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    公开号:WO1981003430A1
    申请号:PCT/JP1981/000116
    申请日:1981-05-28
    公开日:1981-12-10
    发明作者:Y Saida；T Sato；T Oka
    申请人:Mitsubishi Metal Corp；Y Saida；T Sato；T Oka；
    IPC主号:A63B21-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 筋力訓鎵 * 測定機 技 術 分 野 ' この発明は、 筋力の訓練甩としてのみならず、 筋力測定甩と して も利甩することができる筋力訓鎳 · 測定機に関する。 背 景 技 術 この種.の筋力訓練機は、 低下した筋力を回復する場合、 あるいは 筋力増強や運動能力の向上を図る場合などの訓籙機として甩いられ るが、 それに必要とされる基本的な機能と しては、 訓練者あるいは 被検者からの負荷が加わるノ、ン ドル、 ベダルなどに対して制動作用 を る とにめ
    [0002] こ の点、 第一に考えられるのは機械式制動機構であり 、 簡単、 小 形、 安価であるため従来から広く実用に供せられている。 しかし、 この機械式制動機構には、 ①設定 ト ルク が不正確で再現性が低い、 ②ブレーキ トルクが速度によって変動する、 などの問題があること は否めない。
    [0003] このような檢械式制動機構の問 を解決するためには、 第 /図に 示す (Α)〜 のような電気制都技術の応甩が考えられる。
    [0004] (Α) 永久磁石形直流モー タによる接構
    [0005] OMPI IPO 永久磁石形モータ 1 の軸をハン ドル、 ベダルなどの部分 2 および 歯車列 3 を介して被検者が回すも ので、 モータ 1 は発電機と して徵 く 。 この場合、 モータ 1 の軸 トルクは電機子電流に比例する のでモ ータ電機子両端の間に可変抵抗器 4 を接続することによ り トルク設 定できるが、 適当な ト ル クを得るためにはモータ 1をかな り速く 回 転させることが必要である。
    [0006] ところが、 ハン ドル、 ペダルなどの部分 2を回す人間の手足の違 動速度はそれ程速く ないので歯車列 で増速レなければならない。
    [0007] この歯車列 3 を介してモータ 1 を動かそう とする と、 ハン ドルなど の部分 2から見た歯車列 3 とモータ 1 の摩擦 nスは増速比倍の大き さのものとなり 、 低 ト ルク の設定が難しく なり かつ ト ルク設定の精 度が下がる。 また、 モータ電機子の慣佺は増速比の二乗に拡大され るので、 始動時および停止時に大きな付加的 ルクを要し、 しかも 設定値は不確実なものとなり実甩に耐えない。
    [0008] および
    [0009] (^の問遽を解決するために考えられる方式で、 トルク設定器 5 お よび定電流源 6 、 または トルク検出器 7 によってフ ィ 一 ド パッ ク ループを構成したサーボ增幅器 8 をもち、 モータ 1に制御され;こ電 流を流す方式である。 これによれば、 （A)の方式のよ うにモータ 1 を 発電機と して使う場合に生じる設計条件の制約が大幅に緩和され、 比較的小形のモータを低速で作動させることができ、 歯車列 3 の齒 車比も小さ く できる。 しかし、 モータ 1が高効率で動作する速度は 人の手足の動きに比べて栢当に大きいので、 程度ほ小さ く なるが、 始動時および停止時の加谅速に対するモー'タ電機子の慣性による付
    [0010] O PI WIPO 加的 トルクが歯車比の二乗でハン ドル、 ペダルなどの部分 2にせ加 されることは本質的に避けることができない。 したがって、 トルク 設定器 5による設定 トルクとハン ドルなどの操作 トルク.とを合致させ ることが困難である o
    [0011] ところで、 適切な筋力訓鎳 · 測定機を得るためには、 以上のよ う な技術的問題のほか、 筋力訓繚機の他の機能面をも考慮しなければ ならない。 というのは、 訓鎳者あるいは铵検者の筋力能力について は、 トルク、 つまり力の大小のみならず、 ハン ドルなどの回転速度 および位置 （つまり 回転角度） も重要なバラ メータ.となるからであ る。 したがって、 良い筋力訓練 . 測定機の条件の一つと して、 位置 速度、 トルク のいずれかひとつを任意の値に設定し、 他のふたつを 訓鎳者、 被検者の能力に応じて隨意に変えうる量とすることが挙げ られる。 即ち、 一定 トルク （隨意速度） 一等張モー ド、 一定速度 (隨 意 トルク） 一等速モー ド、 一定位置 （隨意 トルク） 一等尺モー ドの
    [0012] J棕能を満足するこ とである。
    [0013] 第 <2図はこのよ うな 機能を満足させる機構例であり、 フィ ー ド バックループにおける速度検出器 9 a 、 角度検出器 9 b あるいは ト ルク検出器 9 c のいずれか一つを切り 換えスィ ツ チ 1 0 によ り選択 することによ り上の各機能を得るものである。 またこの場合、 隨意 バラ メータについても ^応する検出器 9 a、 9 b、 9 c をモニ タ し て評価値を知ることができるという利点も得られる。 しかし、 この 機構にあっても、 ハン ドル、 ペダルなどの部分 2 とモー タ 1 との間 を整合させる歯車列 3 は不可欠であって、 前述した各機構と同じ く . モータ 1 の電機子慣性および歯車列 3 の摩擦の影響は不可避とな り .
    [0014] OMPI 始動時および停止時の付加的 トルク などによる問題は依然と して存 在する。
    [0015] この発明は以上の諸点を考慮してなされたも ので、 前記 5機能を 満足することは勿論のこと、 ハン ドル · ベダル等と制動機構との間 に歯車列などの変速機構を導入することな く両者の整合を柔軟に行 なう ことができ、 さらには筋力測定撐と しても有甩な筋力訓繚機を 提供するも のである。
    [0016] さ らに、 各種帰還ルーブを甩い、 精度 · 特性 ， 操作控の改善を行 なう とともに、 評偭値の直続やその値の自動記録が容易に行なえる 筋力訓練 · 測定機を提供するものである。 発 明 の 開 示 このため、 この発明にあっては、 ト ルク ー慣牲比の大きい、 メ カ 二カル ' フィー ドパッ ク式、 油压サーポ ' トルク增輻 ¾を用い、 こ れにハン ドル、 ベダル等を亩接結合している o この種メ カニカル · フ ィ ー ドパ ッ ク式袖圧サーボ ' ト ルク增輻機 （以下、 サーボ ト ル ク 增幅機と称する） は、 既に、 三菱金属株式会社製、 商品名 R S A
    [0017] (Ro t ary Servo Ac t -ua t or)として公知のも のである。 この サーホ- . トルク増幅機は、 トルク一慣性比が大きいために、 ハン ド ル、 ペ ダル等と制動機構との閭に歯車列を設ける必要がなく 、 従つ て前述したよ うな加滅速 トルクや摩擦 ト ル クの影響がな く なる。 ま たこのサーボ · トルク増幅機の応答速度は、 被檢者ゃ訓練者が操作 する動作速度に比して充分に速いので、 安定な動作が確保される。
    [0018] OMPI WIPO この発明の筋力訓練'. 測定^は、 上記サ一ボトルク增 機の出力軸にハ ン ドル ♦ ペダル等の負荷機構を直結し、 入力軸にこれを駆動する電気 械 変換部を結合している。 電気機械変換部は直流サーボモータと歯車列とよ り な り、 直流サーボモータの回転を歯車を介してサーボトルク増幅機の入 力軸に伝達している。 そして、 この電気機械変換部の直流サーボモータを 驅動するためのサーホ'モータ駆動部が—直流サーボモータに接続されている。 このサーボモータ駆動部の入力加算点には、 等尺モー ド， 等速モード， 等 張モー ドの各所望設定値と、 実際に出力されるこ.れらモー ドの実際値とが 入力され全体と して電気機械サ一ホ '増幅器が形成されている。
    [0019] 各モー ドの実際値は、 モー ド切換え回路を介して選択的に入力加 算点に帰還され、 さらに表示器、 プ リ ン タ、 レ コ ーダ等に表示、 記 録されるように構成されている。
    [0020] 等尺モー ド、 等速モー ド、 等張モー ドの出力実際値は、 サーボ ト ル ク増幅器の出力軸と、 ハン ドル、 ペダル等と の間で検出されて、 電気機械サーボ増幅器の入力加算点に帰還される。 しかしながら、 本発明においては、 サーボ ト ル ク増幅器それ自 に^械的フ ィ ー ド バックループが設けられていて非常に安定であるので、 前記各モー ドの出力実際値のうち、 等尺モー ド、 等速モー ドに関しては、 電気 械変換部の齒車列から と り だすことも可能である。 なお、 各モー ドの位置、 速度、 ト ルク検出には周知のボテン シ ョ メータ、 タ コゼ ネ レータ、 ス ト レー ンゲージ等を甩いて容易に行なう こ とができる。
    [0021] 図面の簡単な説明 第 / 図 (A)〜 および第 ·2図はそれぞれこの種の筋力訓鎳核として 考えられる例を示す図、 第 図はこの発明の実施例を示すブロ ッ ク 線図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 添付の第 J図を参照しながら、 この発明の内容について詳 細に説明する。
    [0022] まず、 この発明の特徵について逑べると、 この発明にあっては、 案内弁 1 2 と組み合わせた回転ァク チユエ一タ 1 3 (両者は、 回転 ァク チユエータ 1 3 から案内弁 1 2へのメカニカル . フ ィ ー ドバッ ク機構 1 4 0 によ り サ一ボ ト ル ク増幅器 1 4 を構成している o ) を、 前述した速度、 角度あるレ、は トルク の各検出器 9 a , 9 b , 9 c に よるフ ィ ー トバッ グループあるいは速度、 角度の検出器 1 a, 19b によるフ ィー ドバッ クループによって制御して、 全体と して電気 械サーボ増幅器を構成した点に最大の特徵がある。
    [0023] 回転ァクチユエ一タ 1 3 と しては、 揺動形あるいは連続回転形の いずれも利甩できるが、 摇動形のァクチユエ一タは腕の訓篛甩 （し たがって、 ハン ドルに対する制動を与える場合） 、 一方、 連続回転 形のァク チユエータは脚の訓練甩 （したがって、 ペダルに対する制 動を与える場合） と してそれぞれ主に利甩される。 また、 案内弁 12 はこの回転ァク チユエ一タ 1 3 内に設けられ、 油圧源 1 2 aなどか ら供給される流侔圧 （油圧あるいは空気圧など） によって回耘ァク
    [0024] 「職 ,
    [0025] O PI
    [0026] ffo一 チユエータ 1 3 の出力軸をメ カニカルフィ一 ドパッ ク機搶 1 4 0 の 作動によって入力軸の回転に追従させるも のであるが、 この案内弁 1 2 と しては直動形あるいは回転形のいずれも利甩できる。 このと き、 回転形の案円弁にあっては、 作動流体の汚れによる铨能劣化が 少ない、 あるいは直動形に必要な直線動一回転動の変換 櫞が不要 であるなどの利点がある。 しかしいずれにしろ、 この発明では、 ァ クチ エータ 1 3 とハン ドルやペダルなどの部分 2 との間に歯車列 がなく 、 しかも ァク チユエータ 1 3 の トルク一慣性比が大きいため、 前述したよ う な加減速 ト ルクや摩擦 トルク の影響がなく なり 、 良好 な動作特性を得ることができる。
    [0027] このよ うな構成によるサ一ボ ト ルク増幅器 1 4 の案内弁 1 2 の入 力軸を駆動するために、 電気機械変換部 1 6が設けられている。 こ の電気機械変換部 1 6は、 直流サーボモ」タ 1 7 および渎速齒車列 1 8 、 並びにタ コ ゼネ レータ （速度検出器） 1 9 aおよび、 ホ 'テン シ ョ メータ （位置検出器） 1 9 b よ り なる検出器類が円牍されてい る。 そして、 電気^ 変換部 1 6 の前段には、 サーボモータ駆動部 1 5が接続され、 こ の入力は全体と しての電気機械サ一ボ增幅器の 入力加算点を形成し系のサーボ制御を行う よ うに構成されている。 この場合、 電気一機械変換部 1 6 中の歯車列 1 8 は、 位置 （角度） 信号を伝達するのみで動力伝達を行なわないため、 前述した他方式 に比してそれ自体による ロ スはきわめて小さい。 さ らに重要なこと は、 この歯車列 1 8 はハン ドル、 ベダルなどの部分 2 に対しサ一ボ トルク増幅器 1 4 によって分齄されているので、 前述したよ うな種 々な悪影響を何ら生じる こ とはない。
    [0028] OMFI
    [0029] ノ k画 と こ ろで、 この電気機械サーボ増幅器におけるフ ィ ー ドパ ッ ク信 号と しては、 ①回転ァク チユエ一タ 1 3 の出力側の速度、 角度ある いは ト ルク のいずれか一つについての検出信号 （この場合の各検出 信号は検出器 9 a , 9 b , 9 cによってそれぞれ電気信号と して検 出されることは勿論である。 ） 、 または②電気一機械交換部 1 6部 分における速度あるいは位置のいずれか一つについての検出信号 （ この場合の各検出信号は検出器 1 9 a ， 1 9 bによってそれぞれ電 気信号と して検出される。 ） 、 のいずれをも利用することができる。 ①の場合は'いわゆるフ ル * ク ローズ ドループを構成し、 ②の場合は いわゆるセミ · ク ローズ ドル一ブを構成することになる o 従来のサ ーボ増幅器にあっては、 回転ァクチユエータ 1 3 の出力軸から、 実 際の各出力データをサーボモータ駆動部 1 5 の入力加算点にフィ一 ドパッ クする方式が常で ¾る o しかし、 本発明においては、 サーボ ト ルク-增幅器 1 4 自体にメ カ ニ カルフ ィ ー ドバッ ク機構 1 4 0が備 えられているため、 齒車列 1 8 よ り位釐、 速度の実際値を検出して フ ィ ー ドパッ クするセミ · ク ローズ ドループ方式を採甩しても実甩 上なんら支障がない。 こ のよ うに、 本発明の筋力訓鎵機においては、 フル . ク ロ ーズ ドループ、 セ ミ . ク ローズ ドループのいずれを採甩 しても系のサーボ制御を ¾全に行なう ことができるので、 回路設計 上種々 の利点が生ずること となる。
    [0030] 上記フ ィ ー ドバッ ク信号は、 モ一 ド切換え回路 2 5 を介してサー ボモータ駆動部 1 5 の入力加算点の一側端子にフ ィ ー ドパックされ、 他端には、 等尺、 等速、 等張の各モー ドに対応した設定値が設定器 2 3 よ り入力される。 この設定器 2 3 と しては、 操作部分が制御装 置自体のパネル上に設けられる内部設定器 2 3 a 、 あるいは外部の マイ ク ロ コ ン ピュータなどに設けられる外部設定器 2 3 bがある。 さらに、 上記検出器 9 a , 9 b , 9 c , 1 9 a , 1 9 b よ り © 7 - ドパッ ク信号を、 モー ド切換え回路 2 5 を介して、 プリ ン タまたは レ コーダなどの記録装置 2 1によって評価値と して記録したり 、 あ るいは表示器 2 2によって表示するこ とができる。 そう すれば、 評 価値を直読したり、 あるいは自動記録を行なう ことができるのみな らず、 被検者に対し、 筋力機能および訓練成果を把握させることが でき、 回復の目標と希望をもたせることもできる。 また、 被検者、 訓練者の安全を保っための保安回路 2 4を設け、 表示器 2 2に警報 と して表示する こと もできる。
    [0031] 以上の構成になる筋力訓鎵 · 測定機の動作について説明する。 まずモー ド切り換え回路 2 5 に'よって位置 （角度） 、 速度、 トル ク （力） のいずれかのモー ドを選択し、 ついでそのモー ドについて 内部設定器 2 3 aあるいは外部設定器 2 3 bによる設定値を制御信 号とし、 サーボモータ駆動部 1 5 の入力加箕点に入れる。 すると、 サーボ トルク増幅器は回転ァクチユエータ 1 3 の出力軸の検出器類 •9 a , 9 b , 9 c あるいは歯車列の検出器類 1 9 a ， 1 9 bの選択 されたモー ドのも のが、 設定器 2 3 ( 2 3 a , 2 3 b ) による設定 値と等しく なるまで動作する。 このサーボ ト ルク増幅器による動作 の応答は、 被検者がハン ドルやべダルなどの部分 2 を操作する動作 よ り も充分に速いので、 サ一ボ トルク増幅器は前記設定値を常に維 持する ことができる。 またこの場合、 各モー ドの値を表示器 2 2に よって表示し、 あるいは記録装置 2 1 によって記録することができ
    [0032] fUREA
    [0033] OMPI
    [0034] '·:■ λ -- wtp るため、 それらを高精度にモ -タすることができ筋力訓線機および 筋力測定機と して利甩することができる。 産業上の利甩可能性 以上のよ うに、 本発明に係る筋力訓練 · 測定機は、 それ自体にメ 力二 カルフ ィ一 ドバックを有したサーボ ト ルク増幅器を甩い、 かつ こ のサーボ ト ルク増幅器は高い慣性一 ト ルク比、 速い応答性を有す るために、 負荷のかかる ン ドル、 ベダルと の整合に従来のような 歯車列を使甩しなく ともよい。 従って、 筋力訓鎳機、 筋力測定撐と して、 多機能な構成のものを容易に製作でき、 精度特性、 操作性の 改善をはかり うる。 さらに、 評価値の直読やその値の自動記録が容 易に行なえる。 このようにこの発明の筋力訓鎳 · 測定^は、 一台で 等尺、 等速、 等張モ一 ドを同時に実施することができる多機能機種 と して利用できる。
    [0035] OMH
    [0036] 響 O
    权利要求:
    Claims
    (u) 請 求 の 範 囲
    /. 入力軸を有した案内弁と、 出力軸を有したァク チユエータ とよ り 成り 、 入力軸の動きに追従して出力軸の動きを制御する メ カ ニ カル フ ィ ー ドパ ッ ク を内蔵したサ一ボ ト ル ク増幅器と 、
    こ のサーボ ト ル ク増幅器の入力軲を ^動する電気機核変換部と、 こ の電気機械変換部の前段に接'続され、 全侔としてのサーボ系を 制御するための設定値と実際値とが入力される加算点を有した電気 增幅部と、
    前記ァクチユエータ の出力軸に結合され、 被検者、 訓鎵者からの 負 荷を受けるハン ド^、 ペダルなどを備えている ことを特徴とする 筋力訓練 · 測定機。
    2. 前記電気接械変換部は、 案内弁の入力軸に結合された齒車列と、 こ の歯車列を懕動するサーボモータ とよ り成り 、 前記電気増幅部は こ のサ一ボモータを fg動するサ一ボモータ駆動部であることを特徵 とする請求の範囲第 /項記載の筋力訓練 · 測定機。
    3. '前記 ¾気増幅部の入力加算点に入力される実際値が、 サーボ系の ト ルク 、 速度あるいは角度のいずれか一つの信号値であることを特 徵とする請求の範囲第 /項あるいは第《2項に記載の筋力訓鎵 · 測定 摄 o
    前記電気増幅部の入力加算点に入力される実際値が、 サーボ系の ァクチユエ一タ出力軸よ り 検出された ト ル ク 、 速度あるいは角度の いずれか一つの信号値であることを特徵とする請求の範囲第 項記 載の筋力訓鎵 · 測定機。
    5. 前記電気增幅郤の入力加算点に入力される実際値が、 サ一ボ系の 前記電気機械変換部よ り検出された速度あるいは角度のいずれか一 つの信号値であることを特徽とする請求の範囲第 3項記載の筋力調 鎵 · 測定機。
    6. 前記実際値は、 モー ド切り換え回路を介して選択的に前記電気增 幅部の入力加算点に入力されることを特徵とする請求の範囲第 /項 あるいは第《2項記載の筋力訓鎵 · 測定機。
    7. 前記実際値を表示する表示器あるいは記録する記録器を備えたこ とを特徵とする請求の範囲第 /項あるいは第《2項記載の筋力訓鎵 · 測定機。
    OMPI WIPO
    类似技术:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1981-12-10| AK| Designated states|Designated state(s): AU US |
    1981-12-10| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): CH DE FR GB SE |
    1982-03-03| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1981901502 Country of ref document: EP |
    1982-09-22| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1981901502 Country of ref document: EP |
    1984-12-01| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1981901502 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    JP80/72538||1980-05-30||AU72283/81A| AU7228381A|1980-05-30|1981-05-28|Muscle training and measuring machine|
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