JP5083553B2

JP5083553B2 - 手拇指運動支援装置

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Publication number: JP5083553B2
Application number: JP2008070421A
Authority: JP
Inventors: 晴久川▲崎▼; 聡伊藤; 稔大橋; 裕西本; 基幸安倍; 康彦石榑; 淳水元
Original assignee: Gifu University
Current assignee: Gifu University
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: JP2009219804A

Description

本発明は、手拇指運動支援装置に関し、特に、運動機能の回復訓練(リハビリテーション)を要する上肢の患側の拇指を他動的に回転運動させることができる手拇指運動支援装置に関する。

従来、脳卒中等の脳外科系疾患や、災害事故で人体に大きな衝撃が加わった場合の脊髄損傷等により、身体(主に手足)の一部の運動機能が著しく低下したり、麻痺により損なわれたりすることがある。特に脳卒中等の脳外科系疾患の場合、全身の運動機能の全てが損なわれるのではなく、いずれか一方の半身(左半身若しくは右半身)の運動機能が損なわれることが多い。なお、医療関係者の間では正常な運動機能を有する半身側を「健側」、運動機能が低下し機能回復訓練の必要な半身側を「患側」と呼称するので、本明細書中でもこの用語を使用する。

いずれか一方の半身の運動機能が低下した患者は、損なわれた機能に応じた種々のリハビリテーション(機能回復訓練)の実施が有効である。このリハビリテーションは、専門医或いは理学療法士等の医療スタッフが在籍する医療施設で行われることが多い。該医療施設では、患者の運動機能の状況に応じたリハビリテーションプログラムに沿って最適なリハビリテーションを実施する。

前述したリハビリテーションの場合、患者は医療スタッフが常駐する専用の医療施設へ通院する必要がある。このため、１日に何回もリハビリテーションを受けることが難しくなり、回復に遅れを生じたり、若しくは回復し得なくなったりすることがある。そこでリハビリテーションに関しては、患者が一人で手軽に、一日に何回でも、できれば自宅で行うことができる装置があることが好ましい。

ところで、上肢運動すなわち、肩、肘、及び手関節の動作を補助するリハビリテーション機器は、開発例が多くあり、製品化もなされている。一方、手指のリハビリテーション機器は、５本の指の全ての関節を一度に屈曲伸展させるＣＰＭ装置しか製品化されていないのが現状である。

そこで、出願人は、既に特許文献１の上肢手指リハビリシステムを提案している。このシステムは、脳卒中のように例えば右側半分といったような、左右のどちらか一方の半身に疾患が現れる場合、正常な健側の運動をもとに、患側の訓練運動を教示するように左右対称マスタ−スレーブ型の上肢手指リハビリシステムである。このシステムに使用されている上肢手指機能回復訓練装置に患側の手指を付けることにより健側上肢手指の運動と同じ運動を他動的に患側上肢手指に対して無理なく行わせることができる。

なお特許文献２は、ロボット型ハンドを用いて脳機能障害による手指の運動機能異常を計測し、手指運動軌跡と脳波活動状態をモニタすることによって、身体障害の程度を予測して、回復訓練プログラムの作成等を行うものであるが、上肢手指、特に拇指に取り付けされる動作支援機構の具体的な構成に関しては何ら開示がされていない。
特開２００４−２６７２５４号公報特開２００３−５６９号公報

しかしながら、特許文献１の上肢手指機能回復訓練装置では、拇指と拇指以外の他の４本の指に夫々取着される動作支援機構はいずれも同じ構成となっており、拇指の対立運動が考慮されていないため、拇指の運動が制限され、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が困難である問題があった。

そこで本件の出願人は、拇指の運動を制限することなく、小物を摘んだり物を操作したりする拇指に特有の運動を患側の上肢手指に付与し得る上肢手指機能回復訓練装置を、特願２００６−２４８４１６号として既に出願した。この既出願の発明に係る訓練装置は、拇指に有効な対立運動の動作支援をなし得るものであって、従来の装置では実現し得なかったところを実用化した点において優れたものである。

しかし、拇指の拇指ＣＭ関節(拇指手根中手関節)を中心として半円錐状に内外転運動させると有効である、という運動補助の観点からは改良の余地がある。すなわち、手指の中でも拇指は、物を摘んだり操作したりする場合に、他の４つの指に較べて特殊な運動を行うようになっている。例えば図１３に示す如く、外科学的に手の拇指Ｆ１の骨構造は、先端側から内側に向けて末節骨Ｂａ、基節骨Ｂｃ、中手骨Ｂｄとからなり、中手骨Ｂｄは、手根骨Ｂｅに拇指ＣＭ関節Ｊを介して接がっている。このため拇指Ｆ１は、前記拇指ＣＭ関節Ｊを頂点とする円錐状の回転範囲(可動領域)が大きく、物を他の指との間に摘んだり操作したりする等の細かい動作に容易に対応し得るものである。

逆に言えば手の拇指Ｆ１は、他の４つの指Ｆ２〜Ｆ５より摘み動作等での働きの重要度が大きく、従って拇指Ｆ１の動きに障害を生じたときは日常の手による諸動作での不便が一層増大するものである。そこで、拇指Ｆ１の機能回復のためのリハビリテーション訓練では、図１４に実線で示すように、前記拇指ＣＭ関節Ｊを頂点として仮想される半円錐状の内外転運動(内転運動および外転運動)を拇指Ｆ１に与えるのが効果的である。

本発明の目的は、手の拇指の機能回復のためにリハビリテーション訓練を施すに際し、前記拇指に半円錐状の内外転運動を他動的に与え得る手拇指運動支援装置を提供することにある。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、
拇指のリハビリテーションを要する上肢の前腕を支持する前腕支持台と、
前記前腕支持台の前方下部に設けた固定部材をリンク片の１つとし、該固定部材に枢支されて昇降傾動し得る第１リンク機構と、
前記第１リンク機構における１つのリンク片に一体的に設けたリンク片と第１リンク機構に変位的に枢着したリンク片とを備え、両リンク片の端部にアタッチメント用リンク片を枢着した第２リンク機構と、
前記アタッチメント用リンク片に取付けられ、拇指に装着される拇指アタッチメントと、
前記第１リンク機構を昇降傾動させてリンク変形させると共に、このリンク変形に伴ない前記第２リンク機構もリンク変形させて、前記拇指アタッチメントに半円錐状の回転運動を与える作動手段とを備えることを要旨とする。

従って、請求項１に係る発明によれば、作動手段により前記固定部材に枢支した第１リンク機構に昇降傾動を与えてリンク変形させ、該第１リンク機構に連携している第２リンク機構も変形させることで、拇指アタッチメントに半円錐状の回転運動を付与することができる。すなわち、拇指アタッチメントにより保持された患者の拇指を、拇指ＣＭ関節を頂点とする半円錐状の内外転運動によるリハビリテーション支援運動を与えて、該拇指の対立運動の動作支援を他動的に行なうことができる。なお、拇指の半円錐状の内外転運動は、前記作動手段の正転・逆転制御により所要時間毎に反復される。

請求項２に記載の発明は、前記第２リンク機構における２つのリンク片は、リハビリテーションを要する他の手指との干渉を回避し得る方向へ湾曲して、手部の通過を許容する空間を確保しつつ前記拇指アタッチメントを該手部の上方へ位置させていることを要旨とする。
従って、請求項２に係る発明によれば、拇指アタッチメントが取付けられる側となる第２リンク機構の２つのリンク片を湾曲させることにより、他の手指との干渉を回避し得る。殊に、拇指以外の他の４指についても、そのリハビリテーション支援運動を付与する機構を設けるときは、第２リンク機構のリンク片が湾曲しているために干渉することがなく、設計の自由度を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、前記作動手段はモータであって、該モータに所定の時間間隔で正転・逆転制御を与えることで、前記固定部材に枢支した前記第１リンク機構を反復的に昇降傾動させることを要旨とする。
従って、請求項３に係る発明によれば、作動手段として採用したモータの回転を、固定部材に枢支した第１リンク機構に歯車伝達すると共に、前記モータを間欠的に正転・逆転させることで、第１リンク機構に対して上昇傾動・下降傾動を反復的に与えることができる。

請求項４に記載の発明は、前記第１リンク機構の反復的な昇降傾動により、前記拇指アタッチメントには拇指ＣＭ関節を頂点として仮想される半円錐状の往復回転が付与されることを要旨とする。
従って、請求項４に係る発明によれば、患側の拇指を保持する拇指アタッチメントには、第１リンク機構に反復される昇降傾動により外科学上に言う拇指ＣＭ関節を頂点とする半円錐状の回転運動が与えられるため、拇指に有効な対立運動の動作支援が行われる。

請求項５に記載の発明は、前記２つのリンク片のアタッチメント用リンク片への各枢支位置が相互に偏位させてあり、これにより前記拇指アタッチメントには、該拇指アタッチメントに設けた拇指取付具が常に前記半円錐状の回転運動の中心を向くよう姿勢変位しながら、半円錐状の回転が生起されることを要旨とする。
従って、請求項５に係る発明によれば、第２リンク機構のリンク片は、拇指アタッチメントが取付けられるアタッチメント用リンク片への枢支位置を相互に偏位させてある。すなわち、両リンク片がリンク変形するに際し、一方のリンク片の枢支位置が他方のリンク片の枢支位置より偏位している結果として、拇指アタッチメントに設けた拇指取付具が常に半円錐状の回転運動の中心を向くよう姿勢変位させる円錐状の回転が拇指アタッチメントに生起される。

請求項６に記載の発明は、手部に装着されるグローブと、
前記グローブの前記拇指アタッチメントと対応する位置に設けられ、拇指アタッチメントに設けた拇指取付具に分離可能に保持される保持部と、
前記グローブに取付けられ、このグローブに収容した前記拇指に該グローブを固定する指固定部材とを備え、
前記手部に装着した前記グローブの保持部を前記拇指アタッチメントの拇指取付具に取付け、前記拇指を該拇指アタッチメントに保持させることを要旨とする。
従って、請求項６に係る発明によれば、手部に装着したグローブにより、拇指が拇指アタッチメントに保持される。そして、指固定部材により拇指にグローブが固定されるので、手拇指運動支援装置による拇指の運動動作支援中に拇指が拇指アタッチメントからずれることがない。また、指固定部材を外すことで、グローブが拇指アタッチメントに取付けられた状態でも、手部を該グローブから取外すことができる。

本発明に係る手拇指運動支援装置によれば、手の拇指の機能回復のためにリハビリテーション訓練を施すに際し、第１リンク機構および第２リンク機構を作動手段でリンク変形させることで、前記拇指を保持する拇指アタッチメントに半円弧状の回転運動を付与し、これにより拇指に半円錐状の内外転運動を他動的に与えることができる。

次に、本発明に係る手拇指運動支援装置について、添付図面を参照しながら、以下説明する。

(実施例)
図１は、実施例の手拇指運動支援装置１６を備えた上肢手指機能回復訓練装置１０の全体斜視図であり、また図３は、上肢手指機能回復訓練装置１０に上肢Ａの前腕Ａ１を保持した状態を示した平面図である。前記上肢手指機能回復訓練装置１０は、図１に示すように、前腕Ａ１の回内・回外運動を支援する前腕運動支援装置１２と、手関節Ｗの伸展・屈曲運動を支援する手関節運動支援装置１４と、拇指Ｆ１の屈曲運動および半円錐状の内外転運動を支援する実施例の手拇指運動支援装置１６と、拇指Ｆ１以外の４本の指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５の屈曲運動を支援する手指運動支援装置１８とを備えている(但し図３では、手関節運動支援装置１４および手指運動支援装置１８は省略してある)。そこで先ず、上肢手指機能回復訓練装置１０の全体構成につき、図１を引用しながら概略説明する。なお、説明の便宜上、前腕運動支援装置１２に前腕Ａ１を挿通させる側を上肢手指機能回復訓練装置１０の後側、手先側を前側と指称し、前側から見て左方向を上肢手指機能回復訓練装置１０の左側、右方向を右側と指称する。従って図１は、右斜め前から上肢手指機能回復訓練装置１０を見た斜視図である。

前述した前腕Ａ１の回内・回外運動とは、前腕Ａ１を前方へ突き出した状態で手部Ｈを左側または右側に回転させる運動であり(図３参照)、手部Ｈを体幹側へ回転する動作を回内運動といい、手部Ｈを体幹と反対側へ回転する動作を回外運動という。前腕Ａ１の回内・回外運動を支援する前記前腕運動支援装置１２は、図１〜図４に示すように、支持板２０の上面に配設された前腕支持台２２を備えている。この前腕支持台２２には、手指のリハビリテーションを要する患側の上肢Ａにおける前腕Ａ１を周囲から保持する前腕保持部材２４と、半円筒状に形成されて周方向への回転が可能に配設された前腕支持体２６と、前腕支持体２６を回転させる駆動手段(図示せず)等が配設されている。すなわち、駆動手段により前腕支持体２６を周方向へ所定角度(１５０〜１８０度)に回動させることにより、前腕保持部材２４に保持した前腕Ａ１を、手の平が下方を指向した状態および手の平が上方を指向した状態の間で回転させて、該前腕Ａ１に前記回内運動および回外運動を付与し得る。

前述した手関節Ｗの伸展・屈曲運動とは、手首を反らせる運動であり(図３参照)、手部Ｈを手の平側へ曲げるように手首を反らせる動作を伸展運動といい、手部Ｈを手の甲側へ曲げるように手首を反らせる動作を屈曲運動という。手関節Ｗの前記伸展・屈曲運動を支援する前記手関節運動支援装置１４は、図１に示すように、前記前腕支持台２２の左右両側から水平前方へ延出した一対の支持アーム２８,２８と、両支持アーム２８,２８の先端に枢支された一対の旋回アーム３０,３０と、両旋回アーム３０,３０の自由端間に架設されて前記手指運動支援装置１８および手拇指運動支援装置１６が設置される支持フレーム３２とを備えている。また、前腕支持台２２の右側部には、前記右側の旋回アーム３０に連係された駆動モータ３４が配設され、この駆動モータ３４の駆動により、右側の旋回アーム３０を前記右側の支持アーム２８に対して旋回運動させるようになっている。このように構成された手関節運動支援装置１４は、両旋回アーム３０,３０が垂直下方を指向した状態(図１の状態)が中立位置とされ、前記駆動モータ３４を正転・逆転制御により、両旋回アーム３０,３０が水平前方へ延出した状態および両旋回アーム３０,３０が水平後方へ延出した状態まで回転する。すなわち、駆動モータ３４により両旋回アーム３０が前後方向へ約１８０度回転し、これにより前腕支持台２２の前方に位置する手関節Ｗに前記伸展運動および屈曲運動を付与し得る。

次に、実施例の手拇指運動支援装置１６について、図２〜図１０を引用して詳細に説明する。実施例の手拇指運動支援装置１６は、前記前腕支持台２２の前方下部に設けた第１リンク機構４０と、前記第１リンク機構４０に連結された第２リンク機構４２と、前記第２リンク機構４２に取付けた拇指アタッチメント４４と、前記第１リンク機構４０に連係された作動手段としてのサーボモータ４６とを備えている。すなわち、実施例の手拇指運動支援装置１６は、前記サーボモータ４６の正転・逆転制御により、前記第１リンク機構４０を昇降傾動させてリンク変形させると共に、該第１リンク機構４０のリンク変形に伴なって前記第２リンク機構４２をリンク変形させ、これにより前記拇指アタッチメント４４に半円錐状の回転運動を付与する。

前記第１リンク機構４０は、図２〜図１０に示すように、前記前腕支持台２２の前方下部において前記支持フレーム３２の上面に立設固定される固定部材４８を第１リンク片とし、該固定部材４８に枢支されて昇降傾動する。すなわち第１リンク機構４０は、支持フレーム３２の定位置に固定される第１リンク片４８と、前記第１リンク片４８に第１ピン５０を介して枢着される第２リンク片５２と、前記第２リンク片５２に第２ピン５４を介して枢着される第３リンク片５６と、一端を第３ピン５８を介して前記第３リンク片５６に枢着され、他端を第４ピン６２を介して前記第１リンク片４８に枢着される第４リンク片６０とで構成されている。

第２リンク片５２および第４リンク片６０は細長のレバー状部材であって、図２に示すように、第２リンク片５２における前記第１ピン５０と前記第２ピン５４との間隔は、第４リンク片６０における前記第３ピン５８と前記第４ピン６２との間隔と同一に設定されている。また、前記第１リンク片４８における前記第１ピン５０と前記第４ピン６２との間隔は、前記第３リンク片５６における前記第２ピン５４と前記第３ピン５８との間隔と同一に設定されている。従って、第１リンク機構４０は所謂平行リンクであり、第３リンク片５６は常に第１リンク片４８と平行に保持され、また第２リンク片５２と第４リンク片６０も常に平行に保持される。

前記サーボモータ４６は、図５〜図１０に示すように、出力軸を前記第２リンク片５２側に延出した状態で前記固定部材４８の上部に前側から取付けられ、前記出力軸には第１ギア６４が取付けられている。また、前記第１ギア６４に噛合する第２ギア６６が、前記第２リンク片５２に回転不能に固定した状態で前記第１ピン５０に枢支されている。従って、前記サーボモータ４６に所定の時間間隔で正転・逆転制御を与えることで、第１ギア６４および第２ギア６６を介して該サーボモータ４６の駆動力が前第２リンク片５２に伝達され、これにより第２リンク片５２が前記第１ピン５０を中心として揺動する。これにより第１リンク機構４０は、約４５度の右下がり状態(図５および図９)および略垂直状態(図８および図９)の間で反復的に昇降傾動する。すなわち、第１リンク機構４０が反復的に昇降傾動すると、固定されている第１リンク片(固定部材)４８に対して、第２リンク機構４２が連結された第３リンク片５６側が昇降する。なお、第２リンク片５２の第３リンク片５６側と反対側の端部および第４リンク片６０の第３リンク片５６側と反対側の端部には、図２に示すように、バランスウェイト６８,６８が夫々装着されている。

前記第２リンク機構４２は、図２〜図１０に示すように、前記第２ピン５４が枢着される側の前記第２リンク片５２の延長部７０に第５ピン７２を介して枢着される第５リンク片７４と、前記第３リンク片５６に一体的に設けられて前記第５リンク片７４と対をなす第６リンク片７６と、一端を第５リンク片７４に第６ピン７８を介して枢着され、他端を第６リンク片７６に第７ピン８０を介して枢着される第７リンク片(アタッチメント用リンク片)８２とで構成されている。そして、第７リンク片８２に、前記拇指アタッチメント４４が取付けられる。

第５リンク片７４および第６リンク片７６は、各図に示すように、リハビリテーションを要する手部Ｈおよび他の手指との干渉を回避し得る方向、すなわち装置１０の右方向へ突出するよう湾曲した半円弧状に形成され、リンク動作時に手指との回避しながら前記拇指アタッチメント４４を該手部Ｈの上方へ位置させ得るようになっている。そして、図５に示すように、第２ピン５４と第７ピン８０とを結ぶ直線上での間隔は、第５ピン７２と第６ピン７８とを結ぶ直線上での間隔と同一に設定されている。また、延長部７０における第２ピン５４と第５ピンとの間隔は、前記第７リンク片８２における前記第６ピン７８と前記第７ピン８０との間隔と同一に設定されている。従って、第２リンク機構４２は所謂平行リンクであり、第７リンク片８２は常に延長部７０と平行に保持される。

拇指アタッチメント４４は、図１〜図４に示すように、第２リンク機構４２における前記第７リンク片８２に取付けられる。具体的に拇指アタッチメント４４は、前記第７リンク片８２にボルト８４,８４を利用して取付けられるブラケット８６と、このブラケット８６に回転可能に連結された第３アーム部９２と、第３アーム部９２に回転可能に連結された第２アーム部９０と、第２アーム部９０に回転可能に連結された第１アーム部８８とを備える。これら第１〜第３の各アーム部８８,９０,９２は、互いに回転可能に連結された後アーム８８Ｂ,９０Ｂ,９２Ｂおよび前アーム８８Ａ,９０Ａ,９２Ａを備えている。

前記第１アーム部８８の前アーム８８Ａ先端には、拇指Ｆ１の前記末節骨Ｂａに対応する末節骨部Ｆａ(図１３参照)を保持する第１拇指取付具９４が回転可能に配設されている。前記第２アーム部９０の前アーム９０Ａ先端には、拇指Ｆ１の前記基節部Ｂｃに対応する基節骨部Ｆｃを保持する第２拇指取付具９６が回転可能に配設されている。また、前記第３アーム部９２の前アーム９２Ａ先端には、拇指Ｆ１の前記中手骨Ｂｄに対応する中手骨部Ｆｄを保持する第３拇指取付具９８が回転可能に配設されている。これら第１拇指取付具９４、第２拇指取付具９６および第３拇指取付具９８は、同一に構成されており、力覚センサを内部に備えると共に、ネオジ磁石片１００を先端に備えている。

更に、前記第２アーム部９０の前アーム９０Ａには、第１アーム部８８に屈伸動作を発現する第１作動モータ１０２が配設され、ＩＰ関節(指節間関節)の可動範囲に沿って拇指Ｆ１に屈曲運動を付与する。前記第３アーム部９２の前アーム９２Ａには、第２アーム部９０に屈伸動作を発現する第２作動モータ１０４が配設され、ＭＰ関節(中手指節間関節)の可動範囲に沿って拇指Ｆ１に屈曲運動を付与する。前記ブラケット８６には、第３アーム部９２に屈伸動作を発現する第３作動モータ１０６が配設され、拇指ＣＭ関節Ｊの可動範囲に沿って拇指Ｆ１に屈曲運動を付与する。

前記拇指アタッチメント４４が取付けられた前記第２リンク機構４２は、図９に示すように、第５リンク片７４および第６リンク片７６の第７リンク片８２への各枢支位置(第６ピン７８および第７ピン８０の位置)を相互に偏位させてある。従って、前記サーボモータ４６の正転・逆転制御により、前記第１リンク機構４０を反復的に昇降傾動させると、第７リンク片８２に取付けた前記拇指アタッチメント４４に半円錐状の回転運動が生起される。すなわち図９に示すように、第１リンク機構４０の反復的な昇降傾動により、拇指アタッチメント４４には、前記拇指ＣＭ関節Ｊを頂点として仮想される半円錐状の往復回転運動が生起される。

具体的に、第１リンク機構４０が図５に示す右下がり状態(下死点まで傾動し切った状態)においては、前記拇指アタッチメント４４の第１〜第３の各拇指取付具９４,９６,９８は、前記延長部７０および第７リンク片８２と同じく左斜め上方を指向するようになり、拇指アタッチメント４４は、手部Ｈが手の平側を完全に開いた状態における拇指Ｆ１を斜め下方が保持する。第１リンク機構４０が図６に示す水平状態においては、前記拇指アタッチメント４４の第１〜第３の各拇指取付具９４,９６,９８は、前記延長部７０および第７リンク片８２と同じく水平左方を指向するようになり、拇指アタッチメント４４は、手部Ｈからやや立上がった拇指Ｆ１を横から保持する。また、第１リンク機構４０が図７に示す右上がり状態においては、前記拇指アタッチメント４４の第１〜第３の各拇指取付具９４,９６,９８は、前記延長部７０および第７リンク片８２と同じく左斜め下方を指向するようになり、拇指アタッチメント４４は、手の平から略鉛直に立上がった拇指Ｆ１を斜め上方から保持する。更に、第１リンク機構４０が図８に示す略垂直状態(上死点まで傾動し切った状態)においては、前記拇指アタッチメント４４の第１〜第３の各拇指取付具９４,９６,９８は、前記延長部７０および第７リンク片８２と同一角度で略真下を指向するようになり、拇指アタッチメント４４は、手の平の上面に倒伏する拇指Ｆ１を上方から保持する。すなわち、実施例の手拇指運動支援装置１６では、前記サーボモータ４６による前記第１リンク機構４０および第２リンク機構４２のリンク変形により、拇指ＣＭ関節Ｊの可動範囲に沿って拇指Ｆ１に半円錐状の内外転運動を付与する。そして拇指アタッチメント４４に設けた第１拇指取付具９４、第２拇指取付具９６および第３拇指取付具９８は、常に半円錐状の回転運動の中心を向くように姿勢変位するようになり、半円錘状の内外転運動をする拇指Ｆ１を外側から回り込むように保持し、該拇指Ｆ１を安定的に保持し得ると共に該拇指Ｆ１に負荷を掛けることがない。

従って、実施例の手拇指運動支援装置１６は、拇指アタッチメント４４に配設した前記第１および第２の各作動モータ１０２,１０４を個別に作動させると、ＩＰ関節またはＭＰ関節の可動範囲に沿った屈曲運動を拇指Ｆ１に付与する。また、拇指アタッチメント４４に配設した前記第１〜第３の各作動モータ１０２,１０４,１０６を同期的に作動させることで、拇指ＣＭ関節Ｊの可動範囲に沿った屈曲運動を拇指Ｆ１に付与し得る。更に、前記サーボモータ４６の正転・逆転制御により、前記第１リンク機構４０および第２リンク機構４２が夫々リンク変形することで、拇指ＣＭ関節Ｊの可動範囲に沿った半円錐状の内外転運動を、拇指Ｆ１に他動的かつ反復的に付与することも可能である。

拇指Ｆ１以外の４本の指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５の運動を支援する各手指運動支援装置１８,１８,１８,１８は、図１に示すように、前記支持フレーム３２に設置された支持フレーム３２の上面に、左右に横並び状に配設されている。各手指運動支援装置１８は、基本的構成が同一であり、前記拇指アタッチメント４４とはアーム部の数が異なる指アタッチメント１０７を備えている。すなわち、各手指運動支援装置１８の指アタッチメント１０７は、前記支持フレーム３２の上面に取付けられたブラケット１０８と、このブラケット１０８の前側に回転可能に配設された第２アーム部１１２と、この第２アーム部１１２の先端に回転可能に配設された第１アーム部１１０とを備えている。

前記第１アーム部１１０の先端に第１指取付具１１４が配設されると共に、第２アーム部１１２の先端に第２指取付具１１６が配設されている。これら第１指取付具１１４および第２指取付具１１６は、前記第１拇指取付具９４、第２拇指取付具９６および第３拇指取付具９８と同様に、力覚センサを内部に備えると共に、ネオジ磁石片１１８を先端に備えている。各第１指取付具１１４は各指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５の中節骨部Ｆｂ(図１３参照)を保持し、各第２指取付具１１６は各指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５の基節骨部Ｆｃ(図１３参照)を保持する。また、第２アーム部１１２には第１アーム部１１０を作動させる第４作動モータ１２０が配設され、前記ブラケット１０８には第２アーム部１１２を作動させる第５作動モータ１２２が配設される。このように構成された各手指運動支援装置１８は、前記第４および第５の各作動モータ１２０,１２２を作動させることで、ＰＩＰ関節(近位指節間関節)およびＭＰ関節(指節間関節)の可動範囲に沿った屈曲運動を各指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５に付与し得る。

前記上肢手指機能回復訓練装置１０による手指のリハビリテーションは、図３および図１１に示すホルダーグローブ(グローブ)１２４を手部Ｈに装着して、該ホルダーグローブ１２４を前記手拇指運動支援装置１６の拇指アタッチメント４４および手指運動支援装置１８の指アタッチメント１０７に磁力吸着させたもとで実施される。図１１は、左手用のホルダーグローブ１２４を、手の甲に対応する側から見たものであり、このホルダーグローブ１２４は、伸縮性に富んだ素材から形成されている。そしてホルダーグローブ１２４は、拇指Ｆ１が収納される第１指収容部１２４Ａと、残りの４本の指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５が収納される第２〜第５の各指収容部１２４Ｂ,１２４Ｃ,１２４Ｄ,１２４Ｅとの夫々に、収納した拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５に巻付ける指締付ベルト(指固定部材)１２６が、対応の指に対する締付状態を調整し得るように配設されている。これら指締付ベルト１２６は、面ファスナー等の伸縮性を有さない素材から形成されている。また第１指収容部１２４Ａには、前記拇指アタッチメント４４の第１〜第３の各拇指取付具９４,９６,９８に配設した前記ネオジ磁石片１００に対応する位置に、該ネオジ磁石片１００と磁力吸着可能なネオジ磁石片(保持部)１２８が配設される。第２〜第５の各指収容部１２４Ｂ〜１２４Ｅには、前記指アタッチメント１０７の第１および第２の各指取付具１１４,１１６に配設した前記ネオジ磁石片１１８に対応する位置に、該ネオジ磁石片１１８と磁力吸着可能なネオジ磁石片１２８が配設されている。

すなわち第１指収容部１２４Ａにおいては、拇指Ｆ１の末節骨部Ｆａおよび基節骨部Ｆｃに対応する位置に、指締付ベルト１２６が該第１指収容部１２４Ａの外面に巻付可能に配設されている。また、末節骨部Ｆａ、基節骨部Ｆｃおよび中手骨部Ｆｄの外側に対応する位置に、ネオジ磁石片１２８が夫々取付けられている。一方、第２〜第５の各指収容部１２４Ｂ,１２４Ｃ,１２４Ｄ,１２４Ｅにおいては、各指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５における中節骨部Ｆｂおよび基節骨部Ｆｃに対応する位置に、指締付ベルト１２６が該指収容部１２４Ｂ,１２４Ｃ,１２４Ｄ,１２４Ｅの外面に巻付可能に配設されている。また、指締付ベルト１２６の配設位置と同位置に、ネオジ磁石片１２８が取付けられている。

なお、各ネオジ磁石片１２８は、図１２(ａ)および図１２(ｂ)に示すように、各指収容部１２４Ａ〜１２４Ｅに縫合されるカバー１３０で被覆された状態で配設される。また各指締付ベルト１２６は、長手方向の一端が各指収容部１２４Ａ〜１２４Ｅに縫合され、ネオジ磁石片１２８に対応する部分に円形状の開口１３２が形成されており、対応の指収容部１２４Ａ〜１２４Ｅに巻付けた際に、前記開口１３２がネオジ磁石片１２８(カバー１３０)に整合するようになっている。

(実施例の作用)
次に、前述のように構成した上肢手指機能回復訓練装置１０に備えられた手拇指運動支援装置１６による拇指Ｆ１のリハビリテーションについて説明する。ここでは、主に本発明の対象である手拇指運動支援装置１６の作用について説明し、前腕運動支援装置１２，手関節運動支援装置１４および各手指運動支援装置１８の作用については説明を省略する。なお、上肢手指機能回復訓練装置１０の初期状態では、前記手関節運動支援装置１４および各手指運動支援装置１８は、図１に示す状態に保持されていると共に、手拇指運動支援装置１６は、図５に示した状態に保持されている。

リハビリテーションに先立ち、患側の上肢Ａにおける手部Ｈに、前記ホルダーグローブ１２４を装着する。そして、拇指Ｆ１および各指Ｆ２,Ｆ３,Ｆ４,Ｆ５を第１〜第５の各指収容部１２４Ａ〜１２４Ｅに夫々収容させた後、各指締付ベルト１２６を拇指Ｆ１および各指Ｆ１〜Ｆ５に巻付けて、該ホルダーグローブ１２４を手部Ｈ(拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５)に固定する。なお、上肢手指機能回復訓練装置１０に患側の上肢Ａにおける前腕Ａ１をセットする前に手部Ｈにホルダーグローブ１２４を装着し得るので、上肢Ａや手指に障害がある人であっても該ホルダーグローブ１２４の装着を簡易に行ない得る。

そして、前記ホルダーグローブ１２４を手部Ｈに装着した状態で、前腕運動支援装置１２の前腕支持台２２に対して後方側から上肢Ａを挿通させ、手の平を上に指向させた状態で前腕Ｈ１を前腕保持部材２４で保持する。これにより、図３に示すように、第１指収容部１２４Ａに配設した各ネオジ磁石片１２８が、手拇指運動支援装置１６の拇指アタッチメント４４における第１〜第３の各拇指取付具９４,９６,９８に配設した各ネオジ磁石片１００に近接し、両ネオジ磁石片１００,１２８のＳ極とＮ極との磁力吸着により、拇指Ｆ１が拇指アタッチメント４４に保持される。また、第２〜第５の各指収容部１２４Ｂ〜１２４Ｅに配設した各ネオジ磁石片１２８が、各手指運動支援装置１８の指アタッチメント１０７における第１および第２の各指取付具１１４,１１６に配設した各ネオジ磁石片１１８に近接し、両ネオジ磁石片１１８,１２８のＳ極とＮ極との磁力吸着により、第２〜第５の各指Ｆ２〜Ｆ５が各指アタッチメント１０７に各々保持される。これにより手部Ｈは、手の平側を開いた状態で保持される。

手拇指運動支援装置１６および手指運動支援装置１８に対する拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５の保持が完了したら、前記第１〜第３の作動モータ１０２,１０４,１０６およびサーボモータ４６を一括制御して、拇指Ｆ１の運動支援が行なわれる。例えば、拇指アタッチメント４４に配設した前記第１および第２の各作動モータ１０２,１０４を個別に作動させれば、ＩＰ関節およびＭＰ関節の可動範囲に沿った屈曲運動を拇指Ｆ１に付与し得る。また、拇指アタッチメント４４に配設した前記第１〜第３の各作動モータ１０２,１０４,１０６を同期的に作動させれば、拇指ＣＭ関節Ｊの可動範囲に沿った屈曲運動を拇指Ｆ１に付与し得る。

更に、前記サーボモータ４６を正転・逆転制御して、前記第１リンク機構４０に反復的な昇降傾動を付与すると共に、該第１リンク機構４０のリンク変形によって前記第２リンク機構４２をリンク変形させることで、拇指アタッチメント４４に前記拇指ＣＭ関節Ｊを頂点として仮想される半円錐状の回転運動が付与される。これにより、前記拇指アタッチメント４４に保持された拇指Ｆ１には、拇指ＣＭ関節Ｊの可動範囲に沿った半円錐状の回転運動が付与され、これにより拇指Ｆ１の内外転運動が支援される。なお、前記サーボモータ４６に対する正転・逆転制御を連続的に行なうことにより、拇指Ｆ１の半円錐状の内外転運動が所要時間毎に反復される。

なお、上肢手指機能回復訓練装置１０による手指のリハビリテーションが完了した際には、第１〜第５の各指収容部１２４Ａ〜１２４Ｅに配設した各指締付ベルト１２６を緩める。これにより、手拇指運動支援装置１６の拇指アタッチメント４４および手指運動支援装置１８の指アタッチメント１０７に、各ネオジ磁石片１００,１１８,１２８の磁力によりホルダーグローブ１２４が保持されていても、該ホルダーグローブ１２４から手部Ｈを簡単に引抜くことができる。但し、各指締付ベルト１２６を緩めずに、手部Ｈにホルダーグローブ１２４を装着した状態で、該手部Ｈを手拇指運動支援装置１６および手指運動支援装置１８から離間させることも可能である。

前述のように構成された実施例の手拇指運動支援装置１６によれば、次のような作用効果を奏する。
(１)サーボモータ４６に正転・逆転制御により、固定部材４８に枢支した第１リンク機構４０に昇降傾動を与えてリンク変形させ、第１リンク機構４０のリンク変形に伴って第２リンク機構４２も変形することで、拇指アタッチメント４４に半円錐状の回転運動を与えることができる。すなわち、拇指アタッチメント４４により保持された患者の拇指Ｆ１に、外科学上に言う拇指ＣＭ関節Ｊを頂点とする半円錐状の内外転運動が付与されるため、拇指Ｆ１に有効な動作支援を他動的に行なうことができる。
(２)拇指アタッチメント４４が取付けられる第２リンク機構４２の第５リンク片７４および第６リンク片７６を湾曲させてあるので、該第２リンク機構４２と手部Ｈおよび手指または他の機器との干渉を回避し得る。殊に、拇指Ｆ１以外の他の各指Ｆ２〜Ｆ５に対してリハビリテーション支援運動を付与する手指運動支援装置１８と第２リンク機構４２とが干渉することがないので、装置の設計の自由度を高めることができる。
(３) サーボモータ４６と固定部材４８に枢支した第１リンク機構４０とが第１ギア６４および第２ギア６６で連係されているので、前記サーボモータ４６を間欠的に正転・逆転させることで、第１リンク機構４０に対して上昇傾動・下降傾動を確実に与えることができる。
(４)第２リンク機構４２の第５リンク片７４および第６リンク片７６は、拇指アタッチメント４４が取付けられる第７リンク片８２への枢支位置を相互に偏位させてある。従って、両リンク片７４,７６がリンク変位するに際し、第５リンク片７４の枢支位置が第６リンク片７６の枢支位置より偏位している結果として、拇指アタッチメント４４に半円錐状の回転運動が生起される。
(５)拇指アタッチメント４４が、手の外科学上に言う拇指Ｆ１の末節骨部Ｆａ、基節骨部Ｆｃおよび中手骨部Ｆｄの夫々に、第１〜第３の各拇指取付具９４,９６,９８を介して取付けられるため、拇指Ｆ１の確実な保持がなされる。
(６)手拇指運動支援装置１６および各手指運動支援装置１８に対する拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５の保持が、手部Ｈに装着したホルダーグローブ１２４に配設したネオジ磁石片１２８と、手拇指アタッチメント４４および指アタッチメント１０７に配設した各ネオジ磁石片１００,１１８との磁力吸着によりなされるので、手部Ｈを簡単かつ容易にセットできる。そして、リハビリテーション終了後には、ホルダーグローブ１２４の各指締付ベルト１２６を緩めるだけで、手拇指アタッチメント４４および指アタッチメント１０７に保持されているホルダーグローブ１２４から手部Ｈを簡単に外すことができる。また、指締付ベルト１２６により拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５にホルダーグローブ１２４が固定されるので、手拇指運動支援装置１６および手指運動支援装置１８による運動支援中に、拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５が拇指アタッチメント４４および指アタッチメント１０７からずれることがない。

(変更例)
(１)手拇指運動支援装置１６の動力供給源となる作動手段４６は、正転・逆転制御の容易なサーボモータを採用したが、この作動手段４６はサーボモータに限定されず、例えばパルスモータ、空圧シリンダのようなリニアアクチュエータ、電磁ソレノイド等を使用してもよい。
(２)手拇指運動支援装置１６の第２リンク機構４２における第５リンク片７４および第６リンク片７６は、手部Ｈ、手指および機器等に接触しなければ(手部Ｈの通過を許容するのであれば)、半円弧状に湾曲した形状でなくてもよい。例えば「コ」字形をなす屈曲形状としてもよいし、また直線の細長板状や棒状としてもよい。
(３)手拇指運動支援装置１６の第１リンク機構４０における第２リンク片５２および第４リンク片６０は、直線のレバー状に限るものではなく、第２リンク機構４２の第５リンク片７４および第６リンク片７６のように湾曲形状としてもよい。
(４)前記各拇指取付具９４,９６,９８、各指取付具１１４,１１６およびホルダーグローブ１２４に配設したネオジ磁石片１００,１１８,１２８は、フェライト磁石等に代えてもよい。また、ホルダーグローブ１２４には、ネオジ磁石片１２８に代えて、前記各拇指取付具９４,９６,９８、各指取付具１１４,１１６に配設したネオジ磁石片１００,１１８に吸着可能な鉄片または鋼片等としてもよい。
(５)実施例では、左腕の手指に対するリハビリテーションを行なう手拇運動支援装置１６を示したが、第１リンク機構４０および第２リンク機構４２の延出方向を左右対称とすることで、右腕の手指用にも容易に対応できる。
(６)実施例では、ホルダーグローブ１２４に設けた指固定部材１２６として面ファスナーからなる指締付ベルトを例示したが、この指固定部材１２６は、ホルダーグローブ１２４を手部Ｈ(拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５)に適切に固定し得るものであればよく、例えば適度の伸縮性を有して、伸張させながら拇指Ｆ１および各指Ｆ２〜Ｆ５に巻付けた際に適度の締付力を発現し得るゴム製の指締付ベルト等であってもよい。

なお、本願の手拇指運動支援装置は、次のような構成としてもよい。
拇指のリハビリテーションを要する上肢の前腕を支持する前腕支持台と、
前記前腕支持台の前方下部で定位置に固定される第１リンク片と、第１リンク片に第１ピンを介して枢着される第２リンク片と、第２リンク片に第２ピンを介して枢着される第３リンク片と、一端を第３ピンを介して第３リンク片に枢着され、他端を第４ピンを介して第１リンク片に枢着される第４リンク片とからなる第１リンク機構と、
前記第２ピンが枢着される側の第２リンク片の延長部に第５ピンを介して枢着される第５リンク片と、前記第３リンク片に一体的に設けられて前記第５リンク片と対をなす第６リンク片と、一端を第５リンク片に第６ピンを介して枢着され、他端を第６リンク片に第７ピンを介して枢着される第７リンク片とからなる第２リンク機構と、
前記第２リンク機構の第７リンク片に取付けられ、拇指に装着される拇指アタッチメントと、
前記第２リンク片を第１ピンを中心として反復的に昇降傾動させて前記第１リンク機構をリンク変形させると共に、このリンク変形に伴い前記第２リンク機構を変形させて、前記拇指アタッチメントに半円錐状の回転運動を与える作動手段とを備える
ことを特徴とする手拇指運動支援装置。

実施例に係る手拇指運動支援装置を備えた上肢手指機能回復訓練装置の全体斜視図である。手拇指運動支援装置の正面図である。手拇指運動支援装置の平面図である。手拇指運動支援装置の左側面図である。手拇指運動支援装置における第１リンク機構が、下死点まで傾動し切った状態での要部正面図である。図５における第１リンク機構が、水平位置にある状態での要部正面図である。図５における第１リンク機構が、斜め上方へ傾動して上死点に近づいた状態での要部正面図である。図５における第１リンク機構が、上死点まで傾動し切った状態での要部正面図である。図５〜図８までの第１リンク機構および第２リンク機構の動きを合成した要部正面図であって、拇指アタッチメントを外した状態でのリンク片における２つの枢支ピンの軌跡を間欠的に示している。手拇指運動支援装置における第１リンク機構および第２リンク機構を示す右側図面である。ホルダーグローブの構成を示した平面図である。 (ａ)は、ホルダーグローブに設けたネオジ磁石片および指締付ベルトを示した断面図であり、(ｂ)は、(ａ)の斜視図である。手の骨格を外科的に観察した概略説明図である。手の拇指ＣＭ関節を頂点位置として、拇指に半円錐状の回転運動を与える状態を示す説明図である。

符号の説明

２２前腕支持台，４０第１リンク機構，４２第２リンク機構
４４拇指アタッチメント，４６サーボモータ(作動手段)
４８固定部材(第１リンク片)，５０第１ピン，５２第２リンク片，５４第２ピン
５６第３リンク片(リンク片)，５８第３ピン，６０第４リンク片，６２第４ピン
７０延長部，７２第５ピン，７４第５リンク片(リンク片)
７６第６リンク片(リンク片)，７８第６ピン，８０第７ピン
８２第７リンク片(アタッチメント用リンク片)，９４第１拇指取付具(拇指取付具)
９６第２拇指取付具(拇指取付具)，９８第３拇指取付具(拇指取付具)
１２４ホルダーグローブ(グローブ)，１２６指締付ベルト(指固定部材)
１２８ネオジ磁石片(保持部)，Ａ１前腕，Ｆ１拇指，Ｆｄ中手骨部，Ｈ手部
Ｊ拇指ＣＭ関節

Claims

拇指(F1)のリハビリテーションを要する上肢の前腕(A1)を支持する前腕支持台(22)と、
前記前腕支持台(22)の前方下部に設けた固定部材(48)をリンク片の１つとし、該固定部材(48)に枢支されて昇降傾動し得る第１リンク機構(40)と、
前記第１リンク機構(40)における１つのリンク片(56)に一体的に設けたリンク片(76)と第１リンク機構(40)に変位的に枢着したリンク片(74)とを備え、両リンク片(76,74)の端部にアタッチメント用リンク片(82)を枢着した第２リンク機構(42)と、
前記アタッチメント用リンク片(82)に取付けられ、拇指(F1)に装着される拇指アタッチメント(44)と、
前記第１リンク機構(40)を昇降傾動させてリンク変形させると共に、このリンク変形に伴ない前記第２リンク機構(42)もリンク変形させて、前記拇指アタッチメント(44)に半円錐状の回転運動を与える作動手段(46)とを備える
ことを特徴とする手拇指運動支援装置。
前記第２リンク機構(42)における２つのリンク片(76,74)は、リハビリテーションを要する他の手指との干渉を回避し得る方向へ湾曲して、手部(H)の通過を許容する空間を確保しつつ前記拇指アタッチメント(44)を該手部(H)の上方へ位置させている請求項１記載の手拇指運動支援装置。
前記作動手段(46)はモータであって、該モータに所定の時間間隔で正転・逆転制御を与えることで、前記固定部材(48)に枢支した前記第１リンク機構(40)を反復的に昇降傾動させる請求項１または２記載の手拇指運動支援装置。
前記第１リンク機構(40)の反復的な昇降傾動により、前記拇指アタッチメント(44)には拇指ＣＭ関節(J)を頂点として仮想される半円錐状の往復回転が付与される請求項１〜３の何れか一項に記載の手拇指運動支援装置。
前記２つのリンク片(76,74)のアタッチメント用リンク片(82)への各枢支位置が相互に偏位させてあり、これにより前記拇指アタッチメント(44)には、該拇指アタッチメント(44)に設けた拇指取付具(94,96,98)が常に前記半円錐状の回転運動の中心を向くよう姿勢変位しながら、半円錐状の回転が生起される請求項１〜４の何れか一項に記載の手拇指運動支援装置。
手部(H)に装着されるグローブ(124)と、
前記グローブ(124)の前記拇指アタッチメント(44)と対応する位置に設けられ、拇指アタッチメント(44)に設けた拇指取付具(94,96,98)に分離可能に保持される保持部(128)と、
前記グローブ(124)に取付けられ、このグローブ(124)に収容した前記拇指(F1)に該グローブ(124)を固定する指固定部材(126)とを備え、
前記手部(H)に装着した前記グローブ(124)の保持部(128)を前記拇指アタッチメント(44)の拇指取付具(94,96,98)に取付け、前記拇指(F1)を該拇指アタッチメント(44)に保持させる請求項１〜５の何れか一項に記載の手拇指運動支援装置。