(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上肢または下肢の運動機能回復に用いるリハビリ装置であって、
モータを用いた回転駆動源と、
上肢に固定される上固定部と、下肢に固定される下固定部と、前記上固定部および前記下固定部とをジョイント部で折れ曲がり可能に連結した固定具と、
前記回転駆動源の回転運動を前記固定部の折り曲げ運動に変換する運動変換機構と、
前記運動変換機構と前記固定具との間に設けた前記固定具に加わる外力の曲げ力を調整する曲げ力調整機構と、
前記回転駆動源と前記運動変換機構との間に設けられた、前記回転駆動源から伝達される回転トルクを制限するトルク制限機構とからなり、
前記運動変換機構は、固定された太陽歯車と、該太陽歯車の内部で噛み合い前記回転駆動源により回転されて、前記太陽歯車内で往復動する遊星歯車と、前記遊星歯車に取付けられた支点ピンとからなり、
前記曲げ力調整機構が、前記下固定部に一端が固定されたレバーと、該レバーに形成された長孔に挿入された前記支点ピンと、前記レバーの基端部を前記遊星歯車の前面において支持する一対のバネとからなり、前記支点ピンは前記下固定部を介して人が加える力により前記長孔内での位置変更ができるものである
ことを特徴とするリハビリ装置。
【請求項２】
前記トルク制限機構は、
前記回転駆動源の出力軸に取付けられておりボールを保持するボールホルダーと、
前記運動変換機構に設けられており前記ボールを受け入れる凹所が形成された駆動プーリ―と、
前記ボールホルダーのボールを前記凹所内に押し付ける圧縮バネとからなる
ことを特徴とする請求項１記載のリハビリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リハビリ装置に関する。さらに詳しくは、上肢や下肢の運動機能を回復させるためのリハビリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上肢の運動機能を回復させるためのリハビリ装置として、特許文献１および特許文献２の従来技術がある。
特許文献１のリハビリ装置は、ロボットアームに平行リンクとアームを介してグリップを取付け、グリップに与える外力をモータで発生させ、かつモータとグリップとの間に設けた機能性流体クラッチでモータから与える外力を調整するように構成されている。
【０００３】
この従来技術では機能性流体クラッチはモータの出力トルクを変化させるが、その調整値を誤った場合は人体に危害を加えかねない欠点がある。
【０００４】
特許文献２のリハビリ装置は、グリップにブレーキを組み込んで、モータや油圧などの外力を使わないようにしたリハビリ装置である。この従来技術によれば、モータ等の外力で人体に危害が加わることはない。
【０００５】
しかしながら、この従来技術ではリハビリのために加える外力を大きく変動させることは困難であり、外力に抵抗させる形の訓練を行うことはできない。
【０００６】
多様な訓練メニューの実現のためには、モータ等の外力を利用できる方が好ましく、このようなタイプのリハビリ装置で、安全性に優れ、かつ外力を患者が任意に調整できれば、家庭でも訓練でき、実用性が高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２４７２８０号公報
【特許文献２】特開２０１２−３５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、安全性に優れ、患者が任意に加えられる外力を調整することができるリハビリ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】
【０００９】
第１発明のリハビリ装置は、上肢または下肢の運動機能回復に用いるリハビリ装置であって、モータを用いた回転駆動源と、上肢に固定される上固定部と、下肢に固定される下固定部と、前記上固定部および前記下固定部とをジョイント部で折れ曲がり可能に連結した固定具と、前記回転駆動源の回転運動を前記固定部の折り曲げ運動に変換する運動変換機構と、前記運動変換機構と前記固定具との間に設けた前記固定具に加わる外力の曲げ力を調整する曲げ力調整機構と、前記回転駆動源と前記運動変換機構との間に設けられた、前記回転駆動源から伝達される回転トルクを制限するトルク制限機構とからなり、前記運動変換機構は、固定された太陽歯車と、該太陽歯車の内部で噛み合い前記回転駆動源により回転されて、前記太陽歯車内で往復動する遊星歯車と、前記遊星歯車に取付けられた支点ピンとからなり、前記曲げ力調整機構が、前記下固定部に一端が固定されたレバーと、該レバーに形成された長孔に挿入された前記支点ピンと、前記レバーの基端部を前記遊星歯車の前面において支持する一対のバネとからなり、前記支点ピンは前記下固定部を介して人が加える力により前記長孔内での位置変更ができるものであることを特徴とする。
第２発明のリハビリ装置は、第１発明において、前記トルク制限機構は、前記回転駆動源の出力軸に取付けられておりボールを保持するボールホルダーと、前記運動変換機構に設けられており前記ボールを受け入れる凹所が形成された駆動プーリ―と、前記ボールホルダーのボールを前記凹所内に押し付ける圧縮バネとからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）曲げ力調整機構のレバーを人が動かして運動変換機構の支点ピンをレバーの長孔内で動かせば、レバーにより固定具を介して患者に加える力を大きくも小さくも調整できる。このようにして、リハビリに要する力を連続的に加減できる。
ｂ）レバーの長孔内での支点ピンの位置は患者が自分で調節できるので、患者が自分の体力や体調に合った訓練を行うことができる。
第２発明によれば、圧縮バネの撓みによってボールが凹所から出るとトルク伝達をしなくなる。このため、過大な力が加わったときは、動作を止めるので、患者の力に危害を加えることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るリハビリ装置Ａの斜視図である。
【図２】図１のリハビリ装置Ａの正面図である。
【図３】図１のリハビリ装置Ａの上面図である。
【図４】図１のリハビリ装置Ａの右側面図である。
【図５】運動変換機構１０の説明図である。
【図６】曲げ力調整機構２０の説明図である。
【図７】曲げ力調整機構２０の原理説明図である。
【図８】トルク制限機構４０の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（基本構成）
図１〜図３に基づき、リハビリ装置Ａの基本構成を説明する。
本実施形態のリハビリ装置Ａは家庭でも利用できることを想定しているため可搬型の構成をとっている。そのため、支柱と机の天板等に固定するための公知の固定具を備えるものが好ましい。なお、支柱と固定具は図示以外の任意の構造のものが用いられ、さらに、病院等で使用する場合には任意の固定装置を用いてよい。
【００１３】
リハビリ装置Ａは、ベースフレーム１を有しており、このベースフレーム１に各種機器が取付けられる構造となっている。ベースフレーム１は箱型の基端フレーム２と箱形の先端フレーム３とからなる。基端フレーム２は後端部に固定部材２ａを有しており、支柱５１に挿入して、適宜の高さで固定できるようになっている。支柱５１の下端には公知の固定具５２が取付けられていて、机やテーブルの天板に適宜固定できるようになっている。
【００１４】
ベースフレーム１の内部には駆動軸４が１本通され、適宜の軸受を用いてベースフレーム１に取付けられている。この駆動軸４の中間部（基端フレーム２と先端フレーム３との間）には従動プーリー５が取付けられ、駆動軸４の先端部には駆動軸４の回転を揺動運動に変換する運動変換機構１０が取付けられている。また、運動変換機構１０には、曲げ力調整機構２０を介して上肢または下肢を固定する固定具３０が連結されている。これら、運動変換機構１０、曲げ力調整機構２０および固定具３０の詳細は後述する。
【００１５】
一方、基端フレーム２の側面にはブラケット６が取付けられていて、このブラケット６に回転駆動源であるモータ７が取付けられている。
モータ７の出力軸７ａには駆動プーリー８が結合されている。この駆動プーリー８と前記従動プーリー５とは、ベルトが巻き掛けられるか、または直接接触させることにより、回転トルクの伝達が行われる。モータ７はサーボモータが好ましい。サーボモータであれば正転・逆転動動作の繰返しを任意に制御できる。また、回転速度とトルクも可変に制御できる。
【００１６】
上記モータ７の出力軸７ａと駆動プーリー８との間には、トルク制限機構４０が設けられている。このトルク制限機構４０の詳細は後述する。
【００１７】
（運動変換機構１０）
図１および図５に示すように、駆動軸４の先端にはピニオン１１が連結されており、このピニオン１１は外歯形の伝達歯車１２に噛み合っている。伝達歯車１２には遊星歯車１３が同軸に取付けられていて、遊星歯車１３は太陽歯車１４の内側を公転するようになっている。太陽歯車１４は先端フレーム３に固定されている。駆動軸４を一定回転数（積算値）に達する度に回転方向を反転させるべく、モータ７を正逆回転させると、遊星歯車１３は太陽歯車１４内で、たとえば９０°角位の範囲内で往復動する。この遊星歯車１３の往復動は後述する曲げ力変換機構２０によって、固定具３０の折り曲げ力に変換される。
【００１８】
図１および図５に示すように、前記遊星歯車１３の外側面には支点ピン２１が取付けられている。一方、レバー２２が太陽歯車１４の前面に配置されている。レバー２２には長孔２２ａが形成されていて、前記支点ピン２１が挿入されている。
また、レバー２２の基端部は一対のバネ２４、２４で太陽歯車１４のほぼ中心位置に保持されている。
【００１９】
遊星歯車１３が太陽歯車１４の内側に沿って往復動すると、レバー２２の中間部が左右方向に押し引きされるので、レバー２２が揺動運動を起す。レバー２２の揺動角度は概ね３０度から１６０度位の範囲であるが、特に制限されるものではない。この角度以上にレバー２２が揺動しないように、図１に示す湾曲形のストッパー２３が太陽歯車１４の表面に取付けられている。
前記レバー２２は、後述する固定具３０の下固定部３２に固定される。このため、レバー２２が揺動すると下固定部３２を折り曲げ運動させることができる。
【００２０】
（曲げ力調整機構２０）
図５に示すように、前記レバー２２の基端部は、一対のバネ２４、２４の一端が取付けられ、そのバネ２４、２４の他端は太陽歯車１３のリング部分に適宜の金具で固定されている。つまり、レバー２２は左右一対のバネ２４、２４で吊られた状態で多少の動きが可能な状態で保持されている。したがって、レバー２２の揺動が許容される。
【００２１】
また、図６に示すように、支点ピン２１はレバー２２の長孔２２ａに挿入されているので、支点ピン２１に対するレバー２２の下端からの距離を長く（符号Ｌａ）したり（図６（Ａ）参照）短くする（符号Ｌｂ）ように（同図（Ｂ）参照）調整することが可能である。なお、図６（Ａ）に示すバネ２４が横向きであり、支点ピン２１からレバー２２下端までの距離が長い（Ｌａ）状態が基準位置である。
図７に示すように、レバー２２の基端部はバネ２４、２４で支持された状態で、レバー２２の先端部に外力Ｆが加わる。この外力Ｆは、リハビリ装置Ａのレバー２２によって、固定具３０内の患者の上肢に加える力、あるいは患者が力を入れ返す反力と考えればよい。
【００２２】
レバー２２の全長Ｌに対し、支点となる支点ピン２１から反力点Ｆまでの距離Ｌ１がレバー２２の長さ方向に沿って変動すればてこの原理で力Ｆを大きくすることも小さくすることも調節できる。このように、曲げ力を調節できるのが、本発明の特徴である。なお、図７における長さＬｉは図６に示すＬａ、Ｌｂに対応する。
【００２３】
（固定具３０）
固定具３０は上固定部３１と下固定部３２とからなり中心のジョイント部３３を境にして折れ曲るようになっている。上固定部３１と下固定部３２には上肢の上腕と前腕を挿入しベルト等で固定できる公知の機構に構成されている。また、下肢の上脚部と下脚部を固定することもできる。
曲げ力調整機２０のレバー２２は下固定部３２に取付けられ、レバー２２の揺動動作がそのまま下固定部３２の揺動動作に変換されるように構成されている。
【００２４】
（トルク制限機構４０）
トルク制限機構を図８に基づき説明する。
モータ７の出力軸７ａの先端には円板４１が固定され、円板４１と出力軸７ａの段差との間には圧縮バネ４２が嵌められている。この圧縮バネ４２は円板４１を常時前方へ付勢している。
【００２５】
円板４１の前面にはボールホルダー４３が軸まわりに複数個取付けられている。一方、駆動プーリー８の背面（円板４１に対面する面）には軸まわりに同数の凹所８ｈが形成されている。ボールホルダー４３の凹所４３ｈと駆動プーリー８の凹所８ｈとの間にはボール４４が挿入されている。
【００２６】
通常の状態ではボール４４がボールホルダー４３の凹所４３ｈと駆動プーリー８の凹所８ｈに嵌ったままで、モータ７のトルクが駆動プーリー８に伝えられる。しかし、固定具２０に過大な力が加わるときは、ボール４４が駆動プーリー８の凹所８ｈから出て（このとき圧縮バネ４２を撓めて）しまうので（図８（ｃ）参照）、トルク伝達をしなくなる。
このトルク制限機構４０の働きで、過大なトルクは回避されるので人体に危害を与えることはなくなる。
【００２７】
（使用方法）
つぎに、リハビリ装置Ａの使用方法を図１および図６に基づき説明する。
まず、固定具３０に患者の上肢を挿入し、上腕を上固定部３１に固定し、前腕を下固定部３２に固定し、肘をジョイント部３３に合わせる。
この状態で、モータ７を起動し、レバー２２を揺動させる。レバー２２が揺動すると下固定部３２が揺動運動するので、患者がこれに抵抗するように上腕と前腕に力を入れると上肢の筋力トレーニングを行える。
【００２８】
そして、患者が自身の上腕を動かして、固定具３０を介してレバー２２に力を加え、レバー２２をその長手方向に動かす。すると、図６の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バネ２４を撓めてレバー２２内の支点ピン２１の位置を変えることができる。図６（Ａ）は通常の基準位置であり、同図（Ｂ）はレバー２２を押し込んだ状態である。
【００２９】
図６（Ａ）の状態では、レバー２２に加わる外力Ｆの作用点から支点ピン２１までの距離Ｌａが長いので、患者は小さな力で揺動に抵抗できる。
図６（Ｂ）の状態では、レバー２２に加わる外力Ｆの作用点から支点ピン２１までの距離Ｌｂが短いので、患者は大きな力を出して対抗することになる。
もちろん、支点ピン２１の長孔内での位置は連続的に変更できるので、患者に加わる外力も連続的に増減できる。
【００３０】
このように、本発明のリハビリ装置Ａの曲げ力調整機構２０ではリハビリに要する力を連続的に加減できるので、しかも患者が自分で調節できるので、患者が自分の体力や体調に合った訓練を行うことができる。
また、トルク制限機構４０を用いることで、過大な力が加わったときは、動作を止めるので、患者の力に危害を加えることはない。
【００３１】
上記の使用方法は人の上肢についての説明であったが、人の下肢についても本発明を利用できる。この場合は、固定具３０の上固定部３１に上脚を挿入固定し、下固定部３２に下脚を挿入固定すると、下肢のリハビリ訓練を行うことができる。
【００３２】
本実施形態は安全性が高いので家庭内での使用に適しているが、使用環境には全く制限を受けず、病院やリハビリ施設での使用も可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ベースフレーム
２  基端フレーム
３  先端フレーム
４  駆動軸
５  従動プーリー
６  ブラケット
７  モータ
８  駆動プーリー
１０  運動変換機構
１１  ピニオン
１２  伝達歯車
１３  遊星歯車
１４  太陽歯車
２０  曲げ力調整機構
２１  支点ピン
２２  レバー
２３  ストッパー
２４  バネ
３０  固定具
３１  上固定部
３２  下固定部
３３  ジョイント部
４０  トルク制限機構
４１  円板
４２  圧縮バネ
４３  ボールホルダー
４４  ボール
【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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【図８】
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