JP2018505409A - 力測定メカニズム - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】力測定メカニズムは、２つの力入力部材１０５、１０６と、１ペアのカンチレバーばね１０１、１０２と、力測定手段１０７を備える。各カンチレバーばねの一部は第１の制約手段１０３によって保持され、各カンチレバーばねの一部は第２の制約手段１０４によって保持され、各カンチレバーばねは第１の制約手段と第２の制約手段との間に非制約長さを有するため、自由に曲がれる。制約手段１０３、１０４は、カンチレバーばね１０１、１０２を平行かつ離間した状態で保持する。力入力部材１０５、１０６は、制約手段を介して取り付けられているので、力入力部材の相対運動はカンチレバースばね１０１、１０２を曲げ、力測定手段１０７は力入力部材の間に加えられる力を測定するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、リハビリ援助、コンピュータおよびロボットシステムとのインターフェースに適用される力測定メカニズムに関する。

認知能力、特に注意力は、損傷後に機能的な運動を再配線して再学習する脳の能力にとって非常に重要である。腕と手の弱い人に伝統的な治療の役割は、認知と運動の両方の側面を組み合わせ、日常生活に必要な作業を実行し、繰り返すことである。このような治療の時間と強度の増加によって、患者の回復の結果を改善することが知られている。

これまでの多くの治療法は、効果的であるがリソースが限られるもの、例えば、監督された理学療法、ロボット工学、もしくはリソース効率は良いが、根拠が欠如していたり、身体的に制限があったり、または患者のモチベーションを高めることに限界のあるもの、例えばインターネットベースのエクササイズ、治療用プラスチシンのいずれかであることが多い。特定の例を挙げると、力の感知を許さずほとんどの患者にとってアクセス不能なニンテンドーウィー(登録商標）タイプのインターフェイス、または力の感知を提供するが適合しておらず力の制御およびフィードバックが制限されたティロモーションのパブロ(登録商標）ハンドルがある。さらに、モバイルハードウェア（タブレットやスマートフォン技術）を活用した現在のインターネットベース/モバイルアプリケーション（アプリ）リハビリテーションソフトウェアは、機能的に有用な動きをトレーニングするのではなく、画面をクリック・タップしたりスワイプする動きに焦点を当てている。

本発明は、２つの力入力部材を含んでいる力測定メカニズムである。それは１ペアのカンチレバーばねと力測定手段である。各カンチレバーばねの一部は第１の制約手段によって保持され、各カンチレバーばねの一部は第２の制約手段によって保持される。第１の制約手段と第２の制約手段との間に非制約長さを有するため、カンチレバーばねは自由に曲がれる。制約手段は、カンチレバーばねを平行で離間した配置で保持することができる。力入力部材は制約手段を介して取り付けられ、それにより力入力部材の相対的な動きがカンチレバーばねを曲げることができる。力測定手段は、力入力部材の間に加えられる力を測定するように構成することができる。この力は圧縮または伸長時に加えられ、摩擦およびバックラッシュのない力感知を提供する。

力測定手段は、ロードセルのような力センサを備えていてもよく、またはメカニズムの２つの部分の間の距離、例えば２つの力入力部材の間の距離、の変化を測定するように構成されてもよい。入力部材の間の距離、または入力部材の１つと機構の１つ以上の他の部分との間の距離は、力入力部材に加えられる力によって変化するので、その距離はかけられる力の測定に利用できることが理解されよう。あるいは、力測定手段は、少なくとも１つのばねの屈曲を測定するように一つのフレックスセンサを備えることもできる。

この二つのカンチレバーばねの非制約長さを等しくすることができる。カンチレバーばねは、力入力部材の間に力が加えられて曲がったとき、平行に維持されるように配置することができる。

このメカニズムは、さらにもう一対のカンチレバーばねを備える場合があり、この第２の一対のカンチレバーばねの各々の一部は第１の制約手段によって保持され得る。第２ペアのカンチレバーばねの各々の一部分は、第３の制約手段によって保持でき、第２ペアのカンチレバーばねの各々は、第１と第３の制約手段の間に非制約長さを有するため、カンチレバーばねは自由に曲がれる。制約手段は、カンチレバーばねの各ペアを平行かつ離間した配置で保持することができる。このメカニズムでは、複数ペアのカンチレバーばね、例えば３、４、５またはそれ以上のペアのばねを含める構成が可能であることが理解されよう。

第１の制約手段は、互いに関連した二対のカンチレバーばねを制約することができる。第２と第３の制約手段はそれぞれ、力入力部材間に力が加えられたときに互いに対して移動することができる個々の制約手段である。力入力部材は、個々の制約手段に取り付けられることができる。力入力部材は、人の手の中に収まるように構成することができる。

力入力部材間に力が加えられる際、第２ペアのカンチレバーばねは、第１ペアを反映する形状に曲がるように配置することができる。カンチレバーばねの有効曲げ長さを調節するように動作可能なカンチレバーばねにコンプライアンス調節部材を取り付けることができる。

コンプライアンス調整部材は、一連の開口部を画定することができ、カンチレバーばねは、開口部を通って延びることができる。カンチレバーバネに沿ったコンプライアンス調整部材の位置は、コンプライアンス調整部材内のねじ穴と係合するねじ付きスピンドルによって制御することができる。あるいは、ばねに沿って摺動可能であり、コンプライアンス調整部材自体から直接延びる突起を使用して調整されてもよい。

このメカニズムは更に、力測定データを力測定手段から遠隔装置に伝達するための無線送信装置を備え得る。また、（自由空間における）メカニズムの動作を感知するように、このメカニズムは動作感知ユニットを含み得る。動作感知ユニットは、加速度計、ジャイロスコープ及び磁力計のいずれかを含むことができる。感知される動きには、メカニズムの速度、方向、および重力が含まれ得る。このメカニズムは、触覚フィードバックを提供する振動発生手段をさらに備え得る。振動発生手段は、力入力部材の一つに取り付けられることができる。振動発生手段は、振動モータによって構成され得る。

このメカニズムは、力、位置および触覚フィードバックを提供することができる。例えば、ユーザに触覚フィードバックまたは刺激を提供するように構成された作動手段をさらに備えてもよい。作動手段は、力入力部材の一つに取り付けられてもよく、または装置の別の部分に取り付けられてもよい。作動手段は、１つ以上の力入力部材の振動および形状変化、サイズ変動の少なくとも１つを生成するように構成され得る。

このメカニズムは、１つ以上の力入力部材に取外し可能なカバーをさらに備えることができ、それにより力入力部材の形状、大きさおよび質感の少なくとも１つを変更することが可能である。

本発明はまた、プログラムを実行するように構成されたコンピュータ装置と、力測定メカニズムから成るシステムを提供する。このコンピュータ装置は、プログラムを実行しているときに、力測定手段からの力測定信号を入力データとして受信するように構成される。このシステムはリハビリシステムとなり得る。

このメカニズムは更に、１つ或いは実行可能な組み合わせで複数の機能を含むことができる。もしくは、下記にて参照図面と共に単なる例として記述される本発明の好ましい実施形態を含むことができる。

は本発明の実施形態による力測定メカニズムを示す。 は本発明の第２の実施形態による力測定メカニズムを示す。 は図２の圧縮された状態のメカニズムを示す。 は図２と図３の伸長状態のメカニズムを示す。 は調整できるコンプライアンスを可能にする図２〜図４のメカニズムの変形例を示す。 はコンプライアンスが低減された図５のメカニズムを示す。 は本発明の更なる実施形態によるリハビリ援助装置の分解図を示す。 は遠隔装置と通信する図７のリハビリ援助装置を示す。 は本発明の更なる実施形態によるリハビリ援助装置を示す。

図１は、２つの対向する力入力部材１０５と１０６の間に配置された一ペアのカンチレバーばね１０１および１０２を備える力測定メカニズム１００を示す。カンチレバーばねはそれぞれ、ばね鋼などの弾性材料のストリップで構成され、互いに平行に離れた位置に配置されている。 カンチレバーばねは、一ペアの制約ブロック１０３と１０４との間に延びている。カンチレバーばねは、任意の手段で制約ブロックに取り付けられる。この固定手段には例えば、クランプ、ボンディングまたは溶接などがある。この例では、各カンチレバーばねの端部は、カンチレバーの制約ブロック１０３,１０４の面に制約されている。力入力部材１０５,１０６はそれぞれ、各制約ブロックの１つに堅固に取り付けられ、カンチレバーばねに平行に延び、中立（無負荷）状態でそれらから離間している。力入力部材１０５,１０６は、カンチレバーバネ１０１,１０２の全長に沿って延び、それらから離間している。力入力部材１０６は２つの部分で構成され、一つは制約部分に接続された内側部分１０６ａ、もう一つはロードセル１０７で内側部分に接続された外側部分１０６ｂである。そのため力入力部材の外面を一緒に押されると、ロードセルは加えられた力を測定することができる。或いはロードセル１０７は、一方の側で制約ブロック１０３に直接的に接続され、反対側で単一の力入力部材に接続される場合もある。

力入力部材１０５、１０６の間に力が加えられると、カンチレバーばね１０１、１０２に曲がりが生じる。カンチレバーばねは、曲げの間に平行のままであり、カンチレバーばねの非制約長さは制約ブロックに等しいので、制約ブロックの対向する面も平行のままであり、回転しない。従って、力入力部材は、それらの間に力が加えられると、実質的に平行のままである。

図２を参照すると、力測定メカニズム２００は、互いに平行で間隔をおいて配置された一ペアの力入力部材２０５、２０６を含んでいる。第１ペアの平行なカンチレバーばね２０１ａおよび２０１ｂと、第２ペアの平行なカンチレバーばね２０２ａおよび２０２ｂとは、力入力部材２０５,２０６の間に配置される。この４つのカンチレバーばねは、互いに平行な面で離間している。 カンチレバーばねはまた、中立（無負荷）状態の力入力部材と平行である。

２ペアのカンチレバーばねの各々は、共通の制約ブロック２０４と、２つの個別の制約ブロック２０３ａ、２０３ｂのうちの１つの間に延びている。第一のペア、カンチレバーばね２０１ａ、２０１ｂは、共通制約ブロック２０４と個々の制約ブロック２０３ａの間に延びている。第二のペア、カンチレバーばね２０２ａ、２０２ｂは、共通制約ブロック２０４と個々の制約ブロック２０３ｂの間に延びている。各カンチレバーばねの一部は共通の制約ブロック２０４で制約され、各ビームの一部は個々の制約ブロック２０３の１つに制約される。第一のペア、カンチレバーばね２０１は、個々の制約ブロック２０３ａにおいて制約を有し、第二のペア、カンチレバーばね２０２は、他の個々の制約ブロック２０３ｂにおいて制約を有する。

共通制約ブロック２０４において、２ペアのカンチレバーばねの４つの制約は、カンチレバーばね２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂの一部を平行で直線的に離間した位置に固定する。個々の制約ブロック２０３は、カンチレバーばね２０１ａ、２０１ｂまたは２０２ａ、２０２ｂの各ペアの一部分を平行で離間した位置に固定する。しかし、個々の制約ブロック２０３ａ、２０３ｂは離れているため、一対のカンチレバーばね２０１の端部がもう一対のカンチレバーばね２０２の端部に対して移動が可能となっている。個々の制約ブロック２０３は、カンチレバーばねによって互いに実質的に平行に保持される。

力入力部材２０５、２０６はそれぞれ、個別制約ブロック２０３ａ、２０３ｂに接続されている。左手力入力部材２０５は、該当する左手個別制約ブロック２０３ａに接続され、右手力入力部材２０６は、該当する右手個別制約ブロック２０３ｂに接続される。力入力部材２０５、２０６は剛性部材である。それぞれの力入力部材は、個々の制約ブロック２０３との連結部から共通制約ブロック２０４に向かって、曲がっていないカンチレバーばねに平行な方向に延びている。

力入力部材２０６は２つの部分で構成され、一つは制約部分２０３ｂに接続された内側部分、もう一つはロードセル２３０で内側部分に接続された外側部分である。そのため力入力部材２０５、２０６の外側が一緒に押されると、ロードセル２３０は加えられた力を測定することができる。あるいはロードセル２３０は、一方の側で制約ブロック２０３ｂに直接的に接続され、反対側の単一の力入力部材に接続されることもできる。

力入力部材２０５、２０６の間に力が加えられると、カンチレバーばね２０１、２０２の両方のペアに曲げが生じる。各ペアのカンチレバーばねは平行のままであり、カンチレバーのばねの非制約長さは制約ブロック２０４、２０３ａ、２０３ｂに等しいので、制約ブロックの対向する面も平行のままであり、回転しない。したがって、力入力部材２０５、２０６は、それらの間に力が加えられると実質的に平行のままである。

図２に示される中立位置では、カンチレバーばね２０１、２０２および力入力部材２０５、２０６はすべて平行な平面内にある。図３を参照すると、圧縮力２１０が力入力部材２０５、２０６の間に加えられると、カンチレバーばねは制約された部分の間で曲がる。各ペアのカンチレバーばねは互いに平行に曲げられ、カンチレバーばねの各ペアはその他のペアの曲げを反映する形状で曲がる。カンチレバーばねが曲がると、制約ブロック２０３、２０４は回転せず、すべての制約ブロックは互いに平行に配向したままである。それぞれのカンチレバーばねは、平行四辺形リンケージのリンクのように作用し、対向する側面は常に平行に保たれる。したがって、個々の拘束ブロック２０３ａ、２０３ｂに連結された力入力部材２０５、２０６は、圧縮力（または引張り力）下では回転せず、圧縮力の方向へ内側に移動しながら互いに平行なままである。

ロードセル２３０は、力入力部材２０５、２０６の間に加えられる力を測定する。力入力部材を平行に保つための案内メカニズムが不要なため、移動中に摩擦またはバックラッシュがないことが理解されよう。したがって、システムの感度は、ロードセルに関連する電子機器の分解能（すなわち、前増幅およびデータ取得）によってのみ制限される。

図４では、圧縮力２１０に対して反対方向にカンチレバーばねを曲げる効果のある各力入力部材２０５、２０６に、引張力２２０が加えられている。それは、人の手の親指と人差し指に力入力部材を保持するストラップを使用することによって実現され得る。ここでも、力入力部材は、制約ブロックの回転なしに平行に維持される。

図５は、調節可能な復元力を備えた力測定メカニズムを示す。このメカニズムは、図２のメカニズムと同じで、追加の調整可能コンプライアンスブロック（ＡＣＢ）５００を備えている。ＡＣＢ５００は、各カンチレバーばねのための４つの開口があって、カンチレバーばねの長さに沿って摺動することができる。各開口部は、各カンチレバーばねの周りに密接して適合し、各カンチレバーばねを他のカンチレバーばねに対して位置決めする。カンチレバーの有効（非制約）長さ（Ｌ）を減らすことにより、メカニズムの剛性を高めることができる。それは図６に示されるように、ＡＣＢ５００を共通制約ブロック２０４に最も近い位置から個々の制約ブロック２０３に向かってスライドさせることによって行われる。有効長さを短縮して同じ圧縮位置を達成するには、カンチレバーばねをより鋭い円弧で曲げなければならず、必要になる余分な曲げがメカニズムの剛性を増加させるため、コンプライアンスが低下する。

図７は、本発明のさらなる実施形態によるストロークリハビリ援助部７００を示す。リハビリ援助部７００は、図５と図６に記載されたメカニズムと同じで、調整可能なコンプライアンスを備える力測定メカニズム７０１を含む。メカニズム７０１は、ばね鋼の薄いストリップから形成される４つのカンチレバーばね７０２を有する。

共通の制約ブロックは、三つのプラスチックブロック（ＰＬＡ）（またはステンレス鋼のような他の適切な材料）から形成され、第１のブロック７０４は、１ペアのカンチレバーの端部を分離し、第２の分離ブロック７０４は第２ペアのカンチレバーばねの端部を分離し、第３の分離ブロック７０３は２ペアのカンチレバーばねを分離する。１ペアのボルトを使用して各分離ブロックを第３の（中央の）分離ブロック７０３に固定し、ボルトが分離ブロック間でカンチレバーばねの端部をクランプする。個々の制約ブロック７０６及び７０７は、カンチレバーばねの両端部間にボルトされている。従って、カンチレバーばねの端部は、制約ブロックの対向する面に制約される。あるいは、カンチレバーばねと制約ブロックを単一部品として製造し得ることも理解されよう。

力測定メカニズム７０１は、図５と図６に示されたＡＣＢと同様に、カンチレバーばねの長さを上下にスライドするように構成されたＡＣＢ７０８を持っている。第１の分離ブロック７０３は、カンチレバーばねと平行な方向にブロックを直線的に貫通する孔を有する。ねじ付きスピンドル７０９が穴内に配置され、カンチレバーばねペアの間を下方に延びる。ねじ穴がＡＣＢ７０８の中央に形成され、ねじ付きスピンドル７０９がねじ穴を通過し、ねじを介してＡＣＢと係合する。

援助装置７００は、２つの力入力部材７１１および７１３を含んでいる。力入力部材７１１の１つは調節可能なグリップ７１１ｂとサポート７１１ａから構成され、この調節可能なグリップはサポートに対して位置決めする。サポート７１１ｂの一端は、個々の制約ブロック７０６の１つにボルトで固定され、このボルトは同時にカンチレバーばねを固定している。サポート７１１ａは、カンチレバーばねに隣接し平行な方向に、反対側の自由な（制約されていない）端部まで延びている。サポート７１１ａは、剛性で非可撓性の構造を提供するチャネル部分を有する。調節可能なグリップ７１１ｂは、サポート７１１ａの上に嵌合し、一連の歯とロックメカニズム７２１を介しサポートに対して配置され得る。調節可能グリップの位置を固定や調整するように歯を係合したり外すことができるので、異なる手のサイズに合わせてグリップの外周を増減できる。もちろん、グラブスクリューのような他の調節メカニズムを使用することもできる。

ロードセル７１２は、第３の制約ブロック７０７に取り付けられ、第２の力入力部材７１３と外側カンチレバーばね７０２の間に位置する。第２の力入力部材７１３は、サポート７１４とベース７１５から構成され、そのベースはバッテリ７１６とブルートゥース通信装置７１７（ブルートゥースは登録商標、以下同様）と、プリント回路基板（ＰＣＢ）７１８を収容する内部区画を有する。振動モータ７１９はサポート７１４に固定され、バッテリ７１６から電力を受け取り、ＰＣＢ７１８から制御信号を受け取る。固定グリップ７２０は、調整可能なグリップ７１１ｂに隣接し、サポート７１３にボルトされる。ＰＣＢ７１８は、マイクロプロセッサ、アナログ信号調整サブ回路およびコネクタからなる。例えば空間を通る手の動きを追跡するため、慣性測定ユニット（加速度計、ジャイロスコープおよび磁力計からなる）といった追加のオンボードセンサをＰＣＢ７１８に含めることもできる。

使用の面で、リハビリ援助装置７００は、腕の衰弱または脳損傷（例えば、脳卒中、多発性硬化症、外傷性脳損傷などの結果として）に続発する手の器用さに苦しむ患者に評価およびリハビリ援助を提供する。握力の強さは、調整可能なグリップ７１１および固定グリップ７２０を患者が締め付けることによって評価することができる。患者が援助装置を握ると、力測定メカニズム７０１のカンチレバーばね７０２が内側に曲がり、固定および調整可能なグリップの力入力部材を一緒に動かせるようになる。グリップに加えられる力は、ロードセル７１２を介して伝達される。ロードセル７１２は、タブレット８００などの遠隔装置へ送信するために、ＰＣＢ７１８を介してブルートゥース装置７１７に力を示す信号を送る。もちろん、ケーブル、赤外線、またはＷｉ-Ｆｉネットワークなどの他の信号伝送手段も使える。

図８は、タブレット８００を例として遠隔装置と通信するリハビリ援助装置７００を示す。このタブレットはブルートゥース送信機/受信機８０１とプロセッサ８０２を備える。リハビリ援助装置７００は、ブルートゥース装置７１７を介してタブレットからの信号を送受信することができる。タブレットのプロセッサ上で動作するコンピュータゲームがあり、患者はリハビリ援助を用いて特定の力入力を提供する必要がある。このゲームは、患者の微細運動能力と注意力を要求するように設計されている。

タブレット８００から患者にアラートを送ることができる。これは、タブレットがリハビリ援助装置にブルートゥース信号を送信し、それがブルートゥース装置７１７によって受信されＰＣＢ７１８を介して振動モータ７１９に送られることによる。振動モータ７１９は、ユーザに触覚フィードバックを提供することができ、例えば、所定の力が達成されたときに、または所定の数の力入力の後に起動することができる。アラートは、ＰＣＢ７１８内でまたは外部装置により生成できる。

スピンドルを回転させると、カンチレバーばね７０２の長さに沿ってＡＢＣの位置が制御される。ノブ７１０はスピンドル７０９の上部に設けられており、手でスピンドルを回転することができる。

援助装置は、調節可能なクリップ７１１ｂをサポート７１１ａに対して動かすことによってグリップを広げたり狭めたりして患者の手に合うように調整される。これはロックメカニズム７２１を解放し、調節可能な入力部材をサポート７７１ａ上の歯に対して移動させ、ロックメカニズムを再び締めることによって達成される。

グリップ・スクイーズのような機能的な動きは、日常生活にとって特に重要である。リハビリ援助は、幅広い力（最も重度に障害のある>０.１Ｎのフリッカー運動を含む）にわたって患者の握力を記録することができる手頃な価格で利用可能な高感度装置である。ブルートゥースを通して、ハンドグリップはすべての適合するデジタルハードウェア（ＰＣ、タブレット、モバイル）に接続し、制御方法としてのグリップ強度の変化を利用し、リハビリゲームソフトウェアを関与させ、やりがいを与えることができる。この相互作用は、認知能力と機能的運動の使用の両方を必要とし、これらを組み合わせ、伝統的な療法を補う。

持ち運び可能でモバイル技術のハードウェアに接続できるということは、このハンドグリップが管理されたジムでセラピストが簡単に使用できるというだけでなく、非管理下の治療として患者のベッド脇に置いておくこともでき、また在宅患者や「出先用」として自発的な治療のために利用できることを意味している。

図７のシステムのばねメカニズムは、図１の構成に対応するように変更できることが理解されよう。さらに、上述の実施形態のいずれにも変更を加えることができる。例えば、本発明のさらなる実施形態が図９で概略的にのみ示されているが、図７のリハビリ援助装置に詳細に対応することができる。力測定装置は、ロードセルを備えるのではなく、２つの力入力部材９０５、９０６の間の距離を測定するように構成されている。例えば、力測定装置は光学センサを備え、それが力入力部材９０５、９０６のそれぞれに取り付けられた２つの構成要素９０７、９０８の間の距離を測定する。しかし、誘導性または容量性センサのような他の形態の距離測定手段も利用できる。力入力部材９０５、９０６が完全に剛性ではなく多少可撓性であっても、２つの入力部材９０５、９０６の間に加えられる力と、距離測定装置によって測定されるそれらの間の距離との間に一定の関係が存在することが理解できよう。この構成の変形例では、装置の反対側の端部に別の距離測定装置を追加することができる。入力部材の各端の２つの分離測定値から、入力された力の位置の表示、およびそのマグニチュードのより良い測定値を、入力部材９０５、９０６自体の任意の可撓性を考慮しながら得ることができる。

また、この実施形態では、力入力部材９０６の１つは、比較的剛性のある内側部材９０６ａと、内側部材９０６ａの外側表面の全体を覆う相対的に可撓性がある外側層あるいは皮膚９０６ｂから構成される。アクチュエータ９１０のアレイが、内側部材９０６ａと外側部材９０６ｂとの間に設けられ、その各々は、それぞれの領域にわたって内側部材９０６ａと外側部材９０６ｂとの間の距離を変えるように制御することができる。外側部材９０６ｂは可撓なので、力入力部材９０６の外面の形状を変化させるように、アクチュエータ９１０を互いに独立して、または協調して動作させることができる。これにより、異なるタイプの能動的なフィードバックや刺激を与えることができる。例えば、振動フィードバックまたは刺激を提供するようにアクチュエータ９１０のうちの任意の１つまたは複数を制御できるし、特定のユーザまたは特定の仕事に適合するために力入力部材の形状を変更することもできる。入力部材９０６の１つにのみ示されているが、この構成は入力部材９０５,９０６の両方に設けられてもよい。

加熱要素９１２も、力入力部材９０６に埋め込むことができる。これは、入力部材の中心付近の点に位置するように示されているが、力入力部材の対応する領域を加熱するように構成されたストリップまたはシートの形態であってもよく、これにより、ユーザにフィードバックまたは刺激または快適さを提供することができる。これもまた、入力部材９０５、９０６のいずれかまたは両方に設けることができる。

力入力部材９０５の他端の外面上に取外し可能なカバー９１４があり、この場合、スナップ嵌め締結具またはクリップ９１６によって入力部材９０５に取り付けられている。この構成の変形例で、カバー９１４が入力部材９０５自体の上に嵌合するように、単に可撓性を有し、成形されていてもよい。カバー９１４は、剛性で固定された形状であってもよく、また、例としてフィルム被覆の形態のような可撓性であってもよい。力測定装置を様々な活動またはユーザに適合させることができるように、２つ以上の取り外し可能なカバーを異なる形状および/またはテクスチャおよび/または厚さで設けることができる。取外し可能なカバーは、入力部材９０５、９０６の両方に、単独で又は能動外部部材９０６ｂと組み合わせて提供されてもよい。

本明細書に開示されたコンプライアントメカニズムは、他の身体の動きを測定するために拡大または縮小されてもよい。例えば、指のピンチゲージが容易に想像される。別のハウジングでは、力測定メカニズムに力を加えることによって、足および足首の動きを評価およびトレーニングすることができる。例として、これはカークラッチ制御を改善するために有益である。

本明細書に開示されたコンプライアンスメカニズムは、リハビリテーション以外の分野でも適用されることができる。例えば、このメカニズムは、一般的なコンピュータゲームコントローラや一般的なコンピュータマウスやロボットシステムを制御するためのインタフェースで使用されてもよい。あるいは、高感度の力制御が必要とされるロボット手術で使用される切削工具を制御するためのフットペダル、またはクライマーのグリップ強度を訓練するための装置などの対話型スポーツ訓練装置で実施される。

Claims (20)

1. ２つの力入力部材と、一組のカンチレバーばねと、力測定手段とを備え、各カンチレバーばねの一部は第１の制約手段によって保持され、各カンチレバーばねの別の一部は第２の制約手段によって保持され、各カンチレバーばねは前記第１の制約手段と前記第２の制約手段の間に非制約長さを有して自由に湾曲し、前記制約手段は、前記一組のカンチレバーばねを互いに平行で離間した配置に保持し、前記２つの力入力部材は前記制約手段を介して取付けられて、前記２つの力入力部材の相対的な動きがカンチレバーばねを曲げ、前記力測定手段は前記２つの力入力部材の間に作用する力を測定するように構成されていることを特徴とする力測定メカニズム。
2. 前記２つのカンチレバーばねの非制約長さが互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の力測定メカニズム。
3. 前記２つの力入力部材の間に力が加えられたとき、曲げが生じている前記一組のカンチレバーばねは平行に維持されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の力測定メカニズム。
4. 第２の一組のカンチレバーばねをさらに備え、前記第２の一組のカンチレバーばねの各々の一部は、前記第１の制約手段によって保持され、前記第２の一組のカンチレバーばねのそれぞれの一部は第３の制約手段によって保持され、第２の一組のカンチレバーばねの各々は前記第１と第３の制約手段の間の非制約長さを有し自由に湾曲し、前記制約手段は、各組のカンチレバーばねを互いに平行に間隔を置いて保持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
5. 前記第１の制約手段は、両方の組の前記カンチレバーばねを互いに相対的に制約することを特徴とする請求項４に記載の力測定メカニズム。
6. 前記第２と第３の制約手段は、前記２つの力入力部材の間に力が加えられたときに互いに移動可能な互いに独立した制約手段であることを特徴とする請求項５に記載の力測定メカニズム。
7. 前記２つの力入力部材が前記個々の制約手段に取付けられていることを特徴とする請求項６に記載の力測定メカニズム。
8. 前記２つの力入力部材は人の手の中に収まるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
9. 前記２つの力入力部材の間に力が加えられたときに、前記第２の一組のカンチレバーばねは、前記第１の一組のカンチレバーばねの形状を反映するように曲がることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
10. 前記複数のカンチレバーばねの有効曲げ長さを調整するように動作可能なコンプライアンス調整部材が、前記複数のカンチレバーばねに取付けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
11. 前記コンプライアンス調整部材は一連の開口部を画定し、前記複数のカンチレバーばねは前記開口部を通って延在することを特徴とする請求項１０に記載の力測定メカニズム。
12. 前記複数のカンチレバーばねに沿った前記コンプライアンス調整部材の位置は、前記コンプライアンス調整部材のねじ穴と螺合するねじ付きスピンドルによって制御されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の力測定メカニズム。
13. 前記力測定手段から遠隔装置に力測定データを伝達するための無線送信装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
14. 前記力測定メカニズムの動作を感知するように構成された動作感知ユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
15. 触覚フィードバックまたは刺激をユーザに提供するように構成された作動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
16. 前記作動手段は前記複数の力入力部材のいずれか１つに取付けられていることを特徴とする請求項１５に記載の力測定メカニズム。
17. 前記作動手段は、一つかそれ以上の前記力入力部材の、振動や形状変化及びサイズ変動のうち少なくとも一つを生成するように構成されていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の力測定メカニズム。
18. 前記複数の力入力部材の少なくとも１つのための取外し可能なカバーをさらに備え、それによって前記少なくとも１つの力入力部材の形状、大きさおよび質感の少なくとも１つが変更可能であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
19. 前記複数の力入力手段のいずれか１つを加熱して、ユーザにフィードバックまたは刺激を提供するように構成された加熱手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一に記載の力測定メカニズム。
20. プログラムを実行するコンピュータ装置と、請求項１乃至１９のいずれか一に記載された力測定メカニズムとを有し、前記コンピュータ装置は前記プログラムを実行するとき、前記力測定手段からの力測定信号を入力として受信するように構成されていることを特徴とするシステム。
    

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