专利名称：牵引装置以及牵引装置的牵引力控制方法
技术领域：
本发明涉及用于在身体矫正、整形外科等中进行的牵引的牵引装置以及 牵引装置的牵引力控制方法。
本申请基于2006年5月30日在日本申请的(日本)特愿2006-149717 号主张优先权，并将其内容引用到这里。
背景技术：
作为以往的这种牵引装置，提出了包括用于抬高患者的腋下的抬高装置、 和具有用于固定腿的夹具的座位单元，通过上下牵引座位单元(患者的上半 身)，从而治疗腰推等的座位牵引装置(例如，参照专利文献l)。
此外，作为以往的牵引装置，提出了具有检测牵引力的测力传感器(load cell)，检测牵引力，并将此检测信号用于作为牵引力的驱动源的电动机的驱 动控制的牵引装置(例如，参照专利文献2)。
专利文献1:(曰本)特开2003-88540号公才艮
专利文献2:(日本)特开昭59-118156号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，专利文献1所述的牵引装置是用电动机巻起绳索，并牵引患者的 上半身的装置，但是没有对于电动机的牵引控制的具体的记载。
专利文献2所述的牵引装置，通过利用测力传感器检测牵引力而进行反 馈控制，从而控制牵引力。在反馈控制中，由于作为牵引力传感器的测力传 感器的响应时间、反馈电路的延迟时间等而产生时间延迟(time lag )。从而， 如图7所示，在这样的牵引装置中，存在导致在通过测力传感器检测的检测 值达到设定的牵引力(目标值)Fo的时刻tj时，实际施加到被牵引体的牵引 力(实际值)暂时成为过牵引的问题。
如图8所示，为了降低过牵引，还考虑牵引装置使牵引力间断且阶段性地增加，并进行反馈控制。此时，牵引装置首先以设定牵引力Fo的例如1/7 左右的牵引力牵引，并保持此牵引力。接着，在来自测力传感器的检测值稳
定后的时刻，牵引装置将牵引力阶段性地提高至设定牵引力Fo的2/7左右， 并保持该牵引力。此后，牵引装置在测力传感器的检测值稳定后的时刻进一 步阶段性地提高牵引力。牵引装置重复这样的控制从而最终以设定牵引力F0 牵引被牵引体。根据这样的反馈控制，如图8所示，测力传感器的检测值和 实际的牵引力(实际值)的误差变小，因此能够避免对被牵引体施加过度的 牵引力的情况。但是，在该方法中，存在到达目标值的设定牵引力Fo为止花 费时间的问题。而且，在被牵引体为人体的情况下，还存在由于牵引力小幅 地变化，因此使用感不舒服的问题。
本发明鉴于这样的问题而完成，其目的在于提供一种能够防止对被牵引 体施加过牵引力的情况，同时可施加迅速且平滑设定的牵引力的牵引装置以 及牵引装置的牵引力控制方法。
解决课题的方法
为了达到上述目的，经由包括夹具、线等的牵引机构对被牵引体施加期 望的牵引力的本发明的牵引装置的牵引力控制方法包括第l牵引控制步骤， 通过驱动机构将所述线的松弛部分巻上，从而消除连接到所述被牵引体的所 述线的松弛；第2牵引控制步骤，将由操作单元设定的设定牵引力换算为牵 引量从而计算换算值，并将基于所述换算值设定的牵引量中的规定量作为初 始目标值，通过所述驱动机构将所述线连续巻上所述初始目标值为止；以及 第3牵引控制步骤，基于用于检测施加到所述被牵引体的牵引力的牵引力传 感器的检测输出，将所述设定牵引力作为最终目标值而计算所述驱动机构的 驱动停止时间，并驱动所述驱动机构，在达到所述驱动停止时间的时刻停止 所述驱动^U勾的驱动。
此外，对被牵引体施加期望的牵引力的本发明的牵引装置包括操作单 元，设定对所述被牵引体施加的牵引力；牵引机构，其包括安装在所述被牵 引体的夹具、和与所述夹具连接的线，对所述被牵引体施加牵引力；驱动机 构，巻上所述线；牵引力传感器，检测作用于所述线的牵引力；以及控制电 路，提取由所述操作单元设定的设定牵引力的设定输出以及所述牵引力传感 器的检测输出，并驱动控制所述驱动机构，所述控制电路包括第1牵引控 制处理单元，通过所述驱动机构巻上所述线的松弛部分，从而消除连接到所述被牵引体的所述线的松弛；第2牵引控制处理单元，将所述设定牵引力换 算成牵引量从而计算换算值，并将基于所述换算值设定的牵引量中的规定量
止；以及第3牵引控制处理单元，基于所述牵引力传感器的检测输出，将所 述设定牵引力作为最终目标值，计算所述驱动机构的驱动停止时间，并驱动 所述驱动机构，在达到所述驱动停止时间的时刻停止所述驱动机构的驱动。
从而，根据本发明的牵引力控制方法以及牵引装置，首先，为了提高牵 引量和牵引力之间的换算的精度，执行巻上线的松弛的第1牵引力控制处理。 接着不进行反馈控制，而是执行进行控制使得接近目标值的值的牵引力施加 到被牵引体为止使牵引力增加的第2牵引控制处理。接着，执行第3牵引控 制处理，使得最终在达到成为目标值的牵引力的时刻停止作为驱动机构的电 动机的驱动。通过这些牵引力控制，能够防止对被牵引体施加过牵引力，并 能够施加迅速且平滑地成为目标值的牵引力。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够防止对被牵引体施加过牵引力，并能够施 加迅速且平滑地成为目标值的牵引力。
图1是表示本发明的实施方式的牵引装置的整体的概略结构的图。 图2是表示图1所示的本发明的实施方式的牵引装置的主要部分的具体 结构的电路图。
图3是表示图1所示的本发明的实施方式的牵引装置的动作的流程图。 图4是表示图1所示的本发明的实施方式的牵引装置的动作的流程图。 图5是表示本发明的其他实施方式的牵引装置的起初牵引时的控制特性 的一例的图。
图6是表示图1所示的本发明的实施方式的牵引装置的牵引控制特性的 一例的图。
图7是表示以往的牵引装置的牵引控制特性的一例的图。 图8是表示以往的牵引装置的牵引控制特性的其他例子的图。 标号说明 1牵引装置
52被牵引体
3、 5夹具
4固定单元
6牵引机构
10线(wire)
11、 12滑轮
13缠绕滚轮
14减速才几构
15电动才几
16转数检测器
17测力传感器
20直流放大器
21加法器
22 PWM变换器
23电动才几马区动电3各
24操作单元
25控制电路
26显示驱动电^各
27显示单元
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图l表示本发明的实施方 式的牵引装置的概略结构。在图1中，本实施方式的牵引装置1经由夹具3 和被牵引体2通过线10与固定单元4连接。被牵引体2是弹性体，在图1中 示意性地图示，但例如是人体。
牵引装置1包括操作单元24、牵引机构6、电动机(驱动机构)15、测 力传感器(牵引力传感器)17、以及控制电路25。操作单元24设定施加到 被牵引体2的牵引力。牵引机构6包括安装在被牵引体2的夹具5和连接到 夹具5的线10。牵引机构6对被牵引体2施加牵引力。电动机15巻上线10。 测力传感器17检测作用于线IO的牵引力。控制电路25取出由操作单元24 设定的牵引力的设定输出和测力传感器17的检测输出，并驱动控制电动机(驱动才几构)15。
线10经由滑轮11、 12通过缠绕滚轮13缠绕。此驱动力是电动机15的 旋转力，经由减速机构14传递到缠绕滚轮13的旋转轴。
转数检测器16是检测电动机旋转的次数的检测器。转数检测器16的检 测输出被输入到控制电路25。
此外，牵引装置1包括直流放大器20、加法器21、 PWM变换器22、电 动机驱动电路23、显示单元27、以及显示驱动电路26。直流放大器20对测 力传感器17的检测输出进行放大。加法器21对直流放大器20的输出信号和 从控制电路25输出的控制信号进行加法运算。PWM变换器22输出与加法器 21的输出电平对应的占空比的脉冲信号。电动^L驱动电^各23对电动冲几15输 出驱动信号。显示驱动电路26驱动显示单元27。
控制电路25具有以下的牵引控制处理单元。首先，第1迁移控制处理单 元由电动机15将线10的松弛部分巻上，从而消除连接到被牵引体2的线10 的松弛。接着，第2牵引控制处理单元将由操作单元24设定的设定牵引力换 算为牵引量从而计算换算值，并将基于该换算值设定的牵引量中的规定量作 为初始目标值，从而通过电动机15连续地将线10巻上直至该初始目标值为 止。接着，第3牵引控制处理单元，根据测力传感器17检测施加到被牵引体 2的牵引力，并基于该测力传感器17的检测输出将设定牵引力作为最终目标 值计算电动机15的驱动停止时间，并驱动所述驱动机构，在达到该驱动停止 时间的时刻4f止电动才几15的驱动。
操作单元24由多个键构成。显示单元27显示操作单元24的键的功能、 治疗模式、各种参数、牵引力、错误(error)等。
接着，图2表示有关图1所示的牵引装置的牵引控制的具体结构。在图 2中，对与图1所示的要素相同的要素附加相同的标号，并省略重复说明。
在图2中，测力传感器17包括由电阻R1、 R2、 R3、 R4构成的桥电路 和电阻R5、 R6。经由电阻R5、 R6对桥电路施加电源电压。在对线10施加 牵引力时，桥电路的平衡被破坏，输出与牵引力的大小对应的电平的直流电 压。
直流放大器20对控制电路25的端子251输入信号TRC_ADIN，所述信 号TRC—ADIN是将桥电路的输出、即测力传感器17的检测输出进行增幅后 的信号。加法器21中，对来自控制电路25的端子252的与由操作单元24设定的 牵引力对应的控制输出TRC一CNT和信号TRC一ADIN进行加法。该加法输出 输入到控制电路25的端子253,并输入到构成PWM变换器22的比较器220 的反相输入端子。
另一方面，对比较器220的同相输入端子输入从三角波发生器221输出 的三角波信号。通过由比较器220对该三角波信号和加法器21的输出进行比 较，从而从电动;f几驱动电路23输出与加法器21的输出电平对应的占空比的 脉沖信号。
在电动机驱动电路23中，经由开关元件231、 233对电动机15的两端子 间施加例如+24V的电压。电动机15的两端子经由开关元件232、 234接地。 开关元件231~234基于从控制电路25输出的控制信号进行接通、断开控制， 使电动机15正方向或反方向旋转。即，来自控制电路25的控制信号输入到 电动机驱动电路230，比较器220的输出信号输出到开关元件231~234中确 定的开关元件的栅极。
参照图3和图4的流程图说明上述结构的牵引装置的动作。在图3和图 4中，用户使用操作单元24设定成为期望的目标值的牵引力，操作用于开始 牵引动作的开关，则电动机15被驱动(步骤300)。接着，基于转数检测器 16的检测输出，判定电动机15旋转的次数R是否成为R=Ro ( Ro是与最初牵 引时的牵引量对应的旋转次数)(步骤301)。在步骤301判定为"否"时， 返回步骤300,继续电动机15的旋转驱动。
此外，在步骤301判定为"是，，的情况下，停止电动机15的驱动(步骤 302)。接着判定牵引力F是否成为F二F！(步骤303 )。即，判定对被牵引体2 施加的牵引力F是否达到对于能够巻上线IO的松弛部分充分的牵引力F,。该 牵引力F!在本实施方式中例如设定为5Kg。在步骤303判定为"否，，的情况 下，返回步骤300。这样，为了巻上线10的松弛部分，稍微旋转电动机15 后使其停止，直至牵引力F成为F-F,为止重复该动作。
该步骤300 步骤303为止是第1牵引控制处理。
这里，在上述的牵引力控制中，稍微旋转电动机后使其停止，并重复进 行判定是否达到规定的牵引力F,。作为其他的方法，如图5所示，在牵引力 控制的开始之后的初始牵引时，对于能够巻上线10的松弛部分充分的牵引力 F, (5Kg)为止的牵引，也可以进行以下的牵引力控制。首先，使控制输出TRC—CNT上升。接着，对控制电路25的控制输出TRC—CNT和直流放大器 20的输出信号TRC—ADIN进行比较，在存在2Kg以上的差异时，使控制电 路25的控制输出TRC—CNT停止上升。此后，在该牵引力的差异成为1Kg 以内时使控制输出TRC—CNT重新开始上升。重复进行这些牵引力控制直至 牵引力达到F,为止。
另一方面，在步骤303判定为"是"的情况下，结束第l牵引力控制处 理，转移到实质对被牵引体2作用牵引力的第2牵引力控制处理。
即，重新开始电动机的驱动(步骤304)。接着，判定牵引量L是否达到 L=L0(本实施方式中例如将Lo设为将作为目标值的牵引力Fj换算为牵引量的 值的75% )(步骤305 )。在该判定中，基于由转数检测器16检测的转数计 算牵引量。如果步骤305判定为"否"，则处理返回步骤304，如果是"是"， 则进入下一个处理步骤。
第2牵引力控制处理的概略如上所述，但步骤305中也可以代替牵引量 而由牵引力判断。下面，说明由牵引力判断的具体动作。
如图6所示，在第2牵引力控制处理中，使控制输出TRC—CNT以设定 的速度上升至设定牵引力Fi为止。若控制输出TRC一CNT达到设定牵引力Fi， 则保持该值。接着，在直流放大器20的输出信号TRC—ADIN换算为牵引量 而达到设定牵引力Fi的75% (在图6中A的地方)的时刻tn，即，如果步骤 305的判定为"是"，则将控制输出TRC—CNT的值，降低至设定牵引力Fi的 75%的等级(在图6中相当于B的量)为止。
从该位置开始，转移到使控制输出TRC—CNT的电平以设定的牵引速度 上升的第3牵引力控制处理。在该第3牵引力控制处理中，在施加到被牵引 体的牵引力与作为目标值的设定牵引力Fi正好一致的状态下，进行使电动机 15的牵引停止的控制。
在第3牵引处理中，首先，在时刻tn，停止电动机15的驱动(步骤306)。 接着，基于测力传感器17的检测输出，计算施加到被牵引体2的牵引力达到 设定牵引力Fj所需的电动机15的驱动时间At (步骤307)。接着，驱动电动 机15,并将对电动机15的驱动时间进行计时的计时器T复位(步骤308 、 309 )。 接着判定电动机15的驱动时间T是否达到T=At (步骤310)。在电动机15 的驱动时间T在时刻t^达到T=At的情况下，停止电动机15的驱动(步骤 311 )。
9如上所述，根据本实施方式的牵引装置，首先，为了提高牵引量和牵引 力之间的换算的精度，执行巻起松弛的线的第1牵引力控制处理。接着，不 进行反馈控制，而是执行进行控制使得接近目标值的值的牵引力施加到被牵 引体为止使牵引力增加的第2牵引控制处理。接着，执行第3牵引控制处理， 使得最终在达到成为目标值的牵引力的时刻停止作为驱动机构的电动机的驱 动。通过这些牵引力控制，能够防止对被牵引体施加过牵引力，并能够施加 迅速且平滑地成为目标值的牵引力。
产业上的可利用性
本发明能够应用在用于身体矫正、整形外科等的牵引装置。根据该牵引 装置的牵引力控制方法，能够防止对被牵引体施加过牵引力，并能够施加迅 速且平滑地成为目标值的牵引力。
权利要求
1、一种牵引装置的牵引力控制方法，经由包括夹具、线的牵引机构对被牵引体施加期望牵引力，所述牵引装置的牵引力控制方法包括第1牵引控制步骤，通过驱动机构将所述线的松弛部分卷上，从而消除连接到所述被牵引体的所述线的松弛；第2牵引控制步骤，将由操作单元设定的设定牵引力换算为牵引量从而计算换算值，并将基于所述换算值设定的牵引量中的规定量作为初始目标值，通过所述驱动机构将所述线连续卷上所述初始目标值为止；以及第3牵引控制步骤，基于用于检测施加到所述被牵引体的牵引力的牵引力传感器的检测输出，将所述设定牵引力作为最终目标值而计算所述驱动机构的驱动停止时间，并驱动所述驱动机构，在达到所述驱动停止时间的时刻停止所述驱动机构的驱动。
2、 一种牵引装置，对被牵引体施加期望的牵引力，所述牵引装置包括 操作单元，设定对所述被牵？l体施加的牵引力；牵引机构，其包括安装在所述被牵引体的夹具、和与所述夹具连接的线， 对所述被牵引体施加牵引力； 驱动机构，巻上所述线；牵引力传感器，检测作用于所述线的牵引力；以及控制电路，提取由所述操作单元设定的设定牵？I力的设定输出以及所述 牵引力传感器的检测输出，并驱动控制所述驱动^U勾，所述控制电路包括第l牵引控制处理单元，通过所述驱动机构巻上所 述线的松弛部分，从而消除连接到所述被牵引体的所述线的松弛；第2牵引控制处理单元，将所述设定牵引力换算成牵引量从而计算换算 值，并将基于所述换算值设定的牵引量中的规定量设为初始目标值，从而通 过所述驱动机构连续巻上所述线直至所述目标值为止；以及第3牵引控制处理单元，基于所述牵引力传感器的检测输出，将所述设 定牵引力作为最终目标值，计算所述驱动机构的驱动停止时间，并驱动所述驱动机构，在达到所述驱动停止时间的时刻停止所述驱动机构的驱动。
全文摘要
在本发明的牵引装置中，控制电路(25)包括以下的牵引控制处理单元。首先，第1牵引控制处理单元通过电动机(15)卷上线(10)的松弛部分，从而消除连接到被牵引体(2)的线(15)的松弛。接着，第2牵引控制处理单元将由操作单元(24)设定的设定牵引力换算为牵引量从而计算换算值，并将基于该换算值设定的牵引量中的规定量作为初始目标值，通过电动机(15)连续卷上线(10)直至该初始目标值为止。接着，第3牵引控制处理单元，由测力传感器(17)检测施加到被牵引体(2)的牵引力，并基于该测力传感器(17)的检测输出，将设定牵引力作为最终目标值，计算电动机(15)的驱动停止时间，并驱动所述驱动机构，在达到该驱动停止时间的时刻停止电动机(15)的驱动。
文档编号A61F5/042GK101453965SQ20078001966
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月28日 优先权日2006年5月30日
发明者田中升 申请人:伊藤超短波株式会社