筋力トレーニング及び測定装置
【課題】被験者の体肢にロボットアームを装着する装着具及び該装着具が装着される被験者の体肢が負荷荷重をかけることによって変形することに起因するロボットアームの関節軸と被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、被験者が発生する力の方向によって被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換えることにより、被験者の体肢の位置を高い精度で測定することができ、被験者の体肢の筋力トレーニング及び筋力測定を正確に、かつ、効果的に行うことができるようにする。
【解決手段】装着具及び被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因するロボットアームの関節軸と被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、被験者が発生する力の方向により被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換える。
【解決手段】装着具及び被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因するロボットアームの関節軸と被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、被験者が発生する力の方向により被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋力トレーニング及び測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二関節アーム装置のような二関節リンク機構を利用して、人間の脚を模した大腿（たい）部と下腿部に相当するリンクを有するロボットアームを、被験者の脚の大腿部と下腿部に沿わせて装着具で固定し、被験者の股（こ）関節と膝（ひざ）関節に同時に任意の負荷をかけることによって特定の筋の筋力トレーニングや筋力測定を実施する筋力トレーニング及び測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。なお、前記筋力トレーニング及び測定装置は、脚、すなわち、下肢だけでなく腕、すなわち、上肢の筋力トレーニングや筋力測定にも使用することができ、ロボットアームを脚に沿わせて装着具で固定し、被験者の肩関節と肘（ひじ）関節に同時に任意の負荷をかけることによって特定の筋の筋力トレーニングや筋力測定を実施する。
【０００３】
ところで、前記筋力トレーニング及び測定装置では、脚のトレーニングの場合には股関節及び膝関節を、また、腕のトレーニングの場合には肩関節及び肘関節をロボットアームの回転軸に一致させる必要がある。そのため、図６に示されるような装着具によってロボットアームを脚又は腕に固定するようになっている。
【０００４】
図６は従来の筋力トレーニング及び測定装置における装着具である。
【０００５】
図において、５２はロボットアームのアーム部材、５３はアーム部材５２に取り付けられた取付部、５４は取付部５３に取り付けられたベルト等から成る締結具、５５ａ及び５５ｂは第１及び第２の緩衝材である。そして、第１の緩衝材５５ａ及び第２の緩衝材５５ｂの間に脚又は腕を挿入した状態で前記締結具５４によって締め付けることにより、前記アーム部材５２に脚又は腕を固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の筋力トレーニング及び測定装置においては、第１の緩衝材５５ａ及び第２の緩衝材５５ｂがトレーニング中に受ける荷重等によって変形するとともに、装着具によってロボットアームを固定した脚又は腕の部分、すなわち、被験者の上肢又は下肢の固定部位が、同様に、トレーニング中に受ける荷重等によって変形するので、被験者の各関節の位置とロボットアームの回転軸の位置とがずれてしまい、筋力トレーニング及び筋力測定を正確に行うことができなかった。
【０００８】
本発明は、前記従来の筋力トレーニング及び測定装置の問題点を解決して、被験者の体肢にロボットアームを装着する装着具及び該装着具が装着される被験者の体肢が負荷荷重をかけることによって変形することに起因するロボットアームの関節軸と被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、被験者が発生する力の方向によって被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換えることにより、被験者の体肢の位置を高い精度で測定することができ、被験者の体肢の筋力トレーニング及び筋力測定を正確に、かつ、効果的に行うことができる筋力トレーニング及び測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そのために、本発明の筋力トレーニング及び測定装置においては、被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、前記ロボットアームを制御する制御部と、前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換える。
【００１０】
本発明の他の筋力トレーニング及び測定装置においては、さらに、前記装着具は、前記被験者の上肢又は下肢を両側から挟み込んで固定する固定部と、該固定部に取り付けられた緩衝材とを備え、該緩衝材が負荷荷重により変形する。
【００１１】
本発明の更に他の筋力トレーニング及び測定装置においては、被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、前記ロボットアームを制御する制御部と、前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者に対して教示する上肢又は下肢の先端の位置を切り換える。
【００１２】
本発明の更に他の筋力トレーニング及び測定装置においては、さらに、前記表示部が前記上肢又は下肢の先端の位置を表示することによって、前記被験者に対して前記上肢又は下肢の先端の位置を教示する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、筋力トレーニング及び測定装置は、被験者の体肢にロボットアームを装着する装着具及び前記装着具が装着される被験者の体肢が負荷荷重をかけることにより変形することに起因するロボットアームの関節軸と被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、被験者が発生する力の方向によって被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換えるようになっている。これにより、被験者の体肢の位置を高い精度で測定することができ、被験者の体肢の筋力トレーニング及び筋力測定を正確に、かつ、効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第１の側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを被験者に取り付けた状態を示す全体図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの装着具を説明する断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第２の側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの座標を説明する図である。
【図６】従来の筋力トレーニング及び測定装置における装着具である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第１の側面図、図２は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを被験者に取り付けた状態を示す全体図、図３は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの装着具を説明する断面図である。なお、図２において、（ａ）は側面を示す図であり、（ｂ）は正面を示す図である。
【００１７】
本実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置は、図に示されるように、被験者としての使用者２０が着座するサドル１１と、使用者２０の体肢に沿って装着されるロボットアーム１２と、該ロボットアーム１２を制御する図示されない制御部としての制御装置と、使用者２０が筋力トレーニング及び筋力測定のために必要事項を入力する図示されない入力操作装置とを有する。なお、ここでは説明の都合上、下肢の例についてのみ説明するが、上肢についても同様である。
【００１８】
そして、前記ロボットアーム１２は、使用者２０の大腿部２１ａに対応する第１リンク１４ａと、使用者２０の下腿部２１ｂに対応する第２リンク１４ｂとの２つのリンクから成る２自由度のロボットアームである。また、第１リンク１４ａ及び第２リンク１４ｂは、リンク長を調節することができるスライド機構を備え、筋力測定及び筋力トレーニングを行うときには、それぞれ、使用者２０の大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂの長さと同じになるように調整され、第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂによって大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂに固定される。なお、第１リンク１４ａ及び第２リンク１４ｂ並びに第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂを統合的に説明する場合には、各々、リンク１４及び装着具１５として説明する。
【００１９】
また、前記ロボットアーム１２は、使用者２０がサドル１１に着座した状態で、使用者２０に装着されるが、このとき、ロボットアーム１２の回転軸としての第１関節軸１６ａを使用者２０の股関節に一致させ、ロボットアーム１２の回転軸としての第２関節軸１６ｂを使用者２０の膝関節軸に一致させる。また、前記第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂには、第１サーボモータ１７ａ及び第２サーボモータ１７ｂが連結されている。なお、前記第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂ並びに第１サーボモータ１７ａ及び第２サーボモータ１７ｂを統合的に説明する場合には、各々、関節軸１６及びサーボモータ１７として説明する。
【００２０】
ここで、該サーボモータ１７は、関節駆動源及び角度測定部として機能し、関節軸１６を回転させるための軸トルクとしてのトルクを発生するとともに、関節軸１６の角度、使用者２０の関節の角度等を測定する。そして、サーボモータ１７が発生するトルク及び角度測定の動作は、前記制御装置によって制御される。また、該制御装置が有する記憶装置によって、ロボットアーム１２の関節軸１６が発生しているトルク及び測定した角度を記憶することができる。
【００２１】
さらに、前記制御装置には、図示されないＣＲＴ、液晶ディスプレイ等を備える表示装置、プリンタ等の印刷装置等の出力手段が接続されている。該出力手段は、ロボットアーム１２が発揮している力の大きさや方向を表示又は印刷したり、使用者２０に対して発揮すべき力の方向、姿勢変化量等の教示内容の表示を行う表示部として機能する。
【００２２】
また、各関節軸１６には軸トルクを測定するトルク測定装置としてのトルクセンサが装備されている。そして、制御装置がサーボモータ１７を制御することによって、関節角度及び関節軸１６が発生するトルクを制御することができる。なお、関節角度の制御とトルクの制御とは、適宜切り換えて行われる。また、制御装置に内蔵された又は接続されたハードディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置によって、ロボットアーム１２の関節軸１６が発生するトルク及び関節角度を記憶することができる。
【００２３】
さらに、前記制御装置は、後述されるように、関節角度等に基づいて、使用者２０の下肢の先端の位置を示す先端座標を演算する。
【００２４】
本実施の形態において、装着具１５は、図３に示されるように、ロボットアーム１２のリンク１４に固定された取付ブラケット３４と、該取付ブラケット３４に取り付けられた図３において上下方向に延在する棒状部材から成る支柱部３１と、該支柱部３１に図３において上下方向に移動可能に取り付けられるとともに、図示されないねじ等の固定手段によって移動不能に固定される規制手段としての第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂとを有する。前記第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂは、上下両側から使用者２０の大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂを挟み込んで固定する固定部として機能する部材であり、大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂに当接する面には、使用者２０に苦痛を与えないように、第１緩衝材３３ａ及び第２緩衝材３３ｂが取り付けられている。なお、前記第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂ並びに第１緩衝材３３ａ及び第２緩衝材３３ｂを統合的に説明する場合には、各々、板部材３２及び緩衝材３３として説明する。
【００２５】
次に、前記構成の筋力トレーニング及び測定装置の動作について説明する。
【００２６】
図４は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第２の側面図、図５は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの座標を説明する図である。
【００２７】
ここでは、使用者２０の下肢の先端座標を補正するために、装着具１５の変形及び前記装着具１５が装着される下肢の固定部位の変形に起因する使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれ量をあらかじめ測定する動作についてのみ説明する。また、使用者２０の下肢の先端はロボットアーム１２の第２リンク１４ｂの先端と一致する、すなわち、使用者２０の下肢の先端座標は、第２リンク１４ｂの先端座標に等しいものとして説明する。
【００２８】
まず、入力操作装置に必要事項を入力してロボットアーム１２を作動させると、制御装置がロボットアーム１２の動作を制御し、図１に示されるように、使用者２０の股関節に対応するロボットアーム１２の第１関節軸１６ａの回転角がθ11となり、使用者２０の膝関節に対応するロボットアーム１２の第２関節軸１６ｂの回転角がθ21となるような姿勢にする。
【００２９】
次に、使用者２０は、サドル１１に着座し、自身の股関節及び膝関節の位置をロボットアーム１２の第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂの位置と合わせるために、第１リンク１４ａ及び第２リンク１４ｂの長さ、サドル１１の高さ等の調整を行う。
【００３０】
次に、使用者２０は、自身の大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂに第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂを固定する。
【００３１】
この場合、まず、大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂを第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂの第２板部材３２ｂに強く押し付けるようにして、使用者２０自身の股関節及び膝関節の位置とロボットアーム１２の第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂの位置とが一致するように第２板部材３２ｂの位置を調整した後、第２板部材３２ｂを支柱部３１に対して固定する。
【００３２】
続いて、前記第１板部材３２ａと第２板部材３２ｂとで上下両側から使用者２０の大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂを挟み込むようにして、第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂの位置を調整した後、第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂを支柱部３１に対して固定する。この場合、使用者２０が苦痛を感じない程度の力で大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂを挟み込むように、第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂの位置を調整する。
【００３３】
続いて、制御装置は、出力手段である表示装置にメッセージ、画像等を表示することによって、使用者２０に対して、第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂの第１板部材３２ａを自身の下肢で強く押さえつけるように教示する。つまり、上向きの力を下肢に入れるように使用者２０に対して教示する。
【００３４】
これにより、使用者２０の下肢は、図４に示されるような姿勢となる。すなわち、ロボットアーム１２の第１関節軸１６ａに対応する使用者２０の股関節の回転角がθ12となり、ロボットアーム１２の第２関節軸１６ｂに対応する使用者２０の膝関節の回転角がθ22となるような姿勢となる。そして、制御装置は、前記回転角θ12及びθ22を測定する。
【００３５】
続いて、制御装置は、出力手段である表示装置にメッセージ、画像等を表示することによって、使用者２０に対して、第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂの第２板部材３２ｂを自身の下肢で強く押さえつけるように教示する。つまり、下向きの力を下肢に入れるように使用者２０に対して教示する。
【００３６】
ここでは、下向きの力を下肢に入れると、その姿勢が、図１に示されるような姿勢となるものとして説明する。すなわち、ロボットアーム１２の第１関節軸１６ａに対応する使用者２０の股関節の回転角がθ11となり、ロボットアーム１２の第２関節軸１６ｂに対応する使用者２０の膝関節の回転角がθ21となるような姿勢となるものとする。そして、制御装置は、前記回転角θ11及びθ21を測定する。
【００３７】
ここで、図５に示すように座標をとり、ロボットアーム１２の第１リンク１４ａの長さをＬ1 とし、第２リンク１４ｂの長さをＬ2 とし、第１関節軸１６ａの回転角をθ1 とし、第２関節軸１６ｂの回転角をθ2 とすると、ロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、次の式（１）で表される。
【００３８】
【数１】
【００３９】
そして、使用者２０が下向きに下肢に力を入れたときには、図１に示されるような姿勢となるのであるから、そのときのロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、前記式（１）におけるθ1 及びθ2 にθ11及びθ21を各々代入して、すなわち、θ1 ＝θ11及びθ2 ＝θ21として、次の式（２）で表される。
【００４０】
【数２】
【００４１】
また、使用者２０が上向きに下肢に力を入れたときには、図４に示されるような姿勢となるのであるから、そのときのロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、前記式（１）におけるθ1 及びθ2 にθ12及びθ22を各々代入して、すなわち、θ1 ＝θ12及びθ2 ＝θ22として、次の式（３）で表される。
【００４２】
【数３】
【００４３】
そして、制御装置は、使用者２０が下向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（２）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（２）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００４４】
また、制御装置は、使用者２０が上向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（３）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（２）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００４５】
これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を表示装置に正確に表示することができる。そのため、使用者２０に対する教示内容が明確で理解しやすいものになる。
【００４６】
このように、本実施の形態においては、装着具１５の緩衝材３３及び使用者２０の下肢における装着具１５が装着された部位が荷重によって変形することに起因する使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれの量をあらかじめ測定するようになっている。すなわち、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とについて使用者２０の関節の回転角をあらかじめ測定し、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とで、下肢の先端座標の算出方法を切り換えるようになっている。これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を高い精度で測定することができる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００４８】
前記第１の実施の形態においては、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とで、下肢の先端座標の算出方法を切り換えるが、表示装置に表示する教示内容としての下肢の先端の位置については、算出方法を切り換えないようになっている。
【００４９】
これに対し、本実施の形態においては、使用者２０に対して教示する場合、使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれの量を見込んで下肢の先端座標を算出し、使用者２０が下肢に入れる力の向きに応じて、表示装置に表示する教示内容としての下肢の先端の位置について、算出方法を切り換えるようになっている。
【００５０】
具体的には、第１関節軸１６ａの回転角のずれ量をΔθ1 ＝θ12−θ11とし、第２関節軸１６ｂの回転角のずれ量をΔθ2 ＝θ22−θ21とすると、ずれ量を見込んだ教示内容としてのロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、次の式（４）で表される。
【００５１】
【数４】
【００５２】
そして、制御装置は、使用者２０が下向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（２）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（２）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００５３】
また、制御装置は、使用者２０が上向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（２）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（４）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００５４】
これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を表示装置に正確に表示することができる。そのため、使用者２０に対する教示内容が明確で理解しやすいものになる。
【００５５】
このように、本実施の形態においては、装着具１５の緩衝材３３及び使用者２０の下肢における装着具１５が装着された部位が荷重によって変形することに起因する使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれの量をあらかじめ測定するようになっている。すなわち、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とについて使用者２０の関節の回転角をあらかじめ測定し、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とで、表示装置に表示する教示内容としての下肢の先端の位置を切り換えるようになっている。これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を高い精度で測定することができる。
【００５６】
なお、前記第１及び第２の実施の形態においては、使用者２０の体肢が下肢である場合についてのみ説明したが、本発明は、使用者２０の体肢が上肢である場合にも同様に適用することができる。
【００５７】
また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、筋力トレーニング装置及び筋力測定装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１２ ロボットアーム
１５ 装着具
１５ａ 第１装着具
１５ｂ 第２装着具
１６ａ 第１関節軸
１６ｂ 第２関節軸
１７ａ 第１サーボモータ
１７ｂ 第２サーボモータ
２０ 使用者
３２ａ 第１板部材
３２ｂ 第２板部材
３３ａ 第１緩衝材
３３ｂ 第２緩衝材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋力トレーニング及び測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二関節アーム装置のような二関節リンク機構を利用して、人間の脚を模した大腿（たい）部と下腿部に相当するリンクを有するロボットアームを、被験者の脚の大腿部と下腿部に沿わせて装着具で固定し、被験者の股（こ）関節と膝（ひざ）関節に同時に任意の負荷をかけることによって特定の筋の筋力トレーニングや筋力測定を実施する筋力トレーニング及び測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。なお、前記筋力トレーニング及び測定装置は、脚、すなわち、下肢だけでなく腕、すなわち、上肢の筋力トレーニングや筋力測定にも使用することができ、ロボットアームを脚に沿わせて装着具で固定し、被験者の肩関節と肘（ひじ）関節に同時に任意の負荷をかけることによって特定の筋の筋力トレーニングや筋力測定を実施する。
【０００３】
ところで、前記筋力トレーニング及び測定装置では、脚のトレーニングの場合には股関節及び膝関節を、また、腕のトレーニングの場合には肩関節及び肘関節をロボットアームの回転軸に一致させる必要がある。そのため、図６に示されるような装着具によってロボットアームを脚又は腕に固定するようになっている。
【０００４】
図６は従来の筋力トレーニング及び測定装置における装着具である。
【０００５】
図において、５２はロボットアームのアーム部材、５３はアーム部材５２に取り付けられた取付部、５４は取付部５３に取り付けられたベルト等から成る締結具、５５ａ及び５５ｂは第１及び第２の緩衝材である。そして、第１の緩衝材５５ａ及び第２の緩衝材５５ｂの間に脚又は腕を挿入した状態で前記締結具５４によって締め付けることにより、前記アーム部材５２に脚又は腕を固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の筋力トレーニング及び測定装置においては、第１の緩衝材５５ａ及び第２の緩衝材５５ｂがトレーニング中に受ける荷重等によって変形するとともに、装着具によってロボットアームを固定した脚又は腕の部分、すなわち、被験者の上肢又は下肢の固定部位が、同様に、トレーニング中に受ける荷重等によって変形するので、被験者の各関節の位置とロボットアームの回転軸の位置とがずれてしまい、筋力トレーニング及び筋力測定を正確に行うことができなかった。
【０００８】
本発明は、前記従来の筋力トレーニング及び測定装置の問題点を解決して、被験者の体肢にロボットアームを装着する装着具及び該装着具が装着される被験者の体肢が負荷荷重をかけることによって変形することに起因するロボットアームの関節軸と被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、被験者が発生する力の方向によって被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換えることにより、被験者の体肢の位置を高い精度で測定することができ、被験者の体肢の筋力トレーニング及び筋力測定を正確に、かつ、効果的に行うことができる筋力トレーニング及び測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そのために、本発明の筋力トレーニング及び測定装置においては、被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、前記ロボットアームを制御する制御部と、前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換える。
【００１０】
本発明の他の筋力トレーニング及び測定装置においては、さらに、前記装着具は、前記被験者の上肢又は下肢を両側から挟み込んで固定する固定部と、該固定部に取り付けられた緩衝材とを備え、該緩衝材が負荷荷重により変形する。
【００１１】
本発明の更に他の筋力トレーニング及び測定装置においては、被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、前記ロボットアームを制御する制御部と、前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者に対して教示する上肢又は下肢の先端の位置を切り換える。
【００１２】
本発明の更に他の筋力トレーニング及び測定装置においては、さらに、前記表示部が前記上肢又は下肢の先端の位置を表示することによって、前記被験者に対して前記上肢又は下肢の先端の位置を教示する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、筋力トレーニング及び測定装置は、被験者の体肢にロボットアームを装着する装着具及び前記装着具が装着される被験者の体肢が負荷荷重をかけることにより変形することに起因するロボットアームの関節軸と被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、被験者が発生する力の方向によって被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換えるようになっている。これにより、被験者の体肢の位置を高い精度で測定することができ、被験者の体肢の筋力トレーニング及び筋力測定を正確に、かつ、効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第１の側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを被験者に取り付けた状態を示す全体図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの装着具を説明する断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第２の側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの座標を説明する図である。
【図６】従来の筋力トレーニング及び測定装置における装着具である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第１の側面図、図２は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを被験者に取り付けた状態を示す全体図、図３は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの装着具を説明する断面図である。なお、図２において、（ａ）は側面を示す図であり、（ｂ）は正面を示す図である。
【００１７】
本実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置は、図に示されるように、被験者としての使用者２０が着座するサドル１１と、使用者２０の体肢に沿って装着されるロボットアーム１２と、該ロボットアーム１２を制御する図示されない制御部としての制御装置と、使用者２０が筋力トレーニング及び筋力測定のために必要事項を入力する図示されない入力操作装置とを有する。なお、ここでは説明の都合上、下肢の例についてのみ説明するが、上肢についても同様である。
【００１８】
そして、前記ロボットアーム１２は、使用者２０の大腿部２１ａに対応する第１リンク１４ａと、使用者２０の下腿部２１ｂに対応する第２リンク１４ｂとの２つのリンクから成る２自由度のロボットアームである。また、第１リンク１４ａ及び第２リンク１４ｂは、リンク長を調節することができるスライド機構を備え、筋力測定及び筋力トレーニングを行うときには、それぞれ、使用者２０の大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂの長さと同じになるように調整され、第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂによって大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂに固定される。なお、第１リンク１４ａ及び第２リンク１４ｂ並びに第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂを統合的に説明する場合には、各々、リンク１４及び装着具１５として説明する。
【００１９】
また、前記ロボットアーム１２は、使用者２０がサドル１１に着座した状態で、使用者２０に装着されるが、このとき、ロボットアーム１２の回転軸としての第１関節軸１６ａを使用者２０の股関節に一致させ、ロボットアーム１２の回転軸としての第２関節軸１６ｂを使用者２０の膝関節軸に一致させる。また、前記第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂには、第１サーボモータ１７ａ及び第２サーボモータ１７ｂが連結されている。なお、前記第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂ並びに第１サーボモータ１７ａ及び第２サーボモータ１７ｂを統合的に説明する場合には、各々、関節軸１６及びサーボモータ１７として説明する。
【００２０】
ここで、該サーボモータ１７は、関節駆動源及び角度測定部として機能し、関節軸１６を回転させるための軸トルクとしてのトルクを発生するとともに、関節軸１６の角度、使用者２０の関節の角度等を測定する。そして、サーボモータ１７が発生するトルク及び角度測定の動作は、前記制御装置によって制御される。また、該制御装置が有する記憶装置によって、ロボットアーム１２の関節軸１６が発生しているトルク及び測定した角度を記憶することができる。
【００２１】
さらに、前記制御装置には、図示されないＣＲＴ、液晶ディスプレイ等を備える表示装置、プリンタ等の印刷装置等の出力手段が接続されている。該出力手段は、ロボットアーム１２が発揮している力の大きさや方向を表示又は印刷したり、使用者２０に対して発揮すべき力の方向、姿勢変化量等の教示内容の表示を行う表示部として機能する。
【００２２】
また、各関節軸１６には軸トルクを測定するトルク測定装置としてのトルクセンサが装備されている。そして、制御装置がサーボモータ１７を制御することによって、関節角度及び関節軸１６が発生するトルクを制御することができる。なお、関節角度の制御とトルクの制御とは、適宜切り換えて行われる。また、制御装置に内蔵された又は接続されたハードディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置によって、ロボットアーム１２の関節軸１６が発生するトルク及び関節角度を記憶することができる。
【００２３】
さらに、前記制御装置は、後述されるように、関節角度等に基づいて、使用者２０の下肢の先端の位置を示す先端座標を演算する。
【００２４】
本実施の形態において、装着具１５は、図３に示されるように、ロボットアーム１２のリンク１４に固定された取付ブラケット３４と、該取付ブラケット３４に取り付けられた図３において上下方向に延在する棒状部材から成る支柱部３１と、該支柱部３１に図３において上下方向に移動可能に取り付けられるとともに、図示されないねじ等の固定手段によって移動不能に固定される規制手段としての第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂとを有する。前記第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂは、上下両側から使用者２０の大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂを挟み込んで固定する固定部として機能する部材であり、大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂに当接する面には、使用者２０に苦痛を与えないように、第１緩衝材３３ａ及び第２緩衝材３３ｂが取り付けられている。なお、前記第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂ並びに第１緩衝材３３ａ及び第２緩衝材３３ｂを統合的に説明する場合には、各々、板部材３２及び緩衝材３３として説明する。
【００２５】
次に、前記構成の筋力トレーニング及び測定装置の動作について説明する。
【００２６】
図４は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームを取り付けた被験者の下肢を示す第２の側面図、図５は本発明の第１の実施の形態における筋力トレーニング及び測定装置のロボットアームの座標を説明する図である。
【００２７】
ここでは、使用者２０の下肢の先端座標を補正するために、装着具１５の変形及び前記装着具１５が装着される下肢の固定部位の変形に起因する使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれ量をあらかじめ測定する動作についてのみ説明する。また、使用者２０の下肢の先端はロボットアーム１２の第２リンク１４ｂの先端と一致する、すなわち、使用者２０の下肢の先端座標は、第２リンク１４ｂの先端座標に等しいものとして説明する。
【００２８】
まず、入力操作装置に必要事項を入力してロボットアーム１２を作動させると、制御装置がロボットアーム１２の動作を制御し、図１に示されるように、使用者２０の股関節に対応するロボットアーム１２の第１関節軸１６ａの回転角がθ11となり、使用者２０の膝関節に対応するロボットアーム１２の第２関節軸１６ｂの回転角がθ21となるような姿勢にする。
【００２９】
次に、使用者２０は、サドル１１に着座し、自身の股関節及び膝関節の位置をロボットアーム１２の第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂの位置と合わせるために、第１リンク１４ａ及び第２リンク１４ｂの長さ、サドル１１の高さ等の調整を行う。
【００３０】
次に、使用者２０は、自身の大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂに第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂを固定する。
【００３１】
この場合、まず、大腿部２１ａ及び下腿部２１ｂを第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂの第２板部材３２ｂに強く押し付けるようにして、使用者２０自身の股関節及び膝関節の位置とロボットアーム１２の第１関節軸１６ａ及び第２関節軸１６ｂの位置とが一致するように第２板部材３２ｂの位置を調整した後、第２板部材３２ｂを支柱部３１に対して固定する。
【００３２】
続いて、前記第１板部材３２ａと第２板部材３２ｂとで上下両側から使用者２０の大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂを挟み込むようにして、第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂの位置を調整した後、第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂを支柱部３１に対して固定する。この場合、使用者２０が苦痛を感じない程度の力で大腿部２１ａ又は下腿部２１ｂを挟み込むように、第１板部材３２ａ及び第２板部材３２ｂの位置を調整する。
【００３３】
続いて、制御装置は、出力手段である表示装置にメッセージ、画像等を表示することによって、使用者２０に対して、第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂの第１板部材３２ａを自身の下肢で強く押さえつけるように教示する。つまり、上向きの力を下肢に入れるように使用者２０に対して教示する。
【００３４】
これにより、使用者２０の下肢は、図４に示されるような姿勢となる。すなわち、ロボットアーム１２の第１関節軸１６ａに対応する使用者２０の股関節の回転角がθ12となり、ロボットアーム１２の第２関節軸１６ｂに対応する使用者２０の膝関節の回転角がθ22となるような姿勢となる。そして、制御装置は、前記回転角θ12及びθ22を測定する。
【００３５】
続いて、制御装置は、出力手段である表示装置にメッセージ、画像等を表示することによって、使用者２０に対して、第１装着具１５ａ及び第２装着具１５ｂの第２板部材３２ｂを自身の下肢で強く押さえつけるように教示する。つまり、下向きの力を下肢に入れるように使用者２０に対して教示する。
【００３６】
ここでは、下向きの力を下肢に入れると、その姿勢が、図１に示されるような姿勢となるものとして説明する。すなわち、ロボットアーム１２の第１関節軸１６ａに対応する使用者２０の股関節の回転角がθ11となり、ロボットアーム１２の第２関節軸１６ｂに対応する使用者２０の膝関節の回転角がθ21となるような姿勢となるものとする。そして、制御装置は、前記回転角θ11及びθ21を測定する。
【００３７】
ここで、図５に示すように座標をとり、ロボットアーム１２の第１リンク１４ａの長さをＬ1 とし、第２リンク１４ｂの長さをＬ2 とし、第１関節軸１６ａの回転角をθ1 とし、第２関節軸１６ｂの回転角をθ2 とすると、ロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、次の式（１）で表される。
【００３８】
【数１】
【００３９】
そして、使用者２０が下向きに下肢に力を入れたときには、図１に示されるような姿勢となるのであるから、そのときのロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、前記式（１）におけるθ1 及びθ2 にθ11及びθ21を各々代入して、すなわち、θ1 ＝θ11及びθ2 ＝θ21として、次の式（２）で表される。
【００４０】
【数２】
【００４１】
また、使用者２０が上向きに下肢に力を入れたときには、図４に示されるような姿勢となるのであるから、そのときのロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、前記式（１）におけるθ1 及びθ2 にθ12及びθ22を各々代入して、すなわち、θ1 ＝θ12及びθ2 ＝θ22として、次の式（３）で表される。
【００４２】
【数３】
【００４３】
そして、制御装置は、使用者２０が下向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（２）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（２）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００４４】
また、制御装置は、使用者２０が上向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（３）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（２）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００４５】
これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を表示装置に正確に表示することができる。そのため、使用者２０に対する教示内容が明確で理解しやすいものになる。
【００４６】
このように、本実施の形態においては、装着具１５の緩衝材３３及び使用者２０の下肢における装着具１５が装着された部位が荷重によって変形することに起因する使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれの量をあらかじめ測定するようになっている。すなわち、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とについて使用者２０の関節の回転角をあらかじめ測定し、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とで、下肢の先端座標の算出方法を切り換えるようになっている。これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を高い精度で測定することができる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
【００４８】
前記第１の実施の形態においては、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とで、下肢の先端座標の算出方法を切り換えるが、表示装置に表示する教示内容としての下肢の先端の位置については、算出方法を切り換えないようになっている。
【００４９】
これに対し、本実施の形態においては、使用者２０に対して教示する場合、使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれの量を見込んで下肢の先端座標を算出し、使用者２０が下肢に入れる力の向きに応じて、表示装置に表示する教示内容としての下肢の先端の位置について、算出方法を切り換えるようになっている。
【００５０】
具体的には、第１関節軸１６ａの回転角のずれ量をΔθ1 ＝θ12−θ11とし、第２関節軸１６ｂの回転角のずれ量をΔθ2 ＝θ22−θ21とすると、ずれ量を見込んだ教示内容としてのロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）は、次の式（４）で表される。
【００５１】
【数４】
【００５２】
そして、制御装置は、使用者２０が下向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（２）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（２）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００５３】
また、制御装置は、使用者２０が上向きに下肢に力を入れている場合には、前記式（２）によって使用者２０の下肢の先端座標に等しいロボットアーム１２の先端座標（Ｌｘ、Ｌｙ）を求めるとともに、前記式（４）によって、使用者２０に対する教示内容として、下肢の先端の位置を表示装置に表示する。
【００５４】
これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を表示装置に正確に表示することができる。そのため、使用者２０に対する教示内容が明確で理解しやすいものになる。
【００５５】
このように、本実施の形態においては、装着具１５の緩衝材３３及び使用者２０の下肢における装着具１５が装着された部位が荷重によって変形することに起因する使用者２０の関節とロボットアーム１２の関節軸１６とのずれの量をあらかじめ測定するようになっている。すなわち、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とについて使用者２０の関節の回転角をあらかじめ測定し、使用者２０が下向きに下肢に力を入れた場合と上向きに下肢に力を入れた場合とで、表示装置に表示する教示内容としての下肢の先端の位置を切り換えるようになっている。これにより、使用者２０の下肢の先端の位置を高い精度で測定することができる。
【００５６】
なお、前記第１及び第２の実施の形態においては、使用者２０の体肢が下肢である場合についてのみ説明したが、本発明は、使用者２０の体肢が上肢である場合にも同様に適用することができる。
【００５７】
また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、筋力トレーニング装置及び筋力測定装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１２ ロボットアーム
１５ 装着具
１５ａ 第１装着具
１５ｂ 第２装着具
１６ａ 第１関節軸
１６ｂ 第２関節軸
１７ａ 第１サーボモータ
１７ｂ 第２サーボモータ
２０ 使用者
３２ａ 第１板部材
３２ｂ 第２板部材
３３ａ 第１緩衝材
３３ｂ 第２緩衝材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、
（ｂ）該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、
（ｃ）前記ロボットアームを制御する制御部と、
（ｄ）前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、
（ｅ）前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、
（ｆ）前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、
（ｇ）前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換えることを特徴とする筋力トレーニング及び測定装置。
【請求項２】
前記装着具は、前記被験者の上肢又は下肢を両側から挟み込んで固定する固定部と、該固定部に取り付けられた緩衝材とを備え、該緩衝材が負荷荷重により変形する請求項１に記載の筋力トレーニング及び測定装置。
【請求項３】
（ａ）被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、
（ｂ）該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、
（ｃ）前記ロボットアームを制御する制御部と、
（ｄ）前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、
（ｅ）前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、
（ｆ）前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、
（ｇ）前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者に対して教示する上肢又は下肢の先端の位置を切り換えることを特徴とする筋力トレーニング及び測定装置。
【請求項４】
前記表示部が前記上肢又は下肢の先端の位置を表示することによって、前記被験者に対して前記上肢又は下肢の先端の位置を教示する請求項３に記載の筋力トレーニング及び測定装置。
【請求項１】
（ａ）被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、
（ｂ）該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、
（ｃ）前記ロボットアームを制御する制御部と、
（ｄ）前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、
（ｅ）前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、
（ｆ）前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、
（ｇ）前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者の上肢又は下肢の先端座標の算出方法を切り換えることを特徴とする筋力トレーニング及び測定装置。
【請求項２】
前記装着具は、前記被験者の上肢又は下肢を両側から挟み込んで固定する固定部と、該固定部に取り付けられた緩衝材とを備え、該緩衝材が負荷荷重により変形する請求項１に記載の筋力トレーニング及び測定装置。
【請求項３】
（ａ）被験者の上肢又は下肢の長さに調整可能なロボットアームと、
（ｂ）該ロボットアームを前記被験者の上肢又は下肢に沿って固定する装着具と、
（ｃ）前記ロボットアームを制御する制御部と、
（ｄ）前記ロボットアームの関節軸の角度及び前記被験者の関節の角度を測定する角度測定部と、
（ｅ）前記被験者に対して情報を表示する表示部とを有し、
（ｆ）前記ロボットアームから、前記被験者の上肢又は下肢に対して負荷荷重をかけることによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力をトレーニングするとともに、前記負荷荷重を測定することによって前記被験者の上肢又は下肢の筋力を測定する筋力トレーニング及び測定装置であって、
（ｇ）前記装着具及び前記被験者の上肢又は下肢が負荷荷重により変形することに起因する前記ロボットアームの関節軸と前記被験者の関節とのずれの量をあらかじめ測定し、前記被験者が発生する力の方向により前記被験者に対して教示する上肢又は下肢の先端の位置を切り換えることを特徴とする筋力トレーニング及び測定装置。
【請求項４】
前記表示部が前記上肢又は下肢の先端の位置を表示することによって、前記被験者に対して前記上肢又は下肢の先端の位置を教示する請求項３に記載の筋力トレーニング及び測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１８７７１８（Ｐ２０１０−１８７７１８Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３２１２８（Ｐ２００９−３２１２８）
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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