特開2022-156175運動訓練システム、運動訓練装置、表示方法及びプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022156175
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】運動訓練システム、運動訓練装置、表示方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
A61H 1/02 20060101AFI20221006BHJP
A63B 21/005 20060101ALI20221006BHJP
A63B 23/12 20060101ALI20221006BHJP
A63B 24/00 20060101ALI20221006BHJP
【ＦＩ】
A61H1/02 K
A63B21/005
A63B23/12
A63B24/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021059733
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000208743
【氏名又は名称】キヤノンファインテックニスカ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003133
【氏名又は名称】特許業務法人近島国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大森 達也
(72)【発明者】
【氏名】日原 康太
【テーマコード（参考）】
4C046
【Ｆターム（参考）】
4C046AA04
4C046AA05
4C046AA09
4C046AA42
4C046AA45
4C046BB04
4C046BB05
4C046DD02
4C046DD14
4C046DD33
4C046EE02
4C046EE06
4C046FF12
4C046FF22
4C046FF25
(57)【要約】
【課題】運動訓練システムや運動訓練装置において、更なる訓練効果が得られるように表示の仕方を工夫することが求められている。
【解決手段】操作部は、ＸＹ平面で移動可能である。駆動部は、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、操作部をＸＹ平面で駆動する。力センサは、操作部を操作する使用者から操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する。ＰＣは、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する。モニターは、力センサにより検出されるＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能である。
【選択図】図２０
【解決手段】操作部は、ＸＹ平面で移動可能である。駆動部は、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、操作部をＸＹ平面で駆動する。力センサは、操作部を操作する使用者から操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する。ＰＣは、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する。モニターは、力センサにより検出されるＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能である。
【選択図】図２０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＸＹ平面で移動可能な操作部と、
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、
前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能な表示部と、
を備えたことを特徴とする運動訓練システム。
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、
前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能な表示部と、
を備えたことを特徴とする運動訓練システム。
【請求項2】
前記表示部は、同一の中心を有し半径が異なる複数の円からなるチャートを表示可能であり、
前記中心からの周方向の位置が前記合成力Ｆ０の方向を示し、前記中心からの距離が前記合成力の大きさを示すように、前記力センサの検出結果がプロットされる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の運動訓練システム。
前記中心からの周方向の位置が前記合成力Ｆ０の方向を示し、前記中心からの距離が前記合成力の大きさを示すように、前記力センサの検出結果がプロットされる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の運動訓練システム。
【請求項3】
前記ＸＹ平面における前記操作部の位置を検出する位置検出手段を備え、
前記表示部は、前記合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示する第１チャートと、前記位置検出手段により検出された前記操作部の位置を示す第２チャートとを、同じ時系列で表示可能である、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の運動訓練システム。
前記表示部は、前記合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示する第１チャートと、前記位置検出手段により検出された前記操作部の位置を示す第２チャートとを、同じ時系列で表示可能である、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の運動訓練システム。
【請求項4】
前記表示部は、前記第１チャートの或る位置を指定した場合に、その位置に対応した時間における前記操作部の位置と速度を前記第２チャートに表示可能である、
ことを特徴とする、請求項３に記載の運動訓練システム。
ことを特徴とする、請求項３に記載の運動訓練システム。
【請求項5】
前記表示部は、前記第２チャートの或る位置を指定した場合に、その位置に対応した時間における前記合成力Ｆ０の方向と大きさを前記第１チャートに表示可能である、
ことを特徴とする、請求項３又は４に記載の運動訓練システム。
ことを特徴とする、請求項３又は４に記載の運動訓練システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記使用者により操作されて前記ＸＹ平面を移動する前記操作部の位置が所定の領域内にあることを前記位置検出手段が検出するとき、前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の大きさに基づいた第１速度ベクトルに応じて前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御し、前記使用者により操作されて前記ＸＹ平面を移動する前記操作部の位置が前記所定の領域から外れていることを前記位置検出手段が検出するとき、前記第１速度ベクトルと、前記操作部を前記所定の領域内に戻すように作用する第２速度ベクトルとに応じたアシスト方向に前記操作部を移動させるアシスト力ＦＡを発生させるように、前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御するアシストモードを実行可能であり、
前記表示部は、前記アシストモードを実行した場合に、前記第２チャートに前記アシスト力ＦＡが発生した個所と発生していない個所とを区別して表示する、
ことを特徴とする、請求項３ないし５の何れか１項に記載の運動訓練システム。
前記表示部は、前記アシストモードを実行した場合に、前記第２チャートに前記アシスト力ＦＡが発生した個所と発生していない個所とを区別して表示する、
ことを特徴とする、請求項３ないし５の何れか１項に記載の運動訓練システム。
【請求項7】
前記表示部は、前記アシストモードを実行した場合に、前記第１チャートに前記アシスト力ＦＡが発生した個所と発生していない個所とを区別して表示する、
ことを特徴とする、請求項６に記載の運動訓練システム。
ことを特徴とする、請求項６に記載の運動訓練システム。
【請求項8】
前記制御部は、前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲内である場合に、前記操作部を所定の軌道に沿って移動させるように前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御し、前記合成力Ｆ０の大きさが前記所定の範囲を超える場合に、前記操作部を現在位置から前記所定の軌道上の次の目標位置に向かわせる大きさの第１速度ベクトルと、前記合成力Ｆ０の大きさに基づいた大きさの第２速度ベクトルとに応じて、前記操作部を現在位置から移動させるように前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する自動モードを実行可能であり、
前記表示部は、前記自動モードで前記所定の軌跡に沿って前記操作部を移動させる訓練を複数回繰り返して行った場合に、所定回数以上同じ位置で前記合成力Ｆ０の大きさが前記所定の範囲を超える場合、その位置が他の位置と区別できるように表示する、
ことを特徴とする、請求項１ないし７の何れか１項に記載の運動訓練システム。
前記表示部は、前記自動モードで前記所定の軌跡に沿って前記操作部を移動させる訓練を複数回繰り返して行った場合に、所定回数以上同じ位置で前記合成力Ｆ０の大きさが前記所定の範囲を超える場合、その位置が他の位置と区別できるように表示する、
ことを特徴とする、請求項１ないし７の何れか１項に記載の運動訓練システム。
【請求項9】
前記制御部は、前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲内である場合に、前記操作部を所定の軌道に沿って移動させるように前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを駆動し、前記合成力Ｆ０の大きさが前記所定の範囲を超える場合に、前記操作部を現在位置から前記所定の軌道上の次の目標位置に向かわせる大きさの第１速度ベクトルと、前記合成力Ｆ０の大きさに基づいた大きさの第２速度ベクトルとに応じて、前記操作部を現在位置から移動させるように前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する自動モードを実行可能であり、
前記表示部は、前記自動モードで前記所定の軌跡に沿って前記操作部を移動させる訓練を複数回繰り返して行った場合に、訓練の最初にある位置で前記合成力Ｆ０の大きさが前記所定の範囲を超えており、回数が進むにつれてその位置における前記合成力Ｆ０の大きさが小さくなっていた場合、その訓練が正しかった旨を表示する、
ことを特徴とする、請求項１ないし７の何れか１項に記載の運動訓練システム。
前記表示部は、前記自動モードで前記所定の軌跡に沿って前記操作部を移動させる訓練を複数回繰り返して行った場合に、訓練の最初にある位置で前記合成力Ｆ０の大きさが前記所定の範囲を超えており、回数が進むにつれてその位置における前記合成力Ｆ０の大きさが小さくなっていた場合、その訓練が正しかった旨を表示する、
ことを特徴とする、請求項１ないし７の何れか１項に記載の運動訓練システム。
【請求項10】
前記表示部は、所定の訓練を行っている場合に、前記操作部の位置に応じて前記合成力Ｆ０の方向又は大きさが異常である場合に、その旨を表示する、
ことを特徴とする、請求項１ないし９の何れか１項に記載の運動訓練システム。
ことを特徴とする、請求項１ないし９の何れか１項に記載の運動訓練システム。
【請求項11】
ＸＹ平面で移動可能な操作部と、
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、表示部に対し、前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能である、
ことを特徴とする運動訓練装置。
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、表示部に対し、前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能である、
ことを特徴とする運動訓練装置。
【請求項12】
ＸＹ平面で移動可能な操作部と、
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、
表示部と、を備えた運動訓練システムにおいて、前記表示部に情報を表示する表示方法であって、
前記力センサにより前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０を検出する第１工程と、
前記第１工程で前記力センサにより検出された前記合成力Ｆ０の方向と大きさを、前記表示部に同時に表示する第２工程と、を有する、
ことを特徴とする表示方法。
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、
表示部と、を備えた運動訓練システムにおいて、前記表示部に情報を表示する表示方法であって、
前記力センサにより前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０を検出する第１工程と、
前記第１工程で前記力センサにより検出された前記合成力Ｆ０の方向と大きさを、前記表示部に同時に表示する第２工程と、を有する、
ことを特徴とする表示方法。
【請求項13】
ＸＹ平面で移動可能な操作部と、
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、
表示部と、を備えた運動訓練システムに用いられるプログラムであって、
前記力センサにより前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０を検出する第１工程と、
前記第１工程で前記力センサにより検出された前記合成力Ｆ０の方向と大きさを、前記表示部に同時に表示する第２工程と、をコンピュータにより実行させる、
ことを特徴とするプログラム。
Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、
前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、
前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、
表示部と、を備えた運動訓練システムに用いられるプログラムであって、
前記力センサにより前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０を検出する第１工程と、
前記第１工程で前記力センサにより検出された前記合成力Ｆ０の方向と大きさを、前記表示部に同時に表示する第２工程と、をコンピュータにより実行させる、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、使用者の平面運動を支援可能な運動訓練システム、運動訓練装置、及び、運動訓練システムに用いられる表示方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、運動機能を向上させるために様々な運動訓練が行われている。例えば、机上を拭くような動作で肩や肘を屈伸させるワイピング訓練や傾斜したボード上で手を上下方向に滑動させるサンディング訓練が広く行われている。そして、これらの運動訓練を支援するために種々の運動訓練装置が提案されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、ＸＹ平面で移動可能な操作部と、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、力センサで検出されたＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙに基づいてＸ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部とを備えた運動訓練装置が開示されている。また、特許文献１には、使用者の運動訓練中または訓練後の操作部の軌跡や負荷変動をモニターに表示可能な構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－８９６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、運動訓練システムや運動訓練装置において、更なる訓練効果が得られるように表示の仕方を工夫することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の運動訓練システムは、ＸＹ平面で移動可能な操作部と、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能な表示部とを備えたことを特徴とする。
【0007】
また、本発明の運動訓練装置は、ＸＹ平面で移動可能な操作部と、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、表示部に対し、前記力センサにより検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能であることを特徴とする。
【0008】
また、本発明の表示方法は、ＸＹ平面で移動可能な操作部と、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、表示部と、を備えた運動訓練システムにおいて、前記表示部に情報を表示する表示方法であって、前記力センサにより前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０を検出する第１工程と、前記第１工程で前記力センサにより検出された前記合成力Ｆ０の方向と大きさを、前記表示部に同時に表示する第２工程と、を有することを特徴とする。
【0009】
また、本発明のプログラムは、ＸＹ平面で移動可能な操作部と、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを有し、前記操作部をＸＹ平面で駆動する駆動部と、前記操作部を操作する使用者から前記操作部に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙを検出する力センサと、前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御する制御部と、表示部と、を備えた運動訓練システムに用いられるプログラムであって、前記力センサにより前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０を検出する第１工程と、前記第１工程で前記力センサにより検出された前記合成力Ｆ０の方向と大きさを、前記表示部に同時に表示する第２工程と、をコンピュータにより実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、更なる訓練効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態の運動訓練システムの外観斜視図。
【図2】実施形態の運動訓練装置の装置本体の斜視図。
【図3】第１アクチュエータ機構の詳細を示す断面図。
【図4】第２アクチュエータ機構の詳細を示す断面図。
【図5】操作部の構成を示す分解斜視図。
【図6】運動訓練システムの制御部のブロック図。
【図7】自動モードにおいて、操作部から力センサへの入力値が所定の範囲内の場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図8】自動モードにおいて、操作部から力センサへの入力値が所定の範囲を超える場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図9】自動モードにおいて、操作部から力センサへの入力値が所定の範囲を超える場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図10】自動モードにおいて、操作部から力センサへの入力値が所定の範囲を超える場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図11】自動モードにおいて、操作部から力センサへの入力値が所定の範囲を超えかつ所定の値を超える場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図12】アシストモードの運動訓練開始時において操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図13】アシストモードで使用者により操作される操作部の位置が所定の目標領域内にある場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図14】アシストモードで使用者により操作される操作部の位置が所定の目標領域から外れた場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図15】アシストモードで使用者により操作される操作部の位置が所定の目標領域から外れた後、所定の目標領域内に戻った場合に、操作部に作用する力と速度ベクトルとの関係を説明する図。
【図16】力センサにより検出される合成力の大きさや方向を示す第１チャートと、エンコーダにより検出された操作部３の位置を軌跡と共に示す第２チャートを示す図。
【図17】モニターに表示される画面の一例を示す図。
【図18】モニター内の設定表示エリアのみを示す図。
【図19】モニター内の軌道表示エリアのみを示す図。
【図20】モニター内の力覚表示エリアのみを示す図。
【図21】第１チャート及び第２チャートにおいて、クリックした位置に情報を表示した状態を示す図。
【図22】（ａ）アシストモードにおける合成力の方向と大きさを示す図、（ｂ）同じく操作部の位置を示す図。
【図23】（ａ）自動モードにおける合成力の方向と大きさを示す図、（ｂ）同じく操作部の位置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明が適用可能な実施形態の運動訓練装置について説明する。なお、本実施形態の運動訓練装置は略水平な載置面に載置され、例えば、使用者（運動訓練者）の上肢の運動機能向上を目的として行われる運動訓練に使用される（図１参照）。運動訓練装置１は、図１に示すように、操作部３を有し、使用者Ｕは運動訓練装置１の前側に位置し、例えば上肢運動訓練を行うために、右腕ＵＬを前方に伸ばして操作部３を右手で把持している。尚、本明細書中では、図１の運動訓練装置１における使用者Ｕの手前側を前側、奥側を後側と称することとする。
【0013】
運動訓練装置１は、装置本体１００と、ＰＣ（パーソナルコンピューター）７０とを有する。また、本実施形態では、これら装置本体１００及びＰＣ７０に加えて、運動訓練装置１の情報を表示するモニター７６を含めて運動訓練システム１０００を構成している。なお、ＰＣ７０は、運動訓練システム１０００全体を制御する制御部であり、制御プログラムがインストールされた汎用性のあるＰＣでも良いし、運動訓練装置１専用のものであっても良い。いずれにしても、制御部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御手順に対応するプログラムを読み出しながら各部の制御を行う。また、ＲＡＭには、作業用データや入力データが格納されており、ＣＰＵは、前述のプログラム等に基づいてＲＡＭに収納されたデータを参照して制御を行う。
【0014】
装置本体１００は、ＸＹ平面（載置面および基台２と平行な水平面）で移動可能な操作部３、操作部３をＸＹ平面で駆動する駆動部２００などを有する。これら操作部３や駆動部２００は、基台２上に配置されている。駆動部２００は、Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータとしての第１モータ６及び第２モータ３０を有する。具体的には、駆動部２００は、第１モータ６を有し、操作部３をＸ軸方向（図２の矢印Ｘの方向）に移動させる第１アクチュエータ機構ＡＸと、第２モータ３０を有し、操作部３及び第１アクチュエータ機構ＡＸをＹ軸方向（図２の矢印Ｙの方向）に移動させる第２アクチュエータ機構ＡＹとを備えている。
【0015】
操作部３は、ハンドル部材６２に作用するＸ軸およびＹ軸方向の力を検出する力センサ６０（図５参照）を備えている。ＰＣ７０は、力センサ６０、モータ制御部２７，３１及びモニター７６に接続されている。Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータ６，３０は、ＸＹ平面での操作部３の位置を検出する位置検出手段としてのエンコーダ６ａ、３０ａ（図６）と一体に構成されている。
【0016】
これらの構成により、制御部としてのＰＣ７０は、力センサ６０やエンコーダ６ａ、３０ａからの入力値に基づいて、モータ制御部２７，３１を介して第１モータ６及び第２モータ３０の駆動を制御し、操作部３をＸＹ平面上で移動させ、訓練情報や操作部３の移動軌跡等をモニター７６に表示する。
【0017】
以下、図２～図５に基づいて各構成について詳細に説明する。操作部３は、第１スライダーブロック４（第１保持部材）に取付プレート５を介して取り付けられており、第１スライダーブロック４と一体となって移動するように構成されている。第１スライダーブロック４は、ＸＹ平面上のＸ軸方向に延設した第１ガイドロッド９ａおよび９ｂに沿ってスライド可能に設けられている。そして、第１ベルト１０の一部は、ベルト固定プレート２８とビス２９によって第１スライダーブロック４に固定されている。これにより、第１ベルト１０が第１モータ（Ｘ軸方向駆動モータ）６によって回転駆動すると、第１スライダーブロック４は第１ガイドロッド９ａ，９ｂに沿ってＸ軸方向にスライド移動する。
【0018】
図３に示す通り、第１アクチュエータ機構ＡＸの第１モータ６の駆動は、軸１３、プーリー１４、ベルト１５、プーリー１７および軸１６を介してプーリー１８に伝達される。第１モータ６は支持板２１に設けられており、支持板２１は支持板１１に固定されている。支持板１１は、軸１６を回転可能に支持し、第２スライダーブロック７とモータ制御部２７を固定支持している。なお、支持板１１及び第２スライダーブロック７を併せて第１ガイドロッド９ａ，９ｂの一端およびプーリー１８を保持する第２保持部材という。
【0019】
Ｘ軸方向において第１モータ６の反対側には、支持板１２，２４が設けられている。支持板１２，２４は、軸１９を回転可能に支持し、第３スライダーブロック８を固定支持している。軸１９にはプーリー２０が設けられており、プーリー１８とプーリー１９との間に第１ベルト１０が架け渡されている。また、第１ガイドロッド９ａ，９ｂの一端は第２スライダーブロック７に固定支持され、第１ガイドロッド９ａ，９ｂの他端は第３スライダーブロック８に固定支持されている。なお、支持板１２，２４及び第３スライダーブロック８を併せて第１ガイドロッド９ａ，９ｂの他端およびプーリー２０を保持する第３保持部材という。
【0020】
上述した通り、第１スライダーブロック４は、第１ベルト１０の一部が固定されており、第１モータ６を駆動するとプーリー１８が回転してプーリー１９と共に第１ベルト１０が回転する。このため、第１スライダーブロック４は、第１ガイドロッド９ａ，９ｂに沿ってＸ軸方向にスライド移動する。なお、第１ベルト１０と第１ガイドロッド９ａ，９ｂは、それぞれＸ軸方向に平行で且つ第１ベルト１０の両側に第１ガイドロッド９ａと９ｂが配置され、基台２からの高さ位置は略同一となっている。
【0021】
図２に示す様に、第１アクチュエータ機構ＡＸが有する第２スライダーブロック７と第３スライダーブロック８は、第２ガイドロッド５５と第３ガイドロッド４８に対してＹ軸方向にスライド移動可能に支持されている。そして、第２ベルト５３と第３ベルト４６が回転することで、第１アクチュエータ機構ＡＸ全体がＹ軸方向に移動可能となっている。図３に示す通り、第２ベルト５３の一部は、第２スライダーブロック７に固定された支持板２１に設けられたベルト固定プレートにビス２３によって固定されている。また、第３ベルト４６の一部は、第３スライダーブロック８に固定された支持板２４に設けられたベルト固定プレート２５にビス２６によって固定されている。そして、第２アクチュエータ機構ＡＹの第２モータ（Ｙ軸方向駆動モータ）３０が回転駆動することによって第３ベルト４６および第２ベルト５３が回転し、それにより第１アクチュエータ機構ＡＸはＹ軸方向にスライド移動する。
【0022】
次に、図２と図４を用いて第２アクチュエータ機構ＡＹについて説明する。第２アクチュエータ機構ＡＹは、第１アクチュエータ機構ＡＸをＹ軸方向に移動させるための機構である。第２モータ３０およびモータ制御部３１は、基台２に設けられた支持板３４，支柱３３および支持板３２からなる支持フレームの上部に設けられている。この支持フレームは使用者Ｕと反対の装置奥側（基台２のモニター７６側）の中央部に固定されている。
【0023】
第２モータ３０には不図示の軸およびプーリーが設けられており、プーリー３６との間でベルト３７が架け渡されている。支持板３２と３４との間には軸３５が回転可能に支持され、この軸３５にはプーリー３７，３８および３９が設けられており、プーリー３６の回転力が軸３５を通じてプーリー３８および３９に伝達される。
【0024】
支持フレーム３２～３４のＸ軸方向の両側には、コの字に形成された支持板４５ａ，５２ａが設けられている。支持板４５ａは、軸４３を回転可能に支持しており、軸４３にプーリー４２と４４ａが設けられている。プーリー３８とプーリー４２にはベルト４０が架け渡されており、第２モータ３０の回転駆動をベルト３７，プーリー３６，軸３５，プーリー３８，ベルト４０，プーリー４２および軸４３を介してプーリー４４ａに伝達する。つまり、ベルト４０は、第２モータ３０の駆動を第３ベルト４６に伝達するための第５ベルトである。
【0025】
支持板４５ａ近傍にはガイド支持部４７ａが設けられており、第３ガイドロッド４８の一端を支持している。また、基台２上で支持板４５ａのＹ軸方向における反対側（装置右手前側）には、支持板４５ａの対となる支持板４５ｂとガイド支持部４７ａの対となるガイド支持部４７ｂとが配置されている。
【0026】
支持板４５ｂは、軸４３ｂを回転可能に支持し、軸４３ｂにはプーリー４４ａの対となるプーリー４４ｂが設けられている。第３ベルト４６はプーリー４４ａと４４ｂとの間で架け渡されており、上述した通りその一部が第３スライダーブロック８と一体に移動するベルト固定プレート２５に固定されている。また、ガイド支持部４７ｂは、第３ガイドロッド４８の他端を支持し、ガイド支持部４７ａと共に第３ガイドロッド４８を固定支持している。第３ベルト４６と第３ガイドロッド４８とはそれぞれＹ軸方向に平行に延設され、基台２からの高さ位置は略同一となっている。
【0027】
Ｘ軸方向において支持フレームに対して支持板４５ａの反対側（基台２の左奥側）には、支持板５２ａが配置されている。支持板５２ａは、軸４９を回転可能に支持しており、軸４９にプーリー５０と５１ａが設けられている。プーリー３９とプーリー５０には、ベルト４１が架け渡されており、第２モータ３０の回転駆動をベルト３７，プーリー３６，軸３５，プーリー３９，ベルト４１，プーリー５０および軸４９を介してプーリー５１ａに伝達する。つまり、ベルト４１は、第２モータ３０の駆動を第２ベルト５３に伝達するための第４ベルトである。
【0028】
支持板５２ａ近傍にはガイド支持部５４ａが設けられており、第２ガイドロッド５５の一端を支持している。また、基台２上で支持板５２ａのＹ軸方向における反対側（装置左手前側）には支持板５２ａの対となる支持板５２ｂとガイド支持部５４ａの対となるガイド支持部５４ｂとが配置されている。
【0029】
支持板５２ｂは軸４９ｂを回転可能に支持し、軸４９ｂにはプーリー５１ａの対となるプーリー５１ｂが設けられている。第２ベルト５３は、プーリー５１ａと５１ｂとの間で架け渡されており、上述した通りその一部が第２スライダーブロック７と一体に移動するベルト固定プレート２２に固定されている。また、ガイド支持部５４ｂは、第２ガイドロッド５５の他端を支持し、ガイド支持部５４ａと共に第２ガイドロッド５５を固定支持している。第３ベルト４６と第３ガイドロッド４８とは、それぞれＹ軸方向に平行に延設され、基台２からの高さ位置は略同一となっている。
【0030】
上述した通り、第２モータ３０の回転駆動はプーリー４４ａとプーリー５１ａに伝達され、第３ベルト４６と第２ベルト５３が回転する。これにより、第３ベルト４６と第２ベルト５３にそれぞれ固定された第３スライダーブロック８と第２スライダーブロック７（つまり第１アクチュエータ機構ＡＸ全体）が第２ガイドロッド８と第２ガイドロッド５５に沿ってＹ軸方向にスライド移動する。
【0031】
ここで、図４を参照するとベルト４０とベルト４１とは、Ｘ軸方向に平行に延設しているが、高さ方向の位置（基台２からの距離）が異なっている。具体的には、ベルト４０の下方にベルト４１が配置されている。そして、この高さ方向において、第３ベルト４６、第３ガイドロッド４８、第２ベルト５３および第２ガイドロッド５５は、ベルト４０とベルト４１との間で略同一高さに配置されている。
【0032】
また、図２及び図３を参照すると、操作部３をＸ軸方向に移動させるための第１ガイドロッド９ａ，９ｂおよび第１ベルト１０は、操作部３および第１アクチュエータ機構ＡＸをＹ軸方向に移動させるための第３ガイドロッド４８と第２ガイドロッド５５との間で、且つ、Ｙ軸方向に平行に配置された第３ガイドロッド４８，第３ベルト４６，第２ガイドロッド５５および第２ベルト５３に対して直交するＸ軸方向に延設するように配置されている。そして、これらの第１ベルト１０，第１ガイドロッド９ａ・９ｂ，第３ベルト４６，第３ガイドロッド４８，第２ベルト５３および第２ガイドロッド５５は、高さ方向においてベルト４０とベルト４１との間に配置されている。これにより、運動訓練装置の高さ方向の寸法を薄く構成することができる。
【0033】
言い換えると、図４において基台２からプーリー４４ａ，５１ａの上端までの距離（ＸＹ平面と直交する方向、つまり高さ）をＬ１、基台２からプーリー４４ａ，５１ａの下端までの距離をＬ２、基台２からプーリー３８，４２の下端までの距離をＬ３、基台２からプーリー３９，５０までの距離をＬ４としたときに、以下の関係が成り立つように各部材が配置されている。「Ｌ１＞Ｌ２」「Ｌ３＞Ｌ１」「Ｌ２＞Ｌ４」。よって、「Ｌ３＞Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ４」となり、プーリー４４ａとプーリー５１ａとはＬ３とＬ４との間に配置されている。そして、ベルトはそれぞれプーリーの上端と下端との間で架け渡されており、第３ベルト４６，第２ベルト５３の高さ方向における中央と第３ガイドロッド４８，第２ガイドロッド５５の高さ方向の中央とが略同一で、第３ガイドロッド４８の上端がベルト４０に干渉せず、第２ガイドロッド５５の下端がベルト４１に干渉しないように配置されている。
【0034】
また、図３において基台２とプーリー１８，１９の上端までの距離がＬ１、基台２とプーリー１８，１９の下端までの距離がＬ２となるように配置されている。以上から、第１ベルト１０、第１ガイドロッド９ａ，９ｂ、第３ベルト４６、第３ガイドロッド４８、第２ベルト５３および第２ガイドロッド５５は、高さ方向においてＬ３とＬ４との間、すなわちプーリー３８，４２の下端とプーリー３９，５０の上端との間で重複して配置されている。
【0035】
また、第１ベルト１０は第１ガイドロッド９ａ，９ｂに挟まれるように配置されている。よって、使用者Ｕが操作部３に力を加えた際に第１ガイドロッド９ａまたは９ｂを中心に回転する力を受けることができ、回転方向の移動を抑えることができる。
【0036】
操作部３は、図１に示すように第１スライダーブロック４の前方向に配置され、図５に示すように、比較的短い垂直な操作ロッド６１と、その上端に設けられたハンドル部材６２とからなる。本実施形態のハンドル部材６２は、使用者Ｕの上肢ＵＬの運動機能を訓練するために片手で掴むことができるように、比較的厚い小型の円形ディスク状に形成されている。ハンドル部材６２は、使用者Ｕが掴んだ手で回すことができるように、操作ロッド６１を中心に回動可能に取り付けられる。
【0037】
また、操作部３は、操作ロッド６１に一体に設けられた力センサ６０を有する。力センサ６０は、取付プレート５を介して、第１アクチュエータ機構ＡＸのスライダーブロック４に一体に固定されている。力センサ６０は、使用者Ｕが自力で操作部３を動かす能動訓練モード及び操作部３の力で上肢又は下肢を動かす受動訓練モードのいずれにおいても、ハンドル部材６２から操作ロッド６１に作用する使用者Ｕの力を検出する。本実施形態では、力センサ６０として、歪みゲージを用いた６軸力覚センサが採用されている。
【0038】
一般に、６軸力覚センサは、直交する３軸方向ｘ，ｙ，ｚの力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）とｘ，ｙ，ｚ３軸周りのモーメント（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）とを検出することができる。本実施形態では、６軸力覚センサを、そのＸ軸及びＹ軸が、第１アクチュエータ機構ＡＸの左右方向（第１ガイドロッド９ａ，９ｂと平行な方向）及び前後方向（第３ガイドロッド４８および第３ガイドロッド５３と平行な方向）とそれぞれ一致するように配向する。
【0039】
これにより、力センサ６０は、使用者Ｕの上肢又は下肢が操作部３を動かし又は該操作部により動かされるとき、操作ロッド６１が使用者Ｕの上肢又は下肢から直接受ける力を、前後方向の力成分と左右方向の力成分とそれらに直交する垂直方向の力成分とに分けて、更に前後方向、左右方向及び垂直方向の各軸周りにそれぞれ作用するモーメントとして、検出することができる。
【0040】
実際の運動訓練装置１の使用において、力センサ６０が検出する前後方向（Ｙ軸方向）、左右方向（Ｘ軸方向）及び垂直方向（ＸＹ平面と直交する高さ方向）の力成分は、第１及び／又は第２駆動モータ６、３０の回転力と使用者Ｕが操作部３に及ぼす力との差分、即ち操作部３が使用者Ｕの上肢又は下肢から受ける抗力として検出される。
【0041】
上述のように、運動訓練装置１は、第１モータ６及び第２モータ３０を制御するための制御部としてのＰＣ７０を備える。ＰＣ７０は、図６に示すように、駆動制御部７１と、信号制御部７２と、表示制御部７３と、メモリ７４と、それらを制御管理するための制御ＣＰＵ７５とを備える。
【0042】
駆動制御部７１は、モータ制御部２７，３１を介して第１モータ６及び第２モータ３０に接続され、それらの駆動を制御する。モータ制御部２７，３０は、ＰＣ７０の中に組み込んでもよい。信号制御部７２は、力センサ６０及びエンコーダ６ａ、３０ａに接続され、力センサ６０及びエンコーダ６ａ、３０ａから出力される信号を受信する。表示制御部７３は、モニター７６に接続され、該モニター７６の表示を制御する。メモリ７４は、運動訓練装置１を動作させるためのプログラムに加えて、例えば使用者Ｕの個人データや訓練履歴等の訓練に関するデータを保存する。
【0043】
制御ＣＰＵ７５は、力センサ６０、エンコーダ６ａ，３０ａ、および不揮発性のメモリ７４から入力される情報に基づいて操作部３の速度を求め、駆動制御部７１に電流値（出力電流Ｉｉ、デューティ）を出力して、第１モータ６及び第２モータ３０への電力供給を制御する。
【0044】
なお、本実施形態では、操作部３を取付プレート５を介して第１スライダーブロック４と高さ方向において重複する位置に設け、操作部３の下端が基台２から浮いている状態で固定する態様を示したが、取付プレート５の下面に自由回転するコロなどの摺動部材を設けて基台２上で滑らかに動くようにした上で取付プレート５の下面と基台２とが接触するように構成してもよい。これにより、使用者Ｕによる下方にかかる力を基台２で受けることができる。また、操作部３を第１スライダーブロック４の上部に取り付けるようにしてもよい。そうすることで操作部３の可動領域がより装置奥側に広げることができる。
【0045】
次に、本実施形態の運動訓練装置１を含む運動訓練システム１０００の動作について説明する。運動訓練装置１により使用者Ｕが運動訓練を行う際には、例えば、使用者Ｕが操作部３を掴みその上から訓練指導者が使用者Ｕの手をとって使用者Ｕの上肢状況に応じた動作範囲で操作部３を移動させることで、操作部３が辿る軌跡を設定するための軌跡設定モードと、使用者Ｕのみが操作部３を掴み軌跡設定モードで設定された軌跡を辿ることで、使用者Ｕによる操作部３の位置（軌跡）とそのときに操作部３が受ける負荷とを検出するための負荷検出モードと経て、運動訓練モードで行われる。
【0046】
［運動訓練モード］
まず、運動訓練モードには、使用者Ｕが自ら軌跡設定モードで設定された軌跡をなぞるように操作部３を移動させる能動訓練モード（アシストモード、トレーニングモード）と、自動的に軌跡を辿る操作部３に引っ張られて運動する受動訓練モード（自動モード）とがある。受動訓練モードは主としてリハビリ中の人を対象とする運動訓練モード、能動訓練モードはリハビリ最終段階の人や健常者を対象とする運動訓練モードとして想定されている。
まず、運動訓練モードには、使用者Ｕが自ら軌跡設定モードで設定された軌跡をなぞるように操作部３を移動させる能動訓練モード（アシストモード、トレーニングモード）と、自動的に軌跡を辿る操作部３に引っ張られて運動する受動訓練モード（自動モード）とがある。受動訓練モードは主としてリハビリ中の人を対象とする運動訓練モード、能動訓練モードはリハビリ最終段階の人や健常者を対象とする運動訓練モードとして想定されている。
【0047】
［自動モード］
上述の運動訓練モードのうち、自動モードについて説明する。自動モードとは、使用者Ｕが操作する操作部３を所定の軌道に沿って移動させるモードであって、使用者Ｕが操作する操作部３が所定の軌道からずれた場合に所定の軌道上の次の目標位置に導くように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御するモードである。
上述の運動訓練モードのうち、自動モードについて説明する。自動モードとは、使用者Ｕが操作する操作部３を所定の軌道に沿って移動させるモードであって、使用者Ｕが操作する操作部３が所定の軌道からずれた場合に所定の軌道上の次の目標位置に導くように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御するモードである。
【0048】
即ち、本実施形態において、ＰＣ７０の制御ＣＰＵ７５は、操作部３から力センサ６０への入力値（Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の大きさ）が予め設定した所定の範囲内にある場合と、所定の範囲を超える場合とで、操作部３の駆動制御を切り替えて行う。所定の範囲は、所定の軌道（目標軌跡ＴＬ）に沿って移動するように駆動される操作部３を、使用者Ｕから受ける抵抗力を無視して、強制的に第１モータ６及び第２モータ３０によって移動させても、使用者Ｕへの過度な負担を生じさせないように、比較的小さい値に設定される。
【0049】
具体的には、自動モードでは、制御ＣＰＵ７５は、力センサ６０により検出されるＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲内である場合には、操作部３を所定の軌道に沿って移動させるように第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。一方、合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超える場合には、操作部３を現在位置から所定の軌道上の次の目標位置に向かわせる大きさの第１速度ベクトルと、合成力Ｆ０の大きさに基づいた大きさの第２速度ベクトルとに応じて、操作部３を現在位置から移動させるように第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。
【0050】
このような自動モードの一例について、図７～図１１を用いて説明する。ここでは、制御ＣＰＵ７５が事前に設定した操作部３の自動モードにおける所定の軌道を目標軌跡ＴＬとし、訓練を行う使用者Ｕの操作によって、目標軌跡ＴＬから外れて操作部３が実際に移動する軌道を操作軌跡ＡＬ（不図示）とする。
【0051】
また、各図において、操作軌跡ＡＬ（不図示）上に符号ＬＰ０～ＬＰ４で示す小円は、実際に移動する操作部３の軌跡位置をそれぞれ示している。各軌跡位置ＬＰ０～ＬＰ４から延びる二重線の矢印Ｋ０～Ｋ４は、実際の操作部３に作用する速度ベクトルを示している。また、目標軌跡ＴＬ上に符号ＴＰ０で示す小円は、操作部３の現在位置を、符号ＴＰ１～ＴＰ４で示す各小円は、それぞれ操作部３の現在位置に対する次の目標位置、即ち軌跡位置ＬＰ１～ＬＰ４にそれぞれ対応する次の目標位置を示している。目標軌跡ＴＬ上の位置ＴＰ０，ＴＰ１～ＴＰ４から延びる破線の矢印Ｒ０～Ｒ４は、目標軌跡ＴＬに沿って移動する操作部３に作用する速度ベクトルを示している。
【0052】
本実施形態において、操作部３の目標軌跡ＴＬ上の各位置ＴＰ０，ＴＰ１～ＴＰ４は、現在位置ＴＰ０を運動訓練の開始点として、一定の時間間隔で設定される。この時間間隔Δｔは、自動訓練モード及び後述するアシストモードにおいて使用者のスムーズな運動訓練に支障を生じさせないように事前に設定する。制御ＣＰＵ７５は、運動訓練の開始と同時に、内蔵するカウンタにより現在位置ＴＰ０（ＬＰ０）を時刻ｔ０として計時を開始し、かつΔｔを加算して算出される各位置ＴＰ１～ＴＰ４の時刻ｔ１～ｔ４毎に、エンコーダ６ａ，３０ａから入力するパルス数に基づいて、操作部３の操作軌跡ＡＬ上の現在位置ＬＰ１～ＬＰ４を決定する。尚、各図では、目標位置ＴＰ１～ＴＰ４および軌跡位置ＬＰ１～ＬＰ４を４つずつ記載したが、これは単に説明を簡単にするためのものであって、実際には、目標軌跡上により多くの目標位置が設定される。
【0053】
図７は、操作軌跡ＡＬ上の軌跡位置ＬＰ０において、操作部３から力センサ６０への入力値が所定の範囲内にある場合を示している。同図において、操作部３の現在位置である操作軌跡ＡＬ上の軌跡位置ＬＰ０は、目標軌跡ＴＬ上の位置ＴＰ０と同一である。所定の範囲は、その外郭を操作部３の中心Ｏを中心とする円Ｄで表している。操作部３の中心Ｏから延びる太い矢印ＦＳは、使用者Ｕから操作部３に加えられる抵抗力の向きおよび大きさを表しており、その大きさ｜ＦＳ｜とその向きを表すＸ軸方向およびＹ軸方向成分は、力センサ６０への入力値として検出される。
【0054】
図７に示すように、操作部３からの抵抗力ＦＳが円Ｄ内にあるとき、操作部３から力センサ６０への入力値の大きさ｜ＦＳ｜は、所定の範囲内にある。このとき、制御ＣＰＵ７５は、使用者Ｕから操作部３を介して作用する抵抗力ＦＳを無視して、操作部３の駆動を制御する。具体的には、目標軌跡ＴＬ上の現在位置ＬＰ０（＝ＴＰ０）にある操作部３には、目標軌跡ＴＬの接線方向を向いた速度ベクトルＲ０のみが生じ、目標軌跡ＴＬに沿って移動するように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。従って、操作部３を掴んだ使用者Ｕの手は、操作部３と共に目標軌跡ＴＬに沿って運動訓練する。
【0055】
図８は、操作部３の現在位置ＬＰ０が、図７と同様に目標軌跡ＴＬ上の位置ＴＰ０にあって、操作部３からの抵抗力ＦＳが円Ｄの外側まで延長している場合を示している。この場合、操作部３から力センサ６０への入力値の大きさ｜ＦＳ｜は、所定の範囲を超えているので、制御ＣＰＵ７５は、該入力値の大きさを考慮して、操作部３の駆動を制御する。
【0056】
具体的には、現在位置ＬＰ０＝ＴＰ０にある操作部３を目標軌跡ＴＬ上から外れさせるように作用する抵抗力ＦＳに抗して、目標軌跡ＴＬ上の位置に戻す向きに作用する復帰力ＦＲが発生するように、第１モータ６及び第２モータ３０を駆動させる。この復帰力ＦＲは抵抗力ＦＳよりも小さく、操作部３が目標軌跡ＴＬ上にあるので、抵抗力ＦＳと同じ作用線上で逆向きに発生する。
【0057】
このとき、抵抗力ＦＳと復帰力ＦＲとの差は、抵抗力ＦＳと同じ向きの速度ベクトルＭ０で表すことができる。その結果、操作部３には、目標軌跡ＴＬに沿って移動させるようにその接線方向を向いた速度ベクトルＲ０と速度ベクトルＭ０との合成ベクトルである速度ベクトルＫ０が発生する。従って、操作部３は、現在位置ＬＰ０＝ＴＰ０から次の目標位置ＴＰ１に向かう向きではなく、速度ベクトルＫ０の向きに、その大きさに対応する速度で移動する。
【0058】
図９は、操作部３が図８の現在位置＝軌跡位置ＬＰ０から次の軌跡位置ＬＰ１に移動したときに、操作部３からの抵抗力ＦＳが円Ｄの外側まで延長している場合を示している。この場合も、操作部３から力センサ６０への入力値の大きさ｜ＦＳ｜が、所定の範囲を超えているので、制御ＣＰＵ７５は、該入力値の大きさを考慮して、操作部３の駆動を制御する。
【0059】
具体的には、軌跡位置ＬＰ１にある操作部３を更に目標軌跡ＴＬ上から外れさせるように作用する抵抗力ＦＳに抗して、軌跡位置ＬＰ１に対応する目標軌跡ＴＬ上の目標位置ＴＰ１、即ち操作部３が目標軌跡ＴＬに沿って移動していれば現在あるべき位置に戻す向きに作用する復帰力ＦＲが発生するように、第１モータ６及び第２モータ３０を駆動させる。この復帰力ＦＲは、抵抗力ＦＳよりも小さいが、軌跡位置ＬＰ１とそれに対応する目標位置ＴＰ１との距離が大きくなるほど大きく、操作部３から目標軌跡ＴＬ上の目標位置ＴＰ１に向かう向きに発生する。
【0060】
このとき、操作部３には、現在位置する軌跡位置ＬＰ１から次の目標位置ＴＰ２を向いた速度ベクトルＲ１と、抵抗力ＦＳと復帰力ＦＲとの合力による速度ベクトルＭ１とが発生する。その結果、操作部３には、図９に示すように、速度ベクトルＲ１と速度ベクトルＭ１との合成ベクトルである速度ベクトルＫ１が発生する。従って、操作部３は、現在位置する軌跡位置ＬＰ１から次の目標位置ＴＰ２に向かう向きではなく、速度ベクトルＫ１の向きに、その大きさに対応する速度で移動する。
【0061】
図１０は、操作部３が図９の現在位置ＬＰ１から次の軌跡位置ＬＰ２に移動したときに、操作部３からの抵抗力ＦＳが円Ｄの外側まで延長している場合を示している。この場合も、操作部３から力センサ６０への入力値の大きさ｜ＦＳ｜が、前記所定の範囲を超えているので、制御ＣＰＵ７５は、該入力値の大きさを考慮して、操作部３の駆動を制御する。
【0062】
具体的には、軌跡位置ＬＰ１にある操作部３を更に目標軌跡ＴＬ上から外れさせるように作用する抵抗力ＦＳに抗して、軌跡位置ＬＰ２に対応する目標軌跡ＴＬ上の目標位置ＴＰ２、即ち操作部３が目標軌跡ＴＬに沿って移動していれば現在あるべき位置に戻す向きに作用する復帰力ＦＲが発生するように、第１モータ６及び第２モータ３０を駆動させる。この復帰力ＦＲは、抵抗力ＦＳよりも小さいが、軌跡位置ＬＰ２とそれに対応する目標位置ＴＰ２との距離が、図９における軌跡位置ＬＰ１と目標位置ＴＰ１との距離より大きいので、図９の場合によりも大きく、操作部３から目標軌跡ＴＬ上の目標位置ＴＰ２に向かう向きに発生する。同図の例では、復帰力ＦＲが、抵抗力ＦＳと同じ作用線上で逆向きに発生している。
【0063】
このとき、操作部３には、現在位置する軌跡位置ＬＰ２から次の目標位置ＴＰ３を向いた速度ベクトルＲ２と、抵抗力ＦＳと復帰力ＦＲとの合力による速度ベクトルＭ２とが発生する。その結果、操作部３には、図１０に示すように、速度ベクトルＲ２と速度ベクトルＭ２との合成ベクトルである速度ベクトルＫ２が発生する。従って、操作部３は、現在位置する軌跡位置ＬＰ２から次の目標位置ＴＰ３に向かう向きではなく、速度ベクトルＫ２の向きに、その大きさに対応する速度で移動する。
【0064】
次に、図１１は、操作部３が図３４と同じ軌跡位置ＬＰ２に位置しているが、操作部３から作用する抵抗力ＦＳが円Ｄの外側へ延長しているだけでなく、予め設定した所定の閾値を超えた場合を示している。このとき、図１０の場合と同様に軌跡位置ＬＰ２と目標位置ＴＰ２との距離に応じて発生させた復帰力ＦＲに比して、抵抗力ＦＳが過大なため、それらの差により発生する速度ベクトルＭ２も過大となって、操作部３の動きが速くなり過ぎる虞があり、かかる運転状態は使用者にとって危険である。
【0065】
そこで、本実施形態では、操作部３の動きが速くなっても、使用者にとって危険な運転状態とならない抵抗力ＦＳの大きさに、所定の閾値を設定する。そして、制御ＣＰＵ７５は、抵抗力ＦＳの大きさが所定の閾値を超えたとき、復帰力ＦＲおよび軌跡位置ＬＰ２から次の目標位置ＴＰ３に向かう速度ベクトルＲ２を０にする。更に制御ＣＰＵ７５は、操作部３に対して、軌跡位置ＬＰ２と目標位置ＴＰ２との距離に応じて発生させる復帰力ＦＲよりも大きい制動力を、抵抗力ＦＳと逆向きに作用させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。それにより、操作部３の速度ベクトルＫＳを小さくし、操作部３をゆっくりと抵抗力ＦＳの向きに移動させることができるので、使用者への危険が回避される。
【0066】
図１１の場合において、上述した実施形態では、復帰力ＦＲおよび速度ベクトルＲ２を０にしたが、別の実施形態では、復帰力ＦＲを軌跡位置ＬＰ２と目標位置ＴＰ２との距離に応じて発生させる場合よりも小さく、かつ速度ベクトルＲ２を軌跡位置ＬＰ２から次の目標位置ＴＰ３に向かう場合よりも小さくすることができる。これによっても、同様に、操作部３の速度ベクトルＫＳを小さくし、操作部３をゆっくりと移動させ、使用者への危険を回避することができる。
【0067】
［アシストモード］
次に、アシストモードについて、図１２～図１５を用いて説明する。アシストモードとは、使用者Ｕが操作部３を操作している際に、操作部３の位置が所定の領域から外れた場合に、操作部３を所定の領域に戻すアシスト力ＦＡを発生させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する能動訓練モードの１つである。
次に、アシストモードについて、図１２～図１５を用いて説明する。アシストモードとは、使用者Ｕが操作部３を操作している際に、操作部３の位置が所定の領域から外れた場合に、操作部３を所定の領域に戻すアシスト力ＦＡを発生させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する能動訓練モードの１つである。
【0068】
即ち、本実施形態において、ＰＣ７０の制御ＣＰＵ７５は、使用者Ｕにより操作される操作部３の位置が、予め設定した所定の領域内にある場合と、所定の領域から外れた場合とで、操作部３の駆動制御を切り替えて行う。所定の領域は、予め設定した目標軌跡上の各点から一定の距離の範囲であり、この一定の距離は、運動訓練の観点から操作部３が実質的に目標軌跡をなぞるように操作されていると見なすことができる大きさに設定される。本実施形態では、ＰＣ７０は、このようなアシストモードを実行可能である。
【0069】
具体的には、アシストモードでは、ＰＣ７０の制御ＣＰＵ７５は、使用者Ｕにより操作されてＸＹ平面を移動する操作部３の位置が所定の領域内にあることをエンコーダ６ａ、３０ａが検出するとき、力センサ６０により検出されるＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の大きさに基づいた第１速度ベクトルに応じて第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。即ち、操作部３の位置が所定の領域内にある場合には、アシスト力ＦＡを発生させない。
【0070】
一方、制御ＣＰＵ７５は、使用者Ｕにより操作されてＸＹ平面を移動する操作部３の位置が所定の領域から外れていることをエンコーダ６ａ、３０ａが検出するとき、第１速度ベクトルと、操作部３を所定の領域内に戻すように作用する第２速度ベクトルとに応じたアシスト方向に操作部３を移動させるアシスト力ＦＡを発生させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。
【0071】
図１２は、アシストモードの運動訓練開始時において、操作部３の中心Ｏが目標軌跡ＴＬ上の開始位置ＴＰ０に一致するように配置されている場合を示している。所定の領域は、その外郭を目標軌跡ＴＬ上の点（図１２では、開始位置ＴＰ０）を中心とする円ＴＲで表している。操作部３の中心Ｏから延びる太い矢印ＦＡは、使用者Ｕから操作部３に加えられる操作力の向きおよび大きさを表しており、その大きさ｜ＦＡ｜と、その向きを表す操作力ＦＡのＸ軸方向およびＹ軸方向成分は、力センサ６０への入力値として検出される。操作力ＦＡは、同図に示すように、操作部３に発生する速度ベクトルＮで表すことができる。
【0072】
図１２の運動訓練開始時には、操作部３の中心Ｏが目標軌跡ＴＬ上に位置して、目標領域（所定の領域）ＴＲ内にあるので、制御ＣＰＵ７５は、使用者Ｕからの操作力ＦＡに対応する力センサ６０への入力値に基づいて、速度ベクトルＮに等しい速度ベクトルＱを操作部３に発生させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。別言すれば、使用者Ｕの操作を妨げたり操作力ＦＡ以外の余計な力を発揮させることなく、操作部３を動かすことができるように、第１モータ６及び第２モータ３０を駆動する。
【0073】
図１３は、使用者Ｕの操作により図１２の開始位置ＴＰ０から移動した操作部３の現在位置ＬＰにおいて、その中心Ｏが目標軌跡ＴＬ上の目標位置ＴＰから逸れているが、目標領域ＴＲ内にある場合を示している。この場合、制御ＣＰＵ７５は、図１２の場合と同様に、使用者Ｕからの操作力ＦＡに対応する力センサ６０への入力値に基づいて、速度ベクトルＮに等しい速度ベクトルＱを操作部３に発生させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。従って、操作部３は、使用者Ｕからの操作力ＦＡに対応する力センサ６０への入力値に基づいて、使用者Ｕが動かす向きに移動する。
【0074】
図１４は、使用者Ｕの操作により図１３の位置から移動した操作部３の現在位置ＬＰにおいて、その中心Ｏが目標領域ＴＲから外れた場合を示している。この場合、制御ＣＰＵ７５は、使用者Ｕからの操作力ＦＡに対応する力センサ６０への入力値に基づく速度ベクトルＮに加えて、操作部３を目標領域ＴＲに戻す向きに働く速度ベクトルＷを発生させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御する。それにより、操作部３には、速度ベクトルＮと速度ベクトルＷとの合成ベクトルである速度ベクトルＱが発生する。従って、操作部３は、使用者Ｕからの操作力ＦＡに速度ベクトルＷを加えて補助することにより、使用者Ｕが動かす向きを目標領域ＴＲに戻すように調節して移動させることができる。
【0075】
制御ＣＰＵ７５は、操作部３の中心Ｏが、図１４のように目標領域ＴＲから外れた位置から目標領域ＴＲに戻ると、操作力ＦＡを補助する速度ベクトルＷを０または小さくして、操作部３の移動速度を遅らせる。それにより、操作部３が目標領域ＴＲを通り過ぎて、反対側の外れた位置まで移動することを未然に回避することができる。
【0076】
図１５は、操作部３の中心Ｏが目標領域ＴＲ内に戻ったとき、速度ベクトルＷを０にした場合を示している。速度ベクトルＷによる補助が無くなることにより、操作部３に作用する力及び速度ベクトルは、上述した図１３の状態と同じになる。即ち、制御ＣＰＵ７５は、使用者Ｕからの操作力ＦＡに対応する力センサ６０への入力値に基づいて、速度ベクトルＮに等しい速度ベクトルＱを操作部３に発生させるように、第１モータ６及び第２モータ３０を制御し、操作部３は、使用者Ｕからの操作力ＦＡに対応して、使用者Ｕが動かす向きに移動する。
【0077】
［画面表示］
ここで、前述の特許文献１には、使用者の運動訓練中または訓練後の操作部の軌跡や負荷変動をモニターに表示可能な構成が開示されている。しかしながら、訓練効果を高めるためには、表示の仕方をさらに工夫することが求められる。即ち、訓練は、通常、訓練指導者が使用者Ｕの訓練状況を判断しながら行うが、操作部の軌跡や負荷変動の表示だけでは、訓練時に使用者Ｕが操作部３に実際にどのような力をどの方向に加えたかが分からない。一方、これらが分かると、例えば、或る位置では加わる力は小さいが、力の方向が異常である場合などを判別でき、使用者Ｕが操作部３を動かしにくい位置或いは動作を判定し易くできる。これにより、その後の指導の方法を判断し易くなる。
ここで、前述の特許文献１には、使用者の運動訓練中または訓練後の操作部の軌跡や負荷変動をモニターに表示可能な構成が開示されている。しかしながら、訓練効果を高めるためには、表示の仕方をさらに工夫することが求められる。即ち、訓練は、通常、訓練指導者が使用者Ｕの訓練状況を判断しながら行うが、操作部の軌跡や負荷変動の表示だけでは、訓練時に使用者Ｕが操作部３に実際にどのような力をどの方向に加えたかが分からない。一方、これらが分かると、例えば、或る位置では加わる力は小さいが、力の方向が異常である場合などを判別でき、使用者Ｕが操作部３を動かしにくい位置或いは動作を判定し易くできる。これにより、その後の指導の方法を判断し易くなる。
【0078】
そこで、本実施形態では、表示部としてのモニター７６に、力センサ６０により検出されるＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能としている。なお、表示部は、モニターに限らず、合成力Ｆ０の方向と大きさが分かれば、ランプなどで表示するものであっても良い。以下、モニター７６に表示する場合について説明する。
【0079】
図１６に示すように、モニター７６に、力センサ６０により検出される合成力の大きさや方向を示す第１チャートと、位置検出手段としてのエンコーダ６ａ、３０ａにより検出された操作部３の位置を軌跡と共に示す第２チャートとを、同じ時系列で表示可能である。
【0080】
第１チャートは、同一の中心を有し半径が異なる複数の円からなるチャートであり、中心からの周方向の位置が合成力の方向を示し、中心からの距離が合成力の大きさを示すように、力センサ６０の検出結果がプロットされる。図１６に示す第２チャートは、使用者Ｕが操作部３を移動させる目標軌跡と共に操作部３の位置をその移動軌跡と共に表示するチャートである。図示の例では、目標軌跡を円としているが、目標軌跡の形はこの限りではない。
【0081】
また、実際には、モニター７６には、図１７に示す画面が表示される。図１７の左側部分には各種の設定画面である設定表示エリア３００が、図１７の中央部分には上述の第２チャートを示す画面である軌道表示エリア４００が、図１７の右側部分には上述の第１チャート、スケールの設定及び各種数値を表す画面である力覚表示エリア５００が、それぞれ表示されている。なお、モニター７６内の画面配置はこれに限らず、適宜変更可能である。また、上述の各種情報のうち、少なくとも第１チャート及び第２チャートが表示されていれば、その他は、例えば、表示を切り替えて表示する別画面、或いは、別の表示部に表示するようにしても良い。また、第１チャート及び第２チャートは、画面を切り替えることで表示させるようにしても良いが、同一画面上に同時に表示することが好ましい。以下、図１７の各部分の画面表示について説明する。
【0082】
図１８は、図１７の左側部分に表示される各種の設定画面である設定表示エリア３００のみを示している。この画面では、各種モードの設定、軌道の設定、カスタム設定、力覚の設定などの各種設定の入力や表示を行う。各種モードとしては、トレーニングモード、アシストモード、自動モードなどがあり、図示の例では、これらのモードを選択可能な複数の設定ボタンが表示されたモード選択エリア３０１が配置されており、この選択エリア３０１に表示されている何れかの設定ボタンをクリックすることでそのモードが実行される。なお、トレーニングモードは、アシストモードのようなアシスト力がない能動訓練モードである。
【0083】
軌道の設定としては、目標軌跡の作成、操作軌跡の録画、再生などがある。図示の例では軌跡設定エリア３０２内に、軌跡の形状を選択するボタン、軌跡を録画するボタンが表示されている。これらの何れかのボタンをクリックすることで、各種の設定或いは動作が実行される。例えば、軌跡を録画するボタン（ＲＥＣ）をクリックして、何れかの運動訓練モードを実行することで、後述する、軌道表示エリア４００や力覚表示エリア５００で表示される内容を保存でき、後で、そのモードで実行した内容を再生することができる。
【0084】
カスタムの設定としては、モードの実行時間、操作部３の移動速度、アシストのレベルなどがあり、カスタム設定エリア内には、各種モードに応じて設定をカスタムできる各種ボタンが表示されている。これらの何れかのボタンをクリックすることで、各種モードにおける設定を変更可能である。
【0085】
力覚の設定は、操作部３をどのようなパラメータで制御するかである。図示の例では、力覚設定エリア３０４に、操作部に模擬的にどのような負荷或いは動作を実行させるかを設定できるボタンが表示されている。例えば、「Ｗｅｉｇｈｔ」は、特許文献１に記載されているような「静止摩擦力と動摩擦力」を模擬したパラメータであり、「Ｓｌｉｐ」は、その運動が維持されるような力（例えば、慣性力）を模擬したパラメータである。上述のボタンの何れかをクリックすることで、これらのパラメータの大きさなどを設定可能としており、使用者Ｕに適した訓練を選択できるようにしている。
【0086】
図１８の画面では、その他、実行ボタン（ＲＵＮ）、停止ボタン（Ｓｔｏｐ）、訓練における動作を右回りで行うか左回りで行うかの選択ボタンなどが表示されている。また、設定表示エリア３００で表示可能な内容はこれに限らず、表示方法もその他の方法であっても良い。
【0087】
図１９は、図１７の中央部分に表示される第２チャートを示す画面である軌道表示エリア４００のみを示している。この画面では、第２チャートを示している。具体的には、目標軌跡ＴＬを破線で、操作部３の位置の軌跡、即ち、操作軌跡ＡＬを実線で、現在の操作部３の位置ＬＰを黒丸で示している。即ち、軌道表示エリア４００では、使用者Ｕにトレースさせたい軌道（目標軌跡ＴＬ）と、実際に操作部３が動いた軌道（操作軌跡ＡＬ）及び操作部３の現在の位置ＬＰとを同時に表示可能としている。操作軌跡ＡＬ及び現在の位置ＬＰは、エンコーダ６ａ、３０ａにより検出された情報に基づいて表示している。なお、表示方法はこれに限らず、目標軌跡ＴＬ、操作軌跡ＡＬ、現在の位置ＬＰが区別できれば、線の色を変えたり、太さを変えたりして表示しても良い。
【0088】
図２０は、図１７の右側部分に表示される第１チャートなどを示す画面である力覚表示エリア５００のみを示している。この図面では、操作部３を上から見た状態、即ち、ＸＹ平面に直交する方向から見た状態で、操作部３にかかる力及びその向きを示す第１チャート（Ｆｏｒｃｅ Ｌａｄａｒ）を示している。第１チャートは、図１６で説明したように、同一の中心を有し半径が異なる複数の円（破線、鎖線）からなるチャートであり、中心からの周方向の位置が、力センサ６０により検出されるＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向を示し、中心からの距離が合成力Ｆ０の大きさを示す。
【0089】
図２０に示すように、第１チャートには、実線で表示されるように、そのモードにおいて実際に操作部３にかかる力（合成力Ｆ０）及びその方向（合成力Ｆ０の方向）の推移が軌跡ＦＬとして示される。図２０の黒丸は、現在の操作部３に係る力及びその方向を示す位置ＦＰである。なお、表示方法はこれに限らず、軌跡ＦＬ、現在の位置ＦＰが区別できれば、線の色を変えたり、太さを変えたりして表示しても良い。また、第１チャートの半径が異なる複数の円は、軌跡ＦＬや位置ＦＰが判別できれば、複数の円の線種、太さ、色は同じとしても良いし、複数の円同士でこれらの少なくとも何れかを変えても良い。
【0090】
また、この画面には、第１チャートの力のスケールの設定画面、基台２の角度（Ｔａｂｌｅ Ａｎｇｌｅ）、第１チャート上の黒丸の位置における操作部３の位置のＸＹ座標（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びその位置において力センサ６０が検出したＦｘ，Ｆｙの値などを表示可能としている。第１チャートの力のスケールは、第１チャートの円のそれぞれの大きさに対応しており、この設定を変えることで第１チャートに示す力の大きさのスケールを変更可能である。また、基台２の角度については、ＸＹ平面が水平となる位置で使用する場合や、使用者Ｕや訓練状況などの条件によっては水平から傾けて使用する場合などがあり、その時の基台２の角度を表示するようにしている。
【0091】
また、本実施形態では、図１９に示した第２チャートと、図２０に示した第１チャートは、同じ時系列で表示可能としている。即ち、第２チャートに示す操作軌跡ＡＬと、第１チャートに示す軌跡ＦＬとは対応しており、この操作軌跡ＡＬを移動している際に操作部３に係る力及びその方向が、リアルタイムに軌跡ＦＬで表示される。また、第２チャートの位置ＬＰと第１チャートの位置ＦＰも対応しており、操作部３が第２チャートの位置ＬＰにあるときには、操作部３には第１チャートの位置ＦＰで示される方向の力が作用していることを示している。
【0092】
また、本実施形態において、図２１に示すように、第１チャートの軌跡ＦＬ上の或る位置を指定した（本実施形態ではクリックした）場合に、その位置（図の黒丸）に対応した時間における合成力Ｆ０の方向と大きさを第１チャート上に表示可能としても良い。図２１では、第１チャートの中心に対する黒丸の位置が合成力Ｆ０の方向を示している。また、第２チャートの操作軌跡ＡＬ上の或る位置を指定した（本実施形態ではクリックした）場合に、その位置（図の黒丸）に対応した時間における操作部３の位置と速度を第２チャート上に表示可能としても良い。
【0093】
ここで、第１チャートと第２チャートのどちらかのある位置を指定した場合でも、両方のチャートに上述のそれぞれの情報が表示されるようになっている。即ち、本実施形態の場合、上述の図１７に示したように、第１チャートと第２チャートとが同じ画面上に同じ時系列で表示される。このため、何れかのチャートの或る位置をクリックした場合には、両方のチャートに情報を表示しても、同じ画面上で確認できる。
【0094】
言い換えれば、第１チャートの或る位置を指定した場合に、その位置に対応した時間における操作部３の位置と速度を第２チャートに表示可能であり、第２チャートの或る位置を指定した場合に、その位置に対応した時間における合成力Ｆ０の大きさを第１チャートに表示可能としても良い。
【0095】
また、この際、図２０に示した力覚表示エリア５００において説明した、第１チャート上の黒丸の位置における操作部３の位置のＸＹ座標（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びその位置において力センサ６０が検出したＦｘ，Ｆｙの値なども、何れかのチャートの或る位置をクリックすることで同時に表示するようにしても良い。また、クリックした位置における合成力Ｆ０の方向も数値で表示するようにしても良い。例えば、腕をまっすぐ前に伸ばした方向を０度とし、右側にプラス、左側にマイナスで表現するようにしても良い。
【0096】
本実施形態では、このように、モニター７６に、力センサ６０により検出される前記Ｘ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０の方向と大きさを同時に表示可能である。このため、例えば、或る位置では加わる力は小さいが、力の方向が異常である場合など、力の大きさだけを見ただけではわかりにくい状態を同じ画面上で確認でき、使用者Ｕが操作部３を動かしにくい位置或いは動作を判定し易くできる。これにより、その後の指導の方法を判断し易くなり、更なる訓練効果を得られ易くできる。また、合成力Ｆ０の方向と大きさを上述の第１チャートに表示することで、視覚的にも感覚的にも分かり易くでき、状況の把握を容易にできる。
【0097】
また、本実施形態では、第１チャートに加えて、操作部３の位置を示す第２チャートを同じ時系列で表示可能としているため、操作部３の位置と、この位置に対応する合成力Ｆ０の方向と大きさと確認し易い。特に、これらを同一画面上に表示することで、訓練状態を把握し易くでき、例えば、訓練指導者が使用者Ｕに説明する際、或いは、訓練指導者が使用者Ｕの訓練状況を把握する際などに視覚的に分かり易くでき、その後の訓練効果を高めることができる。
【0098】
この際、第１チャート又は第２チャートの一方のチャートの或る位置を指定することで、他方のチャートに、この指定した位置に対応する情報を表示させることが可能であるため、訓練指導者の使用者Ｕに対する説明や使用者Ｕの訓練状況の把握を、より行い易くできる。このように本実施形態の構成によれば、更なる訓練効果を得やすくできる。
【0099】
［アシストモードにおける画面表示］
本実施形態において、図２２（ａ）に示すように、上述のアシストモードを実行した場合に、第１チャートにアシスト力ＦＡが発生した個所と発生していない個所とを区別して表示可能としても良い。また、この際、図２２（ｂ）に示すように、第２チャートにも、アシスト力ＦＡが発生した個所と発生していない個所とを区別して表示可能としても良い。図示の例では、第１チャートの軌跡ＦＬ及び第２チャートの操作軌跡ＡＬ上で、アシスト力ＦＡが発生した個所、即ち、使用者Ｕが操作部３を移動している際にアシストされている領域を破線で示し、アシスト力ＦＡが発生していない個所を実線で示している。
本実施形態において、図２２（ａ）に示すように、上述のアシストモードを実行した場合に、第１チャートにアシスト力ＦＡが発生した個所と発生していない個所とを区別して表示可能としても良い。また、この際、図２２（ｂ）に示すように、第２チャートにも、アシスト力ＦＡが発生した個所と発生していない個所とを区別して表示可能としても良い。図示の例では、第１チャートの軌跡ＦＬ及び第２チャートの操作軌跡ＡＬ上で、アシスト力ＦＡが発生した個所、即ち、使用者Ｕが操作部３を移動している際にアシストされている領域を破線で示し、アシスト力ＦＡが発生していない個所を実線で示している。
【0100】
このような表示は、例えば、設定画面においてアシスト力がかかっている個所とかかっていない個所を区別して表示させるボタンをクリックするなどして、表示させるようにしても良い。また、表示のさせ方は、図示のように実線と破線に限らず、アシストされている個所とされていない個所で色を変える、線の太さを変えるなど、視覚的に違いが分かる方法であれば良い。
【0101】
このように、第１チャート及び第２チャートにアシスト力がかかっている個所とかかっていない個所を区別して表示することで、使用者Ｕがどの位置又は領域で操作部３を動かしにくいか、また、その時、操作部３にどの方向のどれくらいの大きさの力がかかっているかを分かり易くできる。このため、訓練指導者による使用者Ｕに対する指導方法の策定などに役立てることができ、訓練効果を高めることができる。
【0102】
［自動モードにおける画面表示］
本実施形態において、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、上述の自動モードで所定の軌跡（目標軌跡ＴＬ）に沿って操作部３を移動させる訓練を複数回繰り返して行った場合に、所定回数以上同じ位置で合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超える場合、その位置が他の位置と区別できるように表示可能としても良い。例えば、図２３（ｂ）に示すように、自動モードにおいて使用者Ｕが操作部３を目標軌跡ＴＬに沿って５周させるように動かした場合、図２３（ａ）に示すように、破線で示す個所が所定回数以上同じ位置で合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超えた個所となる。
本実施形態において、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、上述の自動モードで所定の軌跡（目標軌跡ＴＬ）に沿って操作部３を移動させる訓練を複数回繰り返して行った場合に、所定回数以上同じ位置で合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超える場合、その位置が他の位置と区別できるように表示可能としても良い。例えば、図２３（ｂ）に示すように、自動モードにおいて使用者Ｕが操作部３を目標軌跡ＴＬに沿って５周させるように動かした場合、図２３（ａ）に示すように、破線で示す個所が所定回数以上同じ位置で合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超えた個所となる。
【0103】
図示の例の場合、図２３（ｂ）の第２チャートから明らかなように、操作部３を目標軌跡ＴＬに沿って５周させた場合に、操作軌跡ＡＬは目標軌跡ＴＬに対して殆どずれていない。但し、図２３（ａ）の第１チャートを見ると、軌跡ＦＬ上の一部の領域だけ、他と違う方向且つ大きさの力がかかっていることが分かる。このため、この領域を点線で示し、他の領域を実線で示すことで、自動モードで軌跡通りに操作部３が動いているが、操作者が動かしにくい位置或いは動作があることが明確となる。このため、訓練指導者による使用者Ｕに対する指導方法の策定などに役立てることができ、訓練効果を高めることができる。
【0104】
このような表示は、例えば、設定画面において上述のような領域を区別して表示させるボタンをクリックするなどして、表示させるようにしても良い。また、表示のさせ方は、図示のように実線と破線に限らず、所定回数以上同じ位置で合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超えた個所とそうでない個所で色を変える、線の太さを変えるなど、視覚的に違いが分かる方法であれば良い。また、第１チャートの破線部分（所定回数以上同じ位置で合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超えた個所）をクリックした場合に、対応する部分を第２チャートに他の部分と区別するように、例えば、破線と実線或いは色分けなどをして、表示させるようにしても良い。
【0105】
また、上述のように、自動モードで所定の軌跡に沿って操作部３を移動させる訓練を複数回繰り返して行った場合に、訓練の最初にある位置で合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲を超えているが、回数が進むにつれてその位置における合成力Ｆ０の大きさが小さくなっていた場合、その訓練が正しかった旨を表示するようにしても良い。
【0106】
例えば、目標軌跡ＴＬを５周させる訓練を１回とした場合、訓練の１回目、或いは、最初の数回は、図２３（ａ）のように、一部で他と違う方向且つ大きさの力がかかっている状態であったとする。そして、訓練を続け行くにつれて、この部分でかかっている力が小さくなり、合成力Ｆ０の大きさが所定の範囲以下、或いは、この所定の範囲よりも小さい閾値以下となった場合、他と違う方向且つ大きさの力がかかっている状態が徐々に解消されていると判断できる。この場合、モニター７６に訓練が正しかった旨、例えば、「訓練は順調です」などの文字、或いは、笑顔を示すマークなどを表示する。
【0107】
このように、訓練を繰り返した場合に、一部で異常な力がかかっていたが、その力が小さくなっていったと装置側で判断し、訓練が正しかった旨を自動で表示することで、訓練指導者の参考にすることができると共に、使用者Ｕの励みにもなり、訓練効果を高めることができる。
【0108】
［異常の表示］
上述の自動モードやアシストモードに限らず、所定の訓練を行っている場合に、操作部３の位置に応じて合成力Ｆ０の方向又は大きさが異常である場合に、その旨を表示するようにしても良い。例えば、或る位置で、上限値以上の力或いは許容範囲から外れた方向の力が力センサ６０により検出された場合、異常であるとして、訓練中或いは訓練後に訓練内容を再生しているときに、モニター７６の画面にその旨を表示、或いは、異常表示用のランプがある場合にはこれを点灯させる。モニター７６の画面表示としては、画面の背景の色を通常時と異ならせたり、画面を点滅させたり、異常である旨の警告を表示させたりすることなどが挙げられる。
上述の自動モードやアシストモードに限らず、所定の訓練を行っている場合に、操作部３の位置に応じて合成力Ｆ０の方向又は大きさが異常である場合に、その旨を表示するようにしても良い。例えば、或る位置で、上限値以上の力或いは許容範囲から外れた方向の力が力センサ６０により検出された場合、異常であるとして、訓練中或いは訓練後に訓練内容を再生しているときに、モニター７６の画面にその旨を表示、或いは、異常表示用のランプがある場合にはこれを点灯させる。モニター７６の画面表示としては、画面の背景の色を通常時と異ならせたり、画面を点滅させたり、異常である旨の警告を表示させたりすることなどが挙げられる。
【0109】
また、このように異常があると判断された場合、異常となった個所を第１チャートと第２チャートの一方又は両方に、他の個所と区別がつくように表示させるようにしても良い。そして、その個所をクリックすることで、その位置に対応した時間における操作部３の位置と速度を第２チャートに、その位置に対応した時間における合成力Ｆ０の大きさを第１チャートに表示するようにしても良い。
【0110】
例えば、訓練中に、予め設定されていた上限値以上の合成力Ｆ０が力センサ６０により検出された場合、或いは、或る位置で予め設定された許容範囲から外れた方向に合成力Ｆ０がかかっていた場合、異常である旨の表示を行う。この場合、装置の動作を自動で停止させるようにしても良い。
【0111】
また、訓練後に訓練内容を再生しているときには、異常となった個所を第１チャートと第２チャートの一方又は両方に、他の個所と区別がつくように表示させる。例えば、前述したように、実線と破線で分けたり、色分けをする。或いは、これと共に、背景の色を変えたり、画面を点滅させたり、異常である旨の警告を表示させても良い。このような背景色の変更などは、再生開始時にこの訓練が異常であったことが分かるように行っても良いし、第１チャート又は第２チャートの該当箇所をクリックした際に行うようにしても良い。
【0112】
これにより、訓練中に異常な動作が行われたかを明確に判別でき、例えば、この使用者はまだこの訓練の段階ではないなどの訓練の適性の判断など、訓練指導者の参考にすることができ、訓練効果を高めることができる。
【0113】
［他の実施形態］
上述の運動訓練システム１０００は、モニター７６を備え、例えば、予めＰＣ７０に、上述の制御が可能なプログラムがインストールされているが、モニター７６を備えていない運動訓練装置１に上述のプログラムをインストールしておき、既に設置された、或いは、別途購入したモニター７６に、上述したような表示を行うようにしても良い。或いは、既に設置されている運動訓練装置や運動訓練システムが備えるコンピュータにこのプログラムをインストールするようにしても良い。即ち、本発明は、上述の運動訓練システム１０００に用いられるプログラムであっても良い。
上述の運動訓練システム１０００は、モニター７６を備え、例えば、予めＰＣ７０に、上述の制御が可能なプログラムがインストールされているが、モニター７６を備えていない運動訓練装置１に上述のプログラムをインストールしておき、既に設置された、或いは、別途購入したモニター７６に、上述したような表示を行うようにしても良い。或いは、既に設置されている運動訓練装置や運動訓練システムが備えるコンピュータにこのプログラムをインストールするようにしても良い。即ち、本発明は、上述の運動訓練システム１０００に用いられるプログラムであっても良い。
【0114】
このプログラムは、以下のような表示方法をコンピュータに実行させるプログラムでもある。即ち、表示方法及びプログラムは、次の２つの工程を有する。まず、第１工程では、力センサ６０によりＸ軸およびＹ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｙの合成力Ｆ０を検出する。第２工程では、第１工程で力センサ６０により検出された合成力Ｆ０の方向と大きさを、モニター７６などの表示部に同時に表示する。なお、表示方法及びプログラムは、更に、上述したような様々な表示をモニター７６などの表示部に表示させるようにしても良い。
【符号の説明】
【0115】
１・・・運動訓練装置
３・・・操作部
６・・・第１モータ（Ｘ軸方向駆動モータ）
６ａ・・・エンコーダ（位置検出手段）
３０・・・第２モータ（Ｙ軸方向駆動モータ）
３０ａ・・・エンコーダ（位置検出手段）
６０・・・力センサ
７０・・・ＰＣ（制御部）
７６・・・モニター（表示部）
２００・・・駆動部
３・・・操作部
６・・・第１モータ（Ｘ軸方向駆動モータ）
６ａ・・・エンコーダ（位置検出手段）
３０・・・第２モータ（Ｙ軸方向駆動モータ）
３０ａ・・・エンコーダ（位置検出手段）
６０・・・力センサ
７０・・・ＰＣ（制御部）
７６・・・モニター（表示部）
２００・・・駆動部
【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】