JPS60501341A - コンピュ−タ化運動訓練装置 - 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】 コンピュータ化運動訓練装置 発明の背景 米国特許第４．２９１．７８７号に開示されたような運動訓練’ＡＨは当業者に 良く知られており、筋肉を強化したり回復するため、体育の指導者や身体の治療 専門家（テラピスト）によって広く使われている。

身体の動きは、筋肉が短縮したとき動きを与えるように、身体の各部に取付けら れた筋肉の極めて複雑な配置を含むため、動きの全範囲を通し身体の一部に加わ る最大の力はその身体部分の動き範囲にわたって変化する。筋肉を鍛えたり回復 させるには、身体部分の動き範囲にわたって各種の時点又は角度で加わる力を知 り、もっとも有利な治療又は運動訓練の処方を容易にすることが望ましい。更に 、筋肉を鍛えたり回復するのに、運動訓練によっては該当の部分以外に施さない ことが望ましい。例えば、一定のひざのｉノかを回復するためには、他の部分を 除き一定の筋肉だけに運動訓練を与え、動きを所定の範囲に制限するのが望まし い。

本発明の主な目的は、各種の回転角度で果される力つまり仕事を示す装置と組合 せて、レバー又はアームに付設されユーザによって付勢されるセンサを提供する ことにある。

本発明の更なる目的は、ピストンの各方向の移動に対する抵抗を独立的に調整可 能とするか又はピストンの移動に対し選択的にいずれか一方の方向で抵抗を与え 他の方向では抵抗を与えない制御弁を備えた改良型の複動油圧シリンダを提供す ることにある。

本発明によれば、運動訓練装置はレバーアームが旋回自在に固定されたレバーを 有するフレーム、及びフレームとレバーアーム間に接続されてレバーアームの移 動に抵抗を与える複動油圧シリンダから成る。シリンダに付設された弁が、シリ ンダの対向端から流れる流体に対す独立的な制限調整を可能とし、シリンダの一 端からロットを伸張させるのに必要な力がシリンダ内へしノ）・を後退させるの に必要な力と異るようにする、寸法の異った１ｍ路を持つ弁要素を備えている。

シリンダを通し反対方向にピストンを移動させるのに必要な圧力に関連した信号 を与えるため、圧力変換器が配置されている。レバーアームの位置に関連した出 力信号を、それが旋回点を中心に回転するにつれて供給するため、ポテンショメ ータが位置されている。圧力変換器及びポテンショメータからの信号が、信号調 整回路とアナログ／デジタル変換回路を介しマイクロプロセッサに送られる。マ イクロプロセッサは、計時サイクルの開始時にリセフトされ、繰返し数、経過時 間、累計の仕事とパワー、先行する任意な１回の繰返しの仕事、パワー及びピー ク負荷を指示する。マイクロプロセッサは更に、身体部分の強度を比較する目的 のため、右側と左側の身体部分の屈曲及び伸長時における仕事又はパワーを指示 する。マイクロプロセッサからの出力は、データ処理、グラフ表示及びデータの 記憶のため通常のホームコンピュータの入力に与えられる。

図面の簡＄Ｌ象晟肌 発明がより明解且つ完全に理解されるように、本発明の好ましい実施例の図面を 添付する： 第１図は本発明を実施した運動訓練装置の前方左側から見た斜視図； 第２図は同装置の後方左側から見た斜視図：第３図はレバーアーム、油圧シリン ダとイ」設の弁機構及びマイクロプロセッサへの入力を与えるセンサの概略線図 ：第４図は第３図の４−４線に沿った断面図；第５図は第４図の５−５線に沿っ た断面図：第６図は油圧シリンダの拡大部分断面図：第７図はマイクロプロセッ サ回路のブロック図；第８図はマイクロプロセッサ用ハウシングと所望の留部を 表示するだめの付設スイッチの斜視図； 第９図はマイクロプロセッサ用ハウジングの上方後側から見た斜視図； 第１０Ａ、ＩＯＢ及びＩＯｃ図はマイクロプロセ、す回路の配線図； 第］ＩＡ及１１Ｂ図は表示盤の配線図：であり、各図を通し同し部品を示すのに 同し参照番号が使われている。

好１災巖桝勿晟肌 番号２０で全体が示され本発明を実施した運動訓練装置が、添付の図面中筒１． ２図に示しである。運動訓練装置２０は、横方向に延びた連結バー２６．２７に よって相互に結合されほぼ垂直に延びた側方フレーム部材２２．２４を備えて成 る。側方フレーム部材２２．２４は実質上同一の構造で、それぞれシート支持体 ２８と背中支持体３０用の取付台を与えるように成形されている。

図面中筒１図に最も解り易く示し７であるように、ノート３２．３４は水平面か ら例えば１５゛の角度でわずかに傾斜し、シートの前縁が後縁より上方に高めら れている。シートの背もたれ３６．３８は隣接したシート３２．３４にそれぞれ 取付りられ、各シートの背もたれはシート３２．３４の平面に対して約１１０° つまり水平面に対して約１２５°の角度で傾斜している。

上記から、ユーザがソート３２に坐り背もたれ３６にもたれかかったとき、ユー ザがわずかに傾斜した姿勢になることが容易に理解されよう。ユーザを運動訓練 装置のソート３２と背もた１ｚ３６に対し拘束するため、一対のシートヘルド４ ２．４４か設けられている。

各シートの背もたれ３６．３８は背中支持体３０上に取付けられ、背中支持体３ ０はそこから後方へ延び且つフレームに溶接又はその他の方法で固定された中空 管３３内に収容されるバー３１を有する。各シート背もたれ３６．３８のシート ３２．３４に対する位置を調整するため、容管３２はそこにネジ止めされバー３ １を貫いて形成された離間開口へｉ！沢的に位置決めされる調整ネジ３５を有す る。ロックネジ３７は、各バー３１の外表面と係合するように筒状部材３３の壁 を貫いてネジ止めされ、バー３１及び対応するシート背もたれの筒状部材３３に 対する動きを妨げる。

シリンダ支持バー４０は、フレームの下方後部に隣接した一方の連結バー２６に 固定された下端と、シート３２．３４の前縁を支持する連結バー２７に固定され た前端とを有する。コンソール４５がシリンダ支持バー４０の」一端に取付けら れ、両シート３２．３４間に位置し、後部こ詳述するよう弁組体を支持する。

又シリンダ支持バー４０は、その上端から前方へ延び枢支ピン５０を回転可能に 支持する離間した耳４６．４８を有する。中空の筒状作動アーム５２が、枢支ピ ン５０によって回転可能に支持された中空の円筒状ブノソユ５４へ溶接又はその 他の方法で固定されている。作動アーム５２の長さは、ソート背もたれ３６．３ ８の調整について前述したのと同しように、調整ネジ３５′とロックネジ３７′ によって調整可能である。

作動アーム５２の下部５３はそこに溶接又はその他の方法で固定されたロット５ ４を有し、該ロット５４が同定されたパッド５６を有する軸受スリーフを回転可 能に支持している。パット５６はユーザのむこうずねの前面と当接し、ユーザの むこうずね５ をパット５６と当接する状態に維持するための足首ノλアト５８を備えている。

シート３２又は３４に着席したユーザの腿と当接する腿／＼アト５９も設けられ ている。

各シート３２．３４の隣接した対向側面に、ユーザの手で握られユーザの身体を 安定化するのを容易とするハンドルノ＜−５７が設けられている。つまり、ユー ザがシート３２又は３４に着席したとき、ユーザの身体はシートヘルド４２、足 首ハンド５８及び腿ハント５９によって拘束され、その身体を安定に維持するこ とが容易に理解されよう。身体を更に安定化するため、パッド付円筒体２５がブ ラケット２３によって側方フレーム部材２２．２４にそれぞれ固定されている。

運動訓練が施されない方のコーーザの脚が一対辺バノド付円筒体２５間に位置さ れ、その運動訓練されない脚の動きを防く。

後に詳述するように、番号６０で全体を示したコンピュータの取付台が運動訓練 装置の前方に固定され、マイクｒｌＩプロセッサ用ハウジング６５を支持する。

枢支ピン５０を中心とした作動アーム５２の動きは複動油圧シリンダ７０によゲ て抵抗を受け、油圧シリンダ７０は図面中筒６図に最も解り易く示すように、円 筒状筒形部材７２とこの内部を軸方向に貫通して延びた円筒状ハウジング７４と を備え、両口筒状部材７２．７４間に環形状のりザーハ７５を形成する。エンド プラグ又はシリンダキャップ７６．７７は同一の構造で、それぞれネジ切り通路 ７８を備え、このネジ切り通路７８が各部材７２．７４及び７６を貫いて延び、 後に詳述するように油圧ラインをシリンダ７４の内部と流体連通せしめる。プラ グ部材７６．７７は、環形状リザーバ７５と通路７８の間ζこ延びたポート８０ にノ＼不負荷弐の逆止弁７９を備え、リザーバ７５から通路７８へ向かう流体の 実質上無制限の流れを許容する一方、ポート８０を通り通路７８からりザーハ７ ５へ向かう流体の流れを阻止する。

外周に装着されたシールリング８３を有するピストン８２がシリンダ７４に摺動 可能に配設され、シリンダキャ・７プ７６．７７内に形成された通路を通して延 びたロッド８５．８６を存する。つまり、ロッド８５が延出すると、ロッド８６ が後退する。

第３Ｍを参照すると、ロッド８５はその外端にロッド小環９０を有し、ロッド小 環９０がピン９０により作動アーム５２中央部の突片５１へ旋回自在に固定され る。シリンダ７０はピン７１でシリンダ支持バー４０へ旋回自在に固定される。

シリンダの反対端にあるロッド８６はピストン８２の移動を制限するストッパ８ ６ａを備え、アーム５２の角運動範囲を選択的に制限するのが好ましい。

図面中箱３図に最も解り易く示しであるように、シリンダ７０の対向端はそれぞ れライン９３．９４を通し制御弁９５に接続されている。

図面中筒４図に示すごとく、弁本体９５は入口通路９６と出口通路９７と連通ず るチャンバ内に回転自在に固定された弁要素９８を存する。弁要素９８は、入口 通路９６を出口通路９７と流体連通せしめる直径の異った複数の計量オリフィス を有する。又弁要素９８は、運動訓練装置２０の両シート３２．３４間に位置し たコンソール４５からアクセス可能なノブ１００の回転により所望の位置へ回動 される。複数油圧シリンダ７０の反対端からライン９４を通る流れを調整する別 の弁要素を制御するため、別のノブ１０１が配置されている。図面中箱５図に最 も解り易く示しであるように、計量オリフィス９９は直径が異るのが好ましく、 図示例では８個の異ったザイスのオリフィスか設けられている。

戻りライン９７′か弁本体９５の戻り通路９７と連通して位置し、シリンダ７０ のリザーバ７５と連通ずる戻りポートに接続されている。系内に作動油を満たず のを容易にするため、シリンダ７０は充填ポート７５′を備えているのか好まし い。アキュムレータ１０２がライン１０３を介して戻りライン９７′に接続され 、好ましくは約１０ボンド／平方インチ（ｐｓｉ　）の圧力に蓄圧されている。

圧力変換器１０５．１１０が通路１０４を介し、弁本体９５内の入口通路９６と 流体連通ずるように接続されている。圧力変換器１０５．１１０は通常の構成で 、流体圧に関する出力信号を送る。図面中箱３図に図示のごと＜、導線Ｂ９は１ ２ボルトの電源と両度換器１０５．１１０に接続されている。又両正力変換器１ ０５．１１０はラインＢ７を介しアースされている。圧力変換器１０５．１１０ の各出力は、それぞれ導線Ｂ］５、Ｂ１９を介しマイクロプロセッサへ送られる 。後に詳述するように、導線ＢＩ５、＋３１９からの信号がシリンダ７０の対向 各端における流体圧を指示するのに使われる。

アーム５２の上端に固定された軸受スリーブ５４か、ユーザによって作動される 。電位差計１１５がそこに装着されたギヤ１１６を有し、軸受スリーブ５４とギ ヤ＋１６が転動係合するように位置されている。従って、アーム５２かピン５０ を中心に回転すると、電位差計１１５の出力が変化し、シート３２．３４の平面 に対するアーム５２の角度位置を指示する。電位差剖１１５は導線Ｂｌｌを介し ５ボルトの電源へ、導線Ｂ７を介しアースへ接続されている。電位差計１１５の 出力つまりワイパーか、後に詳ｊホするように導線Ｂ１３を介しマイクロプロセ ッサへ接続されている。

第７〜１３図に最も解り易く示しであるように、圧力変換器１０５．１１０及び ボテンンヨメータ１１５からの各信号は信号調整装置を介してマイクロプロセッ サへ送られ、マイクロプロセフす用ハウジング６５内の表示盤に出力を与える。

導線Ｂ＋５、Ｂ１９をｊＭシた信号は、それぞれ信号調整回路１２０をｉｌシ第 第１０凹 テンショメータ１１５からの信号は、導線Ｂ　］　、３を通しアナＬグ／デジタ ル変換器へ送られる。第１０Ａ図には、１つの信号調整回路１２０が概略的に示 しである。但し、信号調整回路１２０はモニターすべき各圧力源毎に設けられる ことが容易に理解されよう。尚第１０Ａ図には、３個のポテンショメーク１１５ を収容し、１つより多いアーム５２の角度に関するデータを処理するため、３つ の信号調整回路１２２、１２２′及び１２２″が示しである。

第１０Ａ、ＩＯＢ、］、　Ｏ　Ｃ図中、“Ｂ”で表示した導線はマルヂビン型コ ネククを有するハックブレー１に接続され、”　Ｄ　”で表示した導線は第１１ Ａ図に概略的に示された表示盤へ接続している。表示盤は各スイッチを介し、ハ ウジング６５の前方から見ることのできる発光ダイオードに接続されている。第 ８図に最も解り易く示しであるように、ハウジング６５の前面にはその左側にオ ン−オフスイッチ１２５とリセットスイッチ１２６、右側に縦列の各スイッチ１ ２７〜１３３、及び中央部にスイッチ１３４〜１３７を備えている。発光ダイオ ード１４０、】４２、１４４及び１４５，がユーザに見えるようにデータを表示 し、又スイッチ１２５〜１３７のそれぞれに隣接して１個のダイオードが位置し 、どのスイッチが動作位置にあるかを指示する。

スイッチ１２５は系を“オン及びオフパする電源スィッチで、スイッチ１２６は 計時サイクルをリセットする°゛リセツトスイ９ ノブである。“経過時間”はディスプレイ１４２に表示され、下降位置から上昇 位装置へ上り又下降位置へ戻るアーム５２の動きである。゛繰返し”数が表示計 １４０によって表わされる。

スイッチ１２７．１２９は、パネルの前面に“仕事”とラベル表示されている。

スイッチ１２９が操作されると、窓１４５に現われる数値が“前回の繰返しパワ 中に成された仕事を表示する。一方スイソチ１２７が操作されると、系のりセン ト以降の“累計された”仕事が表示される。

スイッチ１２８は“パワー”とラベル表示され、これが操作されると、“前回の 繰返し”中に加わったパワーを窓１４５に、“累計”パワーを窓１４４にそれぞ れ表わす。スイッチ１３１は゛ビークトルク”とラベル表示されており、これが 操作されると、窓−１４５に現われる数値が前回の繰返し中にアーム５２に加わ った最大トルクを表わす。

スイッチ１３２は“再呼出し”とラベル表示されており、これが押されるとデー タが系に再び呼出され、特定の繰返し数が窓１４０に現われ、スイッチ１２９〜 １３０のいずれかで選択されたピークトルク、パワー又は仕事が窓１４５に現わ れる。スイッチ１３３は較正スイッチで、系の初！ＩＪＩ較正時に使われ、１ザ イクルつまり単一繰返しの角度限界を定める。

スイッチ１３６．１３７は、それぞれ“右゛及び左”とラベル表示されている。

ユーザがシート３４に坐ったときは、ユーザの、左脚の強度が表わされる。一方 ユーザがシート３２に坐ったときは、右脚の強度が表わされる。左右の脚が同し 作動部材を動かずことによって、軸受摩擦やシリンダ又は弁オリフィイスの径変 化の結果として生ずるエラーが系から確実に取除かれるように、１本のアーム５ ２が使われる。計時サイクル中発光ダイオードＩＯ− １４５が点灯し、そのオン時が運動訓練の開始を示す。

回路基板及び表示盤の配線図を第１０〜１３図に示す。これらは当業者であれば 自ずと理解されよう。第９図に示すように、回路は前述のごとくケーブル８７〜 Ｂ］９を介し圧力変換器１０５．１１０及び角度電位差計１１５に接続されてい る。系は“、Ｊ３″とラベル表示されたケーブルを介して接続され、データをパ ーソナルコンピュータに入力する。並列インターフェイス８４２０からのビンコ ネクタＪ３が図面中筒１．　ＯＢ図に示しである。

データがパーソナルコンピュータへ送られると、そのデータは後日における診断 のためテープ又はディスク上に永久的に記憶される。トレーニングやリハビリテ ーションの計画中、ユーザ又は治療の専門家が運動の繰返しを通して各角度にお ける各身体部分の強度をめるのを手助けするため、及び各繰返し中の各角度にお けるデータを異った時点で比較するため、データはグラフ的に表示可能であるこ とが容易に理解されよう。又、シリンダ７０とそれに付設された弁９５がロット ８５の伸張又は後退に対する抵抗を独立的に調整可能とし、いずれか一方の方向 の動きに実質上何の抵抗も与えず、他の方向の動きに大きな抵抗を力■えるよう に調整できることも理解されよう。すなわち、シリンダ７０は弁ハウジング９５ −トのノブ１００．１０１を華に回転するだけで、いずれか一方向のピストンの 動きに応した華動シリンダあるいは複動シリンダとして機能し得る。

図面の簡単な説明 ）坏ふ　ｐ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１及び第２筒状部材を備え、第２筒状部材が第１筒状部材内を貫通して延 び、第１及び第２筒状部材の両壁間乙こ環形を形成しており；該環形の閉塞手段 から離間して上記第２筒状部材内に配置され、リザーバを形成するピストン；該 リザーバと上記第２筒状部材の内部に連通ずる通路を有し、リザーバから第２筒 状部材の内部へ向かう流体の流れを許容するとともに第２筒状部材の各端からり ザーハへ向かう流体の流れを阻止する逆止弁手段、第」及び第２弁要素を備え、 これら弁要素のそれぞれが、第２筒状部材の内部と連通ずる流Ｊｆｆｉ路と連通 ずるように位置可能で異ったサイズを持つ複数のオリフィスを有し、第２筒状部 材の各端からりザーハへ向かう流体の流れＧこ対する抵抗を独立に且つ選択的に 調整可能にしていることがら成る複動油圧シリンダ。 ２　前記リザーバと流体連通ずるアキュムレータか設けられ、該アキュムレータ がリザーバ内の流体圧を維持するため所定の圧力に前もって蓄圧されている請求 の範囲第１項記載の複動油圧シリンダ。 ３　前記ピストンの反対各側に隣接した第２筒状部材の内部と流体連通し、前記 シリンダの対向各端に隣接した流体圧に関する電気信号を発生ずる一対の圧力変 換器；及びこれら圧力変換器に付設され、シリンダの対向各端に隣接した圧力を 表示する指示手段、が設けられた請求の範囲第１項記載の複動油圧シリンダ。 ４　前記圧力変換器に付設されたマイクロプロセッサを備え、該マイクロプロセ ッサが圧力変換器からのデータを受取って記憶する請求の範囲第３項記載の復動 油圧シリンダ。 ５　前記油圧シリンダ内のピストン位置Ｇこ関する電気信号をマイクロプロセッ サに送る位置指示手段；及び前記マイクロプロセッサに付設され、シリンダ内の ピストンの異った位置で該ピストンに加わる力を表示するディスプレイ手段；を 備えた請求の範囲第４項記載の複動油圧シリンダ。 ６、運動訓練装置において、被作動部材；該被作動部材に付設され、被作動部材 に加わる力の大きさに関する信号を発生する力検知手段；上記被作動部材に付設 され、被作動部材の位置に関する信号を発生ずる角度検知手段；上記各信号を所 定の時間間隔でデジタル信号を変換し、該デジタル信号をマイクロプロセッサへ 送る手段；及び上記プロセッサに付設された表示手段で、該表示手段が経過時間 、被作動部材の繰返し数及び繰返し中に加わる力を表示すること；から成る運動 訓練装置。