(57)【要約】【課題】関節を屈曲させる目標角度を自動調整し、リハビリテーション実施者の負担を軽減する。【解決手段】関節他動訓練器１は、患者の関節を屈伸させるアクチュエータ１２と、アクチュエータ１２が患者の関節を屈伸させる力を計測する力センサ１９ｂと、アクチュエータ１２の可動範囲を制御する制御部２０と、を備える。制御部２０は、力センサ１９ｂの出力に基づいて、患者の回復状況を推定し、アクチュエータ１２の可動範囲を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の関節を屈伸させるアクチュエータと、
前記アクチュエータが患者の関節を屈伸させる力を計測する力センサと、
前記アクチュエータの可動範囲を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記力センサの出力に基づいて、患者の回復状況を推定し、前記アクチュエータの可動範囲を調整する、
ことを特徴とする関節他動訓練器。
【請求項２】
前記制御部は、
前記力センサによって計測された所定期間の力の最大値が、予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記アクチュエータの可動範囲を大きくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の関節他動訓練器。
【請求項３】
前記制御部は、
前記アクチュエータの動特性を設定してコンプライアンス制御する負荷モデルを備え、
前記アクチュエータを、患者にトレーニング負荷を与える負荷発生装置として動作させる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の関節他動訓練器。
【請求項４】
前記制御部は、
前記力センサに入力される外力と、前記負荷モデルとに基づいて、前記アクチュエータの目標位置を決定し、
前記アクチュエータを前記目標位置に位置決め制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の関節他動訓練器。
【請求項５】
患者の筋電位を測定する筋電位測定部を備え、
前記制御部は、
前記筋電位測定部によって測定された筋電位に基づいて、前記負荷モデルのパラメータを調整する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の関節他動訓練器。
【請求項６】
アクチュエータによって患者の関節を屈伸させて、前記アクチュエータが患者の関節を屈伸させる力を計測する力計測ステップと、
前記力計測ステップで計測された力に基づいて、患者の回復状況を推定する回復状況推定ステップと、
前記回復状況推定ステップで推定された患者の回復状況に基づいて、前記アクチュエータの可動範囲を調整する可動範囲調整ステップと、
を含む関節他動訓練方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節他動訓練器及び関節他動訓練方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
怪我、関節痛等によって関節を人工関節に置き換える関節置換手術を行った場合、その術後には、一定期間関節を固定して、回復を待つ必要がある。その後、段階的にリハビリテーションが行われる。
【０００３】
リハビリテーションの第１段階では、固定によって硬化した関節を外部から強制的に動かして、徐々に関節可動域を回復させる、関節可動域（ＲＯＭ：Range Of Motion）運動が行われる。ＲＯＭ運動によって、関節可動域を回復した後、第２段階のリハビリテーションとして、患者の筋力を回復させる筋力トレーニングが行われる。
【０００４】
このうち、第１段階のリハビリテーションであるＲＯＭ運動には、一般的に、持続的関節他動訓練器（ＣＰＭ：Continuous Passive Motion）が用いられており、種々のＣＰＭが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４３１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の膝関節用ＣＰＭを用いた方法では、患者にＲＯＭ運動を行わせる理学療法士、看護師等のリハビリテーション実施者が、ＲＯＭ運動に要する力、すなわち患者の膝関節を屈伸（屈曲、伸展）させるために必要な力に基づいて、患者の膝関節の硬化度合いを確認する。そして、ＲＯＭ運動に要する力が減少したら、膝関節を屈曲させる目標角度を一段階広げる、という動作を繰り返す。このように、リハビリテーション実施者は、常時、患者の状態確認とＣＰＭの調整を行わなければならないため、リハビリテーション実施者にかかる負担は大きい。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、関節を屈曲させる目標角度を自動調整し、リハビリテーション実施者の負担を軽減することができる関節他動訓練器及び関節他動訓練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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る関節他動訓練器は、
患者の関節を屈伸させるアクチュエータと、
前記アクチュエータが患者の関節を屈伸させる力を計測する力センサと、
前記アクチュエータの可動範囲を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記力センサの出力に基づいて、患者の回復状況を推定し、前記アクチュエータの可動範囲を調整する。
【０００９】
前記制御部は、
前記力センサによって計測された所定期間の力の最大値が、予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記アクチュエータの可動範囲を大きくする、
こととしてもよい。
【００１０】
前記制御部は、
前記アクチュエータの動特性を設定してコンプライアンス制御する負荷モデルを備え、
前記アクチュエータを、患者にトレーニング負荷を与える負荷発生装置として動作させる、
こととしてもよい。
【００１１】
前記制御部は、
前記力センサに入力される外力と、前記負荷モデルとに基づいて、前記アクチュエータの目標位置を決定し、
前記アクチュエータを前記目標位置に位置決め制御する、
こととしてもよい。
【００１２】
患者の筋電位を測定する筋電位測定部を備え、
前記制御部は、
前記筋電位測定部によって測定された筋電位に基づいて、前記負荷モデルのパラメータを調整する、
こととしてもよい。
【００１３】
本発明の第２の観点に係る関節他動訓練方法は、
アクチュエータによって患者の関節を屈伸させて、前記アクチュエータが患者の関節を屈伸させる力を計測する力計測ステップと、
前記力計測ステップで計測された力に基づいて、患者の回復状況を推定する回復状況推定ステップと、
前記回復状況推定ステップで推定された患者の回復状況に基づいて、前記アクチュエータの可動範囲を調整する可動範囲調整ステップと、
を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、患者の関節を屈曲、伸展させるために必要な力を検出して、関節を屈曲させる目標角度を自動調整することができるので、リハビリテーション実施者の負担を軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】関節他動訓練器の動作状態を示す概念図である。
【図２】関節他動訓練器の機構部の構成を示す概略図である。
【図３】関節他動訓練器の制御に係る構成を示すブロック図である。
【図４】ＣＰＭモードの処理を示すフローチャートである。
【図５】トレーニングモードの処理を示すフローチャートである。
【図６】トレーニングモードの制御系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る関節他動訓練器について、膝関節のリハビリテーションに用いる下肢用関節他動訓練器を例に、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１の概念図及び図２の概略図に示すように、関節他動訓練器１は、フレーム１１と、アクチュエータ１２と、大腿支持部１３と、下腿支持部１４と、足保持部１９と、制御部２０と、入力部２２を備える。
【００１８】
フレーム１１は、アクチュエータ１２、大腿支持部１３等を支持する、関節他動訓練器１の基台である。
【００１９】
アクチュエータ１２は、患者の膝関節を屈伸（屈曲、伸展）させるための直動アクチュエータである。アクチュエータ１２は、フレーム１１上に固定されており、後述する制御部２０の制御信号にしたがって動作する。また、アクチュエータ１２の可動部であるキャリア１２ａには、位置センサ１２ｂが取り付けられ、位置センサ１２ｂが出力する位置信号Ｓｐにより、キャリア１２ａの位置が検出される。
【００２０】
大腿支持部１３は、リハビリテーションを行う患者の大腿部を支持する。本実施の形態では、大腿支持部１３は、図２に示すように、患者の大腿部の両側に位置する金属製のリンク部１３ａと、両側のリンク部１３ａの間に渡って取り付けられ、患者の大腿部を支持する支持部（不図示）と、を備える。支持部は、例えば柔軟性のあるナイロン製である。また、支持部は、患者の大腿部を固定するためのベルト（不図示）を備えていてもよい。これにより、関節他動訓練器１の動作中、患者の大腿部を安定させることができる。
【００２１】
図１の概念図に示すように、大腿支持部１３の一方の端部１３ｂは、関節他動訓練器１をセットした患者の股関節付近に位置するように、フレーム１１に回動可能に接続される。また、大腿支持部１３の他方の端部１３ｃは、後述する下腿支持部１４に回動可能に接続されている。
【００２２】
本実施の形態では、図２の概略図に示すように、大腿支持部１３のリンク部１３ａは、複数の部材（リンク部１３ａ−１〜１３ａ−３）からなる構造となっている。これにより、膝関節の屈曲、伸展に合わせて、円滑に関節他動訓練器１を動作させることができる。
【００２３】
下腿支持部１４は、リハビリテーション中の患者の下腿部を支持する。本実施の形態では、下腿支持部１４は、図２に示すように、患者の下腿部の両側に位置する金属製のリンク部１４ａと、両側のリンク部１４ａの間に渡って取り付けられ、患者の下腿部を支持する支持部（不図示）と、を備える。支持部は、例えば柔軟性のあるナイロン製である。また、支持部は、患者の下腿部を固定するためのベルト（不図示）を備えていてもよい。これにより、関節他動訓練器１の動作中、患者の下腿部を安定させることができる。
【００２４】
下腿支持部１４の一方の端部１４ｂは、アクチュエータ１２のキャリア１２ａに回動可能に接続されている。また、下腿支持部１４の他方の端部１４ｃは、上述の通り、大腿支持部１３の端部１３ｃに回動可能に接続されている。下腿支持部１４と大腿支持部１３との接続部は、図１のように、関節他動訓練器１をセットした患者の膝関節付近に位置するように、設定されている。
【００２５】
さらに、下腿支持部１４のアクチュエータ１２側には、患者の足を載せるための、足保持部１９が設けられている。
【００２６】
足保持部１９は、下腿支持部１４に回動可能に取り付けられており、例えば、ねじ止めによって、所定の角度に固定されている。足保持部１９と下腿支持部１４との角度は、患者の下腿部の長さ等に合わせて、患者に負担をかけないように調整される。また、足保持部１９は、患者の足部を保持するためのベルト１９ａを備える。ベルト１９ａには、面ファスナーが設けられており、ベルト１９ａの長さは、患者の足部の大きさに合わせて調整可能である。
【００２７】
足保持部１９には、力センサ１９ｂが備えられている。力センサ１９ｂは、アクチュエータ１２の動作によって、患者の膝関節を屈曲、伸展させる場合に、足保持部１９にかかる力を力センサ信号Ｓｆとして出力する。これにより、力センサ１９ｂは、関節他動訓練器１をトレーニングモードで動作させた場合に、患者が足保持部１９を踏み込む力、及び、患者が足保持部１９を引き上げる力を計測することができる。
【００２８】
制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０ａ、メモリ２０ｂ、外部記憶装置２０ｃ、入出力Ｉ／Ｆ２０ｄ、水晶発振器２０ｅ等を備えるコンピュータ（情報処理装置）である。水晶発振器２０ｅが発生するクロック信号に従って、ＣＰＵ２０ａが、外部記憶装置２０ｃにインストールされメモリ２０ｂに読み込まれたプログラムを実行して、外部記憶装置２０ｃへのデータの書き込み／読み出しや入出力Ｉ／Ｆ２０ｄを介して外部機器と送受信を行うことにより、制御部２０の機能が実現される（図３）。
【００２９】
例えば、制御部２０は、位置センサ１２ｂから、キャリア１２ａの位置を示す位置信号Ｓｐを入力し、力センサ１９ｂから力センサ信号Ｓｆを入力する。そして、制御部２０は、力センサ信号Ｓｆと、メモリ２０ｂに記憶されているコンプライアンスモデルＣｍとからキャリア１２ａの目標位置を算出し、目標位置と位置信号Ｓｐとの差分に基づいて、アクチュエータ１２に操作信号Ｓｕを出力する。
【００３０】
入力部２２は、患者及び理学療法士、介護士等のリハビリテーション実施者から、リハビリテーションの実施時間、関節の屈曲角度等の各種パラメータ入力を受け付ける。入力部２２は、例えば、タッチパネルである。
【００３１】
次に、関節他動訓練器１の動作について説明する。
【００３２】
図４は、関節他動訓練器１をＣＰＭとして使用する場合（ＣＰＭモード）の流れを示すフローチャートである。まず、アクチュエータ１２のキャリア１２ａを基準位置に移動させる（ステップＳ１１）。基準位置は、リハビリテーションとしての他動訓練の開始位置であり、患者に関節他動訓練器１をセットした際、患者が無理なく膝関節を伸展させた状態の位置である。
【００３３】
キャリア１２ａを基準位置に移動させた後、患者の下肢部に関節他動訓練器１をセットする（ステップＳ１２）。具体的には、大腿支持部１３とフレーム１１との接続部が、患者の股関節付近に位置するように、関節他動訓練器１を設置する。そして、大腿支持部１３の支持部に大腿部を載せ、下腿支持部１４の支持部に下腿部を載せる。また、患者の足を足保持部１９に載せ、ベルト１９ａで足保持部１９に固定する。
【００３４】
続いて、関節他動訓練器１を起動させると、関節他動訓練器１は、膝関節を屈曲させる目標角度と、リハビリテーション（ＲＯＭ運動）の実施時間の入力受付状態となる。理学療法士、看護師等のリハビリテーション実施者は、入力部２２を介して目標角度及び実施時間を入力する。入力された目標角度及び実施時間は、制御部２０に送られ、制御パラメータとして設定される（ステップＳ１３）。
【００３５】
制御部２０は、ステップＳ１３で設定された目標角度に相当するキャリア１２ａの目標位置を算出する。そして、制御部２０は、キャリア１２ａを、基準位置と目標位置とで設定される可動範囲内を、予め設定されている一定の速度で往復移動させるように、アクチュエータ１２に操作信号Ｓｕを出力する。
【００３６】
また、制御部２０は、上記の通りアクチュエータ１２を動作させるとともに、力センサ１９ｂから力センサ信号Ｓｆを入力して、患者の膝関節を屈曲、伸展させるために必要な力Ｆを算出し、メモリに記憶させる（ステップＳ１４）。
【００３７】
患者の膝関節を屈曲、伸展させるために必要な力Ｆは、患者が動作に慣れてくると、膝関節の動作が円滑になるため、小さくなる。制御部２０は、患者の膝関節を目標角度まで屈曲させ、基準位置まで伸展させる、１サイクルの動作が終了するごとに、そのサイクル中に計測した力の最大値Ｆmaxに基づいて、患者の回復状況を推定する。具体的には、計測した力の最大値Ｆmaxが、予め定められ、制御部２０のメモリに記憶されている閾値未満であったか否か判定する（ステップＳ１５）。
【００３８】
計測した力の最大値Ｆmaxが、閾値未満であった場合、目標角度を所定角度増加させる（ステップＳ１６）。例えば、一度に増加させる角度（１段階の角度）を３度と予め設定しておき、計測した力の最大値Ｆmaxが閾値未満であれば、１段階屈曲角度を増加させる。制御部２０は、新たに設定された目標の屈曲角度に相当する、キャリア１２ａの目標位置を算出する。そして、ステップＳ１４に戻って、次のサイクルを開始する。これにより、患者のリハビリテーションの進行度合いに基づいて、自動的に関節の屈曲角度を調整することができる。
【００３９】
計測した力の最大値Ｆmaxが、閾値以上であった場合、目標角度は変更せず、終了判定を行う（ステップＳ１７）。終了判定では、ＲＯＭ動作開始からの経過時間が、ステップＳ１３で設定した実施時間を超えておらず、かつ、制御部２０が停止命令を受けていない場合には、ステップＳ１４に戻って、関節他動訓練器１の動作が継続される。
【００４０】
動作開始からの経過時間が、ステップＳ１３で設定した実施時間を経過していれば、アクチュエータ１２を停止させ、関節他動訓練器１の動作を終了させる。また、制御部２０に、入力部２２から停止信号の入力があった場合も、制御部２０は、アクチュエータ１２を停止させ、関節他動訓練器１の動作を終了させる。
【００４１】
続いて、関節他動訓練器１をトレーニングモードで使用する場合の動作について、図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
まず、上記ステップＳ１１と同様に、アクチュエータ１２の基準位置へのリセットを行う（ステップＳ２１）。また、ステップＳ１２と同様に、患者の下肢部に関節他動訓練器１をセットする（ステップＳ２２）。
【００４３】
続いて、患者に与える負荷を設定する。本実施の形態では、制御部２０が、アクチュエータ１２をコンプライアンス制御することによって、患者のトレーニング負荷を設定する。これにより、アクチュエータ１２を、負荷発生装置として用いる。より具体的には、制御部２０のメモリには、アクチュエータ１２の動特性を規定する負荷モデルとしての、コンプライアンスモデルＣｍが記憶されている。本実施の形態のコンプライアンスモデルＣｍは、次式のバネ−ダンパ系の負荷モデルである。
【数１】
2018075063.tif 000003
ただし、Ｆは力、ｍは質量、ｃは粘性減衰定数、ｋはバネ定数、ｘは位置。
【００４４】
そして、理学療法士、看護師等のリハビリテーション実施者が、入力部２２から、コンプライアンスモデルＣｍの各パラメータ（ｍ、ｃ、ｋ）を入力することによって、アクチュエータ１２の特性を設定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３では、実施時間を入力部２２に入力することにより、実施時間の設定も行う。
【００４５】
制御部２０は、パラメータの設定が完了した後、関節他動訓練器１の動作を開始させる。動作の開始とともに、制御部２０は、力センサ１９ｂから力センサ信号Ｓｆを入力し、患者が足保持部１９を踏み込む力の計測を開始する（ステップＳ２４）。
【００４６】
制御部２０は、図６の制御ブロック図に示すように、計測した力の大きさを上記コンプライアンスモデルＣｍに入力し、キャリア１２ａの目標位置を算出する（ステップＳ２５）。
【００４７】
続いて、制御部２０は、アクチュエータ１２の位置センサ１２ｂから入力したキャリア１２ａの位置と、ステップＳ２５で算出した目標位置とを比較して、キャリア１２ａを目標位置に近づけるよう、アクチュエータ１２に対して操作信号を出力する。これにより、キャリア１２ａは、目標位置に位置決め制御される（ステップＳ２６）。すなわち、患者の踏み込む力の大きさに対応して、アクチュエータ１２のキャリア１２ａが移動する。以下、患者の力の増減に応じて、制御部２０は、アクチュエータ１２を動作させる。
【００４８】
制御部２０は、トレーニング中に、入力部２２から、負荷モデルの変更、負荷モデルの各種パラメータの変更が入力されたか否か、監視しており（ステップＳ２７）、変更が入力された場合には、Ｓ２３に戻り、入力された変更内容にしたがって、アクチュエータ１２の特性を再設定する。
【００４９】
負荷モデル、パラメータの変更がなければ、終了判定を行う（ステップＳ２８）。終了判定では、ステップＳ１７と同様に、トレーニングモードの動作開始からの経過時間が、ステップＳ２３で設定した実施時間を超えておらず、かつ、制御部２０が停止命令を受けていない場合には、ステップＳ２４に戻って、関節他動訓練器１の動作が継続される。
【００５０】
動作開始からの経過時間が、ステップＳ２３で設定した実施時間を経過していれば、アクチュエータ１２を停止させ、関節他動訓練器１の動作を終了させる。また、制御部２０に、入力部から停止信号の入力があった場合も、制御部２０は、アクチュエータ１２を停止させ、関節他動訓練器１の動作を終了させる。
【００５１】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、患者の関節を屈曲、伸展させるために必要な力を検出して、関節を屈曲させる目標角度を自動調整することができる。これにより、理学療法士、看護師等のリハビリテーション実施者は、患者の状態を観察しながら、関節を屈曲させる目標角度を調整しなくてもよいので、リハビリテーション実施者の負担を軽減することができる。
【００５２】
上記実施の形態では、膝関節に対してＲＯＭ運動を行うこととしたが、これに限られない。例えば、患者の上肢に関節他動訓練器１をセットして、肘関節のＲＯＭ運動を行うこととしてもよい。この場合、足保持部１９に相当する部分に、患者の手を固定して、肘関節の屈曲、伸展にかかる力を計測すればよい。
【００５３】
また、本実施の形態では、力センサ１９ｂを足保持部１９に取り付けることとしたが、これに限られず、患者の関節の屈伸に必要な力を計測できる位置に取り付けられていればよい。例えば、キャリア１２ａに取り付けて、下腿支持部１４とキャリア１２ａとの間に加わる力を計測することとしてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、位置センサ１２ｂをキャリア１２ａに取り付けることとしたが、これに限られない。例えば、フレーム１１上に位置センサ１２ｂを取り付けて、キャリア１２ａの位置を計測することとしてもよい。これにより、アクチュエータ１２の種類、大きさ等の構造に合わせて、計測に適した位置センサ１２ｂを選択することができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、患者の膝関節を屈曲、伸展させる１サイクルの間、常に、力センサ１９ｂからの力センサ信号Ｓｆを制御部２０に入力して、関節の屈伸に必要な力Ｆを算出することとしたが、これに限られない。例えば、力Ｆが大きくなり易い区間である、屈曲角度が目標角度に達する前後の一定区間でのみ、力Ｆを計測することとしてもよい。これにより、制御部２０の演算処理を簡素化し、演算負荷を軽減することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、入力部２２をタッチパネルとしたが、これに限られない。例えば、制御部２０として汎用のコンピュータ装置を使用し、コンピュータ装置に付属するキーボードを入力部２２として使用してもよい。これにより、入力部２２及び制御部２０の構成を簡易なものとすることができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、関節を屈曲、伸展させる最大の力Ｆmaxが閾値以下となった場合に、目標角度を変更し、関節可動域を大きくすることとしている。この閾値（第１の閾値）に加えて、第１の閾値よりも大きい第２の閾値を設定し、力Ｆmaxが第２の閾値以上となった場合に、関節可動域を小さくするように、目標角度を変更することとしてもよい。これにより、拡大した関節可動域の設定によって、患者が過度な負荷を受ける場合に、自動的に負荷を緩和することができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、トレーニングモードでの、負荷モデルの変更、負荷モデルの各種パラメータの変更は、リハビリテーション実施者等からの入力によって行われることとしたが、これに限られない。例えば、患者の筋電位を測定する筋電位測定部を備え、筋電位測定部からの測定信号を制御部２０に入力して、負荷モデルのパラメータを調整することとしてもよい。具体的には、筋電位測定部による測定値が予め設定された閾値よりも大きく、患者の筋肉にかかる負荷が過大であると判断される場合には、負荷モデルのバネ定数ｋを小さくして、患者にかかる負荷を軽減する。これにより、患者の筋力の状態に合わせた負荷モデルを自動的に設定することができ、リハビリテーション実施者の負担を軽減することが可能となる。
【００５９】
また、本実施の形態では、コンプライアンスモデルＣｍは、バネ−ダンパ系の負荷モデルを用いることとしたが、これに限られない。例えば、以下の数２に示す摩擦を利用した負荷モデル、数３に示す重力を利用した負荷モデル等を用いることとしてもよい。
【数２】
2018075063.tif 000004
ただし、Ｆは力、ｍは質量、μは動摩擦係数、ｇは重力加速度、ｘは位置。
【数３】
2018075063.tif 000005
ただし、Ｆは力、ｍは質量、ｇは重力加速度、ｘは位置。
これにより、患者に多様なパターンの負荷を与えることが可能となり、患者は、飽きることなくリハビリテーションを行うことができる。
【００６０】
また、摩擦を利用した負荷モデルは、数２に示すクーロン摩擦モデルに限られず、他の摩擦モデルを用いてもよい。例えば、次式（数４〜数７）に示すLuGreモデルを用いてもよい。
【数４】
2018075063.tif 000006
【数５】
2018075063.tif 000007
【数６】
2018075063.tif 000008
【数７】
2018075063.tif 000009
ただし、Ｆは力、ｍは質量、σ0，σ1はそれぞれ摩擦表現のためのブラシの剛性と粘性、σ2は潤滑油の粘性、ＦCはクーロン摩擦力、ＦSは最大静止摩擦力、ｘは位置、ｖは速度、ｖSはストライベック速度。
これにより、静摩擦から動摩擦への変化を滑らかに扱うことができる。したがって、数２の場合に比べて、実際の摩擦現象に近い、より自然な感触の負荷を患者に与えることができる。
【００６１】
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００６２】
１      関節他動訓練器
１１    フレーム
１２    アクチュエータ
１２ａ  キャリア
１２ｂ  位置センサ
１３    大腿支持部
１３ａ  リンク部
１３ｂ、１３ｃ  端部
１４    下腿支持部
１４ａ  リンク部
１４ｂ、１４ｃ  端部
１９    足保持部
１９ａ  ベルト
１９ｂ  力センサ
２０    制御部
２０ａ  ＣＰＵ
２０ｂ  メモリ
２０ｃ  外部記憶装置
２０ｄ  入出力Ｉ／Ｆ
２０ｅ  水晶発振器
２２    入力部
Ｃｍ    コンプライアンスモデル
Ｓｆ    力センサ信号
Ｓｐ    位置信号
Ｓｕ    操作信号
【図１】
2018075063.tif 000010
【図２】
2018075063.tif 000011
【図３】
2018075063.tif 000012
【図４】
2018075063.tif 000013
【図５】
2018075063.tif 000014
【図６】
2018075063.tif 000015