JP5630561B2 - 上肢訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、訓練装置、特に、人間の上肢を訓練可能な上肢訓練装置に関する。

脳血管障害及び脊椎損傷等の障害のために、上肢（特に、腕）の運動機能が損なわれた患者に対して回復訓練を行うための上肢訓練装置が従来知られている（特許文献１参照）。従来の上肢訓練装置は、フレームと、操作ロッドと、伸縮駆動部と、を備えている。フレームは、床面に配置可能な固定フレームと、固定フレームに対して傾動する可動フレームとを有している。可動フレームは、固定フレームに傾動中心から全方向に支持されている。操作ロッドは、可動フレームに傾動可能に連結されている。操作ロッドは上下に伸縮自在である。可動フレームは、電動駆動により傾動可能である。操作ロッドは、中間部に配置された伸縮駆動部により伸縮駆動される。操作ロッドの上端部には、訓練に応じたアタッチメントが着脱可能に装着されている。
従来の上肢訓練装置では、患者は、不自由な腕で操作ロッドの頂部に取り付けたアタッチメントを握って又は腕をアタッチメントに固定して、腕で操作ロッドを動かす又は動かそうとする、或いは操作ロッドにより腕が動かされて回復訓練を行う。
医師及び作業療法士は、行う訓練の目的、患者の身長、肩の高さ、不自由な腕の可動範囲及び／又はアタッチメントの種類等を総合的に判断して、操作ロッドの長さを適切に設定する。操作ロッドは患者に応じてロッド長さが設定されるが、患者によっては操作ロッドを伸縮方向に動作させて機能回復訓練を行うこともある。

特開２００７−５０２４９号公報 米国特許出願公開第２００６／０２９３６１７号明細書

従来の上肢訓練装置では、アタッチメントを取り付けるためのアタッチメント取付部が、操作ロッド本体の頂部に軸方向に移動可能に装着されている。アタッチメント取付部は、１つの板状の渦巻きバネによって、初期状態に復帰可能になっている。また、アタッチメント取付部が移動した場合の軸方向の移動量については、線形計測電位計で計測されるようになっている。このような従来の上肢訓練装置では、アタッチメント取付部は１つの板状の渦巻きバネだけで支持されているので、患者がアタッチメントを手に持って訓練を行った場合、アタッチメントに加わる軸方向力以外の力の成分、例えば軸方向力に直交する成分等が、アタッチメント取付部と操作ロッド本体との間の摩擦力となって作用するため、アタッチメントに加わる軸方向力のみをアタッチメントの軸方向変位の測定だけで正確に把握できていないおそれがあった。

本発明の課題は、上肢訓練装置において、操作ロッドの軸方向変位の測定だけで、アタッチメントに加わる軸方向力のみを正確に把握可能とすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る上肢訓練装置は、訓練を受ける人の上肢を訓練可能な上肢訓練装置である。上肢訓練装置は、固定フレームと、可動フレームと、操作ロッドと、軸荷重検出部とを、備えている。固定フレームは、床面上に配置可能である。可動フレームは、全方向に傾動可能に固定フレームに支持されている。操作ロッドは、可動フレームに伸縮自在に装着され、訓練を受ける人の手で操作される。操作ロッドは、操作ロッド本体と付属品取付部とを、有している。付属品取付部は、付属品を取り付けるためのものであり、操作ロッド本体の先端部に装着される。付属品取付部は、吸収部材を有している。吸収部材は、付属品取付部に加わる軸方向以外の力を吸収する。軸荷重検出部は、付属品取付部に作用する軸方向力を検出する。
この上肢訓練装置では、訓練を受ける人が付属品を手に持って操作ロッドを操作すると、付属品に入力された力が、付属品取付部を介して、操作ロッド本体に作用する。このとき、付属品取付部を介して操作ロッド本体に間接に作用する軸方向以外の力は、付属品取付部の吸収部材によって、吸収される。この状態において、軸荷重検出部は、付属品取付部に作用した軸方向力を検出する。このように、本上肢訓練装置では、操作ロッド本体に作用する軸方向以外の力を、付属品取付部の吸収部材によって吸収しながら、付属品取付部の軸方向力のみを検出して、操作ロッドに加わる軸方向力のみを正確に把握できる。

軸荷重検出部は、操作ロッド本体に装着される装着部材と、装着部材に軸方向に移動自在に装着される軸移動許可部材と、軸変位検出部とを、さらに有していてもよい。この装置では、軸変位検出部は、装着部材に対する軸移動許可部材の軸方向の位置を、検出する。このように、装着部材に対する軸移動許可部材の軸方向の位置を、軸変位検出部に検出させることによって、操作ロッドに加わる軸方向力のみを正確に把握できる。

装着部材は、操作ロッド本体に装着される本体装着部と、本体装着部に設けられる軸部とを有していてもよい。この場合、軸移動許可部材は、軸部に摺動自在に装着される筒状部と、筒状部を覆い本体装着部に固定されている外装部とを、有している。また、吸収部材は、複数の弾性部材から構成されており、複数の弾性部材は、筒状部と外装部との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置される。
この装置では、複数の弾性部材（吸収部材）が、軸移動許可部材の筒状部と軸移動許可部材の外装部との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置されているので、操作ロッド本体に直接作用しうる軸方向以外の力や、モーメント発生時の軸方向以外の力等を、確実に吸収できる。

弾性部材は、渦巻きバネであってもよい。この場合、渦巻きバネの中心部を軸移動許可部材の筒状部に装着し、渦巻きバネの外周部を軸移動許可部材の外装部に装着することによって、渦巻きバネの方向依存性を小さくできる。
弾性部材は、平板状の渦巻きバネであってもよい。この場合、平板状の渦巻きバネは、例えば、金属薄板を切り抜いて形成できるので、外周部位及び中心部位の加工が容易であり、かつ精度良く加工できる。これにより、渦巻きバネそのものの方向依存性を小さくできる。

複数の弾性部材は、２枚の平板状の渦巻きバネから構成されていてもよい。この場合、２枚の平板状の渦巻きバネは、表裏反転して、軸移動許可部材において筒状部と外装部との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置される。
この装置では、２枚の平板状の渦巻きバネが表裏反転して軸方向に所定の間隔を隔てて配置されるので、軸方向及び軸方向に直交する方向の方向依存性も同時に小さくできる。
軸変位検出部は、操作ロッドの内部に配置されてもよい。この場合、軸変位検出部は操作ロッドの内部に配置されているので、不用な外力（例えば衝撃力等）が、軸変位検出部に対して直接的に作用しないようにすることができる。これにより、軸変位検出部の測定対象の変位だけを、より正確に測定できる。

軸変位検出部は、リニアのポテンショメータを含んでいてもよい。この場合、例えば、リニアのポテンショメータのセンサヘッドを付勢して軸移動許可部材に常に当接させることによって、装着部材に対する軸移動許可部材の軸方向の位置を、より正確に検出できる。
装着部材の軸部と、軸移動許可部材の筒状部との間には、筒状部を軸部に対して摺動させるためのすべり軸受が、配置されていてもよい。この場合、装着部材の軸部と軸移動許可部材の筒状部との間にはすべり軸受が配置されているので、軸移動許可部材を装着部材に対してスムーズに軸移動させることができる。これにより、装着部材に対する軸移動許可部材の変位を、より正確に測定できる。
すべり軸受は、樹脂製のブッシュであってもよい。この場合、すべり軸受の材質が樹脂であるので、すべり軸受の形状がブッシュ形状であっても、すべり軸受を所定の大きさで容易に成型できる。

本発明に係る上肢訓練装置では、操作ロッドに加わる軸方向力のみを正確に把握できる。

本発明の一実施形態としての上肢訓練装置の斜視図。 上肢訓練装置の斜視図。 訓練装置本体の概略断面図。 訓練装置本体の概略断面図。 訓練装置本体の内部の斜視図。 訓練装置本体の断面図。 訓練装置本体の内部の斜視図。 訓練装置本体の内部の斜視図。 傾動操作力検出機構の斜視図。 負荷部材の分解斜視図。 操作ロッドの縦断面図。 操作ロッドの斜視図。 可動ステイの斜視図。 可動ステイの下部断面図。 ロッドカバーを付けた操作ロッドの伸長時の斜視図。 ロッドカバーを付けた操作ロッドの収縮時の斜視図。 ロッドカバーの伸長時の斜視図。 上カバー要素の平面図。 中間カバー要素の平面図。 下カバー要素の平面図。 外装フレームの部分断面図。 外装フレームの部分断面図。 アタッチメント取付部の斜視図。 アタッチメント取付部の断面斜視図。 制御構成ブロック図。 傾き検出制御フローチャート。 上肢訓練装置の概略平面図。 上肢訓練装置の概略側面図。 上肢訓練装置の概略背面図。 上肢訓練装置の概略正面図。 モニタアームの一部断面を含む斜視図。 モニタ、モニタアーム及びモニタロッドの位置関係を説明するための概略平面図。 モニタ、モニタアーム及びモニタロッドの位置関係を説明するための概略平面図。 モニタ、モニタアーム及びモニタロッドの位置関係を説明するための概略平面図。 モニタアームの側面図。 上肢訓練装置の平面図。 連結具の斜視図。 連結部の斜視図。 連結部の断面図。 リモコンの斜視図。 リモコンの側面図。

（１）全体構成
図１及び図２において、本発明の一実施形態による上肢訓練装置１は、脳血管障害及び脊椎損傷等の障害のために、上肢（特に、腕）の運動機能が損なわれた患者Ｔに対して上肢の回復訓練を行うための上肢運動機能回復支援を行う機能を有している。
上肢訓練装置１は、訓練装置本体３と、椅子４と、訓練装置本体３と椅子４とを連結する連結機構５と、訓練装置本体３に固定されモニタ７が固定されるモニタスタンド６と、を備えている。なお、以降の説明において、前後方向とは図１のＸ方向であり、左右方向とは図１のＹ方向であり、上下方向とは図１のＺ方向である。本明細書中では、椅子４に座る患者Ｔの視点において前後左右の方向を定義し、前方を装置の奥側、後方を装置の手前側と表す場合がある。ただし、後述するように、操作ロッド１５は傾動するため、ここでは、操作ロッド１５が床面に対して垂直上方に向いているときの方向をＺ方向と定義し、Ｚ方向に垂直な平面上にＸ方向及びＹ方向は定義される。

（２）訓練装置本体
訓練装置本体３は、図３及び図４に示すように、固定フレーム１１及び可動フレーム１２を有するフレーム１０と、傾動抵抗付与機構１３と、傾動操作力検出機構１４と、操作ロッド１５と、伸縮抵抗付与機構１６と、伸縮操作力検出機構１７と、外装カバー１８と、を備えている。固定フレーム１１は、床面ＦＬに配置可能である。可動フレーム１２は、第１傾動中心Ｃ１から前後Ｘ方向及び左右Ｙ方向を含む全方向で傾動可能に固定フレーム１１に支持されている。

傾動抵抗付与機構１３は、図３〜図８に示すように、患者Ｔが操作ロッド１５を傾動操作する際に患者Ｔに応じた適切な抵抗を付与し、或いは操作ロッド１５を第１傾動中心Ｃ１に前後左右にピボット動作させて患者Ｔによる操作ロッド１５の傾動操作を支援し又は患者Ｔによる腕の前後左右動さを誘導する機構である。傾動操作力検出機構１４は、患者Ｔの傾動操作により操作ロッド１５に加わる操作力及び操作力の方向を示す傾動操作ベクトルを検出するための機構である。操作ロッド１５は、患者Ｔが上肢の機能回復訓練のために操作するロッドである。操作ロッド１５は、可動フレーム１２に装着され、上下Ｚ方向に伸縮可能である。傾動操作力検出機構１４は、患者Ｔによる操作ロッド１５の可動フレーム１２に対する変位量を検出するための機構である。伸縮抵抗付与機構１６は、患者Ｔが操作ロッド１５を伸縮操作する際に患者Ｔに応じた適切な抵抗を付与し、或いは操作ロッド１５を伸縮させて患者Ｔによる操作ロッド１５の伸縮操作を支援し又は患者Ｔによる腕の上下動作を誘導する機構である。また、伸縮抵抗付与機構１６は、患者Ｔに応じて操作ロッド１５の上下位置を調整する際に操作ロッド１５を伸縮駆動する伸縮駆動部としても機能する。伸縮操作力検出機構１７は、患者Ｔの腕の上下動作により操作ロッド１５に加わる上下Ｚ方向の操作力を検出するための機構である。外装カバー１８は、固定フレーム１１及び可動フレーム１２の周囲を覆うカバーである。

（２−１）固定フレーム
固定フレーム１１は、図３及び図５に示すように、床面ＦＬを移動可能又は床面ＦＬに固定設置可能なベースフレーム２１と、ベースフレーム２１上面に立ち上がり固定された第１支持ブラケット２２及び第２支持ブラケット２３と、を有している。ベースフレーム２１は、後部（図５の右下端部）が概ね半円形の板状のフレームである。ベースフレーム２１の後部下面には、キャスタ付きの自在車輪２１ａが一つ配置され、前部下面には左右方向に間隔を隔てて配置された一対の固定車輪２１ｂが配置されている。また、ベースフレーム２１の前後方向の中央部の両側には、訓練装置本体３を床面ＦＬ上に移動不能に配置するための、固定用の一対のアジャスタ２１ｃが配置されている。ベースフレーム２１の前部中央には、モニタスタンド６の下端が固定されるスタンド固定部２１ｄが配置されている。また、ベースフレーム２１の前部上方には、スタンド支持板２５がスタンド固定部２１ｄに平行で左右方向に延びて配置されている。スタンド支持板２５は、左右端がベースフレーム２１に立ち上がり固定された一対の固定ブラケット２６により固定されている。
図３に示すように、スタンド支持板２５は、中央部にモニタスタンド６の基端部６ａを回転不能に支持するスタンド支持孔２５ａを有している。さらに、モニタスタンド６の基端部６ａの先端は、ベースフレーム２１のスタンド固定部２１ｄに形成された孔（図示せず）に回転不能に固定されている。このように、モニタスタンド６の基端部６ａがベースフレーム２１とスタンド支持板２５によって上下２箇所で移動不能に支持されているため、モニタスタンドは半径方向にも傾き方向にも変位し難い。したがって、モニタスタンド６に外力が作用してベースフレーム２１に対して傾こうとしても、モニタスタンド６のベースフレーム２１に対する姿勢は堅く維持される。つまり、モニタスタンド６の取り付け強度が高くなっており、モニタスタンド６が取り付け部分に対してぐらつくような不具合が生じにくい。なお、後述するようにモニタスタンド６はキャリーハンドルの一部としても機能しているので、上述のように取り付け強度が向上していることは重要である。

第１支持ブラケット２２及び第２支持ブラケット２３は、図７に示すように、前後Ｘ方向に間隔を隔てて配置されている。第１支持ブラケット２２及び第２支持ブラケット２３は、例えば、鋼板を折り曲げ加工して形成されており、可動フレーム１２を傾動自在に両端支持する。第１支持ブラケット２２は、ベースフレーム２１の後方部分（装置の手前側部分）に固定されている。第１支持ブラケット２２は、左右一対の第１固定部分２２ａと一対の第１固定部分２２ａを上部でつなぐ第１支持部分２２ｂと、を有している。第１固定部分２２ａは、第１支持部分２２ｂの両端を折り曲げて形成されており、ベースフレーム２１に固定されている。第２支持ブラケット２３は、第１支持ブラケット２２の前方に対向する位置でベースフレーム２１に固定されている。第２支持ブラケット２３は、第１支持ブラケット２２と概ね同様な構成であり、一対の第２固定部分２３ａと第２支持部分２３ｂと、を有している。

第１支持ブラケット２２及び第２支持ブラケット２３は、補強部材２４により補強されている。補強部材２４は、図７及び図８に示すように、平面視Ｄ字形状の板状部材である。補強部材２４は、操作ロッド１５の傾動範囲を構造的に規制する傾動範囲規制機構２０の一部を構成している。なお、傾動範囲規制機構２０については、後述する。

補強部材２４は、第１固定部分２２ａ及び第２固定部分２３ａの両外側面をつなぐ一対の第１補強部２４ａと、第２固定部分２３ａの内側面をつなぐ第２補強部２４ｂと、第１固定部分２２ａの内側面をつなぐ第３補強部２４ｃと、を有している。一対の第１補強部２４ａ及び第２補強部２４ｂは一体形成された平面視概ね円弧状の部材である。一対の第１補強部２４ａは線対称の部材である。一対の第１補強部２４ａ及び第２補強部２４ｂの内周側の端面は円弧状に形成されている。第３補強部２４ｃは、第１補強部２４ａ及び第２補強部２４ｂより低い位置で第１固定部分２２ａの内側面間をつないでいる。第３補強部２４ｃの内周側の端面は、中央部分が可動フレーム１２に向かって滑らかにわずかに突出している（図８参照）。

（２−２）可動フレーム
可動フレーム１２は、図７、図８及び図９に示すように、第１ジンバル機構３０を有している。第１ジンバル機構３０は、固定フレーム１１に回動自在に装着された第１可動部分３１と、第１可動部分３１に回動自在に装着された第２可動部分３２と、を有している。

第１可動部分３１は、鋼板を４箇所で折り曲げて形成された概ね矩形枠状に形成された板状部材である。第１可動部分３１は、第１支持ブラケット２２及び第２支持ブラケット２３に前後Ｘ方向の軸回りに回動自在に両端支持されている。第２可動部分３２は、第１可動部分３１の内側に配置され、第１可動部分３１より小さい矩形枠状に折り曲げて形成された鋼板製の部材である。第２可動部分３２は、第１可動部分３１に左右Ｙ方向の軸回りに回動自在に両端支持されている。

第１可動部分３１が回動自在に軸支持されている位置と、第２可動部分３２が回動自在に軸支持されている位置とは、同じ上下Ｚ方向位置である。したがって、第１可動部分３１の回動軸芯Ｘ１と第２可動部分３２の回動軸芯Ｙ１とは直交して配置されている。この回動軸芯Ｘ１と回動軸芯Ｙ１との交点が、第１傾動中心Ｃ１である。

（２−３）傾動抵抗付与機構
図５及び図８を参照して、傾動抵抗付与機構１３は、外側の第１可動部分３１を回動駆動するための電動のＸ軸モータ３５と、Ｘ軸モータ３５の出力軸の回転を減速して伝えるＸ軸減速機構３６と、を有している。また、傾動抵抗付与機構１３は、内側の第２可動部分３２を回動駆動するための電動のＹ軸モータ３３と、Ｙ軸モータ３３の出力軸の回転を減速して伝えＹ軸減速機構３４と、をさらに有している。

Ｘ軸モータ３５及びＸ軸減速機構３６は、例えば、第２支持ブラケット２３に固定されている。Ｘ軸減速機構３６は、第１可動部分３１に連結され、Ｘ軸モータ３５の出力軸の回転を１／６０程度の減速比で減速して第１可動部分３１に伝える。Ｘ軸モータ３５は、Ｘ軸減速機構３６と上下Ｚ方向において床面ＦＬに近い位置に配置され、図示を省略する歯付きベルトによりＸ軸減速機構３６に連結されている。
Ｙ軸モータ３３及びＹ軸減速機構３４は、例えば、外側の第１可動部分３１に固定されている。Ｙ軸減速機構３４は、第２可動部分３２に連結され、Ｙ軸モータ３３の出力軸の回転を１／６０程度の減速比で減速して第２可動部分３２に伝える。Ｙ軸モータ３３は、Ｙ軸減速機構３４より上下Ｚ方向において床面ＦＬに近い位置に配置され、図示を省略する歯付きベルトによりＹ軸減速機構３４に連結されている。

Ｘ軸モータ３５及びＹ軸モータ３３には、操作ロッド１５の前後Ｘ軸まわり及び左右Ｙ軸まわりの傾動量を検出するためのＸ軸ロータリエンコーダ３８及びＹ軸ロータリエンコーダ３７が連結されている。操作ロッド１５の傾動量は、Ｘ軸ロータリエンコーダ３８及びＹ軸ロータリエンコーダ３７の出力により算出される角度位置及び角度変位量の少なくとも一つと回転方向とを含んでいる。
傾動抵抗付与機構１３は、傾動操作力検出機構１４が検出した患者Ｔの操作力に応じてＹ軸モータ３３及びＸ軸モータ３５の角度位置及び角度変位量の少なくとも一つと回転方向を駆動制御して操作ロッド１５に抵抗を付与する。このＹ軸モータ３３及びＸ軸モータ３５は、第１傾動中心Ｃ１より下方に配置されている。

（２−４）傾動操作力検出機構
傾動操作力検出機構１４は、図５〜図９に示すように、フレーム１０の可動フレーム１２と、操作ロッド１５との間に配置されている。傾動操作力検出機構１４は、前述したように患者Ｔの傾動操作により操作ロッド１５に加わる、前後Ｘ方向及び左右Ｙ方向を含む第１傾動中心Ｃ１から全方向の傾動操作力及び傾動方向を含む傾動操作ベクトルを検出するための機構である。すなわち、傾動操作力検出機構１４は、操作ロッド１５の傾動操作時の患者Ｔの操作力の方向とその操作力の大きさとを検出する。傾動操作力検出機構１４は、負荷部材４２と、ベクトル検出部３９と、を有している。負荷部材４２は、操作ロッド１５の傾動操作において、傾動方向に係わらず傾動量に対応して所定の弾性抵抗力で変位する。ベクトル検出部３９は、負荷部材４２の変位により操作ロッド１５に作用する傾動操作力及び操作ロッド１５の傾動方向を検出する。ベクトル検出部３９は、第２ジンバル機構４０と、Ｘ軸ポテンショメータ４１ｂと、Ｙ軸ポテンショメータ４１ａと、を有している。

この上肢訓練装置１では、患者Ｔが操作ロッド１５を傾動操作すると、負荷部材４２が操作力及び傾動方向に応じて変位する。操作ロッド１５の傾動操作において、負荷部材４２は、傾動方向に係わらず傾動量に対応して所定の弾性抵抗力を発生して変位する。この変位をベクトル検出部３９が検出して患者Ｔの傾動方向及び傾動操作力を含む傾動操作ベクトルが検出される。ここでは、負荷部材４２が傾動方向に係わらず傾動量に対応して所定の弾性抵抗力を発生して変位するため、負荷部材の方向依存性を抑えてベクトル検出部３９が傾動操作力及び傾動方向を含む傾動操作ベクトルを検出できる。このため、操作ロッド１５がいずれの方向に傾動操作されても患者Ｔの傾動操作ベクトルを精度良く検出できるようになる。この検出結果を用い、患者Ｔに対して、例えば適切な負荷を与えて患者Ｔの上肢を訓練できる。

第２ジンバル機構４０は、第２傾動中心Ｃ２から全方向に傾動可能に可動フレーム１２に支持されている。第２ジンバル機構４０は、第２可動部分３２に回動自在に装着された第３可動部分４３と、第３可動部分４３に回動自在に装着された第４可動部分４４と、を有している。第３可動部分４３は、第２可動部分３２に前後Ｘ方向の軸回りに回動自在に連結されている。第３可動部分４３は、第２可動部分３２の内側に配置され、第２可動部分３２より小さい矩形枠状に折り曲げて形成された鋼板製の部材である。第４可動部分４４は、第３可動部分４３に左右Ｙ方向の軸回りに回動自在に連結されている。第４可動部分４４は、第３可動部分４３の内側に配置され、第３可動部分４３より小さい矩形枠状に折り曲げて形成された鋼板製の部材である。第４可動部分４４の上部には、操作ロッド１５を固定するための４つのロッド固定部４４ａが対向する二片に折り曲げて形成されている。

第３可動部分４３が回動自在に支持されている位置と、第４可動部分４４が回動自在に支持されている位置とは、同じ上下Ｚ方向位置である。したがって、第３可動部分４３の回動軸芯Ｘ２と第４可動部分４４の回動軸芯Ｙ２とは直交して配置されている。また、この実施形態では、操作ロッド１５が傾動せずに上方を向いているとき、第１ジンバル機構３０と第２ジンバル機構４０において、回動軸芯Ｘ１と回動軸芯Ｘ２は同一線上に配置され、回動軸芯Ｙ１と回動軸芯Ｙ２とは同一線上に配置されている。したがって、第１ジンバル機構３０及び第２ジンバル機構４０の支持位置は、上下Ｚ軸方向の同じ高さ位置にある。すなわち、固定フレーム１１に対して可動フレーム１２がピボット回転可能に軸支持される位置と、可動フレーム１２に対して操作ロッド１５がピボット回転可能に軸支持される位置とが同一平面上に配置されている。この回動軸芯Ｘ２と回動軸芯Ｙ２との交点が第２傾動中心Ｃ２であり、第１傾動中心Ｃ１と同じ位置にある。

Ｘ軸ポテンショメータ４１ｂは、第２可動部分３２に固定され、第３可動部分４３の回動軸心Ｘ２まわりの回動量を検出する。Ｙ軸ポテンショメータ４１ａは、第３可動部分４３に固定され、第４可動部分４４の回動軸心Ｙ２まわりの回動量を検出する。

負荷部材４２は、傾動方向に係わらず操作ロッド１５の傾動量に対応して所定の弾性抵抗力を発生して変位する。すなわち、負荷部材４２は、方向依存性が小さい部材である。負荷部材４２は、図９に示すように、第１ジンバル機構３０の第２可動部分３２と第２ジンバル機構４０の第４可動部分４４との間に配置された複数（例えば４枚）の板バネ４５を有している。第２可動部分３２及び第４可動部分４４には、板バネ４５を固定するための一対の固定ブラケット３２ａ及び一対の固定ブラケット４４ｂがそれぞれ下方に延びて形成されている。
４枚の板バネ４５は、図９及び図１０に示すように、それぞれ、金属薄板を切り抜いて形成されており、同一形状である。４枚の板バネ４５の間及び最上層には、金属薄板製のスペーサ４６ａが配置されている。これにより、負荷部材４２の変位時の板バネ４５同士の干渉を避けることができ、板バネ４５は中心部位４５ａが外周部位４５ｂに対して変位しやすくなる。このため、精度良く傾動操作ベクトルを検出できる。各板バネ４５は、中心部位４５ａと、外周側の外周部位４５ｂと、一端が中心部位４５ａに接続され他端が外周部位４５ｂに接続された渦巻き部位４５ｃと、を有している。操作ロッド１５の下端部が板バネ４５の中心部位４５ａに配置され、渦巻き部位４５ｃが操作ロッド１５の傾動操作力に応じて変位する。具体的には、操作ロッド１５が固定された第４可動部分４４の固定ブラケット４４ｂの先端部が中心部位４５ａに固定されている。渦巻き部位４５ｃが外周部位４５ｂと中心部位４５ａとの間に配置されているので、中心部位４５ａに固定された操作ロッド１５は、外周部位４５ｂに対して変形しやすい。渦巻き部位４５ｃの幅は、実質的に一定である。これにより、傾動方向に係わらず渦巻き部位４５ｃが傾動量に対して所定の弾性抵抗力を発生しやすい。

スペーサ４６ａは、外周部位４５ｂに重ねて配置されたリング状の部材である。また、中心部位４５ａの間にはスペーサ４６ａと同じ厚みのワッシャ４６ｂが配置されている。
渦巻き形状の板バネ４５は、外周部位４５ｂ及び中心部位４５ａの加工が容易であり、かつ精度良く加工を行える。このため、方向依存性を抑えた負荷部材を精度良く容易に作成できる。

外周部位４５ｂは、真円形状であり、スペーサ４６ａと外周面が同形状である。従って、４枚の板バネ４５と４枚のスペーサとを重ねて配置すると、負荷部材４２の外周面は円形に揃う。これにより、板バネ４５の外周部位とスペーサ４６ａとを重ねて配置してもスムースな外観を得ることができ、負荷部材４２を操作ロッド１５の傾動方向の傾動制限部材（後述）として用いやすくなる。

負荷部材４２は、後述するように、操作ロッド１５の傾動範囲を機械的に規制する傾動範囲規制機構２０（図７参照）において操作ロッド１５の傾動範囲を制限するための傾動制限部材としての機能も有している。すなわち、負荷部材４２すなわち傾動制限部材が補強部材２４に接触して操作ロッド１５の傾動範囲が構造的に規制される。ここでは、スペーサ４６ａと板バネ４５の外周部位４５ｂとが同じ真円形状になっているため、負荷部材４２を傾動制限部材として用いても、補強部材２４の内周側の端面に対して傾動方向に係わらず負荷部材４２を点接触で接触させることができる。このため、傾動方向に係わらず操作ロッド１５を概ね同じ傾動角度で規制できる。

外周部位４５ｂは、例えば４本のボルト部材１９ａにより第２可動部分３２の固定ブラケット３２ａに固定されている。このように複数の板バネ４５は、一括して可動フレーム１２に取り付けられている。これにより、負荷部材４２の着脱が容易である。また、中心部位４５ａは、例えば１本のボルト部材１９ｂにより第４可動部分４４の固定ブラケット４４ｂの底面に固定されている。これにより、操作ロッド１５の下端部が中心部位４５ａに配置される。

４枚の板バネ４５は、表裏の反転及び１８０度位相をずらして配置されている。例えば、図１０において、最下段に配置された板バネ４５に対して、下から二段目の板バネ４５は１８０度位相をずらして配置されている。また、その上方の上から二段目の板バネ４５は、下から二段面の板バネ４５に対して表裏反転して配置されている。最上段の板バネ４５は、上から二段面の板バネ４５に対して１８０度位相をずらして配置されている。これにより、操作ロッド１５に作用する傾動操作力がどのような方向であっても、渦巻き部位４５ｃが、概ね同じ大きさの弾性抵抗力を発生する。この結果、負荷部材４２の方向依存性が小さくなる。

さらに方向依存性を小さくするために、渦巻き部位４５ｃは、外周部位４５ｂと同芯に配置された第１円弧部位４５ｄと、第１円弧部位４５ｄより小径で第１円弧部位４５ｄと同芯に配置された第２円弧部位４５ｅと、を有している。第１円弧部位４５ｄ及び第２円弧部位４５ｅは方向依存性が小さいので、渦巻き部位４５ｃの方向依存性を低減できる。また、渦巻き部位４５ｃは、外周部位４５ｂと、第１円弧部位４５ｄとを連結する第１連結部位４５ｆと、第１円弧部位４５ｄと第２円弧部位４５ｅを連結する第２連結部位４５ｇと、第２円弧部位４５ｅと中心部位４５ａとを連結する第３連結部位４５ｈと、を有している。第１円弧部位４５ｄ及び第２円弧部位４５ｅは、渦巻き部位４５ｃの３／４以上の角度範囲をそれぞれ占めている。このように方向依存性が小さい第１円弧部位４５ｄ及び第２円弧部位４５ｅが渦巻き部位４５ｃの多くの領域を占めるので、渦巻き部位４５ｃの方向依存性が低減される。

第１連結部位４５ｆ、第２連結部位４５ｇ及び第３連結部位４５ｈは、所定の同じ角度範囲に偏って配置されている。この実施形態では、第１連結部位４５ｆ、第２連結部位４５ｇ及び第３連結部位４５ｈは、第１円弧部位４５ｄ及び第２円弧部位４５ｅの始点と終点の間の角度範囲に配置されている。このように方向依存性が大きい第１連結部位４５ｆ、第２連結部位４５ｇ及び第３連結部位４５ｈが所定の角度範囲に偏って配置されているので、位相を変えて及び／又は表裏を反転させて第１連結部位４５ｆ、第２連結部位４５ｇ及び第３連結部位４５ｈを配置することにより、第１連結部位４５ｆ、第２連結部位４５ｇ及び第３連結部位４５ｈによる方向依存性を打ち消すことができる。

以上に述べたように、負荷部材４２は、４枚の板バネ４５を有し、２枚の板バネ４５と残りの２枚の板バネ４５とが表裏反転して交互に重ねて配置され、かつ同じ向きに配置された２枚の板バネ４５が位相を１８０度ずらして配置されている。これにより、表裏及び位相が異なる四種類の板バネ４５が重ねて配置されるので、負荷部材４２の方向依存性を抑えて精度良く傾動操作ベクトルを検出できる。

なお、負荷部材は、４枚でなくても偶数枚の板バネを有していれば、半分の板バネと残りの半分の板バネとで表裏反転して交互に重ねて配置できる。この場合には、板バネの向きが表裏の二種類になりさらに表裏二種類の板バネが交互に重ねて配置されるため、さらに負荷部材の方向依存性を抑えて精度良く傾動操作ベクトルを検出できる。さらに、負荷部材は偶数枚でなくても複数枚の板バネを有していれば、少なくとも一枚の板バネの渦巻き部位の回転方向の位相をずらして配置できる。これにより、位相がずれて配置された板バネとずれていない板バネとの間とで、傾動方向に対して弾性抵抗力が異なるため、さらに負荷部材の方向依存性を抑えて精度良く傾動操作ベクトルを検出できる。

（２−５）操作ロッド
操作ロッド１５は、図６に示すように、傾動操作力検出機構１４により前後Ｘ方向及び左右Ｙ方向に傾動可能に可動フレーム１２に軸支持されている。図３を参照して、操作ロッド１５は、操作ロッド本体５７と、アタッチメント取付部５９と、を有している。操作ロッド本体５７は、伸縮機構４７と、伸縮機構４７の周囲を覆うロッドカバー４８と、を有している。

図１１及び図１２を参照して、伸縮機構４７は、固定ステイ４９と、固定ステイ４９に対して上下動する可動ステイ５０と、可動ステイ５０を直線的に案内するリニアガイド５１と、可動ステイ５０を上下させる昇降機構５２と、を有している。

固定ステイ４９は、可動フレーム１２に装着され、より具体的には、図６及び図７に示す傾動操作力検出機構１４の第４可動部分４４のロッド固定部４４ａにボルトにより上側から固定される。これにより、外装カバー１８を外した状態で第２ジンバル機構４０から固定ステイ４９を取り外すことができる。このため、操作ロッド１５は、可動フレーム１２に対して着脱可能であり、訓練内容や訓練環境に応じて又は故障したときに操作ロッド１５を交換可能である。

固定ステイ４９は、図１２に示すように、断面が溝形鋼形状になるように鋼板を折り曲げて形成された部材である。固定ステイ４９の下端側の左右面には、第４可動部分４４のロッド固定部４４ａに固定されるＬ字形状の固定ブラケット４９ｂが固定されている。固定ステイ４９の下部には９０度折り曲げて形成されたモータ支持部４９ａが形成されている。モータ支持部４９ａの下面には、Ｚ軸モータ６１が固定されている。固定ステイ４９の内側面には、リニアガイド５１を構成する上下方向に長い案内レール５３が固定されている（図１１参照）。また、固定ステイ４９の下端には、その上下端にわたって延びる昇降機構５２を構成するボールネジ軸５５が回転自在に支持されている。

図１３を参照して、可動ステイ５０は、固定ステイ４９の内部に配置され上下方向に長い部材である。可動ステイ５０は、断面が門形（ダブルハウジング）形状になるように鋼板を折り曲げて形成された内枠部材５０ａ及び外枠部材５０ｂを有している。外枠部材５０ｂは内枠部材５０ａの外側面に可動ステイ５０の断面が矩形になるように対向して配置されている。

内枠部材５０ａの下部には、案内レール５３に案内されるスライドユニット５４がブロック５０ｄに固定されている。内枠部材５０ａは、図１４に示すように、ブロック５０ｄ及びスライドユニット５４を両側から挟んでスライドユニット５４を保持している。このスライドユニット５４と、案内レール５３とにより、リニアガイド５１が構成される。内枠部材５０ａのスライドユニット５４固定部分であるブロック５０ｄには、昇降機構５２を構成するボールナット５６が固定されている。ボールナット５６は、ボールネジ軸５５に螺合する。これにより、可動ステイ５０は、固定ステイ４９に沿って伸縮方向（上下Ｚ方向）に直線移動自在である。

以上に述べたように、可動ステイ５０に固定されたブロック５０ｄにボールナット５６及びスライドユニット５４が取り付けられ、可動ステイ５０にブロック５０ｄ及びスライドユニット５４が両側から挟み込むように取り付けられている。また、固定ステイ４９にボールネジ軸５５及び案内レール５３が取り付けられる。このため、スライドユニット５４及びボールナット５６が可動ステイ５０に対して軸ずれしにくくなり、かつ固定ステイ４９の強度を向上させることができる。

内枠部材５０ａの下端部５０ｃは、図１３及び図１４に示すように、下方に垂下した被検出片５８ａを有する被検出部５８となっている。被検出部５８は、下端位置検出部６０により検出されて可動ステイ５０の下端位置を検出するために設けられている。下端位置検出部６０は、例えば、固定ステイ４９に固定された投受光型の光電センサ（フォトインタラプタ）６０ａである。光電センサ６０ａは、開放していた光路が被検出片５８ａにより遮断されることにより、可動ステイ５０の下端位置を検出する。ここでは、可動ステイ５０の下端部から垂下した被検出片５８ａを検出して下端位置を検出しているので、可動ステイ５０の下端位置を可及的に下方に配置できる。また、信号を送る配線が必要な下端位置検出部６０が固定ステイ４９に固定されているので、操作ロッド１５が伸縮しても配線が切断しにくくなる。

ボールネジ軸５５は、下端部のみが軸受により固定ステイ４９に回転自在に支持されている。ボールネジ軸５５の下端部は、カップリング６２を介して電動のＺ軸モータ６１の出力軸６１ａに一体回転可能に連結されている。出力軸６１ａとボールネジ軸５５とは同芯に配置されている。

操作ロッド１５の傾動範囲は、移動範囲規制プログラムに基づいた制御、及び傾動範囲規制機構２０によって、制限されている。まず、操作ロッド１５の傾動範囲が、移動範囲規制プログラムに基づいてソフトウェア的に制限される場合の説明を行う。移動範囲規制プログラムに基づいた制御は、図２５に示すように、訓練装置本体３に含まれる記憶部１００及び制御部１１０によって、実行される。記憶部１００は、各種のデータを記憶する。例えば、記憶部１００は、各種プログラム、各種パラメータ、各種のデータ、及び処理中のデータ等を、一時的及び／又は長期的に記憶する。例えば、記憶部１００は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを、含んでいる。

制御部１１０は、各種機構に対して制御信号を発行し、各種機構を制御する。また、制御部１１０は、各種判断処理を実行し、判断結果に基づいて各種機構を制御する。例えば、制御部１１０は、制御及び計算に関するプログラムを、記憶部１００から読み出すことによって、各種制御、各種判断処理、及び各種計算を実行し、各種機構を制御する。制御部１１０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を、含んでいる。なお、制御部１１０は、バス１１５を介して、記憶部１００に接続されている。

移動範囲規制プログラムは、可動フレーム１２の可動範囲を制限するためのものであり、記憶部１００に記憶されている。ここでは、制御部１１０が、移動範囲規制プログラムに基づいて、可動フレーム１２の動作を制御する。移動範囲規制プログラムは、図２５に示すように、可動フレーム１２の動作を検知する検知部１１１と、可動フレーム１２の傾動状態を示す状態角度ｈを計算する計算部１１２と、可動フレーム１２の状態角度ｈが所定の角度を越えたか否かを監視する監視部１１３と、可動フレーム１２の状態角度ｈが所定の角度を越えた場合に可動フレーム１２の動作を停止させる動作停止部１１４と、を有している。

なお、上記の状態角度ｈは、第１傾動中心Ｃ１を基準として、床面に対する垂直方向軸（Ｚ軸）と操作ロッド１５の軸芯とがなす角度に対応する。すなわち、状態角度ｈは、Ｘ軸回りの傾動角度αｘ及びＹ軸回りの傾動角度αｙを合成した角度に対応する。

例えば、図２６に示すように、可動フレーム１２が動作を開始すると、検知部１１１が可動フレーム１２の動作を検知する（Ｓ１）。より具体的には、検知部１１１は、Ｘ軸ロータリエンコーダ３８及びＹ軸ロータリエンコーダ３７の出力を検知する。すると、計算部１１２は、Ｘ軸ロータリエンコーダ３８及びＹ軸ロータリエンコーダ３７の出力、例えばＸ軸回りの傾動角度αｘ及びＹ軸回りの傾動角度αｙに基づいて、可動フレーム１２の状態角度ｈ及び最大状態角度Ｘを、所定の時間間隔で計算する（Ｓ２）。

最大状態角度Ｈは、移動範囲規制プログラムに基づいた制御において許可される状態角度ｈの最大値である。最大状態角度Ｈは、訓練の安全性や効果を総合的に考慮して、適切な値に設定される。

続いて、監視部１１３は、可動フレーム１２の状態角度ｈが、最大状態角度Ｈを越えたか否かを常に監視しており（Ｓ３）、可動フレーム１２の状態角度ｈが最大状態角度Ｈを越えた場合（Ｓ３でＹｅｓ）、動作停止部１１４が、傾動抵抗付与機構１３に対して駆動停止命令を発行する。すると、傾動抵抗付与機構１３が動作を停止し、可動フレーム１２すなわち操作ロッド１５は、最大状態角度Ｈを越えた範囲へ、移動不能になる（Ｓ４）。

なお、可動フレーム１２の状態角度ｈが最大状態角度Ｈ未満である場合（Ｓ３でＮｏ）、ステップ２（Ｓ２）の処理及びステップ３（Ｓ３）の処理が、実行される。

このように、移動範囲規制プログラムに基づいた制御では、可動フレーム１２の状態角度ｈが最大状態角度Ｈ以下になるように制限することによって、操作ロッド１５の傾動範囲（後述する第２傾動範囲）が設定されている。これにより、患者Ｔが、操作ロッド１５をあらゆる方向に操作したとしても、操作ロッド１５は、所定の傾動範囲を越えて移動することができないので、患者Ｔが椅子４から滑り落ちにくくなり、患者Ｔの安全性を確保できる。

次に、操作ロッド１５の傾動範囲が、傾動範囲規制機構２０により構造的に制限される場合の説明を行う。構造的に操作ロッド１５が動作可能な傾動範囲（以下では、第１傾動範囲と呼ぶ）は、移動範囲規制プログラムに基づいて可動フレーム１２が制御された状態において操作ロッド１５が動作可能な傾動範囲（以下では、第２傾動範囲と呼ぶ）より大きい。ここでは、第１傾動範囲は、第２傾動範囲より、例えば３度程度大きい傾動範囲に設定している。

言い換えると、第２傾動範囲は、第１傾動範囲より小さい。すなわち、第２傾動範囲が第１傾動範囲より小さくなるように、上記の最大状態角度Ｈは設定される。ここでは、第２傾動範囲が第１傾動範囲より例えば１０度程度小さくなるように、上記の最大状態角度Ｈは設定されている。

傾動範囲規制機構２０は、操作ロッド１５の傾動を制限するためのストッパ部２４ｄと、ストッパ部２４ｄに接触する負荷部材４２（傾動制限部材）とから構成されている。詳細には、ストッパ部２４ｄは、補強部材２４ａ〜２４ｃの内周側の端面である。この場合、操作ロッド１５が傾動し、負荷部材４２が傾動制限部材としてストッパ部２４ｄに接触することによって、操作ロッド１５の傾動範囲が構造的に制限される。また、補強部材２４ｃの内周側の端面の形状及び範囲は、操作ロッド１５がモニタ７に干渉しないように、形成されている。

例えば、図７及び図８に示すように、ストッパ部２４ｄすなわち補強部材２４の内周側の端面は、平面視で、Ｄ字形状に形成されている。これにより、負荷部材４２が補強部材２４の内周側の端面に沿って移動したときの、負荷部材４２の最大可動範囲３２０も、平面視でＤ字形状となる（図２７参照）。また、上述したように、第１傾動範囲は第２傾動範囲より大きいので、ストッパ部２４ｄによって制限される操作ロッド１５の端部の第１最大可動範囲は、移動範囲規制プログラムに基づいて制御される操作ロッド１５の端部の第２最大可動範囲より、大きい。なお、第２最大可動範囲は、移動範囲規制プログラムに基づいて制御される可動フレーム１２の可動範囲に対応して、設定される。

ここで、ストッパ部２４ｄの一部、例えば補強部材２４のうちの第３補強部２４ｃは、操作ロッド１５の患者Ｔから見て前方（装置の奥側、図２７の左方）への最大傾斜を決定する部分である。言い換えると、第３補強部２４ｃは、操作ロッド１５が前方へ傾斜したときの可動フレーム１２の可動範囲を、制限する。第３補強部２４ｃは、第１補強部２４ａ及び第２補強部２４ｂより低い位置に設けられており、かつ内周部が第１傾動中心Ｃ１側に突出している。このため、負荷部材４２が第３補強部２４ｃの突出した部分の内周面に接触したときの操作ロッド１５の傾斜角度は、負荷部材４２が第１補強部２４ａの内周面及び第２補強部２４ｂの内周面に接触したときの操作ロッド１５の傾斜角度より、小さくなる。ここでは、両者の傾斜角度の差の絶対値は、例えば１０度程度に設定されている。このように、操作ロッド１５の前方への傾動範囲が、その他の方向の傾動範囲より小さいので、患者Ｔが操作ロッド１５を前方（装置の奥側）に操作し過ぎても、患者Ｔが椅子４から滑り落ちにくくなり、患者Ｔの安全性を確保できる。

上記のような上肢訓練装置１では、患者Ｔが操作ロッド１５を操作すると、操作ロッド１５の傾動に応じて、可動フレーム１２が動作する。すると、可動フレーム１２の状態角度ｈが、計算される。そして、可動フレーム１２の状態角度ｈが最大状態角度Ｈを越えた場合に、傾動抵抗付与機構１３が動作を停止し、操作ロッド１５は、最大状態角度Ｈを越えた傾動範囲へ移動不能になる。ここで、患者Ｔが急激に操作ロッド１５を操作し、移動範囲規制プログラムによる制御が追随できなかった場合、操作ロッド１５の移動は、最終的に、傾動範囲規制機構２０によって規制される。具体的には、操作ロッド１５がストッパ部２４ｄに当接することによって、操作ロッド１５は動作不能になる。

上記のように、この上肢訓練装置１では、患者Ｔによって操作ロッド１５が手で操作されている間は、制御部１１０は、可動フレーム１２の可動範囲を制限しながら、操作ロッド１５の傾動範囲を制御している。このため、患者Ｔが、操作ロッド１５を必要以上に大きく操作してしまったとしても、操作ロッド１５は、患者Ｔが安全に操作できる範囲を逸脱して、動作することができない。このように、本上肢訓練装置１では、可動フレーム１２の可動範囲を制御部１１０によって制限することによって、患者Ｔが安全に訓練できるようにしている。

また、この上肢訓練装置１では、操作ロッド１５の傾動範囲がストッパ部２４ｄによって構造的に制限されるので、患者Ｔが、操作ロッド１５を必要以上に大きく操作してしまったとしても、操作ロッド１５は、患者Ｔが安全に操作できる範囲を逸脱して、動作することができない。このように、操作ロッド１５の傾動範囲をストッパ部２４ｄによって制限することによって、患者Ｔが安全に訓練できるようにしている。
特に、この上肢訓練装置１では、ストッパ部２４ｄが、操作ロッド１５の患者Ｔから見て前方への最大傾斜を決定している。このため、患者Ｔが、操作ロッド１５を必要以上に前方に大きく操作してしまったとしても、患者Ｔは前のめりに倒れることなく安全に訓練できる。

また、この上肢訓練装置１では、ストッパ部２４ｄの直線状の部分を、ストッパ部２４ｄの他の部分と比較して、床面側に下げて設けることによって、操作ロッド１５の前方への最大傾斜を小さく設定している。これにより、患者Ｔが、操作ロッド１５を必要以上に前方（装置の奥側）に大きく操作してしまったとしても、操作ロッド１５は最大傾斜より大きく前方（装置の奥側）へ移動することができないので、患者Ｔは安全に訓練できる。

また、この上肢訓練装置１では、操作ロッド１５の端部の最大可動範囲が、平面視でＤ字形状になっている。このため、例えば、Ｄ字の直線部を、操作ロッド１５の前方（装置の奥側）への移動を制限する部分に設定した場合、操作ロッド１５の前方への移動は、一律に同じ位置で制限される。さらに、操作ロッド１５の左右及び後方（装置の手前側）の制限は、ストッパ部２４ｄの曲線に沿うように形成されている。このように、操作ロッド１５の端部の最大可動範囲を設定することによって、患者Ｔは、操作ロッド１５を安全かつスムースに動作させることができる。

また、この上肢訓練装置１では、操作ロッド１５の傾動範囲は、移動範囲規制プログラムに基づいて制限された上で、傾動範囲規制機構２０によってさらに制限されている。すなわち、患者Ｔが操作ロッド１５を操作したときに、まず、移動範囲規制プログラムに基づいて操作ロッド１５の傾動範囲をソフトウェア的に制限し、次に、傾動範囲規制機構２０により操作ロッド１５の傾動範囲を構造的に制限している。これにより、患者Ｔが急激に操作ロッド１５を操作した場合等に、移動範囲規制プログラムによる制御が追随できなかったとしても、傾動範囲規制機構２０によって操作ロッド１５の移動を確実に規制できる。

さらに、この上肢訓練装置１では、可動フレーム１２の前方（装置の奥側）への最大可動範囲は、操作ロッド１５がモニタに干渉しないようにも設定されているので、患者Ｔが、操作ロッド１５を必要以上に大きく操作してしまったとしても、患者Ｔの手がモニタに衝突するおそれがない。

上肢訓練装置１では、様々なタイプの複数のアタッチメントＡＴが用いられ、図２３に示すように、各アタッチメントＡＴは、複数の接点端子１５９を有している。図２３では、アタッチメントＡＴの底面側の外形を２点鎖線で示し、底面に備えられた複数の接点端子１５９を実線で示している。各接点端子１５９は、後述する複数のピン端子８４ａそれぞれに対応している。すなわち、各接点端子１５９と、各接点端子１５９に対応するピン端子８４ａとが互いに接触可能に、複数の接点端子１５９は、アタッチメントＡＴに設けられている。

また、複数のアタッチメントＡＴそれぞれにおいて、複数の接点端子１５９の中の所定の２つの接点端子１５９が、短絡している。また、複数のアタッチメントＡＴそれぞれにおいて短絡する２つの接点端子１５９の組み合わせは、異なっている。すなわち、複数のアタッチメントＡＴそれぞれにおいて２つの接点端子１５９が短絡するパターン（短絡パターン）が異なるように、複数の接点端子１５９は各アタッチメントＡＴに設けられている。

図２３では、５個を１組として２列に並べた１０個の接点端子１５９が、アタッチメントＡＴに設けられている。また、ある列のいずれか１個の接点端子１５９と、他の列のいずれか１個の接点端子１５９とが、短絡している。この短絡パターンは、アタッチメントＡＴごとに異なっている。図２３は、各列の中央の接点端子１５９に隣接する接点端子１５９が互いに短絡した状態の図が、示されている。

アタッチメント取付部５９は、患者Ｔの訓練プログラムに応じたアタッチメントＡＴを着脱可能に取り付けるためのものであり、可動ステイ５０の上端部に取り付けられる。アタッチメント取付部５９には、伸縮操作力検出機構１７が取り付けられている。
アタッチメント取付部５９は、図２３及び図２４に示すように、可動ステイ５０に装着される装着部材７０と、装着部材７０に軸方向に移動自在に装着される軸移動許可部材８０と、装着部材７０と軸移動許可部材８０との間に配置されるすべり軸受９０と、可動ステイ５０に対する軸方向以外の力（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｆｏｒｃｅ）を吸収する弾性部材９４（吸収部材）と、弾性部材９４を位置決めするための複数の位置決め部材９５と、伸縮操作力検出機構１７において操作ロッド１５に加わる上下Ｚ方向の操作力を検出する際の基準となる基準部材８８とを有している。

装着部材７０は、可動ステイ５０に装着されるステイ装着部７１と、ステイ装着部７１に設けられる軸部７２とを有している。ステイ装着部７１は、円板状に形成された円板部７１ａと、円板部７１ａの面外に下向きに突出して一体に形成された一対の矩形板部７１ｂ（図２３及び図２４には１つのみ表示）とを有している。円板部７１ａは、中央部に貫通孔７１ｃが形成されている。一対の矩形板部７１ｂは、互いに対向して形成されている。各矩形板部７１ｂには、複数のボルト孔例えば４つのボルト孔が、形成されており、可動ステイ５０にも、このボルト孔に対応するボルト孔が形成されている。装着部材７０は、各矩形板部７１ｂのボルト孔及び可動ステイ５０のボルト孔にボルト部材を挿通し、このボルト部材にナット部材を螺合することによって、装着部材７０は可動ステイ５０に装着される。

軸部７２は、円筒状に形成された軸部本体７２ａと、軸部本体７２ａの下端側において外周に一体に形成された軸部用の鍔部７２ｂとを有している。軸部本体７２ａの下端をステイ装着部７１の貫通孔７１ｃに嵌合し、軸部用の鍔部７２ｂをステイ装着部７１の円板部７１ａに当接させることにより、軸部７２は装着部材７０に装着される。

軸移動許可部材８０は、軸部７２に摺動自在に装着される筒状部８１と、筒状部８１を覆う外装部８２とを有している。筒状部８１は、下端側に形成された環状溝部８１ａと、上端側に形成された筒状部用の第１鍔部８１ｂと、筒状部用の第１鍔部８１ｂから一端側に所定の間隔を隔てて形成された筒状部用の第２鍔部８１ｃと、内周面に形成された段差部８１ｄとを有している。

外装部８２は、外装部本体８３と、アタッチメントＡＴの種類を識別するための端子が装着される端子装着部材８４と、カバー部材８５と、アタッチメントＡＴを取り付けるための複数のピン部材８６とを有している。外装部本体８３は、平面視で円状に形成されている。外装部本体８３は、凹んだ円状の第１段差部８３ａと、第１段差部８３ａの底部中央において第１段差部８３ａより小径で凹んで形成される第２段差部８３ｂと、第２段差部８３ｂの底部中央に形成される貫通孔８３ｃとを有している。第２段差部８３ｂには、軸移動許可部材８０の第１鍔部８１ｂが嵌合される。より具体的には、第２段差部８３ｂの壁部には、軸移動許可部材８０の第１鍔部８１ｂの外周面が嵌合され、第２段差部８３ｂの底部には、軸移動許可部材８０の第１鍔部８１ｂの端部側の面が当接させられる。

端子装着部材８４は、平面視で円状に形成されている。端子装着部材８４には、複数のピン端子８４ａ例えば１０本のピン端子が、その接点部を上方に露出させた態様で装着されている。ここでは、複数のピン端子８４ａそれぞれから延びるコードが、端子装着部材８４の内部を通過して端子装着部材８４の下方に延びている。なお、図２４では、コードは一部のみ示している。このような端子装着部材８４は、外装部本体８３の貫通孔８３ｃに装着される。より具体的には、端子装着部材８４においてピン端子８４ａが露出した面とは反対の面が、軸移動許可部材８０において第１鍔部８１ｂが形成された側の端部に対向するように、端子装着部材８４は、外装部本体８３の貫通孔８３ｃに嵌合される。

カバー部材８５は、外装部本体８３より大径の筒状に形成されている。カバー部材８５の上方の開口側には、環状鍔部８５ａが一体に形成されている。この環状鍔部８５ａの内周面を、外装部本体８３の外周面に嵌合させることにより、カバー部材８５が外装部本体８３に装着される。また、カバー部材８５の内周面には、位置決め部材９５を装着するための環状溝部８５ｂが形成されている。複数のピン部材８６は、アタッチメントＡＴに下面から凹んで形成された装着穴に嵌合される。これにより、アタッチメントＡＴが、外装部８２すなわちアタッチメント取付部５９に装着される。複数のピン部材８６例えば２本のピン部材は、外装部本体８３に装着されている。

すべり軸受９０は、軸移動許可部材８０を装着部材７０に対して摺動させるためのものである。すべり軸受９０は、装着部材７０の軸部７２と軸移動許可部材８０の筒状部８１との間に配置される。より具体的には、すべり軸受９０は、円筒状に形成されており、軸移動許可部材８０における筒状部８１の内周面に形成された段差部８１ｄに、嵌合される。この状態において、すべり軸受９０の内周面を装着部材７０の軸部７２の外周面に摺動自在に装着することによって、軸移動許可部材８０が装着部材７０に対して軸方向（上下）に移動可能にしている。なお、すべり軸受９０は、樹脂製のブッシュである。

複数の位置決め部材９５は、弾性部材９４を位置決めするためのものである。複数の位置決め部材９５は、第１から第４位置決め部材９６，９７，９８，９９から構成されている。第１位置決め部材９６は、環状の板部材であり、カバー部材８５の環状溝部８５ｂに装着される。

一対の第２位置決め部材９７（９７ａ，９７ｂ）は、後述する複数の弾性部材９４の間に配置される。例えば、一方の第２位置決め部材９７ａは、筒状に形成されている。この第２位置決め部材９７ａは、カバー部材８５の内周面に装着される。より具体的には、第２位置決め部材９７ａに形成された凹部を、カバー部材８５の内周面に形成された凸部（図示しない）に嵌合することによって、第２位置決め部材９７ａは、カバー部材８５の内周面に装着される。他方の第２位置決め部材９７ｂは、筒状に形成されている。他方の第２位置決め部材９７ｂの筒径は、上記の第２位置決め部材９７ａの筒径より小さい。この第２位置決め部材９７ｂは、軸移動許可部材８０の筒状部８１の外周面に装着される。

以下では、カバー部材８５側に配置された第２位置決め部材９７ａを、外周側の第２位置決め部材と呼び、軸移動許可部材８０の筒状部８１側に配置された第２位置決め部材９７ｂを、内周側の第２位置決め部材と呼ぶ。

一対の第３位置決め部材９８（９８ａ，９８ｂ）は、筒状部８１の下端側例えば筒状部８１の環状溝部８１ａ側に配置される弾性部材９４（９４ｂ）と、装着部材７０のステイ装着部７１との間に配置される。例えば、一方の第３位置決め部材９８ａは、筒状に形成されている。この一方の第３位置決め部材９８ａは、カバー部材８５の内周面に装着される。より具体的には、一方の第３位置決め部材９８ａに形成された凹部を、カバー部材８５の内周面に形成された凸部（図示しない）に嵌合することによって、一方の第３位置決め部材９８ａは、カバー部材８５の内周面に装着される。

他方の第３位置決め部材９８ｂは、円環状に形成されている。他方の第３位置決め部材９８ｂの環径は、上記の一方の第３位置決め部材９８ａの筒径より小さい。他方の第３位置決め部材９８ｂは、軸移動許可部材８０の筒状部８１の外周面に装着される。詳細には、他方の第３位置決め部材９８ｂは、筒状部８１の環状溝部８１ａ側（下端側）に配置される弾性部材９４（９４ｂ）と、基準部材８８との間において、軸移動許可部材８０の筒状部８１の外周面に装着される。

以下では、カバー部材８５側に配置された第３位置決め部材９８ａを、外周側の第３位置決め部材と呼び、軸移動許可部材８０の筒状部８１側に配置された第３位置決め部材９８を、内周側の第３位置決め部材と呼ぶ。

第４位置決め部材９９は、筒状部８１の下端側に装着される。例えば、第４位置決め部材９９は、環状に形成されており、筒状部８１の外周面に装着される。より具体的には、第４位置決め部材９９は、例えばＣ型止め輪であり、筒状部８１の環状溝部８１ａに嵌合される。

基準部材８８は、伸縮操作力検出機構１７において操作ロッド１５に加わる上下Ｚ方向の操作力を検出する際の基準となる部材である。基準部材８８には、後述する伸縮操作力検出機構１７の軸変位検出部１７ａが接触している。基準部材８８は、環状に形成されている。内周側の第３位置決め部材９８ｂと第４位置決め部材９９との間において、基準部材８８の中央部に形成された貫通孔に、軸移動許可部材８０の筒状部８１を挿通することによって、基準部材８８が軸移動許可部材８０の筒状部８１の外周面に装着される。また、基準部材８８と内周側の第３位置決め部材９８ｂとの間には、調節部材８９が装着されている。この調節部材８９によって、基準部材８８のガタを防止している。

弾性部材９４は、可動ステイ５０に対する軸方向以外の力（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｆｏｒｃｅ）を吸収するためのものである。弾性部材９４は、複数の弾性部材から構成されており、複数の弾性部材９４は、筒状部８１と外装部８２との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置される。弾性部材９４は、渦巻きバネ例えば板状の渦巻きバネである。複数の弾性部材９４は、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂから構成されている。ここでは、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂが軸方向に所定の間隔を隔てて配置されているので、これら板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂによって、軸方向に交差する方向の力やモーメント発生時の力等を、確実に吸収できる。

２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂは同一形状のものであり、表裏反転して、筒状部８１と外装部８２との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置される。２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂそれぞれは、位置決め部材９５を介して、筒状部８１と外装部８２との間に配置される。

より具体的には、一方（上側）の板状の渦巻きバネ９４ａは、その外周縁を、外周側の第２位置決め部材９７ａと第１位置決め部材９６との間で挟持されている。また、一方の板状の渦巻きバネ９４ａは、その内周縁を、内周側の第２位置決め部材９７ｂと軸移動許可部材８０の第２鍔部８１ｃとの間で挟持されている。他方（下側）の板状の渦巻きバネ９４ｂは、その外周縁を、外周側の第２位置決め部材９７ａと外周側の第３位置決め部材９８ａとの間で挟持されている。また、他方の板状の渦巻きバネ９４ｂは、その内周縁を、内周側の第２位置決め部材９７ｂと内周側の第３位置決め部材９８ｂとの間で挟持されている。

このように、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂの外周部は、外周側の第２位置決め部材９７ａ、及び外周側の第３位置決め部材９８ａによって、位置決めされている。また、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂの内周部は、内周側の第２位置決め部材９７ｂ、及び内周側の第３位置決め部材９８ｂによって、位置決めされている。さらに、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂの内周部は、調節部材８９及び基準部材８８を介して、第４位置決め部材９９によって軸方向の移動が規制されている。

アタッチメント取付部５９にアタッチメントＡＴが装着された状態で、アタッチメントＡＴに固有の信号を識別する信号受信部１８４は、制御部１１０に含まれている。信号受信部１８４は、例えば、後述する導通バターンを識別する。

前記したように、アタッチメント取付部５９は複数のピン端子８４ａをさらに有しており、各ピン端子８４ａは、上述した複数の接点端子１５９それぞれに対応している。すなわち、各ピン端子８４ａと、各ピン端子８４ａに対応する接点端子１５９とが互いに接触可能に、複数のピン端子８４ａは、アタッチメント取付部５９に設けられている。具体的には、複数のピン端子８４ａ例えば１０個のピン端子は、端子装着部材８４の上面から外方に突出するように、端子装着部材８４に装着されている。ここでは、図２３及び図２４に示すように、５個を１組として２列に並べた１０個のピン端子８４ａが、端子装着部材８４に設けられている。この場合、アタッチメントＡＴがアタッチメント取付部５９に装着されたときに、１０個のピン端子８４ａが、上述した１０個の接点端子１５９に接触する。

このように、アタッチメントＡＴがアタッチメント取付部５９に取り付けられると、アタッチメントＡＴでは所定の２つの接点端子１５９が短絡しているので、これら２つの接点端子１５９に接触した２つのピン端子８４ａ間で導通する。図２３では、短絡した２つの接点端子１５９それぞれと、これら２つの接点端子１５９それぞれに接触するピン端子８４ａとが、一点鎖線で連結されている。すると、この導通パターンに対応したアタッチメントＡＴに固有の信号が、信号受信部１８４において識別される。すると、制御部１１０は、この信号に基づいて、アタッチメントＡＴの種類を判定する。そして、制御部１１０は、信号に基づいて判定したアタッチメントＡＴの種類に応じて、上肢訓練プログラムを起動し、上肢訓練プログラムに基づいて、上肢訓練装置を制御する。

上記のように、本上肢訓練装置１では、アタッチメントＡＴがアタッチメント取付部５９に装着されたときに、アタッチメントＡＴに固有の信号がアタッチメント取付部５９の信号受信部１８４に識別されるので、この信号によって、アタッチメント取付部５９に装着されたアタッチメントＡＴを識別できる。ここでアタッチメント取付部５９に装着されたアタッチメントＡＴさえ識別することができれば、制御部１１０は、アタッチメントＡＴに対応する上肢訓練プログラムは自動的に選択できる。このように、本上肢訓練装置１では、アタッチメントＡＴに対応した上肢訓練プログラムを確実に又は自動的に選択できる。このため、医師及び作業療法士は、アタッチメントＡＴをアタッチメント取付部５９に装着するだけで、アタッチメントＡＴに対応する訓練プログラムを自動的に実行できる。これにより、医師及び作業療法士によって選択されたアタッチメントＡＴを用いた最適な上肢訓練を、患者は実行できる。

また、この上肢訓練装置１では、制御部１１０が、アタッチメントＡＴの種類に応じた幾つかの上肢訓練プログラムを抽出して使用者に選択させるか、又は自動的に一つの上肢訓練プログラムを起動して、上肢訓練装置１を制御するので、医師又は作業療法士は、アタッチメントＡＴをアタッチメント取付部５９に装着するだけで、アタッチメントＡＴに対応する訓練プログラムを間違えることなく実行できる。これにより、医師及び作業療法士によって選択されたアタッチメントＡＴを用いた最適な上肢訓練を、患者は実行できる。

ロッドカバー４８は、図１５、図１６及び図１７に示すように、伸縮機構４７を覆いかつ伸縮機構４７とともに伸縮する入れ子構造で嵌合する複数（例えば３つ）のカバー要素からなるカバー構造６５を有している。具体的には、この実施形態では、カバー要素は、上カバー要素６５ａと、上カバー要素６５ａの内周側に嵌合する中間カバー要素６５ｂと、中間カバー要素６５ｂの内周面に嵌合する下カバー要素６５ｃと、である。

上カバー要素６５ａは、可動ステイ５０の上端に固定される最大径のカバー要素である。中間カバー要素６５ｂは、上カバー要素６５ａとともに伸縮する中間径のカバー要素である。下カバー要素６５ｃは、中間カバー要素６５ｂの内周側に嵌合する最小径のカバー要素である。下カバー要素６５ｃに嵌合する中間カバー要素６５ｂの外周面には、下端縁から上方に向けて厚みを増すテーパ面６５ｄが形成されている。これにより、操作ロッド１５が下端位置に配置され、図１６に示すように、上カバー要素６５ａ、中間カバー要素６５ｂ及び下カバー要素６５ｃが重なって配置されても、中間カバー要素６５ｂの下端と外装カバー１８の第１移動カバー２０１との間に患者Ｔの指が挟まれなくなる。下カバー要素６５ｃは、固定ステイ４９に固定されている。

上カバー要素６５ａ、中間カバー要素６５ｂ及び下カバー要素６５ｃは、図１７、図１８、図１９及び図２０に示すように、それぞれ縦に二分割可能な構造である。二分割された上カバー要素６５ａはネジにより可動ステイ５０に連結されている。二分割された中間カバー要素６５ｂは、上カバー要素６５ａに吊り下げ状態に弾性的に連結されている。二分割された下カバー要素６５ｃは、弾性的に固定ステイ４９に連結されている。中間カバー要素６５ｂの上端外周面は、上カバー要素６５ａの下端の内周面に係合している。これにより、操作ロッド１５の伸長時に、上カバー要素６５ａの下端が中間カバー要素６５ｂに上端近傍に上昇すると、上カバー要素６５ａとともに中間カバー要素６５ｂが上昇する。また、操作ロッド１５の収縮時に、中間カバー要素６５ｂが下降端に到達すると、上カバー要素６５ａだけが下降する。

図１５及び図１６に示すように、下カバー要素６５ｃ及び中間カバー要素６５ｂの外周面には、操作ロッド１５の伸長長さを示すための第１目盛り６６ａ及び第２目盛り６６ｂが表記されている。例えば、下カバー要素６５ｃには、「Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３・・・」の第１目盛り６６ａが表記され、中間カバー要素６５ｂには、「Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３・・・」の第２目盛り６６ｂが表記されている。第１目盛り６６ａと第２目盛り６６ｂと用いることにより、操作ロッド１５の伸縮量を容易に把握でき、患者Ｔの体格及び訓練内容等に応じた上肢の訓練高さの設定が容易になる。

図１８に示すように、上カバー要素６５ａは、円形断面である。しかし、図１９に示す中間カバー要素６５ｂ及び図２０に示す下カバー要素６５ｃは、断面が円の上と左右を直線的に切り欠いた形状の非円形（オーバル形状）である。特に下カバー要素６５ｃは、中間カバー要素６５ｂより左右を大きく切り欠いた形状である。これにより、中間カバー要素６５ｂ及び下カバー要素６５ｃ間の回り止め及び抜け止めを容易に実現できる。

（２−６）伸縮抵抗付与機構
図１４を参照して、伸縮抵抗付与機構１６は、前述したＺ軸モータ６１を有している。伸縮抵抗付与機構１６は、伸縮操作力検出機構１７により検出された伸縮操作力に応じて、Ｚ軸モータ６１を駆動して操作ロッド１５の伸縮操作に抵抗を付与、アシスト又は強制的に可動する。また、伸縮抵抗付与機構１６は、訓練高さを調整する目的で、操作ロッド１５を伸縮させる伸縮駆動部としても機能する。伸縮抵抗付与機構１６のＺ軸モータ６１は、可動フレーム１２の軸支持位置、すなわち、第１ジンバル機構３０の回動軸芯Ｘ１及び回動軸芯Ｙ１を含む平面より下方に（床面ＦＬに近い位置に）配置されている。すなわち、伸縮駆動部は、第２ジンバル機構４０の回動軸芯Ｘ２及び回動軸芯Ｙ２も同じ上下Ｚ方向位置であるため、Ｚ軸モータ６１は、操作ロッド１５の傾動支点位置より床面ＦＬに近い位置に配置されている。Ｚ軸モータ６１には、図１１に示すように、Ｚ軸方向の位置を検出するためのＺ軸ロータリエンコーダ６３が設けられている。

この上肢訓練装置１では、患者Ｔが上肢を使用して操作ロッド１５を例えばアタッチメントＡＴを介して傾動操作する。これにより、傾動抵抗付与機構１３により抵抗が付与、アシスト又は強制的に可動された状態で操作ロッド１５が傾動する。これにより、患者Ｔの上肢を訓練できる。この操作ロッド１５を伸縮させるための比較的質量が大きいＺ軸モータ６１が、可動フレーム１２が傾動する第１傾動中心Ｃ１より床面ＦＬに近い位置、すなわち下方に配置されているので、上肢訓練装置１の重心が低くなるため、訓練装置本体３の設置面積が小さくても上肢訓練装置１が転倒しにくくなる。また、操作ロッド１５の傾動で生じるモーメントの中心を第１傾動中心Ｃ１に近付けることができるため、機械的負荷を軽減できる。

また、操作ロッド１５は、可動フレーム１２に第２傾動中心Ｃ２から全方向に傾動可能に支持されており、伸縮抵抗付与機構１６は、第２傾動中心Ｃ２より床面ＦＬに近い位置に配置されている。これにより、上肢訓練装置１がさらに転倒しにくい。
さらに、第１傾動中心Ｃ１と第２傾動中心Ｃ２とが、同じ位置に配置されているので、上肢訓練装置１の上下方向の高さを低くできる。
さらに、Ｚ軸モータ６１の出力軸６１ａは操作ロッド１５の伸縮方向に沿って延びており、操作ロッド１５のボールネジ軸５５は、出力軸６１ａと同芯にカップリング６２により連結され、出力軸６１ａと一体回転可能である。これにより、Ｚ軸モータ６１を含む重量物を操作ロッド１５の真下にのみ配置でき、上肢訓練装置１の平面寸法を小さくできる。

（２−７）伸縮操作力検出機構
図１１に示すように、伸縮操作力検出機構１７は、軸変位検出部１７ａを有している。軸変位検出部１７ａは、装着部材７０に対する軸移動許可部材８０の軸方向の位置を、検出する。軸変位検出部１７ａは、操作ロッド１５の内部に配置されており、装着部材７０の基準部材８８に接触している。

軸変位検出部１７ａは、リニアのポテンショメータを含んでいる。ここでは、リニアのポテンショメータのセンサヘッド１７ｂがばね付勢され、軸移動許可部材８０に固定された基準部材８８の下面に常に当接している。より具体的には、リニアのポテンショメータ１７ａのセンサヘッド１７ｂをセンサヘッド１７ｂの外周に配置したコイルばねのバネ力に抗って所定量縮めた状態で、センサヘッド１７ｂは基準部材８８の下面にセットされている。この状態のセンサヘッド１７ｂの位置が、センサヘッド１７ｂの初期位置に設定されている。

この初期位置を基準として、軸移動許可部材８０が装着部材７０に対して軸方向に移動すると、この軸方向への移動に追随して、センサヘッド１７ｂは軸方向に伸縮移動する。すると、リニアのポテンショメータ１７ａは、入力する基準電圧に対してセンサヘッド１７ｂの移動量に応じた電圧値を出力する。この電圧値に基づいて、図示しない処理部例えばＣＰＵが、センサヘッドの初期位置に対するセンサヘッド１７ｂの移動量を、計算する。このようにして、軸変位検出部１７ａは、操作ロッド１５の軸方向の変位を検出する。なお、操作ロッド１５の軸方向の変位は、初期位置を基準として正の値又は負の値になる。

続いて、軸移動許可部材８０の軸方向の変位に基づいて、操作ロッド１５に加わった軸方向の操作力が算出される。例えば、図示しない処理部例えばＣＰＵは、軸移動許可部材８０の軸方向変位と、この軸方向変位に対応する軸力との対応テーブルに基づいて、操作ロッド１５に加わった軸方向の操作力を検出する。なお、対応テーブルは、複数の弾性部材９４の剛性、例えば２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂの面外方向の剛性に基づいて、設定されている。

上記のような上肢訓練装置１では、患者Ｔが、アタッチメントＡＴに自分の手又は腕を乗せて又はアタッチメントＡＴを把持して、操作ロッド１５を軸方向に操作すると、アタッチメントＡＴが取り付けられたアタッチメント取付部５９が、操作方向（上下）に移動する。詳細には、患者Ｔが操作ロッド１５を軸方向に操作したときに、操作ロッド１５に軸方向以外の力の成分が発生した場合、この力の成分は弾性部材９４によって吸収される。そして、操作ロッド１５に発生した軸方向力によって、軸移動許可部材８０が、すべり軸受９０を介して装着部材７０に対して軸方向に移動する。このときには、軸移動許可部材８０に固定された基準部材８８も同時に軸方向に移動し、基準部材８８に当接したセンサヘッドが、伸縮する。すると、伸縮操作力検出機構１７において、センサヘッドの伸縮量に対応する軸力、すなわち操作ロッド１５に加わった軸方向の操作力が、検出される。

上記のように、この上肢訓練装置１では、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂを設けることによって、操作ロッド１５に作用する軸方向以外の力は、これら２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂによって、吸収される。この状態において、軸変位検出部１７ａは、操作ロッド１５に作用した軸方向力に対応する軸方向の変位を、検出する。このように、この上肢訓練装置１では、操作ロッド１５に作用する軸方向以外の力を、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂによって吸収しながら、軸変位検出部１７ａが、軸方向の変位を検出することができるので、操作ロッド１５の軸方向にのみ作用する力を正確に求めることができる。

また、軸変位検出部１７ａは操作ロッド１５の内部に配置されているので、不用な外力例えば衝撃力等が、軸変位検出部１７ａに対して直接的に作用しない。これにより、軸変位検出部１７ａの測定対象の変位（軸方向の変位）だけを、より正確に測定できる。

また、軸変位検出部１７ａは、例えばリニアのポテンショメータであるので、リニアのポテンショメータ１７ａのセンサヘッド１７ｂを、軸移動許可部材８０に当接させることによって、装着部材７０に対する軸移動許可部材８０の軸方向の位置を、より正確に検出できる。

また、この上肢訓練装置１では、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂが、軸移動許可部材８０の筒状部８１と軸移動許可部材８０の外装部８２との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置されているので、操作ロッド１５に直接作用しうる軸方向以外の力や、モーメント発生時の軸方向以外の力等を、確実に吸収できる。

また、この上肢訓練装置１では、操作ロッド１５に作用する軸方向以外の力を吸収する弾性部材９４が、渦巻きバネ９４ａ，９４ｂであるので、力を吸収する際の方向依存性を小さくできる。特に、ここでは、渦巻きバネ９４ａ，９４ｂとして、例えば板状の渦巻きバネを用いている。板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂは、金属薄板を切り抜いて形成することができるので、外周部位及び中心部位の加工が容易であり、かつ精度良く加工できる。これにより、渦巻きバネ９４ａ，９４ｂそのものの方向依存性をより小さくできる。

また、この上肢訓練装置１では、２枚の板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂが表裏反転して軸方向に所定の間隔を隔てて配置されるので、軸方向の方向依存性も同時に小さくできる。

さらに、この上肢訓練装置１では、装着部材７０の軸部７２と、軸移動許可部材８０の筒状部８１との間には、すべり軸受９０が配置されているので、軸移動許可部材８０は装着部材７０に対してスムースに軸移動する。これにより、装着部材７０に対する軸移動許可部材８０の変位を、より正確に測定できる。また、すべり軸受９０の材質が樹脂であるので、すべり軸受９０の形状がブッシュ形状であっても、すべり軸受９０を所定の大きさで容易に成型できる。

（２−８）外装カバー
外装カバー１８は、第１ジンバル機構３０と第２ジンバル機構４０等の内部機構を外部に露出しないように上から覆うカバー構造である。外装カバー１８は、図１〜図４に示すように、訓練装置本体３の下部の周囲を覆う本体カバー２００の上部に装着され、本体カバー２００とともに訓練装置本体３の内部を覆っている。このように外装カバー１８が第１ジンバル機構３０と第２ジンバル機構４０を覆っているので、埃やゴミが第１ジンバル機構３０と第２ジンバル機構４０に付着するのが防止される。また、人が誤って第１ジンバル機構３０と第２ジンバル機構４０に触れてしまうことが防止される。

外装カバー１８は、第１移動カバー２０１と、第２移動カバー２０２と、第１従動カバー２０３と、第２従動カバー２０４と、固定カバー２０５と、を有している。これらカバーは、合成樹脂製のドーム形状部材であり、上記の順番で上から下まで重なるように配置されている。ドーム形状とは、球面の一部となる形状であり、小径開口縁が上方に位置しており、大径開口縁が下方に位置しており、小径開口縁から大径開口縁に向かって滑らかに湾曲した形状である。各カバーは、それぞれのドーム形状に沿った方向に互いに相対移動可能になっている。上下に並んだカバーでは、上側のカバーの外径が下側のカバーの内径より大きくなっており、したがって、上側のカバーの大径開口縁部が下側のカバーの小径開口縁部の上方に重なっている。

第１移動カバー２０１は、主に、ドーム形状部分２０１ａから構成されている。第１移動カバー２０１は、操作ロッド１５に一体に移動するように、操作ロッド１５に固定されている。具体的には、第１移動カバー２０１は、図２１に示すように、小径開口縁２０１ｂが操作ロッド１５の外周面に固定されている。なお、第１移動カバー２０１は半割れの２つの部材から構成されている。

第２移動カバー２０２は、主に、ドーム形状部分２０２ａから構成されている。第２移動カバー２０２は、可動フレーム１２に一体に移動するように固定され、第１移動カバー２０１と固定カバー２０５との間で両者に相対移動可能である。
第２移動カバー２０２は、可動フレーム１２の第２可動部分３２に固定されている。より具体的には、図５〜図９に示すように、第２可動部分３２には上方に延びる連結フレーム２０７が設けられており、連結フレーム２０７の上端に第２移動カバー２０２が固定されている。具体的には、図２１に示すように、第２移動カバー２０２の小径開口縁２０２ｂから下方に向かって円筒状部分２０２ｃが延びており、筒状部分２０２ｃが連結フレーム２０７に連結されている。患者Ｔが操作ロッド１５を傾動させて、操作ロッド１５が可動フレーム１２に対して相対移動した場合に、第２移動カバー２０２は第１移動カバー２０１と相対移動可能であり、第２移動カバー２０２から第１移動カバー２０１に作用する抵抗が少なく又はほとんど無いようになっている。したがって、操作ロッド１５を操作する操作力が小さい場合でもほぼ正確に操作力を検知できる。特に、図２２に示すように、第１移動カバー２０１のドーム形状部分２０１ａの下面と第２移動カバー２０２のドーム形状部分２０２ａ上面との間には、隙間Ｓ１が確保されることが好ましい。これによれば、第１移動カバー２０１と第２移動カバー２０２は接触していないので、第１移動カバー２０１と第２移動カバー２０２とが相対移動したときに、両者間で摩擦抵抗が生じない。したがって、傾動操作力検出機構１４は、患者Ｔの傾動操作により操作ロッド１５に加わる操作力及び操作力の方向を示す傾動操作ベクトルを、小さい操作力であっても正確に検出できる。
なお、第２移動カバー２０２は、可動フレーム１２に固定されているので、カバー構造の強度が向上している。

第１従動カバー２０３及び第２従動カバー２０４は、それぞれ、ドーム形状部分２０３ａ及び２０４ａを含む。第１従動カバー２０３及び第２従動カバー２０４は、第２移動カバー２０２と固定カバー２０５との間に配置されている。第１従動カバー２０３及び第２従動カバー２０４は、固定フレーム１１、可動フレーム１２及び操作ロッド１５のいずれに対しても固定されていない。第２移動カバー２０２と第１従動カバー２０３は互いに接触しており、第１従動カバー２０３と第２従動カバー２０４は互いに接触している。したがって、第２移動カバー２０２が固定カバー２０５に対して移動すると、その動きに第１従動カバー２０３と第２従動カバー２０４は追従する。

第１従動カバー２０３は、その上端に小径開口縁２０３ｂが形成され、その下端に大径開口縁が形成され、小径開口縁２０３ｂ及び大径開口縁を通って操作ロッド１５が挿通される。小径開口縁２０３ｂから下方に延びて環状の下向き突起部２０３ｃが形成されている。第１従動カバー２０３は、さらに、大径開口部から下方に延びる環状の突起２０３ｄを有している。突起２０３ｄは、第２従動カバー２０４の上面に当接している。このような構造により、第１従動カバー２０３のドーム形状部分２０３ａの下面と第２従動カバー２０４のドーム形状部分２０４ａの上面との間には、隙間Ｓ２が確保されている。

第２従動カバー２０４は、その上端に小径開口縁２０４ｂが形成され、その下端に大径開口縁が形成され、小径開口縁２０４ｂ及び大径開口縁２０４ｅを通って操作ロッド１５が挿通される。第２従動カバー２０４は、小径開口縁２０４ｂから下方に延びる環状の下向き突起部２０４ｃと、小径開口縁２０４ｂから上方に延びる環状の上向き突起部２０４ｄとを有している。第２従動カバー２０４の下端の大径開口縁２０４ｅの上面には、下に向かって厚みが小さくなるテーパ面２０４ｆが形成されている。

固定カバー２０５は、主に、ドーム形状部分２０５ａからなり、その上端に開口縁２０５ｂを有している。さらに、固定カバー２０５は、ドーム形状部分２０５ａの大径開口縁から半径方向外側に延びる外周フランジ２０５ｃを有している。

第１従動カバー２０３は第２従動カバー２０４に対して傾きが大きくなると、図２２に示すように、下向き突起部２０３ｃが第２従動カバー２０４の上向き突起部２０４ｄに係合することで移動が制限される。なお、傾き方向の反対側では、第１従動カバー２０３の突起２０３ｄが第２従動カバー２０４の上向き突起部２０４ｄに係合する（図４参照）。また、第２従動カバー２０４は固定カバー２０５に対して傾きが大きくなると、下向き突起部２０４ｃが固定カバー２０５の小径開口縁２０５ｂに係合することで移動が制限される。以上のように、第１従動カバー２０３と第２従動カバー２０４の固定カバー２０５に対する傾動が制限されているので、外部から見たときにカバー同士に隙間が生じないようにできる。（図４参照）。こうして、外装カバー１８は、操作ロッド１５の傾動度合いにかかわらず、第１ジンバル機構３０と第２ジンバル機構４０等の内部機構を外部に露出しないように上から覆う。
第１従動カバー２０３及び第２従動カバー２０４は、前述のように、第２移動カバー２０２の動きに従動する。ここで、第１従動カバー２０３と第２従動カバー２０４が摩擦又は互いに衝突したとしても、そのような現象は傾動操作力検出機構１４に影響を与えない。なぜなら、第２移動カバー２０２は可動フレーム１２に固定されているからである。

次に各カバーのドーム形状に沿った半径方向長さ（小径開口縁から大径開口縁までの長さ）について説明する。第２移動カバー２０２のドーム形状部分２０２ａの円周方向長さは、第１従動カバー２０３のドーム形状部分２０３ａの円周方向長さと概ね等しい。さらに、第２従動カバー２０４のドーム形状部分２０４ａの円周方向長さは、第２移動カバー２０２のドーム形状部分２０２ａ及び第１従動カバー２０３のドーム形状部分２０３ａの円周方向長さより長く、固定カバー２０５のドーム形状部分２０５ａの円周方向長さより短い。

以上の各カバーの長さ関係に基づいて、図２２に示すように、各カバーが一方向に移動することで互いに係合した状態を説明する。図２２では、第２従動カバー２０４が固定カバー２０５に係止され、第１従動カバー２０３が第２従動カバー２０４に係止され、さらに第２移動カバー２０２が第１従動カバー２０３に係止されている。この状態では、第２従動カバー２０４の下端の大径開口縁２０４ｅが第２移動カバー２０２及び第１従動カバー２０３の下端の大径開口縁よりさらに下方に延びている。また、第２従動カバー２０４の下端の大径開口縁２０４ｅと固定カバー２０５の外周フランジ２０５ｃとの間には、隙間Ｓ３が確保されている。つまり、第２従動カバー２０４の大径開口縁２０４ｅは一番下まで落ちることがなく、そのため人が第２従動カバー２０４と固定カバー２０５の外周フランジ２０５ｃとの間で指を挟むことが生じにくい。

この場合、第２従動カバー２０４の下端の大径開口縁２０４ｅには、下に向かって厚みが小さくなるテーパ面２０４ｆが形成されているので、第２従動カバー２０４が傾いて下端の大径開口縁２０４ｅの一部が最下方に移動した場合でも、人の指が第２従動カバー２０４の下端の大径開口縁２０４ｅと固定カバー２０５の平坦な外周フランジ２０５ｃとの間の隙間Ｓ３に挟まれにくい。
なお、操作ロッド１５が可動フレーム１２に対して傾動可能な量は、可動フレーム１２が固定フレーム１１に対して傾動可能な量より小さく設定されている。したがって、従属カバーは、第１移動カバー２０１と第２移動カバー２０２との間ではなく、第２移動カバー２０２と固定カバー２０５との間に配置されている。それに対して、もしも従属カバーが第１移動カバー２０１と第２移動カバー２０２との間に配置されると、操作ロッドが操作されるときに操作ロッドは従属カバーを動かす必要が出てくるので、患者の操作力に対して若干の抵抗力が発生してしまい、それは好ましくない。

（３）椅子
図２７及び図２８を参照して、椅子４は、椅子本体５１１と、脚部５１２とを有している。椅子本体５１１は、座席５１１ａと、背もたれ５１１ｂと、肩レスト５１１ｃとを有している。脚部５１２は、椅子本体５１１から下方に延びる柱部材５１２ａと、柱部材５１２ａの下端から放射状に延びる複数の脚５１２ｂと、脚５１２ｂの先端に取り付けられたキャスタ５１２ｃとを有している。柱部材５１２ａは、例えば六角柱であり、上下両端において他の部材と回転不能に連結されている。キャスタ５１２ｃには、それぞれ回り止め機構（図示せず）が設けられている。

椅子４には、さらに、椅子本体５１１に患者Ｔを拘束するための拘束具５１５が設けられている。拘束具５１５は、シートベルトのようなベルト部材である。患者Ｔは、椅子本体５１１に座った状態でしかも拘束具５１５によって椅子本体５１１に拘束された状態で、操作ロッド１５を操作する。患者Ｔが椅子本体５１１に拘束されることによって、患者Ｔの位置及び向きが変動しないので、上肢を正確に訓練できる。

（４）連結機構
（４−１）連結機構の基本的機能
連結機構５は、椅子４と訓練装置本体３とを一体に連結する。連結機構５は、椅子４が連結機構５によって訓練装置本体３に連結された状態を維持しながら、椅子４を右腕訓練位置と左腕訓練位置との間で移動可能とし、右腕訓練位置３２１と左腕訓練位置３２２とで位置調整及び固定される（図２７参照）。ここで、「固定される」とは、椅子４が訓練装置本体３に対して位置を変更できなくなり、向きも変更できなくなった状態をいう。したがって、椅子４を上肢の訓練条件に応じた適切な位置に容易に固定できる。また、椅子４は連結機構５によって訓練装置本体３に固定された状態を維持されるので、患者Ｔが訓練装置本体３の操作ロッド１５を操作中に椅子４が動き出すような不具合が生じない。したがって、患者Ｔの上肢を正確に訓練できる。

（４−２）連結機構の具体的構造
図３６及び図３７に示すように、連結機構５は、第１アーム５０１と、第２アーム５０２とを有している。第１アーム５０１の第１端部５０１ａと、第２アーム５０２の第１端部５０２ａとは、第１連結部５０３によって回動可能に連結されている。
第１アーム５０１の第２端部５０１ｂと訓練装置本体３とは、第２連結部５０４によって回動可能に連結されている。第２連結部５０４は、訓練装置本体３の前後Ｘ方向後ろ側（装置の手前側）に設けられた固定部５０６に固定されている。
第２アーム５０２の第２端部５０２ｂと椅子４とは、第３連結部５０５によって回動可能に連結されている。第３連結部５０５には、リング状の固定部材５０７が固定されている。固定部材５０７は、椅子４の柱部材５１２ａに回動不能に固定されている。

この装置では、第１アーム５０１の第１端部５０１ａと第２アーム５０２の第１端部５０２ａ、第１アーム５０１の第２端部５０１ｂと訓練装置本体３、第２アーム５０２の第２端部５０２ｂと椅子４とが、それぞれ第１〜第３連結部５０３〜５０５によって回動及び固定可能に連結されている。したがって、上記の３箇所を回動して角度位置を調整することで椅子４の訓練装置本体３に対する位置及び向きが決定される。つまり、上記の３箇所の回動量又は相対的な角度位置と椅子４の訓練装置本体３に対する位置及び向きとの関係を予め把握しておけば、医師又は作業療法士は３箇所の回動量又は相対的な角度位置を指示することで、椅子４の具体的な位置及び向きを指示できる。そして、操作者は、指示に従うことで、椅子４を正確に位置決めできる。

連結機構５は、椅子４が訓練装置本体３の後方（装置の手前）を通って右腕訓練位置と左腕訓練位置との間で移動するように、椅子４と訓練装置本体３を連結している。この場合、椅子４を動かすときの作業が容易であり、しかも椅子４を移動するためのスペースが小さくなる。
なお、第１アーム５０１，第２アーム５０２及び第１連結部５０３は、椅子４の脚５１２ｂより高い位置に配置されているので、両者が互いに干渉することはない。

図３６〜図３９を用いて、連結機構５の構造及び機能についてさらに詳細に説明する。
図３６は、椅子４を右腕訓練位置３２１に配置する場合の椅子４と訓練装置本体３との位置関係を示している。この図では、訓練装置本体３の操作ロッド１５の位置を基準として、椅子４が右腕訓練位置３２１において固定されるべき座標を図示している。

第１連結部５０３、第２連結部５０４及び第３連結部５０５は、２種類の部材を回動可能に連結する部材であり、基本的な構造は共通である。以下、図３８及び図３９を用いて、第１連結部５０３の構造を説明する。
第１連結部５０３は、主に、上側の第１部材５２１と、下側の第２部材５２２と、ロック機構５２３とを有している。

第１部材５２１には、第２アーム５０２の第１端部５０２ａが固定されている。第１部材５２１は、カップ形状の部材であり、凸側面を上側に向けて配置されている。第１部材５２１は、湾曲部５２１ａと、中心において上下方向に延びる筒状の第１シャフト５２１ｂとを有している。第１シャフト５２１ｂには、軸方向に延びる中心孔５２１ｃが形成されている。第２アーム５０２の第１端部５０２ａは、湾曲部５２１ａを貫通して、第１シャフト５２１ｂに固定されている。

第２部材５２２には、第１アーム５０１の第１端部５０１ａが固定されている。第２部材５２２は、カップ形状の部材であり、凸側面を下側に向けて配置されている。第２部材５２２は、湾曲部５２２ａと、中心において上下方向に延びる筒状の第２シャフト５２２ｂとを有している。第２部材５２２の第２シャフト５２２ｂには、軸方向に延びる中心孔５２２ｃが形成されている。第１アーム５０１の第１端部５０１ａは、湾曲部５２２ａを貫通して、第２シャフト５２２ｂに固定されている。第２部材５２２は、さらに、上側端に半径方向外側に延びる円環状のフランジ５２２ｄを有している。

第１部材５２１は、第２部材５２２の上に載置された状態で配置され、第２部材５２２に対して回動可能になっている。図３８に示すように、第１部材５２１の湾曲部５２１ａには下に向かって細い三角形状のマーク５３１が設けられ、第２部材５２２のフランジ５２２ｄの上面には所定の角度刻みで目盛り５３２が設けられている。つまり、マーク５３１が目盛り５３２のどの数字を指すかによって、第１部材５２１と第２部材５２２の変位角度、つまり第１アーム５０１と第２アーム５０２の成す角度が分かるようになっている。

ロック機構５２３は、第１部材５２１と第２部材５２２を回動不能に連結及び連結解除するための機構である。ロック機構５２３は、第１部材５２１と第２部材５２２とが画定する空間内に配置されている。ロック機構５２３は、回転シャフト５２４と、第１ロック部材５２５と、第２ロック部材５２６と、回り止め部材５２７と、ノブ５２８とを有している。

回転シャフト５２４は、第１シャフト５２１ｂの中心孔５２１ｃ及び第２シャフト５２２ｂの中心孔５２２ｃ内を延びている。回転シャフト５２４は、第１部材５２１及び第２部材５２２に対して回転可能に支持されており、さらに軸方向に脱落不能に支持されている。回転シャフト５２４の第１部材５２１側の端部には、ノブ５２８のねじ部が挿通されている。

第１ロック部材５２５は、第２部材５２２の上端部に固定された環状又はリング状の板状部材である。第１ロック部材５２５は、内周縁に複数の第１歯５２５ａを有している。
第２ロック部材５２６は、第１ロック部材５２５の下方に配置された環状の板状部材である。第２ロック部材５２６は、外周縁に複数の第２歯５２６ａを有している。第２歯５２６ａは、斜め上側に延びており、第１ロック部材５２５の第１歯５２５ａに係合可能となっている。第２ロック部材５２６の内周縁は、ネジ係合部５２９を介して回転シャフト５２４の外周面に係合している。

回り止め部材５２７は、第２ロック部材５２６を第１部材５２１に軸方向に移動可能にかつ回転不能に連結するための部材である。回り止め部材５２７は、第２ロック部材５２６の上面に配置された環状の板状部材である。回り止め部材５２７の外径は、第１ロック部材５２５の内径より小さくなっており、したがって回り止め部材５２７と第１ロック部材５２５は互いに干渉しない。回り止め部材５２７は、第２ロック部材５２６に固定されている。回り止め部材５２７の内周縁は、回り止め部５３０を介して回転シャフト５２４の外周面に係合している。

以上の構造により、ノブ５２８を操作して回転シャフト５２４内で回転させると、第２ロック部材５２６及び回り止め部材５２７が上下方向に移動する。したがって、第２ロック部材５２６は第１ロック部材５２５に係合したロック位置と、第１ロック部材５２５から係合解除したロック解除位置との間で移動可能である。図３９では、第２ロック部材５２６が第１ロック部材５２５から下方に離れたロック解除位置にある。この位置から第２ロック部材５２６が上方に移動すると、第２ロック部材５２６の第２歯５２６ａが第１ロック部材５２５の第１歯５２５ａに係合して、ロック状態になる。
なお、第１歯５２５ａと第２歯５２６ａは一定のピッチで形成されている。つまり、第１連結部５０３によって、第１部材５２１と第２部材５２２はその一定のピッチ単位で回動させた位置で固定可能になっている。

なお、第２連結部５０４では、第１部材が第１アーム５０１に固定され、第２部材が訓練装置本体３の固定部５０６に固定されている。第３連結部５０５では、第１部材が第２アーム５０２に固定され、第２部材が固定部材５０７に固定されている。

（４−３）効果
以上に述べたように、連結機構５が第１連結部５０３、第２連結部５０４及び第３連結部５０５を有しているので、椅子４を所定の訓練位置の範囲内で自由に位置決めできる。また、マーク５３１を目的とする目盛り５３２に合わせることで、一度設定した固定位置を簡単に再現できる。例えば、医師が各連結部においてマーク５３１が指すべき数値のセットを予め患者Ｔに伝えておけば、患者Ｔはその数字が再現されるように各連結部を調整すればよい。また、上記の説明は、椅子４を訓練装置本体３に連結した状態における位置調整に関するものであるが、椅子４を訓練装置本体３から連結解除してその後に両部材を別の場所に運んで組み立てる場合にも当てはまる。

さらに、全ての連結部５０３〜５０５をゆるめた状態にすれば、椅子４を連結機構５によって訓練装置本体３に連結状態を維持しながら、椅子４を右腕訓練位置３２１と左腕訓練位置３２２との間で移動可能である。その際に、椅子４は訓練装置本体３の前後Ｘ方向後方（装置の手前）を通って左右Ｙ方向に移動できる。
さらに、全ての連結部５０３〜５０５を締めた状態にすれば、椅子４は訓練装置本体３に対して十分な強度で接続される。その結果、椅子４は訓練中に訓練装置本体３に対して移動しない。また、連結機構５によって、椅子４又は訓練装置本体３が転倒しにくくなっている。

（４−４）リモコン
上肢訓練装置１は、図２８に示すように、リモコン５４１と、リモコン用取り付け座５４２と、を備えている。リモコン５４１は、患者Ｔが例えば健常な腕で訓練装置本体３を操作するための装置である。リモコン５４１と訓練装置本体３とは、有線又は無線で接続されている。リモコン用取り付け座５４２は、椅子４の左右両側に取り付け可能である。リモコン用取り付け座５４２は椅子４の左右両側に取り付けられても良いが、実際にはリモコン用取り付け座５４２を患者Ｔに対して訓練側の腕と反対側に取り付ければよい。その結果、患者Ｔは、訓練していない健常な腕によってリモコン５４１を操作できる。
なお、リモコン用取り付け座５４２の上面とリモコン５４１の下面には、面ファスナー（図示せず）が貼られ、この面ファスナーによって両者が固定されている。したがって、リモコン５４１は、リモコン用取り付け座５４２から脱落しにくい。

リモコン５４１は、図４０及び図４１に示すように、筐体５４３と、非常停止ボタン５４４と、筐体５４３の凹部５４３ａ、５４３ｂ及び５４３ｃにそれぞれ配置された操作ボタン５４５、５４６及び５４７とを有している。非常停止ボタン５４４は、筐体５４３に設けられ、訓練装置本体３に対して非常停止を指示するための部材である。例えば訓練装置本体３に異常が発生した場合に、患者Ｔは、訓練中に椅子４に座ったままでリモコン５４１を操作して訓練装置本体３を非常停止できる。そのため、上肢訓練装置１の安全性が向上している。操作ボタン５４５〜５４７には、訓練用ソフトウェアによって、決定、キャンセルなどの動作が割り当てられている。

操作ボタン５４５、５４６及び５４７の押圧面は、押されていない状態において、筐体５４３の上面５４３ｄよりも内側にある。そのため、図４１に示すように、リモコン５４１を側方から見た場合には、操作ボタン５４５、５４６及び５４７は見えない。したがって、患者Ｔが誤ってリモコン５４１を床面ＦＬに落としたとしても、操作ボタン５４５、５４６又は５４７が誤って押されることが生じにくい。つまり、訓練装置本体３の誤動作が生じにくい。そのため、上肢訓練装置１の安全性が向上している。

筐体５４３の凹部５４３ａ〜５４３ｃは、筐体５４３の上面５４３ｄから中心に向けて傾斜する環状のテーパ面５４３ｅを有している。患者Ｔが操作ボタン５４５〜５４７を操作するときには、指をテーパ面５４３ｅに沿って滑らせるようにして操作ボタン５４５〜５４７を押すことができる。したがって、患者Ｔが操作ボタン５４５〜５４７を操作するときの操作性が良い。
なお、操作ボタン５４５〜５４７と非常停止ボタン５４４との間には、カーソルキー５４８が設けられている。図４１に示すようにカーソルキー５４８の操作面は筐体５４３の上面５４３ｄから突出しているが、カーソルキー５４８は単に操作の設定を行う際にのみ使用されるのであって訓練装置本体３の重大な動作を実行させることはないので、特に安全性の問題は生じない。

（５）モニタスタンド及びモニタアーム
椅子４が訓練装置本体３に対して右腕訓練位置３２１又は左腕訓練位置３２２に配置されるのに対応して（図２７参照）、モニタ７を患者Ｔが見やすい位置に移動させる構成を説明する。この構成は、主に、モニタスタンド６に装着されてモニタ７を支持するモニタアーム３０１からなる。なお、モニタ７は液晶ディスプレイといった薄型ディスプレイである。
なお、モニタスタンド６、モニタ７及びモニタアーム３０１は、訓練装置本体３に対して一体的不可分に設けられている（つまり、別体の装置ではない）ので、運搬等の取り扱いが容易であり、さらに各装置同士の位置決めが容易かつ正確に行われる。

図２８に示すように、モニタスタンド６は、ベースフレーム２１から上方に延びる棒状の部材である。モニタスタンド６は、例えば、アルミフレームからなる。モニタスタンド６は、クランク折り曲げされており、操作ロッド１５よりも前後Ｘ方向前側においてベースフレーム２１に固定された基端部６ａと、基端部６ａから前後Ｘ方向前側に湾曲した湾曲部６ｂと、基端部６ａより前後Ｘ方向前側に位置してモニタ７が設けられた上端部６ｃとを有している。上端部６ｃは、上下Ｚ方向に直線状に延びている。このようにモニタスタンド６は基端部６ａから上方に延びており、上端部６ｃが操作ロッド１５から前後Ｘ方向前側に離れて配置されているので、訓練装置本体３の設置面積は十分に小さくしつつも、モニタ７を十分に前後Ｘ方向前側に配置する。その結果、操作ロッド１５を前方に倒すときの傾き角度の許容値を十分に大きくできる。なぜなら、操作ロッド１５を前後Ｘ方向前側に倒しても、操作ロッド１５又はアタッチメントＡＴがモニタ７に衝突しにくいからである。この例では、図２７〜図３０に示すように、操作ロッド１５が傾いてアタッチメントＡＴが移動する最大可動範囲３２０は、前後Ｘ方向の前側限界３２０ａが平面視では左右Ｙ方向に延びる直線状となるＤ字形状である。そして、前側限界３２０ａは訓練装置本体３の前後Ｘ方向前端にほぼ一致しているが、モニタ７は前側限界３２０ａよりさらに前後Ｘ方向前側に位置している。

図３１〜図３５を参照して、モニタアーム３０１は、モニタスタンド６に設けられ、モニタ７を左右Ｙ方向両側に位置調整可能に、より詳細には水平にスライドするように支持する。具体的には、モニタアーム３０１は、支持部材３０２と、スライドレール３０３と、第１支持ブラケット３０４と、第２支持ブラケット３０５とを有している。支持部材３０２は、スライドレール３０３全体を収容した状態で支持しており、後述するようにスライドレール３０３と一体に移動可能になっている。具体的には、支持部材３０２は、枠部材３０２ａと、枠部材３０２ａの左右Ｙ方向両端に設けられた一対の回転ローラ３０２ｂ（後述）とを有している。枠部材３０２ａは、上側枠３０２ｃと、上側枠３０２ｃから下方に離れて配置された下側枠３０２ｄと有している。上側枠３０２ｃと下側枠３０２ｄは左右Ｙ方向両端において回転ローラ３０２ｂを支持する部分で互いに連結されている。

スライドレール３０３は、左右Ｙ方向に延びており、モニタスタンド６に水平方向にスライド可能に支持されている。具体的には、スライドレール３０３は、両面式のスライドレールであり、前後Ｘ方向後ろ側の面に第１支持ブラケット３０４が水平方向にスライド自在に装着され、前後Ｘ方向前側の面に第２支持ブラケット３０５が水平方向にスライド自在に装着されている。第１支持ブラケット３０４には、モニタ７の背面が固定されている。第２支持ブラケット３０５は、モニタスタンド６の上端部６ｃに固定されている。

より具体的には、図３１に示すように、スライドレール３０３は、フレーム３０３ａと、レール３０３ｂ〜３０３ｅとを有している。フレーム３０３ａは、上下Ｚ方向に所定の幅を有して左右Ｙ方向に延びる板状部材である。フレーム３０３ａの本体の上下両端には、前後Ｘ方向前側に延びる第２板状部分３０３ｆが設けられている。フレーム３０３ａの前後Ｘ方向後ろ側には、上下Ｚ方向に並んで第１レール３０３ｂと第２レール３０３ｃとが固定されている。さらに、フレーム３０３ａの前後Ｘ方向前側には、上下Ｚ方向に並んで第３レール３０３ｄと第４レール３０３ｅとが固定されている。レール３０３ｂ〜３０３ｅは、フレーム３０３ａの左右Ｙ方向全体にわたって延びている。

フレーム３０３ａの上下Ｚ方向両側には、枠部材３０２ａの上側枠３０２ｃと下側枠３０２ｄとがそれぞれ配置されている。上側枠３０２ｃ（及び下側枠３０２ｄ）は、前後Ｘ方向に所定の幅を有して左右Ｙ方向に延びる第１プレート３０２ｅと、第１プレート３０２ｅの前後Ｘ方向両側から上下Ｚ方向に延びる一対の第２プレート３０２ｆとを有している。第１プレート３０２ｅには、上下Ｚ方向に所定の幅を有して左右方向Ｙ方向に延びる突起３０２ｇが設けられている。突起３０２ｇは、フレーム３０３ａの第２板状部分３０３ｆに上下Ｚ方向から当接している。このようにして、スライドレール３０３は、支持部材３０２によって上下方向に支持されている。

第１支持ブラケット３０４は、第１ブラケット本体３０４ａと、第１ブラケット本体３０４ａに固定された第１ベアリング機構３０４ｂ及び第２ベアリング機構３０４ｃとを有している。図３１に示すように、第１ベアリング機構３０４ｂ及び第２ベアリング機構３０４ｃは、第１レール３０３ｂ及び第２レール３０３ｃにそれぞれスライド自在に配置されている。第２支持ブラケット３０５は、第２ブラケット本体３０５ａと、第２ブラケット本体３０５ａに固定された第３ベアリング機構３０５ｂ及び第４ベアリング機構３０５ｃとを有している。図３１に示すように、第３ベアリング機構３０５ｂ及び第４ベアリング機構３０５ｃは、第３レール３０３ｄ及び第４レール３０３ｅにそれぞれスライド自在に配置されている。

以上に述べた構成では、スライドレール３０３はモニタスタンド６に対して水平方向にスライドし、さらにモニタ７はスライドレール３０３に対して水平方向に移動するので、スライドレールのスライドストロークを小さく抑えながらモニタ７の移動量を大きくとることができ、モニタ７を左右Ｙ方向片側に移動させた場合にスライドレール３０３がモニタスタンド６から左右Ｙ方向反対側に突出して残る量が少なくて済む。図３２では、モニタ７が最も左右Ｙ方向左側に移動しており、この場合にスライドレール３０３及び支持部材３０２がモニタスタンド６からさらに左右Ｙ方向右側に突出して残る量が少なくて済んでいる。図３４では、モニタ７が最も左右Ｙ方向右側に移動しており、その場合も同様な効果が得られる。なお、図３２におけるモニタ７の位置は椅子４が右腕訓練位置３２１（図２７参照）にあるときの訓練に採用され、図３４におけるモニタ７の位置は椅子４が左腕訓練位置３２２にあるときの訓練に採用される。

以上に述べた構成では、モニタ７は、モニタアーム３０１によって、モニタスタンド６に対して左右Ｙ方向両側に位置調整可能になっている。したがって、図２７に示すように、椅子４が右腕訓練位置３２１にあると場合と左腕訓練位置３２２にある場合とで、モニタ７をモニタアーム３０１を用いて左右Ｙ方向に位置決めすることで、モニタ７を患者Ｔにとって見やすい位置（例えば、患者Ｔの正面）に配置できる。特に、モニタアーム３０１は、水平にスライドするようにモニタ７を支持しているので、モニタ７を左右Ｙ方向に移動する操作が容易である。

以上に述べたように、モニタ７を左右Ｙ方向に移動させる作業は、モニタ７を左右Ｙ方向にスライドするだけであり、つまり、モニタ７の取り外し・取り付け作業が不要である。したがって、上肢訓練装置１において、簡単な作業によって、モニタ７を患者Ｔにとって見やすい位置に配置できる。

モニタアーム３０１についてさらに詳細に説明する。モニタアーム３０１は、さらに、ベルト３０９を有している。ベルト３０９は、無端形状であり、支持部材３０２の回転ローラ３０２ｂに巻き掛けられている。ベルト３０９は可撓性を有している。ベルト３０９は、スライドレール３０３の全長を覆っている。したがって、操作者がスライドレール３０３に直接触れることが防止されている。ベルト３０９には第１支持ブラケット３０４と第２支持ブラケット３０５が固定されており、そのためベルト３０９を介して第１支持ブラケット３０４とスライドレール３０３が左右Ｙ方向に連動するようになっている。第１支持ブラケット３０４と第２支持ブラケット３０５は、図３３に示すように、支持部材３０２及びスライドレール３０３の左右Ｙ方向中心において両者が一致するように、それぞれベルト３０９に固定されている。

より具体的には、図３１に示すように、ベルト３０９は、枠部材３０２ａの第２プレート３０２ｆの内側に沿って配置されており、枠部材３０２ａとともにスライドレール３０３を覆うように配置されている。図から明らかなように、ベルト３０９の幅（上下Ｚ方向長さ）は、上下の第２プレート３０２ｆの縁間の長さより長くなっている。これにより、ベルト３０９は枠部材３０２ａの内部を外部から遮断している。

以上の構成において、操作者がモニタ７を左右Ｙ方向片側に移動させると、第１支持ブラケット３０４の動きに伴ってベルト３０９が駆動され、それによりスライドレール３０３も同じ側に移動させられる。このように第１支持ブラケット３０４とスライドレール３０３とが連動するので、モニタ７の移動を１回の動作で行うことができる。したがって、モニタ７を移動させる操作性が向上しており、例えば腕に障害がある患者Ｔであってもモニタ７を簡単に移動できる。

特に、第１支持ブラケット３０４がモニタスタンド６に対してスライド移動する量はスライドレール３０３がモニタスタンド６に対してスライド移動する量の２倍であるので、第１支持ブラケット３０４及びモニタ７の移動速度がスライドレール３０３の移動速度の２倍になっている。したがって、モニタ７が左右に移動されるときに、所定の位置まで速やかにモニタ７を移動させることができる。

モニタアーム３０１は、図３５に示すように、モニタ移動用ハンドル３０６と、ゴムローラ３０７と、ねじりバネ３０８とをさらに有している。モニタ移動用ハンドル３０６は、第１支持ブラケット３０４又はモニタ７に回動可能に装着されている。具体的には、第１支持ブラケット３０４から延びる一対のフレーム３０４ｄに支持されている。モニタ移動用ハンドル３０６は、左右Ｙ方向に延びる延長部３０６ａと、延長部３０６ａの両端から直角に折り曲げられて延びる一対のハンドル部３０６ｂとを有している。延長部３０６ａは、第１支持ブラケット３０４の一対のフレーム３０４ｄに形成された孔３０４ｅ内に挿入されている。

ゴムローラ３０７は、モニタ移動用ハンドル３０６に固定されている。具体的には、ゴムローラ３０７は、モニタ移動用ハンドル３０６の延長部３０６ａに装着されたカムブラケット３１３に固定されている。ゴムローラ３０７は摩擦係数が高い材料（例えばシリコンゴムの表層を持つ）から構成された円柱状の部材であり、左右Ｙ方向に延びている。

ねじりバネ３０８は、ゴムローラ３０７が支持部材３０２の下側の枠部材３０２ａの下面に接触するようにモニタ移動用ハンドル３０６を付勢する。ねじりバネ３０８は、フレーム３０４ｄに装着される。ねじりバネ３０８は、図３５に示すように、モニタ移動用ハンドル３０６が延長部３０６ａの左右Ｙ方向に延びる軸中心Ｑを中心に、ゴムローラ３０７が下側の枠部材３０２ａの下面に当接する方向（図３５における時計まわり）に回動するように弾性力を与えている。その結果、図３５に示すように、ゴムローラ３０７は支持部材３０２の枠部材３０２ａの下側枠３０２ｄの下面に押し付けられている。このようにゴムローラ３０７が支持部材３０２に摩擦連結しているので、第１支持ブラケット３０４が支持部材３０２及びスライドレール３０３に対して移動不能になっている。また、第１支持ブラケット３０４がスライドレール３０３と連動しているので、スライドレール３０３もモニタスタンド６に対して移動不能になっている。
なお、以上のモニタ７の左右Ｙ方向移動が防止された状態において、図３５に示すように、モニタ移動用ハンドル３０６のハンドル部３０６ｂは真下に向かって延びている。

操作者がモニタ移動用ハンドル３０６を前後Ｘ方向後ろ側（図３５において右側）に回動すると、ゴムローラ３０７が支持部材３０２から離れて、第１支持ブラケット３０４がスライドレール３０３に対して移動可能となる。つまり、操作者はモニタ移動用ハンドル３０６を持って第１支持ブラケット３０４を移動可能にした状態で、そのまま第１支持ブラケット３０４及びモニタ７を左右Ｙ方向に移動させることができる。このように、ロック解除動作及びモニタ移動動作が連続して行えるので、モニタ７の移動させるときの操作性がよい。
なお、この実施例では、モニタ移動用ハンドル３０６は左右方向両側にハンドル部３０６ｂを有しているので、操作者は、モニタ７に対して左右Ｙ方向のどちら側にいたとしても、容易にモニタ移動用ハンドル３０６を操作できる。

図２７に示すように、モニタスタンド６には、上肢訓練装置１を運搬するための運搬用ハンドル３１０が固定されている。運搬用ハンドル３１０は、モニタスタンド６の上端部６ｃに装着されている。運搬用ハンドル３１０は、固定部３１０ａと、固定部３１０ａから左右Ｙ方向両側に延びる一対のハンドル部３１０ｂとを有している。
このように運搬用ハンドル３１０が目立っておりかつ使いやすい位置・形状であるので、操作者は、上肢訓練装置１を運搬するときに、自然と運搬用ハンドル３１０をつかむ。つまり、操作者が運搬のためにモニタ７又はモニタアーム３０１をつかむことが生じにくい。以上より、上肢訓練装置１が外力によって破損しにくい。

図２８に示すように、スライドレール３０３は、モニタスタンド６に上下Ｚ方向に移動可能に支持されている。具体的には、第２支持ブラケット３０５は、ロック機構３１１によってモニタスタンド６に固定されており、ロック機構３１１が解除されるとモニタスタンド６に対して上端部６ｃの範囲で上下Ｚ方向に移動可能になる。ロック機構３１１は図示しないスプリングを有しており、通常はスプリングの付勢力によってロックされており、人が付勢力を解除するとモニタアーム３０１はモニタスタンド６に対して上下動可能になっている。これにより、モニタ７を患者Ｔの顔の高さ位置に合わせることができる。

（６）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

（ａ）前記実施形態では、上肢訓練装置において上肢の機能回復訓練を目的とするために用いたが、本発明に係る上肢訓練装置の用途はこれに限定されない。例えば、上肢の機能を向上させる、つまり上肢の筋肉を増強する訓練に用いることもできる。
（ｂ）前記実施形態では、弾性部材９４例えば板状の渦巻きバネ９４ａ，９４ｂが、２枚である場合の例を示したが、板状の渦巻きバネ９４の枚数は、３枚以上であっても良い。

本発明は、上肢の機能回復及び上肢の筋力増強等の訓練に用いる上肢訓練装置として広く用いることができる。

１ 上肢訓練装置
３ 訓練装置本体
４ 椅子
５ 連結具
６ モニタスタンド
７ モニタ
１０ フレーム
１１ 固定フレーム
１２ 可動フレーム
１３ 傾動抵抗付与機構
１４ 傾動操作力検出機構
１５ 操作ロッド
１６ 伸縮抵抗付与機構
１７ 伸縮操作力検出機構
１７ａ ポテンショメータ
１７ｂ センサヘッド
５９ アタッチメント取付部（付属品取付部）
７０ 装着部材
７１ ステイ装着部（本体装着部）
７２ 軸部
８０ 軸移動許可部材
８１ 筒状部
８２ 外装部
９４ 弾性部材（吸収部材）
９４ａ,９４ｂ 板状の渦巻きバネ
９０ すべり軸受
ＡＴ アタッチメント（付属品）

Claims (9)

1. 訓練を受ける人の上肢を訓練可能な上肢訓練装置であって、
   床面上に配置可能な固定フレームと、
   全方向に傾動可能に前記固定フレームに支持された可動フレームと、
   前記可動フレームに伸縮自在に装着され、前記訓練を受ける人の手で操作され、操作ロッド本体と、付属品を取り付けるために前記操作ロッド本体の先端部に装着される付属品取付部とを有する操作ロッドと、
   前記付属品取付部に作用する軸方向力を検出するためのものであり、前記操作ロッド本体に装着される装着部材と、前記装着部材に軸方向に移動自在に装着される軸移動許可部材と、前記装着部材に対する前記軸移動許可部材の前記軸方向の位置を検出する軸変位検出部とを、有する軸荷重検出部と、
   を備え
   前記付属品取付部は、前記付属品取付部に加わる軸方向以外の力を吸収する吸収部材を有している、
   上肢訓練装置。
2. 前記装着部材は、前記操作ロッド本体に装着される本体装着部と、前記本体装着部に設けられる軸部とを有し、
   前記軸移動許可部材は、前記軸部に摺動自在に装着される筒状部と、前記筒状部を覆い、前記本体装着部に固定されている外装部とを有し、
   前記吸収部材は、複数の弾性部材から構成されており、複数の前記弾性部材は、前記筒状部と前記外装部との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置される、請求項１に記載の上肢訓練装置。
3. 前記弾性部材は、渦巻きバネである、請求項２に記載の上肢訓練装置。
4. 前記弾性部材は、平板状の渦巻きバネである、請求項３に記載の上肢訓練装置。
5. 複数の前記弾性部材は、２枚の平板状の前記渦巻きバネから構成され、２枚の平板状の前記渦巻きバネは、表裏反転して、前記筒状部と前記外装部との間において、軸方向に所定の間隔を隔てて配置される、請求項４に記載の上肢訓練装置。
6. 前記軸変位検出部は、前記操作ロッドの内部に配置される、
   請求項１〜５のいずれかに記載の上肢訓練装置。
7. 前記軸変位検出部は、リニアのポテンショメータを含んでいる、請求項１〜６のいずれかに記載の上肢訓練装置。
8. 前記軸部と前記筒状部との間には、前記筒状部を前記軸部に対して摺動させるためのすべり軸受が、配置されている、請求項２に記載の上肢訓練装置。
9. 前記すべり軸受は、樹脂製のブッシュである、請求項８に記載の上肢訓練装置。
   

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