長野工業高等専門学校紀要 ･第27号 (1993) 9
福 祉 関 連 機 器 の 開 発
― 関 節 角 度 計 の 改 良 ― 宮尾芳一 青木博夫 和田一秀
The Development of the Apparatus for Rehabilitation
―Improvement on the Human‑Joint Goniometer―
Yoshikazu MIYAO HirooAOKI Kazuhide WADA
Nowadays,thefollowingsaredemandedthatreducingtheinconvenienceofthe physicallyhandicappedpeopletorisedegreeofself･reliance,anddecreasingtheamount ofaidofthehelper.
Sowearedevelopingtheapparatusforrehabilitationtocontributetothosepeople applyingthemechanicalandelectricaltechnology.Thistime,wepickedupthejoint goniometerwhichissortedasexaminationtoolsandthenmanufacturedtheimproved sample.
Thefeaturesofthisgoniometerare:
1) Itiseasytousethissystem,becauseangleisdisplayedindigital,andbyconnecting thistopocketcomputer,operatorneednotrecordthedata.
2) Theangledataaredisplayeddirectlyto7segmentsLEDdisplay.So,thissystem caneliminateA/Dconverteranddriverswhichareusuallyneededtothistypesystem.
1. は じ め に
現在,急速 な勢いで高齢化社会を迎 えよ うとしている.身体障害者に加 え,障害を もつ高 齢者など福祉機器を必要 としている人 は年々増加 し,必要 とされる機器 も多様化 している.
昨今,福祉機器に関す る関心が高ま りつつあ り,福祉機器 は商業べ‑スでかな り開発 されて いる. しかし障害の状態が異なるためか,対応が遅れている部分がある. また,工学的技術 の進歩によ り,最近開発が可能になった機器 もある.そこで工学的技術 によ り,高齢者,障 害者の‑ソディキャップを低減 させ自立度 を高めた り,介著者の介護量を軽減 し,個人の生 活が少 しでも改善 され ることが要望 されている(l).
た しかに障害者には,人 による介護の方が望 ましいが, プライバシイの問題があるときに はむ しろ機械の方が良い場合がある. さらに,介雷者の数が足 りないのが現状であ り,大 き な力を必要 とす る場合 など機械の支援が重要 となる.
■機械工学科 助教授
= 電気工学科 助教授
=●機械工学科 技官
原稿受付 平成5年9月30日
そ こで我々は,工学的技術 で少 しでも社会 に貢献すべ く福祉関連機器の開発を行 っている.
今 回は比較的改善の余地 がある一例 として,後述す る検査用機器 に分類 され る関節角度計 に ついて,実際に使 ってい る人の要望を取 り入れ,検討 を加 え関節角度計を製作 したので報告 す る.
2.福祉関連機器の分類
障害者 の障害 をカ,I‑す るための用品 は福祉機器,福祉関連機器, リ‑ ビリテ‑シ ョソ機 器 な ど様 々の呼 び方をされ分類 も唆味な点がある.
まず,ISOの定義 を示す.｢障害者が使用す る製品,機器 システムで障害者 のひとつ もし くは複合 した機能 ･形態障害,能力低下及 び社会的不利 の防止 ･代償 もしくは軽減 または中 和 をはかるために特別 に作 ったか, または,既製品 として存在す るもの｣ としている.
福祉関連機器 の分類の仕方は色々ある.障害の内容か ら,肢体不 自由者用,視覚障害者用, 聴覚障害者用,言語機能障害着用,平衡機能障害者用,内部機能障害者用,精神薄弱者用 な
どと分 け られ ることがある.
ここでは障害者の 日常生活 における障害をカバ ーす るための補助機器,障害機能を訓練 し 回復す るための機器,障害の程度を測定す る検査機器 に大別す る. これ らの例 を表1に示す.
3.関節角度計の製作 3‑ 1 関節角度測定の現状
腕,脚 など身体部位の関節の可動範囲を測定す ることは,患者の障害の程度 および機能回
表1 福祉関連機器例
＼ 補 助 機 器 訓 練 機 器 検 査 機 器
車椅子
身障者運転自動車 起立訓練具
辛 衣類用自助具マジックハンド 手指訓練用粘土鉄アレイ 握力計関節角度計 各種スイッチ 訓練用ブロック
電動歯ブラシ 握 り訓練具
目 点字器類盲人用時計 眼球運動訓練機器
ロ,耳 補聴器 言語訓練機器 聴力測定器
タイプライターワ‑プロ,パソコン 聴覚訓練機器
体全体 電動ベッド障害者用浴槽障害者用キッチン障害者用 トイレ 訓練用マット 車椅子用体重計 .
福祉 関連機器 の開発 ll 復 の程度を知 る うえで重要である.図
1に可動域記入用紙例の一部を示す.
このように頚部から手足の関節 まで測 定箇所が多い.
従来 この測定には図2に示す よ うな 半円分度器のゼ ロ皮線にそった スケー ル と,分度器の中心を支点 として回転 す る可動スケールで角度を測定 してい た.測定箇所が多 く,両手を使 い測定 した後,結果を用紙に記入す るため測 定 に時間がかかった.そこで片手で動 作 で きるもの等が発表 されてきた(2). しかし,まだ使 い易 さなどの点で改良 の要望が強かった.そ こで関節角度計 を検討 し,試作 した.
3‑ 2 関節角度計の具備条件 製作す るにあた り,測定者の要望点 を列挙すると次のようになる.
① 測定が身体に影響を与 えないこ と.
(診 読み取 り目盛 は5度以下 のこと.
(診 操作が容易であること.
径) 持ち運びが容易であること.
⑤ デ ィジタル表示であること.
⑥ プ リンタ等に出力できること.
3‑ 3 角度測定方法の比較
角度を測定す るためには従来式以外 にも色々な方法が考 えられ る.その代 表的なものを表2に示す.角度を簡単 にデ ィジタル表示できるロータ 1)エ ソ コーダ式,角度を電気抵抗値,電圧 に 変換 し針を振 らせる指針式,回転形可 変抵抗器を用い,角度を最終的にデ ィ
ジタル表示にす る可変抵抗式, ロータ リエンコーダの原理を応用 し,各角度 に対応す るディジタル表示のための接 点部を有す る接点式に分類 した.それ
氏名 疾 患名 年令
検 査年 月 日 右 左 頚 部 屈 曲 胸 鎖乳突筋 C2‑3
伸 展 僧帽筋 (上部) C2一一
冒甲
骨 内 転 僧 帽筋 (中部),菱形筋 C2‑5
外 転 前鋸筋 C5‑7
挙 上 甘 甲挙筋,僧帽筋 (上部 ) C2一一
下 制 僧帽筋 (下部) C2一一
体
･幹 屈 曲 股直筋 Th7‑12
伸 展 脊柱起立筋群 相 当す る脊随神経 回 旋 内 .外腹斜筋 Th一一.2 骨盤挙上 腰 方形筋 Th.2‑L2
股 関
節 屈 曲 腸腰筋 L
1
‑.
伸 展 大殿筋,Hamstrings L.‑S2
内 転 内転筋群 L.‑.
外 転 中殿筋 L.‑Sl
内 旋 小殿筋.大腿茄膜 張筋 LrSl 外 旋 閉止筋,梨状筋,双方筋,‑方形筋 L3‑S2
大腿筋膜 張筋 L一一S1
縫工 筋 L2‑(4)
膝 関
節 屈 曲 大腿二頭 筋 L.‑S3 半腰.半膜様 筋 L4‑S3 伸 展 大 腿四頭 筋 L2‑.
足関節 背 屈 前歴骨筋 ,長指伸筋 L一一Sl 底 屈 麟 腹筋, ヒラメ筋 S1‑2 足 部 内 返 し 後肢骨筋 Ls二Sl
外 返 し 長 .短排骨筋 L一一Sl
母指 MP屈 曲 短母指屈筋 Ls‑Sl
伸 展 短母指伸筋 L●‑Sl
1一一 屈 曲 長母指屈筋 L5‑S2
伸 展 長母指伸筋 L.‑SI
足
指 MP屈 曲 虫様筋 L8‑S2
伸 展 良 .短指 伸筋 L.‑Sl PⅠP屈 曲 短指屈筋 Ls‑S1 DⅠP屈 曲 長指屈筋 L5‑S1
図 1 可動域記入用紙例
図2 従来式関節角度計
表2 角度測定方法の比較
測 定 方 式 精 度 携帯性 操作性 低廉性
p‑クリエンコーダ式
◎
○◎
△指 針 式 △ ○ ○
◎
可 変 抵 抗 式 ○ ○
◎
○接 点 式 ○ ○
◎
○従 来 式 △
◎
△◎
ぞれ長所短所 があるが,今回は安価でデ ィジ (K n )
タル表示ので きる可変抵抗式,接点式の関節 角度計 を製作 した.
3‑4 可変抵抗式関節角度計の製作 回転形可変抵抗器 の回転角度 と抵抗値 の比 例関係 は図3のよ うになる. これによ りセ ン サ部 として回転形可変抵抗器を利用 して精度 上問題無 いことがわかる.
図4に示す プロセスで測定角度 をデ ィジタ ル表示す るための電気回路 を構成 し関節角度 計 を製作 した. これは条件 の(D〜(勤を満た し
ている.使用法は簡単で,関節を測定す る状
0 90 180
(d守g)
図3‑‑可変抵抗器の角度一抵抗値特性 態 に し関節角度計 のスケールを関節 にあわせ,
可動 スケール上 のスィ .ッチを押すだけで関節の角度を測定 し,デ ィジタル表示できる.
測定 の精度 を上 げるため90度,180度 な ど任意 の角度で簡単 に校正で きるよ うにした. 普 た,電源安定化 のため回路用電源 と可変抵抗用電源を別 に した.測定部 を腕用,指用 など各 関節 に合わせ て取 り替 え可能 とした.
可変 抵抗
2進変 10換進 7セ グ メ ン ト変 換図4 可変抵抗式ディジタル表示のプロセス
3‑5 接点式関節角度計の製作
デ ィジタル表示は7セグメン トLEDの各セ グメン トを並列 に配 し,各 セグメソ トの点灯 及 び消灯を切 り替 えることでで きる.角度 に対応 した各セグメソ トの点灯,消灯用のスイ ッ チを有す る方法で製作 した. これは図4に示す よ うに抵抗値 をデ ィジタル表示す るために必 要 なプロセスの うち,可変抵抗 か ら7セグメン ト変換 までの回路 を省略でき,回路の簡素化 がはかれ る.
例 えは,LEDで rlJを表示 させ るには図5の1と4のみを点灯 させ,他 のセグメン ト
福祉関連機器の開発
国5 搾 )!1.人 17fトジP /I.JJlll三･の JJu三
はテ門灯になるよ うけTる.lJz示 部 はlの位,10の位,川Oの化 用 の3個 のLEDか ら構成 され る.角度の 1の位 の表示 は5度 単位での表示 とし,rod,r5J
を表示す る.角度 の10の位 の表 示 は rOj〜 r9』で,100の 位 は180度 ま で の 表 示 な の で
rlJか全消灯である.
この よ うに各角度に応 じて各 セグメン トの点灯,消灯を切 り 麿 えれはよい, このため導電性
13
図6 接点部及 び捲触 ｢ を有す る黄鋼板 に各セグメン ト
の接触子が同心円で動 き,黄銅版 に接す ることで点灯す る.消灯のときは池悶 しない よ う絶 縁す る部分 を切削 し,動 きを平滑化す るために切削 したPr周的こ絶練物 の樹脂 を充朋 した, こ のよ うに角度 に応 じたデ ィジタル表示がで きる接点式関節角度測定計 を製作 した.
3‑6 ポケ コン‑の接続
測定 システムにボケコソを用いることによ り,測定時には各関節の角度を測定す るだけで, データは自動的に取 り込 まれ,作業終了後 まとめて出力可能 となる. このため測定作業 に専 念でき,測定作業時間が大幅 に短縮 され る.
今回作成 した システムを紹介す る.まず,検査の前に測定す る順番に関節名の略号 と測定 す る角度の基準 (図7に示す よ うに 0度 の位置, プラス,マイナスの方向が異 なる) をイソ プ ッ トしてお く.測定す るときは,図8に示す よ うにボケコソ画面の メニュー指示 に従 い被 測定者の氏名 をイソプ ッ トしたのち,関節の略号 などを確認 しなが ら,関節に角度計 のスケ
義示1 表示2 表示3
図7 角度の基準の方法
‑ルをあわせ スイ ッチを押すだ けで関節 角度 がデ ィジタル表示 され る. また,測定値 はボ ケ コソ内に自動的 に取 り込 まれ る.
さらに, プログラム処理 で,被測定者 の前 回の測定値 との比較 を行 えば回復 の度合 もわ か る. また平均,比較及 びグラフ化 な ど種 々 のデータ処理 を行 うシステ ムに発展 させ るこ
とがで きる.
4.お わ り に
高齢者,障害者 の‑ ソデ ィキ ャ ップを低減 させ 自立度 を高めた り,介護者 の介護量 を軽
+ ソクテイカシヨヲ ニユウTJヨク シテクダサイ *
暮 ウデカンセツ...1 エビカンセツ‥ ‥ 2*
暮 シメイヲ ニュウTJヨク シテクダサイ +
* カクドケイヲトジテrクロJノスイッチヲオシテクダサイ *
ソクテイカショC2‑3 カクドヒョウジ 1 + + カクドヲソクティシテクダサイ * カクドヲアワセテス11yチヲオス(1カシ32カイ) ◆ クロ‥ .ソクティ アカ...バス * クロ ON カクド 0
クロ ON カクド 24
ツギノカンセツニウツリマスカ *
YES...9日 N0....7* + シュウリョウ...クロ ト アカ ヲドゥジ ● 9T3...YES
ソクテイカシヨ C2‑4‑1 カクドヒョウジ 1 カクドヲソクティシテクダサイ
カクドヲアワセテスイッチヲオス(1カシヨ2カイ) クロ.‥ソクティ アカ.‥バス
図8 ボケコソの画面表示例 減 し,個人 の生活が少 しで も改善 され るために,我々 は,福祉関連用品の関節角度計 の改良 品を製作 し,次 の事がわか った.
1) 改良品 は操作が簡単 で,測定 ごとにデ‑クを記入す る必要が な く,効率的 に測定 で きる.
2) 7セ グ メソ トLED表示 の電気回路 で はA/D変換 な どが省 略 で き,大 幅 に簡素 化 が可 能である. これ は角度測定器だ けで な く,他 に も応用で きる.
最近 の技術 の進歩 は著 し く, ひ とつ の用品で も種々開発で きる. また, ボケ コソ等 と結合 す ると, データの比較, グ ラフ化 などもで き測定者 の労力が省 け ると思われ る.今後 は不備 な点 を改良 し, よ り実用 に耐 えるように したい.
また,本研究 を行 うにあた り, ご協力Ⅰ臥 ､た本校卒業生翠川祥 司君,長嶋美華 さん,高田 晃君,横浮典子 さんに感謝 いた します. さらに,親切 なご指導, ご助 言 を頂 いた長野 県 リ‑
ビ1)チ‑シ ョソセ ソクーの皆 さんに感謝 の意 を表 します.
参 考 文 献
(1) 例 えは,斎藤正男 :高齢化社会 と機械工学,日本機械学会誌,96,762(1993)
(2)鈴木順一他 :片手操作型関節角度計 の試作,第7回 リ‑工学 カンファレンス講演論文 集, 135(1992)
