JPS631068B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は他動的にペダルを回転せしめるように
した自転車運動訓練装置に関するものである。

従来自転車運動練習機は最も一般的な運動用具
として普及しており、身体障害者の訓練用として
も多用されている。しかし脳卒中後遺症の片まひ
患者とか、まひはないが筋力の極度に低下した筋
ジストロフイー患者等は、乗り移りができない、
乗つたとしても左右のバランスが取れず上体を保
つことが困難である、脚力がない、回転運動が継
続できないなどの理由で満足なペダルの回転運動
をすることはほとんど不可能に近く、これらの患
者は自転車訓練の対象からはずされているのが現
状である。自転車にはほとんどの人が子供の頃か
ら乗つていて、一般的にいともたやすい運動であ
ると単純に考えられているが、ペダルを踏む動作
は全身の左右バランス、左右の足に力を入れたり
抜いたりする交互動作、上肢のリラツクス、足
膝・股関節の屈伸等の要素が組み合わさつた連合
動作で、前記の身体障害者にとつてはこれが非常
にむずかしい運動なのである。しかし自転車運動
には前述のような各種の要素が含まれており継続
して行なうことができればその運動効果は大であ
る。

まひした患部は放置すれば筋は廃用性萎縮をお
こし、関節は拘縮してしまうので、変形拘縮を予
防し、関節可動域を維持するためには他動運動訓
練が欠かせず、かつ長期間継続して行なわれなけ
れば意味がない。

拘縮した関節を動かすにはかなりの力が必要で
あるが、従来理学療法士の徒手で行なう以外に適
切な方法がなくこれを徒手で実施する理学療法士
の負担は非常に大である。しかし患者の自律的な
運動意志が伴わない受動的な他動運動だけでは、
変形拘縮防止と関節可動域の維持は一応はできて
も、有効的な機能回復は期待できない。たとえ微
弱でも患者自身の意識的力が働いた能動的な他動
運動すなわち自律的な運動意志と介助動作の一致
が訓練効果の高揚につながることは言うまでもな
いことであるが、実施するのは容易なことではな
い。また自動運転が可能なものについては、末梢
性まひは量的変化に過ぎないので特に問題はない
が、中枢性まひは質的変化で、その運動動作には
異常パターンやごまかし動作（トリツクムーブメ
ント）を含んでおり、そのまゝ自動運動をさせた
のでは量的な訓練をいくらくり返してもかえつて
くり返しによつて異常パターンが強化されてしま
うような好ましくない現象が起りやすい。したが
つて中枢性まひの患者に対して自動運動訓練を行
なわせる場合には、一旦基本的訓練に立戻つて異
常の根源を矯正して、病的に亢進しがちな筋緊張
を抑制し、分離独立した正しい動作ができるよう
に動作を介助し再教育しながら自動運動を行なわ
せる必要がある。これが自動介助運動で中枢性ま
び患者にとつては最も重要な訓練である。いまゝ
でこれらの他動運動や自動介助運動は理学療法士
の徒手による訓練以外にこれに変るべき方法がな
く、しかも理在は理学療法士が手不足で徒手訓練
でさえも充分に手が回りかねているのが実情であ
る。従来自動運動や自動抵抗運動のための運動訓
練装置はあつてもその前段階の他動運動や自動介
助運動のためのものは何もない。しかし現実には
その前段階の訓練を必要とする患者が非常に多く
理学療法士に過重な負担が強いられているのが現
状である。本発明は以上の点にかんがみ全身のバ
ランス、下肢の他動運動と自動介助運動が容易に
行なえ、かつ理学療法士の負担を軽減することを
目的とし、ペダルを他動的に回転することによつ
て、前述のごとく越え難い障壁となつている自転
車運動が身体障害者にも実現可能になるように
し、さらに普通の自転車訓練器としても使用でき
るような自転車運動訓練器を提供しようとするも
のである。

以下本発明を一実施例について説明する。

本装置はペダル回転機構、電磁継手、モータよ
りなり、モータの回転を電磁継手を経由してペダ
ルに伝えるようなし、滑らかな回転の安定した他
動運動装置と、任意な抵抗を与えられる自動抵抗
運動装置との二つの要素をもつたものにしたもの
で、他動運動の場合は電磁継手を設定値を越える
と空転する安全装置になるようにし、自動抵抗運
動の場合には電磁継手を、負荷を任意設定できる
負荷装置になるようにしたものである。

第１図は全体の斜視図、第２図は操作パネルの
詳細図、第３図は内部機構の構成図である。

電磁継手４は定トルク性で相対回転数に無関係
に励磁電流の調節に応じた一定トルクを伝達し、
しかも励磁電流の調節によつて定トルク性を保持
しながらトルクを自由に変えることができる特徴
を有する公知の電磁継手を使用しており励磁電流
を変えることにより入力軸５と出力軸６との滑り
率を自由に調節することができる。

モータ１、電磁ブレーキ２、減速機３、電磁継
手４、トルク検出器７及びギヤボツクス８はそれ
ぞれ軸継手１４，１５，１６，１７，１８で連結
されている。ギヤボツクス８の出力軸１０はスプ
ロケツトホイール１９と２０を介してチエーン２
１でクランク軸１１と連結されている。２２は回
転数検出器でギヤ２３，２４を介してクランク軸
１１の回転数を検出することができる。本体２５
の操作パネル２６には電源スイツチ２７、モータ
始動ボタン２８、モータ停止ボタン２９、自動運
動と他動運動と筋電をトリガー信号とした自動介
助運動との切替器３０、モータ１の速度調節つま
み３１、電磁継手４のトルク調節つまみ３２、ト
ルク検出器７で検出された軸トルクの表示器３
３、筋力に応じて低レベルの筋電出力ではモータ
が始動しないようにする目的で低域をカツトする
ためのトリガー信号レベル調節つまみ３４、運動
者の能力に応じて例えば一回でも筋電が出た時は
モータが始動しそのまゝ回転を続ける、一回の筋
電でペダルが２〜３回転して止まる、一回の筋電
で一回転しかしない等に訓練方法を切替えるため
の筋電動作切替器３５、筋電のレベルメータ３
６、スピードメータ兼積算距離計３７、ペダルの
回転数表示器３８、筋電電極用端子３６が設けら
れている。椅子は上下調節パイプ４１により昇降
可能で、レバー４２で固定される。椅子座板４３
は水平回転可能で回転ストツパ４４により固定さ
れる。椅子座板には背板４５、と身体の固定ベル
ト４６がついている。ハンドル４７は高さ調節可
能で固定ねぢ４８で固定する。ハンドルの握り部
の先端にはモータ停止ボタン４９がついており、
運動者はハンドルを握つたまゝ操作できる。

このように構成した本実施例の使用方法および
動作について説明する。

運動者は椅子に腰掛けてペダルに足をのせ、手
でハンドルを握る。自力では腰掛けられないもの
に対しては介助者が先ず椅子を下げ、座板４３を
横に向けて固定し、運動者を腰掛けさせて固定ベ
ルトで固定し、椅子の高さと方向を調節してペダ
ル１３に足をのせてやり、ハンドルを握らせる。

ハンドル４７の高さは体格に合わせて調節す
る。他動運動訓練は、ペダル１３にのせた下肢が
モータ１により回転させられることによつて行な
う。切替器３０を他動に向けるとモータ１は通電
可能な状態になり、電磁ブレーキ２は開放にな
る。電磁継手４を半滑りの状態にして、始動ボタ
ン２８を押すとペダルが回転し、ペダルにのせた
下肢は他動的に動かされる。運動者の状態に合わ
せてペダルの回転数や電磁継手のトルクを調節す
る。電磁継手の調節トルク以上の力がペダルに
かゝると電磁継手は空転しペダルは止まるので痙
性のある患者にとつても安全である。停止ボタン
２９からハンドルについた停止ボタン４９を押せ
ばモータが停止する。

他動運動で患部から検出した筋電をトリガーに
すると能動的他運動、自動介助運動が行なえる。
端子３９に筋電用電極コードを接続し、患部に電
極を装着する。切替器３０を自動介助運動に切替
える。運動者がペダルを回転させようと力を入れ
て筋電が検出されるとはじめてモータは回転す
る。筋電動作切替器３５により、(1)では動かそう
と努力して一回でも筋電が検出されれば停止ボタ
ンで止めるまでペダルは回転し続ける。(2)では一
回筋電が検出されるとペダルが２〜３回転すると
止まり、さらに筋電が検出されない限り回転しな
い。(3)では一回転毎に力を入れて筋電が検出され
ないとペダルが回転しないなど、運動者の障害レ
ベルに応じて訓練方法を選択できる。さらに筋電
レベル調節つまみ３４により筋電出力の低域をカ
ツトし、それ以下の筋電圧ではトリガー信号とし
て働かず、一生けんめい努力してそれ以上の筋電
圧が検出されないとモータが回転しないような訓
練方法が可能である。

一般的に歩行時と自転車運動時とでは下肢各関
節のパターンが違う。歩行時には膝関節が伸展し
た時は足関節は背屈し、膝が屈曲した時には足は
底屈する。しかし自転車のペダルを踏む時は膝が
伸展した時は足関節が底屈し、膝が屈曲した時は
足が背屈する。片まひ患者は足関節が底屈しやす
いので普通の状態のペダル動作をさせると、足関
節の底屈を助長してしまうので好ましくない。ペ
ダルを踏む時の膝伸展時に足関節を屈曲させるよ
うにするために用いるのが案内バー５０のついた
足固定板５１で、案内バーをバー受５２に挿入し
足固定板５１をペダル１３に取付ける。バー受５
２はバー受スライド５３にはまり上下に調節でき
る。足固定板５１を使つて自転車運動をすると足
先が規制されて、膝関係が伸展した時（ペダルが
下がつた時）には足関節が背屈し、膝関節が屈曲
した時（ペダルが上がつた時）には足関節が底屈
する。健常者には不自然な動きであるが、まひ患
者の訓練には適した動きになる。

自動介助運動は装着した電極から検出された筋
電位がトリガー信号になつた時のみペダルが回転
するようにした他動による運動訓練である。

まひした下肢は異常なパターンで動作するので
単にそのまゝ訓練したのではかえつて異常パター
ンが助長されて好ましくないことは前述のとおり
である。電極を正しい位置に装着し、そこからの
筋電をトリガー信号にし、低トルクに設定した他
動運動で運動方向と筋力を補助してやることによ
つて、自動運動を行なう時の正しい力の入れ方と
動作をはじめて把握できる。

自動抵抗運動はペダルを踏んで行なう。切替器
３０を自動に向けると電磁ブレーキ２がかゝり電
磁継手４の入力軸５は固定される。減速機３をウ
オーム減速機にした場合は出力軸から入力軸へは
セルフロツクされるので、電磁ブレーキ２は省く
ことができる。この場合は電磁継手を負荷設定装
置として使用し、この場合滑りトルクが負荷抵抗
になる。ペダルを踏めば普通の自転車練習機とし
て使える。負荷抵抗は無段階に調節でき、トルク
検出器７回転計２２によりペダルにかゝるトルク
と、回転数が計測できるのでエルゴメータとして
も使用可能である。また第４図のごとく本体から
椅子の部分を取り除いて、別置の椅子や車椅子に
乗つたまゝペダル回転運動をすることも可能であ
る。第４図において、５５は別置椅子装置、５６
は枠体カバー、５７は昇降座板、５９は昇降背
板、６０は手すり、６２はクランクカバーであ
る。

以上述べたように本発明の装置は (1) 電磁継手の定トルク性を利用することにより
単一の装置で ●安全な「他動自転車運動」と ●無段階に負荷調節が可能な「自動抵抗自転車
運動」が行なえる。

(2) 患部の作用筋から検出した筋電位をトリガー
信号としてモータをスイツチONすることによ
り ●自動運動ができないものには、一生けんめい
患部を動かそうとする本人の自律的な意志に
よつて、あたかも自分が踏んでいるかのごと
き感じでペダルが回転する「能動的な他動自
転車運動」が、 ●自動介助運動が必要なものに対しては、ごま
かし運動（トリツクムーブメント）では始動
せず正しい運動で筋電が作用した時のみ低ト
ルクに設定した他動運動で回転方向と筋力を
補助し、異常パターンを抑制して自動運動を
行なう時の正しい力の入れ方と動作が把握で
きるような「自動介助自動車運転」が簡単に
行なえる。

などの特徴を有し単一の装置で他動自転車運動、
自動抵抗自転車運動が行なえるだけでなく、特に
中枢性まひ、筋ジストロフイー、脳性まひ等の自
動運動以前の他動運動が必要でも自動車運動は不
可能で、理学療法士の徒手でしか対応のしようの
なかつた対象に対しても、円滑な他動自転車運
動、さらに筋電位をトリガー信号にすることによ
り、単なる他動自転車運動よりはるかに有意義な
自律的意志による積極的で能動的な他動自転車運
動と、自動運転を行なう時の正しい力の入れ方と
動作を把握させるための自動介助自転車運動がは
じめて可能になつた。さらに普通の自転車訓練器
としてはもちろんエルゴメータとしても使用でき
るので痙性のある筋力「不可」の身体障害者から
健常者まで幅広い適応範囲を有する自転車運動訓
練装置としてメデイカルリハビリテーシヨンから
スポーツトレーニングに到るまで大きく貢献する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明自転車運動訓練装置全体の斜視
図、第２図は操作パネルの詳細図、第３図は本発
明装置の内部機構の構成図、第４図は本体の部分
から椅子の部分を取除いて別置の椅子とした他の
実施例を示す。 １……モータ、２……電磁ブレーキ、３……減
速機、４……電磁継手、７……トルク検出器、８
……ギヤボツクス、１１……クランク軸、１４，
１５，１６，１７，１８……軸継手、１３……ペ
ダル、２６……操作パネル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力又は駆動源によつて動かされるペダルク
   ランクと、該ペダルクランクを動かすため駆動源
   と、該駆動源の速度調節手段と、前記ペダルクラ
   ンクと前記駆動源とを連結する電磁継手と、該電
   磁継手のトルク調節手段と、前記駆動源を起動さ
   せるトリガー信号として運動者より検出した筋電
   を利用するための増幅制御手段とよりなり、前記
   電磁継手を出力軸側から人力で動かしたときは負
   荷を任意に設定できるブレーキ（負荷装置）とし
   て、又前記電磁継手を入力軸側から駆動源で動か
   したときは、設定値を越えると空転するクラツチ
   （滑り装置）として、それぞれ前記電磁継手のト
   ルクを利用することを特徴とする自転車運動訓練
   装置。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の自転車運動
   訓練装置において、ペダルクランクに加えられた
   力およびペダルクランクの回転数を測定するため
   の機構を設けたことを特徴とする自転車運動訓練
   装置。