WO2005105222A1

WO2005105222A1 - 運動療法装置

Info

Publication number: WO2005105222A1
Application number: PCT/JP2004/006083
Authority: WO
Inventors: Keizo Yoshida; Takuya Hayashi; Mitsunobu Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Company, Limited
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10
Also published as: JP4350748B2; US20070275831A1; JPWO2005105222A1; US7641599B2

Abstract

この発明は、ペダル２１と、ペダル２１が結合されているペダル回転軸２７と、ペダル回転軸２７を回転駆動させるための負荷モータ２５と、ペダル回転軸２７の回転運動を負荷モータ２５により起動させるように負荷モータ２５を制御する負荷制御装置２６とを備えた運動療法装置である。

Description

運動療法装置技術分野

この発明は運動療法装置に関し、特に、例えば心疾患患者並びに脳血管障害患者などがエルゴバイクで運動療法を行う際に、ペダルを踏む脚力の極端に弱い運動者が、運動療法の開始時に急激な負荷を受ける事無く、運動療法を実施できるようにする運動療法装置に関する明ものである。背景技術

図 3は、例えば、特公昭 6 2 - 4 6 1 9 3号書公報に開示された従来の運動療法装置を示す構成図である。図 3に示すように、従来の運動療法装置においては、運動者が踏むペダル 2に結合されたプーリー 1と、ペダル 2に負荷を与えるためのモータ 7とが設けられている。プーリー 1とモータ 7との間には、プーリー 3 が設けられている。プーリー 1とプーリー 3には、ベルト 4がかけられている。また、プーリー 3には、プーリー 5が併設されている。プーリー 3の回転軸と、プーリー 5の回転軸は共通である。プーリー 5とモータ 7には、ベルト 6がかけられている。また、プーリー 1およびプーリー 5には、それぞれ、 1つのマグネット 8および 9が取り付けられている。また、ホール素子 1 0および 1 1がマグネット 8および 9を検知するために設けられている。すなわち、マグネット 8および 9がプーリー 1およびプーリー 5とともに回転して所定の位置（図 3においては真下の位置）に到達したときに、それらに対向する位置にホール素子 1 0および 1 1が設けられているので、 1回転するたびに、ホール素子 1 0および 1 1 によってマグネット 8および 9が検知され、これにより、プーリー 1およびプーリー 5が回転した回数を検知することができる。ホール素子 1 0および 1 1にはコンピュータ 1 2が接続されており、コンピュータ 1 2はホール素子 1 0および 1 1からの信号を入力し、プーリー 1とブーリー 5との回転数を算出する。コンピュータ 1 2には、モータ 7を制御するための負荷制御装置 1 3が接続されており、コンピュータ 1 2からの回転数に基づいてモータ 7の負荷が制御される。次に動作について説明する。

ペダル 2の回転数は、プーリー 1とプーリー 3にかけられたベルト 4によってプーリー 5に伝えられて增速され、更に、ベルト 6によりモータ 7に伝えられる。プーリー 1とプーリー 5の 1回転毎にホール素子 1 0および 1 1がパルス信号をコンピュータ 1 2に出力する。当該コンピュータ 1 2はこのパルス信号の数を算出して、負荷制御装置 1 3に出力する。負荷制御装置 1 3ではこのパルス信号の数に基づいて回転数を決定し、モータ 7の負荷を制御する。また、回転数からぺダル 2の位相角を検知することができるので、ペダル 2の回転角度位置に対応させて負荷を設定したい場合にも、当該回転数を用いれば、ペダル 2の回転角度位置ごとの負荷の設定が可能である。

従来の運動療法装置は以上のように構成されているので、運動療法開始時に、ペダル 2の負荷が運動療法装置の駆動系の摩擦負荷より大きな力を出さなければ、運動者がペダル 2を漕ぎ始める事はできなかった。そのため、運動者のペダル 2 を踏む脚力の大きさが極端に弱い場合には、運動療法の開始時に急激な負荷を受けることになる。

しかしながら、特に、筋力（例えば、大腿四頭筋および股関節伸筋群）の低下が著しい運動者や、心疾患患者、脳血管障害患者、または、高齢者が運動療法を行う際には、ペダル回転運動を特に軽負荷で実施する必要がある。

このように、従来の運動療法装置においては、運動療法開始時には、駆動系の摩擦負荷以上のぺダルを踏む力を運動者が出さなければぺダル'が回転し始めないので、身体障害者または高齢者などの筋力の低下した運動者が運動療法装置で運動する場合は、運転開始時のペダル負荷が運動者にとってはかなりの負担となつてしまうという問題点があった。発明の開示

この発明はかかる問題点を解決する為になされたもので、ペダル回転運動を開始する時に、そのペダル負荷を極力軽くすることが可能な運動療法装置を得る事を目的とする。この発明は、ペダルと、前記ペダルが結合されているペダル回転軸と、前記べダル回転軸を回転駆動させるための負荷モータと、前記ペダル回転軸の回転運動を前記負荷モータにより起動させるように前記負荷モータを制御する負荷制御手段とを備えた運動療法装置である。

これにより、この発明の運動療法装置によれば、負荷制御手段がペダル回転軸の回転運動を起動させるようにしたので、ペダル回転運動を開始する時に、そのペダル負荷を極力軽くすることが可能となるので、低体力の運動者でも楽にぺダル回転運動を開始することができ、運動機能の回復および体力の維持を図る事ができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1に係る運動療法装置のプロック図、図 2は、この発明の実施の形態 1に係る運動療法装置におけるたわみ検出例を示した説明図、

図 3は、従来の運動療法装置を示す構成図である。発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 .

図 1はこの発明の実施の形態 1に係る運動療法装置の全体構成を示すプロック図である。図 1に示すように、本実施の形態に係る運動療法装置には、ペダル 2

1のペダル回転軸 2 7に結合されたペダル軸ブーリー 2 2が設けられている。また、ペダル 2 1のペダル回転軸 2 7の回転運動を駆動させるための負荷モータ 2

5が設けられている。さらに、負荷モータ 2 5には、負荷側プーリー 2 4が結合されている。ペダル軸プーリー 2 2と負荷側プーリー 2 4にはベルト 2 3がかけまわされている。ベルト 2 3は、ペダル回転軸 2 7の回転運動を負荷モータ 2 5 に伝達する駆動伝達手段を構成している。また、負荷モータ 2 5には、負荷モータ 2 5を駆動制御するための負荷制御装置 2 6が接続されている。この構成により、ペダル軸プーリー 2 2は、ベルト 2 3を介して負荷側プーリー 2 4に結合された負荷モータ 2 5に回転運動を伝え、負荷モータ 2 5は、負荷制御装置 2 6により駆動制御される。

また、ベルト 2 3の上側の撓み（たわみ）を検出するための検出器 3 1と、ベノレト 2 3の下側の橈みを検出するための検出器 3 2とを有し、それぞれの検出器 3 1 , 3 2による撓み検出信号は負荷制御装置 2 6に入力される。

検出器 3 1， 3 2は、例えば、光センサ、近接センサ、距離センサ等から構成される。さらに、ベルト 2 3の張り橈みに応じて上下に移動可能なアイドラを組み合わせることで、上記のセンサ以外にも、リミットスィツチ、位置センサなどを用いて構成することもできる。

ベルト 2 3は後述するように起動時等に撓むが、その橈みによるベルト 2 3の垂直方向の位置のずれは、ベノレト 2 3の材質および長さ等から設計時あるいは製造時に予測可能である。そのため、検出器 3 1および 3 2は、ベルト 2 3が橈んだときのみ検知できる位置に設けられている。すなわち、ベルト 2 3が橈んだときに、ベルト 2 3が検知器 3 1および 3 2の検知可能エリアに入ってくる構成になっており、通常時にはベルト 2 3は検知器 3 1および 3 2により検知されない, 運動者がペダルを正転方向に回転させ、負荷モータ 2 5が負荷となる場合は、ベルト 2 3は上側が張り、下側が橈む。一方、負荷モータ 2 5の補助力でペダルが正転方向に回転する場合は、ベルト 2 3は上側が撓み、下側が張る。

この性質を利用すれば、検出器 3 1 , 3 2により、ペダル回転軸 2 7が負荷モータ 2 5による補助力によって回転しているか否かを判定することができる（判定手段）。

すなわち、検出器 3 1がベルト 2 3を検知したなら、ペダルはモータの補助力で回転しており（破線 a ) 、ベルト 2 3を検知していないなら、ペダルは運動者により回転させられていると判定される（実線）。

同様に、検出器 3 2がベルト 2 3を検知したなら、ペダルは運動者により回転させられており (実線）、ベルト 2 3を検知していないなら、ペダルは負荷モータ 2 5の補助力で回転していると判定される（破線）。

なお、本実施の形態に係る運動療法装置の全体の構成としては、例えば、特公日召 6 2— 4 6 1 9 3号公報（図 1 ) に示されるように、運動者が運動時に握るためのハンドル、運動者が座るためのサドル、ペダル軸ブ一リー 2 2や負荷モータ 2 5等を収納しているフレーム、および、それらを支持するスタンドから構成されている。

次に、図 1に示した運動療法装置の動作について図 2に基づいて説明する。図 2に示すように、運動者がペダル 2 1を漕いでペダル回転軸 2 7を B方向へ回転させて運動する場合、運動者がペダル 2 1を B方向へ漕ぎ始めると、発生する張力によりベル'ト 2 3は下側部分が破線 bの状態に撓む。検出器 3 2が当該撓みを検出して、橈み検出信号を出力する。負荷制御装置 2 6は、当該橈み検出信号に基づいて、負荷モータ 2 5を B方向に回転させるように駆動する。その結果として、運動者がペダル 2 1を回転させるための力を負荷モータ 2 5が補助するように、負荷モータ 2 5を駆動することになる。負荷モータ 2 5の補助動作により、運動者は、楽な力でペダル回転運動を開始することができる。

ペダル回転運動をさらに続けていき、負荷制御装置 2 6がペダル 2 1の回転速度よりも早く負荷モータ 2 5を駆動した場合は、発生する張力によりベルト 2 3 は、上側部分が、破線 aの状態に撓むので、検出器 3 1が当該橈みを検出して、橈み検出信号を出力する。負荷制御装置 2 6は、当該撓み検出信号に基づいて、負荷モータ 2 5を停止させるように動作する。これにより、負荷モータ 2 5の補助動作は停止する。

なお、ペダル回転方向が逆に A方向の場合は上記動作と全く逆の動作となる。すなわち、図 2に示すように、運動者がペダル 2 1漕いでペダル回転軸 2 7を

A方向へ回転させて運動する場合、運動者がペダル 2 1を A方向へ漕ぎ始めると、発生する張力によりベルト 2 3は上側部分が破線 aの状態に橈む。検出器 3 1が当該撓みを検出して、撓み検出信号を出力する。負荷制御装置 2 6は、当該撓み検出信号に基づいて、負荷モータ 2 5を A方向に回転させるように駆動する。その結果として、運動者がペダル 2 1を回転させるための力を負荷モータ 2 5が捕助するように、負荷モータ 2 5を駆動することになる。負荷モータ 2 5の補助動作により、運動者は、楽な力でペダル回転運動を開始することができる。

ペダル回転運動をさらに続けていき、負荷制御装置 2 6が、ペダル 2 1の回転速度よりも早く負荷モータ 2 5を駆動した場合は、発生する張力によりベルト 2

3は、下側部分が、破線 bの状態に撓むので、検出器 3 2が当該橈みを検出して、撓み検出信号を出力する。負荷制御装置 2 6は、当該撓み検出信号に基づいて、負荷モータ 2 5を停止させるように動作する。これにより、負荷モータ 2 5の補助動作は停止する。

以上のように、本実施の形態においては、上記動作を繰り返すことにより，ぺダル 2 1を漕ぎ始める時にペダル 2 1が回り始めない限界の状態にペダル 2 1を停止させた状態を保持できるようになり、運動者がペダル 2 1を漕ぎ始めた時には、ほぼ負荷ゼ口の状態から運動を開始することが可能となる。

さらに上記構成により、ペダル 2 1を漕がない時にペダル 2 1が回り出さない限界の状態を保持できるようになり、運動者がペダル 2 1を漕ぎ始めた時に、確実にほぼ負荷ゼ口の状態から運動を開始することが可能となる。

このように、本実施の形態においては、運動者のペダル回転運動開始時に、負荷モータ 2 5により補助動作を行うようにしたので、運動者の筋力が極端に弱レ、場合でも、運動療法を楽に始めることができる。

また、この発明によれば、従来の筋力測定器と従来の自転車型運動療法装置を一体化することも可能となり、様々な運動者が無理なく運動できる効果が得られる。

この発明によれば、運動負荷試験においても、負荷がほぼゼロの状態から運動負荷を徐々に増加できるので正確な運動負荷試験が実現できる。

この発明によれば、低体力者や脚力の弱い運動者でも無理なく運動できる効果が得られる。

この発明では、ェルゴバイクでの下肢の運動での実施の形態を示したが、下肢および上肢のその他の運動療法においても、同様な機構構成をする事により運動者が非常に軽い負荷から運動を実施できる効果が得られる事は言うまでもない。この発明では、検出器を 2台使用した実施の形態を示したが、検出器 3 2のみの 1台にして簡易的に制御できる事は言うまでもない。

この発明では、ベルトの撓みを駆動系の伝達機構の撓みとして検出した例を示したが、ベルト以外に、チェーン、 Vベルト、タイミングベルト、など駆動伝達系のたわみを発生する機構であれば実現できる事は言うまでもなレ、。

この発明では、負荷モータを使用した例を示したが、負荷モータ以外に、専用のアシストモータ、その他補助駆動機構でも同様の効果が得られる事は言うまでもない。

Claims

請求の範囲

1 . ペダルと、

前記ペダルが結合されているペダル回転軸と、

前記ペダル回転軸を回転駆動させるための負荷モータと、

前記ペダル回転軸の回転運動を前記負荷モータにより起動させる方向に前記負荷モータを駆動制御する負荷制御手段と

を備えたことを特徴とする運動療法装置。

2 . 前記負荷制御手段は、前記ペダル回転軸の回転運動開始時の起動負荷を前記負荷モータにより補助するように前記負荷モータを制御する

ことを特徴とする請求項 1に記載の運動療法装置。

3 . 前記ペダル回転軸が前記負荷モータによる補助力によって回転しているか否かを判定する判定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項 1または 2に記載の運動療法装置。

4 . 前記ペダル回転軸の回転運動を前記負荷モータに伝達する駆動伝達手段をさらに備え、

前記判定手段は、前記駆動伝達手段の形状における撓みを検出して撓み検出信号を出力する検出部を有しており、

前記負荷制御手段は、前記検出部から出力される前記撓み検出信号に基づいて、前記負荷モータの駆動および停止を制御する

ことを特徴とする請求項 1または 2に記載の運動療法装置。

5 . 前記ペダル回転軸に設けられたペダル軸プーリーと、

前記負荷モータに設けられた負荷側ブーリーと

をさらに備え、

前記駆動伝達手段は、前記ペダル軸ブーリ一と前記負荷側ブーリ一とに掛けまわされたベルトから構成されていることを特徴とする請求項 3に言己載の運動療法装置。