JPH02185272A - 筋力負荷提供装置 - Google Patents

筋力負荷提供装置

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JPH02185272A
JPH02185272A JP1005525A JP552589A JPH02185272A JP H02185272 A JPH02185272 A JP H02185272A JP 1005525 A JP1005525 A JP 1005525A JP 552589 A JP552589 A JP 552589A JP H02185272 A JPH02185272 A JP H02185272A
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load
torque
control
speed
muscular strength
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JP1005525A
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Iwao Fujisaki
巌 藤崎
Toshimi Soeda
添田 敏視
Kazuyoshi Machida
町田 一芳
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Senoh KK
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Senoh KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被検者に筋力負荷を提供する筋力負荷提供装
置に関するものである。
従来の技術 従来より、回転する取っ手を有し、被検者がその取っ手
にカ行運動を加えたときに筋力負荷を提供して、トレー
ニングや筋力測定等に寄与する筋力負荷提供装置が知ら
れている。
第5図は従来例の筋力負荷提供装置の構成図である。+
01は発電ブレーキとしての直流モータ、102はウオ
ームギヤや平歯車等で構成され直流モータの回転を減速
する減速機、103は減速機102で減速された回転軸
に固着され被検者に筋力負荷を提供する取っ手、104
は直流モータ101の回転速度を検出するタコジェネレ
ータ、105はタコジェネレータ104の検出した速度
信号により直流モータ101をフィードバック制御して
筋力負荷を制御する制御器である。このように従来例で
は、直流モータ101を使用しているためその制御が高
速回転での制御となり、直流モータ101と取っ手10
3の間に減速機102を介在させる必要があった。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の技術における筋力負荷提供装
置では、直流モータ101と被検者に筋力負荷を提供す
る取っ手103との間に減速機】02が介在しているた
め、被検者がトレーニングまたは筋力測定等を行うとき
に取っ手103にトルクをかけると減速機!02のバッ
クラッシュによりいわゆるガタが発生し、被検者にその
ガタに起因する障害を与えることなどが問題点となって
い1こ。例えば、被検者に対し一定速度で取っ手103
を制御して筋力負荷を与えるアイソキネティック運動負
荷においては、タコジェネレータ104より速度信号を
制御器105を通してフィードバックし直流モータI(
11を一定速度に制御しているが、そのときまず被検者
が取っ手103を一方向にカ行運動して次に瞬間的にそ
の取っ手103を今までとは反対の方向にカ行運動した
場合、ガタが生じて被検者の筋肉に対しショック負荷を
与えてしまう。ま1こ、このガタは上記のフィードバッ
ク制御において不連続な時間を生じさせ、これがトルク
のオーパーンニートの原因となっていた。
本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、被検者の筋力運動時にガタを生ずることがなく、か
つガタに起因するトルクのオーバーシュートのない筋力
負荷提供装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 上記の目的を達成するための本発明の筋力負荷提供装置
の構成は、 発電ブレーキまたはモータとして回転軸に負荷を発生す
るダイレクトドライブモータと、上記回転軸に固着され
筋力負荷を提供する取っ手と、 上記回転軸のトルクを検出するトルクセンサーおよび/
または上記回転軸の回転速度を検出する回転センサーと
、 上記検出したトルクおよび/または回転速度から上記ダ
イレクトドライブモータの回転を制御して上記筋力負荷
を制御する制御器とを備えることを特徴とする。
作用 本発明は、ダイレクトドライブモータを筋力負荷の提供
源とすることにより、低速の回転制御が可能である特性
を生かして、ガタ発生の原因を作る減速機を用いること
なく筋力負荷を提供する。
従って、モータの回転制御において、ガタによる不連続
時間かなくなるため、スムーズな高速制御が可能となり
、トクルのオーパーツニートが低減する。
実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第1図は本発明の一実施例を示す筋力負荷提供装置の構
成図である。lは発電ブレーキまたはモータとしてその
回転軸に負荷を発生するダイレクトドライブモータ(以
下DDMと略記する)、2はDDMIの回転軸に固着さ
れ被検者3がトレーニングまたは筋力測定を行う際に上
記回転軸の負荷を筋力負荷として提供する取っ手、4は
上記DDMIの回転軸のトルクを検出するトルクセンサ
ーであるロードセル、5は回転速度を検出するための回
転センサーであるロータリーエンコーダ、6はこれらの
ロードセル4で検出したトルクおよびロータリーエンコ
ーダ5で検出した回転速度からDDMIを制御して上記
筋力負荷を所定の値にフィードバック制御する制御器で
ある。DDMIは、足部7aを有する支持台7に被検者
3のカ行運動(図では取っ手2を蹴り上げる運動を示し
ている)の位置に合わせた高さに固定される。
第2図は上記制御器6の実施例を示すブロック図である
。本実施例は運動モードの1つであるアイソキネティッ
ク(一定速度)運動を行う場合の構成例を示す。61は
ロードセル4が検出したトルク信号を所定の大きさの電
圧値に変換するロードセルアンプ、62はその電圧値が
基準電圧vIに達するまではロードセルアンプの出力電
圧V。
を出力しそれを超える場合には基準電圧■1を出力する
リミッタ回路、63は基準電圧v1に対応するディジタ
ル信号を作成し出力するマイクロコンピュータ、64は
そのディジタル信号をアナログ信号である基準電圧V、
に変換しリミッタ回路62へ入力するD/A変換器であ
る。−入、65はロータリーエンコーダ5が検出しi=
DDMIの回転速度を表すパルス周波数信号を所定の電
圧信号に変換するF/V変換器であり、この電圧信号が
回転速度信号としてアンプ66の入力側にフィードバッ
クされる。アンプ66によるフィードバック制御におけ
る基準入力は前記のリミッタ回路62の出力電圧Vであ
る。67はDDMlの回転速度を制御するパワーアンプ
であり、基準人力Vに対しF/V変換器65の回転速度
信号の偏差が増幅されたアンプ66の出力電圧を増幅し
て上記DDMIの制御を行う。
以上のように構成した実施例の作用を述べる。
第3図は上記実施例におて被検者3がカ行運動を行った
ときのDDMIの回転速度の時間変化を示し1こグラフ
、第4図はその時リミッタ回路62がらアンプ66の入
力側へ出力されるフィードバックループの基準人力Vの
時間変化を示したグラフである。本実施例の筋力負荷提
供装置により、被検者3が足または手等で取っ手2に対
し筋力運動を行うと、第3図に示すようにDDMIの回
転速度Vが変化する。まず、スタート当初において、速
度Vは0より上昇した後一定速度v1となり、この状態
を維持し続けるようにDDMIが制御され筋力運動を行
い続けろれ、やがて関節の可動範囲が終わりの範囲にな
って来ると、減速して速度VはOとなり筋力運動が停止
される。以下、上述の状態を第3図のブロック図を参照
して説明する。
最初、取っ手2に手足等で筋力運動を行い始めると、D
DMlの回転軸が回り始め、この回転軸と同回転するロ
ータリーエンコーダ5も回転してその出力によりパルス
周波数信号が出力される。これをF/V変換器65を通
すことによりDDMIの回転速度Vに対応したパルス周
波数信号が電圧信号に変換される。この電圧信号はアン
プ66の入力側でリミッタ回路からの基準人力Vと突き
合わされ、速度フィードバックループが形成される。
もう一方のロードセルアンプ61のDDMIのトルクに
対応する出力電圧■、は、取っ手2が回され始めるスタ
ート時点の頃は余り大きくないが、回転速度Vが一定速
度v1になると急に大きくなる。このとき、マイクロコ
ンピュータ63でコントロールされるD/A変換器64
の出力電圧v1は、目的とする一定速度V、に対応する
基準電圧■、を発生している。従って、速度Vの0から
v。
までの速度上昇中は、ロードセルアンプ61の出力電圧
V、がD/A変換器64の出力電圧vIより小さく、■
、は■1をリミッタ電圧としてこのリミッタ回路を通過
しこの電圧V、がF/V変換器65の出力とアンプ66
の入力側で突き合わされ、やがて一定速度v1付近での
トルク上昇に伴いこの速度フィードバックループのアン
プ66の基準入力が上昇したと等価となる。やがて、ロ
ードセルアンプ61の出力電圧■、がD/A変換器64
の出力電圧VIを越えようとすると、リミッタ回路62
が動作する形で、今度はD/A変換器64の出力電圧V
、のみが速度フィードバックループに加えられることに
なり、結果的にロードセルアンプ61のループは切られ
る事になり、D/A変換器64出力は一定速度v、に対
応した出力電圧■、を出しているからD D M 1は
一定速運動となる。よってリミッタ回路62の出力電圧
Vは第3図と定性的に同じとなり、第4図のようになる
従って、関節角度の限界により筋力運動を停止する方向
になって来ると、ロードセルアンプ61の出力電圧■、
がD/A変換器64の出力電圧V、より下がり始め、速
度フィードバックループは再びロードセルアンプ61の
出力電圧V、の方がアンプ66の基準入力となり、筋力
運動を止めるとロードセル4からの出力が0に向かいロ
ードセルアンプ61の出力も0となりDDMIの回転も
止まって、速度フィードバックループは0回転で制御状
態となる。
DDMIの特性として低速での回転制御が容易であるこ
とがあげられる。従って、本実施例は被検者の筋力運動
に追随し得る回転速度で直接回転制御が可能である。そ
の結果、本実施例は、減速機を用いることなく被検者3
に筋力負荷を提供することができ、従来減速機を用いて
いるためにそのバックラッシュで発生していたガタがな
くなり、スタート時あるいは筋力運動の方向反転時にお
いてガタによるショック負荷を与えることがなくなる。
また、そのときのガタによる不連続時間がないためスム
ーズな高速制御が可能になり、トルクのオーバーシュー
トは低減する。
なお、上記実施例では一定速運動を行う場合を例とした
が、段階的あるいは無段階的な可変速運動の場合にも適
用可能であることは当然である。
また、その場合検出したトルク信号または検出した回転
速度信号のいずれか一方のみで簡略な制御を行うことも
可能である。このように、本発明はその主旨に沿って種
々に応用され、種々の実施態様を取り得るものである。
発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明の筋力負荷提供装
置によれば、モータと取っ手の間に減速機か介在しない
ので、ガタがなく剛性がきわめて高くなってフィードバ
ック時間の高速化が計れる。
このため、トルクのオーバーシュートが低減できるとと
もに、取っ手の一定速度等の速度制御やトルク制御をき
め細かに高速に制御することができる。さらに、減速機
が不要となるため、機構が単純になり、装置の信頼性を
向上できるなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は上記
実施例の制御器のブロック図、第3図はモータの回転速
度の変化を示す図、第4図はフィードバックループの基
準入力の変化を示す図、第5図は従来例の構成図である
。 1・・・ダイレクトドライブモータ、2・・・取っ手、
4・・ロードセル、5・・ロータリエンコーダ、6・制
御器。 外1名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)発電ブレーキまたはモータとして回転軸に負荷を
    発生するダイレクトドライブモータと、上記回転軸に固
    着され筋力負荷を提供する取っ手と、 上記回転軸のトルクを検出するトルクセンサーおよび/
    または上記回転軸の回転速度を検出する回転センサーと
    、 上記検出したトルクおよび/または回転速度から上記ダ
    イレクトドライブモータの回転を制御して上記筋力負荷
    を制御する制御器とを備えることを特徴とする筋力負荷
    提供装置。
JP1005525A 1989-01-12 1989-01-12 筋力負荷提供装置 Expired - Lifetime JPH0741083B2 (ja)

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JPH02185272A true JPH02185272A (ja) 1990-07-19
JPH0741083B2 JPH0741083B2 (ja) 1995-05-10

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