WO2007139053A1 - 牽引装置及び牽引装置の牽引力制御方法 - Google Patents

牽引装置及び牽引装置の牽引力制御方法 Download PDF

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Noboru Tanaka
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    • A61H2201/5064—Position sensors

Definitions

  • the present invention relates to a traction device used for traction performed in trimming, orthopedic surgery, and the like, and a traction force control method for the traction device.
  • a conventional pulling device of this type includes a lifting device that suspends the patient's heel and a seat having a fixing device that fixes the thigh, and pulls the seat (upper body of the patient) up and down. Therefore, a sitting traction device that treats the lumbar spine and the like has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • a conventional traction device a load cell that detects traction force is provided and the traction force is detected.
  • a traction device configured to be used for driving control of a motor that is a driving source of traction force has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-88540
  • Patent Document 2 JP 59-118156 A
  • the traction device shown in Patent Document 1 does not specifically describe the force S, which is a device that pulls the rope with a motor and pulls the patient's upper body, and the traction control of the motor.
  • the traction device described in Patent Document 2 is configured to detect the traction force with a load cell and control the traction force by feedback control.
  • feedback control a time lag occurs due to the response time of the load cell as the traction force sensor and the delay time of the feedback circuit. Therefore, as shown in FIG. 7, in such a traction device, at the time t when the detection value detected by the load cell reaches the set traction force (target value) F,
  • the traction device may perform feedback control while increasing the traction force intermittently and stepwise.
  • the traction device first pulls with a traction force of the set traction force F, for example, about 1Z7, and the traction force
  • the traction device raises the traction force step by step to the set traction force F of about 2Z7 and holds the traction force. afterwards
  • the traction device further increases the traction force step by step when the detected value of the load cell is stabilized.
  • the traction device repeats such control and finally pulls with the set traction force F
  • the error between the detected value of the load cell and the actual traction force (actual value) is reduced, so that an excessive traction force is not applied to the to-be-towed body. Can be avoided.
  • this method has a problem that it takes time to reach the target traction force F, which is the target value.
  • the towed body is a human body
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can prevent the excessive towing force force S from being applied to the to-be-to-be-triggered body, and can apply the traction force set quickly and smoothly. It is an object of the present invention to provide a traction device that can be used and a traction force control method for the traction device.
  • a traction force control method for a traction device in which a desired traction force is applied to a to-be-drawn body via a traction mechanism including a fixture and a wire, is a slack portion of the wire. Is converted by a first traction control process that eliminates slack of the wire connected to the to-be-drawn body and a set traction force set by the operation unit into a traction amount, A second traction control process in which the drive mechanism continuously pulls up the wire to the initial target value using a predetermined amount of the traction amount set based on the converted value as an initial target value; The traction force applied to the body is detected.
  • the drive traction time is calculated using the set traction force as the final target value, and the drive mechanism is driven, and the drive stop is performed.
  • the traction device of the present invention for applying a desired traction force to the towed body includes an operation unit for setting the traction force to be applied to the towed body, a fixture attached to the towed body, A traction mechanism for applying a traction force to the to-be-to-be-triggered body, a drive mechanism for winding up the wire, a traction force sensor for detecting a traction force acting on the wire, and a setting by the operation unit.
  • a control circuit that takes in the set output of the set traction force and the detection output of the traction force sensor and drives and controls the drive mechanism, and the control circuit winds up the slack portion of the wire by the drive mechanism
  • a first traction control processing unit that eliminates slackness of the wire connected to the to-be-plotted body, and a converted value is calculated by converting the set traction force into a traction amount, and the check set based on the converted value
  • a final traction force based on a detection output of the traction force sensor and a second traction control processing unit that continuously winds up the wire by the drive mechanism with the predetermined amount of the amount as an initial target value.
  • a third traction control processing unit that calculates the drive stop time of the drive mechanism as a target value, drives the drive mechanism, and stops the drive of the drive mechanism when the drive stop time is reached.
  • the first traction force control process for winding up the slack of the wire is executed in order to increase the accuracy of conversion between the traction amount and the traction force.
  • a second traction control process is executed in which the traction force is controlled to increase until a traction force having a value close to the target value is applied to the to-be-drawn body.
  • a third traction control process is executed so that the drive of the motor, which is the drive mechanism, is stopped when the target traction force is finally reached.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a traction device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration of a main part of the traction device according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the traction device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the traction device according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of control characteristics during initial traction of a traction device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of traction control characteristics of the traction device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of traction control characteristics of a conventional traction device.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of traction control characteristics of a conventional traction device.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a traction device according to an embodiment of the present invention.
  • a traction device 1 according to the present embodiment is connected to a fixing portion 4 by a wire 10 via a fixture 3 and a to-be-to-be-towed body 2.
  • the to-be-towed body 2 is an elastic body, and in FIG. 1, the force schematically illustrated is, for example, a human body.
  • the traction device 1 includes an operation unit 24, a traction mechanism 6, a motor (driving mechanism) 15, a load cell (traction force sensor) 17, and a control circuit 25.
  • the operation unit 24 sets the traction force to be applied to the to-be-triggered body 2.
  • the traction mechanism 6 includes a fixture 5 attached to the to-be-to-be-towed body 2 and a wire 10 connected to the fixture 5.
  • the traction mechanism 6 applies a traction force to the pulled body 2.
  • Motor 15 winds up wire 10.
  • the load cell 17 detects the traction force acting on the wire 10.
  • the control circuit 25 takes in the setting output of the traction force set by the operation unit 24 and the detection output of the load cell 17 and drives and controls the motor (drive mechanism) 15.
  • the wire 10 is taken up by a take-up roller 13 via pulleys 11 and 12.
  • the driving force is the rotational force of the motor 15 and is transmitted to the rotating shaft of the take-up roller 13 via the speed reduction mechanism 14.
  • the rotation speed detector 16 is a detector that detects the number of rotations of the motor.
  • the detection output of the rotation speed detector 16 is input to the control circuit 25.
  • the traction device 1 also includes a DC amplifier 20, an adder 21, a PWM converter 22, a motor drive circuit 23, a display unit 27, and a display drive circuit 26.
  • the DC amplifier 20 amplifies the detection output of the port cell 17.
  • the adder 21 controls the output signal of the DC amplifier 20 and the control signal. Add the control signal output from control circuit 25.
  • the PWM converter 22 outputs a pulse signal with a duty corresponding to the output level of the adder 21.
  • the motor drive circuit 23 outputs a drive signal to the motor 15.
  • the display drive circuit 26 drives the display unit 27.
  • the control circuit 25 includes the following traction control processing unit.
  • the first traction control processing unit winds up the slack portion of the wire 10 by the motor 15 and eliminates the slackness of the wire 10 connected to the to-be-to-be-drawn object 2.
  • the second traction control processing unit calculates the converted value by converting the set traction force set by the operation unit 24 into the traction amount, and the portion of the traction amount set based on the converted value.
  • the wire 10 is continuously wound up by the motor 15 up to the initial target value with the fixed quantity as the initial target value.
  • the third traction control processing unit detects the traction force applied to the driven object 2 by the load cell 17, and drives the motor 15 with the set traction force as the final target value based on the detection output of the load cell 17. While the stop time is calculated, the drive mechanism of the previous period is driven, and when the drive stop time is reached, the drive of the motor 15 is stopped.
  • the operation unit 24 has a plurality of key forces.
  • the display unit 27 displays the key functions of the operation unit 24, the treatment mode, various parameters, traction force, error, and the like.
  • FIG. 2 shows a specific configuration related to traction control in the traction device shown in FIG.
  • the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the load cell 17 has a bridge circuit composed of resistors Rl, R2, R3, and R4, and resistors R5 and R6.
  • the power supply voltage is applied to the bridge circuit via resistors R5 and R6.
  • the DC amplifier 20 inputs a signal TRC-ADIN obtained by amplifying the output of the bridge circuit, that is, the detection output of the load cell 17, to the terminal 251 of the control circuit 25.
  • the adder 21 is added with a control output TRC—CNT corresponding to the traction force set by the operation unit 24 from the terminal 252 of the control circuit 25 and the signal TRC—ADIN.
  • the added output is input to the terminal 253 of the control circuit 25 and also input to the inverting input terminal of the comparator 220 constituting the PWM converter 22.
  • the non-inverting input terminal of the comparator 220 is output from the triangular wave generator 221.
  • a triangular wave signal is input.
  • the triangular wave signal and the output of the adder 21 are compared by the comparator 220, whereby a pulse signal having a duty corresponding to the output level of the adder 21 is output to the motor drive circuit 23.
  • a voltage of +24 V is applied between both terminals of the motor 15 via the switching elements 231 and 233. Both terminals of the motor 15 are grounded via the switching elements 232 and 234.
  • the switching elements 231 to 234 are ON / OFF controlled based on a control signal output from the control circuit 25 so that the motor 15 rotates in the forward direction or the reverse direction. That is, the control signal from the control circuit 25 is input to the motor drive circuit 230, and the output signal of the comparator 220 is output to the gate of a specific switching element among the switching elements 231 to 234.
  • step 301 The number of rotations. ) Is determined (step 301). If the determination in step 301 is “No”, the process returns to step 300 and the rotation drive of the motor 15 is continued.
  • the motor is slightly rotated and stopped, and it is repeatedly performed to determine whether or not the force has reached the predetermined traction force F.
  • the wire 10 is loosened during the initial traction immediately after the start of the traction force control.
  • the following traction force control may be performed for traction up to a sufficient traction force (5 kg) to roll up the part.
  • the control output TRC—CNT is raised.
  • the control output TRC-CNT of the control circuit 25 and the output signal TRC-ADIN of the DC amplifier 20 are compared. If there is a difference of 2 kg or more, the rise of the control output TRC-CNT of the control circuit 25 is stopped. . After that, when this difference in traction force falls within lkg, the control output TRC-CNT rises again.
  • step 303 determines whether the first traction force control process is substantially applied to the to-be-to-be-towed body 2.
  • the drive of the motor is resumed (step 304).
  • 0 0 is, for example, 75% of a value obtained by converting the traction force F, which is a target value, into a traction amount.
  • the outline of the second traction force control process is as described above.
  • the force step 305 may be determined by the traction force instead of the traction amount.
  • movement judged by tractive force is demonstrated.
  • the control output TRC-CNT is increased to the set tractive force F at the set speed.
  • the control output TRC—CNT reaches the set tractive force F, the value is held.
  • the output signal TRC—ADIN of the DC amplifier 20 reaches 75% of the set traction force F (point A in FIG.
  • step 305 in terms of the amount of traction, that is, the determination in step 305 is “ If “Yes”, the value of the control output TRC-CNT is lowered to the level of 75% of the set tractive force F (the amount corresponding to B in Fig. 6).
  • This position shifts to the third traction force control process that increases the level of the control output TRC-CNT at the set traction speed.
  • control is performed to stop the traction by the motor 15 in a state where the traction force applied to the to-be-drawn body is properly matched with the set traction force F that is the target value.
  • the driving of the motor 15 is stopped at time t (step 306).
  • the driving time ⁇ t of the motor 15 required for the traction force applied to the trailer 2 to reach the set traction force ⁇ is calculated (step 307).
  • the motor 15 is driven, and a timer T for measuring the driving time of the motor 15 is reset (steps 308 and 309).
  • it is determined whether or not the driving time T of the motor 15 has reached T At (step 310).
  • the driving time T of the motor 15 reached ⁇ ⁇ t at time t
  • the first traction force control process for winding up the slack of the wire is executed in order to increase the conversion system between the traction amount and the traction force.
  • the second traction control process is executed to control to increase the traction force until a traction force with a value close to the target value is applied to the to-be-towed object!].
  • a third traction control process is executed so that the drive of the motor, which is the drive mechanism, is stopped when the traction force that finally reaches the target value is reached.
  • the present invention can be applied to a traction device used in body trimming, orthopedic surgery, and the like. According to the traction force control method of the traction device, it is possible to prevent an excessive traction force from being applied to the to-be-to-be-triggered body and to apply a traction force that becomes a target value quickly and smoothly.

Abstract

　本発明の牽引装置において、制御回路２５は、以下の牽引制御処理部を有する。まず、第１の牽引制御処理部は、ワイヤ１０の弛み部分をモータ１５により巻き上げて、被牽引体２に連結したワイヤ１５の弛みをなくす。次に、第２の牽引制御処理部は、操作部２４により設定された設定牽引力を牽引量に換算して換算値を算出し、その換算値に基づいて設定された牽引量のうちの所定量を初期目標値としてその初期目標値まで連続的にワイヤ１０をモータ１５により巻き上げる。次に、第３の牽引制御処理部は、ロードセル１７により被牽引体２に印加されている牽引力を検知し、そのロードセル１７の検知出力に基づいて設定牽引力を最終目標値としてモータ１５の駆動停止時間を算出するとともに前期駆動機構を駆動し、その駆動停止時間に達した時点でモータ１５の駆動を停止させる。

Description

明 細 書
牽引装置及び牽引装置の牽引力制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、整体、整形外科等で行われる牽引に用いる牽引装置及び牽引装置の 牽引力制御方法に関する。
本願 ίま、 2006年 5月 30曰【こ、曰本【こ出願された特願 2006— 149717号【こ基づさ 優先権を主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 従来のこの種の牽引装置としては、患者の腋の下を吊る吊り上げ装置と腿を固定 する固定具を有する座部とを備え、座部（患者の上半身)を上下に牽引することによ つて、腰椎等を治療する座位牽引装置が提案されている (例えば、特許文献 1参照） また、従来の牽引装置として、牽引力を検出するロードセルを有し、牽引力を検出 するとともに、その検出信号を牽引力の駆動源であるモータの駆動制御に使用する ように構成された牽引装置が提案されている (例えば、特許文献 2参照)。
特許文献 1：特開 2003— 88540号公報
特許文献 2：特開昭 59— 118156号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] し力しながら、特許文献 1に示された牽引装置は、モータでロープを巻き上げ、患 者の上半身を牽引する装置である力 S、モータの牽引制御についての具体的記載は ない。
特許文献 2に記載の牽引装置は、ロードセルで牽引力を検出してフィードバック制 御により牽引力を制御するように構成されている。フィードバック制御では、牽引力セ ンサとしてのロードセルの応答時間、フィードバック回路の遅延時間等によりタイムラ グが生じる。したがって、図 7に示すようにこのような牽引装置では、ロードセルにより 検出される検出値が、設定された牽引力（目標値) Fに達した時点 tにおいて、被牽
0 i 引体に実際に印加される牽引力（実際値)が一時的に過牽引になってしまう問題が ある。
この過牽引を低減させるために、図 8に示すように、牽引装置が牽引力を間欠的か つ段階的に増加させながら、フィードバック制御を行うことも考えられる。この場合、牽 引装置は、まず、設定牽引力 Fの例えば 1Z7程度の牽引力で牽引し、その牽引力
0
を保持する。次に、牽引装置は、ロードセルからの検出値が安定した時点で、牽引力 を設定牽引力 Fの 2Z7程度に段階的に引き上げ、その牽引力を保持する。その後
0
、牽引装置は、ロードセルの検出値が安定した時点でさらに牽引力を段階的に引き 上げる。牽引装置は、このような制御を繰り返して最終的に設定牽引力 Fで披牽引
0
体を牽引する。このようなフィードバック制御によれば、図 8に示すように、ロードセル の検出値と、実際の牽引力（実際値)との誤差は小さくなるので、被牽引体に過度の 牽引力が印加されることは回避できる。しかし、この方法では、目標値である設定牽 引力 Fに達するまでに時間が力かってしまう問題がある。また、被牽引体が人体であ
0
る場合には、牽引力が小刻みに変化するため使用感が不快であるという問題もある。
[0004] 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被牽引体に対し過牽引力 力 Sかかることを防止することができるとともに、速やかにかつ円滑に設定された牽引力 を印加することが可能な牽引装置及び、牽引装置の牽引力制御方法を提供すること を目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上記目的を達成するために、被牽引体に固定具と、ワイヤとを含む牽引機構を介し て所望の牽引力を印加する本発明の牽引装置の牽引力制御方法は、前記ワイヤの 弛み部分を駆動機構により巻き上げて、前記被牽引体に連結した前記ワイヤの弛み をなくす第 1の牽引制御過程と、操作部により設定された設定牽引力を牽引量に換 算して換算値を算出し、前記換算値に基づいて設定された牽引量のうちの所定量を 初期目標値として前記初期目標値まで連続的に前記ワイヤを前記駆動機構により卷 き上げる第 2の牽引制御過程と、前記被牽引体に印加されている牽引力を検知する 牽引力センサの検知出力に基づいて前記設定牽引力を最終目標値として前記駆動 機構の駆動停止時間を算出するとともに前記駆動機構を駆動し、前記駆動停止時 間に達した時点で前記駆動機構の駆動を停止させる第 3の牽引制御過程とを有する
[0006] また、被牽引体に所望の牽引力を印加する本発明の牽引装置は、前記被牽引体 に印加する牽引力を設定する操作部と、前記被牽引体に取り付けられた固定具と、 固定具に連結されたワイヤとを含み、前記被牽引体に牽引力を印加する牽引機構と 、前記ワイヤを巻き上げる駆動機構と、前記ワイヤに作用する牽引力を検知する牽引 力センサと、前記操作部により設定された設定牽引力の設定出力及び前記牽引力 センサの検知出力を取り込み、前記駆動機構を駆動制御する制御回路とを有し、前 記制御回路は、前記ワイヤの弛み部分を前記駆動機構により巻き上げて、前記被牽 引体に連結した前記ワイヤの弛みをなくす第 1の牽引制御処理部と、前記設定牽引 力を牽引量に換算して換算値を算出し、前記換算値に基づいて設定された牽引量 のうちの所定量を初期目標値として前記初期目標値まで連続的に前記ワイヤを前記 駆動機構により巻き上げる第 2の牽引制御処理部と、前記牽引力センサの検知出力 に基づいて前記設定牽引力を最終目標値として前記駆動機構の駆動停止時間を算 出するとともに前記駆動機構を駆動し、前記駆動停止時間に達した時点で前記駆動 機構の駆動を停止させる第 3の牽引制御処理部とを有する。
[0007] したがって、本発明の牽引力制御方法および牽引装置によれば、まず、牽引量と 牽引力との換算の精度を上げるためにワイヤの弛みを巻き上げる第 1の牽引力制御 処理を実行する。次いでフィードバック制御を行わずに、目標値に近い値の牽引力 を被牽引体に印加するまで牽引力を増加させるように制御する第 2の牽引制御処理 を実行する。次いで、最終的に目標値となる牽引力に達する時点で駆動機構である モータの駆動を停止させるように第 3の牽引制御処理を実行する。これらの牽引力制 御処理により、被牽引体に対し過牽引力が力かることを防止することができるとともに 、速やかにかつ円滑に目標値となる牽引力を印加することが可能となる。
発明の効果
[0008] 以上説明したように、本発明によれば、被牽引体に対し過牽引力が力かることを防 止することができるとともに、速やかにかつ円滑に目標値となる牽引力を印加すること が可能となる。 図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の実施形態に係る牽引装置の全体の概略構成を示す図である。
[図 2]図 1に示された本発明の実施形態に係る牽引装置の要部における具体的構成 を示す回路図である。
[図 3]図 1に示された本発明の実施形態に係る牽引装置の動作を示すフローチャート である。
[図 4]図 1に示された本発明の実施形態に係る牽引装置の動作を示すフローチャート である。
[図 5]本発明の他の実施形態に係る牽引装置の初期牽引時における制御特性の一 例を示す図である。
[図 6]図 1に示された本発明の実施形態に係る牽引装置の牽引制御特性の一例を示 す図である。
[図 7]従来の牽引装置の牽引制御特性の一例を示す図である。
[図 8]従来の牽引装置の牽引制御特性の他の例を示す図である。
符号の説明
[0010] 1 牽引装置
2 被牽引体
3、 5 固定具
4 固定部
6 牽引機構
10 ワイヤ
11、 12 プーリ
13 巻き取りローラ
14 減速機構
15 モータ
16 回転数検出器
17 ロード、セノレ
20 直流増幅器 21 加算器
22 PWMコンバータ
23 モータ駆動回路
24 操作部
25 制御回路
26 表示駆動回路
27 表示部
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図 1に本発明の実 施形態に係る牽引装置の概略構成を示す。図 1において、本実施形態に係る牽引 装置 1は、固定具 3と被牽引体 2とを介してワイヤ 10により固定部 4と連結される。被 牽引体 2は、弾性体であり、図 1では、模式的に図示している力 例えば、人体である
[0012] 牽引装置 1は、操作部 24と、牽引機構 6と、モータ (駆動機構） 15と、ロードセル (牽 引力センサ） 17と、制御回路 25とを有している。操作部 24は被牽引体 2に印加する 牽引力を設定する。牽引機構 6は、被牽引体 2に取り付けられた固定具 5と、固定具 5 に連結されたワイヤ 10とを含む。牽引機構 6は、被牽引体 2に牽引力を印加する。モ ータ 15は、ワイヤ 10を巻き上げる。ロードセル 17は、ワイヤ 10に作用する牽引力を 検知する。制御回路 25は、操作部 24により設定された牽引力の設定出力及びロー ドセル 17の検知出力を取り込み、モータ (駆動機構） 15を駆動制御する。
ワイヤ 10は、プーリ 11、 12を介して巻き取りローラ 13により巻き取られる。その駆動 力は、モータ 15の回転力であり、減速機構 14を介して巻き取りローラ 13の回転軸に 伝達される。
[0013] 回転数検出器 16は、モータの回転した回数を検出する検出器である。回転数検出 器 16の検出出力は、制御回路 25に入力される。
また、牽引装置 1は、直流増幅器 20と、加算器 21と、 PWMコンバータ 22と、モータ 駆動回路 23と、表示部 27と、表示駆動回路 26とを有している。直流増幅器 20は、口 ードセル 17の検出出力を増幅する。加算器 21は、直流増幅器 20の出力信号と、制 御回路 25から出力される制御信号とを加算する。 PWMコンバータ 22は、加算器 21 の出力レベルに応じたデューティのパルス信号を出力する。モータ駆動回路 23は、 モータ 15に駆動信号を出力する。表示駆動回路 26は、表示部 27を駆動する。
[0014] 制御回路 25は、以下の牽引制御処理部を有する。まず、第 1の牽引制御処理部は 、ワイヤ 10の弛み部分をモータ 15により巻き上げて、被牽引体 2に連結したワイヤ 10 の弛みをなくす。次に、第 2の牽引制御処理部は、操作部 24により設定された設定 牽引力を牽引量に換算して換算値を算出し、その換算値に基づいて設定された牽 引量のうちの所定量を初期目標値としてその初期目標値まで連続的にワイヤ 10をモ ータ 15により巻き上げる。次に、第 3の牽引制御処理部は、ロードセル 17により被牽 引体 2に印加されている牽引力を検知し、そのロードセル 17の検知出力に基づいて 設定牽引力を最終目標値としてモータ 15の駆動停止時間を算出するとともに前期駆 動機構を駆動し、その駆動停止時間に達した時点でモータ 15の駆動を停止させる。 操作部 24は複数のキー力も構成されて 、る。表示部 27は操作部 24のキーの機能 、治療モード、各種パラメータ、牽引力、エラー等の表示を行う。
[0015] 次に、図 1に示した牽引装置における牽引制御に関連する具体的構成を図 2に示 す。図 2において、図 1に示した要素と同一の要素には同一の符号を付し、重複する 説明は省略する。
図 2において、ロードセル 17は、抵抗 Rl、 R2、 R3、 R4からなるブリッジ回路と、抵 抗 R5、 R6とを有している。ブリッジ回路には抵抗 R5、 R6を介して電源電圧が印加さ れる。ワイヤ 10に牽引力が作用すると、ブリッジ回路のバランスが崩れて牽引力の大 きさに応じたレベルの直流電圧が出力される。
[0016] 直流増幅器 20はブリッジ回路の出力、すなわちロードセル 17の検出出力を増幅し た信号 TRC— ADINを制御回路 25の端子 251に入力する。
加算器 21には、制御回路 25の端子 252から操作部 24により設定された牽引力に 応じた制御出力 TRC— CNTと、信号 TRC— ADINとが加算される。その加算出力 は制御回路 25の端子 253に入力されるとともに、 PWMコンバータ 22を構成するコン パレータ 220の反転入力端子に入力される。
[0017] 一方、コンパレータ 220の非反転入力端子には、三角波発生器 221から出力され る三角波信号が入力される。この三角波信号と加算器 21の出力とがコンパレータ 22 0で比較されることにより加算器 21の出力レベルに応じたデューティのパルス信号が モータ駆動回路 23に出力される。
[0018] モータ駆動回路 23において、モータ 15の両端子間にはスイッチング素子 231、 23 3を介して例えば、 + 24Vの電圧が印加される。モータ 15の両端子は、スイッチング 素子 232、 234を介して接地される。スイッチング素子 231〜234は、制御回路 25か ら出力される制御信号に基づ!/、てモータ 15が正方向または逆方向に回転するように 、オン、オフ制御される。すなわち、制御回路 25からの制御信号はモータ駆動回路 2 30に入力され、スイッチング素子 231〜234のうち特定のスイッチング素子のゲート にコンパレータ 220の出力信号が出力される。
[0019] 上記構成からなる牽引装置の動作について図 3及び図 4のフローチャートを参照し て説明する。図 3及び図 4において、ユーザにより操作部 24を用いて所望の目標値と なる牽引力が設定され、牽引動作を開始させるためのスィッチが操作されると、モー タ 15が駆動される (ステップ 300)。次に、回転数検出器 16の検出出力に基づいて モータ 15が回転した回数 Rが R=R (Rは、初期牽引時における牽引量に対応する
0 0
回転した回数とする。 )になったか否かを判定する (ステップ 301)。ステップ 301の判 定が「否定」である場合には、ステップ 300に戻り、モータ 15の回転駆動を継続する。
[0020] また、ステップ 301の判定が「肯定」である場合には、モータ 15の駆動を停止する（ ステップ 302)。次いで牽引力 Fが F=Fになったか否かを判定する（ステップ 303)。 すなわち、被牽引体 2に印加されている牽引力 Fがワイヤ 10の弛み分を巻き上げる のに十分な牽引力 Fに達した力否かを判定する。この牽引力 Fは、本実施形態で は例えば、 5kgに設定される。ステップ 303の判定が「否定」である場合には、ステツ プ 300に戻る。このようにして、ワイヤ 10の弛み部分を巻き上げるために、モータ 15 を少し回転しては、停止させ、牽引力 Fが F=Fになるまで、この動作を繰り返す。 このステップ 300〜303まで力 第 1の牽引制御処理である。
[0021] ここで、上述した牽引力制御では、モータを少し回転させては、停止させ、所定の 牽引力 Fに達した力否かを判定することを繰り返し行うようにした。別の方法として、 図 5に示すように、牽引力制御の開始直後の初期牽引時においては、ワイヤ 10の弛 み分を巻き上げるのに十分な牽引力 （5kg)までの牽引は、以下の牽引力制御を 行うようにしてもよい。まず、制御出力 TRC— CNTを上昇させる。次いで、制御回路 25の制御出力 TRC— CNTと直流増幅器 20の出力信号 TRC— ADINとを比較し、 2kg以上の差があった場合は、制御回路 25の制御出力 TRC—CNTの上昇を停止 させる。その後、この牽引力の差が lkg以内になったときに制御出力 TRC—CNTの 上昇を再開させる。これらの牽引力制御を牽引力が Fに達するまで繰り返し行う。
[0022] 一方、ステップ 303の判定が「肯定」である場合には、第 1の牽引力制御処理を終 了し、被牽引体 2に実質的に牽引力を作用させる第 2の牽引力制御処理に移行する すなわち、モータの駆動を再開する (ステップ 304)。次いで、牽引量 Lが L=L (L
0 0 は、本実施形態では、目標値である牽引力 Fを牽引量に換算した値の例えば、 75% とする。）に達した力否かを判定する (ステップ 305)。この判定において、牽引量は、 回転数検出器 16で検知した回転数に基づき算出される。ステップ 305の判定が「否 定」であれば、処理はステップ 304に戻り、「肯定」であれば、次の処理ステップに進 む。
[0023] 第 2の牽引力制御処理の概略は上記のとおりだ力 ステップ 305は、牽引量の代わ りに牽引力で判断してもよい。以下、牽引力で判断する具体的動作を説明する。 第 2の牽引力制御処理では、図 6に示すように、制御出力 TRC—CNTを設定牽引 力 Fまで設定のスピードで上昇させる。制御出力 TRC—CNTが設定牽引力 Fに達 したら、その値を保持する。次いで、直流増幅器 20の出力信号 TRC— ADINが牽 引量に換算して設定牽引力 Fの 75% (図 6において Aの地点）に達した時点 t、すな わち、ステップ 305の判定が「肯定」になれば、制御出力 TRC—CNTの値を、設定 牽引力 Fの 75%のレベルまで（図 6において Bに相当する量）下げる。
この位置カゝら制御出力 TRC—CNTのレベルを設定された牽引速度で上昇させる 第 3の牽引力制御処理に移行する。この第 3の牽引力制御処理では、被牽引体に印 カロされる牽引力が目標値である設定牽引力 Fに正しく合わせた状態でモータ 15によ る牽引を停止させる制御を行う。
[0024] 第 3の牽引処理ではまず、時刻 tで、モータ 15の駆動を停止する（ステップ 306)。 次いで、ロードセル 17の検出出力に基づいて被牽引体 2に印加される牽引力が設 定牽引力 ^に達するのに要するモータ 15の駆動時間 Δ tを算出する (ステップ 307) 。次いで、モータ 15を駆動するとともに、モータ 15の駆動時間を計時するタイマ Tをリ セットする（ステップ 308、 309)。次いでモータ 15の駆動時間 Tが T= A tに達したか 否かを判定する（ステップ 310)。モータ 15の駆動時間 Tが時刻 t で Τ= Δ tに達した
nl
場合には、モータ 15の駆動を停止する (ステップ 311)。
[0025] 以上に説明したように、本実施形態に係る牽引装置によれば、まず、牽引量と牽引 力との換算の制度を上げるためにワイヤの弛みを巻き上げる第 1の牽引力制御処理 を実行する。次いでフィードバック制御を行わずに、目標値に近い値の牽引力を被 牽引体に印加するまで牽引力を増力!]させるように制御する第 2の牽引制御処理を実 行する。次いで、最終的に目標値となる牽引力に達する時点で駆動機構であるモー タの駆動を停止させるように第 3の牽引制御処理を実行する。これらの牽引力制御に より、被牽引体に対し過牽引力が力かることを防止することができるとともに、速やか にかつ円滑に目標値となる牽引力を印加することが可能となる。
産業上の利用可能性
[0026] 本発明は、整体、整形外科等で用いられる牽引装置に適用することができる。この 牽引装置の牽引力制御方法によれば、被牽引体に対し過牽引力が力かることを防 止することができるとともに、速やかにかつ円滑に目標値となる牽引力を印加すること ができる。

Claims

請求の範囲
[1] 被牽引体に固定具と、ワイヤとを含む牽引機構を介して所望の牽引力を印加する 牽引装置の牽引力制御方法において、
前記ワイヤの弛み部分を駆動機構により巻き上げて、前記被牽引体に連結した前 記ワイヤの弛みをなくす第 1の牽引制御過程と、
操作部により設定された設定牽引力を牽引量に換算して換算値を算出し、前記換 算値に基づいて設定された牽引量のうちの所定量を初期目標値として前記初期目 標値まで連続的に前記ワイヤを前記駆動機構により巻き上げる第 2の牽引制御過程 と、
前記被牽引体に印加されている牽引力を検知する牽引力センサの検知出力に基 づいて前記設定牽引力を最終目標値として前記駆動機構の駆動停止時間を算出す るとともに前記駆動機構を駆動し、前記駆動停止時間に達した時点で前記駆動機構 の駆動を停止させる第 3の牽引制御過程と、
を有する牽引装置の牽引力制御方法。
[2] 被牽引体に所望の牽引力を印加する牽引装置において、
前記被牽引体に印加する牽引力を設定する操作部と、
前記被牽引体に取り付けられた固定具と、前記固定具に連結されたワイヤとを含み 、前記被牽引体に牽引力を印加する牽引機構と、
前記ワイヤを巻き上げる駆動機構と、
前記ワイヤに作用する牽引力を検知する牽引力センサと、
前記操作部により設定された設定牽引力の設定出力及び前記牽引力センサの検 知出力を取り込み、前記駆動機構を駆動制御する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記ワイヤの弛み部分を前記駆動機構により巻き上げて、前記 被牽引体に連結した前記ワイヤの弛みをなくす第 1の牽引制御処理部と、
前記設定牽引力を牽引量に換算して換算値を算出し、前記換算値に基づいて設 定された牽引量のうちの所定量を初期目標値として前記目標値まで連続的に前記ヮ ィャを前記駆動機構により巻き上げる第 2の牽引制御処理部と、 前記牽引力センサの検知出力に基づいて前記設定牽引力を最終目標値として前 記駆動機構の駆動停止時間を算出するとともに前記駆動機構を駆動し、前記駆動 停止時間に達した時点で前記駆動機構の駆動を停止させる第 3の牽引制御処理部 とを有する牽引装置。
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