(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ベ−スに第２ベ−スが連結手段を介して連結され、前記第１ベ−スに対する前記第２ベ−スの角度状態が計測角度として出力される角度計測器において、
前記連結手段が、順次、揺動可能に連結される複数のリンクとされ、
前記複数のリンクには、各連結点及び両最外端において、相互に一体的に連動するように連係された等径のプ−リが相対回転可能にそれぞれ支持され、
前記第１ベ−スが、前記プ−リのうちの一方の最外端プ−リを計測プ−リとして支持する一方の最外方リンクに対して、該一方の最外端プ−リの回動軸心と同一軸心をもって揺動可能に連結され、
前記第２ベ−スが、前記プ−リのうちの他方の最外端プ−リに固定されている、
ことを特徴とする角度計測器。
【請求項２】
請求項１において、
前記一方の最外端プ−リに対して、ロ−タリポテンシオメ−タの入力軸が連動するように連係され、
前記ロ−タリポテンシオメ−タの本体が前記第１ベ−スに固定されている、
ことを特徴とする角度計測器。
【請求項３】
請求項２において、
前記一方の最外端プ−リに相互に連動関係を有する補助プ−リが備えられ、
前記補助プ−リが前記ロ−タリポテンシオメ−タの入力軸に対して一体的に装着されている、
ことを特徴とする角度計測器。
【請求項４】
請求項１において、
前記両最外端プ−リ間に、ひも部材が、緊張状態をもって少なくとも各連結点における各プ−リに対してそれぞれ巻回しつつエンドレス状に巻回されて、前記各プ−リが相互に一体的に連動するように連係されている、
ことを特徴とする角度計測器。
【請求項５】
請求項４において、
前記ひも部材を緊張する方向に付勢する付勢手段が備えられている、
ことを特徴とする角度計測器。
【請求項６】
請求項１において、
前記第２ベ−スと前記第１ベ−スとの間のいずれかに、回転センサが介在されて、該第２ベ−スと該第１ベ−スとがねじり方向に相対回転可能とされている、ことを特徴とする角度計測器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
少なくとも、前記第２ベ−スと前記第１ベ−スとの間における要素が可撓性筒体内に収納されている、
ことを特徴とする角度計測器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
身体計測用である、
ことを特徴とする角度計測器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二要素間の角度を検出する角度計測器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
角度計測器には、第１ベ−スに第２ベ−スを連結手段としての可動ワイヤ（フレキシブルワイヤ）を介して連結し、その可動ワイヤ内に複数のストレ−ンゲ−ジ（センサ）を該可動ワイヤの延び方向において所定間隔毎に設け、その各ストレ−ンゲ−ジからの出力信号に基づき、第１ベ−スと第２ベ−スとの間の角度を検出するものがある。
このような角度計測器は、例えば人体の運動域（屈曲）を評価するために用いれられており、これにより、人体の運動機能の向上、低下を定量的に知ることができ、その結果を元にして、科学的に訓練、治療を施すことができることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記角度計測器にあっては、的確に角度を計測するためには、可動ワイヤを被計測物体（上記例では人体の測定個所）に沿わせた状態で使用しなければならず、可動ワイヤの取付け状態、使用状態等に常に注意を払わなければならない。
また、上記角度計測器にあっては、可動ワイヤの撓みに基づくひずみを検出することから、可動ワイヤに対する外力を除いたときに撓み前の状態に復帰できること（塑性変形しないこと）が前提として要求され、このため、ワイヤの撓み範囲、すなわち検出角度の範囲を大きくすることができない状態にある。
さらに、上記角度計測器にあっては、可動ワイヤの撓みに基づくひずみを検出することから、複数のストレ−ンゲ−ジ（センサ）として、高感度のものを用意し、さらには出力アンプをも用意しなければならず、計測器全体として高価なものとならざるを得ない。
しかも、上記ストレ−ンゲ−ジが故障した場合には、使用者が修理することは困難であり、専門家に修理を依頼せざるを得ない。
【０００４】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、角度計測に際しての取扱性を向上させることができると共に検出範囲を拡大することができ、しかも安価でメンテナンスが容易な角度計測器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明にあっては、
第１ベ−スに第２ベ−スが連結手段を介して連結され、前記第１ベ−スに対する前記第２ベ−スの角度状態が計測角度として出力される角度計測器において、
前記連結手段が、順次、揺動可能に連結される複数のリンクとされ、
前記複数のリンクには、各連結点及び両最外端において、相互に一体的に連動するように連係された等径のプ−リが相対回転可能にそれぞれ支持され、
前記第１ベ−スが、前記プ−リのうちの一方の最外端プ−リを計測プ−リとして支持する一方の最外方リンクに対して、該一方の最外端プ−リの回動軸心と同一軸心をもって揺動可能に連結され、
前記第２ベ−スが、前記プ−リのうちの他方の最外端プ−リに固定されている構成としてある。
【０００６】
また、請求項１の発明の好ましい態様としては、請求項２以下の記載の通りとなる。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、第２ベ−スを揺動させる場合にその第２ベ−スに固定されたプーリが自転することは勿論、各リンクをそのリンクに隣り合うリンクに対して揺動させる場合においても、その揺動に伴って、そのリンク揺動先端部におけるプーリが自転し（各リンクの揺動の場合には、そのリンク揺動先端部におけるプ−リはリンクに対して相対的に回転するのではなく、そのリンクの揺動に伴ってプ−リの位置姿勢が変更されることに基づいて生じる）、各プ−リは、相互に協働して、各揺動角を、計測プ−リとしての一方の最外端プ−リにそのまま伝達し、一方の最外端プ−リにおいては、第１ベ−スと第２ベ−スとの間において各隣り合う要素間の各揺動角の合算されたものが必ず回動されることになる。このことは、一方の最外端プ−リの回動角（回動量）が、第１ベ−スと第２ベ−スとの間における各リンクがどのような揺動状態であろうと、第１ベ−スに対する第２ベ−スの角度を示すことを意味し、第１ベ−スと第２ベ−スとを被計測物体の計測個所に当てさえすれば、その両者間の角度が得られることを意味する。このため、被計測物体の計測に際して、本計測器全体を被計測物体に沿わせた状態で使用する必要はなくなり、計測における取扱性を向上させることができることになる。
【０００８】
また、複数のリンク等を他のリンク等に揺動可能に連結して、自由な態様を採り得るようにし、第１ベ−スと第２ベ−スとの間において各隣り合う要素間の各揺動角の合算されたものを一方の最外端プ−リに伝達することにより、第２ベ−スと第１ベ−スとの間の角度を計測するものであることから、複数のリンクの各姿勢を自由に変化させつつ角度計測を行うことができ、ひずみ検出を行う場合とは異なり、検出角度の範囲を格段に大きくすることができることになる。
【０００９】
さらに、機械的連係関係を利用して、実際の計測角度を、その計測角度に対応した一方の最外端プ−リの回動量として計測（検出）するものであることから、ワイヤのひずみを検出する場合に比べて検出量を大きく採って、第１ベ−スに対する第２ベ−スの角度を的確に検出することができることになる。このため、ひずみ検出の場合のように高感度のセンサ（例えばストレ−ンゲ−ジ）、さらには出力アンプ等の高価なものを用意する必要はなくなり、角度計測器を極めて安価に提供できることになる。
【００１０】
しかも、計測角度を、機械的連係関係を利用して計測するものであることから、容易に構成を把握することができ、故障したような場合であっても、使用者が修理することができることになる。このため、メンテナンスの容易化を図ることもできることになる。
【００１１】
請求項２に記載された発明によれば、一方の最外端プ−リに対して、ロ−タリポテンシオメ−タの入力軸が連動するように連係され、ロ−タリポテンシオメ−タの本体が第１ベ−スに固定されていることから、第１ベ−スに対する第２ベ−スの角度を、一方の最外端プ−リ、ロ−タリポテンシオメ−タを介して的確に出力できることになる。
【００１２】
請求項３に記載された発明によれば、一方の最外端プ−リに相互に連動関係を有する補助プ−リが備えられ、その補助プ−リがロ−タリポテンシオメ−タの入力軸に対して一体的に装着されていることから、一方の最外方リンクに支持された一方の最外端プ−リに直接的にロ−タリポテンシオメ−タの入力軸を装着する必要はなくなり、ロ−タリポテンシオメ−タの配置の自由度を高めることができることになる。
【００１３】
請求項４に記載された発明によれば、両最外端プ−リ間に、ひも部材が、緊張状態をもって少なくとも各連結点における各プ−リに対してそれぞれ巻回しつつエンドレス状に券回されて、各プ−リが相互に一体的に連動するように連係されていることから、第２ベ−ス、各リンクが揺動した場合には、その各揺動に伴って、その各揺動角に対応する分だけ、ひも部材が各プ−リと一体的に変位し、その変位は、一方の最外端プ−リに各揺動角分だけ回動として伝達されることになる。
すなわち、第２ベ−スが揺動した場合には、その第２ベ−スが固定されたプ−リの回動に伴って、ひも部材が、その巻回方向に変位することになり、その変位分だけが第２ベ−スの揺動角として一方の最外端プ−リを回動させることになる。各リンクが揺動した場合には、ひも部材がエンドレス状に巻回されていることから、そのリンクの揺動に伴って、そのリンクの揺動先端部におけるプ−リは該リンクと相対回転することなく一体的に揺動することになるが、その一体的な揺動によりプ−リがリンクの揺動角だけ自転されることになり、ひも部材は巻回方向に変位され、その変位分だけがリンクの揺動角として一方の最外端プ−リを回動させることになる。
このため、第２ベ−ス、各リンクの揺動角を一方の最外端プ−リにそれぞれ確実に伝達できることになり、前述の請求項１の作用効果を具体的に得ることができることになる。
【００１４】
請求項５に記載された発明によれば、ひも部材を緊張する方向に付勢する付勢手段が備えられていることから、第２ベ−ス、各リンク等の揺動に伴う各プ−リの回動をひも部材により確実に一方の最外端プ−リに伝達することができることになる。このため、角度計測を確実に行うことができることになる。
【００１５】
請求項６に記載された発明によれば、第２ベ−スと第１ベ−スとの間のいずれかに、回転センサが介在されていることから、角度計測だけでなく、同時にねじれ角をも計測できることになる。このため、例えば、身体計測用として用いるときには、複数の観点から身体状態を高度に評価できることになる。
【００１６】
請求項７に記載された発明によれば、第２ベ−スと第１ベ−スとの間における要素が可撓性筒体内に収納されていることから、第２ベ−スと第１ベ−スとの間におけるリンク、プ−リ等の要素にゴミ等が付着することを防いで、作動不良を生じることを防止できると共に、見栄えをも向上させることができることになる。
【００１７】
請求項８に記載された発明によれば、身体計測用であることから、自由度の高い取扱性（第１ベ−スと第２ベ−スとを被検出物体の計測個所に当てさえすれば、その間における各リンクがどのような揺動状態であろうと、角度計測が可能であること）を生かして、身体の多くの個所の角度計測を行うことができることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１〜図１０に示す第１実施形態において、１は身体計測に用いられる本実施形態に係る角度計測器で、この角度計測器１は、図１〜図３に示すように、基本構成として、第１ベ−スとしての装着プレ−ト２に第２ベ−スとしての装着プレ−ト３が複数のリンク４を介して連結されることになっている。
【００１９】
上記装着プレ−ト２と３とは、略長方形状の板状とされ、その大きさは、身体に装着する観点から適宜決められることになっている。この装着プレ−ト２、３には装着バンド５が取付けられており、その装着バンド５により、体、すなわち足、腕等に装着プレ−ト２、３が保持できることになっている（図６〜図８参照）。
このうち、装着プレ−ト２の上面には、図３に示すように、角度検出手段としてのロ−タリポテンシオメ−タ６が固定されている。このロ−タリポテンシオメ−タ６は、装着バンド５よりも前端側（図１中、左端側）に配置され、その入力軸６ａは、装着プレ−ト２の幅方向（図１中、上下方向）中央部において、その軸心方向が該装着プレ−ト２の幅方向に向くようにされており、その入力軸６ａには入力プ−リ７（補助プ−リ）が装着されている。このロ−タリポテンシオメ−タ６は、入力軸６ａの回動量にに応じた角度信号を出力する機能を有しており、その出力端子６ｂは表示装置８に接続されている（図７、図８参照）。
【００２０】
上記複数のリンク４は、図１、図２に示すように、ゴミ等から保護すべく、上記ロ−タリポテンシオメ−タ６と共に、ゴムパイプ、アジロ状の繊維等からなる可撓性筒体（フレキシブルチュ−ブ）９内に収納されている。この複数のリンク４は、本実施形態においては、図３に示すように、チェ−ン状に揺動可能に連結されており、このため、各リンク４は、２枚の支持板１０をその長手方向両端部において軸１１をもって対向するように支持する構成とされ、その各軸１１は、他のリンク４の両支持板１０をも連結する構成とされている。
【００２１】
このような複数のリンク４には、その一方の最外方リンク４ａにおける最外端部において前記装着プレ−ト２前端部が軸１１ａをもって揺動可能に支持されており、複数のリンク４のうちの他方の最外方リンク４ｂには、その最外端部においてブラケット１２が軸１１ｂをもって揺動可能に支持され、そのブラケット１２は前記装着プレ−ト３の後端部に固定されている。この場合、ブラケット１２と軸１１ｂ両端部とは一体化され、軸１１ｂは他方の最外方リンク４ｂに対して相対回転可能に支持されており、これにより、装着プレ−ト３を揺動させたときには、それに伴って軸１１ｂが回動できることになっている。
【００２２】
前記各軸１１の外周には、図３〜図５に示すように、前記各リンク４における両支持板１０間においてプ−リ１３（滑車）が嵌合されている。各プ−リ１３は、前記入力プ−リ７と等径とされ、これらプ−リ１３は、入力プ−リ７と共に列をなして並ぶことになっている。この各プ−リ１３は、他方の最外方リンク４ｂの最外端の軸１１ｂを除き、軸１１外周に対して相対回転可能とされ、他方の最外方リンク４ｂの最外端の軸１１ｂに対してはプ−リ１３ｂ（他方の最外端プ−リ）は相対回転不能とされている。これらのうち、一方の最外方リンク４ａの最外端の軸１１ａに対するプ−リ１３ａ（一方の最外端プ−リ）が計測用プ−リとされている。
【００２３】
本実施形態においては、前記他方の最外端プ−リ１３ｂと前記一方の最外端プ−リ１３ａとの間にとどまらず、さらに拡張されて、他方の最外端プ−リ１３ｂと前記入力プ−リ７との間に、図３〜図５に示すように、ひも部材としてのワイヤ１４がエンドレス状に巻回されている。このワイヤ１４は、その変位路の一方側（例えば往路）と他方側（例えば復路）とでは、ワイヤ１４の配設状態が異なっており、本実施形態にあっては、ワイヤ１４は、変位路の一方側において、入力プ−リ７を除き、各プ−リ１３に同じ巻回方向をもって１回ずつ巻回され、変位路の他方側においては、ワイヤ１４は、他方の最外端プ−リ１３と入力プ−リ７との間に直接、掛け渡されることになっている。勿論、この変位路の他方側においても、ワイヤ１４を各プ−リ１３に１回ずつ同じ巻回方向をもって巻回してもよいが、その場合には、各プ−リ１３における巻回方向は、巻回に伴うワイヤ１４の交差部が、前記変位路の一方側と反対側（変位路の一方側におけるワイヤ１４の交差部がプ−リ１３の上側のときには、変位路の他方側におけるワイヤ１４の交差部はプ−リ１３の下側とする）となるようにする必要がある。各プ−リ１３の回転によりワイヤ１４が巻回方向に円滑に変位する必要があるからである。
【００２４】
尚、本実施形態においては、計測プ−リとしての一方の最外端プ−リ１３ａにロ−タリポテンシオメ−タ６の入力軸６ａを直接、装着せず、入力プ−リ７に装着しているが、これは、ロ−タリポテンシオメ−タ６の配置の自由度を高めたいからであり、ロ−タリポテンシオメ−タ６の入力軸６ａを一方の最外端プ−リ１３ａに装着してもよいことは言うまでもない。
勿論この場合、一方の最外端プ−リ１３ａと入力プ−リ７とは同じ装着プレ−ト２上に配設されることから、ワイヤ１４により一方の最外端プ−リ１３ａの回動状態がそのまま入力プ−リ７に反映される。
【００２５】
前記ブラケット１２には、図５に示すように、コイルスプリング１５が設けられている。このコイルスプリング１５は、前記ワイヤ１４を他方の最外端プ−リ１３ｂの外方に向けて引っ張っており、これにより、ワイヤ１４が常時緊張状態になることが確保されている。
【００２６】
このような角度計測器１の使用においては、図６、図７、図８に示すように、脚部関節部、手首部、ひじ部等の計測個所に対する所定の装着個所に装着プレ−ト２、３が装着バンド５を用いて装着される。そして、これらの各計測個所の運動状態（角度状態）が、両装着プレ−ト２、３間の角度として、一方の最外端プ−リ１３ａ、入力プ−リ７を介してロ−タリポテンシオメ−タ６により計測され、それが表示装置８により表示される。特に図８は、訓練評価室で、角度計測器１の出力信号を卓上コンピュ−タ（パソコン）１６で解析を行っている状態を示しており、これにより、運動状態の記録、解析、治療、方針等が瞬時に卓上コンピュ−タ１６に表示され、また、記録される。
【００２７】
このような角度計測器１の作動について、図９、図１０の模式図に基づき具体的に説明する。
この角度計測器１においては、エンドレス状のワイヤ１４により各プ−リ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが相互に一体的に連動するように連係されており、装着プレ−ト３を揺動させる場合は勿論、各リンク４ａ、４ｂをそのリンクに隣り合うリンクに対して揺動させても、その揺動状態（揺動角）は一方の最外端プ−リ１３ａにそのまま伝達されることになっている。
【００２８】
先ず、図９に示すように、装着プレ−ト２に対してリンク４ａが揺動角ｘだけ揺動する場合について説明する。この場合には、ワイヤ１４がエンドレス状に巻回されていることから、そのリンク４ａの揺動に伴って、そのリンク４ａの揺動先端部におけるプ−リ１３ｃは該リンク４と相対回転することなく一体的に揺動することになるが、その一体的な揺動により、図１０に示すように、プ−リ１３ｃは、リンク４の揺動角ｘだけ自転することになり（図１０中のＰ１の位置変化参照）、そのプ−リ１３ｃの自転分（プ−リ１３ｃの半径をｒとすれば、ｘｒ）だけワイヤ１４は巻回方向に変位され、その変位に基づき一方の最外端プ−リ１３ａは、リンク４ａの揺動角ｘだけ回動されることになる。
【００２９】
図９に示すように、リンク４ａに対してリンク４ｂが揺動角ｙだけ揺動する場合も同様であり、この場合には、そのリンク４ｂの揺動先端部におけるプ−リ１３ｂは該リンク４ｂと相対回転することなく一体的に揺動することになるが、その一体的な揺動により、プ−リ１３ｂは、リンク４の揺動角ｙだけ自転することになり、そのプ−リ１３ｂの自転分（プ−リ１３ｂの半径をｒとすれば、ｙｒ）だけワイヤ１４は巻回方向に変位され、その変位に基づき一方の最外端プ−リ１３ａは、リンク４ｂの揺動角ｙだけ回動されることになる。
【００３０】
図９に示すように、リンク４ｂに対して装着プレ−ト３を揺動角ｚだけ揺動する場合には、その装着プレ−ト３が固定されたプ−リ１３の回動に伴って、ワイヤ１４が、その巻回方向に変位することになり、その変位に基づき一方の最外端プ−リ１３ａは、揺動角ｚだけ回動されることになる。
【００３１】
このため、一方の最外端プ−リ１３ａにおいては、装着プレ−ト２と装着プレ−ト３との間において各隣り合う要素（リンク４、装着プレ−ト２、３）間の各揺動角ｘ、ｙ、ｚの合算されたものが必ず回動されることになり、その合算された揺動角は、図９からも明らかなように、装着プレ−ト２に対する装着プレ−ト３の角度αを示すことになる。したがって、装着プレ−ト２と３とを身体の計測個所に当てさえすれば、その間における各リンク４がどのような揺動状態であろうと、各隣り合う要素間の各揺動角ｘ、ｙ、ｚが相殺しあって最終的には、装着プレ−ト２に対する装着プレ−ト３の角度αを的確に示すことになり、それをロ−タリポテンシオメ−タ６が、一方の最外端プ−リ１３ａ、入力プ−リ７を介して検出し、その内容が表示装置８により表示される。これにより、本計測器１を用いて身体の角度計測を行う場合には、本計測器全体を身体に沿わせた状態で使用する必要はなくなる。
【００３２】
図１１は第２実施形態を示すものである。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同一構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
この第２実施形態に係る角度計測器１においては、装着プレ−ト３と複数のリンク４との間に回転センサ１７が介在されており、角度計測だけでなく、同時にねじれ角をも計測できることになる。これにより、屈曲角とねじれ角の両者から身体状態を高度に評価できることになる。
【００３４】
以上実施形態について説明したが本発明にあっては次のようなものを包含する。
▲１▼リンク４の延び方向長さをすべて等しくすることなく、各リンク４毎に変えること。
▲２▼リンク４、プ−リ１３の数を適宜設定すること。
▲３▼身体計測用に限らず、角度を計測するあらゆる分野において用いること。
▲４▼各プ−リ１３に、ワイヤ１４の巻回方法に応じて、１又は２のワイヤ案内溝を形成すること。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る角度計測器を示す平面図。
【図２】図１の側面図。
【図３】第１実施形態に係る角度計測器の基本構造を示す斜視図。
【図４】複数のリンクの構造を示す部分拡大斜視図。
【図５】複数のリンクのうちの他方の最外方リンク付近の構造を示す説明図。
【図６】第１実施形態に係る角度計測器を脚部関節運動の計測に使用した状態を示す図。
【図７】第１実施形態に係る角度計測器を手首運動の計測に使用した状態を示す図。
【図８】第１実施形態に係る角度計測器をひじ関節運動の計測に使用した状態を示す図。
【図９】角度計測器の基本原理を説明する説明図。
【図１０】角度計測器の基本原理を説明する説明図。
【図１１】第２実施形態に係る角度計測器を示す斜視図。
【符号の説明】
１  角度計測器
２  装着プレ−ト
３  装着プレ−ト
４  リンク
４ａ  一方の最外方リンク
４ｂ  他方の最外方リンク
６  ロ−タリポテンシオメ−タ
６ａ  入力軸
７  入力プ−リ
９  可撓性筒体
１３  プ−リ
１３ａ  一方の最外端プ−リ
１３ｂ  他方の最外端プ−リ
１４  ワイヤ
１５  コイルスプリング
１７  回転センサ
【図１】
0003618506.tif 000002
【図２】
0003618506.tif 000003
【図３】
0003618506.tif 000004
【図４】
0003618506.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003618506.tif 000009
【図９】
0003618506.tif 000010
【図１０】
0003618506.tif 000011
【図１１】
0003618506.tif 000012