(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源を備えた基部と、駆動軸とリンクを備え前記駆動源によって駆動されるリンク機構と、そのリンク機構の先端に設けられて人の下肢を固定する装着部と、前記基部を設置するとともに患者を乗せるベッドとからなる肢体駆動装置において、
前記ベッドには段差が設けられており、その段差の下の段に前記人の下肢の長さ方向にスライド可能なスライド機構を介して前記基部が設置され、
前記段差の上の段には前記人の股関節の位置決めに使うマークが設けられ、
前記リンクは、前記駆動源に駆動される第一の駆動軸と、前記第一の駆動軸によって駆動される第一のリンクと、前記第一のリンクの先端に設けられるとともに前記駆動源に駆動される第二の駆動軸と、前記第二の駆動軸によって駆動される第二のリンクと、から構成され、
前記第二のリンクの先端にフリー回転軸を介して設けられる前記装着部に力センサが設けられ、前記力センサの情報を用いて前記第一及び第二の駆動軸がインピーダンス制御されて、インピーダンス定数のうち前記リンクの水平方向のバネ定数が小さく設定され、
前記マークに股関節を合わせて前記段差の上の段に乗った前記人の前記段差の下の段に出された下肢の長さに応じて前記スライド機構が動かされて固定され、前記インピーダンス制御された前記リンクを動かすことで前記装着部が動かされて前記人の下肢を固定すること、を特徴とする肢体駆動装置。
【請求項２】
駆動源を備えた基部と、駆動軸とリンクを備え前記駆動源によって駆動されるリンク機構と、そのリンク機構の先端に設けられて人の下肢を固定する装着部と、前記基部を設置するとともに患者を乗せるベッドとからなる肢体駆動装置において、
前記ベッドは前記基部が設置される第1の部分と患者を乗せる第２部分の間にヒンジが設けられており、前記第１の部分が前記ヒンジを中心にして上下に旋回できるとともに、任意の角度で固定でき、
前記リンクは、前記駆動源に駆動される第一の駆動軸と、前記第一の駆動軸によって駆動される第一のリンクと、前記第一のリンクの先端に設けられるとともに前記駆動源に駆動される第二の駆動軸と、前記第二の駆動軸によって駆動される第二のリンクと、から構成され、
前記第二のリンクの先端にフリー回転軸を介して設けられる前記装着部に力センサが設けられ、前記力センサの情報を用いて前記第一及び第二の駆動軸がインピーダンス制御されて、インピーダンス定数のうち前記リンクの水平方向のバネ定数が小さく設定され、
前記ベッドの第２の部分に乗った前記人の前記ベッドの第１の部分に出された下肢の可動範囲に応じて前記ヒンジが回転されて固定され、前記インピーダンス制御された前記リンクを動かすことで前記装着部が動かされて前記人の下肢を固定すること、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】
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、低下した筋力を回復する装置としてリハビリテーション支援装置やトレーニング装置などがあり、実用に供されている。これらの装置は、機械的に力を加えることによって、関節を中心に肢体を開閉したり、負荷をかけたりするものであり、さまざまな機構が提案されている。
複数の運動自由度を持つそのような機構のひとつに、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て、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。
これら従来例を、図３、図４を参照しながら説明する。なお、全ての図中、同じ構成要素には同じ符号をつけており、重複する説明を省略する。従来の第１例を示す図３と、第２例を示す図４において、肢体駆動装置３００、４００は、基部１０と、駆動軸１１、１２、リンク１４、１５、フリー回転軸１３、装着部１６で構成されている。第１例の図３では、基部１０は段付きベッドの下の段に固定されており、第２例の図４では、基部１０は折れ曲がったベッドの下の段に固定されており、何れも、駆動軸１１、１２の動きを制御して回転させることにより、肢体１の下肢を任意に動かすことができる。そして、股関節２と膝関節３を屈伸させることができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来技術のうち、肢体駆動装置３００は、下腿を装着部１６で一定位置に固定して使用するので、患者がベッドに最初に乗った位置が装置より遠ければ患者の脚が装着部１６に届かず、また乗った位置が近すぎれば膝関節３と股関節２を曲げて乗せることになり、膝関節３と股関節２の伸展の姿勢から肢体１を動かすことができなくなる。膝関節３と股関節２の伸展の姿勢で乗る場合を例にすると、図３に示すように患者の脚が（ａ）短い場合と（ｂ）長い場合で、股関節２の位置はＡからＢへと変わる。膝関節３と股関節２の伸展の姿勢から運動を行いたい場合は、下腿を固定した後に股関節２がＡやＢの位置にくるように患者の体幹を動かすことが必要となる。特に麻痺のある患者に使用する場合、肢体駆動装置３００と患者の位置の調節が、肢体駆動装置３００を操作する理学療法士の負担になるという問題があった。
本発明は、かかる問題点を解消するためになされたものであり、肢体駆動装置３００と患者の位置の調節が容易にできる肢体駆動装置を提供することを目的とする。
また、肢体駆動装置４００は、その駆動範囲を膝関節３と股関節２の可動範囲全域に対応させるには、図４に示すようにリンク１４、１５を長くすることが必要となる。リンク１４、１５を長くすると、リンク１４、１５と基部１０に内蔵した減速機の強度と、基部１０に内蔵したモータのパワーを上げる必要が生じるため、結果的に肢体駆動装置４００も大きなものとなる。これをベッドに取り付けて治療に使うと、リンクが長いこともあってベッド全体の大きさが通常使われるベッドよりかなり大きなものとなり、治療室で用いるには実用上問題があり、通常使われるベッドの大きさと同程度の大きさにすることが強く求められていた。
本発明は、かかる問題点を解消するためになされたものであり、リンクを長くすることなく患者と肢体駆動装置との相対的な位置の調節が容易にできる肢体駆動装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の肢体駆動装置は、駆動源を備えた基部と、駆動軸とリンクを備え前記駆動源によって駆動されるリンク機構と、そのリンク機構の先端に設けられて人の下肢を固定する装着部と、前記基部を設置するとともに患者を乗せるベッドとからなる肢体駆動装置において、前記ベッドには段差が設けられており、その段差の下の段に前記人の下肢の長さ方向にスライド可能なスライド機構を介して前記基部が設置され、前記段差の上の段には前記人の股関節の位置決めに使うマークが設けられ、前記リンクは、前記駆動源に駆動される第一の駆動軸と、前記第一の駆動軸によって駆動される第一のリンクと、前記第一のリンクの先端に設けられるとともに前記駆動源に駆動される第二の駆動軸と、前記第二の駆動軸によって駆動される第二のリンクと、から構成され、前記第二のリンクの先端にフリー回転軸を介して設けられる前記装着部に力センサが設けられ、前記力センサの情報を用いて前記第一及び第二の駆動軸がインピーダンス制御されて、インピーダンス定数のうち前記リンクの水平方向のバネ定数が小さく設定され、前記マークに股関節を合わせて前記段差の上の段に乗った前記人の前記段差の下の段に出された下肢の長さに応じて前記スライド機構が動かされて固定され、前記インピーダンス制御された前記リンクを動かすことで前記装着部が動かされて前記人の下肢を固定することを特徴とする。
また、本発明の肢体駆動装置は、駆動源を備えた基部と、駆動軸とリンクを備え前記駆動源によって駆動されるリンク機構と、そのリンク機構の先端に設けられて人の下肢を固定する装着部と、前記基部を設置するとともに患者を乗せるベッドとからなる肢体駆動装置において、前記ベッドは前記基部が設置される第1の部分と患者を乗せる第２部分の間にヒンジが設けられており、前記第１の部分が前記ヒンジを中心にして上下に旋回できるとともに、任意の角度で固定でき、前記リンクは、前記駆動源に駆動される第一の駆動軸と、前記第一の駆動軸によって駆動される第一のリンクと、前記第一のリンクの先端に設けられるとともに前記駆動源に駆動される第二の駆動軸と、前記第二の駆動軸によって駆動される第二のリンクと、から構成され、前記第二のリンクの先端にフリー回転軸を介して設けられる前記装着部に力センサが設けられ、前記力センサの情報を用いて前記第一及び第二の駆動軸がインピーダンス制御されて、インピーダンス定数のうち前記リンクの水平方向のバネ定数が小さく設定され、
前記ベッドの第２の部分に乗った前記人の前記ベッドの第１の部分に出された下肢の可動範囲に応じて前記ヒンジが回転されて固定され、前記インピーダンス制御された前記リンクを動かすことで前記装着部が動かされて前記人の下肢を固定することを特徴とする。
上記手段により、患者の股関節をベッドの定位置に合わせて乗せた後で、患者の脚の長さに応じて装置を動かすため、患者と装置との相対的な位置の調整ができる肢体駆動装置の提供をすることが可能となり、また、装置の駆動範囲を患者の可動範囲に合わることが可能なため、より小さな肢体駆動装置の提供をすることが可能となる。
【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る。図において、２１は段付きベッド２０の下の段に固定されたスライド機構であり、装着部１６と、駆動軸１１、１２、フリー回転軸１３、リンク１４、１５、基部１０、スライド機構２１とで肢体駆動装置１００をなしている。２２は段付きベッドの上段に付けたマークである。
このような構成をした肢体駆動装置１００を使用する時は、まず理学療法士がマーク２２に合わせて患者をベッド２０の上段に乗せる。そしてスライド機構２１により肢体駆動装置１００を患者の脚の長さに応じて動かし、固定する。次に、患者の脚を装着部１０６に乗せて固定する。
【０００６】
なお、装着部１６内に力センサを設けておくこともできる。その場合、理学療法士は、マーク２２に合わせて患者をベッドに乗せて、装着部１６を持ち患者の脚の長さに応じて動かす。この時、力センサの力情報を用いて肢体駆動装置１００にインピーダンス制御をかけ、インピーダンス定数のうちの水平方向のバネ定数を小さくしておいてもよい。その場合、自由に動くことができ、患者の脚を容易に装着部１６に乗せて固定することができる。このようになっているため、股関節２の位置をベッド２０上の定位置に合わせると、装着部１６の位置を制御しつつ動かして患者と肢体駆動装置１００の位置を容易に調節することができる。
【０００７】
次に本発明の第２実施例を図２を用いて説明する。図中、３１はベッド３０の第１部分と第２部分を回転可能に連結するヒンジであり、第１部分には基部１０が固定され、第２部分には患者の肢体１が乗せられる。そして、装着部１６と、駆動軸１１、１２、フリー回転軸１３、リンク１４、１５、基部１０、ヒンジ３１とで肢体駆動装置２００をなしている。ヒンジ３１は、（ａ）、（ｂ）に示すように、ベッドの第２部分と患者の下肢の相対角度を変えて任意の角度で固定することができるようになっている。この図でＳＬＲ、すなわち膝関節伸展位での股関節屈曲運動を行う場合を説明する。（ａ）のような角度でヒンジ３１を固定すると、患者の下肢をＡからＢまでの肢体駆動装置２００の駆動範囲で動かすことができる。その範囲が患者の下肢の可動範囲であればこのまま訓練することができる。患者の下肢を股関節２を中心にして更に屈曲方向に曲げたい場合は、ヒンジ３１を図のα方向に回転させて固定する。こうして肢体駆動装置２００と患者の下肢の相対角度を（ａ）から（ｂ）のように変えれば、患者の下肢の可動範囲を（ｂ）のＡ’−Ｂ’へと変えることができ、患者下肢の状態（関節の拘縮や筋の萎縮による膝・股関節の曲り具合）に応じて訓練することができる。これとは逆に、股関節２の訓練が過伸展になっている場合は、ヒンジ３１を中心にして第１部分を（ａ）のβ方向に回転させて固定すればよく、下肢の状態に合わせた訓練ができる。
このように、患者の下肢の可動範囲に応じて、肢体駆動装置１００の第１部分をヒンジを中心に回転させて固定することができるので、患者の屈伸可能な状況に応じた訓練をすることができる。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、股関節の位置を決めた後で、肢体駆動装置の機構または制御により装着部を動かし、患者の下肢と肢体駆動装置の位置関係を調節するので、理学療法師の手を煩わすことなく、また患者の脚の長さの違いに関わらず簡単な操作で調節することができるという効果がある。また、ベッドの一部が折り曲げ可能になって、肢体駆動装置の装着部の可動範囲を患者の下肢の可動範囲に応じて変えることができるので、肢体駆動装置を備えたベッド全体を通常のベッドと同程度の大きさとしたまま、患者の屈伸可能な程度に応じた訓練ができるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の肢体駆動装置の使用状態を示す側面図
（ａ）脚の短い人の例、（ｂ）脚の長い人の例
【図２】本発明の第２実施例の肢体駆動装置の使用状態を示す側面図
【図３】従来の第１の肢体駆動装置の使用状態を示す側面図
（ａ）脚の短い人の例、（ｂ）脚の長い人の例
【図４】従来の第２の肢体駆動装置の使用状態を示す側面図
【符号の説明】
１  肢体
２  股関節
３  膝関節
１０  基部
１１、１２  駆動軸
１３  フリー回転軸
１４、１５  リンク
１６  装着部
２０、３０  ベッド
２１  スライド機構
２２  マーク
３１  ヒンジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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