JP6432988B2

JP6432988B2 - 上肢リハビリ支援装置

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Publication number: JP6432988B2
Application number: JP2015254095A
Authority: JP
Inventors: 久義杉原; 整山田; 出尾　隆志; 隆志出尾; 山下　勝司; 勝司山下; 圭一北城; 真吾下田
Original assignee: Toyota Motor Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Toyota Motor Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: US20190038930A1; EP3393421A1; US10894179B2; KR102125255B1; CN108472190A; WO2017109564A1; KR20180044939A; JP2017113409A

Description

本発明は、訓練者の上肢のリハビリを支援する上肢リハビリ支援装置に関する。

水平面上を前後左右に移動可能であり、互いに左右鏡面対称な位置になるように構成された一対のステージと、各のステージに固定された前腕手関節動作支援部とを有する上肢リハビリ支援装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２０１１１１号公報

上記上肢リハビリ支援装置においては、ステージの動作が左右鏡面対称な（逆相の）動作に制限されるため、多様な動作を行うことが困難である。また、重力負荷が掛からないため、その動作時の負荷が小さくなり十分な負荷を掛けたリハビリ訓練を行うことができないことがある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、多様な動作を行うことができ、重力負荷を掛けることでその動作時に十分な負荷を掛けることができる上肢リハビリ支援装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、重力方向に対して垂直方向に向けて回転可能に設けられた第１回転軸と、該第１回転軸に連結され訓練者の右手が把持し回転操作する第１ハンドルと、を有する第１回転機構と、重力方向に対して垂直方向に向けて回転可能に設けられた第２回転軸と、該第２回転軸に連結され訓練者の左手が把持し回転操作する第２ハンドルと、を有する第２回転機構と、前記第１及び第２回転機構の第１及び第２回転軸を連結し、前記第１及び第２ハンドルの回転を連動させる連結手段と、前記第１及び第２ハンドルの一方のハンドルを回転させたときに他方のハンドルに対して前記連結手段により連動させる回転の方向を切替える切替手段と、を備える、ことを特徴とする上肢リハビリ支援装置である。
この一態様によれば、第１及び第２回転軸は、重力方向に対して垂直方向に向けて回転可能に設けられ、第１及び第２回転軸に連結され第１及び第２ハンドルを訓練者の手が把持し夫々回転操作する。これにより、第１及び第２ハンドルを操作する腕に重力負荷を掛けることでその動作時に十分な負荷を掛けることができる。さらに、第１及び第２ハンドルの一方のハンドルを回転させたときに他方のハンドルに対して連結手段により連動させる回転の方向を切替える。これにより、第１及び第２ハンドルの回転を連動させ、あるいは、第１及び第２ハンドルの回転方向を切替えることで、多様な動作を行うことができる。
この一態様において、前記第１及び第２回転機構の第１及び第２ハンドルの径を変更するための径変更手段を更に備えていてもよい。これにより、リハビリ訓練の目的に応じて、最適な径の第１及び第２ハンドルを選択でき、リハビリ訓練の効果を高め、その回復を早めることができる。
この一態様において、土台部を更に備え、前記土台部には、前記第１及び第２回転機構の第１及び第２ハンドルを回転軸方向に可動させる可動部が設けられており、前記可動部は、前記第１及び第２ハンドルに対して回転軸方向の外力が掛かると前記第１及び第２ハンドルを回転軸方向に弾性的に移動させ、前記第１及び第２ハンドルが回転軸方向の外力から解放させると、前記第１及び第２ハンドルを元の位置に弾性的に戻してもよい。これにより、例えば、訓練者の麻痺肢の動作に応じて、第１及び第２ハンドルを弾性的に回転軸方向に移動させることで、麻痺肢を動かし易くすることができる。
この一態様において、前記第１及び第２回転機構の第１及び第２回転軸の方向を、水平方向と重力方向との間で変更する回転軸方向変更手段を更に備えていてもよい。これにより、リハビリ訓練の目的に応じて、第１及び第２ハンドルの角度を最適に設定し、リハビリ訓練の効率をより高めることができる。
この一態様において、前記第１回転機構の第１ハンドルと前記第２回転機構の第２ハンドルとの間の距離を変更する距離変更手段を更に備えていてもよい。これにより、体格の異なる訓練者でも同一の運動を与えて最適なリハビリ訓練を行うことができる。
この一態様において、前記切替手段は、前記第１及び第２ハンドルを同方向に連動させて回転させる第１状態と、前記第１及び第２ハンドルを相互に逆方向に連動させて回転させる第２状態と、前記第１及び第２ハンドルを夫々独立して回転させる第３状態と、に切替わってもよい。これにより、第１及び第２ハンドルの回転を連動させ、あるいは、第１及び第２ハンドルの回転方向を切替えることで、多様な動作を行うことができる。
この一態様において、前記第１ハンドルの第１回転軸には、第１歯車が連結されており、前記連結手段は、前記第２ハンドルの第２回転軸に連結された第２プーリーと、第２歯車と、該第２歯車に連結された第１プーリーと、前記第１プーリーと前記第２プーリーとを連結するベルト部材と、を有しており、前記切替手段は、相互に噛合う第３及び第４歯車と、該第３及び第４歯車の位置を変更する切替えレバーと、を有すると共に、前記切替えレバーの操作に応じて、前記第３及び第４歯車を移動させて、前記第１歯車と前記第３歯車を噛合わせ、前記第３歯車と前記第２歯車を噛合わせる第１状態と、前記第３及び４歯車を移動させて、前記第１歯車と前記第３歯車を噛合わせ、前記第３歯車と前記第４歯車を噛合わせ、前記第４歯車と前記第２歯車を噛合わせる第２状態と、前記第３及び第４歯車を移動させて、前記第１及び第２歯車のうちの少なくとも一方が前記第３歯車と噛合わず、前記第１及び第２歯車を非連結状態にする第３状態、とに切替わってもよい。

本発明によれば、多様な動作を行うことができ、重力負荷を掛けることでその動作時に十分な負荷を掛けることができる上肢リハビリ支援装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る上肢リハビリ支援装置の概略的構成を示す斜視図である。図１のＡ部を拡大した図であり、第１回転機構側を示す図である。図１のＢ部を拡大した図であり、第２回転機構側を示す図である。切替機構の概略的構成を示す図である。第１状態における第１乃至第４歯車の状態の一例を示す図である。第２状態における第１乃至第４歯車の状態の一例を示す図である。第３状態における第１乃至第４歯車の状態の一例を示す図である。可動部の一例を示す図である。ヒンジ部の一例を示す図である。第１及び第２ハンドルが水平方向から垂直方向へ変化させた状態を示す図である。第１及び第２ハンドルの一変形例を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態１に係る上肢リハビリ支援装置は、例えば、脳卒中等の脳疾患が原因で上肢が片麻痺になった患者などの訓練者の上肢の動作を回復させるためのリハビリ訓練を支援する装置である。

図１は、本発明の実施形態１に係る上肢リハビリ支援装置の概略的構成を示す斜視図である。本実施形態１に係る上肢リハビリ支援装置１は、土台部２と、土台部２に設けられ、訓練者の手が把持し夫々回転操作する第１及び第２ハンドル３、４を回転させる第１及び第２回転機構５、６と、第１及び第２ハンドル３、４の回転を連動させる連結機構７と、第１及び第２ハンドル３、４の回転方向を切替える切替機構８と、を備える。

上肢リハビリ支援装置１において、訓練者は、例えば、第１ハンドル３を健常肢の右腕で回転操作する。第１ハンドル３に連結機構７を介して連動して第２ハンドル４が回転することで、第２ハンドル４の麻痺肢の左腕を回転動作させる。このように、健常肢及び麻痺肢の両腕を協調させて運動する。これにより、脳の可塑性を利用した神経回路の再構築を誘発する可能性があり、リハビリ訓練の効果を高めることができる。あるいは、麻痺肢の筋電が発生し易くなり、麻痺肢の回復を早めることができる。本実施形態１に係る上肢リハビリ支援装置１は、上述のような、脳の神経構造の特性を考慮した所謂ニューロリハビリを行うものである。

土台部２は、矩形状かつ板状の天板２１と、天板２１に上下方向へ伸縮可能に設けられた一対の脚部２２と、各脚部２２の伸縮動作をダンピングする伸縮部２３と、第１及び第２回転機構５、６が左右方向（レール部２４の長手方向）に摺動可能に連結されるレール部２４と、を有している。伸縮部２３は、例えば、ペダル足踏み式のガススプリングとして構成されている。伸縮部２３は、ピストン２３１及びシリンダ２３２で構成され、シリンダ２３２内にガスが封入されている。ペダル２３４の踏み込みに応じて、シリンダ２３２内のガスが入出することで、ピストン２３１が上下動し、脚部２２が伸縮する。なお、上記伸縮部２３の構成は一例でありこれに限定されない。

脚部２２を伸縮させることで、レール部２４に設けられた第１及び第２回転機構５、６の第１及び第２ハンドル３、４の高さ位置を調整することができる。これにより、例えば、第１及び第２ハンドル３、４の中心を訓練者の肩の高さ位置に合わせることができるため、体格の異なる訓練者に対しても同一の運動を与えて最適なリハビリ訓練を行うことができる。

図２は、図１のＡ部を拡大した図であり、第１回転機構側を示す図である。図３は図１のＢ部を拡大した図であり、第２回転機構側を示す図である。レール部２４には、上面及び側面に左右方向へ延在する一対の上面溝部２４１及び側面溝部２４２が夫々形成されている。

第１回転機構５は、訓練者から見て土台部２の右側に設けれている。第１回転機構５は、訓練者の右手が把持し回転操作する第１ハンドル３と、第１ハンドル３に一端が連結された第１回転軸５１と、第１回転軸５１の他端に連結された第１歯車５２と、第１回転軸５１を回転可能に軸支する第１軸受け５３と、を有している。

第１回転軸５１は、重力方向に対して垂直方向に向けて（水平方向に向けて）回転可能に第１軸受け５３に軸支されている。第１軸受け５３は、第１回転軸５１が挿入され回転する一対のベアリング５３１と、各ベアリング５３１を保持する保持部材５３２と、を有している。保持部材５３２は、土台部２のレール部２４の上面溝部２４１に、例えば４つのボルト及びナットで連結されている。ボルト及びナットを緩めることで、保持部材５３２、すなわち、第１回転機構５を、上面溝部２４１に沿って、左右方向へ移動させることができる。

第２回転機構６は、訓練者から見て土台部２の左側に設けれている。第２回転機構６は、訓練者の左手が把持し回転操作する第２ハンドル４と、第２ハンドル４に一端が連結された第２回転軸６１と、第２回転軸６１を回転可能に軸支する第２軸受け６２と、を有している。第２軸受け６２は、第２回転軸６１が挿入され回転する一対のベアリング６２１と、各ベアリング６２１を保持する保持部材６２２と、を有している。保持部材６２２は、土台部２のレール部２４の上面溝部２４１に、例えば４つのボルト及びナットで連結されている。ボルト及びナットを緩めることで、保持部材６２２、すなわち、第２回転機構６を、上面溝部２４１に沿って、左右方向へ移動させることができる。

訓練者は、上述のような第１及び第２回転機構５、６の第１及び第２ハンドル３、４を両腕で回転操作することで、上肢の上下運動、左右運動、回転運動といった運動を組み合わせて多様な運動を行うことができる。

第１及び第２ハンドル３、４には、訓練者の手が容易に把持でき、第１及び第２ハンドル３、４を回転操作するための略球状の把持部３１、４１が設けられていてもよい。さらに、例えば、麻痺肢の手が把持する第１又は第２ハンドル３、４には、麻痺肢の手が把持する位置に、その手を固定する麻痺肢固定装具が設けられていてもよい。これにより、麻痺肢を第１又は第２ハンドル３、４に確実に固定することができる。したがって、麻痺肢を動き易くすることができ、リハビリ訓練の効率を向上させることができる。特に、麻痺の程度にもよるが、第１及び第２ハンドル３、４を全く把持できない場合や、第１及び第２ハンドル３、４を回転操作する際に手が同一平面上をなぞることが困難な場合に有効である。

第１及び第２ハンドル３、４は、例えば、第１及び第２回転軸５１、６１に形成されたキー部に嵌合し、その軸の端面で止めネジにより連結されている。この止めネジは工具を使わずに手で簡易に操作できる形状となっている。したがって、第１及び第２ハンドル３、４を第１及び第２回転軸５１、６１に対して容易に着脱することができる。また、複数の異なる径を有する第１及び第２ハンドル３、４が予め用意されている（径変更手段の一例）。リハビリ訓練に応じて、最適な径の第１及び第２ハンドル３、４を選択し、第１及び第２回転軸５１、６１に取り付けることができる。

例えば、脳の可塑性を利用した神経回路の再構築を誘発する運動をしたい場合は、第１及び第２ハンドル３、４を速く回転させる。このため、径の小さい第１及び第２ハンドル３、４を選択し、第１及び第２回転軸５１、６１に取り付ける。一方、筋電をより多く発生させたい場合は、腕を大きく動作させる。このため、径の大きい第１及び第２ハンドル３、４を選択し、第１及び第２回転軸５１、６１に取り付ける。このように、リハビリ訓練の目的に応じて、最適な径の第１及び第２ハンドル３、４を選択し、第１及び第２回転軸５１、６１に取り付けることで、リハビリ訓練の効果を高め、その回復を早めることができる。

なお、第１及び第２ハンドル３、４の把持部３１、４１が径方向に移動可能に設けられていてもよい。把持部３１、４１を径方向に移動させることで、上記ハンドルの径を実質的に変更することができる。例えば、ハンドルの径方向に把持部を固定するための固定部（雌ネジなど）が複数設けれ、必要とする径に応じて固定部を選択し、その固定部に把持部を固定する。

ところで、従来の上肢リハビリ支援装置においては、操作方向が制限されるため、訓練対象の上肢の多様な動作を行うことが困難であった。また、その動作時の負荷が小さくなり十分な負荷を掛けたリハビリ訓練を行うことができないことがあった。

これに対し、本実施形態１に係る上肢リハビリ支援装置１において、第１及び第２回転軸５１、６１は、上述の如く、重力方向に対して垂直方向に向けて回転可能に設けられ、第１及び第２回転軸５１、６１に連結され第１及び第２ハンドル３、４を訓練者の手が把持し夫々回転操作する。これにより、第１及び第２ハンドル３、４を操作する腕に重力負荷を掛けることでその動作時に十分な負荷を掛けることができる。例えば、重力に逆らった腕の上下動作が多くなり、その結果、上腕あるいは肩周りの筋肉負荷が大きくなる。したがって、麻痺肢の筋電をより多く発生し、麻痺肢の回復を早めることができる。

さらに、本実施形態１に係る上肢リハビリ支援装置１は、第１及び第２回転機構５、６の第１及び第２回転軸５１、６１を連結し、第１及び第２ハンドル３、４の回転を連動させる連結機構７と、第１及び第２ハンドル３、４の一方のハンドルを回転させたときに他方のハンドルに対して連結機構７により連動させる回転の方向を切替える切替機構８と、を備える。これにより、第１及び第２ハンドル３、４の回転を連動させ、あるいは、第１及び第２ハンドル３、４の回転方向を切替えることで、多様な動作を行うことができる。

連結機構７は、連結手段の一具体例である。連結機構７は、第１及び第２回転機構５、６の第１及び第２回転軸５１、６１を連結し、第１及び第２ハンドル３、４の回転を連動させる機能を有している。
連結機構７は、第１プーリー７１と、第１プーリー軸７２と、第２歯車７３と、第１プーリー軸受け７４と、第２プーリー７５と、第３プーリー軸７６と、第３プーリー７７と、第４プーリー軸７８と、第４プーリー７９と、第５プーリー８０と、第５プーリー軸８１と、第５プーリー軸支持部８２と、第６プーリー８３と、第６プーリー軸８４と、第６プーリー軸支持部８５と、ベルト部材８６と、を有している。

第１プーリー７１には、第１プーリー軸７２の一端が連結されている。第１プーリー軸７２の他端には、第２歯車７３が連結されている。したがって、第１プーリー７１と第２歯車７３は、第１プーリー軸７２を介して、同期して回転する。第１プーリー軸受け７４は、第１プーリー軸７２を軸支する。第１プーリー軸受け７４は、第１回転機構５側の土台部２のレール部２４の上面溝部２４１にボルト及びナットにより連結されている。このボルト及びナットを緩めることで、第１プーリー７１、第１プーリー軸７２、第１プーリー軸受け７４、及び第２歯車７３を一体で、上面溝部２４１に沿って、左右方向へ移動させることができる。

第２プーリー７５は、第２回転軸６１の他端に連結されている。したがって、第２プーリー７５は、第２回転軸６１を介して、第２ハンドル４と同期して回転する。第３プーリー軸７６は、ブラケット介して、第１プーリー軸受け７４に回転可能に連結されている。第３プーリー７７は、第３プーリー軸７６に回転可能に連結され、第３プーリー軸７６を中心に回転する。第１プーリー７１及び第３プーリー７７は一体で左右方向に移動する。
第４プーリー軸７８は、ブラケットを介して、第２軸受け６２に回転可能に連結されている。第４プーリー７９は、第４プーリー軸７８に回転可能に連結され、第４プーリー軸７８を中心に回転する。第２プーリー７５及び第４プーリー７９は、一体で左右方向に移動する。

第５プーリー８０は、第５プーリー軸８１に回転可能に連結されている。第５プーリー軸８１は、第５プーリー軸支持部８２によって軸支されている。第５プーリー軸支持部８２は、第１回転機構５側の土台部２のレール部２４の側面溝部２４２にボルト及びナットにより連結されている。

第６プーリー８３は、第６プーリー軸８４に回転可能に連結されている。第６プーリー軸８４は、第６プーリー軸支持部８５によって軸支されている。第６プーリー軸支持部８５は、第２回転機構６側の土台部２のレール部２４の側面溝部２４２にボルト及びナットにより連結されている。

ベルト部材８６は、例えば、ゴムなどの弾性部材でリング状に形成されている。ベルト部材８６は、第１回転機構５側では、その内側が第１プーリー７１、外側が第３プーリー７７、および内側が第５プーリー８０に係り、第２回転機構６側では、その内側が第２プーリー７５、外側が第４プーリー７９、および、内側が第６プーリー８３に掛かる。

このベルト部材８６を介して、第１乃至第６プーリー７１、７５、７７、７９、８０、８３は、連動して回転する。第１プーリー７１が、例えば、時計方向に回転すると、第３プーリー７７は反時計方向、第５プーリー８０は時計方向、第２プーリー７５は時計方向、第４プーリー７９は反時計方向、第６プーリー８３は時計方向に夫々回転する。

第１歯車５２と第２歯車７３の歯数が同一となっており、第１プーリー７１と第２プーリー７５の径は同一となっている。このため、後述の如く、第１及び第２回転軸５１、６１が連結し第１及び第２ハンドル３、４が連動する際は、この第１及び第２ハンドル３、４の回転数は同一となる。

なお、訓練する麻痺肢の状態に応じて、第１歯車５２と第２歯車７３と歯数が異なるように、あるいは、第１プーリー７１と第２プーリー７５の径が異なるように構成してもよい。例えば、麻痺状態が良好でない場合、健常肢側の第１ハンドル３の回転操作に対して、麻痺肢側の第２ハンドル４をゆっくり連動させる。この場合、例えば、麻痺肢側の第２ハンドル４が健常肢側の第１ハンドル３に対して遅く回転するように、第１歯車５２の歯数を第２歯車７３の歯数よりも少なく、あるいは、第１プーリー７１の径を第２プーリー７５の径よりも小さくしてもよい。

第１及び第２回転機構５、６を、上述の如く、土台部２のレール部２４の上面溝部２４１に沿って、左右方向へ移動させることで、第１及び第２ハンドル３、４の第１及び第２回転軸５１、６１の軸間距離を任意に調整できる（距離変更手段の一具体例）。これにより、例えば、第１及び第２ハンドル３、４の第１及び第２回転軸５１、６１の軸間距離を訓練者の肩幅に合わせることができるため、体格の異なる訓練者でも同一の運動を与えて最適なリハビリ訓練を行うことができる。

なお、第１及び第２回転機構５、６の軸間距離を調整する際に、第１回転機構５と切替機構８と、連結機構７の第１プーリー７１及び第３プーリー７７とは、一体で土台部２のレール部２４の上面溝部２４１に沿って、左右方向へ移動する。同様に、第１及び第２回転機構５、６の軸間距離を調整する際に、第２回転機構５と、連結機構７の第２プーリー７５及び第４プーリー７９と、は、一体で土台部２のレール部２４の上面溝部２４１に沿って、左右方向へ移動する。このとき、第５プーリー８０及び第６プーリー８３の位置は固定されている。したがって、第１及び第２回転機構５、６の軸間距離が短くなるあるいは長くなることで、ベルト部材８６の長さを調整する必要がない。このように、第１及び第２ハンドル３、４の第１及び第２回転軸５１、６１の軸間距離を、ベルト部材８６を付け替えることなく、簡易に調整できる。

切替機構８は、切替手段の一具体例である。切替機構８は、第１及び第２ハンドル３、４を同方向に連動させて回転させる第１状態と、第１及び第２ハンドル３、４を相互に逆方向に連動させて回転させる第２状態と、第１及び第２ハンドル３、４を夫々独立して回転させる第３状態と、に切替わる。

図４は、切替機構の概略的構成を示す図である。
切替機構８は、土台部２のレール部２４に移動可能に設けられた第３及び第４回転軸９１、９２と、第３回転軸９１に連結された第３歯車９３と、第４回転軸９２に連結され、第３歯車９３と噛合う第４歯車９４と、第３及び第４回転軸９１、９２を移動させる切替えレバー９５と、切替えレバー９５の位置を固定するインデックスプランジャ９６と、を有している。第４歯車９４は、例えば、第３歯車９３よりも径が小さく歯数も少ない。

切替レバー９５は、訓練者が搖動操作可能なレバーである。切替えレバー９５を搖動操作し第１乃至第３位置に移動させることで、第３及び第４回転軸９１、９２が一体で移動する。そして、切替えレバー９５をインデックスプランジャ９６によって、第１乃至第３位置で固定する。

切替えレバー９５を第１位置（左位置）に位置させると、第１歯車５２と第３歯車９３とが噛合い、かつ第３歯車９３と第２歯車７３が噛合う位置（第１状態）に第３及び第４回転軸９１、９２が移動する。このとき第４歯車９４は、第１及び第２歯車５２、７３に噛合っておらず、第３歯車９３のみに噛合っている。この第１状態では、第１及び第２ハンドル３、４は、同方向に連動して回転する。

この第１状態で、例えば、図５に示す如く、第１ハンドル３を時計方向に回転させると、第１ハンドル３に第１回転軸５１を介して連結された第１歯車５２は時計方向、第１歯車５２に噛合う第３歯車９３は反時計方向、第３歯車９３に噛合う第２歯車７３は時計方向、第２歯車７３に第１プーリー軸７２に連結された第１プーリー７１は時計方向、第１プーリー７１にベルト部材８６で連結された第２プーリー７５は時計方向、第２プーリー７５に第２回転軸６１を介して連結された第２ハンドル４は第１ハンドル３と同方向の時計方向に回転する。

切替えレバー９５を第２位置（中央位置）に位置させると、第１歯車５２と第３歯車９３が噛合い、第３歯車９３と第４歯車９４が噛合い、第４歯車９４と第２歯車７３が噛合う位置（第２状態）に第３及び第４回転軸９１、９２が移動する。この第２状態では、第１及び第２ハンドル３、４は、相互に逆方向に連動して回転する。

この第２状態で、例えば、図６に示す如く、第１ハンドル３を時計方向に回転させると、第１ハンドル３に第１回転軸５１を介して連結された第１歯車５２は時計方向、第１歯車５２に噛合う第３歯車９３は反時計方向、第３歯車９３に噛合う第４歯車９４は時計方向、第４歯車９４に噛合う第２歯車７３は反時計方向、第２歯車７３に第１プーリー軸７２に連結された第１プーリー７２は反時計方向、第１プーリー７２にベルト部材８６で連結された第２プーリー７５は反時計方向、第２プーリー７５に第２回転軸６１を介して連結された第２ハンドル４は第１ハンドル３と反対方向の反時計方向に回転する。

切替えレバー９５を第３位置（右位置）に位置させると、第１歯車５２と第３歯車９３が噛合い、第３歯車９３と第２歯車７３が噛合わない位置（第３状態）に第３及び第４回転軸９１、９２が移動する。なお、第１歯車５２と第３歯車９３が噛合わず、第３歯車９３と第２歯車７３が噛合う位置（第３状態）に第３及び第４回転軸９１、９２が移動してもよい。このとき第４歯車９４は、第１及び第２歯車５２、７３に噛合っておらず、第３歯車９３のみに噛合っている。この第３状態では、第１及び第２ハンドル３、４は、夫々独立して回転する。

この第３状態で、例えば、図７に示す如く、第１ハンドル３を時計方向に回転させると、第１ハンドル３に第１回転軸５１を介して連結された第１歯車５２は時計方向、第１歯車５２に噛合う第３歯車９３は反時計方向、第３歯車９３に噛合う第４歯車９４は時計方向、に回転する。しかし、第３歯車９３と第２歯車７３は噛合っていないため、ここで、第１ハンドル３の回転力の、第２ハンドル４側へ伝達が遮断される。一方で、第２ハンドル４を時計方向に回転させると、第２ハンドル４に第２回転軸６１を介して連結された第２プーリー７５は時計方向、第２プーリー７５にベルト部材８６で連結された第１プーリー７１は時計方向、第１プーリー７１に第１プーリー軸７２を介して連結された第２歯車７３は時計方向、に回転する。しかし、第２歯車７３と第３歯車９３は噛合っていないため、ここで、第２ハンドル４の回転力の、第１ハンドル３側へ伝達が遮断される。したがって、第１ハンドル３と第２ハンドル４とは全く独立して回転することとなる。

以上、本実施形態１において、第１及び第２回転軸５１、６１は、重力方向に対して垂直方向に向けて回転可能に設けられ、第１及び第２回転軸５１、６１に連結された第１及び第２ハンドル３、４を、訓練者の手が把持し夫々回転操作する。これにより、第１及び第２ハンドル３、４を操作する訓練者の腕に重力負荷を掛けることでその動作時に十分な負荷を掛けることができる。したがって、麻痺肢の筋電をより多く発生し、麻痺肢の回復を早めることができる。

さらに、本実施形態１において、第１及び第２回転機構５、６の第１及び第２回転軸５１、６１を連結し、第１及び第２ハンドル３、４の回転を連動し、第１及び第２ハンドル３、４の一方のハンドルを回転させたときに他方のハンドルに対して連結機構７により連動させる回転の方向を切替える。これにより、第１及び第２ハンドル３、４の回転を連動させ、あるいは、第１及び第２ハンドル３、４の回転方向を切替えることで、多様な動作を行うことができる。

実施形態２
本発明の実施形態２において、土台部２の天板２１の両端には、第１及び第２回転機構５、６の第１及び第２ハンドル３、４を回転軸方向に可動させる一対の可動部９が設けられている（図８）。これにより、第１及び第２ハンドル３、４に回転軸方向に外力が付加されると、第１及び第２ハンドル３、４はその外力に応じて弾性的に回転軸方向へ移動することができる。したがって、例えば、訓練者の麻痺肢の動作に応じて、第１及び第２ハンドル３、４を弾性的に回転軸方向に移動させることで、麻痺肢を動かし易くすることができる。

なお、可動部９は一対、天板２１の両端に設けられているがこれに限定されず、取り付けられる可動部９の位置及び数は任意でよい。
可動部９は、第１及び第２ハンドル３、４に対して回転軸方向の外力が付加されると第１及び第２ハンドル３、４を回転軸方向に弾性的に移動させ、第１及び第２ハンドル３、４が回転軸方向の外力から解放させると、第１及び第２ハンドル３、４を元の位置に弾性的に戻すように構成されている。

各可動部９は天板２１に固定されており、その先端部がレール部２４の側面に連結されている。可動部９は、天板２１に固定されたリニアベアリング部１１と、リニアベアリング部１１に軸方向へ摺動可能に軸支されたシャフト１２と、シャフト１２の外周に設けられた第１及び第２バネ１３、１４と、を有している。

シャフト１２の一端は、シャフトフォルダ１５を介してレール部２４の側面に固定されている。シャフト１２の他端は、シャフトフォルダ１６が連結されている。第１バネ１３は、シャフト１２の外周面上で、レール部２４の側面のシャフトフォルダ１５とリニアベアリング部１１との間に設けられている。第２バネ１４は、シャフト１２の外周面上で、リニアベアリング部１１とシャフトフォルダ１６との間に設けられている。

例えば、第１及び第２ハンドル３、４に対して、回転軸方向かつ第１及び第２ハンドル３、４が土台部２から離間する方向Ｘ１に外力が付加されると、第１及び第２ハンドル３、４及びレール部２４を介して、シャフト１２がその方向Ｘ１に移動する。このとき、リニアベアリング部１１はシャフト１２に対して方向Ｘ１とは逆方向Ｘ２に相対移動することで、第１バネ１３が伸長し第２バネ１４が収縮する。これにより、第１及び第２ハンドル３、４は、その方向Ｘ１に弾性的に移動する。

第１及び第２ハンドル３、４がその外力から解放されると、収縮した第２バネ１４の付勢力により、リニアベアリング部１１はシャフト１２に対して方向Ｘ１に相対移動する。これにより、第１及び第２ハンドル３、４が方向Ｘ２に移動し元の位置に弾性的に戻る。

実施形態３
本発明の実施形態３においては、第１及び第２回転機構５、６の第１及び第２回転軸５１、６１の方向を、水平方向と重力方向との間で変更する構成となっている（図９）。これにより、リハビリ訓練に応じて、第１及び第２ハンドル３、４の角度を最適に設定することができる。

レール部２４の両端は、一対のヒンジ部（回転軸方向変更手段の一具体例）１０を介して天板２１に固定されている。レール部２４は、ヒンジ部１０を介して、０°（第１及び第２ハンドル３、４が垂直方向であり第１及び第２回転軸５１、６１が水平方向）〜９０°（第１及び第２ハンドル３、４が水平方向であり第１及び第２回転軸５１、６１が重力方向）の範囲で搖動する。なお、レール部２４は、０°及び９０°の２位置でヒンジ部１０を介して固定する構成であるが、これに限定されない。例えば、レール部２４は、４５°の中間位置、あるいは、１０°、１５°、３０°などの任意の位置にヒンジ部１０を介して固定できるように構成されていてもよい。

例えば、筋電をより多く発生させたい場合は、腕を大きく動作させる。このため、ヒンジ部１０を介してレール部２４を搖動させ、図１０に示す如く、第１及び第２ハンドル３、４を垂直方向（０°の位置であり、第１及び第２回転軸５１、６１が水平方向）に設定にする。脳の可塑性を利用した神経回路の再構築を誘発したい場合は、ヒンジ部１０を介してレール部２４を搖動させ、第１及び第２ハンドル３、４を水平方向（９０°の位置であり第１及び第２回転軸５１、６１が重力方向）に設定にする。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施形態において、訓練者が操作する第１及び第２ハンドル３、４は、略円形状のハンドルであるが、これに限定されない。例えば、第１及び第２回転軸５１、６１にアーム部１７が連結され、アーム部１７に訓練者の手が把持するグリップ部１８が連結される構成であってもよい（図１１）。訓練者は、グリップ部１８を把持し、上記第１及び第２ハンドル３、４と同様の、回転操作を行う。
上記実施形態において、第１ハンドル３を健常肢側とし、第２ハンドル４を麻痺肢側としているが、これに限定されない。第１ハンドル３を麻痺肢側とし、第２ハンドル４を健常肢側としてもよい。
さらに、上記実施形態を任意に組み合わせる構成であってもよい。

１上肢リハビリ支援装置、２土台部、３第１ハンドル、４第２ハンドル、５第１回転機構、６第２回転機構、７連結機構、８切替機構、９可動部、１０ヒンジ部、１１リニアベアリング部、１２シャフト、１３第１バネ、１４第２バネ、１７アーム部、１８グリップ部、２１天板、２２脚部、２３伸縮部、２４レール部、３１把持部、５１第１回転軸、５２第１歯車、６１第２回転軸、７１第１プーリー、７２第１プーリー軸、７３第２歯車、７４第１プーリー軸受け、７５第２プーリー、７６第３プーリー軸、７７第３プーリー、７８第４プーリー軸、７９第４プーリー、８０第５プーリー、８１第５プーリー軸、８２第５プーリー軸支持部、８３第６プーリー、８４第６プーリー軸、８５第６プーリー軸支持部、８６ベルト部材、９１第３回転軸、９２第４回転軸、９３第３歯車、９４第４歯車、９５切替レバー

Claims

重力方向に対して垂直方向に向けて回転可能に設けられた第１回転軸と、該第１回転軸に連結され訓練者の右手が把持し回転操作する第１ハンドルと、を有する第１回転機構と、
重力方向に対して垂直方向に向けて回転可能に設けられた第２回転軸と、該第２回転軸に連結され訓練者の左手が把持し回転操作する第２ハンドルと、を有する第２回転機構と、
前記第１及び第２回転機構の第１及び第２回転軸を連結し、前記第１及び第２ハンドルの回転を連動させる連結手段と、
前記第１及び第２ハンドルの一方のハンドルを回転させたときに他方のハンドルに対して前記連結手段により連動させる回転の方向を切替える切替手段と、
を備え、
前記切替手段は、前記切替え操作に用いられる部材を含み、
該部材の操作に応じて、前記第１及び第２ハンドルの回転を同方向に連動して回転する第１状態と、該第１及び第２ハンドルの回転を相互に逆方向に連動して回転する第２状態と、を切り替え、
土台部を更に備え、
前記土台部には、前記第１及び第２回転機構の第１及び第２ハンドルを回転軸方向に可動させる可動部が設けられており、
前記可動部は、前記第１及び第２ハンドルに対して回転軸方向の外力が掛かると前記第１及び第２ハンドルを回転軸方向に弾性的に移動させ、前記第１及び第２ハンドルが回転軸方向の外力から解放させると、前記第１及び第２ハンドルを元の位置に弾性的に戻す、
ことを特徴とする上肢リハビリ支援装置。
請求項１記載の上肢リハビリ支援装置であって、
前記第１及び第２回転機構の第１及び第２ハンドルの径を変更するための径変更手段を更に備える、
ことを特徴とする上肢リハビリ支援装置。
請求項１又は２記載の上肢リハビリ支援装置であって、
前記第１及び第２回転機構の第１及び第２回転軸の方向を、水平方向と重力方向との間で変更する回転軸方向変更手段を更に備える、
ことを特徴とする上肢リハビリ支援装置。
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の上肢リハビリ支援装置であって、
前記第１回転機構の第１ハンドルと前記第２回転機構の第２ハンドルとの間の距離を変更する距離変更手段を更に備える、ことを特徴とする上肢リハビリ支援装置。
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の上肢リハビリ支援装置であって、
前記切替手段は、前記第１及び第２ハンドルを同方向に連動させて回転させる前記第１状態と、前記第１及び第２ハンドルを相互に逆方向に連動させて回転させる前記第２状態と、の他に、前記第１及び第２ハンドルを夫々独立して回転させる第３状態と、の何れかに切替わる、
ことを特徴とする上肢リハビリ支援装置。
請求項５記載の上肢リハビリ支援装置であって、
前記第１ハンドルの第１回転軸には、第１歯車が連結されており、
前記連結手段は、
前記第２ハンドルの第２回転軸に連結された第２プーリーと、第２歯車と、該第２歯車に連結された第１プーリーと、前記第１プーリーと前記第２プーリーとを連結するベルト部材と、を有しており、
前記切替手段は、
相互に噛合う第３及び第４歯車と、該第３及び第４歯車の位置を変更する切替えレバーと、を有すると共に、
前記切替えレバーの操作に応じて、
前記第３及び第４歯車を移動させて、前記第１歯車と前記第３歯車を噛合わせ、前記第３歯車と前記第２歯車を噛合わせる第１状態と、
前記第３及び４歯車を移動させて、前記第１歯車と前記第３歯車を噛合わせ、前記第３歯車と前記第４歯車を噛合わせ、前記第４歯車と前記第２歯車を噛合わせる第２状態と、
前記第３及び第４歯車を移動させて、前記第１及び第２歯車のうちの少なくとも一方が前記第３歯車と噛合わず、前記第１及び第２歯車を非連結状態にする第３状態、
とに切替わる、
ことを特徴とする上肢リハビリ支援装置。