JPH11164860A - 片麻痺患者用肢体駆動装置 - Google Patents

片麻痺患者用肢体駆動装置

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JPH11164860A
JPH11164860A JP9352063A JP35206397A JPH11164860A JP H11164860 A JPH11164860 A JP H11164860A JP 9352063 A JP9352063 A JP 9352063A JP 35206397 A JP35206397 A JP 35206397A JP H11164860 A JPH11164860 A JP H11164860A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 患者が、健常な肢体を使って麻痺のある肢
体の軌道を任意に設定し、訓練の効果を高めると同時
に、訓練期間を短縮する。 【解決手段】装置の基部107に設けて健常な肢体11
4で運動軌道を教示する動作教示装置と、装置の基部1
07に設けて麻痺のある肢体115を駆動する肢体駆動
装置と、麻痺のある肢体115の動作条件を設定する動
作条件入力部119と、動作教示装置の角度情報及び負
荷情報と、動作条件入力部119の動作条件情報を入力
し、麻痺肢体軌道情報を出力する軌道設定部117と、
その情報と肢体駆動装置の角度情報及び負荷情報を受
け、肢体駆動装置に駆動指令を出力する麻痺肢体制御部
118と、で片麻痺患者用肢体駆動装置を構成する。

Description

【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、本発明の片麻痺患者用肢体駆動装置は、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、か
らなることを特徴とする。また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、か
らなることを特徴とし、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、からなることを特徴とする。さらに、
前記動作教示装置のリンクの数は3以上であって同じ角
度検出器で直列接続され、前記肢体駆動装置のリンクの
数は3以上であって同じ駆動軸で直列接続されているこ
とを特徴とする。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1
02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1
10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10
7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1
12、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10
8、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1
19、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1
04に取付けた力センサの負荷情報、角度検出器10
1、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10
8、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1
20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1
19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1
17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30
1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1
17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

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、からなることを特徴とする片
    麻痺患者用肢体駆動装置。
  2. 【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、からなることを特徴と
    する請求項1記載の片麻痺患者用肢体駆動装置。
  3. 【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、からなること
    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。
  4. 【請求項4】請求項2記載のリンクの数は3以上であ
    り、請求項2記載の角度検出器と同じ角度検出器で直列
    接続されていることを特徴とする請求項2記載の片麻痺
    患者用肢体駆動装置。
  5. 【請求項5】請求項3記載のリンクの数は3以上であ
    り、請求項3記載の駆動軸と同じ駆動軸で直列接続され
    ていることを特徴とする請求項3記載の片麻痺患者用肢
    体駆動装置。
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