JP4811868B2 - 上肢手指機能回復訓練装置 - Google Patents
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Description
前記第1リンク機構の第1〜3リンクアーム部が、前記第1〜3装着部を介して拇指に装着された際、前記第1装着部、前記第1リンクアーム部、前記第2装着部と拇指で囲まれる第1閉ループと、前記第2装着部、前記第2リンクアーム部、前記第3装着部と拇指で囲まれる第2閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする。
特許文献1の技術では、第5装着部と前記第4リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されていないため、構造が複雑になり、大型化する問題があったが、請求項4の発明では、第5装着部と前記第4リンクアーム部の基端が同軸にて連結されている結果、第3閉ループに相当するループと第4閉ループに相当する閉ループとは、第3閉ループと第4閉ループとが干渉しないため、指のPIP関節の動作支援を行う可動モータを独立して制御することが実現できる。又、第2リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
以下、本発明を具体化した上肢手指リハビリシステムに使用される上肢手指機能回復訓練装置に具体化した第1実施形態を図1〜23を参照して説明する。
上肢手指リハビリシステム1は患者CKの正常な運動機能を有する肩から指先までの健側上肢手指6を被覆するように装着され、患者CKの意志により動かされる健側上肢手指6の動きを検出可能な運動検出装置2と、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指5に装着され、患側上肢手指5を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置4を備える。以下、上肢手指機能回復訓練装置を単に回復訓練装置という。そして、上肢手指リハビリシステム1は、運動検出装置2及び回復訓練装置4と電気的に接続され、健側上肢手指6の動きに対応させて、患側上肢手指5の動きを制御する制御装置3を有している。
回復訓練装置4は、図1に示すように支持台30に設けられた前腕の回内・回外を支援する前腕動作支援機構100と、手関節の屈曲・伸展を支援する手関節動作支援機構200と、拇指の動作を支援する拇指動作支援機構300と、拇指以外の第2〜4指のそれぞれの動作を支援する指動作支援機構400等を備えている。これらの前腕動作支援機構100,手関節動作支援機構200,拇指動作支援機構300,指動作支援機構400等により前記訓練機構部23が構成されている。なお、前腕の回内・回外とは、図23(a)に示すように前腕Hzを前方へ突き出した状態で人体側に回転する動作を回内、その反対側に回転する動作を回外という。又、手関節の屈曲・伸展は、図23(b)に示すように手首Hnを反らせる動きを伸展、手首Hnを伸展と反対側に曲げる場合を屈曲という。
前腕動作支援機構100について説明する。
図1、2に示すように支持台30上面には前腕位置規制部31が設けられている。前腕位置規制部31は支持台30上面に固定された半円弧状をなす下部ホールド部材32と、下部ホールド部材32の両端上部に回動自在にそれぞれ取付されるとともに四半円弧状をなす一対の上部ホールド部材33,34とにより構成されている。上部ホールド部材33,34は、上部に設けられたパッチン錠35が施錠されることにより閉じられた状態で保持可能となっている。そして、上部ホールド部材33,34が閉じられた状態では、図2に示すように下部ホールド部材32、上部ホールド部材33,34の内周面32a,33a,34aにより断面円状の腕保持面が形成され、前腕を差し入れた際に前腕の左右、上下方向の位置規制を行う。以後、前記断面円状の腕保持面の曲率中心を通過する中心線にはOの符号を付す。
又、底壁43の内面にはガイド溝46が凹設されて左右の両端に向かって円弧状に延出されている。ガイド溝45,46は、ガイド部に相当するとともに可動ガイド体41が中心線Oを回動中心として回動した際に、円弧状の軌跡を描く。
次に、可動ガイド体41と前腕支持体47を作動する機構について説明する。
図2,図3に示すように支持台30内において、下部には第1駆動モータとしての前腕支援用モータ52が設けられている。又、支持台30内において、中央の下部及び上部には主軸53、及び副軸54が回動自在に支持されている。
そして、第2駆動力伝達機構K2が前腕支持体47に付与する回転量(すなわち作動角度)が、第1駆動力伝達機構K1が可動ガイド体41に付与する回転量(すなわち作動角度)よりも多くなるように、プーリ66の径はプーリ56よりも大径にされるとともに、ギヤ61,64、セクタギヤ44,アームギヤ50の歯数の関係が設定されている。本実施形態では、図13(a)〜(f)に示すように可動ガイド体41及び前腕支持体47が回転するように前記プーリ66の径はプーリ56よりも大径にされるとともに、ギヤ61,64、セクタギヤ44,アームギヤ50の歯数の関係が設定される。
次に手関節動作支援機構200を図1、図14〜16を参照して説明する。
ここで、まず人間の手関節について説明する。人間の手関節は、図23(b)に示す屈曲・伸展と、図23(c)に示す橈屈・尺屈、及び図23(a)に示す前腕の回内・回外(ひねり)の動きがある。手指のリハビリでは、手関節の屈曲・伸展と前腕の回内・回外(ひねり)の運動の効果が大きい。手関節動作支援機構200は、手関節の屈曲・伸展の動作の補助、すなわち支援のために機能する。又、前記前腕動作支援機構100は、前腕の回内・回外(ひねり)の支援のために機能する。
次に、指動作支援機構400を図1、図14、図15、図17及び図18を参照して説明する。
支持側壁406に設けられた揺動連結部412は、一方向に延出されるとともに支持側壁406に対して揺動自在に支持された軸体412aと、軸体412aに対し直交する方向に設けられ、かつ回動自在に支持されるとともに第5リンクアーム部414の後部リンク414bに一体に連結された軸体412bを有する。
ここで、指動作支援機構400における指関節角度θf1、θf2と指動作支援機構関節角度θ1,θ5との関係について説明する。
上記のことから、指関節角度θf1、θf2と指動作支援機構関節角度θ1,θ5には次式(「数1」)が成立する。
次に、拇指動作支援機構300を図1、図16、図19、及び図20を参照して説明する。
拇指動作支援機構300は、ブラケット90に取付けされた第1支持本体310と、第1支持本体310に支持された第3リンクアーム部312と、第3リンクアーム部312の一端に連結された第2リンクアーム部314と、第2リンクアーム部314の一端に連結された第1リンクアーム部316とを有する。このように第1リンクアーム部316、第2リンクアーム部314及び第3リンクアーム部312は直列に接続されて第1リンク機構を構成し、それぞれがリンクアーム部に相当する。
第2リンクアーム部314は、図19に示すように、中間部としての略中央近傍に位置する第2曲折部324によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク314aと後部リンク314bとから構成されている。
ここで、拇指動作支援機構300において、拇指における指関節角度θf1、θf2と指動作支援機構関節角度θ1,θ5との関係について説明する。
従って、拇指動作支援機構300においても、上記のことから、指関節角度θf1、θf2と指動作支援機構関節角度θ1,θ5には前記式(「数1」)が成立する。
(1) 本実施形態の回復訓練装置4は、拇指動作支援機構300を備えるようにした。そして、拇指動作支援機構300は、拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部の各部位にそれぞれ装着される第1装着部320、第2装着部322、第3装着部328を有する第1リンク機構を備えるようにした。又、拇指動作支援機構300は第1支持本体310と、第1リンク機構と第1支持本体310にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して拇指の各関節を可動する第1可動モータ326、第2可動モータ307、第3可動モータ330を備えるようにした。さらに、拇指動作支援機構300は、第1支持本体310を回転する第4可動モータ94を備えるようにした。そして、拇指動作支援機構300は、第4可動モータ94を回転することにより第1リンク機構が頂点を第1支持本体310に固定した円錐運動をなし、第1支持本体310に設けられた第3可動モータ330を回転することにより第1リンク機構が円錐運動の頂角を変えるようにした。
(4) 本実施形態では、指動作支援機構400は、先端に第4装着部420が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第3曲折部418によって曲折自在に形成される第4リンクアーム部416を備えるようにした。又、指動作支援機構400は、先端に第5装着部422と第4リンクアーム部416の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第4曲折部424によって曲折自在に形成される第5リンクアーム部414を備える。
この結果、本実施形態では、各装着部に設けられた力覚センサ430,432により指関節の運動時に生ずる力の検出ができる。これらの力覚センサにより、拇指や或いは指の関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらの力覚センサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
次に、第2実施形態を図24〜29を参照して説明する。第2実施形態は、拇指動作支援機構300の一部の構成が第1実施形態と異なっているだけであるため、拇指動作支援機構300の構成を中心にして説明する。なお、第1実施形態と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
ガイド体350の外周面の両端には、従動プーリ353を支持する軸受354と、内外転用可動モータとしての第3可動モータ355を支持する軸受356とがそれぞれ固定されている。第3可動モータ355の出力軸には、駆動プーリ357が固定されている。
(1) 本実施形態の回復訓練装置4の拇指動作支援機構300は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第1支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第1支持本体ガイド体としてのガイド体350を備えている。そして、第1支持本体352は、内外転用可動モータとしての第3可動モータ355に回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置するようにした。
○ 前記実施形態では、4つの指動作支援機構400を使用したが、1〜3個で使用するようにしてもよい。
30…支持台、
41…可動ガイド体、
45,46…ガイド溝(ガイド部)、
47…前腕支持体、
52…前腕支援用モータ(第1駆動モータ)、
71…手関節モータ(第2駆動モータ)、
76…ギヤ体(移動部材)、
94…第4可動モータ(内外転用可動モータ)、
100…前腕動作支援機構、
200…手関節動作支援機構、
300…拇指動作支援機構、
307…第2可動モータ(第1リンク機構用可動モータ)、
326…第1可動モータ(第1リンク機構用可動モータ)、
330…第3可動モータ(第1リンク機構用可動モータ)、
400…指動作支援機構、
407…第6可動モータ(第2リンク機構用可動モータ)、
408…第7可動モータ(第2リンク機構用可動モータ)、
414…第5リンクアーム部、
416…第4リンクアーム部(第5リンクアーム部414とともに第2リンク機構を構成する。)
418…第3曲折部、
420…第4装着部(装着部)、
422…第5装着部(装着部)、
424…第4曲折部
426…第5可動モータ(第2リンク機構用可動モータ)、
410…第2支持本体、
K1…第1駆動力伝達機構、
K2…第2駆動力伝達機構、
R1…閉ループ(第4閉ループ)、
R2…閉ループ(第3閉ループ)、
O…中心線(回転中心線)
Claims (9)
- 運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指に装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置において、
拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第1リンク機構と、
前記第1リンク機構を回動自在に支持する第1支持本体と、
前記第1リンク機構と前記第1支持本体にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記拇指の各関節を可動する複数の第1リンク機構用可動モータと、
前記第1支持本体を回転する内外転用可動モータとを含む拇指動作支援機構を備え、
前記内外転用可動モータを回転することにより前記第1リンク機構が頂点を前記第1支持本体に固定した円錐運動をなし、前記第1支持本体に設けられた第1リンク機構用可動モータを回転することにより前記第1リンク機構が前記円錐運動の頂角を変えることを特徴とする上肢手指機能回復訓練装置。 - 前記第1リンク機構の複数の装着部は、前記拇指の末節部に装着される第1装着部と、前記拇指の基節部に装着される第2装着部と、前記拇指の中手骨部に装着される第3装着部とを含み、
前記第1リンク機構の複数のリンクアーム部は、
先端に前記第1装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第1曲折部によって曲折自在に形成される第1リンクアーム部と、
先端に前記第2装着部と前記第1リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第2曲折部によって曲折自在に形成される第2リンクアーム部と、
先端に前記第2リンクアーム部の基端が回動自在に連結され、前記第3装着部が取付けされた第3リンクアーム部を含み、
前記第1リンク機構の第1〜3リンクアーム部が、前記第1〜3装着部を介して拇指に装着された際、
前記第1リンクアーム部と拇指のIP関節を含む第1閉ループと、
前記第2リンクアーム部と拇指のMP関節を含む第2閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする請求項1に記載の上肢手指機能回復訓練装置。 - 前記拇指動作支援機構は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第1支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第1支持本体ガイド体を備え、
前記第1支持本体は、前記内外転用可動モータに回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の上肢手指機能回復訓練装置。 - さらに、拇指以外の指の動作を支援する指動作支援機構を少なくとも1つ有し、
前記指動作支援機構は、
該指の基節部、及び中節部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第2リンク機構と、
前記第2リンク機構を回動自在に支持する第2支持本体と、
前記第2リンク機構と前記第2支持本体にそれぞれ設けられ、第2リンク機構の各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記指の各関節を可動する複数の第2リンク機構用可動モータを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載の上肢手指機能回復訓練装置。 - 前記第2リンク機構の複数の装着部は、前記指の中節部に装着される第4装着部と、前記指の基節部に装着される第5装着部とを含み、
前記第2リンク機構の複数のリンクアーム部は、
先端に前記第4装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第3曲折部によって曲折自在に形成される第4リンクアーム部と、
先端に前記第5装着部と前記第4リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第4曲折部によって曲折自在に形成される第5リンクアーム部を含み、
前記第2リンク機構の第4,5リンクアーム部が、前記第4,5装着部を介して指に装着された際、
前記第4リンクアーム部と指のPIP関節を含む第3閉ループと、
前記第5リンクアーム部と指のMP関節を含む第4閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする請求項4に記載の上肢手指機能回復訓練装置。 - 運動機能の回復訓練を要する患側の前腕に装着する前腕動作支援機構と、手関節動作支援機構とを有し、
前記前腕動作支援機構は、
前記前腕を通す部位を有するとともに支持台に対して往復回動自在に支持されて、該部位に通される該前腕の回内・回外を支援する前腕支持部と、前記前腕支持部を回動駆動する第1駆動モータと含み、
前記手関節動作支援機構は、
前記第1リンク機構の第1支持本体と前記第2リンク機構の第2支持本体を支持するとともに、該第1支持本体と第2支持本体を該前腕支持部の回転中心線を含む面に沿って往復移動可能に、前記前腕支持部に対して、往復移動自在に支持された移動部材と、
該移動部材を前記往復移動のために駆動する第2駆動モータとを含むことを特徴とする請求項5に記載の上肢手指機能回復訓練装置。 - 前記手関節動作支援機構には、前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出を行う第1トルクセンサと、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出を行う第2トルクセンサが設けられたことを特徴とする請求項6に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
- 前記前腕支持部は、
円弧状に延びるガイド部を有するとともに、前記支持台に対して回転自在に支持されて前記ガイド部が円弧状の軌跡を有するように移動可能な可動ガイド体と、
前記可動ガイド体のガイド部にてガイドされて回転自在に支持されるとともに前記前腕を通す部位が断面凹状をなす前腕支持体とにより構成され、
前記第1駆動モータと前記可動ガイド体間及び前記第1駆動モータと前記前腕支持体間には、それぞれ前記可動ガイド体と前腕支持体に対して同方向の回転量を付与する第1及び第2駆動力伝達機構が設けられ、
前記第2駆動力伝達機構の前記前腕支持体に付与する回転量は、前記第1駆動力伝達機構の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くしたことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の上肢手指機能回復訓練装置。 - 前記各装着部には、力覚センサが設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちいずれか1項に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
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