(57)【要約】【課題】目標軌道の近傍において抵抗力を小さくすることで違和感を生じにくくし、かつ、目標軌道の位置を患者が認識できる抵抗力発生方法を提供する。【解決手段】肢体の運動に対する抵抗力Ｆｒを発生する訓練装置における抵抗力発生方法において、目標軌道からの位置偏差に基づきポテンシャル高さが予め設定されているポテンシャル関数Ｆｐにおいて、ポテンシャル高さの最大値と比較して十分小さい高さの突起状のポテンシャルを前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍に設けることを特徴とする訓練装置における抵抗力発生方法。【選択図】    図１
2004215822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者による肢体８０１の随意的運動を介助するいわゆる自動介助運動を実施する肢体を支持・駆動する肢体支持手段８０２、運動を行う目標軌道Ｘｔ（ｔ）を設定するコンピュータ８０３、前記目標軌道を画面に表示する表示手段８０４、前記肢体の動作を検出する検出手段８０５、および前記検出手段で検出された検出信号Ｓｄを処理する信号処理手段８０６とを備え、前記信号処理手段からの出力信号Ｓｏと、予め設定した位置に応じた抵抗力の関数であるポテンシャル関数Ｆｐとに基づき、前記肢体支持手段８０２において肢体の運動に対する抵抗力Ｆｒを発生する訓練装置における抵抗力発生方法において、
前記目標軌道からの位置偏差に基づき前記ポテンシャル高さが予め設定されている前記ポテンシャル関数Ｆｐにおいて、前記ポテンシャル高さの最大値と比較して十分小さい高さの突起状のポテンシャルを前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍に設けることを特徴とする訓練装置における抵抗力発生方法。
【請求項２】
前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍で設定する前記突起状のポテンシャルにおいて、
前記突起の向きを下向きまたは上向きに設定することを特徴とする請求項１記載の訓練装置における抵抗力発生方法。
【請求項３】
前記ポテンシャル関数Ｆｐにおいて、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において設定するポテンシャル高さを零近傍になるようにし、かつ、直線または曲線にて設定することを特徴とする請求項１または２記載の訓練装置における抵抗力発生方法。
【請求項４】
前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）との位置だけでなく姿勢の偏差に対する前記ポテンシャル関数Ｆｐを定義することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の訓練装置における抵抗力発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全身機能低下を矯正し筋・骨格系統の機能を改善し健康状態を維持・改善する目的でリラクセーションや関節可動域訓練や筋力増強訓練や持続力増強訓練や協調性訓練や神経筋再教育のうち、特に運動機能回復を支援するための訓練を行う医学的リハビリテーション用の訓練装置、あるいは整形外科における関節軟組織修復と関節可動域維持・拡大を目的とする関節他動運動を実施するための肢体駆動装置、あるいは体力向上など健康増進のための訓練を目的とする肢体駆動装置の抵抗力発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特に運動機能回復を支援するための訓練を行う医学的リハビリテーション等の訓練装置において特に訓練者による肢体の随意的運動を介助するいわゆる自動介助運動を実施することを目的とした装置があり、訓練に適した抵抗力を発生する手段を備えている。
図８に従来装置の構成例を示す。この従来例は上肢の訓練を対象に構成されている。患者による肢体８０１の随意的運動を介助するいわゆる自動介助運動を実施することを目的とし、肢体を支持・駆動する肢体支持手段８０２、運動目標とする位置・姿勢の時間関数である目標軌道Ｘｔ（ｔ）を設定するコンピュータ８０３、前記目標軌道を画面に表示する表示手段８０４、前記肢体の動作を検出する検出手段８０５、および前記検出手段で検出された検出信号Ｓｄを処理する信号処理手段８０６とを備え、前記信号処理手段からの出力信号Ｓｏと、予め設定したポテンシャル関数Ｆｐ（バネやダンパー等の抵抗成分で表された関数で、位置に応じた抵抗力の関数）とに基づき、前記肢体支持手段８０２において肢体の運動に対する抵抗力Ｆｒを発生する訓練装置である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図９に従来例の制御フローを示す。前記コンピュータ８０３にてまず前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）を設定し（Ｓ１）、訓練を開始する（Ｓ２）。患者による上肢動作を実行し（Ｓ３）、そのときの上肢の位置・姿勢を前記検出手段８０５、および前記信号処理手段８０６とで検出する（Ｓ４）。その結果を、前記表示手段８０４により表示する。同時に処理Ｓ４による前記出力信号Ｓｏは、上肢の動作軌道として前記ポテンシャル関数Ｆｐと照合され（Ｓ７）、目標軌道から上肢が外れようとしている場合には（Ｓ６）、前記肢体支持手段８０２において前記抵抗力Ｆｒを発生し上肢に与える（Ｓ８）。以上の処理を終了まで繰り返す。
これによれば、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）から上肢が外れた場合にはこれに抗する前記抵抗力Ｆｒを発生するので、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）に沿った運動を上肢が実施することができる。
なお、前記ポテンシャル関数Ｆｐの設定方法としては、図１０〜１２に示した方法がある。いずれも前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の各点において定義され、その時点での目標軌道の位置Ｘｔにおいて最もポテンシャルが低く（零）なるように設定され、肢体の現在位置Ｘｅとの位置偏差ΔＸ（＝Ｘｔ−Ｘｅ）に応じてポテンシャルが高くなるように、位置偏差が零の点を中心に単調減少関数と単調増加関数により設定されている。前記抵抗力ＦｒはＦｒ＝Ｆｐ（ΔＸ）として計算される。図１０は２本の直線のみで構成しＶ字型にした例、図１１は滑らかな曲線で構成しＵ字型にした例、図１１は３本の直線で構成しＵ字型にした例である。各関数の形に応じた前記抵抗力Ｆｒにより、図に示すような器の中にあるボールのように、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）に引き戻される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２８８０４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術のうち、図１０に示す形のポテンシャル関数Ｆｐでは、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）を外れると図１１，１２に対し位置偏差ΔＸに対して比較的大きな前記抵抗力Ｆｒが発生するため、ほぼ前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）に沿った運動を上肢が実施することができるが、運動する軌道を強制することになるため、患者に違和感が発生する問題がある。また、図１１，１２に示す形のポテンシャル関数Ｆｐでは、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）近傍では図１０に対し位置偏差ΔＸに対して比較的小さな前記抵抗力Ｆｒが発生し、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）を大きく外れる場合のみ大きな前記抵抗力Ｆｒが発生するため、運動を強制される違和感は発生しない利点はあるが、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置が認識しにくい問題がある。いずれの場合にしても、患者の随意性を高める目的に対して問題が生じてしまう。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において抵抗力を小さくすることで違和感を生じにくくし、かつ、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置を患者が認識でき患者の随意性を高めた訓練装置における抵抗力発生方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、患者による肢体８０１の随意的運動を介助するいわゆる自動介助運動を実施する肢体を支持・駆動する肢体支持手段８０２、運動を行う目標軌道Ｘｔ（ｔ）を設定するコンピュータ８０３、前記目標軌道を画面に表示する表示手段８０４、前記肢体の動作を検出する検出手段８０５、および前記検出手段で検出された検出信号Ｓｄを処理する信号処理手段８０６とを備え、前記信号処理手段からの出力信号Ｓｏと、予め設定した位置に応じた抵抗力の関数であるポテンシャル関数Ｆｐとに基づき、前記肢体支持手段８０２において肢体の運動に対する抵抗力Ｆｒを発生する訓練装置における抵抗力発生方法において、
前記目標軌道からの位置偏差に基づき前記ポテンシャル高さが予め設定されている前記ポテンシャル関数Ｆｐにおいて、前記ポテンシャル高さの最大値と比較して十分小さい高さの突起状のポテンシャルを前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍に設けることを特徴とするものである。これにより、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において、前記突起状のポテンシャルによる前記抵抗力Ｆｒにより、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置を認識しながら運動を行うことができる。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍で設定する前記突起状のポテンシャルにおいて、前記突起の向きを下向きまたは上向きに設定する抵抗力発生方法とするものである。これにより、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において、前記突起状のポテンシャルによる前記抵抗力Ｆｒにより、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置を認識する場合、前記突起状のポテンシャルの向きを上向きまたは下向きにすることで、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の認識方法を場合により切り替えることが可能となる。
また、請求項３記載の発明は、前記ポテンシャル関数Ｆｐにおいて、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において設定するポテンシャル高さを零近傍になるようにし、かつ、直線または曲線にて設定する抵抗力発生方法とするものである。これにより、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において、前記抵抗力Ｆｒを低くすることができ、違和感なく運動を実施することができる。
また、請求項４記載の発明は、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）との位置だけでなく姿勢の偏差に対する前記ポテンシャル関数Ｆｐを定義する抵抗力発生方法とするものである。これにより、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）との位置だけでなく姿勢の偏差に対して、これを外れる場合には前記抵抗力Ｆｒを与えながら運動を実施することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の訓練装置の制御フローを示したものである。前記コンピュータ８０３にてまず前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）を設定し（Ｐ１）、訓練を開始する（Ｐ２）。患者による肢体の動作を実行し（Ｐ３）、そのときの肢体の位置・姿勢を前記検出手段８０５、および前記信号処理手段８０６とで検出する（Ｐ４）。その結果を、前記表示手段８０４により表示する。同時に処理Ｐ４による前記出力信号Ｓｏは、肢体の動作軌道として前記ポテンシャル関数Ｆｐと照合され（Ｐ７）、目標軌道から肢体が外れようとしている場合には（Ｐ６）、前記肢体支持手段８０２において前記抵抗力Ｆｒを発生し肢体に与える（Ｐ８）。以上の処理を終了まで繰り返す。
【０００９】
本発明では、このうちの、処理Ｐ７における前記ポテンシャル関数Ｆｐの設定方法に関するものである。以下、設定方法を説明する。図２は、前記ポテンシャル関数Ｆｐの実施例を示したものである。図１１の例とは、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）近傍のみが異なり、上向きの突起Ａを構成している。前記突起Ａは前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）近傍にのみ存在するもので、その高さは、前記ポテンシャル関数Ｆｐの最大値に比較して十分低い値とする。すなわち、前記突起Ａによるわずかな前記抵抗力Ｆｒにより、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置の認識は可能であるが、運動を抗するまでには至らない程度とする。
【００１０】
図３は、前記ポテンシャル関数Ｆｐの第２の実施例を示したものである。図２とは異なり、下向きの突起Ｂを構成している。また、図１１と比べ前記ポテンシャル関数Ｆｐ全体にバイアスをかけ、ポテンシャルを一定値だけ高くしており、かつ、下向きの突起Ｂの先端がポテンシャル零となるように構成している。この場合には、下向きの突起Ｂの先端、すなわち前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）近傍において、前記ポテンシャル関数Ｆｐの滑らかさが急激に変化することで、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置を認識できる。また、運動を抗するまでの前記抵抗力Ｆｒも発生しない。
【００１１】
図４は、前記ポテンシャル関数Ｆｐの第３の実施例を示したものである。図２の場合との違いは、直線により関数の形を構成した点である。上向きの突起Ｃの部分を除き前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において発生する前記抵抗力Ｆｒを零とすることができる。
図５は、前記ポテンシャル関数Ｆｐの第４の実施例を示したものである。図３の場合との違いは、直線により関数の形を構成した点である。下向きの突起Ｄの部分を除き前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において発生する前記抵抗力Ｆｒを一定値とすることができる。
図６は、前記ポテンシャル関数Ｆｐの第５の実施例を示したものである。図４の場合との違いは、上向きの突起Ｅの部分を除く前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において前記ポテンシャル関数Ｆｐに緩やかな傾斜をつけた点である。
図７は、前記ポテンシャル関数Ｆｐの第６の実施例を示したものである。図５の場合との違いは、下向きの突起Ｆの部分を除き前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において前記ポテンシャル関数Ｆｐに緩やかな傾斜をつけた点である。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、特に運動機能回復を支援するための訓練を行う医学的リハビリテーション等の訓練装置において特に訓練者による肢体の随意的運動を介助するいわゆる自動介助運動を実施することを目的とした装置があり、訓練に適した抵抗力に関する問題を解決できる。すなわち、運動する軌道を強制することになるため患者に発生する違和感、または、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置が認識しにくい問題があり、いずれの場合も、患者の随意性を高める目的に対して生じる問題に対して、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の近傍において抵抗力を小さくすることで違和感を生じにくくし、かつ、前記目標軌道Ｘｔ（ｔ）の位置が認識することが可能な訓練装置における抵抗力発生方法を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の訓練装置の制御フローを示す図
【図２】本発明の訓練装置のポテンシャルの実施例を示す図
【図３】本発明の訓練装置のポテンシャルの第２の実施例を示す図
【図４】本発明の訓練装置のポテンシャルの第３の実施例を示す図
【図５】本発明の訓練装置のポテンシャルの第４の実施例を示す図
【図６】本発明の訓練装置のポテンシャルの第５の実施例を示す図
【図７】本発明の訓練装置のポテンシャルの第６の実施例を示す図
【図８】従来の訓練装置の構成例を示す図
【図９】従来の訓練装置の制御フローを示す図
【図１０】従来の訓練装置のポテンシャルの実施例を示す図
【図１１】従来の訓練装置のポテンシャルの実施例を示す図
【図１２】従来の訓練装置のポテンシャルの実施例を示す図
【符号の説明】
Ｐ１  目標軌道の設定
Ｐ２  訓練開始
Ｐ３  患者による肢体動作
Ｐ４  肢体の位置・姿勢情報の検出
Ｐ５  目標軌道と現在の肢体の位置・姿勢の表示
Ｐ６  目標軌道から外れようとしているか否かの判定
Ｐ７  設定したポテンシャル
Ｐ８  肢体支持手段により抵抗を発生し患者にフィードバック
Ｐ９  訓練終了か否かの判定
８０１    肢体
８０２    肢体支持手段
８０３    コンピュータ
８０４    表示手段
８０５    検出手段
８０６    信号検出手段
Ｓ１  目標軌道の設定
Ｓ２  訓練開始
Ｓ３  患者による上肢動作
Ｓ４  上肢の位置・姿勢情報の検出
Ｓ５  目標軌道と現在の上肢の位置・姿勢の表示
Ｓ６  目標軌道から外れようとしているか否かの判定
Ｓ７  設定したポテンシャル
Ｓ８  肢体支持手段により抵抗を発生し患者にフィードバック
Ｓ９  訓練終了か否かの判定
【図１】
2004215822.tif 000003
【図２】
2004215822.tif 000004
【図３】
2004215822.tif 000005
【図４】
2004215822.tif 000006
【図５】
2004215822.tif 000007
【図６】
2004215822.tif 000008
【図７】
2004215822.tif 000009
【図８】
2004215822.tif 000010
【図９】
2004215822.tif 000011
【図１０】
2004215822.tif 000012
【図１１】
2004215822.tif 000013
【図１２】
2004215822.tif 000014