(57)【要約】【課題】第１の関節軸と第２の関節軸とを結ぶリンクの長さの調整に伴って、ワイヤの長さが自動的に調整され、トルク発生源のトルク制御によってワイヤの初期張力を安定して再現することができ、筋力トレーニングを効果的に行うことができるようにする。【解決手段】ベース部に固定された第１関節軸と、第１関節軸の周りに回転可能で長さが調節可能な第１リンクに設けられた第２関節軸と、第２関節軸の周りに回転可能な第２リンクとを有し、第２リンクは、第２関節軸と同軸の第２プーリと、第２プーリを正転及び逆転方向に駆動する２系統のワイヤとによって、第１関節軸と同軸に設けられた第１プーリにより駆動され、第１プーリは、相互に分離した正転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリと逆転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリとから成り、プーリの角度関係を変化させることによってワイヤの長さを調整する。【選択図】図１
2008289507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）人間の体肢に沿わせたロボットアームを前記体肢に装着具で固定し、前記ロボットアームが発生する関節軸トルクによって前記体肢にトレーニング負荷を与える筋力トレーニング装置であって、
（ｂ）前記ロボットアームは、ベース部に固定された第１関節軸と、該第１関節軸の周りに回転可能で長さが調節可能な第１リンクに設けられた第２関節軸と、該第２関節軸の周りに回転可能な第２リンクとを有し、
（ｃ）該第２リンクは、前記第２関節軸と同軸の第２プーリと、該第２プーリを正転及び逆転方向に駆動する２系統のワイヤとによって、前記第１関節軸と同軸に設けられた第１プーリにより駆動され、
（ｄ）該第１プーリは、相互に分離した正転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリと逆転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリとから成り、前記正転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリと逆転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリとの角度関係を変化させることによって前記ワイヤの長さを調整することを特徴とする筋力トレーニング装置。
【請求項２】
前記第１プーリの２つのプーリは、外周に歯車を備え、該歯車と噛み合う歯車列を介して相互に逆転するように切断可能に接続されるとともに、一方が第２リンクの駆動源に接続され、他方が差動歯車機構を介して前記一方に切断可能に接続される請求項１に記載の筋力トレーニング装置。
【請求項３】
前記第１リンク及び第２リンクの回転角度の和が、一定の範囲から逸脱したことを検出する手段を有し、
前記回転角度の和が一定の範囲から逸脱すると、前記関節軸トルクを低下させる動作、又は、前記回転角度の和が一定の範囲から逸脱する方向への第１リンク及び第２リンクの回転を規制する動作を行う請求項１に記載の筋力トレーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋力トレーニング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二関節アーム装置のような二関節リンク機構を利用して、人間の脚を模した大腿（たい）部と下腿部に相当するリンクを有するロボットアームを、人間の脚の大腿部と下腿部に沿わせて装着具で固定し、人間の股（こ）関節と膝（ひざ）関節に同時に任意の負荷をかけることによって特定の筋力のトレーニングを実施する筋力トレーニング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、前記筋力トレーニング装置は使用者の体肢の長さに合わせてロボットアームの長さを調整する必要がある。
【特許文献１】特願２００６−２０５８２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の筋力トレーニング装置においては、筋力トレーニングの負荷が小さく、モータ等のトルク発生源が十分に小さい場合には各関節に直接トルク発生源を配置すればよいものの、筋力トレーニングの負荷が大きくなると、ロボットアームが大きく重くなり、制御しにくくなる。そのため、人体に装着することを考えれば、トルク発生源を関節軸、特に、膝関節に相当する第２の関節軸に配置することは現実的でなくなってくる。
【０００４】
そこで、ロボットアームの可動部を軽くするために、膝関節にモータを配置しないで、ロボットアームのベース部からワイヤを介して膝関節に駆動力をかける構造とすることによって、ロボットアームの可動部の重量を低減することができる。しかし、前記筋力トレーニング装置では、人間の関節とロボットアームの関節軸とを揃（そろ）える必要があることから、使用者に合わせて大腿部のリンクの長さを調整しなければならない。
【０００５】
この場合、大腿部のリンクの長さに合わせてワイヤの長さも調整する必要がある。そこで、膝関節を伸展させるワイヤと膝関節を屈曲させるワイヤとを、それぞれ、中間部分で二分して、当該ワイヤの端子にねじ部を設けて長さを調整する方法等が考えられるが、調整量や調整の手間、初期張力の再現性という点において満足することができるものではない。また、リンク長の調整を自動化することも困難であった。
【０００６】
本発明は、前記従来の筋力トレーニング装置の問題点を解決して、正転及び逆転方向の２系統のワイヤを巻き付ける第１プーリを分離し、２つのプーリの相互の角度関係を変化させて、第１プーリと第２プーリとに掛かるワイヤの長さを調整することにより、第１の関節軸と第２の関節軸とを結ぶリンクの長さの調整に伴って、ワイヤの長さが自動的に調整されるとともに、トルク発生源のトルク制御によってワイヤの初期張力を安定して再現することができ、筋力トレーニングを効果的に行うことができる筋力トレーニング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのために、本発明の筋力トレーニング装置においては、人間の体肢に沿わせたロボットアームを前記体肢に装着具で固定し、前記ロボットアームが発生する関節軸トルクによって前記体肢にトレーニング負荷を与える筋力トレーニング装置であって、前記ロボットアームは、ベース部に固定された第１関節軸と、該第１関節軸の周りに回転可能で長さが調節可能な第１リンクに設けられた第２関節軸と、該第２関節軸の周りに回転可能な第２リンクとを有し、該第２リンクは、前記第２関節軸と同軸の第２プーリと、該第２プーリを正転及び逆転方向に駆動する２系統のワイヤとによって、前記第１関節軸と同軸に設けられた第１プーリにより駆動され、該第１プーリは、相互に分離した正転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリと逆転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリとから成り、前記正転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリと逆転方向の系統のワイヤを巻き付けるプーリとの角度関係を変化させることによって前記ワイヤの長さを調整する。
【０００８】
本発明の他の筋力トレーニング装置においては、さらに、前記第１プーリの２つのプーリは、外周に歯車を備え、該歯車と噛（か）み合う歯車列を介して相互に逆転するように切断可能に接続されるとともに、一方が第２リンクの駆動源に接続され、他方が差動歯車機構を介して前記一方に切断可能に接続される。
【０００９】
本発明の更に他の筋力トレーニング装置においては、さらに、前記第１リンク及び第２リンクの回転角度の和が、一定の範囲から逸脱したことを検出する手段を有し、前記回転角度の和が一定の範囲から逸脱すると、前記関節軸トルクを低下させる動作、又は、前記回転角度の和が一定の範囲から逸脱する方向への第１リンク及び第２リンクの回転を規制する動作を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、筋力トレーニング装置は、正転及び逆転方向の２系統のワイヤを巻き付ける第１プーリを分離し、２つのプーリの相互の角度関係を変化させて、第１プーリと第２プーリとに掛かるワイヤの長さを調整することができるようになっている。これにより、第１の関節軸と第２の関節軸とを結ぶリンクの長さの調整に伴って、ワイヤの長さが自動的に調整されるとともに、トルク発生源のトルク制御によってワイヤの初期張力を安定して再現することができ、筋力トレーニングを効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング装置のロボットアームの構成を模式的に示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング装置の構成を模式的に示す図である。なお、図２（ａ）は側面を示す図、図２（ｂ）は正面を示す図である。
【００１３】
図において、１０は本実施の形態における筋力トレーニング装置６０に含まれる二関節アーム装置としてのロボットアームであって、人間の下肢、すなわち、脚の部分を模した構造を有する。なお、前記ロボットアーム１０は、人間の上肢、すなわち、腕の部分を模した構造を有するものであってもよいが、ここでは、下肢を模した構造を有するものである場合について説明する。
【００１４】
前記筋力トレーニング装置６０は、人間の体肢の出力特性を考慮し、効果的なトレーニングを実現するものである。そして、前記筋力トレーニング装置６０は、図２に示されるように、使用者６５が着座するベース部としてのサドル６２、使用者６５の体肢に沿って装着されるロボットアーム１０、該ロボットアーム１０を制御する図示されない制御装置、使用者６５が筋力トレーニングの意図を入力する図示されない入力操作装置等を有する。
【００１５】
そして、前記ロボットアーム１０は、大腿部に対応する第１リンク１３と、下腿部に対応する第２リンク１４との２つのリンクから成る２自由度のロボットアームである。また、第１リンク１３は、リンク長を調節することができるスライド機構を備え、筋力トレーニングを行うときには、使用者６５の大腿部の長さと同じになるように調整される。そして、第１リンク１３及び第２リンク１４は、それぞれ、第１装着具６３及び第２装着具６４によって大腿部及び下腿部に固定される。
【００１６】
なお、前記ロボットアーム１０は、使用者６５がサドル６２に着座した状態で、使用者６５に装着されるが、このとき、ロボットアーム１０の第１関節の軸であって、サドル６２に固定される第１関節軸２０ａを使用者６５の股関節に一致させ、ロボットアーム１０の第２関節の軸であって第１リンク１３に設けられた第２関節軸１５ａを使用者６５の膝関節軸に一致させる。また、前記第１関節軸２０ａには、サーボモータ等のモータ３５が配設されている。該モータ３５は、関節駆動源として機能し、関節軸を回転させるためのトルクを発生する。なお、前記モータ３５が発生するトルクは、前記制御装置によって制御される。
【００１７】
また、前記第２リンク１４は第２関節軸１５ａと同軸に配設された回転可能な第２プーリ１５に連結される。該第２プーリ１５は、第１関節軸２０ａと同軸に配設された第１プーリ２０と、第２関節が伸展する側のワイヤとしての伸展側ワイヤ１６及び第２関節が屈曲する側のワイヤとしての屈曲側ワイヤ１７とを介して連結されており、第１関節軸２０ａと同軸に配設された前記第１プーリ２０の駆動トルクが前記伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７を介して第２リンク１４に伝達される。なお、伸展側ワイヤ１６と屈曲側ワイヤ１７とは、互いに別個のワイヤである。
【００１８】
また、前記第１リンク１３は、第１関節側リンク１１及び第２関節側リンク１２を備え、リンク長を調節することができるように伸縮可能となっている。例えば、入れ子式の構造を採用し、第１関節側リンク１１に対して第２関節側リンク１２が軸方向にスライド可能とすることによって、第１リンク１３を伸縮させることができる。これにより、筋力トレーニングを行うときには、第１リンク１３の長さ、すなわち、リンク長を使用者６５の大腿部の長さと同じになるように調整することができる。そして、トレーニング実施時には、第１リンク１３のリンク長を一定の長さで固定する。なお、第１リンク１３には、該第１リンク１３のリンク長を測定することができるように、抵抗式ストロークセンサ等の図示されないリンク長測定装置が配設される。
【００１９】
次に、本実施の形態における第１プーリ２０の詳細な構造について説明する。
【００２０】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるワイヤ調整機構の概略を示す第１の図、図４は本発明の第１の実施の形態におけるワイヤ調整機構の概略を示す第２の図である。
【００２１】
まず、図３に示されるように、第１プーリ２０は伸展側プーリ２１と屈曲側プーリ２２とを有する。 伸展側プーリ２１は、伸展側ワイヤ１６を巻き付けるためのプーリ本体２３と、伸展側ワイヤ１６がプーリ本体２３から脱落することを防止するフランジ２４及び２５とを備える。 なお、伸展側ワイヤ１６の両端には、係止用の図示されないタイコ端子が取り付けられている。また、伸展側プーリ２１のフランジ２４及び２５には、伸展側ワイヤ１６のタイコ端子を受ける係止用の図示されない穴が配設されている。そして、タイコ端子をフランジ２４及び２５の穴に嵌（は）めることによって、伸展側ワイヤ１６の端部は伸展側プーリ２１の周上の一点に固定される。
【００２２】
同様に、屈曲側プーリ２２も、屈曲側ワイヤ１７を巻き付けるためのプーリ本体２６と、屈曲側ワイヤ１７がプーリ本体２６から脱落することを防止するフランジ２７及び２８とを備える。屈曲側ワイヤ１７の両端には、係止用の図示されないタイコ端子が取り付けられている。また、屈曲側プーリ２２のフランジ２７及び２８には、屈曲側ワイヤ１７のタイコ端子を受ける係止用の図示されない穴が配設されている。そして、タイコ端子をフランジ２７及び２８の穴に嵌めることによって、屈曲側ワイヤ１７の端部は屈曲側プーリ２２の周上の一点に固定される。
【００２３】
さらに、伸展側プーリ２１にはギヤボックス３０の出力軸３２が連結されている。なお、ギヤボックス３０は、差動歯車機構として機能するものであれば、いかなる構造を有するものであってもよく、例えば、平歯車、遊星歯車、波動歯車等の各種の歯車を内部に有するものである。そして、屈曲側プーリ２２にはギヤボックス３０のギヤボックスケース３３が連結されている。
【００２４】
また、ギヤボックス３０の入力軸３１とギヤボックスケース３３との間には、電磁ブレーキ３４が配設されている。該電磁ブレーキ３４の作用によって、ギヤボックス３０の入力軸３１は、ギヤボックスケース３３に対して自由に回転することができる状態と、ギヤボックスケース３３に対して固定されている状態とに切り替えられる。
【００２５】
さらに、ギヤボックスケース３３はモータ３５に連結されている。
【００２６】
そして、前記伸展側プーリ２１のフランジ２４及び屈曲側プーリ２２のフランジ２８の外周に歯車が切られており、図４に示されるように、前記フランジ２４に噛み合う歯車４２及びフランジ２８に噛み合う歯車４１が配設されている。
【００２７】
また、前記歯車４２と噛み合っている歯車４３が、歯車４１の軸と同軸となるように配設されている。前記歯車４３は、電磁クラッチ４４を介して歯車４１の軸に連結されており、電磁クラッチ４４の作用によって、歯車４１の軸に対して切断されている状態、すなわち、自由に回転することができる状態と、歯車４１の軸に対して接続されている状態、すなわち、歯車４１と一緒に回転することができる状態とに切り替えられる。
【００２８】
なお、前記電磁ブレーキ３４及び電磁クラッチ４４の動作は、筋力トレーニング装置６０の制御装置によって制御される。
【００２９】
また、前記モータ３５には、トレーニング負荷となる関節軸トルクを制御するために、ひずみゲージ式トルクセンサ等の図示されないトルク測定装置とトルク制御装置とが配設されている。さらに、第１関節側リンク１１及び第２関節側リンク１２の関節角度を任意の値に変化させるために、ロータリエンコーダ等の関節角度測定装置と関節角度制御装置とが第１関節及び第２関節に配設されている。これにより、ロボットアーム１０を、トルク制御で動作するか位置制御で動作するかを筋力トレーニング装置６０の制御装置によって制御することができるようになっている。
【００３０】
なお、前記ロボットアーム１０は、第１リンク１３を第１関節軸２０ａの周りに回転させるための図示されないモータも有する。
【００３１】
次に、前記構成のロボットアーム１０の動作について説明する。まず、第１リンク１３のリンク長を調整する動作について説明する。
【００３２】
図５は本発明の第１の実施の形態におけるワイヤ張力を調整する際のトルクの変化を示すグラフである。
【００３３】
第１リンク１３のリンク長を調整するには、まず、前記第１リンク１３のリンク長を固定している図示されない固定装置を解除する。このとき、電磁ブレーキ３４は解除、電磁クラッチ４４は接続（固定）、モータ３５は位置制御とする。
【００３４】
第１リンク１３のリンク長を手動又は電動で変化させると、第１リンク１３のリンク長の変化はリンク長測定装置によって測定され、筋力トレーニング装置６０の制御装置によって検出される。すると、該制御装置は、第１リンク１３のリンク長の変化に応じてモータ３５の回転角度を変化させる。そして、前記モータ３５は屈曲側プーリ２２を回転させる。
【００３５】
このとき、電磁ブレーキ３４が解除されているので、ギヤボックス３０は差動歯車機構として作用する。そして、電磁クラッチ４４が接続されているので、伸展側プーリ２１のフランジ２４と屈曲側プーリ２２のフランジ２８とは、歯車４１、４２及び４３の作用によって、互いに逆回転する。
【００３６】
このように、モータ３５を回転させることによって伸展側プーリ２１と屈曲側プーリ２２との角度関係を変化させ、伸展側ワイヤ１６と屈曲側ワイヤ１７とを緩めたり、又は、張ったりすることができる。
【００３７】
なお、第１リンク１３のリンク長の調整後は、前記第１リンク１３のリンク長を固定装置で固定し、その後、一旦（たん）伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７が緩む方向に、例えば、プーリ本体２３及び２６の弧の長さで２〜３〔ｍｍ〕程度に相当する回転角度だけ、モータ３５を回転させる。
【００３８】
次に、トルク測定装置によってトルクを測定しながら、モータ３５を伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７が張る方向に回転させる。図５に示されるように、伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７が張ると、トルクが急峻（しゅん）に立ち上がる。該立ち上がる部分において、伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７の所定の初期張力が得られる回転角度、すなわち、初期張力相当のトルクに対応する回転角度でモータ３５を保持する。
【００３９】
該モータ３５を保持する場合、まず、電磁ブレーキ３４を作動させて伸展側プーリ２１と屈曲側プーリ２２との角度関係を固定した後、モータ３５の駆動を止めて、電磁クラッチ４４を切断する。
【００４０】
以上の一連の動作によって、第１リンク１３のリンク長の調整に伴う伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７の長さ、すなわち、ワイヤ長の調整が完了する。前記一連の動作の過程におけるモータ３５の回転角度とトルク変化の例は図５に示される。
【００４１】
そして、第１リンク１３のリンク長を調整した後のトレーニング動作においては、電磁ブレーキ３４によってギヤボックスケース３３と入力軸３１とが固定されているので、出力軸３２とギヤボックスケース３３との角度関係が固定され、 伸展側プーリ２１及び屈曲側プーリ２２は一緒に回転する。また、電磁クラッチ４４が切断されているため、歯車４３が歯車４１の軸に対して自由に回転することができるので、伸展側プーリ２１のフランジ２４と屈曲側プーリ２２のフランジ２８とを逆回転させようとする作用は働かない。
【００４２】
なお、電磁ブレーキ３４は無励磁時にブレーキが作動する無励磁作動型であることが望ましい。
【００４３】
このように、本実施の形態においては、第１リンク１３のリンク長の調整に伴う伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７のワイヤ長の調整を自動化することができる。また、伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７の初期張力を、トルク発生源であるモータ３５のトルク制御によって、安定して再現することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００４５】
図６は本発明の第２の実施の形態におけるリンク角度限界検出装置を示す図である。なお、（ａ）は第１の状態を示す図、（ｂ）は第２の状態を示す図である。
【００４６】
本実施の形態における筋力トレーニング装置６０は、図に示されるようなリンク角度限界検出装置５０を更に有する。該リンク角度限界検出装置５０は、第１関節軸２０ａと同軸に配設された第１プーリ２０に取り付けられる。
【００４７】
そして、前記リンク角度限界検出装置５０は、リンクとしての中央リンク５１、第１連結リンク５２及び第２連結リンク５３を備える。前記中央リンク５１は、第１関節軸２０ａと同軸で回転可能な円形部と、直線状のガイド溝５１ａを備える棒状部とから成り、第１関節軸２０ａに対して回転可能に取り付けられている。
【００４８】
また、前記第１連結リンク５２は、略くの字状の形状を備え、両端に軸５４及び５６が取り付けられている。該軸５６は、第１連結リンク５２の一端（図における上端）に形成された図示されない穴に回転可能に嵌（かん）入されているとともに、中央リンク５１のガイド溝５１ａにスライド可能に嵌入されている。また、前記軸５４は、第１連結リンク５２の他端（図における下端）に形成された図示されない穴に回転可能に嵌入されているとともに、屈曲側プーリ２２に連結され、該屈曲側プーリ２２が回転すると一緒に回転する。なお、軸５４の回転の軌跡は、図６において１点鎖線で示されている。
【００４９】
同様に、前記第２連結リンク５３は、略くの字状の形状を備え、両端に軸５５及び５６が取り付けられている。該軸５６は、第１連結リンク５２の一端にも取り付けられているものであり、第２連結リンク５３の一端（図における上端）に形成された図示されない穴に回転可能に嵌入されているとともに、中央リンク５１のガイド溝５１ａにスライド可能に嵌入されている。また、前記軸５５は、第２連結リンク５３の他端（図における下端）に形成された図示されない穴に回転可能に嵌入されているとともに、伸展側プーリ２１に連結され、該伸展側プーリ２１が回転すると一緒に回転する。なお、軸５５の回転の軌跡は、軸５４の回転の軌跡と同様に、図６において１点鎖線で示されている。
【００５０】
そして、第１連結リンク５２における軸５６及び５４の軸間距離と、第２連結リンク５３における軸５６及び５５の軸間距離とは、互いに等しくなっている。
【００５１】
その他の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
次に、本実施の形態における筋力トレーニング装置６０の動作について説明する。
【００５３】
中央リンク５１は第１関節軸２０ａの周りに回転可能に配設されているので、中央リンク５１の回転角度は第１関節軸２０ａと同軸に配設された第１プーリ２０の回転角度に等しい。そのため、前記第１の実施の形態において説明した伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７のワイヤ長の調整を実施した場合には、伸展側プーリ２１と屈曲側プーリ２２との角度関係が変化するので、図６（ａ）に示されるような状態から、図６（ｂ）に示されるような状態に変化する。すなわち、伸展側プーリ２１と屈曲側プーリ２２との角度関係の変化に伴って、伸展側プーリ２１に連結された軸５５と軸５６との角度関係及び屈曲側プーリ２２に連結された軸５４と軸５６との角度関係が変化し、軸５６は中央リンク５１のガイド溝５１ａに沿ってスライドする。
【００５４】
そして、中央リンク５１の方向は、第１関節軸２０ａから観た軸５５の方向と軸５４の方向とのちょうど中間の方向となる。前記第１の実施の形態において説明したように、伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７のワイヤ長の調整において、伸展側プーリ２１及び屈曲側プーリ２２は、第１リンク１３のリンク長の変化量分だけ伸展側ワイヤ１６及び屈曲側ワイヤ１７を繰り出したり、巻き取ったりするようになっている。そのため、伸展側プーリ２１及び屈曲側プーリ２２の調整量は同等であると考えられ、中央リンク５１の方向は、伸展側プーリ２１及び屈曲側プーリ２２の角度関係に依存することなく、第１プーリ２０の回転角度を示している。
【００５５】
また、該第１プーリ２０の回転角度は、第１リンク１３の回転角度と第２リンク１４の回転角度との和、すなわち、第１関節軸２０ａと第２関節軸１５ａとの角度の和を示している。そして、第１リンク１３の回転角度と第２リンク１４の回転角度との和は、ベース部としてのサドル６２に対する第２リンク１４の方向の角度であり、第１リンク１３の角度に関わらず、第１プーリ２０の角度によって決まっている。
【００５６】
そこで、フォトインタラプタ又はマイクロスイッチを配設して中央リンク５１の方向を検出することによって、第１プーリ２０が可動範囲の限界に達したことを検出することができる。前記フォトインタラプタ又はマイクロスイッチを制御装置に接続することによって、該制御装置は、中央リンク５１の方向が所定の角度に達したことを検出し、第１プーリ２０が可動範囲の限界に達したことを検出することができる。そして、前記制御装置は、第１プーリ２０が可動範囲の限界に達したことを検出すると、ロボットアーム１０が発生する関節軸トルクを減少させる。
【００５７】
このように、本実施の形態においては、ロボットアーム１０の第１関節軸２０ａと第２関節軸１５ａとの角度の和が一定の範囲を逸脱することを検出することができ、角度の和が一定の範囲を逸脱したときに、ロボットアーム１０の駆動力の遮断等を行うことによって、使用者６５の筋肉の過剰な伸展を防止することができる。
【００５８】
筋力トレーニング装置６０は、人体に装着して使用し、筋力トレーニング装置６０側から人体に負荷をかけるため、関節角度を過剰に伸展又は屈曲させることは望ましくない。人間の四肢には２つの関節に跨（またが）って付く二関節筋が存在するので、関節軸の角度を一定の範囲内に抑えるだけでなく、隣り合う関節軸の角度を加算した角度を一定の範囲内に抑えなければ、二関節筋が過剰に伸展させられる状態となり、望ましくない。本実施の形態における筋力トレーニング装置６０は、前述のような構成を有するので、角度の和を一定の範囲内に抑えることができ、筋肉の過剰な伸展を防止することができる。
【００５９】
また、本実施の形態においては、機構的に第１プーリ２０の回転角度を検出する手段について説明したが、各関節に配設されたエンコーダによって各関節の角度を検出して加算して、第１関節軸２０ａと第２関節軸１５ａとの角度の和を求めることもできる。また、前記第１関節軸２０ａと第２関節軸１５ａとの角度の和が一定の範囲を逸脱した場合の動作は、駆動力を遮断するほかに、その場の姿勢を保持する、逸脱する方向には動かないが逆方向には動く等、安全性を考慮して様々な動作を行うことが可能である。
【００６０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング装置のロボットアームの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるワイヤ調整機構の概略を示す第１の図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるワイヤ調整機構の概略を示す第２の図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるワイヤ張力を調整する際のトルクの変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるリンク角度限界検出装置を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０    ロボットアーム
１３    第１リンク
１４    第２リンク
１５    第２プーリ
１５ａ    第２関節軸
１６    伸展側ワイヤ
１７    屈曲側ワイヤ
２０    第１プーリ
２１    伸展側プーリ
２２    屈曲側プーリ
２０ａ    第１関節軸
３０    ギヤボックス
４１、４２、４３    歯車
６０    筋力トレーニング装置
６２    サドル
６３    第１装着具
６４    第２装着具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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