JP5924642B2 - リハビリテーション支援装置 - Google Patents
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以下、本発明のリハビリテーション支援装置を具体化した第1の実施の形態を、図1〜図15を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態のリハビリテーション支援装置は、手指の運動機能障害の発症後の早期段階におけるリハビリテーションでの使用を想定したものとなっている。このリハビリテーション支援装置は、健側の手指に装着された計測グローブにより計測された健側の手指の各部の動きをトレースするように患側の手指の各部を動作させる、左右対称マスタースレーブ型の機能回復訓練装置として構成されている。そして本実施の形態のリハビリテーション支援システムは、次の特徴を有したものとなっている。
・患者の手指のリハビリテーション支援を行う手指支援機構の位置及び姿勢を任意に調整可能な腕支持機構を備えており、ベッド上での使用も可能である。
・拇指の屈曲/伸展運動、拇指の内転/外転運動、拇指以外の4指の屈曲/伸展運動、同4指の内転/外転運動、手首の掌屈/背屈運動、及び手首の回内/回外運動のリハビリテーションの支援が可能である。
・指に作用する負荷を計測するトルクセンサーを備える。
<腕支持機構>
次に、こうした台座10上に設けられた腕支持機構20の詳細を、図1〜図4を併せ参照して説明する。
次に、こうした腕支持機構20によって変位可能に支持された手指支援機構100の詳細を、図5を参照して説明する。
ここでは、まず手支援機構200の詳細を、図6及び図7を参照して説明する。手支援機構200は、図6に示す回内/回外運動支援部210と、図7に示す掌屈/背屈運動支援部250とを備えている。
続いて、4指支援機構300の詳細を説明する。4指支援機構300は、拇指以外の4つの指、すなわち示指、中指、薬指及び小指の屈曲/伸展運動を支援する4指屈曲/伸展支援機構310と、それら4指の内転/外転運動を支援する4指内転/外転支援機構350とを備えている。なお、4指屈曲/伸展支援機構310は、上記4指に対してそれぞれ一つずつ設けられている。
ここではまず、4指屈曲/伸展支援機構(FMA機構)310の詳細を、図8〜図10を参照して説明する。
4指屈曲/伸展支援機構310のモーター317が回転されると、その回転軸に設けられたFMA第1歯車318を介して、FMA第1リンク312の先端に固定されたFMA第2歯車319が回転される。そしてその回転により、FMA第1リンク312が、第1指固定部315に対して、その先端の回転軸回りに回動されるようになる。
続いて、4指内転/外転支援機構350の詳細を、図11を参照して説明する。
図11に示すように、4指内転/外転支援機構350は、ガイド351を備えている。このガイド351は、上述した手支援機構200の手支援機構第2リンク254の取付部256に、指先方向及びその逆方向に進退可能に取り付けられている。ガイド351の図中右側の端には、回転を直線の動きに変換するラック・アンド・ピニオン機構のラック352が固定され、そのラック352には、手支援機構第2リンク254の取付部256に回転可能に連結された、上記ラック・アンド・ピニオン機構のピニオン354が噛み合わされている。このピニオン354は、手支援機構第2リンク254の取付部256に設けられたモーター353により回転される。
手支援機構200の手支援機構第2リンク254の取付部256に設けられたピニオン354がモーター353により回転されると、そのピニオン354とラック352とによりその回転が直線運動に変換され、ラック352が固定されたガイド351が指先方向又はその逆方向に前進又は後退する。
次に、拇指支援機構400の詳細を、図12及び図13を参照して説明する。
図12に示すように、拇指支援機構400の支持部401には、平行に置かれた2つのリンク機構が取り付けられている。このうちの一つは、その基端が支持部401に回動可能に連結された拇指第1リンク402と、その拇指第1リンク402の先端にその基端が回動可能に連結された拇指第2リンク403とからなるリンク機構となっている。もう一つは、拇指第1リンク402の基端とは異なる位置においてその基端が支持部401に回動可能に連結された拇指第3リンク404と、その拇指第3リンク404の先端にその基端が回動可能に連結された拇指第4リンク405とからなるリンク機構となっている。なお、支持部401は、手支援機構200の手支援機構第2リンク254の取付部256に固定されている。
モーター408が回転されると、拇指第1歯車409及び拇指第2歯車410を介して、支持部401に対して拇指第1リンク402が回動する。こうして拇指第1リンク402が回動すると、両リンク機構の連結位置の違いにより、例えば図13に示すように、拇指屈曲/伸展支援機構406の基端が取り付けられた基部407が、患者の手首内に頂点を有する円錐の弧に沿って回動される。そしてこの回動により、CM関節を中心とした拇指の内転/外転運動が行われる。
<トルクセンサー>
ところで、上述の4指屈曲/伸展支援機構310による指の屈曲/伸展運動の支援では、指に加えられる負荷を計測し、その計測結果に基づいてモーター317の出力制御を行うことが望ましい。そこで、本実施の形態のリハビリテーション支援装置では、そうした負荷を計測するためのトルクセンサーを設けるようにしている。
モーター317の回転による屈曲/伸展運動により指に負荷が加わると、モーター317の回転軸が抵抗を受け、モーター317の本体に回転軸周りのトルクが加わるようになる。こうしたトルクが加わると、モーター317は、FMA第1リンク312に対して回転しようとする。そして、その結果、トルクセンサー500のフレーム501の歪みゲージ507が貼られた部分に歪みが生じるようになり、その歪みの大きさは、歪みゲージ507に通電される電流やこれに印加される電圧の変化として表れる。そのため、そうした電流や電圧の変化を計測することで、フレーム501に生じた歪みの大きさを、そしてひいてはそうした歪みを生じさせたモーター317の回転抵抗、すなわち指に加わる負荷の大きさを求めることが可能となる。
(1)指の屈曲/伸展運動の支援を、一つのモーター317のみで行うことができるため、部品点数の増加を抑え、急性期患者の手指の運動機能の回復訓練に適したリハビリテーション支援装置をより低価格で提供することができる。
(4)手指支援機構100の位置や姿勢を任意に調整でき、患者がベッドに臥したまま、リハビリテーション支援を行うことができるため、障害発症の早期からリハビリテーションを開始することができる。
(6)指に装着される固定具が磁石を用いて第1指固定部315や第2指固定部316に固定されていて、容易にその着脱が可能なため、手指支援機構100への手の固定を容易とすることができる。
・上記実施の形態では、指に装着される固定具を磁力によって第1指固定部315や第2指固定部316に固定することで、その着脱を可能としていたが、その固定を面ファスナー等により行うようにしても良い。
・上記実施の形態では、4指屈曲/伸展支援機構310のモーター317を、FMA第1リンク312に設けていたが、設置スペースの確保が可能であれば、FMA第2リンク313や第1指固定部315にモーター317を設けるようにしても良い。
・上記実施の形態では、拇指以外の4指の屈曲/伸展に加え、拇指の屈曲/伸展、拇指の内転/外転、拇指以外の4指の屈曲/伸展、同4指の内転/外転、手首の掌屈/背屈、及び手首の回内/回外のリハビリテーション運動の支援を行うようにしていた。4指の屈曲/伸展運動を除く、それらの運動のうちの一部のリハビリテーション運動の支援が不要な場合には、その支援に係る機構の機能の一部、あるいはその機構全体を割愛するようにしても良い。
続いて、本発明のリハビリテーション支援装置を具体化した第2の実施の形態を、図18〜図20を併せ参照して説明する。なお、本実施の形態において、第1の実施の形態のものと機能や構成を同様とする部材については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
モーターにより、FMA第5リンク610とFMA第6リンク612とが第1指固定部603に対して回動されると、それに連動して4指屈曲/伸展支援機構600の各リンクが動いて、患者の指のMP関節及びPIP関節が屈曲/伸展運動される。このとき、4指屈曲/伸展支援機構600では、各リンクの連結位置が、常時、第1指固定部603の中心線Lを軸とする軸対称に維持される。
Claims (7)
- 患者の手指の運動機能の回復訓練に用いられるリハビリテーション支援装置において、
前記患者の手を保持する手保持部材にその基端が回動可能に連結されたベースリンクと、
前記ベースリンクの先端にその基端が回動可能に連結された第1リンクと、
前記第1リンクの先端に回動可能に連結され、拇指以外の指の第三指節の背側に固定具を介して固定される第1指固定部と、
前記第1指固定部にその基端が回動可能に連結された第2リンクと、
前記第2リンクの先端にその基端が回動可能に連結された第3リンクと、
前記第3リンクの先端に回動可能に連結され、前記指の第二指節の背側に固定具を介して固定される第2指固定部と、
前記第1指固定部に対して前記第1リンク及び前記第2リンクを回動させる単一のモーターと、
を有した指屈曲/伸展支援機構を備え、
前記第1リンクの先端に設けた第2歯車と、前記第2リンクの基端に設けた第3歯車とが噛み合わされ、かつ前記第2歯車及び前記第3歯車の軸方向が、前記第1指固定部及び前記第2指固定部に固定された前記指の幅方向となるように構成され、
前記モーターの回転軸には、第1歯車が固定され、前記第1歯車は、前記第2歯車又は前記第3歯車に噛み合わされ、前記モーターが、前記第2歯車及び前記第3歯車を回転させることにより前記第1指固定部に対して前記第1リンク及び前記第2リンクを回動させる
ことを特徴とするリハビリテーション支援装置。 - 各リンクの連結位置が、前記第1指固定部の中心線を軸とする軸対称を維持するように前記指屈曲/伸展支援機構が構成されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載のリハビリテーション支援装置。 - 前記手保持部材にその基端が回動可能に連結された、前記ベースリンクと同長の副ベースリンクと、
その副ベースリンクの先端にその基端が回動可能に連結された、前記第1リンクと同長の副第1リンクと、
前記第2リンクと同長の副第2リンクと、
その副第2リンクの先端にその基端が回動可能に連結され、前記第2指固定部にその先端が回動可能に連結された副第3リンクと、
前記ベースリンクの先端と前記副ベースリンクの先端とを連結する第4リンクと、
前記第1リンクの先端と前記副第1リンクの先端とを連結する第5リンクと、
前記第2リンクの基端と前記副第2リンクの基端とを連結する第6リンクと、
前記第2リンクの先端と前記副第2リンクの先端とを連結する第7リンクと、
を備えるとともに、
前記第4、第5、第6及び第7リンクの長さを、前記手保持部材における前記ベースリンクの連結位置から前記副ベースリンクの連結位置までの長さ、及び前記第2指固定部における前記第3リンクの連結位置から前記副第3リンクの連結位置までの長さと同じとすること、
前記ベースリンクの長さと前記第3リンクの長さとが同じとされていること、
前記第1リンクの長さと前記第2リンクの長さとが同じとされていること、
前記第1指固定部の中心線からの回動角度が等しくなるように、前記第1指固定部に対して前記第5リンク及び前記第6リンクを前記モーターが回動させること、
を特徴とする請求項2に記載のリハビリテーション支援装置。 - 先端に前記手保持部材が設けられたアームと、
そのアームを上下方向に回動可能に支持する支持部と、
前記支持部にその一端が固定された引張ばねと、
前記アームの回動軸に固定され、位置により外径が変化する外周を有した偏心カムと、
前記引張ばねの自由端と前記偏心カムとを連結し、かつその一部が前記偏心カムの外周に巻き掛けられたワイヤーと、
を有した腕支持機構を備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリハビリテーション支援装置。 - 前記モーターの回転軸の周りに配設されて、同モーターの本体に固定される部分と、同モーターにより回動される部材に固定される部分とを有する略環状のフレームと、
前記フレームの前記モーターの本体に固定される部分と同モーターにより回動される部分とを繋ぐ部分に貼り付けられた歪みゲージと、
を有したトルクセンサーを備える
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリハビリテーション支援装置。 - 前記ベースリンクの基端が回動可能に連結された前記指屈曲/伸展支援機構の基部に一体回転可能に連結され、かつ前記手保持部材に回動可能に軸支されたピニオンと、前記手保持部材に往復直線動可能に設置されたガイドに設けられたラックと、により構成されたラック・アンド・ピニオン機構と、
前記ピニオンの回動軸方向が、前記第1指固定部に固定された前記指の第三指節の厚さ方向となるように構成され、
前記手保持部材に設けられ、前記手保持部材に対して前記ガイドを往復直線動させる内転/外転用のモーターと、を有した指内転/外転支援機構
を備える請求項1〜5のいずれか1項に記載のリハビリテーション支援装置。 - 前記ラック・アンド・ピニオン機構を、示指、薬指及び小指の前記指屈曲/伸展支援機構に設けるとともに、中指用の前記指屈曲/伸展支援機構の基端を、前記手保持部材に回動不能に固定し、
前記手保持部材に対する前記ガイドの直線運動に対しての示指用の前記ピニオンの回転方向が、前記薬指及び小指用の前記ピニオンの回転方向と逆とされてなる
ことを特徴とする請求項6に記載のリハビリテーション支援装置。
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