JPH05146476A - ３軸受動運動用運動器具 - Google Patents

３軸受動運動用運動器具

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JPH05146476A
JPH05146476A JP4009337A JP933792A JPH05146476A JP H05146476 A JPH05146476 A JP H05146476A JP 4009337 A JP4009337 A JP 4009337A JP 933792 A JP933792 A JP 933792A JP H05146476 A JPH05146476 A JP H05146476A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】少なくとも２つ好ましくは３つの異なる軸線で
の足首まわり等の運動を同時に制御する多軸運動器具を
提供する。 【構成】マイクロプロセッサが信号を与えて受け台２
４，３０とプレートを駆動する電動機を制御して所望の
運動を行わせる。ポテンショメータが受け台２４，３０
とプレートの実際の位置についての位置フィードバック
情報を与え、一連の抵抗器が実際の電動機駆動電流値の
フィードバックを与える。マイクロプロセッサが、マス
ター運動に対する２つの運動の位置を監視し、その運動
を同期化状態に保持する。それらの運動は、トラベル限
界の末端に各軸について同時に到達するように同期化さ
れる。マイクロプロセッサはさらに駆動電流を監視し
て、過電流状態とその速度を防止しトラベル速度を制限
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は連続受動運動用運動器
具に関し、詳しくは足を動かすのに用いる多軸運動器具
に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】治療のための関節の連続受動運動
は現在発展中の分野である。患者が動かすことができな
い場合に所望の関節を受動的に動かすことによって、患
者は、関節、靱帯および筋肉の退行が少なくなり、自ら
の意思で運動を行えるよう充分に回復する。連続受動運
動は一般に、特定の関節をその自然軸線にそってゆるや
かに循環運動させる運動である。この運動を実施する各
種の機器が公知であるが、股関節、膝関節および足首の
単軸に関連するものが多い。その外の機器としては、
肩、ひじおよび手の指の関節に利用できるものがある。
【０００３】足首、股関節または肩関節のようないくつ
かの関節用の機器の開発に対して複雑な要因の１つは、
これらの関節が多数の軸線によって運動できる関節であ
るということである。事実上単軸関節もしくはピン止め
関節である膝関節やひじ関節とは異なり、足首、股関節
および肩関節は、少なくともある運動範囲では、３つの
独立した軸線で運動できる。このことから、各種の軸線
に対する調節を決定しなければならない場合、運動器具
の設計が非常に複雑になる。一般にこの問題は、別個の
軸線運動に対して別個の機械を使って解決されており、
したがって各種の軸線の運動を同時に行っていない。
【０００４】多軸の連続受動運動が望ましい１つの分野
は、幼児のヒンドフート(hind feet) または彎足(club
feet) の治療の分野である。足がヒンド状態またはカー
ル状態で比較的運動が制限されて生まれる幼児が多い。
この状態を矯正するのに役立つ従来の方法の１つは、上
記症状を起こしている足首の各種の靱帯、腱などの要素
を、大きな力を用いて、伸長する療法士が周期的に必要
である。これは、使用される力が大きくかつ生成する応
力が大きいので幼児にとっては非常に苦痛であった。さ
らに、訓練された療法士に再々きてもらう必要があり費
用がかさみ非常に不便であった。
【０００５】第２の方法は外科的方法である。必要な部
分を、切断したり長くして各種の部分をより自然な位置
に再付着させ、足の正しい運動が可能になるようにす
る。この方法は全く複雑で、治癒もしくは治療が行われ
る間長期間にわたって足を固定することになることが多
い。その上に、この方法には、幼児の外科手術に関する
すべての問題点が伴う。上記の２つの方法を組合わせて
利用することが多いが、費用と難しさが一層増大する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、例えば少な
くとも２つ好ましくは３つの異なる軸線での足首まわり
の足の運動を制御する、マイクロプロセッサと一連の電
動機のような制御手段を利用する多軸運動器具を用いる
ことによって、従来技術の困難性を減らすかまたは回避
することを目的とするものである。その運動は、連続的
かつ受動的であり、長期間実施することが可能で、例え
ば足首のような各種の部分にかかる力は比較的小さくす
ることができる。各種の運動は相互に関連し、全体のト
ラベルを、連続した治療セッション中に漸次増大するこ
とができる。治療セッションを長期間続けることによっ
て、従来の手動法では必要な多量の力は不要であり、し
たがって種々のアイテムをより自然にゆっくりと所望の
状態に伸長させることができる。
【０００７】かくしてこの発明は、患者の移動させる部
分を受容し、対象の関節の運動の少なくとも２つの軸線
で可動性の受容手段；前記受容手段に接続され、前記受
容手段を第１軸線のまわりに運動させる第１電動機；前
記受容手段に接続され、前記受容手段の前記第１軸線の
まわりの位置を監視する第１フィードバック手段；前記
受容手段に接続され、前記受容手段を第２軸線のまわり
に運動させる第２電動機；前記受容手段に接続され、前
記受容手段の前記第２軸線のまわりの位置を監視する第
２フィードバック手段；前記の第１と第２の電動機に接
続され、前記電動機に駆動エネルギーを与える手段；お
よび第１と第２の位置フィードバック手段と前記電動機
駆動手段とに接続される手段であって，前記第１電動機
の作動化を制御して、前記受容手段を前記第１軸線のま
わりに第１軸線の予め決められた限界内で運動させ、か
つ前記第２電動機の作動化を制御して、前記受容手段
を、前記第２軸線の予め決められた限界内で、かつ前記
受容手段を駆動する前記第１電動機に対して比例して予
め決められた公差内で運動させ、その結果、前記受容手
段が、実質的に前記の第１と第２の予め決められた限界
に、実質的に同時に到達する手段；からなる多軸受動運
動用運動器具を提供するものである。
【０００８】制御手段としては、電動機の位置とトルク
の両方を制御して、その結果、各種運動の運動速度のみ
ならず、各種運動間の関係を維持し、足首の著しく不適
正な運動が起こらないマイクロプロセッサが好ましい。
マイクロプロセッサは、所望の駆動信号を提供し、その
駆動信号はアナログ信号に変換されてから電動機に与え
られる。電動機の駆動電流が検出され、マイクロプロセ
ッサに与えられトルクに基づいた修正を行うことができ
る。その上に各軸線における実際の位置は、各軸線につ
いてのポテンシオメータで表される。このようにして、
速度の追跡と位置の追路がマイクロプロセッサによって
実行され、これらの追跡によって各軸線の各種運動を互
いに同期化させることができる。
【０００９】この発明の運動器具は、関節を２つの軸線
で運動させるのに利用できるが、好ましい実施態様は、
関節を３つの運動軸線で運動させる、受容手段と電動機
と制御手段とを備えている。
【００１０】利用できる各種の力は、トラベルの各方向
についてプログラムすることが可能で、一方全運動イン
タバルまたは治療のセッションタイムの長さを設定でき
る。さらに所望の一次運動の回転量は設定しかつ変更す
ることができ、漸進的な治療を行うことができる。マイ
クロプロセッサと外部コンピュータを使用することによ
って、各種の患者の追跡とデータの記録をすることが可
能で、その結果病歴の傾向を示して患者の経過を知るこ
とができる。
【００１１】
【実施例】この発明を一層よく理解できるように、好ま
しい実態様を、下記の図面を参照して以下に詳細に説明
する。
【００１２】図１はこの発明の運動器具の斜視図であ
る。図２は図１の運動器具の主要内部要素部分の斜視図
である。図３は図１の運動器具の電子回路のブロック図
である。図４，５，６，７，８，９，１０および１１は
図１の運動器具の操作順序を示すフローチャートであ
る。
【００１３】図１において、Ｅはこの発明の一実施例の
３軸受動運動用運動器具を示す。図１は患者Ｐの運動器
具Ｅに対する位置を示している。患者の足Ｆは、足裏板
２０にしっかりと取付けられている。足裏板２０はコイ
ルばね機構（図示せず）によって取付け板２２に取付け
るのが好ましい。取付け板２２は第１受け台２４に接続
され、その受け台２４はＵ形のものが好ましい。この受
け台２４は外転／内転電動機ハウジング２６に取付けら
れている。このハウジング２６の中に入っている電動機
は、取付け板２２を正と負の限界の間を回転させること
によって足Ｆの外転／内転(ABDUCTION/ADDUCTION) 運動
を行わせるのに用いられる。受け台２４は足裏／背後(P
LANTAR/DORSAL)方向用電動機のハウジング２８に入った
電動機に連結されている。このハウジング２８に入って
いる電動機は、受け台２４を、図１における基準軸に示
す足裏／背後方向に運動させる。ハウジング２８は下方
の受け台３０に取付けられ、この受け台は、運動器具Ｅ
の外側のハウジング３２を通じて突出している。外側ハ
ウジング３２は、運動器具Ｅの作動を制御するために用
いられる各種の電子部品と、受け台３０を外反／内反(V
ALGUS/VARUS)方向に運動させるに用いられる電動機とを
覆うのに用いられる。
【００１４】患者の足は、いくつかの支持体３４および
３６に支持され、快適な姿勢を与えられ、足が所望のピ
ボット点にしっかりと固定される。取付け板２２、上部
受け台２４および下部受け台３０のピボット点は、一般
に患者の足首の運動中心と一致するように設計される。
これによって足Ｆは、別の抵抗を生じたりまたは足と足
首の他の部分を潜在的に損傷することになしに、自然の
方向に自由に運動することができる。
【００１５】各種の受け台と運動の軸線は図２によって
より明確に分かる。図２に示すように、取付け板２２
は、上部受け台２４に回転可能に取付けられ、取付け板
２２を枢軸旋回させる駆動トレインを通じて電動機４０
に接続されている。ポテンショメータ４２が取付け板２
２に連結され、取付け板２２の回転が正確に測定されて
フィードバックされる。
【００１６】上部受け台２４は、付属駆動トレイン付き
の電動機４４によって、足裏／背後方向に運動させるの
に用いられ、この場合フィードバックはポテンショメー
タ４６で生成される。電動機４８と付随駆動トレイン
は、下部受け台３０の駆動力を提供して下部受け台を外
反／内半方向に運動させ、一方ポテンショメータ５０は
位置のフィードバックに用いられる。電力供給部５２が
適切な電力源に接続され、この好ましい実施態様の電子
回路基板５４と５６にエネルギーを提供する。これらの
電子回路基板５４と５６には、運動器具Ｅを機能させる
のに用いる必要な制御・駆動回路が設けられている。手
持端末器５８は、ディスプレイ６０とキーボード６２を
備えているものが好ましいが、電子回路基板５４と５６
に接続されている。
【００１７】運動器具Ｅの電子回路のブロック図を図３
に示す。マイクロプロセッサまたはＣＰＵ１００は電子
機器の処理要素である。マイクロプロセッサ１００とし
ては、Zilog Corporation が開発し、一連のメーカーが
製造しているＺ８０が好ましい。マイクロプロセッサ１
００はバス１０２に連結され、バス１０２によって、ア
ドレス、データおよび制御情報が通信される。固定記憶
装置（ＲＯＭ）１０４とランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）１０６は、マイクロプロセッサ１００によって使用
するためにバス１０２に接続されている。ＲＯＭ１０４
は、マイクロプロセッサ１００の作動命令を記憶し、一
方ＲＡＭ１０６は所望のパラメータを暫定的に記憶す
る。ＲＡＭ１０６は非揮発性部分を備え、この部分は、
運動器具Ｅがターンオフ状態のときに、作動パラメータ
を記憶することができる。クロック／計時装置１０８
は、バス１０２に接続され、所望の時間間隔をおいてマ
イクロプロセッサに割込みを与え、必要に応じて他のタ
イミング事象を与える。並列の入力／出力（Ｉ／Ｏ）回
路１１０はバス１０２に接続され、マイクロプロセッサ
１００にある種のＩ／Ｏ作動を実行させる。並列Ｉ／Ｏ
回路１１０は端末器５８のキーボード６２とディスプレ
イ６０に連結され、そのためマイクロプロセッサ１００
はキーボード６２を走査し、ディスプレイ６０に情報を
与えることができる。さらに、並列Ｉ／Ｏ回路１１０
は、回路の各種の位置に接続され、必要に応じて制御出
力とフィードバック入力を与える。直列Ｉ／Ｏブロック
１１４はバス１０２に接続される。直列Ｉ／Ｏブロック
１１４は、外部パーソナルコンピュータまたはモデムと
マイクロプロセッサ１００との間のインターフェースと
しての働きをして、外部制御およびデータベース開発と
患者の情報追跡のために運動器具Ｅから外部装置へのデ
ータの伝送を行う。
【００１８】直列の３台のディジタル／アナログ（Ｄ／
Ａ）変換器１１６，１１８および１２０はバス１０２に
接続されている。Ｄ／Ａ変換器１１６，１１８および１
２０のアナログ出力端子がそれぞれ電動機駆動回路１２
２，１２４および１２０に接続されている。電動機駆動
回路１２２，１２４および１２６は、Ｄ／Ａ変換器１１
６，１１８または１２ によって生成されるアナログレ
ベルの信号に反応して、信号を生成し、マイクロプロセ
ッサ１００が請求する速度もしくはトルクで付随電動機
４０，４４または４８を駆動する。電流検出抵抗器１２
８，１３０および１３２が、電動機４０，４４および４
８に対する各ループ内に設けられ、その結果、抵抗器１
２８，１３０もしくは１３２の１つの端子と電動機４
０，４４もしくは４８の１つの端子が電動機駆動回路１
２２，１２４および１２６に接続される。電流検出抵抗
器１２８，１３０および１３２は、電動機４０，４４お
よび４８が使用する電流の量を監視して、万一電動機が
高い電流状態に到達して運動に対して高い抵抗を示した
場合、方向を逆転できるようにフィードバックするかま
たは一般的なトルクの測定と監視 行うために用いられ
る。
【００１９】直列の３つのアナログ／ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器１３４，１３６および１３８はバス１０２に
接続され、マイクロプロセッサ１００によるディジタル
情報の検索が可能になる。Ａ／Ｄ変換器１３４，１３６
および１３８は少なくとも２つの入力アナログチャネル
を受けるよう構成されていることが好ましい。調整回路
１４０，１４２および１４４がそれぞれ、Ａ／Ｄ変換器
１３４，１３６および１３８に接続されている。調整回
路１４０，１４２および１４４は、フィードバック抵抗
器１２８，１３０および１３２の両端に接続される入力
端子を有し、電動機４０，４４および４８の実電流の監
視をすることができる。このフィードバック電圧はＡ／
Ｄ変換器１３４，１３６および１３８に対して１つの入
力の方が好ましい。第２のアナログ入力はフィードバッ
ク抵抗器４２，４６および５０によって与えられる。ポ
テンショメータ４２，４６および５０の２つの端子とワ
イパアームはそれぞれ、調整回路１４０，１４２および
１４６に接続され、その結果、取付け板２２、上部受け
台２４および下部受け台３０の実際位置の監視を行うこ
とができる。受け台が移動するとき、ポテンショメータ
４２，４６および５０の上のワイパの位置も移動し、そ
の結果フィードバック電圧が各種要素の実際の位置を示
す。
【００２０】このようにしてマイクロプロセッサ１００
は、適切なディジタル値を設定しＤ／Ａ変換器１１６，
１１８および１２０を用いて、電動機の駆動速度および
／または駆動トルクを制御することができ、次いでＡ／
Ｄ変換器１３４，１３６および１３８を用いて、利用さ
れる実電流を検出抵抗器１２８，１３０および１３２
で、ならびに実際の位置をポテンショメータ４２，４６
および５０で、それぞれ監視することができる。この入
力制御と利用しうるフィードバック情報によって、マイ
クロプロセッサ１００は注意深くかつ正確に足Ｆの各種
の運動を制御することができ、その結果、足首の関連と
運動がいつでも適正になる。マイクロプロセッサの作動
を適切にプログラムすることによって、足Ｆの望ましく
ない位置調整を減らして許容可能なレベルにすることが
できる。
【００２１】マイクロプロセッサ１００を運動器具Ｅの
制御に利用する場合、種々の作動順序が必要である。図
４は最高レベルの作動のフローチャートである。電力オ
ンシーケンス２００は各種の初期化事象が起こるステッ
プ２０２で始まる。一般にこれらは、運動器具Ｅ内の各
種の要素の診断プログラム、および作動に必要な特定の
計時レジスタとデータ値の設定とクリアリングである。
制御は、ステップ２０４に進み、運動器具Ｅが単一患者
モードで作動されているかいなかを判断する。これは、
電子回路に設けられているジャンパによって設定され、
特定の運動器具Ｅの特定の作動環境にしたがって変化さ
せることが好ましい。運動器具Ｅが単一患者モードで作
動していない場合は、制御は、ステップ２０６に進みそ
こで特定の患者コードがディスプレイ６０に表示され
る。次いで所望の患者コード値がディスプレイ６０とキ
ーボード６２を用いて与えられ、次いでこの患者コード
がステップ２０８に入力される。次に制御はステップ２
１０に進む。ステップ２１０は、運動器具Ｅが、ステッ
プ２０４で判断されたときに単一患者モードで使用され
ている場合に制御が進むステップである。
【００２２】ステップ２１０で、マイクロプロセッサ１
００はキーボード６２上のスタートキーが押されている
か否かを判断する。好ましくはキーボード６２には、ス
タートキーとストップキー、増分キーと減分キー、入力
キー、タイムキー、モードキーおよび３つの運動軸線を
示すキーが含まれている。スタートキーが押されていな
かった場合は、制御はステップ２１２に進みセッション
タイムが表示される。そのセッションタイムは運動セッ
ションの長さが好ましく、その長さは、足後部の受動運
動用運動器具の好ましい態様では、長時間であり、一夜
または２４時間が好ましい。次に制御はステップ２１４
に進み、セッションタイムが所望により変更されその時
間値が入力される。制御は次に、ステップ２１６に進
み、スタートキーがこの時点で押されているか否か判断
する。スタートキーが押されていなかった場合、制御は
ステップ２１８に進み、プログラムの番号を表示ます
る。好ましくは運動器具Ｅは、各使用者に対していくつ
もの異なるプログラムを実行し、幾種類もの軸線の運動
を各種のフォースレート(force rate)と運動量で制御で
きる。これらは一般にプログラム番号で表され、この番
号はステップ２２０で変えることができる。ステップ２
２０の後、制御はステップ２２２に進む。ステップ２２
２はまたスタートキーがステップ２１０またはステップ
２１６で押されていなかった場合に制御が進むステップ
でもある。
【００２３】ステップ２２２では、タイマ割込みが作動
され、その結果運動器具Ｅの運転を開始することができ
る。運動器具Ｅは実時間装置であるから、作動システム
は、周期的な間隔をおいて、セッションタイマが減らさ
れかつキーボード６２が走査され、操作員が情報を請求
しているのかまたはプログラムを停止もしくは変えるこ
とを望んでいるのかを判断するよう形成されている。タ
イマ割込みが許可された後、制御はステップ２２４に進
み実際の運動プログラムが実行される。次に制御はステ
ップ２２６に進み、セッションを完了した後作動を終了
する。
【００２４】タイマ１０８は、セッションの時間を取り
かつキーボード６２の作動を監視するために、マイクロ
プロセッサ１００に定期的に割込みを行うようにセット
アップされる。タイマ割込みシーケンス２５０（図５）
は、セッションタイムがタイマ間隔値で減らされるステ
ップ２５２で開始される。制御はステップ２５４に進み
セッションが終了しているか否か判断する。セッション
を終了していたならば、制御はステップ２５６に進み、
用語“ｅｎｄ”が端末Ｔに表示される。次いで制御は、
運動器具Ｅの活動作動を終了する電力カオフシーケンス
であるステップ２５８に進み、次にステップ２２６に進
む。
【００２５】セッションを終了していなかった場合は、
制御はステップ２６０に進み、情報キーが押されている
かいなかを判断する。情報キーとしては、外反／内反キ
ー、背後／足裏キー、内転／外転キーおよびその他の類
似のキーが好ましい。制御はステップ２６２に進み請求
された情報が表示される。次に制御は、ある間隔をおい
てからステップ２６４に進み、そこで背後／足裏角が表
示される。背後／足裏角は、連続的に表示されて装置の
実際の運動を示し、走行を監視できることが好ましい。
制御は次にステップ２６６において割込まれたシーケン
スに戻る。
【００２６】ステップ２６０で情報キーを押されていな
いと判断された場合、制御はステップ２６８に進み、ス
トップキーがおされているか否かを判断する。ストップ
キーが押されていなかった場合、制御はステップ２６４
に進む。ストップキーが押されていた場合、制御はステ
ップ２７０に進み電動機４０，４４および４８はストッ
プされる。次に制御はステップ２７２に進み、タイムキ
ーが押されているか否かを判断する。これは操作員がセ
ッションタイムを変更したいということを示している。
タイムキーが押されていた場合、制御はステップ２７４
に進みそこでセッションタイムが表示され、次にステッ
プ２７６に進みそこで操作員は所望のセッションタイム
に変えることができる。セッションタイムをステップ２
７６で変更されていた後、またはタイムキーがステップ
２７２で押されていなかった場合、制御はステップ２７
８に進む。ステップ２７８において、マイクロプロセッ
サ１００はスタートキイが押されて作動を再開すること
を指示しているか否かを判断する。スタートキーが押さ
れていなかった場合、制御はステップ２７９に進み、プ
ログラミングモードキーシーケンスが押されていたか否
かが判断される。プログラミングモードキーシーケンス
は、不注意なプログラミングを行うチャンスを少なくす
るためにいくつものキーを同時に押す必要がある方が好
ましい。プログラミングによって各種の記憶されたパラ
メータを変えることができる。このシーケンスが押され
ていなかった場合、制御はステップ２７０に進み、一方
このシーケンスが押されていた場合、制御はステップ２
８１に進み、そこでプログラミングシーケンス４００が
実行される。プログラミングが終了した後、制御はステ
ップ２８０に進む。スタートキーが押されていた場合、
制御はステップ２８０に進み、そこで電動機のトラベル
方向が逆にされ電動機４０，４４および４８がスタート
される。制御は次にステップ２６４に進み、作動を監視
するため背後／足裏角を表示する。プログラム作動の殆
んどの期間中、マイクロプロセッサ１００は電動機作動
シーケンス３００（図６）を実行している。電動機作動
シーケンス３００は、定期的にタイマ割込みシーケンス
２５０によって割込まれ、セッションタイムを減らしか
つキーボード６２を監視するが、残りの時間は電動機作
動シーケンス３００内にある。電動機作動シーケンス３
００の最初のステップはステップ３０２であり、そこで
負のトラベル方向に対する初期の電動機電圧が計算され
る。これらの電圧は、電動機の所望の速度とトラベル限
界および既知の電動機の特性に基づいて得られる。次に
制御はステップ３０４に進み、その電圧値がＤ／Ａ変換
器１１６，１１８および１２０に印加され電動機４０，
４４および４８が作動を開始する。次に制御はステップ
３０６に進み、従属電動機がそれら電動機の所望の位置
から１°以内にあるか否かを判断する。好ましい実施態
様では、１台の電動機好ましくは背後／足裏用電動機が
基準もしくはマスターの電動機とみなされ、その結果外
反／内反運動と外転／内転運動が背後／足裏運動に従属
されて足の適正な運動が保持される。電動機をこの方法
で従属させることによって、足首の運動は身体の限度内
にあるので非同期の運動が起こったために損傷する機会
が少ない。各種の方向が、中央基準の正負の特定の角度
に基づいたトラベル限界をもっていることが好ましい。
好ましい実施態様では、所定の方向の各方向の全トラベ
ルはフルスケールとみなされ、その結果、電動機４０，
４４および４８が駆動され、各運動が所定の方向に対し
て所望の全トラベルを同時に達成し、次にトラベルが逆
方向に進み、全トラベルが所望の反対の限界まで同時に
到達する。したがって各種の電動機の速度は基準もしく
はマスターの電動機と、行われるトラベルの角度の各種
の比率に比例する。
【００２７】従属電動機が１°以内にない場合、マイク
ロプロセッサ１００は、誤差の差と現在の従属電動機の
値とに基づいて新しい従属電動機の値を計算し、これら
の値を印加して、従属電動機を適切に応答させる。制御
は次にステップ３１０に進む。従属電動機が１°以内に
あれば制御はステップ３０６からステップ３１０に進
む。
【００２８】ステップ３１０においてマイクロプロセッ
サ１００は、特定の方向に対する方向の限界に到達して
いるか否かを判断する。到達していなかった場合、制御
はステップ３１２に進み、電動機４０，４４もしくは４
８が、高負荷もしくは高い力の状態を示す過電流の状態
にあるかいなかを判断する。過電流の状態でなかった場
合、制御はステップ３１４に進み、電動機は、その特定
のプログラムから、所望の速度公差内にあるか否かを判
断する。過電流の状態であった場合、制御はステップ３
０６に戻り、従属電動機の位置を監視し続ける。電動機
４０，４４および４８がステップ３１４で判断したとき
に速度公差内になかったかまたはステップ３１２で判断
されたときに過電流状態であったならば、制御はステッ
プ３１６に進み、そこで新しい電動機電圧値が得られ速
度の不均衡を修正するかまたは電動機に送られる電流を
低下させる。次に制御はステップ３０６に進み位置の監
視を続ける。
【００２９】ステップ３１０で判断されたときに、方向
の限界に到達していた場合、制御はステップ３２０に進
み、そこでトラベルの方向が逆方向になる。制御はステ
ップ３２２に進み、そこで各種の電圧が再計算され印加
される。次に制御はステップ３２４に進み、この特定の
トラベル方向について、従属電動機が所望の位置から１
°以内にあるかを判断する。所望の位置から１°以内に
なかった場合は、制御はステップ３２６に進み新しい従
属電動機値が計算され印加される。電動機が１°以内に
位置しているかまたはステップ３２６で新しい値が計算
された後、制御はステップ３２８に進み、この特定の方
向の方向限界に到達しているか否かを判断する。到達し
ていたならば制御はステップ３３０に進み（図７）、そ
こでトラベル方向が逆になる。次に制御はステップ３０
４に進み、そこで電圧が印加されて、電動機４０、４４
および４８を反対方向に移動させる。方向限界に到達し
ていなかった場合は、制御はステップ３３２に進んで、
過電流状態が存在するか否かを判断する。この状態が存
在していなかった場合、制御はステップ３３４に進み、
電動機４０、４４および４８が所望の速度公差内にある
か否かを判断する。所望の公差内になかった場合または
過電流状態が存在しなかった場合、制御はステップ３３
６に進みそこで新しい電動機値が計算される。次に制御
はステップ３２４に進む。電動機４０、４４および４８
が速度公差以内にあった場合、制御はステップ３３４か
らステップ３２４に進み電動機の位置を再チェックす
る。
【００３０】したがって、電動機の作動を監視する閉ル
ープが得られ、そのため電動機４０、４４および４８が
療法士もしくは操作員によって設定された力と速度の限
界内にあり、また従属電動機が満足すべき位置、好まし
くはマスター電動機から１°以内にあり、その結果、運
動器具Ｅの適正な運動が得られ関節の不適当な運動を制
限する。この作動は、操作員が請求するように、セッシ
ョンタイムが終了するかまたはタイマの作動によって指
示されたときに作動が停止されるまで、所望のプログラ
ムにしたがって続く。
【００３１】上記のように、多数のプログラム値と作動
が運動器具Ｅに存在する。ＲＡＭ１０６のバッテリーバ
ックアップ式もしくは不揮発性の部分に好ましくは記憶
されているこれらの各種プログラムを変えることが望ま
しい場合が多い。この条件は、タイマ割込みシーケンス
２５０の説明の項で述べた多数のキーシーケンスを入力
することによって入力するのが好ましい。このプログラ
ムシーケンス４００（図８）はステップ４０２で始ま
り、利用された最後のプログラムの番号が表示される。
次いで制御はステップ４０４に進みそこでキイがおされ
ているか否かが決定される。変更キー、すなわちプログ
ラムの番号を大きくもしくは小さくする矢印のアップキ
ーもしくはダウンキーが押されていた場合、制御はステ
ップ４０６に進み、そこでプログラムの番号が変更され
る。新しい場合が表示され制御はステップ４０４に戻
る。入力キーが押され、これが所望のプログラムである
ことが提示されていた場合、制御はステップ４０８に進
む。なんらかの他の指令キーが押されていた場合、制御
はその適正な入力点に移転する。他の指令キーの例とし
ては次のものがある。すなわち、特定の作動モードすな
わち一般に実行される軸線もしくはマスター電動機の番
号を指示するのに用いられるモードキー；特定のプログ
ラムに対する足裏／背後角を指示するＰＬ／ＤＯＲキ
ー；特定の電動機に対して各種の速度限界を設定するの
に用いられる速度キー；外転／内転角を設定もしくは表
示するのに用いられるＡＤＤ／ＡＢＤキー；関節上の特
定の電動機のいずれかによって得られる最大の力を表示
し制御するのに用いられる力キー；および外反／内反角
を設定もしくは変更するのに用いられるＶＡＲ／ＶＡＬ
キーである。キー押圧に関する特定の照会のいずれかの
フローチャートにおいて、特定のステップへの１つの出
口が他の指令キーへのものである場合、制御は、その特
定のキーに応答するようにフローチャートに適切に指示
されている入力点に進む。
【００３２】入力キーが、ステップ４０４で押されてい
た場合、制御はステップ４０８に進み、そこで所望の足
すなわち左足または右足がディスプレイに表示される。
コントロールはステップ４１０に進みキーがおされてい
るか否か判断する。そのキーが変更キーの場合、制御は
ステップ４１２に進みそこで他方の足への変更が実行・
表示され、制御はステップ４１０に戻る。入力キーが押
されていたかまたはモードキーが押されていた場合、制
御はステップ４１４に進む。他の指令キーの１つが押さ
れていた場合、制御は以下に述べるように適切な入口点
に移動する。
【００３３】ステップ４１４において、特定の作動モー
ドが表示される。モード１は、足裏／背後運動だけが起
こる単軸モードである。好ましい実施態様におけるモー
ド２は２軸運動であり、その関係は、外反および内転／
背後および外転である。モード３は３軸運動であり、そ
の関係は、足裏、外反および外転／背後、内反および内
転である。モード４は好ましい実施様態の最終モードで
あるが、３軸運動であり、足裏、内反および外転／背
後、外反および内転である。モード２、３および４で最
初に命名した運動、すなわち内反／外反および足裏／背
後の運動はマスター運動であり、残りの運動は従属運動
である。
【００３４】制御はステップ４１４からステップ４１６
に進み、他のキーが押されているか否かを判断する。変
更を指示する変更キーが押されていた場合、モード値が
適切に増減されて表示される。制御は次にステップ４１
６に戻る。入力キーが押されていた場合、制御はステッ
プ４２０に進む。他の１つの指令キーが押されていた場
合、制御は適正な入口点に進む。
【００３５】ステップ４２０において、マイクロプロセ
ッサ１００は作動の特定のモード値を決定する。このモ
ードが２の値の場合、制御はステップ４２２（図１１）
に進む。モード値が１、３または４の場合、制御はステ
ップ４２４に進みそこでフルトラベル足裏方向角が表示
される。フルトラベル足裏角がステップ４２４で表示さ
れた後、制御は４２６に進み、キーが押されているか否
かを判断する。最大足裏角を変更することを指示する変
更キーが押されていた場合、制御はステップ４２８に進
み、そこで特定の角が変更されて新しい値が表示され、
制御はステップ４２６に戻る。入力キーが押されていた
場合、これは、操作員が背後角を設定するためにステッ
プ４３０に進みたいということを示している。他の指令
キーの１つが押されていた場合、制御はその入口点に進
む。
【００３６】ステップ４３０において、特定のプログラ
ムに対する最大背後角が表示される。前記最大背後角を
ステップ４３０で表示した後、制御はステップ４３２
（図９）に進み、キーが押されているか否かを判断す
る。変更キーが押されていた場合、制御はステップ４３
４に進みそのときトラベルの最大背後角が変更され、新
しい値が表示される。制御はステップ４３２に戻る。入
力キーが押されていた場合、制御はステップ４３６に進
む。他の指令キーの１つが押されていた場合、制御はそ
の適正な入口点に進む。
【００３７】ステップ４３６において、マイクロプロセ
ッサ１００はモードを再評価する。モードが１の場合、
制御はステップ４３８に進む。モードが３または４の場
合、制御はステップ４４０に進みそこで内反角が表示さ
れる。次いで制御はステップ４４２に進みキイが押され
ているか否かを判断する。入力キーが押されていた場
合、制御はステップ４４４に進み、一方他の指令キーの
１つが押されていた場合、制御は、その入口点に進む。
入力キーまたは指令キー以外のキーが押されていた場
合、制御は単にステップ４４２に留まって１つの適切な
キーを待っている。ステップ４４４において外反角が表
示される。制御はステップ４４６に進んで他のキーが押
されているか否かを判断する。入力キーが押されていた
場合、制御はステップ４４８に進むが、このステップは
ＡＤＤ／ＡＢＤもしくは内転／外転の指令キーに対する
入口点でもある。他の指令キーの１つが押されていた場
合、制御はその入口点に進む。再び不適当なキーが押さ
れた場合、制御は適正なキーが押されるまで単にステッ
プ４４６に留まる。
【００３８】ステップ４４８において、内転角が表示さ
れる。すべてのモードにおける内転と外転のトラベル限
界は、運動器具Ｅに定義された値に設定される。なぜな
らばその関連は人体の状態と運動によって予め決まって
いるのでこれらの値を使用者が入力もしくは変更するこ
とは望ましいことではないからである。基本的な装置が
股関節もしくは肩関節のような各種の関節に使えるよう
に構成されている場合、各種の角度の入口点は、特定の
軸線の特定の運動と配列によって、非常にうまく変更す
ることができる。内転角がステップ４４８で表示された
後、制御はステップ４５０に進みキーが押されているか
否かを判断する。入力キーが押されていたならば制御は
ステップ４５２に進む。他の許容指令キーが押されてい
た場合、制御はその入口点に進む。ステップ４５２では
外転角が表示される。制御はステップ４５４に進み、キ
ーが押されているか否かを判断する。入力キーが押され
ていた場合、制御はステップ４３８に進む。許容指令キ
ーが押されていた場合は、制御はその入口点に進む。
【００３９】ステップ４３８は速度キーに対する入口点
であり、そのステップにおいて、電動機の最大速度が表
示される。次に制御はステップ４５６に進みキーが押さ
れているか否かを判断する。変更キーが押されていた場
合、制御はステップ４５８に進み、速度値の特定の変更
が実行され新しい値が表示される。制御はステップ４５
６に戻る。入力キーが押されていたならば、制御はステ
ップ４６０（図１０）に進む。他の１つの許容指令キー
が押されていた場合、制御はその入口点に進む。
【００４０】ステップ４６０は力指令キーに対する入口
点でもあり、ステップ４６０で正方向のトラベルに対す
る力の値が表示される。制御は次にステップ４６２に進
みキーが押されているか否かを判断する。変更キーが押
されていた場合、正方向に対する最大の力値がステップ
４６４で所望のように変更され、新しい値が表示され
る。制御はステップ４６２に戻る。入力キーが押されて
いた場合、制御はステップ４６６に進む。１つの許容指
令キーが押されていた場合、制御はその入口点に進む。
ステップ４６６において、負のトラベル方向に加えられ
る最大力が表示される。制御はステップ４６８に進み、
新しいキーが押されているか否かを判断する。変更キー
が押されていた場合、制御はステップ４７０に進み、そ
こで力値の特定の変更が行われ、新しい値が表示され
る。次に制御はステップ４６８に戻る。入力キーが押さ
れていた場合、制御はステップ４７２に進む。他の１つ
の指令キーが押されていた場合、制御はその入口点に進
む。
【００４１】ステップ４７２において、全作動時間が表
示される。制御は次にステップ４７４に進み、入力キー
が押されている否かを判断する。入力キーが押されてい
なかった場合、制御はステップ４７４でループする。入
力キーが押されていた場合、制御は、ステップ４７６に
進み、運動器Ｅの作動をタイマ割込みシーケンス２５０
に戻す。
【００４２】ＶＡＲ／ＶＡＬ指令キーが押されていた場
合、制御はステップ４８０（図１１）に進む。ステップ
４８０において、マイクロプロセッサ１００は作動のモ
ードを判断する。モードがモード３もしくはモード４の
場合、制御はステップ４４０に進み、そこで内反角が表
示されそれは変更できない。運動器具がモード２に設定
されている場合、制御はステップ４２２に進み内反角が
表示される。次いで制御はステップ４８２に進みキーが
押されているか否かを判断する。変更キーが押されてい
た場合、制御はステップ４８４に進み変更作動が実行さ
れ新しい値が表示される。制御はステップ４８２に戻
る。入力キーが押されていた場合、制御はステップ４８
６に進む。他の１つの許容指令キーが押されていた場
合、制御はその入口点に進む。
【００４３】ステップ４８６において外反角が表示され
る。次に制御はステップ４９０に進みキーが押されてい
るか否かを判断する。変更キーが押されていた場合、ス
テップ４９２でマイクロプロセッサ１００が外反角の変
更を実行し結果を表示する。制御は次にステップ４９０
に戻る。入力キーが押されていた場合、制御はＡＢＤ／
ＡＤＤ入口点に進む。他の１つの許容キーが押されてい
た場合、制御はその入口点に進む。
【００４４】上記のように、運動器具Ｅは、特定のマス
ター値、電動機の速度および加えられる特定の最大の力
のプログラミングができることが分かる。
【００４５】足の後部の運動器具とその適切な運動につ
いて詳細な説明を行ったが、操作制御器を含む同じ基本
的な装置は、受け台と電動機を適切に改変することによ
って股関節や肩関節のような他の関節に使用できる。
【００４６】この発明についての上記の開示と説明はこ
の発明を例示したものであり、したがって、大きさ、
形、材料、部品、回路要素、配線接続部、および接点、
ならびに例示した回路と構成の各種の変更を、この発明
の思想を逸脱することなく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の運動器具の斜視図である。
【図２】図１の運動器具の主要内部要素部分の斜視図で
ある。
【図３】図１の運動器具の電子回路のブロック図であ
る。
【図４】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャー
トである。
【図５】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャー
トである。
【図６】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャー
トである。
【図７】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャー
トである。
【図８】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャー
トである。
【図９】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャー
トである。
【図１０】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャ
ートである。
【図１１】図１の運動器具の操作順序を示すフローチャ
ートである。
【符号の説明】
Ｅ 運動器具 Ｆ 足 Ｐ 患者 ２０ 足裏板 ２２ 取付け板 ２４、３０ 受け台 ２６、２８、３２ ハウジング ３４、３６ 支持体 ４０、４４、４８ 電動機 ４２、４６、５０ ポテンショメータ ５４、５６ 電子回路基板 ５８ 手持端末器 ６０ ディスプレイ ６２ キーボード １２８、１３０、１３２ 電流検出抵抗器

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 患者の移動させる部分を受容し、対象の
    関節の運動の少なくとも２つの軸線で可動的である受容
    手段；前記受容手段に接続され、前記受容手段を第１軸
    線のまわりに運動させる第１電動機；前記受容手段に接
    続され、前記受容手段の前記第１軸線のまわりの位置を
    監視する第１フィードバック手段；前記受容手段に接続
    され、前記受容手段を第２軸線のまわりに運動させる第
    ２電動機；前記受容手段に接続され、前記受容手段の前
    記第２軸線のまわりの位置を監視する第２フィードバッ
    ク手段；前記の第１と第２の電動機に接続され、前記電
    動機に駆動エネルギーを与える手段；および第１と第２
    の位置フィードバック手段と前記電動機駆動手段とに接
    続される手段であって，前記第１電動機の作動を制御し
    て、前記受容手段を前記第１軸線のまわりに第１軸線の
    予め決められた限界内で運動させ、かつ前記第２電動機
    の作動を制御して、前記受容手段を、前記第２軸線の予
    め決められた限界内で、かつ前記受容手段を駆動する前
    記第１電動機に対して比例して予め決められた公差内で
    運動させ、その結果、前記受容手段が、実質的に前記の
    第１と第２の予め決められた限界に、実質的に同時に到
    達する手段；からなる多軸受動運動用運動器具。
  2. 【請求項２】 前記制御手段が、マイクロプロセッサ；
    前記マイクロプロセッサに接続され、プログラムの命令
    とデータを記憶するメモリ；前記マイクロプロセッサと
    前記電動機駆動手段に接続され、前記マイクロプロセッ
    サが与えるデータを電動機駆動制御信号に変換する手
    段；および前記マイクロプロセッサおよび前記第１と第
    ２のフィードバック手段に接続され、位置フィードバッ
    ク情報を、前記マイクロプロセッサに与えるデータに変
    換する手段；を備えている請求項１記載の運動器具。
  3. 【請求項３】 さらに、前記第１と第２の電動機の駆動
    電流を監視する手段；および前記マイクロプロセッサと
    前記電流監視手段に接続され、電流情報を、前記マイク
    ロプロセッサに与えるデータに変換する手段；を備えて
    いる請求項１また請求項２に記載の運動器具。
  4. 【請求項４】前記制御手段がさらに前記第１と第２の電
    動機の作動化を制御して、駆動電流のレベルを予め決め
    られた限界以下に保持する請求項１〜３のいずれか１つ
    に記載の運動器具。
  5. 【請求項５】 前記制御手段が、さらに、前記マイクロ
    プロセッサに連結されて操作員に情報を表示するディス
    プレイ手段；および前記マイクロプロセッサに連結され
    て操作員の指令を前記マイクロプロセッサに伝送するキ
    ーボード手段；を備えている請求項１〜４のいずれか１
    つに記載の運動器具。
  6. 【請求項６】 前記制御手段が、さらに、前記マイクロ
    プロセッサと前記キーボードに連結され前記キーボード
    からの指令に応答して、前記第１軸線の予めきめられた
    限界を変更する手段を備えている請求項１〜５のいずれ
    か１つに記載の運動器具。
  7. 【請求項７】 前記制御手段が、さらに、前記マイクロ
    プロセッサと前記キーボードと前記ディスプレイとに連
    結され前記キーボードからの指令に応答して、選択され
    た項目についての状態情報を表示する手段を備えている
    請求項１〜６のいずれか１つに記載の運動器具。
  8. 【請求項８】 前記受容手段が、対象の関節について第
    １運動軸線のまわりを運動可能な第１部分；および対象
    の関節について第２運動軸線のまわりを運動可能な第２
    部分を備え、前記第２部分が前記第１部分に回転可能に
    連結されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の運
    動器具。
  9. 【請求項９】前記第１と第２の電動機の一方と前記第１
    と第２の位置フィードバック手段の一方が前記第１位置
    に接続され、および前記第１と第２の電動機の他方と前
    記第１と第２の位置フィードバック手段の他方が前記第
    ２部分に接続されている請求項１〜８のいずれか１つに
    記載の運動器具。
  10. 【請求項１０】 前記第２部分が患者の足をしっかりと
    受容できる手段を備え、前記の第１と第２の部分の回転
    軸線が一般に患者の足首の軸線と一致している請求項８
    記載の運動器具。
  11. 【請求項１１】 さらに、前記受容手段に接続され前記
    受容手段を第３軸線のまわりを運動させる第３電動機；
    および前記受容手段に接続され前記受容手段の前記第３
    軸のまわりの位置を監視する第３フィードバック手段；
    を備え、前記駆動手段がさらに、前記第３電動機に接続
    されて前記第３電動機に駆動エネルギーを与え、前記制
    御手段がさらに、前記第３位置フィードバック手段に接
    続されて前記第３電動機の作動化を制御し、前記受容手
    段を、前記第３軸線の予め決められた限界内でかつ前記
    受容手段を駆動する前記第１電動機に対して比例して予
    めきめられた公差限界内で前記第３軸線のまわりを運動
    させ、その結果、前記受容手段が実質的に前記第１と第
    ３の予めきめられた限界に、実質的に同時に到達する、
    請求項１〜１０のいずれか１つに記載の運動器具。
  12. 【請求項１２】 前記制御手段が、前記マイクロプロセ
    ッサと第３位置フィードバック手段に接続され、位置フ
    ィードバック情報を前記マイクロプロセッサに与えるデ
    ータに変換する請求項２〜１１のいずれか１つに記載の
    運動器具。
  13. 【請求項１３】 さらに、前記の第１、第２および第３
    の電動機の駆動電流を監視する手段；および前記マイク
    ロプロセッサと前記電流監視手段とに接続され、電流情
    報を前記マイクロプロセッサに与えるデータに変換する
    手段を備えている請求項１１または１２に記載の運動器
    具。
  14. 【請求項１４】 前記制御手段がさらに、前記第１と第
    ２の電動機の作動化を制御して駆動電流レベルを予め決
    められた限界以下に保持する請求項１３記載の運動器
    具。
  15. 【請求項１５】 前記受容手段が、対象の関節について
    第１運動軸線のまわりを運動可能な第１部分；対象の関
    節について第２運動軸線のまわりを運動可能で、かつ前
    記第１部分に回転可能に連結されている第２部分；およ
    び対象の関節について第３運動軸線のまわりを運動可能
    で、かつ前記第２部分に回転可能に連結されている第３
    部分；を備えている請求項１１〜１４のいずれか１つに
    記載の運動器具。
  16. 【請求項１６】 前記第１と第２と第３の電動機の中の
    １つおよび前記第１と第２と第３の位置フィードバック
    手段の中の１つが前記の第１部分に接続され、前記第１
    と第２と第３の電動機の中の別の１つおよび前記第１と
    第２と第３の位置フィードバック手段の中の別の１つが
    前記第２部分に接続され、ならびに前記第１と第２と第
    ３の電動機の中の残りおよび前記第１と第２と第３のフ
    ィードバック手段の中の残りが前記第３部分に接続され
    ている請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の運動器
    具。
  17. 【請求項１７】 前記第３部分が、患者の足をしっかり
    と受容できる手段を備え、前記第１と第２と第３の部分
    の回転軸線が一般に患者の足首の軸線と一致する請求項
    １１〜１６のいずれか１つに記載の運動器具。
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