JPH114911A

JPH114911A - 腰痛予防訓練装置

Info

Publication number: JPH114911A
Application number: JP9161318A
Authority: JP
Inventors: Youichi Shinomiya; 葉一四宮; Osamu Sekine; 修関根; Soji Murakami; 宗司村上; Yukio Yoshida; 幸男吉田; Junji Nomura; 淳二野村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: JP3394890B2

Abstract

(57)【要約】【課題】人体に強制的に揺動を与えることによって腰痛
を緩和し、しかも腰痛の予防効果も得られる腰痛予防訓
練装置を提供する。【解決手段】被訓練者が跨がる形で着座する座席１を、
パラレルメカニズム２によって６自由度で揺動させる。
パラレルメカニズム２の揺動は制御装置３により生成さ
れる施療パターンにより制御される。施療パターンは腰
痛を緩和するようなリズミカルな揺動を被訓練者に与え
る。また、被訓練者は座席１から落下しないように筋力
を用いることで、腰部周囲の筋肉が強化され、腰痛を予
防する効果も得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、揺動する座席に被
訓練者が跨がることによって腰痛を緩和するとともに腰
部の周囲の筋力を強化することで腰痛を予防する腰痛予
防訓練装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、腰痛を緩和するには安静にして
自然治癒を待つことが多い。一方、軽度の腰痛であれ
ば、軽いジョギングのようなリズミカルな運動によって
腰部に適宜の揺動を与えると、腰痛が緩和されることが
知られている。これは、腰部の神経を取り巻く細い血管
の循環を促進するからであると考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、適度な揺動
が腰痛の緩和に効果があることは知られていても、この
種の目的で人体に強制的に揺動を与える装置は提案され
ていない。本発明は上記事由に鑑みて為されたものであ
り、その目的は、人体に強制的に揺動を与えることによ
って腰痛を緩和し、さらには腰部の周囲の筋肉を強化す
るとともに腰椎可動範囲を拡大して腰痛の予防効果も得
られる腰痛予防訓練装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被訓
練者が跨がる形で着座する座席と、座席の前後方向、左
右方向、上下方向の位置を変化可能とするとともに前後
軸、左右軸、上下軸の回りの傾きを変化可能とする駆動
手段と、座席の各方向の位置および各軸回りの傾きを駆
動手段に指示する施療パターンを生成するパターン生成
部とを備え、パターン生成部は、座席の揺動により腰痛
が緩和されるように施療パターンを生成するものであ
る。この構成によれば、被訓練者が跨がる形で座席に着
座した状態で、施療パターンに従って座席を強制的に揺
動させるから、腰部の神経を取り巻く細い血管の循環を
促進し、腰痛を緩和することができる。また、適度な揺
動が与えられることにより、腰部筋肉を弛緩させ血液の
流れを促進し、さらには股関節を柔軟にする効果が得ら
れる。しかも、ジョギングのように被訓練者の自重によ
る負荷が膝や脚にかからないから、膝や脚の障害を引き
起こすこともなく安全に利用することができる。

【０００５】また、腰痛の生じていない被訓練者が利用
する場合でも、被訓練者は座席から落ちないようにする
ために、下半身では座席を挟むように力を入れることに
よって下半身の筋力が向上し、また上半身ではバランス
を保つことで腰部の周囲の筋肉である腹筋、背筋、腹側
筋などの筋力を強化して腰痛を予防することになる。つ
まり、腰痛予防体操などとして知られている運動と同様
の効果が期待でき、腰痛予防の効果が得られる。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、パターン生成部が、座席を揺動させる一連のデータ
を基本パターンとして複数種類の基本パターンを格納し
た基本パターン記憶部と、基本パターンを時系列的に接
続して施療パターンを生成する演算部とを備え、演算部
は異なる一対の基本パターンを接続する際に両基本パタ
ーンの間に座席の揺動を滑らかに変化させるつなぎパタ
ーンを挿入するものである。この構成では、基本パター
ンを時系列的に接続して施療パターンを生成するから、
少数の基本パターンで変化に富んだ施療パターンを生成
することができる。また、各種の施療パターンを生成す
ることで被訓練者に慣れさせたり飽きさせたりすること
がない。しかも、異なる２種類の基本パターンを接続す
るとき、つまり、基本パターンが変化するときには、つ
なぎパターンを挿入することによって、基本パターンの
変化による座席の揺動の急激な変化を緩和することがで
き、被訓練者が座席から落下しない程度の緩やかさで揺
動を変化させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本実施形態は、図１に示すよう
に、被訓練者が着席する座席１を駆動手段としてのパラ
レルメカニズム２により移動させる。パラレルメカニズ
ム２の動作制御は後述する制御手段である制御装置３に
より行なわれる。座席１は、馬の背に似た形であって被
訓練者は跨がる形で着座する。この種の座席１としては
バイクの座席のような形状としてもよい。また、ふくら
脛の側面ないし内股で挟むような形で着座する形状が望
ましい。

【０００８】パラレルメカニズム２は、図２に示すよう
に、定位置に固定される固定台２１と、６本の脚２３を
介して固定台２１の上方に支持された可動台２２とを備
える。各脚２３は、固定台２１および可動台２２に対し
てそれぞれユニバーサルジョイント２４ａ，２４ｂを介
して結合されている。また、各脚２３は、固定台２１に
ユニバーサルジョイント２４ａを介して結合したサポー
ト筒２３ａと、サポート筒２３ａの中に進退自在に挿入
されたボールねじよりなるロッド２３ｂと、ロッド２３
ｂに噛合するギアを備え正逆の回転に伴ってロッド２３
ｂを進退させるアクチュエータ２３ｃとからなる。ロッ
ド２３ｂの先端部はユニバーサルジョイント２４ｂを介
して可動台２２に結合される。したがって、各脚２３の
アクチュエータ２３ｃをそれぞれ制御してロッド２３ｂ
の進退量を調節すれば固定台２１に対する可動台２２の
位置を適宜に調節することができる。

【０００９】６本の脚２３は、２本ずつが近接するよう
に固定台２１に結合され、また、固定台２１に対して近
接して結合されている脚２３同士を離して可動台２２に
結合してある。このような構成によって、互いに直交す
る３方向の平行移動と、各方向の軸を中心とする回転移
動との６自由度の制御が可能になる。つまり、可動台２
２は前後、左右、上下の直進往復移動と前後軸、左右
軸、上下軸の回りでの回転往復移動とを組み合わせた移
動が可能になり、結果的に可動台２２に結合された座席
１は６自由度で移動する。パラレルメカニズム２の可動
台２２は、現実的には上述のような直進移動と回転移動
とに分解した動作よりも、むしろそれらの複合した動作
を行なうことになる。

【００１０】以下の説明を容易にするために、座席１を
中心とする座標系を導入する。すなわち、座席１の前後
方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸
方向とし、原点をパラレルメカニズム２の固定台２１の
中心とする右手系の直交座標系を設定する。しかして、
パラレルメカニズム２の可動台２２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向、Ｚ軸方向の３方向の位置が可変であるとともに、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りの傾きが可変になる。Ｘ軸
回りの回転をロール、Ｙ軸回りの回転をピッチ、Ｚ軸回
りの回転をヨーと呼ぶ。

【００１１】制御装置３はコンピュータ装置を用いて構
成されたものであり、図３に示すように、データ入力部
３１から基本パターン記憶部３２にあらかじめ書き込ま
れた制御情報に基づいてパラレルメカニズム２を制御す
る。データ入力部３１としては、人の尾骨付近に取り付
けた３次元センサ（磁気計測器やジャイロセンサなど）
を用いたり、人の腰部付近に取り付けた反射球（球状の
反射物）の位置を撮像した画像を解析するものを用い
る。基本パターン記憶部３２は半導体メモリよりなり、
基本パターン記憶部３２に格納された制御情報は、演算
部３０においてパラレルメカニズム２の各脚２３の長さ
に変換される（このような変換演算を逆運動学計算とい
う）。演算部３０での演算結果はアクチュエータ制御部
３３に与えられる。アクチュエータ制御部３３では演算
部３０で求めた各脚２３の長さに応じたアクチュエータ
２３ｃの動作量を決め、駆動部３４を介してアクチュエ
ータ２３ｃを駆動する。駆動部３４はアクチュエータ制
御部３３で決められた動作量に基づいてアクチュエータ
２３ｃへの通電を制御する。

【００１２】ところで、基本パターン記憶部３２に格納
される制御情報は、表１のように、座席１に関して、Ｘ
軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ
_i（ｉは正数）と、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの傾
き（ロール、ピッチ、ヨー）θ_Xi，θ_Yi，θ_Zi（ｉは正
数）との６つ組を一定時間間隔で設定したものである。
この制御情報には、ゆっくり走る状態、速く走る状態の
ように走る速さのほか、ピッチ走法で走る状態、ストラ
イド走法で走る状態のような走法、あるいは左または右
に曲がる状態ような方向転換などに関してそれぞれ一連
の振動パターンを含む。ここに一連の振動パターンと
は、ほぼ周期性を有している上述の各振動の１周期分の
振動パターンという意味である。以下では、一連の振動
パターンを基本パターンという。このような基本パター
ンを１周期よりも十分に短い一定時間間隔で区切るとと
もに、各区切りごとに上記６つ組を設定することにな
る。なお、１回の測定結果から基本パターンを決定する
と標準的な基本パターンを得られないことがあるから、
数人の測定結果の平均値、あるいは１人について数回の
測定結果の平均値を基本パターンとして用いるのが望ま
しい。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１のような制御情報に基づいて、演算部
３０では表１の各時刻のデータに逆運動学計算を施すと
パラレルメカニズム２の各脚２３の長さＬ_ij（ｉ＝１〜
６、ｊは正数）を求めることができる。つまり、表２の
ように、一定時間間隔での６本の脚（表２では脚１〜６
で表してある）２３の長さＬ_ijが求められる。

【００１５】

【表２】

【００１６】データ入力部３１で取り込んだ計測データ
の例を図４、図５に示す。図４は通常の歩行による計測
データを示し、図５はその場で駆け足をした場合の計測
データを示す。また、それぞれの計測データから得た制
御情報を図６、図７に示す。ここで、図４の歩行による
計測データのうちＸ軸方向（つまり、前後方向）の成分
は歩行により前進する成分を含むから、この前進を等速
移動とみなして移動成分を除去する。要するに移動量を
時間で除算した傾きを有する直線と計測データとの差を
用いて制御情報を生成する。基本パターン記憶部３２に
は各運動を模擬する基本パターンが複数種類格納されて
おり、演算部３０では基本パターンを接続することによ
り施療パターンを生成する。つまり、基本パターンは振
動の１周期分のデータであるから、パラレルメカニズム
２を継続して動作させるには基本パターンを接続して連
続的な施療パターンを生成しなければならない。また、
被訓練者に慣れを生じさせない（または、単調な揺動で
飽きさせない）ためには、時間経過に伴って施療パター
ンを変化させなければならない。そこで、基本パターン
を接続するとともに時間経過に伴って基本パターンの種
類を変化させる。

【００１７】このように施療パターンが複数の基本パタ
ーンを各種に組み合わせて生成されるから、比較的少数
の基本パターンを用いながらも複雑な施療パターンを生
成することができ、単調な施療パターンの繰り返しによ
る被訓練者の慣れを防止することが可能である。しか
も、施療パターンは基本パターンの組み合わせであるか
ら経済的に生成することができる。ただし、異なる基本
パターンを接続する際には、図８（ｃ）に示すように、
各基本パターンＰ₁，Ｐ₂（それぞれ図８（ａ）（ｂ）
に示す）の間につなぎパターンＰ₃を挿入し、両基本パ
ターンＰ₁，Ｐ₂の間の変化を緩やかにするのが望まし
い。つなぎパターンＰ₃は、基本パターン記憶部３２に
格納されている各一対の基本パターンＰ₁，Ｐ₂に基づ
いてあらかじめ設定し、基本パターン記憶部３２に格納
しておけばよい。処理能力の大きい演算部３０を用いる
のであれば、基本パターンＰ₁と基本パターンＰ₂との
接続部分で両者を補間するような形で実時間で演算して
求めてもよい。このように施療パターンの変化を緩やか
にしているから、基本パターンＰ₁，Ｐ₂の接続部分で
揺動が急に変化し被訓練者が揺動の急な変化に対応でき
ずに座席１から落下するのを防止することができる。

【００１８】以上の説明から明らかなように、パターン
生成部は基本パターン記憶部３２と演算部３０とにより
構成される。また、演算部３０で生成された施療パター
ンは上述のようにアクチュエータ制御部３３および駆動
部３４を通してパラレルメカニズム２に与えられ、パラ
レルメカニズム２の動作によって座席１が揺動するので
ある。

【００１９】ところで、基本パターンやつなぎパターン
における最初の６つ組と最後の６つ組とは同内容に設定
してある。また、互いに異なる基本パターンにおいて
も、最初の６つ組と最後の６つ組とは同内容に設定して
ある。このことによって、異なる種類の基本パターンを
接続する場合でも、基本パターンの終了時点で次の基本
パターンに移行させれば、違和感なく異なる基本パター
ンに移行させることができるのである。なお、基本パタ
ーンの選択は基本パターン記憶部３２に格納されたデー
タに基づいて演算部３０が行なう。つまり、基本パター
ンの順序と繰り返しの時間（回数でもよい）とはタイム
テーブルとして基本パターン記憶部３２に格納されてお
り、これを演算部３０が読み込んで基本パターンを選択
するのである。さらに、施療パターンが単調になるのを
防止するために、タイムテーブルにおける基本パターン
の種類や順序、継続時間などを乱数に基づいて決定して
もよい。

【００２０】腰痛のある被訓練者は座席１に跨がること
でリズミカルな揺動が与えられるから、腰部周囲の血行
が促進されて腰痛が緩和される。また、腰痛を持たない
被訓練者は座席１から落下しないように下半身に力を入
れ、かつ上半身でバランスをとることにより、下半身の
筋肉や腰部周囲の筋肉を強化し、かつ腰椎可動範囲を拡
大したり股関節を柔軟にして腰痛を予防する効果が得ら
れることになる。

【００２１】なお、上述の実施形態では駆動手段として
パラレルメカニズム２を用いたが、必ずしもこれに限定
されるわけではなく、６自由度で座席１を駆動するもの
であれば他のロボット用の機構（多関節ロボットなど）
を用いてもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１の発明は、被訓練者が跨がる形
で着座する座席と、座席の前後方向、左右方向、上下方
向の位置を変化可能とするとともに前後軸、左右軸、上
下軸の回りの傾きを変化可能とする駆動手段と、座席の
各方向の位置および各軸回りの傾きを駆動手段に指示す
る施療パターンを生成するパターン生成部とを備え、パ
ターン生成部は、座席の揺動により腰痛が緩和されるよ
うに施療パターンを生成するものであり、被訓練者が跨
がる形で座席に着座した状態で、施療パターンに従って
座席を強制的に揺動させるから、腰部の神経を取り巻く
細い血管の循環を促進し、腰痛を緩和することができる
という利点がある。また、適度な揺動が与えられること
により、腰部筋肉を弛緩させ血液の流れを促進し、さら
には股関節を柔軟にする効果が得られる。しかも、ジョ
ギングのように被訓練者の自重による負荷が膝や脚にか
からないから、膝や脚の障害を引き起こすこともなく安
全に利用することができるという利点がある。また、腰
痛の生じていない被訓練者が利用する場合でも、被訓練
者は座席から落ちないようにするために、下半身では座
席を挟むように力を入れることによって下半身の筋力が
向上し、また上半身ではバランスを保つことで腰部の周
囲の筋肉である腹筋、背筋、腹側筋などの筋力を強化し
て腰痛を予防することになるという利点がある。

【００２３】請求項２の発明のように、パターン生成部
が、座席を揺動させる一連のデータを基本パターンとし
て複数種類の基本パターンを格納した基本パターン記憶
部と、基本パターンを時系列的に接続して施療パターン
を生成する演算部とを備え、演算部は異なる一対の基本
パターンを接続する際に両基本パターンの間に座席の揺
動を滑らかに変化させるつなぎパターンを挿入するもの
では、基本パターンを時系列的に接続して施療パターン
を生成するから、少数の基本パターンで変化に富んだ施
療パターンを生成することができるという利点がある。
また、各種の施療パターンを生成することで被訓練者に
慣れさせたり飽きさせたりすることがないという利点が
あり、しかも、異なる２種類の基本パターンを接続する
とき、つまり、基本パターンが変化するときには、つな
ぎパターンを挿入することによって、基本パターンの変
化による座席の揺動の急激な変化を緩和することがで
き、被訓練者が座席から落下しない程度の緩やかさで揺
動を変化させ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】本発明の実施形態１を示し、（ａ）は側面図、
（ｂ）は背面図である。

【図２】同上に用いるパラレルメカニズムの斜視図であ
る。

【図３】同上のブロック図である。

【図４】同上の計測データの一例を示す図である。

【図５】同上の計測データの一例を示す図である。

【図６】同上の基本パターンの一例を示す動作説明図で
ある。

【図７】同上の基本パターンの一例を示す動作説明図で
ある。

【図８】同上に用いる施療パターンの例を示す動作説明
図である。

【符号の説明】

１座席２パラレルメカニズム３制御装置３０演算部３１データ入力部３２基本パターン記憶部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田幸男大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者野村淳二大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被訓練者が跨がる形で着座する座席と、
座席の前後方向、左右方向、上下方向の位置を変化可能
とするとともに前後軸、左右軸、上下軸の回りの傾きを
変化可能とする駆動手段と、座席の各方向の位置および
各軸回りの傾きを駆動手段に指示する施療パターンを生
成するパターン生成部とを備え、パターン生成部は、座
席の揺動により腰痛が緩和されるように施療パターンを
生成することを特徴とする腰痛予防訓練装置。
【請求項２】パターン生成部は、座席を揺動させる一
連のデータを基本パターンとして複数種類の基本パター
ンを格納した基本パターン記憶部と、基本パターンを時
系列的に接続して施療パターンを生成する演算部とを備
え、演算部は異なる一対の基本パターンを接続する際に
両基本パターンの間に座席の揺動を滑らかに変化させる
つなぎパターンを挿入することを特徴とする請求項１記
載の腰痛予防訓練装置。