(57)【要約】  複数の動作モードを実行可能な訓練装置において、動作モードに応じて適切に操作ロッドを動作させる。訓練装置は、操作ロッドと、複数のモータと、複数の力量検出部と、複数の第１指令算出部と、を備える。操作ロッドは、保持した肢を動作させる。複数のモータは、操作ロッドが動作可能な自由度方向に操作ロッドを動作させる。力量検出部は、対応する力量成分を検出し、力量成分信号を出力する。第１指令算出部には、対応する力量検出部が接続されている。第１指令算出部は、対応する力量成分信号に基づいて、第１モータ制御指令を算出する。
2016067911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の訓練プログラムに従って、使用者の上肢及び／又は下肢の四肢を訓練する訓練装置であって、
床面上又は床面に近接して載置される固定フレームに動作可能に支持され、保持した肢を動作させる操作ロッドと、
モータ制御指令に基づいて、前記操作ロッドが動作可能な自由度方向に前記操作ロッドを動作させる複数のモータと、
前記操作ロッドに加えられた力量の前記操作ロッドが動作可能な自由度方向の成分である力量成分を検出し、検出された前記力量成分の大きさに基づいた力量成分信号を出力する複数の力量検出部と、
対応する力量検出部が接続され、前記対応する力量検出部により出力された前記力量成分信号に基づいて、対応するモータを制御するための第１モータ制御指令を前記モータ制御指令として算出し前記対応するモータに出力する複数の第１指令算出部と、
を備える訓練装置。
【請求項２】
前記訓練プログラムにおいて指定された訓練指示に基づいて、前記操作ロッドの動作を指示する動作指令を作成する動作指令部と、
所定の周期にて前記動作指令を受信し、受信した前記動作指令に基づいて第２モータ制御指令を前記モータ制御指令として算出する第２指令算出部と、
前記訓練プログラムにおいて前記操作ロッドを前記操作ロッドに加えられた力量に基づいて動作させるように指定された時の第１動作モードの実行時には前記第１モータ制御指令を前記モータ制御指令として出力し、前記訓練プログラムにおいて前記操作ロッドを予め決められた動作指令に基づいて動作させるように指定された時の第２動作モードの実行時には前記第２モータ制御指令を前記モータ制御指令として出力する制御指令切替部と、
をさらに備える請求項１に記載の訓練装置。
【請求項３】
選択可能な前記訓練プログラムにおいて、前記第１動作モードを実行するか、又は、前記第２動作モードを実行するかを決定する訓練指示部をさらに備える、請求項１又は２に記載の訓練装置。
【請求項４】
前記モータの回転量に基づいて、前記操作ロッドが動作可能な自由度方向の前記操作ロッドの動作位置を検出する回転情報出力センサをさらに備え、
前記第１指令算出部は、対応する回転情報出力センサにて検出された前記動作位置に基づいて前記第１モータ制御指令を算出する、請求項１〜３のいずれかに記載の訓練装置。
【請求項５】
前記第１指令算出部は、さらに、前記操作ロッドの動作速度が最大となる前記力量を決定するステッパー値に基づいて、前記第１モータ制御指令を算出する、請求項１〜４のいずれかに記載の訓練装置。
【請求項６】
前記ステッパー値は、前記訓練プログラムの実行中に変更可能である、請求項５に記載の訓練装置。
【請求項７】
前記ステッパー値は、前記動作指令部から出力される、請求項５又は６に記載の訓練装置。
【請求項８】
前記複数の第１指令算出部は、前記力量成分信号の信号値と前記対応する力量検出部において検出された前記力量成分の大きさとの関係を表すキャリブレーションデータに基づいて力量成分値を算出し、前記力量成分値に基づいて前記第１モータ制御指令を算出する請求項１〜７のいずれかに記載の訓練装置。
【請求項９】
前記キャリブレーションデータは所定のタイミングにおいて更新される、請求項８に記載の訓練装置。
【請求項１０】
前記力量検出部における前記力量成分信号のドリフトを補正するドリフト補正部をさらに備える、請求項１〜９のいずれかに記載の訓練装置。
【請求項１１】
前記ドリフト補正部は、対応する第１指令算出部に接続されている、請求項１０に記載の訓練装置。
【請求項１２】
前記ドリフト補正部は、前記キャリブレーションデータを用いて、前記力量成分信号のドリフトを補正する、請求項１０又は１１に記載の訓練装置。
【請求項１３】
保持した使用者の上肢及び／又は下肢の四肢を動作させる操作ロッドと、前記操作ロッドに加えられた力量の前記操作ロッドが動作可能な自由度方向の成分である力量成分を検出し、検出された前記力量成分の大きさに基づいた力量成分信号を出力する力量検出部と、を備えた訓練装置における、前記力量成分信号の補正方法であって、
前記操作ロッドに力を加えることなく前記操作ロッドを基準位置に保持した状態で、前記力量検出部から前記力量成分信号を複数回取得するステップと、
前記複数回取得した前記基準位置における前記力量成分信号の平均値と予め決められた前記操作ロッドが前記基準位置にあるときの前記力量成分信号との差分を、ドリフト補正値として算出するステップと、
前記力量検出部により取得した力量成分信号に前記ドリフト補正値を加味して前記力量成分信号を補正するステップと、
を含む、力量成分信号の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータにより駆動される操作ロッドを備え、所定の訓練プログラムに従って、患者の上肢および下肢等のリハビリテーションを支援する訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳卒中患者の片麻痺した上肢や下肢の運動機能回復を目的とするリハビリテーションは、一般に作業療法士や理学療法士によって行われるため、リハビリテーションの効率的な提供の面においては限界がある。たとえば、上肢の運動機能回復を目的としたリハビリテーションでは、主には麻痺した上肢の正確な動作を、現状よりも僅かに広い動作範囲で、他動的及び能動的に、可能な限り反復することが求められる。これらの運動機能回復に関するリハビリテーションをベースに、作業療法士又は理学療法士は、患者に正確な動作を教授し、さらに手技によって患者の上肢に対して他動的負荷を加えながら能動的な動作を誘導する。【０００３】
かかるリハビリテーションでは、動作の反復回数は、療法士の体力やリハビリテーションを提供できる時間の限界によって制限される。また、療法士の経験によって、リハビリテーションの医学的な質についても差が生ずる可能性がある。よって、療法士による訓練を補助して、リハビリテーション提供の制約を無くし、かつ、その医学的な質をできるだけ標準化するために、例えば、特許文献１のような、腕などの肢が不自由な患者のリハビリテーションを支援するための上肢訓練装置が、知られている。この装置は、床面上に配置可能な固定フレームと、全方向に傾動可能に固定フレームに支持された可動フレームと、可動フレームに伸縮自在に装着され、訓練を受ける人の手で操作される操作ロッドとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１１７４８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたような訓練装置は、１つの制御部を用いて、複数の自由度をもつ訓練装置において実行される複数の動作モードに基づく操作ロッドの動作を制御していた。すなわち、特許文献１の訓練装置においては、１つの制御部が、上記複数の動作モードを操作ロッドに動作させるために、複数のモータを制御していた。このような場合、訓練装置において実行される動作モードによっては、操作ロッドが適切な動作をしないことがあった。【０００６】
本発明の課題は、複数の動作モードを実行可能な訓練装置において、それぞれの動作モードに応じて適切に操作ロッドを動作させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る訓練装置は、所定の動作モードに従って、使用者の上肢及び／又は下肢の四肢を訓練する訓練装置である。
訓練装置は、操作ロッドと、複数のモータと、複数の力量検出部と、複数の第１指令算出部とを備える。
操作ロッドは、固定フレームに動作可能に支持されている。そのため、訓練装置は、操作ロッドに保持した肢を動作させることができる。固定フレームは、床面上又は床面に近接して載置される。複数のモータは、モータ制御指令に基づいて、操作ロッドが動作可能な自由度方向に操作ロッドを動作させる。複数の力量検出部は、力量成分を検出する。また、複数の力量検出部は、検出された力量成分の大きさに基づいた力量成分信号を出力する。力量成分は、操作ロッドに加えられた力量の、操作ロッドが動作可能な自由度方向における力量の成分である。【０００８】
複数の第１指令算出部には、対応する力量検出部が接続されている。対応する力量検出部とは、当該力量検出部が接続されている第１指令算出部において算出される第１モータ制御指令に基づいて制御される、対応するモータによって操作ロッドが動作される自由度方向の力量成分を検出する力量検出部のことを言う。また、第１指令算出部は、対応する力量検出部により出力された力量成分信号に基づいて、第１モータ制御指令をモータ制御指令として算出し、対応するモータに第１モータ制御指令を出力する。第１モータ制御指令は、対応するモータを制御するための制御指令である。【０００９】
上記の訓練装置においては、第１指令算出部のそれぞれが、当該第１指令算出部に接続された対応する力量検出部から出力される力量成分信号に基づいて、第１モータ制御指令をモータ制御指令として算出する。その後、第１指令算出部は、対応するモータに、第１モータ制御指令を出力する。その結果、複数のモータのそれぞれは、対応する第１指令算出部から出力された第１モータ制御指令に基づいて制御される。【００１０】
上記の訓練装置においては、第１指令算出部には、対応する力量検出部が接続されている。これにより、第１指令算出部は、対応する力量成分信号をより高い頻度と精度にて取得できる。その結果、第１指令算出部は、操作ロッドに加えられる力量が変動したとしても、当該力量の変動に応じた第１モータ制御指令を適切な頻度と精度で算出できる。また、第１指令算出部は、モータ制御指令として算出された第１モータ制御指令を、対応するモータに出力している。これにより、操作ロッドを、操作ロッドに加えられる力量の変化に追随して適切に制御できる。【００１１】
上記の訓練装置は、動作指令部と、第２指令算出部と、制御指令切替部と、をさらに備えていてもよい。
動作指令部は、訓練プログラムにおいて指定された訓練指示に基づいて、操作ロッドの動作を指示する動作指令を作成する。第２指令算出部は、所定の周期にて動作指令を受信する。そして、第２指令算出部は、受信した動作指令に基づいて、第２モータ制御指令をモータ制御指令として算出する。【００１２】
制御指令切替部は、第１動作モードの実行時には第１モータ制御指令をモータ制御指令として出力する。一方、第２動作モードの実行時には、制御指令切替部は、第２モータ制御指令をモータ制御指令として出力する。
第１動作モードは、操作ロッドに加えられた力量に基づいて操作ロッドを動作させるよう指定された時の動作モードである。第２動作モードは、操作ロッドを予め決められた動作指令に基づいて動作させるように指定された時の動作モードである。【００１３】
上記の訓練装置においては、動作指令部が、指定された訓練指示に基づいて動作指令を作成する。また、第２指令算出部が、所定の周期にて受信した動作指令に基づいて、第２モータ制御指令をモータ制御指令として算出する。これにより、上記の訓練装置においては、訓練指示に基づいて操作ロッドを動作できる。【００１４】
従って、上記の訓練装置においては、操作ロッドに加えられる力量に基づいて操作ロッドを動作させる動作モード（第１動作モード）の実行時には、制御指令切替部が、第１モータ制御指令をモータ制御指令として出力している。
一方、操作ロッドの動作が予め指定された時の動作モード（第２動作モード）の実行時には、制御指令切替部が、第２モータ制御指令をモータ制御指令として出力している。【００１５】
これにより、制御指令切替部は、現在実行中の動作モードに応じて、適切なモータ制御指令を選択できる。その結果、上記の訓練装置は、動作モードに応じて、適切に操作ロッドを動作できる。【００１６】
上記の訓練装置は、さらに、訓練指示部を備えていてもよい。訓練指示部は、訓練装置において選択可能な訓練プログラムにおいて、第１動作モードを実行するか、又は、第２動作モードを実行するかを決定する。これにより、上記の訓練装置は、訓練プログラムの内容に応じて、適切な動作モードを選択することにより操作ロッドを適切な動作モードで動作できる。【００１７】
上記の訓練装置は、さらに、回転情報出力センサを備えていてもよい。回転情報出力センサは、モータの回転量に基づいて、操作ロッドが動作可能な自由度方向の操作ロッドの動作位置を検出する。
この場合、第１指令算出部は、対応する回転情報出力センサにて検出された動作位置に基づいて、第１モータ制御指令を算出してもよい。対応する回転情報出力センサとは、当該第１指令算出部が算出する第１モータ制御指令に基づいて制御されるモータ（対応するモータ）により操作ロッドが動作する自由度方向の動作位置を検出する回転情報出力センサのことである。
これにより、第１指令算出部は、操作ロッドの動作位置を確認しながら、モータを適切に制御可能なように、第１モータ制御指令を算出できる。【００１８】
第１指令算出部は、さらに、ステッパー値に基づいて第１モータ制御指令を算出してもよい。ステッパー値は、操作ロッドの動作速度が最大となる力量（力量成分）を決定する値である。これにより、第１動作モードの実行時における操作ロッドの操作性を調整できる。【００１９】
ステッパー値は、訓練プログラムの実行中に変更可能であってもよい。これにより、加えられた力量に基づいて操作ロッドを動作させる際に、操作ロッドの操作性を適宜調整できる。【００２０】
ステッパー値は、動作指令部から出力されてもよい。これにより、ステッパー値を動作指令部において一元的に管理できる。【００２１】
第１指令算出部は、キャリブレーションデータに基づいて、力量成分値を算出してもよい。キャリブレーションデータは、対応する力量検出部から出力される力量成分信号の信号値と、対応する力量検出部において検出された力量成分の大きさとの関係を表すデータである。この場合、第１指令算出部は、算出された力量成分値に基づいて第１モータ制御指令を算出する。
これにより、力量検出部の特性が力量検出部の個体によって異なっていたり、訓練装置の長時間の使用等により力量検出部の特性が変化したりしても、操作ロッドに加えられた力量（力量成分）を正確に算出できる。その結果、実際に操作ロッドに加えられた力に基づいて、第１モータ制御指令を算出できる。【００２２】
また、所定のタイミングにおいて、キャリブレーションデータが更新されてもよい。これにより、力量検出部の特性変動に応じたキャリブレーションデータを保持できる。【００２３】
上記の訓練装置は、さらに、ドリフト補正部を備えていてもよい。ドリフト補正部は、力量検出部（対応する力量検出部）における力量成分信号のドリフトを補正する。
これにより、外部温度の変化等による力量検出部の特性の変化に起因する力量成分信号のドリフトを補正できる。その結果、第１指令算出部は、操作ロッドに加えられる力量（力量成分）に対応した正確な力量成分値を取得できる。【００２４】
ドリフト補正部は、対応する第１指令算出部に接続されていてもよい。【００２５】
ドリフト補正部は、キャリブレーションデータを用いて、力量成分信号のドリフトを補正してもよい。これにより、ドリフト補正部は、力量成分信号を、キャリブレーションデータに対応するように、ドリフト補正できる。その結果、第１指令算出部は、より正確に力量成分値を算出できる。【００２６】
本発明の他の見地に係る補正方法は、検出された力量成分の大きさに基づいた力量成分信号を出力する力量検出部を備えた訓練装置における、力量成分信号の補正方法である。訓練装置は、その他、保持した使用者の上肢及び／又は下肢の四肢を動作させる操作ロッドを備える。力量成分信号の補正方法は、以下のステップを含む。
◎操作ロッドに力を加えることなく操作ロッドを基準位置に保持した状態で、力量検出部から力量成分信号を複数回取得するステップ。
◎複数回取得した基準位置における力量成分信号の平均値と予め決められた操作ロッドが基準位置にあるときの力量成分信号との差分を、ドリフト補正値として算出するステップ。
◎力量検出部により取得した力量成分信号にドリフト補正値を加味して力量成分信号を補正するステップ。【００２７】
これにより、外部温度の変化等による力量検出部の特性の変化に起因する力量成分信号のドリフトを補正できる。その結果、使用者の四肢を動作させる操作ロッドを備える訓練装置において、当該操作ロッドに加えられた正確な力量を取得できる。
【発明の効果】
【００２８】
複数の動作モードを実行可能な訓練装置において、それぞれの動作モードに応じて適切に操作ロッドを動作できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】訓練装置を模式的に示した図。
【図２】固定フレーム内の制御部と操作ロッド傾動機構の全体構成を示す図。
【図３Ａ】操作ロッド傾動機構及び力量検出機構の、Ａ−Ａ’平面における断面図。
【図３Ｂ】操作ロッドにＹ軸方向の力が加えられたときの操作ロッド傾動機構と力量検出機構との関係を示す図。
【図４】操作ロッドの構成を示す図。
【図５】制御部の全体構成を示す図。
【図６】指令作製部の構成を示す図。
【図７】第１実施形態に係る訓練装置のモータ制御指令部の構成を示す図。
【図８Ａ】訓練装置の基本動作を示すフローチャート。
【図８Ｂ】第１実施形態に係る訓練装置の第１動作モードの実行時における訓練装置の動作を示すフローチャート。
【図８Ｃ】第２動作モードの実行時における訓練装置の動作を示すフローチャート。
【図９】第２実施形態に係る訓練装置のモータ制御指令部の構成を示す図。
【図１０】力量成分信号補正部の構成を示す図。
【図１１】キャリブレーションデータの作成方法を示すフローチャート。
【図１２】キャリブレーションデータのデータ構造を示す図。
【図１３】ドリフト補正値の算出方法を示すフローチャート。
【図１４】第２実施形態に係る訓練装置の動作を示すフローチャート。
【図１５】第２実施形態における訓練プログラム（第１動作モード）の実行方法を示すフローチャート。
【図１６】操作ロッドが傾動したときの力量検出機構に働く力を模式的に示す図。
【図１７】第３実施形態に係る訓練装置のモータ制御指令部の構成を示す図。
【図１８】第３実施形態に係る訓練装置の第１動作モード実行時の動作を示すフローチャート。
【図１９】操作ロッドの動作位置と力量補正値との関係を示す図。
【図２０】補正テーブルのデータ構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
１．第１実施形態
（１）訓練装置の全体構成
第１実施形態に係る訓練装置１００の全体構成の一例を、図１を用いて説明する。図１は、訓練装置１００を模式的に示した図である。訓練装置１００は、所定の訓練プログラムに従って、使用者（患者）の上肢及び／又は下肢の四肢のうちのいずれかの肢の運動機能回復を目的とした訓練を行うための訓練装置である。
訓練装置１００は、固定フレーム１と、操作ロッド３と、訓練指示部５、とを主に備える。固定フレーム１は、訓練装置１００を設置する床面上又は床面に近接して載置される。また、固定フレーム１は、訓練装置１００の本体筐体を形成している。操作ロッド３は、固定フレーム１内部に備えられた操作ロッド傾動機構１３（図２）を介して、固定フレーム１に取り付けられている。この結果、操作ロッド３は、操作ロッド傾動機構１３により、固定フレーム１の長さ方向に平行なＸ軸、及び、固定フレーム１の幅方向に平行なＹ軸（図１及び図２）方向に動作（傾動）可能となる。
なお、操作ロッド３は、必要に応じて、上記のＸ軸方向又は上記のＹ軸方向のみに動作（傾動）可能となっていてもよい。この場合、操作ロッド３は、１自由度にて傾動可能となる。
また、操作ロッド３は、内部に操作ロッド３の長さ方向に伸縮機構（図４）を備えてもよい。このとき、操作ロッド３は、操作ロッド３の長さ方向に伸縮可能となるので、操作ロッド傾動機構と合わせて少なくとも２自由度又は３自由度の動作を形成することができる。
【００３１】
また、操作ロッド３は、その上端部に肢支持部材３１を有している。肢支持部材３１は、患者の肢を肢支持部材３１に支持することにより、操作ロッド３によって患者の肢を動かすことを可能とする。または、肢支持部材３１に支持された患者の肢により、患者自らの意思で操作ロッド３を動かすことを可能とする。
【００３２】
訓練指示部５は、固定部材７を介して、固定フレーム１に固定されている。訓練指示部５は、予め設定した訓練プログラムを実行し、当該訓練プログラムに基づいて、第１動作モードを実行するか、又は、第２動作モードを実行するかを決定する。第１動作モードは、操作ロッド３を、操作ロッド３に患者等により加えられた力量に基づいて動作させるための動作モードである。第２動作モードは、訓練プログラムにおいて操作ロッド３の動作が指定された時の動作モードである。すなわち、第２動作モードは、訓練プログラムによる訓練指示に基づいて、操作ロッド３を動作させるモードである。
【００３３】
また、訓練指示部５は、予め設定された訓練プログラムによって、訓練ルートと実際の患者の肢の訓練動作を視覚的情報又は聴覚的情報によって提供する。これにより、患者は、訓練プログラムにより設定された訓練動作と実際の動作とをフィードバックしながら、肢の訓練を行える。
さらに、訓練指示部５は、患者の肢が訓練プログラムに示された目標点（目標傾動角度）まで操作ロッド３を傾動できたときにも、使用者に対して、視覚的情報又は聴覚的情報により、目標傾動角度に到達したことを知らせてもよい。これにより、患者が訓練を続けるためのモチベーションを維持できる。
【００３４】
訓練指示部５としては、液晶ディスプレーなどの表示装置と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｉｓｋ）などの記憶装置と、必要に応じてタッチパネルなどの入力装置と、を備えた、一体型コンピュータシステムを用いることもできる。また、訓練指示部５は、表示装置と、その他のコンピュータシステムとが分離して構成されていてもよい。この場合、固定フレーム１に固定部材７を介して固定されるのは、表示装置である。
【００３５】
訓練指示部５において実行される訓練プログラムは、例えば、（ｉ）ガイデッドモード（Ｇｕｉｄｅｄ  Ｍｏｄｅ）、（ｉｉ）イニシエーティッドモード（Ｉｎｉｔｉａｔｅｄ  Ｍｏｄｅ）、（ｉｉｉ）ステップイニシエーティッドモード（Ｓｔｅｐ  Ｉｎｉｔｉａｔｅｄ  Ｍｏｄｅ）、（ｉｖ）フォローアシストモード（Ｆｏｌｌｏｗ  Ａｓｓｉｓｔ  Ｍｏｄｅ）、（ｖ）フリーモード（Ｆｒｅｅ  Ｍｏｄｅ）という、５つの訓練モード等を有している。ガイデッドモードは、操作ロッド３が患者の肢の動きに関係なく、肢を予め決められた方向に一定速度で動かす訓練モードである。イニシエーティッドモードは、訓練プログラムで予め設定された訓練ルートに対して、患者が肢により操作ロッド３を初動位置にて正しい方向に動かそうとした力（力覚トリガーと呼ぶこともある）を検出し、操作ロッド３が患者の肢を予め決められた訓練ルートの方向に一定速度で動かす訓練モードである。ステップイニシエーティッドモードは、操作ロッド３の訓練ルート中の所定の箇所において、力覚トリガーを検出したとき、訓練ルートにおける一定距離だけ、操作ロッド３が患者の肢を動かす訓練モードである。フォローアシストモードは、所定周期毎に力覚トリガーを検出して、検出した力覚トリガーの大きさに応じて、操作ロッド３の速度を変化させる訓練モードである。フリーモードは、患者自らの肢の動きに追従するように操作ロッド３を動かす訓練モードである。
【００３６】
上記の５つの訓練モードのうち、フリーモードが第１動作モードに含まれる。一方、他の訓練モードは第２動作モードに含まれる。すなわち、第１動作モードは、操作ロッド３の動作方向及び／又は動作速度を、患者の肢の動き（すなわち、患者の肢が操作ロッド３に対して加えた力量）に基づいて決定する動作モードである。一方、第２動作モードは、操作ロッド３の主動作（動作方向／動作速度）は、訓練プログラムにおいて指定された訓練指示に基づいて指示されているが、動作初期においては力量の検出が必要な場合がある動作モードである。
【００３７】
また、訓練装置１００は、患者が訓練中に腰掛けるための椅子９をさらに備えていてもよい。さらに、椅子９は、椅子接続部材９１を介して、固定フレーム１に接続してもよい。椅子９が、椅子接続部材９１を介して、固定フレーム１に接続されていることで、訓練装置１００の安定性を確保でき、また椅子９を再現良く固定することができる。その結果、患者が毎回訓練を同じ位置で実施することができる。
【００３８】
（２）制御部及び操作ロッド傾動機構の構成
Ｉ．全体構成
次に、制御部１１と、操作ロッド傾動機構１３の全体構成について図２を用いて説明する。図２は、固定フレーム内の制御部と操作ロッド傾動機構の全体構成を示す図である。制御部１１と、操作ロッド傾動機構１３は、固定フレーム１内に配置されている。
制御部１１は、訓練指示部５と信号送受信可能に接続されている。制御部１１は、訓練指示部５から、第１動作モードを実行するための第１動作モード実行指示、又は、第２動作モードを実行するための第２動作モード実行指示のいずれかを受信する。また、特に、第２動作モードの実行時においては、操作ロッドの訓練指示を受信する。
【００３９】
また、制御部１１は、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａ及び伸縮モータ３５９に電気的に接続されている。したがって、制御部１１は、上記の受信した第１動作モード実行指示、又は、第２動作モード実行指示に基づいて、いずれの動作モードにて上記のモータを制御するか決定できる。
【００４０】
また、第１動作モードの実行時においては、制御部１１は、患者等により操作ロッド３に加えられた力量に基づいて、第１動作モータ制御指令を算出し出力する。一方、第２動作モードの実行時においては、制御部１１は、まず、操作ロッド３の訓練指示に基づいて動作指令を算出する。次に、制御部１１は、動作指令に基づいて第２モータ制御指令を算出し出力する。これにより、制御部１１は、上記の複数の訓練プログラム（又は、第１動作モード／第２動作モード）に応じて、適切なモータ制御指令を作成し選択できる。その結果、訓練装置１００は、訓練プログラム（動作モード）に応じて、適切に操作ロッド３を動作できる。
なお、制御部１１の構成及び動作については、後ほど詳しく説明する。
【００４１】
操作ロッド傾動機構１３は、固定フレーム１に固定された操作ロッド傾動機構固定部材１５ａ、１５ｂを介して、固定フレーム１に傾動可能に取り付けられている。そのため、操作ロッド傾動機構１３は、操作ロッド３をＸ軸方向及びＹ軸方向（２自由度）に傾動可能とする。また、操作ロッド傾動機構１３には、さらに、力量検出機構１７（図２〜図３Ｂ）が備えられている。これにより、操作ロッド３に加えられた力（力量）を検出できる。
【００４２】
なお、操作ロッド傾動機構１３は、操作ロッド３をＸ軸方向又はＹ軸方向のみ（１自由度）に傾動可能となるよう構成されていてもよい。又は、操作ロッド傾動機構１３は、設定により、操作ロッド３を１自由度にて傾動させるか、２自由度にて傾動させるかを選択可能になっていてもよい。
以下に、操作ロッド傾動機構１３の構成について、詳細に説明する。
【００４３】
ＩＩ．操作ロッド傾動機構の構成
ここで、本実施形態の操作ロッド傾動機構１３の構成について、図２を用いて説明する。操作ロッド傾動機構１３は、２軸を可動させうる「ジンバル」機構により、操作ロッド３をＸ軸方向及びＹ軸方向に傾動可能とする機構である。ここで、Ｘ軸方向とは、図２において、上下方向に記載した軸に平行な水平方向である。Ｙ軸方向とは、図２において、左右方向に記載した軸に平行な水平方向である。
【００４４】
操作ロッド傾動機構１３は、Ｘ軸方向傾動部材１３１と、Ｙ軸方向傾動部材１３３と、それぞれに対応するＸ軸方向傾動モータ１３５ｂと、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａと、力量検出機構１７と、を有している。
【００４５】
なお、操作ロッド傾動機構１３が操作ロッド３を１自由度にて傾動させる場合、操作ロッド傾動機構１３は、Ｘ軸方向傾動部材１３１とＸ軸方向傾動モータ１３５ｂのみを備えるか、又は、Ｙ軸方向傾動部材１３３とＹ軸方向傾動モータ１３５ａのみを備えていれば十分である。あるいは、操作ロッド傾動機構１３が上記２つの部材及び対応する２つのモータを備えている場合であっても、いずれかの部材とモータとの組み合わせを無効にすることにより、操作ロッド傾動機構１３は、操作ロッド３を１自由度にて傾動可能となる。
【００４６】
Ｘ軸方向傾動部材１３１は、Ｙ軸方向傾動部材１３３の空間の内側に配置されている。また、Ｘ軸方向傾動部材１３１は、Ｙ軸に平行な法線を有する２つの側面から外側に伸びる２つの軸１３１ａ、１３１ｂを有している。この２つの軸１３１ａ、１３１ｂのそれぞれが、Ｙ軸方向傾動部材１３３のＹ軸に平行な法線を有する２つの側面のそれぞれに、Ｘ軸方向傾動部材１３１をＹ軸回りに回動可能なように支持されている。これにより、Ｘ軸方向傾動部材１３１は、力量検出機構１７に固定された操作ロッド３とＸ軸とがなす角度を変化させる動作を操作ロッド３に対して行える。ここで、操作ロッド３とＸ軸とがなす角度を変化させる動作のことを、「Ｘ軸方向に傾動する」と呼ぶこともある。
【００４７】
同様に、Ｙ軸方向傾動部材１３３は、Ｘ軸に平行な法線を有する２つの側面から外側へ伸びる２つの軸１３３ａ、１３３ｂを有している。この２つの軸１３３ａ、１３３ｂのそれぞれが、操作ロッド傾動機構固定部材１５ａ、１５ｂに、Ｙ軸方向傾動部材１３３をＸ軸回りに回動可能なように支持されている。これにより、Ｙ軸方向傾動部材１３３は、操作ロッド傾動機構固定部材１５ａ、１５ｂに対して、Ｘ軸回りに回動可能となる。その結果、Ｙ軸方向傾動部材１３３は、力量検出機構１７に固定された操作ロッド３とＹ軸とがなす角度を変化させる動作を操作ロッド３に対して行える。ここで、操作ロッド３とＹ軸とがなす角度を変化させる動作のことを、「Ｙ軸方向に傾動する」と呼ぶこともある。
【００４８】
このように、Ｙ軸方向傾動部材１３３は、操作ロッド３をＹ軸方向に傾動させ、Ｘ軸方向傾動部材１３１は、操作ロッド３をＸ軸方向に傾動させる。このため、操作ロッド傾動機構１３は、操作ロッド３を２次元の自由度にて傾動できる。なお、図２ではＸ軸方向傾動部材１３１は、Ｙ軸方向傾動部材１３３の空間の内側に配置されているが、Ｘ軸方向傾動部材１３１を、Ｙ軸方向傾動部材１３３の空間の外側に配置し、それに対応する部材を傾動できるように設計変更してもよい。
【００４９】
Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａは、操作ロッド傾動機構固定部材１５ａに固定されている。また、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａの出力回転軸は、図示されない減速機構を介して、Ｙ軸方向傾動部材１３３から伸びる軸１３３ａに対して、軸１３３ａを回動可能なように接続されている。このため、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａは、Ｙ軸方向傾動部材１３３をＸ軸回りに回動させる。さらに、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａは、制御部１１に対して電気的に接続されている。したがって、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａは、制御部１１による制御により、操作ロッド３をＹ軸方向に傾動できる。
【００５０】
Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂは、Ｙ軸方向傾動部材１３３の４つの側面のうち、Ｘ軸方向傾動部材１３１から伸びる軸１３１ａを軸支している側面に固定されている。また、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂの出力回転軸は、図示されない減速機構を介して、Ｘ軸方向傾動部材１３１から伸びる軸１３１ａに対して、軸１３１ａを回動可能なように接続されている。このため、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂは、Ｘ軸方向傾動部材１３１をＹ軸回りに回動可能となっている。さらに、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂは、制御部１１と電気的に接続されている。したがって、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂは、制御部１１による制御により、操作ロッド３をＸ軸方向に傾動できる。
【００５１】
このように、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａ及びＸ軸方向傾動モータ１３５ｂは、制御部１１による制御により、操作ロッド３を、それぞれＹ軸方向及びＸ軸方向に１自由度で傾動させる。すなわち、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ及びＹ軸方向傾動モータ１３５ａを具備することにより、操作ロッド３を２次元にて制御できる。
【００５２】
Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａ及びＸ軸方向傾動モータ１３５ｂとしては、例えば、サーボモータ又はブラシレスモータなどの、電動モータを用いる。
【００５３】
力量検出機構１７は、Ｘ軸方向傾動部材１３１にＸ軸に対して回転可能に軸支されている。そのため、力量検出機構１７は、Ｘ軸方向傾動部材１３１に対して、Ｙ軸方向に傾動（動作）できる。また、力量検出機構１７は、力量検出機構１７の付勢部材１７９を介して、Ｘ軸方向傾動部材１３１と接続されている。
【００５４】
ＩＩＩ．力量検出機構の構成
次に、力量検出機構１７の構成の詳細について、図２及び図３Ａを用いて説明する。図３Ａは、操作ロッド傾動機構１３及び力量検出機構１７の、Ａ−Ａ’平面における断面図である。図２に示すように、力量検出機構１７は、操作ロッド傾動機構１３と同様、２軸を可動させうる「ジンバル」機構により、操作ロッド３をＸ軸方向及びＹ軸方向に傾動可能とする機構である。
そのため、力量検出機構１７は、Ｙ軸方向力量検出部材１７１と、Ｘ軸方向力量検出部材１７３と、Ｙ軸方向力量検出部１７５と、Ｘ軸方向力量検出部１７７と、付勢部材１７９と、を有する。
【００５５】
Ｙ軸方向力量検出部材１７１は、Ｘ軸に平行な法線を有する２つの側面から外側へ伸びる２つの軸１７１ａ、１７１ｂを有している。この２つの軸１７１ａ、１７１ｂのそれぞれが、Ｘ軸方向傾動部材１３１にＸ軸回りに回動可能なように支持されている。これにより、Ｙ軸方向力量検出部材１７１は、Ｘ軸方向傾動部材１３１に対して、Ｘ軸回りに回動可能となる。その結果、Ｙ軸方向力量検出部材１７１は、Ｘ軸方向傾動部材１３１に対する相対的な傾動角度を変化できる。
【００５６】
Ｘ軸方向力量検出部材１７３は、Ｙ軸に平行な法線を有する２つの側面から外側へ伸びる２つの軸１７３ａ、１７３ｂを有している。この２つの軸１７３ａ、１７３ｂのそれぞれが、Ｙ軸方向力量検出部材１７１にＹ軸回りに回動可能なように支持されている。これにより、Ｘ軸方向力量検出部材１７３は、Ｙ軸方向力量検出部材１７１に対して、Ｙ軸回りに回動可能となる。その結果、Ｘ軸方向力量検出部材１７３は、Ｙ軸方向力量検出部材１７１に対する相対的な傾動角度を変化できる。
【００５７】
また、Ｘ軸方向力量検出部材１７３は、空間Ｓと操作ロッド固定部（図示せず）とを有している。操作ロッド３は、当該空間Ｓ内に挿入され、操作ロッド固定部によりＸ軸方向力量検出部材１７３に固定される。
【００５８】
Ｙ軸方向力量検出部１７５は、回転可能な軸（回転軸）を備え、当該回転軸の回転量に基づいた信号（力量成分信号）を出力する。Ｙ軸方向力量検出部１７５は、回転軸がＹ軸方向力量検出部材１７１の軸１７１ａ、又は、１７１ｂと一致するように、Ｘ軸方向傾動部材１３１に固定される。これにより、Ｙ軸方向力量検出部１７５は、Ｘ軸方向傾動部材１３１に対する相対的な傾動角度を検出できる。
【００５９】
後述するように、Ａ−Ａ’平面から見たＹ軸方向力量検出部材１７１のＸ軸方向傾動部材１３１に対する相対的な傾動角度は、操作ロッド３に加えられた力量のＹ軸方向の力量成分に対応した角度となる。よって、Ｙ軸方向力量検出部１７５は、Ｙ軸方向力量検出部材１７１のＸ軸方向傾動部材１３１に対する相対的な傾動角度を検出することにより、Ｙ軸方向の力量成分を検出し、検出した力量成分に基づいた信号である力量成分信号を出力できる。
【００６０】
Ｘ軸方向力量検出部１７７は、回転可能な軸（回転軸）を備え、当該回転軸の回転量に基づいた信号（力量成分信号）を出力する。Ｘ軸方向力量検出部１７７は、回転軸がＸ軸方向力量検出部材１７３の軸１７３ａ、又は１７３ｂと一致するように、Ｙ軸方向力量検出部材１７１に固定される。これにより、Ｘ軸方向力量検出部１７７は、Ｘ軸方向力量検出部材１７３のＹ軸方向力量検出部材１７１に対する相対的な傾動角度を検出できる。
【００６１】
上記のＹ軸方向力量検出部１７５と同様、図２のＢ−Ｂ’平面から見たＸ軸方向力量検出部材１７３のＹ軸方向力量検出部材１７１に対する相対的な傾動角度は、操作ロッド３に加えられた力量のＸ軸方向の力量成分に対応した角度となる。よって、Ｘ軸方向力量検出部１７７は、Ｘ軸方向力量検出部材１７３のＹ軸方向力量検出部材１７１に対する相対的な傾動角度を検出することにより、Ｘ軸方向の力量成分を検出し、検出した力量成分に基づいた信号である力量成分信号を出力できる。
【００６２】
上記のような、回転軸の回転量に基づいた信号を出力できるＹ軸方向力量検出部１７５及びＸ軸方向力量検出部１７７としては、例えば、ポテンショメータなどがある。ポテンショメータによりＹ軸方向力量検出部１７５及びＸ軸方向力量検出部１７７を構成する場合、Ｙ軸方向力量検出部１７５及びＸ軸方向力量検出部１７７のそれぞれは、Ｙ軸方向力量検出部１７５及びＸ軸方向力量検出部１７７の回転軸の回転量を表す信号（力量成分信号）を出力できる。
【００６３】
付勢部材１７９は、例えば、複数の渦巻き形状の板バネにより構成されている。図３Ａに示すように、付勢部材１７９を構成する渦巻き形状のバネの渦巻きの中心部に設けられた接続端が、Ｘ軸方向力量検出部材１７３の中心に設けられた付勢部材固定部１７３−１に固定される。また、付勢部材１７９を構成する渦巻き形状のバネの最外円周部に設けられた接続端が、Ｘ軸方向傾動部材１３１に設けられた付勢部材固定部１３１−１に固定される。
【００６４】
上記のように操作ロッド傾動機構１３と力量検出機構１７とが接続された場合、図３Ｂに示すように、例えば、操作ロッド３にＹ軸方向の右方向の力が加えられると、操作ロッド３に加えられた力により、付勢部材１７９が変形する。図３Ｂは、操作ロッドにＹ軸方向の力が加えられたときの操作ロッド傾動機構と力量検出機構との関係を示す図である。
【００６５】
操作ロッド３に力が加えられていないときの付勢部材１７９の半径をｄ１とすると、操作ロッド３に（図３Ｂに示す紙面において）Ｙ軸方向の右方向の力が加えられると、付勢部材１７９の付勢部材固定部１７３−１よりも左側部分は圧縮されて、長さが半径ｄ１よりも小さくなる。一方、付勢部材固定部１７３−１よりも右側部分は伸長されて、長さが半径ｄ１よりも大きくなる。当該バネの圧縮長さと伸長長さは、操作ロッド３に加えられた力（力量）により決まる。
【００６６】
このとき、上記の付勢部材１７９の変形により、力量検出機構１７（のＹ軸方向力量検出部材１７１）は、操作ロッド傾動機構１３に対して傾動角度θＦだけ変位する。上記の付勢部材１７９の変形度合い（変形による圧縮長さ及び伸長長さ）は、操作ロッド３に加えられた力（力量）により決定される。このため、上記の傾動角度θＦをＹ軸方向力量検出部１７５により検出することにより、操作ロッド３に加えられた力量のＹ軸方向の力量成分を検出できる。上記の説明は、Ｘ軸方向の力量成分についても同様である。
【００６７】
なお、患者等が操作ロッド３に加えた力（力量）に基づいて操作ロッド３を動作させる第１動作モードの実行時においては、制御部１１は、上記の傾動角度θＦ（力量成分信号）の変動をモニターし、当該傾動角度θＦの変動、すなわち、力量成分信号の変動に基づいて、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａ及びＸ軸方向傾動モータ１３５ｂを制御する。
【００６８】
（３）操作ロッドの構成
Ｉ．全体構成
次に、操作ロッド３の構成について、図４を用いて説明する。まず、操作ロッド３の全体構成について説明する。操作ロッド３は、肢支持部材３１と、固定ステイ３３と、伸縮機構３５と、を備えている。肢支持部材３１は、伸縮機構３５のカバー３５３の上端部に固定されている。肢支持部材３１は、患者の肢を支持する部材である。固定ステイ３３は、操作ロッド３の本体を形成している。また、固定ステイ３３は、伸縮機構３５の可動ステイ３５１を収納する空間Ｓ’を有している。さらに、固定ステイ３３は、操作ロッド３をＸ軸方向力量検出部材１７３に固定するための固定部材（図示せず）を有している。固定ステイ３３の当該固定部材により固定ステイ３３をＸ軸方向力量検出部材１７３に固定することにより、操作ロッド３は、力量検出機構１７に固定される。
【００６９】
伸縮機構３５は、操作ロッド３の長さ方向に沿って移動可能なように、固定ステイ３３に設けられる。これにより、操作ロッド３は、操作ロッド３の長さ方向に伸縮可能となる。以下、伸縮機構３５の構成について詳しく説明する。
【００７０】
ＩＩ．伸縮機構の構成
次に、伸縮機構３５の構成について、図４を用いて説明する。伸縮機構３５は、可動ステイ３５１と、カバー３５３と、ナット３５５と、ねじ軸３５７と、伸縮モータ３５９と、長さ方向力量検出部３９と、を有している。
可動ステイ３５１は、固定ステイ３３に設けられた空間Ｓ’に挿入されている。また、可動ステイ３５１は、図示しないスライドユニットを有している。このスライドユニットは、固定ステイ３３の内壁に設けられた案内レール３７に摺動可能に係合している。その結果、可動ステイ３５１は、固定ステイ３３に設けられた空間Ｓ’内を案内レール３７に沿って（すなわち、操作ロッド３の長さ方向に）移動可能となる。カバー３５３は、可動ステイ３５１の上端部と付勢部材３９１を介して接続されている。これにより、カバー３５３は、可動ステイ３５１の移動に応じて移動できる。また、カバー３５３は、上端部に肢支持部材３１を備えている。そのため、カバー３５３は、固定ステイ３３の伸びる方向に肢支持部材３１を移動できる。
【００７１】
ナット３５５は、可動ステイ３５１の底部に取り付けられている。ナット３５５は、ねじ軸３５７を螺合する。ねじ軸３５７は、固定ステイ３３の伸びる方向と平行な方向に伸びる、ねじ山が設けられた部材である。また、ねじ軸３５７は、ナット３５５に螺合されている。よって、ねじ軸３５７は、回転することにより、ナット３５５をねじ軸３５７の伸びる方向（すなわち、固定ステイ３３の伸びる方向（長さ方向））に沿って移動させる。
【００７２】
上述したように、ナット３５５は可動ステイ３５１の底部に固定されているため、ナット３５５がねじ軸３５７の伸びる方向に沿って移動することにより、可動ステイ３５１は固定ステイ３３の伸びる方向（長さ方向）に沿って移動可能となる。
【００７３】
伸縮モータ３５９は、固定ステイ３３の底部に固定されている。また、伸縮モータ３５９の出力回転軸は、ねじ軸３５７の長さ方向の端部に、ねじ軸３５７を軸回りに回転可能なように接続されている。さらに、伸縮モータ３５９は、制御部１１と電気的に接続されている。このため、伸縮モータ３５９は、制御部１１からの制御により、ねじ軸３５７を、ねじ軸３５７の軸回りに回転できる。
上述したように、ナット３５５はねじ軸３５７に螺合されているため、ナット３５５は、ねじ軸３５７の回転に応じて、ねじ軸３５７の伸びる方向に沿って移動可能となっている。そのため、可動ステイ３５１は、伸縮モータ３５９の回転に応じて、固定ステイ３３の伸びる方向（長さ方向）に沿って移動可能となる。
【００７４】
長さ方向力量検出部３９は、操作ロッド３の長さ方向に患者の肢から加えられた力量を検出する。具体的には、長さ方向力量検出部３９は、一端がカバー３５３に固定され、他端が可動ステイ３５１に固定された付勢部材３９１（例えば、バネ）の伸びΔＬを伸び検出部３９３（本実施形態においては、リニア動作ポテンショメータ）により検出して、予め設定された長さ方向の力量と付勢部材３９１の伸びとの関係から、上記の長さ方向の力量を算出し、検出する。
伸び検出部３９３をリニア動作ポテンショメータにより構成した場合、長さ方向の力量成分を表す長さ方向力量成分信号は、付勢部材３９１の伸びΔＬに応じて変化するリニア動作ポテンショメータの出力電圧として得られる。
【００７５】
（４）制御部の構成
Ｉ．全体構成
次に、制御部１１の全体構成について、３自由度系を例にとり、図５を用いて説明する。制御部１１としては、例えば、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク装置、ＳＳＤなどの記憶装置と、電気信号を変換するインターフェースなどを備えた１つ又は複数のマイコンシステムなどを用いることができる。また、以下に説明する制御部１１の機能の一部又は全部は、マイコンシステムにおいて実行可能なプログラムとして実現されていてもよい。また、当該プログラムは、マイコンシステムの記憶装置に記憶されていてもよい。さらに、制御部１１の機能の一部又は全部は、一又は複数のカスタムＩＣなどにより実現されていてもよい。
制御部１１は、指令作製部１１１と、一例としてモータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと、を有する。
【００７６】
指令作製部１１１は、訓練指示部５と信号送受信可能に接続されている。指令作製部１１１は、訓練指示部５から送信される第１動作モード実行指示、又は、第２動作モード実行指示に基づいて、いずれの動作モードにてＹ軸方向傾動モータ１３５ａ、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ、及び伸縮モータ３５９を制御するかを決定する。また、指令作製部１１１は、第２動作モードの実行時においては、訓練指示部５から操作ロッド３の訓練指示を受信する。これにより、指令作製部１１１は、第２動作モードの実行時に、操作ロッド３の訓練指示（動作指令）に基づいて、上記のモータを制御するためのモータ制御指令（第２モータ制御指令）を算出できる。
【００７７】
また、指令作製部１１１は、Ｙ軸方向力量検出部１７５、Ｘ軸方向力量検出部１７７、及び伸び検出部３９３と電気的に接続されている。これにより、指令作製部１１１は、Ｘ軸方向の力量成分を表すＸ軸方向力量成分信号と、Ｙ軸方向の力量成分を表すＹ軸方向力量成分信号と、操作ロッド３の長さ方向の力量成分を表す長さ方向力量成分信号を入力できる。その結果、指令作製部１１１は、第１動作モードの実行時に、上記のＸ軸方向力量成分信号、Ｙ軸方向力量成分信号、及び長さ方向力量成分信号に基づいて、上記のモータを制御するためのモータ制御指令（第１モータ制御指令）を算出できる。
【００７８】
その他、指令作製部１１１は、第２動作モードの実行時において、必要に応じて、Ｘ軸方向力量成分信号、Ｙ軸方向力量成分信号、及び長さ方向力量成分信号を、上記の力覚トリガーとして用いてもよい。
【００７９】
さらに、指令作製部１１１は、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと信号送受信可能に接続されている。これにより、指令作製部１１１は、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃのそれぞれに対して、対応するＹ軸方向傾動モータ１３５ａ、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ、及び伸縮モータ３５９を制御するための指令（モータ制御指令）を出力できる。
【００８０】
本実施形態の指令作製部１１１は、実行される動作モードに基づいて、出力するモータ制御指令を決定している。具体的には、指令作製部１１１は、操作ロッド３に加えられた力量に基づいて操作ロッド３を動作させる第１動作モードの実行時には、Ｘ軸方向力量成分信号、Ｙ軸方向力量成分信号、長さ方向力量成分信号に基づいて算出される第１モータ制御指令をモータ制御指令として出力する。
一方、訓練プログラムにおいて指示された訓練指示に基づいて操作ロッド３を動作させる第２動作モードの実行時には、訓練指示（動作指令）に基づいて算出された第２モータ制御指令をモータ制御指令として出力する。
【００８１】
これにより、指令作製部１１１は、実行中の動作モード（訓練プログラム）に応じて、適切なモータ制御指令を出力できる。その結果、訓練装置１００は、訓練プログラム（動作モード）に応じて、適切に操作ロッド３を動作できる。
【００８２】
また、指令作製部１１１は、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、及び第３回転情報出力センサ３５９−１と信号送受信可能に接続されている。これにより、指令作製部１１１は、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、及び第３回転情報出力センサ３５９−１のそれぞれから出力されるパルス信号に基づいて、対応するＹ軸方向傾動モータ１３５ａ、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ、及び伸縮モータ３５９の回転量を知ることができる。その結果、指令作製部１１１は、上記の３つのモータの回転量に基づいて、操作ロッド３の位置（傾動角度、操作ロッド長さ）を確認しながら、操作ロッド３を制御できる。具体的には、指令作製部１１１は、操作ロッド３の位置を確認し、操作ロッド３が指定された動作範囲内にあるかどうかを確認しながら、操作ロッド３を制御できる。
なお、指令作製部１１１の構成の詳細については、後ほど説明する。
【００８３】
モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、指令作製部１１１と信号送受信可能に接続されている。このため、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、指令作製部１１１からモータ制御指令を受信できる。また、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、それぞれ、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａ、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ、伸縮モータ３５９に対して、電気的に接続されている。したがって、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、受信したモータ制御指令に基づき、上記のモータを制御できる。
【００８４】
さらに、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、それぞれ、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａ用の第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ用の第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、伸縮モータ３５９用の第３回転情報出力センサ３５９−１に、信号送受信可能に接続されている。
【００８５】
第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、第３回転情報出力センサ３５９−１は、それぞれ、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａの出力回転軸、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂの出力回転軸、伸縮モータ３５９の出力回転軸に、固定されている。これにより、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、第３回転情報出力センサ３５９−１は、それぞれ、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａの回転量、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂの回転量、伸縮モータ３５９の回転量を出力できる。その結果、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、第３回転情報出力センサ３５９−１は、それぞれ、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａの回転量、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂの回転量、伸縮モータ３５９の回転量に基づいて、操作ロッド３が動作可能な自由度方向に対応する操作ロッド３の動作位置を検出できる。
【００８６】
具体的には、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１は、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａの回転量に基づいて、操作ロッド３のＹ軸方向の動作位置（傾動角度）を検出できる。また、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１は、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂの回転量に基づいて、操作ロッド３のＸ軸方向の動作位置（傾動角度）を検出できる。さらに、第３回転情報出力センサ３５９−１は、伸縮モータ３５９の回転量に基づいて、操作ロッド３の長さ方向の動作位置を検出できる。
【００８７】
第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、第３回転情報出力センサ３５９−１としては、モータの出力回転軸の回転量が測定可能なセンサを用いることができる。このようなセンサとして、例えば、インクリメンタル型のエンコーダや、アブソリュート型のエンコーダなどのエンコーダを好適に用いることができる。センサにエンコーダを使用した場合、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、及び第３回転情報出力センサ３５９−１は、それぞれ、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａの回転量、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂの回転量、伸縮モータ３５９の回転量に応じたパルス信号を出力する。
【００８８】
このように、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃが、モータの出力回転軸の回転量を測定する第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、第３回転情報出力センサ３５９−１と接続されることにより、モータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、実際のモータの回転量などを考慮して、上記のモータを制御できる。上記のモータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃとしては、例えば、フィードバック制御理論を用いたモータ制御装置（モータ制御回路）などを用いることができる。
【００８９】
ＩＩ．指令作製部の構成
次に、指令作製部１１１の構成の詳細について、図６を用いて説明する。指令作製部１１１は、動作指令部１１１１と、送信切替部１１１３と、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃと、を有する。
動作指令部１１１１は、訓練指示部５と信号送受信可能となっている。そのため、動作指令部１１１１は、訓練指示部５から第１動作モード実行指示、又は、第２動作モード実行指示を受信する。また、動作指令部１１１１は、訓練指示部５から、訓練プログラムにおいて指定された訓練指示を受信する。
【００９０】
動作指令部１１１１は、第２動作モード実行指示を受信した場合（第２動作モードの実行時）、訓練プログラムにおいて指定された訓練指示に基づいて、操作ロッド３の動作を指示する動作指令を作成する。
【００９１】
また、動作指令部１１１１は、Ｙ軸方向力量検出部１７５、Ｘ軸方向力量検出部１７７と、伸び検出部３９３と、信号送受信可能に接続されている。そのため、動作指令部１１１１は、必要に応じて、操作ロッド３の各自由度方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び長さ方向）の力量成分信号を入力できる。その結果、動作指令部１１１１は、第２動作モードの実行時において、力量成分信号が必要な場合（例えば、力覚トリガーなどとして用いる場合）、より迅速に力量成分信号を入力できる。
【００９２】
さらに、動作指令部１１１１は、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、第３回転情報出力センサ３５９−１と信号送受信可能に接続されている。これにより、各回転情報出力センサによる出力値は動作指令部１１１１に通知され、その出力に基づいて、各モータ制御指令として、操作ロッド３の各自由度方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び長さ方向）の位置情報を入力できる。
なお、変形例として、動作指令部１１１１には、上記の各回転情報出力センサが接続されていなくてもよい。この場合、各モータ制御指令部に接続された対応する回転情報出力センサから、上記の各自由度方向の位置情報を受信する。
【００９３】
また、動作指令部１１１１は、上記の各センサから直接取得した、又は、モータ制御指令部を介して取得した他軸の自由度方向の位置情報を各モータ制御指令部へ送信する。例えば、モータ制御指令部１１１５ａには、当該モータ制御指令部１１１５ａに接続されていない第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１及び第３回転情報出力センサ３５９−１の位置情報を送信する。
【００９４】
さらに、動作指令部１１１１は、送信切替部１１１３の入力ａと信号送受信可能に接続されている。これにより、動作指令部１１１１は、第２動作モードの実行時に、算出した動作指令を送信切替部１１１３に送信できる。その結果、動作指令部１１１１において算出された動作指令は、送信切替部１１１３を介して、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれに送信される。
【００９５】
一方、動作指令部１１１１は、第１動作モードの実行時において、必要に応じて、操作ロッド３の各自由度方向（本実施形態においては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び操作ロッド３の長さ方向の３自由度方向）の位置情報を出力してもよい。これにより、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれは、上記の３自由度方向の位置情報を参照できる。
【００９６】
送信切替部１１１３は、本実施形態においては、１つの入力ａと、３つの出力ｂ、ｃ、ｄとを有する。送信切替部１１１３は、所定の周期にて、１つの入力ａに接続される出力ｂ、ｃ、ｄを選択し、選択された出力と入力ａとを接続する。これにより、送信切替部１１１３は、所定の周期にて、入力ａに入力されている信号を、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのいずれか１つに順番に送信できる。
【００９７】
送信切替部１１１３の入力ａは、動作指令部１１１１と信号送受信可能に接続されている。そのため、送信切替部１１１３は、第２動作モードの実行時には、上記の所定の周期にて、動作指令部１１１１にて算出された、操作ロッド３の目標位置及び移動速度などの情報を含んだ動作指令を、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのいずれか１つに順番に送信する。
一方、第１動作モードの実行時において、動作指令部１１１１が操作ロッド３の３つの自由度方向の位置情報を出力する場合は、送信切替部１１１３は、所定の周期にて、上記の３つの自由度方向の位置情報を、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのいずれか１つに送信する。
【００９８】
送信切替部１１１３は、１つの入力ａと３つの出力ｂ、ｃ、ｄとを有し、動作指令部１１１１などからの信号に基づいて、入力ａと選択された１つの出力とを接続するスイッチなどにより、ハードウェア的に実現されてもよい。
または、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれに個別に通信アドレス（例えば、個別のＩＤ、ＩＰアドレス、ポート番号など）を予め割り当てておき、送信切替部１１１３が、動作指令部１１１１などにより指定された通信アドレスに、動作指令部１１１１からの信号を送信するようにしてもよい。この場合、送信切替部１１１３は、制御部１１を構成するマイコンシステムに備わり、上記の３つのモータ制御指令部が接続された通信インターフェースを制御するプログラムとして実現されてもよい。また、この場合、動作指令部１１１１が、送信したい信号と当該送信したい信号の宛先となる通信アドレスとを含む通信パケットを、所定の周期にて送信切替部１１１３に送信してもよい。
【００９９】
３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、それぞれ、送信切替部１１１３の出力ｂ、ｃ、ｄに信号送受信可能に接続されている。このため、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれは、送信切替部１１１３を介して、動作指令部１１１１から、所定の周期にて、上記の動作指令（第２動作モードの実行時）及び／又は３自由度方向の位置情報と力量成分信号（必要に応じて）を入力できる。
【０１００】
動作指令部１１１１から動作指令及び／又は３自由度方向の位置情報と力量成分信号などを入力することにより、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、それぞれ、対応するモータ１３５ａ、１３５ｂ、３５９を、上記の動作指令に基づいて制御するための第２モータ制御指令を算出できる。
具体的には、モータ制御指令部１１１５ａは、モータ制御部１１３ａにより制御されるＹ軸方向傾動モータ１３５ａのための第２モータ制御指令を算出する。モータ制御指令部１１１５ｂは、モータ制御部１１３ｂにより制御されるＸ軸方向傾動モータ１３５ｂのための第２モータ制御指令を算出する。モータ制御指令部１１１５ｃは、モータ制御部１１３ｃにより制御される伸縮モータ３５９のための第２モータ制御指令を算出する。
【０１０１】
なお、制御部１１が複数のマイコンシステムにて構成される場合、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれを個別のマイコンシステムにより構成できる。すなわち、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれが、ＣＰＵと、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶装置と、電気信号変換インターフェース（電気信号変換回路）と、通信インターフェース（通信回路）と、を個別に備えていてもよい。この場合、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃにおける機能を、複数のマイコンシステムに分散できる。
また、上記のように、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれが個別のマイコンシステムにより構成される場合、動作指令部１１１１も、ＣＰＵと、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶装置と、通信インターフェース（通信回路）と、を備えた個別のマイコンシステムとできる。
【０１０２】
また、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、それぞれ、対応する力量検出部と信号送受信可能に接続されている。具体的には、モータ制御指令部１１１５ａは、Ｙ軸方向力量検出部１７５と信号送受信可能に接続されている。モータ制御指令部１１１５ｂは、Ｘ軸方向力量検出部１７７と信号送受信可能に接続されている。モータ制御指令部１１１５ｃは、伸び検出部３９３と信号送受信可能に接続されている。
【０１０３】
これにより、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、それぞれ、第１動作モードの実行時に、対応する力量検出部から入力した力量成分信号に基づいて、対応するモータ１３５ａ、１３５ｂ、３５９を制御するための第１モータ制御指令を算出できる。
【０１０４】
具体的には、モータ制御指令部１１１５ａは、Ｙ軸方向力量検出部１７５から出力されるＹ軸方向力量成分信号に基づいて、モータ制御部１１３ａにより制御されるＹ軸方向傾動モータ１３５ａを制御するための第１モータ制御指令を算出する。
モータ制御指令部１１１５ｂは、Ｘ軸方向力量検出部１７７から出力されるＸ軸方向力量成分信号に基づいて、モータ制御部１１３ｂにより制御されるＸ軸方向傾動モータ１３５ｂを制御するための第１モータ制御指令を算出する。
モータ制御指令部１１１５ｃは、伸び検出部３９３から出力される長さ方向力量成分信号に基づいて、モータ制御部１１３ｃにより制御される伸縮モータ３５９を制御するための第１モータ制御指令を算出する。
【０１０５】
また、上記のように、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃに、それぞれ、対応するＹ軸方向力量検出部１７５、Ｘ軸方向力量検出部１７７、及び伸び検出部３９３が接続されることにより、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、対応する力量成分信号を送信切替部１１１３を介して取得するよりも高い頻度にて取得できる。その結果、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、操作ロッド３に加えられる力量が変動したとしても、当該力量の変動に応じた第１モータ制御指令を算出できる。
さらにその結果、操作ロッド３を、操作ロッド３に加えられる力量が変動しても、その変動に追随して適切に制御できる。
【０１０６】
さらに、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃに、それぞれ、対応する第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、及び第３回転情報出力センサ３５９−１が信号送受信可能に接続されている。
これにより、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、それぞれ、対応する操作ロッド３のＹ軸方向の位置情報（傾動角度）、Ｘ軸方向の位置情報（傾動角度）、及び操作ロッド３の長さ方向の位置情報に基づいて、対応する第１モータ制御指令を算出できる。
【０１０７】
その結果、訓練装置１００は、操作ロッド３の位置（動作位置）を確認しながら、操作ロッド３を適切に制御できる。
【０１０８】
また、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃは、それぞれ、訓練指示部５と信号送受信可能に接続されている。これにより、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれは、訓練指示部５から、第１動作モード実行指示、又は、第２動作モード実行指示のいずれかを受信できる。なお、上記の３つのモータ制御指令部は、動作指令部１１１１から上記の第１動作モード実行指示又は第２動作モード実行指示を受信してもよい。
【０１０９】
３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃはそれぞれ、第１動作モード実行指示を受信したとき（第１動作モードの実行時）には第１モータ制御指令を、第２動作モード実行指示を受信したとき（第２動作モードの実行時）には第２モータ制御指令を、対応するモータ制御部１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃにモータ制御指令として切り替えて出力する。
【０１１０】
これにより、訓練装置１００は、複数の動作モードに応じて、適切なモータ制御指令を選択できる。その結果、訓練装置１００は、動作モードに応じて、適切に操作ロッド３を動作できる。
【０１１１】
ＩＩＩ．モータ制御指令部の構成
次に、第１実施形態に係る訓練装置のモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃの構成について、図７を用いて説明する。
以下の説明においては、モータ制御指令部１１１５ａを例にとって、モータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃの構成を説明する。なぜなら、他のモータ制御指令部１１１５ｂ及び１１１５ｃの構成は、モータ制御指令部１１１５ａの構成と同じであるからである。
モータ制御指令部１１１５ａは、第１指令算出部１１１５ａ−１と、第２指令算出部１１１５ａ−３と、制御指令切替部１１１５ａ−５と、を有する。なお、以下に説明する第１指令算出部１１１５ａ−１、第２指令算出部１１１５ａ−３、及び制御指令切替部１１１５ａ−５の各機能は、各モータ制御指令部にて実行されるプログラムとして実現されていてもよい。
【０１１２】
第１指令算出部１１１５ａ−１には、対応する力量検出部（モータ制御指令部１１１５ａの場合、Ｙ軸方向力量検出部１７５）が信号送受信可能に接続されている。従って、第１指令算出部１１１５ａ−１は、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）により出力された力量成分信号（Ｙ軸方向力量成分信号）に基づいて、第１モータ制御指令を算出できる。第１モータ制御指令は、対応するモータ（モータ１３５ａ）を、検出された力量成分（Ｙ軸方向力量成分信号）に基づいて制御するためのモータ制御指令である。
【０１１３】
第１指令算出部１１１５ａ−１に対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部）が接続されることにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、対応する力量成分信号（Ｙ軸方向力量成分信号）をより高い頻度にて取得できる。その結果、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３に加えられる力量が変動したとしても、当該力量の変動に応じた第１モータ制御指令を算出できる。さらにその結果、操作ロッド３を、操作ロッド３に加えられる力量の変化に追随して適切に制御できる。
【０１１４】
また、第１指令算出部１１１５ａ−１には、対応する回転情報出力センサ（第１回転情報出力センサ１３５ａ−１）が信号送受信可能に接続されている。これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、対応する回転情報出力センサ（第１回転情報出力センサ１３５ａ−１）にて検出された動作位置（Ｙ軸方向の動作位置（傾動角度））に基づいて、第１モータ制御指令を算出できる。
その結果、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３の位置（動作位置（傾動角度））を確認しながら、モータ１３５ａ（操作ロッド３）を適切に制御可能な第１モータ制御指令を算出できる。
【０１１５】
さらに、第１指令算出部１１１５ａ−１は、動作指令部１１１１から所定の周期にて、ステッパー値の設定値を受信する。ステッパー値とは、操作ロッド３の動作速度が最大となる操作ロッド３に加えられる力量を決定するための値である。すなわち、ステッパー値は、操作ロッド３に加えられる力量に対する、操作ロッド３の応答感度を決定する値である。
【０１１６】
これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３に加えられる力量に基づいて操作ロッド３を動作させる第１動作モードの実行時に、患者等の所望の応答感度に基づいた第１モータ制御指令を算出できる。その結果、第１動作モードの実行時における操作ロッド３の操作性を調整できる。
また、上記のステッパー値を動作指令部１１１１から出力することにより、ステッパー値を動作指令部１１１１において一元的に管理できる。
【０１１７】
なお、上記のステッパー値は、第１動作モードの実行中に変更可能であっても良い。すなわち、第１動作モードの実行中に、訓練指示部５などにおいてステッパー値の設定値が変更された場合、動作指令部１１１１は、更新されたステッパー値を第１指令算出部１１１５ａ−１に通知する。
これにより、第１動作モードの実行中に、操作ロッド３の操作性を適宜調整できる。
【０１１８】
さらに、第１指令算出部１１１５ａ−１は、動作指令部１１１１から所定の周期にて、必要に応じて、他の自由度方向（第１指令算出部１１１５ａ−１の場合、Ｘ軸方向及び操作ロッド３の長さ方向）の力量成分信号及び／又は動作位置を受信してもよい。これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、他の自由度方向の情報も参照できる。
【０１１９】
また、第１指令算出部１１１５ａ−１は、制御指令切替部１１１５ａ−５の２つの入力のうちの１つ（入力ｅ）と信号送受信可能に接続されている。これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、制御指令切替部１１１５ａ−５の入力ｅに、算出した第１モータ制御指令を出力できる。
【０１２０】
第２指令算出部１１１５ａ−３は、動作指令部１１１１から所定の周期にて、動作指令部１１１１において算出された動作指令を受信可能となっている。これにより、第２指令算出部１１１５ａ−３は、受信した動作指令に基づいた第２モータ制御指令を算出できる。すなわち、第２指令算出部１１１５ａ−３は、第２動作モードの実行時に、訓練プログラムにおいて指定された訓練指示に基づいて、対応するモータ（モータ１３５ａ）を制御するための第２モータ制御指令を算出できる。
【０１２１】
また、第２指令算出部１１１５ａ−３は、制御指令切替部１１１５ａ−５の２つの入力のうちの、第１指令算出部１１１５ａ−１が接続されている入力とは別の入力（入力ｆ）と信号送受信可能に接続されている。これにより、第２指令算出部１１１５ａ−３は、制御指令切替部１１１５ａ−５の入力ｆに、算出した第２モータ制御指令を出力できる。
【０１２２】
制御指令切替部１１１５ａ−５は、２つの入力ｅ、ｆと１つの出力ｇとを有している。また、制御指令切替部１１１５ａ−５は、訓練指示部５から、第１動作モード実行指示又は第２動作モード実行指示を受信する。これにより、制御指令切替部１１１５ａ−５は、第１動作モード実行指示を受信したとき（すなわち、第１動作モードの実行時）には、入力ｅと出力ｇとを接続できる。一方、第２動作モード実行指示を受信したとき（すなわち、第２動作モードの実行時）には、入力ｆと出力ｇとを接続できる。
【０１２３】
上記のように、制御指令切替部１１１５ａ−５の入力ｅには第１指令算出部１１１５ａ−１が接続されており、入力ｆには第２指令算出部１１１５ａ−３が接続されている。また、出力ｇは、対応するモータ制御部（モータ制御部１１３ａ）と信号送受信可能に接続されている。
そのため、制御指令切替部１１１５ａ−５は、第１動作モードの実行時には、第１指令算出部１１１５ａ−１から出力される第１モータ制御指令を、対応するモータ制御部１１３ａにモータ制御指令として出力できる。一方、第２動作モードの実行時には、制御指令切替部１１１５ａ−５は、第２指令算出部１１１５ａ−３から出力される第２モータ制御指令を、対応するモータ制御部１１３ａにモータ制御指令として出力できる。
【０１２４】
これにより、制御指令切替部１１１５ａ−５は、複数の動作モードに応じて、適切なモータ制御指令を選択して、対応するモータ制御部１１３ａに出力できる。その結果、対応するモータ１３５ａは、適切なモータ制御指令に基づいて適切に制御される。これにより、訓練装置１００は、動作モードに応じて、適切に操作ロッド３を動作できる。
【０１２５】
（５）訓練装置の動作
Ｉ．訓練装置の基本動作
次に、第１実施形態に係る訓練装置１００の基本動作について、図８Ａを用いて説明する。図８Ａは、訓練装置の基本動作を示すフローチャートである。以下の動作の説明においては、モータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃに関する動作を説明する際は、複数のモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのうち、モータ制御指令部１１１５ａの動作を例にとって説明する。なぜなら、他のモータ制御指令部１１１５ｂ、１１１５ｃにおいても、同様な動作を行うからである。
【０１２６】
訓練装置１００が動作を開始すると、まず、訓練指示部５において、第１動作モードにて操作ロッド３を動作させるか、又は、第２動作モードにて操作ロッド３を動作させるかが選択される（ステップＳ１）。
【０１２７】
具体的には、訓練指示部５において、訓練プログラムとして上記のフリーモードが選択された場合には、操作ロッド３に加えられた力量に基づいて操作ロッド３を動作させる第１動作モードが、動作モードとして選択される。
一方、訓練指示部５において、訓練プログラムとしてフリーモード以外のモードが選択された場合には、訓練プログラムに指定された訓練指示に基づいて操作ロッド３を動作させる第２動作モードが、動作モードとして選択される。
【０１２８】
訓練指示部５において動作モードを選択後、訓練指示部５は、制御部１１に対して、第１動作モード又は第２動作モードのいずれの動作モードにて操作ロッド３を動作させるかを通知する。具体的には、訓練指示部５は、第１動作モードを動作モードとして選択した場合は、制御部１１に第１動作モード実行指示を送信する。一方、第２動作モードを動作モードとして選択した場合は、訓練指示部５は、制御部１１に第２動作モード実行指示を送信する。
【０１２９】
制御部１１が訓練指示部５から第１動作モード実行指示を受信すると（ステップＳ１において「第１動作モード」の場合）、モータ制御指令部１１１５ａの制御指令切替部１１１５ａ−５は、入力ｅと出力ｇとを接続する。これにより、モータ制御指令部１１１５ａからは、第１指令算出部１１１５ａ−１において算出された第１モータ制御指令が、対応するモータ１３５ａのためのモータ制御指令として出力される。
【０１３０】
その結果、上記の対応するモータ１３５ａは、モータ制御部１１３ａにより、操作ロッド３に加えられる力量に基づいた第１モータ制御指令に基づいて制御される。すなわち、操作ロッド３は、操作ロッド３に加えられる力量に基づいて動作する（すなわち、第１動作モードが実行される）（ステップＳ２）。
【０１３１】
一方、制御部１１が訓練指示部５から第２動作モード実行指示を受信すると（ステップＳ１において「第２動作モード」の場合）、モータ制御指令部１１１５ａの制御指令切替部１１１５ａ−５は、入力ｆと出力ｇとを接続する。これにより、モータ制御指令部１１１５ａからは、第２指令算出部１１１５ａ−３において算出された第２モータ制御指令が、対応するモータ１３５ａのためのモータ制御指令として出力される。
【０１３２】
その結果、上記の対応するモータ１３５ａは、モータ制御部１１３ａにより、動作指令部１１１１から出力される動作指令に基づいた第２モータ制御指令に基づいて制御される。すなわち、操作ロッド３は、訓練プログラムに指定された訓練指示に基づいて動作する（すなわち、第２動作モードが実行される）（ステップＳ３）。
【０１３３】
このように、訓練プログラムに応じて適切な動作モードを選択し、選択された動作モード（第１動作モード、又は、第２動作モード）に基づいて操作ロッド３（モータ１３５ａ、１３５ｂ、３５９）を制御するためのモータ制御指令（第１モータ制御指令、又は、第２モータ制御指令）を選択することにより、訓練装置１００は、訓練プログラムに応じて、適切に操作ロッド３を動作できる。
【０１３４】
ＩＩ．第１動作モードの実行時における訓練装置の動作
次に、上記のステップＳ２における第１動作モードの実行時における訓練装置１００の動作の詳細について、図８Ｂを用いて説明する。図８Ｂは、第１実施形態に係る訓練装置の第１動作モードの実行時における訓練装置の動作を示すフローチャートである。
第１動作モードの実行が開始されると、まず、第１指令算出部１１１５ａ−１が、第１指令算出部１１１５ａ−１に接続されたＹ軸方向力量検出部１７５から、Ｙ軸方向力量検出部１７５から出力されているＹ軸方向力量成分信号を受信する（ステップＳ２１）。これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３に加えられた力量のＹ軸方向の力量成分を力量成分信号として取得できる。
【０１３５】
また、上記のステップＳ２１において、第１指令算出部１１１５ａ−１は、対応する回転情報出力センサ（第１回転情報出力センサ１３５ａ−１）から、操作ロッド３の（Ｙ軸方向の）動作位置（傾動角度）を取得する。これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３の動作位置（傾動角度）を確認しつつ、第１モータ制御指令を算出できる。
【０１３６】
さらに、第１指令算出部１１１５ａ−１は、必要に応じて、動作指令部１１１１から、他の自由度方向（Ｘ軸方向、及び／又は、操作ロッド３の長さ方向）の動作位置及び／又は力量成分信号を受信する。これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、他の自由度方向の情報も参照しつつ、第１モータ制御指令を算出できる。
【０１３７】
具体的には、例えば、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３の動作位置が操作ロッド３の動作範囲内であるかどうかを確認して、所定の処理を実行できる。
【０１３８】
次に、第１指令算出部１１１５ａ−１は、取得したＹ軸方向力量成分信号に基づいて、対応するモータ１３５ａを制御するための第１モータ制御指令を算出する（ステップＳ２２）。
具体的には、取得したＹ軸方向力量成分信号の信号値（すなわち、Ｙ軸方向の力量成分の大きさ）に応じて、操作ロッド３の動作速度（すなわち、モータ１３５ａの回転速度）を決定する第１モータ制御指令を算出する。
【０１３９】
例えば、第１指令算出部１１１５ａ−１は、Ｙ軸方向力量成分信号（力量成分の大きさ）の増加に対して、操作ロッド３の動作速度（モータ１３５ａの回転速度）を増加するような第１モータ制御指令を算出する。
【０１４０】
ステップＳ２２において第１モータ制御指令を算出後、第１指令算出部１１１５ａ−１は、算出した第１モータ制御指令を制御指令切替部１１１５ａ−５へ出力する。
第１動作モードの実行時において、制御指令切替部１１１５ａ−５は入力ｅと出力ｇとを接続しているため、第１指令算出部１１１５ａ−１から出力された第１モータ制御指令は、モータ制御指令として、対応するモータ制御部１１３ａに出力される。その結果、対応するモータ１３５ａは、第１モータ制御指令に基づいて制御される（ステップＳ２３）。すなわち、対応するモータ１３５ａは、操作ロッド３に加えられた力量のＹ軸方向の力量成分に基づいて制御される。
【０１４１】
次に、第１指令算出部１１１５ａ−１は、第１動作モードが終了したかどうかを確認する（ステップＳ２４）。具体的には、例えば、訓練指示部５から、上記のフリーモードの実行の停止が指示された場合などに、第１指令算出部１１１５ａ−１は、第１動作モードが終了したかどうかを確認できる。
【０１４２】
第１動作モードが終了したと判断された場合（ステップＳ２４において「Ｙｅｓ」の場合）、第１指令算出部１１１５ａ−１は、力量の検出を停止し、第１モータ制御指令の算出を停止する（第１動作モードの終了）。
一方、第１動作モードが実行中（継続中）であると判断された場合（ステップＳ２４において「Ｎｏ」の場合）、第１指令算出部１１１５ａ−１は、ステップＳ２１に戻り、力量の検出と第１モータ制御指令の算出とを継続する。
【０１４３】
上記のように、第１動作モードの実行中、第１指令算出部１１１５ａ−１は、常に、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）から出力されている力量成分信号を受信し、受信した力量成分信号に基づいて第１モータ制御指令を算出している。
また、上記のように、第１指令算出部１１１５ａ−１には、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）が直接接続されている。
【０１４４】
これにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、対応する力量成分信号（Ｙ軸方向力量成分信号）を、後述する動作指令の受信頻度よりも、より高い頻度にて取得できる。その結果、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３に加えられた力量が変動しても、力量の変動を的確に捉えることができる。
【０１４５】
第１指令算出部１１１５ａ−１が力量（力量成分信号）の変動を的確に捉えることにより、第１指令算出部１１１５ａ−１は、操作ロッド３に加えられる力量が変動したとしても、当該力量の変動に応じた第１モータ制御指令を算出できる。その結果、操作ロッド３を、操作ロッド３に加えられる力量の変化に追随して適切に制御できる。
【０１４６】
ＩＩＩ．第２動作モードの実行時における訓練装置の動作
次に、上記のステップＳ３における第２動作モードの実行時における訓練装置１００の動作の詳細について、図８Ｃを用いて説明する。図８Ｃは、第１実施形態に係る訓練装置の第２動作モードの実行時における訓練装置の動作を示すフローチャートである。
訓練装置１００において、第２動作モードの実行が開始されると、まず、訓練指示部５が、上記の訓練プログラムに応じた訓練指示を、動作指令部１１１１に送信する。なお、訓練指示部５は、訓練指示を動作指令部１１１１に一度に送信してもよいし、何回かに分けて送信してもよい。また、訓練指示を一度に送信するか、又は、何回かに分けて送信するかを、訓練プログラム、動作モードに応じて決定してもよい。
【０１４７】
訓練指示部５から訓練指示を受信すると、動作指令部１１１１は、受信した訓練指示に基づいて、操作ロッド３の動作指令を算出する。具体的には、例えば、動作指令部１１１１は、訓練指示に基づいて、操作ロッド３の動作速度（モータ１３５ａの回転速度）を指示する動作指令を算出する。
【０１４８】
次に、動作指令部１１１１は、算出した動作指令を、送信切替部１１１３を介して、３つのモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれに送信する。
動作指令部１１１１からモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれに動作指令を送信する際、送信切替部１１１３は、入力ａと接続すべき出力ｂ、ｃ、ｄを１つずつ選択し、選択した１つの出力ｂ、ｃ、ｄと入力ａとを接続する。そのため、ある特定の１つの出力ｂ、ｃ、ｄは、所定の周期にて、入力ａと接続されることになる。
【０１４９】
その結果、動作指令部１１１１は、見かけ上、所定の周期にて、モータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのいずれか１つに動作指令を出力することになる。
【０１５０】
動作指令部１１１１が動作指令を出力する間、モータ制御指令部１１１５ａは、動作指令が受信されたかどうかを確認する（ステップＳ３１）。
モータ制御指令部１１１５ａが動作指令を受信していない場合（ステップＳ３１において「Ｎｏ」の場合）、モータ制御指令部１１１５ａは、動作指令の受信のために待機する。
【０１５１】
一方、モータ制御指令部１１１５ａが動作指令を受信した場合（ステップＳ３１において「Ｙｅｓ」の場合）、モータ制御指令部１１１５ａの第２指令算出部１１１５ａ−３が、動作指令を受信し、受信した動作指令に基づいて、第２モータ制御指令を算出する（ステップＳ３２）。これにより、第２指令算出部１１１５ａ−３は、動作指令を受信する所定の周期毎に、第２モータ制御指令を算出することになる。
【０１５２】
第２指令算出部１１１５ａ−３において算出される第２モータ制御指令は、具体的には、例えば、動作指令中において指示されている操作ロッド３の動作速度（モータ１３５ａの回転速度）に追従するようなモータ制御指令である。
【０１５３】
ステップＳ３２において第２モータ制御指令を算出後、第２指令算出部１１１５ａ−３は、算出した第２モータ制御指令を制御指令切替部１１１５ａ−５へ出力する。
第２動作モードの実行時において、制御指令切替部１１１５ａ−５は入力ｆと出力ｇとを接続しているため、第２指令算出部１１１５ａ−３から出力された第２モータ制御指令は、モータ制御指令として、対応するモータ制御部１１３ａに出力される。その結果、対応するモータ１３５ａは、第２モータ制御指令に基づいて制御される（ステップＳ３３）。すなわち、対応するモータ１３５ａは、訓練プログラムにおいて指定された訓練指示に基づいて制御される。
【０１５４】
次に、第２指令算出部１１１５ａ−３は、第２動作モードが終了したかどうかを確認する（ステップＳ３４）。具体的には、例えば、訓練指示部５から、上記の第２動作モードを実行する訓練プログラムの実行の停止が指示された場合などに、第２指令算出部１１１５ａ−３は、第２動作モードが終了したかどうかを確認できる。
【０１５５】
第２指令算出部１１１５ａ−３が、第２動作モードが終了したと判断した場合（ステップＳ３４において「Ｙｅｓ」の場合）、第２指令算出部１１１５ａ−３は、動作指令の受信を停止し、第２モータ制御指令の算出を停止する（第２動作モードの終了）。
一方、第２指令算出部１１１５ａ−３が、第２動作モードを実行中（継続中）と判断した場合（ステップＳ３４において「Ｎｏ」の場合）、第２指令算出部１１１５ａ−３は、ステップＳ３１に戻り、動作指令の受信と第２モータ制御指令の算出とを継続する。
【０１５６】
上記のように、第２動作モードの実行中、第２指令算出部１１１５ａ−３は、動作指令を受信する毎（すなわち、所定の周期毎）に、受信した動作指令に基づいて、第２モータ制御指令を算出している。上記のように、第２モータ制御指令の算出頻度が、動作指令を受信する頻度（所定の周期毎）程度であっても、操作ロッド３は、十分、動作指令に指示されたとおりに動作できる。
【０１５７】
なぜなら、操作ロッド３に加えられる力量は無秩序に変動する可能性があるが、動作指令（訓練指示）は、決まった経路を決まった速度で移動するといった特性を有する指令であるからである。よって、このような動作指令に基づく第２モータ制御指令が、所定の周期程度（例えば、数十ｍｓオーダー程度）の頻度にて算出されたとしても、算出された第２モータ制御指令は、十分に動作指令（訓練指示）を再現できる。
【０１５８】
一方、複数のモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃの第１指令算出部のそれぞれは、無秩序に変動する可能性のある力量に基づいて、高頻度に第１モータ制御指令を算出（分散制御処理）する。これにより、第１動作モード実行時における操作ロッド３の反応速度を向上できる。
【０１５９】
また、第２動作モードの実行時において、動作モードによっては力覚トリガーをもとに、操作ロッド３の操作を開始するため、動作指令部１１１１にて第２モータ制御指令を算出してモータ制御指令部に送信した方が、力覚トリガーに対する操作ロッド３の反応速度を向上することができる。
【０１６０】
さらに、動作指令部１１１１にて算出される動作指令の送信頻度を、上記の所定の周期毎程度にすることにより、より安価な制御部１１を用い、かつ、送信切替部１１１３における通信ノイズを低減しつつ、動作指令をモータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃのそれぞれに送信できる。
【０１６１】
（６）第２実施形態
Ｉ．力量成分信号の補正
上記の第１実施形態に係る訓練装置１００において、モータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃ（第１指令算出部）には、それぞれ、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５、Ｘ軸方向力量検出部１７７、及び伸び検出部３９３）からの力量成分信号が直接入力されていた。
しかし、これに限られない。第２実施形態に係る訓練装置２００においては、力量検出部から出力される力量成分信号の信号値の補正を行っている。以下に、このような第２実施形態に係る訓練装置２００について説明する。
【０１６２】
最初に、第１実施形態に係る訓練装置１００の説明において説明したように力量検出部としてポテンショメータを用いた場合の、力量成分信号の補正について説明する。ポテンショメータを用いた力量成分測定は、ポテンショメータの１組の参照電極間に定電圧源などを接続して電圧（または定電流）を印加しつつ、１つの抵抗測定電極と１組の参照電極のうちの１つの電極との間の測定電圧値を測定することにより、上記の力量による傾動角度θＦ（すなわち力量）を測定している。
【０１６３】
ただし、上記の力量による傾動角度θＦの大きさは微少であるため、傾動角度θＦの変化により得られる電圧変化も微小である。そのため、訓練装置１００においては、当該得られる電圧変化を増幅して力量成分信号としている。
【０１６４】
このような場合、力量による傾動角度θＦが０（すなわち、力量が０）の時の信号値や、傾動角度θＦの変化に対する測定電圧の変化などが、ポテンショメータの特性変化（特に、抵抗値）により変動してしまうことがある。すなわち、操作ロッド３に同じ大きさの力量を加えたときに、得られる力量成分信号の信号値が異なる場合がある。
【０１６５】
また、特性が全く同一であるポテンショメータを用いた場合であっても、付勢部材１７９、３９１の個体差やポテンショメータの個体差等による特性の違いにより、同一の力量に対する力量成分信号の信号値が、各モータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃにおいて異なる信号値となることがあった。
【０１６６】
そのため、第２実施形態に係る訓練装置２００においては、力量成分信号が操作ロッド３に加えられた力量に正確に対応するように、上記の力量成分信号の「ずれ」を補正する。また、上記のように、特性が全く同一のポテンショメータを用いた場合でも、同一の力量に対する力量成分信号の信号値が、各モータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃにおいて異なる信号値となる場合があることから、上記の力量成分信号の補正は、各モータ制御指令部１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃにおいて個別に行う。
【０１６７】
ＩＩ．第２実施形態に係る訓練装置の構成
次に、上記の力量成分信号の補正を行う第２実施形態に係る訓練装置２００の３つのモータ制御指令部２１１５ａ、２１１５ｂ、２１１５ｃの構成について、図９を用いて説明する。
【０１６８】
第２実施形態に係る訓練装置２００は、３つのモータ制御指令部のそれぞれに、力量成分信号補正部がさらに備えられていること以外は、第１実施形態に係る訓練装置１００とほぼ同一の構成を備えている。従って、以下の説明においては、モータ制御指令部の説明以外の説明を省略している。
【０１６９】
また、以下の説明においては、モータ制御指令部２１１５ａの構成を例にとって説明する。なぜなら、他のモータ制御指令部２１１５ｂ、２１１５ｃも、モータ制御指令部２１１５ａと同じ構成を有するからである。
なお、以下に説明するモータ制御指令部２１１５ａ、２１１５ｂ、２１１５ｃの各要素の機能は、制御部１１を構成するマイコンシステム、又は、各モータ制御指令部２１１５ａ、２１１５ｂ、２１１５ｃを構成するマイコンシステムにて動作するプログラムとして実現されていてもよい。
【０１７０】
第２実施形態に係る訓練装置２００のモータ制御指令部２１１５ａは、第１指令算出部２１１５ａ−１と、第２指令算出部２１１５ａ−３と、制御指令切替部２１１５ａ−５と、力量成分信号補正部２１１５ａ−７と、を有する。
なお、上記の第２指令算出部２１１５ａ−３と上記の制御指令切替部２１１５ａ−５は、それぞれ、第１実施形態に係る訓練装置１００の第２指令算出部１１１５ａ−３と制御指令切替部１１１５ａ−５と同様の構成及び機能を有するため、説明を省略する。
【０１７１】
第１指令算出部２１１５ａ−１は、第１実施形態における第１指令算出部１１１５ａ−１と同様に、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）により出力された力量成分信号（Ｙ軸方向力量成分信号）に基づいて、第１モータ制御指令を算出する。
【０１７２】
ただし、第２実施形態における第１指令算出部２１１５ａ−１は、力量成分信号補正部２１１５ａ−７を介して、Ｙ軸方向力量検出部１７５と接続されている。このため、第１指令算出部２１１５ａ−１は、ドリフト補正された力量成分信号を力量成分信号として受信できる。
【０１７３】
また、第１指令算出部２１１５ａ−１は、第１モータ制御指令を算出する際、力量成分信号補正部２１１５ａ−７に記憶されているキャリブレーションデータを参照し、当該キャリブレーションデータに基づいて、力量成分値を算出する。力量成分値は、操作ロッド３に加えられた力量の各自由度方向の成分値である。そして、第１指令算出部２１１５ａ−１は、上記の力量成分値に基づいて、第１モータ制御指令を算出する。
【０１７４】
これにより、複数の力量検出部の特性が異なっていたり、経時変化や温度変化などにより力量検出部の特性が変化したりしても、操作ロッド３に加えられた力量（力量成分）を複数の力量検出部により正確に検出できる。そして、正確に検出した力量に基づいて、より正確に操作ロッド３を動作できる。
【０１７５】
力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）と信号送受信可能に接続されている。このため、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）からの力量成分信号を受信できる。
【０１７６】
また、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、動作指令部１１１１と信号送受信可能となっている。このため、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、動作指令部１１１１において更新キャリブレーションデータを生成した際に、動作指令部１１１１から更新キャリブレーションデータを受信できる。これにより、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、記憶されたキャリブレーションデータを更新できる。
【０１７７】
さらに、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、例えば、動作指令部１１１１からドリフト補正指令を受信可能となっている。ドリフト補正指令は、訓練指示部５から出力されてもよい。これにより、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、ドリフト補正指令を受信した際に、受信した力量成分信号に対してドリフト補正を行う際に用いるドリフト補正値を算出できる。
【０１７８】
また、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、第１指令算出部２１１５ａ−１と信号送受信可能に接続されている。このため、力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、ドリフト補正された力量成分信号とキャリブレーションデータとを、第１指令算出部２１１５ａ−１に送信できる。
【０１７９】
ＩＩＩ．力量成分信号補正部の構成
以下に、力量成分信号補正部２１１５ａ−７の構成の詳細について、図１０を用いて説明する。力量成分信号補正部２１１５ａ−７は、ドリフト補正部２１１５ａ−７１と、キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３と、を有する。
ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）及び第１指令算出部２１１５ａ−１と信号送受信可能に接続されている。このため、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、力量検出信号を受信できる。また、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、ドリフト補正後の力量成分信号を、第１指令算出部２１１５ａ−１に出力できる。
【０１８０】
また、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、ドリフト補正指令を受信可能となっている。これにより、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、ドリフト補正指令を受信したときに、受信した力量検出信号に対して、ドリフト補正を行える。
【０１８１】
ここで、ドリフト補正部２１１５ａ−７１において実行されるドリフト補正について説明する。上記のように、力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）を構成しているポテンショメータの特性は、温度などの影響により変動する。このように、特性が変動すると、力量検出部を構成するポテンショメータを流れる電流値が変動する。
この場合、傾動角度θＦが０（すなわち、力量が０）となるときの力量成分信号の信号値が、この特性変動のために変動する。このような、力量が０の時の力量成分信号の信号値の変動のことを「ドリフト」と呼んでいる。
【０１８２】
ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、受信した力量成分信号に対して、上記のドリフトを除去するような処理（ドリフト補正）を行い、ドリフト補正後の力量成分信号を第１指令算出部に送信する。
具体的には、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、予め決定しておいた力量が０（傾動角度θＦが０）の時の力量成分信号の信号値と、操作ロッド３の動作位置（傾動角度）が０（基準位置と呼ぶこともある）でかつ操作ロッド３に力が加えられていないとき（すなわち、各自由度方向の力量成分が０）の実際の力量成分信号の信号値（測定値）との信号値差（ドリフト補正値）に基づいて、受信した力量成分信号に対してドリフト補正を行う。
【０１８３】
これにより、外部温度の変動などによる力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）の特性の変化に起因する力量成分信号のドリフトを補正できる。その結果、力量検出部の特性が変化しても、操作ロッド３に加えられる力量（力量成分）に対応した正確な力量成分信号を出力できる。
【０１８４】
キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３は、制御部１１又はモータ制御指令部２１１５ａを構成するマイコンシステムの記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクなど）の記憶領域に対応するものである。キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３は、キャリブレーションデータを記憶している。キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３は、第１指令算出部２１１５ａ−１がキャリブレーションデータを参照する際に、当該キャリブレーションデータを第１指令算出部２１１５ａ−１に送信する。
キャリブレーションデータは、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）から出力される力量成分信号（Ｙ軸方向力量成分信号）の信号値と、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）において検出された力量成分（Ｙ軸方向の力量成分）の大きさとの関係を表すデータである。
【０１８５】
すなわち、キャリブレーションデータは、力量成分信号の信号値の変化に対する、操作ロッド３に加えられた力量の変化量を表したデータである。また、後述するように、キャリブレーションデータは、力量成分信号の信号値の変化に対する操作ロッド３に加えられた力量の変化量に関する情報を、３つの力量補正部（Ｙ軸方向力量検出部１７５、Ｘ軸方向力量検出部１７７、伸び検出部３９３）のそれぞれに対して個別に保有している。
【０１８６】
第１指令算出部２１１５ａ−１が上記のキャリブレーションデータを用いて力量成分信号から力量成分を算出することにより、力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）の特性が他の力量検出部と異なっていたり、訓練装置の長時間の使用などにより力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）の特性が変動したりしても、操作ロッド３に加えられた力量（力量成分）を正確に算出できる。
【０１８７】
また、キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３は、動作指令部１１１１から更新キャリブレーションデータを受信可能となっている。これにより、キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３は、受信した更新キャリブレーションデータを、現在記憶されているキャリブレーションデータから置き換えて、新たなキャリブレーションデータとして記憶できる。その結果、キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３は、力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）や付勢部材１７９の個体差が長時間の使用により変化しても、キャリブレーションデータを更新することにより、上記の変化に応じたキャリブレーションデータを保持できる。
【０１８８】
ＩＶ．第２実施形態に係る訓練装置の動作
（ｉ）キャリブレーションデータの作成
次に、第２実施形態に係る訓練装置２００の動作について説明する。まず、第２実施形態に係る訓練装置２００にて用いられるキャリブレーションデータの作成について、図１１を用いて説明する。図１１は、キャリブレーションデータの作成方法を示すフローチャートである。なお、更新キャリブレーションデータの作成も同様にして行われる。
キャリブレーションデータの作成を開始すると、まず、操作ロッド３に予め決められた大きさ、及び、方向の力を加える（ステップＳ２００２−１）。操作ロッド３に予め決められた力が加えられている状態において、Ｙ軸方向力量検出部１７５から出力されるＹ軸方向力量成分信号と、Ｘ軸方向力量検出部１７７から出力されるＸ軸方向力量成分信号と、伸び検出部３９３から出力される長さ方向力量成分信号とを、動作指令部１１１１において取得する（ステップＳ２００２−２）。
【０１８９】
次に、動作指令部１１１１は、操作ロッド３に加えられた上記の予め決められた力のＸ軸方向の力量成分（Ｘ軸方向力量成分値）、Ｙ軸方向の力量成分（Ｙ軸方向力量成分値）、及び長さ方向の力量成分（長さ方向力量成分値）と、これらの力量成分のそれぞれに対応するＸ軸方向力量成分信号、Ｙ軸方向力量成分信号、及び長さ方向力量成分信号と、を関連づけてキャリブレーションデータに記憶する（ステップＳ２００２−３）。
上記の各力量成分は、操作ロッド３に加えられた力と方向とに基づいて、操作ロッド３に加えられた当該力の各軸方向の分力として算出できる。
【０１９０】
その後、上記の（ｉ）操作ロッド３に力を加える、（ｉｉ）力量成分信号を取得する、（ｉｉｉ）力量成分信号と力量成分とを関連づけて記憶する、とのステップを、操作ロッド３に加える力を変えながら繰り返す。
具体的には、まず、操作ロッド３に他の大きさ及び／又は方向の力を加えてキャリブレーションデータを作成するか否かを決定する（ステップＳ２００２−４）。
操作ロッド３に他の大きさ及び／又は方向の力を加えてキャリブレーションデータを作成すると決定した場合（ステップＳ２００２−４において「Ｙｅｓ」の場合）、ステップＳ２００２−１に戻り、当該他の大きさ及び／又は方向の力を操作ロッド３に加えた後、キャリブレーションデータの作成プロセスを再度実行する。
一方、これ以上のキャリブレーションデータを作成しないと決定した場合（ステップＳ２００２−４において「Ｎｏ」の場合）、キャリブレーションデータの作成プロセスは終了する。
その結果、動作指令部１１１１において、図１２に示すようなキャリブレーションデータが作成される。図１２は、キャリブレーションデータのデータ構造を示す図である。
【０１９１】
図１２に示すキャリブレーションデータは、ｎ種類の力が操作ロッド３に加えられたときに作成されるキャリブレーションデータである。
図１２に示すキャリブレーションデータのＶｘ１、Ｖｘ２、・・・Ｖｘｎは、それぞれ、力量１、力量２、・・・力量ｎが加えられたときのＸ軸方向力量成分信号の信号値である。Ｖｙ１、Ｖｙ２、・・・Ｖｙｎは、それぞれ、力量１、力量２、・・・力量ｎが加えられたときのＹ軸方向力量成分信号の信号値である。ＶＬ１、ＶＬ２、・・・ＶＬｎは、それぞれ、力量１、力量２、・・・力量ｎが加えられたときの長さ方向力量成分信号の信号値である。
【０１９２】
一方、図１２に示すキャリブレーションデータのＦｘ１、Ｆｘ２、・・・Ｆｘｎは、それぞれ、力量１、力量２、・・・力量ｎのＸ軸方向力量成分値である。Ｆｙ１、Ｆｙ２、・・・Ｆｙｎは、それぞれ、力量１、力量２、・・・力量ｎのＹ軸方向力量成分値である。ＦＬ１、ＦＬ２、・・・ＦＬｎは、それぞれ、力量１、力量２、・・・力量ｎの長さ方向力量成分値である。
【０１９３】
なお、キャリブレーションデータを用いたドリフト補正を実行するため、キャリブレーションデータには、操作ロッド３が基準位置（操作ロッド３の傾動角度が０）にあるときの力量成分信号の信号値が記憶されている。
【０１９４】
上記のように作成されたキャリブレーションデータは、作成後にキャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３に送信され記憶されてもよいし、作成したキャリブレーションデータを動作指令部１１１１の記憶部などに記憶しておき、訓練装置１００の起動時にキャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３に送信して記憶してもよい。
【０１９５】
なお、上記のキャリブレーションデータ及び更新キャリブレーションデータの作成においては、動作指令部１１１１にてキャリブレーションデータが作成されていたが、これに限らない。上記のキャリブレーションデータ（及び更新キャリブレーションデータ）を上記の方法と同様にして、第１指令算出部２１１５ａ−１において作成してもよい。
【０１９６】
（ｉｉ）キャリブレーションデータを用いたドリフト補正値の算出方法
次に、キャリブレーションデータを用いたドリフト補正値の算出方法について、図１３を用いて説明する。図１３は、ドリフト補正値の算出方法を示すフローチャートである。以下の説明においては、ドリフト補正部２１１５ａ−７１におけるドリフト補正値の決定方法を例にとって説明する。なぜなら、他のドリフト補正部２１１５ｂ−７１、２１１５ｃ−７１においても、同様の方法にてドリフト補正値を決定するからである。
【０１９７】
最初に、操作ロッド３を基準位置に移動させる（ステップＳ２００４−１）。このとき、操作ロッド３には力を加えない。次に、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、操作ロッド３を基準位置に保持したままで、力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）の力量成分信号の信号値を複数回取得する（ステップＳ２００４−２）。
【０１９８】
力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）の力量成分信号の信号値を複数回取得後、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、取得した基準位置における力量成分信号の平均値と、キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３に記憶されたキャリブレーションデータの、操作ロッド３が基準位置の時（力量成分の値が０となる場合）の力量成分信号の信号値との差分を、ドリフト補正値として算出する（ステップＳ２００４−３）。
【０１９９】
上記のように、キャリブレーションデータを用いてドリフト補正値を算出することにより、後述するキャリブレーションデータを用いたドリフト補正が実行できる。これにより、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、力量成分信号を、キャリブレーションデータと対応するように、ドリフト補正できる。
【０２００】
上記のドリフト補正値を算出後、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、訓練プログラムの実行中に、力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）から出力される力量成分信号に対してドリフト補正を行うために、算出したドリフト補正値を記憶する。
【０２０１】
なお、上記のドリフト補正値の算出は、ドリフト補正部２１１５ａ−７１において実行されることに限られない。ドリフト補正値の算出を動作指令部１１１１が実行してもよい。この場合、算出されたドリフト補正値は、動作指令部１１１１からドリフト補正部２１１５ａ−７１の記憶部などに送信され記憶される。
【０２０２】
（ｉｉｉ）第２実施形態に係る訓練装置の全体動作
次に、第２実施形態に係る訓練装置２００の全体動作について、図１４を用いて説明する。図１４は、第２実施形態に係る訓練装置の動作を示すフローチャートである。
第２実施形態に係る訓練装置２００が動作を開始すると、まず、動作指令部１１１１（又は、第１指令算出部２１１５ａ−１、２１１５ｂ−１、２１１５ｃ−１）が、訓練指示部５などから、キャリブレーションを実行する指令（キャリブレーション指令）を受信したかどうかを確認する（ステップＳ２００１）。
動作指令部１１１１が、キャリブレーション指令を受信した場合（ステップＳ２００１において「Ｙｅｓ」の場合）、キャリブレーションデータの更新を行う（ステップＳ２００２）。
一方、動作指令部１１１１などが、キャリブレーション指令を受信しない場合（ステップＳ２００１において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ２００３に進む。
【０２０３】
キャリブレーション指令を受信した後、動作指令部１１１１は、キャリブレーションデータの更新を実行する（ステップＳ２００２）。具体的には、例えば、動作指令部１１１１又は第１指令算出部２１１５ａ−１において上記のキャリブレーションデータの作成方法により更新キャリブレーションデータを作成し、キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３、２１１５ｂ−７３、２１１５ｃ−７３に現在記憶されているキャリブレーションデータに、今回作成された更新キャリブレーションデータを上書きすることにより、キャリブレーションデータを更新する。
【０２０４】
上記において動作指令部１１１１がキャリブレーションデータを更新することにより、キャリブレーションデータを一元的に更新できる。
また、キャリブレーション指令が発出される際にキャリブレーションデータの更新を行うことにより、力量検出部の特性変動に応じたキャリブレーションデータを新たなキャリブレーションデータとして、キャリブレーションデータ記憶部２１１５ａ−７３、２１１５ｂ−７３、２１１５ｃ−７３に記憶できる。
【０２０５】
ステップＳ２００１においてキャリブレーション指令を受信しなかった場合（ステップＳ２００１において「Ｎｏ」の場合）、又は、ステップＳ２００２においてキャリブレーションデータの更新を実行後、ドリフト補正部２１１５ａ−７１、２１１５ｂ−７１、２１１５ｃ−７１（又は動作指令部１１１１）は、ドリフト補正指令を受信したかどうかを判断する（ステップＳ２００３）。
【０２０６】
ドリフト補正部２１１５ａ−７１、２１１５ｂ−７１、２１１５ｃ−７１（又は動作指令部１１１１）が、ドリフト補正指令を受信しない場合（ステップＳ２００３において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ２００５に進む。
一方、ドリフト補正部２１１５ａ−７１、２１１５ｂ−７１、２１１５ｃ−７１（又は動作指令部１１１１）が、ドリフト補正指令を受信した場合（ステップＳ２００３において「Ｙｅｓ」の場合）、ドリフト補正部２１１５ａ−７１、２１１５ｂ−７１、２１１５ｃ−７１（又は動作指令部１１１１）は、ドリフト補正を行うためのドリフト補正値を上記に説明した方法にて算出する（ステップＳ２００４）。
上記のドリフト補正指令は、例えば、訓練装置２００の起動（電源をＯＮ）を開始したときに実行される初期動作において１回だけ出力される。
【０２０７】
上記のステップＳ２００３においてドリフト補正指令を受信しなかった場合（ステップＳ２００３において「Ｎｏ」の場合）、又は、上記のステップＳ２００４におけるドリフト補正値の算出後、訓練装置２００は、訓練プログラムの実行に関する指令を受けたかどうかを判断する（ステップＳ２００５）。
訓練装置２００が訓練プログラムの実行に関する指令を受けていない場合（ステップＳ２００５において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ２００７に進む。
【０２０８】
一方、訓練装置２００が訓練プログラムの実行に関する指令を受けている場合（ステップＳ２００５において「Ｙｅｓ」の場合）、訓練装置２００は、訓練プログラムを実行する（ステップＳ２００６）。
ステップＳ２００６における訓練プログラムの実行は、上記の図８Ａにおいて示したフローチャートに従って実行される。すなわち、訓練装置２００における訓練プログラムの実行は、第１実施形態に係る訓練装置１００における訓練プログラムの実行とほぼ同じである。
【０２０９】
ただし、第２実施形態の訓練装置２００においては、訓練プログラムの実行において第１動作モードを実行する時（図８Ａのフローチャートにおいては、ステップＳ２の実行時）に、力量成分信号を対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）から取得する際（図８Ｂの第１動作モードの実行を示すフローチャートにおいて、ステップＳ２１の実行の際）、力量検出部から出力される力量成分信号に対してドリフト補正を行う。そして、ドリフト補正した力量成分信号に対して、キャリブレーションデータを用いて、操作ロッド３に加えられている力量の力量成分値を算出する。その後、第１モータ制御指令を算出するステップＳ２２において、上記の力量成分値に基づいて、第１モータ制御指令を算出する。具体的には、図１５に示すフローチャートの処理の流れに従って、第２実施形態における訓練プログラム（第１動作モード）が実行される。図１５は、第２実施形態における訓練プログラム（第１動作モード）の実行方法を示すフローチャートである。
【０２１０】
最初に、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）から力量成分信号を取得する（ステップＳ２００６−１）毎に、取得した力量成分信号に上記のドリフト補正値を加味して力量成分信号をドリフト補正する（ステップＳ２００６−２）。具体的には、取得した力量成分信号と記憶されているドリフト補正値との差分を、ドリフト補正後の力量成分信号として算出する。
上記の「ドリフト補正値を加味する」とは、取得した力量成分信号とドリフト補正値との差分を算出することに限られない。力量検出部の特性変化（例えば、温度変化に応じてどのように特性が変化するか）に応じて、種々のドリフト補正後の力量成分信号の算出方法（ドリフト補正）を採用できる。例えば、力量成分信号とドリフト補正値との比を算出することによりドリフト補正を実行したり、力量成分信号にドリフト補正値を加算してドリフト補正を実行したりできる。
【０２１１】
上記のように力量成分信号にドリフト補正値を加味することにより、ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、取得した力量成分信号を、キャリブレーションデータに対応するように（取得した力量成分信号における力量成分が０のときの信号値が、キャリブレーションデータに記憶されている力量成分が０のときの信号値に一致するように）ドリフト補正できる。
【０２１２】
ドリフト補正部２１１５ａ−７１は、取得した力量成分信号をドリフト補正した後、ドリフト補正後の力量成分信号を第１指令算出部２１１５ａ−１に出力する。
【０２１３】
ドリフト補正後の力量成分信号をドリフト補正部２１１５ａ−７１から取得後、第１指令算出部２１１５ａ−１は、ドリフト補正後の力量成分信号を用いて、操作ロッド３に加えられた力の（Ｙ軸方向）の力量成分値を算出する（ステップＳ２００６−３）。
【０２１４】
具体的には、まず、第１指令算出部２１１５ａ−１は、ドリフト補正後の力量成分信号が、キャリブレーションデータに記憶されている、対応する力量成分信号（第１指令算出部２１１５ａ−１においては、Ｙ軸方向力量成分信号Ｖｙ１、Ｖｙ２、・・・Ｖｙｎ）のいずれの間にあるかを見つけ出す。
その結果、例えば、ドリフト補正後の力量成分信号が、キャリブレーションデータのＹ軸方向力量成分信号ＶｙｋとＶｙ（ｋ＋１）との間の範囲内にあると見いだされたとする。
【０２１５】
次に、第１指令算出部２１１５ａ−１は、上記見いだした２つのキャリブレーションデータのＹ軸方向力量成分信号ＶｙｋとＶｙ（ｋ＋１）と、当該２つのＹ軸方向力量成分信号ＶｙｋとＶｙ（ｋ＋１）にそれぞれ関連づけられている力量成分値ＦｙｋとＦｙ（ｋ＋１）とを用いて、ドリフト補正後の力量成分信号に対応する力量成分を算出する。
【０２１６】
具体的には、例えば、キャリブレーションデータのＹ軸方向力量成分信号値と、対応する力量成分値との座標において、座標（Ｖｙｋ，Ｆｙｋ）と座標（Ｖｙ（ｋ＋１），Ｆｙ（ｋ＋１））とを通る直線を表す関数（Ｆ＝ａＶ＋ｂ）を定義し、当該関数において、Ｙ軸方向力量成分値Ｖが上記のドリフト補正後の力量成分信号値に対応する値となるときの力量成分値Ｆを、ドリフト補正後の力量成分値として算出する（線形補間）。
【０２１７】
なお、上記の関数は直線を表す関数に限られず、上記の２つの座標を通る任意の関数として定義しておいてもよい。どのような関数を定義するかは、力量検出部の特性により決定できる。
【０２１８】
また、ドリフト補正後の力量成分信号の信号値と一致するＹ軸方向力量成分信号がキャリブレーションデータ中に存在する場合には、当該Ｙ軸方向力量成分信号に関連づけられた力量成分値を、実際に操作ロッド３に加えられた力の力量成分値とすることができる。
【０２１９】
上記のように、ドリフト補正部２１１５ａ−７１が、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）における力量成分信号をドリフト補正することにより、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）の特性の変化に起因する力量成分信号のドリフトを補正できる。その結果、第１指令算出部２１１５ａ−１は、操作ロッド３に加えられる力量（力量成分）に対応した正確な力量成分値を取得できる。
【０２２０】
また、第１指令算出部２１１５ａ−１が、キャリブレーションデータに基づいて、力量成分値を算出することにより、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）の特性が他の力量検出部の特性と異なっていたり、長時間の使用などにより対応する力量検出部の特性が変化したりしても、操作ロッド３に加えられた力量（力量成分）を正確に算出できる。
【０２２１】
さらに、ドリフト補正部２１１５ａ−７１が、キャリブレーションデータを用いてドリフト補正値を算出し、当該ドリフト補正値を用いて力量成分信号のドリフト補正を実行することにより、力量成分信号を、キャリブレーションデータに対応するようにドリフト補正できる。
【０２２２】
力量成分値を算出後、第１指令算出部２１１５ａ−１は、算出した力量成分値に基づいて、第１モータ制御指令を算出する（ステップＳ２００６−４）。これにより、第１指令算出部２１１５ａ−１は、実際に操作ロッド３に加えられた力に基づいて、第１モータ制御指令を算出できる。
その後、モータは、算出された第１モータ制御指令に従って制御される（ステップＳ２００６−５）。これにより、モータは、操作ロッド３に加えられた実際の力量に基づいて、適切に制御される。
【０２２３】
次に、第１指令算出部２１１５ａ−１は、第１動作モードが終了したかどうかを確認する（ステップＳ２００６−６）。具体的には、例えば、訓練指示部５から、上記のフリーモードの実行の停止が指示された場合などに、第１指令算出部２１１５ａ−１は、第１動作モードが終了したかどうかを確認できる。
【０２２４】
第１動作モードが終了したと判断された場合（ステップＳ２００６−６において「Ｙｅｓ」の場合）、第１指令算出部２１１５ａ−１は、力量の検出を停止し、第１モータ制御指令の算出を停止する（第１動作モードの終了）。
一方、第１動作モードが実行中（継続中）であると判断された場合（ステップＳ２００６−６において「Ｎｏ」の場合）、訓練プログラムの実行プロセスは、ステップＳ２００６−１に戻り、力量の検出と第１モータ制御指令の算出とを継続する。
【０２２５】
ステップＳ２００５において訓練プログラムを実行しないと判断された場合、又は、訓練プログラムの実行後、訓練装置２００は、例えば訓練装置２００の操作者（例えば、肢の訓練をされている患者、又は、肢の訓練の補助者）などにより訓練装置２００の動作を終了するように指令されたかどうかを確認する（ステップＳ２００７）。
訓練装置２００の動作を終了するように指令された場合（ステップＳ２００７において「Ｙｅｓ」の場合）、訓練装置２００は動作を終了する。
一方、訓練装置２００の動作を終了する指令を受け取っていない場合（ステップＳ２００７において「Ｎｏ」の場合）、ステップＳ２００１に戻り、訓練装置２００は動作を継続する。
【０２２６】
（７）第３実施形態
Ｉ．重力補正
上記の第１実施形態及び第２実施形態に係る訓練装置１００、２００においては、操作ロッド３の動作位置（傾動角度、伸縮長さ）を考慮することなく力量を検出していた。しかし、これに限られず、第３実施形態に係る訓練装置３００においては、操作ロッド３の動作位置（傾動角度、伸縮長さ）を考慮して検出した力量を補正する。検出した力量を操作ロッド３の動作位置を考慮して補正する第３実施形態に係る訓練装置３００について、以下に説明する。
【０２２７】
最初に、操作ロッド３を基準位置（操作ロッド３が傾いていないとき）から移動（傾動）したり、移動（傾動）した位置で操作ロッド３の長さを変更したりしたときの、検出される力量への影響について説明する。
操作ロッド３が基準位置にある場合、操作ロッド３及び伸縮機構３５のカバー３５３には、それぞれ鉛直方向（長さ方向）の重力が働く。この場合、力量検出機構１７に対しては理論的には力が働かない（力量検出機構１７は、操作ロッド傾動機構１３に軸支されているため）。一方、伸び検出部３９３においては０でない力量成分信号が出力される。
【０２２８】
一方、操作ロッド３がＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に傾動したとき、図１６に示すように、長さ方向と長さ方向に対して垂直な方向の重力成分が操作ロッド３に働く。そのため、力量検出機構１７は、長さ方向に対し垂直な方向の重力成分と釣り合うような力を生じるように形状を変化する（図１６に示す例では、付勢部材１７９の図１６の紙面左側が圧縮され、紙面右側が伸長される）。なお、長さ方向の重力成分は、力量検出機構１７が操作ロッド傾動機構１３に軸支されているため、力量検出機構１７には働かない。上記の付勢部材１７９の形状変化により、力量検出部１７５、１７７においても０でない力量成分信号が出力される。
【０２２９】
この場合、操作ロッド３に加えられた力量に基づいて操作ロッド３を動作させる第１動作モードの実行時には、上記の０でない力量成分信号により、患者の肢などにより操作ロッド３に力が加えられていないのに操作ロッド３が動作してしまう。又は、第１動作モードの実行時に、患者の肢などにより操作ロッド３に加えられた実際の力量とは異なる力量が力量検出機構１７により検出され、その結果、実際に加えられた力量に基づいた、患者等が意図した操作ロッド３の制御ができなくなる。
【０２３０】
また、操作ロッド３が傾動した状態で操作ロッド３の長さが変化した場合、操作ロッド３の重心位置が変わるため、操作ロッド３の長さが変わることによって、上記の重力成分の大きさも変化する。従って、第３実施形態に係る訓練装置３００においては、操作ロッド３が傾動した際に検出される力量に対して、上記の重力成分の影響を除去する補正（重力補正と呼ばれることもある）を行っている。
【０２３１】
ＩＩ．第３実施形態に係る訓練装置の構成
次に、重力成分の影響を除去する第３実施形態に係る訓練装置３００の構成について説明する。
第３実施形態に係る訓練装置３００の構成は、３つのモータ制御指令部３１１５ａ、３１１５ｂ、３１１５ｃのそれぞれが、力量補正部３１１５ａ−７、３１１５ｂ−７、３１１５ｃ−７を有すること以外は、上記の第１実施形態に係る訓練装置１００又は第２実施形態に係る訓練装置２００の構成とほぼ同じである。従って、３つのモータ制御指令部３１１５ａ、３１１５ｂ、３１１５ｃの構成の説明のみを行い、他の構成についての説明は省略する。
【０２３２】
また、以下の説明においては、図１７を用いて、モータ制御指令部３１１５ａの構成を例にとって説明する。なぜなら、他のモータ制御指令部３１１５ｂ、３１１５ｃも、モータ制御指令部３１１５ａと同様の構成と機能を有するからである。図１７は、第３実施形態に係る訓練装置のモータ制御指令部の構成を示す図である。
なお、以下に説明するモータ制御指令部３１１５ａ、３１１５ｂ、３１１５ｃの各要素の機能は、制御部１１を構成するマイコンシステム、又は、各モータ制御指令部３１１５ａ、３１１５ｂ、３１１５ｃを構成するマイコンシステムにて動作するプログラムとして実現されていてもよい。
【０２３３】
モータ制御指令部３１１５ａは、第１指令算出部３１１５ａ−１と、第２指令算出部３１１５ａ−３と、制御指令切替部３１１５ａ−５と、力量補正部３１１５ａ−７と、を有する。
第２指令算出部３１１５ａ−３及び制御指令切替部３１１５ａ−５のそれぞれの構成及び機能は、第１実施形態及び第２実施形態における第２指令算出部１１１５ａ−３、２１１５ａ−３、及び、制御指令切替部１１１５ａ−５、２１１５ａ−３と同じである。従って、説明を省略する。
【０２３４】
第１指令算出部３１１５ａ−１の構成及び機能も、基本的には、第１実施形態及び第２実施形態における第１指令算出部１１１５ａ−１、２１１５ａ−１、と同じである。ただし、第３実施形態における第１指令算出部３１１５ａ−１は、力量補正部３１１５ａ−７と信号送受信可能に接続されている。すなわち、第１指令算出部３１１５ａ−１は、力量補正部３１１５ａ−７を介して、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）と接続されている。
【０２３５】
従って、第１指令算出部３１１５ａ−１は、力量補正部３１１５ａ−７において算出された補正力量成分値を入力し、入力された補正力量成分値に基づいて、第１モータ制御指令を算出する。これにより、第１動作モードの実行時に、操作ロッド３が意図しない動作をすることを抑制できる。
【０２３６】
力量補正部３１１５ａ−７は、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）と信号送受信可能に接続されている。従って、力量補正部３１１５ａ−７は、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）において出力された力量成分信号を取得できる。
また、力量補正部３１１５ａ−７は、対応する回転情報出力センサ（第１回転情報出力センサ１３５ａ−１）と信号送受信可能に接続されている。このため、力量補正部３１１５ａ−７は、対応する自由度方向（Ｙ軸方向）の動作位置（傾動角度）を取得できる。
【０２３７】
さらに、力量補正部３１１５ａ−７は、動作指令部１１１１から、少なくとも操作ロッド３の長さ方向の動作位置（すなわち、操作ロッド３の長さ）を含む他の自由度方向の動作位置（他軸情報）を入力可能となっている。
これにより、力量補正部３１１５ａ−７は、操作ロッド３の動作位置と上記の力量成分信号とに基づいて、補正力量成分値を算出できる。
【０２３８】
ＩＩＩ．第３実施形態に係る訓練装置の動作
次に、力量成分信号の補正を行う第３実施形態に係る訓練装置３００の動作について、図１８を用いて説明する。なお、第３実施形態に係る訓練装置３００の動作のうち、第１動作モードの実行時の動作のみを図１８を用いて説明し、他の動作の説明については省略する。なぜなら、他の動作については、第１実施形態に係る訓練装置１００又は第２実施形態に係る訓練装置２００と同じであるからである。図１８は、第３実施形態に係る訓練装置の第１動作モード実行時の動作を示すフローチャートである。
【０２３９】
訓練装置３００が第１動作モードの実行を開始すると、力量補正部３１１５ａ−７が、対応する力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部１７５）から力量成分信号を取得する（ステップＳ３００１）。
次に、力量補正部３１１５ａ−７は、接続された対応する回転情報出力センサ（第１回転情報出力センサ１３５ａ−１）から、操作ロッド３の対応する自由度方向（Ｙ軸方向）の動作位置（傾動角度）を取得する。また、力量補正部３１１５ａ−７は、動作指令部１１１１から、少なくとも操作ロッド３の長さ方向の動作位置を含む他軸情報を取得する（ステップＳ３００２）。
【０２４０】
対応する力量成分信号と操作ロッド３の動作位置とを取得後、力量補正部３１１５ａ−７は、取得した操作ロッド３の動作位置と力量成分信号から算出される力量成分値とに基づいて、補正力量成分値を算出する（ステップＳ３００３）。
【０２４１】
本実施形態においては、力量補正部３１１５ａ−７は、図１９に示すような、予め決定された操作ロッド３の動作位置と力量補正値との関係に基づいて、力量成分信号から算出される力量成分値を補正する。図１９は、操作ロッドの動作位置と力量補正値との関係を示す図である。図１９では、操作ロッド３の動作位置と力量補正値の関係が、操作ロッド３の対応する自由度方向（Ｙ軸方向）の動作位置を横軸とし、力量補正値を縦軸とした座標上に表したグラフとして表現されている。また、図１９に示されている複数のグラフのそれぞれが、１つの操作ロッド３の長さ方向の動作位置に対応するグラフである。
【０２４２】
なお、力量補正値とは、操作ロッド３の所定の動作位置における、操作ロッド３の重力による力量への影響を表す値である。これにより、力量補正部３１１５ａ−７は、より簡単な演算により補正力量成分値を算出できる。
【０２４３】
また、本実施形態においては、図１９に示す、操作ロッド３の動作位置と力量補正値との関係は、図２０に示すような補正テーブルとして記憶されている。図２０は、補正テーブルのデータ構造を示す図である。補正テーブルは、図２０に示すように、所定の操作ロッド３の動作位置における力量補正値Ｗ１１、Ｗ１２、・・・を、当該操作ロッド３の動作位置（図２０に示す例では、長さ方向の動作位置Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌｍと、Ｙ軸方向の動作位置ｙ１、ｙ２、・・・ｙｊ）と関連づけて記憶しているテーブルである。図２０に示すような補正テーブルは、例えば、制御部１１に備わる記憶装置などに記憶されている。
【０２４４】
力量補正部３１１５ａ−７は、図２０に示す補正テーブルを用いて、例えば、以下のようにして、補正力量成分値を算出する。
まず、力量補正部３１１５ａ−７は、操作ロッド３の長さ方向の動作位置Ｌを取得する。そして、取得した長さ方向の動作位置Ｌが、補正テーブルに記憶されているどの長さ方向の動作位置に対応するかを決定する。例えば、今、取得した長さ方向の動作位置Ｌが、補正テーブルの長さ方向のＬｉに対応すると仮定する。
【０２４５】
次に、力量補正部３１１５ａ−７は、取得した操作ロッド３の位置情報の対応する自由度方向（Ｙ軸方向）の動作位置ｙが、補正テーブルに記憶されているＹ軸方向の動作位置（ｙ１，ｙ２，・・・ｙｊ）のいずれの間の値であるかを決定する。例えば、今、動作位置ｙが、補正テーブルのＹ軸方向の動作位置ｙｋとｙｋ＋１との間に存在すると決定されたものとする。
ここで、動作位置ｙｋが、現在の動作位置ｙよりも小さい値である場合には、動作位置ｙｋを第１動作位置とする。一方、現在の動作位置ｙよりも大きい値である動作位置ｙｋ＋１を第２動作位置とする。
【０２４６】
その後、力量補正部３１１５ａ−７は、補正テーブルにおいて、長さ方向の動作位置がＬｉであり、かつ、Ｙ軸方向の動作位置が第１動作位置ｙｋであるときの力量補正値Ｗｉｋを、第１力量補正値とする。一方、Ｙ軸方向の動作位置が第２動作位置ｙｋ＋１であるときの力量補正値Ｗｉ（ｋ＋１）を、第２力量補正値とする。
さらにその後、力量補正部３１１５ａ−７は、上記の第１力量補正値Ｗｉｋと第２力量補正値Ｗｉ（ｋ＋１）とを用いた線形補間により、Ｙ軸方向の動作位置ｙ、長さ方向の動作位置Ｌにおける力量補正値を算出する。
【０２４７】
なお、現在の長さ方向の動作位置及びＹ軸方向の動作位置の値が、補正テーブルに記憶されている長さ方向の動作位置の値及びＹ軸方向の動作位置の値と一致しているときは、上記の線形補間を用いることなく、現在の長さ方向の動作位置の値及びＹ軸方向の動作位置の値に関連づけられた力量補正値を、現在の力量補正値とすることができる。
【０２４８】
力量補正値を算出後、力量補正部３１１５ａ−７は、例えば、取得した力量成分信号の信号値から力量成分値を算出し、算出した力量成分値から上記の力量補正値を差し引く（又は加える）ことにより、（Ｙ軸方向の）補正力量成分値を算出できる。
【０２４９】
なお、上記において、長さ方向の動作位置Ｌに対応する長さ方向の動作位置が補正テーブルに記憶されていない場合、力量補正部３１１５ａ−７は、長さ方向の動作位置Ｌが含まれる範囲を決定して、上記の線形補間を行ってもよい。
例えば、長さ方向の動作位置Ｌが、補正テーブルにおいて、長さ方向の動作位置ＬｉとＬｉ＋１の間にあると決定した場合、上記の第１動作位置を座標（Ｌｉ，ｙｋ）、第２動作位置座標（Ｌｉ＋１，ｙｋ＋１）とし、第１力量補正値をＷｉｋ、第２力量補正値をＷ（ｉ＋１）（ｋ＋１）とし、上記の線形補間をすることにより、長さ方向の動作位置Ｌ、Ｙ軸方向の動作位置ｙの力量補正値を算出できる。
【０２５０】
力量補正部３１１５ａ−７が補正力量成分値を算出後、力量補正部３１１５ａ−７は、対応する第１指令算出部３１１５ａ−１に補正力量成分値を出力する（ステップＳ３００４）。
【０２５１】
補正力量成分値を出力後、第１指令算出部３１１５ａ−１は、受信した補正力量成分値に基づいて、第１モータ制御指令を算出する（ステップＳ３００５）。具体的には、例えば、補正力量成分値に対して第１モータ制御指令が線形に増加する関係を示す式などを用いて、第１モータ制御指令を算出できる。
なお、第１モータ制御指令を算出後のステップＳ３００６〜Ｓ３００７における訓練装置３００の動作は、それぞれ、第１実施形態の訓練装置１００の説明において、図８Ｂを用いて説明した第１動作モードの実行のステップＳ２３〜Ｓ２４における訓練装置１００の動作に対応している。従って、ステップＳ３００６〜Ｓ３００７の動作の説明は省略する。
【０２５２】
このように、力量補正部３１１５ａ−７が、図１９及び図２０に示すような予め決定された操作ロッドの動作位置と力量補正値との関係に基づいて補正力量成分値を算出することにより、より簡単な演算により、補正力量成分値を算出できる。
【０２５３】
また、図１９に示すような操作ロッドの動作位置と力量補正値との関係を、図２０に示すような補正テーブルにて表現することにより、記憶されているデータを用いて、より簡単に補正力量成分値を算出できる。
【０２５４】
さらに、上記のように、力量補正部３１１５ａ−７が、操作ロッド３の動作位置が補正テーブルに記憶された複数の動作位置の間である場合の力量補正量を、第１力量補正値と第２力量補正値とを用いた線形補間にて算出することにより、現在の操作ロッド３の動作位置が補正テーブルに記憶されていない動作位置の場合であっても、現在の操作ロッド３の動作位置における力量補正値を算出できる。
また、第１モータ制御指令が補正力量成分値に基づいて算出されることにより、第１動作モードの実行時に、操作ロッド３の動作位置によっては操作ロッド３が意図しない動作をすることを抑制できる。
【０２５５】
（８）実施形態の作用効果
上記第１及び第２実施形態の効果は、下記のように記載できる。
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置（例えば、訓練装置１００、２００）は、所定の動作モードに従って、使用者の上肢及び／又は下肢の四肢を訓練する訓練装置である。
訓練装置は、操作ロッド（例えば、操作ロッド３）と、複数のモータ（例えば、Ｙ軸方向傾動モータ１３５ａ、Ｘ軸方向傾動モータ１３５ｂ、伸縮モータ３５９）と、複数の力量検出部（例えば、Ｙ軸方向力量検出部１７５、Ｘ軸方向力量検出部１７７、伸び検出部３９３）と、複数の第１指令算出部（例えば、第１指令算出部１１１５ａ−１、１１１５ｂ−１、１１１５ｃ−１、２１１５ａ−１、２１１５ｂ−１、２１１５ｃ−１）と、を備える。
操作ロッドは、固定フレーム（例えば、固定フレーム１）に動作可能に支持されている。そのため、訓練装置は、操作ロッドに保持した肢を動作させることができる。固定フレームは、床面上又は床面に近接して載置される。複数のモータは、モータ制御指令に基づいて、操作ロッドが動作可能な自由度方向に操作ロッドを動作させる。複数の力量検出部は、対応する方向の力量成分を検出する。また、複数の力量検出部は、検出された力量成分の大きさに基づいて対応する方向の力量成分信号を出力する。力量成分は、操作ロッドに加えられた力量の、操作ロッドが動作可能な自由度方向における力量の成分である。
【０２５６】
複数の第１指令算出部には、対応する力量検出部が接続されている。対応する力量検出部とは、当該力量検出部が接続されている第１指令算出部において算出される第１モータ制御指令に基づいて制御される対応するモータによって操作ロッドを動作する自由度方向の力量成分を検出する力量検出部のことを言う。また、第１指令算出部は、対応する力量検出部により出力された力量成分信号に基づいて、第１モータ制御指令をモータ制御指令として算出し、対応するモータに第１モータ制御指令を出力する。第１モータ制御指令は、対応するモータを制御するための制御指令である。
【０２５７】
上記の訓練装置においては、第１指令算出部のそれぞれが、当該第１指令算出部に接続された対応する力量検出部から出力される力量成分信号に基づいて、第１モータ制御指令をモータ制御指令として算出する。その後、第１指令算出部は、対応するモータに、第１モータ制御指令を出力する。その結果、複数のモータのそれぞれは、対応する第１指令算出部から出力された第１モータ制御指令に基づいて制御される。
【０２５８】
上記の訓練装置においては、第１指令算出部には、対応する力量検出部が接続されている。これにより、第１指令算出部は、対応する力量成分信号をより高い頻度と精度にて取得できる。その結果、第１指令算出部は、操作ロッドに加えられる力量が変動したとしても、当該力量の変動に応じた第１モータ制御指令を適切な頻度と精度で算出できる。また、第１指令算出部は、モータ制御指令として算出された第１モータ制御指令を、対応するモータに出力している。これにより、操作ロッドを、操作ロッドに加えられる力量の変化に追随して適切に制御できる。
【０２５９】
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置は、動作指令部（例えば、動作指令部１１１１）と、第２指令算出部（例えば、１１１５ａ−３、１１１５ｂ−３、１１１５ｃ−３、２１１５ａ−３、２１１５ｂ−３、２１１５ｃ−３）と、制御指令切替部（例えば、１１１５ａ−５、１１１５ｂ−５、１１１５ｃ−５、２１１５ａ−５、２１１５ｂ−５、２１１５ｃ−５）と、をさらに備えている。
動作指令部は、訓練プログラムにおいて指定された訓練指示に基づいて、操作ロッドの動作を指示する動作指令を作成する。第２指令算出部は、所定の周期にて動作指令を受信する。そして、第２指令算出部は、受信した動作指令に基づいて、第２モータ制御指令をモータ制御指令として算出する。
【０２６０】
制御指令切替部は、第１動作モードの実行時には第１モータ制御指令をモータ制御指令として出力する。一方、第２動作モードの実行時には、制御指令切替部は、第２モータ制御指令をモータ制御指令として出力する。
第１動作モードは、操作ロッドに加えられた力量に基づいて操作ロッドを動作させるよう指定された時の動作モードである。第２動作モードは、操作ロッドを予め決められた動作指令に基づいて動作させるように指定された時の動作モードである。
【０２６１】
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置においては、動作指令部が、指定された訓練指示に基づいて動作指令を作成する。また、第２指令算出部が、所定の周期にて受信した動作指令に基づいて、第２モータ制御指令をモータ制御指令として算出する。これにより、上記の訓練装置においては、訓練指示に基づいて操作ロッドを動作できる。
【０２６２】
また、第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置においては、操作ロッドに加えられる力量に基づいて操作ロッドを動作させる動作モード（第１動作モード）の実行時には、制御指令切替部が、第１モータ制御指令をモータ制御指令として出力している。
一方、操作ロッドの動作が予め指定された時の動作モード（第２動作モード）の実行時には、制御指令切替部が、第２モータ制御指令をモータ制御指令として出力している。
【０２６３】
これにより、制御指令切替部は、現在実行中の動作モードに応じて、適切なモータ制御指令を選択できる。その結果、上記の訓練装置は、動作モードに応じて、適切に操作ロッドを動作できる。
【０２６４】
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置は、さらに、訓練指示部（例えば、訓練指示部５）を備えている。訓練指示部は、訓練装置において選択可能な訓練プログラムにおいて、第１動作モードを実行するか、又は、第２動作モードを実行するかを決定する。これにより、第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置は、訓練プログラムの内容に応じて、適切な動作モードを選択することにより操作ロッドを適切な動作モードで動作できる。
【０２６５】
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置は、さらに、回転情報出力センサ（例えば、第１回転情報出力センサ１３５ａ−１、第２回転情報出力センサ１３５ｂ−１、第３回転情報出力センサ３５９−１）を備えている。回転情報出力センサは、モータの回転量に基づいて、操作ロッドが動作可能な自由度方向の操作ロッドの動作位置を検出する。
この場合、第１指令算出部は、対応する回転情報出力センサにて検出された動作位置に基づいて、第１モータ制御指令を算出している。対応する回転情報出力センサとは、当該第１指令算出部が算出する第１モータ制御指令に基づいて制御されるモータ（対応するモータ）により操作ロッドが動作する自由度方向の動作位置を検出する回転情報出力センサのことである。
これにより、第１指令算出部は、操作ロッドの動作位置を確認しながら、モータを適切に制御可能なように、第１モータ制御指令を算出できる。
【０２６６】
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置において、第１指令算出部は、さらに、ステッパー値に基づいて第１モータ制御指令を算出している。ステッパー値は、操作ロッドの動作速度が最大となる力量（力量成分）を決定する値である。これにより、第１動作モードの実行時における操作ロッドの操作性を調整できる。
【０２６７】
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置において、ステッパー値は、訓練プログラムの実行中に変更可能である。これにより、加えられた力量に基づいて操作ロッドを動作させる際に、操作ロッドの操作性を適宜調整できる。
【０２６８】
第１実施形態及び第２実施形態の訓練装置において、ステッパー値は、動作指令部から出力されている。これにより、ステッパー値を動作指令部において一元的に管理できる。
【０２６９】
第２実施形態の訓練装置において、第１指令算出部（例えば、第１指令算出部２１１５ａ−１、２１１５ｂ−１、２１１５ｃ−１）は、キャリブレーションデータに基づいて、力量成分値を算出している。キャリブレーションデータは、対応する力量検出部から出力される力量成分信号の信号値と、対応する力量検出部において検出された力量成分の大きさとの関係を表すデータである。この場合、第１指令算出部は、算出された力量成分値に基づいて第１モータ制御指令を算出する。
これにより、力量検出部の特性が力量検出部の個体によって異なっていたり、訓練装置の長時間の使用等により力量検出部の特性が変化したりしても、操作ロッドに加えられた力量（力量成分）を正確に算出できる。その結果、実際に操作ロッドに加えられた力に基づいて、第１モータ制御指令を算出できる。
【０２７０】
第２実施形態の訓練装置においては、所定のタイミングにおいて、キャリブレーションデータが更新されている。これにより、力量検出部の特性変動に応じたキャリブレーションデータを保持できる。
【０２７１】
第２実施形態の訓練装置は、さらに、ドリフト補正部（例えば、ドリフト補正部２１１５ａ−７１、２１１５ｂ−７１、２１１５ｃ−７１）を備えている。ドリフト補正部は、力量検出部（対応する力量検出部）における力量成分信号のドリフトを補正する。
これにより、外部温度の変化等による力量検出部の特性の変化に起因する力量成分信号のドリフトを補正できる。その結果、第１指令算出部は、操作ロッドに加えられる力量（力量成分）に対応した正確な力量成分値を取得できる。
【０２７２】
第２実施形態の訓練装置において、ドリフト補正部は、対応する第１指令算出部に接続されている。
【０２７３】
第２実施形態の訓練装置において、ドリフト補正部は、キャリブレーションデータを用いて、力量成分信号のドリフトを補正している。これにより、ドリフト補正部は、力量成分信号を、キャリブレーションデータに対応するように、ドリフト補正できる。その結果、第１指令算出部は、より正確に力量成分値を算出できる。
【０２７４】
（９）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（Ａ）訓練装置の他の実施形態
上記の第１実施形態に係る訓練装置１００と、第２実施形態に係る訓練装置２００と、第３実施形態に係る訓練装置３００とは個別に記載されていたが、これに限られない。上記の第１実施形態〜第３実施形態を全て組み合わせて訓練装置としてもよい。すなわち、訓練装置が、上記第１実施形態から第３実施形態に記載した全ての特徴を備えていてもよい。
または、上記の第１実施形態に係る訓練装置１００の特徴と、第２実施形態に係る訓練装置２００の特徴と、第３実施形態に係る訓練装置３００の特徴のいずれかを組み合わせて訓練装置としてもよい。
【０２７５】
（Ｂ）力量補正値の算出方法の他の実施形態
上記の第３実施形態においては、力量補正部３１１５ａ−７は、補正テーブルを用いて力量補正値を算出していた。しかし、これに限らず、以下のようにして、力量補正部３１１５ａ−７は、補正テーブルを用いることなく力量補正値を算出してもよい。すなわち、力量補正部３１１５ａ−７は、補正テーブルを用いることなく、操作ロッド３の動作位置（傾動角度、伸縮長さ）と操作ロッド３の重量とに基づいて、力量成分信号を補正してもよい。
力量成分値の計算において、操作ロッド３の長さを加味した補正もおこなっている。例えば操作ロッド３を長く伸ばした場合と、短く縮めた場合では、肢支持部材３１に同じ力をかけた場合において、長く伸ばした状態の方が短い状態よりも力量検出部によって検出される力量成分信号が大きくなる。前述キャリブレーションデータ作成は中間長さ（Ｌｃ）の状態で行われるため、操作ロッド長をＬ、力量成分信号に基づく力量成分値をＦとすると、操作ロッドの長さを加味した補正が行われた力量成分信号値Ｆ´はＦ×Ｌｃ／Ｌで表される。
重力成分の影響を補正する場合、操作ロッド３自体の重さによる影響を排除することが目的となる。
最初に、カバー３５３、肢支持部材３１を含めた操作ロッド３全体の重量と、その重心位置から軸支位置までの距離Ｌｇとの積ＧＦを算出する。
次に、操作ロッド３の鉛直方向に対する傾動角度をφとした場合、操作ロッド３のＸ軸方向及びＹ軸方向の力量補正値は、（ＧＦ＊ｓｉｎφ）／Ｌｇとの式から算出できる。また、長さ方向の力量補正値は、カバー３５３の重量と肢支持部材３１の重量との合計をＧとすると、−Ｇ＊ｃｏｓφと算出できる。
さらに、力量補正部３１１５ａ−７は、例えば、力量成分信号から算出される力量成分値から上記により算出された力量補正値を差し引く（又は加える）ことにより、補正テーブルを用いることなく、補正力量成分値を算出できる。
【産業上の利用可能性】
【０２７６】
本発明は、モータにより駆動される操作ロッドを備え、所定の訓練プログラムに従って、患者の上肢および下肢等のリハビリテーションを支援する訓練装置に、広く適用できる。
【符号の説明】
【０２７７】
１００、２００、３００             訓練装置
１     固定フレーム
１１   制御部
１１１ 指令作製部
１１１１      動作指令部
１１１３      送信切替部
１１１５ａ、１１１５ｂ、１１１５ｃ モータ制御指令部
１１１５ａ−１、１１１５ｂ−１、１１１５ｃ−１   第１指令算出部
１１１５ａ−３、１１１５ｂ−３、１１１５ｃ−３   第２指令算出部
１１１５ａ−５、１１１５ｂ−５、１１１５ｃ−５   制御指令切替部
２１１５ａ、２１１５ｂ、２１１５ｃ モータ制御指令部
２１１５ａ−１、２１１５ｂ−１、２１１５ｃ−１   第１指令算出部
２１１５ａ−３、２１１５ｂ−３、２１１５ｃ−３   第２指令算出部
２１１５ａ−５、２１１５ｂ−５、２１１５ｃ−５   制御指令切替部
２１１５ａ−７、２１１５ｂ−７、２１１５ｃ−７   力量成分信号補正部
２１１５ａ−７１、２１１５ｂ−７１、２１１５ｃ−７１           ドリフト補正部
２１１５ａ−７３、２１１５ｂ−７３、２１１５ｃ−７３           キャリブレーションデータ記憶部
３１１５ａ、３１１５ｂ、３１１５ｃ モータ制御指令部
３１１５ａ−１、３１１５ｂ−１、３１１５ｃ−１   第１指令算出部
３１１５ａ−３、３１１５ｂ−３、３１１５ｃ−３   第２指令算出部
３１１５ａ−５、３１１５ｂ−５、３１１５ｃ−５   制御指令切替部
３１１５ａ−７、３１１５ｂ−７、３１１５ｃ−７   力量補正部
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃモータ制御部
１３   操作ロッド傾動機構
１３１ Ｘ軸方向傾動部材
１３１−１    付勢部材固定部
１３１ａ、１３１ｂ   軸
１３３ Ｙ軸方向傾動部材
１３３ａ、１３３ｂ   軸
１３５ａ      モータ（Ｙ軸方向傾動モータ）
１３５ａ−１  第１回転情報出力センサ
１３５ｂ      モータ（Ｘ軸方向傾動モータ）
１３５ｂ−１  第２回転情報出力センサ
１５ａ、１５ｂ操作ロッド傾動機構固定部材
１７   力量検出機構
１７１ Ｙ軸方向力量検出部材
１７１ａ、１７１ｂ   軸
１７３ Ｘ軸方向力量検出部材
１７３−１    付勢部材固定部
１７３ａ、１７３ｂ   軸
１７５ 力量検出部（Ｙ軸方向力量検出部）
１７７ 力量検出部（Ｘ軸方向力量検出部）
１７９ 付勢部材
３     操作ロッド
３１   肢支持部材
３３   固定ステイ
３５   伸縮機構
３５１ 可動ステイ
３５３ カバー
３５５ ナット
３５７ ねじ軸
３５９ モータ（伸縮モータ）
３５９−１    第３回転情報出力センサ
３７   案内レール
３９   長さ方向力量検出部
３９１ 付勢部材
３９３ 伸び検出部
５     訓練指示部
７     固定部材
９     椅子
９１   椅子接続部材
ａ     入力
ｂ、ｃ、ｄ    出力
ｅ、ｆ 入力
ｇ     出力
【図１】
2016067911.tif 000003
【図２】
2016067911.tif 000004
【図３Ａ】
2016067911.tif 000005
【図３Ｂ】
2016067911.tif 000006
【図４】
2016067911.tif 000007
【図５】
2016067911.tif 000008
【図６】
2016067911.tif 000009
【図７】
2016067911.tif 000010
【図８Ａ】
2016067911.tif 000011
【図８Ｂ】
2016067911.tif 000012
【図８Ｃ】
2016067911.tif 000013
【図９】
2016067911.tif 000014
【図１０】
2016067911.tif 000015
【図１１】
2016067911.tif 000016
【図１２】
2016067911.tif 000017
【図１３】
2016067911.tif 000018
【図１４】
2016067911.tif 000019
【図１５】
2016067911.tif 000020
【図１６】
2016067911.tif 000021
【図１７】
2016067911.tif 000022
【図１８】
2016067911.tif 000023
【図１９】
2016067911.tif 000024
【図２０】
2016067911.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月27日(2017.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
また、第１動作モードの実行時においては、制御部１１は、患者等により操作ロッド３に加えられた力量に基づいて、第１モータ制御指令を算出し出力する。一方、第２動作モードの実行時においては、制御部１１は、まず、操作ロッド３の訓練指示に基づいて動作指令を算出する。次に、制御部１１は、動作指令に基づいて第２モータ制御指令を算出し出力する。これにより、制御部１１は、上記の複数の訓練プログラム（又は、第１動作モード／第２動作モード）に応じて、適切なモータ制御指令を作成し選択できる。その結果、訓練装置１００は、訓練プログラム（動作モード）に応じて、適切に操作ロッド３を動作できる。
なお、制御部１１の構成及び動作については、後ほど詳しく説明する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３３】
モータ制御指令部３１１５ａは、第１指令算出部３１１５ａ−１と、第２指令算出部３１１５ａ−３と、制御指令切替部３１１５ａ−５と、力量補正部３１１５ａ−７と、を有する。
第２指令算出部３１１５ａ−３及び制御指令切替部３１１５ａ−５のそれぞれの構成及び機能は、第１実施形態及び第２実施形態における第２指令算出部１１１５ａ−３、２１１５ａ−３、及び、制御指令切替部１１１５ａ−５、２１１５ａ−５と同じである。従って、説明を省略する。
【国際調査報告】
2016067911.tif 000026
2016067911.tif 000027