(57)【要約】体の動作訓練を行う訓練者に装着される運動訓練装置１０において、訓練者の体の一部が固定される固定部１１ａ、１２ａを備え、それぞれ軸１９、２２を中心に回動して訓練者の関節を動作させる可動体１１、１２と、可動体１１、１２それぞれに回転力を与えるアクチュエータ１３、１４と、訓練者から固定部１１ａ、１２ａに対して加えられた力により変化する物理量をそれぞれ検出する変化検出手段１５、１６と、変化検出手段１５、１６により物理量の所定の変化が検出されたことに応答し、アクチュエータ１３、１４を駆動して、可動体１１、１２を第１の方向に回動させ、引き続いて可動体１１、１２を第１の方向とは逆の第２の方向に回動させる制御手段２５とを備える。
2013168738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体の動作訓練を行う訓練者に装着される運動訓練装置において、
前記訓練者の体の一部が固定される固定部を備え、軸を中心に回動して前記訓練者の関節を動作させる可動体と、
前記可動体に回転力を与えるアクチュエータと、
前記訓練者から前記固定部に対して加えられた力により変化する物理量を検出する変化検出手段と、
前記変化検出手段により前記物理量の所定の変化が検出されたことに応答し、前記アクチュエータを駆動して、前記可動体を第１の方向に回動させ、引き続いて前記可動体を前記第１の方向とは逆の第２の方向に回動させる制御手段とを備えることを特徴とする運動訓練装置。
【請求項２】
請求項１記載の運動訓練装置において、前記変化検出手段は、前記可動体の回動角度を検出するものであることを特徴とする運動訓練装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の運動訓練装置において、前記固定部に前記訓練者の体の一部が接触していることを検出する人体接触検出部を設けたことを特徴とする運動訓練装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の運動訓練装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータを駆動して、前記第１の方向へ回動を開始した前記可動体を、予め設定された回動角度まで回動させた後に、前記第２の方向に回動させることを特徴とする運動訓練装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の運動訓練装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータを駆動して、前記可動体を所定の角速度で回動することを特徴とする運動訓練装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の運動訓練装置において、前記固定部は、前記訓練者により把持される把持部であることを特徴とする運動訓練装置。
【請求項７】
請求項６記載の運動訓練装置において、前記可動体は左右に１つずつあって、それぞれに１つの前記アクチュエータ及び１つの前記変化検出手段が連結され、
前記把持部は、前記左の可動体に設けられ、前記訓練者の左手によって把持される左把持部と、前記右の可動体に設けられ、前記訓練者の右手によって把持される右把持部とを有し、
前記左の可動体は、回動することで前記訓練者の左手首の屈曲又は伸展を行い、前記右の可動体は、回動することで前記訓練者の右手首の屈曲又は伸展を行うことを特徴とする運動訓練装置。
【請求項８】
請求項７記載の運動訓練装置において、前記制御手段は、前記左の可動体に連結された前記変化検出手段、及び、前記右の可動体に連結された前記変化検出手段のいずれか一方により前記物理量の所定の変化が検出されたことに応答して、前記２つのアクチュエータの駆動を開始し、前記左右の可動体の両方を回動させることを特徴とする運動訓練装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の運動訓練装置において、前記制御手段は、前記左右の可動体それぞれの回動領域Ａ、Ｂを決定し、前記アクチュエータによって回動を開始した前記左右の可動体を左右対称となる方向に回動させ、前記２つのアクチュエータの駆動レベルを調整して、前記左の可動体が前記回動領域Ａを往復する周期と前記右の可動体が前記回動領域Ｂを往復する周期とを合わせることを特徴とする運動訓練装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の運動訓練装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータによって回動を開始した前記左右の可動体を左右対称となる方向に等しい角速度で回動させることを特徴とする運動訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人が関節を動かして関節動作の訓練や麻痺の改善を行うために使用される運動訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筋肉や神経、あるいは脳の損傷等によって関節を自在に動かすことができなくなった人に対しては、関節動作の回復や麻痺の改善のために関節を動かすリハビリテーションが有効である。リハビリテーションは、療法士がリハビリテーションを受ける訓練者に付き切りとなって行うこともできるが、療法士の人数には限りがあることや、療法士の負担の低減化のため、訓練者が自主的にリハビリテーションを行える器具や装置が求められ、その具体例が特許文献１〜４に記載されている。【０００３】
特許文献１には、片麻痺上肢の訓練者を対象にした装置が記載されている。この装置は、訓練者の左手により握られる左グリップと右手により握られる右グリップが左右対称の位置となるように制御し、健側の手の動きに合わせて麻痺側の手を動かし、健側の手と麻痺側の手を鏡面対称に動作させる。
この装置では、麻痺側の手が全て他動的に動かされることが前提になっているが、麻痺側の手の状態によっては、麻痺側の手の自発的な運動をトリガーにその手を運動させることが随意性の回復に優れているとの知見がある（例えば、非特許文献１）。
これに対し、特許文献２〜４には、訓練者が腕を動かす際の生体信号をトリガーに腕を他動的に動かす装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０１１１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９３９４１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４０２８５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０７６２０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Neural  Substrates  for  the  Motivational  Regulation  of  Motor  Recovery  after  Spinal-Cord  Injury.  PLoS  One,  September  2011,  Vol.6,  Issue  9,  e24854.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２〜４の装置では、生体信号を検出するセンサが必要となり、装置の構成が複雑となるばかりでなく、センサを訓練者に取り付ける作業を要し効率的に訓練を行うことができないという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、生体信号を検出するセンサを用いることなく、訓練者の自発的な動作をトリガーに運動を行わせる運動訓練装置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】
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る運動訓練装置は、体の動作訓練を行う訓練者に装着される運動訓練装置において、前記訓練者の体の一部が固定される固定部を備え、軸を中心に回動して前記訓練者の関節を動作させる可動体と、前記可動体に回転力を与えるアクチュエータと、前記訓練者から前記固定部に対して加えられた力により変化する物理量を検出する変化検出手段と、前記変化検出手段により前記物理量の所定の変化が検出されたことに応答し、前記アクチュエータを駆動して、前記可動体を第１の方向に回動させ、引き続いて前記可動体を前記第１の方向とは逆の第２の方向に回動させる制御手段とを備える。【０００８】
本発明に係る運動訓練装置において、前記変化検出手段は、前記可動体の回動角度を検出するものであるのが好ましい。【０００９】
本発明に係る運動訓練装置において、前記固定部に前記訓練者の体の一部が接触していることを検出する人体接触検出部を設けたのが好ましい。【００１０】
本発明に係る運動訓練装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータを駆動して、前記第１の方向へ回動を開始した前記可動体を、予め設定された回動角度まで回動させた後に、前記第２の方向に回動させるのが好ましい。【００１１】
本発明に係る運動訓練装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータを駆動して、前記可動体を所定の角速度で回動するのが好ましい。【００１２】
本発明に係る運動訓練装置において、前記固定部は、前記訓練者により把持される把持部であるのが好ましい。【００１３】
本発明に係る運動訓練装置において、前記可動体は左右に１つずつあって、それぞれに１つの前記アクチュエータ及び１つの前記変化検出手段が連結され、前記把持部は、前記左の可動体に設けられ、前記訓練者の左手によって把持される左把持部と、前記右の可動体に設けられ、前記訓練者の右手によって把持される右把持部とを有し、前記左の可動体は、回動することで前記訓練者の左手首の屈曲又は伸展を行い、前記右の可動体は、回動することで前記訓練者の右手首の屈曲又は伸展を行うのが好ましい。【００１４】
本発明に係る運動訓練装置において、前記制御手段は、前記左の可動体に連結された前記変化検出手段、及び、前記右の可動体に連結された前記変化検出手段のいずれか一方により前記物理量の所定の変化が検出されたことに応答して、前記２つのアクチュエータの駆動を開始し、前記左右の可動体の両方を回動させるのが好ましい。【００１５】
本発明に係る運動訓練装置において、前記制御手段は、前記左右の可動体それぞれの回動領域Ａ、Ｂを決定し、前記アクチュエータによって回動を開始した前記左右の可動体を左右対称となる方向に回動させ、前記２つのアクチュエータの駆動レベルを調整して、前記左の可動体が前記回動領域Ａを往復する周期と前記右の可動体が前記回動領域Ｂを往復する周期とを合わせるのが好ましい。【００１６】
本発明に係る運動訓練装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータによって回動を開始した前記左右の可動体を左右対称となる方向に等しい角速度で回動させるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る運動訓練装置によれば、訓練者から固定部に対して加えられた力により変化する物理量を検出する変化検出手段と、変化検出手段により物理量の所定の変化が検出されたことに応答し、アクチュエータを駆動して、可動体を第１の方向に回動させる制御手段とを備えるので、運動訓練装置に生体信号を検出するセンサを必要とせず、運動訓練装置の構造の簡素化を図ることが可能であり、更に、センサを訓練者に取り付ける必要がないため、訓練者は運動訓練装置を容易に装着することができる。
また、制御手段は、可動体を第１の方向に回動させ、引き続いて可動体を第１の方向とは逆の第２の方向に回動させるので、訓練者の動作訓練を効率的に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係る運動訓練装置の平面図である。
【図２】同運動訓練装置の正面図である。
【図３】同運動訓練装置の模式図である。
【図４】可動体の回動領域を示す説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は同運動訓練装置の動作を示す説明図である。
【図６】運動訓練装置の第１の変形例の平面図である。
【図７】運動訓練装置の第２の変形例の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施例に係る運動訓練装置１０は、体の動作訓練を行う訓練者に装着されて用いられる装置であり、訓練者の体の一部が固定される固定部１１ａ、１２ａをそれぞれ備え、回動して訓練者の関節を動作させる可動体１１、１２と、可動体１１、１２それぞれに対して回動力を与えるモータ（アクチュエータの一例）１３、１４と、訓練者から固定部１１ａ、１２ａに対して加えられた各力により変化する物理量をそれぞれ検出する変化検出手段１５、１６とを備え、訓練者の自発的な運動をトリガーに可動体１１、１２を回動させて訓練者の関節を動作させる。以下、詳細に説明する。
【００２０】
運動訓練装置１０は、図１〜図３に示すように、箱状のケーシング１７を備え、可動体１１、１２はケーシング１７の天板１８上の左右に配置されている。
可動体１１（左の可動体）は、水平に配置され中心に軸１９が連結された円形のターンテーブル２０と、ターンテーブル２０に固定され、ターンテーブル２０上に立設した固定部１１ａとを備えている。
軸１９は、図３に示すように、上下方向に沿って配置され、一端部がターンテーブル２０に連結され、他端部がケーシング１７内に配置されている。そして、軸１９は、ケーシング１７に固定された軸受けブロック２１に回転可能に支持されているので、可動体１１は軸１９を中心に回動可能である。
【００２１】
固定部１１ａは、可動体１１に設けられ訓練者の左手によって把持される左把持部（具体的には左グリップ）であり、図１、図２に示すように、上下に長く、ターンテーブル２０から上方に延びて形成され、ターンテーブル２０の中心から離れた位置でターンテーブル２０に固定されている。本実施例では、固定部１１ａがターンテーブル２０の外縁部の近傍でターンテーブル２０に取り付けられている。
【００２２】
可動体１１の右側にある可動体１２（右の可動体）は、可動体１１と同様の構成を有し、水平に配置され軸２２が連結された円形のターンテーブル２３と、ターンテーブル２３に固定され、ターンテーブル２３上に立設した固定部１２ａを備えている。本実施例では、固定部１２ａは、可動体１２に設けられ、訓練者の右手によって把持される右把持部（具体的には右グリップ）である。
軸２２は、図３に示すように、上下方向に沿って配置され、一端部がターンテーブル２３に連結され、他端部がケーシング１７内に配置されている。
【００２３】
ケーシング１７内には軸２２を回転可能に支持する軸受けブロック２４が固定されているので、可動体１２は軸２２を中心に回転することができる。
図１に示すように、固定部１２ａがターンテーブル２３から上方に延びて形成されている点及び固定部１２ａがターンテーブル２３の中心から離れた位置でターンテーブル２３に固定されている点は、固定部１１ａと同様である。
【００２４】
一端部が可動体１１に固定されている軸１９には、図３に示すように、モータ１３が連結されている。モータ１３は、ケーシング１７内に設けられ、軸１９を介して可動体１１に回転力を与えることができる。
モータ１３には制御手段２５が接続され、制御手段２５はモータ１３に指令信号を送ってモータ１３を駆動させる。制御手段２５は、例えばマイクロコンピュータによって構成することができる。
【００２５】
軸１９には、制御手段２５に接続された変化検出手段１５が取り付けられている。本実施例では、変化検出手段１５は、可動体１１の回動角度を検出する位置検出手段であり、具体的にはロータリーエンコーダである。変化検出手段１５は、ケーシング１７内に設けられ、軸１９の回転から可動体１１の回動角度を検出し、その検出結果を回動角度情報として制御手段２５に連続的に送信するので、制御手段２５は可動体１１の回動角度を常に検知している状態を保つことができる。
そして、可動体１１は、訓練者の左手が固定部１１ａを掴み固定部１１ａに固定された状態で、軸１９を中心に回動することによって訓練者の左手首を屈曲（掌屈）あるいは伸展（背屈）させる。
【００２６】
一端部が可動体１２に固定されている軸２２にも、軸１９と同様に、モータ１４が連結されている。モータ１４は、ケーシング１７内に設けられ、軸２２を介して可動体１２に回転力を与えることができる。
モータ１４は、制御手段２５に接続され、制御手段２５からの指令信号によって駆動して、可動体１２を軸２２を中心に回動させる。
【００２７】
軸２２には、制御手段２５に接続された変化検出手段１６が取り付けられている。本実施例では、変化検出手段１６は、変化検出手段１５と同様に、可動体１２の回動角度を検出する位置検出手段であり、具体的にはロータリーエンコーダである。変化検出手段１６は、ケーシング１７内に設けられ、軸２２の回転から可動体１２の回動角度を検出して、その検出結果を回動角度情報として制御手段２５に連続的に送信する。
可動体１２は、訓練者の右手が固定部１２ａを掴み固定部１２ａに固定された状態で、軸２２を中心に回動して訓練者の右手首を屈曲あるいは伸展させる。
なお、本実施例では、モータ１３及び変化検出手段１５が一体となったサーボモータ機とモータ１４及び変化検出手段１６が一体となったサーボモータ機を用いている。
【００２８】
ケーシング１７の天板１８には、図１、図２に示すように、作動中のモータ１３、１４を強制的に停止する非常停止ボタン２８とターンテーブル２０の近傍に配置された腕置きパッド２９及びターンテーブル２３の近傍に配置された腕置きパッド３０が固定されている。
腕置きパッド２９、３０は、それぞれ訓練者が左腕及び右腕を載せるためのものであり、訓練者は、左前腕を腕置きパッド２９に載せて左手で固定部１１ａを掴み、右前腕を腕置きパッド３０に載せて右手で固定部１２ａを掴む。
【００２９】
ケーシング１７の天板１８には、更に、腕置きパッド２９に載せられた訓練者の左前腕を固定するベルト３１と腕置きパッド３０に載せられた訓練者の右前腕を固定するベルト３２が取り付けられている。
訓練者の左前腕及び右前腕は、それぞれベルト３１、３２によってケーシング１７に固定される。従って、左前腕及び右前腕がそれぞれベルト３１、３２で固定された訓練者は、可動体１１の回動動作によって左手首が屈曲又は伸展し、可動体１２の回動動作によって右手首が屈曲又は伸展する。
なお、図２は、ベルト３１、３２を省略している。
【００３０】
また、ケーシング１７の天板１８には、図１、図３に示すように、制御手段２５に接続されたタッチパネル３３が取り付けられている。訓練者あるいは療法士は、訓練者が手首の動作訓練を行うにあたって必要となる設定をタッチパネル３３からの入力により行うことができる。
そして、訓練者が手首の動作訓練を行っている際には、タッチパネル３３に動作訓練の状態が表示される。
【００３１】
手首の動作訓練は、左右の手の動作範囲とその動作の速度を決定した上で行われる。
左手の動作範囲は左手首を屈曲したい回動角度と伸展したい回動角度を定めることによって決定され、右手の動作範囲は右手首を屈曲したい回動角度と伸展したい回動角度を定めることによって決定される。
左右の手の動作範囲を決定するモードがタッチパネル３３上で選択されると、モータ１３、１４が作動してターンテーブル２０、２３を回動させ、図１に示すように、真っ直ぐに伸ばした状態の左手首から最も離れた位置に固定部１１ａを配置させ、真っ直ぐに伸ばした状態の右手首から最も離れた位置に固定部１２ａを配置させる。
【００３２】
本実施例では、図４に示すように、この固定部１１ａの位置及び固定部１２ａの位置をそれぞれ左基準位置及び右基準位置とする。
訓練者は、ターンテーブル２０、２３が回動して固定部１１ａ及び固定部１２ａがそれぞれ左基準位置及び右基準位置に配置されるまで、固定部１１ａ、１２ａに触れないようにする。
【００３３】
固定部１１ａ、１２ａがそれぞれ基準位置に配置されるとブザー音が鳴るので、訓練者は、ブザー音が鳴った後に、左手で固定部１１ａを把持し右手で固定部１２ａを把持し、更に、左前腕及び右前腕をベルト３１、３２でそれぞれ固定する。
ブザー音がなるとモータ１３、１４はフリーとなり、ターンテーブル２０、２３は自在に回転可能な状態となる。
【００３４】
次に、訓練者あるいは療法士は、図５（Ａ）に示すように、動作訓練で訓練者の左手首を屈曲したい回動角度まで左手首を屈曲させ、タッチパネル３３上で回動角度を確定するボタンを押す。この操作により、訓練者の左手首を屈曲したい回動角度が決定する。このときの固定部１１ａの位置を、本実施例では、図４に示すように、左屈曲位置とする。
【００３５】
そして、左屈曲位置を決定したのと同様の操作によって、動作訓練で左手首を伸展したい回動角度と右手首を屈曲したい回動角度及び右手首を伸展したい回動角度を決定する。本実施例では、図４に示すように、左手首を伸展したい回動角度まで曲げたときの固定部１１ａの位置を左伸展位置、右手首を屈曲したい回動角度まで曲げたときの固定部１２ａの位置を右屈曲位置、右手首を伸展したい回動角度まで曲げたときの固定部１２ａの位置を右伸展位置とする。
【００３６】
制御手段２５は、確定された左屈曲位置、左伸展位置、右屈曲位置及び右伸展位置に加え、左屈曲位置と左伸展位置によって決定される可動体１１の回動領域Ａ及び右屈曲位置と右伸展位置によって決定される可動体１２の回動領域Ｂを記憶する。
なお、左屈曲位置、左伸展位置、右屈曲位置及び右伸展位置のいずれから決定するかは制御手段２５に格納されたプログラムによる。また、左基準位置及び右基準位置を０°位置とすると、本実施例では、左屈曲位置、左伸展位置、右屈曲位置及び右伸展位置を、−９０°位置から０°位置を超え＋９０°位置の範囲で設定可能である。
【００３７】
左屈曲位置、左伸展位置、右屈曲位置及び右伸展位置が決定されると、療法士又は訓練者はタッチパネル３３への入力操作により手首の動作訓練の速度を決定する。
制御手段２５は、決定された動作訓練の速度を基に、可動体１１、１２の角速度を設定する。本実施例では、１秒〜４秒の範囲において１秒単位で動作訓練の速度が選択でき、Ｔ秒の速度が選択されると、制御手段２５は固定部１１ａがＴ秒で回動領域Ａを１往復する可動体１１の角速度と固定部１２ａがＴ秒で回動領域Ｂを１往復する可動体１２の角速度を算出する。
【００３８】
また、タッチパネル３３の操作によって、手首の動作訓練を行う回数についても設定することができる。手首の動作訓練が開始されると、制御手段２５は、設定された回数から実際に行われた回数を引いた数をタッチパネル３３に表示し、設定された回数の動作訓練が行われた時点で、モータ１３、１４の作動を停止する。
訓練者は、左右の手でそれぞれ固定部１１ａ、１２ａを把持し、左右の前腕をそれぞれベルト３１、３２に固定することによって、手首の動作訓練を行うための装着が完了する。従って、訓練者は、簡単かつ短時間で装着作業を行うことが可能である。
【００３９】
本実施例では、制御手段２５内に、３つのタイプの動作訓練を行うためのプログラムが格納され、療法士又は訓練者はタッチパネル３３上の入力操作によって訓練を行うためのモードを選択可能である。
１つ目は、訓練者の手首を他動的に曲げる他動モードであり、他動モードが開始されると、訓練者は、自らの筋力で左手又は右手を動かすことなく、モータ１３、１４の駆動により回動する可動体１１、１２によって左手及び右手の曲げ運動が行われる。
【００４０】
他動モードでは、モータ１３、１４は、制御手段２５から指令信号を受けて駆動し、可動体１１、１２を予め設定した角速度（所定の角速度）で回動させる。可動体１１はモータ１３の駆動により固定部１１ａが回動領域Ａで連続的に所定回数往復動するように回動し、可動体１２はモータ１４の駆動により固定部１２ａが回動領域Ｂで連続的に所定回数往復動するように回動する。
ここで、固定部１１ａ、１２ａそれぞれに図示しない接触式のセンサ（人体接触検出部の一例）を設け、制御手段２５は、この接触式のセンサにより訓練者の手（体の一部）が固定部１１ａ及び固定部１２ａに接触しているのを検出している際にのみ、モータ１３、１４を駆動するようにしてもよい。これによって、訓練者が固定部１１ａ、１２ａを把持していない状態で、モータ１３、１４が駆動して可動体１１、１２を回動させるのを防ぐことが可能である。
【００４１】
２つ目の自動介助モード１及び３つ目の自動介助モード２は、共に可動体１１又は可動体１２が訓練者から力を与えられて回動したのをトリガーにして、モータ１３、１４の駆動を開始するモードである。
自動介助モード１、２では、制御手段２５は、モータ１３、１４が静止中に変化検出手段１５、１６から回動角度情報を受けることによって可動体１１、１２が訓練者によって回動させられたのを検知し、モータ１３、１４を駆動して可動体１１、１２の回動を開始する。
【００４２】
制御手段２５は、可動体１１、１２の一方が訓練者から力を与えられて回動したのを検知すると、モータ１３、１４の駆動を開始し、可動体１１、１２の両方を回動させる。
可動体１１、１２のいずれをモータ１３、１４の駆動を開始するためのトリガーにするかは設定で定めることができ、療法士又は訓練者は、訓練者の左右の手の状態に応じてトリガーとなる可動体を決定する。
【００４３】
制御手段２５には、基準位置から固定部１１ａあるいは固定部１２ａを何度（角度）動かしたときにモータ１３、１４の駆動を開始するかが定められ、本実施例では、５〜２５°の範囲の値Ｄが設定されている。
自動介助モード１、２では、モータ１３、１４が静止中に、トリガーとして定められた可動体（可動体１１又は可動体１２）がＤ°回動した時点で、モータ１３、１４が駆動を開始する。制御手段２５は、トリガーとなっている一方の可動体が訓練者によって回動された方向に回動するようにモータを駆動すると共に他方の可動体もモータの駆動により回動させる。このとき、可動体１１、１２は左右対称となる方向に回動する。
従って、制御手段２５は、訓練者から固定部（固定部１１ａ又は固定部１２ａ）に対して力が加えられて、変化検出手段（変化検出手段１５又は変化検出手段１６）が物理量（本実施例では、可動体の回動角度）の所定の変化を検出したことに応答し、モータ１３、１４を駆動することになる。
【００４４】
具体的には、可動体１１をトリガーとして定め、可動体１１が訓練者の左手を屈曲する方向（第１の方向）に回動された場合、可動体１１がＤ°回動されることによって、モータ１３は、図５（Ａ）に示すように、固定部１１ａが左屈曲位置に配置されるまで可動体１１を屈曲方向に回動させる。制御手段２５は、モータ１３の駆動を開始するのと同時に、モータ１４の駆動も開始し、可動体１２が可動体１１と左右対称となる方向、即ち訓練者の右手を屈曲する方向（第１の方向）に可動体１２を回動させる。
固定部１１ａ、１２ａがそれぞれ左屈曲位置及び右屈曲位置に位置するまで可動体１１、１２が回動すると、制御手段２５は、引き続いて、可動体１１、１２の回動方向を反転させ、可動体１１を訓練者の左手を伸展する方向（第２の方向）に回動させ、可動体１２を訓練者の右手を伸展する方向（第２の方向）に回動させる。本実施例では、固定部１１ａ、１２ａのうち、先に左屈曲位置又は右屈曲位置に到達した一方は、他方が左屈曲位置又は右屈曲位置に到達するまで一時停止する。そして、固定部１１ａ、１２ａは同時に訓練者の手を伸展する方向に動き始める。
【００４５】
自動介助モード１と自動介助モード２では、１回のモータ１３、１４の作動によって回動する可動体１１、１２の回動範囲が異なっている。
自動介助モード１では、トリガーとして設定された可動体がＤ°回動されると、モータ１３、１４は、固定部１１ａ、１２ａをそれぞれ回動領域Ａ、Ｂを１往復するまで駆動して静止する。
【００４６】
具体的には、モータ１３は、固定部１１ａが屈曲方向にＤ°回動した位置から左屈曲位置へ移動後（図５（Ａ）参照）、左伸展位置に移動し（図５（Ｂ）参照）、次に基準位置へ戻るまでを１回の動作として作動し、静止する。モータ１４は、固定部１２ａが基準位置から右屈曲位置へ移動後、右伸展位置に移動し基準位置へ戻るまでを１回の動作として作動し、静止する。
このため、モータ１３、１４の駆動によって回動を始めた可動体１１、１２は左右対称となる方向に回動することになり、訓練者の左右の手を左右対称の向きに動作させる。左右の手を左右対称の向きに動かすことは、訓練者のリハビリテーション効果を上げるうえで有効であるという知見がある。
【００４７】
静止状態となったモータ１３、１４は、トリガーとして定められた可動体が屈曲方向に再びＤ°回動されるのを待って駆動を再開する。
本実施例では、制御手段２５は、モータ１３、１４の駆動レベル、即ちモータ１３、１４の出力軸の角速度を調整して、可動体１１が回動領域Ａを１往復する周期と可動体１２が回動領域Ｂを１往復する周期を合わせている。左屈曲位置及び左伸展位置の角度差（以下、「回動領域Ａの角度幅」とも言う）と右屈曲位置及び右伸展位置の角度差（以下、「回動領域Ｂの角度幅」とも言う）が同じ場合、モータ１３、１４の出力軸の角速度は等しくなり、回動領域Ａの角度幅と回動領域Ｂの角度幅が異なる場合、モータ１３、１４の出力軸の角速度は異なる値となる。
【００４８】
これに対し、自動介助モード２では、モータ１３は、トリガーとして定められた可動体が屈曲方向にＤ°回動された際に駆動を開始し、固定部１１ａが屈曲方向にＤ°回動した位置から左屈曲位置へ移動後に基準位置へ戻るまでを１回の動作として作動し静止する。モータ１３と同時に駆動を開始したモータ１４は、固定部１２ａが基準位置から右屈曲位置へ移動後に基準位置へ戻るまでを１つの動作として作動し静止状態となる。
【００４９】
そして、モータ１３は、トリガーとして定められた可動体が伸展方向にＤ°回動された際にも駆動を開始し、固定部１１ａが伸展方向にＤ°回動した位置から左伸展位置へ移動後に基準位置へ戻るまでを１回の動作として作動し、モータ１３と同時に駆動を開始したモータ１４は、固定部１２ａが基準位置から右伸展位置へ移動後に基準位置へ戻るまでを１回の動作として作動する。
従って、自動介助モード２においても、自動介助モード１と同様に、モータ１３、１４の駆動によって回動を始めた可動体１１、１２は左右対称となる方向に回動することになる。
【００５０】
本実施例では、回動領域Ａの角度幅と回動領域Ｂの角度幅が異なると、モータ１３の駆動によって回動する可動体１１とモータ１４の駆動によって回動する可動体１２の角速度は異なる値となるが、制御手段２５に搭載されているプログラムを変更することによって、可動体１１、１２が左右対称となる方向に等しい角速度で回動するようにすることができる。
この場合、屈曲位置（左屈曲位置又は右屈曲位置）に早く到達した一方の可動体は、他方の可動体が屈曲位置に到着するまで一時停止し、その他方の可動体と同じタイミングで屈曲位置から基準位置に向かう回動動作を開始する。そして、同様の制御によって、可動体１１、１２は、伸展位置（左伸展位置又は右伸展位置）から基準位置に向かう回動動作を同じタイミングで開始する調整がなされる。これにより、可動体１１が回動領域Ａを往復する周期と可動体１２が回動領域Ｂを往復する周期を合わせることができる。
【００５１】
また、制御手段２５は、手首の動作訓練を行う際に設定される左屈曲位置、左伸展位置、右屈曲位置及び右伸展位置や、動作訓練の速度等を複数パターン記憶することができるので、過去に設定したパターンを容易に再現することが可能である。
ここまで、訓練者の関節動作の一例である手首を屈曲、伸展する動作を訓練する運動訓練装置１０について記載したが、本発明のポイントは、アクチュエータが静止中に、可動体が訓練者によって回動されたのを位置検出手段で検知し、これをトリガーにアクチュエータを駆動する点にある。因って、本発明は、前腕の回内、回外や、肩関節の内転、外転、内旋、外旋や、肘関節の屈曲、伸展や足関節の背屈、底屈等の他の関節の動作訓練にも応用することが可能である。
【００５２】
例えば、運動訓練装置１０の第１の変形例である、図６に示す運動訓練装置５０は、前腕の回内、回外の動作訓練を行う装置である。以下、運動訓練装置５０について説明する。なお、前腕の回内、回外は、前腕を、前腕を軸にして回す動作であり、回内は前腕を内側に回動する動き、回外は前腕を外側に回動する動きをそれぞれ意味する。また、運動訓練装置１０と同一の構成要素については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５３】
運動訓練装置５０は、箱状のケーシング５１の一の側壁部５２の左右に、それぞれ可動体５４、５５が取り付けられている。可動体５４は、側壁部５２に平行配置された円形のターンテーブル５６と、一端部がターンテーブル５６の中心に固定され、水平方向に配置された支持棒材５６ａと、支持棒材５６ａに固定され、訓練者の左手が載せられる円形板５６ｂと、一端部が円形板５６ｂの中心に固定され、支持棒材５６ａに対して垂直に配置された固定部５７を備えている。可動体５５も、可動体５４と同様に、側壁部５２に平行配置された円形のターンテーブル５８と、一端部がターンテーブル５８の中心に固定され、水平方向に配置された支持棒材５８ａと、支持棒材５８ａに固定され、訓練者の右手が載せられる円形板５８ｂと、一端部が円形板５８ｂの中心に固定され、支持棒材５８ａに対して垂直に配置された固定部５９を備えている。
【００５４】
ターンテーブル５６には、支持棒材５６ａと同軸上に配置された軸６０が連結され、ターンテーブル５８には、支持棒材５８ａと同軸上に配置された軸６１が連結されている。
可動体５４、５５は、軸６０に連結されたモータの駆動及び軸６１に連結されたモータの駆動によってそれぞれ軸６０、６１を中心に回動する。
訓練者は、側壁部５２に向かい合う位置から左右の前腕を側壁部５２に向かって伸ばし、左前腕を支持棒材５６ａに沿って配置した状態にして左手で固定部５７を掴み、右前腕を支持棒材５８ａに沿って配置した状態にして右手で固定部５９を掴んで、左右の前腕の回内、回外の動作訓練を行う。具体的には、訓練者が、２つのモータが静止している際に、自らの左右の前腕の一方を回内、回外してトリガーとして定められた可動体を回動すると、２つのモータが駆動を開始して、可動体５４、５５を回動させ訓練者の左右の前腕を他動的に回内、回外動作させる。
【００５５】
また、運動訓練装置１０、５０は、台の上等に置かれて使用されるのを前提に設計されているが、これに限定されない。例えば、運動訓練装置１０の第２の変形例である、図７に示す運動訓練装置７０は、複数のキャスター７１を備え、床上を前後左右に移動できるように設計されている。
運動訓練装置７０は、前後にキャスター７１が取り付けられた前後に長いベース材７２、７３が左右に間隔を空けて配置され、ベース材７２、７３にはそれぞれ下柱材７４、７５が固定されている。
【００５６】
下柱材７４、７５には、それぞれ上下動可能に上柱材７６、７７が連結され、上柱材７６、７７は、２つの可動体７８、７９が取り付けられたケーシング８０を下から支持している。なお、ケーシング８０には、図示しないモータ及び変化検出手段が収容され、前側には、タッチパネル８１が取り付けられている。
左に配置されたベース材７２、下柱材７４及び上柱材７６と、右に配置されたベース材７３、下柱材７５及び上柱材７７の間で、ケーシング８０の下側には、車椅子が入り込む大きさの空間が設けられている。従って、訓練者は車椅子に座った状態で運動訓練装置７０に近づき、手首の動作訓練を行える位置につくことや、あるいは、車椅子に座った訓練者に運動訓練装置７０を近づけて手首の動作訓練を行える位置に運動訓練装置７０を配置することが可能である。
【００５７】
本実施例では、ケーシング８０の下側に大きな空間を確保できるように、モータに物理的な大きさが小さいモータを採用して、ケーシング８０を小さく設計している。そして、小さいモータを採用することで可動体７８、７９に与えられるトルクが不足する場合は、モータと可動体７８、７９を減速機を介して連結することで、必要な大きさのトルクを可動体７８、７９に与えることが可能である。
また、上柱材７６、７７及びケーシング８０は、下柱材７４、７５にそれぞれ取り付けられたガススプリング８２、８３によって、高さ調整が可能であるので、ケーシング８０の高さは、訓練者の体格に応じて調整される。
【００５８】
ケーシング８０の後方には、手首の動作訓練を行う訓練者が左右の前腕を置くための支持台８４が設けられている。ケーシング８０と支持台８４は、前後に長い左ガイド部材８５及び同じく前後に長い右ガイド部材８６によって連結され、支持台８４は、この左ガイド部材８５及び右ガイド部材８６に沿って前後に移動可能であり、訓練者の手の長さに応じて、支持台８４の前後方向の位置が調整される。
本実施例では、支持台８４に、支持台８４の前後動を補助するガススプリング８７が取り付けられ、支持台８４の前後方向の位置調整が円滑に行われるようにしている。
【００５９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、可動体に回転力を与えるアクチュエータは、モータに限定されず、例えばエアシリンダーであってもよい。
また、動作訓練の設定入力が行われるデバイスとして、タッチパネルの代わりに、キーボードやマウス等のデバイスを用いることができる。
そして、可動体、変化検出手段及びモータは、２組ある必要はなく、片手のみの動作訓練を行う場合、可動体、変化検出手段及びモータは１組のみでよい。
【００６０】
更に、訓練者の体の一部が固定される固定部は、訓練者により把持される把持部に限定されず、例えば、固定部は、訓練者の足が装着される足カバーであってもよい。
また、変化検出手段は、位置検出手段に限定されず、訓練者から固定部に対して加えられた力により変化する物理量を検出できればよい。例えば、訓練者が固定部に力を加えることにより変化する可動体に生じるトルクを検出するトルクセンサを変化検出手段に採用してもよく、その場合、可動体に生じているトルクが所定の値に達したことをトリガーにして、モータの駆動による可動体の回動を開始するように設計することができる。なお、変化検出手段に位置検出手段以外のものを採用する場合、変化検出手段とは別に可動体の回動角度を検出する手段を設けて可動体の回動を制御する必要がある。
【符号の説明】
【００６１】
１０：運動訓練装置、１１：可動体、１１ａ：固定部、１２：可動体、１２ａ：固定部、１３、１４：モータ、１５、１６：変化検出手段、１７：ケーシング、１８：天板、１９：軸、２０：ターンテーブル、２１：軸受けブロック、２２：軸、２３：ターンテーブル、２４：軸受けブロック、２５：制御手段、２８：非常停止ボタン、２９、３０：腕置きパッド、３１、３２：ベルト、３３：タッチパネル、５０：運動訓練装置、５１：ケーシング、５２：側壁部、５４、５５：可動体、５６：ターンテーブル、５６ａ：支持棒材、５６ｂ：円形板、５７：固定部、５８：ターンテーブル、５８ａ：支持棒材、５８ｂ：円形板、５９：固定部、６０、６１：軸、７０：運動訓練装置、７１：キャスター、７２、７３：ベース材、７４、７５：下柱材、７６、７７：上柱材、７８、７９：可動体、８０：ケーシング、８１：タッチパネル、８２、８３：ガススプリング、８４：支持台、８５：左ガイド部材、８６：右ガイド部材、８７：ガススプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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