JPH02500885A - 多機能身体訓練装置及び該装置の制御方法 - Google Patents

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】 多機能身体訓練装置及び該装置の制御方法く技術分野〉 本発明は与えられた動きの反作用力を使用者に供給する身体訓練装置に関するも のであり、特にガンマ神経ループの刺激を与えたり与えなかったりしながら、一 定の負荷の下や均等緊張状態の負荷の下で行われるアイソメトリック運動や指揮 訓練や介添え訓練を行うための多機能を有する装置に関する。また、本発明はそ のような装置を制御する方法に関する。

本装置は病院、病後や事故後の筋肉のリハビリテーションを行う筋力回復センタ 、スポーツクラブ、フィットネスクラブ或いは筋力トレーニングや体力維持を図 る個人が有効に使用することが可能である。

〈背景技術〉 リハビリテーションとは、本質的には次の段階を含んでいる。即ち、しばしば膏 薬を張られた状態であるが、関節を脱力してかつ静止状態に保つこと、関節を一 番初めに動かす運動としては、患者の筋肉を使わずに手足を動かすこと０次に積 極的な運動としては、患者が筋肉を動かそうと努力することを介助してやること 、そして、最終的な筋肉補強段階としては、患者が自分の筋肉で抗力に対抗して 手足を動かすことである。該最終段階において筋肉の発達状態を分析すると、即 ち、一つまたはいくつかの特定の筋肉だけを使うので、一般的な筋肉の発達状態 とは異なった発達が見られる。

体力フィットネスセンタで訓練されている筋肉の発達は、人々が日常生活におい ては殆ど行わない運動、例えば腹部の筋肉を鍛練するような運動を本質的に含ん で構成されている。対照的に、−Ｍ的な健康目的のトレーニングは別として、ス ポーツトレーニング用の筋肉の発達は、例えばテニス選手が脚の筋肉を発達させ るように、特別のスポーツに適応するように特定の筋肉を発達させることを目的 としている。

アイソメトリック運動による筋肉（手足を動かすことが出来ない萎縮した筋肉） の発達、個人の訓練努力に応じて、ケーブルとプーリーとを用いたシステムによ って、早かったり遅かったりするテンポで重りを垂直に移動する一定の負荷の下 での筋肉の発達、機械によって一定値でセットされた運動スピードによる運動衛 生学的な筋肉の発達、および当該筋肉が均等緊張状態を維持するような、反作用 力と運動スピードを生み出す多少複雑な装置を要求する均等緊張の筋肉の発達と の間には通常差異がある。腕が体のほうに向かって移動するときは筋肉の動きは 同心的な動きとして示され、逆に腕が体から離れていくときは偏心的な動きとし て描かれている。

腕は２種類の筋肉を有していることを念頭に置く必要がある。即ち、１つは競技 用の筋肉で他は反競技用のものであり、例えば腕の二頭筋と三頭筋がそうであり 、レノモー上に腕が置かれた場合、置かれた腕について４つの別個の筋肉の効果 を定義することは可能である０例えば前腕については、同心的な運動と共にレバ ーを引くために二頭筋を短縮させ、レバーを制止するために二頭筋を偏心的な動 きで働かせ、偏心的な動きでレバーを動かすためには三頭筋によって押付は力を 及ぼし、同心的な動きに対しては三頭筋によってレバーを保持する。

以上から明らかなように、複数の可能な手順と同様に多数の種類の筋肉の訓練が あり、多数の種類の訓練装置に有効に用いることにより、病院やスポーツクラブ における投資削減を可能にすることが理解できる。

運動の計測および明確な手段での結果表示と同様に、エレクトロニクス、特に電 気、油圧、Ｉｌ械的モータの制御の発展により、装置ることが可能となった。

故に、ＷＯ３６０５４０４号公報によれば、使用者が筋力を鍛えるためのレバー を含んで構成される装置について述べられている。

そのレバーの回転運動は、レバーに働く力がレバーの端部に設けられた力検出器 によって測定される予め設定された値を越えている限り、速度が初期の値で一定 となるように電子制御された電気モータによって制御されている。しかし、この 装置は、単に運動衛生学的なものであり、使用者が訓練によって発達させた力を 連結させた外部装置により記憶することを可能にするだけである。

米国特許明細書３，８４８．４６７号に述べられている装置は永久磁石を有した 電気サーボモータに軸で順番に連結されているドラムを２本のケーブルで連結し たバーを含んで構成されている。このサーボモータは、ブレーキをかける要素と して、また駆動要素として交互に作用する。これにより、各ストロークの端部に おいて、移動方向の自動反転による加速減速を伴う一定スピードの同心的また偏 心的な運動が可能となる。運動の振幅、スピード及び各ストロークの端部におけ る加速度は各使用者の能力に応じて訓練の前にセットされる。電子的手段は、該 訓練量を数字で表示することができるので、それによって使用者は次に行うべき 訓練を使用者自身の目標として設定することが可能である。しかし、この装置は 運動衛生学的な筋肉の発達にのみ限られるものである。

ＷＯ３６００２４公報には先の装置の改良されたものが述べられている。即ち、 ケーブルが巻かれたドラムが油圧変速機を介してモータと連結されており、該油 圧変速機はモータの回転速度に依存してドラムに対してトルクを供給するように なっている。そして、マイクロプロセッサは、変位検出器または速度検出器によ って検出されるケーブルの瞬間的な変位を関数として、または、使用者がケーブ ルを引っ張ったり制止したりするのに発揮する筋力が、アイソメトリック運動か 、運動衛生学的な運動か均等緊張的な運動かによってマイクロコンピュータから 命令されるプログラムを関数として、繰り返しや訓練の数に従って高くなる値で 電気モータの速度を制御している。しかし、慣性力が大変大きいこの油圧変速機 は別としても、ある定められた点において、純粋に均等緊張な運動を行った直後 に、純粋に運動衛生学的な運動を行うような複雑な手順を遂行することは困難な ことである。

ＦＲ２，４９４，００８号公報に述べられている他のタイプの装置は、バルブに よって操作される油圧ジヤツキによって制御Ｍされるレバーを含んで構成される 。バルブの動きはマイクロコンピュータからの指示に従ってステップモータによ って制御される。マイクロコンピュータはジヤツキに設置された油圧センサによ ってレバーに懸けられる力と同様にレバーの端部に設置された検出器によって計 測されるレバーの角度位置を、訓練の種類毎に予め記憶された値で比較する。し かし、圧力測定中に引き起こされる測定誤差及びこの圧力をマイクロコンピュー タの中に入力されている計算式による圧力値に変換する際に起きる誤差のために 、更に油圧ジヤツキのバルブを制御するためにステップモータを使用しているた めに、この装置は、強い反作用力を伴った動きの他の動きをするには充分に機能 的かつ精密とはいえない。

更に、医学的理論として、既に知られているアルファ及びベータ神経支配と補足 的な関係のガンマ神経支配の概念が紹介されている。

アルファ神経支配は競技的な筋肉を収縮して動かすが、ベータ神経支配は反競技 的な筋肉を弛緩させるように動かす、そして、ガンマ神経支配は運動が行われる 際の速度と正確さと基本的に合わせるために働いている。そして、現在の訓練装 置においては、訓練の実施中にこのガンマ神経支配を特に刺激することができる 装置は知られていない。

〈発明の開示） 本発明の目的は、訓練要素によって連続的に到達する各点と移動速度及び又は作 用力値を伴う既に決められている手順による身体訓練装置を機能させる際に、ガ ンマ神経支配ループの刺激が患者またはスポーツマンであるところの使用者の該 訓練運動を顕著に改善できる制御方法にある。更に、該制御方法は、指揮運動、 介添運動或いはストレッチ運動のような慎重な運動を可能にするものでなければ ならない。

上記の過程を実行する装置としては、特に急激で、ダイナミックで正確な動きで 使用者の要請に対応できるものでなければならない。

この装置はまた筋肉のリハビリテーションを図る医学環境や、筋力強化を図るス ポーツトレーニングセンタで使えるような多機能なものでなければならない。

第１実施例によれば、使用者によって動かし得る訓練要素を包む装置、使用者に よって及ぼされる力に対抗して反作用力をそこへ供給することにより訓練要素の 動きを制御する駆動装置と、予め決められている手順によって駆動装置を駆動す る制御装置を制御する本発明による方法は、即ち、力の増大によって初期の予め 決定された手順による訓練要素の変位中に、使用者によって及ぼされる力と反。

対の方向に０．１＠から５°の間で訓練要素の２．激な戻りが発生し、そして初 期の変位の手順による該訓練要素を変位し続けることからなるサイクルで構成さ れることを特徴とする。

第２実施例によれば、本制御方法は、力の減少によって初期の予め決定された手 順による訓練要素の変位中に使用者によって及ぼされる力に沿った方向に０．１ °から５°の間で訓練要素の急激な進行が発生し、力の増大によって、使用者に よって及ぼされる力と反対の方向に０．１°から５°の間で訓練要素のゑ、激な 戻りが発生し、そして初期の変位の手順により該訓練要素を変位し続けることか らなるサイクルで構成される。

前記サイクルは、訓練要素を変位させる全手順の間、または個々に一つのまたは 複数の手順の間、有効に複数回繰り返される。前記サイクルは１から１００ヘル ツの間の周波数で繰り返されるのが好ましい。

本発明の１つの実施例によれば、当該身体訓練装置はシャーシの上で回転するよ うに設けられた一端と、使用者によって動かされる他端を有する訓練環と、使用 者によって供給された力に対して反作用力を該訓練環に供給することにより前記 訓練環の動きを制御すると共に油圧流体の流量を張設する油圧バルブによって操 作される油圧ジヤツキと、比較機能として予め設定された手順に従って前記ジヤ ツキのパイロットバルブを制御する電気的計算手段と、を含んで構成される。該 電気的計算手段は、検出器によって読み取られる外訓練棒の各時間又は各位置で 、一方では該訓練環の瞬間的なスビー・ドや力検出器によって検出される該訓練 環に効果的に及ぼす力と、他方では、データ記憶装置の中に既に記憶されている 最適な数値との間に、前記ジヤツキのパイロットバルブを制御するような電気的 制御手段である。そして、この装置はジヤツキを操作しているバルブが以下の３ つの部分を構成するサーボバルブであることを特徴としている。

フレキシブルチューブによって当該サーボバルブ゛のケースとしっかりと固定さ れた誘導ピースを作動する誘導子と、該誘導子から下方へ伸びているチューブと 同軸のパイロットレバーを有する制御装置。

外部の溝と連絡している油圧通路に位置するピストン部。

ピストンの両側と、２つの相対しているオリフィスによって通じているチャンバ にその側面が連通している油圧の圧力下で油圧流体が流れる２つのダクトと、前 記２つのオリフィスの間でチャンバ内に伸びたパイロットレバーの先端と、を有 する油圧増幅器。

力検出器は該訓練棒上の使用者によって変位される端部に設置されて、使用者に よって同心的または偏心的な動きで及ぼされる力を測定できることが好ましい。

通常、サーボバルブの制御信号は与えられた命令の関数として、正の部分の波の 振幅が調節されて、一定周期の交流方形波が有効である。

１つの実施例として、上記の装置を制御する方法は、使用者によって該訓練環に 及ぼされる力が０．１〜５０ｄａ　Ｎの間であって、各位置で予め記憶された力 の値よりも小さい場合は、該訓練環はその連続した各位置で動き続ける方法であ る。

他の有利な実施例としては、上記の装置を制御する方法は、使用者によって該訓 練環に及ぼされる力が、０と当該使用者が該訓練環を動かした時に使用した腕の 重量の検出器による結果の間で予め記憶された値より小さい時は、該訓練環は動 き続ける方法である。

他の実施例を述べると、該装置の制御方法は該使用者によって該〈図面の簡単な 説明〉 本発明は、制限の無い例によって示される脚の筋肉を訓練するための装置の実施 例および図面に示すことでより理解されうるであろう。

第１図は、脚の筋肉を訓練するための実施例の斜視図である。

第２図は、該装置の運動原理を示す作用図である。

第３図は、電子制御を示すブロック図である。

第４図は、電子的手段によって制御される油圧ユニットの構成図であり、第１図 における油圧ジヤツキの操作を示す構成図である。

第５図は該訓練装置の論理制御手段を示すフローチャートである。

〈発明を実施するための最良の形態〉 第１図によれば、訓練装置のシャーシは水平方向に調節可能なシー）５０、斜め に調節可能なシートバック５５、使用者が把持できる２本の横ハンドル５６およ び前方に延びる金属製の脚部を含んで構成されている。

該金属製の脚部は、僅かに上方に伸びて、その端部にレバー１００が軸１４０の 周りに回動可能に据え付けられている斜めの固定されたバー７０よりなっている 。前記レバー１００は、バー７０の下方にこれと平行に設けられたジヤツキ１２ ０によって動かされる。使用者は脚をレバー１００の端部に設けられた２つの７ ７トホルダ１６０にのせる。

使用者は、上記ｍ節可能なシート５０を用いて、自己の膝関節が機械的軸１４０ と一致するように調節する。

キーボード３２０とディスプレイ３１０は、垂直で且つ横にのびたアームに設け られており、すなわち生み出された成果を使用者が視認したり、該装置の質問に 応答したりして、使用者が該装置と常に相互に関わりあえるようにしている。

第２図に見られるように、ジヤツキ１２０は、レバー１００を回動させるための ロフト１１０に接続される内部ピストン１３０を含んで構成されている。油圧流 体が配管ＡまたはＢを通って供給されると、該ピストンはレバー１００を夫々同 心的または偏心的な動きで駆動する。

油圧配管ＡまたはＢは第４図に示すように油圧ユニットに対してサーボバルブを 通して接続されている。

レバー１００の変位角度は、単純なエンドレス式ポテンシッメータか、目盛り盤 の前面に充電式測定セルを含んで構成されるより複雑であるがより正確なシステ ムの何れかを選択してコーグ１５０により読み取られる。レバーの変位角度を表 す信号は、ラインＯに与えられる。このレバーの最大変位角度は１３５°で、電 子的手段のプログラム中には一般的に約１００＠に制限される。

できれば小さい寸法の力検出器は、フットホルダ１６０の上部及び下部の両方に 取付けられる。これによって、該装置に及ぼされた同心的また偏心的力の両方を 測定することができる。この力を表す信号はラインＦに与えられるラインＯとラ インＦは第３図に示すように電子的制御手段に接続されている。

該電子的制御手段はコンピユータ化されており、マイクロプロセッサ２００．補 助機能４００．及びマイクロコンピュータ３００とを含んで構成されている。

マイクロプロセッサは、記録器とメモリコントロール２５０を介してメモリ２６ ０とに接続した論理ブロックを含むプロセッサ２４０と、時計機能装置２８５と 、マルチプレクサ２１０に直列連結して力に関する信号Ｆと変位に関する信号０ の値を受ける／Ｄ変換器２２０とパルス幅によって周波数が変換される出力イン ターフェース２９０と、そして更には、パルスジェネレータ２７０　と接続し、 Ｒ５−２３２−Ｃコードを介してインターフェイス３４６を備えたマイクロコン ピュータ３００と接続しているインターフェイス２８０を含んで構成され、これ ら夫々はパスライン２３０に接続される。

使用者は、前述のディスプレイ３１０とキーボード３２０．とを用いてマイクロ コンピュータ３００と会話することができる。

第５図を参照して述べる身体訓練装置の論理回路は、先ず、マイクロコンピュー タ３００によりセットアツプされ、中央制御ブロック２４０及びメモリコントロ ール２５０と接続する主ライン２３０のＲ３−２３２−Ｃを介してメモリ２６０ に供給される。この論理は筋力回復機能が与えられることを特徴としており、脚 訓練装置、腕訓練装置或いは体の他の部分の訓練装置のいずれにも利用できる。

本装置を使用する上での第一段階は、異なった訓練パラメータをセットアツプさ せることである。これは本質的に標準訓練に対応するパラメータを記憶するマイ クロコンピュータ３００を必要とする。

できれば、使用者が選択することにより、例えばこの使用者の身体能力に関する 初期記録を行っている間に、マイクロコンピュータがマイクロプロセッサ２００ に質問する。この第一段階の間に、マイクロコンピュータは、使用者が種々の選 択を行うことに対応して、例えば前記レバーの角度位置、運動持続時間、運動の 繰り返しの関数として本装置に生起される反力値を示すテーブルのような種々の パラメータをセットする。マイクロコンピュータは又例えばアイソメトリックな 部分の運動を行い、その後に続く均等緊張な部分を制御された運動で終了するよ うな複雑な訓練手順の設定を行う、この第一段階の終わりにおいては、これら各 パラメータがメモリ２６０の部分に移行され、訓練に関連する残りの操作制御が マイクロプロセッサ２００に移行される。

既に記憶されたプログラムのステップの実行速度はとにかく、マイクロプロセッ サはラインＦと０から受ける力と変位とに関するデータと、油圧ジヤツキを制御 している信号Ｓを出力している記憶されたパラメータとをほぼ瞬時に比較するこ とができる０時計機能装置２８５は常に中央制御回路２４０が依然として正常で あるか否かを確認しており、異常の場合は、マイクロプロセッサのプログラムを 初期化する。この安全装置は電源等が切れるブレークダウン時において該装置が 暴走することを防止する上で必要なことである。サーボバルブを選択することに よって、第４図に示すように、制御信号Ｓは、送られてくる呼び出しの関数とし て変調された正相の波長を有すると共に一定の周波数の交流の方形波の形をとる 。

サーボバルブの特徴に従って、信号Ｓを該サーボバルブを制御するための信号と して用いることも可能であり、インピーダンス順応カード４００を用いることが 必要である。ここで、該インピーダンス順応カード４００は、相互のコレクタが 対称的に共通に接続されている２個の相補トランジス°り４２０と４３０と接続 されている演算増幅器４１０を含んで構成されており、さらに信号Ｓを信号Ｓに 増幅する。

第４図は第２図のジヤツキ１２０に油圧流体を供給する油圧ユニットを示してい る。該ユニットは、通常は油であるが、油圧流体６０１を溜めるタンク６００と 、配管Ｅを通じてサーボバルブ６０５に核油を供給するポンプ６０２と、を含ん で構成されており、該サーボバルブ６０５には、配管Ａまたは配管Ｂの何れかへ 、高い圧力で油圧流体を分配ピストン６５０の位置に従って供給している。他の 配管を通って戻って（る流体は、前記ピストン６５０によって戻り配管Ｒに送ら れる。配線Ｓに対しては、第３図を参照して述べた電子的な演算手段によって、 制御信号が入力される。

この配線Ｓは誘導子６１０に接続されている。サーボバルブ６０５では誘導ピー ス６２０がフレキシブルチューブ６１５によって誘導子６１０の中央部に位置さ せられている。そしてその下部は該フレキシブルチューブ６１５と同軸のパイロ ットレバー６３０によって前記誘導ピース６２０で構成されている。このパイロ ットレバー６３０はピストン６５０の内部まで伸びており、該ピストンの内部に 組み込まれたチャントロ５３と６５５によって、ピストンの各側面と接続してい る。ピストン６５０の表面には２本の深い連絡溝６５８及び６５９が切られてい る。

第４図に示したピストン６５０は、配管Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｒの何れとも接続されてい ない中間位置にある。

前述したサーボバルブは次のように操作される。即ち、誘導ピース６２０の位置 は、フレキシブルチューブ６１５によって支えられる誘導ピース６２０が該誘導 子６１０の中央位置に正確に位置するように調整ネジ６４０及びスプリング６４ ２によって調整される。故に、このと位置に位置するようになっている。所定の 圧力の流体は、フィルタ６５６を通過し、ピストン６５０の各側面に隣接するバ ルブケーシングの中に設けられたダクトを通って配管已に流入する。流体は、オ リフィス６５２と６５４によってチャンバー内部に導かれるダクト６５３と６５ ５内を流れ続け、配管Ｒを通ってサーボバルブから出ていく、ピストン６５０内 に凹所を設けたから左側の変換ダクト６５３は右側の変換ダクト６５５と同じ長 さになる。コントロールレバー６３０が第１７　フイス６５２と６５４との中間 位置にある間は、流体が該ピストンの各側面に及ぼす圧力は全く同じで、該ピス トンは静止状態を保ち、配管Ａ及び配管Ｂは閉の状態を保ち、ジヤツキのピスト ン１３０は動かない。

誘導子６１０は信号Ｓが正の時に右側に移動し、信号Ｓが負の場合に反対に移動 する。最初は、交流方形信号Ｓを構成している２つの正負の波形は全く同じ振幅 を有している。それ故に、誘導ピース６２０は略中央位置で振動することになる 。

、信号Ｓが正波の間は、誘導子６１０は誘導ピース６２０を右側の方に移動させ る。その結果として、コントロールレバー６３０は左側ノ方へ移動し、オリフィ ス６５２を閉じる。ダクト６５５内及びピストンの右側における油圧は僅かに増 加し、ピストンは該コントロールレバー６３０が２つのオリフィスの中間の位置 に再び戻るまで、左側の方に動き始める０反対に、信号Ｓが負波の間は、誘導子 ６１０は誘導ピース６２０を左側の方に移動させる。その結果として、ピストン ６５０を右側に移動させる。

故に、誘導ピース６２０の振動もピストン６５０の振動と同等となり、該振動は 、ピストンとシリンダとの間で発生するｇＷ力の常時不利な静的成分を、打ち消 すこととなる。

もしも信号Ｓの正波の振幅が負波に比較して大きい場合は、誘導ピースは振動し 続けて、更に該ピースの位置は右側にオフセットされる。このように、ピストン は該ピストンが左側にオフセットされる位置で振動し、接続溝６５９が配管Ｅと 配管Ｂとを連絡し、連絡溝６５８は配管Ａと配管Ｒとを連絡し、ジヤツキのピス トン１３０は前方へ動くことになる０反対に、信号Ｓの正波の振幅が減少した場 合は、誘導ピース６２０はピストンを右側にオフセットさせる位置で振動し、そ れによって、配管Ｂと戻り配管Ｒとを連絡させると共に配管Ｅと配管Ａとを連絡 させる。そして、油圧ジヤツキのロッド１１０が前記と反対に動かされる。

言い換えると、サーボバルブ６０５は基本的に３つの部分より構成されている。

即ち、制御装置、油圧増幅器及び分配ピストン６５０である。制御装置は、フレ キシブルチューブ６１５によりサーボバルブ６０５のケーシングとしっかりと固 定した誘導ピース６２０を作動する誘導子６１０と、該誘導子から前記フレキシ ブルチューブ６１５と同軸的に配設されて下方に向かって伸びるパイロットレバ ー６３０と、を含んで構成されている。この制御装置は、連続的な電気信号を前 記パイ、ロフトレバーを回動する信号に変換している。油圧増幅器は、ピストン ６５０の両側部位と、該両側部位をピストンの内部チャンバに連通し、該チャン バ内に導かれるダクト６５３及び６５５と、前記オリフィス６５２と６５４の間 で前記内部チャンバの中に伸びていく該パイロットレバー６３０の端部と、を含 んで構成されている６分配ピストン６５０は、オリフィス６５２と６５４とに関 連して、前記パイロットレバー６３０の端部の位置の関数として該分配ピストン の両側に発生する油圧によって動かし、溝６５８及び６５９を通して油圧配管Ｅ とＲと、油圧配管ＡとＢとを連結する。

このように、このサーボバルブは低い出力（約１．５ワツト）の電気信号を高い 出力の油圧の出力信号に変換することがわかる。そして、大変有効な動的性能（ 応答時間遅れは６ｓｓ以下である）によって、このバルブは大変早いサイクルも 効率的に制御することができる。更に、誘導的な入力信号の正波の振幅の変化と バルブの開度との間は調和のとれた関係が成立するため、ジヤツキに供給される 油圧流体の流れは、該ジヤツキのロッド１１０、さらにはレバー１００の運動速 度を制御することが可能となる。

サーボバルブのこれらの特育の性能を、好ましくは、フットホルダ１６０に取り 付けられた高精度の力検出器と組合わせることによってのみ、訓練装置は使用者 の行動に対しながら、正確で素早い動きをすることができる。

該装置が機能する方法について、第５図のフローチャートを参照しつつ、説明す る。一般的に、装置のマイクロコンピュータの論理回路によって命令される種々 の補助機能の中から選択される第一段階と、マイクロコンピュータの制御の下に 主として実行される第二段階とを含んで構成される。

シートに腰を掛けたら、使用者は、マイクロコンピュータ内をの補助プログラム の初期化を実行させて、油圧ユニット及び電気及び論理装置を初期化する。マイ クロコンピュータ内の記憶プログラム制御では、この装置は同心的運動または偏 心的運動についてのブロック１０に相当する最初の選択を提示する。更に、０′ から１３５＠の間の出発角度ＸとＸから１３５″の間の最終角度Ｙとを設定して 、運動の大きさを決定することがめられる。そして、ブロック２０で各応答の確 認が行われる。

ガンマ神経ループに刺激を与えるか否かについての選択を使用者に提案する０選 択する場合は、使用者は更に刺激の種類及び所望の刺激が実行される間のレバー の配設位置を決定する必要がある（ブロック２６）、この選択によって、供給さ れるべき力を、一連の短期のパルスと適宜な振幅をレバーの運動関数として決定 される曲線に重ねることになる。

パルスの第１の型としてと、レバーに対し、初期運動方向とは反対側の方向にレ バーに約０．３＠の規制された振幅運動を続けさせることである。

パルスの第２の型としては、腕の運動中、付与された力の方向に対し約１°のズ レで沿った、筋肉を緩めるような腕の急激な前方向運動をやらせ、直ぐに、該付 与力に関して０．５１のズレで腕の急激な後方向運動によって筋肉を若干収縮さ せ、最後に通常の運動曲線に戻す。

これらのパルスは個々に、あるいは好ましくは１０から１００ヘルツの間の周波 数で繰り返される。

本装置は、ブロック図のブロック３１からブロック３８に相当するところの異な った訓練メニューを提示する。使用者は、メニューに対応する番号、即ちアイソ メトリック運動３１．指揮訓練運動３２．介添え訓練運動３３．ストレッチ運動 ３４．ウオームアツプ３５（一定負荷の下での訓練に相当）、ダイナミックエク ササイズ３６．及びブロック３７及びそれ以降で予め設定された運動の組合わせ から選択して応答する。

アイソメトリック運動を選択した場合は、使用者は停止時間の長さを、３から２ ０秒間の範囲で選ぶ（ブロック５１）と共に、アイソメトリック収縮を行うため の異なった機関停止位置の中から１つを決定する（ブロック４１）、これらの選 択が確認されると、マイクロプロセッサに装置制御が引き継がれ、レバー１１０ は使用者がこのレバーに力を及ぼす最初の練習位置まで動かされる（ブロック６ １）、この運動結果は、フットホルダ１６０に配設された力検出器によりて測定 され、ディスプレイ３１０に映し出される（ブロック７１）、その後、他の位置 が選択されたか否かを確認しくブロック８１）、選択された場合（選択１）は、 レバーを第二の位置に移動し、その位置における使用者の運動力の測定を行う、 全ての位置で運動が行われたら、は、レバーを動かすことが可能な最大力Ｆ０を 設定することになる（ブロック４２）、マイクロコンピュータが制御を引き継ぎ 、このレバーは初期位置Ｘから移動し始める（ブロック５２）、各構成ユニット を効果的に移動させるために、本装置は該ユニットが停止した時（選択１）に、 選択されたブロックに達したか否かを測定する（質問６２）か、さもなければ、 脚によって力検出器に及ぼされた力Ｆを測定する（ブロック７２）、この方Ｆが 所定の最小力Ｆ、を超える場合、即ち、脚が痛くなる場合はこの運動は即座に停 止される（選択ｂ）、一方では、その位置で停止させて変位を継続させることも ある（選択ａ）、この手順が行われてい（ことによって、本装置は使用者が脚が 痛いことを合図しない限り、前記変位の位置に脚を誘導し続けることは明らかで ある。

使用者が介添え訓練運動（ブロック３３）を選択した場合は、先ず本装置は力検 出器によって使用者の脚の重量を検知測定し、次に使用者あるいは介添え管理者 に、Ｏから測定された脚の重量までの間の基準力Ｆ、を登録させる（ブロック５ ３）０本装置は、レバーの各移動角度により力検出器によって検出された該脚の 重量測定結果に従って、前記レバーを緩い速度で移動させることができるように プログラムされている（ブロック４３）、また、角度の変位を関数として基準力 Ｆ、の大きさを決定している第二の関数曲線が登録されている（ブロック５３） 。

装置ｔの制御はマイクロコンピュータに引き継がれ、使用者は自分の脚を自刃で 運動させるように要求される。瞬発力Ｆの測定が行われ（ブロック６３）、瞬発 力Ｆが基準力Ｆ、より小さい場合即ち、助力無しに使用者がレバー上に及ぼして いる脚の重量を減らすか、または脚を動かしてレバーに掛かる力を消すことがで きるというような選択ｅを選択した場合は、該レバーは脚に伴って動く（ブロッ ク８３）０脚を動かそうとしても十分に前記力を削減できなかった場合、即ち検 出器で検出された力Ｆが基準力Ｆ０より大きい時は、前記レバーは待機位置で休 止したままの状態を保つ（選択Ｃ）、最後に使用者が前述した訓練を断念して、 脚をレバー上に載せたままの時は、検出された力Ｆは該使用者の脚の重量の測定 値と同等の大きさとなり、訓練は自動的に指揮訓練運動に変更される（選択ｄ） 。

実際には０である基準力Ｆ、の選択は、助力無しで使用者が脚を動かそうとする 意志に対応している。これに反し、脚の重量に近−値にある基準力Ｆ０の選択は 、少し努力をすることによりできるだけ早（指揮訓練運動に入ろうとする使用者 の意志と一致している。

即ち、この訓練に伴って、ガンマ神経刺激に良い結果がもたらされるのである。

ストレッチ運動は、関節の振幅の限界位置に向かって脚を動かし、苦痛点を超え て脚を動かすことからなっている。但し、所定の苦痛域は超えることは無い、こ の選択３４の開始時には、該ストレ・ンチ運動中に装置が超えてはいけない基準 力Ｆ０が使用者あるいはリノ＼ビリチージョン管理者によって選択される。更に 、ストレンチ運動時間りがこの装置に登録される（ブロック４４）。

該装置の制御はマイクロコンピュータに引き継がれ、し／＜−１１０は、最高位 置Ｙに向かって動き始め、この運動中に検出器に通用する力Ｆが測定される（ブ ロック５４）、二〇力Ｆが予め設定された力Ｆ０より小さい場合（選択ｆ）には 、レバーは最高位置への動きをそのまま続行する。また、該レバーが苦痛発生点 に到達、または通過しない限り、即ち力Ｆが基準力Ｆ０より小さいままの場合は 、このサイクルが繰返される。

苦痛が最大値に達した時、通常使用者は少なくとも力Ｆ、と同じ力Ｆを前記レバ ーに及ぼしている（選択ｇ）、それから、本装置はレバーの動きを停止させ（ブ ロック７４）、予め設定しである時間り該レバーをその位置に滞留させ（ブロッ ク８４）、その後、ストレッチングを解除するために後方に移動させる（ブロッ ク９４）、もしも何らかの理由で、該レバーの移動中に使用者が脚の筋肉を収縮 させ、そのために、Ｆｏより大きな力Ｆがセンサに作用した場合（選択ｈ）は、 該レバーは停止して自動的に元に戻る（ブロック９４）、この段階になった時点 で、新しい訓練の選択がなされる（ブロック１０４）。

選択３５は、一定負荷における訓練に相当し、より複雑な訓練を実施する前の筋 肉のウオーミングアツプにしばしば利用される０反力Ｆｅ　（ブロック４５）及 び反復回数■　（ブロック５５）を入力してから、該装置の制御がマイクロプロ セッサに引き継がれ、該マイクロプロセッサは前記レバーをゆっくりと出発位置 Ｘに移動させる。使用者は、Ｆ、（ブロック６５．７５及び８５９選択ｆ、ｊ） と同じ力で前記レバーを動かすことを要求される。該レバーがストロークの端部 に達する（ブロック９５からのとぶ先となる選択ｋ）と、レバーは一定の緩い速 度で後方に戻り（ブロック１０５）、反復計測器Ｐが１単位分カウントアツプさ れ（ブロック１１５）、新しいカウント値ＰがＩと比較される（ブロック１２５ ）　ｅ該カウント値Ｐが■より少ない限り（選択ｍ）、使用者は該運動を繰り返 すことが要求されるか（ブロック６５に戻る）、さもなければ訓練は中止される （ブロック１３５）、この訓練が一定の力で行われるように、前記レバーの運動 速度は使用者によって及ぼされる力の作用により変化する。

ダイナミックエクササイズを選択した場合は、本装置は最初に使用者に対して、 本訓練を直接モードで行うか或いは反対のモードで行うか、即ち、レバーを移動 させる力を利用した運動を行うか、またはレバーの動きに対抗した運動を行うか を選択させる。

マイクロコンピュータの制御下にある装置は、モードの捕捉及び記録を開始する 。アームは出発位置Ｘで停止可能なように中間位置に置かれている。そして、使 用者に対して最大の力を発揮するようにメツセージが出される。はんの−瞬の静 止状態の後に、該アームは一定の速度例えば７５°／ＳＥＣで動き始め、該装置 はレバーが完全にスイングする間に力センサに及ぼされる値を記憶する。レバー の角度変位の関数としてめられる力曲線は、ディスプレイ３１０（ブロック６６ ）に映し出される。この曲線は、一定の速度で記録されるので、各点において使 用者が発揮した力を表すこととなる。

ブロック６７では、使用者にこの曲線の是正をするか否かが問われる。是正した い場合は（選択１）、記録された曲線と自由に選択可能であるところの標準曲線 とが比較される。尚、この分野における最近の医学研究では、これらの標準曲線 が使用者がスポーツを熱心に行っているか否かによって異なることが提唱されて いる。これらの曲線を比較することの目的は、アームの運動に関する関数として の基準値Ｆ、の変化を表す新しい曲線を提唱することである。このためには、マ イクロコンピュータにおける論理回路が、５０°から９０“の間の角度位置にお いて及ぼされる最小力Ｆ　？ＩＩＮを自動的に決定する。標準曲線或いは運動に よって得られる曲線の何方かのうち選択された曲線が、選択率により増減する最 小値ＦＭＩＮの関数として調整される。最終的な是正は、曲線全体または部分的 に行うことができる（ブロック８６）。

訓練の制御は、マイクロコンピュータに移り、使用者はアームを変位するように 要求される。当該変位の如何なる点においても検出器によって読み取られる力Ｆ の測定値と、該点における基準値との比較を行うことができる（ブロック１１６ ）、そして、もしも瞬発力ＦがＦｏより小さい場合は、該レバーは静止する（ブ ロック１１６からとぶ先となる点の選択ｏ）、そうでない場合は、ジヤツキが動 くことにより発生した力を記録された力と一致させる（ブロック１３６）。

いいかえると、レバーの各々の角度位置においては、使用者が登録した力と一致 する力が、該使用者によって発生されればレバーが一定速度で移動する。そうで ない場合は、供給された力の大きさが予め設定された曲線によって定められた力 の値に戻るように該レバーの速度が増減される。

アームがその軌跡の先端部に達すると（ブロック１４６）、ｌＯにおいて同心ま たは偏心運動が要求された場合は該アームは一定速度で出発位置に戻り、そうで ない場合は、訓練が上下動を伴って繰り返される０反復回数が所望の回数に一致 すると、訓練を停止してもよいか否かのテストが行われる（ブロック１５６から １８６）。

選択３７及びそれ以降の選択は、前述の訓練要素を組合わせた訓練に相当する０ 例として、選択３７は選択３４と同様に、筋肉を苦痛域まで伸ばす「収縮−緩和 」と呼ばれているテクニックであり、選択３１と同様にその結果を映し出しなが ら約６秒の間静止した状態で筋肉を収縮させ、その後筋肉を緩めて、図示しない ストレッチ運動に移行するものである。

以上、脚の筋肉の訓練方法について述べてきたが、本発明の主題は以上の方法を 多少変更することにより、両脚の各々の訓練装置や腕の訓練装置或いは他の筋肉 の訓練装置に適用できるものである。

国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ８８００４２２ ＳＡ　２３９６６

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．使用者によって動かし得る訓練要素と、使用者によって及ぼされる力に対抗 する反力を供給することによって前記訓練要素の動きを制御する駆動装置と、前 記訓練要素が連続的に到達する各位置を移動速度の値と組合わせたり、及び又は 反力の値と組合わせたりして予め決定されている手順に従い前記駆動装置を案内 する制御手段と、を含んで構成される身体訓練装置の制御方法であって、 初期の予め決定された手順に従って前記訓練要素が変位している間に、使用者に よって及ぼされる力が増大すると、該力と反対の方向に０．１°から５°の間に 前記訓練要素が急激に戻され、その後前記初期変位の手順に従って前記訓練要素 が変位し続けるサイクルを含んで構成されることを特徴とする身体訓練装置の制 御方法。
2. ２．初期の予め決定された手順に従って前記訓練要素が変位している間に、使用 者によって及ぼされる力が減少すると、前記力の方向に沿って０．１°から５° の間に前記訓練要素が急激に前方向に変位され、次に前記力の増大に従って、前 記力の方向とは反対の方向に０．１°から５°の間に前記訓練要素が急激に戻さ れ、その後、初期の変位の手順に従って該要素が変位し続けるサイクルを含んで 構成されることを特徴とする請求項１記載の身体訓練装置の制御方法。
3. ３．訓練要素を変位させる手順の間は全体を通して前記サイクルを複数回繰り返 すか、または個々に別々の部分または該手順の複数の別々の部分の間だけ繰り返 すことを特徴とする請求項１または２記載の身体訓練装置の制御方法。
4. ４．前記サイクルが、１から１００ヘルツの間の周波数で繰り返されることを特 徴とする請求項３記載の身体訓練装置の制御方法。
5. ５．請求項１に従った方法を実行する装置であって、シャーシに回動可能に設け られた一端部と使用者が動かし得る他端部とを有する訓練棒と、 使用者によって与えられた力に対抗して反力を供給することにより前記訓練棒の 動きを制御し、油圧流体の流れを調整する油圧パルプによって案内される油圧ジ ャッキと、デューダで読み取られた前記訓練棒の夫々の瞬間において及び／又は 夫々の位置のために、前記訓練棒の瞬間速度及び／又は力の検出器によって検出 された該棒に及ぼされる効果的な力と、データ記憶手段にこれまでに記憶された 最適値との間で、比較機能という予め決められた手順に従って、前記油圧ジャッ キのパイロットパルプを制御する電気的及び演算的手段と、 を含んで構成され、 前記油圧ジャッキを案内するパルプが、次に述べる３種類の基本的な構成を有す るサーボパルプであることを特徴とする身体訓練装置； −誘導ピース（６２０）をサーボパルプ（６０５）のケーシングにフレキシブル チューブ（６１５）によりしっかりと固定するように作用する誘導子（６１０） と、該誘導子（６１０）から前記フレキシブルチューブ（６１５）と同心的に配 設されて下方に向かって伸びるパイロットレバー（６３０）と、を含んで構成さ れる制御装置、 −円周上の溝（６５８，６５９）を通して油圧配管を連絡させる分配ピストン（ ６５０）、 −ピストン（６５０）の両側部位と、該両側部位をピストンのチャンバに接続す る加圧流体が流れる配管（６５３，６５５）であって、該配管が２つの反対位置 に設置されているオリフィス（６５２，６５４）によって前記チャンバ内に通じ るように構成されている配管（６５３，６５５）と、前記２つのオリフィスの間 で前記チャンバの中に伸びる該パイロットレバ６３０の端部と、を含んで構成さ れる油圧増幅器。
6. ６．力検出器が使用者によって変位される訓練棒の一端に配設されたことを特徴 とする請求項５記載の身体訓練装置。
7. ７．使用者が同心的な方法または偏心的な方法で及ぼした力が力検出器によって 測定されることを特徴とする請求項５記載の身体訓練装置。
8. ８．サーボパルプ（６０５）の制御信号（Ｓ）が一定周波数の交流方形波の形を 採っており、さらに正波の振幅が与えられた命令の関数として調整されることを 特徴とする請求項５記載の身体訓練装置。
9. ９．該訓練棒の如何なる位置においても、０．１から５０ｄａＮの間で、かつ前 記ピストンの対して予め記憶された力の値よりも使用者によって該訓練棒に及ぼ される力が小さい場合のみ、該訓練棒が動き続けることを特徴とする請求項８記 載の身体訓練装置。
10. １０．使用者によって該訓練棒に及ぼされる力が、０と当該使用者が以前該訓練 棒を以前動かした時の検出器によって検出された力の間にあるときのみ、該訓練 棒が動き焼けることを特徴とする請求項８記載の身体訓練装置。
11. １１．使用者が以前に痛みを感じ始めたときの記憶された値よりも該使用者によ って該訓練棒に及ぼされる力が小さい場合のみ、該訓練捧が動き続けることを特 徴とする請求項８記載の身体訓練装置。