(57)【要約】【課題】肢体長さを正確に入力することができ、さらには何らかの理由で対象者の体幹がずれるようなことがあっても、それを検出することができる肢体を駆動する肢体駆動装置を提供する。【解決手段】肢体の任意位置間の長さを計測するリニアスケール１０１と、計測した長さをリニアスケール１０１から所定の周期で連続的に受信する信号受信手段１０２と、計測した長さの信号の取得タイミングを決定できるスイッチ１０３を備え、リニアスケール１０１が肢体の部分に装着される肢体装着部１１０に固定され、所望の肢体位置間の長さを取得して肢体を駆動する肢体駆動装置。【選択図】　　図１
2004105545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
肢体の任意位置間の長さを計測するリニアスケールと、計測した長さを前記リニアスケールから所定の周期で連続的に受信する信号受信手段と、計測した長さの信号の取得タイミングを決定できるスイッチを備え、前記リニアスケールが肢体の部分に装着される肢体装着部に固定され、所望の肢体位置間の長さを取得して肢体を駆動することを特徴とする肢体駆動装置。
【請求項２】
肢体の任意位置間の長さを計測するリニアスケールと、計測した長さを前記リニアスケールから所定の周期で連続的に受信する第１の信号受信手段と、前記リニアスケールの取付回転角度を検出する角度センサーと、前記角度センサーの出力信号を所定の周期で連続的に受信する第２の信号受信手段を備え、前記リニアスケールが肢体の部分に装着される肢体装着部に固定され、前記リニアスケールのフック部を肢体の一部に取り付けることにより体幹ずれを取得して肢体を駆動することを特徴とする肢体駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、手術前後に用いられる連続他動運動装置、肢体の機能を回復するために用いられるリハビリテーション支援装置及びトレーニング装置等の肢体駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、整形外科あるいは理学診療（リハビリテーション）科では、以下のような肢体駆動装置が用いられている。例えば肢体の稼動角度を数値で設定すると、その決められた角度に従って一定時間に一定速度で患者の肢体を運動するいわゆる連続他動運動が行われる（特許文献１〜４参照）。肢体の稼動角度を数値で設定する場合には、肢体の各関節間の長さと位置関係などの肢体の運動学的情報をあらかじめ入力しておくことが必要である（特許文献５参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−１７９０６２号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開昭６０−２３２１５８号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開昭６１−１７０４６４号公報
【０００６】
【特許文献４】
特公平４−１４０２８号公報
【０００７】
【特許文献５】
特開平１０−１５５８４７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の肢体駆動装置においては、大腿であれば大転子位置から膝関節の回転中心までを、下腿であれば膝関節の中心位置からかかとまでを、巻尺等の計測手段を用いて目視で位置を合わせて距離を求めて、その結果を肢体長さとしてキーボードなどの入力装置で入力しており、測定ミスや入カミスが生じやすかった。
【０００９】
また、上記従来の肢体駆動装置は、入力された肢体長さを用いて運動軌道を生成するため、計測ミスや入カミスで計測結果と実際の長さに差異が生じている場合には、プログラミングされている運動軌道から外れた軌道となり、条件によっては、対象者の体を引っ張るなど体幹ずれを引き起こすことがあった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、肢体長さを正確に入力することができ、さらには何らかの理由で対象者の体幹がずれるようなことがあっても、それを検出することができる肢体駆動装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の肢体駆動装置は、肢体の任意位置間の長さを計測するリニアスケールと、計測した長さを前記リニアスケールから所定の周期で連続的に受信する信号受信手段と、計測した長さの信号の取得タイミングを決定できるスイッチを備え、前記リニアスケールが肢体の部分に装着される肢体装着部に固定され、所望の肢体位置間の長さを取得して肢体を駆動することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の肢体駆動装置は、肢体の任意位置間の長さを計測するリニアスケールと、計測した長さを前記リニアスケールから所定の周期で連続的に受信する第１の信号受信手段と、前記リニアスケールの取付回転角度を検出する角度センサーと、前記角度センサーの出力信号を所定の周期で連続的に受信する第２の信号受信手段を備え、前記リニアスケールが肢体の部分に装着される肢体装着部に固定され、前記リニアスケールのフック部を肢体の一部に取り付けることにより体幹ずれを取得して肢体を駆動することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態である肢体の長さ計測について図１および図２に基づいて説明する。図１に示す１２０は肢体であり、本実施例では下肢を示している。肢体駆動装置１３０は、図示していないアームで肢体を駆動する。１１０は長靴状の肢体装着部で、人と肢体駆動装置１３０とのインターフェイスの役割を果たしている。リニアスケール１０１は、肢体装着部１１０に固定されている。リニアスケール１０１で計測した長さは、長さに比例した電圧値に変換して出力されており、その電圧値を信号受信手段１０２で受けて肢体長さをディジタル値として読み取ることができる。スイッチ１０３は、計測した肢体長さのディジタル値を読み取るタイミングを決定するために設けてある。
【００１４】
図２を用いて、具体的に肢体の長さの計測を説明する。リニアスケール１０１は、フック１０４を引っ張ると内部の回転体に巻かれているワイヤーが引き出されて、回転体の回転数、回転角度をカウントするエンコーダの出力値から引き出された長さを求めることができる構造となっている。
【００１５】
計測方法は次のとおりである。まず、肢体１２０は、膝関節および股関節を伸展位にしておく。片手でスイッチ１０３を持ち、片手でフック１０４を引き出し、膝関節の回転中心位置で止めて、スイッチ１０３を押す。そのときに信号受信手段１０２で取り込まれた計測値をＬ２とする。次にフック１０４を、股関節の回転中心位置である大転子位置で止めて、スイッチ１０３を押す。そのときに信号受信手段１０２で取り込まれた計測値をＬ３とする。リニアスケール１０１は、肢体装着部１１０に固定されているため、踵からの距離Ｌ１は固定値である。踵から膝関節の中心位置までの下腿長さは、Ｌ１＋Ｌ２として求めることができる。また、膝関節の中心位置から大転子までの大腿長さは、Ｌ３−Ｌ２で求めることができる。
【００１６】
次ぎに、本発明の第２の実施形態である体幹ずれ検出について図３及び図４に基づいて説明する。図３に示す１２０は肢体であり、第１の実施形態同様、下肢を示している。肢体駆動装置１３０は、図示していないアームで肢体を駆動する。１１０は長靴状の肢体装着部で、人と肢体駆動装置１３０とのインターフェイスの役割を果たしている。リニアスケール１０１は、肢体装着部１１０に第１のフリー回転軸１０８で取り付けられており、図３の平面内で自由に回転できる。第１のフリー回転軸には、角度センサー１０５が取り付けてあり、第２の信号受信手段１０７で受けてリニアスケールの取付回転角度をディジタル値として読み取ることができる。リニアスケール１０１で計測した長さは、長さに比例した電圧値に変換して出力されており、その電圧値を第１の信号受信手段１０６で受けて肢体長さをディジタル値として読み取ることができる。フック１０４は、肢体駆動時に図示していない駆動アームに干渉しないよう、人の衣服等に固定されている。
【００１７】
図４を用いて、具体的に肢体の長さの計測を説明する。図４は、下肢と肢体駆動装置の駆動アームを模式的に示している。駆動アームと図示していない肢体装着部は、図４の平面内で自由に回転できる第２のフリー回転軸でつながっており、図示していない肢体装着部にリニアスケール１０１が図４の平面内で自由に回転できるよう第１のフリー回転軸に取り付けてある。駆動アームは、エンコーダが取り付けられている第１の駆動軸及び第２の駆動軸、アーム長さが固定の第１の駆動アーム及び第２の駆動アームからなる。
【００１８】
第１の駆動軸と第２の駆動軸のそれぞれのエンコーダの角度をθ１、θ２、第１の駆動アームと第２の駆動アームの長さをｌ１、ｌ２とすると、第１の駆動軸を原点とした場合のリニアスケール
１０１の位置（Ｓｘ，Ｓｙ）は、
Ｓｘ＝ｌ１・ｃｏｓθ１＋ｌ２・ｃｏｓ（θ１−θ２）
Ｓｙ＝ｌ１・ｓｉｎθ１＋ｌ２・ｓｉｎ（θ１−θ２）
と計算ができる。図４に示すように、このときリニアスケールの位置（Ｓｘ，Ｓｙ）が第１の駆動軸を原点とする座標系のＸ軸となす角度をθとすると、
θ＝ｔａｎ−１（Ｓｙ／Ｓｘ）
と求められる。さらに、角度センサー１０５の出力値は、図４で示す角度αであるため、図４で示す角度βは、
β＝１８０゜θ−α
となる。また、フック１０４は人の体の一部に取り付けられており、フック取り付け位置とリニアスケール１０１の長さＬａは、リニアスケール１０１が出力する長さとなる。肢体の長さの計測の手順は、まず、肢体１２０は、膝関節および股関節を伸展位にしておき、その時の長さＬａとリニアスケール１０１の位置から距離Ｌｂを求める。距離Ｌａ、距離Ｌｂと角度βから、次のように、第１の駆動軸とフック１０４までの距離Ｌｃを求める。
【００１９】
Ｌｃ＝（Ｌａ２＋Ｌｂ２−２・Ｌａ・Ｌｂ・ｃｏｓβ）１／２
肢体駆動装置を動作させる前の距離Ｌｃを保存しておく。体幹ずれは、人の体と肢体駆動装置の相対的な位置が変化することなので、人の体と肢体駆動装置の距離であるＬｃが変化した場合に体幹ずれとして検出できることになる。すなわち、適当な誤差範囲εを設定し、保存している肢体駆動装置を動作させる前の距離Ｌｃと、動作後に逐次計算するＬｃ′を比較して、
│Ｌｃ−Ｌｃ′│＞ε
であれば体幹ずれが発生したと判断する。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１記載の肢体駆動装置において肢体の長さの計測により、肢体の関節位置に対して、リニアスケールで位置合わせするタイミングを提示するだけで肢体長さの計測ができるため、肢体の長さの測定ミスや入カミスを低減できる。
【００２１】
また、請求項２記載の肢体駆動装置において体幹ずれ検出により、人と肢体駆動装置間の距離の変化を逐次監視できるため、何らかの理由で対象者の体幹がずれるようなことがあっても、それを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である肢体の長さ計測の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である肢体の長さ計測の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である体幹ずれ検出の構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である体幹ずれ検出の説明図である。
【符号の説明】
１０１　リニアスケール
１０２　信号受信手段
１０３　スイッチ
１０４　フック
１０５　角度センサー
１０６　第１の信号受信手段
１０７　第２の信号受信手段
１０８　第１のフリー回転軸
１０９　肢体装着部
１２０　肢体
１３０　肢体駆動装置
【図１】
2004105545.tif 000003
【図２】
2004105545.tif 000004
【図３】
2004105545.tif 000005
【図４】
2004105545.tif 000006