(57)【要約】【課題】経時的劣化に伴う精度の低下を防止でき、点検者による定期的な校正が不要な荷重計測装置、荷重計測方法及び訓練機の提供を目的としている。【解決手段】下肢訓練機１では、フットペダルが移動した場合にのみ目標荷重と実際の付加荷重とが比較され（ステップＳ９）、これらが一致しない場合に制御電流の校正値が算出される（ステップＳ１１）とともに、その校正値に基づいてパウダブレーキに対して印加する制御電流が自動的に決定される。そのため、目標荷重に応じた正確な制動力（制御荷重）を常に生起することができる。したがって、目標荷重に合わせた荷重付加（荷重計測）を常に行なうことができるとともに、精度の高い計測を行なうために点検者が定期的に校正する必要もなくなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重が加えられる荷重付加手段と、
前記荷重付加手段に加えられる付加荷重を検出する荷重検出手段と、
印加される制御電流の大きさに応じた制動力を、前記荷重付加手段に加えられる付加荷重に抗する制御荷重として生起する抵抗手段と、
荷重と制御電流との間の関係を示す制御特性データを記憶するデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段に記憶された制御特性データにしたがって、所定の目標荷重に対応する制御電流を前記抵抗手段に対して印加する制御電流印加手段と、
前記目標荷重の値と前記荷重検出手段によって検出される検出値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較によって前記目標荷重の値と前記検出値とが一致しないときに、これらの値が一致するように前記データ記憶手段に記憶された制御特性データにしたがって制御電流の校正値を算出する算出手段と、
を備え、
前記制御電流印加手段は、前記算出手段により校正値が算出されたときには、その校正値に基づいて前記抵抗手段に対して印加する制御電流を決定することを特徴とする荷重計測装置。
【請求項２】
前記荷重付加手段は、前記制御荷重以上の付加荷重を受けることによりその位置が変化し、
前記荷重付加手段の位置を検出する位置検出手段を更に備え、
前記比較手段は、前記位置検出手段により前記荷重付加手段の位置の変化が検出されたときにだけ前記目標荷重の値と前記検出値とを比較することを特徴とする請求項１に記載の荷重計測装置。
【請求項３】
前記目標荷重の値を設定するための設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷重計測装置。
【請求項４】
前記校正値を記憶する校正値記憶手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の荷重計測装置。
【請求項５】
前記校正値に基づいて前記抵抗手段の寿命を告知する告知手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の荷重計測装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の荷重計測装置を備え、前記荷重付加手段に対して荷重を加える訓練者の肢部を鍛えるための訓練機。
【請求項７】
荷重付加手段に荷重を加える荷重印加ステップと、
前記荷重付加手段に加えられる付加荷重を検出する荷重検出ステップと、
荷重と制御電流との間の関係を示す制御特性データにしたがって、所定の目標荷重に対応する制御電流を抵抗手段に対して印加することにより、前記荷重付加手段に加えられる付加荷重に抗する制動力として制御荷重を生起する制動ステップと、
前記目標荷重の値と前記荷重検出ステップで検出される検出値とを比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較によって前記目標荷重の値と前記検出値とが一致しないときに、これらの値が一致するように前記制御特性データにしたがって制御電流の校正値を算出する算出ステップと、
を含み、
前記制動ステップは、前記算出ステップにより校正値が算出されたことを条件に、その校正値に基づいて前記抵抗手段に対して印加する制御電流を決定することを特徴とする荷重計測方法。
【請求項８】
前記荷重付加手段は、前記制御荷重以上の付加荷重を受けることによりその位置が変化し、
前記荷重付加手段の位置を検出する位置検出ステップを更に含み、
前記比較ステップは、前記位置検出ステップにより前記荷重付加手段の位置の変化が検出されたときにだけ前記目標荷重の値と前記検出値とを比較することを特徴とする請求項７に記載の荷重計測方法。
【請求項９】
前記目標荷重の値を設定するための設定ステップを更に含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の荷重計測方法。
【請求項１０】
前記校正値を記憶する校正値記憶ステップを更に含むことを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の荷重計測方法。
【請求項１１】
前記校正値に基づいて前記抵抗手段の寿命を告知する告知ステップを更に含むことを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の荷重計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加される荷重を計測するための荷重計測装置および荷重計測方法に関し、特に、目標荷重と付加荷重との間の差を検出することにより付加荷重に抗する制御荷重を校正する荷重計測装置および荷重計測方法、並びに、そのような荷重計測装置を備える訓練機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フットペダルに加えられる踏力に対して制動力を与えることにより下肢の訓練に供する下肢訓練機が知られている。このような下肢訓練機では、前記制動力を与えるための手段としてパウダブレーキが使用される場合がある。パウダブレーキは、制御装置からの指令値を受けて制動力を生起するようになっており、具体的には、指令値に基づく制御電流が励磁コイルに通電されると、ケーシング内に封入された粉末状のパウダが励磁され、パウダ同士が互いに結合することによりトルクを生起して前記踏力に抗する制動力を与えるようになっている。また、このようなパウダブレーキは、下肢訓練機以外の様々な装置において幅広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−９５９３１号公報
【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、パウダブレーキのパウダは、粉末状であることから、長年の使用による経年劣化、外気温や湿度等の影響による体積変化を引き起こし易く、同じ制御電流を印加しても制動力が変わってしまう場合がある。そのため、目標荷重に応じた正確な下肢訓練を行なうことができなかったり、あるいは、精度の高い訓練を行なうために点検者による定期的な校正が必要になるなどといった問題がある。
【０００４】
本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、経時的劣化に伴う精度の低下を防止でき、点検者による定期的な校正が不要な荷重計測装置、荷重計測方法及び訓練機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の荷重計測装置は、荷重が加えられる荷重付加手段と、前記荷重付加手段に加えられる付加荷重を検出する荷重検出手段と、印加される制御電流の大きさに応じた制動力を、前記荷重付加手段に加えられる付加荷重に抗する制御荷重として生起する抵抗手段と、荷重と制御電流との間の関係を示す制御特性データを記憶するデータ記憶手段と、前記データ記憶手段に記憶された制御特性データにしたがって、所定の目標荷重に対応する制御電流を前記抵抗手段に対して印加する制御電流印加手段と、前記目標荷重の値と前記荷重検出手段によって検出される検出値とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較によって前記目標荷重の値と前記検出値とが一致しないときに、これらの値が一致するように前記データ記憶手段に記憶された制御特性データにしたがって制御電流の校正値を算出する算出手段とを備え、前記制御電流印加手段は、前記算出手段により校正値が算出されたときには、その校正値に基づいて前記抵抗手段に対して印加する制御電流を決定することを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、目標荷重と実際の付加荷重（荷重検出手段による検出値）とが比較され、これらが一致しない場合に制御電流の校正値が算出されるとともに、その校正値に基づいて抵抗手段に対して印加する制御電流が自動的に決定されるため、目標荷重に応じた正確な制動力（制御荷重）を常に生起することができる。そのため、目標荷重に合わせた荷重付加（荷重計測）を常に行なうことができるとともに、精度の高い計測を行なうために点検者が定期的に校正する必要もなくなる。特に、このような荷重計測装置が訓練機で使用される場合には、目標荷重に応じた正確な下肢訓練を常に行なうことが可能になり、また、精度の高い訓練を実現するために点検者が定期的に校正を行なう必要もなくなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、経時的劣化に伴う精度の低下を防止でき、点検者による定期的な校正が不要な荷重計測装置、荷重計測方法及び訓練機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１には、本発明の一実施形態に係る訓練機としての下肢訓練機１が示されている。図示のように、下肢訓練機１は、訓練者が座ることができるシート２と、シート２の前方に配置された荷重計測装置５０と、シート２および荷重計測装置５０を支持する枠体４とを備えて成る。
【００１０】
図２および図３に明確に示されるように、荷重計測装置５０は、訓練者の左右の脚に対応して設けられ且つ訓練者により荷重として踏力が加えられる荷重付加手段としての左右一対のフットペダル６，６を備えている。これらのフットペダル６，６はそれぞれ、結合部材８を介して可動体２０に取り付けられている。
【００１１】
各可動体２０は、シート２から離れるように前方に向かって直線的に延びるガイドレール１０に対して摺動可能に取り付けられた本体部２０ａと、ガイドレール１０と平行に延びるボールネジ１２に螺合するナット部２０ｂとから成っており、フットペダル６と共に図中矢印Ｘで示される方向に移動しつつボールネジ１２を回転させることができる。なお、ガイドレール１０およびボールネジ１２は、左右の各フットペダル６，６に対応してそれぞれ別個に設けられており、枠体４に対して固定的に支持されている。
【００１２】
また、荷重計測装置５０は、ボールネジ１２およびガイドレール１０の前方に、パウダブレーキ１６と、エンコーダ２８と、ロードセル１４とを有している。これらの構成要素１４，１６，２８も左右の各フットペダル６，６に対応してそれぞれ別個に設けられている。
【００１３】
ロードセル１４は、ボールネジ１２に結合された押圧プレート１９を介してボールネジ１２の応力を受ける歪ゲージを有しており、フットペダル６の踏力に伴う荷重Ｆ１（以下、付加荷重という）を検出（計測）する荷重検出手段として機能する。また、エンコーダ２８は、ボールネジ１２に接続されるとともに、ボールネジ１２の回転量からフットペダル６の位置および速度を検出（計測）する位置検出手段として機能する。
【００１４】
また、パウダブレーキ１６は、後述する制御装置３０から制御電流を受けて制動力を生起するようになっており、具体的には、前記制御電流が励磁コイルに通電されると、ケーシング内に封入された粉末状のパウダが励磁され、パウダ同士が互いに結合してボールネジ１２を締め付けることにより、ボールネジ１２の回転に抗するトルクを生起する（フットベダル６による付加荷重Ｆ１に抗する制動力を与える）ようになっている。すなわち、パウダブレーキ１６は、制御装置３０側から印加される制御電流の大きさに応じた制動力を、付加荷重Ｆ１に抗する制御荷重Ｆ２として生起する抵抗手段として機能する。
【００１５】
また、荷重計測装置５０は、所定の目標荷重（訓練者が付加荷重Ｆ１としてフットペダル６に加えるべき目標となる荷重値）を設定するための目標荷重設定部（設定手段）４４と、目標荷重設定部４４、ロードセル１４、エンコーダ２８のそれぞれからの電気信号に基づいて制御電流をパウダブレーキ１６に対して供給するための制御装置３０とを有している。
【００１６】
制御装置３０は、荷重と制御電流との間の関係を示すパウダブレーキ１６に固有の制御特性データを記憶するデータ記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ３２と、ＥＥＰＲＯＭ３２に記憶された制御特性データにしたがって目標荷重設定部４４により設定された目標荷重に対応する制御電流をパウダブレーキ１６に対して印加する制御電流印加部（制御電流印加手段）３４と、前記目標荷重の値とロードセル１４によって検出される検出値とを比較する比較部（比較手段）３８と、比較部３８による比較によって前記目標荷重の値と前記検出値とが一致しないときにこれらの値が一致するようにＥＥＰＲＯＭ３２に記憶された制御特性データにしたがって制御電流の校正値を算出する演算部（算出手段）３６とを有している。また、制御装置３０は、演算部３６によって算出された前記校正値に基づいてパウダブレーキ１６の寿命を例えばスピーカ４２や表示装置（図示せず）を通じて告知する告知部４０（告知手段）も有している。なお、本実施形態において、ＥＥＰＲＯＭ３２は、前記校正値を記憶する校正値記憶手段としても機能するようになっている。
【００１７】
次に、図４のフローチャートを参照しながら、上記構成の下肢訓練機１の作用について説明する。
【００１８】
まず、下肢訓練機１を使用してトレーニング（訓練）を行なおうとする訓練者は、フットペダル６に対して付加すべき目標となる目標荷重を目標荷重設定部４４において設定する（ステップＳ１・・・設定ステップ）。このような目標荷重設定が行なわれると、制御装置３０は、前回のトレーニング時において既に演算部３６によって演算された校正値がＥＥＰＲＯＭ３２に記憶されているかどうかを判断する（ステップＳ２）。この判断がＹＥＳの場合、制御装置３０は、ＥＥＰＲＯＭ３２に記憶されている校正値を考慮して、ＥＥＰＲＯＭ３２に記憶された制御特性データに基づき、目標荷重設定部４４により設定された目標荷重に対応する制御電流を演算し（ステップＳ３）、その校正済みの制御電流を制御電流印加部３４によりパウダブレーキ１６に対して印加する（ステップＳ４）。一方、ステップＳ２における判断がＮＯの場合、すなわち、校正値がＥＥＰＲＯＭ３２に記憶されていない場合、制御装置３０は、専らＥＥＰＲＯＭ３２に記憶された制御特性データのみに基づき、目標荷重設定部４４により設定された目標荷重に対応する制御電流（ブレーキ制御電流）を演算し、その制御電流を制御電流印加部３４によりパウダブレーキ１６に対して印加する（ステップＳ４）。
【００１９】
このようにして、所定のブレーキ制御電流がパウダブレーキ１６に対して印加されると、パウダブレーキ１６は、前述した作動原理に基づき、フットペダル６の踏力に抗する制御荷重Ｆ２を生起する（ステップＳ５・・・制動ステップ）。そして、この制御荷重Ｆ２の作用下で、訓練者は、シート２に座った状態で、一方または両方のフットペダル６を脚で踏み込み、フットペダル６に対して付加荷重Ｆ１を作用させる（ステップＳ６・・・荷重印加ステップ）。この場合、付加荷重Ｆ１はロードセル１４により常時検出され、また、付加荷重Ｆ１が制御荷重Ｆ２以上になるとフットペダル６が前方に移動し始める。パウダブレーキ１６が劣化していない場合には、制御荷重Ｆ２が目標荷重と一致するため、付加荷重Ｆ１が目標荷重に達するとフットペダル６が移動することとなるが、パウダブレーキ１６が劣化している場合には、制御荷重Ｆ２が目標荷重と一致しない（目標荷重を下回る）ため、付加荷重Ｆ１が目標荷重に達しなくてもフットペダル６が移動してしまう。したがって、フットペダル６の移動を検知せずに、付加荷重Ｆ１を常時（フットペダル６の移動とは無関係に）検出するロードセル１４からの検出値だけを検知していると、ロードセル１４からの同じ検出値が、付加荷重Ｆ１（検出値）が目標荷重に達していないためにフットペダル６が移動していない状態の時のものであるのか、あるいは、パウダブレーキ１６が劣化しているために目標荷重に達していない前記付加荷重Ｆ１でフットペダル６が移動してしまっている状態の時のものであるのかを区別することができなくなってしまい、パウダブレーキ１６が劣化していないにもかかわらず制御電流を校正してしまう虞がある。そのため、本実施形態では、フットペダル６が移動した場合にのみロードセル１４からの検出値を制御電流の校正値の演算に使用するようにしている。
【００２０】
すなわち、制御装置３０は、エンコーダ２８からの検出値に基づいてフットペダル６が移動したか（位置が変化したか）どうかを判断し（ステップ７・・・位置検出ステップ）、その判断がＮＯの場合（フットペダル６が移動していない場合）には、ロードセル１４からの検出値を制御電流の校正値の演算に使用せず（制御電流の校正値の演算を行わない）（ステップＳ８）、一方、前記判断がＹＥＳの場合（フットペダル６が移動している場合）には、比較部３８において、ロードセル１４からの検出値（＝付加荷重Ｆ１）が目標荷重と一致しているかどうかを判断する（ステップＳ９・・・比較ステップ）。この判断がＹＥＳの場合（一致している場合）には、パウダブレーキ１６が劣化していないと判断し、演算部３６による校正値の演算は行なわない（ステップＳ１０）。一方、前記判断がＮＯの場合（一致していない場合）には、パウダブレーキ１６が劣化しているものと判断し、演算部３６において、ロードセル１４からの検出値と目標荷重とが一致するように前記制御特性データにしたがって制御電流の校正値を演算する（ステップＳ１１・・・算出ステップ）。そして、この算出された校正値は、即時にフィードバックされ制御電流印加部３４による制御電流の印加動作に反映されても良く、あるいは、ＥＥＰＲＯＭ３２に一旦保存されて（ステップＳ１２・・・校正値記憶ステップ）、次回のフットペダル踏み込み動作時に読み出される（ステップＳ２，Ｓ３）ようになっていても良い。また、この段階で、前記校正値の値によっては、スピーカ４２や図示しない表示装置を通じて告知部４０によりパウダブレーキ１６の寿命が告知されても良い（告知ステップ）。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態の荷重計測装置５０では、目標荷重と実際の付加荷重Ｆ１とが比較され、これらが一致しない場合に制御電流の校正値が算出されるとともに、その校正値に基づいてパウダブレーキ１６に対して印加する制御電流が自動的に決定されるため、目標荷重に応じた正確な制動力（制御荷重Ｆ２）を常に生起することができる。そのため、目標荷重に合わせた荷重付加（荷重計測）を常に行なうことができるとともに、精度の高い計測を行なうために点検者が定期的に校正する必要もなくなる。特に、本実施形態のように荷重計測装置５０が下肢訓練機１で使用される場合には、目標荷重に応じた正確な下肢訓練を常に行なうことが可能になり、また、精度の高い訓練を実現するために点検者が定期的に校正を行なう必要もなくなる。
【００２２】
また、本実施形態では、フットペダル６が移動した場合にだけ目標荷重とロードセル１４の検出値とが比較され校正値が演算されるようになっているため、パウダブレーキ１６が劣化していないにもかかわらず制御電流を校正してしまうといった事態を回避できる。
【００２３】
なお、本実施形態では、校正値をＥＥＰＲＯＭ３２に書き込む（記憶する）場合、書き込み中の停電等を考慮し、ＥＥＰＲＯＭ３２に対する記録箇所を１回毎に変えることが望ましい。そのようにすれば、データ消失の際も１回分に留まり、過去のデータに遡って経時的な校正を行なうことができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の荷重計測装置および荷重計測方法は、訓練機以外の様々な装置にも幅広く適用することができることから産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る下肢訓練機の斜視図である。
【図２】図１の下肢訓練機に設けられた荷重計測装置の概略構成図である。
【図３】図１の下肢訓練機に設けられた荷重計測装置のブロック図である。
【図４】図１の下肢訓練機の動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１    下肢訓練機１
６    フットペダル（荷重付加手段）
１４    ロードセル（荷重検出手段）
１６    パウダブレーキ（抵抗手段）
２８    エンコーダ（位置検出手段）
３２    ＥＥＰＲＯＭ（データ記憶手段；校正値記憶手段）
３４    制御電流印加部（制御電流印加手段）
３６    演算部（算出手段）
３８    比較部（比較手段）
４０    告知部（告知手段）
４４    目標荷重設定部（設定手段）
５０    荷重計測装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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