JPH08243136A - 連続他動運動装置 - Google Patents
連続他動運動装置Info
- Publication number
- JPH08243136A JPH08243136A JP7081690A JP8169095A JPH08243136A JP H08243136 A JPH08243136 A JP H08243136A JP 7081690 A JP7081690 A JP 7081690A JP 8169095 A JP8169095 A JP 8169095A JP H08243136 A JPH08243136 A JP H08243136A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- leg
- freedom
- lower leg
- joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Rehabilitation Tools (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】大腿部および下腿部の自由な運動を可能とし、
関節に負荷のかからない柔軟な制御を実現でき、しかも
機構がコンパクトで持ち運びに便利で、直接教示によっ
て治療動作を繰り返し再現実行できる、連続他動運動装
置を提供する。 【構成】下腿部を支持し力を加える多自由度の運動機構
部を、基底部100 と、前記基底部100 の両端部に駆動力
をもって駆動される相互に同一長の２本の第１のリンク
201,202 と、前記第１のリンク201,202 から、一本は駆
動力をもって、他方はフリージョイントで連結された相
互に同一長の２本の第２のリンク203,204と、前記２本
の第２のリンク203,204 をフリージョイントで連結する
第３のリンク205 から構成される並進２自由度と回転１
自由度の垂直平面内に３自由度を持つパラレルメカニズ
ムによって構成し、下腿部の支持部302 を第３のリンク
205上に設ける。
関節に負荷のかからない柔軟な制御を実現でき、しかも
機構がコンパクトで持ち運びに便利で、直接教示によっ
て治療動作を繰り返し再現実行できる、連続他動運動装
置を提供する。 【構成】下腿部を支持し力を加える多自由度の運動機構
部を、基底部100 と、前記基底部100 の両端部に駆動力
をもって駆動される相互に同一長の２本の第１のリンク
201,202 と、前記第１のリンク201,202 から、一本は駆
動力をもって、他方はフリージョイントで連結された相
互に同一長の２本の第２のリンク203,204と、前記２本
の第２のリンク203,204 をフリージョイントで連結する
第３のリンク205 から構成される並進２自由度と回転１
自由度の垂直平面内に３自由度を持つパラレルメカニズ
ムによって構成し、下腿部の支持部302 を第３のリンク
205上に設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、手術前後あるいはリハ
ビリテーションをおこなうときに関節部の拘縮を防止あ
るいは緩和するための装置において、大腿部および下腿
部の自由な運動を可能とし、関節に負荷のかからない柔
軟な制御を実現でき、しかも機構がコンパクトで持ち運
びに便利で、直接教示によって治療動作を繰り返し再現
実行できる、膝関節用の連続他動運動装置に関するもの
である。
ビリテーションをおこなうときに関節部の拘縮を防止あ
るいは緩和するための装置において、大腿部および下腿
部の自由な運動を可能とし、関節に負荷のかからない柔
軟な制御を実現でき、しかも機構がコンパクトで持ち運
びに便利で、直接教示によって治療動作を繰り返し再現
実行できる、膝関節用の連続他動運動装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】連続他動運動とは、受傷直後あるいは手
術直後から治療対象の関節を長時間受動的に連続して動
かして関節部の修復を促す治療法で、関節の回復期間を
著しく短縮する効果がある。人体の関節部が損傷あるい
は手術を受けた場合、従来の治療法ではギブス等により
固定していた。その結果、関節の動きが悪くなる拘縮と
いう症状を引き起こし、その後のリハビリテーションを
長期間必要としていた。しかし、その治療に代る新しい
治療法として連続他動運動法が１９８０年カナダのサル
ター教授により提唱され、その治療法を実施する装置の
発明と共に、その効果が次第に明かになってきている
（Salter,R.B.: The biological effect ofcontinuous
passive motion on the healing of full-thickness de
fects in articular cartilage., J. Bone Joint Sur
g., 62-A, pp.1232-1251, 1980. ）。従来の連続他動
運動装置は、図４に示すようになっている。図４は特表
平 4−506610の「人体の下腿部に連続受動運動を付与す
る装置」である。同装置は座姿勢または仰臥姿勢で脚を
前後にスライドさせて動かし、膝関節の開閉運動を誘起
するものである。
術直後から治療対象の関節を長時間受動的に連続して動
かして関節部の修復を促す治療法で、関節の回復期間を
著しく短縮する効果がある。人体の関節部が損傷あるい
は手術を受けた場合、従来の治療法ではギブス等により
固定していた。その結果、関節の動きが悪くなる拘縮と
いう症状を引き起こし、その後のリハビリテーションを
長期間必要としていた。しかし、その治療に代る新しい
治療法として連続他動運動法が１９８０年カナダのサル
ター教授により提唱され、その治療法を実施する装置の
発明と共に、その効果が次第に明かになってきている
（Salter,R.B.: The biological effect ofcontinuous
passive motion on the healing of full-thickness de
fects in articular cartilage., J. Bone Joint Sur
g., 62-A, pp.1232-1251, 1980. ）。従来の連続他動
運動装置は、図４に示すようになっている。図４は特表
平 4−506610の「人体の下腿部に連続受動運動を付与す
る装置」である。同装置は座姿勢または仰臥姿勢で脚を
前後にスライドさせて動かし、膝関節の開閉運動を誘起
するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが図４に示した
従来装置では、機構が１自由度のスライド機構と簡単な
ためコンパクトで持ち運びが容易であるが、大腿部と下
腿部が常に膝より下に位置するため鬱血を引き起こすお
それがあった。また、この装置では脚の屈伸方向にスラ
イドする１自由度の機構によって膝の１自由度の開閉を
起こさせる方式であるため、大腿部と下腿部からの負荷
が常に膝関節に加わることになり、膝に無理な負荷がか
かるという問題点があった。そこで、本発明は、手術前
後あるいはリハビリテーションをおこなうときに関節部
の拘縮を防止あるいは緩和するための装置において、大
腿部および下腿部の自由な運動を可能とし、関節に負荷
のかからない柔軟な制御を実現でき、しかも機構がコン
パクトで持ち運びに便利で、直接教示によって治療動作
を繰り返し再現実行できる、連続他動運動装置を提供す
ることを目的とするものである。
従来装置では、機構が１自由度のスライド機構と簡単な
ためコンパクトで持ち運びが容易であるが、大腿部と下
腿部が常に膝より下に位置するため鬱血を引き起こすお
それがあった。また、この装置では脚の屈伸方向にスラ
イドする１自由度の機構によって膝の１自由度の開閉を
起こさせる方式であるため、大腿部と下腿部からの負荷
が常に膝関節に加わることになり、膝に無理な負荷がか
かるという問題点があった。そこで、本発明は、手術前
後あるいはリハビリテーションをおこなうときに関節部
の拘縮を防止あるいは緩和するための装置において、大
腿部および下腿部の自由な運動を可能とし、関節に負荷
のかからない柔軟な制御を実現でき、しかも機構がコン
パクトで持ち運びに便利で、直接教示によって治療動作
を繰り返し再現実行できる、連続他動運動装置を提供す
ることを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明は、治療対象の膝関節を受動的に連続して動
かして関節部の修復を促す治療に使用される連続他動運
動装置において、下腿部を支持し力を加える多自由度の
運動機構部を、基底部100 と、前記基底部100 の両端部
に駆動力をもって駆動される相互に同一長の２本の第１
のリンク201,202 と、前記第１のリンク201,202 から、
一本は駆動力をもって、他方はフリージョイントで連結
された相互に同一長の２本の第２のリンク203,204 と、
前記２本の第２のリンク203,204 をフリージョイントで
連結する第３のリンク205 から構成される並進２自由度
と回転１自由度の垂直平面内に３自由度を持つパラレル
メカニズムによって構成するとともに、下腿部の支持部
を前記第３のリンク上に設けたことを特徴とするもので
ある。
め、本発明は、治療対象の膝関節を受動的に連続して動
かして関節部の修復を促す治療に使用される連続他動運
動装置において、下腿部を支持し力を加える多自由度の
運動機構部を、基底部100 と、前記基底部100 の両端部
に駆動力をもって駆動される相互に同一長の２本の第１
のリンク201,202 と、前記第１のリンク201,202 から、
一本は駆動力をもって、他方はフリージョイントで連結
された相互に同一長の２本の第２のリンク203,204 と、
前記２本の第２のリンク203,204 をフリージョイントで
連結する第３のリンク205 から構成される並進２自由度
と回転１自由度の垂直平面内に３自由度を持つパラレル
メカニズムによって構成するとともに、下腿部の支持部
を前記第３のリンク上に設けたことを特徴とするもので
ある。
【０００５】
【作用】パラレルメカニズムとは並列機構とも呼ばれる
もので、いわゆる平行リンクとは異なり、装置の自由度
を大きく取ることができ、かつ、駆動装置を基底部分に
配置できるため装置を軽量化することができ、かつ、リ
ンク剛性を高くすることができる、という特徴をもった
機構構成方法である。また、本発明では、さらに、機構
部と脚との間に作用する力を計測する力センサを下腿部
を把持する機構部分に配置し、その力をフィードバック
することで力制御およびコンプライアンス制御をおこな
う。また、脚を把持した機構にコンプライアンス制御を
実行し、力を加えればその力の方向に沿って機構部が自
由にならい動作をおこなえることを利用して、脚を直接
動かすことで大腿部および下腿部の連続他動運動の治療
動作を直接教示し、教示したデータを記憶し、記憶した
教示データにしたがって治療動作を繰り返し再現実行で
きるようにするものである。上記の手段により、脚全体
を身体の上方に位置するように支持したうえで膝の開閉
運動を行なうことができるため、脚全体が胴体より常に
上に位置するため脚に鬱血を引き起こすおそれがない。
また、パラレルメカニズムによって３自由度機構を装置
が持つため、脚の自由な運動が保証され膝に無理な負荷
がかかるおそれがない。さらに、機構部と脚との間に配
置した力センサで計測した力をフィードバックすること
で力制御およびコンプライアンス制御をおこなうので、
脚に無理な力をかけることがない。また、コンプライア
ンス制御を利用して、脚を直接動かすことで大腿部およ
び下腿部の連続他動運動の治療動作を直接教示すること
ができるので、教示データにしたがって治療動作を繰り
返し再現実行することができる。
もので、いわゆる平行リンクとは異なり、装置の自由度
を大きく取ることができ、かつ、駆動装置を基底部分に
配置できるため装置を軽量化することができ、かつ、リ
ンク剛性を高くすることができる、という特徴をもった
機構構成方法である。また、本発明では、さらに、機構
部と脚との間に作用する力を計測する力センサを下腿部
を把持する機構部分に配置し、その力をフィードバック
することで力制御およびコンプライアンス制御をおこな
う。また、脚を把持した機構にコンプライアンス制御を
実行し、力を加えればその力の方向に沿って機構部が自
由にならい動作をおこなえることを利用して、脚を直接
動かすことで大腿部および下腿部の連続他動運動の治療
動作を直接教示し、教示したデータを記憶し、記憶した
教示データにしたがって治療動作を繰り返し再現実行で
きるようにするものである。上記の手段により、脚全体
を身体の上方に位置するように支持したうえで膝の開閉
運動を行なうことができるため、脚全体が胴体より常に
上に位置するため脚に鬱血を引き起こすおそれがない。
また、パラレルメカニズムによって３自由度機構を装置
が持つため、脚の自由な運動が保証され膝に無理な負荷
がかかるおそれがない。さらに、機構部と脚との間に配
置した力センサで計測した力をフィードバックすること
で力制御およびコンプライアンス制御をおこなうので、
脚に無理な力をかけることがない。また、コンプライア
ンス制御を利用して、脚を直接動かすことで大腿部およ
び下腿部の連続他動運動の治療動作を直接教示すること
ができるので、教示データにしたがって治療動作を繰り
返し再現実行することができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の連続他動運動装置を示す図である。
図において、１００は装置の基底部、１０１は第１の駆
動軸、１０２は第２の駆動軸、１０４は第３の駆動軸、
１０３、１０５、１０６はフリージョイントを表す。ま
た、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５は装置の
軸を接続するリンクである。２０６は駆動軸１０４を基
底部のモータで駆動するためのベルトドライブ機構であ
る。３０１はリンク２０５に固定された力センサで装置
と脚との間に生じる力を計測する。力センサの上部に固
定された３０２は脚を装置に固定するためのスプリント
である。下腿部４０１はスプリント３０２によって装置
に固定される。装置の動作によって下腿部４０１と大腿
部４０３は関節４０４と４０２を中心に駆動される。
る。図１は本発明の連続他動運動装置を示す図である。
図において、１００は装置の基底部、１０１は第１の駆
動軸、１０２は第２の駆動軸、１０４は第３の駆動軸、
１０３、１０５、１０６はフリージョイントを表す。ま
た、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５は装置の
軸を接続するリンクである。２０６は駆動軸１０４を基
底部のモータで駆動するためのベルトドライブ機構であ
る。３０１はリンク２０５に固定された力センサで装置
と脚との間に生じる力を計測する。力センサの上部に固
定された３０２は脚を装置に固定するためのスプリント
である。下腿部４０１はスプリント３０２によって装置
に固定される。装置の動作によって下腿部４０１と大腿
部４０３は関節４０４と４０２を中心に駆動される。
【０００７】図２は本発明の連続他動運動装置の側面図
である。図において、５００は装置の基底部、５０１は
第２の駆動軸用モータ、５０２は第３の駆動軸用モータ
をしめす。第３の駆動軸用モータはベルトドライブ機構
５０９を介して第３の駆動軸５０６を駆動する。５０３
は第２の駆動軸、５０４はモータ５０２とベルトドライ
ブ機構５０９を接続する軸、５０５、５０７、５０８は
フリージョイントを表す。また、６０１、６０２、６０
３、６０４、６０５、６０６は装置の軸を接続するリン
クである。７０１はリンク６０５に固定された力センサ
で装置と脚との間に生じる力を計測する。力センサの上
部に固定された７０２は脚を装置に固定するためのスプ
リントである。下腿部８０１はスプリント７０２によっ
て装置に固定される。以上のような機構により、下腿部
を常に上げた状態で膝の屈伸運動を行なうことができ、
また、並進２自由度回転１自由度の垂直平面内３自由度
をもつため脚の自由な運動を保証することができる。ま
た、３個のモータは全て装置の基底部に配置することが
できるので、リンクへの荷重が小さくなるためリンク剛
性を低くでき、また、装置全体の重心を低くできるの
で、持ち運び可能なまでに全体の構成をコンパクトにす
ることができる。
である。図において、５００は装置の基底部、５０１は
第２の駆動軸用モータ、５０２は第３の駆動軸用モータ
をしめす。第３の駆動軸用モータはベルトドライブ機構
５０９を介して第３の駆動軸５０６を駆動する。５０３
は第２の駆動軸、５０４はモータ５０２とベルトドライ
ブ機構５０９を接続する軸、５０５、５０７、５０８は
フリージョイントを表す。また、６０１、６０２、６０
３、６０４、６０５、６０６は装置の軸を接続するリン
クである。７０１はリンク６０５に固定された力センサ
で装置と脚との間に生じる力を計測する。力センサの上
部に固定された７０２は脚を装置に固定するためのスプ
リントである。下腿部８０１はスプリント７０２によっ
て装置に固定される。以上のような機構により、下腿部
を常に上げた状態で膝の屈伸運動を行なうことができ、
また、並進２自由度回転１自由度の垂直平面内３自由度
をもつため脚の自由な運動を保証することができる。ま
た、３個のモータは全て装置の基底部に配置することが
できるので、リンクへの荷重が小さくなるためリンク剛
性を低くでき、また、装置全体の重心を低くできるの
で、持ち運び可能なまでに全体の構成をコンパクトにす
ることができる。
【０００８】図３は本発明の連続他動運動装置の動作を
示す図である。図において、１１１、１１２、１１３は
それぞれ第１の駆動軸、第２の駆動軸、第３の駆動軸を
示す。力センサ２１１は、膝の伸展および収縮方向の平
面内３自由度における、脚と装置との間に発生した、並
進の２方向、回転の１方向の３軸の力を計測する。計測
した力の情報２１２は、コントローラ３１０の力センサ
アンプ３１１に送り、３軸の力の値３１２に変換してイ
ンピーダンス制御器３１３に送られる。インピーダンス
制御器３１３では、目標インピーダンス（目標慣性行列
Ｍ、目標粘性行列Ｂ、目標剛性行列Ｋ）にしたがって、
３１２の示す力の値のベクトルＦに対し、 Ｆ＝Ｍα＋ＢＶ＋Ｋ（ＸーＸｏ）…（１） を実現するように位置ベクトルの指令値Ｘを発生し、こ
れを関節座標系での値である関節角度指令ベクトルθに
座標変換した後、サーボアンプ３１５に送る。サーボア
ンプ３１５はこれを受けて各駆動軸に発生すべきトルク
３１６を計算して各軸の関節の値を制御する。ここで、
Ｘｏは目標剛性におけるばねの平衡点で、装置を駆動す
る目標軌道、ＶはＸの一次微分、αはＸの二次微分を表
す。また、（１）式を実現するような方法としては例え
ば文献（平林ほか：多自由度ロボットの仮想コンプライ
アンス制御、計測自動制御学会論文集、Ｖｏｌ．２２，
Ｎｏ．３，１９８６）などがある。
示す図である。図において、１１１、１１２、１１３は
それぞれ第１の駆動軸、第２の駆動軸、第３の駆動軸を
示す。力センサ２１１は、膝の伸展および収縮方向の平
面内３自由度における、脚と装置との間に発生した、並
進の２方向、回転の１方向の３軸の力を計測する。計測
した力の情報２１２は、コントローラ３１０の力センサ
アンプ３１１に送り、３軸の力の値３１２に変換してイ
ンピーダンス制御器３１３に送られる。インピーダンス
制御器３１３では、目標インピーダンス（目標慣性行列
Ｍ、目標粘性行列Ｂ、目標剛性行列Ｋ）にしたがって、
３１２の示す力の値のベクトルＦに対し、 Ｆ＝Ｍα＋ＢＶ＋Ｋ（ＸーＸｏ）…（１） を実現するように位置ベクトルの指令値Ｘを発生し、こ
れを関節座標系での値である関節角度指令ベクトルθに
座標変換した後、サーボアンプ３１５に送る。サーボア
ンプ３１５はこれを受けて各駆動軸に発生すべきトルク
３１６を計算して各軸の関節の値を制御する。ここで、
Ｘｏは目標剛性におけるばねの平衡点で、装置を駆動す
る目標軌道、ＶはＸの一次微分、αはＸの二次微分を表
す。また、（１）式を実現するような方法としては例え
ば文献（平林ほか：多自由度ロボットの仮想コンプライ
アンス制御、計測自動制御学会論文集、Ｖｏｌ．２２，
Ｎｏ．３，１９８６）などがある。
【０００９】次に、装置の動作の教示および実行の手順
について説明する。装置の動作の教示には脚を装置に固
定するスプリント３０２あるいは脚４１１を手で持って
直接動かして教示する。膝の伸展および収縮の運動を連
続的に行なうような動作を教示するため、脚４１１を動
かす方向に力をかけると、その力は装置と脚との間に発
生する力として力センサ２１１に検出される。先に説明
した手順に従って、力情報は関節の角度指令値θに変換
される。このとき装置は動かそうとする方向に設定した
目標インピーダンスの特性を示しながら動く。また、関
節角度指令値θはコントローラ３１０メモリ３１７に時
系列データとして記録されるので、教示された動作は、
装置の駆動軸の関節角度の値として記録されることにな
る。以上のようにして動作の教示を行なうことができ
る。次に、動作を実行するときは、記録した教示データ
である時系列データを順次メモリ３１７から払出し、こ
れを目標軌道として装置を駆動する。さらに装置の動作
実行中に脚と装置との間に力が発生すれば、先に説明し
た手順によって、教示データをばねの平衡点として、力
にたいして目標インピーダンスに従うような位置偏差を
発生して脚の動作にならうような軌道を描きながら、装
置が動作を実行することになる。以上、装置の機構、動
作について説明した。
について説明する。装置の動作の教示には脚を装置に固
定するスプリント３０２あるいは脚４１１を手で持って
直接動かして教示する。膝の伸展および収縮の運動を連
続的に行なうような動作を教示するため、脚４１１を動
かす方向に力をかけると、その力は装置と脚との間に発
生する力として力センサ２１１に検出される。先に説明
した手順に従って、力情報は関節の角度指令値θに変換
される。このとき装置は動かそうとする方向に設定した
目標インピーダンスの特性を示しながら動く。また、関
節角度指令値θはコントローラ３１０メモリ３１７に時
系列データとして記録されるので、教示された動作は、
装置の駆動軸の関節角度の値として記録されることにな
る。以上のようにして動作の教示を行なうことができ
る。次に、動作を実行するときは、記録した教示データ
である時系列データを順次メモリ３１７から払出し、こ
れを目標軌道として装置を駆動する。さらに装置の動作
実行中に脚と装置との間に力が発生すれば、先に説明し
た手順によって、教示データをばねの平衡点として、力
にたいして目標インピーダンスに従うような位置偏差を
発生して脚の動作にならうような軌道を描きながら、装
置が動作を実行することになる。以上、装置の機構、動
作について説明した。
【００１０】このように、上記で説明したような機構に
より、脚全体を身体の上方に位置するように支持したう
えで膝の開閉運動を行なうことができるため、脚全体が
胴体より常に上に位置するため脚に鬱血を引き起こすお
それがない。また、パラレルメカニズムによって３自由
度機構を装置が持つため、脚の自由な運動が保証され膝
に無理な負荷がかかるおそれがない。さらに、基底部に
アクチュエータを持つパラレルメカニズムのため、直接
にリンクを配置する図３の方式に比べ、リンク剛性を格
段に小さくしても問題がなく、機構がコンパクトになる
ため、装置が大がかりになるという問題点が解消され
る。さらに、機構部と脚との間に配置した力センサで計
測した力をフィードバックすることで力制御およびコン
プライアンス制御をおこなうので、脚に無理な力をかけ
ることがない。また、コンプライアンス制御を利用し
て、脚を直接動かすことで大腿部および下腿部の連続他
動運動の治療動作を直接教示することができるので、教
示データにしたがって治療動作を繰り返し再現実行する
ことができる。
より、脚全体を身体の上方に位置するように支持したう
えで膝の開閉運動を行なうことができるため、脚全体が
胴体より常に上に位置するため脚に鬱血を引き起こすお
それがない。また、パラレルメカニズムによって３自由
度機構を装置が持つため、脚の自由な運動が保証され膝
に無理な負荷がかかるおそれがない。さらに、基底部に
アクチュエータを持つパラレルメカニズムのため、直接
にリンクを配置する図３の方式に比べ、リンク剛性を格
段に小さくしても問題がなく、機構がコンパクトになる
ため、装置が大がかりになるという問題点が解消され
る。さらに、機構部と脚との間に配置した力センサで計
測した力をフィードバックすることで力制御およびコン
プライアンス制御をおこなうので、脚に無理な力をかけ
ることがない。また、コンプライアンス制御を利用し
て、脚を直接動かすことで大腿部および下腿部の連続他
動運動の治療動作を直接教示することができるので、教
示データにしたがって治療動作を繰り返し再現実行する
ことができる。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、大
腿部および下腿部の位置および姿勢を自在に制御可能な
多自由度の運動機構を、装置の基底部分に配置された３
個のアクチュエータによって駆動され、アクチュエータ
に直結した軸とリンクおよびアクチュエータに直結した
ベルトドライブ機構またはシャフトドライブ機構によっ
て駆動される軸とリンクによって動作し、下腿部を把持
および支持し力を加える、並進２自由度回転１自由度の
垂直平面内３自由度を持つパラレルメカニズムによって
構成するので、脚全体を身体の上方に位置するように支
持したうえで膝の開閉運動を行なうことができるため、
脚全体が胴体より常に上に位置するため脚に鬱血を引き
起こすおそれがない。また、パラレルメカニズムによっ
て３自由度機構を装置が持つため、脚の自由な運動が保
証され膝に無理な負荷がかかるおそれがない。さらに、
基底部にアクチュエータを持つパラレルメカニズムのた
め、直接にリンクを配置する図３の方式に比べ、リンク
剛性を格段に小さくしても問題がなく、機構がコンパク
トになる効果がある。また、機構部と脚との間に作用す
る力を計測する力センサを下腿部を把持する機構部分に
配置し、その力をフィードバックすることで力制御およ
びコンプライアンス制御をおこなうので、脚に無理な力
をかけることがないという効果がある。また、コンプラ
イアンス制御を利用して、脚を直接動かすことで大腿部
および下腿部の連続他動運動の治療動作を直接教示する
ことができるので、教示データにしたがって治療動作を
繰り返し再現実行することができるという効果がある。
なお、本発明の装置は、同様な機構と制御系の構成で、
リハビリテーションおよび運動訓練装置としても使用す
ることができる。
腿部および下腿部の位置および姿勢を自在に制御可能な
多自由度の運動機構を、装置の基底部分に配置された３
個のアクチュエータによって駆動され、アクチュエータ
に直結した軸とリンクおよびアクチュエータに直結した
ベルトドライブ機構またはシャフトドライブ機構によっ
て駆動される軸とリンクによって動作し、下腿部を把持
および支持し力を加える、並進２自由度回転１自由度の
垂直平面内３自由度を持つパラレルメカニズムによって
構成するので、脚全体を身体の上方に位置するように支
持したうえで膝の開閉運動を行なうことができるため、
脚全体が胴体より常に上に位置するため脚に鬱血を引き
起こすおそれがない。また、パラレルメカニズムによっ
て３自由度機構を装置が持つため、脚の自由な運動が保
証され膝に無理な負荷がかかるおそれがない。さらに、
基底部にアクチュエータを持つパラレルメカニズムのた
め、直接にリンクを配置する図３の方式に比べ、リンク
剛性を格段に小さくしても問題がなく、機構がコンパク
トになる効果がある。また、機構部と脚との間に作用す
る力を計測する力センサを下腿部を把持する機構部分に
配置し、その力をフィードバックすることで力制御およ
びコンプライアンス制御をおこなうので、脚に無理な力
をかけることがないという効果がある。また、コンプラ
イアンス制御を利用して、脚を直接動かすことで大腿部
および下腿部の連続他動運動の治療動作を直接教示する
ことができるので、教示データにしたがって治療動作を
繰り返し再現実行することができるという効果がある。
なお、本発明の装置は、同様な機構と制御系の構成で、
リハビリテーションおよび運動訓練装置としても使用す
ることができる。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】本発明の実施例の側面を示す図である。
【図３】本発明の実施例の動作を示す図である。
【図４】従来の装置の機構を示す図である。
１００…装置の基底部 １０１…第１の駆動軸 １０２…第２の駆動軸 １０４…第３の駆動軸 １０３、１０５、１０６…フリージョイント ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５…装置の軸を
接続するリンク ２０６…ベルトドライブ機構 ３０１…力センサ ３０２…スプリント ４０１…下腿部 ４０３…大腿部
接続するリンク ２０６…ベルトドライブ機構 ３０１…力センサ ３０２…スプリント ４０１…下腿部 ４０３…大腿部
フロントページの続き (72)発明者 永田 広治 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内
Claims (3)
- 【請求項１】 治療対象の膝関節を受動的に連続して動
かして関節部の修復を促す治療に使用される連続他動運
動装置において、 下腿部を支持し力を加える多自由度の運動機構部を、 基底部100 と、 前記基底部100 の両端部に駆動力をもって駆動される相
互に同一長の２本の第１のリンク201,202 と、 前記第１のリンク201,202 から、一本は駆動力をもっ
て、他方はフリージョイントで連結された相互に同一長
の２本の第２のリンク203,204 と、 前記２本の第２のリンク203,204 をフリージョイントで
連結した第３のリンク205 とから構成される並進２自由
度と回転１自由度の垂直平面内に３自由度を持つパラレ
ルメカニズムによって構成するとともに、 下腿部の支持部を前記第３のリンク上に設けたことを特
徴とする連続他動運動装置。 - 【請求項２】 前記運動機構部と下腿部との間に作用す
る力を計測する力センサを下腿部を把持する機構部分に
配置し、その力をフィードバックすることで力制御およ
びコンプライアンス制御を装置の動作中に常におこなう
ことを特徴とした請求項１記載の連続他動運動装置。 - 【請求項３】 下腿部を把持した機構にコンプライアン
ス制御を実行し、力を加えればその力の方向に沿って前
記運動機構部が自由にならい動作を行えることを利用し
て、脚を直接動かすことで大腿部および下腿部の連続他
動運動の治療動作を直接教示し、教示したデータを記憶
し、記憶した教示データにしたがって治療動作を繰り返
し再現実行することを特徴とした請求項１または２記載
の連続他動運動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08169095A JP3797437B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 連続他動運動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08169095A JP3797437B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 連続他動運動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08243136A true JPH08243136A (ja) | 1996-09-24 |
| JP3797437B2 JP3797437B2 (ja) | 2006-07-19 |
Family
ID=13753364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08169095A Expired - Fee Related JP3797437B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 連続他動運動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3797437B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011145643A1 (ja) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | 国立大学法人 鹿児島大学 | 膝関節パワーアシスト装置 |
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| WO2014132960A1 (ja) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | コマツＮｔｃ株式会社 | 二次元移動閉リンク構造 |
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| CN107398925A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-11-28 | 燕山大学 | 一种平面连杆运动装置 |
-
1995
- 1995-03-13 JP JP08169095A patent/JP3797437B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN107398925A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-11-28 | 燕山大学 | 一种平面连杆运动装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3797437B2 (ja) | 2006-07-19 |
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