JP3599343B2 - 歩行時にもたらされる力の測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、生物力学的・医療的目的のための、特に医療用・スポーツ用用途のための分析測定装置の技術分野に関するものである。
何らかの病気後にリハビリテーションを行ったり、あるいは、単に人体を観測したり試験したりする場合には、通常の歩行時に各脚によってもたらされる力を評価することは、重要である。
とりわけ歩行時の曲げ伸ばし運動に対応した脛骨と大腿骨との間の角度変化を測定するのに使用し得る装置が知られている。しかしながら、このような装置では、脚によりもたらされる力を表示することができない。
脚によってもたらされる力を測定するために、フロア上に設置されたプラットフォームとセンサとを使用するシステムが知られている。プラットフォームは、歩行ステップによってもたらされる力の像を得るために歩行経路に沿って配置されている。それでもなお、人はプラットフォーム上を歩く前に立ち止まるという自然の傾向があり、このために、もたらされる力が不自然となってしまうことにより、このような手段は、不十分なものと思われる。このシステムにおいては、各脚の影響が重複される。このシステムは、複数の引き続くステップの測定には、適していない。
また、人が歩くときに印加される負荷を測定するための試みとして、無端ベルトを設けるという提案がなされている。このシステムは、無端ベルトの一面が移動するベースと架台との間に、適切な力計測器を備えている。この手段は、複数の欠点を有している。すなわち、
−測定に際して、どちらの脚によってもたらされる力であるかを区別することができない。これは、走るという運動を分析する際にはほとんど問題とならない。というのは、走る場合には、実際、両足が同時に地面に接触することがなく、接触が本質的に片足で行われるからである。しかしながら、人が歩くときには、重大な欠点となる。というのは、両足が常に地面に接触しており、接触が両足で行われるからである。
−接線方向の力を測定することができない。
欧州特許出願公開明細書0603115号、および、文献BIOMEDIZINISCHE TECHNIK,Volume 32,No.10,October 1987には、無端ベルトを２つの分離したものとする手段が開示されている。欧州特許出願公開明細書0603115号においては、分離は横方向になされ、文献BIOMEDIZINISCHE TECHNIKにおいては、分離は長さ方向になされている。このような相違点があるものの、いずれの場合においても、ベルトと、ベースつまり上方をベルトが移動する部材と、の間に、センサが配置されている。したがって、これら手段は、ベース上におけるベルトの摩擦を考慮すれば、接線方向の力を測定するのに使用することができないように思われる。
本発明は、上記欠点を、単純で安全で効果的でかつ合理的な方法で、克服することを目的とする。
本発明が解決しようとする課題は、生理学者および整形科学者に対して、鉛直方向、および、水平方向つまり歩行ステップの接線方向の力を測定し得る手段を提供することである。有利には、とりわけ引き続く複数のステップに対して、右足によってもたらされる力と左足によってもたらされる力とを区別して測定し得る手段を提供することである。
この課題を解決するために、とりわけ歩行時に各脚によってもたらされる力を測定するための装置は、モータにより駆動される無端ベルトを備えた少なくとも１つのアセンブリを具備し、ベルトは、堅固な構造からなる架台内に搭載され、構造は、ベルトのための様々な駆動部材を収容し、構造は、鉛直および接線方向の力を測定するために、共通のフロア支持プレートに対して物理的に固定された力測定器により支持されているように構成され、完成される。
したがって、鉛直方向および接線方向の力は、無端ベルトを収容する部分がフロアから隔離されていることにより、摩擦を完全に除去した状態で測定される。
このような状況においては、ベルトの取付部材上のベルトの摩擦力、および、ベルトを駆動するすべての部材の摩擦力は、内部力となり、いかなる状況においても、構造を支持している力測定器に対しては印加されない。
歩行時の複数の引き続くステップの際に各脚によってもたらされる様々な力を測定するという課題を解決するために、装置は、各脚に対応するようサイドバイサイドに平行に設けられた２つの独立なアセンブリを具備、各アセンブリは、共通のフロア支持プレートに取り付けられた力測定器により個別に観測される。
有利には、各構造は、無端ベルトを搭載するための、直線状梁の形態とされた上部部材を具備し、無端ベルトは、梁の各端部に設けられた駆動ローラとともに設けられ、構造は、ベルトどうしが互いに接触することなく近接した状態でベルトを配置するために、互いに隣接して配置されている。
鉛直方向および接線方向の力を容易に測定するという課題を解決するために、また、これら力の急速な変化に対して正確にアクセスするという課題を解決するために、力測定器は、すべての方向に作用する動的な力の３つの直交方向成分を測定することができる結晶タイプの力測定器とすることができる。
有利には、力測定器は、各架台の両端部の各々に取り付けられている。
本発明を、以下、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による装置の平面図である。
図２は、図１における２−２線に沿う長さ方向断面図である。
図３は、図２における３−３線に沿う横方向断面図である。
本発明においては、装置は、サイドバイサイドに並置して設けられた２つの独立なアセンブリ（E1、E2）を備えている。アセンブリ（E1、E2）の各々は、モータにより駆動される無端ベルト（２）を搭載するための支持架台（１）を備えている。
各架台（１）は、共通のフロア支持プレート（４）上に設けられた力測定器（３）により観測される。
本発明においては、各架台は、摩擦とは完全に独立して、力測定器（３）と協働して鉛直方向と接線方向との力をうまく測定し得るように、空間的に隔離された堅固な構造を構成し得るよう構成されている。図示の実施形態においては、構造の各々は、無端ベルト（２）の一面（2a）に対してクリアランスを形成し得るスリット（5a）を有する直線梁（５）の形態とされた上部構造を備えている。
ベルトの状面（2a）は、ベルトと接触する表面に対して摩擦を低減するための処理が施されているプレートまたはベース（5e）上に配置されている。
梁（５）は、１つの部材から構成することができ、あるいは、スリット（5a）を形成している２つの平行な部材（5b、5c）から構成することができる。その場合、２つの平行な部材は、側方部材（5d）によって、同時に連結される。また、実施形態ではあるが、梁（５）には、下表面においてかつ梁の外部アームの側部において、他の部材（６）を連結することができる。他の部材（６）は、本質的には、梁（５）の剛性をさらに増大させるという機能を有している。加えて、部材（６）は、梁（５）の横方向側面を超えて突出しており、また、ベルト（２）の駆動ローラ（８、９）を搭載するための取付脚（７）を有することができる。
従来と同様に、ローラのうちの一方、例えばローラ（８）がモータにより駆動される。ベルト（２）の各々を歩行方向とは逆方向に駆動するために、ローラ（８）は、一体型モータを有することができ、あるいは、独立のモータ（10）に対して任意の公知の適切な手段を介して連結することができる。
上記のような架台アセンブリは、力計測器（３）を介在させて、フロア支持プレート（４）上に配置される。例えば、各梁（５）の下面には、力計測器（３）の端部の一方が取り付けられる精密設置レール（11）を有している。力計測器の他端は、共通のフロア支持プレート（４）の平行レール（4a）に対して取り付けられる。
双方の架台は、絶対的に独立であって、互いに平行に設けられており、さらに、互いの間に非常に小さなギャップ（ｅ）を設けた状態で、力計測器（３）を介して共通のフロア支持プレート（４）に対して連結されている。結果的に、無端ベルト（２）は、対応する駆動ローラ（８、９）に搭載されたときには、ほとんど当接しそうではあるものの、独立である。
力を独立に測定するために、とりわけ接線方向力を測定するために、各々のベルトが独立のモータによって駆動されることは、重要である。
力測定器（３）に関しては、力測定器（３）は、すべての方向に作用している動的なあるいは準静的な力の３つの直交方向成分を測定し得る結晶タイプの力測定器から構成されることが有利である。有利には、これら力測定器は、KISTLER INSTRUMENTS社により供給されているものと同じタイプのものとすることができる。
したがって、上記構成上の特徴点により、右足を左足とを区別することができ、結局、歩行時に得られる２つの足の接触に対応した、鉛直方向と接線方向との力を、独立に測定することができる。
行われた測定を処理し解析するための任意のシステムに対して、上記装置の全体を、接続し得ることは、明らかである。
また、梁（５）全体を堅固にするために、２つの平行な部材（5b、5c）を連結するための、互いに間隔をもって配置された、短い鉛直方向バー（12）を設けることができる。隣接するアセンブリからなる梁の双方を堅固とするための短いバーは、２つの梁を力測定器とともに共通のフロア支持プレートに対して連結したときに、２つの梁どうしの間のスペースを小さくするために、規則的な間隔で互いに１つおきに設けられていることに注意されたい。
本発明の範囲を超えることなく、各脚に対応した互いに独立な複数のベルトに代えて、モータによって駆動されるただ１つの無端ベルトを、架台に好適に収容して連結することができる。この場合には、装置の本質的な応用は、接触が本質的に片足タイプであるような人が走る際の力を測定することである。
以上の説明により、利点は明瞭である。特に、以下の点を強調することができる。すなわち、
−歩行時に各脚によってもたらされる鉛直方向および接線方向の力を、個別に測定することができることであり、
−測定が容易であることであり、
−ベルトとの摩擦や機械的駆動力とは完全に無関係に測定が行われることにより、結果を効率的にかつ高精度で得ることができることである。

Claims (3)

1. 歩行時に各脚によってもたらされる力を測定するための装置であって、
   モータにより駆動される無端ベルト（２）を備えた少なくとも１つのアセンブリを具備し、
   前記ベルトは、堅固の構造からなる架台内に搭載され、
   前記構造は、前記ベルト（２）のための様々な駆動部材を収容し、
   前記構造は、鉛直方向および接線方向の力を測定するために、共通のフロア支持プレート（４）に対して物理的に固定された力測定器（３）により支持されており、
   各脚に対応するようにサイドバイサイドに平行に設けら れた２つの独立なアセンブリ（E1、E2）を具備し、
   各アセンブリは、前記共通のフロア支持プレート（４） に取り付けられた力測定器（３）により個別に観測さ れ、
   各アセンブリには、歩行方向とは逆向きに直線的に駆動 される、モータ駆動される無端ベルト（２）が設けら れ、
   各ベルト（２）は、前記架台（１）に搭載されており、
   前記各構造は、無端ベルトを搭載するための、直線状梁 （５）の形態とされた上部部材を具備し、
   前記無端ベルトは、前記梁（５）の各端部に設けられた 駆動ローラ（８、９）とともに設けられ、
   前記構造は、前記ベルトどうしが互いに接触することな く近接した状態で前記ベルトを配置するために、互いに 隣接して配置されており、
   梁（５）は、無端ベルト（２）の一面（2a）に対してク リアランスをもたらすためのスリット（5a）を形成する ２つの平行な部材（5b、5c）を備え、
   前記部材は、側方部材（5d）により連結され、
   前記梁は、また、前記駆動ローラ（８、９）を搭載可能 に構成された補強部材（６）に対して連結されていることを特徴とする装置。
2. 前記力測定器（３）は、すべての方向に作用する急速に変化する動的な力の３つの直交方向成分を測定することができる結晶タイプの力測定器であることを特徴とする請求項１記載の裝置。
3. 前記力測定器（３）は、各架台（１）の両端部の各々に固定されていることを特徴とする請求項１記載の装置。

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