上肢手指機能回復訓練装置
【課題】拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる上肢手指機能回復訓練装置を提供する。
【解決手段】
回復訓練装置の拇指動作支援機構３００は、拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部の各部位にそれぞれ装着される第１装着部３２０、第２装着部３２２、第３装着部３２８を有する第１リンク機構を備える。拇指動作支援機構３００は第１支持本体３１０と、第１リンク機構と第１支持本体３１０にそれぞれ設けられ、各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前装着部を介して拇指の各関節を可動する第１可動モータ３２６、第２可動モータ３０７、第３可動モータ３３０を備える。拇指動作支援機構３００は、第１支持本体３１０を回転する第４可動モータ９４を備える。
【解決手段】
回復訓練装置の拇指動作支援機構３００は、拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部の各部位にそれぞれ装着される第１装着部３２０、第２装着部３２２、第３装着部３２８を有する第１リンク機構を備える。拇指動作支援機構３００は第１支持本体３１０と、第１リンク機構と第１支持本体３１０にそれぞれ設けられ、各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前装着部を介して拇指の各関節を可動する第１可動モータ３２６、第２可動モータ３０７、第３可動モータ３３０を備える。拇指動作支援機構３００は、第１支持本体３１０を回転する第４可動モータ９４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上肢手指機能回復訓練装置に関し、特に、正常な運動機能を有する健側の上肢手指の動きに対応させて、運動機能の回復訓練を要する患側の上肢手指を他動的に運動させ、リハビリテーションを行うことが可能な上肢手指機能回復訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三大成人病の一つとして数えられる脳卒中などの脳外科系疾患や、災害や交通事故などの人体に対して激しい衝撃が加わったことによる脊髄損傷などにより、身体（主に手足）の少なくとも一部の運動機能が著しく低下し、若しくは麻痺などによって損なわれることがある。この場合、特に脳卒中などの脳外科系疾患疾患の場合、全身の運動機能の全てが損なわれることはなく、いずれか一方の半身（左半身若しくは右半身）の運動機能が損なわれることが一般的である。なお、正常な運動機能を有する半身側を「健側（健常側）」、一方、運動機能が低下し、機能回復訓練等が必要な親身側を「患側」と呼称することが、医療関係者の間に一般的に定義されとおり、本明細書中においても掛かる定義に基づいて以下の説明を行うものとする。
【０００３】
一般に、いずれか一方の半身の運動機能が低下した患者は、身体の運動機能の回復を行うために、種々のリハビリテーション等の機能回復訓練を行うことがある。このとき、リハビリテーションはリハビリテーション専門医或いは理学療法士などの専門的技術を有する医療スタッフの在籍する医療施設で行われることが多い。そして、係る医療スタッフによって各患者の運動機能を回復状況に応じて適切にプランニングされたリハビリテーションプログラム（メニュー）に則して、上述のリハビリテーションが行われている。
【０００４】
前述したリハビリテーションの場合、患者は医療スタッフのいる専用の医療施設迄通院する必要がある。このため、１日に何回もリハビリテーションを受けることが難しくなり、この結果、回復の遅れが生じたり若しくは回復できるものもできなくなってしまうことがある。このため、リハビリテーションに関しては、患者が一人で手軽に、一日に何回でも、できれば自宅で行うことができる装置があることが好ましい。
【０００５】
ところで、上肢運動すなわち、肩、肘、及び手関節の動作を補助するリハビリテーション機器は、開発例が多くあり、製品化もなされている。一方、手指のリハビリテーション機器は、５本の指を全ての関節を一度に屈曲伸展させるＣＰＭ装置しか製品化されていないのが現状である。
【０００６】
そこで、出願人は、既に特許文献１の上肢手指リハビリシステムを提案している。このシステムは、脳卒中のように例えば右側半分といったような、左右のどちらか一方の半身に疾患が現れる場合、正常な健側の運動をもとに、患側の訓練運動を教示するように左右対称マスタ−スレーブ型の上肢手指リハビリシステムである。このシステムに使用されている上肢手指機能回復訓練装置に患側の手指を付けることにより健側上肢手指の運動と同じ運動を他動的に患側上肢手指に対して無理なく行わせることができる。
【０００７】
なお、特許文献２は、ロボット型ハンドを用いて脳機能障害による手指の運動機能異常を計測し、手指運動軌跡と脳波活動状態をモニタすることによって、身体障害の程度を予測して、回復訓練プログラムの作成等を行うものであるが、上肢手指、特に拇指に取り付けされる動作支援機構の具体的な構成に関しては何ら開示がされていない。
【特許文献１】特開２００４−２６７２５４号公報
【特許文献２】特開２００３−５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の上肢手指機能回復訓練装置では、拇指と拇指以外の他の４本の指にそれぞれ取着される動作支援機構はいずれも同じ構成となっており、拇指の対立運動が考慮されていないため、拇指の運動が制限され、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が困難である問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる上肢手指機能回復訓練装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために請求項１の発明は、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指に装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置において、拇指の末節部、基節部、及び中手骨部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第１リンク機構と、前記第１リンク機構を回動自在に支持する第１支持本体と、前記第１リンク機構と前記第１支持本体にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記拇指の各関節を可動する複数の第１リンク機構用可動モータと、前記第１支持本体を回転する内外転用可動モータとを含む拇指動作支援機構を備え、前記内外転用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が頂点を前記第１支持本体に固定した円錐運動をなし、前記第１支持本体に設けられた第１リンク機構用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が前記円錐運動の頂角を変えることを特徴とする上肢手指機能回復訓練装置を要旨とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第１リンク機構の複数の装着部は、前記拇指の末節部に装着される第１装着部と、前記拇指の基節部に装着される第２装着部と、前記拇指の中手骨部に装着される第３装着部とを含み、前記第１リンク機構の複数のリンクアーム部は、先端に前記第１装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第１曲折部によって曲折自在に形成される第１リンクアーム部と、先端に前記第２装着部と前記第１リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第２曲折部によって曲折自在に形成される第２リンクアーム部と、先端に前記第２リンクアーム部の基端が回動自在に連結され、前記第３装着部が取付けされた第３リンクアーム部を含み、
前記第１リンク機構の第１〜３リンクアーム部が、前記第１〜３装着部を介して拇指に装着された際、前記第１装着部、前記第１リンクアーム部、前記第２装着部と拇指で囲まれる第１閉ループと、前記第２装着部、前記第２リンクアーム部、前記第３装着部と拇指で囲まれる第２閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、上肢手指機能回復訓練装置 前記拇指動作支援機構は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体を備え、前記第１支持本体は、前記内外転用可動モータに回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置することを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、さらに、拇指以外の指の動作を支援する指動作支援機構を少なくとも１つ有し、前記指動作支援機構は、該指の中節部、及び基節部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第２リンク機構と、前記第２リンク機構を回動自在に支持する第２支持本体と、前記第２リンク機構と前記第２支持本体にそれぞれ設けられ、第２リンク機構の各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記指の各関節を可動する複数の第２リンク機構用可動モータを含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４において、前記第２リンク機構の複数の装着部は、前記指の中節部に装着される第４装着部と、前記指の基節部に装着される第５装着部とを含み、前記第２リンク機構の複数のリンクアーム部は、先端に前記第４装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第３曲折部によって曲折自在に形成される第４リンクアーム部と、先端に前記第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第４曲折部によって曲折自在に形成される第５リンクアーム部を含み、前記第２リンク機構の第４，５リンクアーム部が、前記第４，５装着部を介して指に装着された際、前記第４リンクアーム部と指のＰＩＰ関節を含む第３閉ループと、前記第５リンクアーム部と、指のＭＰ関節を含む第４閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５において、運動機能の回復訓練を要する患側の前腕に装着する前腕動作支援機構と、手関節動作支援機構とを有し、前記前腕動作支援機構は、前記前腕を通す部位を有するとともに支持台に対して往復回動自在に支持されて、該部位に通される該前腕の回内・回外を支援する前腕支持部と、前記前腕支持部を回動駆動する第１駆動モータと含み、前記手関節動作支援機構は、前記第１リンク機構の第１支持本体と前記第２リンク機構の第２支持本体を支持するとともに、該第１支持本体と第２支持本体を該前腕支持部の回転中心線を含む面に沿って往復移動可能に、前記前腕支持部に対して、往復移動自在に支持された移動部材と、該移動部材を前記往復移動のために駆動する第２駆動モータとを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６において、前記手関節動作支援機構には、前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出を行う第１トルクセンサと、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出を行う第２トルクセンサが設けられたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項６又は請求項７において、前記前腕支持部は、円弧状に延びるガイド部を有するとともに、前記支持台に対して回転自在に支持されて前記ガイド部が円弧状の軌跡を有するように移動可能な可動ガイド体と、前記可動ガイド体のガイド部にてガイドされて回転自在に支持されるとともに前記前腕を通す部位が断面凹状をなす前腕支持体とにより構成され、前記第１駆動モータと前記可動ガイド体間及び前記第１駆動モータと前記前腕支持体間には、それぞれ前記可動ガイド体と前腕支持体に対して同方向の回転量を付与する第１及び第２駆動力伝達機構が設けられ、前記第２駆動力伝達機構の前記前腕支持体に付与する回転量は、前記第１駆動力伝達機構の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項において、前記各装着部には、力覚センサが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、内外転用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が頂点を前記支持本体に固定した円錐運動が可能となり、前記支持本体に設けられたリンクアーム用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が前記円錐運動の頂角を変えることができる。この結果、拇指の対立運動の動作支援を行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる。
【００２０】
又、特許文献１の技術では、第２装着部に相当する部材と第１リンクアームに相当する部材の基端が同軸にて回動自在に連結されていないため、構造が複雑になり、大型化する問題があったが、請求項２の発明によれば、第２装着部と前記第１リンクアーム部の基端が同軸にて連結されている結果、第１閉ループと第２閉ループとが干渉しないため、拇指のＩＰ関節の動作支援を行う可動モータを独立して制御することが実現できる。又、第１リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体を備え、前記第１支持本体は、前記内外転用可動モータに回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置する。この頂点は、第１支持本体ガイド体内に患側上肢手指の手首が配置されることにより、その手首内部に位置することになる。この結果、円錐運動の頂点が位置することにより、拇指の対立運動の動作支援を拇指に無理な負荷を掛けることなく行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、拇指動作支援機構による拇指の対立運動の動作支援とともに、指動作支援機構を有することにより、物を摘む動作を支援することができる。
特許文献１の技術では、第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されていないため、構造が複雑になり、大型化する問題があったが、請求項４の発明では、第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて連結されている結果、第３閉ループに相当するループと第４閉ループに相当する閉ループとは、第３閉ループと第４閉ループとが干渉しないため、指のＰＩＰ関節の動作支援を行う可動モータを独立して制御することが実現できる。又、第２リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、前記前腕動作支援機構により、前腕の回内・回外を支援できるとともに、手関節動作支援機構により、手関節の伸展屈曲運動を支援できる。このとき、前腕の回内又は回外した状態、或いは手関節の屈曲又は伸展した状態で、拇指の対立運動の動作支援を行うことができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、第１トルクセンサにより前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出ができるとともに、又、第２トルクセンサにより、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出ができる。これらのトルクセンサにより、手関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらのトルクセンサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、第２駆動力伝達機構の前記前腕支持体に付与する回転量を前記第１駆動力伝達機構の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くして可動ガイド体を回転移動させることにより、可動ガイド体と同方向に回転する前腕支持体をガイドすることができる。この結果、可動ガイド体を大きくする必要がなく、上肢手指機能回復訓練装置を小型化できる。
【００２６】
請求項８の発明によれば、各装着部に設けられた力覚センサにより指関節の運動時に生ずるトルクの検出ができる。これらの力覚センサにより、拇指や或いは指の関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらのトルクセンサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、力覚センサが各装着部に設けられていることにより、指関節の運動時に生ずる力の検出ができる。これらの力覚センサにより、拇指や或いは指の関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらの力覚センサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した上肢手指リハビリシステムに使用される上肢手指機能回復訓練装置に具体化した第１実施形態を図１〜２３を参照して説明する。
【００２９】
まず、上肢手指リハビリシステムの概要を図２１を参照して説明する。
上肢手指リハビリシステム１は患者ＣＫの正常な運動機能を有する肩から指先までの健側上肢手指６を被覆するように装着され、患者ＣＫの意志により動かされる健側上肢手指６の動きを検出可能な運動検出装置２と、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指５に装着され、患側上肢手指５を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置４を備える。以下、上肢手指機能回復訓練装置を単に回復訓練装置という。そして、上肢手指リハビリシステム１は、運動検出装置２及び回復訓練装置４と電気的に接続され、健側上肢手指６の動きに対応させて、患側上肢手指５の動きを制御する制御装置３を有している。
【００３０】
なお、図２１は本発明の上肢手指リハビリシステム１の概略構成の一例を示したものであり、各構成要素（運動検出装置２、制御装置３、回復訓練装置４）の形状及び構造等を特に限定するものではない。また、図２１では、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１を適用し、電子楽器Ｅの鍵盤Ｋを健側上肢手指６及び患側上肢手指５によってそれぞれ押す（叩く）動作を行わせ、患側上肢手指５の動きに目的若しくは目標を持たせるようにして、運動機能の回復を行わせるものであってもよい。
【００３１】
次に図２２を参照して、運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの電気的構成について説明する。運動検出装置２は、装着された健側上肢手指６の肩、肘、手首、及び指などの可動する各々の関節の関節角度を検知する角度検知センサ７を含んで構成される角度検知手段８と、角度検知手段８によって検知された関節角度を信号変換処理し、角度データ９として制御装置３に対して送出する角度データ送出手段１０とを有する。
【００３２】
なお、運動検出装置２は、例えば、健側上肢手指６の肩から先の部位を被覆することができるような略グローブ形状のもので構成されたものが利用可能である。そして、健側上肢手指６の関節角度を角度検知センサ７によって検知することにより、健側上肢手指６の動きを認識することができる。なお、角度検知センサ７を含む角度検知手段８は、健側上肢手指６の各関節の関節角度を予め設定した単位時間毎（例えば、０．１ｓ間隔など）に検知するものである。角度データ送出手段１０は、検知した結果を逐次、制御装置３に対して角度データ９として送出する。これにより、単位時間当たりの関節角度の変位量及び変位方向を認識することが可能となり、健側上肢手指６の連続的な動きを運動検出装置２は捉えることができる。
【００３３】
又、制御装置３は運動検出装置２からの角度データ９を受付ける角度データ受付手段１１と、該角度データ９に基づいて患側上肢手指５を運動させるための制御データ１２を生成する制御データ生成手段１３と、該制御データ１２を回復訓練装置４に対して送出する制御データ送出手段１４を備えている。又、制御装置３は回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５に関する患側関節角度等の患側角度データ１５を受付ける患側角度データ受付手段１６を備える。又、制御装置３は、前記患側角度データ１５により健側上肢手指６の各関節角度と対応する患側上肢手指５の各患側関節角度等との間の誤差を検出し、角度補正データ１７を生成する角度補正データ生成手段１８を備えている。さらに、制御装置３は、前記角度補正データ１７及び力覚データ２０（後述する）に基づいて制御データ１２の補正を行う補正手段１９と、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５の運動によって生じる力を示す力覚データ２０を受付ける力覚データ受付手段２１とを備えている。
【００３４】
次に、回復訓練装置４の構成中、主に電気的構成について説明する。回復訓練装置４は、制御装置３から送出された制御データ１２を受付ける制御データ受付手段２２と、該制御データ１２に基づいて患側上肢手指５を他動的に動かして訓練を行う訓練機構部２３と、訓練機構部２３の作動に基づいて変位する患側関節角度等を検知する患側角度検知手段２４を備えている。
【００３５】
又、回復訓練装置４は、前記訓練機構部２３によって動く患側上肢手指５に生じる力、及びトルクを検知する力及びトルク検出手段２５と、検知した患側関節角度等に係る患側角度データ１５を、制御装置３に対して送出する患側角度データ送出手段２６を備える。さらに、回復訓練装置４は検知した力に係る力覚データ２０及びトルクデータを制御装置３に対して送出する力覚データ及びトルクデータ送出手段２７を備えている。
【００３６】
次に、回復訓練装置４のハード構成を図１〜２０を参照して説明する。
回復訓練装置４は、図１に示すように支持台３０に設けられた前腕の回内・回外を支援する前腕動作支援機構１００と、手関節の屈曲・伸展を支援する手関節動作支援機構２００と、拇指の動作を支援する拇指動作支援機構３００と、拇指以外の第２〜４指のそれぞれの動作を支援する指動作支援機構４００等を備えている。これらの前腕動作支援機構１００，手関節動作支援機構２００，拇指動作支援機構３００，指動作支援機構４００等により前記訓練機構部２３が構成されている。なお、前腕の回内・回外とは、図２３（ａ）に示すように前腕Ｈｚを前方へ突き出した状態で人体側に回転する動作を回内、その反対側に回転する動作を回外という。又、手関節の屈曲・伸展は、図２３（ｂ）に示すように手首Ｈｎを反らせる動きを伸展、手首Ｈｎを伸展と反対側に曲げる場合を屈曲という。
【００３７】
（前腕動作支援機構１００）
前腕動作支援機構１００について説明する。
図１、２に示すように支持台３０上面には前腕位置規制部３１が設けられている。前腕位置規制部３１は支持台３０上面に固定された半円弧状をなす下部ホールド部材３２と、下部ホールド部材３２の両端上部に回動自在にそれぞれ取付されるとともに四半円弧状をなす一対の上部ホールド部材３３，３４とにより構成されている。上部ホールド部材３３，３４は、上部に設けられたパッチン錠３５が施錠されることにより閉じられた状態で保持可能となっている。そして、上部ホールド部材３３，３４が閉じられた状態では、図２に示すように下部ホールド部材３２、上部ホールド部材３３，３４の内周面３２ａ，３３ａ，３４ａにより断面円状の腕保持面が形成され、前腕を差し入れた際に前腕の左右、上下方向の位置規制を行う。以後、前記断面円状の腕保持面の曲率中心を通過する中心線にはＯの符号を付す。
【００３８】
なお、説明の便宜上、図１に示すように、回復訓練装置４は、前腕位置規制部３１に対して腕を差し入れる側を後とし、１８０°反対側を前とし、回復訓練装置４を後部側から見て右側を右とし、左側を左という。
【００３９】
図４、図５に示すように支持台３０の前側壁３６と中央側壁３７の両上部には一対の固定ガイド板３８が固定されている。図８に示すように固定ガイド板３８の上縁は円弧状に凹設されている。そして、両固定ガイド板３８は対向して配置されるとともに対向面の上部には合成樹脂からなる円弧状のガイド部材３８ａが前記円弧状に凹設された上縁に沿って固定されている。又、図５、図８に示すようにガイド部材３８ａから若干離間した位置には、互いに離間して配置された複数のガイドローラ３８ｂがガイド部材３８ａに沿うように取付けされている。
【００４０】
前記一対のガイド部材３８ａ間には、図５に示すように可動ガイド体４１が介在配置されている。可動ガイド体４１は、同図に示すように円弧状をなす一対の側壁４２と、両側壁４２間を連結するとともに円弧状をなす底壁４３とから構成されている。可動ガイド体４１は側壁４２の外側面に形成された段部にて固定ガイド板３８のガイドローラ３８ｂに回動自在に支持されるとともに側壁４２の外側面上部がガイド部材３８ａに対して摺接されている。すなわち、可動ガイド体４１は図６、図８に示すように固定ガイド板３８のガイドにより、中心線Ｏを回転中心として往復回動自在に支持されている。
【００４１】
なお、図５、図６に示すように可動ガイド体４１は、ガイド部材３８ａとガイドローラ３８ｂ間に位置するように側壁４２の外側面に形成された円弧状の突条４２ａにより、固定ガイド板３８からの脱落が防止されている。
【００４２】
各側壁４２は、その外周面にセクタギヤ４４が形成されるとともに、互いに対向する内側面にガイド溝４５が凹設され、左右の両端に向かって円弧状に延出されている。
又、底壁４３の内面にはガイド溝４６が凹設されて左右の両端に向かって円弧状に延出されている。ガイド溝４５，４６は、ガイド部に相当するとともに可動ガイド体４１が中心線Ｏを回動中心として回動した際に、円弧状の軌跡を描く。
【００４３】
可動ガイド体４１内には、前腕支持体４７が配置されている。前腕支持体４７は半円筒状に形成されることにより内周面は断面凹状に形成されている。断面凹状の形状は、腕を通すことが可能な凹状であれば形状を限定するものではないが、本実施形態では断面半円状をなす。又、前腕支持体４７は下部ホールド部材３２と近接してその内周面が下部ホールド部材３２の内周面３２ａと同一高さとなるように設けられている。前腕支持体４７の内周面は前腕を通す部位に相当する。そして、前腕支持体４７に通された前腕を前腕支持体４７に置くことにより支持可能である。
【００４４】
図４，図５，及び図８に示すように前腕支持体４７の外周にはその周方向に延出された嵌合部材４８が固定されている。嵌合部材４８は、可動ガイド体４１の側壁４２間と底壁４３により形成される嵌合空間４１ａに移動自在に嵌入されている。又、図５、図７に示すように嵌合部材４８の外周面、及び前後両側面には前記周方向に沿って複数のローラ４９が設けられ、該ローラ４９は図５に示すようにガイド溝４５，４６内に転動可能に配置されている。そして、図７に示すように前腕支持体４７は可動ガイド体４１によりガイドされて、前記中心線Ｏを回転中心線として回動可能にされている。
【００４５】
前腕支持体４７の前部外周には、図４，図９，図１２に示すように外周部に歯を有するアームギヤ５０が固定されている。アームギヤ５０の前面には、支持板５１が固定されている。支持板５１は、図１２に示すように前腕支持体４７の内周面と合致する凹部５１ａが形成されている。なお、図１２は説明の便宜上、支持板５１は略左半分のみ図示されている。
【００４６】
前記前腕支持体４７により前腕支持部が構成されている。
次に、可動ガイド体４１と前腕支持体４７を作動する機構について説明する。
図２，図３に示すように支持台３０内において、下部には第１駆動モータとしての前腕支援用モータ５２が設けられている。又、支持台３０内において、中央の下部及び上部には主軸５３、及び副軸５４が回動自在に支持されている。
【００４７】
前腕支援用モータ５２の出力軸と主軸５３の後端に固定されたプーリ５５、５６間には、タイミングベルト５７が巻回され、支持台３０に設けられたテンションプーリ５８にて張力が付与されている。又、図２，図４に示すように副軸５４の後端に設けられたプーリ５９と、主軸５３のプーリ５６間にはタイミングベルト６０が巻回されている。副軸５４には、図４，図６に示すように可動ガイド体４１の一対のセクタギヤ４４にそれぞれ噛合された一対のギヤ６１が固定されている。
【００４８】
プーリ５５，５６、５９，タイミングベルト５７，６０，主軸５３，副軸５４，ギヤ６１により、前腕支援用モータ５２から可動ガイド体４１に駆動力を伝達して可動ガイド体４１に対し回転量を付与する前記第１駆動力伝達機構Ｋ１が構成されている。
【００４９】
又、図１，図８，図１２に示すように支持台３０の左右両側壁には、一対の回転軸６２をそれぞれ回動自在に支持する取付板６３がそれぞれ固定されている。図１０、図１１に示すように回転軸６２の前端にはギヤ６４が固定され、後端にはプーリ６５が固定されている。一対のギヤ６４はアームギヤ５０に対して噛合可能に配置されている。すなわち、アームギヤ５０が前腕支持体４７と一体に回動した際に、少なくともいずか一方の６４はアームギヤ５０に対して噛合されるように配置されている。又、前記プーリ５６と同軸となるように主軸５３の後端に固定されたプーリ６６と、支持台３０の側壁に設けられた一対の方向転換プーリ６７、及び前記一対のプーリ６５間には図９に示すようにタイミングベルト６８が巻回されている。
【００５０】
プーリ６５，６６、主軸５３、回転軸６２、ギヤ６４により、第２駆動力伝達機構Ｋ２が構成されている。
そして、第２駆動力伝達機構Ｋ２が前腕支持体４７に付与する回転量（すなわち作動角度）が、第１駆動力伝達機構Ｋ１が可動ガイド体４１に付与する回転量（すなわち作動角度）よりも多くなるように、プーリ６６の径はプーリ５６よりも大径にされるとともに、ギヤ６１，６４、セクタギヤ４４，アームギヤ５０の歯数の関係が設定されている。本実施形態では、図１３（ａ）〜（ｆ）に示すように可動ガイド体４１及び前腕支持体４７が回転するように前記プーリ６６の径はプーリ５６よりも大径にされるとともに、ギヤ６１，６４、セクタギヤ４４，アームギヤ５０の歯数の関係が設定される。
【００５１】
なお、図１３（ａ）〜（ｆ）は、（可動ガイド体４１，前腕支持体４７）の作動角が（０°，０°），（１５°，３６°），（３０°，７２°），（４５°，１０８°），（６０°，１４４°），（７５°，１８０°）となっていることを図示したものであり、本実施形態では、前方から回復訓練装置４を見た状態で示している。すなわち、本実施形態では、時計回り方向に可動ガイド体４１が作動角０〜７５°回動する際に、前腕支持体４７は作動角０°〜１８０°回転するとともに、図示はしないが反時計回り方向に同様に可動ガイド体４１が作動角０〜７５°回動する際に、前腕支持体４７は作動角０°〜１８０°回転する。すなわち、前腕支持体４７の作動角の範囲は±１８０°の範囲とされ、可動ガイド体４１の作動角の範囲は±７５°の範囲とされている。なお、本実施形態では可動ガイド体４１の作動角を±７５°の範囲としているが、±９０°の範囲であればよい。
【００５２】
上記のように前腕支持体４７の作動角は左右両手の装着を可能とするように作動角±１８０°（回復訓練装置４の前方見て時計回り方向を+とする）とし、この動作範囲を確保するために、可動ガイド体４１と前腕支持体４７とにより二階建て構造にして、それぞれをギヤにより作動するようにしている。又、手の装着時は、前腕支持体４７が図１３（ａ）に示す位置に位置することにより上方を開放して手の装着を容易にされている。
【００５３】
又、可動ガイド体４１（すなわち、セクタギヤ４４）の作動角は、このような範囲に設定されることにより、手関節が１８０°回転（手のひらを天側に向けた状態から地側に向けた状態の回転）した際、前腕支持体４７による腕の支持が可能とされている。この結果、手のひらを天側に向けた初期状態から１８０°回転した手のひらを地側に向ける状態までの追従に装置を対応させることができる。
【００５４】
本実施形態では、前腕動作支援機構１００は、可動ガイド体４１と前腕支持部としての前腕支持体４７と、第１駆動モータとしての前腕支援用モータ５２、第１駆動力伝達機構Ｋ１及び第２駆動力伝達機構Ｋ２とにより構成されている。そして、前腕動作支援機構１００は上記のように構成されていることにより前腕の回内・回外を支援することが可能となっている。
【００５５】
（手関節動作支援機構２００）
次に手関節動作支援機構２００を図１、図１４〜１６を参照して説明する。
ここで、まず人間の手関節について説明する。人間の手関節は、図２３（ｂ）に示す屈曲・伸展と、図２３（ｃ）に示す橈屈・尺屈、及び図２３（ａ）に示す前腕の回内・回外（ひねり）の動きがある。手指のリハビリでは、手関節の屈曲・伸展と前腕の回内・回外（ひねり）の運動の効果が大きい。手関節動作支援機構２００は、手関節の屈曲・伸展の動作の補助、すなわち支援のために機能する。又、前記前腕動作支援機構１００は、前腕の回内・回外（ひねり）の支援のために機能する。
【００５６】
図１、図１６に示すように、支持板５１の一端部側上部前面には、ブラケット７０が図示しないボルトが図１２に示すボルト孔５１ｂに螺着されることにより着脱自在に取着されている。なお、本実施形態では、右手前腕を前腕位置規制部３１及び前腕支持体４７に通すために、支持板５１の右端部上部前面にブラケット７０が取り付けされている。しかし、図１に示すように支持板５１の左端部上部前面にも上下一対のボルト孔５１ｂが設けられているため、該ボルト孔５１ｂ及び図示しないボルトを使用して支持板５１の左端部上部前面に対してもブラケット７０が取付可能である。なお、ブラケット７０が図１の取付状態から、支持板５１の左端部上部前面に対して取付される場合は、ブラケット７０は上下反転した状態で該左端部上部前面に取付される。この場合は、左手に対して使用することができる回復訓練装置４となる。
【００５７】
前記ブラケット７０には、第２駆動モータとしての手関節モータ７１が前腕位置規制部３１と前腕支持体４７と併設方向に平行に配置されている。又、ブラケット７０には両端にベベルギヤ７２と平歯車７３を有したギヤ軸７４が回動自在に支持されている。そして、ベベルギヤ７２は、手関節モータ７１の出力軸に固定されたベベルギヤ７５が噛合されている。
【００５８】
ブラケット７０の前面には、円弧状（すなわち、Ｃ字状）をなす移動部材としてのギヤ体７６が図１５に示すようにその曲率中心Ｏ１を回転中心とするように回転自在に支持されている。すなわち、ギヤ体７６は、前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）を含む面に沿って往復移動可能に、前腕支持体４７に対して、往復移動自在に支持されている。又、ギヤ体７６は、図１５に示すように曲率中心Ｏ１を通過するギヤ体７６の中心線が前腕支持体４７よりも前方に位置するように、かつ、該中心線が可動ガイド体４１や前腕支持体４７の回転中心となる中心線Ｏと直交して通過するように配置されている。ギヤ体７６はＣ字状に形成されていることにより、ギヤ体７６で囲まれる空間を後述する拇指動作支援機構３００の移動ができる許容空間とすることができ、この結果、拇指動作支援機構３００との干渉が防止され、拇指動作支援機構３００の動きに支障がないようにされている。
【００５９】
ギヤ体７６の内周面には内歯が形成され、前記平歯車７３と噛合されている。そして、手関節モータ７１の駆動により、ベベルギヤ７５，７２、平歯車７３を介してギヤ体７６が前記曲率中心Ｏ１を中心に往復回転される。
【００６０】
本実施形態では、手関節動作支援機構２００は、前腕支持体４７（前腕支持部）に対してブラケット７０を介して往復移動自在に設けられた移動部材としてのギヤ体７６と、手関節モータ７１と、手関節モータ７１からギヤ体７６に回転トルクを伝達するギヤ列（ベベルギヤ７５，７２、平歯車７３）とから構成されている。
【００６１】
なお、本実施形態では、手関節モータ７１とギヤ体７６間をベベルギヤ７５，７２、平歯車７３からなるギヤ列からとから構成したが、これらのギヤに限定されるものではなく、手関節モータ７１とギヤ体７６間の配置位置に応じて適宜の種類のギヤにてギヤ列を構成してもよい。
【００６２】
手関節動作支援機構２００のギヤ体７６は、手関節モータ７１の駆動により、曲率中心Ｏ１を回動中心として回転されて、人間の手関節の動作域をカバーするように屈曲・伸展において、それぞれ０°〜９０°の可動域が得られるように設定されている。
【００６３】
（指動作支援機構４００）
次に、指動作支援機構４００を図１、図１４、図１５、図１７及び図１８を参照して説明する。
【００６４】
前記ギヤ体７６の下端には、ブラケット８０が固定されている。ブラケット８０は、ギヤ体７６に固定されるとともに下方へ延出された断面四角形状の支持柱部８１と、該支持柱部８１の下端から図１５に示すように前方へ延出された屈曲部８２とからなる。
【００６５】
ここで、支持柱部８１の左右両面は、前腕の回内・回外時に歪みが生ずる部位である。又、支持柱部８１の前後両面は、手関節の屈曲・伸展時に歪みが生ずる部位である。そこで、支持柱部８１の左右両面及び前後両面には、図１、図１４、図１５に示すようにそれぞれトルクセンサＴＳ１，ＴＳ２（力及びトルク検出手段２５）が貼着されている。トルクセンサＴＳ１は、前腕の回内・回外時に生ずる回内回外転トルクを検出する。又、トルクセンサＴＳ２は、手関節の屈曲・伸展時に生ずる屈曲伸展トルクを検出する。これらの検出したトルクにより、前腕や手関節のインピーダンスに応じた動作の支援ができ、さらにこれらのトルクセンサＴＳ１，ＴＳ２の検出を利用して、過大な補助力を抑制することが可能となる。トルクセンサＴＳ１は第１トルクセンサに相当し、トルクセンサＴＳ２は第２トルクセンサに相当する。
【００６６】
屈曲部８２には上方へ延びる８３ａを備える取付板８３に対し、該長孔８３ａに挿通されるボルト８３ｂの締付けによりハンドベース８４が位置調節自在に固定されている。このようにして使用する人間の手の大きさに応じてハンドベース８４の取付位置を調節するために、本実施形態では、長孔８３ａによる調節部が設けられている。なお、調節部の構成はこの構成に限定されるものではない。ハンドベース８４は図１４に示すように取付板８３に取付けされる取付部８４ａと、該取付部８４ａから前腕支持体４７の前方に位置するように水平に延出された機構支持板部８４ｂからなる。機構支持板部８４ｂ上には、手の第２指〜第５指用の指動作支援機構４００が併設されている。
【００６７】
第２指〜第５指用の各指動作支援機構４００は同一構成であるため、第２指用の指動作支援機構４００について説明し、他の指動作支援機構４００等についての説明は省略する。
【００６８】
指動作支援機構４００は、患側上肢手指５の指ＦのＰＩＰ関節、及びＭＰ関節をそれぞれ可動させ、各指Ｆの運動機能の回復訓練を実施することができるものである。なお、本明細書では、「指」と単にいうときは、第２指〜第５指のことをいい、第１指については拇指という。
【００６９】
図１、図１５及び図１７に示すように、指動作支援機構４００の第２支持本体４１０は四角筒状のケース４０５と、該ケース４０５の前部に固定された支持側壁４０６とからなり、前記機構支持板部８４ｂに固定されている。第２支持本体４１０は図１５に示すように患側上肢手指５の手首から先の部位を支持し、患側上肢手指５を訓練の間、所定の高さに保持することが可能である。
【００７０】
指動作支援機構４００は、支持側壁４０６に設けられた揺動連結部４１２と、揺動連結部４１２により左右方向に揺動可能な第５リンクアーム部４１４と、第５リンクアーム部４１４の一端に連結された第４リンクアーム部４１６とを有する。第５リンクアーム部４１４と第４リンクアーム部４１６は直列に接続されて第２リンク機構を構成し、それぞれがリンクアーム部に相当する。
【００７１】
図１７に示すように第４リンクアーム部４１６は中間部としての略中央近傍に位置する第３曲折部４１８によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク４１６ａと後部リンク４１６ｂとから構成されている。前部リンク４１６ａの先端には、指ＦのＤＩＰ関節及びＰＩＰ関節の間に面ファスナー（図示しない）等の周知の固定手段を介して装着される第４装着部４２０が回動自在に連結されている。
【００７２】
第５リンクアーム部４１４は、図１７に示すように、中間部としての略中央近傍に位置する第４曲折部４２４によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク４１４ａと後部リンク４１４ｂとから構成されている。前部リンク４１４ａの先端は第４リンクアーム部４１６の後部リンク４１６ｂと第５装着部４２２が軸４１４ｃにより同軸で互いに回動自在に連結されている。第５装着部４２２は指ＦのＰＩＰ関節及びＭＰ関節の間に第４装着部４２０と同様の固定手段を介して装着される。
【００７３】
前部リンク４１４ａ内には、第２リンク機構用可動モータとしての第５可動モータ４２６が装着されている。第５可動モータ４２６は第４リンクアーム部４１６の後部リンク４１６ｂの後端と、互いに噛合する歯車列（図示しない）からなる第５伝達機構Ｍ５を介して作動連結され、第４リンクアーム部４１６及び第４装着部４２０を介して指ＦのＰＩＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。第５可動モータ４２６の駆動により第４リンクアーム部４１６は、軸４１４ｃの回りαに所定の可動範囲で運動する。
【００７４】
又、ケース４０５内には、支持側壁４０６に支持された第２リンク機構用可動モータとしての第６可動モータ４０７及び第７可動モータ４０８が収納されている。
支持側壁４０６に設けられた揺動連結部４１２は、一方向に延出されるとともに支持側壁４０６に対して揺動自在に支持された軸体４１２ａと、軸体４１２ａに対し直交する方向に設けられ、かつ回動自在に支持されるとともに第５リンクアーム部４１４の後部リンク４１４ｂに一体に連結された軸体４１２ｂを有する。
【００７５】
第６可動モータ４０７は、軸体４１２ｂと自身の出力軸間に設けられた歯車機構（以下、第６伝達機構Ｍ６という）、第５リンクアーム部４１４及び第５装着部４２２を介して指ＦのＭＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。そして、第６可動モータ４０７は、第５リンクアーム部４１４を軸体４１２ｂの回りβで所定の可動範囲で運動させる。
【００７６】
第７可動モータ４０８は、軸体４１２ａと自身の出力軸間に設けられた歯車機構（第７伝達機構Ｍ７）、軸体４１２ａ、４１２ｂａを介して第５リンクアーム部４１４を左右方向（図１７の矢印方向）に揺動させ、第４装着部４２０及び第５装着部４２２が装着された指Ｆを、ＭＰ関節を回動軸として左右方向に揺動させる。
【００７７】
又、第４装着部４２０内及び第５装着部４２２内のそれぞれには、指Ｆの各関節ＰＩＰ，ＭＰの動きによって生じる力を検知し、力覚データ２０として認識する力覚センサ４３０（すなわち、力及びトルク検出手段２５）が内設されている。
【００７８】
上記構成により、第２指〜第５指用の指動作支援機構４００は、患側上肢手指５を種々の態様に変位させることができる。これにより、患側上肢手指５の指ＦをＰＩＰ関節及びＭＰ関節のそれぞれの関節に沿って他動的に運動させることができる。ここで、指動作支援機構４００では、指Ｆの関節の可動範囲は、指をまっすぐに伸ばした状態にしたときを基準とし、ＰＩＰ関節の患側関節角度が「０°（伸展状態）〜１００°（屈曲状態）」の可動範囲となるように設計されている。又、指動作支援機構４００では、ＭＰ関節の患側関節角度が「−４５°（伸展状態）〜９０°（屈曲状態）」の可動範囲でそれぞれ動かすことができるように設計されている。
【００７９】
又、指動作支援機構４００は、第５リンクアーム部４１４の一端と揺動連結部４１２を介して接続され、揺動力を供給可能な第７可動モータ４０８によって、第４リンクアーム部４１６及び第５リンクアーム部４１４を左右方向（図１７おける矢印γに相当）に揺動させることができる。したがって、本実施形態において示した回復訓練装置４の指動作支援機構４００は、自由度が３に設定されている。
【００８０】
（指動作支援機構４００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係）
ここで、指動作支援機構４００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係について説明する。
【００８１】
手指を上記のような指動作支援機構４００に装着した場合、第４リンクアーム部４１６、第５リンクアーム部４１４、第４装着部４２０，第５装着部４２２及び指Ｆにより、図１８に示すように四角形をなす２つの閉ループＲ１，Ｒ２の模式図を描くことができる。閉ループＲ１は、後部リンク４１４ｂ、前部リンク４１４ａ、辺Ｌ１（軸４１４ｃとＭＰ関節間の辺）、及び後部リンク４１４ｂの軸体４１２ｂとＭＰ関節間の辺からなる。又、閉ループＲ２は、後部リンク４１６ｂ、前部リンク４１６ａ、辺Ｌ２（第４装着部４２０を回動自在に支持する軸とＰＩＰ関節間の辺）、ＰＩＰ関節と軸４１４ｃ間の辺からなる。閉ループＲ２は第３閉ループに相当する。又、閉ループＲ１は第４閉ループに相当する。
【００８２】
この模式図において、指関節角度θｆ１は指Ｆの基節部（以下、基節部ｆ１という）の水平面からの角度であり、指関節角度θｆ２は基節部に対する中節部（以下、中節部ｆ２という）の角度である。
【００８３】
ここで、四角形をなす閉ループの４つの辺の長さが既知である場合、四角形の内角のうち、１つの角度が分かれば、四角形は一意に決まる。この四角形の形が決まれば、幾何学的に、人間の指関節角度θｆ１、θｆ２も自動的に決定することができる。
【００８４】
このように閉ループＲ１と閉ループＲ２は互いに干渉せず、独立しているため、四角形の形が決まれば、幾何学的に、人間の指関節角度θｆ１、θｆ２も自動的に決定することができるのである。
【００８５】
なお、図１８において、ａ１は後部リンク４１４ｂのリンク長、ａ２（＝ａ４）は前部リンク４１４ａのリンク長、ａ３は軸４１４ｃから指Ｆの基節部（ＰＩＰ関節とＭＰ関節間の部位）までの距離である。又、ａ５は後部リンク４１６ｂのリンク長、ａ６は前部リンク４１６ａのリンク長、ａ７は第３曲折部４１８から中節部ｆ２までの距離である。
【００８６】
θ１は後部リンク４１４ｂの水平面からの角度、θ２は後部リンク４１４ｂに対する前部リンク４１４ａの角度、θ３は前部リンク４１４ａに対する基節部ｆ１に直交する直交線との角度である。θ５は前部リンク４１４ａに対する後部リンク４１６ｂの角度、θ６は後部リンク４１６ｂに対する前部リンク４１６ａの角度、θ７は前部リンク４１６ａに対する中節部ｆ２に直交する直交線との角度である。
【００８７】
又、（ｘ，ｙ）は軸４１４ｃの座標、（ｘ’，ｙ’）は第４装着部４２０を回動自在に支持する軸の座標であり、後部リンク４１４ｂが回動軸である軸体４１２ｂを原点（０，０）としている。Ｘは原点からＭＰ関節のｘ座標における距離、Ｙは原点からＭＰ関節のｙ座標における距離であり、いずれも既知である。
【００８８】
又、φ１は辺Ｌ１と指関節角度θｆ１とのなす角度、φ２は辺Ｌ２と中節部ｆ２がなす角度である。
上記のことから、指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５には次式（「数１」）が成立する。
【００８９】
【数１】
なお、上記数式中では、ｆ１は基節部の長さ、ｆ２は中節部の長さを表す。
【００９０】
又、第４リンクアーム部４１６の後部リンク４１６ｂの指動作支援機構関節角度θ５は第５可動モータ４２６が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダの出力値（すなわち、患側角度データ１５）として得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ５に基づいて指関節角度θｆ２（患側関節角度）を一義的に算出する。
【００９１】
同様に、第５リンクアーム部４１４の後部リンク４１４ｂの指動作支援機構関節角度θ１は第６可動モータ４０７が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダからの出力に基づいて得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ１に基づいて指関節角度θｆ１（患側関節角度）を一義的に算出する。
【００９２】
このように得られた指関節角度θｆ１，θｆ２は、制御装置３で表示装置等の出力装置に出力すれば次回のリハビリのためのトレーニングにおいて、目標値を決定する際の参考基準値とすることができる。
【００９３】
なお、従来技術である特許文献１では、第５装着部４２２と第４リンクアーム部４１６に相当するリンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されていない。このため、第１リンクアーム部に相当するリンクアーム部と、第２リンクアーム部に相当するリンクアーム部とで形成される２つの閉ループが互いに干渉することになるため、各指の関節角度（本実施形態の患側関節角度に相当）とリンク角度（本実施形態の指動作支援機構関節角度に相当）が複雑な幾何学的関係となる。この結果、特許文献１では制御上のパラーメータの導出が困難な問題があった。又、リンク機構が大型化する問題もあった。
【００９４】
（拇指動作支援機構３００）
次に、拇指動作支援機構３００を図１、図１６、図１９、及び図２０を参照して説明する。
【００９５】
図１、図１６に示すようにギヤ体７６の中央部には、ブラケット９０を介して拇指動作支援機構３００が取付されている。
拇指動作支援機構３００は、ブラケット９０に取付けされた第１支持本体３１０と、第１支持本体３１０に支持された第３リンクアーム部３１２と、第３リンクアーム部３１２の一端に連結された第２リンクアーム部３１４と、第２リンクアーム部３１４の一端に連結された第１リンクアーム部３１６とを有する。このように第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４及び第３リンクアーム部３１２は直列に接続されて第１リンク機構を構成し、それぞれがリンクアーム部に相当する。
【００９６】
図１９に示すように第１リンクアーム部３１６は中間部としての略中央近傍に位置する第１曲折部３１８によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク３１６ａと後部リンク３１６ｂとから構成されている。
【００９７】
前部リンク３１６ａの先端には、拇指の末節部に面ファスナー（図示しない）等の周知の固定手段を介して装着される第１装着部３２０が回動自在に連結されている。
第２リンクアーム部３１４は、図１９に示すように、中間部としての略中央近傍に位置する第２曲折部３２４によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク３１４ａと後部リンク３１４ｂとから構成されている。
【００９８】
前部リンク３１４ａの先端は第１リンクアーム部３１６の後部リンク３１６ｂと第２装着部３２２が軸３１４ｃにより同軸で互いに回動自在に連結されている。第２装着部３２２は拇指のＩＰ関節及びＭＰ関節の間に第１装着部３２０と同様の固定手段を介して装着される。
【００９９】
前部リンク３１４ａ内には、第１リンク機構用可動モータとしての第１可動モータ３２６が装着されている。第１可動モータ３２６は第１リンクアーム部３１６の後部リンク３１６ｂの後端と、互いに噛合する歯車機構（図示しない）からなる第１伝達機構Ｍ１を介して作動連結され、第１リンクアーム部３１６及び第１装着部３２０を介して拇指のＩＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。第１可動モータ３２６の駆動により第１リンクアーム部３１６は、軸３１４ｃの回りα１に所定の可動範囲で運動する。
【０１００】
第３リンクアーム部３１２は、図１９に示すように互いに連結位置の調節可能に連結された前部リンク３１２ａと、第１支持本体３１０の支持部３１０ｄに対し軸３１５にて回動自在に支持された後部リンク３１２ｂとから構成されている。後部リンク３１２ｂは先端に設けられた長孔３１３を介して前部リンク３１２ａに着脱自在に螺着されたボルト部材３１３ａにより前部リンク３１２ａに対して締め付けされて一体に連結されている。なお、ボルト部材３１３ａに対する後部リンク３１２ｂの取付位置の変更は長孔３１３の長さの範囲で可能である。又、前部リンク３１２ａには第３装着部３２８が回動自在に連結されている。第３装着部３２８は拇指のＭＰ関節及びＣＭ関節の間に第１装着部３２０と同様の固定手段を介して装着される。
【０１０１】
前部リンク３１２ａの先端は軸３１２ｃを介して後部リンク３１４ｂの基端に回動自在に連結されている。そして、前部リンク３１２ａ内には、第１リンク機構用可動モータとしての第２可動モータ３０７が装着されている。第２可動モータ３０７は第２リンクアーム部３１４の後部リンク３１４ｂの後端と、互いに噛合する歯車機構（図示しない）からなる第２伝達機構Ｍ２を介して作動連結され、第２リンクアーム部３１４及び第２装着部３２２を介して拇指のＭＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。第２可動モータ３０７の駆動により第２リンクアーム部３１４は、軸３１２ｃの回りβ１に所定の可動範囲で運動する。
【０１０２】
第１支持本体３１０は、図１６、図１９に示すように、後端壁３１０ａと前部側に設けられた支持壁３１０ｂと、後端壁３１０ａと支持壁３１０ｂ間を連結する連結板３１０ｃと、連結板３１０ｃよりも前方に延出されて前記後部リンク３１２ｂを回動自在に支持する支持部３１０ｄから構成されている。
【０１０３】
支持壁３１０ｂには第１リンク機構用可動モータとしての第３可動モータ３３０が装着され、第３可動モータ３３０の出力軸は支持壁３１０ｂに貫通されている。そして、第３可動モータ３３０は、該出力軸と軸３１５間に設けられた歯車機構からなる第３伝達機構Ｍ３を介して後部リンク３１２ｂと作動連結され、第３リンクアーム部３１２及び第３装着部３２８を介して拇指のＣＭ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。図１６に示すように第３可動モータ３３０の駆動により第３リンクアーム部３１２は、軸３１５の回りδに所定の可動範囲（以下、頂角ωという）で運動する。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、頂角ωは０〜６０°として設定されている。この第３可動モータ３３０の駆動により、第１リンク機構の後述する円錐運動の頂角ωを変更することが可能である。
【０１０４】
前記ブラケット９０は、前側壁９１ａ、後側壁９１ｂ及び両側壁を連結する連結部９１ｃから構成されている。そして、第１支持本体３１０は、前側壁９１ａ、後側壁９１ｂに対して、それぞれ前記第３可動モータ３３０の出力軸及び後端壁３１０ａに設けられた軸３１０ｅにて回動自在に連結されている。軸３１０ｅは第３可動モータ３３０の出力軸と同軸に配置されている。ブラケット９０の連結部９１ｃには内外転用可動モータとしての第４可動モータ９４が装着されている。
【０１０５】
第４可動モータ９４は、その出力軸と軸３１０ｅ間に設けられた歯車機構からなる第４伝達機構Ｍ４を介して第１支持本体３１０と作動連結され、第１支持本体３１０を介して第１リンク機構を該第１支持本体３１０に頂点を固定した円錐運動をさせる可動力を供給する。本実施形態では、第４伝達機構Ｍ４は軸３１０ｅに固定されたセクタギヤ３０９と、セクタギヤ３０９に噛合されるとともに、第４可動モータ９４の出力軸に設けられた平歯車３１１から構成されている。第４可動モータ９４の駆動により、第１支持本体３１０は、第３可動モータ３３０の出力軸及び軸３１０ｅの共通軸心の回りεに所定範囲の角度（円錐面作動角という）で自転（すなわち、回転）する（図２０参照）。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、円錐面作動角は±６０°として設定されている。この可動範囲は、制御により、任意に変更可能である。
【０１０６】
又、第１装着部３２０、第２装着部３２２、及び第３装着部３２８内のそれぞれには、拇指のＩＰ関節、ＭＰ関節、ＣＭ関節の動きによって生じる力を検知し、力覚データ２０として認識する力覚センサ４３２（すなわち、力及びトルク検出手段２５）が内設されている。
【０１０７】
上記構成により、拇指動作支援機構３００は、患側上肢手指５の拇指を種々の態様に変位させることができる。これにより、患側上肢手指５の拇指を、ＩＰ関節、ＭＰ関節、及びＣＭ関節のそれぞれの関節に沿って他動的に運動させることができる。又、人間の拇指の運動には、ＣＭ関節における内外転と、屈曲・伸展、ＣＭ関節の屈曲・伸展、ＩＰ関節の屈曲・伸展がある。又、ＣＭ関節では内外転と屈曲・伸展の運動と同時に拇指対向のための対立運動が生じる。このように指Ｆと拇指では仕組みが異なるため、前述の指動作支援機構４００では拇指のすべての運動に対応することができない。拇指動作支援機構３００では第４可動モータ９４と第３可動モータ３３０を備えることにより、内外転と屈曲・伸展及び対立（旋回）の動きを複合して動作補助（すなわち、動作支援）できるようにしている。
【０１０８】
（拇指動作支援機構３００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係）
ここで、拇指動作支援機構３００において、拇指における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係について説明する。
【０１０９】
前述した図１８の模式図で説明した閉ループＲ１，Ｒ２は、指動作支援機構４００を指Ｆに装着した場合に形成されたものであったが、拇指動作支援機構３００を拇指に装着した場合も同様のことが成立する。
【０１１０】
すなわち、拇指動作支援機構３００の第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、第１装着部３２０、及び第２装着部３２２は、指動作支援機構４００の第４リンクアーム部４１６、後部リンク４１４ｂ、第４装着部４２０、及び力覚センサ４３０と同一構成である。又、拇指動作支援機構３００の第１可動モータ３２６、及び第２可動モータ３０７は、指動作支援機構４００の第５可動モータ４２６、及び第６可動モータ４０７と同様に制御される。
【０１１１】
このため、指動作支援機構４００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係で説明した文中、指Ｆに関する記述を親指に関する記述にして読み替えると共に、指動作支援機構４００に関する記述を拇指動作支援機構３００に関する記述に読み替えればよい。たとえば、指動作支援機構関節角度θ１，θ５は、指動作支援機構４００では、第６可動モータ４０７及び第５可動モータ４２６に関するものであったが、拇指動作支援機構３００では、第２可動モータ３０７及び第１可動モータ３２６に関する記述となる。
【０１１２】
又、指動作支援機構関節角度θｆ１、θｆ２は、拇指動作支援機構３００では、指関節角度θｆ１は拇指のＩＰ関節とＭＰ関節間の部位（以下、拇指の基節部という）の水平面からの角度であり、指関節角度θｆ２は拇指の基節部に対する末節部の角度となる。
【０１１３】
そして、拇指動作支援機構３００が、拇指に装着された場合の、閉ループＲ１は、第２閉ループに相当し、閉ループＲ２は第１閉ループに相当する。
従って、拇指動作支援機構３００においても、上記のことから、指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５には前記式（「数１」）が成立する。
【０１１４】
このため、第１リンクアーム部３１６の後部リンク３１６ｂの指動作支援機構関節角度θ５は第１可動モータ３２６が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダの出力値（すなわち、患側角度データ１５）として得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ５に基づいて指関節角度θｆ２（患側関節角度）を一義的に算出する。
【０１１５】
同様に、第２リンクアーム部３１４の後部リンク３１４ｂの指動作支援機構関節角度θ１は第２可動モータ３０７が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダからの出力に基づいて得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ１に基づいて指関節角度θｆ１（患側関節角度）を一義的に算出する。
【０１１６】
なお、拇指動作支援機構３００では、指動作支援機構４００と異なり、軸体４１２ｂに相当する位置には軸３１２ｃが位置する。この軸３１２ｃの位置は、軸３１２ｃと軸３１５間のリンク長が固定長で既知であり、第３可動モータ３３０による頂角ωは第３可動モータ３３０が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダから健できるため、制御装置３で容易に酸することができる。
【０１１７】
このように得られた、拇指動作支援機構３００が装着された拇指に関する指関節角度θｆ１，θｆ２は、制御装置３で表示装置等の出力装置に出力すれば次回のリハビリのためのトレーニングにおいて、目標値を決定する際の参考基準値とすることができる。
【０１１８】
さて、上記のように構成された回復訓練装置を備えた上肢手指リハビリシステム１では、まず、前腕位置規制部３１、前腕支持体４７に対して前腕を通して、装着する。そして、各指動作支援機構４００に対して第２指〜第５指を装着する。なお、手を各機構部等に装着するときには、図１５に示すように手のひらを天側に向けた状態で手を第２支持本体４１０上に置き、手関節動作支援機構２００の曲率中心Ｏ１と手関節の軸が一致するようにする。
【０１１９】
この後、上肢手指リハビリシステム１の電気的構成が起動される。この上肢手指リハビリシステム１は、健側上肢手指６に装着した運動検出装置２により、健側上肢手指６の各関節角度を患側上肢手指の目標値として提示する。患者は健側上肢手指６を動かすと、その関節変位が角度検知センサ７によって検知され、制御装置３は、関節変位の角度データを受け取ると、該角度データ９に基づいて患側上肢手指５を運動させるための制御データ１２を生成する。又、制御装置３は、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５に関する患側関節角度等の患側角度データ１５を受付け、該患側角度データ１５により健側上肢手指６の各関節角度と対応する患側上肢手指５の各患側関節角度等との間の誤差を検出し、角度補正データ１７を生成する。そして、制御装置３は前記角度補正データ１７及び回復訓練装置４から入力した力覚データ２０に基づいて制御データ１２の補正を行う。そして、補正された制御データが制御装置３から回復訓練装置４に出力され、回復訓練装置４ではこの制御データに基づいて各機構部が駆動制御されることにより目標となる患側上肢手指の関節変位が実現される。
【０１２０】
もし、運動機能の低下により患側上肢手指の関節可動域が健側上肢手指６よりも小さい場合、無理に患側上肢手指の関節を動かそうとする力が働く。その力は、患側の力覚センサ４３０，４３２により計測され、検出値として制御装置３側に送出される。補正手段１９はその検出値が許容値範囲外であれば、無理な力が患側上肢手指に働かないように制御データを補正する。又、補正手段１９では、前記検出値が過剰な力であるとする判定値以上のデータや、トルクセンサＴＳ１，ＴＳ２からのトルクがあった場合、補正手段１９により、回復訓練装置４の各可動モータ等を停止するための制御データを出力させる。このことにより、拇指、手関節、前腕用の各機構により健側上肢手指の運動を患側上肢手指へ提示するとともに、患側上肢手指で作用する力を計測することにより、安全なリハビリ支援を実現している。
【０１２１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に記載する各効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の回復訓練装置４は、拇指動作支援機構３００を備えるようにした。そして、拇指動作支援機構３００は、拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部の各部位にそれぞれ装着される第１装着部３２０、第２装着部３２２、第３装着部３２８を有する第１リンク機構を備えるようにした。又、拇指動作支援機構３００は第１支持本体３１０と、第１リンク機構と第１支持本体３１０にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して拇指の各関節を可動する第１可動モータ３２６、第２可動モータ３０７、第３可動モータ３３０を備えるようにした。さらに、拇指動作支援機構３００は、第１支持本体３１０を回転する第４可動モータ９４を備えるようにした。そして、拇指動作支援機構３００は、第４可動モータ９４を回転することにより第１リンク機構が頂点を第１支持本体３１０に固定した円錐運動をなし、第１支持本体３１０に設けられた第３可動モータ３３０を回転することにより第１リンク機構が円錐運動の頂角を変えるようにした。
【０１２２】
この結果、第４可動モータ９４を回転することにより第１リンク機構が頂点を第１支持本体３１０に固定した円錐運動が可能となり、第１支持本体３１０に設けられた第３可動モータ３３０を回転することにより第１リンク機構が円錐運動の頂角を変えることができる。この結果、拇指の対立運動の動作支援を行うことができる。
【０１２３】
（２） 本実施形態では、拇指動作支援機構３００は、先端に第１装着部３２０が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第１曲折部３１８によって曲折自在に形成される第１リンクアーム部３１６を有する。又、拇指動作支援機構３００は、先端に第２装着部３２２と第１リンクアーム部３１６の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第２曲折部３２４によって曲折自在に形成される第２リンクアーム部３１４を備える。又、拇指動作支援機構３００は、先端に第２リンクアーム部３１４の基端が回動自在に連結され、第３装着部３２８が取付けされた第３リンクアーム部３１２を備える。
【０１２４】
そして、拇指動作支援機構３００は、第１〜３リンクアーム部が、第１〜３装着部を介して拇指に装着された際、第１リンクアーム部３１６と拇指のＩＰ関節を含む第１閉ループとしての閉ループＲ２と、第２リンクアーム部３１４と拇指のＭＰ関節を含む第２閉ループとしての閉ループＲ１がとが互いに干渉しない構成にされている。すなわち、第２装着部３２２と第１リンクアーム部３１６の基端が同軸にて回動自在に連結されている。
【０１２５】
この結果、閉ループＲ２と閉ループＲ１とが干渉しないため、拇指のＩＰ関節の動作支援を行う第１可動モータ３２６を独立して制御することが実現できる。又、第１リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【０１２６】
（３） 本実施形態では、指動作支援機構４００は、指Ｆの中節部、及び基節部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第２リンク機構を有するようにした。
【０１２７】
そして、指動作支援機構４００は、第２リンク機構を回動自在に支持する第２支持本体４１０と、第２リンク機構と第２支持本体４１０にそれぞれ設けられ、第２リンク機構の各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより各装着部を介して指Ｆの各関節を可動する第５可動モータ４２６、第６可動モータ４０７を含むようにした。
【０１２８】
この結果、拇指動作支援機構３００による拇指の対立運動の動作支援とともに、拇指動作支援機構３００を有することにより、物を摘む動作を支援することができる。
（４） 本実施形態では、指動作支援機構４００は、先端に第４装着部４２０が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第３曲折部４１８によって曲折自在に形成される第４リンクアーム部４１６を備えるようにした。又、指動作支援機構４００は、先端に第５装着部４２２と第４リンクアーム部４１６の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第４曲折部４２４によって曲折自在に形成される第５リンクアーム部４１４を備える。
【０１２９】
そして、指動作支援機構４００は第４リンクアーム部４１６及び第５リンクアーム部４１４が第４装着部４２０、第５装着部４２２を介して指に装着された際、第４リンクアーム部４１６と指ＦのＰＩＰ関節を含む第３閉ループとしての閉ループＲ２と、第５リンクアーム部４１４と指ＦのＭＰ関節を含む第４閉ループがとが互いに干渉しない。
【０１３０】
この結果、第５装着部４２２と第４リンクアーム部４１６の基端が同軸にて連結されていることにより、第３閉ループに相当する閉ループＲ２と第４閉ループに相当する閉ループＲ１とは、第３閉ループと第４閉ループとが干渉しないため、指のＰＩＰ関節の動作支援を行う可動モータを独立して制御することが実現できる。又、第２リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【０１３１】
（５） 本実施形態では、回復訓練装置４は、運動機能の回復訓練を要する患側の前腕に装着する前腕動作支援機構１００と、手関節動作支援機構２００とを有するようにした。そして、前腕動作支援機構１００は、前腕を通す部位を有するとともに支持台３０に対して往復回動自在に支持されて、該部位に通される該前腕の回内・回外を支援する前腕支持体４７（前腕支持部）と、前腕支持体４７を回動駆動する前腕支援用モータ５２（第１駆動モータ）と含む。又、手関節動作支援機構２００は、第１リンク機構の第１支持本体３１０と第２リンク機構の第２支持本体４１０を支持するとともに、第１支持本体３１０と第２支持本体４１０を前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）を含む面に沿って往復移動可能に、前腕支持体４７に対して、往復移動自在に支持されたギヤ体７６（移動部材）を備える。そして、手関節動作支援機構２００は、ギヤ体７６（移動部材）を前記往復移動のために駆動する手関節モータ７１（第２駆動モータ）と備える。
【０１３２】
この結果、前腕動作支援機構１００により、前腕の回内・回外を支援できるとともに、手関節動作支援機構２００により、手関節の伸展屈曲運動を支援できる。このとき、前腕の回内又は回外した状態、或いは手関節の屈曲又は伸展した状態で、拇指の対立運動の動作支援を行うことができる。
【０１３３】
（６） 又、本実施形態の回復訓練装置４では、手関節動作支援機構２００には、前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出を行うＴＳ１（第１トルクセンサ）と、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出を行うトルクセンサＴＳ２（第２トルクセンサ）が設けられている。
【０１３４】
この結果、トルクセンサＴＳ１により前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出ができるとともに、又、トルクセンサＴＳ２により、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出ができる。これらのトルクセンサにより、手関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらのトルクセンサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【０１３５】
（７） 又、本実施形態の回復訓練装置４では、前腕支持体４７（前腕支持部）は、円弧状に延びるガイド溝４５，４６（ガイド部）を有するとともに、支持台３０に対して回転自在に支持されてガイド溝４５，４６（ガイド部）が円弧状の軌跡を有するように移動可能な可動ガイド体４１を備える。又、回復訓練装置４は、可動ガイド体４１のガイド溝４５，４６（ガイド部）にてガイドされて回転自在に支持されるとともに前腕を通す部位が断面凹状をなす前腕支持体４７とを備える。
【０１３６】
又、回復訓練装置４は、前腕支援用モータ５２（第１駆動モータ）と可動ガイド体４１間及び前腕支援用モータ５２と前腕支持体４７間には、それぞれ可動ガイド体４１と前腕支持体４７に対して同方向の回転量を付与する第１駆動力伝達機構Ｋ１及び第２駆動力伝達機構Ｋ２が設けられている。そして、回復訓練装置４は、第２駆動力伝達機構Ｋ２の前腕支持体４７に付与する回転量は、第１駆動力伝達機構Ｋ１の可動ガイド体４１に付与する回転量よりも多くしている。
【０１３７】
この結果、本実施形態によれば、第２駆動力伝達機構Ｋ２の前腕支持体４７に付与する回転量を第１駆動力伝達機構Ｋ１の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くして可動ガイド体４１を回転移動させることにより、可動ガイド体４１と同方向に回転する前腕支持体４７をガイドすることができる。この結果、可動ガイド体４１を大きくする必要がなく、回復訓練装置４を小型化できる。
【０１３８】
（８） 本実施形態によれば、回復訓練装置４において、前記各装着部には、力覚センサ４３０，４３２が設けられている。
この結果、本実施形態では、各装着部に設けられた力覚センサ４３０，４３２により指関節の運動時に生ずる力の検出ができる。これらの力覚センサにより、拇指や或いは指の関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらの力覚センサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【０１３９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図２４〜２９を参照して説明する。第２実施形態は、拇指動作支援機構３００の一部の構成が第１実施形態と異なっているだけであるため、拇指動作支援機構３００の構成を中心にして説明する。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１４０】
図２４に示すようにギヤ体７６の中央部には、前方に延出されたブラケット３４０を介して拇指動作支援機構３００が取付けされている。ブラケット３４０は、ギヤ体７６に固定された第１ブラケット部３４２と、第１ブラケット部３４２に対しヒンジ３４３を介して連結された第２ブラケット部３４４とからなっている。ヒンジ３４３により、拇指動作支援機構３００は、図２４に示すように拇指動作支援機構３００が前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）に沿わせた位置と、図２５に示すように中心線Ｏから離間する位置の間を移動可能である。
【０１４１】
第２実施形態の拇指動作支援機構３００は、ブラケット３４０に取付けされた第１支持本体ガイド体としてのガイド体３５０と、ガイド体３５０に対し取付された第１支持本体３５２と、第１支持本体３５２に支持された第１リンク機構３７０とから構成されている。
【０１４２】
ガイド体３５０は、図２４、図２６、図２７に示すように患側上肢手指５が通過可能な空間域を有するように略半円弧状をなし、外周面側が断面コ字状のガイド溝３５１が形成されている。そして、ブラケット３４０により、図２４、図２６に示すように、拇指動作支援機構３００が患側上肢手指５に装着可能な位置に位置する場合、ガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２が、前記前腕支持体４７の中心線Ｏと平行になるように配置されている。ガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２は、図２７に示すように患側上肢手指５が通過可能な空間域内に位置する。
【０１４３】
又、ガイド溝３５１内には前記第１支持本体３５２がガイド体３５０の外周面の回りで往復移動自在に配置されている。
ガイド体３５０の外周面の両端には、従動プーリ３５３を支持する軸受３５４と、内外転用可動モータとしての第３可動モータ３５５を支持する軸受３５６とがそれぞれ固定されている。第３可動モータ３５５の出力軸には、駆動プーリ３５７が固定されている。
【０１４４】
そして、図２８に示すように駆動プーリ３５７と従動プーリ３５３間には、無端状のワイヤ３５８が巻回されている。第１支持本体３５２は、図示しない貫通孔を介してワイヤ３５８が移動自在に貫通されているとともに、該貫通孔を通過するワイヤ３５８とは反対方向に逆行するワイヤ３５８の一部が止着されている。この結果、第１支持本体３５２は第３可動モータ３５５により駆動されてガイド溝３５１内を往復移動可能である。
【０１４５】
本実施形態では、図２７に示すように第１支持本体３５２はガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２の回りに所定範囲の角度（円錐面作動角ε１という）で運動する。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、円錐面作動角は±６０°として設定されている。この可動範囲は、第３可動モータ３５５の駆動制御により、任意に変更可能である。 この結果、図２７に示すように第１支持本体３５２の円錐面作動角ε１を持った運動、すなわち、円錐運動によりその頂点は、ガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２に位置することになる。又、この頂点は、ガイド体３５０内の空間域に患側上肢手指５の手首が配置されることにより、その手首内部に位置することになる。
【０１４６】
このようにしている理由は、円錐運動の頂点が手首内部に位置すると、拇指の対立運動の動作支援を拇指に無理な負荷を掛けることなく行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができるからである。
【０１４７】
第１支持本体３５２には、第１リンク機構３７０を回動自在に支持する軸体３６２が設けられている。軸体３６２の軸心Ｏ３は、図２７に示すようにガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２を通過するように配置されている。
【０１４８】
図２７に示すように軸体３６２には、後述する第１リンク機構３７０の一部を構成する連結アーム部３６４が一体に固定されている。又、図２６に示すように第１支持本体３５２には、軸受部３５９が設けられ、軸受部３５９には、第１リンク機構用可動モータとしての第３可動モータ３６０が設けられている。そして、図２４、図２６に示すように第３可動モータ３６０の出力軸に固定されたギヤ３６０ａが軸体３６２に固定された王冠型のギヤ３６２ａに噛合されている。
【０１４９】
図２４に示すように拇指動作支援機構３００の第１リンク機構３７０は、第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、第３リンクアーム部３８０、及び第３リンクアーム部３８０と第１支持本体３５２間を連結する連結アーム部３６４から構成されている。
【０１５０】
第２実施形態では、第３リンクアーム部３８０の構成が、第１実施形態の第３リンクアーム部３１２の構成と異なっている。本実施形態の第３リンクアーム部３８０は、図２４に示すように、中間部としての略中央近傍に位置する第５曲折部３８２によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク３８０ａと後部リンク３８０ｂとから構成されている。前部リンク３８０ａの先端は、第２リンクアーム部３１４の後部リンク３１４ｂの後端と第３装着部３２８とが同軸で回動自在に連結されている。
【０１５１】
又、前記連結アーム部３６４は、前記第３リンクアーム部３８０の後部リンク３８０ｂの後端と回動自在に連結されたモータ保持体３６４ａと、モータ保持体３６４ａに対して取付けされるとともに前記第１支持本体３５２に固定されたアーム３６４ｂとから構成されている。アーム３６４ｂの先端には、前後方向に延びる長孔３６６が形成されている。そして、長孔３６６を介してモータ保持体３６４ａに対し着脱自在に螺合されたボルト３６８によりモータ保持体３６４ａはアーム３６４ｂに対して連結されている。なお、長孔３６６が許容する範囲で、アーム３６４ｂに対するモータ保持体３６４ａの取付け位置の調整が可能である。
【０１５２】
モータ保持体３６４ａには、図２９に示すように第２可動モータ３０７が取付けされている。第２可動モータ３０７の出力軸にはギヤ３０７ａが設けられ、該ギヤ３０７ａは後部リンク３８０ｂ後端の軸に取付けされた王冠型のギヤ３８１と噛合されている。ギヤ３０７ａとギヤ３８１とにより第２伝達機構Ｍ２が構成され、第２可動モータ３０７は第３リンクアーム部３８０及び第３装着部３２８を介して拇指のＣＭ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。
【０１５３】
又、そして、第１リンク機構３７０の第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、及び第３リンクアーム部３８０は、図２７に示すようにその中心線を通過する仮想平面ＨＭが中心Ｏ２を通過するように前記連結アーム部３６４により配置されている。
【０１５４】
そして、前記第３可動モータ３６０の駆動により連結アーム部３６４（すなわち、第１リンク機構３７０）は、軸体３６２の回りに所定の可動範囲（以下、頂角ω１という（図２４参照））で運動する。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、頂角ωは０〜６０°として設定されている。この第３可動モータ３３０の駆動により、第１リンク機構３７０の円錐運動の頂角ω１を変更することが可能である。
【０１５５】
以上詳述した第２実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の回復訓練装置４の拇指動作支援機構３００は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体としてのガイド体３５０を備えている。そして、第１支持本体３５２は、内外転用可動モータとしての第３可動モータ３５５に回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置するようにした。
【０１５６】
すなわち、ガイド体３５０内の空間域に患側上肢手指５の手首が配置された場合、円錐運動の頂点はガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２に位置して、その手首内部に位置することになる。この結果、円錐運動の頂点が手首内部に位置すると、拇指の対立運動の動作支援を拇指に無理な負荷を掛けることなく行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる。
【０１５７】
（２） 又、第２実施形態の回復訓練装置４の拇指動作支援機構３００は、第１リンク機構３７０の第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、及び第３リンクアーム部３８０は、その中心線を通過する仮想平面ＨＭが中心Ｏ２を通過するように前記連結アーム部３６４により配置した。そして、第３可動モータ３６０の駆動により連結アーム部３６４（すなわち、第１リンク機構３７０）は、軸体３６２の回りに所定の頂角ω１で運動するようにした。この結果、この第３可動モータ３３０の駆動により、第１リンク機構３７０の円錐運動の頂角ω１を変更することができる。
【０１５８】
（３） 又、第２実施形態の回復訓練装置４では、ヒンジ３４３により、図２４に示すように拇指動作支援機構３００が前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）に沿わせた位置と、図２５に示すように中心線Ｏから離間する位置の間を移動可能とした。
【０１５９】
この結果、患側上肢手指５を拇指動作支援機構３００に装着する際には、一旦、図２５に示すようにヒンジ３４３により、拇指動作支援機構３００を中心線Ｏから離間する位置へ移動させると、ガイド体３５０等が邪魔になることはない。そして、患側上肢手指５を図２５に示すように配置した後、ヒンジ３４３により、拇指動作支援機構３００を中心線Ｏに拇指動作支援機構３００を沿わせるように配置すれば、拇指動作支援機構３００を患側上肢手指５に対して装着することができる。
【０１６０】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 前記実施形態では、４つの指動作支援機構４００を使用したが、１〜３個で使用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の上肢手指機能回復訓練装置の斜視図。
【図２】同じく前腕位置規制部３１の説明図。
【図３】同じく前腕支援用モータ５２の取付状態示す説明図。
【図４】同じく前腕動作支援機構１００の説明図。
【図５】可動ガイド体４１の前側壁３６，中央側壁３７に対する取付構造を示す説明図。
【図６】可動ガイド体４１，前腕支持体４７、ギヤ６１の位置関係を示す説明図。
【図７】前腕支持体４７の正面図。
【図８】固定ガイド板３８と周辺部材の説明図。
【図９】アームギヤ５０と第２駆動力伝達機構Ｋ２の位置関係を示す説明図。
【図１０】前腕支持体４７及び周辺部材の平面図。
【図１１】回復訓練装置４の一部省略側面図。
【図１２】支持板５１とその周辺部材の説明図。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）は、可動ガイド体４１と前腕支持体４７の回転した際の位置関係を示すための説明図。
【図１４】指動作支援機構４００の配置状態を示す説明図。
【図１５】手関節動作支援機構２００及び指動作支援機構４００の説明図。
【図１６】拇指動作支援機構３００の説明図。
【図１７】指動作支援機構４００の概略斜視図。
【図１８】２つの閉ループが形成される場合の模式図。
【図１９】拇指動作支援機構３００の概略斜視図。
【図２０】拇指動作支援機構３００の円錐面作動角の説明図。
【図２１】上肢手指リハビリシステム１の概略図。
【図２２】上肢手指リハビリシステム１の電気的構成を示すブロック図。
【図２３】（ａ）は前腕の回内・回外の説明図、（ｂ）は手関節の伸展・屈曲の説明図、（ｃ）は手関節の橈屈・尺屈の説明図。
【図２４】第２実施形態の拇指動作支援機構３００の説明図。
【図２５】同じく拇指動作支援機構３００の作用の説明図。
【図２６】同じく拇指動作支援機構３００の説明図。
【図２７】同じく拇指動作支援機構３００の円錐面作動角の説明図。
【図２８】同じく拇指動作支援機構３００の説明図。
【図２９】リンクの要部拡大図。
【符号の説明】
【０１６２】
４…上肢手指機能回復訓練装置、
３０…支持台、
４１…可動ガイド体、
４５，４６…ガイド溝（ガイド部）、
４７…前腕支持体、
５２…前腕支援用モータ（第１駆動モータ）、
７１…手関節モータ（第２駆動モータ）、
７６…ギヤ体（移動部材）、
９４…第４可動モータ（内外転用可動モータ）、
１００…前腕動作支援機構、
２００…手関節動作支援機構、
３００…拇指動作支援機構、
３０７…第２可動モータ（第１リンク機構用可動モータ）、
３２６…第１可動モータ（第１リンク機構用可動モータ）、
３３０…第３可動モータ（第１リンク機構用可動モータ）、
４００…指動作支援機構、
４０７…第６可動モータ（第２リンク機構用可動モータ）、
４０８…第７可動モータ（第２リンク機構用可動モータ）、
４１４…第５リンクアーム部、
４１６…第４リンクアーム部（第５リンクアーム部４１４とともに第２リンク機構を構成する。）
４１８…第３曲折部、
４２０…第４装着部（装着部）、
４２２…第５装着部（装着部）、
４２４…第４曲折部
４２６…第５可動モータ（第２リンク機構用可動モータ）、
４１０…第２支持本体、
Ｋ１…第１駆動力伝達機構、
Ｋ２…第２駆動力伝達機構、
Ｒ１…閉ループ（第４閉ループ）、
Ｒ２…閉ループ（第３閉ループ）、
Ｏ…中心線（回転中心線）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上肢手指機能回復訓練装置に関し、特に、正常な運動機能を有する健側の上肢手指の動きに対応させて、運動機能の回復訓練を要する患側の上肢手指を他動的に運動させ、リハビリテーションを行うことが可能な上肢手指機能回復訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三大成人病の一つとして数えられる脳卒中などの脳外科系疾患や、災害や交通事故などの人体に対して激しい衝撃が加わったことによる脊髄損傷などにより、身体（主に手足）の少なくとも一部の運動機能が著しく低下し、若しくは麻痺などによって損なわれることがある。この場合、特に脳卒中などの脳外科系疾患疾患の場合、全身の運動機能の全てが損なわれることはなく、いずれか一方の半身（左半身若しくは右半身）の運動機能が損なわれることが一般的である。なお、正常な運動機能を有する半身側を「健側（健常側）」、一方、運動機能が低下し、機能回復訓練等が必要な親身側を「患側」と呼称することが、医療関係者の間に一般的に定義されとおり、本明細書中においても掛かる定義に基づいて以下の説明を行うものとする。
【０００３】
一般に、いずれか一方の半身の運動機能が低下した患者は、身体の運動機能の回復を行うために、種々のリハビリテーション等の機能回復訓練を行うことがある。このとき、リハビリテーションはリハビリテーション専門医或いは理学療法士などの専門的技術を有する医療スタッフの在籍する医療施設で行われることが多い。そして、係る医療スタッフによって各患者の運動機能を回復状況に応じて適切にプランニングされたリハビリテーションプログラム（メニュー）に則して、上述のリハビリテーションが行われている。
【０００４】
前述したリハビリテーションの場合、患者は医療スタッフのいる専用の医療施設迄通院する必要がある。このため、１日に何回もリハビリテーションを受けることが難しくなり、この結果、回復の遅れが生じたり若しくは回復できるものもできなくなってしまうことがある。このため、リハビリテーションに関しては、患者が一人で手軽に、一日に何回でも、できれば自宅で行うことができる装置があることが好ましい。
【０００５】
ところで、上肢運動すなわち、肩、肘、及び手関節の動作を補助するリハビリテーション機器は、開発例が多くあり、製品化もなされている。一方、手指のリハビリテーション機器は、５本の指を全ての関節を一度に屈曲伸展させるＣＰＭ装置しか製品化されていないのが現状である。
【０００６】
そこで、出願人は、既に特許文献１の上肢手指リハビリシステムを提案している。このシステムは、脳卒中のように例えば右側半分といったような、左右のどちらか一方の半身に疾患が現れる場合、正常な健側の運動をもとに、患側の訓練運動を教示するように左右対称マスタ−スレーブ型の上肢手指リハビリシステムである。このシステムに使用されている上肢手指機能回復訓練装置に患側の手指を付けることにより健側上肢手指の運動と同じ運動を他動的に患側上肢手指に対して無理なく行わせることができる。
【０００７】
なお、特許文献２は、ロボット型ハンドを用いて脳機能障害による手指の運動機能異常を計測し、手指運動軌跡と脳波活動状態をモニタすることによって、身体障害の程度を予測して、回復訓練プログラムの作成等を行うものであるが、上肢手指、特に拇指に取り付けされる動作支援機構の具体的な構成に関しては何ら開示がされていない。
【特許文献１】特開２００４−２６７２５４号公報
【特許文献２】特開２００３−５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の上肢手指機能回復訓練装置では、拇指と拇指以外の他の４本の指にそれぞれ取着される動作支援機構はいずれも同じ構成となっており、拇指の対立運動が考慮されていないため、拇指の運動が制限され、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が困難である問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる上肢手指機能回復訓練装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために請求項１の発明は、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指に装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置において、拇指の末節部、基節部、及び中手骨部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第１リンク機構と、前記第１リンク機構を回動自在に支持する第１支持本体と、前記第１リンク機構と前記第１支持本体にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記拇指の各関節を可動する複数の第１リンク機構用可動モータと、前記第１支持本体を回転する内外転用可動モータとを含む拇指動作支援機構を備え、前記内外転用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が頂点を前記第１支持本体に固定した円錐運動をなし、前記第１支持本体に設けられた第１リンク機構用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が前記円錐運動の頂角を変えることを特徴とする上肢手指機能回復訓練装置を要旨とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第１リンク機構の複数の装着部は、前記拇指の末節部に装着される第１装着部と、前記拇指の基節部に装着される第２装着部と、前記拇指の中手骨部に装着される第３装着部とを含み、前記第１リンク機構の複数のリンクアーム部は、先端に前記第１装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第１曲折部によって曲折自在に形成される第１リンクアーム部と、先端に前記第２装着部と前記第１リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第２曲折部によって曲折自在に形成される第２リンクアーム部と、先端に前記第２リンクアーム部の基端が回動自在に連結され、前記第３装着部が取付けされた第３リンクアーム部を含み、
前記第１リンク機構の第１〜３リンクアーム部が、前記第１〜３装着部を介して拇指に装着された際、前記第１装着部、前記第１リンクアーム部、前記第２装着部と拇指で囲まれる第１閉ループと、前記第２装着部、前記第２リンクアーム部、前記第３装着部と拇指で囲まれる第２閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、上肢手指機能回復訓練装置 前記拇指動作支援機構は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体を備え、前記第１支持本体は、前記内外転用可動モータに回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置することを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、さらに、拇指以外の指の動作を支援する指動作支援機構を少なくとも１つ有し、前記指動作支援機構は、該指の中節部、及び基節部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第２リンク機構と、前記第２リンク機構を回動自在に支持する第２支持本体と、前記第２リンク機構と前記第２支持本体にそれぞれ設けられ、第２リンク機構の各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記指の各関節を可動する複数の第２リンク機構用可動モータを含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４において、前記第２リンク機構の複数の装着部は、前記指の中節部に装着される第４装着部と、前記指の基節部に装着される第５装着部とを含み、前記第２リンク機構の複数のリンクアーム部は、先端に前記第４装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第３曲折部によって曲折自在に形成される第４リンクアーム部と、先端に前記第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第４曲折部によって曲折自在に形成される第５リンクアーム部を含み、前記第２リンク機構の第４，５リンクアーム部が、前記第４，５装着部を介して指に装着された際、前記第４リンクアーム部と指のＰＩＰ関節を含む第３閉ループと、前記第５リンクアーム部と、指のＭＰ関節を含む第４閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５において、運動機能の回復訓練を要する患側の前腕に装着する前腕動作支援機構と、手関節動作支援機構とを有し、前記前腕動作支援機構は、前記前腕を通す部位を有するとともに支持台に対して往復回動自在に支持されて、該部位に通される該前腕の回内・回外を支援する前腕支持部と、前記前腕支持部を回動駆動する第１駆動モータと含み、前記手関節動作支援機構は、前記第１リンク機構の第１支持本体と前記第２リンク機構の第２支持本体を支持するとともに、該第１支持本体と第２支持本体を該前腕支持部の回転中心線を含む面に沿って往復移動可能に、前記前腕支持部に対して、往復移動自在に支持された移動部材と、該移動部材を前記往復移動のために駆動する第２駆動モータとを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６において、前記手関節動作支援機構には、前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出を行う第１トルクセンサと、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出を行う第２トルクセンサが設けられたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項６又は請求項７において、前記前腕支持部は、円弧状に延びるガイド部を有するとともに、前記支持台に対して回転自在に支持されて前記ガイド部が円弧状の軌跡を有するように移動可能な可動ガイド体と、前記可動ガイド体のガイド部にてガイドされて回転自在に支持されるとともに前記前腕を通す部位が断面凹状をなす前腕支持体とにより構成され、前記第１駆動モータと前記可動ガイド体間及び前記第１駆動モータと前記前腕支持体間には、それぞれ前記可動ガイド体と前腕支持体に対して同方向の回転量を付与する第１及び第２駆動力伝達機構が設けられ、前記第２駆動力伝達機構の前記前腕支持体に付与する回転量は、前記第１駆動力伝達機構の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項において、前記各装着部には、力覚センサが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、内外転用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が頂点を前記支持本体に固定した円錐運動が可能となり、前記支持本体に設けられたリンクアーム用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が前記円錐運動の頂角を変えることができる。この結果、拇指の対立運動の動作支援を行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる。
【００２０】
又、特許文献１の技術では、第２装着部に相当する部材と第１リンクアームに相当する部材の基端が同軸にて回動自在に連結されていないため、構造が複雑になり、大型化する問題があったが、請求項２の発明によれば、第２装着部と前記第１リンクアーム部の基端が同軸にて連結されている結果、第１閉ループと第２閉ループとが干渉しないため、拇指のＩＰ関節の動作支援を行う可動モータを独立して制御することが実現できる。又、第１リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体を備え、前記第１支持本体は、前記内外転用可動モータに回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置する。この頂点は、第１支持本体ガイド体内に患側上肢手指の手首が配置されることにより、その手首内部に位置することになる。この結果、円錐運動の頂点が位置することにより、拇指の対立運動の動作支援を拇指に無理な負荷を掛けることなく行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、拇指動作支援機構による拇指の対立運動の動作支援とともに、指動作支援機構を有することにより、物を摘む動作を支援することができる。
特許文献１の技術では、第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されていないため、構造が複雑になり、大型化する問題があったが、請求項４の発明では、第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて連結されている結果、第３閉ループに相当するループと第４閉ループに相当する閉ループとは、第３閉ループと第４閉ループとが干渉しないため、指のＰＩＰ関節の動作支援を行う可動モータを独立して制御することが実現できる。又、第２リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、前記前腕動作支援機構により、前腕の回内・回外を支援できるとともに、手関節動作支援機構により、手関節の伸展屈曲運動を支援できる。このとき、前腕の回内又は回外した状態、或いは手関節の屈曲又は伸展した状態で、拇指の対立運動の動作支援を行うことができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、第１トルクセンサにより前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出ができるとともに、又、第２トルクセンサにより、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出ができる。これらのトルクセンサにより、手関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらのトルクセンサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、第２駆動力伝達機構の前記前腕支持体に付与する回転量を前記第１駆動力伝達機構の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くして可動ガイド体を回転移動させることにより、可動ガイド体と同方向に回転する前腕支持体をガイドすることができる。この結果、可動ガイド体を大きくする必要がなく、上肢手指機能回復訓練装置を小型化できる。
【００２６】
請求項８の発明によれば、各装着部に設けられた力覚センサにより指関節の運動時に生ずるトルクの検出ができる。これらの力覚センサにより、拇指や或いは指の関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらのトルクセンサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、力覚センサが各装着部に設けられていることにより、指関節の運動時に生ずる力の検出ができる。これらの力覚センサにより、拇指や或いは指の関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらの力覚センサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した上肢手指リハビリシステムに使用される上肢手指機能回復訓練装置に具体化した第１実施形態を図１〜２３を参照して説明する。
【００２９】
まず、上肢手指リハビリシステムの概要を図２１を参照して説明する。
上肢手指リハビリシステム１は患者ＣＫの正常な運動機能を有する肩から指先までの健側上肢手指６を被覆するように装着され、患者ＣＫの意志により動かされる健側上肢手指６の動きを検出可能な運動検出装置２と、運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指５に装着され、患側上肢手指５を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置４を備える。以下、上肢手指機能回復訓練装置を単に回復訓練装置という。そして、上肢手指リハビリシステム１は、運動検出装置２及び回復訓練装置４と電気的に接続され、健側上肢手指６の動きに対応させて、患側上肢手指５の動きを制御する制御装置３を有している。
【００３０】
なお、図２１は本発明の上肢手指リハビリシステム１の概略構成の一例を示したものであり、各構成要素（運動検出装置２、制御装置３、回復訓練装置４）の形状及び構造等を特に限定するものではない。また、図２１では、本実施形態の上肢手指リハビリシステム１を適用し、電子楽器Ｅの鍵盤Ｋを健側上肢手指６及び患側上肢手指５によってそれぞれ押す（叩く）動作を行わせ、患側上肢手指５の動きに目的若しくは目標を持たせるようにして、運動機能の回復を行わせるものであってもよい。
【００３１】
次に図２２を参照して、運動検出装置２、制御装置３、及び回復訓練装置４のそれぞれの電気的構成について説明する。運動検出装置２は、装着された健側上肢手指６の肩、肘、手首、及び指などの可動する各々の関節の関節角度を検知する角度検知センサ７を含んで構成される角度検知手段８と、角度検知手段８によって検知された関節角度を信号変換処理し、角度データ９として制御装置３に対して送出する角度データ送出手段１０とを有する。
【００３２】
なお、運動検出装置２は、例えば、健側上肢手指６の肩から先の部位を被覆することができるような略グローブ形状のもので構成されたものが利用可能である。そして、健側上肢手指６の関節角度を角度検知センサ７によって検知することにより、健側上肢手指６の動きを認識することができる。なお、角度検知センサ７を含む角度検知手段８は、健側上肢手指６の各関節の関節角度を予め設定した単位時間毎（例えば、０．１ｓ間隔など）に検知するものである。角度データ送出手段１０は、検知した結果を逐次、制御装置３に対して角度データ９として送出する。これにより、単位時間当たりの関節角度の変位量及び変位方向を認識することが可能となり、健側上肢手指６の連続的な動きを運動検出装置２は捉えることができる。
【００３３】
又、制御装置３は運動検出装置２からの角度データ９を受付ける角度データ受付手段１１と、該角度データ９に基づいて患側上肢手指５を運動させるための制御データ１２を生成する制御データ生成手段１３と、該制御データ１２を回復訓練装置４に対して送出する制御データ送出手段１４を備えている。又、制御装置３は回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５に関する患側関節角度等の患側角度データ１５を受付ける患側角度データ受付手段１６を備える。又、制御装置３は、前記患側角度データ１５により健側上肢手指６の各関節角度と対応する患側上肢手指５の各患側関節角度等との間の誤差を検出し、角度補正データ１７を生成する角度補正データ生成手段１８を備えている。さらに、制御装置３は、前記角度補正データ１７及び力覚データ２０（後述する）に基づいて制御データ１２の補正を行う補正手段１９と、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５の運動によって生じる力を示す力覚データ２０を受付ける力覚データ受付手段２１とを備えている。
【００３４】
次に、回復訓練装置４の構成中、主に電気的構成について説明する。回復訓練装置４は、制御装置３から送出された制御データ１２を受付ける制御データ受付手段２２と、該制御データ１２に基づいて患側上肢手指５を他動的に動かして訓練を行う訓練機構部２３と、訓練機構部２３の作動に基づいて変位する患側関節角度等を検知する患側角度検知手段２４を備えている。
【００３５】
又、回復訓練装置４は、前記訓練機構部２３によって動く患側上肢手指５に生じる力、及びトルクを検知する力及びトルク検出手段２５と、検知した患側関節角度等に係る患側角度データ１５を、制御装置３に対して送出する患側角度データ送出手段２６を備える。さらに、回復訓練装置４は検知した力に係る力覚データ２０及びトルクデータを制御装置３に対して送出する力覚データ及びトルクデータ送出手段２７を備えている。
【００３６】
次に、回復訓練装置４のハード構成を図１〜２０を参照して説明する。
回復訓練装置４は、図１に示すように支持台３０に設けられた前腕の回内・回外を支援する前腕動作支援機構１００と、手関節の屈曲・伸展を支援する手関節動作支援機構２００と、拇指の動作を支援する拇指動作支援機構３００と、拇指以外の第２〜４指のそれぞれの動作を支援する指動作支援機構４００等を備えている。これらの前腕動作支援機構１００，手関節動作支援機構２００，拇指動作支援機構３００，指動作支援機構４００等により前記訓練機構部２３が構成されている。なお、前腕の回内・回外とは、図２３（ａ）に示すように前腕Ｈｚを前方へ突き出した状態で人体側に回転する動作を回内、その反対側に回転する動作を回外という。又、手関節の屈曲・伸展は、図２３（ｂ）に示すように手首Ｈｎを反らせる動きを伸展、手首Ｈｎを伸展と反対側に曲げる場合を屈曲という。
【００３７】
（前腕動作支援機構１００）
前腕動作支援機構１００について説明する。
図１、２に示すように支持台３０上面には前腕位置規制部３１が設けられている。前腕位置規制部３１は支持台３０上面に固定された半円弧状をなす下部ホールド部材３２と、下部ホールド部材３２の両端上部に回動自在にそれぞれ取付されるとともに四半円弧状をなす一対の上部ホールド部材３３，３４とにより構成されている。上部ホールド部材３３，３４は、上部に設けられたパッチン錠３５が施錠されることにより閉じられた状態で保持可能となっている。そして、上部ホールド部材３３，３４が閉じられた状態では、図２に示すように下部ホールド部材３２、上部ホールド部材３３，３４の内周面３２ａ，３３ａ，３４ａにより断面円状の腕保持面が形成され、前腕を差し入れた際に前腕の左右、上下方向の位置規制を行う。以後、前記断面円状の腕保持面の曲率中心を通過する中心線にはＯの符号を付す。
【００３８】
なお、説明の便宜上、図１に示すように、回復訓練装置４は、前腕位置規制部３１に対して腕を差し入れる側を後とし、１８０°反対側を前とし、回復訓練装置４を後部側から見て右側を右とし、左側を左という。
【００３９】
図４、図５に示すように支持台３０の前側壁３６と中央側壁３７の両上部には一対の固定ガイド板３８が固定されている。図８に示すように固定ガイド板３８の上縁は円弧状に凹設されている。そして、両固定ガイド板３８は対向して配置されるとともに対向面の上部には合成樹脂からなる円弧状のガイド部材３８ａが前記円弧状に凹設された上縁に沿って固定されている。又、図５、図８に示すようにガイド部材３８ａから若干離間した位置には、互いに離間して配置された複数のガイドローラ３８ｂがガイド部材３８ａに沿うように取付けされている。
【００４０】
前記一対のガイド部材３８ａ間には、図５に示すように可動ガイド体４１が介在配置されている。可動ガイド体４１は、同図に示すように円弧状をなす一対の側壁４２と、両側壁４２間を連結するとともに円弧状をなす底壁４３とから構成されている。可動ガイド体４１は側壁４２の外側面に形成された段部にて固定ガイド板３８のガイドローラ３８ｂに回動自在に支持されるとともに側壁４２の外側面上部がガイド部材３８ａに対して摺接されている。すなわち、可動ガイド体４１は図６、図８に示すように固定ガイド板３８のガイドにより、中心線Ｏを回転中心として往復回動自在に支持されている。
【００４１】
なお、図５、図６に示すように可動ガイド体４１は、ガイド部材３８ａとガイドローラ３８ｂ間に位置するように側壁４２の外側面に形成された円弧状の突条４２ａにより、固定ガイド板３８からの脱落が防止されている。
【００４２】
各側壁４２は、その外周面にセクタギヤ４４が形成されるとともに、互いに対向する内側面にガイド溝４５が凹設され、左右の両端に向かって円弧状に延出されている。
又、底壁４３の内面にはガイド溝４６が凹設されて左右の両端に向かって円弧状に延出されている。ガイド溝４５，４６は、ガイド部に相当するとともに可動ガイド体４１が中心線Ｏを回動中心として回動した際に、円弧状の軌跡を描く。
【００４３】
可動ガイド体４１内には、前腕支持体４７が配置されている。前腕支持体４７は半円筒状に形成されることにより内周面は断面凹状に形成されている。断面凹状の形状は、腕を通すことが可能な凹状であれば形状を限定するものではないが、本実施形態では断面半円状をなす。又、前腕支持体４７は下部ホールド部材３２と近接してその内周面が下部ホールド部材３２の内周面３２ａと同一高さとなるように設けられている。前腕支持体４７の内周面は前腕を通す部位に相当する。そして、前腕支持体４７に通された前腕を前腕支持体４７に置くことにより支持可能である。
【００４４】
図４，図５，及び図８に示すように前腕支持体４７の外周にはその周方向に延出された嵌合部材４８が固定されている。嵌合部材４８は、可動ガイド体４１の側壁４２間と底壁４３により形成される嵌合空間４１ａに移動自在に嵌入されている。又、図５、図７に示すように嵌合部材４８の外周面、及び前後両側面には前記周方向に沿って複数のローラ４９が設けられ、該ローラ４９は図５に示すようにガイド溝４５，４６内に転動可能に配置されている。そして、図７に示すように前腕支持体４７は可動ガイド体４１によりガイドされて、前記中心線Ｏを回転中心線として回動可能にされている。
【００４５】
前腕支持体４７の前部外周には、図４，図９，図１２に示すように外周部に歯を有するアームギヤ５０が固定されている。アームギヤ５０の前面には、支持板５１が固定されている。支持板５１は、図１２に示すように前腕支持体４７の内周面と合致する凹部５１ａが形成されている。なお、図１２は説明の便宜上、支持板５１は略左半分のみ図示されている。
【００４６】
前記前腕支持体４７により前腕支持部が構成されている。
次に、可動ガイド体４１と前腕支持体４７を作動する機構について説明する。
図２，図３に示すように支持台３０内において、下部には第１駆動モータとしての前腕支援用モータ５２が設けられている。又、支持台３０内において、中央の下部及び上部には主軸５３、及び副軸５４が回動自在に支持されている。
【００４７】
前腕支援用モータ５２の出力軸と主軸５３の後端に固定されたプーリ５５、５６間には、タイミングベルト５７が巻回され、支持台３０に設けられたテンションプーリ５８にて張力が付与されている。又、図２，図４に示すように副軸５４の後端に設けられたプーリ５９と、主軸５３のプーリ５６間にはタイミングベルト６０が巻回されている。副軸５４には、図４，図６に示すように可動ガイド体４１の一対のセクタギヤ４４にそれぞれ噛合された一対のギヤ６１が固定されている。
【００４８】
プーリ５５，５６、５９，タイミングベルト５７，６０，主軸５３，副軸５４，ギヤ６１により、前腕支援用モータ５２から可動ガイド体４１に駆動力を伝達して可動ガイド体４１に対し回転量を付与する前記第１駆動力伝達機構Ｋ１が構成されている。
【００４９】
又、図１，図８，図１２に示すように支持台３０の左右両側壁には、一対の回転軸６２をそれぞれ回動自在に支持する取付板６３がそれぞれ固定されている。図１０、図１１に示すように回転軸６２の前端にはギヤ６４が固定され、後端にはプーリ６５が固定されている。一対のギヤ６４はアームギヤ５０に対して噛合可能に配置されている。すなわち、アームギヤ５０が前腕支持体４７と一体に回動した際に、少なくともいずか一方の６４はアームギヤ５０に対して噛合されるように配置されている。又、前記プーリ５６と同軸となるように主軸５３の後端に固定されたプーリ６６と、支持台３０の側壁に設けられた一対の方向転換プーリ６７、及び前記一対のプーリ６５間には図９に示すようにタイミングベルト６８が巻回されている。
【００５０】
プーリ６５，６６、主軸５３、回転軸６２、ギヤ６４により、第２駆動力伝達機構Ｋ２が構成されている。
そして、第２駆動力伝達機構Ｋ２が前腕支持体４７に付与する回転量（すなわち作動角度）が、第１駆動力伝達機構Ｋ１が可動ガイド体４１に付与する回転量（すなわち作動角度）よりも多くなるように、プーリ６６の径はプーリ５６よりも大径にされるとともに、ギヤ６１，６４、セクタギヤ４４，アームギヤ５０の歯数の関係が設定されている。本実施形態では、図１３（ａ）〜（ｆ）に示すように可動ガイド体４１及び前腕支持体４７が回転するように前記プーリ６６の径はプーリ５６よりも大径にされるとともに、ギヤ６１，６４、セクタギヤ４４，アームギヤ５０の歯数の関係が設定される。
【００５１】
なお、図１３（ａ）〜（ｆ）は、（可動ガイド体４１，前腕支持体４７）の作動角が（０°，０°），（１５°，３６°），（３０°，７２°），（４５°，１０８°），（６０°，１４４°），（７５°，１８０°）となっていることを図示したものであり、本実施形態では、前方から回復訓練装置４を見た状態で示している。すなわち、本実施形態では、時計回り方向に可動ガイド体４１が作動角０〜７５°回動する際に、前腕支持体４７は作動角０°〜１８０°回転するとともに、図示はしないが反時計回り方向に同様に可動ガイド体４１が作動角０〜７５°回動する際に、前腕支持体４７は作動角０°〜１８０°回転する。すなわち、前腕支持体４７の作動角の範囲は±１８０°の範囲とされ、可動ガイド体４１の作動角の範囲は±７５°の範囲とされている。なお、本実施形態では可動ガイド体４１の作動角を±７５°の範囲としているが、±９０°の範囲であればよい。
【００５２】
上記のように前腕支持体４７の作動角は左右両手の装着を可能とするように作動角±１８０°（回復訓練装置４の前方見て時計回り方向を+とする）とし、この動作範囲を確保するために、可動ガイド体４１と前腕支持体４７とにより二階建て構造にして、それぞれをギヤにより作動するようにしている。又、手の装着時は、前腕支持体４７が図１３（ａ）に示す位置に位置することにより上方を開放して手の装着を容易にされている。
【００５３】
又、可動ガイド体４１（すなわち、セクタギヤ４４）の作動角は、このような範囲に設定されることにより、手関節が１８０°回転（手のひらを天側に向けた状態から地側に向けた状態の回転）した際、前腕支持体４７による腕の支持が可能とされている。この結果、手のひらを天側に向けた初期状態から１８０°回転した手のひらを地側に向ける状態までの追従に装置を対応させることができる。
【００５４】
本実施形態では、前腕動作支援機構１００は、可動ガイド体４１と前腕支持部としての前腕支持体４７と、第１駆動モータとしての前腕支援用モータ５２、第１駆動力伝達機構Ｋ１及び第２駆動力伝達機構Ｋ２とにより構成されている。そして、前腕動作支援機構１００は上記のように構成されていることにより前腕の回内・回外を支援することが可能となっている。
【００５５】
（手関節動作支援機構２００）
次に手関節動作支援機構２００を図１、図１４〜１６を参照して説明する。
ここで、まず人間の手関節について説明する。人間の手関節は、図２３（ｂ）に示す屈曲・伸展と、図２３（ｃ）に示す橈屈・尺屈、及び図２３（ａ）に示す前腕の回内・回外（ひねり）の動きがある。手指のリハビリでは、手関節の屈曲・伸展と前腕の回内・回外（ひねり）の運動の効果が大きい。手関節動作支援機構２００は、手関節の屈曲・伸展の動作の補助、すなわち支援のために機能する。又、前記前腕動作支援機構１００は、前腕の回内・回外（ひねり）の支援のために機能する。
【００５６】
図１、図１６に示すように、支持板５１の一端部側上部前面には、ブラケット７０が図示しないボルトが図１２に示すボルト孔５１ｂに螺着されることにより着脱自在に取着されている。なお、本実施形態では、右手前腕を前腕位置規制部３１及び前腕支持体４７に通すために、支持板５１の右端部上部前面にブラケット７０が取り付けされている。しかし、図１に示すように支持板５１の左端部上部前面にも上下一対のボルト孔５１ｂが設けられているため、該ボルト孔５１ｂ及び図示しないボルトを使用して支持板５１の左端部上部前面に対してもブラケット７０が取付可能である。なお、ブラケット７０が図１の取付状態から、支持板５１の左端部上部前面に対して取付される場合は、ブラケット７０は上下反転した状態で該左端部上部前面に取付される。この場合は、左手に対して使用することができる回復訓練装置４となる。
【００５７】
前記ブラケット７０には、第２駆動モータとしての手関節モータ７１が前腕位置規制部３１と前腕支持体４７と併設方向に平行に配置されている。又、ブラケット７０には両端にベベルギヤ７２と平歯車７３を有したギヤ軸７４が回動自在に支持されている。そして、ベベルギヤ７２は、手関節モータ７１の出力軸に固定されたベベルギヤ７５が噛合されている。
【００５８】
ブラケット７０の前面には、円弧状（すなわち、Ｃ字状）をなす移動部材としてのギヤ体７６が図１５に示すようにその曲率中心Ｏ１を回転中心とするように回転自在に支持されている。すなわち、ギヤ体７６は、前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）を含む面に沿って往復移動可能に、前腕支持体４７に対して、往復移動自在に支持されている。又、ギヤ体７６は、図１５に示すように曲率中心Ｏ１を通過するギヤ体７６の中心線が前腕支持体４７よりも前方に位置するように、かつ、該中心線が可動ガイド体４１や前腕支持体４７の回転中心となる中心線Ｏと直交して通過するように配置されている。ギヤ体７６はＣ字状に形成されていることにより、ギヤ体７６で囲まれる空間を後述する拇指動作支援機構３００の移動ができる許容空間とすることができ、この結果、拇指動作支援機構３００との干渉が防止され、拇指動作支援機構３００の動きに支障がないようにされている。
【００５９】
ギヤ体７６の内周面には内歯が形成され、前記平歯車７３と噛合されている。そして、手関節モータ７１の駆動により、ベベルギヤ７５，７２、平歯車７３を介してギヤ体７６が前記曲率中心Ｏ１を中心に往復回転される。
【００６０】
本実施形態では、手関節動作支援機構２００は、前腕支持体４７（前腕支持部）に対してブラケット７０を介して往復移動自在に設けられた移動部材としてのギヤ体７６と、手関節モータ７１と、手関節モータ７１からギヤ体７６に回転トルクを伝達するギヤ列（ベベルギヤ７５，７２、平歯車７３）とから構成されている。
【００６１】
なお、本実施形態では、手関節モータ７１とギヤ体７６間をベベルギヤ７５，７２、平歯車７３からなるギヤ列からとから構成したが、これらのギヤに限定されるものではなく、手関節モータ７１とギヤ体７６間の配置位置に応じて適宜の種類のギヤにてギヤ列を構成してもよい。
【００６２】
手関節動作支援機構２００のギヤ体７６は、手関節モータ７１の駆動により、曲率中心Ｏ１を回動中心として回転されて、人間の手関節の動作域をカバーするように屈曲・伸展において、それぞれ０°〜９０°の可動域が得られるように設定されている。
【００６３】
（指動作支援機構４００）
次に、指動作支援機構４００を図１、図１４、図１５、図１７及び図１８を参照して説明する。
【００６４】
前記ギヤ体７６の下端には、ブラケット８０が固定されている。ブラケット８０は、ギヤ体７６に固定されるとともに下方へ延出された断面四角形状の支持柱部８１と、該支持柱部８１の下端から図１５に示すように前方へ延出された屈曲部８２とからなる。
【００６５】
ここで、支持柱部８１の左右両面は、前腕の回内・回外時に歪みが生ずる部位である。又、支持柱部８１の前後両面は、手関節の屈曲・伸展時に歪みが生ずる部位である。そこで、支持柱部８１の左右両面及び前後両面には、図１、図１４、図１５に示すようにそれぞれトルクセンサＴＳ１，ＴＳ２（力及びトルク検出手段２５）が貼着されている。トルクセンサＴＳ１は、前腕の回内・回外時に生ずる回内回外転トルクを検出する。又、トルクセンサＴＳ２は、手関節の屈曲・伸展時に生ずる屈曲伸展トルクを検出する。これらの検出したトルクにより、前腕や手関節のインピーダンスに応じた動作の支援ができ、さらにこれらのトルクセンサＴＳ１，ＴＳ２の検出を利用して、過大な補助力を抑制することが可能となる。トルクセンサＴＳ１は第１トルクセンサに相当し、トルクセンサＴＳ２は第２トルクセンサに相当する。
【００６６】
屈曲部８２には上方へ延びる８３ａを備える取付板８３に対し、該長孔８３ａに挿通されるボルト８３ｂの締付けによりハンドベース８４が位置調節自在に固定されている。このようにして使用する人間の手の大きさに応じてハンドベース８４の取付位置を調節するために、本実施形態では、長孔８３ａによる調節部が設けられている。なお、調節部の構成はこの構成に限定されるものではない。ハンドベース８４は図１４に示すように取付板８３に取付けされる取付部８４ａと、該取付部８４ａから前腕支持体４７の前方に位置するように水平に延出された機構支持板部８４ｂからなる。機構支持板部８４ｂ上には、手の第２指〜第５指用の指動作支援機構４００が併設されている。
【００６７】
第２指〜第５指用の各指動作支援機構４００は同一構成であるため、第２指用の指動作支援機構４００について説明し、他の指動作支援機構４００等についての説明は省略する。
【００６８】
指動作支援機構４００は、患側上肢手指５の指ＦのＰＩＰ関節、及びＭＰ関節をそれぞれ可動させ、各指Ｆの運動機能の回復訓練を実施することができるものである。なお、本明細書では、「指」と単にいうときは、第２指〜第５指のことをいい、第１指については拇指という。
【００６９】
図１、図１５及び図１７に示すように、指動作支援機構４００の第２支持本体４１０は四角筒状のケース４０５と、該ケース４０５の前部に固定された支持側壁４０６とからなり、前記機構支持板部８４ｂに固定されている。第２支持本体４１０は図１５に示すように患側上肢手指５の手首から先の部位を支持し、患側上肢手指５を訓練の間、所定の高さに保持することが可能である。
【００７０】
指動作支援機構４００は、支持側壁４０６に設けられた揺動連結部４１２と、揺動連結部４１２により左右方向に揺動可能な第５リンクアーム部４１４と、第５リンクアーム部４１４の一端に連結された第４リンクアーム部４１６とを有する。第５リンクアーム部４１４と第４リンクアーム部４１６は直列に接続されて第２リンク機構を構成し、それぞれがリンクアーム部に相当する。
【００７１】
図１７に示すように第４リンクアーム部４１６は中間部としての略中央近傍に位置する第３曲折部４１８によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク４１６ａと後部リンク４１６ｂとから構成されている。前部リンク４１６ａの先端には、指ＦのＤＩＰ関節及びＰＩＰ関節の間に面ファスナー（図示しない）等の周知の固定手段を介して装着される第４装着部４２０が回動自在に連結されている。
【００７２】
第５リンクアーム部４１４は、図１７に示すように、中間部としての略中央近傍に位置する第４曲折部４２４によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク４１４ａと後部リンク４１４ｂとから構成されている。前部リンク４１４ａの先端は第４リンクアーム部４１６の後部リンク４１６ｂと第５装着部４２２が軸４１４ｃにより同軸で互いに回動自在に連結されている。第５装着部４２２は指ＦのＰＩＰ関節及びＭＰ関節の間に第４装着部４２０と同様の固定手段を介して装着される。
【００７３】
前部リンク４１４ａ内には、第２リンク機構用可動モータとしての第５可動モータ４２６が装着されている。第５可動モータ４２６は第４リンクアーム部４１６の後部リンク４１６ｂの後端と、互いに噛合する歯車列（図示しない）からなる第５伝達機構Ｍ５を介して作動連結され、第４リンクアーム部４１６及び第４装着部４２０を介して指ＦのＰＩＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。第５可動モータ４２６の駆動により第４リンクアーム部４１６は、軸４１４ｃの回りαに所定の可動範囲で運動する。
【００７４】
又、ケース４０５内には、支持側壁４０６に支持された第２リンク機構用可動モータとしての第６可動モータ４０７及び第７可動モータ４０８が収納されている。
支持側壁４０６に設けられた揺動連結部４１２は、一方向に延出されるとともに支持側壁４０６に対して揺動自在に支持された軸体４１２ａと、軸体４１２ａに対し直交する方向に設けられ、かつ回動自在に支持されるとともに第５リンクアーム部４１４の後部リンク４１４ｂに一体に連結された軸体４１２ｂを有する。
【００７５】
第６可動モータ４０７は、軸体４１２ｂと自身の出力軸間に設けられた歯車機構（以下、第６伝達機構Ｍ６という）、第５リンクアーム部４１４及び第５装着部４２２を介して指ＦのＭＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。そして、第６可動モータ４０７は、第５リンクアーム部４１４を軸体４１２ｂの回りβで所定の可動範囲で運動させる。
【００７６】
第７可動モータ４０８は、軸体４１２ａと自身の出力軸間に設けられた歯車機構（第７伝達機構Ｍ７）、軸体４１２ａ、４１２ｂａを介して第５リンクアーム部４１４を左右方向（図１７の矢印方向）に揺動させ、第４装着部４２０及び第５装着部４２２が装着された指Ｆを、ＭＰ関節を回動軸として左右方向に揺動させる。
【００７７】
又、第４装着部４２０内及び第５装着部４２２内のそれぞれには、指Ｆの各関節ＰＩＰ，ＭＰの動きによって生じる力を検知し、力覚データ２０として認識する力覚センサ４３０（すなわち、力及びトルク検出手段２５）が内設されている。
【００７８】
上記構成により、第２指〜第５指用の指動作支援機構４００は、患側上肢手指５を種々の態様に変位させることができる。これにより、患側上肢手指５の指ＦをＰＩＰ関節及びＭＰ関節のそれぞれの関節に沿って他動的に運動させることができる。ここで、指動作支援機構４００では、指Ｆの関節の可動範囲は、指をまっすぐに伸ばした状態にしたときを基準とし、ＰＩＰ関節の患側関節角度が「０°（伸展状態）〜１００°（屈曲状態）」の可動範囲となるように設計されている。又、指動作支援機構４００では、ＭＰ関節の患側関節角度が「−４５°（伸展状態）〜９０°（屈曲状態）」の可動範囲でそれぞれ動かすことができるように設計されている。
【００７９】
又、指動作支援機構４００は、第５リンクアーム部４１４の一端と揺動連結部４１２を介して接続され、揺動力を供給可能な第７可動モータ４０８によって、第４リンクアーム部４１６及び第５リンクアーム部４１４を左右方向（図１７おける矢印γに相当）に揺動させることができる。したがって、本実施形態において示した回復訓練装置４の指動作支援機構４００は、自由度が３に設定されている。
【００８０】
（指動作支援機構４００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係）
ここで、指動作支援機構４００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係について説明する。
【００８１】
手指を上記のような指動作支援機構４００に装着した場合、第４リンクアーム部４１６、第５リンクアーム部４１４、第４装着部４２０，第５装着部４２２及び指Ｆにより、図１８に示すように四角形をなす２つの閉ループＲ１，Ｒ２の模式図を描くことができる。閉ループＲ１は、後部リンク４１４ｂ、前部リンク４１４ａ、辺Ｌ１（軸４１４ｃとＭＰ関節間の辺）、及び後部リンク４１４ｂの軸体４１２ｂとＭＰ関節間の辺からなる。又、閉ループＲ２は、後部リンク４１６ｂ、前部リンク４１６ａ、辺Ｌ２（第４装着部４２０を回動自在に支持する軸とＰＩＰ関節間の辺）、ＰＩＰ関節と軸４１４ｃ間の辺からなる。閉ループＲ２は第３閉ループに相当する。又、閉ループＲ１は第４閉ループに相当する。
【００８２】
この模式図において、指関節角度θｆ１は指Ｆの基節部（以下、基節部ｆ１という）の水平面からの角度であり、指関節角度θｆ２は基節部に対する中節部（以下、中節部ｆ２という）の角度である。
【００８３】
ここで、四角形をなす閉ループの４つの辺の長さが既知である場合、四角形の内角のうち、１つの角度が分かれば、四角形は一意に決まる。この四角形の形が決まれば、幾何学的に、人間の指関節角度θｆ１、θｆ２も自動的に決定することができる。
【００８４】
このように閉ループＲ１と閉ループＲ２は互いに干渉せず、独立しているため、四角形の形が決まれば、幾何学的に、人間の指関節角度θｆ１、θｆ２も自動的に決定することができるのである。
【００８５】
なお、図１８において、ａ１は後部リンク４１４ｂのリンク長、ａ２（＝ａ４）は前部リンク４１４ａのリンク長、ａ３は軸４１４ｃから指Ｆの基節部（ＰＩＰ関節とＭＰ関節間の部位）までの距離である。又、ａ５は後部リンク４１６ｂのリンク長、ａ６は前部リンク４１６ａのリンク長、ａ７は第３曲折部４１８から中節部ｆ２までの距離である。
【００８６】
θ１は後部リンク４１４ｂの水平面からの角度、θ２は後部リンク４１４ｂに対する前部リンク４１４ａの角度、θ３は前部リンク４１４ａに対する基節部ｆ１に直交する直交線との角度である。θ５は前部リンク４１４ａに対する後部リンク４１６ｂの角度、θ６は後部リンク４１６ｂに対する前部リンク４１６ａの角度、θ７は前部リンク４１６ａに対する中節部ｆ２に直交する直交線との角度である。
【００８７】
又、（ｘ，ｙ）は軸４１４ｃの座標、（ｘ’，ｙ’）は第４装着部４２０を回動自在に支持する軸の座標であり、後部リンク４１４ｂが回動軸である軸体４１２ｂを原点（０，０）としている。Ｘは原点からＭＰ関節のｘ座標における距離、Ｙは原点からＭＰ関節のｙ座標における距離であり、いずれも既知である。
【００８８】
又、φ１は辺Ｌ１と指関節角度θｆ１とのなす角度、φ２は辺Ｌ２と中節部ｆ２がなす角度である。
上記のことから、指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５には次式（「数１」）が成立する。
【００８９】
【数１】
なお、上記数式中では、ｆ１は基節部の長さ、ｆ２は中節部の長さを表す。
【００９０】
又、第４リンクアーム部４１６の後部リンク４１６ｂの指動作支援機構関節角度θ５は第５可動モータ４２６が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダの出力値（すなわち、患側角度データ１５）として得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ５に基づいて指関節角度θｆ２（患側関節角度）を一義的に算出する。
【００９１】
同様に、第５リンクアーム部４１４の後部リンク４１４ｂの指動作支援機構関節角度θ１は第６可動モータ４０７が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダからの出力に基づいて得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ１に基づいて指関節角度θｆ１（患側関節角度）を一義的に算出する。
【００９２】
このように得られた指関節角度θｆ１，θｆ２は、制御装置３で表示装置等の出力装置に出力すれば次回のリハビリのためのトレーニングにおいて、目標値を決定する際の参考基準値とすることができる。
【００９３】
なお、従来技術である特許文献１では、第５装着部４２２と第４リンクアーム部４１６に相当するリンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されていない。このため、第１リンクアーム部に相当するリンクアーム部と、第２リンクアーム部に相当するリンクアーム部とで形成される２つの閉ループが互いに干渉することになるため、各指の関節角度（本実施形態の患側関節角度に相当）とリンク角度（本実施形態の指動作支援機構関節角度に相当）が複雑な幾何学的関係となる。この結果、特許文献１では制御上のパラーメータの導出が困難な問題があった。又、リンク機構が大型化する問題もあった。
【００９４】
（拇指動作支援機構３００）
次に、拇指動作支援機構３００を図１、図１６、図１９、及び図２０を参照して説明する。
【００９５】
図１、図１６に示すようにギヤ体７６の中央部には、ブラケット９０を介して拇指動作支援機構３００が取付されている。
拇指動作支援機構３００は、ブラケット９０に取付けされた第１支持本体３１０と、第１支持本体３１０に支持された第３リンクアーム部３１２と、第３リンクアーム部３１２の一端に連結された第２リンクアーム部３１４と、第２リンクアーム部３１４の一端に連結された第１リンクアーム部３１６とを有する。このように第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４及び第３リンクアーム部３１２は直列に接続されて第１リンク機構を構成し、それぞれがリンクアーム部に相当する。
【００９６】
図１９に示すように第１リンクアーム部３１６は中間部としての略中央近傍に位置する第１曲折部３１８によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク３１６ａと後部リンク３１６ｂとから構成されている。
【００９７】
前部リンク３１６ａの先端には、拇指の末節部に面ファスナー（図示しない）等の周知の固定手段を介して装着される第１装着部３２０が回動自在に連結されている。
第２リンクアーム部３１４は、図１９に示すように、中間部としての略中央近傍に位置する第２曲折部３２４によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク３１４ａと後部リンク３１４ｂとから構成されている。
【００９８】
前部リンク３１４ａの先端は第１リンクアーム部３１６の後部リンク３１６ｂと第２装着部３２２が軸３１４ｃにより同軸で互いに回動自在に連結されている。第２装着部３２２は拇指のＩＰ関節及びＭＰ関節の間に第１装着部３２０と同様の固定手段を介して装着される。
【００９９】
前部リンク３１４ａ内には、第１リンク機構用可動モータとしての第１可動モータ３２６が装着されている。第１可動モータ３２６は第１リンクアーム部３１６の後部リンク３１６ｂの後端と、互いに噛合する歯車機構（図示しない）からなる第１伝達機構Ｍ１を介して作動連結され、第１リンクアーム部３１６及び第１装着部３２０を介して拇指のＩＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。第１可動モータ３２６の駆動により第１リンクアーム部３１６は、軸３１４ｃの回りα１に所定の可動範囲で運動する。
【０１００】
第３リンクアーム部３１２は、図１９に示すように互いに連結位置の調節可能に連結された前部リンク３１２ａと、第１支持本体３１０の支持部３１０ｄに対し軸３１５にて回動自在に支持された後部リンク３１２ｂとから構成されている。後部リンク３１２ｂは先端に設けられた長孔３１３を介して前部リンク３１２ａに着脱自在に螺着されたボルト部材３１３ａにより前部リンク３１２ａに対して締め付けされて一体に連結されている。なお、ボルト部材３１３ａに対する後部リンク３１２ｂの取付位置の変更は長孔３１３の長さの範囲で可能である。又、前部リンク３１２ａには第３装着部３２８が回動自在に連結されている。第３装着部３２８は拇指のＭＰ関節及びＣＭ関節の間に第１装着部３２０と同様の固定手段を介して装着される。
【０１０１】
前部リンク３１２ａの先端は軸３１２ｃを介して後部リンク３１４ｂの基端に回動自在に連結されている。そして、前部リンク３１２ａ内には、第１リンク機構用可動モータとしての第２可動モータ３０７が装着されている。第２可動モータ３０７は第２リンクアーム部３１４の後部リンク３１４ｂの後端と、互いに噛合する歯車機構（図示しない）からなる第２伝達機構Ｍ２を介して作動連結され、第２リンクアーム部３１４及び第２装着部３２２を介して拇指のＭＰ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。第２可動モータ３０７の駆動により第２リンクアーム部３１４は、軸３１２ｃの回りβ１に所定の可動範囲で運動する。
【０１０２】
第１支持本体３１０は、図１６、図１９に示すように、後端壁３１０ａと前部側に設けられた支持壁３１０ｂと、後端壁３１０ａと支持壁３１０ｂ間を連結する連結板３１０ｃと、連結板３１０ｃよりも前方に延出されて前記後部リンク３１２ｂを回動自在に支持する支持部３１０ｄから構成されている。
【０１０３】
支持壁３１０ｂには第１リンク機構用可動モータとしての第３可動モータ３３０が装着され、第３可動モータ３３０の出力軸は支持壁３１０ｂに貫通されている。そして、第３可動モータ３３０は、該出力軸と軸３１５間に設けられた歯車機構からなる第３伝達機構Ｍ３を介して後部リンク３１２ｂと作動連結され、第３リンクアーム部３１２及び第３装着部３２８を介して拇指のＣＭ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。図１６に示すように第３可動モータ３３０の駆動により第３リンクアーム部３１２は、軸３１５の回りδに所定の可動範囲（以下、頂角ωという）で運動する。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、頂角ωは０〜６０°として設定されている。この第３可動モータ３３０の駆動により、第１リンク機構の後述する円錐運動の頂角ωを変更することが可能である。
【０１０４】
前記ブラケット９０は、前側壁９１ａ、後側壁９１ｂ及び両側壁を連結する連結部９１ｃから構成されている。そして、第１支持本体３１０は、前側壁９１ａ、後側壁９１ｂに対して、それぞれ前記第３可動モータ３３０の出力軸及び後端壁３１０ａに設けられた軸３１０ｅにて回動自在に連結されている。軸３１０ｅは第３可動モータ３３０の出力軸と同軸に配置されている。ブラケット９０の連結部９１ｃには内外転用可動モータとしての第４可動モータ９４が装着されている。
【０１０５】
第４可動モータ９４は、その出力軸と軸３１０ｅ間に設けられた歯車機構からなる第４伝達機構Ｍ４を介して第１支持本体３１０と作動連結され、第１支持本体３１０を介して第１リンク機構を該第１支持本体３１０に頂点を固定した円錐運動をさせる可動力を供給する。本実施形態では、第４伝達機構Ｍ４は軸３１０ｅに固定されたセクタギヤ３０９と、セクタギヤ３０９に噛合されるとともに、第４可動モータ９４の出力軸に設けられた平歯車３１１から構成されている。第４可動モータ９４の駆動により、第１支持本体３１０は、第３可動モータ３３０の出力軸及び軸３１０ｅの共通軸心の回りεに所定範囲の角度（円錐面作動角という）で自転（すなわち、回転）する（図２０参照）。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、円錐面作動角は±６０°として設定されている。この可動範囲は、制御により、任意に変更可能である。
【０１０６】
又、第１装着部３２０、第２装着部３２２、及び第３装着部３２８内のそれぞれには、拇指のＩＰ関節、ＭＰ関節、ＣＭ関節の動きによって生じる力を検知し、力覚データ２０として認識する力覚センサ４３２（すなわち、力及びトルク検出手段２５）が内設されている。
【０１０７】
上記構成により、拇指動作支援機構３００は、患側上肢手指５の拇指を種々の態様に変位させることができる。これにより、患側上肢手指５の拇指を、ＩＰ関節、ＭＰ関節、及びＣＭ関節のそれぞれの関節に沿って他動的に運動させることができる。又、人間の拇指の運動には、ＣＭ関節における内外転と、屈曲・伸展、ＣＭ関節の屈曲・伸展、ＩＰ関節の屈曲・伸展がある。又、ＣＭ関節では内外転と屈曲・伸展の運動と同時に拇指対向のための対立運動が生じる。このように指Ｆと拇指では仕組みが異なるため、前述の指動作支援機構４００では拇指のすべての運動に対応することができない。拇指動作支援機構３００では第４可動モータ９４と第３可動モータ３３０を備えることにより、内外転と屈曲・伸展及び対立（旋回）の動きを複合して動作補助（すなわち、動作支援）できるようにしている。
【０１０８】
（拇指動作支援機構３００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係）
ここで、拇指動作支援機構３００において、拇指における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係について説明する。
【０１０９】
前述した図１８の模式図で説明した閉ループＲ１，Ｒ２は、指動作支援機構４００を指Ｆに装着した場合に形成されたものであったが、拇指動作支援機構３００を拇指に装着した場合も同様のことが成立する。
【０１１０】
すなわち、拇指動作支援機構３００の第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、第１装着部３２０、及び第２装着部３２２は、指動作支援機構４００の第４リンクアーム部４１６、後部リンク４１４ｂ、第４装着部４２０、及び力覚センサ４３０と同一構成である。又、拇指動作支援機構３００の第１可動モータ３２６、及び第２可動モータ３０７は、指動作支援機構４００の第５可動モータ４２６、及び第６可動モータ４０７と同様に制御される。
【０１１１】
このため、指動作支援機構４００における指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５との関係で説明した文中、指Ｆに関する記述を親指に関する記述にして読み替えると共に、指動作支援機構４００に関する記述を拇指動作支援機構３００に関する記述に読み替えればよい。たとえば、指動作支援機構関節角度θ１，θ５は、指動作支援機構４００では、第６可動モータ４０７及び第５可動モータ４２６に関するものであったが、拇指動作支援機構３００では、第２可動モータ３０７及び第１可動モータ３２６に関する記述となる。
【０１１２】
又、指動作支援機構関節角度θｆ１、θｆ２は、拇指動作支援機構３００では、指関節角度θｆ１は拇指のＩＰ関節とＭＰ関節間の部位（以下、拇指の基節部という）の水平面からの角度であり、指関節角度θｆ２は拇指の基節部に対する末節部の角度となる。
【０１１３】
そして、拇指動作支援機構３００が、拇指に装着された場合の、閉ループＲ１は、第２閉ループに相当し、閉ループＲ２は第１閉ループに相当する。
従って、拇指動作支援機構３００においても、上記のことから、指関節角度θｆ１、θｆ２と指動作支援機構関節角度θ１，θ５には前記式（「数１」）が成立する。
【０１１４】
このため、第１リンクアーム部３１６の後部リンク３１６ｂの指動作支援機構関節角度θ５は第１可動モータ３２６が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダの出力値（すなわち、患側角度データ１５）として得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ５に基づいて指関節角度θｆ２（患側関節角度）を一義的に算出する。
【０１１５】
同様に、第２リンクアーム部３１４の後部リンク３１４ｂの指動作支援機構関節角度θ１は第２可動モータ３０７が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダからの出力に基づいて得ることができる。この出力値が制御装置３の患側角度データ受付手段１６で受け付けられると、患側角度データ受付手段１６では、上記関係式と指動作支援機構関節角度θ１に基づいて指関節角度θｆ１（患側関節角度）を一義的に算出する。
【０１１６】
なお、拇指動作支援機構３００では、指動作支援機構４００と異なり、軸体４１２ｂに相当する位置には軸３１２ｃが位置する。この軸３１２ｃの位置は、軸３１２ｃと軸３１５間のリンク長が固定長で既知であり、第３可動モータ３３０による頂角ωは第３可動モータ３３０が備える患側角度検知手段２４としてのロータリエンコーダから健できるため、制御装置３で容易に酸することができる。
【０１１７】
このように得られた、拇指動作支援機構３００が装着された拇指に関する指関節角度θｆ１，θｆ２は、制御装置３で表示装置等の出力装置に出力すれば次回のリハビリのためのトレーニングにおいて、目標値を決定する際の参考基準値とすることができる。
【０１１８】
さて、上記のように構成された回復訓練装置を備えた上肢手指リハビリシステム１では、まず、前腕位置規制部３１、前腕支持体４７に対して前腕を通して、装着する。そして、各指動作支援機構４００に対して第２指〜第５指を装着する。なお、手を各機構部等に装着するときには、図１５に示すように手のひらを天側に向けた状態で手を第２支持本体４１０上に置き、手関節動作支援機構２００の曲率中心Ｏ１と手関節の軸が一致するようにする。
【０１１９】
この後、上肢手指リハビリシステム１の電気的構成が起動される。この上肢手指リハビリシステム１は、健側上肢手指６に装着した運動検出装置２により、健側上肢手指６の各関節角度を患側上肢手指の目標値として提示する。患者は健側上肢手指６を動かすと、その関節変位が角度検知センサ７によって検知され、制御装置３は、関節変位の角度データを受け取ると、該角度データ９に基づいて患側上肢手指５を運動させるための制御データ１２を生成する。又、制御装置３は、回復訓練装置４から送出される患側上肢手指５に関する患側関節角度等の患側角度データ１５を受付け、該患側角度データ１５により健側上肢手指６の各関節角度と対応する患側上肢手指５の各患側関節角度等との間の誤差を検出し、角度補正データ１７を生成する。そして、制御装置３は前記角度補正データ１７及び回復訓練装置４から入力した力覚データ２０に基づいて制御データ１２の補正を行う。そして、補正された制御データが制御装置３から回復訓練装置４に出力され、回復訓練装置４ではこの制御データに基づいて各機構部が駆動制御されることにより目標となる患側上肢手指の関節変位が実現される。
【０１２０】
もし、運動機能の低下により患側上肢手指の関節可動域が健側上肢手指６よりも小さい場合、無理に患側上肢手指の関節を動かそうとする力が働く。その力は、患側の力覚センサ４３０，４３２により計測され、検出値として制御装置３側に送出される。補正手段１９はその検出値が許容値範囲外であれば、無理な力が患側上肢手指に働かないように制御データを補正する。又、補正手段１９では、前記検出値が過剰な力であるとする判定値以上のデータや、トルクセンサＴＳ１，ＴＳ２からのトルクがあった場合、補正手段１９により、回復訓練装置４の各可動モータ等を停止するための制御データを出力させる。このことにより、拇指、手関節、前腕用の各機構により健側上肢手指の運動を患側上肢手指へ提示するとともに、患側上肢手指で作用する力を計測することにより、安全なリハビリ支援を実現している。
【０１２１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に記載する各効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の回復訓練装置４は、拇指動作支援機構３００を備えるようにした。そして、拇指動作支援機構３００は、拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部の各部位にそれぞれ装着される第１装着部３２０、第２装着部３２２、第３装着部３２８を有する第１リンク機構を備えるようにした。又、拇指動作支援機構３００は第１支持本体３１０と、第１リンク機構と第１支持本体３１０にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して拇指の各関節を可動する第１可動モータ３２６、第２可動モータ３０７、第３可動モータ３３０を備えるようにした。さらに、拇指動作支援機構３００は、第１支持本体３１０を回転する第４可動モータ９４を備えるようにした。そして、拇指動作支援機構３００は、第４可動モータ９４を回転することにより第１リンク機構が頂点を第１支持本体３１０に固定した円錐運動をなし、第１支持本体３１０に設けられた第３可動モータ３３０を回転することにより第１リンク機構が円錐運動の頂角を変えるようにした。
【０１２２】
この結果、第４可動モータ９４を回転することにより第１リンク機構が頂点を第１支持本体３１０に固定した円錐運動が可能となり、第１支持本体３１０に設けられた第３可動モータ３３０を回転することにより第１リンク機構が円錐運動の頂角を変えることができる。この結果、拇指の対立運動の動作支援を行うことができる。
【０１２３】
（２） 本実施形態では、拇指動作支援機構３００は、先端に第１装着部３２０が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第１曲折部３１８によって曲折自在に形成される第１リンクアーム部３１６を有する。又、拇指動作支援機構３００は、先端に第２装着部３２２と第１リンクアーム部３１６の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第２曲折部３２４によって曲折自在に形成される第２リンクアーム部３１４を備える。又、拇指動作支援機構３００は、先端に第２リンクアーム部３１４の基端が回動自在に連結され、第３装着部３２８が取付けされた第３リンクアーム部３１２を備える。
【０１２４】
そして、拇指動作支援機構３００は、第１〜３リンクアーム部が、第１〜３装着部を介して拇指に装着された際、第１リンクアーム部３１６と拇指のＩＰ関節を含む第１閉ループとしての閉ループＲ２と、第２リンクアーム部３１４と拇指のＭＰ関節を含む第２閉ループとしての閉ループＲ１がとが互いに干渉しない構成にされている。すなわち、第２装着部３２２と第１リンクアーム部３１６の基端が同軸にて回動自在に連結されている。
【０１２５】
この結果、閉ループＲ２と閉ループＲ１とが干渉しないため、拇指のＩＰ関節の動作支援を行う第１可動モータ３２６を独立して制御することが実現できる。又、第１リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【０１２６】
（３） 本実施形態では、指動作支援機構４００は、指Ｆの中節部、及び基節部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第２リンク機構を有するようにした。
【０１２７】
そして、指動作支援機構４００は、第２リンク機構を回動自在に支持する第２支持本体４１０と、第２リンク機構と第２支持本体４１０にそれぞれ設けられ、第２リンク機構の各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより各装着部を介して指Ｆの各関節を可動する第５可動モータ４２６、第６可動モータ４０７を含むようにした。
【０１２８】
この結果、拇指動作支援機構３００による拇指の対立運動の動作支援とともに、拇指動作支援機構３００を有することにより、物を摘む動作を支援することができる。
（４） 本実施形態では、指動作支援機構４００は、先端に第４装着部４２０が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第３曲折部４１８によって曲折自在に形成される第４リンクアーム部４１６を備えるようにした。又、指動作支援機構４００は、先端に第５装着部４２２と第４リンクアーム部４１６の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第４曲折部４２４によって曲折自在に形成される第５リンクアーム部４１４を備える。
【０１２９】
そして、指動作支援機構４００は第４リンクアーム部４１６及び第５リンクアーム部４１４が第４装着部４２０、第５装着部４２２を介して指に装着された際、第４リンクアーム部４１６と指ＦのＰＩＰ関節を含む第３閉ループとしての閉ループＲ２と、第５リンクアーム部４１４と指ＦのＭＰ関節を含む第４閉ループがとが互いに干渉しない。
【０１３０】
この結果、第５装着部４２２と第４リンクアーム部４１６の基端が同軸にて連結されていることにより、第３閉ループに相当する閉ループＲ２と第４閉ループに相当する閉ループＲ１とは、第３閉ループと第４閉ループとが干渉しないため、指のＰＩＰ関節の動作支援を行う可動モータを独立して制御することが実現できる。又、第２リンク機構の簡素化と小型化及び制御の高信頼性を得ることができる。
【０１３１】
（５） 本実施形態では、回復訓練装置４は、運動機能の回復訓練を要する患側の前腕に装着する前腕動作支援機構１００と、手関節動作支援機構２００とを有するようにした。そして、前腕動作支援機構１００は、前腕を通す部位を有するとともに支持台３０に対して往復回動自在に支持されて、該部位に通される該前腕の回内・回外を支援する前腕支持体４７（前腕支持部）と、前腕支持体４７を回動駆動する前腕支援用モータ５２（第１駆動モータ）と含む。又、手関節動作支援機構２００は、第１リンク機構の第１支持本体３１０と第２リンク機構の第２支持本体４１０を支持するとともに、第１支持本体３１０と第２支持本体４１０を前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）を含む面に沿って往復移動可能に、前腕支持体４７に対して、往復移動自在に支持されたギヤ体７６（移動部材）を備える。そして、手関節動作支援機構２００は、ギヤ体７６（移動部材）を前記往復移動のために駆動する手関節モータ７１（第２駆動モータ）と備える。
【０１３２】
この結果、前腕動作支援機構１００により、前腕の回内・回外を支援できるとともに、手関節動作支援機構２００により、手関節の伸展屈曲運動を支援できる。このとき、前腕の回内又は回外した状態、或いは手関節の屈曲又は伸展した状態で、拇指の対立運動の動作支援を行うことができる。
【０１３３】
（６） 又、本実施形態の回復訓練装置４では、手関節動作支援機構２００には、前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出を行うＴＳ１（第１トルクセンサ）と、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出を行うトルクセンサＴＳ２（第２トルクセンサ）が設けられている。
【０１３４】
この結果、トルクセンサＴＳ１により前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出ができるとともに、又、トルクセンサＴＳ２により、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出ができる。これらのトルクセンサにより、手関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらのトルクセンサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【０１３５】
（７） 又、本実施形態の回復訓練装置４では、前腕支持体４７（前腕支持部）は、円弧状に延びるガイド溝４５，４６（ガイド部）を有するとともに、支持台３０に対して回転自在に支持されてガイド溝４５，４６（ガイド部）が円弧状の軌跡を有するように移動可能な可動ガイド体４１を備える。又、回復訓練装置４は、可動ガイド体４１のガイド溝４５，４６（ガイド部）にてガイドされて回転自在に支持されるとともに前腕を通す部位が断面凹状をなす前腕支持体４７とを備える。
【０１３６】
又、回復訓練装置４は、前腕支援用モータ５２（第１駆動モータ）と可動ガイド体４１間及び前腕支援用モータ５２と前腕支持体４７間には、それぞれ可動ガイド体４１と前腕支持体４７に対して同方向の回転量を付与する第１駆動力伝達機構Ｋ１及び第２駆動力伝達機構Ｋ２が設けられている。そして、回復訓練装置４は、第２駆動力伝達機構Ｋ２の前腕支持体４７に付与する回転量は、第１駆動力伝達機構Ｋ１の可動ガイド体４１に付与する回転量よりも多くしている。
【０１３７】
この結果、本実施形態によれば、第２駆動力伝達機構Ｋ２の前腕支持体４７に付与する回転量を第１駆動力伝達機構Ｋ１の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くして可動ガイド体４１を回転移動させることにより、可動ガイド体４１と同方向に回転する前腕支持体４７をガイドすることができる。この結果、可動ガイド体４１を大きくする必要がなく、回復訓練装置４を小型化できる。
【０１３８】
（８） 本実施形態によれば、回復訓練装置４において、前記各装着部には、力覚センサ４３０，４３２が設けられている。
この結果、本実施形態では、各装着部に設けられた力覚センサ４３０，４３２により指関節の運動時に生ずる力の検出ができる。これらの力覚センサにより、拇指や或いは指の関節のインピーダンスに応じた動作の補助ができ、さらにこれらの力覚センサの検出を利用して、過大な補助力を抑制することも可能となる。
【０１３９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図２４〜２９を参照して説明する。第２実施形態は、拇指動作支援機構３００の一部の構成が第１実施形態と異なっているだけであるため、拇指動作支援機構３００の構成を中心にして説明する。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１４０】
図２４に示すようにギヤ体７６の中央部には、前方に延出されたブラケット３４０を介して拇指動作支援機構３００が取付けされている。ブラケット３４０は、ギヤ体７６に固定された第１ブラケット部３４２と、第１ブラケット部３４２に対しヒンジ３４３を介して連結された第２ブラケット部３４４とからなっている。ヒンジ３４３により、拇指動作支援機構３００は、図２４に示すように拇指動作支援機構３００が前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）に沿わせた位置と、図２５に示すように中心線Ｏから離間する位置の間を移動可能である。
【０１４１】
第２実施形態の拇指動作支援機構３００は、ブラケット３４０に取付けされた第１支持本体ガイド体としてのガイド体３５０と、ガイド体３５０に対し取付された第１支持本体３５２と、第１支持本体３５２に支持された第１リンク機構３７０とから構成されている。
【０１４２】
ガイド体３５０は、図２４、図２６、図２７に示すように患側上肢手指５が通過可能な空間域を有するように略半円弧状をなし、外周面側が断面コ字状のガイド溝３５１が形成されている。そして、ブラケット３４０により、図２４、図２６に示すように、拇指動作支援機構３００が患側上肢手指５に装着可能な位置に位置する場合、ガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２が、前記前腕支持体４７の中心線Ｏと平行になるように配置されている。ガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２は、図２７に示すように患側上肢手指５が通過可能な空間域内に位置する。
【０１４３】
又、ガイド溝３５１内には前記第１支持本体３５２がガイド体３５０の外周面の回りで往復移動自在に配置されている。
ガイド体３５０の外周面の両端には、従動プーリ３５３を支持する軸受３５４と、内外転用可動モータとしての第３可動モータ３５５を支持する軸受３５６とがそれぞれ固定されている。第３可動モータ３５５の出力軸には、駆動プーリ３５７が固定されている。
【０１４４】
そして、図２８に示すように駆動プーリ３５７と従動プーリ３５３間には、無端状のワイヤ３５８が巻回されている。第１支持本体３５２は、図示しない貫通孔を介してワイヤ３５８が移動自在に貫通されているとともに、該貫通孔を通過するワイヤ３５８とは反対方向に逆行するワイヤ３５８の一部が止着されている。この結果、第１支持本体３５２は第３可動モータ３５５により駆動されてガイド溝３５１内を往復移動可能である。
【０１４５】
本実施形態では、図２７に示すように第１支持本体３５２はガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２の回りに所定範囲の角度（円錐面作動角ε１という）で運動する。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、円錐面作動角は±６０°として設定されている。この可動範囲は、第３可動モータ３５５の駆動制御により、任意に変更可能である。 この結果、図２７に示すように第１支持本体３５２の円錐面作動角ε１を持った運動、すなわち、円錐運動によりその頂点は、ガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２に位置することになる。又、この頂点は、ガイド体３５０内の空間域に患側上肢手指５の手首が配置されることにより、その手首内部に位置することになる。
【０１４６】
このようにしている理由は、円錐運動の頂点が手首内部に位置すると、拇指の対立運動の動作支援を拇指に無理な負荷を掛けることなく行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができるからである。
【０１４７】
第１支持本体３５２には、第１リンク機構３７０を回動自在に支持する軸体３６２が設けられている。軸体３６２の軸心Ｏ３は、図２７に示すようにガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２を通過するように配置されている。
【０１４８】
図２７に示すように軸体３６２には、後述する第１リンク機構３７０の一部を構成する連結アーム部３６４が一体に固定されている。又、図２６に示すように第１支持本体３５２には、軸受部３５９が設けられ、軸受部３５９には、第１リンク機構用可動モータとしての第３可動モータ３６０が設けられている。そして、図２４、図２６に示すように第３可動モータ３６０の出力軸に固定されたギヤ３６０ａが軸体３６２に固定された王冠型のギヤ３６２ａに噛合されている。
【０１４９】
図２４に示すように拇指動作支援機構３００の第１リンク機構３７０は、第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、第３リンクアーム部３８０、及び第３リンクアーム部３８０と第１支持本体３５２間を連結する連結アーム部３６４から構成されている。
【０１５０】
第２実施形態では、第３リンクアーム部３８０の構成が、第１実施形態の第３リンクアーム部３１２の構成と異なっている。本実施形態の第３リンクアーム部３８０は、図２４に示すように、中間部としての略中央近傍に位置する第５曲折部３８２によって曲折自在に形成された一対のリンク、すなわち、前部リンク３８０ａと後部リンク３８０ｂとから構成されている。前部リンク３８０ａの先端は、第２リンクアーム部３１４の後部リンク３１４ｂの後端と第３装着部３２８とが同軸で回動自在に連結されている。
【０１５１】
又、前記連結アーム部３６４は、前記第３リンクアーム部３８０の後部リンク３８０ｂの後端と回動自在に連結されたモータ保持体３６４ａと、モータ保持体３６４ａに対して取付けされるとともに前記第１支持本体３５２に固定されたアーム３６４ｂとから構成されている。アーム３６４ｂの先端には、前後方向に延びる長孔３６６が形成されている。そして、長孔３６６を介してモータ保持体３６４ａに対し着脱自在に螺合されたボルト３６８によりモータ保持体３６４ａはアーム３６４ｂに対して連結されている。なお、長孔３６６が許容する範囲で、アーム３６４ｂに対するモータ保持体３６４ａの取付け位置の調整が可能である。
【０１５２】
モータ保持体３６４ａには、図２９に示すように第２可動モータ３０７が取付けされている。第２可動モータ３０７の出力軸にはギヤ３０７ａが設けられ、該ギヤ３０７ａは後部リンク３８０ｂ後端の軸に取付けされた王冠型のギヤ３８１と噛合されている。ギヤ３０７ａとギヤ３８１とにより第２伝達機構Ｍ２が構成され、第２可動モータ３０７は第３リンクアーム部３８０及び第３装着部３２８を介して拇指のＣＭ関節を可動範囲に沿って可動させる可動力を供給する。
【０１５３】
又、そして、第１リンク機構３７０の第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、及び第３リンクアーム部３８０は、図２７に示すようにその中心線を通過する仮想平面ＨＭが中心Ｏ２を通過するように前記連結アーム部３６４により配置されている。
【０１５４】
そして、前記第３可動モータ３６０の駆動により連結アーム部３６４（すなわち、第１リンク機構３７０）は、軸体３６２の回りに所定の可動範囲（以下、頂角ω１という（図２４参照））で運動する。本実施形態では、人間の拇指の可動域を満たすように、頂角ωは０〜６０°として設定されている。この第３可動モータ３３０の駆動により、第１リンク機構３７０の円錐運動の頂角ω１を変更することが可能である。
【０１５５】
以上詳述した第２実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の回復訓練装置４の拇指動作支援機構３００は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体としてのガイド体３５０を備えている。そして、第１支持本体３５２は、内外転用可動モータとしての第３可動モータ３５５に回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置するようにした。
【０１５６】
すなわち、ガイド体３５０内の空間域に患側上肢手指５の手首が配置された場合、円錐運動の頂点はガイド体３５０の外周面の曲率半径の中心Ｏ２に位置して、その手首内部に位置することになる。この結果、円錐運動の頂点が手首内部に位置すると、拇指の対立運動の動作支援を拇指に無理な負荷を掛けることなく行うことができ、拇指の運動の制限がなく、小物を摘む等の拇指特有の細かな指先運動の実現が患側上肢手指に対して行うことができる。
【０１５７】
（２） 又、第２実施形態の回復訓練装置４の拇指動作支援機構３００は、第１リンク機構３７０の第１リンクアーム部３１６、第２リンクアーム部３１４、及び第３リンクアーム部３８０は、その中心線を通過する仮想平面ＨＭが中心Ｏ２を通過するように前記連結アーム部３６４により配置した。そして、第３可動モータ３６０の駆動により連結アーム部３６４（すなわち、第１リンク機構３７０）は、軸体３６２の回りに所定の頂角ω１で運動するようにした。この結果、この第３可動モータ３３０の駆動により、第１リンク機構３７０の円錐運動の頂角ω１を変更することができる。
【０１５８】
（３） 又、第２実施形態の回復訓練装置４では、ヒンジ３４３により、図２４に示すように拇指動作支援機構３００が前腕支持体４７の中心線Ｏ（回転中心線）に沿わせた位置と、図２５に示すように中心線Ｏから離間する位置の間を移動可能とした。
【０１５９】
この結果、患側上肢手指５を拇指動作支援機構３００に装着する際には、一旦、図２５に示すようにヒンジ３４３により、拇指動作支援機構３００を中心線Ｏから離間する位置へ移動させると、ガイド体３５０等が邪魔になることはない。そして、患側上肢手指５を図２５に示すように配置した後、ヒンジ３４３により、拇指動作支援機構３００を中心線Ｏに拇指動作支援機構３００を沿わせるように配置すれば、拇指動作支援機構３００を患側上肢手指５に対して装着することができる。
【０１６０】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 前記実施形態では、４つの指動作支援機構４００を使用したが、１〜３個で使用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の上肢手指機能回復訓練装置の斜視図。
【図２】同じく前腕位置規制部３１の説明図。
【図３】同じく前腕支援用モータ５２の取付状態示す説明図。
【図４】同じく前腕動作支援機構１００の説明図。
【図５】可動ガイド体４１の前側壁３６，中央側壁３７に対する取付構造を示す説明図。
【図６】可動ガイド体４１，前腕支持体４７、ギヤ６１の位置関係を示す説明図。
【図７】前腕支持体４７の正面図。
【図８】固定ガイド板３８と周辺部材の説明図。
【図９】アームギヤ５０と第２駆動力伝達機構Ｋ２の位置関係を示す説明図。
【図１０】前腕支持体４７及び周辺部材の平面図。
【図１１】回復訓練装置４の一部省略側面図。
【図１２】支持板５１とその周辺部材の説明図。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）は、可動ガイド体４１と前腕支持体４７の回転した際の位置関係を示すための説明図。
【図１４】指動作支援機構４００の配置状態を示す説明図。
【図１５】手関節動作支援機構２００及び指動作支援機構４００の説明図。
【図１６】拇指動作支援機構３００の説明図。
【図１７】指動作支援機構４００の概略斜視図。
【図１８】２つの閉ループが形成される場合の模式図。
【図１９】拇指動作支援機構３００の概略斜視図。
【図２０】拇指動作支援機構３００の円錐面作動角の説明図。
【図２１】上肢手指リハビリシステム１の概略図。
【図２２】上肢手指リハビリシステム１の電気的構成を示すブロック図。
【図２３】（ａ）は前腕の回内・回外の説明図、（ｂ）は手関節の伸展・屈曲の説明図、（ｃ）は手関節の橈屈・尺屈の説明図。
【図２４】第２実施形態の拇指動作支援機構３００の説明図。
【図２５】同じく拇指動作支援機構３００の作用の説明図。
【図２６】同じく拇指動作支援機構３００の説明図。
【図２７】同じく拇指動作支援機構３００の円錐面作動角の説明図。
【図２８】同じく拇指動作支援機構３００の説明図。
【図２９】リンクの要部拡大図。
【符号の説明】
【０１６２】
４…上肢手指機能回復訓練装置、
３０…支持台、
４１…可動ガイド体、
４５，４６…ガイド溝（ガイド部）、
４７…前腕支持体、
５２…前腕支援用モータ（第１駆動モータ）、
７１…手関節モータ（第２駆動モータ）、
７６…ギヤ体（移動部材）、
９４…第４可動モータ（内外転用可動モータ）、
１００…前腕動作支援機構、
２００…手関節動作支援機構、
３００…拇指動作支援機構、
３０７…第２可動モータ（第１リンク機構用可動モータ）、
３２６…第１可動モータ（第１リンク機構用可動モータ）、
３３０…第３可動モータ（第１リンク機構用可動モータ）、
４００…指動作支援機構、
４０７…第６可動モータ（第２リンク機構用可動モータ）、
４０８…第７可動モータ（第２リンク機構用可動モータ）、
４１４…第５リンクアーム部、
４１６…第４リンクアーム部（第５リンクアーム部４１４とともに第２リンク機構を構成する。）
４１８…第３曲折部、
４２０…第４装着部（装着部）、
４２２…第５装着部（装着部）、
４２４…第４曲折部
４２６…第５可動モータ（第２リンク機構用可動モータ）、
４１０…第２支持本体、
Ｋ１…第１駆動力伝達機構、
Ｋ２…第２駆動力伝達機構、
Ｒ１…閉ループ（第４閉ループ）、
Ｒ２…閉ループ（第３閉ループ）、
Ｏ…中心線（回転中心線）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指に装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置において、
拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第１リンク機構と、
前記第１リンク機構を回動自在に支持する第１支持本体と、
前記第１リンク機構と前記第１支持本体にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記拇指の各関節を可動する複数の第１リンク機構用可動モータと、
前記第１支持本体を回転する内外転用可動モータとを含む拇指動作支援機構を備え、
前記内外転用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が頂点を前記第１支持本体に固定した円錐運動をなし、前記第１支持本体に設けられた第１リンク機構用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が前記円錐運動の頂角を変えることを特徴とする上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項２】
前記第１リンク機構の複数の装着部は、前記拇指の末節部に装着される第１装着部と、前記拇指の基節部に装着される第２装着部と、前記拇指の中手骨部に装着される第３装着部とを含み、
前記第１リンク機構の複数のリンクアーム部は、
先端に前記第１装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第１曲折部によって曲折自在に形成される第１リンクアーム部と、
先端に前記第２装着部と前記第１リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第２曲折部によって曲折自在に形成される第２リンクアーム部と、
先端に前記第２リンクアーム部の基端が回動自在に連結され、前記第３装着部が取付けされた第３リンクアーム部を含み、
前記第１リンク機構の第１〜３リンクアーム部が、前記第１〜３装着部を介して拇指に装着された際、
前記第１リンクアーム部と拇指のＩＰ関節を含む第１閉ループと、
前記第２リンクアーム部と拇指のＭＰ関節を含む第２閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする請求項１に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項３】
前記拇指動作支援機構は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体を備え、
前記第１支持本体は、前記内外転用可動モータに回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項４】
さらに、拇指以外の指の動作を支援する指動作支援機構を少なくとも１つ有し、
前記指動作支援機構は、
該指の基節部、及び中節部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第２リンク機構と、
前記第２リンク機構を回動自在に支持する第２支持本体と、
前記第２リンク機構と前記第２支持本体にそれぞれ設けられ、第２リンク機構の各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記指の各関節を可動する複数の第２リンク機構用可動モータを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項５】
前記第２リンク機構の複数の装着部は、前記指の中節部に装着される第４装着部と、前記指の基節部に装着される第５装着部とを含み、
前記第２リンク機構の複数のリンクアーム部は、
先端に前記第４装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第３曲折部によって曲折自在に形成される第４リンクアーム部と、
先端に前記第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第４曲折部によって曲折自在に形成される第５リンクアーム部を含み、
前記第２リンク機構の第４，５リンクアーム部が、前記第４，５装着部を介して指に装着された際、
前記第４リンクアーム部と指のＰＩＰ関節を含む第３閉ループと、
前記第５リンクアーム部と指のＭＰ関節を含む第４閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする請求項４に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項６】
運動機能の回復訓練を要する患側の前腕に装着する前腕動作支援機構と、手関節動作支援機構とを有し、
前記前腕動作支援機構は、
前記前腕を通す部位を有するとともに支持台に対して往復回動自在に支持されて、該部位に通される該前腕の回内・回外を支援する前腕支持部と、前記前腕支持部を回動駆動する第１駆動モータと含み、
前記手関節動作支援機構は、
前記第１リンク機構の第１支持本体と前記第２リンク機構の第２支持本体を支持するとともに、該第１支持本体と第２支持本体を該前腕支持部の回転中心線を含む面に沿って往復移動可能に、前記前腕支持部に対して、往復移動自在に支持された移動部材と、
該移動部材を前記往復移動のために駆動する第２駆動モータとを含むことを特徴とする請求項５に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項７】
前記手関節動作支援機構には、前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出を行う第１トルクセンサと、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出を行う第２トルクセンサが設けられたことを特徴とする請求項６に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項８】
前記前腕支持部は、
円弧状に延びるガイド部を有するとともに、前記支持台に対して回転自在に支持されて前記ガイド部が円弧状の軌跡を有するように移動可能な可動ガイド体と、
前記可動ガイド体のガイド部にてガイドされて回転自在に支持されるとともに前記前腕を通す部位が断面凹状をなす前腕支持体とにより構成され、
前記第１駆動モータと前記可動ガイド体間及び前記第１駆動モータと前記前腕支持体間には、それぞれ前記可動ガイド体と前腕支持体に対して同方向の回転量を付与する第１及び第２駆動力伝達機構が設けられ、
前記第２駆動力伝達機構の前記前腕支持体に付与する回転量は、前記第１駆動力伝達機構の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くしたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項９】
前記各装着部には、力覚センサが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項１】
運動機能の回復訓練を要する患側上肢手指に装着され、前記患側上肢手指を他動的に運動させる上肢手指機能回復訓練装置において、
拇指の末節部、該拇指の基節部、及び中手骨部にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第１リンク機構と、
前記第１リンク機構を回動自在に支持する第１支持本体と、
前記第１リンク機構と前記第１支持本体にそれぞれ設けられ、前記各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記拇指の各関節を可動する複数の第１リンク機構用可動モータと、
前記第１支持本体を回転する内外転用可動モータとを含む拇指動作支援機構を備え、
前記内外転用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が頂点を前記第１支持本体に固定した円錐運動をなし、前記第１支持本体に設けられた第１リンク機構用可動モータを回転することにより前記第１リンク機構が前記円錐運動の頂角を変えることを特徴とする上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項２】
前記第１リンク機構の複数の装着部は、前記拇指の末節部に装着される第１装着部と、前記拇指の基節部に装着される第２装着部と、前記拇指の中手骨部に装着される第３装着部とを含み、
前記第１リンク機構の複数のリンクアーム部は、
先端に前記第１装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第１曲折部によって曲折自在に形成される第１リンクアーム部と、
先端に前記第２装着部と前記第１リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第２曲折部によって曲折自在に形成される第２リンクアーム部と、
先端に前記第２リンクアーム部の基端が回動自在に連結され、前記第３装着部が取付けされた第３リンクアーム部を含み、
前記第１リンク機構の第１〜３リンクアーム部が、前記第１〜３装着部を介して拇指に装着された際、
前記第１リンクアーム部と拇指のＩＰ関節を含む第１閉ループと、
前記第２リンクアーム部と拇指のＭＰ関節を含む第２閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする請求項１に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項３】
前記拇指動作支援機構は、手首が通過可能な空間域を備えるとともに、前記第１支持本体を前記空間域の回りで前記回転として公転させてガイドする第１支持本体ガイド体を備え、
前記第１支持本体は、前記内外転用可動モータに回転駆動されることにより前記空間域に前記円錐運動の頂点が位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項４】
さらに、拇指以外の指の動作を支援する指動作支援機構を少なくとも１つ有し、
前記指動作支援機構は、
該指の基節部、及び中節部の各部位にそれぞれ装着される装着部をそれぞれ有する各リンクアーム部を直列連結した第２リンク機構と、
前記第２リンク機構を回動自在に支持する第２支持本体と、
前記第２リンク機構と前記第２支持本体にそれぞれ設けられ、第２リンク機構の各装着部を有するリンクアーム部を駆動することにより前記各装着部を介して前記指の各関節を可動する複数の第２リンク機構用可動モータを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項５】
前記第２リンク機構の複数の装着部は、前記指の中節部に装着される第４装着部と、前記指の基節部に装着される第５装着部とを含み、
前記第２リンク機構の複数のリンクアーム部は、
先端に前記第４装着部が回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第３曲折部によって曲折自在に形成される第４リンクアーム部と、
先端に前記第５装着部と前記第４リンクアーム部の基端が同軸にて回動自在に連結されるとともに自身の中間部に設けられた第４曲折部によって曲折自在に形成される第５リンクアーム部を含み、
前記第２リンク機構の第４，５リンクアーム部が、前記第４，５装着部を介して指に装着された際、
前記第４リンクアーム部と指のＰＩＰ関節を含む第３閉ループと、
前記第５リンクアーム部と指のＭＰ関節を含む第４閉ループがとが互いに干渉しない構成にされていることを特徴とする請求項４に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項６】
運動機能の回復訓練を要する患側の前腕に装着する前腕動作支援機構と、手関節動作支援機構とを有し、
前記前腕動作支援機構は、
前記前腕を通す部位を有するとともに支持台に対して往復回動自在に支持されて、該部位に通される該前腕の回内・回外を支援する前腕支持部と、前記前腕支持部を回動駆動する第１駆動モータと含み、
前記手関節動作支援機構は、
前記第１リンク機構の第１支持本体と前記第２リンク機構の第２支持本体を支持するとともに、該第１支持本体と第２支持本体を該前腕支持部の回転中心線を含む面に沿って往復移動可能に、前記前腕支持部に対して、往復移動自在に支持された移動部材と、
該移動部材を前記往復移動のために駆動する第２駆動モータとを含むことを特徴とする請求項５に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項７】
前記手関節動作支援機構には、前腕の回内・回外時に生ずるトルクの検出を行う第１トルクセンサと、手関節の屈曲・伸展時に生ずるトルクの検出を行う第２トルクセンサが設けられたことを特徴とする請求項６に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項８】
前記前腕支持部は、
円弧状に延びるガイド部を有するとともに、前記支持台に対して回転自在に支持されて前記ガイド部が円弧状の軌跡を有するように移動可能な可動ガイド体と、
前記可動ガイド体のガイド部にてガイドされて回転自在に支持されるとともに前記前腕を通す部位が断面凹状をなす前腕支持体とにより構成され、
前記第１駆動モータと前記可動ガイド体間及び前記第１駆動モータと前記前腕支持体間には、それぞれ前記可動ガイド体と前腕支持体に対して同方向の回転量を付与する第１及び第２駆動力伝達機構が設けられ、
前記第２駆動力伝達機構の前記前腕支持体に付与する回転量は、前記第１駆動力伝達機構の前記可動ガイド体に付与する回転量よりも多くしたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【請求項９】
前記各装着部には、力覚センサが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の上肢手指機能回復訓練装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２００８−６７８５２（Ｐ２００８−６７８５２Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４８４１６（Ｐ２００６−２４８４１６）
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【出願人】（５０４３３１３９２）株式会社丸富精工 (11)
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【出願人】（５０４３３１３９２）株式会社丸富精工 (11)
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