JP7475620B2 - 運動機能回復訓練装置 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、運動機能回復訓練装置に関する。

特許文献１には、前腕を訓練対象とした運動機能回復訓練装置が記載されている。この運動機能回復訓練装置は、第１角速度で他動的回転運動を行い、次に第１角速度よりも高速の第２角速度で他動的回転運動を行い、その後患者の意志による自動的回転運動を行う。第１角速度による回転後に第２角速度で素早く回転させることで、機能回復を図る筋の緊張が高まり伸張反射が励起される。また、自動的回転運動では筋の刺激を持続して筋緊張を維持するために、サーボモータにより軽い抵抗力が付与される。

特開２０１５－２４５号公報

上記従来技術の運動機能回復訓練装置は、自動的回転運動時に患者が発生するトルクを検出し、その検出したトルクに応じてサーボモータにより速度指令を発生させる。このとき、患者の力にぶれが生じるとサーボモータで発生させる速度もぶれてしまうため、滑らかな動作とならず、患者が自動的回転運動をスムーズに実施できない可能性があるという課題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、訓練対象者が自動運動をスムーズに実施できる運動機能回復訓練装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、訓練対象となる人体部位の運動機能を回復させるための訓練を行う運動機能回復訓練装置であって、回転可能に支持され、前記人体部位を固定する固定部材と、前記固定部材を正転方向及び逆転方向に回転させるモータと、前記モータの回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの検出結果に基づいて前記モータを制御するコントローラと、を有し、前記モータは、訓練対象者が回転させようとする力に対して抵抗力を付与するものであり、前記コントローラは、前記回転位置センサの検出結果に基づいて前記モータの回転速度を算出する回転速度算出部と、前記回転速度における所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する第１フィルタ処理演算部と、前記高周波成分を除去された前記回転速度に基づいて速度指令を算出する速度指令算出部と、前記訓練対象者が自発的に前記固定部材を回転させる自動運動を行う際に、前記速度指令に基づいて前記モータを制御する第１制御部と、を有し、前記第１制御部は、前記自動運動を行う際に、前記訓練対象者が前記固定部材に対して、前記訓練対象者が前記固定部材を回転させようとする回転方向に力を作用させている間では前記固定部材は常に滑らかに回転するように、前記高周波成分を除去された前記回転速度を用いて算出された前記速度指令に基づいて前記モータを制御し、前記速度指令が、前記訓練対象者が前記固定部材を回転させようとする方向とは反対方向の回転に対応する速度指令となる場合では前記固定部材を停止した状態に保持するように、前記モータを制御する運動機能回復訓練装置が適用される。

本発明によれば、患者が自動運動をスムーズに実施することができる。

本実施形態に係る運動機能回復訓練装置の全体構成の一例を示す説明図である。 回動部の構成の一例を抽出して示す説明図である。 固定部材の断面構造の一例を概念的に示す説明図である。 固定部材の断面構造の他の例を概念的に示す説明図である。 固定部材の断面構造のさらに他の例を概念的に示す説明図である。 コントローラの機能構成の一例を表す説明図である。 訓練種別が「回内」又は「回外」である場合のモータの回転速度の変化の一例を表す説明図である。 訓練種別が「回内外」である場合のモータの回転速度の変化の一例を表す説明図である。 訓練種別が「回内」である場合のタッチパネルの表示の一例を表す説明図である。 訓練種別が「回外」である場合のタッチパネルの表示の一例を表す説明図である。 コントローラのＣＰＵにより実行される処理手順の一例を表すフローチャートである。 他動運動処理の処理手順の一例を表すフローチャートである。 自動運動処理の処理手順の一例を表すフローチャートである。 指を屈曲運動及び伸展運動させることにより訓練を行う変形例において、回動部の構成の一例を表す説明図である。 コントローラのハードウェア構成の一例を表す説明図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜１．運動機能回復訓練装置の構成＞
まず、図１～図５を参照しつつ、本実施形態に係る運動機能回復訓練装置の構成の一例について説明する。図１は本実施形態に係る運動機能回復訓練装置の全体構成の一例を示す説明図、図２は回動部の構成の一例を抽出して示す説明図、図３～図５は固定部材の断面構造例を概念的に示す説明図である。なお、以下において、運動機能回復訓練装置の構成の説明の便宜上、図１に示す上下左右前後の方向を適宜使用する場合があるが、これらの方向は運動機能回復訓練装置の各構成の位置関係を限定するものではない。本実施形態では、前後方向は後述する回動部の回転軸心方向、上下方向は鉛直方向、左右方向は前後方向及び上下方向の両方向に垂直な方向を指すものである。

運動機能回復訓練装置１は、訓練対象となる人体部位の運動機能を回復させるための訓練（リハビリテーション）を行う装置である。訓練対象者は、例えば脳卒中などの脳血管疾患や整形外科疾患等による運動機能障害を有する患者等である。本実施形態では、訓練対象となる人体部位が前腕部である場合について説明するが、前腕部以外の人体部位を訓練対象としてもよい。

図１に示すように、運動機能回復訓練装置１は、昇降テーブル２と、装置本体３と、回動部４とを有する。

昇降テーブル２は、装置本体３が載置されるテーブル５と、図示しない伸縮機構により上下方向に伸縮可能な支柱６と、支柱の下部に設けられた複数（この例では５本）の脚部７ａ～７ｅとを有する。脚部７ａ～７ｅが連結する中心位置から、脚部７ａは左方向、脚部７ｂは前方向、脚部７ｃは右方向、脚部７ｄは右後方、脚部７ｅは左後方に向かって延設されている。脚部７ａ～７ｅの数を５本とすることにより、例えば脚部の数が４本（９０°間隔の十字型）の場合に比べて安定性を向上している。また、脚部７ａ，７ｂ間の間隔を９０°とすることで、右腕の前腕部を訓練する訓練対象者が近づくスペースを前方左側に確保し、当該訓練対象者の椅子、車椅子、足等と脚部の干渉を抑制できる。同様に、脚部７ｂ，７ｃ間の間隔を９０°とすることで、左腕の前腕部を訓練する訓練対象者が近づくスペースを前方右側に確保し、当該訓練対象者の椅子、車椅子、足等と脚部の干渉を抑制できる。各脚部７ａ～７ｂの下部にはキャスタ８がそれぞれ設けられている。

装置本体３の前面には、訓練に関する表示や各種操作を行うためのタッチパネル９（表示部の一例）が設けられている。また、装置本体３の内部には、回動部４を正転方向及び逆転方向に回転させるモータ１０（後述の図６参照）と、モータ１０の回転位置を検出するエンコーダ１１（回転位置センサの一例。後述の図６参照）と、エンコーダ１１の検出結果に基づくモータ１０の制御等を行うコントローラ１２（後述の図６参照）等が設けられている。モータ１０は、エンコーダ１１の検出結果に基づいて位置、速度及びトルクの少なくとも１つを制御されるサーボモータである。コントローラ１２は、ＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータとして構成される（後述の図１５参照）。また、例えばレゾルバやポテンショメータ等、エンコーダ以外の回転位置センサを用いてもよい。さらに、モータ１０のトルクを検出するトルクセンサを設けてもよい。

回動部４は、装置本体３の前側に回動可能に設けられており、装置本体３から前方に向かって突出し、訓練対象者の前腕部１７（訓練対象となる人体部位の一例）を支持する。回動部４は、円板部材１３と、支持バー１４と、固定部材１５と、グリップ１６とを有する。円板部材１３は、装置本体３の前面に設けられ、モータ１０により回転軸心ＡＸ周りに回転される。支持バー１４は、回転軸心ＡＸから下方に所定距離だけオフセットした位置に位置し、円板部材１３から回転軸心ＡＸと略平行に前方に突出して設けられている。固定部材１５は、支持バー１４の先端部近傍に設けられており、訓練対象者の手首部１８を着脱自在に固定する。固定部材１５は、回動部４が回動することにより回転軸心ＡＸ周りに回転される。グリップ１６は、支持バー１４から上方に突出して設けられており、訓練対象者によって把持される。なお、グリップ１６を支持バー１４から取外し可能な構成とし、例えばグリップ位置を偏心させ、１８０度回転させることでグリップ位置を変更してもよい。また、グリップ１６を支持バー１４に対してスライド可能とするスライド機構を設けてもよい。

回動部４は、グリップ１６が鉛直上方を向く位置を基準角度（０°）として、時計回り方向及び反時計回り方向に回動する。例えば図２に示すように、訓練対象者の右腕の前腕部１７を訓練する場合には、回動部４が時計回り方向に回動することで前腕部１７を回外運動させ、反時計回り方向に回動することで前腕部１７を回内運動させる。また図示は省略するが、反対に左腕の前腕部の訓練する場合には、回動部４が時計回り方向に回動することで前腕部１７を回内運動させ、反時計回り方向に回動することで前腕部１７を回外運動させる。

図２に示すように、固定部材１５は、前腕部１７の手首部１８が載置されるベース部１９と、開閉することにより手首部１８を固定及び解放可能な一対の開閉部２０と、一対の開閉部２０のそれぞれの内側に設けられた一対のクッション部２１と、一対の開閉部２０のそれぞれの上端を解放可能に結合させる結合部２２とを有する。

クッション部２１は、例えばウレタン等の柔軟な材料で構成されており、手首部１８に接触して押圧する。なお、ベース部１９をクッション部２１と同様の柔軟な材料で構成してもよい。結合部２２は、例えば面ファスナ等で構成されており、一対の開閉部２０の上端のギャップを所望の大きさに調整して結合できる。これにより、固定部材１５は訓練対象者の手首部１８の太さに関わらず固定することができる。

固定部材１５は、手首部１８の先端側（手部側）に接触する部分の面圧が手首部１８の基端側（肘部側）に接触する部分の面圧よりも大きくなるように構成されている。面圧の調整手段は特に限定されるものではないが、例えば図３に示すように、手部側のクッション部２１ａの硬度が肘部側のクッション部２１ｂの硬度よりも硬くなるように構成してもよい。なお、この例ではクッション部が２種類の硬度を有するように構成したが、３種類以上の硬度を有するように構成してもよいし、硬度が段階的でなく連続的に変化するように構成してもよい。

また、例えば図４に示すように、クッション部２１の厚みが手部側から肘部側に向けて徐々に薄くなるように構成してもよい。なお、この例ではクッション部の厚みが連続的に変化するように構成したが、厚みが異なる複数種類のクッションを用いて、手部側から肘部側に向けて厚みが段階的に減少するように構成してもよい。

また、例えば図５に示すように、手部側のクッション部２１ｃが内周に複数の突起部２３を備えており、肘部側のクッション部２１ｄが突起部を備えない構成としてもよい。突起部２３は例えばクッション部と同じ柔軟な材料で構成されており、突起部２３により手首部１８に対する面圧を高くできる。なお、この例ではクッション部を突起部２３が有るものと無いものの２種類で構成したが、クッション部を突起部の数や大きさ、形状等に応じて３種類以上で構成してもよい。また、突起部の数が手部側から肘部側に向けて徐々に少なくなる等、段階的でなく連続的に変化するように構成してもよい。

＜２．コントローラの機能構成＞
次に、図６～図９を参照しつつ、コントローラ１２の機能構成の一例について説明する。図６はコントローラ１２の機能構成の一例を表す説明図、図７及び図８はモータ１０の回転速度の変化の一例を表す説明図、図８はタッチパネル９の表示の一例を表す説明図である。

図６に示すように、コントローラ１２は、第１他動運動制御部２４と、第２他動運動制御部２５と、自動運動制御部２６と、制御切替部２７と、訓練種別設定部５７と、回転速度算出部２８と、第１フィルタ処理演算部２９と、トルク算出部３０と、第２フィルタ処理演算部３１と、速度指令算出部３２と、速度指令制限部３３と、刺激付与処理部３４と、振動付与処理部３５と、人体反応量算出部３６と、第１表示制御部３７と、可動域計測部３８と、自動運動量算出部３９と、達成率算出部４０と、第２表示制御部４１とを有する。

第１他動運動制御部２４は、他動運動を行う際に、モータ１０が所定の第１設定速度Ｖ１で駆動するようにモータ１０の回転速度を制御する。「他動運動」とは、モータ１０により回動部４を回動させて、訓練対象者の前腕部１７を外力により回外運動又は回内運動させることをいう。なお、第１他動運動制御部２４による制御は、速度指令に基づく速度制御でもよいし、速度が第１設定速度Ｖ１となるように位置指令を順次変更する位置制御としてもよい。

第２他動運動制御部２５（第２制御部の一例）は、他動運動を行う際に、モータ１０が所定の第２設定速度Ｖ２（設定速度の一例）で駆動するようにモータ１０の回転速度を制御する。図７に示すように、第２設定速度Ｖ２は、前腕部１７の人体反応（例えば伸張反射や筋肉のバネ等）を励起させるために第１設定速度Ｖ１よりも高速に設定されている。なお、第２他動運動制御部２５による制御は、速度指令に基づく速度制御でもよいし、速度が第２設定速度Ｖ２となるように位置指令を順次変更する位置制御としてもよい。

自動運動制御部２６（第１制御部の一例）は、自動運動を行う際に、予め定められた回転方向にのみ回転するように、モータ１０を制御する。「自動運動」とは、訓練対象者による自発的な回外運動又は回内運動を受けて回動部４を回動させることをいう。自動運動制御部２６による制御は、後述する速度指令Ｖｒｅｆに基づく速度制御である。

訓練種別設定部５７は、タッチパネル９における訓練種別の選択入力に基づいて、訓練種別を、自動運動において回内運動を訓練する「回内」、自動運動において回外運動を訓練する「回外」、自動運動において回内運動と回外運動の両方を訓練する「回内外」のいずれかに設定する。

制御切替部２７は、訓練種別設定部５７により設定された訓練種別に応じて、制御の切り替え態様を変更する。例えば、訓練種別が「回内」又は「回外」に設定された場合には、制御切替部２７は、エンコーダ１１により検出された回転位置に基づいて、第１他動運動制御部２４による制御と、第２他動運動制御部２５による制御と、自動運動制御部２６による制御とを切り替える。図７に示すように、制御切替部２７は、まず第１他動運動制御部２４による制御を実行し、検出位置が第１回転位置Ｐ１に到達した際に、第１他動運動制御部２４による制御を第２他動運動制御部２５による制御に切り替える。また、検出位置が第２回転位置Ｐ２に到達した際に、第２他動運動制御部２５による制御を自動運動制御部２６による制御に切り替える。そして、検出位置が第３回転位置Ｐ３に到達した際に、自動運動制御部２６による制御を再び第１他動運動制御部２４による制御に切り替える。以上の３種類の制御の実行による他動運動と自動運動の組み合わせを１サイクルとして、所定の回数のサイクルが繰り返される。

一方、訓練種別が「回内外」に設定された場合には、制御切替部２７は、エンコーダ１１により検出された回転位置に基づいて、第２他動運動制御部２５による制御と、自動運動制御部２６による制御とを切り替える。図８に示すように、制御切替部２７は、回外運動又は回内運動のいずれか一方において、まず第２他動運動制御部２５による制御を実行し、検出位置が第４回転位置Ｐ４に到達した際に、第２他動運動制御部２５による制御を自動運動制御部２６による制御に切り替える。また、検出位置が第５回転位置Ｐ５に到達した際に、自動運動制御部２６による制御を第２他動運動制御部２５による制御に切り替え、回外運動又は回内運動の他方において、第２他動運動制御部２５による制御を実行する。また、検出位置が第６回転位置Ｐ６に到達した際に、第２他動運動制御部２５による制御を自動運動制御部２６による制御に切り替える。そして、検出位置が第７回転位置Ｐ７に到達した際に、自動運動制御部２６による制御を再び第２他動運動制御部２５による制御に切り替える。以上の回外運動及び回内運動のそれぞれにおける２種類の制御の実行による他動運動と自動運動の組み合わせを１サイクルとして、所定の回数のサイクルが繰り返される。

回転速度算出部２８は、エンコーダ１１の検出結果に基づいてモータ１０の回転速度を算出する。例えば、回転速度算出部２８は、エンコーダ１１で検出された位置を時間で１階微分したり、検出信号（例えばインクリメンタル信号）を所定の時間カウントするなどの処理により、回転速度を算出する。当該回転速度は、訓練対象者が自発的に前腕部１７を回外運動又は回内運動させる際の回転速度に相当する。

第１フィルタ処理演算部２９は、例えばローパスフィルタとして機能する演算部であり、回転速度算出部２８により算出された回転速度の信号における所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する。これにより、訓練対象者の自発的な運動による回転速度にぶれが生じた場合であっても、当該ぶれによる振動成分を除去できる。

トルク算出部３０は、回転速度算出部２８により算出された回転速度に基づいてトルクを算出する。当該トルクは、訓練対象者が自発的に前腕部１７を回外運動又は回内運動させる際の力に相当する。なお、回転速度からトルクを算出する他にも、例えばトルクセンサを設ける場合にはその検出結果に基づいてトルクを算出してもよい。

第２フィルタ処理演算部３１は、例えばローパスフィルタとして機能する演算部であり、トルク算出部３０により算出されたトルクの信号における所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する。これにより、訓練対象者の自発的な運動による力にぶれが生じた場合であっても、当該ぶれによる振動成分を除去できる。

速度指令算出部３２は、第１フィルタ処理演算部２９により高周波成分を除去された回転速度Ｖｆｂと、第２フィルタ処理演算部３１により高周波成分を除去されたトルクＴｆｂとに基づいて、速度指令Ｖｒｅｆを算出する。具体的には、速度指令算出部３２は次の計算式（１）に基づいて速度指令Ｖｒｅｆを算出する。

なお、スキャン時間は１サイクルにおいてコントローラ１２が自動運動時の処理（自動運動制御部２６による処理）を実行する時間であり、機械諸元に基づき決定される固定値である。仮想マス及び仮想粘性はパラメータであり、これらのパラメータにより、前腕部１７に対して所定の抵抗力を付与することが可能となり、筋肉の緊張を維持させて訓練効果を向上することができる。

速度指令制限部３３は、速度指令算出部３２により算出された速度指令Ｖｒｅｆが自動運動方向（自動運動において回転させるべき方向）とは反対方向の回転に対応する速度指令となる場合に、自動運動制御部２６に入力される速度指令を０にする。

自動運動制御部２６は、自動運動を行う際、速度指令算出部３２により算出され、加えて、速度指令制限部３３により０以上に制限された速度指令Ｖｒｅｆに基づいてモータ１０を制御する。その結果、自動運動制御部２６は、自動運動を行う際に、予め定められた回転方向（訓練対象者が回転させようとする方向）にのみ回転するように、モータ１０を制御することが可能となる。

刺激付与処理部３４は、第２他動運動制御部２５による制御から自動運動制御部２６による制御への切り替え時に、前腕部１７の人体反応（例えば伸張反射や筋肉のバネ等）を誘発する刺激を付与するように刺激付与装置４２を制御する。これにより、他動運動から自動運動への切り替え時に人体反応がさらに生じ易くなり、訓練の効果をより高めることができる。なお、ここでいう切り替え時は、必ずしも制御の切り替えタイミングと同時である必要はない。すなわち、切り替え時は、人間の反射として同時と感じられる程度の、第２他動運動制御部２５による制御及び自動運動制御部２６による制御に跨る時間幅を有しており、その時間幅内で刺激が付与されれば、切り替え時に刺激を付与することに相当する。

刺激付与装置４２は、運動機能回復訓練装置１に付属され、前腕部１７に関連する部位に人体反応を誘発する所定の刺激を付与する装置である。刺激付与装置４２の装置態様は特に限定されるものではないが、例えば前腕部１７の訓練対象となる筋部付近に貼り付けられる１又は複数の振動発生装置（図示省略）として構成することができる。この場合、刺激付与処理部３４は、１又は複数の振動発生装置の周波数及び振動レベルを個別に制御し、例えば皮膚をタッピングするような刺激を付与したり、各振動発生装置に時間差を設けて振動を発生させることで皮膚をさするような刺激を付与することにより、皮膚筋反射を誘発することができる。また例えば、刺激付与装置４２を振動発生装置と電気刺激装置で構成し、振動刺激と電気刺激の両方を付与してもよい。また、その他にも、例えばノズルからエアを噴出する装置や、刷毛や棒状の部材で皮膚をさするように動作させる装置等として構成してもよい。

振動付与処理部３５は、訓練を行う前に、固定部材１５を含む回動部４の全体を所定の周波数で振動させるようにモータ１０を制御する。これにより、訓練前に前腕部１７の筋肉に直接刺激を与えることができ、筋肉の緊張を緩和して効率の良いリハビリテーション訓練が可能となる。またこのとき、振動付与処理部３５は、訓練開始時に計測する訓練対象者の可動域の範囲内で振動させるので、安全性を確保できる。

人体反応量算出部３６は、第２他動運動制御部２５による制御から自動運動制御部２６による制御へ切り替えた時点から所定時間（例えば１００ｍｓ）経過するまでの間に前腕部１７の人体反応により固定部材１５が回転した量（回動部４の回動量）である人体反応量を、エンコーダ１１の検出結果に基づいて算出する。なお、人体反応量算出部３６により算出された人体反応量を、訓練結果データとして所定のファイル形式（例えばＣＳＶファイル等）で出力可能としてもよい。

第１表示制御部３７は、人体反応量算出部３６により算出された人体反応量をタッチパネル９に表示させる（後述の図９参照）。訓練の実行中は、人体反応量の算出がサイクルごとに行われ、人体反応量の表示もサイクルごとに更新される。

可動域計測部３８は、モータ１０により固定部材１５を回転させて前腕部１７の可動域を計測する。例えば、可動域計測部３８は、回内方向と回外方向のそれぞれについて固定部材１５を回転させ、モータ１０の負荷トルク（トルク算出部３０により算出）が所定値に到達した際の回転角度を可動域として計測する（後述の図９参照）。

自動運動量算出部３９は、自動運動制御部２６による制御時（自動運動時）に、訓練対象者が自発的に固定部材１５を回転させた量（回動部４の回動量）である自動運動量を、エンコーダ１１の検出結果に基づいて算出する。また、自動運動量算出部３９は、訓練開始時からの自動運動量の平均値（平均角度）を算出する。自動運動量の検出手法は特に限定されるものではないが、例えば回転速度算出部２８により算出された回転速度が所定値以下となった場合、あるいは、その所定値以下である状態が所定時間以上継続した場合に、訓点対象者による自発的な自動運動が終了したと判定し、自動運動開始から当該時点までの回転量を自動運動量としてもよい。また例えば、トルク算出部３０により算出されたトルクが所定値以下となった場合、あるいは、その所定値以下である状態が所定時間以上継続した場合に、訓点対象者による自発的な自動運動が終了したと判定し、自動運動開始から当該時点までの回転量を自動運動量としてもよい。

達成率算出部４０は、自動運動量算出部３９により算出された自動運動量と、可動域計測部３８により計測された可動域とに基づいて、自動運動量の可動域に対する割合である自動達成率（０～１００％）を算出する。なお、達成率算出部４０により算出された自動達成率は、訓練結果データとして所定のファイル形式（例えばＣＳＶファイル等）で出力することも可能である。

第２表示制御部４１は、達成率算出部４０により算出された自動達成率と、自動運動量算出部３９により算出された平均自動運動量とを、タッチパネル９に表示させる（後述の図９参照）。訓練の実行中は、自動達成率や平均自動運動量の算出がサイクルごとに行われ、自動達成率や平均自動運動量の表示もサイクルごとに更新される。

図９及び図１０は、第１表示制御部３７及び第２表示制御部４１によるタッチパネル９の表示の一例を表す説明図である。図９に示すように、タッチパネル９には、訓練種別画面４３と、運動状態画面４４と、訓練状況画面４５とが表示されている。訓練種別画面４３では、訓練種別として、前述した「回内」、「回外」、「回内外」のいずれかを選択することができる。図９に示す例では「回内」が選択されている。

運動状態画面４４には、第２表示制御部４１により、回内運動と回外運動のそれぞれについて自動達成率表示部４６が表示されると共に、平均自動運動量表示部４７が表示される。図９に示す例では、訓練種別で「回内」が選択されているので、回内運動に対応する自動達成率表示部４６が表示され、回外運動に対応する自動達成率表示部４６は非表示（あるいは薄い表示でもよい）となっている。自動達成率表示部４６は、例えば複数のメータで構成されており、達成率算出部４０により算出された自動達成率を、その値の大きさに応じた数のメータを点灯させることによって可視化する。また、自動達成率表示部４６は、自動達成率が最大値近傍（１００％に近い値）である場合には、複数のメータの最上部に位置する所定のマーク４８（例えばスミレマーク）を点灯させる。このように自動達成率をメータやマークで表示することによって、訓練対象者が自発的に動かせた量を分かり易く可視化できる。また、平均自動運動量表示部４７は、訓練開始時からの自動運動量の平均値を平均角度（この例では８７°）として表示する。

訓練状況画面４５には、第１表示制御部３７により、回内運動と回外運動のそれぞれについて人体反応量表示部４９が表示される。図９に示す例では、訓練種別で「回内」が選択されているので、回内運動に対応する人体反応量表示部４９が表示され、回外運動に対応する人体反応量表示部４９は非表示（あるいは薄い表示でもよい）となっている。人体反応量表示部４９は、人体反応量算出部３６により算出された人体反応量を、その値の大きさに応じた数のマーク５０（例えばスミレマーク）を表示させることによって可視化する。例えば、人体反応量が５°以下の場合にはマーク５０が０個、人体反応量が６°～１１°の範囲内の場合にはマーク５０が１個、人体反応量が１２°～１７°の範囲内の場合にはマーク５０が２個、人体反応量が１８°～２３°の範囲内の場合にはマーク５０が３個、人体反応量が２４°～２９°の範囲内の場合にはマーク５０が４個、人体反応量が３０°以上の場合にはマーク５０が５個表示される。図９に示す例では、人体反応量が１８°～２３°の範囲内であり、マーク５０が３個表示されている。このように人体反応量の大きさをマークの数で表示することによって、訓練対象者の人体反応の有無及びその大きさを分かり易く可視化できる。

また、訓練状況画面４５には、人体反応量の他、訓練回数５１、残り時間５２、今回の訓練で実行したサイクル回数５３、可動域計測部３８によって計測された回内方向の可動域５４及び回外方向の可動域５５、自動運動において回転させるべき方向を示す回転方向５６が表示されている。

図１０は、訓練種別として「回外」が選択された場合の表示の一例である。図１０に示すように、運動状態画面４４において、回外運動に対応する自動達成率表示部４６が表示され、回内運動に対応する自動達成率表示部４６は非表示（あるいは薄い表示でもよい）となっている。図１０に示す例では、自動達成率が最大値近傍（１００％に近い値）であり、自動達成率表示部４６は全てのメータと最上部に位置するマーク４８とを点灯させている。また、訓練状況画面４５において、回外運動に対応する人体反応量表示部４９が表示され、回内運動に対応する人体反応量表示部４９は非表示（あるいは薄い表示でもよい）となっている。図１０に示す例では、人体反応量が２４°～２９°の範囲内であり、マーク５０が４個表示されている。

なお、訓練種別で「回内外」が選択された場合には、上述した図９に示す表示内容と図１０に示す表示内容とが、回内運動と回外運動の切り替えに応じて交互に切り替わって表示される。

なお、上記画面構成は一例であり、上述した項目に加えて又は代えて、その他の項目を表示してもよいし、上述した項目の一部を非表示としてもよい。また、マークや記号を別の種類に変更してもよいし、人体反応量や自動達成率を例えば数値で表示してもよい。

なお、上述したコントローラ１２の各処理部は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、コントローラ１２は、モータ１０に駆動電力を給電する部分（インバータ等）のみ実際の装置により実装され、その他の機能は後述するＣＰＵ９０１（図１５参照）が実行するプログラムにより実装されてもよいし、その一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。

＜３．コントローラの処理手順＞
次に、図１１～図１３を参照しつつ、コントローラ１２のＣＰＵ９０１により実行される処理手順の一例について説明する。

図１１に示すように、ステップＳ１０では、コントローラ１２は、可動域計測部３８により、モータ１０により固定部材１５を回転させて前腕部１７の可動域を計測する。

ステップＳ２０では、コントローラ１２は、訓練種別設定部５７により、タッチパネル９における訓練種別の選択入力に基づいて、訓練種別を「回内」、「回外」、「回内外」のいずれかに設定する。

ステップＳ３０では、コントローラ１２は、振動付与処理部３５により、回動部４の全体を所定の周波数で振動させるようにモータ１０を制御する。

ステップＳ１００では、コントローラ１２は、他動運動処理を実行する。他動運動処理の内容については後述する（図１１参照）。

ステップＳ２００では、コントローラ１２は、自動運動処理を実行する。他動運動処理の内容については後述する（図１２参照）。

ステップＳ４０では、コントローラ１２は、訓練を終了するか否かを判定する。訓練を終了するか否かは、例えば設定された訓練時間が経過したか否か、又は、設定された回数のサイクルが終了したか否か、等により判定される。訓練を終了しない場合には（ステップＳ４０：ＮＯ）、上記ステップＳ１００に戻り、訓練を終了するまでステップＳ１００及びステップＳ２００を繰り返す。訓練を終了する場合には（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、本フローを終了する。

図１２に、上記ステップＳ１００の他動運動処理の処理手順の一例を示す。なお、図１２では、上記ステップＳ２０において訓練種別が「回内」又は「回外」に設定された場合について説明する。

図１２に示すように、ステップＳ１１０では、コントローラ１２は、第１他動運動制御部２４により、モータ１０が第１設定速度Ｖ１で駆動するようにモータ１０の回転速度を制御する。

ステップＳ１２０では、コントローラ１２は、制御切替部２７により、エンコーダ１１による検出位置が第１回転位置Ｐ１に到達したか否かを判定する。第１回転位置Ｐ１に到達していない場合には（ステップＳ１２０：ＮＯ）、上記ステップＳ１１０に戻る。一方、第１回転位置Ｐ１に到達した場合には（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１３０では、コントローラ１２は、第２他動運動制御部２５により、モータ１０が第２設定速度Ｖ２で駆動するようにモータ１０の回転速度を制御する。

ステップＳ１４０では、コントローラ１２は、制御切替部２７により、エンコーダ１１による検出位置が第２回転位置Ｐ２に到達したか否かを判定する。第２回転位置Ｐ２に到達していない場合には（ステップＳ１４０：ＮＯ）、上記ステップＳ１３０に戻る。一方、第２回転位置Ｐ２に到達した場合には（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、他動運動処理を終了し、ステップＳ２００の自動運動処理に移る。

図１３に、上記ステップＳ２００の自動運動処理の処理手順の一例を示す。なお、図１３では、上記ステップＳ２０において訓練種別が「回内」又は「回外」に設定された場合について説明する。

図１３に示すように、ステップＳ２０５では、コントローラ１２は、人体反応量算出部３６により、第２他動運動制御部２５による制御から自動運動制御部２６による制御へ切り替えた時点、すなわち自動運動処理の開始時点から予め定められた設定時間（自動運動開始の待ち時間）が経過したか否かを判定する。設定時間が経過するまで本ステップを繰り返し（ステップＳ２０５：ＮＯ）、設定時間が経過した場合には（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、ステップＳ２１０に移る。

ステップＳ２１０では、コントローラ１２は、人体反応量算出部３６により、自動運動処理の開始時点から予め定められた設定時間が経過するまでの間に前腕部１７の人体反応により固定部材１５が回転した量（回動部４の回動量）である人体反応量を、エンコーダ１１の検出結果に基づいて算出する。そして、第１表示制御部３７により、算出した人体反応量をタッチパネル９に表示させる。

ステップＳ２１５では、コントローラ１２は、自動運動制御部２６により、速度指令Ｖｒｅｆに基づいてモータ１０の速度制御を行う。

ステップＳ２２０では、コントローラ１２は、回転速度算出部２８により、エンコーダ１１の検出結果に基づいてモータ１０の回転速度を算出する。

ステップＳ２２５では、コントローラ１２は、第１フィルタ処理演算部２９により、上記ステップＳ２２０において算出した回転速度の信号における所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する。

ステップＳ２３０では、コントローラ１２は、トルク算出部３０により、上記ステップＳ２２０において算出した回転速度に基づいてトルクを算出する。なお、前述したように例えばトルクセンサを設ける場合にはその検出結果に基づいてトルクを算出してもよい

ステップＳ２３５では、コントローラ１２は、第２フィルタ処理演算部３１により、上記ステップＳ２３０において算出したトルクの信号における所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する。

ステップＳ２４０では、コントローラ１２は、速度指令算出部３２により、上記ステップＳ２２５において高周波成分を除去した回転速度と、上記ステップＳ２３５において高周波成分を除去したトルクとに基づいて、速度指令Ｖｒｅｆを算出する。

ステップＳ２４５では、コントローラ１２は、速度指令制限部３３により、上記ステップＳ２５０において算出した速度指令Ｖｒｅｆが自動運動方向（自動運動において訓練対象者が回転させるべき方向。図９及び図１０の回転方向５６）と逆方向であるか否かを判定する。速度指令Ｖｒｅｆが自動運動方向と同じ方向である場合には（ステップＳ２４５：ＮＯ）、後述のステップＳ２５５に移る。一方、速度指令Ｖｒｅｆが自動運動方向と逆方向である場合には（ステップＳ２４５：ＹＥＳ）、ステップＳ２５０に移る。

ステップＳ２５０では、コントローラ１２は、速度指令制限部３３により、自動運動制御部２６に入力される速度指令Ｖｒｅｆを０にする。

ステップＳ２５５では、コントローラ１２は、エンコーダ１１による検出位置が第３回転位置Ｐ３に到達したか否か、又は、上記ステップＳ２２０で算出した回転速度が０であることを検出したか否かを判定する。第３回転位置Ｐ３に到達しておらず、且つ、回転速度が０でない場合には（ステップＳ２５５：ＮＯ）、先のステップＳ２１０に戻る。一方、第３回転位置Ｐ３に到達したか、又は、回転速度が０であることを検出した場合には（ステップＳ２５５：ＹＥＳ）、ステップＳ２６０に移る。

ステップＳ２６０では、コントローラ１２は、自動運動量算出部３９により、訓練対象者が自発的に固定部材１５を回転させた量（回動部４の回動量）である自動運動量を、エンコーダ１１の検出結果に基づいて算出する。また、達成率算出部４０により、算出した自動運動量と、上記ステップＳ１０において計測した可動域とに基づいて、自動運動量の可動域に対する割合である自動達成率を算出する。さらに、第２表示制御部４１により、算出した自動達成率をタッチパネル９に表示させる。その後、自動運動処理を終了し、前述のステップＳ４０に移る。

なお、以上では訓練種別が「回内」又は「回外」に設定された場合について説明したが、訓練種別が「回内外」に設定された場合には、図１１におけるステップＳ１００及びステップＳ２００が２回繰り返されることにより１サイクルとなる。この場合、図１２において、ステップＳ１１０及びステップＳ１２０は実行せず、ステップＳ１３０及びステップＳ１４０のみ実行し、ステップＳ１４０では第４回転位置Ｐ４又は第６回転位置Ｐ６に到達したか否かを判定する。また、図１３において、ステップＳ２５５では第５回転位置Ｐ５又は第７回転位置Ｐ７に到達したか否かを判定する。

また、前述の刺激付与処理部３４による前腕部１７の人体反応を誘発する刺激を訓練対象者に付与する処理は、上述したフローチャートとは異なる別のルーチンにて実行される。

＜４．本実施形態による効果＞
以上説明したように、本実施形態の運動機能回復訓練装置１は、回転可能に支持され、前腕部１７を固定する固定部材１５と、固定部材１５を正転方向及び逆転方向に回転させるモータ１０と、モータ１０の回転位置を検出するエンコーダ１１と、エンコーダ１１の検出結果に基づいてモータ１０を制御するコントローラ１２と、を有し、コントローラ１２は、訓練対象者が自発的に固定部材１５を回転させる自動運動を行う際に、予め定められた回転方向にのみ回転するように、モータ１０を制御する自動運動制御部２６を有する。これにより、次のような効果を得る。

すなわち、本実施形態の運動機能回復訓練装置１では、訓練対象者が自動運動を行う際に、コントローラ１２が訓練対象者による回転運動に応じてモータ１０を制御することで、前腕部１７に対して所定の抵抗力を付与し、筋肉の緊張を維持させて訓練効果を向上する。この自動運動を行う際に訓練対象者の力にぶれが生じると、例えば図７及び図８に一点鎖線で示す波形５８のように、回転させようとする方向とは反対方向の回転が生じる等により、モータ１０の動作にもぶれが生じ、固定部材１５の回転が滑らかな動作とならない可能性がある。

本実施形態では、自動運動制御部２６により、予め定められた回転方向にのみ回転するようにモータ１０を制御する。これにより、固定部材１５は訓練対象者が回転させようとする方向にのみ回転するようになり、例えば図７及び図８に実線で示す波形のように、固定部材１５を滑らかに回転動作させることが可能となるので、訓練対象者が自動運動をスムーズに実施できる。

また、本実施形態において、コントローラ１２が、エンコーダ１１の検出結果に基づいてモータ１０の回転速度を算出する回転速度算出部２８と、回転速度における所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する第１フィルタ処理演算部２９と、高周波成分を除去された回転速度Ｖｆｂに基づいて速度指令Ｖｒｅｆを算出する速度指令算出部３２と、を有し、自動運動制御部２６が、自動運動を行う際に、速度指令Ｖｒｅｆに基づいてモータ１０を制御する場合には、次のような効果を得る。

つまり、本実施形態の運動機能回復訓練装置１では、訓練対象者が自動運動を行う際に、エンコーダ１１の検出結果からモータ１０の回転速度を算出し、算出した回転速度から速度指令Ｖｒｅｆを算出し、算出した速度指令Ｖｒｅｆに基づいてモータ１０を制御する。速度指令Ｖｒｅｆをフィードバックした回転速度よりも小さくすることで、前腕部１７に対して所定の抵抗力を付与し、筋肉の緊張を維持させて訓練効果を向上する。この自動運動を行う際に訓練対象者の力にぶれが生じると、例えば図７及び図８に一点鎖線で示す波形５９のように、回転させようとする方向への力の大きさが細かく変動（振動）する等により、モータ１０の動作にもぶれが生じ、固定部材１５の回転が滑らかな動作とならない可能性がある。

本実施形態では、第１フィルタ処理演算部２９により回転速度から高周波成分を除去するので、訓練対象者の力にぶれが生じた場合であっても、当該ぶれによる回転速度の振動成分を除去できる。これにより、例えば図７及び図８に実線で示す波形のように、固定部材１５を滑らかに回転動作させることができるので、訓練対象者が自動運動をスムーズに実施できる。

また、本実施形態において、コントローラ１２が、速度指令算出部３２により算出された速度指令Ｖｒｅｆがマイナスとなる場合に、自動運動制御部２６に入力される速度指令Ｖｒｅｆを０にする速度指令制限部３３を有する場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、例えば訓練対象者の力のぶれにより固定部材１５に対して動かそうとする方向とは反対方向の力が作用した場合でも、固定部材１５の回転速度が０となり停止した状態に保持できる。その結果、固定部材１５は訓練対象者が動かそうとする方向にしか回転せず、反対方向には回転しないこととなるので、訓練対象者は自動運動をよりスムーズに実施できる。

また、本実施形態において、コントローラ１２が、回転速度に基づいてトルクを算出するトルク算出部３０と、トルクにおける所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する第２フィルタ処理演算部３１と、を有し、速度指令算出部３２が、高周波成分を除去された回転速度Ｖｆｂと、高周波成分を除去されたトルクＴｆｂと、に基づいて速度指令Ｖｒｅｆを算出する場合には、次のような効果を得る。

つまり、本実施形態の運動機能回復訓練装置１では、訓練対象者が自動運動を行う際に、エンコーダ１１の検出結果からモータ１０の回転速度を算出し、算出した回転速度からトルクを算出し、算出した回転速度及びトルクから速度指令Ｖｒｅｆを算出し、算出した速度指令Ｖｒｅｆに基づいてモータ１０を制御する。この自動運動を行う際に訓練対象者の力にぶれが生じると、算出する回転速度やトルクにもぶれが生じ、その結果算出した速度指令Ｖｒｅｆもぶれてしまうため、例えば図７及び図８に一点鎖線で示す波形５８，５９のように、モータ１０の動作にもぶれが生じ、固定部材１５の回転が滑らかな動作とならない可能性がある。

本実施形態では、第１フィルタ処理演算部２９により回転速度から高周波成分を除去するのに加えて、第２フィルタ処理演算部３１によりトルクから高周波成分を除去するので、訓練対象者の力にぶれが生じた場合であっても当該ぶれによる回転速度及びトルクの振動成分を除去できる。これにより、例えば図７及び図８に実線で示す波形のように、固定部材１５を滑らかに回転動作させることができるので、訓練対象者が自動運動をスムーズに実施できる。

また、本実施形態において、運動機能回復訓練装置１が、訓練対象となる前腕部１７に関連する部位に所定の刺激を付与する刺激付与装置４２をさらに有し、コントローラ１２が、モータ１０により固定部材１５を回転させる他動運動を行う際に、モータ１０が所定の第２設定速度Ｖ２で駆動するようにモータ１０の回転速度を制御する第２他動運動制御部２５と、エンコーダ１１により検出された回転位置に基づいて、第２他動運動制御部２５による制御から自動運動制御部２６による制御へ切り替える制御切替部２７と、第２他動運動制御部２５による制御から自動運動制御部２６による制御への切り替え時に、前腕部１７の人体反応を誘発する刺激を付与するように刺激付与装置４２を制御する刺激付与処理部３４と、を有する場合には、次のような効果を得る。

つまり、本実施形態の運動機能回復訓練装置１では、モータ１０により固定部材１５を回転させる他動運動において、モータ１０が比較的高速な第２設定速度Ｖ２で駆動するようにモータ１０の回転速度を制御することで、その後自動運動へ切り替えた際に訓練対象者の人体反応を利用して筋肉を刺激し、運動機能を回復させる効果を高めている。そして、他動運動から自動運動への切り替え時に人体反応をさらに誘発する刺激を訓練対象者に付与することで、人体反応がさらに生じ易くなり、訓練の効果をさらに高めることができる。したがって、より効率の良いリハビリテーション訓練を提供できる。

また、本実施形態において、固定部材１５を、前腕部１７の先端側（手部側）に接触する部分の面圧が前腕部１７の基端側（肘部側）に接触する部分の面圧よりも大きくなるように構成する場合には、次のような効果を得る。

つまり、例えば前腕部１７の運動機能を回復させる訓練を行う運動機能回復訓練装置１では、他動運動時の装置からの外力は固定部材１５を介して前腕部１７に伝わる。この前腕部１７の回内運動及び回外運動における捻転角度は、手部側の方が肘部側よりも大きくなる。このため、仮に固定部材１５が一定の面圧で接触して前腕部１７を固定する構造である場合、捻転角度が小さい肘部側に固定部材１５による圧力がより強く加わるため、訓練対象者が本来捻転させることができる角度（可動域）まで可動できないという課題があった。一方、これを解消するために、最大に捻転させたい部位（手首部１８）のみを固定しようとした場合には、皮膚や筋肉への局所的な圧力が増大するという課題もあった。

本実施形態では、固定部材１５が、前腕部１７の手部側に接触する部分の面圧が肘部側に接触する部分の面圧よりも大きくなるように構成されている。これにより、皮膚や筋肉への局所的な圧力を増大させることなく、訓練対象者の本来の可動域まで前腕部１７を捻転させることができる。したがって、訓練対象者の可動域を最大限に利用した訓練を実施できる運動機能回復訓練装置１を提供できる。

また、本実施形態において、コントローラ１２が、訓練を行う前に、固定部材１５を所定の周波数で振動させるようにモータ１０を制御する振動付与処理部３５を有する場合には、次のような効果を得る。

一般に、例えば片麻痺患者の痙縮等の筋肉の緊張を緩和するのに、例えば１００Ｈｚ未満の振動刺激が有効であることが良く知られている。そこで運動機能回復訓練装置１において、訓練前に、人体部位にハンディマッサージャー等を当てて筋肉の緊張を緩和することが考えられるが、その場合には別途ハンディマッサージャーを準備する必要があることや、適切な部位に当てることが容易ではない（特に回外運動を行う回外筋は深層部にあり、皮膚に振動を与えても直接刺激するのが難しい）という課題があった。

本実施形態では、訓練前に、モータ１０により固定部材１５に所定の周波数の振動を付与することにより、訓練対象である前腕部１７の筋肉に直接刺激を与えることができる。これにより、訓練対象の筋肉の緊張を緩和して効率の良いリハビリテーション訓練が可能となると共に、準備運動と訓練とを一貫して実行できる運動機能回復訓練装置１を提供できる。

また、本実施形態において、運動機能回復訓練装置１が、訓練に関する表示を行うタッチパネル９をさらに有し、コントローラ１２が、第２他動運動制御部２５による制御から自動運動制御部２６による制御へ切り替えた時点から所定時間が経過するまでの間に前腕部１７の人体反応により固定部材１５が回転した量である人体反応量を、エンコーダ１１の検出結果に基づいて算出する人体反応量算出部３６と、人体反応量をタッチパネル９に表示させる第１表示制御部３７と、を有する場合には、次のような効果を得る。

仮に、人体反応量が表示されない運動機能回復訓練装置１とする場合、人体反応が発生しているか否かが不明なまま訓練が実施されるため、適切な訓練がなされていない可能性がある。

本実施形態によれば、人体反応の有無や人体反応量を可視化することができる。その結果、訓練対象者の訓練に対するモチベーションを向上できると共に、療法士（理学療法士や作業療法士）が表示内容を活用することでより適切な訓練を行うことができる。

また、本実施形態において、運動機能回復訓練装置１が、訓練に関する表示を行うタッチパネル９をさらに有し、コントローラ１２が、モータ１０により固定部材１５を回転させて前腕部１７の可動域を計測する可動域計測部３８と、自動運動制御部２６による制御時に、訓練対象者が自発的に固定部材１５を回転させた量である自動運動量を、エンコーダ１１の検出結果に基づいて算出する自動運動量算出部３９と、自動運動量の可動域に対する割合である自動達成率を算出する達成率算出部４０と、自動達成率をタッチパネル９に表示させる第２表示制御部４１と、を有する場合には、次のような効果を得る。

仮に、自動達成率が表示されない運動機能回復訓練装置１とする場合、自動運動において訓練対象者が可動域に対してどのくらい自分の力で動かすことができているのかが不明であるため、療法士（理学療法士や作業療法士）は訓練状況や回復状況を正確に把握できない可能性がある。

本実施形態によれば、自動運動量の可動域に対する割合である自動達成率を可視化することができる。その結果、訓練対象者の訓練に対するモチベーションを向上できると共に、療法士（理学療法士や作業療法士）が表示内容を活用することで訓練状況や回復状況をより正確に把握することができる。

＜５．変形例＞
以上、添付図面を参照しながら一実施の形態について詳細に説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されるものではない。本実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正、組み合わせなどを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせなどが行われた後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。

例えば、以上では、訓練対象となる人体部位が前腕部１７であり、前腕部１７を回外運動及び回内運動させることにより訓練を行う場合について説明したが、例えば指関節、肘関節、膝関節等の関節を有する人体部位を屈曲運動及び伸展運動させることにより訓練を行う場合に、本発明を適用することも可能である。

図１４に、例えば指を屈曲運動及び伸展運動させることにより訓練を行う運動機能回復訓練装置（図示省略）の回動部６０の構成の一例を示す。回動部６０は、訓練対象者の指を着脱自在に固定する固定部材６１を有しており、図１４に示す例では人差し指６２が固定されている。固定部材６１は、回動部６０が回動することにより回転軸心ＡＸ周りに回転される。図１４に示すように、回動部６０が時計回り方向に回動することで人差し指６２を伸展運動させ、反時計回り方向に回動することで人差し指６２を屈曲運動させる。本変形例では、モータ（図示省略）により回動部６０を回動させて、訓練対象者の人差し指６２を外力により伸展運動又は屈曲運動させることで、他動運動を行う。また、訓練対象者による自発的な伸展運動又は屈曲運動を受けて回動部６０を回動させることで、自動運動を行う。その他の構成及び制御内容については上記実施形態と同様である。本変形例においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜６．コントローラのハードウェア構成例＞
次に、図１５を参照しつつ、上記で説明したＣＰＵ９０１が実行するプログラムにより実装された第１他動運動制御部２４、第２他動運動制御部２５、自動運動制御部２６等による処理を実現するコントローラ１２のハードウェア構成例について説明する。なお、図１５中では、コントローラ１２のモータ１０に駆動電力を給電する機能に係る構成を適宜省略して図示している。

図１５に示すように、コントローラ１２は、例えば、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５と、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路９０７と、入力装置９１３と、出力装置９１５と、記録装置９１７と、ドライブ９１９と、接続ポート９２１と、通信装置９２３とを有する。これらの構成は、バス９０９や入出力インターフェース９１１を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。

プログラムは、例えば、ＲＯＭ９０３やＲＡＭ９０５、記録装置９１７等に記録しておくことができる。

また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のＣＤ・ＭＯディスク・ＤＶＤ等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体９２５に、一時的又は永続的に記録しておくこともできる。このような記録媒体９２５は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらの記録媒体９２５に記録されたプログラムは、ドライブ９１９により読み出されて、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等（図示せず）に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、ＬＡＮやインターネット等のネットワークＮＷを介し転送され、通信装置９２３がこのプログラムを受信する。そして、通信装置９２３が受信したプログラムは、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器９２７に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート９２１を介し転送され、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

そして、ＣＰＵ９０１が、上記記録装置９１７に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記の第１他動運動制御部２４、第２他動運動制御部２５、自動運動制御部２６等による処理が実現される。この際、ＣＰＵ９０１は、例えば、上記記録装置９１７からプログラムを直接読み出して実行してもよいし、ＲＡＭ９０５に一旦ロードした上で実行してもよい。更にＣＰＵ９０１は、例えば、プログラムを通信装置９２３やドライブ９１９、接続ポート９２１を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置９１７に記録せずに直接実行してもよい。

また、ＣＰＵ９０１は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク（図示せず）等の入力装置９１３から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。

そして、ＣＰＵ９０１は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置９１５から出力してもよく、さらにＣＰＵ９０１は、必要に応じてこの処理結果を通信装置９２３や接続ポート９２１を介し送信してもよく、上記記録装置９１７や記録媒体９２５に記録させてもよい。

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

但し、例えばしきい値（図１２、図１３のフローチャート参照）や基準値等、所定の判定基準となる値あるいは区切りとなる値の記載がある場合は、それらに対しての「同一」「等しい」「異なる」等は、上記とは異なり、厳密な意味である。

１ 運動機能回復訓練装置
９ タッチパネル（表示部）
１０ モータ
１１ エンコーダ（回転位置センサ）
１２ コントローラ
１５ 固定部材
１７ 前腕部（訓練対象となる人体部位）
２５ 第２他動運動制御部（第２制御部）
２６ 自動運動制御部（第１制御部）
２７ 制御切替部
２８ 回転速度算出部
２９ 第１フィルタ処理演算部
３０ トルク算出部
３１ 第２フィルタ処理演算部
３２ 速度指令算出部
３３ 速度指令制限部
３４ 刺激付与処理部
３５ 振動付与処理部
３６ 人体反応量算出部
３７ 第１表示制御部
３８ 可動域計測部
３９ 自動運動量算出部
４０ 達成率算出部
４１ 第２表示制御部
４２ 刺激付与装置
６１ 固定部材
６２ 人差し指（訓練対象となる人体部位）
Ｔｆｂ トルク
Ｖｆｂ 回転速度
Ｖｒｅｆ 速度指令
Ｖ２ 第２設定速度（設定速度）

Claims (7)

1. 訓練対象となる人体部位の運動機能を回復させるための訓練を行う運動機能回復訓練装置であって、
   回転可能に支持され、前記人体部位を固定する固定部材と、
   前記固定部材を正転方向及び逆転方向に回転させるモータと、
   前記モータの回転位置を検出する回転位置センサと、
   前記回転位置センサの検出結果に基づいて前記モータを制御するコントローラと、を有し、
   前記モータは、訓練対象者が回転させようとする力に対して抵抗力を付与するものであり、
   前記コントローラは、
   前記回転位置センサの検出結果に基づいて前記モータの回転速度を算出する回転速度算出部と、
   前記回転速度における所定の周波数よりも高い高周波成分を除去する第１フィルタ処理演算部と、
   前記高周波成分を除去された前記回転速度に基づいて速度指令を算出する速度指令算出部と、
   前記訓練対象者が自発的に前記固定部材を回転させる自動運動を行う際に、前記速度指令に基づいて前記モータを制御する第１制御部と、を有し、
   前記第１制御部は、
   前記自動運動を行う際に、前記訓練対象者が前記固定部材に対して、前記訓練対象者が前記固定部材を回転させようとする回転方向に力を作用させている間では前記固定部材は常に滑らかに回転するように、前記高周波成分を除去された前記回転速度を用いて算出された前記速度指令に基づいて前記モータを制御し、前記速度指令が、前記訓練対象者が前記固定部材を回転させようとする方向とは反対方向の回転に対応する速度指令となる場合では前記固定部材を停止した状態に保持するように、前記モータを制御する
   ことを特徴とする運動機能回復訓練装置。
2. 前記コントローラは、
   前記速度指令算出部により算出された前記速度指令が前記自動運動の方向と逆方向となる場合に、前記第１制御部に入力される速度指令を０にする速度指令制限部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の運動機能回復訓練装置。
3. 訓練対象となる前記人体部位に関連する部位に所定の刺激を付与する刺激付与装置をさらに有し、
   前記コントローラは、
   前記モータにより前記固定部材を回転させる他動運動を行う際に、前記モータが所定の設定速度で駆動するように前記モータの回転速度を制御する第２制御部と、
   前記回転位置センサにより検出された前記回転位置に基づいて、前記第２制御部による制御から前記第１制御部による制御へ切り替える制御切替部と、
   前記第２制御部による制御から前記第１制御部による制御への切り替え時に、前記人体部位の人体反応を誘発する刺激を付与するように前記刺激付与装置を制御する刺激付与処理部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の運動機能回復訓練装置。
4. 前記固定部材は、
   前記人体部位である前腕部に接触して押圧することで前記前腕部を固定するものであり、前記前腕部の先端側に接触する部分の面圧が前記前腕部の基端側に接触する部分の面圧よりも大きくなるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の運動機能回復訓練装置。
5. 前記コントローラは、
   前記訓練を行う前に、前記固定部材を所定の周波数で振動させるように前記モータを制御する振動付与処理部を有する
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の運動機能回復訓練装置。
6. 前記訓練に関する表示を行う表示部をさらに有し、
   前記コントローラは、
   前記モータにより前記固定部材を回転させる他動運動を行う際に、前記モータが所定の設定速度で駆動するように前記モータの回転速度を制御する第２制御部と、
   前記回転位置センサにより検出された前記回転位置に基づいて、前記第２制御部による制御から前記第１制御部による制御へ切り替える制御切替部と、
   前記第２制御部による制御から前記第１制御部による制御へ切り替えた時点から所定時間経過するまでの間に前記人体部位の人体反応により前記固定部材が回転した量である人体反応量を、前記回転位置センサの検出結果に基づいて算出する人体反応量算出部と、
   前記人体反応量を前記表示部に表示させる第１表示制御部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の運動機能回復訓練装置。
7. 前記訓練に関する表示を行う表示部をさらに有し、
   前記コントローラは、
   前記モータにより前記固定部材を回転させて前記人体部位の可動域を計測する可動域計測部と、
   前記第１制御部による制御時に、前記訓練対象者が自発的に前記固定部材を回転させた量である自動運動量を、前記回転位置センサの検出結果に基づいて算出する自動運動量算出部と、
   前記自動運動量の前記可動域に対する割合である自動達成率を算出する達成率算出部と、
   前記自動達成率を前記表示部に表示させる第２表示制御部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の運動機能回復訓練装置。

Images