(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の基部に設けられ、健常な肢体によって麻痺のある肢体の運動軌道を教示する動作教示装置と、
前記装置の基部に設けられ、前記麻痺のある肢体を駆動する肢体駆動装置と、
前記麻痺のある肢体の動作条件を設定して動作条件情報を出力する動作条件入力部と、
前記動作教示装置の角度情報及び負荷情報と、前記動作条件入力部の動作条件情報とを入力し、前記麻痺のある肢体の麻痺肢体軌道情報を出力する軌道設定部と、
該麻痺肢体軌道情報と、前記肢体駆動装置の角度情報及び負荷情報とを受け、前記肢体駆動装置に駆動指令を出力する麻痺肢体制御部と、を備えたことを特徴とする片麻痺患者用肢体駆動装置。
【請求項２】
前記動作教示装置は、
健常な肢体を固定し、該健常な肢体から受ける負荷を検出する力センサを内蔵した装着部と、
該装着部と第１のリンクを回転自在に連結するフリー回転軸と、
前記第１のリンクと第２のリンクを接続し、関節の機能を有する第１の角度検出器と、
前記装置の基部と前記第２のリンクを接続し、関節の機能を有する第２の角度検出器と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の片麻痺患者用肢体駆動装置。
【請求項３】
前記肢体駆動装置は、
麻痺のある肢体を固定し、該麻痺のある肢体から受ける負荷を検出する力センサを内蔵した装着部と、
該装着部と第１のリンクを回転自在に連結するフリー回転軸と、
角度検出器を備え、前記第１のリンクと第２のリンクを接続して回転駆動する第１の駆動軸と、
角度検出器を備え、前記装置の基部と前記第２のリンクを接続して回転駆動する第２の駆動軸と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の片麻痺患者用肢体駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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やトレーニング装置等の肢体駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、筋力が低下した肢体の機能を回復するために用いるリハビリテーション支援装置や肢体の機能を向上させるトレーニング装置などのように、関節を主として外部から機械的に駆動したり動きに負荷をかけたりするさまざまな機構や装置が提案されている。
これら従来の装置の１つに、複数の駆動自由度を持つ装置として特開平７−３２３０４８号公報に開示された「連続受動運動装置」がある。この装置は、運動を教示する時には多自由度機構に肢体を取り付けた状態でインピーダンス制御を行ない、治療をする時にはメモリに保存された回転角度を平衡点とするインピーダンス制御をし、教示した運動と力を再現する手段を備えたことを特徴としている。
また、肢体の軌道を設定する軌道設定手段と、肢体の関節角度を漸次補正して肢体の軌道を修正する軌道修正手段を備えた運動療法装置として、本出願人が出願した特願平８−３４０５３５号の「運動療法装置」があり、さらに、肢体のパラメータと動作角度範囲から肢体の動作パターンを自動生成する肢体駆動装置として、本出願人が出願した特願平９−１４７２２号の「肢体駆動装置の制御装置」がある。
この他に、患者が運動すべき軌道を設定し、患者の肢体から装置に伝わる負荷を計測して運動指令を得ることで自動介助運動を行うことができる肢体駆動装置も考案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来の肢体駆動装置を用いて肢体を駆動する場合、運動軌道の設定は理学療法士や装置が行うため、患者が訓練中に積極的に軌道を変えたいと思っても患者の意志で軌道を任意に変えることができないという問題があった。
この発明は、こうした従来の技術が持つ問題点を解消するためになされたものであり、麻痺のある肢体を患者が任意に駆動する軌道を設定することができる肢体駆動装置の提供を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、装置の基部に設けられ、健常な肢体によって麻痺のある肢体の運動軌道を教示する動作教示装置と、前記装置の基部に設けられ、前記麻痺のある肢体を駆動する肢体駆動装置と、前記麻痺のある肢体の動作条件を設定して動作条件情報を出力する動作条件入力部と、前記動作教示装置の角度情報及び負荷情報と、前記動作条件入力部の動作条件情報とを入力し、前記麻痺のある肢体の麻痺肢体軌道情報を出力する軌道設定部と、該麻痺肢体軌道情報と、前記肢体駆動装置の角度情報及び負荷情報とを受け、前記肢体駆動装置に駆動指令を出力する麻痺肢体制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記動作教示装置は、健常な肢体を固定し、該健常な肢体から受ける負荷を検出する力センサを内蔵した装着部と、該装着部と第１のリンクを回転自在に連結するフリー回転軸と、前記第１のリンクと第２のリンクを接続し、関節の機能を有する第１の角度検出器と、前記装置の基部と前記第２のリンクを接続し、関節の機能を有する第２の角度検出器と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記肢体駆動装置は、麻痺のある肢体を固定し、該麻痺のある肢体から受ける負荷を検出する力センサを内蔵した装着部と、該装着部と第１のリンクを回転自在に連結するフリー回転軸と、角度検出器を備え、前記第１のリンクと第２のリンクを接続して回転駆動する第１の駆動軸と、角度検出器を備え、前記装置の基部と前記第２のリンクを接続して回転駆動する第２の駆動軸と、を備えたことを特徴とするものである。
これらの手段により、患者が自ら健常な肢体で麻痺した肢体の軌道を生成し、この軌道に沿って麻痺のある肢体を駆動するので、麻痺した肢体に無理のかからない適した軌道を設定することができて、麻痺した肢体の回復を早めることができるのである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態を示すものであり、本発明の片麻痺患者用肢体駆動装置に患者の肢体１１４、１１５を固定した状態を示している。
図において、１０４は患者の健常な肢体１１４を装着する装着部であり、力センサを内蔵して健常な肢体１１４から受ける力を検出できるようになっている。装着部１０４はフリー回転軸１０３によってリンク１０６に取付けられており、互いに自由に回転することができる。１０１と１０２は関節の機能を有する角度検出器であり、それぞれ、装置の基部１０７とリンク１０５、リンク１０５とリンク１０６の間で自由に回転でき、相互の角度と角速度を検出することができる。そして装着部１０４と、フリー回転軸１０３、リンク１０５、１０６、角度検出器１０１、１０２とで動作教示装置をなしている。この動作教示装置は健常な肢体１１４によって駆動され、その時の運動情報を収集するために使用される。
１１１は麻痺のある肢体１１５を装着する装着部であり、力センサを内蔵して麻痺のある肢体１１５から受ける力を検出できるようになっている。装着部１１１はフリー回転軸１１０によってリンク１１３に取付けられており、互いに自由に回転することができる。１０８と１０９は関節の機能を有する駆動軸であり、それぞれ、装置の基部１０７とリンク１１２、リンク１１２とリンク１１３の間を回転駆動することができる。駆動軸１０８、１０９は角度検出器を内蔵しており、装置の基部１０７とリンク１１２、リンク１１２とリンク１１３の相互の角度と角速度を検出することができる。そして装着部１１１と、フリー回転軸１１０、リンク１１２、１１３、駆動軸１０８、１０９とで肢体駆動装置をなしている。この肢体駆動装置は麻痺のある肢体１１５を所定の軌道で運動させるために使用される。
また、動作教示装置と肢体駆動装置、装置の基部１０７とで動作本体をなしており、動作本体と、動作本体の外部に設けられた動作条件入力部１１９、軌道設定部１１７、麻痺肢体制御部１１８とで本発明の片麻痺患者用肢体駆動装置１００をなしている。動作条件入力部１１９は麻痺のある肢体１１５を駆動するときの条件を設定するための入力部であり、肢体を駆動する時に必要な駆動速度と、駆動回数、他動運動と自動介助運動のいずれを選択するかという情報を入力して内部に保持され、動作条件情報１２２として出力される。軌道設定部１１７は動作条件情報１２２と装着部１０４に取付けた力センサの負荷情報、角度検出器１０１、１０２の角度情報１２０を受け、麻痺肢体軌道を算出して麻痺肢体軌道情報１２１を出力する。麻痺肢体制御部１１８は麻痺肢体軌道情報１２１と、駆動軸１０８、１０９内蔵角度検出器が出力する角度・角速度情報１２３と、装着部１１１に取付けた力センサが出力する負荷情報３０４を入力して演算処理し、駆動軸１０８、１０９の駆動指令を出力する。
ここで軌道設定部１１７と麻痺肢体制御部１１８の詳細を図を用いて説明する。図２は軌道設定部１１７の詳細図であり、メモリ２０１と、肢体を駆動する軌道の計算部２０２、麻痺のある肢体を駆動する装置の軌道計算と記憶部２０３からなってる。メモリ２０１は、図示しないスイッチを入れてから切るまでの間の角度検出器１０１、１０２の角度情報１２０を記憶する。肢体を駆動する軌道の計算部２０２は、メモリ２０１の角度情報２０４と動作条件入力部１１９の動作条件情報１２２から麻痺のある肢体１１５を駆動するための軌道の計算をロボット工学におけるロボットマニピュレータの順運動学計算手法を用いて計算する。このとき、駆動速度に応じて肢体関節の駆動角度を時系列で変化させることにより、麻痺のある肢体１１５の軌道情報２０５を得ることができる。麻痺のある肢体を駆動する装置の軌道計算と記憶部２０３では、軌道情報２０５からロボット工学におけるロボットマニピュレータの逆運動学計算手法を用いて肢体駆動装置の目標軌道１２１を計算し、麻痺肢体制御部１１８へ出力する。
図３は、麻痺肢体制御部１１８の詳細図であり、サーボ系３０１とインピーダンス制御部３０２からなっている。インピーダンス制御部３０２は装着部１１１に取付けた力センサが出力する負荷情報３０４と軌道設定部１１７の麻痺肢体駆動情報１２１を受けると、ロボット工学におけるロボットマニピュレータのインピーダンス制御手法を用いて、負荷情報３０４とあらかじめ設定された仮想慣性、仮想粘性、仮想弾性の定数により、麻痺肢体駆動情報１２１を補正して目標軌道３０３を生成する。目標軌道３０３と、駆動軸１０８、１０９内蔵角度検出器の角度・角速度情報１２３を受けたサーボ系３０１は目標軌道３０３と内蔵角度検出器の角度・角速度情報１２３との偏差から駆動指令１２４を生成し、駆動軸１０８、１０９を所定の動作と成るよう制御する。
このような構成をした片麻痺患者用肢体駆動装置１００は次のようにして使用される。まず始めに、麻痺のある肢体１１５を動かしたい軌道に沿うように患者が健常な肢体１１４で動作教示装置を動かす。この時、動かしているときの角度検出器１０１、１０２の角度情報１２０と、装着部１０４に取付けた力センサが出力する負荷情報が一定時間ごとに軌道設定部１１７内のメモリ２０１に記憶される。次に、麻痺のある肢体１１５を動かすときの前記動作条件情報１２２を、患者が麻痺のある肢体の状況に応じて動作条件入力部１１９に入力する。角度情報１２０と動作条件情報１２２を受けると、軌道設定部１１７は麻痺のある肢体１１５を駆動するための軌道と駆動条件を計算し、麻痺肢体制御部１１８へ麻痺肢体軌道情報１２１を送る。この情報１２１を受けた麻痺肢体制御部１１８は、肢体駆動装置の装着部１１１内蔵力センサの負荷情報３０４と駆動軸１０８、１０９内蔵角度検出器の角度・角速度情報１２３を用い、前記の働きをして肢体駆動装置の駆動指令１２４を出力する。
この指令１２４を受けた駆動軸１０８、１０９は麻痺肢体軌道情報１２１に応じた動作をする。
このようにして、患者が自分の健常な肢体１１４を使って麻痺のある肢体１１５の軌道を任意に設定し、設定された軌道を基に動作条件を付加して麻痺のある肢体１１５を駆動するという一連の動作を、患者一人で思い通りに行うことができるのである。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の片麻痺患者用肢体駆動装置１００を使って麻痺のある肢体１１５の機能回復訓練をすれば、動きと負荷の小さな軌道による訓練から始め、動作範囲を徐々に広げ、あるいは負荷を徐々に大きくしてくことができるので、積極的で適切な訓練を速やかに行うことができて機能回復の効果を早めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図
【図２】軌道設定部の詳細図
【図３】麻痺肢体制御部の詳細図
【符号の説明】
１００  片麻痺患者用肢体駆動装置
１０１、１０２  角度検出器
１０３、１１０  フリー回転軸
１０４、１１１  装着部
１０５、１０６、１１２、１１３  リンク
１０７  装置の基部
１０８、１０９  駆動軸
１１４  健常な肢体
１１５  麻痺のある肢体
１１６  目標軌道
１１７  軌道設定部
１１８  麻痺肢体制御部
１１９  動作条件入力部
１２０  角度情報
１２１  麻痺肢体軌道情報
１２２  動作条件情報
１２３  角度・角速度情報
１２４  駆動指令
２０１  メモリ
２０２  肢体を駆動する軌道の計算部
２０３  麻痺のある肢体を駆動する装置の軌道計算と記憶部
２０４  角度情報
２０５  麻痺のある肢体の軌道情報
３０１  サーボ系
３０２  インピーダンス制御部
３０３  目標軌道
３０４  負荷情報
【図１】
0004051506.tif 000002
【図２】
0004051506.tif 000003
【図３】
0004051506.tif 000004