CN107106397B - 训练装置以及力量成分信号的修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及训练装置以及力量成分信号的修正方法，在能够执行多个动作模式的训练装置中，根据动作模式使操作杆适当地动作。训练装置具备操作杆、多个马达、多个力量检测部以及多个第一指令计算部。操作杆使所保持的肢部动作。多个马达使操作杆在操作杆能够动作的自由度方向上动作。力量检测部对对应的力量成分进行检测，并输出力量成分信号。第一指令计算部与对应的力量检测部连接。第一指令计算部基于对应的力量成分信号来计算第一马达控制指令。

Description

训练装置以及力量成分信号的修正方法
技术领域
本发明涉及一种具备由马达驱动的操作杆，按照规定的训练程序来辅助患者的上肢以及下肢等的复健的训练装置。
背景技术
由于以中风患者的偏瘫的上肢、下肢的运动功能恢复为目的的复健通常由职业治疗师、物理治疗师来进行，所以在高效地提供复健方面存在局限性。例如，在以上肢的运动功能恢复为目的的复健中，主要需要在比现状稍大的动作范围内，被动及主动的方式尽可能地反复进行瘫痪的上肢的准确的动作。以与这些运动功能恢复相关的复健为基础，职业治疗师或者物理治疗师教授患者准确的动作，进一步通过手的技术对患者的上肢被动地施加负荷并引导主动的动作。
在这样的复健中，动作的反复次数受到治疗师的体力、能够提供复健的时间的局限性的限制。另外，存在根据治疗师的经验，在复健的医疗质量上也产生差异的可能性。因此，为了辅助由治疗师进行的训练，消除提供复健的限制，并且尽可能地使其医疗质量标准化，例如，公知有如专利文献1那样的用于辅助手臂等肢部不便的患者的复健的上肢训练装置。该装置具备能够配置在地面上的固定框架、被固定框架支承为能够向各个方向倾转的可动框架、以及以自由伸缩的方式安装于可动框架并由接受训练的人的手操作的操作杆。
专利文献1：国际公开第2012/117488号
如专利文献1所公开的训练装置使用一个控制部，对基于在具有多个自由度的训练装置中执行的多个动作模式的操作杆的动作进行控制。即，在专利文献1的训练装置中，一个控制部为了使操作杆以上述多个动作模式动作，对多个马达进行控制。在这样的情况下，根据在训练装置中执行的不同的动作模式，存在操作杆不进行适当的动作的情况。
发明内容
本发明的课题在于在能够执行多个动作模式的训练装置中，使操作杆根据各个动作模式适当地动作。
以下，作为用于解决课题的方法对多个方式进行说明。这些方式能够根据需要任意地组合。
本发明的一方面所涉及的训练装置是按照规定的动作模式来训练使用者的上肢及/或下肢四肢的训练装置。
训练装置具备操作杆、多个马达、多个力量检测部以及多个第一指令计算部。
操作杆被固定框架支承为能够动作。因此，训练装置能够使保持于操作杆的肢部动作。固定框架被载置在地面上或者接近地面载置。多个马达基于马达控制指令，使操作杆在操作杆能够动作的自由度方向上动作。多个力量检测部对力量成分进行检测。另外，多个力量检测部输出基于检测出的力量成分的大小的力量成分信号。力量成分是对操作杆施加的力量的在操作杆能够动作的自由度方向上的力量的成分。
多个第一指令计算部与对应的力量检测部连接。对应的力量检测部是指对操作杆通过基于在与该力量检测部连接的第一指令计算部中计算出的第一马达控制指令控制的对应的马达而动作的自由度方向的力量成分进行检测的力量检测部。另外，第一指令计算部基于由对应的力量检测部输出的力量成分信号，计算第一马达控制指令计算作为马达控制指令，并将第一马达控制指令输出至对应的马达。第一马达控制指令是用于对对应的马达进行控制的控制指令。
在上述训练装置中，第一指令计算部分别基于从与该第一指令计算部连接的对应的力量检测部输出的力量成分信号，计算第一马达控制指令而作为马达控制指令。之后，第一指令计算部将第一马达控制指令输出至对应的马达。结果，多个马达分别被基于从对应的第一指令计算部输出的第一马达控制指令控制。
在上述训练装置中，第一指令计算部与对应的力量检测部连接。由此，第一指令计算部能够以更高的频率和精度获取对应的力量成分信号。结果，即使对操作杆施加的力量发生了变动，第一指令计算部也能够以适当的频率和精度计算出与该力量的变动相应的第一马达控制指令。另外，第一指令计算部将作为马达控制指令计算出的第一马达控制指令输出至对应的马达。由此，能够追随对操作杆施加的力量的变化而适当地控制操作杆。
上述训练装置还可以具备动作指令部、第二指令计算部、以及控制指令切换部。
动作指令部基于在训练程序中指定的训练指示，创建指示操作杆的动作的动作指令。第二指令计算部以规定的周期接收动作指令。而且，第二指令计算部基于接收到的动作指令，计算第二马达控制指令作为马达控制指令。
控制指令切换部在执行第一动作模式时，输出第一马达控制指令作为马达控制指令。另一方面，在执行第二动作模式时，控制指令切换部输出第二马达控制指令作为马达控制指令。
第一动作模式是被指定为基于对操作杆施加的力量来使操作杆动作时的动作模式。第二动作模式是被指定为基于预先决定出的动作指令来使操作杆动作时的动作模式。
在上述训练装置中，动作指令部基于所指定的训练指示来创建动作指令。另外，第二指令计算部基于以规定的周期接收到的动作指令，计算第二马达控制指令作为马达控制指令。由此，在上述训练装置中，能够基于训练指示使操作杆动作。
因此，在上述训练装置中，在执行基于对操作杆施加的力量使操作杆动作的动作模式(第一动作模式)时，控制指令切换部输出第一马达控制指令作为马达控制指令。
另一方面，在执行预先指定了操作杆的动作时的动作模式(第二动作模式)时，控制指令切换部输出第二马达控制指令作为马达控制指令。
由此，控制指令切换部能够根据当前执行中的动作模式，选择适当的马达控制指令。结果，上述训练装置能够根据动作模式，使操作杆适当地动作。
上述训练装置还可以具备训练指示部。训练指示部在训练装置中能够选择的训练程序中，决定执行第一动作模式，还是执行第二动作模式。由此，上述训练装置通过根据训练程序的内容来选择适当的动作模式，能够使操作杆以适当的动作模式动作。
上述训练装置还可以具备旋转信息输出传感器。旋转信息输出传感器基于马达的旋转量，对操作杆能够动作的自由度方向的操作杆的动作位置进行检测。
该情况下，第一指令计算部也可以基于由对应的旋转信息输出传感器检测出的动作位置来计算第一马达控制指令。对应的旋转信息输出传感器是指对操作杆通过基于由该第一指令计算部计算出的第一马达控制指令控制的马达(对应的马达)而动作的自由度方向的动作位置进行检测的旋转信息输出传感器。
由此，第一指令计算部能够以能够确认操作杆的动作位置并且适当地控制马达的方式计算第一马达控制指令。
第一指令计算部还可以基于步进值来计算第一马达控制指令。步进值是决定操作杆的动作速度为最大的力量(力量成分)的值。由此，能够对执行第一动作模式时的操作杆的操作性进行调整。
步进值也可以在训练程序执行中能够发生变更。由此，在基于所施加的力量使操作杆动作时，能够适当地调整操作杆的操作性。
步进值也可以由动作指令部输出。由此，能够在动作指令部中对步进值进行统一管理。
第一指令计算部也可以基于校准数据来计算力量成分值。校准数据是表示由对应的力量检测部输出的力量成分信号的信号值与在对应的力量检测部中检测出的力量成分的大小的关系的数据。该情况下，第一指令计算部基于计算出的力量成分值来计算第一马达控制指令。
由此，即使力量检测部的特性根据力量检测部的个体而不同或因训练装置的长时间使用等导致力量检测部的特性发生了变化，也能够准确地计算出对操作杆施加的力量(力量成分)。结果，能够基于实际对操作杆施加的力来计算第一马达控制指令。
另外，也可以在规定的时机，对校准数据进行更新。由此，能够保持与力量检测部的特性变动相应的校准数据。
上述训练装置还可以具备漂移修正部。漂移修正部对力量检测部(对应的力量检测部)中的力量成分信号的漂移进行修正。
由此，能够对由因外部温度的变化等产生的力量检测部的特性的变化引起的力量成分信号的漂移进行修正。结果，第一指令计算部能够获取与对操作杆施加的力量(力量成分)对应的准确的力量成分值。
漂移修正部也可以与对应的第一指令计算部连接。
漂移修正部也可以使用校准数据对力量成分信号的漂移进行修正。由此，漂移修正部能够以使力量成分信号与校准数据对应的方式进行漂移修正。结果，第一指令计算部能够更加准确地计算力量成分值。
本发明的另一方面所涉及的修正方法是具备输出基于检测出的力量成分的大小的力量成分信号的力量检测部的训练装置中的力量成分信号的修正方法。此外，训练装置具备使所保持的使用者的上肢及/或下肢四肢动作的操作杆。力量成分信号的修正方法包含以下的步骤。
◎在未对操作杆施加力而将操作杆保持在基准位置的状态下，从力量检测部多次获取力量成分信号的步骤。
◎计算多次获取到的基准位置处的力量成分信号的平均值与预先决定出的操作杆处于基准位置时的力量成分信号的差量来作为漂移修正值的步骤。
◎对由力量检测部获取到的力量成分信号考虑漂移修正值而修正力量成分信号的步骤。
由此，能够对由因外部温度的变化等产生的力量检测部的特性的变化引起的力量成分信号的漂移进行修正。结果，能够在具备使使用者的四肢动作的操作杆的训练装置中，获取对该操作杆施加的准确的力量。
在能够执行多个动作模式的训练装置中，能够根据各个动作模式使操作杆适当地动作。
附图说明
图1是示意性地表示训练装置的图。
图2是表示固定框架内的控制部与操作杆倾转机构的整体结构的图。
图3A是操作杆倾转机构以及力量检测机构的A-A′平面上的剖视图。
图3B是表示对操作杆施加了Y轴方向的力时的操作杆倾转机构与力量检测机构的关系的图。
图4是表示操作杆的结构的图。
图5是表示控制部的整体结构的图。
图6是表示指令创建部的结构的图。
图7是表示第一实施方式所涉及的训练装置的马达控制指令部的结构的图。
图8A是表示训练装置的基本动作的流程图。
图8B是表示第一实施方式所涉及的训练装置执行第一动作模式时的训练装置的动作的流程图。
图8C是表示执行第二动作模式时的训练装置的动作的流程图。
图9是表示第二实施方式所涉及的训练装置的马达控制指令部的结构的图。
图10是表示力量成分信号修正部的结构的图。
图11是表示校准数据的创建方法的流程图。
图12是表示校准数据的数据结构的图。
图13是表示漂移修正值的计算方法的流程图。
图14是表示第二实施方式所涉及的训练装置的动作的流程图。
图15是表示第二实施方式中的训练程序(第一动作模式)的执行方法的流程图。
图16是示意性地表示操作杆倾转时的作用于力量检测机构的力的图。
图17是表示第三实施方式所涉及的训练装置的马达控制指令部的结构的图。
图18是表示第三实施方式所涉及的训练装置执行第一动作模式时的动作的流程图。
图19是表示操作杆的动作位置与力量修正值的关系的图。
图20是表示修正表的数据结构的图。
具体实施方式
1.第一实施方式
(1)训练装置的整体结构
使用图1对第一实施方式所涉及的训练装置100的整体结构的一个例子进行说明。图1是示意性地表示训练装置100的图。训练装置100是用于按照规定的训练程序，进行以使用者(患者)的上肢及/或下肢四肢中的任一肢部的运动功能恢复为目的的训练的训练装置。
训练装置100主要具备固定框架1、操作杆3、以及训练指示部5。固定框架1被载置在设置训练装置100的地面上或者接近地面载置。另外，固定框架1形成有训练装置100的主体壳体。操作杆3经由设置于固定框架1内部的操作杆倾转机构13(图2)安装于固定框架1。结果，操作杆3能够通过操作杆倾转机构13向与固定框架1的长度方向平行的X轴以及与固定框架1的宽度方向平行的Y轴(图1以及图2)方向动作(倾转)。
需要说明的是，操作杆3也可以根据需要，能够仅向上述X轴方向或者上述Y轴方向动作(倾转)。该情况下，操作杆3能够以1个自由度倾转。
另外，操作杆3也可以在内部沿操作杆3的长度方向具备伸缩机构(图4)。此时，操作杆3由于能够沿操作杆3的长度方向伸缩，所以能够与操作杆倾转机构组合而形成至少2个自由度或者3个自由度的动作。
另外，操作杆3在其上端部具有肢部支承部件31。肢部支承部件31能够通过将患者的肢部支承于肢部支承部件31，利用操作杆3使患者的肢部移动。或者，能够通过支承于肢部支承部件31的患者的肢部，按照患者自己的意向使操作杆3移动。
训练指示部5经由固定部件7固定于固定框架1。训练指示部5执行预先设定的训练程序，并基于该训练程序，决定执行第一动作模式，还是执行第二动作模式。第一动作模式是用于基于由患者等对操作杆3施加的力量使操作杆3动作的动作模式。第二动作模式是在训练程序中指定了操作杆3的动作时的动作模式。即，第二动作模式是基于训练程序的训练指示，使操作杆3动作的模式。
另外，训练指示部5根据预先设定的训练程序，通过视觉信息或者听觉信息提供训练路线和实际的患者的肢部的训练动作。由此，患者能够一边对由训练程序设定的训练动作和实际的动作进行反馈，一边进行肢部的训练。
并且，训练指示部5也可以在患者的肢部将操作杆3倾转到训练程序所示的目标点(目标倾转角度)时，通过视觉信息或者听觉信息告知使用者达到了目标倾转角度。由此，能够维持用于患者继续训练的积极性。
作为训练指示部5，也能够使用具备液晶显示器等显示装置、CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)、RAM(Random Access Memory：随机存储器)、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、硬盘、SSD(Solid State Disk：固态硬盘)等存储装置、根据需要具备触摸面板等输入装置的一体型计算机系统。另外，训练指示部5也可以由显示装置、其它的计算机系统以分离的方式构成。该情况下，经由固定部件7固定于固定框架1的是显示装置。
在训练指示部5中执行的训练程序例如具有(i)引导模式(Guided Mode)、(ii)启动模式(Initiated Mode)、(iii)步骤启动模式(Step Initiated Mode)、(iv)后续辅助模式(Follow Assist Mode)、(v)自由模式(Free Mode)这5个训练模式等。引导模式是操作杆3与患者的肢部的运动无关地使肢部沿预先决定出的方向以一定速度移动的训练模式。启动模式是对患者想要通过肢部使操作杆3在初动位置对于在训练程序中预先设定的训练路线沿正确的方向移动的力(也有称为力觉触发的情况)进行检测，操作杆3使患者的肢部沿预先决定出的训练路线的方向以一定速度移动的训练模式。步骤启动模式是在操作杆3的训练路线中的规定位置检测出力觉触发时，操作杆3使患者的肢部只移动训练路线上的一定距离的量的训练模式。后续辅助模式是每隔规定周期对力觉触发进行检测，并根据检测出的力觉触发的大小使操作杆3的速度变化的训练模式。自由模式是以追随患者自己的肢部的运动的方式使操作杆3移动的训练模式。
上述5个训练模式中的自由模式包含于第一动作模式。另一方面，其它训练模式包含于第二动作模式。即，第一动作模式是基于患者的肢部的运动(即，患者的肢部对操作杆3施加的力量)来决定操作杆3的动作方向及/或动作速度的动作模式。另一方面，第二动作模式是基于在训练程序中指定的训练指示来指示操作杆3的主动作(动作方向/动作速度)，但也有在动作初期需要进行力量的检测的情况的动作模式。
另外，训练装置100还可以具备用于供患者在训练中坐下的椅子9。并且，椅子9也可以经由椅子连接部件91与固定框架1连接。通过椅子9经由椅子连接部件91与固定框架1连接，能够确保训练装置100的稳定性，而且能够重现性良好地固定椅子9。结果，患者能够每次在相同的位置实施训练。
(2)控制部以及操作杆倾转机构的结构
I.整体结构
接下来，使用图2对控制部11和操作杆倾转机构13的整体结构进行说明。图2是表示固定框架内的控制部和操作杆倾转机构的整体结构的图。控制部11和操作杆倾转机构13配置于固定框架1内。
控制部11以能够收发信号的方式与训练指示部5连接。控制部11从训练指示部5接收用于执行第一动作模式的第一动作模式执行指示或者用于执行第二动作模式的第二动作模式执行指示的任一个。另外，特别是，在执行第二动作模式时，接收操作杆的训练指示。
另外，控制部11与X轴方向倾转马达135b、Y轴方向倾转马达135a以及伸缩马达359电连接。因此，控制部11能够基于上述接收到的第一动作模式执行指示或者第二动作模式执行指示来决定以哪个动作模式来控制上述马达。
另外，在执行第一动作模式时，控制部11基于由患者等对操作杆3施加的力量来计算第一马达控制指令并输出。另一方面，在执行第二动作模式时，控制部11首先基于操作杆3的训练指示来计算动作指令。接下来，控制部11基于动作指令来计算第二马达控制指令并输出。由此，控制部11能够根据上述多个训练程序(或者第一动作模式/第二动作模式)，创建并选择适当的马达控制指令。结果，训练装置100能够根据训练程序(动作模式)，使操作杆3适当地动作。
需要说明的是，对于控制部11的结构以及动作在下文中进行详细说明。
操作杆倾转机构13经由固定于固定框架1的操作杆倾转机构固定部件15a、15b以能够倾转的方式安装于固定框架1。因此，操作杆倾转机构13能够使操作杆3向X轴方向以及Y轴方向(2个自由度)倾转。另外，在操作杆倾转机构13还具备力量检测机构17(图2～图3B)。由此，能够检测对操作杆3施加的力(力量)。
需要说明的是，操作杆倾转机构13也可以构成为能够使操作杆3仅向X轴方向或者Y轴方向(1个自由度)倾转。或者，操作杆倾转机构13也可以通过设定而能够选择使操作杆3以1个自由度倾转还是以2个自由度倾转。
以下，对操作杆倾转机构13的结构进行详细说明。
II.操作杆倾转机构的结构
这里，使用图2对本实施方式的操作杆倾转机构13的结构进行说明。操作杆倾转机构13是通过能够使2个轴可动的“万向节”机构，使操作杆3能够向X轴方向以及Y轴方向倾转的机构。这里，X轴方向在图2中是指与沿上下方向记载的轴平行的水平方向。Y轴方向在图2中是指与沿左右方向记载的轴平行的水平方向。
操作杆倾转机构13具有X轴方向倾转部件131、Y轴方向倾转部件133、分别与X轴方向倾转部件131和Y轴方向倾转部件133对应的X轴方向倾转马达135b和Y轴方向倾转马达135a、以及力量检测机构17。
需要说明的是，在操作杆倾转机构13使操作杆3以1个自由度倾转的情况下，操作杆倾转机构13只要仅具备X轴方向倾转部件131和X轴方向倾转马达135b、或者仅具备Y轴方向倾转部件133和Y轴方向倾转马达135a即可。或者，在操作杆倾转机构13具备上述两个部件以及对应的两个马达的情况下，通过使任一个部件与马达的组合无效，操作杆倾转机构13也能够使操作杆3以1个自由度倾转。
X轴方向倾转部件131配置于Y轴方向倾转部件133的空间的内侧。另外，X轴方向倾转部件131具有从具有与Y轴平行的法线的两个侧面向外侧延伸的两个轴131a、131b。这两个轴131a、131b分别被Y轴方向倾转部件133的具有与Y轴平行的法线的两个侧面支承为能够使X轴方向倾转部件131绕Y轴转动。由此，X轴方向倾转部件131能够对操作杆3进行使固定于力量检测机构17的操作杆3与X轴所形成的角度变化的动作。这里，也有将使操作杆3与X轴所形成的角度变化的动作称为“向X轴方向倾转”的情况。
同样地，Y轴方向倾转部件133具有从具有与X轴平行的法线的两个侧面向外侧延伸的两个轴133a、133b。这两个轴133a、133b分别被操作杆倾转机构固定部件15a、15b支承为能够使Y轴方向倾转部件133绕X轴转动。由此，Y轴方向倾转部件133能够相对于操作杆倾转机构固定部件15a、15b绕X轴转动。结果，Y轴方向倾转部件133能够对操作杆3进行使固定于力量检测机构17的操作杆3与Y轴所形成的角度变化的动作。这里，也有将使操作杆3与Y轴所形成的角度变化的动作称为“向Y轴方向倾转”的情况。
这样，Y轴方向倾转部件133使操作杆3向Y轴方向倾转，X轴方向倾转部件131使操作杆3向X轴方向倾转。因此，操作杆倾转机构13能够使操作杆3以二维的自由度倾转。需要说明的是，在图2中，将X轴方向倾转部件131配置于Y轴方向倾转部件133的空间的内侧，但也可以变更设计为将X轴方向倾转部件131配置于Y轴方向倾转部件133的空间的外侧而能够使与其对应的部件倾转。
Y轴方向倾转马达135a固定于操作杆倾转机构固定部件15a。另外，Y轴方向倾转马达135a的输出旋转轴经由未图示的减速机构，以能够使从Y轴方向倾转部件133延伸出的轴133a转动的方式与轴133a连接。因此，Y轴方向倾转马达135a使Y轴方向倾转部件133绕X轴转动。并且，Y轴方向倾转马达135a与控制部11电连接。因此，Y轴方向倾转马达135a能够根据控制部11的控制，使操作杆3向Y轴方向倾转。
X轴方向倾转马达135b固定于Y轴方向倾转部件133的4个侧面中的对从X轴方向倾转部件131延伸出的轴131a进行轴支承的侧面。另外，X轴方向倾转马达135b的输出旋转轴经由未图示的减速机构，以能够使从X轴方向倾转部件131延伸出的轴131a转动的方式与轴131a连接。因此，X轴方向倾转马达135b能够使X轴方向倾转部件131绕Y轴转动。并且，X轴方向倾转马达135b与控制部11电连接。因此，X轴方向倾转马达135b能够根据控制部11的控制，使操作杆3向X轴方向倾转。
这样，Y轴方向倾转马达135a以及X轴方向倾转马达135b根据控制部11的控制，使操作杆3分别向Y轴方向以及X轴方向以1个自由度倾转。即，通过具备X轴方向倾转马达135b以及Y轴方向倾转马达135a，能够以二维控制操作杆3。
作为Y轴方向倾转马达135a以及X轴方向倾转马达135b，例如，使用伺服马达或者无刷马达等电动马达。
力量检测机构17被X轴方向倾转部件131轴支承为能够相对于X轴旋转。因此，力量检测机构17能够相对于X轴方向倾转部件131向Y轴方向倾转(动作)。另外，力量检测机构17经由力量检测机构17的施力部件179与X轴方向倾转部件131连接。
III.力量检测机构的结构
接下来，使用图2以及图3A对力量检测机构17的结构的详细内容进行说明。图3A是操作杆倾转机构13以及力量检测机构17的A-A′平面上的剖视图。如图2所示，力量检测机构17与操作杆倾转机构13相同，是通过能够使2个轴可动的“万向节”机构使操作杆3能够向X轴方向以及Y轴方向倾转的机构。
因此，力量检测机构17具有Y轴方向力量检测部件171、X轴方向力量检测部件173、Y轴方向力量检测部175、X轴方向力量检测部177、以及施力部件179。
Y轴方向力量检测部件171具有从具有与X轴平行的法线的两个侧面向外侧延伸的两个轴171a、171b。这两个轴171a、171b分别被X轴方向倾转部件131支承为能够绕X轴转动。由此，Y轴方向力量检测部件171能够相对于X轴方向倾转部件131绕X轴转动。结果，Y轴方向力量检测部件171能够使相对于X轴方向倾转部件131的相对的倾转角度变化。
X轴方向力量检测部件173具有从具有与Y轴平行的法线的两个侧面向外侧延伸的两个轴173a、173b。这两个轴173a、173b分别被Y轴方向力量检测部件171支承为能够绕Y轴转动。由此，X轴方向力量检测部件173能够相对于Y轴方向力量检测部件171绕Y轴转动。结果，X轴方向力量检测部件173能够使相对于Y轴方向力量检测部件171的相对的倾转角度变化。
另外，X轴方向力量检测部件173具有空间S和操作杆固定部(未图示)。操作杆3插入于该空间S内，并被操作杆固定部固定于X轴方向力量检测部件173。
Y轴方向力量检测部175具备能够旋转的轴(旋转轴)，输出基于该旋转轴的旋转量的信号(力量成分信号)。Y轴方向力量检测部175以旋转轴与Y轴方向力量检测部件171的轴171a或者171b一致的方式固定于X轴方向倾转部件131。由此，Y轴方向力量检测部175能够检测相对于X轴方向倾转部件131的相对的倾转角度。
如下所述，从A-A′平面观察到的Y轴方向力量检测部件171的相对于X轴方向倾转部件131的相对的倾转角度为与对操作杆3施加的力量的Y轴方向的力量成分对应的角度。因此，Y轴方向力量检测部175能够通过检测Y轴方向力量检测部件171的相对于X轴方向倾转部件131的相对的倾转角度来检测Y轴方向的力量成分，并输出基于检测出的力量成分的信号亦即力量成分信号。
X轴方向力量检测部177具备能够旋转的轴(旋转轴)，输出基于该旋转轴的旋转量的信号(力量成分信号)。X轴方向力量检测部177以旋转轴与X轴方向力量检测部件173的轴173a或者173b一致的方式固定于Y轴方向力量检测部件171。由此，X轴方向力量检测部177能够检测X轴方向力量检测部件173的相对于Y轴方向力量检测部件171的相对的倾转角度。
与上述Y轴方向力量检测部175相同，从图2的B-B′平面观察到的X轴方向力量检测部件173的相对于Y轴方向力量检测部件171的相对的倾转角度为与对操作杆3施加的力量的X轴方向的力量成分对应的角度。因此，X轴方向力量检测部177能够通过检测X轴方向力量检测部件173的相对于Y轴方向力量检测部件171的相对的倾转角度来检测X轴方向的力量成分，并输出基于检测出的力量成分的信号亦即力量成分信号。
作为如上述那样的能够输出基于旋转轴的旋转量的信号的Y轴方向力量检测部175以及X轴方向力量检测部177，例如有电位计等。在由电位计构成Y轴方向力量检测部175以及X轴方向力量检测部177的情况下，Y轴方向力量检测部175以及X轴方向力量检测部177分别能够输出表示Y轴方向力量检测部175以及X轴方向力量检测部177的旋转轴的旋转量的信号(力量成分信号)。
施力部件179例如由多个螺旋形状的板弹簧构成。如图3A所示，构成施力部件179的螺旋形状的弹簧的设置于螺旋的中心部的连接端固定于在X轴方向力量检测部件173的中心设置的施力部件固定部173-1。另外，构成施力部件179的螺旋形状的弹簧的设置于最外圆周部的连接端固定于在X轴方向倾转部件131设置的施力部件固定部131-1。
在如上述那样操作杆倾转机构13和力量检测机构17连接的情况下，如图3B所示，例如，若对操作杆3施加Y轴方向的右向的力，则因对操作杆3施加的力，施力部件179变形。图3B是表示对操作杆施加了Y轴方向的力时的操作杆倾转机构与力量检测机构的关系的图。
若将未对操作杆3施加力时的施力部件179的半径设为d1，则若对操作杆3施加(在图3B所示的纸面上)Y轴方向的右向的力则施力部件179的比施力部件固定部173-1靠左侧部分被压缩，长度变得比半径d1小。另一方面，比施力部件固定部173-1靠右侧部分被伸长，长度变得比半径d1大。该弹簧的压缩长度和伸长长度由对操作杆3施加的力(力量)来决定。
此时，因上述施力部件179的变形，力量检测机构17(的Y轴方向力量检测部件171)相对于操作杆倾转机构13位移倾转角度θF的量。上述施力部件179的变形程度(由变形引起的压缩长度以及伸长长度)由对操作杆3施加的力(力量)来决定。因此，通过利用Y轴方向力量检测部175检测上述倾转角度θF，能够检测对操作杆3施加的力量的Y轴方向的力量成分。上述说明对于X轴方向的力量成分也相同。
需要说明的是，在执行基于患者等对操作杆3施加的力(力量)来使操作杆3动作的第一动作模式时，控制部11监视上述倾转角度θF(力量成分信号)的变动，并基于该倾转角度θF的变动、即力量成分信号的变动，对Y轴方向倾转马达135a以及X轴方向倾转马达135b进行控制。
(3)操作杆的结构
I.整体结构
接下来，使用图4对操作杆3的结构进行说明。首先，对操作杆3的整体结构进行说明。操作杆3具备肢部支承部件31、固定支柱33、以及伸缩机构35。肢部支承部件31固定于伸缩机构35的罩353的上端部。肢部支承部件31是支承患者的肢部的部件。固定支柱33形成了操作杆3的主体。另外，固定支柱33具有收纳伸缩机构35的可动支柱351的空间S′。并且，固定支柱33还具有用于将操作杆3固定于X轴方向力量检测部件173的固定部件(未图示)。通过利用固定支柱33的该固定部件将固定支柱33固定于X轴方向力量检测部件173，操作杆3被固定于力量检测机构17。
伸缩机构35以能够沿着操作杆3的长度方向移动的方式设置于固定支柱33。由此，操作杆3能够沿操作杆3的长度方向伸缩。以下，对伸缩机构35的结构进行详细说明。
II.伸缩机构的结构
接下来，使用图4对伸缩机构35的结构进行说明。伸缩机构35具有可动支柱351、罩353、螺母355、螺杆轴357、伸缩马达359以及长度方向力量检测部39。
可动支柱351插入于设置于固定支柱33的空间S′。另外，可动支柱351具有未图示的滑动单元。该滑动单元以能够滑动的方式与设置于固定支柱33的内壁的引导导轨37卡合。结果，可动支柱351能够在设置于固定支柱33的空间S′内沿着引导导轨37(即，沿操作杆3的长度方向)移动。罩353经由施力部件391与可动支柱351的上端部连接。由此，罩353能够根据可动支柱351的移动而移动。另外，罩353在上端部具备肢部支承部件31。因此，罩353能够使肢部支承部件31沿固定支柱33延伸的方向移动。
螺母355安装于可动支柱351的底部。螺母355与螺杆轴357拧合。螺杆轴357是沿与固定支柱33延伸的方向平行的方向延伸且设置有螺纹的部件。另外，螺杆轴357与螺母355拧合。因此，通过螺杆轴357旋转，使螺母355沿着螺杆轴357延伸的方向(即，固定支柱33延伸的方向(长度方向))移动。
如上所述，由于螺母355固定于可动支柱351的底部，所以通过螺母355沿着螺杆轴357延伸的方向移动，可动支柱351能够沿着固定支柱33延伸的方向(长度方向)移动。
伸缩马达359固定于固定支柱33的底部。另外，伸缩马达359的输出旋转轴以能够使螺杆轴357绕轴旋转的方式与螺杆轴357的长度方向的端部连接。并且，伸缩马达359与控制部11电连接。因此，伸缩马达359能够根据来自控制部11的控制，使螺杆轴357绕螺杆轴357的轴旋转。
如上所述，由于螺母355与螺杆轴357拧合，所以螺母355能够根据螺杆轴357的旋转，沿着螺杆轴357延伸的方向移动。因此，可动支柱351能够根据伸缩马达359的旋转，沿着固定支柱33延伸的方向(长度方向)移动。
长度方向力量检测部39对由患者的肢部对操作杆3的长度方向施加的力量进行检测。具体而言，长度方向力量检测部39通过伸长量检测部393(在本实施方式中是线性动作电位计)对一端固定于罩353且另一端固定于可动支柱351的施力部件391(例如弹簧)的伸长量ΔL进行检测，并根据预先设定的长度方向的力量与施力部件391的伸长量的关系，计算并检测上述长度方向的力量。
在由线性动作电位计构成伸长量检测部393的情况下，以根据施力部件391的伸长量ΔL而变化的线性动作电位计的输出电压来得到表示长度方向的力量成分的长度方向力量成分信号。
(4)控制部的结构
I.整体结构
接下来，以3个自由度系统为例，使用图5对控制部11的整体结构进行说明。作为控制部11，例如能够使用具备CPU、RAM、ROM、硬盘装置、SSD等存储装置，转换电信号的接口等的一个或者多个微机系统等。另外，以下说明的控制部11的功能的一部分或者全部也可以以能够在微机系统中执行的程序来实现。另外，该程序也可以存储于微机系统的存储装置。并且，控制部11的功能的一部分或者全部也可以由一个或者多个定制IC等来实现。
控制部11具有指令创建部111、以及作为一个例子的马达控制部113a、113b、113c。
指令创建部111以能够收发信号的方式与训练指示部5连接。指令创建部111基于从训练指示部5发送的第一动作模式执行指示或者第二动作模式执行指示来决定以哪个动作模式控制Y轴方向倾转马达135a、X轴方向倾转马达135b、以及伸缩马达359。另外，指令创建部111在执行第二动作模式时，从训练指示部5接收操作杆3的训练指示。由此，指令创建部111在执行第二动作模式时，能够基于操作杆3的训练指示(动作指令)来计算用于控制上述马达的马达控制指令(第二马达控制指令)。
另外，指令创建部111与Y轴方向力量检测部175、X轴方向力量检测部177以及伸长量检测部393电连接。由此，指令创建部111能够输入表示X轴方向的力量成分的X轴方向力量成分信号、表示Y轴方向的力量成分的Y轴方向力量成分信号以及表示操作杆3的长度方向的力量成分的长度方向力量成分信号。结果，指令创建部111在执行第一动作模式时，能够基于上述X轴方向力量成分信号、Y轴方向力量成分信号以及长度方向力量成分信号来计算用于控制上述马达的马达控制指令(第一马达控制指令)。
此外，指令创建部111在执行第二动作模式时，也可以根据需要，将X轴方向力量成分信号、Y轴方向力量成分信号以及长度方向力量成分信号用作上述力觉触发。
并且，指令创建部111以能够收发信号的方式与马达控制部113a、113b、113c连接。由此，指令创建部111能够对马达控制部113a、113b、113c分别输出用于控制对应的Y轴方向倾转马达135a、X轴方向倾转马达135b以及伸缩马达359的指令(马达控制指令)。
本实施方式的指令创建部111基于所执行的动作模式来决定所输出的马达控制指令。具体而言，指令创建部111在执行基于对操作杆3施加的力量使操作杆3动作的第一动作模式时，输出基于X轴方向力量成分信号、Y轴方向力量成分信号、长度方向力量成分信号计算出的第一马达控制指令作为马达控制指令。
另一方面，在执行基于在训练程序中指示的训练指示使操作杆3动作的第二动作模式时，输出基于训练指示(动作指令)计算出的第二马达控制指令作为马达控制指令。
由此，指令创建部111能够根据执行中的动作模式(训练程序)，输出适当的马达控制指令。结果，训练装置100能够根据训练程序(动作模式)，使操作杆3适当地动作。
另外，指令创建部111以能够收发信号的方式与第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1以及第三旋转信息输出传感器359-1连接。由此，指令创建部111能够基于分别从第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1以及第三旋转信息输出传感器359-1输出的脉冲信号，得知对应的Y轴方向倾转马达135a、X轴方向倾转马达135b以及伸缩马达359的旋转量。结果，指令创建部111能够基于上述的3个马达的旋转量，确认操作杆3的位置(倾转角度、操作杆长度)，并且控制操作杆3。具体而言，指令创建部111能够确认操作杆3的位置，确认操作杆3是否处于指定的动作范围内，并且控制操作杆3。
需要说明的是，对于指令创建部111的结构的详细内容，在下文中进行说明。
马达控制部113a、113b、113c以能够收发信号的方式与指令创建部111连接。因此，马达控制部113a、113b、113c能够从指令创建部111接收马达控制指令。另外，马达控制部113a、113b、113c分别与Y轴方向倾转马达135a、X轴方向倾转马达135b、伸缩马达359电连接。因此，马达控制部113a、113b、113c能够基于接收到的马达控制指令，控制上述马达。
并且，马达控制部113a、113b、113c分别以能够收发信号的方式与Y轴方向倾转马达135a用的第一旋转信息输出传感器135a-1、X轴方向倾转马达135b用的第二旋转信息输出传感器135b-1、伸缩马达359用的第三旋转信息输出传感器359-1连接。
第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1、第三旋转信息输出传感器359-1分别固定于Y轴方向倾转马达135a的输出旋转轴、X轴方向倾转马达135b的输出旋转轴、伸缩马达359的输出旋转轴。由此，第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1、第三旋转信息输出传感器359-1分别能够输出Y轴方向倾转马达135a的旋转量、X轴方向倾转马达135b的旋转量、伸缩马达359的旋转量。结果，第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1、第三旋转信息输出传感器359-1分别能够基于Y轴方向倾转马达135a的旋转量、X轴方向倾转马达135b的旋转量、伸缩马达359的旋转量，检测与操作杆3能够动作的自由度方向对应的操作杆3的动作位置。
具体而言，第一旋转信息输出传感器135a-1能够基于Y轴方向倾转马达135a的旋转量，检测操作杆3的Y轴方向的动作位置(倾转角度)。另外，第二旋转信息输出传感器135b-1能够基于X轴方向倾转马达135b的旋转量，检测操作杆3的X轴方向的动作位置(倾转角度)。并且，第三旋转信息输出传感器359-1能够基于伸缩马达359的旋转量，检测操作杆3的长度方向的动作位置。
作为第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1、第三旋转信息输出传感器359-1，能够使用能够测定马达的输出旋转轴的旋转量的传感器。作为这样的传感器，例如，能够优选使用增量型编码器、绝对型编码器等编码器。在传感器使用了编码器的情况下，第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1以及第三旋转信息输出传感器359-1分别输出与Y轴方向倾转马达135a的旋转量、X轴方向倾转马达135b的旋转量、伸缩马达359的旋转量相应的脉冲信号。
这样，通过马达控制部113a、113b、113c与测定马达的输出旋转轴的旋转量的第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1、第三旋转信息输出传感器359-1连接，马达控制部113a、113b、113c能够考虑实际的马达的旋转量等来控制上述马达。作为上述马达控制部113a、113b、113c，例如，能够使用利用了反馈控制理论的马达控制装置(马达控制电路)等。
II.指令创建部的结构
接下来，使用图6对指令创建部111的结构的详细内容进行说明。指令创建部111具有动作指令部1111、发送切换部1113、以及3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c。
动作指令部1111能够与训练指示部5收发信号。因此，动作指令部1111从训练指示部5接收第一动作模式执行指示或者第二动作模式执行指示。另外，动作指令部1111从训练指示部5接收在训练程序中指定的训练指示。
动作指令部1111在接收到第二动作模式执行指示的情况下(执行第二动作模式时)，基于在训练程序中指定的训练指示，创建指示操作杆3的动作的动作指令。
另外，动作指令部1111以能够收发信号的方式与Y轴方向力量检测部175、X轴方向力量检测部177、伸长量检测部393连接。因此，动作指令部1111能够根据需要，输入操作杆3的各自由度方向(X轴方向、Y轴方向以及长度方向)的力量成分信号。结果，动作指令部1111在执行第二动作模式时，能够在需要力量成分信号的情况下(例如，用作力觉触发等的情况下)，更加迅速地输入力量成分信号。
并且，动作指令部1111以能够收发信号的方式与第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1、第三旋转信息输出传感器359-1连接。由此，能够将各旋转信息输出传感器的输出值通知给动作指令部1111，并基于该输出，输入操作杆3的各自由度方向(X轴方向、Y轴方向以及长度方向)的位置信息来作为各马达控制指令。
需要说明的是，作为变形例，动作指令部1111也可以不与上述各旋转信息输出传感器连接。该情况下，从与各马达控制指令部连接的对应的旋转信息输出传感器接收上述各自由度方向的位置信息。
另外，动作指令部1111将从上述各传感器直接获取到的或者经由马达控制指令部获取到的其它轴的自由度方向的位置信息发送至各马达控制指令部。例如，向马达控制指令部1115a发送未与该马达控制指令部1115a连接的第二旋转信息输出传感器135b-1以及第三旋转信息输出传感器359-1的位置信息。
并且，动作指令部1111以能够收发信号的方式与发送切换部1113的输入a连接。由此，动作指令部1111在执行第二动作模式时，能够将计算出的动作指令发送至发送切换部1113。结果，在动作指令部1111中计算出的动作指令经由发送切换部1113发送至3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的每一个。
另一方面，动作指令部1111在执行第一动作模式时，也可以根据需要，输出操作杆3的各自由度方向(在本实施方式中为X轴方向、Y轴方向以及操作杆3的长度方向这3个自由度方向)的位置信息。由此，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别能够参照上述3个自由度方向的位置信息。
在本实施方式中，发送切换部1113具有一个输入a和3个输出b、c、d。发送切换部1113以规定的周期，选择与一个输入a连接的输出b、c、d，并对选择出的输出和输入a进行连接。由此，发送切换部1113能够以规定的周期，将被输入至输入a的信号依次发送至3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的任意一个。
发送切换部1113的输入a以能够收发信号的方式与动作指令部1111连接。因此，发送切换部1113在执行第二动作模式时，以上述规定的周期，将由动作指令部1111计算出的包含有操作杆3的目标位置以及移动速度等信息的动作指令依次发送至3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的任意一个。
另一方面，在执行第一动作模式时，在动作指令部1111输出操作杆3的3个自由度方向的位置信息的情况下，发送切换部1113以规定的周期，将上述3个自由度方向的位置信息发送至3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的任意一个。
发送切换部1113具有一个输入a和3个输出b、c、d，可以基于来自动作指令部1111等的信号通过对输入a和选择出的一个输出进行连接的开关等，以硬件的方式来实现。
或者，对3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别独立地预先分配有通信地址(例如，独立的ID、IP地址、端口编号等)，发送切换部1113也可以对由动作指令部1111等指定的通信地址发送来自动作指令部1111的信号。该情况下，发送切换部1113也可以以设置于构成控制部11的微机系统的、对连接有上述3个马达控制指令部的通信接口进行控制的程序来实现。另外，该情况下，动作指令部1111也可以将包含想要发送的信号和作为该想要发送的信号的目的地的通信地址的通信数据包，以规定的周期发送至发送切换部1113。
3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别以能够收发信号的方式与发送切换部1113的输出b、c、d连接。因此，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别能够经由发送切换部1113，从动作指令部1111以规定的周期(根据需要)输入上述动作指令(执行第二动作模式时)及/或3个自由度方向的位置信息和力量成分信号。
通过从动作指令部1111输入动作指令及/或3个自由度方向的位置信息和力量成分信号等，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别能够计算用于基于上述动作指令来控制对应的马达135a、135b、359的第二马达控制指令。
具体而言，马达控制指令部1115a计算用于控制由马达控制部113a控制的Y轴方向倾转马达135a的第二马达控制指令。马达控制指令部1115b计算用于控制由马达控制部113b控制的X轴方向倾转马达135b的第二马达控制指令。马达控制指令部1115c计算用于控制由马达控制部113c控制的伸缩马达359的第二马达控制指令。
需要说明的是，在控制部11由多个微机系统构成的情况下，能够由独立的微机系统构成3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的每一个。即，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c也可以分别独立地具备CPU、RAM和/或ROM等存储装置，电信号转换接口(电信号转换电路)，以及通信接口(通信电路)。该情况下，能够将3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的功能分散于多个微机系统。
另外，在如上述那样3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别由独立的微机系统构成的情况下，动作指令部1111也可以为具备CPU、RAM和/或ROM等存储装置以及通信接口(通信电路)的独立的微机系统。
另外，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别以能够收发信号的方式与对应的力量检测部连接。具体而言，马达控制指令部1115a以能够收发信号的方式与Y轴方向力量检测部175连接。马达控制指令部1115b以能够收发信号的方式与X轴方向力量检测部177连接。马达控制指令部1115c以能够收发信号的方式与伸长量检测部393连接。
由此，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别能够在执行第一动作模式时，基于从对应的力量检测部输入的力量成分信号来计算用于控制对应的马达135a、135b、359的第一马达控制指令。
具体而言，马达控制指令部1115a基于从Y轴方向力量检测部175输出的Y轴方向力量成分信号，计算用于控制由马达控制部113a控制的Y轴方向倾转马达135a的第一马达控制指令。
马达控制指令部1115b基于从X轴方向力量检测部177输出的X轴方向力量成分信号，计算用于控制由马达控制部113b控制的X轴方向倾转马达135b的第一马达控制指令。
马达控制指令部1115c基于从伸长量检测部393输出的长度方向力量成分信号，计算用于控制由马达控制部113c控制的伸缩马达359的第一马达控制指令。
另外，如上述那样，由于3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别与对应的Y轴方向力量检测部175、X轴方向力量检测部177以及伸长量检测部393连接，所以3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c能够以比经由发送切换部1113获取对应的力量成分信号高的频率获取对应的力量成分信号。结果，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c即使对操作杆3施加的力量发生了变动，也能够计算与该力量的变动相应的第一马达控制指令。
并且其结果为，即使对操作杆3施加的力量发生了变动，也能够追随该变动适当地控制操作杆3。
并且，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别以能够收发信号的方式与对应的第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1以及第三旋转信息输出传感器359-1连接。
由此，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别能够基于对应的操作杆3的Y轴方向的位置信息(倾转角度)、X轴方向的位置信息(倾转角度)以及操作杆3的长度方向的位置信息，计算对应的第一马达控制指令。
结果，训练装置100能够确认操作杆3的位置(动作位置)并适当地控制操作杆3。
另外，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别以能够收发信号的方式与训练指示部5连接。由此，3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别能够从训练指示部5接收第一动作模式执行指示或者第二动作模式执行指示的任一个。需要说明的是，上述3个马达控制指令部也可以从动作指令部1111接收上述第一动作模式执行指示或者第二动作模式执行指示。
3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c分别以切换的方式，在接收到第一动作模式执行指示时(执行第一动作模式时)将第一马达控制指令作为马达控制指令输出至对应的马达控制部113a、113b、113c，在接收到第二动作模式执行指示时(执行第二动作模式时)将第二马达控制指令作为马达控制指令输出至对应的马达控制部113a、113b、113c。
由此，训练装置100能够根据多个动作模式，选择适当的马达控制指令。结果，训练装置100能够根据动作模式，使操作杆3适当地动作。
III.马达控制指令部的结构
接下来，使用图7对第一实施方式所涉及的训练装置的马达控制指令部1115a、1115b、1115c的结构进行说明。
在以下的说明中，以马达控制指令部1115a为例，对马达控制指令部1115a、1115b、1115c的结构进行说明。这是因为，其它马达控制指令部1115b以及1115c的结构与马达控制指令部1115a的结构相同。
马达控制指令部1115a具有第一指令计算部1115a-1、第二指令计算部1115a-3以及控制指令切换部1115a-5。需要说明的是，以下说明的第一指令计算部1115a-1、第二指令计算部1115a-3以及控制指令切换部1115a-5的各功能也可以以由各马达控制指令部执行的程序来实现。
第一指令计算部1115a-1以能够收发信号的方式与对应的力量检测部(在马达控制指令部1115a的情况下，是Y轴方向力量检测部175)连接。因此，第一指令计算部1115a-1能够基于由对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)输出的力量成分信号(Y轴方向力量成分信号)来计算第一马达控制指令。第一马达控制指令是用于基于检测出的力量成分(Y轴方向力量成分信号)控制对应的马达(马达135a)的马达控制指令。
通过第一指令计算部1115a-1与对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部)连接，第一指令计算部1115a-1能够以更高的频率获取对应的力量成分信号(Y轴方向力量成分信号)。结果，即使对操作杆3施加的力量发生了变动，第一指令计算部1115a-1也能够计算与该力量的变动相应的第一马达控制指令。并且其结果为，能够追随对操作杆3施加的力量的变化，适当地控制操作杆3。
另外，第一指令计算部1115a-1以能够收发信号的方式与对应的旋转信息输出传感器(第一旋转信息输出传感器135a-1)连接。由此，第一指令计算部1115a-1能够基于由对应的旋转信息输出传感器(第一旋转信息输出传感器135a-1)检测出的动作位置(Y轴方向的动作位置(倾转角度))，计算第一马达控制指令。
结果，第一指令计算部1115a-1能够确认操作杆3的位置(动作位置(倾转角度))并计算能够适当地控制马达135a(操作杆3)的第一马达控制指令。
并且，第一指令计算部1115a-1以规定的周期从动作指令部1111接收步进值的设定值。步进值是指用于决定对操作杆3的动作速度为最大的操作杆3施加的力量的值。即，步进值是决定操作杆3对施加于操作杆3的力量的响应灵敏度的值。
由此，第一指令计算部1115a-1在执行基于对操作杆3施加的力量使操作杆3动作的第一动作模式时，能够计算基于患者等的所希望的响应灵敏度的第一马达控制指令。结果，能够对执行第一动作模式时的操作杆3的操作性进行调整。
另外，通过从动作指令部1111输出上述步进值，能够在动作指令部1111中对步进值进行统一管理。
需要说明的是，上述步进值也可以在第一动作模式的执行中能够发生变更。即，在第一动作模式的执行中，在训练指示部5等中对步进值的设定值进行了变更的情况下，动作指令部1111将更新后的步进值通知给第一指令计算部1115a-1。
由此，能够在第一动作模式的执行中，适当地调整操作杆3的操作性。
并且，第一指令计算部1115a-1也可以从动作指令部1111以规定的周期根据需要接收其它自由度方向(在第一指令计算部1115a-1的情况下，是X轴方向以及操作杆3的长度方向)的力量成分信号及/或动作位置。由此，第一指令计算部1115a-1也能够参照其它自由度方向的信息。
另外，第一指令计算部1115a-1以能够收发信号的方式与控制指令切换部1115a-5的两个输入中的一个(输入e)连接。由此，第一指令计算部1115a-1能够将计算出的第一马达控制指令输出至控制指令切换部1115a-5的输入e。
第二指令计算部1115a-3能够从动作指令部1111以规定的周期接收在动作指令部1111中计算出的动作指令。由此，第二指令计算部1115a-3能够计算基于接收到的动作指令的第二马达控制指令。即，第二指令计算部1115a-3在执行第二动作模式时，能够基于在训练程序中指定的训练指示，计算用于控制对应的马达(马达135a)的第二马达控制指令。
另外，第二指令计算部1115a-3以能够收发信号的方式与控制指令切换部1115a-5的两个输入中的、与连接有第一指令计算部1115a-1的输入不同的输入(输入f)连接。由此，第二指令计算部1115a-3能够将计算出的第二马达控制指令输出至控制指令切换部1115a-5的输入f。
控制指令切换部1115a-5具有两个输入e、f和一个输出g。另外，控制指令切换部1115a-5从训练指示部5接收第一动作模式执行指示或者第二动作模式执行指示。由此，控制指令切换部1115a-5能够在接收到第一动作模式执行指示时(即，执行第一动作模式时)，对输入e和输出g进行连接。另一方面，能够在接收到第二动作模式执行指示时(即，执行第二动作模式时)，对输入f和输出g进行连接。
如上述那样，控制指令切换部1115a-5的输入e与第一指令计算部1115a-1连接，输入f与第二指令计算部1115a-3连接。另外，输出g以能够收发信号的方式与对应的马达控制部(马达控制部113a)连接。
因此，在执行第一动作模式时，控制指令切换部1115a-5能够将从第一指令计算部1115a-1输出的第一马达控制指令作为马达控制指令输出至对应的马达控制部113a。另一方面，在执行第二动作模式时，控制指令切换部1115a-5能够将从第二指令计算部1115a-3输出的第二马达控制指令作为马达控制指令输出至对应的马达控制部113a。
由此，控制指令切换部1115a-5能够根据多个动作模式，选择适当的马达控制指令，并输出至对应的马达控制部113a。结果，能够基于适当的马达控制指令适当地对对应的马达135a进行控制。由此，训练装置100能够根据动作模式，使操作杆3适当地动作。
(5)训练装置的动作
I.训练装置的基本动作
接下来，使用图8A对第一实施方式所涉及的训练装置100的基本动作进行说明。图8A是表示训练装置的基本动作的流程图。在以下的动作的说明中，在对与马达控制指令部1115a、1115b、1115c相关的动作进行说明时，以多个马达控制指令部1115a、1115b、1115c中的马达控制指令部1115a的动作为例进行说明。这是因为，在其它马达控制指令部1115b、1115c中，也进行相同的动作。
若训练装置100开始动作，则首先，在训练指示部5中，选择以第一动作模式使操作杆3动作，还是以第二动作模式使操作杆3动作(步骤S1)。
具体而言，在训练指示部5中，作为训练程序选择了上述自由模式的情况下，选择基于对操作杆3施加的力量使操作杆3动作的第一动作模式来作为动作模式。
另一方面，在训练指示部5中，作为训练程序选择了自由模式以外的模式的情况下，选择基于训练程序中指定的训练指示使操作杆3动作的第二动作模式来作为动作模式。
在训练指示部5中选择了动作模式后，训练指示部5将以第一动作模式或者第二动作模式的哪个动作模式使操作杆3动作通知给控制部11。具体而言，在选择了第一动作模式作为动作模式的情况下，训练指示部5将第一动作模式执行指示发送至控制部11。另一方面，在选择了第二动作模式作为动作模式的情况下，训练指示部5将第二动作模式执行指示发送至控制部11。
若控制部11从训练指示部5接收到第一动作模式执行指示(在步骤S1中为“第一动作模式”的情况下)，马达控制指令部1115a的控制指令切换部1115a-5对输入e和输出g进行连接。由此，从马达控制指令部1115a输出在第一指令计算部1115a-1中计算出的第一马达控制指令作为用于对应的马达135a的马达控制指令。
结果，通过马达控制部113a，根据基于对操作杆3施加的力量的第一马达控制指令对上述对应的马达135a进行控制。即，操作杆3基于对操作杆3施加的力量动作(即，执行第一动作模式)(步骤S2)。
另一方面，若控制部11从训练指示部5接收到第二动作模式执行指示(在步骤S1中为“第二动作模式”的情况下)，马达控制指令部1115a的控制指令切换部1115a-5对输入f和输出g进行连接。由此，从马达控制指令部1115a输出在第二指令计算部1115a-3中计算出的第二马达控制指令作为用于对应的马达135a的马达控制指令。
结果，通过马达控制部113a，根据基于从动作指令部1111输出的动作指令的第二马达控制指令对上述对应的马达135a进行控制。即，操作杆3基于训练程序中指定的训练指示动作(即，执行第二动作模式)(步骤S3)。
这样，通过根据训练程序选择适当的动作模式，并基于选择出的动作模式(第一动作模式或者第二动作模式)选择用于控制操作杆3(马达135a、135b、359)的马达控制指令(第一马达控制指令或者第二马达控制指令)，训练装置100能够根据训练程序，使操作杆3适当地动作。
II.执行第一动作模式时的训练装置的动作
接下来，使用图8B对上述步骤S2中的执行第一动作模式时的训练装置100的动作的详细内容进行说明。图8B是表示第一实施方式所涉及的训练装置执行第一动作模式时的训练装置的动作的流程图。
若开始执行第一动作模式，则首先，第一指令计算部1115a-1从与第一指令计算部1115a-1连接的Y轴方向力量检测部175接收从Y轴方向力量检测部175输出的Y轴方向力量成分信号(步骤S21)。由此，第一指令计算部1115a-1能够获取对操作杆3施加的力量的Y轴方向的力量成分来作为力量成分信号。
另外，在上述步骤S21中，第一指令计算部1115a-1从对应的旋转信息输出传感器(第一旋转信息输出传感器135a-1)获取操作杆3的(Y轴方向的)动作位置(倾转角度)。由此，第一指令计算部1115a-1能够确认操作杆3的动作位置(倾转角度)并计算第一马达控制指令。
并且，第一指令计算部1115a-1根据需要从动作指令部1111接收其它自由度方向(X轴方向及/或操作杆3的长度方向)的动作位置及/或力量成分信号。由此，第一指令计算部1115a-1能够还参照其它自由度方向的信息并计算第一马达控制指令。
具体而言，例如，第一指令计算部1115a-1能够确认操作杆3的动作位置是否处于操作杆3的动作范围内，并执行规定的处理。
接下来，第一指令计算部1115a-1基于获取到的Y轴方向力量成分信号来计算用于控制对应的马达135a的第一马达控制指令(步骤S22)。
具体而言，根据获取到的Y轴方向力量成分信号的信号值(即Y轴方向的力量成分的大小)，计算决定操作杆3的动作速度(即马达135a的旋转速度)的第一马达控制指令。
例如，第一指令计算部1115a-1计算像对于Y轴方向力量成分信号(力量成分的大小)的增加，增加操作杆3的动作速度(马达135a的旋转速度)这样的第一马达控制指令。
在步骤S22中计算出第一马达控制指令后，第一指令计算部1115a-1将计算出的第一马达控制指令输出至控制指令切换部1115a-5。
在执行第一动作模式时，由于控制指令切换部1115a-5对输入e和输出g进行连接，所以从第一指令计算部1115a-1输出的第一马达控制指令被作为马达控制指令输出至对应的马达控制部113a。结果，基于第一马达控制指令对对应的马达135a进行控制(步骤S23)。即，基于对操作杆3施加的力量的Y轴方向的力量成分，对对应的马达135a进行控制。
接下来，第一指令计算部1115a-1确认第一动作模式是否结束(步骤S24)。具体而言，例如，在由训练指示部5指示了上述自由模式的执行停止的情况等下，第一指令计算部1115a-1能够确认第一动作模式是否结束。
在判断为第一动作模式结束的情况下(在步骤S24中为“是”的情况下)，第一指令计算部1115a-1停止力量的检测，并停止第一马达控制指令的计算(第一动作模式的结束)。
另一方面，在判断为第一动作模式是执行中(继续中)的情况下(在步骤S24中为“否”的情况下)，第一指令计算部1115a-1返回到步骤S21，继续进行力量的检测和第一马达控制指令的计算。
如上述那样，在第一动作模式的执行中，第一指令计算部1115a-1总是接收从对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)输出的力量成分信号，并基于接收到的力量成分信号计算第一马达控制指令。
另外，如上述那样，第一指令计算部1115a-1与对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)直接连接。
由此，第一指令计算部1115a-1能够以比后述的动作指令的接收频率更高的频率获取对应的力量成分信号(Y轴方向力量成分信号)。结果，即使对操作杆3施加的力量发生了变动，第一指令计算部1115a-1也能够准确地掌握力量的变动。
由于第一指令计算部1115a-1能够准确地掌握力量(力量成分信号)的变动，所以即使对操作杆3施加的力量发生了变动，第一指令计算部1115a-1也能够计算与该力量的变动相应的第一马达控制指令。结果，能够追随对操作杆3施加的力量的变化，适当地控制操作杆3。
III.执行第二动作模式时的训练装置的动作
接下来，使用图8C对上述步骤S3中的执行第二动作模式时的训练装置100的动作的详细内容进行说明。图8C是表示第一实施方式所涉及的训练装置执行第二动作模式时的训练装置的动作的流程图。
在训练装置100中，若开始执行第二动作模式，则首先，训练指示部5将与上述训练程序相应的训练指示发送至动作指令部1111。需要说明的是，训练指示部5也可以将训练指示同时发送至动作指令部1111，也可以分成几次发送。另外，也可以根据训练程序、动作模式来决定是将训练指示同时发送，还是分成几次发送。
若从训练指示部5接收到训练指示，则动作指令部1111基于接收到的训练指示来计算操作杆3的动作指令。具体而言，例如，动作指令部1111基于训练指示来计算指示操作杆3的动作速度(马达135a的旋转速度)的动作指令。
接下来，动作指令部1111将计算出的动作指令经由发送切换部1113发送至3个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的每一个。
在从动作指令部1111分别对马达控制指令部1115a、1115b、1115c发送动作指令时，发送切换部1113将应与输入a连接的输出b、c、d逐个选择，并对选择出的一个输出b、c、d和输入a进行连接。因此，某个特定的一个输出b、c、d以规定的周期与输入a连接。
结果，显然动作指令部1111以规定的周期，对马达控制指令部1115a、1115b、1115c的任意一个输出动作指令。
动作指令部1111在输出动作指令的期间，确认马达控制指令部1115a是否接收到了动作指令(步骤S31)。
在马达控制指令部1115a未接收到动作指令的情况下(在步骤S31中为“否”的情况下)，马达控制指令部1115a为了动作指令的接收进行待机。
另一方面，在马达控制指令部1115a接收到动作指令的情况下(在步骤S31中为“是”的情况下)，马达控制指令部1115a的第二指令计算部1115a-3接收动作指令，并基于接收到的动作指令来计算第二马达控制指令(步骤S32)。由此，第二指令计算部1115a-3每隔接收动作指令的规定的周期，计算第二马达控制指令。
具体而言，在第二指令计算部1115a-3中计算的第二马达控制指令例如是像追随在动作指令中指示的操作杆3的动作速度(马达135a的旋转速度)这样的马达控制指令。
在步骤S32中计算出第二马达控制指令后，第二指令计算部1115a-3将计算出的第二马达控制指令输出至控制指令切换部1115a-5。
在执行第二动作模式时，由于控制指令切换部1115a-5对输入f和输出g进行连接，所以从第二指令计算部1115a-3输出的第二马达控制指令被作为马达控制指令输出至对应的马达控制部113a。结果，基于第二马达控制指令对对应的马达135a进行控制(步骤S33)。即，基于在训练程序中指定的训练指示对对应的马达135a进行控制。
接下来，第二指令计算部1115a-3确认第二动作模式是否结束(步骤S34)。具体而言，例如，在由训练指示部5指示了执行上述第二动作模式的训练程序的执行停止的情况等下，第二指令计算部1115a-3能够确认第二动作模式是否结束。
在第二指令计算部1115a-3判断为第二动作模式结束的情况下(在步骤S34中为“是”的情况下)，第二指令计算部1115a-3停止动作指令的接收，并停止第二马达控制指令的计算(第二动作模式的结束)。
另一方面，在第二指令计算部1115a-3判断为第二动作模式是执行中(继续中)的情况下(在步骤S34中为“否”的情况下)，第二指令计算部1115a-3返回到步骤S31，继续进行动作指令的接收和第二马达控制指令的计算。
如上述那样，在第二动作模式的执行中，第二指令计算部1115a-3在每次接收动作指令时(即，每隔规定的周期)，基于接收到的动作指令来计算第二马达控制指令。如上述那样，即使第二马达控制指令的计算频率是接收动作指令的频率(每隔规定的周期)程度，操作杆3也能够充分地按照动作指令指示的那样动作。
这是因为，对操作杆3施加的力量具有无秩序地变动的可能性，但动作指令(训练指示)是具有以决定出的速度移动决定出的路径的特性的指令。因此，即使以规定的周期程度(例如，数十ms级别程度)的频率计算出基于这样的动作指令的第二马达控制指令，计算出的第二马达控制指令也能够充分地再现动作指令(训练指示)。
另一方面，多个马达控制指令部1115a、1115b、1115c的第一指令计算部分别基于具有无秩序地变动的可能性的力量，以高频率计算(分散控制处理)第一马达控制指令。由此，能够提高执行第一动作模式时的操作杆3的反应速度。
另外，在执行第二动作模式时，由于根据不同的动作模式基于力觉触发开始操作杆3的操作，所以由动作指令部1111计算第二马达控制指令并发送至马达控制指令部的方式能够提高针对力觉触发的操作杆3的反应速度。
并且，通过将由动作指令部1111计算的动作指令的发送频率设为每隔上述规定的周期左右，能够使用更加廉价的控制部11，并且降低发送切换部1113中的通信噪声且将动作指令分别发送至马达控制指令部1115a、1115b、1115c。
(6)第二实施方式
I.力量成分信号的修正
在上述第一实施方式所涉及的训练装置100中，对马达控制指令部1115a、1115b、1115c(第一指令计算部)分别直接输入来自对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175、X轴方向力量检测部177以及伸长量检测部393)的力量成分信号。
但是，并不局限于此。在第二实施方式所涉及的训练装置200中，进行从力量检测部输出的力量成分信号的信号值的修正。以下，对这样的第二实施方式所涉及的训练装置200进行说明。
首先，对如在第一实施方式所涉及的训练装置100的说明中说明的那样作为力量检测部使用了电位计的情况下的力量成分信号的修正进行说明。对于使用了电位计的力量成分测定，通过在电位计的1组参照电极间连接恒定电压源等来施加电压(或者恒定电流)并且对一个电阻测定电极与1组参照电极中的一个电极之间的测定电压值进行测定，测定基于上述力量的倾转角度θF(即力量)。
但是，由于基于上述力量的倾转角度θF的大小是微小的，所以由倾转角度θF的变化得到的电压变化也是微小的。因此，在训练装置100中，对该得到的电压变化进行放大而作为力量成分信号。
在这样的情况下，存在基于力量的倾转角度θF为0(即，力量为0)时的信号值、对于倾转角度θF的变化的测定电压的变化等会因电位计的特性变化(特别是电阻值)而发生变动的情况。即，存在在对操作杆3施加了相同的大小的力量时，得到的力量成分信号的信号值不同的情况。
另外，存在即使在使用了特性完全相同的电位计的情况下，因由施力部件179、391的个体差异、电位计的个体差异等引起的特性的不同，针对相同的力量的力量成分信号的信号值在各马达控制指令部1115a、1115b、1115c中也成为不同的信号值的情况。
因此，在第二实施方式所涉及的训练装置200中，为了使力量成分信号与对操作杆3施加的力量准确地对应，对上述力量成分信号的“偏差”进行修正。另外，如上述那样，由于存在即使在使用了特性完全相同的电位计的情况下，针对相同的力量的力量成分信号的信号值在各马达控制指令部1115a、1115b、1115c中也成为不同的信号值的情况，所以上述力量成分信号的修正在各马达控制指令部1115a、1115b、1115c中独立地进行。
II.第二实施方式所涉及的训练装置的结构
接下来，使用图9对进行上述力量成分信号的修正的第二实施方式所涉及的训练装置200的3个马达控制指令部2115a、2115b、2115c的结构进行说明。
第二实施方式所涉及的训练装置200除了3个马达控制指令部分别还具备力量成分信号修正部以外，具备与第一实施方式所涉及的训练装置100大致相同的结构。因此，在以下的说明中，省略马达控制指令部的说明以外的说明。
另外，在以下的说明中，以马达控制指令部2115a的结构为例进行说明。这是因为，其它马达控制指令部2115b、2115c也具有与马达控制指令部2115a相同的结构。
需要说明的是，以下说明的马达控制指令部2115a、2115b、2115c的各要素的功能也可以以在构成控制部11的微机系统或者构成各马达控制指令部2115a、2115b、2115c的微机系统中动作的程序来实现。
第二实施方式所涉及的训练装置200的马达控制指令部2115a具有第一指令计算部2115a-1、第二指令计算部2115a-3、控制指令切换部2115a-5、以及力量成分信号修正部2115a-7。
需要说明的是，由于上述第二指令计算部2115a-3和上述控制指令切换部2115a-5分别具有与第一实施方式所涉及的训练装置100的第二指令计算部1115a-3和控制指令切换部1115a-5相同的结构以及功能，所以省略说明。
第一指令计算部2115a-1与第一实施方式中的第一指令计算部1115a-1相同，基于由对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)输出的力量成分信号(Y轴方向力量成分信号)来计算第一马达控制指令。
其中，第二实施方式中的第一指令计算部2115a-1经由力量成分信号修正部2115a-7与Y轴方向力量检测部175连接。因此，第一指令计算部2115a-1能够接收漂移修正后的力量成分信号来作为力量成分信号。
另外，第一指令计算部2115a-1在计算第一马达控制指令时，参照存储于力量成分信号修正部2115a-7的校准数据，基于该校准数据来计算力量成分值。力量成分值是对操作杆3施加的力量的各自由度方向的成分值。而且，第一指令计算部2115a-1基于上述力量成分值来计算第一马达控制指令。
由此，即使多个力量检测部的特性不同，或力量检测部的特性因随时间的变化、温度变化等而发生变化，也能够通过多个力量检测部准确地检测对操作杆3施加的力量(力量成分)。而且，能够基于准确地检测出的力量，使操作杆3更加准确地动作。
力量成分信号修正部2115a-7以能够收发信号的方式与对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)连接。因此，力量成分信号修正部2115a-7能够接收来自对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的力量成分信号。
另外，力量成分信号修正部2115a-7能够与动作指令部1111收发信号。因此，力量成分信号修正部2115a-7在动作指令部1111中生成了更新校准数据时，能够从动作指令部1111接收更新校准数据。由此，力量成分信号修正部2115a-7能够对所存储的校准数据进行更新。
并且，力量成分信号修正部2115a-7例如能够从动作指令部1111接收漂移修正指令。漂移修正指令也可以从训练指示部5输出。由此，力量成分信号修正部2115a-7能够在接收到漂移修正指令时，计算对接收到的力量成分信号进行漂移修正时所使用的漂移修正值。
另外，力量成分信号修正部2115a-7以能够收发信号的方式与第一指令计算部2115a-1连接。因此，力量成分信号修正部2115a-7能够将漂移修正后的力量成分信号和校准数据发送至第一指令计算部2115a-1。
III.力量成分信号修正部的结构
以下，使用图10对力量成分信号修正部2115a-7的结构的详细内容进行说明。力量成分信号修正部2115a-7具有漂移修正部2115a-71和校准数据存储部2115a-73。
漂移修正部2115a-71以能够收发信号的方式与力量检测部(Y轴方向力量检测部175)以及第一指令计算部2115a-1连接。因此，漂移修正部2115a-71能够接收力量检测信号。另外，漂移修正部2115a-71能够将漂移修正后的力量成分信号输出至第一指令计算部2115a-1。
另外，漂移修正部2115a-71能够接收漂移修正指令。由此，漂移修正部2115a-71能够在接收到漂移修正指令时，对接收到的力量检测信号进行漂移修正。
这里，对在漂移修正部2115a-71中执行的漂移修正进行说明。如上述那样，构成了力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的电位计的特性因温度等的影响而发生变动。这样，若特性发生了变动，在构成力量检测部的电位计中流动的电流值也发生变动。
该情况下，倾转角度θF为0(即，力量为0)时的力量成分信号的信号值由于该特性变动而发生变动。将这样的力量为0时的力量成分信号的信号值的变动称为“漂移”。
漂移修正部2115a-71对接收到的力量成分信号进行像除去上述漂移这样的处理(漂移修正)，并将漂移修正后的力量成分信号发送至第一指令计算部。
具体而言，漂移修正部2115a-71基于预先决定出的力量为0(倾转角度θF为0)时的力量成分信号的信号值与操作杆3的动作位置(倾转角度)为0(也有称为基准位置的情况)并且未对操作杆3施加力时(即，各自由度方向的力量成分为0)的实际的力量成分信号的信号值(测定值)的信号值差(漂移修正值)，对接收到的力量成分信号进行漂移修正。
由此，能够对由因外部温度的变动等产生的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的特性的变化引起的力量成分信号的漂移进行修正。结果，即使力量检测部的特性发生变化，也能够输出与对操作杆3施加的力量(力量成分)对应的准确的力量成分信号。
校准数据存储部2115a-73与构成控制部11或者马达控制指令部2115a的微机系统的存储装置(RAM、ROM、硬盘等)的存储区域对应。校准数据存储部2115a-73存储有校准数据。校准数据存储部2115a-73在第一指令计算部2115a-1参照校准数据时，将该校准数据发送至第一指令计算部2115a-1。
校准数据是表示从对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)输出的力量成分信号(Y轴方向力量成分信号)的信号值与在对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)中检测出的力量成分(Y轴方向的力量成分)的大小的关系的数据。
即，校准数据是表示对操作杆3施加的力量相对于力量成分信号的信号值的变化的变化量的数据。另外，如下所述，校准数据对3个力量修正部(Y轴方向力量检测部175、X轴方向力量检测部177、伸长量检测部393)的每一个独立地拥有与对操作杆3施加的力量对于力量成分信号的信号值的变化的变化量相关的信息。
由于第一指令计算部2115a-1使用上述校准数据根据力量成分信号计算力量成分，所以即使力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的特性与其它力量检测部不同或因训练装置的长时间使用等而使力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的特性发生了变动，也能够准确地计算对操作杆3施加的力量(力量成分)。
另外，校准数据存储部2115a-73能够从动作指令部1111接收更新校准数据。由此，校准数据存储部2115a-73能够将接收到的更新校准数据与当前存储的校准数据进行更换而存储为新的校准数据。结果，即使力量检测部(Y轴方向力量检测部175)、施力部件179的个体差异因长时间使用而变化，校准数据存储部2115a-73也能够通过对校准数据进行更新，保持与上述变化相应的校准数据。
IV.第二实施方式所涉及的训练装置的动作
(i)校准数据的创建
接下来，对第二实施方式所涉及的训练装置200的动作进行说明。首先，使用图11对第二实施方式所涉及的训练装置200中使用的校准数据的创建进行说明。图11是表示校准数据的创建方法的流程图。需要说明的是，更新校准数据的创建也以相同的方式进行。
若开始校准数据的创建，则首先，对操作杆3施加预先决定的大小以及方向的力(步骤S2002-1)。在对操作杆3施加了预先决定的力的状态下，在动作指令部1111中获取从Y轴方向力量检测部175输出的Y轴方向力量成分信号、从X轴方向力量检测部177输出的X轴方向力量成分信号、以及从伸长量检测部393输出的长度方向力量成分信号(步骤S2002-2)。
接下来，动作指令部1111对施加于操作杆3的上述预先决定出的力的X轴方向的力量成分(X轴方向力量成分值)、Y轴方向的力量成分(Y轴方向力量成分值)以及长度方向的力量成分(长度方向力量成分值)、和与这些力量成分分别对应的X轴方向力量成分信号、Y轴方向力量成分信号以及长度方向力量成分信号建立关联，并存储于校准数据(步骤S2002-3)。
上述各力量成分能够基于对操作杆3施加的力和方向，计算为对操作杆3施加的该力的各轴向的分力。
之后，改变对操作杆3施加的力，并反复进行上述的(i)对操作杆3施加力、(ii)获取力量成分信号、(iii)对力量成分信号和力量成分建立关联并存储的步骤。
具体而言，首先，决定是否对操作杆3施加其它大小及/或方向的力并创建校准数据(步骤S2002-4)。
在决定为对操作杆3施加其它大小及/或方向的力并创建校准数据的情况下(在步骤S2002-4中为“是”的情况下)，返回到步骤S2002-1，在对操作杆3施加了该其它大小及/或方向的力后，再次执行校准数据的创建工序。
另一方面，在决定为不创建比这更多的校准数据的情况下(在步骤S2002-4中为“否”的情况下)，校准数据的创建工序结束。
结果，在动作指令部1111中，创建如图12所示的校准数据。图12是表示校准数据的数据结构的图。
图12所示的校准数据是对操作杆3施加了n种力时创建的校准数据。
图12所示的校准数据Vx1、Vx2、…Vxn分别是施加了力量1、力量2、…力量n时的X轴方向力量成分信号的信号值。Vy1、Vy2、…Vyn分别是施加了力量1、力量2、…力量n时的Y轴方向力量成分信号的信号值。VL1、VL2、…VLn分别是施加了力量1、力量2、…力量n时的长度方向力量成分信号的信号值。
另一方面，图12所示的校准数据的Fx1、Fx2、…Fxn分别是力量1、力量2、…力量n的X轴方向力量成分值。Fy1、Fy2、…Fyn分别是力量1、力量2、…力量n的Y轴方向力量成分值。FL1、FL2、…FLn分别是力量1、力量2、…力量n的长度方向力量成分值。
需要说明的是，由于执行使用了校准数据的漂移修正，所以校准数据中存储有操作杆3处于基准位置(操作杆3的倾转角度为0)时的力量成分信号的信号值。
如上述那样创建的校准数据在创建后也可以被发送至校准数据存储部2115a-73并存储，也可以将创建的校准数据存储于动作指令部1111的存储部等，在训练装置100启动时发送至校准数据存储部2115a-73并存储。
需要说明的是，在上述校准数据以及更新校准数据的创建中，由动作指令部1111创建了校准数据，但并不局限于此。也可以与上述方法相同，在第一指令计算部2115a-1中创建上述校准数据(以及更新校准数据)。
(ii)使用了校准数据的漂移修正值的计算方法
接下来，使用图13对使用了校准数据的漂移修正值的计算方法进行说明。图13是表示漂移修正值的计算方法的流程图。在以下的说明中，以漂移修正部2115a-71中的漂移修正值的决定方法为例进行说明。这是因为，在其它漂移修正部2115b-71、2115c-71中，也以相同的方法决定漂移修正值。
首先，使操作杆3移动至基准位置(步骤S2004-1)。此时，不对操作杆3施加力。接下来，漂移修正部2115a-71以将操作杆3保持在基准位置的状态，多次获取力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的力量成分信号的信号值(步骤S2004-2)。
在多次获取了力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的力量成分信号的信号值后，漂移修正部2115a-71计算获取到的基准位置处的力量成分信号的平均值与校准数据存储部2115a-73中存储的校准数据的操作杆3处于基准位置时(力量成分的值为0的情况下)的力量成分信号的信号值的差量，作为漂移修正值(步骤S2004-3)。
如上述那样，通过使用校准数据来计算漂移修正值，能够执行后述的使用了校准数据的漂移修正。由此，漂移修正部2115a-71能够以使力量成分信号与校准数据对应的方式进行漂移修正。
在计算出上述漂移修正值后，漂移修正部2115a-71为了在训练程序的执行中，对从力量检测部(Y轴方向力量检测部175)输出的力量成分信号进行漂移修正，对计算出的漂移修正值进行存储。
需要说明的是，上述漂移修正值的计算并不局限于在漂移修正部2115a-71中执行。也可以由动作指令部1111执行漂移修正值的计算。该情况下，将计算出的漂移修正值从动作指令部1111发送至漂移修正部2115a-71的存储部等并存储。
(iii)第二实施方式所涉及的训练装置的整体动作
接下来，使用图14对第二实施方式所涉及的训练装置200的整体动作进行说明。图14是表示第二实施方式所涉及的训练装置的动作的流程图。
若第二实施方式所涉及的训练装置200开始动作，则首先，动作指令部1111(或者第一指令计算部2115a-1、2115b-1、2115c-1)确认是否从训练指示部5等接收到执行校准的指令(校准指令)(步骤S2001)。
动作指令部1111在接收到校准指令的情况下(在步骤S2001中为“是”的情况下)，进行校准数据的更新(步骤S2002)。
另一方面，在动作指令部1111等未接收到校准指令的情况下(在步骤S2001中为“否”的情况下)，进入步骤S2003。
在接收到校准指令后，动作指令部1111执行校准数据的更新(步骤S2002)。具体而言，例如，在动作指令部1111或者第一指令计算部2115a-1中通过上述校准数据的创建方法创建更新校准数据，并在校准数据存储部2115a-73、2115b-73、2115c-73中当前存储的校准数据上覆盖本次创建的更新校准数据，由此对校准数据进行更新。
在上文中，动作指令部1111对校准数据进行更新，由此能够对校准数据进行统一更新。
另外，通过在发出校准指令时进行校准数据的更新，能够将与力量检测部的特性变动相应的校准数据作为新的校准数据存储于校准数据存储部2115a-73、2115b-73、2115c-73。
在步骤S2001中未接收到校准指令的情况下(在步骤S2001中为“否”的情况下)或者在步骤S2002中执行校准数据的更新后，判断漂移修正部2115a-71、2115b-71、2115c-71(或者动作指令部1111)是否接收到漂移修正指令(步骤S2003)。
在漂移修正部2115a-71、2115b-71、2115c-71(或者动作指令部1111)未接收到漂移修正指令的情况下(在步骤S2003中为“否”的情况下)，进入步骤S2005。
另一方面，在漂移修正部2115a-71、2115b-71、2115c-71(或者动作指令部1111)接收到漂移修正指令的情况下(在步骤S2003中为“是”的情况下)，漂移修正部2115a-71、2115b-71、2115c-71(或者动作指令部1111)利用上述说明的方法计算用于进行漂移修正的漂移修正值(步骤S2004)。
上述漂移修正指令例如在开始了训练装置200的启动(接通电源)时所执行的初始动作中仅输出1次。
在上述步骤S2003中未接收到漂移修正指令的情况下(在步骤S2003中为“否”的情况下)或者上述步骤S2004中的计算出漂移修正值后，判断训练装置200是否接受到与训练程序的执行相关的指令(步骤S2005)。
在训练装置200未接受到与训练程序的执行相关的指令的情况下(在步骤S2005中为“否”的情况下)，进入步骤S2007。
另一方面，在训练装置200接受到与训练程序的执行相关的指令的情况下(在步骤S2005中为“是”的情况下)，训练装置200执行训练程序(步骤S2006)。
步骤S2006中的训练程序的执行按照上述图8A中所示的流程图来执行。即，训练装置200中的训练程序的执行与第一实施方式所涉及的训练装置100中的训练程序的执行大致相同。
但是，在第二实施方式的训练装置200中，在训练程序的执行中执行第一动作模式时(在图8A的流程图中，执行步骤S2时)，在从对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)获取力量成分信号时(在图8B的表示第一动作模式的执行的流程图中，执行步骤S21时)，对从力量检测部输出的力量成分信号进行漂移修正。而且，对漂移修正后的力量成分信号，使用校准数据而计算对操作杆3施加的力量的力量成分值。之后，在计算第一马达控制指令的步骤S22中，基于上述力量成分值来计算第一马达控制指令。具体而言，按照图15所示的流程图的处理的流程，执行第二实施方式中的训练程序(第一动作模式)。图15是表示第二实施方式所涉及的训练程序(第一动作模式)的执行方法的流程图。
首先，漂移修正部2115a-71每次从力量检测部(Y轴方向力量检测部175)获取力量成分信号(步骤S2006-1)时，对获取到的力量成分信号考虑上述漂移修正值来对力量成分信号进行漂移修正(步骤S2006-2)。具体而言，计算获取到的力量成分信号与所存储的漂移修正值的差量，作为漂移修正后的力量成分信号。
上述的“考虑漂移修正值”并不局限于计算获取到的力量成分信号与漂移修正值的差量。能够根据力量检测部的特性变化(例如，根据温度变化，特性如何变化)，采用各种漂移修正后的力量成分信号的计算方法(漂移修正)。例如，能够通过计算力量成分信号与漂移修正值的比来执行漂移修正，或者对力量成分信号加上漂移修正值来执行漂移修正。
通过如上述那样对力量成分信号考虑漂移修正值，漂移修正部2115a-71能够以使获取到的力量成分信号与校准数据对应的方式(以获取到的力量成分信号中的力量成分为0时的信号值与校准数据所存储的力量成分为0时的信号值一致的方式)进行漂移修正。
漂移修正部2115a-71在对获取到的力量成分信号进行漂移修正后，将漂移修正后的力量成分信号输出至第一指令计算部2115a-1。
在从漂移修正部2115a-71获取到漂移修正后的力量成分信号后，第一指令计算部2115a-1使用漂移修正后的力量成分信号来计算对操作杆3施加的力的(Y轴方向)的力量成分值(步骤S2006-3)。
具体而言，首先，第一指令计算部2115a-1找出漂移修正后的力量成分信号处于校准数据所存储的对应的力量成分信号(在第一指令计算部2115a-1中，是Y轴方向力量成分信号Vy1、Vy2、…Vyn)的哪两个之间。
结果，例如，假设发现漂移修正后的力量成分信号处于校准数据的Y轴方向力量成分信号Vyk与Vy(k+1)之间的范围内。
接下来，第一指令计算部2115a-1使用上述发现的两个校准数据的Y轴方向力量成分信号Vyk与Vy(k+1)和与该两个Y轴方向力量成分信号Vyk与Vy(k+1)分别建立有关联的力量成分值Fyk和Fy(k+1)，计算与漂移修正后的力量成分信号对应的力量成分。
具体而言，例如，在校准数据的Y轴方向力量成分信号值与对应的力量成分值的坐标中，定义表示经过坐标(Vyk，Fyk)和坐标(Vy(k+1)，Fy(k+1))的直线的函数(F＝aV+b)，在该函数中，计算Y轴方向力量成分值V成为与上述漂移修正后的力量成分信号值对应的值时的力量成分值F，作为漂移修正后的力量成分值(线性插值)。
需要说明的是，上述函数并不局限于表示直线的函数，也可以定义为经过上述两个坐标的任意的函数。定义什么样的函数能够根据力量检测部的特性来决定。
另外，在与漂移修正后的力量成分信号的信号值一致的Y轴方向力量成分信号存在于校准数据中的情况下，能够将与该Y轴方向力量成分信号建立有关联的力量成分值作为实际对操作杆3施加的力的力量成分值。
如上述那样，漂移修正部2115a-71能够通过对对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)中的力量成分信号进行漂移修正，对由对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的特性的变化引起的力量成分信号的漂移进行修正。结果，第一指令计算部2115a-1能够获取与对操作杆3施加的力量(力量成分)对应的准确的力量成分值。
另外，由于第一指令计算部2115a-1基于校准数据来计算力量成分值，所以即使对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)的特性与其它力量检测部的特性不同或因长时间使用等导致对应的力量检测部的特性发生了变化，也能够准确地计算对操作杆3施加的力量(力量成分)。
并且，由于漂移修正部2115a-71使用校准数据来计算漂移修正值，并使用该漂移修正值来执行力量成分信号的漂移修正，所以能够以与校准数据对应的方式对力量成分信号进行漂移修正。
在计算出力量成分值后，第一指令计算部2115a-1基于计算出的力量成分值来计算第一马达控制指令(步骤S2006-4)。由此，第一指令计算部2115a-1能够基于实际对操作杆3施加的力来计算第一马达控制指令。
之后，按照计算出的第一马达控制指令对马达进行控制(步骤S2006-5)。由此，能够基于对马达操作杆3施加的实际的力量，适当地进行控制。
接下来，第一指令计算部2115a-1确认第一动作模式是否结束(步骤S2006-6)。具体而言，例如，在由训练指示部5指示了上述自由模式的执行停止的情况下等，第一指令计算部2115a-1能够确认第一动作模式是否结束。
在判断为第一动作模式结束的情况下(在步骤S2006-6中为“是”的情况下)，第一指令计算部2115a-1停止力量的检测，并停止第一马达控制指令的计算(第一动作模式的结束)。
另一方面，在判断为第一动作模式是执行中(继续中)的情况下(在步骤S2006-6中为“否”的情况下)，训练程序的执行工序返回到步骤S2006-1，继续进行力量的检测和第一马达控制指令的计算。
在步骤S2005中判断为未执行训练程序的情况下或者训练程序执行后，确认训练装置200例如是否被训练装置200的操作者(例如，进行肢部的训练的患者或者肢部的训练的辅助者)等指令为结束训练装置200的动作(步骤S2007)。
在被指令为结束训练装置200的动作的情况下(在步骤S2007中为“是”的情况下)，训练装置200结束动作。
另一方面，在未接受到结束训练装置200的动作的指令的情况下(在步骤S2007中为“否”的情况下)，返回到步骤S2001，训练装置200继续进行动作。
(7)第三实施方式
I.重力修正
在上述第一实施方式以及第二实施方式所涉及的训练装置100、200中，未考虑操作杆3的动作位置(倾转角度、伸缩长度)而对力量进行了检测。但是，并不局限于此，在第三实施方式所涉及的训练装置300中，考虑了操作杆3的动作位置(倾转角度、伸缩长度)而对检测出的力量进行修正。以下，对考虑了操作杆3的动作位置而对检测出的力量进行修正的第三实施方式所涉及的训练装置300进行说明。
首先，对使操作杆3从基准位置(操作杆3未倾转时)移动(倾转)或在移动(倾转)后的位置变更了操作杆3的长度时的对所检测的力量的影响进行说明。
在操作杆3处于基准位置的情况下，操作杆3以及伸缩机构35的罩353分别作用有铅垂方向(长度方向)的重力。该情况下，理论上未对力量检测机构17作用力(因为力量检测机构17轴支承于操作杆倾转机构13)。另一方面，在伸长量检测部393中输出不为0的力量成分信号。
另一方面，在操作杆3向X轴方向及/或Y轴方向倾转时，如图16所示，长度方向和与长度方向垂直的方向的重力成分作用于操作杆3。因此，力量检测机构17以产生同与长度方向垂直的方向的重力成分相称的力的方式使形状变化(在图16所示的例子中，施力部件179的图16的纸面左侧被压缩，纸面右侧被伸长)。需要说明的是，由于力量检测机构17轴支承于操作杆倾转机构13，所以长度方向的重力成分未作用于力量检测机构17。由于上述施力部件179的形状变化，所以在力量检测部175、177中也输出不为0的力量成分信号。
该情况下，在执行基于对操作杆3施加的力量使操作杆3动作的第一动作模式时，由于上述不为0的力量成分信号，导致患者的肢部等未对操作杆3施加力但操作杆3动作。或者，在执行第一动作模式时，通过力量检测机构17检测出与患者的肢部等对操作杆3施加的实际的力量不同的力量，结果，不能进行基于实际施加的力量的患者等意图的操作杆3的控制。
另外，在操作杆3倾转的状态下操作杆3的长度发生了变化的情况下，由于操作杆3的重心位置变化，所以随着操作杆3的长度变化，上述重力成分的大小也发生变化。因此，在第三实施方式所涉及的训练装置300中，对在操作杆3倾转时检测出的力量，进行除去上述重力成分的影响的修正(也有称为重力修正的情况)。
II.第三实施方式所涉及的训练装置的结构
接下来，对除去重力成分的影响的第三实施方式所涉及的训练装置300的结构进行说明。
第三实施方式所涉及的训练装置300的结构除了3个马达控制指令部3115a、3115b、3115c分别具有力量修正部3115a-7、3115b-7、3115c-7以外，与上述第一实施方式所涉及的训练装置100或者第二实施方式所涉及的训练装置200的结构大致相同。因此，仅进行3个马达控制指令部3115a、3115b、3115c的结构的说明，省略有关其它结构的说明。
另外，在以下的说明中，使用图17以马达控制指令部3115a的结构为例进行说明。这是因为，其它马达控制指令部3115b、3115c也具有与马达控制指令部3115a相同的结构和功能。图17是表示第三实施方式所涉及的训练装置的马达控制指令部的结构的图。
需要说明的是，以下说明的马达控制指令部3115a、3115b、3115c的各要素的功能也可以以在构成控制部11的微机系统或者构成各马达控制指令部3115a、3115b、3115c的微机系统中动作的程序来实现。
马达控制指令部3115a具有第一指令计算部3115a-1、第二指令计算部3115a-3、控制指令切换部3115a-5以及力量修正部3115a-7。
第二指令计算部3115a-3以及控制指令切换部3115a-5的各自的结构以及功能与第一实施方式以及第二实施方式中的第二指令计算部1115a-3、2115a-3以及控制指令切换部1115a-5、2115a-5相同。因此，省略说明。
第一指令计算部3115a-1的结构以及功能也基本上与第一实施方式以及第二实施方式中的第一指令计算部1115a-1、2115a-1相同。其中，第三实施方式中的第一指令计算部3115a-1以能够收发信号的方式与力量修正部3115a-7连接。即，第一指令计算部3115a-1经由力量修正部3115a-7与对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)连接。
因此，第一指令计算部3115a-1输入在力量修正部3115a-7中计算出的修正力量成分值，并基于所输入的修正力量成分值来计算第一马达控制指令。由此，在执行第一动作模式时，能够抑制操作杆3进行未意图的动作。
力量修正部3115a-7以能够收发信号的方式与对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)连接。因此，力量修正部3115a-7能够获取在对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)中输出的力量成分信号。
另外，力量修正部3115a-7以能够收发信号的方式与对应的旋转信息输出传感器(第一旋转信息输出传感器135a-1)连接。因此，力量修正部3115a-7能够获取对应的自由度方向(Y轴方向)的动作位置(倾转角度)。
并且，力量修正部3115a-7能够从动作指令部1111输入至少包含操作杆3的长度方向的动作位置(即，操作杆3的长度)的其它自由度方向的动作位置(其它轴信息)。
由此，力量修正部3115a-7能够基于操作杆3的动作位置和上述力量成分信号来计算修正力量成分值。
III.第三实施方式所涉及的训练装置的动作
接下来，使用图18对进行力量成分信号的修正的第三实施方式所涉及的训练装置300的动作进行说明。需要说明的是，使用图18，仅对第三实施方式所涉及的训练装置300的动作中的执行第一动作模式时的动作进行说明，省略有关其它动作的说明。这是因为，关于其它动作，与第一实施方式所涉及的训练装置100或者第二实施方式所涉及的训练装置200相同。图18是表示第三实施方式所涉及的训练装置执行第一动作模式时的动作的流程图。
若训练装置300开始执行第一动作模式，则力量修正部3115a-7从对应的力量检测部(Y轴方向力量检测部175)获取力量成分信号(步骤S3001)。
接下来，力量修正部3115a-7从所连接的对应的旋转信息输出传感器(第一旋转信息输出传感器135a-1)获取操作杆3的对应的自由度方向(Y轴方向)的动作位置(倾转角度)。另外，力量修正部3115a-7从动作指令部1111获取至少包含操作杆3的长度方向的动作位置的其它轴信息(步骤S3002)。
在获取到对应的力量成分信号和操作杆3的动作位置后，力量修正部3115a-7基于获取到的操作杆3的动作位置和根据力量成分信号计算出的力量成分值来计算修正力量成分值(步骤S3003)。
在本实施方式中，力量修正部3115a-7基于如图19所示的预先决定出的操作杆3的动作位置与力量修正值的关系，对根据力量成分信号计算出的力量成分值进行修正。图19是表示操作杆的动作位置与力量修正值的关系的图。在图19中，将操作杆3的动作位置与力量修正值的关系表示为在以操作杆3的对应的自由度方向(Y轴方向)的动作位置为横轴并以力量修正值为纵轴的坐标上表示的图表。另外，图19所示的多个图表分别是与一个操作杆3的长度方向的动作位置对应的图表。
需要说明的是，力量修正值是指表示操作杆3的规定的动作位置处的由操作杆3的重力给力量带来的影响的值。由此，力量修正部3115a-7能够通过更加简单的运算来计算修正力量成分值。
另外，在本实施方式中，如图19所示的操作杆3的动作位置与力量修正值的关系被存储为图20所示的修正表。图20是表示修正表的数据结构的图。修正表是如图20所示，将规定的操作杆3的动作位置处的力量修正值W11、W12、…与该操作杆3的动作位置(在图20所示的例子中，为长度方向的动作位置L1、L2、…Lm和Y轴方向的动作位置y1、y2、…yj)建立关联并存储的表。如图20所示的修正表例如被存储于控制部11所具备的存储装置等。
力量修正部3115a-7使用图20所示的修正表，例如以如下的方式计算修正力量成分值。
首先，力量修正部3115a-7获取操作杆3的长度方向的动作位置L。然后，决定获取到的长度方向的动作位置L与修正表中存储的哪个长度方向的动作位置对应。例如，假定目前获取到的长度方向的动作位置L与修正表的长度方向的Li对应。
接下来，力量修正部3115a-7决定获取到的操作杆3的位置信息的对应的自由度方向(Y轴方向)的动作位置y是修正表所存储的Y轴方向的动作位置(y1、y2、…yj)的哪两个位置之间的值。例如，决定为目前动作位置y存在于修正表的Y轴方向的动作位置yk与yk+1之间。
这里，在动作位置yk是比当前的动作位置y小的值的情况下，将动作位置yk设为第一动作位置。另一方面，将作为比当前的动作位置y大的值的动作位置yk+1设为第二动作位置。
之后，力量修正部3115a-7在修正表中，将长度方向的动作位置是Li且Y轴方向的动作位置是第一动作位置yk时的力量修正值Wik设为第一力量修正值。另一方面，将Y轴方向的动作位置为第二动作位置yk+1时的力量修正值Wi(k+1)设为第二力量修正值。
再之后，力量修正部3115a-7通过使用了上述第一力量修正值Wik和第二力量修正值Wi(k+1)的线性插值，计算Y轴方向的动作位置y、长度方向的动作位置L上的力量修正值。
需要说明的是，在当前的长度方向的动作位置以及Y轴方向的动作位置的值与修正表所存储的长度方向的动作位置的值以及Y轴方向的动作位置的值一致时，能够不使用上述线性插值，将与当前的长度方向的动作位置的值以及Y轴方向的动作位置的值建立有关联的力量修正值设为当前的力量修正值。
在计算出力量修正值后，力量修正部3115a-7例如能够通过根据获取到的力量成分信号的信号值计算力量成分值，并从计算出的力量成分值中减去(或者加上)上述力量修正值，计算(Y轴方向的)修正力量成分值。
需要说明的是，在上文中，与长度方向的动作位置L对应的长度方向的动作位置未存储于修正表的情况下，力量修正部3115a-7也可以决定包含长度方向的动作位置L的范围来进行上述线性插值。
例如，在决定为长度方向的动作位置L在修正表中处于长度方向的动作位置Li与Li+1之间的情况下，能够通过将上述第一动作位置设为坐标(Li，yk)、将第二动作位置设为坐标(Li+1，yk+1)、将第一力量修正值设为Wik、将第二力量修正值设为W(i+1)(k+1)，并进行上述线性插值，计算长度方向的动作位置L、Y轴方向的动作位置y的力量修正值。
在力量修正部3115a-7计算出修正力量成分值后，力量修正部3115a-7将修正力量成分值输出至对应的第一指令计算部3115a-1(步骤S3004)。
在输出修正力量成分值后，第一指令计算部3115a-1基于接收到的修正力量成分值来计算第一马达控制指令(步骤S3005)。具体而言，例如，能够使用表示第一马达控制指令相对于修正力量成分值呈线性增加的关系的式子等来计算第一马达控制指令。
需要说明的是，在计算出第一马达控制指令后的步骤S3006～S3007的训练装置300的动作分别与在第一实施方式的训练装置100的说明中使用图8B说明的执行第一动作模式的步骤S23～S24中的训练装置100的动作对应。因此，省略步骤S3006～S3007的动作的说明。
这样，力量修正部3115a-7通过基于如图19以及图20所示的预先决定出的操作杆的动作位置与力量修正值的关系来计算修正力量成分值，能够通过更加简单的运算来计算修正力量成分值。
另外，通过用如图20所示的修正表来表示如图19所示的操作杆的动作位置与力量修正值的关系，能够使用所存储的数据，更加简单地计算修正力量成分值。
并且，如上述那样，由于力量修正部3115a-7利用使用了第一力量修正值和第二力量修正值的线性插值来计算操作杆3的动作位置处于修正表所存储的多个动作位置之间的情况下的力量修正量，所以即使在当前的操作杆3的动作位置未处于修正表所存储的动作位置的情况下，也能够计算当前的操作杆3的动作位置的力量修正值。
另外，通过基于修正力量成分值来计算第一马达控制指令，在执行第一动作模式时，能够抑制根据不同的操作杆3的动作位置导致操作杆3进行未意图的动作。
(8)实施方式的作用效果
上述第一以及第二实施方式的效果能够记载为如下。
第一实施方式以及第二实施方式的训练装置(例如，训练装置100、200)是按照规定的动作模式来训练使用者的上肢及/或下肢四肢的训练装置。
训练装置具备操作杆(例如，操作杆3)、多个马达(例如，Y轴方向倾转马达135a、X轴方向倾转马达135b、伸缩马达359)、多个力量检测部(例如，Y轴方向力量检测部175、X轴方向力量检测部177、伸长量检测部393)以及多个第一指令计算部(例如，第一指令计算部1115a-1、1115b-1、1115c-1、2115a-1、2115b-1、2115c-1)。
操作杆以能够动作的方式支承于固定框架(例如，固定框架1)。因此，训练装置能够使保持于操作杆的肢部动作。固定框架被载置在地面上或者接近地面载置。多个马达基于马达控制指令，使操作杆在操作杆能够动作的自由度方向动作。多个力量检测部对对应的方向的力量成分进行检测。另外，多个力量检测部基于检测出的力量成分的大小输出对应的方向的力量成分信号。力量成分是对操作杆施加的力量的在操作杆能够动作的自由度方向上的力量的成分。
多个第一指令计算部与对应的力量检测部连接。对应的力量检测部是指对通过基于在与该力量检测部连接的第一指令计算部中计算出的第一马达控制指令控制的对应的马达使操作杆动作的自由度方向的力量成分进行检测的力量检测部。另外，第一指令计算部基于由对应的力量检测部输出的力量成分信号来计算第一马达控制指令作为马达控制指令，并将第一马达控制指令输出至对应的马达。第一马达控制指令是用于控制对应的马达的控制指令。
在上述训练装置中，第一指令计算部分别基于从与该第一指令计算部连接的对应的力量检测部输出的力量成分信号来计算第一马达控制指令作为马达控制指令。之后，第一指令计算部将第一马达控制指令输出至对应的马达。结果，基于从对应的第一指令计算部输出的第一马达控制指令对多个马达的每一个进行控制。
在上述训练装置中，第一指令计算部与对应的力量检测部连接。由此，第一指令计算部能够以更高的频率和精度获取对应的力量成分信号。结果，即使对操作杆施加的力量发生了变动，第一指令计算部也能够以适当的频率和精度计算与该力量的变动相应的第一马达控制指令。另外，第一指令计算部将作为马达控制指令计算出的第一马达控制指令输出至对应的马达。由此，能够追随对操作杆施加的力量的变化适当地对操作杆进行控制。
第一实施方式以及第二实施方式的训练装置还具备动作指令部(例如，动作指令部1111)、第二指令计算部(例如，1115a-3、1115b-3、1115c-3、2115a-3、2115b-3、2115c-3)、以及控制指令切换部(例如，1115a-5、1115b-5、1115c-5、2115a-5、2115b-5、2115c-5)。
动作指令部基于在训练程序中指定的训练指示，创建指示操作杆的动作的动作指令。第二指令计算部以规定的周期接收动作指令。而且，第二指令计算部基于接收到的动作指令，计算第二马达控制指令作为马达控制指令。
控制指令切换部在执行第一动作模式时输出第一马达控制指令作为马达控制指令。另一方面，在执行第二动作模式时，控制指令切换部输出第二马达控制指令作为马达控制指令。
第一动作模式是被指定为基于对操作杆施加的力量来使操作杆动作时的动作模式。第二动作模式是被指定为基于预先决定出的动作指令来使操作杆动作时的动作模式。
在第一实施方式以及第二实施方式的训练装置中，动作指令部基于所指定的训练指示来创建动作指令。另外，第二指令计算部基于以规定的周期接收到的动作指令来计算第二马达控制指令作为马达控制指令。由此，在上述训练装置中，能够基于训练指示来使操作杆动作。
另外，在第一实施方式以及第二实施方式的训练装置中，在执行基于对操作杆施加的力量使操作杆动作的动作模式(第一动作模式)时，控制指令切换部输出第一马达控制指令作为马达控制指令。
另一方面，在执行预先指定了操作杆的动作时的动作模式(第二动作模式)时，控制指令切换部输出第二马达控制指令作为马达控制指令。
由此，控制指令切换部能够根据当前执行中的动作模式，选择适当的马达控制指令。结果，上述训练装置能够根据动作模式，使操作杆适当地动作。
第一实施方式以及第二实施方式的训练装置还具备训练指示部(例如，训练指示部5)。训练指示部决定在训练装置中能够选择的训练程序中，执行第一动作模式，还是执行第二动作模式。由此，第一实施方式以及第二实施方式的训练装置能够通过根据训练程序的内容来选择适当的动作模式，使操作杆以适当的动作模式动作。
第一实施方式以及第二实施方式的训练装置还具备旋转信息输出传感器(例如，第一旋转信息输出传感器135a-1、第二旋转信息输出传感器135b-1、第三旋转信息输出传感器359-1)。旋转信息输出传感器基于马达的旋转量，对操作杆能够动作的自由度方向的操作杆的动作位置进行检测。
该情况下，第一指令计算部基于由对应的旋转信息输出传感器检测出的动作位置来计算第一马达控制指令。对应的旋转信息输出传感器是指对操作杆通过基于由该第一指令计算部计算出的第一马达控制指令控制的马达(对应的马达)而动作的自由度方向的动作位置进行检测的旋转信息输出传感器。
由此，第一指令计算部能够以能够确认操作杆的动作位置并且适当地控制马达的方式计算第一马达控制指令。
在第一实施方式以及第二实施方式的训练装置中，第一指令计算部还基于步进值来计算第一马达控制指令。步进值是决定操作杆的动作速度为最大的力量(力量成分)的值。由此，能够对执行第一动作模式时的操作杆的操作性进行调整。
在第一实施方式以及第二实施方式的训练装置中，步进值在训练程序的执行中能够发生变更。由此，在基于所施加的力量使操作杆动作时，能够适当地调整操作杆的操作性。
在第一实施方式以及第二实施方式的训练装置中，步进值由动作指令部输出。由此，能够在动作指令部中对步进值进行统一管理。
在第二实施方式的训练装置中，第一指令计算部(例如，第一指令计算部2115a-1、2115b-1、2115c-1)基于校准数据来计算力量成分值。校准数据是表示由对应的力量检测部输出的力量成分信号的信号值与在对应的力量检测部中检测出的力量成分的大小的关系的数据。该情况下，第一指令计算部基于计算出的力量成分值来计算第一马达控制指令。
由此，即使力量检测部的特性根据力量检测部的个体而不同或因训练装置的长时间使用等导致力量检测部的特性发生了变化，也能够准确地计算出对操作杆施加的力量(力量成分)。结果，能够基于实际对操作杆施加的力来计算第一马达控制指令。
在第二实施方式的训练装置中，在规定的时机，对校准数据进行更新。由此，能够保持与力量检测部的特性变动相应的校准数据。
第二实施方式的训练装置还具备漂移修正部(例如，漂移修正部2115a-71、2115b-71、2115c-71)。漂移修正部对力量检测部(对应的力量检测部)中的力量成分信号的漂移进行修正。
由此，能够对由因外部温度的变化等产生的力量检测部的特性的变化引起的力量成分信号的漂移进行修正。结果，第一指令计算部能够获取与对操作杆施加的力量(力量成分)对应的准确的力量成分值。
在第二实施方式的训练装置中，漂移修正部与对应的第一指令计算部连接。
在第二实施方式的训练装置中，漂移修正部使用校准数据，对力量成分信号的漂移进行修正。由此，漂移修正部能够以使力量成分信号与校准数据对应的方式进行漂移修正。结果，第一指令计算部能够更加准确地计算力量成分值。
(9)其它实施方式
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变更。特别是，本说明书所记载的多个实施方式以及变形例能够根据需要任意地组合。
(A)训练装置的其它实施方式
对于上述第一实施方式所涉及的训练装置100、第二实施方式所涉及的训练装置200以及第三实施方式所涉及的训练装置300分别独立地进行了记载，但并不局限于此。也可以对上述第一实施方式～第三实施方式全部进行组合来作为训练装置。即，训练装置也可以具备上述第一实施方式至第三实施方式所记载的全部的特征。
或者，也可以对上述第一实施方式所涉及的训练装置100的特征、第二实施方式所涉及的训练装置200的特征以及第三实施方式所涉及的训练装置300的特征的任意的两个训练装置的特征进行组合来作为训练装置。
(B)力量修正值的计算方法的其它实施方式
在上述第三实施方式中，力量修正部3115a-7使用修正表来计算了力量修正值。然而，并不局限于此，也可以如以下那样，力量修正部3115a-7不使用修正表而计算力量修正值。即，力量修正部3115a-7也可以不使用修正表，基于操作杆3的动作位置(倾转角度、伸缩长度)和操作杆3的重量对力量成分信号进行修正。
在力量成分值的计算中，也进行考虑操作杆3的长度的修正。例如在使操作杆3伸长的情况下和使操作杆3缩短的情况下，在对肢部支承部件31施加了相同的力的情况下，由力量检测部检测出的力量成分信号在伸长的状态下比缩短的状态下大。由于上述校准数据创建在中间长度(Lc)的状态下进行，所以若将操作杆长设为L并将基于力量成分信号的力量成分值设为F，则进行了考虑操作杆的长度的修正的力量成分信号值F′用F×Lc/L来表示。
在对重力成分的影响进行修正的情况下，目的在于排除由操作杆3本身的重量带来的影响。
首先，计算包含罩353、肢部支承部件31的操作杆3整体的重量与从该重心位置到轴支承位置的距离Lg的积GF。
接下来，在将操作杆3的相对于铅垂方向的倾转角度设为φ的情况下，能够根据(GF＊sinφ)/Lg这一式子来计算操作杆3的X轴方向以及Y轴方向的力量修正值。另外，若将罩353的重量与肢部支承部件31的重量的合计设为G，则能够计算出长度方向的力量修正值为-G＊cosφ。
并且，力量修正部3115a-7例如能够通过从根据力量成分信号计算出的力量成分值减去(或者加上)通过上述计算出的力量修正值，不使用修正表而计算修正力量成分值。
产业上的可应用性
本发明能够广泛地应用于具备由马达驱动的操作杆，并按照规定的训练程序来辅助患者的上肢以及下肢等的复健的训练装置。
附图标记说明
100、200、300…训练装置；1…固定框架；11…控制部；111…指令创建部；1111…动作指令部；1113…发送切换部；1115a、1115b、1115c…马达控制指令部；1115a-1、1115b-1、1115c-1…第一指令计算部；1115a-3、1115b-3、1115c-3…第二指令计算部；1115a-5、1115b-5、1115c-5…控制指令切换部；2115a、2115b、2115c…马达控制指令部；2115a-1、2115b-1、2115c-1…第一指令计算部；2115a-3、2115b-3、2115c-3…第二指令计算部；2115a-5、2115b-5、2115c-5…控制指令切换部；2115a-7、2115b-7、2115c-7…力量成分信号修正部；2115a-71、2115b-71、2115c-71…漂移修正部；2115a-73、2115b-73、2115c-73…校准数据存储部；3115a、3115b、3115c…马达控制指令部；3115a-1、3115b-1、3115c-1…第一指令计算部；3115a-3、3115b-3、3115c-3…第二指令计算部；3115a-5、3115b-5、3115c-5…控制指令切换部；3115a-7、3115b-7、3115c-7…力量修正部；113a、113b、113c…马达控制部；13…操作杆倾转机构；131…X轴方向倾转部件；131-1…施力部件固定部；131a、131b…轴；133…Y轴方向倾转部件；133a、133b…轴；135a…马达(Y轴方向倾转马达)；135a-1…第一旋转信息输出传感器；135b…马达(X轴方向倾转马达)；135b-1…第二旋转信息输出传感器；15a、15b…操作杆倾转机构固定部件；17…力量检测机构；171…Y轴方向力量检测部件；171a、171b…轴；173…X轴方向力量检测部件；173-1…施力部件固定部；173a、173b…轴；175…力量检测部(Y轴方向力量检测部)；177…力量检测部(X轴方向力量检测部)；179…施力部件；3…操作杆；31…肢部支承部件；33…固定支柱；35…伸缩机构；351…可动支柱；353…罩；355…螺母；357…螺杆轴；359…马达(伸缩马达)；359-1…第三旋转信息输出传感器；37…引导导轨；39…长度方向力量检测部；391…施力部件；393…伸长量检测部；5…训练指示部；7…固定部件；9…椅子；91…椅子连接部件；a…输入；b、c、d…输出；e、f…输入；g…输出。

Claims (15)

1.一种训练装置，所述训练装置是按照规定的训练程序来训练使用者的上肢及/或下肢的训练装置，具备：
操作杆，其被载置在地面上或者接近地面载置的固定框架支承为能够动作，使所保持的肢部动作；
多个马达，其基于马达控制指令，使所述操作杆在所述操作杆能够动作的自由度方向动作；
多个力量检测部，其对施加于所述操作杆的力量的在所述操作杆能够动作的自由度方向的成分亦即力量成分进行检测，并输出基于检测出的所述力量成分的大小的力量成分信号；以及
多个第一指令计算部，其与对应的力量检测部连接，在执行在所述训练程序中被指定为基于对所述操作杆施加的力量来使所述操作杆动作时的第一动作模式时基于由所述对应的力量检测部输出的所述力量成分信号，计算用于控制对应的马达的第一马达控制指令作为所述马达控制指令，并将所述第一马达控制指令输出至所述对应的马达，
所述多个马达分别绕设于所述操作杆的一端的多个轴中的对应轴使所述操作杆倾转。
2.根据权利要求1所述的训练装置，还具备：
动作指令部，其基于在所述训练程序中指定的训练指示，创建指示所述操作杆的动作的动作指令；
第二指令计算部，其以规定的周期接收所述动作指令，并基于接收到的所述动作指令来计算第二马达控制指令作为所述马达控制指令；以及
控制指令切换部，其在执行在所述训练程序中被指定为基于对所述操作杆施加的力量来使所述操作杆动作时的第一动作模式时，输出所述第一马达控制指令来作为所述马达控制指令，在执行在所述训练程序中被指定为基于预先决定出的动作指令使所述操作杆动作时的第二动作模式时，输出所述第二马达控制指令来作为所述马达控制指令。
3.根据权利要求2所述的训练装置，其中，
所述训练装置还具备训练指示部，所述训练指示部在能够选择的所述训练程序中，决定执行所述第一动作模式，还是执行所述第二动作模式。
4.根据权利要求2或3所述的训练装置，其中，
所述训练装置还具备旋转信息输出传感器，所述旋转信息输出传感器基于所述马达的旋转量，对所述操作杆能够动作的自由度方向的所述操作杆的动作位置进行检测，
所述第一指令计算部基于由对应的旋转信息输出传感器检测出的所述动作位置来计算所述第一马达控制指令。
5.根据权利要求2或3所述的训练装置，其中，
所述第一指令计算部基于决定所述操作杆的动作速度为最大的所述力量的步进值，计算所述第一马达控制指令。
6.根据权利要求5所述的训练装置，其中，
所述步进值能够在所述训练程序的执行中发生变更。
7.根据权利要求5所述的训练装置，其中，
所述步进值由所述动作指令部输出。
8.根据权利要求6所述的训练装置，其中，
所述步进值由所述动作指令部输出。
9.根据权利要求1所述的训练装置，其中，
所述多个第一指令计算部基于表示所述力量成分信号的信号值与在所述对应的力量检测部中检测出的所述力量成分的大小的关系的校准数据来计算力量成分值，并基于所述力量成分值来计算所述第一马达控制指令。
10.根据权利要求9所述的训练装置，其中，
所述校准数据在规定的时机进行更新。
11.根据权利要求9或10所述的训练装置，其中，
所述训练装置还具备漂移修正部，所述漂移修正部对所述力量检测部中的所述力量成分信号的漂移进行修正。
12.根据权利要求11所述的训练装置，其中，
所述漂移修正部与对应的第一指令计算部连接。
13.根据权利要求11所述的训练装置，其中，
所述漂移修正部使用所述校准数据，对所述力量成分信号的漂移进行修正。
14.根据权利要求12所述的训练装置，其中，
所述漂移修正部使用所述校准数据，对所述力量成分信号的漂移进行修正。
15.一种力量成分信号的修正方法，所述力量成分信号的修正方法是具备使所保持的使用者的上肢及/或下肢动作的操作杆、基于马达控制指令，使所述操作杆在所述操作杆能够动作的自由度方向动作的多个马达、以及对施加于所述操作杆的力量的在所述操作杆能够动作的自由度方向的成分亦即力量成分进行检测并输出基于检测出的所述力量成分的大小的力量成分信号的力量检测部的训练装置中的所述力量成分信号的修正方法，包括：
在未对所述操作杆施加力而将所述操作杆保持在基准位置的状态下，从所述力量检测部多次获取所述力量成分信号的步骤；
计算所述多次获取到的所述基准位置处的所述力量成分信号的平均值与预先决定出的所述操作杆处于所述基准位置时的所述力量成分信号的差量来作为漂移修正值的步骤；以及
对由所述力量检测部获取到的力量成分信号考虑所述漂移修正值而修正所述力量成分信号的步骤,
所述多个马达分别绕设于所述操作杆的一端的多个轴中的对应轴使所述操作杆倾转。
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