TW201521831A - 訓練裝置 - Google Patents

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TW201521831A
TW201521831A TW103139525A TW103139525A TW201521831A TW 201521831 A TW201521831 A TW 201521831A TW 103139525 A TW103139525 A TW 103139525A TW 103139525 A TW103139525 A TW 103139525A TW 201521831 A TW201521831 A TW 201521831A
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TW
Taiwan
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motor
unit
command
time
training
Prior art date
Application number
TW103139525A
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English (en)
Inventor
Osamu Oshima
Yuichiro Minato
Akihiro Maeda
Fumi Fujita
Jun Takeda
Original Assignee
Murata Machinery Ltd
Teijin Pharma Ltd
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Publication date
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    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0619—Displays, user interfaces and indicating devices, specially adapted for sport equipment, e.g. display mounted on treadmills
    • A63B71/0622—Visual, audio or audio-visual systems for entertaining, instructing or motivating the user

Abstract

本發明之課題，在於準確地監視位置偏差變化之差異與動作時之負荷量，從而適當地控制訓練裝置。 本發明之訓練裝置100具備有固定框架1、操作桿3、馬達、旋轉資訊輸出感測器、傾動角度算出部1131、反饋電流檢測部1133、位置偏差算出部1132、及判斷部1134。操作桿3係以至少1自由度進行傾動。馬達係使操作桿傾動。旋轉資訊輸出感測器係輸出馬達之旋轉量。傾動角度算出部1131係算出傾動角度。反饋電流檢測部1133係檢測反饋電流值I。位置偏差算出部1132係於每次經過第1時間T1時算出位置偏差。判斷部1134係於第1時間T1之期間所產生之位置偏差為第1臨界值□以上、或反饋電流值I於第2時間T2以上之期間為第1電流值I1以上之情形時判斷為錯誤。

Description

訓練裝置
本發明係關於一種具備有由馬達所驅動之操作桿，且按照既定之訓練程式，支援患者之上肢及下肢等進行復健(rehabilitation)之訓練裝置。
以恢復腦中風患者單側麻痹之上肢或下肢之運動機能為目的之復健，由於一般係由職能治療師(occupational therapist)或物理治療師(physical therapist)執行，因此就復健有效率的提供方面會有極限。例如，以恢復上肢之運動機能為目的之復健中，主要係要求在比現狀稍大之動作範圍內他動地及能動地儘可能使麻痹之上肢反覆進行正確之動作。職能治療師或物理治療師係以與該等運動機能恢復相關之復健為基礎，而教授患者正確之動作，並利用手法一面對患者之上肢施加他動性負荷，一面誘導能動性之動作。在該復健中，由於治療師會因疲勞而使動作之反覆次數受到限制。又，存在有因治療師之經驗不同而使復健之醫療品質亦產生差異之可能性。因此，為了輔助治療師所進行之訓練，消除因疲勞所產生的限制，且儘可能使上述醫療品質均質化，已知有例如專利文獻1之用以支援手臂等肢體不自由之患者進行復健之訓練裝置。該裝置係作為上肢訓練裝置而揭示，其具備有：固定框架，其可配置於地板面上；可動框架，其係可朝所有方向傾動地由固定框架所支撐；及操作桿，其係伸縮自如地被安裝於可 動框架，且由接受訓練之人的手來操作。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2012/117488號
如專利文獻1所揭示之訓練裝置中，主要係於按照訓練程式訓練接受訓練者應訓練之肢體，例如上肢之情形時，監視應訓練之上肢之活動是否有追隨操作桿之動作，並根據需要將操作桿之動作以視覺性或聽覺性資訊為基礎而傳達給訓練裝置之使用者。於該情形時，習知之訓練裝置係藉由裝置內部之運算處理，例如僅根據訓練程式所指示之操作桿應傾動之角度、與實際之操作桿之傾動角度之偏差(位置偏差)之大小，來評估應訓練之上肢之動作是否有追隨訓練程式所指示之操作桿之動作。然而，此種僅根據位置偏差之大小之評估方法，並無法從緩慢而逐漸變化之位置偏差來區別短時間所產生急遽之位置偏差。又，由於習知之訓練裝置無法區別上述2種類之位置偏差，因此對於裝置之使用者而言，亦無法判別其位置偏差係因何種理由而產生。因此，於習知之訓練裝置中，存在有裝置之使用者無法享受適當之訓練程式之虞。
又，訓練裝置必須具備如下功能：監視上述位置偏差，用以適當地掌握對訓練中之患者之負荷並反饋於訓練，同時監視操作桿為了使上肢動作所需要之負荷量。然而，由於位置偏差之大小為應傾動之指示角度與實際之傾動角度之偏差，因此僅根據該測量值，將 難以準確地監視該負荷量，而必須藉由其他指標來進行監視。
本發明之課題，在於提供一種復健支援用之訓練裝置，其可同時準確地監視位置偏差之時間變化之差異、與操作桿為了使應訓練之肢體動作所需要之負荷量，從而適當地控制操作桿。
以下，說明作為用以解決問題之手段的複數個態樣。該等態樣可根據需要而任意地組合。本發明一觀點之訓練裝置係按照訓練程式，訓練患者之上肢及下肢之四肢之訓練裝置。訓練裝置具備有固定框架、操作桿、馬達、旋轉資訊輸出感測器、傾動角度算出部、反饋電流檢測部、位置偏差算出部、及判斷部。固定框架係載置於地板面上或接近地板面而載置。操作桿係以至少1自由度繞傾動軸可傾動地支撐於固定框架。而且，操作桿係保持肢體。馬達係使操作桿繞傾動軸而傾動。旋轉資訊輸出感測器係輸出馬達之旋轉量。傾動角度算出部係根據馬達之旋轉量，算出操作桿之傾動角度。反饋電流檢測部係檢測馬達之反饋電流值。位置偏差算出部係於每次經過既定時間即第1時間時算出位置偏差。此處，所謂位置偏差，係指操作桿實際之傾動角度與訓練程式所指示之操作桿之傾動角度即指示傾動角度之差。判斷部係於第1時間之期間所產生之位置偏差為第1臨界值以上、或反饋電流值於既定時間即第2時間以上之期間為第1電流值以上之情形時，判斷為錯誤。
於該訓練裝置中，於馬達控制操作桿時，位置偏差算出部係於每第1時間算出位置偏差。而且，判斷部係於第1時間之期間所產生之位置偏差成為第1臨界值以上之情形時，判斷為訓練裝置有某些不良情況、或者位置偏差於短時間急遽地變化，而檢測為錯誤。 另一方面，同樣地於馬達控制操作桿時，反饋電流檢測部監視供給至馬達之反饋電流值。而且，判斷部於反饋電流值為第1電流值以上之狀態持續第2時間以上之情形時，同樣地判斷為訓練裝置有某些不良情形或者緩慢之位置偏差已持續長時間，而檢測為錯誤。
如此，於該訓練裝置中，可監視每第1時間之位置偏差之變化量。因此，若第1時間之位置偏差之變化量大，則判斷部可以第1時間為基準而判斷為在短時間內急遽地變化之位置偏差。而且，判斷部可於短時間之急遽之位置偏差之變化產生時作為錯誤而予以檢測。
又，於訓練裝置中，藉由監視輸入至馬達之反饋電流值，可監視馬達為了使操作桿傾動所需要之轉矩。此外，由於訓練裝置係將操作桿控制為訓練程式所指示之傾動角度，因此反饋電流值會根據位置偏差變化之大小而變化。因此，可根據反饋電流值，以預先決定之判斷時間為基礎，監視是否產生緩慢地變化之位置偏差之變化、或產生急遽地變化之位置偏差。又，判斷部係於反饋電流值為第1電流值以上之狀態持續第2時間以上之情形時產生錯誤。藉此，判斷部可於在判斷時間中位置偏差在固定範圍內之情形時，亦即馬達(操作桿)未對患者之肢體施加過分之負荷之情形時，或位置偏差緩慢地變化之情形時(患者之肢體某程度追隨操作桿之移動而可持續訓練之情形時)，以持續訓練至第2時間為止之方式，控制訓練裝置。
操作桿亦可沿長度之軸線方向伸縮。此處，所謂長度之軸線方向，係指操作桿之長度方向。藉由操作桿可沿長度之軸線方向伸縮，而可進行上肢或下肢相對於操作桿之長度方向之訓練。
訓練裝置亦可進一步具備有資訊提供部。資訊提供部係 於藉由判斷部判斷為錯誤時，對包含患者、訓練輔助者及醫療從業人員等之使用者提供視覺性資訊或聽覺性資訊。藉此，可將訓練裝置之狀態，亦即訓練裝置發生錯誤之情形及/或錯誤發生之原因通知給患者或訓練裝置之使用者。
資訊提供部亦可於患者使操作桿到達訓練程式所設定之訓練路徑中預先設定之通過點時，對使用者提供資訊。藉此，使用者可得知已按照訓練程式對操作桿進行操作。又，於使用者使操作桿到達預先設定之通過點時，對使用者提供視覺性資訊或聽覺性資訊，藉此可維持患者用以持續訓練之動機(motivation)。
亦可於藉由判斷部而判斷為錯誤時，停止馬達之旋轉。藉此，於錯誤產生時，可確實地停止訓練裝置。
訓練裝置亦可進一步具備有反饋電流限制部。反饋電流限制部係於判斷部中發生錯誤之情形時，將馬達之反饋電流值限制為預先適當地設定之第2電流值。藉此，於訓練裝置中發生錯誤之情形時，可限制自馬達輸出之轉矩。其結果，可於訓練中不對患者施加過度之負荷，而控制操作桿以進行復健。
第2電流值亦可為可向馬達輸入之額定電流小於1之既定倍數之電流值。藉此，額定電流不會遍及長時間被供給至馬達。其結果，可不對患者施加過度之負荷，而控制操作桿。又，可避免對訓練裝置之控制部施加過度之電氣負荷。
訓練裝置亦可進一步具備有累計時間測量部。累計時間測量部係測量第1時間之期間所產生之位置偏差為小於第1臨界值之第2臨界值以上、且未滿第1臨界值之累計時間。於該情形時，判斷部亦可於該累計時間為第3時間以上之情形時判斷為錯誤。累計時間 測量部測量第1時間之期間所產生之位置偏差為第2臨界值以上、且未滿第1臨界值之時間，藉此可測量緩慢地變化之位置偏差持續之時間(累計時間)。又，判斷部係於累計時間為既定時間之第3時間以上之情形時使錯誤產生，藉此可相對於緩慢地變化之位置偏差持續訓練直至第3時間為止。由於第2臨界值為判斷為未對患者之肢體施加過度之負荷之臨界值，因此於此時所產生之錯誤可較佳地利用於對該患者而言，所設定之訓練程式之難易度較高而無法適當地實施該訓練程式之情形、或檢測出裝置內之零件逐漸有達到故障之預兆之情形。藉由該判斷，患者可根據其症狀實施適當之訓練程式。
訓練裝置亦可進一步具備有指令製作部及馬達驅動部。指令製作部係按照訓練程式，製作用以控制馬達之速度之指令即速度指令。馬達驅動部係根據速度指令，驅動馬達。又，速度指令亦可至少包含使馬達加速之指令即加速指令與使馬達減速之減速指令中之任一者。此外，馬達驅動部亦可於加速指令執行時，以累積保持位置偏差之方式驅動馬達。使用由指令製作部所製作且至少包含加速指令與減速指令之速度指令，驅動馬達，藉此馬達可對應於訓練程式及患者之操作，而順利地動作。其結果，患者可依照意識操作操作桿。又，馬達驅動部係以於加速指令執行時累積保持位置偏差之方式驅動馬達，藉此而特別於短時間容易產生位置偏差之加速指令執行時，即便於患者所進行之操作桿起動時或停止時等發生位置偏差之情形時，患者亦可使用訓練裝置，持續進行訓練。又，藉由累積保持位置偏差，可根據位置偏差之累積保持量，掌握訓練中患者肢體之狀況。
速度指令亦可進一步包含定速指令。定速指令係使馬達以固定速度旋轉之指令。又，定速指令係配置於加速指令或減速指令 之前後之任一者。又，馬達驅動部亦可於定速指令執行時，以累積保持位置偏差之方式驅動馬達。藉由速度指令進一步包含定速指令，則即便於操作桿以較大之傾動角度動作之情形時，亦可根據反饋電流值，使馬達以固定速度順利地動作。又，於定速指令執行時以累積保持位置偏差之方式驅動馬達，藉此，於需要相對較大之馬達轉矩且容易產生位置偏差，例如操作桿以較大之傾動角度動作之情形時，患者亦可使用訓練裝置持續進行訓練。
馬達驅動部亦可於加速指令及/或定速指令執行時，以僅追隨速度指令之方式驅動馬達。藉此，於加速指令執行時及/或定速指令執行時，可與位置偏差無關地驅動馬達。其結果，即使於需要相對較大之馬達轉矩且容易產生位置偏差，例如操作桿以較大之傾動角度動作之情形時，患者亦可使用訓練裝置持續進行訓練。
指令製作部亦可按照訓練程式，進一步製作用以控制操作桿之傾動角度之指令，即位置指令。又，馬達驅動部亦可於減速指令執行時，以追隨速度指令及位置指令之方式，驅動馬達。藉此，馬達驅動部可以使操作桿在到達由訓練程式指示之目標傾動角度為止極力減少偏差之方式，控制馬達。其結果，即便於對患者反饋操作桿之位置資訊作為視覺性資訊之情形時，亦可較佳地利用該位置資訊。
馬達驅動部亦可於操作桿之傾動角度到達減速開始位置時，重置已累積保持之位置偏差。此處，所謂重置已累積保持之位置偏差，係指將已累積保持之位置偏差設為0。藉此，可於減速時，抑制馬達之速度因位置指令而過度地上升。其結果，患者可使用訓練裝置，進行訓練。
藉由可準確地監視位置偏差之時間變化之差異、與操作桿為了使上肢及下肢等肢體動作所需要之負荷量，可對患者提供適當之復健。又，由於可根據該等監視資訊，適當地控制操作桿，因此可根據該患者之狀態，提供適當之訓練程式。
1‧‧‧固定框架
3‧‧‧操作桿
5‧‧‧訓練指示部
7‧‧‧固定構件
9‧‧‧椅子
11‧‧‧控制部
13‧‧‧操作桿傾動機構
15a、15b‧‧‧操作桿傾動機構固定構件
31‧‧‧肢體支撐構件
33‧‧‧固定撐桿
35‧‧‧伸縮機構
37‧‧‧導軌
91‧‧‧椅子連接構件
100‧‧‧訓練裝置
111‧‧‧指令製作部
113a、113b、113c‧‧‧馬達控制部
131‧‧‧X軸方向傾動構件
131a、131b‧‧‧軸
133‧‧‧Y軸方向傾動構件
133a、133b‧‧‧軸
135a‧‧‧Y軸方向傾動馬達
135a-1‧‧‧第1旋轉資訊輸出感測器
135b‧‧‧X軸方向傾動馬達
135b-1‧‧‧第2旋轉資訊輸出感測器
351‧‧‧可動撐桿
353‧‧‧蓋
355‧‧‧螺帽
357‧‧‧螺旋軸
359‧‧‧伸縮馬達
359-1‧‧‧第3旋轉資訊輸出感測器
1131‧‧‧傾動角度算出部
1132‧‧‧位置偏差算出部
1133‧‧‧反饋電流檢測部
1134‧‧‧判斷部
1135‧‧‧馬達驅動部
1135-1‧‧‧速度控制部
1135-2‧‧‧位置控制部
1135-3‧‧‧速度算出部
1135-4‧‧‧電力供給部
1135-5‧‧‧電流限制部
1135-6a‧‧‧第1偏差算出部
1135-6b‧‧‧第2偏差算出部
1135-7‧‧‧合成部
1135-8‧‧‧切換部
1135-9‧‧‧位置偏差設定部
1136‧‧‧累計時間測量部
1137‧‧‧反饋電流限制部
I‧‧‧反饋電流
I1‧‧‧第1電流值
I2‧‧‧第2電流值
Imax‧‧‧最大電流
IR‧‧‧額定電流
Kpv、Kiv‧‧‧速度控制之控制增益
Kpp、Kpv‧‧‧位置控制之控制增益
S、S'‧‧‧空間
T1‧‧‧第1時間
T2‧‧‧第2時間
T3‧‧‧第3時間
n‧‧‧整數
t、t1、t2、t3、t4、t5、tdc、tda、ta、tb‧‧‧經過時間
tA‧‧‧累計時間
△v‧‧‧速度偏差
θd‧‧‧與減速開始位置對應之(指示)傾動角度
△θda、△θA、△θB、△θn、△θn-1、 △θ2、△θ3、△θ4、△θ5、△θ6、△θ7‧‧‧位置偏差
‧‧‧第1臨界值
‧‧‧第2臨界值
圖1係示意性地表示訓練裝置之圖。
圖2係表示控制部與操作桿傾動機構之整體構成之圖。
圖3係表示操作桿之構成之圖。
圖4係表示控制部之整體構成之圖。
圖5A係將三角速度軌道型之速度指令表示於時間-速度座標上之圖。
圖5B係將梯形速度軌道型之速度指令表示於時間-速度座標上之圖。
圖6係將位置指令表示於時間-傾動角度座標上之圖。
圖7A係表示馬達控制部之基本構成之圖。
圖7B係表示具有累計時間測量部之馬達控制部之構成之圖。
圖7C係表示具有累計時間測量部及反饋電流限制部之馬達控制部之構成之圖。
圖8係表示馬達驅動部之構成之圖。
圖9係表示訓練裝置之基本動作之流程圖。
圖10係表示馬達之控制方法之流程圖。
圖11係示意性地表示檢查操作桿之傾動角度是否為應執行減速指令之傾動角度之情況之圖。
圖12係示意性地表示所累積保持之位置偏差之圖。
圖13係表示位置偏差過大判定方法之流程圖。
圖14係表示使用反饋電流值之過負荷持續檢測方法之流程圖。
圖15係示意性地表示馬達實際之旋轉速度與速度指令之關係、及起因於速度偏差之產生之反饋電流之時間變化的圖。
圖16係表示遍及長時間產生速度偏差較大之速度變化之情形時之反饋電流之時間變化的圖。
圖17係表示使用位置偏差之過負荷持續檢測方法之流程圖。
圖18係表示當如圖15所示之速度變化發生時之、操作桿實際之傾動角度與位置指令所表示之指示傾動角度之關係的圖。
1.第1實施形態
(1)訓練裝置之整體構成
使用圖1對第1實施形態之訓練裝置100之整體構成進行說明。圖1係示意性地表示訓練裝置100之圖。訓練裝置100係按照既定之訓練程式，用以進行以患者肢體之運動機能恢復為目的之訓練之訓練裝置。訓練裝置100主要具備具固定框架1、操作桿3、及訓練指示部5。固定框架1係載置於設置訓練裝置100之地板面上或接近地板面而載置。又，固定框架1係形成訓練裝置100之本體框體。操作桿3係經由固定框架1內部所具備之操作桿傾動機構13(圖2)，被安裝於固定框架1。其結果，操作桿3可藉由操作桿傾動機構13，而以至少1自由度朝與固定框架1之長度方向平行之X軸、及與固定框架1之寬度方向平行之Y軸(圖1及圖2)方向傾動。又，操作桿3亦可於內部具備 使操作桿3沿長度軸方向伸縮之伸縮機構(圖3)。此時，操作桿3由於亦可沿操作桿3之長度方向伸縮，因此結合操作桿傾動機構即可以至少2自由度或3自由度動作。
又，操作桿3於其上端部具有肢體支撐構件31(於後述)。藉由將患者之肢體支撐於肢體支撐構件31，可藉由操作桿3使患者之肢體移動。或者，患者可自己移動操作桿3。
訓練指示部5係經由固定構件7，被固定於固定框架1。訓練指示部5係執行預先設定之訓練程式，並根據需要，對控制部11(圖2)發送用以使操作桿3動作之操作桿動作指令。又，訓練指示部5係藉由預先設定之訓練程式，將訓練路徑與實際之患者肢體之訓練動作以視覺性資訊或聽覺性資訊提供。藉此，患者可一面反饋藉由訓練程式所設定之訓練動作與實際之動作，一面進行肢體之訓練。
又，訓練指示部5係於判斷部1134(圖7A~圖7C)判斷為錯誤時，對使用者提供通知錯誤發生之視覺性資訊或聽覺性資訊。藉此，可對使用者通知訓練裝置100之狀態，亦即已發生錯誤及/或錯誤發生之原因等。
此外，訓練指示部5係於患者使操作桿3到達訓練程式所設定之訓練路徑中預先設定之通過點(有時亦稱為目標傾動角度)時，對使用者提供通知訓練程式之達成等之視覺性資訊或/及聽覺性資訊。藉此，使用者可得知已使操作桿3按照訓練程式操作。又，藉由視覺性資訊或聽覺性資訊對使用者通知患者已使操作桿3到達預先設定之通過點，藉此可維持患者用以持續訓練之動機。
作為訓練指示部5，可使用具備液晶顯示器等顯示裝置、中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)，隨機存取記憶體 (RAM，Random Access Memory)、唯讀記憶體(ROM，Read Only Memory)、硬碟、固態磁碟(SSD，Solid State Disk)等儲存裝置，並根據需要而具備觸控面板等輸入裝置之一體型電腦系統。又，訓練指示部5亦可為將顯示裝置與其他電腦系統分離而構成。於該情形時，經由固定構件7而被固定於固定框架1者為顯示裝置。
訓練指示部5所執行之訓練程式，例如具有(i)導引模式(Guided Mode)、(ii)觸發模式(Initiated Mode)、(iii)步級觸發模式(Step Initiated Mode)、(iv)跟隨輔助模式(Follow Assist Mode)、(v)自由模式(Free Mode)之5個訓練模式。導引模式係操作桿3無關於患者肢體之動作，使肢體朝預先決定之方向以固定速度移動之訓練模式。觸發模式係相對於訓練程式所預先設定之訓練路徑，在檢測出患者利用肢體而欲使操作桿3於始動位置朝正確方向移動之力(有時亦稱為力感測觸發)之情形時，操作桿3使患者之肢體朝預先決定之訓練路徑之方向以固定速度移動之訓練模式。步級觸發模式係於操作桿3之訓練路徑中既定之部位，當檢測出力感測觸發時，操作桿3使患者之肢體僅移動訓練路徑中之固定距離之訓練模式。跟隨輔助模式係於每既定週期檢測力感測觸發，並根據所檢測到之力感測觸發之大小，使操作桿3之速度變化之訓練模式。自由模式係以追隨患者肢體之動作之方式使操作桿3移動之訓練模式。
又，訓練裝置100亦可進一步具備有於訓練中讓患者坐下用之椅子9。椅子9係經由椅子連接構件91，被連接於固定框架1，藉此可確保訓練裝置100之安定性。又，藉由將椅子連接構件91再現性良好地固定，可使患者每次於相同位置實施訓練。
(2)控制部及操作桿傾動機構之構成
I.整體構成
其次，使用圖2對控制部11、與操作桿傾動機構13之整體構成進行說明。圖2係表示配置於固定框架1內之控制部11、與操作桿傾動機構13之整體構成之圖。控制部11與操作桿傾動機構13係配置於固定框架1內。控制部11與訓練指示部5可收發信號地連接。控制部11係接收自訓練指示部5所發送之操作桿動作指令。又，控制部11係電性連接於X軸方向傾動馬達135b(於後述)、Y軸方向傾動馬達135a(於後述)、及伸縮馬達359(圖3)。因此，控制部11係根據操作桿動作指令，而驅動上述3個馬達。再者，關於控制部11之構成及動作，將於後詳細說明。操作桿傾動機構13係經由固定於固定框架1之操作桿傾動機構固定構件15a、15b，而可傾動地被安裝於固定框架1。藉此，操作桿傾動機構13可使操作桿3朝X軸方向及Y軸方向(2自由度)傾動。以下，對操作桿傾動機構13之構成進行詳細說明。再者，操作桿傾動機構13亦可構成為僅使操作桿3朝X軸方向或Y軸方向(1自由度)傾動。或者，操作桿傾動機構13亦可藉由設定，而成為可選擇操作桿3係以1自由度傾動或以2自由度傾動。
II.操作桿傾動機構之構成
此處，使用圖2對本實施形態之操作桿傾動機構13之構成進行說明。操作桿傾動機構13係藉由能夠使2軸可動之「萬向接頭(gimbal)」機構，使操作桿3可朝X軸方向及Y軸方向傾動之機構。又，本實施形態之操作桿傾動機構13亦可同時朝X軸方向及Y軸方向之兩者(即傾斜方向)傾動。此處，所謂X軸方向，於圖2中，係指與固定框架1 之長度方向平行之水平方向。所謂Y軸方向，於圖2中，係指與固定框架1之寬度方向平行之水平方向。操作桿傾動機構13具有X軸方向傾動構件131、Y軸方向傾動構件133、分別對應該等之X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。再者，於操作桿傾動機構13使操作桿3以1自由度傾動之情形時，操作桿傾動機構13只要僅具備X軸方向傾動構件131與X軸方向傾動馬達135b，或僅具備Y軸方向傾動構件133與Y軸方向傾動馬達135a就已足夠。或者，即便於操作桿傾動機構13具備上述4個構件及馬達之情形時，藉由使任一構件與馬達之組合失效，操作桿傾動機構13即可使操作桿3以1自由度傾動。
X軸方向傾動構件131係配置於Y軸方向傾動構件133之空間之內側。又，X軸方向傾動構件131具有自具有與Y軸平行之法線之2個側面朝外側延伸之2個軸131a、131b。該2個軸131a、131b之各者係以使X軸方向傾動構件131可繞Y軸旋動之方式，分別支撐於具有與Y軸方向傾動構件133之Y軸平行之法線之2個側面。藉此，X軸方向傾動構件131可使被固定於X軸方向傾動構件131之操作桿3與X軸所成之角度變化。此處，有時亦將可使操作桿3與X軸所成之角度變化之情況，稱為「朝X軸方向傾動」。再者，操作桿3係以一部分插入至X軸方向傾動構件131之空間S之狀態，被固定於X軸方向傾動構件131。
同樣地，Y軸方向傾動構件133具有自具有與X軸平行之法線之2個側面朝外側延伸之2個軸133a、133b。該2個軸133a、133b之各者係以使Y軸方向傾動構件133可繞X軸旋動之方式，支撐於操作桿傾動機構固定構件15a、15b。藉此，Y軸方向傾動構件133可相對於操作桿傾動機構固定構件15a、15b，繞X軸旋動。其結果， Y軸方向傾動構件133可使固定於X軸方向傾動構件131之操作桿3與Y軸所成之角度變化。此處，有時亦將可使操作桿3與Y軸所成之角度變化之情況，稱為「朝Y軸方向傾動」。
如此，Y軸方向傾動構件133係使操作桿3朝Y軸方向傾動，X軸方向傾動構件131係使操作桿3朝X軸方向傾動。因此，操作桿傾動機構13可使操作桿3以二維之自由度傾動。再者，於圖2中X軸方向傾動構件131雖然被配置於Y軸方向傾動構件133之空間之內側，但亦可設計變更而將X軸方向傾動構件131配置於Y軸方向傾動構件133之空間之外側，而使與其對應之構件可進行傾動。
Y軸方向傾動馬達135a係固定於操作桿傾動機構固定構件15a。又，Y軸方向傾動馬達135a之輸出旋轉軸，係經由未圖示之減速機構，而以使軸133a可旋動之方式，與自Y軸方向傾動構件133延伸之軸133a連接。因此，Y軸方向傾動馬達135a係使Y軸方向傾動構件133繞X軸旋動。此外，Y軸方向傾動馬達135a係與控制部11電性連接。因此，Y軸方向傾動馬達135a係藉由控制部11之控制，而使操作桿3可朝Y軸方向傾動。
X軸方向傾動馬達135b係固定於Y軸方向傾動構件133之4個側面中，軸支自X軸方向傾動構件131延伸之軸131a之側面。又，X軸方向傾動馬達135b之輸出旋轉軸，係經由未圖示之減速機構，而以可使軸131a旋動之方式，與自X軸方向傾動構件131延伸之軸131a連接。因此，X軸方向傾動馬達135b可使X軸方向傾動構件131繞Y軸旋動。進而，X軸方向傾動馬達135b係與控制部11電性連接。因此，X軸方向傾動馬達135b係藉由控制部11之控制，而使操作桿3可朝X軸方向傾動。
如此，Y軸方向傾動馬達135a及X軸方向傾動馬達135b，係藉由控制部11之控制，使操作桿3分別對X軸方向及Y軸方向以1自由度傾動。亦即，藉由具備X軸方向傾動馬達135b及Y軸方向傾動馬達135a，可二維地控制操作桿3。
作為Y軸方向傾動馬達135a及X軸方向傾動馬達135b，例如，可使用伺服馬達或無刷馬達等之電動馬達。
(3)操作桿之構成
I.整體構成
其次，使用圖3對操作桿3之構成進行說明。首先，對操作桿3之整體構成進行說明。圖3係表示操作桿3之構成之圖。操作桿3具備有肢體支撐構件31、固定撐桿33、及伸縮機構35。肢體支撐構件31係固定於伸縮機構35之蓋353(於後述)之上端部。肢體支撐構件31係支撐患者肢體之構件。固定撐桿33係形成操作桿3之本體。又，固定撐桿33具有收納伸縮機構35之可動撐桿351(於後述)之空間S'。此外，固定撐桿33具有用以將操作桿3固定於操作桿傾動機構13之X軸方向傾動構件131之固定構件(未圖示)。藉由固定撐桿33之該固定構件而將固定撐桿33固定於X軸方向傾動構件131，藉此將操作桿3固定於操作桿傾動機構13。
伸縮機構35係以可沿著固定撐桿33之長度方向移動之方式，被設置於固定撐桿33。藉此，操作桿3可沿操作桿3之長度方向伸縮。以下，對伸縮機構35之構成進行詳細說明。
II.伸縮機構之構成
其次，使用圖3對伸縮機構35之構成進行說明。伸縮機構35具有可動撐桿351、蓋353、螺帽355、螺旋軸357(於後述)、及伸縮馬達359。可動撐桿351係插入至被設置於固定撐桿33之空間S'。又，可動撐桿351具有未圖示之滑動單元。該滑動單元係與被設置於固定撐桿33之內壁之導軌37可滑動地卡合。其結果，可動撐桿351可於被設置於固定撐桿33之空間S'內沿著導軌37移動。蓋353係固定於可動撐桿351之上端部。藉此，蓋353可對應於可動撐桿351之移動，而沿操作桿3之長度方向移動。又，蓋353係於上端部具備有肢體支撐構件31。因此，蓋353可使肢體支撐構件31沿固定撐桿33之長度方向移動。
螺帽355係安裝於可動撐桿351之底部。螺帽355係螺合螺旋軸357。螺旋軸357係設有於與固定撐桿33之長度方向平行之方向延伸之螺紋之構件。又，螺旋軸357係螺合於螺帽355。因此，螺旋軸357係藉由旋轉，而可使螺帽355沿著螺旋軸357之長度方向(亦即，固定撐桿33之長度方向(長度之軸線方向))移動。如上述，由於螺帽355係固定於可動撐桿351之底部，因此藉由螺帽355沿著螺旋軸357之長度方向移動，可動撐桿351可沿著固定撐桿33之長度方向移動。
伸縮馬達359係固定於固定撐桿33之底部。又，伸縮馬達359之輸出旋轉軸係以使螺旋軸357可繞軸旋轉之方式，連接於螺旋軸357之長度方向之端部。此外，伸縮馬達359係與控制部11電性連接。因此，伸縮馬達359可藉由來自控制部11之控制，使螺旋軸357繞螺旋軸357之軸而旋轉。如上述，由於螺帽355係螺合於螺旋軸357，因此螺帽355可對應於螺旋軸357之旋轉，而沿著螺旋軸357之長度方向移動。因此，可動撐桿351可對應於伸縮馬達359之旋轉， 而沿著固定撐桿33之長度方向(長度軸線方向)移動。
(4)控制部之構成
I.整體構成
其次，使用圖4對控制部11之整體構成進行說明。圖4係表示控制部11之整體構成之圖。作為控制部11，例如，可使用具備有CPU，RAM、ROM、硬碟裝置、SSD等儲存裝置，及轉換電信號之介面等之微電腦系統等。又，以下所說明控制部11之功能之一部分或全部，亦可作為微電腦系統中可執行之程式而實現。又，該程式亦可儲存於微電腦系統之儲存裝置。此外，控制部11之功能之一部分或全部，亦可藉由定製型積體電路(IC，integrated circuit)等而實現。控制部11具有指令製作部111及馬達控制部113a、113b、113c。
指令製作部111係與訓練指示部5及馬達控制部113a、113b、113c可收發信號地連接。指令製作部111係根據自訓練指示部5所發送之操作桿動作指令，製作用以使馬達控制部113a、113b、113c之各者驅動Y軸方向傾動馬達135a、X軸方向傾動馬達135b、及伸縮馬達359之指令。
指令製作部111所製作之指令中，有速度指令與位置指令。所謂速度指令，係指用以控制馬達之旋轉速度(操作桿3之每單位時間之傾動角度或伸縮長度之變化量)之指令。又，所謂位置指令，係指用以控制操作桿3之傾動角度或伸縮長度之指令。如下所述，於馬達控制部113a、113b、113c根據速度指令控制上述馬達時，上述馬達係以追隨速度指令所指示之速度之方式被控制。亦即，於速度指令所指示之速度與實際馬達之旋轉速度之間存在有差(速度偏差)時，馬達控 制部113a、113b、113c係以消除速度偏差之方式控制上述馬達。
另一方面，於馬達控制部113a、113b、113c根據位置指令控制上述馬達時，上述馬達係以使操作桿3之傾動角度或伸縮長度追隨位置指令所指示之傾動角度(指示傾動角度)或伸縮長度(指示伸縮長度)之方式被控制。亦即，於位置指令所指示之傾動角度與操作桿3實際之傾動角度、或位置指令所指示之伸縮長度與操作桿3實際之伸縮長度之間存在有差(位置偏差)時，馬達控制部113a、113b、113c係以消除位置偏差之方式控制上述馬達。
再者，指令製作部111所製作之速度指令及位置指令為時間之函數。另一方面，自訓練指示部5所發送之操作桿動作指令，至少包含與使操作桿3移動至哪個傾動角度為止相關之資訊(目標位置資訊)、及與操作桿3之每單位時間之傾動角度或伸縮長度之變化量(傾動角度速度或伸縮長度速度)相關之資訊(目標速度資訊)，並進一步包含與用以使操作桿3之傾動角度速度或伸縮長度速度到達所期望之傾動角度速度或伸縮長度速度為止之加速度相關之資訊(加速度資訊)、及與用以使操作桿3自動作狀態成為停止狀態之減速度相關之資訊(減速度資訊)。
亦即，於成為製作速度指令及位置指令之來源之操作桿動作指令中，並不包含與時間相關之資訊。然而，於操作桿動作指令中，包含有與距離相關之資訊(對應於目標位置資訊)、及與速度相關之資訊(對應於目標速度資訊)，並進一步包含有與加速度相關之資訊(對應於加速度資訊及減速度資訊)。因此，可根據該等資訊，算出與時間相關之資訊。因此，指令製作部111可藉由將操作桿動作指令所包含之目標位置資訊、目標速度資訊、甚至加速度資訊、及減速度資訊亦 適當地組合進行計算，製作為時間之函數之速度指令及位置指令。
又，指令製作部111所製作之速度指令中，有如圖5A及圖5B所示之2種速度指令。一個係如圖5A所示，為僅包含使馬達以固定之加速度加速之加速指令、及使馬達以固定之減速度減速之減速指令之速度指令。若將此種速度指令表示於以時間為橫軸而以速度為縱軸之座標上，則成為三角形狀之圖表。因此，有時亦將此種速度指令稱為三角速度軌道型之速度指令。於速度指令成為三角速度軌道之情形時，例如，為於自當前之操作桿3之傾動角度移動至訓練指示部5所指示之操作桿3之目標傾動角度為止之間之操作桿3之移動距離較短之情形，或操作桿動作指令所指示馬達之加速度或減速度較小之情形等。如此，藉由速度指令包含有加速指令與減速指令，馬達控制部113a、113b、113c可順利地控制馬達。
另一個係如圖5B所示，為除了包含有加速指令與減速指令以外，更進一步包含有使馬達以固定速度旋轉之定速指令之速度指令。若將此種速度指令表示於以時間為橫軸而以速度為縱軸之座標上，則成為梯形狀之圖表。因此，有時亦將此種速度指令稱為梯形速度軌道型之速度指令。於速度指令成為梯形速度軌道之情形時，例如，為於自當前之操作桿3之傾動角度移動至訓練指示部5所指示之操作桿3之目標傾動角度為止之間之操作桿3之移動距離較大之情形，或馬達之加速度或減速度較大之情形等。如此，藉由速度指令進一步包含有定速指令，而於操作桿3以較大之傾動角度動作之情形時，馬達控制部113a、113b、113c亦可使馬達順利地動作。
另一方面，若將指令製作部111所製作之位置指令表示於以時間為橫軸而以位置(傾動角度)為縱軸之座標上，則成為如圖6所 示之形狀。位置指令係對應於速度指令之時間之積分值。圖6所示之位置指令係對應於圖5B所示之梯形速度軌道型之速度指令之位置指令。因此，於梯形速度軌道型之速度指令中，速度以正斜率增加之時間為0至t1為止(加速指令區間)之期間，位置指令係成為於時間為0時成為頂點之向下凸之拋物線形狀。速度指令中速度成為與水平軸平行之直線為止之時間為t1至t2為止(定速指令區間)之期間，位置指令係以正斜率線性地增加。而且，速度指令中速度以負斜率減少之時間為t2至t3為止(減速指令區間)之期間，位置指令係成為於時間為t3時成為頂點之向上凸之拋物線形狀。
馬達控制部113a、113b、113c係與指令製作部111可收發信號地連接。因此，馬達控制部113a、113b、113c可自指令製作部111接收速度指令及位置指令。又，馬達控制部113a、113b、113c係分別與Y軸方向傾動馬達135a、X軸方向傾動馬達135b、伸縮馬達359電性連接。因此，馬達控制部113a、113b、113c可根據速度指令及/或位置指令，控制上述之馬達。此外，馬達控制部113a、113b、113c係分別與Y軸方向傾動馬達135a用之第1旋轉資訊輸出感測器135a-1、X軸方向傾動馬達135b用之第2旋轉資訊輸出感測器135b-1、伸縮馬達359用之第3旋轉資訊輸出感測器359-1，可收發信號地連接。
第1旋轉資訊輸出感測器135a-1、第2旋轉資訊輸出感測器135b-1、第3旋轉資訊輸出感測器359-1係以分別被固定於Y軸方向傾動馬達135a之輸出旋轉軸、X軸方向傾動馬達135b之輸出旋轉軸、伸縮馬達359之輸出旋轉軸者為慣例。藉此，第1旋轉資訊輸出感測器135a-1、第2旋轉資訊輸出感測器135b-1、第3旋轉資訊輸出感測器359-1可分別輸出Y軸方向傾動馬達135a之旋轉量、X軸方 向傾動馬達135b之旋轉量、伸縮馬達359之旋轉量。作為第1旋轉資訊輸出感測器135a-1、第2旋轉資訊輸出感測器135b-1、第3旋轉資訊輸出感測器359-1，可使用能夠測量馬達之輸出旋轉軸之旋轉量之感測器。作為此種感測器，例如，可適當地使用增量編碼器、或絕對編碼器等編碼器。於使用編碼器作為感測器之情形時，第1旋轉資訊輸出感測器135a-1、第2旋轉資訊輸出感測器135b-1、及第3旋轉資訊輸出感測器359-1係分別輸出對應於Y軸方向傾動馬達135a之旋轉量、X軸方向傾動馬達135b之旋轉量、伸縮馬達359之旋轉量之脈衝信號。
如此，藉由將馬達控制部113a、113b、113c與測量馬達之輸出旋轉軸之旋轉量之第1旋轉資訊輸出感測器135a-1、第2旋轉資訊輸出感測器135b-1、第3旋轉資訊輸出感測器359-1連接，馬達控制部113a、113b、113c可考慮實際之馬達之旋轉量等，而控制上述馬達。
其次，對馬達控制部113a、113b、113c進行詳細說明。於以下之說明中，使用馬達控制部113a為例進行說明。其原因在於，其他馬達控制部113b、113c亦具有與馬達控制部113a相同之構成，而進行相同之動作。
II.馬達控制部之構成
使用圖7A對馬達控制部113a之構成進行說明。圖7A係表示馬達控制部113a之基本構成之圖。馬達控制部113a具有傾動角度算出部1131、位置偏差算出部1132、反饋電流檢測部1133、判斷部1134、及馬達驅動部1135。傾動角度算出部1131係與第1旋轉資訊輸出感測器135a-1可收發信號地連接。藉此，對傾動角度算出部1131輸入對應 於第1旋轉資訊輸出感測器135a-1所測量之Y軸方向傾動馬達135a之輸出旋轉軸之旋轉量所輸出之脈衝信號。而且，傾動角度算出部1131係根據自第1旋轉資訊輸出感測器135a-1輸出之脈衝信號所包含之脈衝數，算出操作桿3之傾動角度。
位置偏差算出部1132係與傾動角度算出部1131可收發信號地連接。藉此，對位置偏差算出部1132輸入傾動角度算出部1131所算出之操作桿3之傾動角度。又，位置偏差算出部1132係與指令製作部111可收發信號地連接。藉此，對位置偏差算出部1132輸入指令製作部111所製作之位置指令。位置偏差算出部1132係將傾動角度算出部1131所算出實際之操作桿3之傾動角度與位置指令所指示操作桿3之傾動角度(指示傾動角度)之差作為位置偏差而算出。又，位置偏差算出部1132係於每預先設定之第1時間T1算出位置偏差。再者，決定算出位置偏差之時序之第1時間T1，亦可根據需要而任意地設定。
反饋電流檢測部1133係與馬達驅動部1135(於後述)之輸出電性連接。藉此，反饋電流檢測部1133可檢測自馬達驅動部1135輸出至Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I之電流值。於該情形時，作為反饋電流檢測部1133，可使用能夠測量於馬達之繞組中流動之電流值之裝置。例如，作為反饋電流檢測部1133，可使用分路電阻器、夾式電流計、或電流互感器等。或者，反饋電流檢測部1133亦可檢測自速度控制部1135-1(圖8)及/或位置控制部1135-2(圖8)輸出，用以控制電力供給部1135-4(圖8)之第1控制量及/或第2控制量之信號值。於該情形時，反饋電流檢測部1133係與馬達驅動部1135之電力供給部1135-4(圖8)之輸入可收發信號地連接。於該情形時，反饋電流檢測部1133係檢測自合成部1135-7(圖8)輸出之第1控制量與第2控制量之合 成控制量。藉此，反饋電流檢測部1133無需測量於馬達之繞組中流動之電流值之裝置，即可預測反饋電流I之電流值。又，反饋電流檢測部1133具有用以判定反饋電流I之電流值是否為第1電流值I1以上之判定部(未圖示)。
判斷部1134係與位置偏差算出部1132及反饋電流檢測部1133可收發信號地連接。判斷部1134係判斷(i)位置偏差算出部1132所算出第1時間T1(於後述)之期間所產生之位置偏差是否為第1臨界值(於後述)以上、及(ii)反饋電流檢測部1133所檢測出反饋電流I之電流值為第1電流值I1(於後述)以上之時間，是否持續第2時間T2(於後述)以上。而且，於上述條件(i)或(ii)為「真」之情形時，判斷為錯誤。
馬達驅動部1135係與賦予位置指令及速度指令之指令製作部111(指令製作部111與位置指令及速度指令之關係未圖示)可收發信號地連接。因此，自指令製作部111對馬達驅動部1135輸入位置指令及速度指令。又，馬達驅動部1135係與Y軸方向傾動馬達135a電性連接。此外，馬達驅動部1135係與第1旋轉資訊輸出感測器135a-1可收發信號地連接。因此，馬達驅動部1135可根據速度指令及/或位置指令與Y軸方向傾動馬達135a之旋轉量，控制Y軸方向傾動馬達135a。再者，關於馬達驅動部1135之詳細情形，將於後說明。
作為圖7B所示之第1變形例，馬達控制部113a亦可進一步具有累計時間測量部1136。累計時間測量部1136係與位置偏差算出部1132可收發信號地連接。累計時間測量部1136係測量位置偏差算出部1132所算出第1時間T1之期間產生之位置偏差為第2臨界值(於後述)以上且未滿第1臨界值之時間(累計時間tA)。又，累計時間測量部1136係與判斷部1134可收發信號地連接。藉此，累計時間 測量部1136可將所測量到之累計時間tA輸出至判斷部1134。
於馬達控制部113a具有累計時間測量部1136之第1變形例中，判斷部1134係於累計時間tA為第3時間T3(於後述)以上之情形時，判斷為錯誤。藉此，可相對於具有小於第1臨界值之值之每第1時間T1之位置偏差、即緩慢地變化之位置偏差，持續訓練至第3時間T3為止。又，根據緩慢地變化之位置偏差，判斷部1134可預測Y軸方向傾動馬達135a為了使操作桿3動作所需要之負荷。因此，即便於無法進行反饋電流值之檢測之情形時，亦可藉由累計時間測量部1136測量緩慢地變化之位置偏差持續之時間，而測量對Y軸方向傾動馬達135a施加某既定值以上之負荷之狀態持續之時間。
作為圖7C所示之第2變形例，馬達控制部113a亦可具有反饋電流限制部1137。反饋電流限制部1137係與判斷部1134及馬達驅動部1135可收發信號地連接。反饋電流限制部1137係於判斷部1134中判斷錯誤時，限制自馬達驅動部1135所輸出之反饋電流值。若於反饋電流限制部1137被限制反饋電流值，則自馬達驅動部1135輸出Y軸方向傾動馬達135a之額定電流值以下之電流值、即作為具有額定電流IR之小於1之既定倍數a之電流值(a×IR)之第2電流值I2的反饋電流I。
III.馬達驅動部之構成
其次，使用圖8對馬達驅動部1135之構成進行說明。圖8係表示馬達驅動部1135之構成之圖。馬達驅動部1135具有速度控制部1135-1、位置控制部1135-2、速度算出部1135-3、電力供給部1135-4、電流限制部1135-5、第1偏差算出部1135-6a、第2偏差算出部1135-6b、 合成部1135-7、切換部1135-8、及位置偏差設定部1135-9。速度控制部1135-1係與第2偏差算出部1135-6b可收發信號地連接。因此，速度控制部1135-1係輸入第2偏差算出部1135-6b所算出之速度指令所指示之速度(指示速度)與Y軸方向傾動馬達135a實際之速度之差(速度偏差)。
速度控制部1135-1係根據所輸入之速度偏差，算出用以控制電力供給部1135-4之第1控制量。此時，速度控制部1135-1係以消除所輸入之速度偏差之方式算出第1控制量。亦即，速度控制部1135-1係算出如使實際馬達之速度追隨指示速度之第1控制量。作為速度控制部1135-1，例如，可使用根據控制理論而算出如消除速度偏差之控制量之控制裝置。作為此種控制裝置，例如，有使用比例積分微分(PID，Proportional Integral Differential)控制理論之控制裝置等。於本實施形態中，作為速度控制部1135-1係採用使用比例積分(PI，Proportional Integral)控制理論之控制裝置。於速度控制部1135-1為使用PI控制理論之控制裝置之情形時，若將速度偏差設為△v，則第1控制量係表現為Kpv×△v+Kiv×Int(△v)。此處，Int(△v)為速度偏差△v之時間積分值。Kpv、Kiv係被稱為控制增益之常數。
位置控制部1135-2係與第1偏差算出部1135-6a可收發信號地連接。因此，對位置控制部1135-2輸入第1偏差算出部1135-6a所算出之位置指令所指示之傾動角度(指示傾動角度)與操作桿3實際之傾動角度之差(位置偏差)。又，位置控制部1135-2係根據位置偏差，算出用以控制電力供給部1135-4之第2控制量。亦即，位置控制部1135-2係算出如使操作桿3實際之傾動角度追隨指示傾動角度(如消除位置偏差)之第2控制量。作為位置控制部1135-2，可與速度控制部 1135-1同樣地，使用進行根據控制理論之控制之控制裝置。於本實施形態中，作為位置控制部1135-2係採用使用PI控制理論之控制裝置。於該情形時，若將位置偏差設為△θ，則第2控制量係表現為Kpp×△θ+Kip×Int(△θ)。此處，Int(△θ)為位置偏差△θ之時間積分值。Kpp、Kip係被稱為控制增益之常數。
速度算出部1135-3係與第1旋轉資訊輸出感測器135a-1可收發信號地連接。藉此，速度算出部1135-3係根據自第1旋轉資訊輸出感測器135a-1所輸出之脈衝信號，算出Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度。再者，Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度可根據脈衝信號中每單位時間之脈衝數算出。
電力供給部1135-4係經由合成部1135-7而與速度控制部1135-1連接。又，電力供給部1135-4係經由合成部1135-7及切換部1135-8而連接於位置控制部1135-2。藉此，對電力供給部1135-4僅輸入自速度控制部1135-1所輸出之第1控制量，或者，將第1控制量與自位置控制部1135-2輸出之第2控制量於合成部1135-7合成後輸入。
於對電力供給部1135-4僅輸入第1控制量之情形時，電力供給部1135-4僅根據使Y軸方向傾動馬達135a之速度(旋轉速度)追隨指示速度之第1控制量，輸出反饋電流I。藉此，馬達驅動部1135可以使馬達之旋轉速度追隨指示速度，驅動Y軸方向傾動馬達135a。
另一方面，於將第1控制量與第2控制量之兩者於合成部1135-7合成後輸入至電力供給部1135-4之情形時，電力供給部1135-4係輸出如使馬達之旋轉速度追隨指示速度、且使操作桿3之傾動角度追隨指示傾動角度之反饋電流I。藉此，馬達驅動部1135除了 可以使馬達之旋轉速度追隨指示速度，並且使操作桿3之傾動角度追隨指示傾動角度之方式，驅動Y軸方向傾動馬達135a。
再者，於本實施形態中，自電力供給部1135-4係輸出根據第1控制量及/或第2控制量所控制之電流(反饋電流I)。然而，自電力供給部1135-4所輸出者，並不限定於反饋電流。例如，亦可自電力供給部1135-4輸出根據第1控制量及/或第2控制量而控制電壓值及/或占空比之電壓。
電流限制部1135-5係電性連接於電力供給部1135-4之輸出與Y軸方向傾動馬達135a。又，電流限制部1135-5係與反饋電流限制部1137可收發信號地連接。因此，於電流限制部1135-5自反饋電流限制部1137接收到限制反饋電流I之指令時，電流限制部1135-5係以自電力供給部1135-4所輸出之反饋電流值不成為預先設定之第2電流值I2以上之方式，限制反饋電流值。此時，於電流限制部1135-5中，設定Y軸方向傾動馬達135a之額定電流IR之小於1之既定倍數a之電流值(a×IR)，作為第2電流值I2。藉此，於判斷部1134發生錯誤時，可將被輸入至Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I限制為額定電流值以下。
第1偏差算出部1135-6a、第2偏差算出部1135-6b分別具有2個輸入(帶「+」之輸入與帶「-」之輸入)。第1偏差算出部1135-6a及第2偏差算出部1135-6b之帶「+」之輸入係與指令製作部111可收發信號地連接。而且，分別自指令製作部111，對第1偏差算出部1135-6a之帶「+」之輸入中輸入位置指令，並對第2偏差算出部1135-6b之帶「+」之輸入中輸入速度指令。又，於第1偏差算出部1135-6a之帶「-」之輸入，可收發信號地連接有第1旋轉資訊輸出感 測器135a-1。藉此，對第1偏差算出部1135-6a之帶「-」之輸入，輸入對應於速度算出部1135-3所算出Y軸方向傾動馬達135a之旋轉量而被輸出之脈衝信號。而且，第2偏差算出部1135-6b之帶「-」之輸入係與速度算出部1135-3之輸出可收發信號地連接。藉此，對第2偏差算出部1135-6b之帶「-」之輸入，輸入Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度。
因此，於第1偏差算出部1135-6a，係算出位置指令所指示之指示傾動角度與操作桿3實際之傾動角度之差、即位置偏差。另一方面，於第2偏差算出部1135-6b，係算出速度指令所指示之指示速度與Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度之差、即速度偏差。
合成部1135-7係將自速度控制部1135-1所輸出之第1控制量及自位置控制部1135-2所輸出之第2控制量合成(合成控制量)，並向電力供給部1135-4輸出。此處，所謂合成控制量，係指對第1控制量及第2控制量進行適當地加權並相加而成之控制量。藉由適當地調節賦予至第1控制量之加權與賦予至第2控制量之加權之大小，而可調整更重視如使Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度追隨指示速度之控制(速度控制)，還是更重視如使操作桿3之傾動角度追隨指示傾動角度之控制(位置控制)。
切換部1135-8係連接於位置控制部1135-2之輸出及合成部1135-7之輸入。又，切換部1135-8可收發信號地連接於指令製作部111及第1旋轉資訊輸出感測器135a-1。藉此，切換部1135-8係於自第1旋轉資訊輸出感測器135a-1所輸出之脈衝數(亦即，操作桿3實際之傾動角度)成為與速度指令所指示之減速開始位置對應之值時，將切換部1135-8之開關打開(ON)。亦即，切換部1135-8係於Y軸方向 傾動馬達135a之旋轉量成為與速度指令所指示之減速開始位置對應之值時，可將來自位置控制部1135-2之輸出即第2控制量輸入至合成部1135-7。藉此，切換部1135-8係僅於速度指令為減速指令時，可將自位置控制部1135-2所輸出之第2控制量反映至Y軸方向傾動馬達135a之控制。其結果，操作桿3可於減速指令之執行時，使偏差極力減小而到達目標傾動角度為止。
位置偏差設定部1135-9可收發信號地連接於第1偏差算出部1135-6a之輸出及位置控制部1135-2之輸入。又，位置偏差設定部1135-9可收發信號地連接於指令製作部111及第1旋轉資訊輸出感測器135a-1。藉此，位置偏差設定部1135-9係於自第1旋轉資訊輸出感測器135a-1所輸出之脈衝數成為與減速開始位置對應之值時，將自第1偏差算出部1135-6a輸出之位置偏差設為0(重置)。於將Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度減速時，將(所累積之)位置偏差設為0(重置)，藉此於馬達減速時，藉由使位置偏差暫時增大，可為了修正該位置偏差而抑制馬達之旋轉速度過度地上升。
(5)訓練裝置之動作
I.訓練裝置之基本動作
其次，對訓練裝置100之動作進行說明。首先，使用圖9對訓練裝置100之基本動作進行說明。圖9係表示訓練裝置100之基本動作之流程圖。再者，於以下，以將訓練模式設定為導引模式時之訓練裝置100之動作為例，對訓練裝置100之動作進行說明。又，於以下所說明之例子中，如圖7C所示，馬達控制部113a具有累計時間測量部1136及反饋電流限制部1137。又，此處，以藉由馬達控制部113a控 制Y軸方向傾動馬達135a時之動作為例，對訓練裝置100之動作進行說明。其原因在於，分別藉由馬達控制部113b、113c控制X軸方向傾動馬達135b、伸縮馬達359時，亦進行同樣之控制。首先，使用者係使用訓練指示部5等，進行訓練裝置100之各種初始設定(步驟S1)。此時，訓練裝置100之使用者係使用訓練指示部5，將上述訓練模式設定為導引模式。然後，訓練裝置100之使用者係使用訓練指示部5，設定導引模式中患者肢體之訓練程式。
其次，訓練指示部5係根據所設定之訓練程式，製作操作桿動作指令。然後，訓練指示部5係將操作桿動作指令(上位指令)發送至控制部11之指令製作部111(步驟S2)。之後，接收到操作桿動作指令之指令製作部111，係根據操作桿動作指令所包含之目標位置資訊、目標速度資訊、及加速度資訊，製作速度指令及位置指令(步驟S3)。
在指令製作部111製作出速度指令及位置指令之後，馬達控制部113a係根據速度指令或/及位置指令，控制Y軸方向傾動馬達135a(步驟S4)。再者，本實施形態中藉由馬達控制部113a所進行Y軸方向傾動馬達135a驅動之詳細情形將於後敍述。
在馬達控制部113a開始Y軸方向傾動馬達135a之驅動後，首先，判斷部1134係判定位置指令所指示之指示傾動角度與操作桿3實際之傾動角度之差(位置偏差)是否為第1臨界值以上(步驟S5)。亦即，於步驟S5，判定每單位時間(第1時間T1)之位置偏差是否過度地變大(位置偏差過大)。於每第1時間T1之位置偏差為第1臨界值以上之情形時(於步驟S5為「是」之情形時)，前進至步驟S7。另一方面，於每第1時間T1之位置偏差小於第1臨界值之情形時(於步驟S5為「否」之情形時)，前進至步驟S6。再者，關於步驟S5中位 置偏差過大之判定方法將於後詳細說明。
於步驟S6中，判斷部1134係判定Y軸方向傾動馬達135a為了使患者之肢體動作而對肢體施加過度之負荷(過負荷)是否持續既定之時間(第2時間T2)。於Y軸方向傾動馬達135a對肢體施加之過負荷持續第2時間T2以上之情形時(於步驟S6為「是」之情形時)，前進至步驟S7。另一方面，於Y軸方向傾動馬達135a對肢體施加過負荷之時間小於第2時間T2之情形，或於Y軸方向傾動馬達135a未對肢體施加過負荷之情形時(於步驟S6為「否」之情形時)，前進至步驟S8。
於步驟S5，於判定為位置偏差為第1臨界值以上之情形時，或於步驟S6，於判斷為對肢體施加之過負荷持續第2時間T2以上之情形時，判斷部1134係判斷為錯誤(步驟S7)。再者，於判斷部1134判斷為錯誤時，於訓練裝置100執行各種錯誤處理。
於馬達控制部113a具有反饋電流限制部1137作為步驟S7之錯誤處理之情形時，判斷部1134亦可對反饋電流限制部1137通知錯誤。又，接收到錯誤之反饋電流限制部1137，亦可驅動馬達驅動部1135之電流限制部1135-5。藉此，於判斷部1134判斷為錯誤之情形時，被輸入至Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I之電流值被限制為小於額定電流IR之第2電流值I2(a×IR(a：小於1之正數))。
一般而言，馬達之轉矩係隨著於轉子及/或定子之線圈(繞組)中流動之電流值變大而變大。因此，於判斷部1134判斷為錯誤時，藉由將輸入至Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I限制為第2電流值I2，可限制自Y軸方向傾動馬達135a所輸出之轉矩。其結果，於訓練裝置100發生錯誤時，可不對患者施加過度之負荷地控制操作桿3。
又，作為步驟S7之錯誤處理，訓練指示部5係提供通知錯誤發生之視覺性資訊或聽覺性資訊。藉此，使用者可得知訓練裝置100之狀態、即訓練裝置100所發生錯誤之情況及/或錯誤發生之原因等。
於步驟S7，於使用訓練裝置100時可根據需要，進行其他錯誤處理。
於步驟S7之錯誤處理結束後，或於步驟S5中成為「否」且於步驟S6成為「否」之情形時(亦即，於判斷部1134，判斷為位置偏差小於第1臨界值且Y軸方向傾動馬達135a對肢體施加過負荷之時間小於第2時間T2之情形時。更換言之，於未判斷為錯誤之情形時)，於馬達控制部113a，判斷操作桿3是否到達操作桿3最終應到達之傾動角度即目標傾動角度(步驟S8)。於操作桿3之傾動角度為目標傾動角度之情形時(於步驟S8為「是」之情形時)，藉由馬達控制部113a所進行Y軸方向傾動馬達135a之控制結束。另一方面，於操作桿3之傾動角度未到達目標傾動角度之情形時(於步驟S8為「否」之情形時)，返回至步驟S5。
再者，操作桿3是否到達目標傾動角度、亦可根據自第1旋轉資訊輸出感測器135a-1所輸出之脈衝數而判定，亦可根據速度指令及/或位置指令是否已全部執行而判定。
II.馬達控制方法
其次，使用圖10對上述步驟S4中Y軸方向傾動馬達135a之控制方法進行說明。圖10係表示馬達之控制方法之流程圖。於本實施形態中，馬達控制部113a係於速度指令之加速指令及/或定速指令之執行 時，以僅追隨速度指令之方式控制Y軸方向傾動馬達135a。而且，於減速指令執行時，以追隨速度指令及位置指令之方式，控制Y軸方向傾動馬達135a。
若馬達驅動開始，則首先，切換部1135-8係根據自第1旋轉資訊輸出感測器135a-1所輸出之脈衝數，算出操作桿3之傾動角度。然後，檢查所算出操作桿3之傾動角度是否為速度指令中應執行減速指令之傾動角度(步驟S41)。此處，使用圖11，對步驟S41之動作進行詳細說明。圖11係示意性地表示檢查操作桿3之傾動角度是否為應執行減速指令之傾動角度之情形之圖。
圖11所示之位置指令及速度指令(於圖11中，均由一點鏈線所表示)中，於Y軸方向傾動馬達135a之驅動開始後之經過時間t成為tdc時，開始減速指令。此時，經過時間tdc之操作桿3之指示傾動角度為θd。指示傾動角度θd係對應於減速開始位置。另一方面，於圖11中以實線所示之操作桿3之實際之傾動角度於經過時間為tdc時，亦成為小於指示傾動角度θd(減速開始位置之一例)之傾動角度。
因此，若於Y軸方向傾動馬達135a之驅動開始後之經過時間成為tdc時執行減速指令，則有時於操作桿3到達目標傾動角度之前，會導致Y軸方向傾動馬達135a之控制停止。或者，於速度指令之減速指令執行時，亦有欲將位置偏差消除，而導致Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度過度地上升之情形。於Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度過度地上升之情形時，存在有對接收訓練之肢體施加過度之負擔之情形。
為了解決如上所述之問題點，於本實施形態之步驟S4(馬達之驅動)中，於操作桿3之實際之傾動角度成為對應於減速開始 位置之傾動角度θd時，開始減速指令之執行。其結果，實際上，於馬達之驅動開始後之經過時間t成為較tdc更長之tda時，開始減速指令之執行。藉此，馬達驅動部1135不會使操作桿3對肢體施加過度之負擔，而可以精度良好地到達目標傾動角度之方式，控制Y軸方向傾動馬達135a。
具體而言，於操作桿3實際之傾動角度未到達對應於減 速開始位置之傾動角度θd之情形時(於步驟S41為「否」之情形時)，前進至步驟S42。另一方面，於操作桿3實際之傾動角度較對應於減速開始位置之傾動角度θd更接近目標傾動角度之情形時，亦即，於操作桿3實際之傾動角度為速度指令中應執行減速指令之傾動角度之情形時(於步驟S41為「是」之情形時)，前進至步驟S43。
於步驟S41，於判定為操作桿3實際之傾動角度未到達對應於減速開始位置之傾動角度θd時，切換部1135-8係以使自位置控制部1135-2輸出之第2控制量不會輸入至合成部1135-7，將位置控制部1135-2與合成部1135-7電性切斷(步驟S42)。藉此，僅自速度控制部1135-1所輸出之第1控制量，於電力供給部1135-4輸出反饋電流時被反映。其結果，馬達驅動部1135係以Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度僅追隨指示速度之方式，控制Y軸方向傾動馬達135a(速度控制)。
再者，於操作桿3之實際之傾動角度小於作為減速開始位置之傾動角度θd時，於速度指令中，執行加速指令或定速指令。因此，於速度指令中執行加速指令或定速指令時，馬達驅動部1135係以Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度僅追隨指示速度之方式，控制Y軸方向傾動馬達135a。
又，於僅藉由速度控制控制Y軸方向傾動馬達135a之情形時，如圖12所示，起因於Y軸方向傾動馬達135a實際之旋轉速度與指示速度之速度偏差所產生之指示傾動角度與操作桿3實際之傾動角度之位置偏差係累積保持。例如，於圖12中之例中在最初所產生之速度偏差(i)消除之時間ta，對應於速度偏差(i)之時間積分(圖中以斜線所示之區域之面積)之位置偏差△θA被保持。之後，於第2個產生之速度偏差(ii)消除之時間tb，進一步累積對應於速度偏差(ii)之時間積分(於圖中由網格線所示之區域之面積)之位置偏差至位置偏差△θA而成之位置偏差△θB被保持。而且，於時間tb以後，即便速度偏差消除，位置偏差△θB亦維持不變地被保持。
如此，僅藉由速度控制而控制馬達，藉此使Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度追隨指示速度，另一方面，位置偏差未消除而累積保持。其原因在於，速度控制中，於速度控制部1135-1算出第1控制量時，並未考慮位置偏差。
於訓練裝置100中，若肢體動作可某程度追隨操作桿動作指令所指示操作桿3之動作，則較佳為即便產生少許位置偏差亦可持續訓練。因此，於速度指令之加速指令及/或定速指令執行時，僅藉由速度控制來控制Y軸方向傾動馬達135a，藉此可以不消除位置偏差而追隨速度指令之方式，控制Y軸方向傾動馬達135a。其結果，即便存在少許之位置偏差，亦可使操作桿3之動作速度一面追隨操作桿動作指令所指示之動作速度，一面持續肢體之訓練。
於步驟S41，於判定為操作桿3實際之傾動角度為速度指令中應執行減速指令之傾動角度之情形時(於步驟S41為「是」之情形時)，前進至步驟S43。
於步驟S43，位置偏差設定部1135-9係確認操作桿3實際之傾動角度是否為對應於減速開始位置之傾動角度θd。於操作桿3實際之傾動角度為θd之情形時(於步驟S43為「是」之情形時)，前進至步驟S44。另一方面，於操作桿3之實際之傾動角度並非θd之情形時(於步驟S43為「否」之情形時)，前進至步驟S46。
於步驟S43，於判斷為操作桿3實際之傾動角度為θd之情形時，首先，位置偏差設定部1135-9係重置操作桿3動作至傾動角度θd為止之期間所累積保持之位置偏差(將位置偏差設定為0)(步驟S44)。於圖11所示之例子中，於實際之傾動角度為θd之經過時間tda，將已累積保持之位置偏差△θda設為0。經過時間tda之位置偏差△θda，例如以使經過時間tda之指示傾動角度成為θd之方式更新位置指令(圖11以兩點鏈線所示之位置指令)，藉此進行重置。又，與其同時，速度指令係以於經過時間tda開始減速指令之方式被更新(圖11以兩點鏈線所示之速度指令)。於步驟S44將位置偏差重置之後，切換部1135-8係將位置控制部1135-2與合成部1135-7電性連接(步驟S45)。亦即，自位置控制部1135-2所輸出之第2控制量，可向合成部1135-7輸入。藉此，於減速指令之執行時，不僅第1控制量，而且第2控制量亦於電力供給部1135-4輸出反饋電流I時被反映。
由於在速度指令之減速指令之執行時，除了進行速度控制以外亦進行位置控制，因此於減速開始位置不重置位置偏差之情形時，於減速指令執行開始時應進行將已累積保持之位置偏差△θda消除之其他之資訊處理。這是因為，於不實施該處理之情形時，於減速指令執行開始時，有時會導致Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度，因已累積保持之位置偏差△θda而過度地上升至速度指令以上之速度。其原 因在於，於不藉由資訊處理消除位置偏差之情形時，存在有第2控制量占合成控制量之比例變高之可能性。如此，無關於減速指令執行時，若Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度過度地上升，則會對患者之肢體施加過度之負荷。另一方面，藉由於減速開始位置重置位置偏差，則於減速指令執行時即便進行位置控制，亦可抑制Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度過度地上升。其結果，不會自操作桿3對患者之肢體施加較大之負荷，而可持續進行訓練。
於操作桿3實際之傾動角度並非θd之情形時(於步驟S43為「否」之情形時)，或於步驟S44重置位置偏差△θda之後，馬達驅動部1135係以使Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度追隨速度指令之指示速度、且以使操作桿3之傾動角度追隨位置指令之指示傾動角度之方式，驅動Y軸方向傾動馬達135a(步驟S46)。藉此，馬達驅動部1135可以使操作桿3極力減小偏差而到達目標傾動角度為止之方式，控制Y軸方向傾動馬達135a。
III.位置偏差過大判定方法
其次，使用圖13對圖9所示流程圖中之步驟S5之位置偏差過大判定方法進行說明。圖13係表示位置偏差過大判定方法之流程圖。若開始位置偏差過大判定，則首先，判斷部1134係判斷Y軸方向傾動馬達135a開始驅動後之經過時間t是否為第1時間T1之整數(n)倍(步驟S51)。於經過時間t並非第1時間T1之整數倍之情形時(於步驟S51為「否」之情形時)，判斷部1134係判斷為未發生位置偏差過大(步驟S55)，並結束位置偏差過大判定。
另一方面，於經過時間t為第1時間T1之整數倍之情形 時(於步驟S51為「是」之情形時)，判斷部1134係以算出當前累積保持之位置偏差之方式，對位置偏差算出部1132下達指令(步驟S52)。而且，判斷部1134係將所算出之位置偏差作為經過時間t=nT1中累積保持之位置偏差△θn，而儲存於馬達控制部113a之儲存裝置等。
其次，判斷部1134係判定每第1時間T1所產生之位置偏差是否為第1臨界值以上(步驟S53)。具體而言，首先，判斷部1134係自馬達控制部113a之儲存裝置等，讀出上次算出之位置偏差△θn-1，亦即，於經過時間t=(n-1)T1時間中累積保持之位置偏差。然後，算出經過時間t=nT1中之位置偏差△θn與經過時間t=(n-1)T1中之位置偏差△θn-1之差△θn-△θn-1。藉此，算出於經過時間t=nT1中，每第1時間T1(即單位時間)所產生之位置偏差。然後，判斷部1134係判斷△θn-△θn-1是否為第1臨界值以上。於△θn-△θn-1為第1臨界值以上之情形時(於步驟S53為「是」之情形時)，判斷為有發生位置偏差過大(步驟S54)，並結束位置偏差過大判定。另一方面，於△θn-△θn-1小於第1臨界值之情形時(於步驟S53為「否」之情形時)，判斷未發生位置偏差過大(步驟S55)，並結束位置偏差過大判定。
如此，藉由算出某經過時間之位置偏差與較該經過時間之前第1時間T1之位置偏差之差，可算出每第1時間T1(單位時間)所產生之位置偏差。而且，藉由判定每第1時間T1之位置偏差是否為第1臨界值以上，判斷部1134可檢測急遽之位置偏差之變化。
IV.過負荷持續檢測方法
其次，對於在判斷部1134判定操作桿3(Y軸方向傾動馬達135a)對肢體施加過度之負荷(過負荷)是否持續既定之時間(第2時間T2)之方 法(過負荷持續檢測方法)進行說明。於過負荷持續檢測方法中，有(i)使用反饋電流值之檢測方法、及(ii)使用位置偏差之檢測方法。以下，分別對(i)之方法、(ii)之方法進行說明。
(i)使用反饋電流值之過負荷持續檢測方法
首先，使用圖14對使用反饋電流值之過負荷持續檢測方法進行說明。圖14係表示使用反饋電流值之過負荷持續檢測方法之流程圖。首先，若開始過負荷持續檢測，反饋電流檢測部1133係檢測反饋電流I是否為第1電流值I1以上(步驟S611)。於反饋電流I為第1電流值I1以上之情形時(於步驟S611為「是」之情形時)，前進至步驟S612。另一方面，於反饋電流I小於第1電流值I1之情形時(於步驟S611為「否」之情形時)，判斷部1134係判斷為過負荷狀態未持續(步驟S614)，並結束過負荷持續之檢測。
於步驟S611中，於判定為反饋電流I為第1電流值I1以上之情形時(於步驟S611為「是」之情形時)，判斷部1134係判定反饋電流I為第1電流值I1以上之狀態是否持續第2時間T2以上(步驟S612)。於反饋電流I為第1電流值I1以上之狀態持續第2時間T2以上之情形時(於步驟S612為「是」之情形時)，判斷部1134係判斷為過負荷狀態持續(步驟S613)，並結束過負荷持續之檢測。另一方面，於反饋電流I為第1電流值I1以上之狀態之持續時間未滿第2時間T2之情形時(於步驟S612為「否」之情形時)，判斷部1134係判斷為過負荷狀態未持續(步驟S614)，並結束過負荷持續之檢測。
此處，使用圖15進一步對使用反饋電流值之過負荷持續檢測進行說明。圖15係示意性地表示馬達實際之旋轉速度與速度指 令(指示速度)之關係及起因於速度偏差之發生之反饋電流I之時間性變化的圖。現在，如圖15所示，於定速指令執行時，例如，於Y軸方向傾動馬達135a已發生3個旋轉速度之變化(速度變化(i)、速度變化(ii)、及速度變化(iii))。如上所述，於定速指令執行時，Y軸方向傾動馬達135a係以僅追隨速度指令之方式被控制。
如圖15中(i)之速度變化，例如係發生於使訓練裝置100以導引模式動作之情形時，經由操作桿3對訓練中之肢體施加某種程度之力之輔助，使肢體之動作可追隨訓練程式之情形時等。如圖15中(ii)之速度變化，例如係發生於雖然訓練中肢體之動作在短時間內幾乎停止，然後肢體開始動作之情形時等。如圖15中(iii)之速度變化，係發生於即便對訓練中之肢體施加力之輔助，肢體之動作亦無法追隨訓練程式之情形時等。
首先，對發生圖15中之速度變化(i)時之反饋電流值之變化進行說明。於某經過時間，因訓練中之肢體變得難以追隨訓練程式等之理由，而發生較小之速度偏差(i)。此時，自速度控制部1135-1輸出對應於較小之速度變化之較小之第1控制量。這可從算出上述第1控制量之式Kpv×△v+Kiv×△v清楚得知。於第1控制量較小之情形時，反饋電流I係緩慢地上升(圖15中之(1))。其原因在於，反饋電流I之上升係因第1控制量之蓄積而發生。對應於反饋電流I之增加，自Y軸方向傾動馬達135a所輸出之轉矩亦緩慢地上升。其原因在於，自馬達所輸出之轉矩係對應於反饋電流I而變化。而且，若自Y軸方向傾動馬達135a輸出之轉矩某種程度地變大，使訓練中肢體之動作可追隨訓練程式，速度偏差就會消除。而且，若速度偏差消除，反饋電流I之上升亦會停止。如圖15所示，速度偏差(i)消除後之反饋電流I之電 流值為第1電流值I1以下。此情形意味著，自速度偏差(i)消除後之Y軸方向傾動馬達135a所輸出之轉矩並非使訓練中之肢體可做出勉強動作之轉矩(過負荷)。於此種情形時，肢體之訓練繼續進行亦無妨。
如此，藉由判定反饋電流I是否為第1電流值I1以上，可判定Y軸方向傾動馬達135a是否未經由操作桿3對肢體施加過度之負荷。因此，於反饋電流I之電流值未滿第1電流值I1之情形時，判斷部1134可判斷為過負荷狀態未持續。其結果，於反饋電流I之電流值未滿第1電流值I1之情形時，判斷為Y軸方向傾動馬達135a未對肢體施加過度之負荷，訓練裝置100可繼續進行肢體之訓練程式。再者，第1電流值I1係根據判斷為過負荷之基準而適當地設定。因此，第1電流值I1亦可對應於訓練之等級等而調整。
另一方面，於因肢體之動作短時間停止等，而在短時間內發生較大之速度偏差之情形時(對應於圖15中之速度變化(ii))，反饋電流I之電流值係大於第1電流值I1(圖15中之(2))。然而，反饋電流I之電流值大於第1電流值I1之狀態之期間係較第2時間T2更短。於該情形時，肢體僅暫時無法追隨訓練程式，於無法追隨訓練程式之期間以外，肢體之動作可追隨訓練程式。於此種情形時，訓練裝置100繼續進行肢體之訓練亦無妨。
因此，若反饋電流I之電流值為第1電流值I1以上之時間為第2時間T2以下，則在判斷部1134判斷為過負荷狀態未持續，而不產生錯誤。其結果，於Y軸方向傾動馬達135a僅暫時短時間對肢體施加過度之負荷之情形時，訓練裝置100可繼續進行肢體之訓練程式。再者，第2時間T2亦與第1電流值I1同樣地，根據判定為過負荷持續之基準時間而適當地設定。因此，第2時間T2亦可對應於訓練之等級 等而調整。
另一方面，於速度偏差遍及長時間未消除之情形時(對應於圖15中之速度變化(iii))，只要速度偏差不消除，反饋電流I之電流值即持續上升(圖15中之(3))。此時，直至肢體可追隨訓練程式為止，對肢體所施加之負荷持續上升。如此，於即便對肢體施加多大的負荷，肢體亦無法追隨訓練程式之情形時，較佳為不對肢體施加過分之負荷。因此，於反饋電流I之電流值為第1電流值I1以上之狀態而持續第2時間T2以上之情形時，判斷部1134係判斷為過負荷狀態持續，而產生錯誤。而且，於本實施形態中，於錯誤發生時，使反饋電流I限制為第2電流值I2(a×IR)。其結果，於Y軸方向傾動馬達135a遍及長時間對肢體施加過度之負荷之情形時，可限制反饋電流I而使Y軸方向傾動馬達135a不對肢體施加過度之負荷。又，可避免對訓練裝置100之控制部11施加過度之電氣負荷。
此處，將發生圖15所示之速度變化(i)~(iii)之情形時之反饋電流I之電流值之變化與發生圖16所示之遍及長時間而速度偏差較大之速度變化(iv)之情形時之反饋電流I之電流值之變化進行比較。圖16所示之遍及長時間而速度偏差較大之速度變化(iv)，例如係發生於訓練中之肢體幾乎完全無法動作之情形時等。若發生如速度變化(iv)之速度變化，則反饋電流I係於短時間內上升至可輸出至Y軸方向傾動馬達135a之最大電流Imax。而且，反饋電流I將不自最大電流Imax下降。另一方面，如圖15所示，於發生速度變化(i)~(iii)之情形時之反饋電流I之變化(1)~(3)中，反饋電流I係相對緩慢地上升(變化(1)及(3))，或於短時間內成為超過第1電流值I1之電流值(變化(2))。因此，藉由監視反饋電流I之變化，可判定為產生較大之速度偏差之速度變 化(位置偏差急遽地變化)，產生較小之速度偏差之速度變化(位置偏差緩慢地變化)，或者為較大之速度偏差但為短時間。
(ii)使用位置偏差之過負荷持續檢測方法
其次，使用圖17對使用位置偏差之過負荷持續檢測方法進行說明。圖17係表示使用位置偏差之過負荷持續檢測方法之流程圖。於使用位置偏差之過負荷持續檢測方法中，藉由判定每單位時間(第1時間T1)之位置偏差之變化量是否為既定之範圍內，而判定過負荷狀態是否持續。具體而言，首先，累計時間測量部1136係判定經過時間t是否為第1時間T1之整數倍nT1(步驟S621)。於經過時間t為第1時間T1之整數倍nT1之情形時(於步驟S621為「是」之情形時)，前進至步驟S622。另一方面，於經過時間t並非第1時間T1之整數倍nT1之情形時(於步驟S621為「否」之情形時)，累計時間測量部1136係判斷為過負荷狀態未持續(步驟S628)，並結束過負荷持續之檢測。
於經過時間t為第1時間T1之整數倍nT1之情形時(於步驟S621為「是」之情形時)，累計時間測量部1136係以算出經過時間t為nT1時之位置偏差△θn之方式，對位置偏差算出部1132下達指令(步驟S622)。而且，累計時間測量部1136係將已算出之位置偏差作為經過時間t=nT1時所累積保持之位置偏差△θn，儲存於馬達控制部113a之儲存裝置等。
其次，累計時間測量部1136係判定每第1時間T1所產生之位置偏差是否為第2臨界值以上(步驟S623)。具體而言，以如下方式進行判定。首先，累計時間測量部1136係自馬達控制部113a之儲存裝置等，讀出上次測量之經過時間t=(n-1)T1時間中累積保持 之位置偏差△θn-1。然後，算出經過時間t=nT1時之位置偏差△θn與經過時間t=(n-1)T1時之位置偏差△θn-1之差△θn-△θn-1。藉此，於經過時間t=nT1，算出每第1時間T1(即單位時間)所產生之位置偏差。然後，累計時間測量部1136係判斷△θn-△θn-1是否為第2臨界值以上。
於△θn-△θn-1為第2臨界值以上之情形時(於步驟S623為「是」之情形時)，判定為過負荷狀態。而且，累計時間測量部1136係將累計時間tA加上T1而設為新的累計時間tA(步驟S624)。藉此，累計時間測量部1136可測量△θn-△θn-1為第2臨界值以上之狀態(即，過負荷狀態)下持續之時間(累計時間tA)。於將累計時間tA更新後，前進至步驟S626。另一方面，於△θn-△θn-1小於第2臨界值之情形時(於步驟S623為「否」之情形時)，累計時間測量部1136係判斷為並非過負荷狀態。而且，累計時間測量部1136係將累計時間tA重置為0(步驟S625)。於將累計時間tA重置後，前進至步驟S626。
再者，於步驟S623中，並未判定經過時間t=nT1時之位置偏差△θn與經過時間t=(n-1)T1時之位置偏差△θn-1之差△θn-△θn-1是否未滿第1臨界值。其原因在於，過負荷持續之檢測係於判斷為圖9所示流程圖之步驟S5中未產生位置偏差過大(亦即，於步驟S5為「否」)之後才執行。亦即，這是因為△θn-△θn-1未滿第1臨界值之事實，已經於步驟S5判定。然而，並不限定於此，亦可於步驟S623中，由累計時間測量部1136判定△θn-△θn-1是否未滿第1臨界值。
於步驟S626中，判斷部1134係判定累計時間tA是否為第3時間T3以上。於判定為累計時間tA為第3時間T3以上之情形時(於步驟S626為「是」之情形時)，判斷部1134係判斷為過負荷狀態持續 (步驟S627)，並結束過負荷持續之檢測。另一方面，於判定為累計時間tA未滿第3時間T3之情形時(於步驟S626為「否」之情形時)，判斷部1134係判斷過負荷狀態未持續(步驟S628)，並結束過負荷持續之檢測。
使用圖18進一步對上述使用位置偏差之過負荷持續檢測方法進行說明。圖18係表示發生如圖15所示之速度變化(i)~(iii)時之操作桿3實際之傾動角度與位置指令所指示之指示傾動角度之關係的圖。於圖18中，速度變化(i)係於經過時間t為2T1與3T1之間發生。而且，經過時間t為2T1時之位置偏差△θ2為0。因此，於經過時間t成為3T1之時間點，每第1時間T1會產生位置偏差△θ3。然而，由於速度變化(i)之時間積分值(對應於△θ3-△θ2)較小，因此於經過時間t成為3T1之時間點，每第1時間T1所產生之位置偏差△θ3-△θ2係成為未滿第2臨界值之值。因此，累計時間測量部1136係於經過時間t=3T1，判定為並非過負荷狀態。
另一方面，於經過時間t成為4T1之時間點，每第1時間T1所產生之位置偏差△θ4-△θ3為對應於速度變化(ii)之位置偏差，且為第2臨界值以上。其結果，將累計時間tA更新為T1。然而，於經過時間t成為5T1之時間點，每第1時間T1所產生之位置偏差△θ5-△θ4係未滿第2臨界值。其原因在於，速度變化(ii)為短期間內所產生之速度變化。於該情形時，於經過時間t=5T1，將累計時間tA重置為0。其結果，於經過時間t=5T1，判斷部1134係判定為過負荷狀態未持續。
此外，於經過時間t為5T1以後，發生速度變化(iii)。於該情形時，於經過時間t=6T1之時間點，每第1時間T1所產生之位置 偏差△θ6-△θ5係成為第2臨界值以上。其結果，將累計時間tA更新為T1。又，於經過時間t=7T1之時間點，每第1時間T1所產生之位置偏差△θ7-△θ6亦與於經過時間t=6T1之時間點每第1時間T1所產生之位置偏差△θ6-△θ5為大致相同之值，而成為第2臨界值以上。其結果，於經過時間t=7T1，將累計時間tA加上T1，並將累計時間tA更新為2T1。此處，若於累計時間tA為第3時間T3以上之情形時，判斷部1134係判定為過負荷狀態持續。
若將前述之圖15與圖18進行比較，則可知起因於速度變化(i)~(iii)所產生之反饋電流I之變化(1)~(3)係對應於每單位時間(第1時間T1)所產生位置偏差之變化量。亦即，於圖15所示之反饋電流I之變化為圖15中之(1)或(2)之情形時，每第1時間T1所產生位置偏差之變化量亦較小。另一方面，於圖15中之(3)所示反饋電流I之電流值持續增加時，位置偏差係持續增加。該情況係表示反饋電流I之變化亦可根據每單位時間所產生位置偏差之變化量來預測。亦即，起因於反饋電流I之變化所產生之自操作桿3對訓練中之肢體施加之負荷之變化，亦可藉由每單位時間所產生位置偏差之變化量來檢測。
如此，利用累計時間測量部1136測量每單位時間(第1時間T1)所產生之位置偏差為第2臨界值以上(且未滿第1臨界值)之時間，藉此可測量緩慢地變化之位置偏差持續之時間(累計時間tA)。在此同時，亦可監視起因於如速度變化(i)~(iii)之速度變化所產生對肢體施加之負荷之變化。而且，藉由測量緩慢地變化之位置偏差所持續之時間(累計時間tA)，可判定對肢體施加過度之負荷之狀態(過負荷狀態)是否持續發生。
再者，於檢測到過負荷持續時，如圖7B或圖7C所示， 於具有反饋電流檢測部1133及累計時間測量部1136兩者之馬達控制部113a(、113b、113c)中，亦可選擇根據反饋電流I來檢測過負荷持續，或者根據位置偏差來檢測過負荷持續。藉此，於因反饋電流檢測部1133之故障而無法檢測反饋電流I之情形時，或於因累計時間測量部1136(傾動角度算出部1131、位置偏差算出部1132、或第1旋轉資訊輸出感測器135a-1)之故障而無法算出位置偏差之情形時等，即可根據任一者可正常檢測或算出之測量值，而判定過負荷狀態是否持續發生。
又，上述第2臨界值為判斷為未對患者之肢體施加過度之負荷之臨界值。過負荷持續之判斷可較佳地使用於(1)對於該患者而言，所設定之訓練程式之難易度較高，而無法適當地實施該訓練程式之情形，及/或(2)於訓練裝置100內之某構成零件之壽命將至，而出現該構成零件發生故障之徵兆之情形等必須產生錯誤時。其結果，藉由過負荷持續之判斷，患者可對應於其症狀，而實施適當之訓練程式。
(6)本實施形態之效果
以下，敘述有關本實施形態之效果。訓練裝置100(訓練裝置之一例)係按照訓練程式(訓練程式之一例)訓練患者(患者之一例)之上肢及下肢之四肢的訓練裝置。訓練裝置100具備有固定框架1(固定框架之一例)、操作桿3(操作桿之一例)、X軸方向傾動馬達135b(馬達之一例)、Y軸方向傾動馬達135a(馬達之一例)、第1旋轉資訊輸出感測器135a-1(旋轉資訊輸出感測器之一例)、第2旋轉資訊輸出感測器135b-1(旋轉資訊輸出感測器之一例)、傾動角度算出部1131(傾動角度算出部之一例)、反饋電流檢測部1133(反饋電流檢測部之一例)、位置偏差算出部1132(位置偏差算出部之一例)、及判斷部1134(判斷部之一 例)。固定框架1係載置於地板面上或接近地板面而載置。操作桿3係至少繞X軸或Y軸(既定之傾動軸之一例)可傾動地被支撐於固定框架1。而且，操作桿3係保持肢體。X軸方向傾動馬達135b、Y軸方向傾動馬達135a係分別使操作桿3繞X軸及Y軸傾動。第1旋轉資訊輸出感測器135a-1、及第2旋轉資訊輸出感測器135b-1係分別輸出Y軸方向傾動馬達135a之旋轉量、及X軸方向傾動馬達135b之旋轉量。傾動角度算出部1131係根據X軸方向傾動馬達135b之旋轉量、及Y軸方向傾動馬達135a之旋轉量，算出操作桿3之傾動角度(傾動角度之一例)。反饋電流檢測部1133係檢測X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I之電流值(反饋電流值之一例)。位置偏差算出部1132係於每經過第1時間T1(第1時間之一例)時算出位置偏差(位置偏差之一例)。此處，所謂位置偏差，係指操作桿3實際之傾動角度與訓練程式所指示操作桿3之傾動角度即指示傾動角度(指示傾動角度之一例)之差。判斷部1134係於第1時間T1之期間所產生之位置偏差為第1臨界值(第1臨界值之一例)以上，或反饋電流I之電流值於第2時間T2(第2時間之一例)以上之期間為第1電流值I1(第1電流值之一例)以上之情形時判斷為錯誤。
於訓練裝置100中，於X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a控制操作桿3時，位置偏差算出部1132係於每第1時間T1算出位置偏差。而且，判斷部1134係於第1時間T1之期間所產生之位置偏差為第1臨界值以上之情形時，判斷為訓練裝置100存在有某些不良情況，或者於短時間內位置偏差已急遽地變化，而判斷為錯誤。另一方面，同樣地，於X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a控制操作桿3時，反饋電流檢測部1133係監視被 供給至X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I之電流值。而且，判斷部1134係於反饋電流I之電流值為第1電流值I1以上之狀態下持續第2時間T2以上之情形時，同樣地判斷為訓練裝置100存在有某些不良情況，或者緩慢之位置偏差已持續長時間，而判斷為錯誤。
如此，於訓練裝置100中，每第1時間T1之位置偏差之變化量被監視。因此，若第1時間T1之位置偏差之變化量較大，則判斷部1134可以第1時間T1為基準而判斷為短時間內急遽地變化之位置偏差。而且，判斷部1134可於短時間之急遽之位置偏差之變化發生時，判斷為錯誤。
又，於訓練裝置100中，藉由監視輸入至X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I之電流值，可監視X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a為了使操作桿3傾動所需要之轉矩。此外，由於訓練裝置100係將操作桿3控制為訓練程式所指示之傾動角度，因此反饋電流I之電流值係對應於位置偏差變化之大小而變化。因此，可根據反饋電流I之電流值，並根據預先決定之判斷時間，監視緩慢地變化之位置偏差之變化是否發生，或急遽地變化之位置偏差是否發生。又，於反饋電流I之電流值為第1電流值I1以上之狀態下持續第2時間T2以上之情形時，判斷部1134係產生錯誤。藉此，於判斷時間中位置偏差為固定範圍內之情形，即操作桿3(X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a)未對患者之肢體施加過度之負荷之情形，或位置偏差緩慢地變化之情形時(患者之肢體可某程度追隨操作桿3之移動而持續訓練之情形時)，判斷部1134可以使訓練持續至第2時間T2為止之方式，控制操作桿3。
操作桿3可沿著長度軸線方向(長度軸線方向之一例)伸縮。藉由操作桿3可沿著長度軸線方向伸縮，亦可實現上肢或下肢之操作桿3之長度方向之訓練。
訓練裝置100進一步具備有訓練指示部5(資訊提供部之一例)。訓練指示部5係於藉由判斷部1134而判斷為錯誤時，對使用者提供視覺性資訊或聽覺性資訊。藉此，可將訓練裝置100之狀態，即訓練裝置100所發生錯誤之情況及/或錯誤所發生之原因通知給患者或訓練裝置100之使用者。
訓練指示部5係於患者使操作桿3到達目標傾動角度(訓練程式所設定之訓練路徑中預先設定之通過點之一例)時，對使用者提供視覺性資訊及/或聽覺性資訊。藉此，使用者可得知已按照訓練程式操作操作桿3。又，於患者使操作桿3到達預先設定之通過點時，對患者提供視覺性資訊或聽覺性資訊，藉此可維持患者用以持續訓練之動機。
訓練裝置100進一步具備有反饋電流限制部1137(反饋電流限制部之一例)。反饋電流限制部1137係於判斷部1134產生錯誤之情形時，將X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a之反饋電流I之電流值限制為預先適當地設定之第2電流值I2(第2電流值之一例)。藉此，於訓練裝置100產生錯誤之情形時，可限制自X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a所輸出之轉矩。其結果，於訓練中可不對患者施加過度之負荷，而控制操作桿3進行復健。
第2電流值I2為可向X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a輸入之額定電流IR(額定電流之一例)之小於1之既定倍數a(既定倍數之一例)之電流值a×IR(電流值之一例)。藉此，額定 電流IR不會遍及長時間地被供給至X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。其結果，可不對患者施加過度之負荷，而控制操作桿3。又，可避免對訓練裝置100之控制部11施加過度之電負荷。
訓練裝置100進一步具備有累計時間測量部1136。累計時間測量部1136係測量於第1時間T1之期間所產生之位置偏差為小於第1臨界值之第2臨界值(第2臨界值之一例)以上且未滿第1臨界值之累計時間tA(累計時間之一例)。於該情形時，判斷部1134係於累計時間tA為第3時間T3(第3時間之一例)以上之情形時，判斷為錯誤。藉由累計時間測量部1136測量於第1時間T1之期間所產生之位置偏差為第2臨界值以上且未滿第1臨界值之時間，可測量緩慢地變化之位置偏差所持續之時間(累計時間tA)。又，藉由判斷部1134於累計時間tA為第3時間T3以上之情形時判斷為錯誤，可相對於緩慢地變化之位置偏差，持續訓練直至第3時間T3為止。由於第2臨界值為判斷為未對患者之肢體施加過度之負荷之臨界值，因此此時所發生之錯誤可適當地利用於對於該患者而言，所設定之訓練程式之難易度較高而無法適當地實施該訓練程式之情形，或檢測裝置內之零件有逐漸達到故障之徵兆。藉由該判斷，患者可對應於其症狀，實施適當之訓練程式。
訓練裝置100進一步具備有指令製作部111(指令製作部之一例)及馬達驅動部1135(馬達驅動部之一例)。指令製作部111係按照訓練程式，製作用以控制X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度(速度之一例)之指令速度指令(速度指令之一例)。馬達驅動部1135係根據速度指令，驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。又，速度指令至少包含使X軸方向傾動馬 達135b、及Y軸方向傾動馬達135a加速之指令即加速指令(加速指令之一例)，以及使X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a減速之減速指令(減速指令之一例)。此外，馬達驅動部1135係於加速指令執行時，以累積保持位置偏差之方式，驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。藉由使用指令製作部111所製作之至少包含加速指令及減速指令之速度指令，來驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a，X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a可對應於訓練程式與患者之操作而順利地動作。其結果，患者可依照意識操作操作桿3。又，馬達驅動部1135係以於加速指令執行時累積保持位置偏差之方式，驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a，藉此而特別於短時間容易產生位置偏差之加速指令執行時，即使於患者所進行之操作桿3起動時或停止時等發生位置偏差之情形時，患者亦可使用訓練裝置100，持續進行訓練。又，藉由累積保持位置偏差，可根據位置偏差之累積保持量，掌握訓練中患者肢體之狀況。
速度指令進一步包含定速指令(定速指令之一例)。定速指令係使X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a以固定之旋轉速度旋轉之指令。又，定速指令係配置於加速指令或減速指令之前後之任一者。又，馬達驅動部1135係於定速指令執行時，以累積保持位置偏差之方式，驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。藉由速度指令進一步包含定速指令，則即使於操作桿3以較大之傾動角度動作之情形時，亦可根據反饋電流值，使X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a以固定速度順利地動作。又，於定速指令執行時以累積保持位置偏差之方式，驅動X軸方向傾動馬 達135b、及Y軸方向傾動馬達135a，藉此，於需要相對較大之轉矩且容易產生位置偏差，例如操作桿3以較大之傾動角度動作之情形時，患者亦可使用訓練裝置100持續進行訓練。
馬達驅動部1135係於加速指令及/或定速指令執行時，以僅追隨速度指令之方式，驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。藉此，於加速指令執行時及/或定速指令執行時，可與位置偏差無關地驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。其結果，即使於需要相對較大之馬達轉矩且容易產生位置偏差，例如操作桿3以較大之傾動角度動作之情形時，患者亦可使用訓練裝置100持續進行訓練。
指令製作部111係按照訓練程式，進一步製作用以控制操作桿3之傾動角度之指令即位置指令(位置指令之一例)。又，馬達驅動部1135係於減速指令執行時，以追隨速度指令及位置指令之方式，驅動X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。藉此，馬達驅動部1135可以使操作桿3在到達由訓練程式指示之目標傾動角度為止極力減少偏差之方式，控制X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a。其結果，即便於對患者反饋操作桿3之位置資訊作為視覺性資訊之情形時，亦可較佳地利用該位置資訊。
馬達驅動部1135係於傾動角度到達指示傾動角度θd(減速開始位置之一例)時，重置已累積保持之位置偏差。藉此，於減速時，藉由使位置偏差暫時增大，可為了修正該位置偏差而抑制X軸方向傾動馬達135b、及Y軸方向傾動馬達135a之旋轉速度過度上升之情形。其結果，患者可持續進行訓練。
2.其他實施形態
以上，雖然已對本發明之一實施形態進行說明，但本發明並不限定於上述實施形態，而可於不脫離發明主旨之範圍內進行各種變更。尤其，可根據需要任意地組合記載於本說明書之複數個實施形態及變形例。
(A)關於馬達之控制之其他實施形態
於前述之第1實施形態中，僅於速度指令之減速指令執行時，以操作桿3之傾動角度追隨位置指令所指示之指示傾動角度之方式(位置控制)，控制Y軸方向傾動馬達135a(X軸方向傾動馬達135b、伸縮馬達359)。然而，並不限定於此。於速度指令之加速指令執行時及/或定速指令執行時，亦可藉由位置控制及速度控制，來控制Y軸方向傾動馬達135a(X軸方向傾動馬達135b、伸縮馬達359)。於該情形時，亦可不需要馬達驅動部1135之切換部1135-8。
於速度指令之加速指令執行時及/或定速指令執行時，藉由位置控制，來控制Y軸方向傾動馬達135a(X軸方向傾動馬達135b、伸縮馬達359)之情形時，較佳為以使操作桿3之傾動角度速度不過度地變大之方式，調整控制增益Kpp及Kip，或調整合成部1135-7中第2控制量之加權之值。藉此，可不使操作桿3之傾動角度速度過度地變大，而使操作桿3之傾動角度追隨指示傾動角度。
(B)錯誤發生時之處理之其他實施形態
於前述之第1實施形態中，於判斷部1134發現錯誤時，將輸入至Y軸方向傾動馬達135a(X軸方向傾動馬達135b、伸縮馬達359)之反饋電流I限制為第2電流值I2。然而，並不限定於此。於判斷部1134發 現錯誤時，亦可停止Y軸方向傾動馬達135a(X軸方向傾動馬達135b、伸縮馬達359)之控制(旋轉)。或者，亦可中止訓練程式。藉此，於判斷部1134發現錯誤之情形時，可確實地停止訓練裝置100。
(產業上之可利用性)
本發明可廣泛地應用於具備由馬達所驅動之操作桿，且按照既定之訓練程式訓練患者肢體之訓練裝置。

Claims (13)

  1. 一種訓練裝置，係按照既定之訓練程式，訓練使用者之上肢及/或下肢之四肢者，其具備有：固定框架，其係載置於地板面上或接近地板面而載置；操作桿，其係以至少1自由度繞既定之傾動軸可傾動地被支撐於上述固定框架，並保持肢體；馬達，其係使上述操作桿繞上述傾動軸傾動；旋轉資訊輸出感測器，其係輸出上述馬達之旋轉量；傾動角度算出部，其係根據上述馬達之上述旋轉量，算出上述操作桿之傾動角度；反饋電流檢測部，其係檢測上述馬達之反饋電流值；位置偏差算出部，其係於每次經過預先決定之第1時間時算出位置偏差，該位置偏差係上述操作桿之實際的上述傾動角度與上述訓練程式所指示之上述操作桿之傾動角度之指示傾動角度的差；及判斷部，其係於上述第1時間之期間所產生之上述位置偏差為預先決定之第1臨界值以上、或上述反饋電流值於預先決定之第2時間以上之期間為第1電流值以上時，判斷為錯誤。
  2. 如申請專利範圍第1項之訓練裝置，其中，上述操作桿可沿長度之軸線方向伸縮。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之訓練裝置，其中，進一步具備有資訊提供部，該資訊提供部係於藉由上述判斷部判斷為上述錯誤時，對使用者提供視覺性資訊或聽覺性資訊。
  4. 如申請專利範圍第3項之訓練裝置，其中，上述資訊提供部係於上述使用者使上述操作桿到達上述訓練程式所 設定之訓練路徑中預先設定之通過點時，對上述使用者提供視覺性資訊或聽覺性資訊。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之訓練裝置，其中，於藉由上述判斷部判斷為上述錯誤時，停止上述馬達之旋轉。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之訓練裝置，其中，進一步具備有反饋電流限制部，該反饋電流限制部係於上述判斷部判斷為錯誤之情形時，將上述馬達之上述反饋電流值限制為預先決定之第2電流值以下。
  7. 如申請專利範圍第6項之訓練裝置，其中，上述第2電流值為可向上述馬達輸入之額定電流小於1之既定倍數之電流值。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之訓練裝置，其中，進一步具備有累計時間測量部，該累計時間測量部係測量上述第1時間之期間所產生之上述位置偏差為小於上述第1臨界值之第2臨界值以上、且未滿上述第1臨界值時之累計時間，上述判斷部係於上述累計時間為預先決定之第3時間以上之情形時使上述錯誤產生。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之訓練裝置，其中，進一步具備有：指令製作部，其按照上述訓練程式，製作用以控制上述馬達之速度之指令，即，速度指令；及馬達驅動部，其根據上述速度指令，驅動上述馬達；且上述速度指令至少包含使上述馬達加速之指令，即，加速指令及使上述馬達減速之減速指令中之任一者， 上述馬達驅動部係於上述加速指令之執行時，以累積保持上述位置偏差之方式驅動上述馬達。
  10. 如申請專利範圍第9項之訓練裝置，其中，上述速度指令進一步包含被配置於上述加速指令或上述減速指令之前後之任一者，且使上述馬達以固定速度旋轉之定速指令，上述馬達驅動部係進一步於上述定速指令之執行時，以累積保持上述位置偏差之方式驅動上述馬達。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之訓練裝置，其中，上述馬達驅動部係於上述加速指令及/或上述定速指令執行時，以僅追隨上述速度指令之方式驅動上述馬達。
  12. 如申請專利範圍第9至11項中任一項之訓練裝置，其中，上述指令製作部係按照上述訓練程式，進一步製作用以控制上述操作桿之上述傾動角度之指令，即，位置指令，上述馬達驅動部係於上述減速指令之執行時，以追隨上述速度指令及上述位置指令之方式，驅動上述馬達。
  13. 如申請專利範圍第9至12項中任一項之訓練裝置，其中，於上述操作桿之上述傾動角度到達減速開始位置時，重置已累積保持之上述位置偏差。
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3352951B1 (en) * 2015-09-23 2019-12-25 Université catholique de Louvain Rehabilitation system and method
DE102016213964A1 (de) * 2016-07-28 2018-02-01 Kuka Roboter Gmbh Hippotherapievorrichtung
CN106344031A (zh) * 2016-08-29 2017-01-25 常州市钱璟康复股份有限公司 一种基于声音反馈的步态训练与评估系统
JP6979001B2 (ja) * 2017-10-20 2021-12-08 パナソニック株式会社 運動補助システム及びリハビリテーション支援システム
CN109674619B (zh) * 2018-11-16 2021-08-17 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 患者训练姿势可调的手腕康复机器人承载装置
CN111558202B (zh) * 2019-02-14 2021-06-29 上银科技股份有限公司 上肢训练系统及控制方法
US11123608B2 (en) 2019-03-05 2021-09-21 Hiwin Technologies Corp. Upper limb training system and control method thereof
US11433276B2 (en) 2019-05-10 2022-09-06 Rehab2Fit Technologies, Inc. Method and system for using artificial intelligence to independently adjust resistance of pedals based on leg strength
US11957956B2 (en) 2019-05-10 2024-04-16 Rehab2Fit Technologies, Inc. System, method and apparatus for rehabilitation and exercise
US11904207B2 (en) 2019-05-10 2024-02-20 Rehab2Fit Technologies, Inc. Method and system for using artificial intelligence to present a user interface representing a user's progress in various domains
US11957960B2 (en) 2019-05-10 2024-04-16 Rehab2Fit Technologies Inc. Method and system for using artificial intelligence to adjust pedal resistance
US11896540B2 (en) 2019-06-24 2024-02-13 Rehab2Fit Technologies, Inc. Method and system for implementing an exercise protocol for osteogenesis and/or muscular hypertrophy
US11071597B2 (en) 2019-10-03 2021-07-27 Rom Technologies, Inc. Telemedicine for orthopedic treatment
US11075000B2 (en) 2019-10-03 2021-07-27 Rom Technologies, Inc. Method and system for using virtual avatars associated with medical professionals during exercise sessions
US11955221B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI/ML to generate treatment plans to stimulate preferred angiogenesis
US11961603B2 (en) 2019-10-03 2024-04-16 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI ML and telemedicine to perform bariatric rehabilitation via an electromechanical machine
US11955220B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI/ML and telemedicine for invasive surgical treatment to determine a cardiac treatment plan that uses an electromechanical machine
US11887717B2 (en) 2019-10-03 2024-01-30 Rom Technologies, Inc. System and method for using AI, machine learning and telemedicine to perform pulmonary rehabilitation via an electromechanical machine
US11955223B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for using artificial intelligence and machine learning to provide an enhanced user interface presenting data pertaining to cardiac health, bariatric health, pulmonary health, and/or cardio-oncologic health for the purpose of performing preventative actions
US11978559B2 (en) 2019-10-03 2024-05-07 Rom Technologies, Inc. Systems and methods for remotely-enabled identification of a user infection
US11955222B2 (en) 2019-10-03 2024-04-09 Rom Technologies, Inc. System and method for determining, based on advanced metrics of actual performance of an electromechanical machine, medical procedure eligibility in order to ascertain survivability rates and measures of quality-of-life criteria
US11923065B2 (en) 2019-10-03 2024-03-05 Rom Technologies, Inc. Systems and methods for using artificial intelligence and machine learning to detect abnormal heart rhythms of a user performing a treatment plan with an electromechanical machine
US11069436B2 (en) 2019-10-03 2021-07-20 Rom Technologies, Inc. System and method for use of telemedicine-enabled rehabilitative hardware and for encouraging rehabilitative compliance through patient-based virtual shared sessions with patient-enabled mutual encouragement across simulated social networks
US11915816B2 (en) 2019-10-03 2024-02-27 Rom Technologies, Inc. Systems and methods of using artificial intelligence and machine learning in a telemedical environment to predict user disease states
US11101028B2 (en) 2019-10-03 2021-08-24 Rom Technologies, Inc. Method and system using artificial intelligence to monitor user characteristics during a telemedicine session
CN111449894B (zh) * 2020-03-26 2022-06-21 重庆师范大学 人体姿态操控甩脂机及电机控制器
RU2766754C1 (ru) * 2021-03-17 2022-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "АйТи Юниверс" Роботизированное устройство тренажера для реабилитации конечностей и способ его применения
CN115445169B (zh) * 2022-09-29 2023-10-13 山东省产品质量检验研究院 多功能健身器材检测设备

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5211161A (en) * 1991-01-22 1993-05-18 Compagnie Generale De Materiel Orthopedique Three axis passive motion exerciser
JP2000175979A (ja) * 1998-12-18 2000-06-27 Nagano Keiki Co Ltd 関節訓練装置
JP4259111B2 (ja) * 2002-12-27 2009-04-30 株式会社安川電機 歩行訓練装置および歩行ユニット
JP2005118466A (ja) 2003-10-20 2005-05-12 Yaskawa Electric Corp 肢体駆動装置の制御装置
JP2005211086A (ja) * 2004-01-27 2005-08-11 Yaskawa Electric Corp 歩行訓練装置
US20060293617A1 (en) * 2004-02-05 2006-12-28 Reability Inc. Methods and apparatuses for rehabilitation and training
EP1732495A4 (en) * 2004-02-05 2012-08-08 Motorika Ltd METHOD AND DEVICE FOR REHABILITATION AND TRAINING
JP2005348779A (ja) * 2004-06-08 2005-12-22 Asahi Kasei Engineering Kk 運動機能回復訓練システム
JP2008238338A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Gifu Univ 動作支援装置およびその制御方法
JP5229621B2 (ja) * 2007-08-20 2013-07-03 国立大学法人 筑波大学 装着式動作補助装置の動作補助システム及び装着式動作補助装置及び装着式動作補助装置の動作補助方法
KR20090092414A (ko) * 2008-02-27 2009-09-01 (주)휴모닉 운동 부하를 전자적으로 제어하는 운동 기구 및 이에있어서 운동 부하 제어 장치
WO2009110995A2 (en) * 2008-03-06 2009-09-11 Srivastava Varad N Biometric and low restraint continuous passive motion rehabilitation device
JP5821945B2 (ja) * 2011-02-28 2015-11-24 村田機械株式会社 上肢訓練装置
WO2012117480A1 (ja) * 2011-02-28 2012-09-07 村田機械株式会社 上肢訓練装置
JP5772947B2 (ja) 2011-02-28 2015-09-02 村田機械株式会社 上肢訓練装置
CN103006415A (zh) * 2012-12-25 2013-04-03 上海大学 上肢运动训练机器人的控制装置及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160085777A (ko) 2016-07-18
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