JP5478440B2 - Upper limb exercise training device - Google Patents
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Description
本発明は、患者の麻痺した上肢の運動機能を回復させる訓練に用いる上肢運動訓練装置に関する。 The present invention relates to an upper limb exercise training apparatus used for training to restore the motor function of a paralyzed upper limb of a patient.
脳卒中を煩った患者の一部に、後遺症として身体の一部に麻痺が残ることがある。いくつかある麻痺の種類のうち、身体の右側半分が麻痺したり、左側半分が麻痺するいわゆる片麻痺といわれるものが最も多い。片麻痺の患者の回復を図るために様々な訓練装置が提案されている(例えば、特許文献1(第3頁、図2、図3)参照。)。 Some patients suffering from stroke may have paralysis on their body as a sequelae. Of the several types of paralysis, what is called hemiplegia, where the right half of the body is paralyzed or the left half is paralyzed, is the most common. Various training devices have been proposed for recovery of hemiplegic patients (see, for example, Patent Document 1 (page 3, FIG. 2, FIG. 3)).
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図13に示すように、上肢動作補助機構100は、6つのサーボモータ101、102、103、104、105、106と、これらのサーボモータ101、102、103、104、105、106のそれぞれに繋げられるワイヤ等の糸条111、112、113、114、115、116と、これらの糸条111、112、113、114、115、116のうち糸条111、112、113の先端が繋がれ患者の肘近傍に装着される肘装着具117と、糸条114、115、116の先端が繋がれ患者の手首近傍に装着される手首装着具118と、6つのサーボモータ101〜106を制御する制御装置(特許文献1第3頁左欄第11行)121〜126と、この制御装置に動作指令を送るスイッチ(特許文献1第3頁左欄第19行)131〜136とからなる。なお、特許文献1には制御装置やスイッチは図示せぬと説明されているが、説明の便宜のために図13に制御装置121〜126及びスイッチ131〜136を明示した。
As shown in FIG. 13, the upper limb
スイッチ131〜136は、患者Q又は医師もしくは訓練士が操作する(特許文献1第3頁左欄第19行〜第20行)。スイッチ131を操作することにより、糸条111の長さが調整される。同様に、スイッチ132を操作することにより、糸条112〜116の長さが個別に調整される。
The
図14に示されるように、肘部がaに置かれた場合、手首部はAに位置する。同様に、肘部がb〜jに置かれた場合、手首部はB〜Jに位置する。このようにして、手首部は斜線が施されているエリアが可動範囲となる(特許文献1第3頁右欄第7行〜第8行)。
As shown in FIG. 14, when the elbow is placed on a, the wrist is positioned on A. Similarly, when the elbow is placed on b to j, the wrist is located on B to J. In this manner, the hatched area of the wrist becomes the movable range (
以上の説明から推察すると、上肢動作補助機構100では、スイッチ131〜136を操作することで、糸条111〜116の長さを変えることにより、患者Aの上肢の訓練を実施する。
Inferring from the above description, in the upper limb
これでは、スイッチ操作が繁雑になり、スイッチ操作における負担が甚大になる。
また、近年の訓練方法では、患者Qが上肢に力を加え、不足する力を外から加えることで、上肢を上下どうさせることが望まれる。上肢動作補助機構100では、患者Qが上肢に力を加えなくとも、操り人形にように上肢が上下動することになり、訓練の成果が得にくい。
This complicates the switch operation and increases the burden on the switch operation.
Further, in recent training methods, it is desired that the patient Q applies a force to the upper limbs and applies a deficient force from the outside to raise or lower the upper limbs. In the upper limb
そこで、スイッチ操作が不要又は簡便で、十分な訓練の成果が得られる訓練装置の提供が求められる。 Therefore, it is required to provide a training apparatus that does not require a switch operation or is simple and that can provide sufficient training results.
本発明は、スイッチ操作が不要又は簡便で、十分な訓練の成果が得られる訓練装置の提供を課題とする。 It is an object of the present invention to provide a training apparatus that does not require a switch operation or is simple and that can provide sufficient training results.
請求項1に係る発明は、患者の麻痺した上肢の運動機能を回復させる訓練に用いる上肢運動訓練装置において、
椅子に座った患者より上方まで延びる高さの架台と、この架台の上部に平面視で矩形の頂点に鉛直軸周りに回転自在に取付けられる4個のワイヤ巻取り機構と、これらのワイヤ巻取り機構の各々から延びるワイヤと、これら4本のワイヤの先端を結合するワイヤ結合具と、このワイヤ結合具に吊り下げられ上肢を結束することができる上肢固定具とからなり、
ワイヤ巻取り機構は、架台に鉛直軸周りに回転自在に取付けられる回転軸と、この回転軸の上端に連結され回転軸の回転角を計測する回転角計測手段と、回転軸に吊り下げられる旋回箱と、この旋回箱から水平に延ばされる一対のアームと、これらのアームの先端に水平軸を介して回転自在に設けられワイヤを巻取るプーリと、このプーリを駆動するサーボモータと、ワイヤに加わる張力に応じて上下に撓むアームの撓み量を増幅する撓み量増幅機構と、この撓み量増幅機構で増幅された撓み量を計測する歪みゲージと、この歪みゲージで得た張力が所定値より大きいときにはワイヤを繰り出し、小さいときにはワイヤを巻取るようにサーボモータのトルクを制御し、回転角計測手段で得たプーリの方位の時間変化に基づいてワイヤ結合具の移動速度を演算し、得られた移動速度に基づいてサーボモータの回転速度を制御する制御部とからなることを特徴とする。
The invention according to
A gantry with a height extending above the patient sitting on the chair, four wire winding mechanisms attached to the top of the gantry so as to be rotatable around the vertical axis at the top of a rectangle in plan view, and these wire winding mechanisms A wire extending from each of the mechanisms, a wire coupler that joins the tips of these four wires, and an upper limb fixture that can be hung on the wire coupler to bind the upper limb,
The wire take-up mechanism includes a rotating shaft that is rotatably attached to a gantry around a vertical axis, a rotation angle measuring means that is connected to the upper end of the rotating shaft and measures a rotation angle of the rotating shaft, and a swing that is suspended from the rotating shaft. A box, a pair of arms extending horizontally from the revolving box, a pulley that is rotatably provided at the tips of these arms via a horizontal shaft, winds a wire, a servo motor that drives the pulley, and a wire A deflection amount amplification mechanism that amplifies the deflection amount of the arm that flexes up and down according to the applied tension, a strain gauge that measures the deflection amount amplified by this deflection amount amplification mechanism, and the tension obtained by this strain gauge is a predetermined value. The servomotor torque is controlled so that the wire is paid out when the wire is larger and the wire is wound when the wire is smaller. The dynamic speed is calculated, characterized in that comprising a controller for controlling the rotational speed of the servo motor based on the moving speed derived.
請求項2に係る発明は、ワイヤ結合具と上肢固定具との間に、撓み量増幅機構とは別のサブ撓み量増幅機構と、このサブ撓み量増幅機構で増幅された撓み量を計測するサブ歪みゲージとが設けられていることを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、サーボモータは、アームの基部又は旋回箱に設けられ、プーリとは伝道手段により繋げられていることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that the servo motor is provided at the base of the arm or the revolving box and is connected to the pulley by a transmission means.
請求項1に係る発明では、張力が所定値より大きいときにはワイヤを繰り出し、小さいときにはワイヤを巻取るようにサーボモータのトルクを制御する制御部を有する。患者が上肢を下げようとすると、ワイヤの張力が大きくなる。張力が所定値より大きくなると、サーボモータのトルクを制御して、ワイヤを繰り出す。ワイヤを繰り出すことで、患者が上肢を下げようとする運動を補助する。
The invention according to
同様に、患者が上肢を上げようとすると、ワイヤの張力が小さくなる。張力が所定値より小さくなると、サーボモータのトルクを制御して、ワイヤを巻取る。ワイヤを巻取ることで、患者が上肢を上げようとする運動を補助する。 Similarly, as the patient attempts to raise his upper limb, the wire tension decreases. When the tension becomes smaller than a predetermined value, the servo motor torque is controlled to wind the wire. Winding the wire assists the patient in trying to raise the upper limb.
本発明に係る上肢運動訓練装置によれば、患者が上肢を昇降させようとする運動を、サーボモータのトルクを制御することで補助する。即ち、ワイヤの巻取りや送出しを行うためのスイッチ操作が不要である。スイッチ操作が不要又は簡便で、十分な訓練の成果が得られる訓練装置ということができる。 According to the upper limb exercise training apparatus according to the present invention, the patient tries to move the upper limb up and down by controlling the torque of the servo motor. That is, there is no need to perform a switch operation for winding or feeding the wire. It can be said that it is a training device that does not require a switch operation or is simple and that can provide sufficient training results.
請求項2に係る発明では、ワイヤ結合具と上肢固定具との間に、サブ撓み量増幅機構と、サブ歪みゲージとが設けられている。複数の箇所でワイヤの張力を図ることで、より精密にワイヤの巻取り及び送出しを制御することができる。
In the invention which concerns on
請求項3に係る発明では、サーボモータは、アームの基部又は旋回箱に設けられ、プーリとは伝道手段により繋げられている。サーボモータをアームの基部又は旋回箱に設けるため、サーボモータの重量でアームが撓むことを防止する。サーボモータの重量でアームが撓むことを防止することで、アームにかかる負荷を軽減することができる。 In the invention according to claim 3, the servo motor is provided at the base of the arm or the swivel box, and is connected to the pulley by the transmission means. Since the servo motor is provided at the base of the arm or the revolving box, the arm is prevented from being bent by the weight of the servo motor. By preventing the arm from bending due to the weight of the servo motor, the load on the arm can be reduced.
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、上肢運動訓練装置10は、椅子11に座った患者より上方まで延びる高さの架台12と、この架台12の上部に取付けられる4個のワイヤ巻取り機構14a、14b、14c、14dと、これらのワイヤ巻取り機構14a、14b、14c、14dの各々から延びるワイヤ15a、15b、15c、15dと、これら4本のワイヤ15a、15b、15c、15dの先端を結合するワイヤ結合具16と、このワイヤ結合具16の下部に吊り下げられる歪み量計測部材17と、この歪み量計測部材17に吊り下げられ患者の上肢を結束することができる上肢固定具18とからなる。
As shown in FIG. 1, the upper limb
架台12は、ベース部21と、このベース部21奥側から立ち上げられる支柱22、22と、これらの支柱22、22から前方に延ばされ天板23が取付けられる天板取付梁24、24と、これらの天板取付梁24、24までベース部21から立ち上げられる4本の下部脚部25と、天板取付梁24の上部から上方に向かって延ばされる上部脚部26、26と、これらの上部脚部26、26及び支柱22、22の上部に設けられる矩形枠状の枠体27と、この枠体27の前後方向に向かって架けられワイヤ巻取り機構14a、14b、14c、14dを支持する上部梁部28、28と、上部脚部26、26から支柱22、22及び支柱22、22間に架けられる下部梁部29とからなる。
The
上部梁部28、28に支持される、ワイヤ巻取り機構14a、14b、14c、14dの詳細を次図以降で説明する。
なお、ワイヤ巻取り機構14a、14b、14c、14dは、全て同一の機構である。説明の便宜上、次図以降ワイヤ巻取り機構14a、14b、14c、14dを、必要に応じて単に「ワイヤ巻取り機構14」と記す。
Details of the
The
図2に示すように、ワイヤ巻取り機構14は、架台に取付けられる板材38と、この板材38に対して鉛直軸周りに回転自在に取付けられる回転軸39と、板材38の上部にボルト41、41を用いて固定され回転軸39の上方に向かって延ばされる補助板材42と、この補助板材38の上部に取付けられ回転軸39の回転角を計測する回転角計測手段としてのロータリエンコーダ43と、回転軸39に吊り下げられ回転軸39と一体的に回転される旋回箱44と、この旋回箱44から水平に延ばされ図面表裏方向に設けられる一対のアーム33、33と、これらのアーム33、33の先端に水平軸34を介して回転自在に設けられワイヤ(図1、符号15)を巻取るプーリ35と、このプーリ35を駆動するサーボモータ36とからなる。
As shown in FIG. 2, the
旋回箱44は、回転軸39に取付けられる上面板45と、この上面板45の両側方から下方に向かって延ばされる側板46a、46bとからなる。
側板46a、46bは、ボルト47を用いて上面板45に固定される。
側板46aは、サーボモータ36の軸37を回転可能に支持する軸受部49を有する。
ワイヤ巻取り機構14の旋回について詳細を次図で説明する。
The
The
The
The details of the turning of the
図3に示すように、回転軸39を鉛直軸廻りに回転させる(白抜き矢印(1))。白抜き矢印(2)で示すように、回転軸39と同じ方向に、旋回箱44、アーム33、水平軸34、プーリ35が一体的に回転する。即ち、回転軸39、旋回箱44、アーム33、水平軸34、プーリ35は、鉛直軸廻りに一体に回転する。
As shown in FIG. 3, the rotating
白抜き矢印(3)で示すように、水平軸34を時計回り方向に回転させると、ワイヤ15は送り出される。逆に、水平軸34を反時計回り方向に回転させると、ワイヤ15は巻取られる。一方、水平軸34の回転では、アーム33、旋回箱44、回転軸39は回転しない。
水平軸34の駆動手段について詳細を次図で説明する。
As indicated by the white arrow (3), when the
Details of the driving means of the
図4に示すように、旋回箱44に支持されたサーボモータ36の軸37に、タイミングプーリ51が設けられ、水平軸34にもタイミングプーリ52が設けられる。これらのタイミングプーリ51、52間にタイミングベルト53が架けられる。
As shown in FIG. 4, a timing
サーボモータ36が作動し、軸37が回転することで、タイミングプーリ51が回転する。タイミングプーリ51が回転することで、タイミングベルト53が回転する。タイミングベルト53が回転することで、タイミングプーリ52が回転する。
When the
タイミングプーリ52を支持する水平軸34及び、水平軸34に支持されるプーリ35も一体的に回転する。
即ち、サーボモータ36が作動することで、軸37、タイミングプーリ51、タイミングベルト53、タイミングプーリ52、水平軸34、プーリ35が一体的に回転する。
The
That is, when the
サーボモータ36の軸37は、プーリ35を支持する水平軸34の高さと同じ高さに設けられる。同じ高さに設けることで、サーボモータ36の重さでアーム33が撓むことを防止することができる。
アーム33の詳細について次図で説明する。
The
Details of the
図5に示すように、アーム33は、旋回箱44の側部から水平軸34に向かってテーパ状に延ばされるテーパ部55と、このテーパ部55の先端から水平方向に延ばされる水平部56と、この水平部56の先端に設けられ水平軸34を回転可能に支持する軸受部57と、この軸受部57から上方に向かって延ばされる鉛直部58とからなる。
鉛直部58の上端は、板材(図2、符号38)の下部に固定される上端支持部材59に固定され、支持される。
As shown in FIG. 5, the
The upper end of the
鉛直部58は、所定の幅を有する一般部58a、58aと、一般部58a、58aから幅を狭める方向に傾けられるテーパ形状部58b、58bと、これらのテーパ形状部58b、58b間を繋ぎ幅の細い幅細部58cとからなる。
The
幅細部58cを形成し、一部に脆弱な部位を設ける。脆弱な部位を有することで、鉛直部58に荷重が加わった場合に、鉛直部58は撓みやすくなる。このような撓み量を増幅させる機構を撓み量増幅機構62という。即ち、撓み量増幅機構62は、鉛直部58上に設けられている。
A
幅細部58cに、撓み量を計測する歪みゲージ63、63が貼り付けられる。即ち、歪みゲージ63、63は、撓み量増幅機構62上に設けられる。
アーム33の作用について詳細を次図で説明する。
Strain gauges 63 and 63 for measuring the amount of deflection are attached to the
The details of the action of the
図6に示すように、上肢固定具(図1、符号18)を下方に引っ張ると、ワイヤ(図1、符号15)も下方に向かって引っ張られる。ワイヤが引っ張られることで、ワイヤを支持するプーリ(図2、符号35)及びプーリを支持する水平軸34に、白抜き矢印で示すような張力が加わる。張力が加わることで、アーム33が撓む。アーム33は、張力が大きくなるほど撓み量が大きくなる。
As shown in FIG. 6, when the upper limb fixture (FIG. 1, reference numeral 18) is pulled downward, the wire (FIG. 1, reference numeral 15) is also pulled downward. By pulling the wire, tension as indicated by the white arrow is applied to the pulley (FIG. 2, reference numeral 35) that supports the wire and the
特に、撓み量増幅機構62は、脆弱な部位を設けることで、撓みやすい構造とされている。撓み量増幅機構62で撓み量を増幅させることで、歪みゲージ63は、より微細な撓みを検出することができる。
次図でワイヤ結合具(図1、符号ワイヤ結合具16)について詳細を説明する。
In particular, the deflection
Details of the wire coupler (FIG. 1, reference numeral wire coupler 16) will be described with reference to the following figure.
図7に示すように、ワイヤ結合具16は、直方体の本体65に、5つの孔66a、66b、66c、66d、66eが開けられてなる。長方形状に配置された4つの孔66a、66b、66c、66dの中心、即ちこの長方形の対角線と対角線の交わる位置に孔66eが配置される。
As shown in FIG. 7, the
孔66a、66b、66c、66dには、それぞれワイヤ15a、15b、15c、15dが差し込まれる。孔66eには、歪み量計測部材(図1、符号17)に接続するためのワイヤ67が差し込まれる。
歪み量計測部材の詳細を次図で説明する。
Details of the strain amount measuring member will be described with reference to the next drawing.
図8に示すように、歪み量計測部材17は、ワイヤ(図7、符号67)が接続される上部接続部71と、この上部接続部71の下部に設けられ水平方向に延ばされる上梁部72と、この上梁部72から下方に向かって延ばされる柱部73と、この柱部73を挟むように上梁部72から下方に向かって延ばされる2本の歪み量計測部74、74と、これらの歪み量計測部74、74の下端に接続され上梁部72に平行に延びる下梁部75と、下梁部75の下部から上肢固定具(図1、符号18)に接続するための下部接続部76とからなる。
As shown in FIG. 8, the strain
歪み量計測部74、74には、それぞれテーパ形状部74a、74a、幅細部74b、74bが設けられ、サブ撓み量増幅機構78を構成する。サブ撓み量増幅機構78の作用は、撓み量増幅機構(図6、符号62)と同様であり、詳細な説明は割愛する。
サブ撓み量増幅機構78にサブ歪みゲージ79、79が貼り付けられる。
The distortion
Sub strain gauges 79 and 79 are attached to the sub deflection
サブ歪みゲージ79を設けることで、複数の箇所でワイヤの張力を図ることができる。複数の箇所でワイヤの張力を図ることで、より精密にワイヤの巻取り及び送出しを制御することができる。
ワイヤの巻取り及び送出しについて次図で詳細を説明する。
By providing the
The details of winding and delivering the wire will be described with reference to the following figure.
図9に示すように、ワイヤ巻取り機構14aに設けられた歪みゲージ63a及びロータリエンコーダ43aは、サーボモータ36aを作動させるための制御部80に接続される。サブ歪みゲージ79も制御部80に繋がれる。
As shown in FIG. 9, the
歪みゲージ63a及びサブ歪みゲージ79は、計測した撓み量を制御部80に送信する。制御部80は、撓み量からワイヤ15aにかかっている張力を算出する。算出された張力が所定値より大きい場合は、モータドライバ81を介して、ワイヤ15aを繰り出すようサーボモータ36aのトルクを制御する。
算出された張力が所定値より小さい場合は、モータドライバ81を介して、ワイヤ15aを巻取るようサーボモータ36aのトルクを制御する。
The
When the calculated tension is smaller than a predetermined value, the torque of the
ロータリエンコーダ43aは、プーリ35aの水平方向への回転を検出し、回転量を制御部80に送信する。制御部80は、プーリ35aの回転量からプーリ35aの方位を検出し、プーリ35aの方位の時間変化に基づいてワイヤ結合具16の移動速度を演算し、得られた移動速度に基づいてサーボモータ36aの回転速度を制御する。
The
ワイヤ巻取り機構14b、14c、14dについても同様であり、詳細な説明は割愛する。
ワイヤ結合具16の移動について詳細を次図以降で説明する。
The same applies to the
Details of the movement of the
図10に示すように、平面視で矩形状に配置されるワイヤ巻取り機構14の中心をOとし、中心Oからワイヤ巻取り機構14cに向かって延びる軸をx軸の正方向とし、中心Oからワイヤ巻取り機構14dに向かって延びる軸をy軸の正方向とする。
患者が上肢固定具(図1、符号18)及びワイヤ結合具16を水平方向に移動させる前の段階において、ワイヤ結合具16は、中心O上に位置する。
As shown in FIG. 10, the center of the
The
反時計回り方向へのプーリ35の旋回を正方向への旋回とし、プーリ35が中心Oの方向を向いている場合を0°とする。ワイヤ巻取り機構14aが、反時計回り方向にα°回転した場合に、これをαaとする。
The turning of the
平面視で、各ロータリエンコーダ43から中心Oまでの距離をLとし、ロータリエンコーダ43からワイヤ結合具16までの距離をrとする。ロータリエンコーダ43aからワイヤ結合具16までの距離をraと示す。ワイヤ結合具16までの距離raは、ワイヤ巻取り機構14aのワイヤの送出し量及びワイヤ結合具16の高さから算出することができる。
In a plan view, the distance from each
プーリ35が旋回可能に設けられることで、上肢固定具が水平方向に自由に移動することができる。水平方向に上肢を自由に移動させることで、より患者の意思に基づいた訓練を行うことができる。
Since the
図11に示すように、中心Oからワイヤ結合具16が座標(x、y)まで移動したとする。このとき、座標(x、y)を、次式で示すようにして求めることができる。
As shown in FIG. 11, it is assumed that the
高さの座標zも合わせると、以下のようにしてワイヤ結合具16の座標を特定することができる。
ワイヤ巻取り機構14aから送り出されたワイヤ15aの長さraは、サーボモータの回転量から特定することができる。ワイヤ15aの長さraが特定されることで、ワイヤ結合具16が移動し得る軌跡を球面として特定することができる。
When the coordinate z of the height is also matched, the coordinates of the
The length ra of the
次に、ロータリエンコーダによって、プーリの方位αaを特定することができる。プーリの方位を特定することで、ワイヤ結合具16が移動し得る軌跡を半径raの円形の線として特定することができる。
Next, the orientation αa of the pulley can be specified by the rotary encoder. By specifying the orientation of the pulley, the trajectory that the
半径raの円形の線と同様の方法で求めた、半径rcの円形の線を特定し、半径raの円形の線との交点を求めることで、ワイヤ結合具16の座標(x、y、z)は特定される。
By identifying the circular line with the radius rc, obtained in the same manner as the circular line with the radius ra, and determining the intersection with the circular line with the radius ra, the coordinates (x, y, z) of the
ある時間t1でのワイヤ結合具16の座標P1が(x1、y1、z1)であったとする。このt1からΔt後のt2におけるワイヤ結合具16の座標P2が(x2、y2、z2)であったとする。P1からP2までの移動距離ΔPを、Δtで除することで、ワイヤ結合具16の移動速度を求めることができる。演算された移動速度に基づき、制御部はサーボモータの回転速度を制御する。
It is assumed that the coordinate P1 of the
図12(a)に示すように、上肢固定具18に患者83が上肢84を固定することで、上肢固定具18に所定の荷重がかかる。所定の荷重がかかることで、アーム(図5、符号33)が所定の量だけ撓む。
このとき、制御部(図9、符号80)はサーボモータ(図9、符号36)のトルクを制御しない。
As shown in FIG. 12A, when the patient 83 fixes the
At this time, the control unit (FIG. 9, reference numeral 80) does not control the torque of the servo motor (FIG. 9, reference numeral 36).
(b)に示すように、患者83が上肢84を下降させようとする。上肢84の重さに加えて、上肢固定具18に矢印(5)で示すように、さらに荷重が加わる。即ち、ワイヤ67の張力が大きくなる。大きな張力がかかることで、アーム(図5、符号33)が大きく撓む。
制御部(図9、符号80)はサーボモータ(図9、符号36)のトルクを制御し、矢印(6)で示すように、ワイヤ67を送出す。
As shown in (b), the patient 83 tries to lower the
The control unit (FIG. 9, reference numeral 80) controls the torque of the servo motor (FIG. 9, reference numeral 36), and sends out the
(c)に示すように、患者83が上肢84を上昇させようとする。上肢固定具18には、上肢84の重さよりも軽い荷重がかかる(矢印(7)参照)。即ち、ワイヤ67の張力が小さくなる。張力が小さくなることで、アーム(図5、符号33)の撓みが小さくなる。
制御部(図9、符号80)はサーボモータ(図9、符号36)のトルクを制御し、矢印(8)で示すように、ワイヤ67を巻取る。
As shown in (c), the patient 83 tries to raise the
The control unit (FIG. 9, reference numeral 80) controls the torque of the servo motor (FIG. 9, reference numeral 36) and winds the
本発明に係る上肢運動訓練装置によれば、患者83が上肢84を昇降させようとする運動を、サーボモータ36のトルクを制御することで補助する。即ち、ワイヤの巻取りや送出しを行うためのスイッチ操作が不要である。スイッチ操作が不要又は簡便で、十分な訓練の成果が得られる訓練装置ということができる。
According to the upper limb exercise training apparatus according to the present invention, the patient 83 assists the exercise of trying to raise and lower the
図2に戻り、歪みゲージ63は、撓み量を増幅する撓み量増幅機構62上に設けられる。撓み量増幅機構62で撓み量を増幅させることで、歪みゲージ63は、より微細な撓みを検出することができる。より微細な撓みを検出することで、サーボモータ36によるワイヤの巻取り及び繰り出しの精度を高めることができる。
Returning to FIG. 2, the
本発明は、片麻痺上肢の機能回復訓練に供する訓練装置に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a training apparatus used for function recovery training for hemiplegic upper limbs.
10…上肢運動訓練装置、11…椅子、12…架台、14…ワイヤ巻取り機構、15…ワイヤ、16…ワイヤ結合具、18…上肢固定具、33…アーム、34…水平軸、35…プーリ、36…サーボモータ、39…回転軸、43…ロータリエンコーダ(回転角計測手段)、44…旋回箱、51…タイミングプーリ(伝動手段)、52…タイミングプーリ(伝動手段)、53…タイミングベルト(伝動手段)、62…撓み量増幅機構、63…歪みゲージ、78…サブ撓み量増幅機構、79…サブ歪みゲージ、80…制御部、83…患者、84…上肢。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
椅子に座った前記患者より上方まで延びる高さの架台と、この架台の上部に平面視で矩形の頂点に鉛直軸周りに回転自在に取付けられる4個のワイヤ巻取り機構と、これらのワイヤ巻取り機構の各々から延びるワイヤと、これら4本のワイヤの先端を結合するワイヤ結合具と、このワイヤ結合具に吊り下げられ前記上肢を結束することができる上肢固定具とからなり、
前記ワイヤ巻取り機構は、前記架台に鉛直軸周りに回転自在に取付けられる回転軸と、この回転軸の上端に連結され前記回転軸の回転角を計測する回転角計測手段と、前記回転軸に吊り下げられる旋回箱と、この旋回箱から水平に延ばされる一対のアームと、これらのアームの先端に水平軸を介して回転自在に設けられ前記ワイヤを巻取るプーリと、このプーリを駆動するサーボモータと、前記ワイヤに加わる張力に応じて上下に撓む前記アームの撓み量を増幅する撓み量増幅機構と、この撓み量増幅機構で増幅された撓み量を計測する歪みゲージと、この歪みゲージで得た前記張力が所定値より大きいときには前記ワイヤを繰り出し、小さいときには前記ワイヤを巻取るように前記サーボモータのトルクを制御し、前記回転角計測手段で得た前記プーリの方位の時間変化に基づいて前記ワイヤ結合具の移動速度を演算し、得られた移動速度に基づいて前記サーボモータの回転速度を制御する制御部とからなることを特徴とする上肢運動訓練装置。 In the upper limb exercise training apparatus used for training to restore the motor function of the paralyzed upper limb of the patient,
A gantry with a height extending above the patient sitting on a chair, four wire winding mechanisms attached to the top of the gantry so as to be rotatable around a vertical axis at the top of a rectangle in plan view, and these wire windings A wire extending from each of the take-off mechanisms, a wire coupler that joins the tips of these four wires, and an upper limb fixture that can be hung on the wire coupler to bind the upper limb,
The wire winding mechanism includes a rotating shaft that is rotatably attached to the gantry around a vertical axis, a rotation angle measuring unit that is connected to an upper end of the rotating shaft and measures a rotation angle of the rotating shaft, and a rotating shaft. A revolving box that is suspended, a pair of arms that extend horizontally from the revolving box, a pulley that is rotatably provided at the tip of these arms via a horizontal shaft, and a servo that drives the pulley A bend amount amplifying mechanism for amplifying the bend amount of the arm that bends up and down according to the tension applied to the motor, a strain gauge for measuring the bend amount amplified by the bend amount amplification mechanism, and the strain gauge The torque of the servo motor is controlled so that the wire is unwound when the tension obtained in (1) is greater than a predetermined value, and the wire is wound up when the tension is smaller. Upper limb motion comprising: a control unit that calculates a moving speed of the wire coupler based on a change in the direction of the pulley and that controls a rotating speed of the servo motor based on the obtained moving speed. Training device.
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