とを有する透過型のフォトセンサーであり、例えば前記投光部から前記受光部に光が通過するとオフ状態に、前記受光部が遮光されるとオン状態になる。可動フレーム部材41aの下面には、垂直下向きに突出する板状のセンサーフラグ部材65が、操作部3を左右方向に移動させたとき、ホームポジションセンサー64の前記投光部と前記受光部の間隙を通過し得るように、取付プレート63によって取り付けられている。 The home position sensor 64 of the present embodiment is a transmissive photosensor having a light emitting part and a light receiving part which are similarly arranged facing each other with a small gap, and is turned off when light passes from the light emitting part to the light receiving part, for example. In the state, when the light receiving portion is shielded from light, it is turned on. On the lower surface of the movable frame member 41a, a plate-shaped sensor flag member 65 projecting vertically downward is a gap between the light emitting portion and the light receiving portion of the home position sensor 64 when the operation portion 3 is moved in the left-right direction. It is attached by a mounting plate 63 so that it can pass through.

図8は、操作部3がホームポジションに配置されている状態を示している。同図に示すように、操作部3のホームポジションは、運動訓練装置1の上面中央位置よりも前後方向に手前側かつ左右方向に右側に設定されている。これにより、使用者Uは、図1に示すように運動訓練装置1の前に位置したとき、右手を前に伸ばすと直ぐに操作部3のハンドル部材49に触れることができる。しかしながら、本発明において、操作部3のホームポジションは、図8の位置に限定されるものではない。 FIG. 8 shows a state in which the operation unit 3 is arranged at the home position. As shown in the figure, the home position of the operation unit 3 is set on the front side in the front-rear direction and on the right side in the left-right direction with respect to the center position of the upper surface of the exercise training device 1. As a result, when the user U is positioned in front of the exercise training device 1 as shown in FIG. 1, the user U can immediately touch the handle member 49 of the operation unit 3 when the right hand is extended forward. However, in the present invention, the home position of the operation unit 3 is not limited to the position shown in FIG.

図9は、アクチュエーター機構20における操作部3の前後方向及び左右方向の移動可能な範囲を示している。同図に示すように、操作部3の前後方向の移動範囲は、第1ガイドフレーム25によって直接決定されている。操作部3の左右方向の移動範囲は、第1アクチュエーター部21を介して第2ガイドフレーム35によって決定されている。 FIG. 9 shows the movable range of the operation unit 3 in the actuator mechanism 20 in the front-rear direction and the left-right direction. As shown in the figure, the range of movement of the operation unit 3 in the front-rear direction is directly determined by the first guide frame 25. The range of movement of the operation unit 3 in the left-right direction is determined by the second guide frame 35 via the first actuator unit 21.

更に運動訓練装置1は、第1及び第2アクチュエーター部21,22を制御するための制御部70を備える。制御部70は、図10に示すように、駆動制御部71と、信号制御部72と、表示制御部73と、メモリー74と、記憶部78と、入力部79と、それらを制御管理するための制御CPU75とを備える。 Further, the exercise training device 1 includes a control unit 70 for controlling the first and second actuator units 21 and 22. As shown in FIG. 10, the control unit 70 controls and manages the drive control unit 71, the signal control unit 72, the display control unit 73, the memory 74, the storage unit 78, the input unit 79, and the like. The control CPU 75 of the above is provided.

駆動制御部71は、第1及び第2駆動モーター30,38と減速ギアユニット31,39に接続され、それらの駆動を制御する。信号制御部72は、力センサー51、各リミットセンサー55a,55b,61a,61b、各ホームポジションセンサー57,64及び位置センサー80に接続され、前記各センサーから出力される信号を入力する。 The drive control unit 71 is connected to the first and second drive motors 30, 38 and the reduction gear units 31, 39, and controls their drive. The signal control unit 72 is connected to the force sensor 51, the limit sensors 55a, 55b, 61a, 61b, the home position sensors 57, 64, and the position sensor 80, and inputs signals output from the sensors.

位置センサー80は、操作部3のX-Y座標位置を得るための座標情報を検出するもので、例えば、各駆動モーター30,38に設けられた、モーターの回転量を検出するエンコーダーで、操作部3がホームポジションにいる状態からのモーター30,38の回転量(正逆)を検出し、その結果を制御CPU75に出力することで、制御CPU75は操作部3の座標情報を算出することができる。 The position sensor 80 detects the coordinate information for obtaining the XY coordinate position of the operation unit 3, and is operated by, for example, an encoder provided on each of the drive motors 30 and 38 to detect the rotation amount of the motor. By detecting the amount of rotation (forward and reverse) of the motors 30 and 38 from the state where the unit 3 is in the home position and outputting the result to the control CPU 75, the control CPU 75 can calculate the coordinate information of the operation unit 3. can.

表示制御部73は、モニター装置76に接続され、該モニター装置の表示を制御する。メモリー74は、運動訓練装置1を動作させるためのプログラムに加えて、例えば使用者の個人データや訓練履歴等の訓練に関するデータを保存する。 The display control unit 73 is connected to the monitor device 76 and controls the display of the monitor device. The memory 74 stores, for example, data related to training such as personal data of the user and training history, in addition to the program for operating the exercise training device 1.

記憶部78は、制御CPU75が駆動制御部71を制御して、駆動モーター30,38を駆動させたとき、駆動モーター30と駆動モーター38の駆動又は負荷のデータと力センサー51の検知結果を含むデータとを記録する。入力部79は、制御CPU75に対する動作指令の入力等に用いられる。 The storage unit 78 includes data on the drive or load of the drive motor 30 and the drive motor 38 and the detection result of the force sensor 51 when the control CPU 75 controls the drive control unit 71 to drive the drive motors 30 and 38. Record the data. The input unit 79 is used for inputting an operation command to the control CPU 75 and the like.

本発明の運動訓練装置1において、使用者の訓練を行う際に、第1及び第2アクチュエーター部21,22の第1及び第2駆動モーター30,38の出力を制御するための基本的な概念を以下に説明する。説明を簡単にするために、第2アクチュエーター部22を停止させて、第1アクチュエーター部21のみを使用する場合を考える。 In the exercise training device 1 of the present invention, a basic concept for controlling the outputs of the first and second drive motors 30 and 38 of the first and second actuator units 21 and 22 when training the user. Will be described below. In order to simplify the explanation, consider a case where the second actuator unit 22 is stopped and only the first actuator unit 21 is used.

図11は、力センサー51が検出した使用者の力の変動と、前記使用者の力に応じて制御部70によって制御される第1駆動モーター30の出力の変動とを、時間軸に沿って示している。同図において、操作部3が受ける使用者の力及び第1駆動モーター30の回転力は、該第1駆動モーターの出力(kW)に置き換えて示している。尚、同図の縦軸は、上向き(+)が操作部3を前方へ押す力、下向き(-)が手前側に引く力を表している。 FIG. 11 shows the fluctuation of the user's force detected by the force sensor 51 and the fluctuation of the output of the first drive motor 30 controlled by the control unit 70 according to the user's force along the time axis. Shows. In the figure, the user's force received by the operation unit 3 and the rotational force of the first drive motor 30 are shown by being replaced with the output (kW) of the first drive motor. In the vertical axis of the figure, upward (+) represents a force pushing the operation unit 3 forward, and downward (−) represents a force pulling the operation unit 3 toward the front side.

図11に示すように、時刻t1に力センサー51が出力値5の力を検出すると、その出力信号が制御部70の信号制御部72に入力され、制御CPU75は、時刻t2に第1駆動モーター30が同じ出力値5の回転力を発生するように駆動制御部71を制御する。時刻t3に力センサー51からの入力信号が0になると、制御CPU75は、時刻t4に第1駆動モーター30の出力が0になるように駆動制御部71を制御する。 As shown in FIG. 11, when the force sensor 51 detects the force of the output value 5 at the time t1, the output signal is input to the signal control unit 72 of the control unit 70, and the control CPU 75 is the first drive motor at the time t2. The drive control unit 71 is controlled so that 30 generates the same rotational force of the output value 5. When the input signal from the force sensor 51 becomes 0 at time t3, the control CPU 75 controls the drive control unit 71 so that the output of the first drive motor 30 becomes 0 at time t4.

本発明によれば、力センサー51が実質的に操作部3に設けられているので、検出した使用者の力をそのまま制御部70に出力することができる。従って、力センサー51が信号を出力する時刻t1から、それが第1駆動モーター30に反映される時刻t2までの時間遅れを、使用者が体感し得ない程度に短くすることができる。更に、力センサー51からの出力信号は、制御部70内で増幅したりして信号変換する必要が無いので、第1駆動モーター30に使用者の力に応じた回転力を出力させるように最適に駆動することができる。 According to the present invention, since the force sensor 51 is substantially provided in the operation unit 3, the detected force of the user can be output to the control unit 70 as it is. Therefore, the time delay from the time t1 at which the force sensor 51 outputs a signal to the time t2 at which it is reflected in the first drive motor 30 can be shortened to such an extent that the user cannot experience it. Further, since the output signal from the force sensor 51 does not need to be amplified or converted into a signal in the control unit 70, it is optimal for the first drive motor 30 to output a rotational force according to the user's force. Can be driven to.

運動訓練装置1は、例えばサンディング動作訓練を行うために、装置本体2を前後方向又は左右方向に傾斜させた状態で使用することができる。そのために、装置本体2は、その傾斜状態、即ち傾斜方向及び傾斜角度を検出するための傾斜センサー77を備えることができる。この場合、運動訓練装置1は、傾斜角度を調整可能な別個の支持構造上に設置される。傾斜センサー77の出力信号は制御部70に入力され、装置本体2の傾斜方向及び傾斜角度の大きさに対応して、第1及び/又は第2駆動モーター30,38の出力を制御するために使用される。 The exercise training device 1 can be used in a state where the device main body 2 is tilted in the front-rear direction or the left-right direction, for example, for performing sanding motion training. Therefore, the apparatus main body 2 can be provided with an inclination sensor 77 for detecting the inclination state, that is, the inclination direction and the inclination angle. In this case, the exercise training device 1 is installed on a separate support structure in which the tilt angle can be adjusted. The output signal of the tilt sensor 77 is input to the control unit 70, and in order to control the output of the first and / or the second drive motors 30, 38 according to the magnitude of the tilt direction and tilt angle of the apparatus main body 2. used.

傾斜センサー77には、例えば従来公知のジャイロセンサーを用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば、運動訓練装置1を別個の支持構造上に傾斜させて支持する場合、該支持構造に傾斜センサーを備えることができる。この場合、傾斜センサーとして、前記支持構造を傾動させる電動モーターのエンコーダーやモーター駆動パルスカウンターを用いたり、前記支持構造の設置面を傾斜させるヒンジ部分にその傾斜を特定するセンサーや目盛りを設けることができる。 As the tilt sensor 77, for example, a conventionally known gyro sensor can be used, but the tilt sensor 77 is not limited thereto. For example, when the exercise training device 1 is tilted and supported on a separate support structure, the support structure may be provided with a tilt sensor. In this case, as the tilt sensor, an encoder of an electric motor for tilting the support structure or a motor drive pulse counter may be used, or a sensor or a scale for specifying the tilt may be provided on a hinge portion for tilting the installation surface of the support structure. can.

上記構成による運動訓練装置1を利用して使用者の上肢の運動訓練を行うには、次の3通りのステップで行われる。制御CPU75は、入力部79に入力される動作指令に応じて、選択されたステップでの制御処理を行う。 In order to perform exercise training on the upper limbs of the user using the exercise training device 1 having the above configuration, the following three steps are performed. The control CPU 75 performs control processing in the selected step according to the operation command input to the input unit 79.

ステップ1は、使用者が操作部3を持ち、その上から訓練指導者が使用者の手を持って、使用者3の上肢の状況に合わせた動作範囲で操作部3を移動させることで、使用者が操作部3を操作して上肢が辿る移動軌跡を設定する移動軌跡設定モードである。 In step 1, the user holds the operation unit 3, and the training instructor holds the user's hand from above and moves the operation unit 3 within the operating range according to the situation of the upper limbs of the user 3. This is a movement locus setting mode in which the user operates the operation unit 3 to set the movement locus to be followed by the upper limbs.

移動軌跡設定モードにおいては、制御CPU75は、図12に示す処理手順を実行して移動軌跡設定手段としての処理を行う。この処理で、制御CPU75は、使用者が手に掛けた操作部3を訓練指導者の主導で移動させる際に、使用者に所定の負荷が掛かるように減速ギアユニット31,39のギア比を調整して、駆動モーター30,38の駆動を制御する(手順P1)。このときの負荷のデータは記憶部78に記録される。訓練指導者によって、使用者の動作範囲で操作部3が移動すると、位置センサー80は、移動に沿って駆動モーター30,38の回転量情報を制御CPU75に出力して制御CPU75は操作部3の位置を算出する(手順P2)。そして、制御CPUは、逐次入力されるX-Yの座標軸での位置情報を記憶部78に蓄積して移動軌跡を記憶する(手順P3)。表示制御部73は、位置センサー80が検出する操作部3が移動する各点での位置情報をモニター装置76にプロットして移動軌跡を表示する。 In the movement locus setting mode, the control CPU 75 executes the processing procedure shown in FIG. 12 to perform processing as the movement locus setting means. In this process, the control CPU 75 adjusts the gear ratios of the reduction gear units 31 and 39 so that a predetermined load is applied to the user when the operation unit 3 held by the user is moved under the initiative of the training instructor. Adjust to control the drive of the drive motors 30 and 38 (procedure P1). The load data at this time is recorded in the storage unit 78. When the operation unit 3 moves within the operating range of the user by the training instructor, the position sensor 80 outputs rotation amount information of the drive motors 30 and 38 to the control CPU 75 along the movement, and the control CPU 75 controls the operation unit 3. Calculate the position (procedure P2). Then, the control CPU stores the position information on the XY coordinate axes that are sequentially input in the storage unit 78 and stores the movement locus (procedure P3). The display control unit 73 plots the position information at each point where the operation unit 3 detected by the position sensor 80 moves on the monitor device 76 and displays the movement locus.

次のステップ2は、使用者のみが操作部3を持ち、操作部3を移動軌跡設定モードで設定された軌跡で移動することで、使用者による操作部3の移動軌跡と、移動させるときの使用者への負荷を検出する負荷検出モードである。 In the next step 2, only the user has the operation unit 3, and the operation unit 3 is moved by the locus set in the movement locus setting mode, so that the movement locus of the operation unit 3 by the user and the movement locus of the operation unit 3 are moved. This is a load detection mode that detects the load on the user.

負荷検出モードにおいては、制御CPU75は、図13に示す処理手順を実行して負荷情報設定手段としての処理を行う。この処理で、制御CPU75は、操作部3が移動軌跡設定モードで設定した軌跡を再現するように、駆動モーター30,38の駆動を制御する(手順P11)。このとき力センサー51では、駆動モーター30、38に作用する負荷(回転抗力)が検出される。よって、操作部3が移動軌跡をなぞる過程での、操作部3の移動に対する使用者の抵抗としての力の変動が力センサー51によって検出される(手順P12)。そして、制御CPU75は、力センサー51で検出の負荷値を逐次記憶部78に格納する(手順P13)。 In the load detection mode, the control CPU 75 executes the processing procedure shown in FIG. 13 to perform processing as the load information setting means. In this process, the control CPU 75 controls the drive of the drive motors 30 and 38 so that the operation unit 3 reproduces the locus set in the movement locus setting mode (procedure P11). At this time, the force sensor 51 detects the load (rotational drag) acting on the drive motors 30 and 38. Therefore, the force sensor 51 detects the fluctuation of the force as the resistance of the user to the movement of the operation unit 3 in the process of tracing the movement locus of the operation unit 3 (procedure P12). Then, the control CPU 75 stores the load value detected by the force sensor 51 in the sequential storage unit 78 (procedure P13).

図14は、モニター装置76の負荷検出モードにおける画面を模式的に示すもので、使用者が操作部3を移動させてなぞる移動軌跡と、移動軌跡の各位置における負荷の変動とを同時に表示している。このとき、表示制御部73は、位置センサー80からの移動軌跡の各点の位置情報をモニター装置76の画面にプロットして、画面の(a)部に移動軌跡を表示する。また、表示制御部73は、画面の(b)部に力センサー51からの検出値の時間軸での負荷変動のグラフを表示する。 FIG. 14 schematically shows a screen in the load detection mode of the monitor device 76, and simultaneously displays a movement locus traced by the user by moving the operation unit 3 and a load fluctuation at each position of the movement locus. ing. At this time, the display control unit 73 plots the position information of each point of the movement locus from the position sensor 80 on the screen of the monitor device 76, and displays the movement locus on the screen (a). Further, the display control unit 73 displays a graph of load fluctuation on the time axis of the value detected from the force sensor 51 on the part (b) of the screen.

図14の例では、時間T1からT2の範囲で、使用者から操作部3に大きな力が加わっていることが示されている。表示制御部73は、この範囲を図示するように鎖線で囲って強調して表示する。或いは、表示の色を違えてもよい。よって、時間T1からT2の範囲での移動軌跡が、使用者にとって動かし難いことが判別でき、療法士はこのデータを基にして、使用者の運動訓練のプログラムを作成することができる。 In the example of FIG. 14, it is shown that a large force is applied from the user to the operation unit 3 in the range of time T1 to T2. The display control unit 73 surrounds this range with a chain line as shown in the figure and highlights it. Alternatively, the display color may be different. Therefore, it can be determined that the movement locus in the range of time T1 to T2 is difficult for the user to move, and the therapist can create a program for exercise training of the user based on this data.

ステップ3は、運動訓練の訓練モードである。制御CPU75は、図15に示す処理手順を実行する。訓練モードには、設定した移動軌跡通りに移動する操作部3に使用者の上肢が引っ張られる前述の他動動作を行なう受動制御モードと、使用者が自分で操作部3をこの移動軌跡通りに動かす前述の自動動作を行なう能動制御モードとがある。この受動制御モードと能動制御モードも、入力部79に入力される動作指令によって選択される。 Step 3 is a training mode for exercise training. The control CPU 75 executes the processing procedure shown in FIG. The training mode includes a passive control mode in which the user's upper limbs are pulled by the operation unit 3 that moves according to the set movement locus, and a passive control mode in which the user himself / herself moves the operation unit 3 according to this movement locus. There is an active control mode that performs the above-mentioned automatic operation. The passive control mode and the active control mode are also selected by the operation command input to the input unit 79.

制御CPU75は、受動制御モードが選択されると、移動軌跡設定モードで設定した軌跡を再現するように駆動モーター30,38を駆動制御して、操作部3を移動させる(手順P21)。このときの操作部3に掛る使用者の力は、操作部3の移動に対する抵抗として、駆動モーター30,38に作用する負荷即ち回転抗力となる。 When the passive control mode is selected, the control CPU 75 drives and controls the drive motors 30 and 38 so as to reproduce the locus set in the movement locus setting mode, and moves the operation unit 3 (procedure P21). The user's force applied to the operation unit 3 at this time becomes a load acting on the drive motors 30 and 38, that is, a rotational drag as a resistance to the movement of the operation unit 3.

同時に、表示制御部73は、図16に示すように、使用者の操作による位置センサー80からの移動軌跡の各点の位置情報をモニター装置76の画面にプロットして、画面の(a)部に移動軌跡を表示すると共に、画面の(b)部に力センサー51からの検出値を時間軸で示す負荷変動のグラフを試験データとして表示する。 At the same time, as shown in FIG. 16, the display control unit 73 plots the position information of each point of the movement locus from the position sensor 80 operated by the user on the screen of the monitor device 76, and the display control unit 73 plots the position information on the screen of the monitor device 76, and the (a) portion of the screen. The movement locus is displayed on the screen, and a graph of load fluctuation showing the value detected from the force sensor 51 on the time axis is displayed as test data in the part (b) of the screen.

そして、制御CPU75は、使用者が操作部3で移動軌跡をなぞる過程で力センサー51から逐次入力されてくる力の検出値と、負荷設定モードで記憶部78に蓄積している移動軌跡の同じ点での負荷値(設定負荷値)とを順次比較していく(手順P22)。図16は、このとき表示制御部73によって表示されているモニター装置76の画面を示している。この例では、(a)部は移動軌跡設定モードで設定された操作基本パターンの移動軌跡を実線で表示し、その上をなぞる被検者の移動軌跡を破線で表示している。この場合、線の重なる部分は実線で表示されており、操作基本パターンを外れた被検者の移動軌跡の部分のみが破線で示される。また、(b)部は、記憶部78に格納された設定負荷の変動を実線で表示し、使用者が操作部3で移動軌跡をなぞる過程で力センサー51から逐次入力されてくる検出値の変動(負荷変動)である試験データは破線で表示している。同様に線の重なる部分は実線で示されているため、試験データの設定負荷値から外れた部分のみが破線で示されている。このようにして、操作基本パターンと被検者の移動軌跡との比較結果とがモニター装置76に表示される。 Then, the control CPU 75 has the same detection value of the force sequentially input from the force sensor 51 in the process of tracing the movement locus by the user in the operation unit 3 and the movement locus accumulated in the storage unit 78 in the load setting mode. The load value (set load value) at the point is sequentially compared (procedure P22). FIG. 16 shows the screen of the monitor device 76 displayed by the display control unit 73 at this time. In this example, the part (a) displays the movement locus of the operation basic pattern set in the movement locus setting mode with a solid line, and displays the movement locus of the subject tracing on the solid line with a broken line. In this case, the overlapping portion of the lines is indicated by a solid line, and only the portion of the movement locus of the subject who deviates from the basic operation pattern is indicated by a broken line. Further, the part (b) displays the fluctuation of the set load stored in the storage unit 78 with a solid line, and the detection value sequentially input from the force sensor 51 while the user traces the movement locus with the operation unit 3. The test data, which is fluctuation (load fluctuation), is indicated by a broken line. Similarly, since the overlapping part of the line is shown by the solid line, only the part deviating from the set load value of the test data is shown by the broken line. In this way, the comparison result between the basic operation pattern and the movement locus of the subject is displayed on the monitor device 76.

このとき、力センサー51の検出値が記憶部78に記憶の設定負荷値を予定の許容範囲を超えていると、駆動モーター30,38の駆動を停止する(手順P24)。よって、この場合には、使用者に予定以上の負担が掛り過ぎているとして、運動訓練をいったん終了する。又は終了せずとも、移動範囲を狭めるよう、設定した移動軌跡よりも被検者に近い位置での移動軌跡となるよう駆動モーター30,38の駆動制御を行なう、或いは駆動モーター30,38の負荷トルクを弱めるよう駆動モーター30,39の出力を調節してもよい。 At this time, if the detected value of the force sensor 51 exceeds the expected allowable range of the set load value stored in the storage unit 78, the driving of the drive motors 30 and 38 is stopped (procedure P24). Therefore, in this case, it is assumed that the burden on the user is excessively increased, and the exercise training is temporarily terminated. Or, even if it does not end, drive control of the drive motors 30 and 38 is performed so that the movement locus is closer to the subject than the set movement locus so as to narrow the movement range, or the load of the drive motors 30 and 38 is performed. The outputs of the drive motors 30 and 39 may be adjusted so as to weaken the torque.

一方、移動軌跡の各点で順次比較した結果、検出値が設定負荷値を超えていても予定の許容範囲内にあるときは、繰り返し手順P22で移動軌跡の次の点での検出値と設定負荷値との比較を行う。そして、移動軌跡の終点に達すると(手順P23の「YES」)、駆動モーター30,38の駆動を停止する(手順P24)。 On the other hand, as a result of sequentially comparing each point of the movement locus, if the detected value exceeds the set load value but is within the planned allowable range, the detection value and the setting at the next point of the movement locus are set in the repeating procedure P22. Compare with the load value. Then, when the end point of the movement locus is reached (“YES” in procedure P23), the drive of the drive motors 30 and 38 is stopped (procedure P24).

このような訓練の結果表示は、例えば、図17に示すレーダグラフで表示することができる。図示のレーダグラフは、十字の2軸座標と座標中心と同一の複数の半径を持つ円形が記憶部78に格納している設定負荷の変動を表わしており、試験データで設定負荷を外れた部分を破線で示すと共に、そのときの値p,qを表示している。このレーダグラフは中心からの距離が負荷値の大きさで、位置が操作部3にかかる負荷値の方向を表している。このようなレーダグラフで表すと、操作部3にかかる力の方向と強さを同時に表示することができるため、所定の移動軌跡でどの方向にどのくらいの負荷(力)がかかっているのか確認することができる。また、図14(b)に示すグラフでも、操作部3の移動方向の並進力をプラス方向に、偶力をマイナス方向に表示することもできる。 The display of the result of such training can be displayed, for example, by the radar graph shown in FIG. In the illustrated radar graph, the two-axis coordinates of the cross and the circle having a plurality of radii that are the same as the center of the coordinates represent the fluctuation of the set load stored in the storage unit 78, and the portion deviated from the set load in the test data. Is indicated by a broken line, and the values p and q at that time are displayed. In this radar graph, the distance from the center is the magnitude of the load value, and the position is the direction of the load value applied to the operation unit 3. Expressed in such a radar graph, the direction and strength of the force applied to the operation unit 3 can be displayed at the same time, so it is possible to confirm in which direction and how much load (force) is applied in a predetermined movement locus. be able to. Further, also in the graph shown in FIG. 14B, the translational force in the moving direction of the operation unit 3 can be displayed in the positive direction, and the couple can be displayed in the negative direction.

能動制御モードでは、制御CPU75は、使用者が操作部3を移動させる際に、使用者に所定の負荷が掛かるように減速ギアユニット31,39のギア比を調整して、駆動モーター30,38の駆動を制御する(手順P31)。このときの被検者の力による操作部3の移動に対して、駆動モーター30、38の回転力が抵抗として使用者に負荷を与えることになる。 In the active control mode, the control CPU 75 adjusts the gear ratios of the reduction gear units 31 and 39 so that a predetermined load is applied to the user when the user moves the operation unit 3, and the drive motors 30 and 38. (Procedure P31). With respect to the movement of the operation unit 3 by the force of the subject at this time, the rotational force of the drive motors 30 and 38 gives a load to the user as a resistance.

そして、制御CPU75は、操作部3が移動軌跡をなぞる過程で、移動軌跡の各点で位置センサー80から逐次入力されてくる操作部3の位置情報と、記憶部78に蓄積している移動軌跡の同じ点での設定位置情報とを順次比較する(手順P32)。この場合も、表示制御部73は、図16で示したような、実線による操作基本パターンの移動軌跡及び破線による被検者の移動軌跡と、使用者が操作部3で移動軌跡をなぞる過程で力センサー51から逐次入力されてくる検出値の変動(負荷変動)である試験データとがモニター装置76で表示される。比較の結果、両方の位置情報の差が許容範囲内であれば、繰り返し手順P32で移動軌跡の次の点での位置センサー80からの位置情報と設定位置情報との比較を行う。そして、移動軌跡の終点で(手順P34の「YES」)、駆動モーター30,38の駆動を停止する(手順P35)。 Then, in the process of the operation unit 3 tracing the movement locus, the control CPU 75 sequentially inputs the position information of the operation unit 3 sequentially input from the position sensor 80 at each point of the movement locus, and the movement locus stored in the storage unit 78. The set position information at the same point in the above is sequentially compared (procedure P32). Also in this case, the display control unit 73 is in the process of tracing the movement locus of the operation basic pattern by the solid line, the movement locus of the subject by the broken line, and the movement locus by the user in the operation unit 3, as shown in FIG. The monitor device 76 displays the test data, which is the fluctuation (load fluctuation) of the detected value sequentially input from the force sensor 51. As a result of the comparison, if the difference between the two position information is within the allowable range, the position information from the position sensor 80 at the next point of the movement locus and the set position information are compared in the repeating procedure P32. Then, at the end point of the movement locus (“YES” in procedure P34), the drive of the drive motors 30 and 38 is stopped (procedure P35).

しかし、手順P32の処理で、位置センサー80が検出の位置情報が記憶部78に記憶の設定位置情報から外れていると、制御CPU75は、その差分を演算し、その差が予定の許容範囲内であれば、それに応じて操作部3が設定した移動軌跡に復帰するように、駆動モーター30,38を駆動制御する(手順P33)。この場合、制御CPU75は、駆動制御部71を通して、モーター30,38の出力を調整して回転トルクを大きくする。 However, in the process of procedure P32, if the position information detected by the position sensor 80 deviates from the set position information stored in the storage unit 78, the control CPU 75 calculates the difference, and the difference is within the planned allowable range. If so, the drive motors 30 and 38 are driven and controlled so as to return to the movement locus set by the operation unit 3 accordingly (procedure P33). In this case, the control CPU 75 adjusts the outputs of the motors 30 and 38 through the drive control unit 71 to increase the rotational torque.

このように、位置センサー80が検出の位置情報が記憶部78に記憶の移動軌跡の同じ点での位置情報との差が許容範囲内であれば、その都度、操作部3を予定の移動軌跡に復帰させつつ、操作部3の移動軌跡の最終点まで移動すると(手順P35)、能動制御モードが終了する(手順P36)。 In this way, if the difference between the position information detected by the position sensor 80 and the position information at the same point of the movement locus stored in the storage unit 78 is within the allowable range, the operation unit 3 is set to the scheduled movement locus each time. When the user moves to the final point of the movement locus of the operation unit 3 while returning to (Procedure P35), the active control mode ends (Procedure P36).

手順P33において、駆動モーター30,38を駆動して操作部3を予定の移動軌跡に復帰させる場合は、使用者の上肢は操作部3に引っ張られることになるので、受動制御モードと同様に操作部3にかかる使用者の力は、操作部3の移動に対する抵抗として、駆動モーター30,38に作用する負荷となる。制御CPU75は、現在の操作部3の位置と最も近い位置における負荷値(記憶部78に記憶されている設定負荷値)と、現在の操作部3の位置における力の検出値とを比較して、その差が許容範囲内かを判別する(手順P34)。 In step P33, when the drive motors 30 and 38 are driven to return the operation unit 3 to the planned movement trajectory, the upper limb of the user is pulled by the operation unit 3, so that the operation is performed in the same manner as in the passive control mode. The user's force applied to the unit 3 becomes a load acting on the drive motors 30 and 38 as resistance to the movement of the operation unit 3. The control CPU 75 compares the load value (set load value stored in the storage unit 78) at the position closest to the current operation unit 3 position with the force detection value at the current operation unit 3 position. , It is determined whether the difference is within the allowable range (procedure P34).

このとき、力センサー51の検出値が記憶部78に記憶の設定負荷値を予定の許容範囲を超えていると、駆動モーター30,38の駆動を停止する(手順P34)。よって、この場合には、使用者に予定以上の負担が掛り過ぎているとして、運動訓練をいったん終了する。又は終了せずとも、移動範囲を狭めるよう、設定した移動軌跡よりも被検者に近い位置での移動軌跡となるよう駆動モーター30,38の駆動制御を行なう、或いは駆動モーター30,38の負荷トルクを弱めるよう駆動モーター30,39の出力を調節してもよい。 At this time, if the detected value of the force sensor 51 exceeds the set load value stored in the storage unit 78 within the planned allowable range, the driving of the drive motors 30 and 38 is stopped (procedure P34). Therefore, in this case, it is assumed that the burden on the user is excessively increased, and the exercise training is temporarily terminated. Or, even if it does not end, drive control of the drive motors 30 and 38 is performed so that the movement locus is closer to the subject than the set movement locus so as to narrow the movement range, or the load of the drive motors 30 and 38 is performed. The outputs of the drive motors 30 and 39 may be adjusted so as to weaken the torque.

本実施形態の運動訓練装置1は、運動訓練が一通り終了したら、訓練内容を再現する再現モードが備わっている。再現モードでは、制御CPU75が駆動モーター30,38を制御して、訓練中の操作部3の移動軌跡を再現するように移動させる。また、表示部76に操作部3の移動軌跡と、力センサー51で検出した力情報(受動制御モードの場合は操作部3の移動方向に対する偶力(負荷値)。能動制御モードの場合は使用者が操作部3に与える力で、操作部3の移動方向に対する並進力。)を操作部3の移動に並行して表示する。 The exercise training device 1 of the present embodiment is provided with a reproduction mode for reproducing the training content after the exercise training is completed. In the reproduction mode, the control CPU 75 controls the drive motors 30 and 38 to move the operation unit 3 during training so as to reproduce the movement locus. Further, the movement locus of the operation unit 3 and the force information detected by the force sensor 51 on the display unit 76 (couple (load value) with respect to the movement direction of the operation unit 3 in the passive control mode. Used in the active control mode. A translational force with respect to the movement direction of the operation unit 3 by a force applied to the operation unit 3 by a person.) Is displayed in parallel with the movement of the operation unit 3.

この再現モードでは、訓練内容の一部を再現させることもでき、表示部76に表示された移動軌跡や負荷値を表すグラフの一部を選択すると、その部分だけ訓練内容を再現させることができる。これにより、使用者がどの移動範囲で上肢を動かし難かったり、力が入りにくかったりするか確認することができ、訓練指導者は使用者に合わせた最適な訓練プログラムを作成することができる。 In this reproduction mode, a part of the training content can be reproduced, and if a part of the graph showing the movement locus and the load value displayed on the display unit 76 is selected, the training content can be reproduced only in that part. .. This makes it possible for the user to confirm in which range of movement the upper limbs are difficult to move or to apply force, and the training instructor can create an optimal training program tailored to the user.

上記した運動訓練装置1においては、移動軌跡設定モードにおいては実際に操作部3を移動させて、そのとき位置センサー80が検出する位置情報で移動軌跡を記憶部78に記憶させて、操作基本パターンの移動軌跡を設定している。しかし、予めデータ化された位置情報を入力部79から入力するようにしてもよい。また、予め基本パターンを複数通り記憶部78に記憶させておき、使用者に応じて一つの基本パターンを入力部79からするようにしてもよい。 In the above-mentioned exercise training device 1, in the movement locus setting mode, the operation unit 3 is actually moved, and the movement locus is stored in the storage unit 78 by the position information detected by the position sensor 80 at that time, and the operation basic pattern is used. The movement trajectory of is set. However, the position information digitized in advance may be input from the input unit 79. Further, a plurality of basic patterns may be stored in the storage unit 78 in advance, and one basic pattern may be stored in the input unit 79 according to the user.

以上、本発明を好適な実施形態に関連して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的範囲において、様々な変更又は変形を加えて実施し得ることは言うまでもない。 Although the present invention has been described above in relation to the preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various changes or modifications within the technical scope thereof. Needless to say.

1 運動訓練装置
2 装置本体
3 操作部
11 外側フレーム
20 アクチュエーター機構
21 第1アクチュエーター部
22 第2アクチュエーター部
23 第1ガイド部
24 第1駆動部
25 第1ガイドフレーム
30 第1駆動モーター
33 第2ガイド部
34 第2駆動部
35 第2ガイドフレーム
38 第2駆動モーター
41 可動フレーム
51 力センサー
70 制御部
71 駆動制御部
72 信号制御部
73 表示制御部
74 メモリ
75 制御CPU
76 モニター装置(表示部)
78 記憶部
1 Exercise training device 2 Device body 3 Operation unit 11 Outer frame 20 Actuator mechanism 21 1st actuator unit 22 2nd actuator unit 23 1st guide unit 24 1st drive unit 25 1st guide frame 30 1st drive motor 33 2nd guide Unit 34 2nd drive unit 35 2nd guide frame 38 2nd drive motor 41 Movable frame 51 Force sensor 70 Control unit 71 Drive control unit 72 Signal control unit 73 Display control unit 74 Memory 75 Control CPU
76 Monitor device (display unit)
78 Memory

Claims (3)

人の運動機能の向上を図るための運動訓練装置であって、
装置フレームと、
前記装置フレーム内の位置を移動可能な操作部と、
前記操作部を移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記操作部が使用者の上肢又は下肢から受ける力検知するための力センサーと、
前記操作部の移動軌跡と、前記移動軌跡の各位置における前記力センサーが検出した前記操作部が受ける力の方向と強さと、の変遷を同一画面に視覚的に表示する表示部と、
を備えることを特徴とする運動訓練装置。
It is an exercise training device for improving human motor function.
With the device frame,
An operation unit that can move the position in the device frame,
The drive unit that moves the operation unit and
A control unit that controls the drive unit and
A force sensor for detecting the force received by the operation unit from the upper limbs or lower limbs of the user, and
A display unit that visually displays the transition between the movement locus of the operation unit and the direction and strength of the force received by the operation unit detected by the force sensor at each position of the movement locus on the same screen .
An exercise training device characterized by being equipped with.
前記表示部は、前記操作部の移動軌跡における所定範囲と当該範囲内の各位置における前記力センサーが検出した前記操作部が受ける力の方向と強さと、の変遷を画面に表示することを特徴とする請求項に記載の運動訓練装置。 The display unit displays on the screen the transition between a predetermined range in the movement locus of the operation unit and the direction and strength of the force received by the operation unit detected by the force sensor at each position within the range. The exercise training device according to claim 1 . 前記操作部の前記移動軌跡の各位置における前記力センサーが検出した前記操作部が受ける力の方向と強さの変遷は、前記表示部において十字の2軸座標と当該座標中心と同一の中心を持つ円形表示で構成されたレーダグラフとして表示することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の運動訓練装置。 The transition of the direction and strength of the force received by the operation unit detected by the force sensor at each position of the movement locus of the operation unit is such that the biaxial coordinates of the cross and the same center as the coordinate center are used in the display unit. The exercise training device according to claim 1 or 2 , wherein the radar graph is displayed as a radar graph having a circular display.
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