特開 2022-175860 運動訓練装置及びプログラム

(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】P2022175860

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】運動訓練装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61H 1/02 20060101AFI20221117BHJP

【ＦＩ】

A61H1/02 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021082612

(22)【出願日】2021-05-14

(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】弁理士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

4C046AA42

4C046AA45

4C046AA47

4C046BB04

4C046DD02

4C046DD08

4C046DD12

4C046DD14

4C046DD16

4C046DD33

4C046EE06

4C046EE32

4C046FF22

4C046FF27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】使用者に適した操作部の軌道を自動で設定する運動訓練装置、およびプログラムを提供する。
【解決手段】運動訓練装置は、運動訓練モードと、軌道設定モードとを実行可能である。運動訓練モードでは、使用者が操作する操作部３を設定された目標軌道ＴＬに沿って移動させるように、操作部を駆動するモータを制御する。軌道設定モードでは、所定の軌道に沿って操作部を移動させ、操作部に作用する力を検出する力センサの入力値が所定の閾値になった位置を記憶し、記憶した位置に基づいて、運動訓練モードにおける目標軌道ＴＬを設定する。
【選択図】図１５

【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、
使用者が操作する前記操作部を設定された第１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する運動訓練モードと、
第２の軌道に沿って前記操作部を移動させ、前記力センサの入力値が所定の閾値になった位置を記憶し、前記記憶した位置に基づいて、前記運動訓練モードにおける前記第１の軌道を設定する軌道設定モードと、を実行可能である、
ことを特徴とする運動訓練装置。

【請求項2】

前記軌道設定モードでは、前記制御部が前記Ｘ軸およびＹ軸方向駆動モータを制御して前記操作部を前記第２の軌道に沿って移動させた場合に、前記力センサの入力値が所定の閾値になった位置に基づいて前記第１の軌道を設定する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の運動訓練装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記軌道設定モードにおいて、前記力センサの入力値が所定の閾値となる位置を複数記憶し、
前記軌道設定モードで設定される前記第１の軌道は、記憶された前記複数の位置を結ぶ線の範囲内で設定される、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の運動訓練装置。

【請求項4】

前記軌道設定モードで設定される前記第１の軌道は、記憶された前記複数の位置を結ぶ線である、
ことを特徴とする、請求項３に記載の運動訓練装置。

【請求項5】

前記第２の軌道は、ホームポジションから前記操作部を互いに異なる複数の方向に移動させる軌道である、
ことを特徴とする、請求項３又は４に記載の運動訓練装置。

【請求項6】

前記第２の軌道は、ホームポジションを通り、互いに直径が異なる複数の円である、
ことを特徴とする、請求項３又は４に記載の運動訓練装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記軌道設定モードで設定された前記第１の軌道に基づいて前記運動訓練モードを実行している際に、前記力センサの入力値が所定の閾値を超える位置があった場合には、前記力センサの入力値が所定の閾値を超えないように、前記軌道設定モードで設定された前記第１の軌道を変更する、
ことを特徴とする、請求項１ないし６の何れか１項に記載の運動訓練装置。

【請求項8】

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、使用者が操作する前記操作部を設定された第１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する運動訓練モードを実行可能な運動訓練装置に用いられるプログラムであって、
第２の軌道に沿って前記操作部を移動させ、前記力センサの入力値が所定の閾値になった位置を記憶する第１工程と、
前記第１工程で記憶した位置に基づいて、前記運動訓練モードにおける前記第１の軌道を設定する第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装置、及び、運動訓練装置に用いられる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。

【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】

運動訓練装置を用いて訓練を行う場合、例えば、使用者が操作部を掴みその上から訓練指導者が使用者の手をとって使用者の上肢状況に応じた動作範囲で操作部を移動させることで、操作部が辿る軌道を設定していた。しかしながら、近年、リハビリが必要な患者（使用者）の数が増えてきており、使用者毎に訓練指導者が上述のような作業を行うことは負担となる。このため、運動訓練装置により使用者に適した操作部の軌道を自動で設定できることが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、使用者が操作する前記操作部を設定された第１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する運動訓練モードと、第２の軌道に沿って前記操作部を移動させ、前記力センサの入力値が所定の閾値になった位置を記憶し、前記記憶した位置に基づいて、前記運動訓練モードにおける前記第１の軌道を設定する軌道設定モードと、を実行可能であることを特徴とする。

【0007】

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、使用者が操作する前記操作部を設定された第１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する運動訓練モードを実行可能な運動訓練装置に用いられるプログラムであって、第２の軌道に沿って前記操作部を移動させ、前記力センサの入力値が所定の閾値になった位置を記憶する第１工程と、前記第１工程で記憶した位置に基づいて、前記運動訓練モードにおける前記第１の軌道を設定する第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】

【0008】

本発明によれば、運動訓練装置により使用者に適した操作部の軌道を自動で設定できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態の運動訓練システムの外観斜視図。

【図2】第１の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】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13】軌道設定モードで操作部を移動させる軌道の一例を示す図。

【図14】軌道設定モードで操作部を移動させた場合の第１チャートを示す図。

【図15】軌道設定モードで設定された軌道の一例を示す図。

【図16】軌道設定モードの流れを示すフローチャート。

【図17】第２の実施形態において、軌道設定モードで操作部を移動させる軌道の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明が適用可能な第１の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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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２０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。

【0018】

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２０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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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３６，３８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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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３ガイドロッド４８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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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２ガイドロッド５５と平行な方向）とそれぞれ一致するように配向する。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。従来、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が辿る軌道を設定していた。そして、使用者Ｕのみが操作部３を掴み設定された軌道を辿ることで、使用者Ｕによる操作部３の位置とそのときに操作部３が受ける負荷とを検出する運動訓練モードを行なっていた。

【0044】

しかしながら、近年、リハビリが必要な患者（使用者）の数が増えてきており、使用者毎に訓練指導者が上述のような作業を行うことは負担となる。また、訓練指導者の数は限られており、訓練指導者が一人の使用者に多くの時間を取りにくい。そこで、本実施形態では、運動訓練装置１により使用者に適した操作部３の軌道（第１の軌道）を自動で設定する軌道設定モードを実行可能としている。軌道設定モードについては後述し、まず、運動訓練モードについて説明する。

【0045】

［運動訓練モード］
まず、運動訓練モードには、使用者Ｕが自ら軌道設定モードで設定された軌道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、自動的に軌道を辿る操作部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。

【0046】

［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を目標軌道（第１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を制御するモードである。本実施形態の自動モードでは、使用者Ｕが操作する操作部３が目標軌道からずれた場合に目標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。

【0047】

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Ｆ_０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、第１の軌道（目標軌道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。

【0048】

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Ｆ_０の大きさが所定の範囲内である場合には、操作部３を目標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Ｆ_０の大きさが所定の範囲を超える場合には、操作部３を現在位置から目標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Ｆ_０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。

【0049】

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第１の軌道を目標軌道ＴＬとし、訓練を行う使用者Ｕの操作によって、目標軌道ＴＬから外れて操作部３が実際に移動する軌道を操作軌道ＡＬ（不図示）とする。

【0050】

また、各図において、操作軌道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の軌道位置をそれぞれ示している。各軌道位置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、目標軌道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、即ち軌道位置ＬＰ１～ＬＰ４にそれぞれ対応する次の目標位置を示している。目標軌道ＴＬ上の位置ＴＰ０，ＴＰ１～ＴＰ４から延びる破線の矢印Ｒ０～Ｒ４は、目標軌道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。

【0051】

本実施形態において、操作部３の目標軌道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の操作軌道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および軌道位置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、目標軌道上により多くの目標位置が設定される。

【0052】

図７は、操作軌道ＡＬ上の軌道位置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道ＡＬ上の軌道位置ＬＰ０は、目標軌道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。

【0053】

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、目標軌道ＴＬ上の現在位置ＬＰ０（＝ＴＰ０）にある操作部３には、目標軌道ＴＬの接線方向を向いた速度ベクトルＲ０のみが生じ、目標軌道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と共に目標軌道ＴＬに沿って運動訓練する。

【0054】

図８は、操作部３の現在位置ＬＰ０が、図７と同様に目標軌道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。

【0055】

具体的には、現在位置ＬＰ０＝ＴＰ０にある操作部３を目標軌道ＴＬ上から外れさせるように作用する抵抗力ＦＳに抗して、目標軌道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が目標軌道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。

【0056】

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、目標軌道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。

【0057】

図９は、操作部３が図８の現在位置＝軌道位置ＬＰ０から次の軌道位置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。

【0058】

具体的には、軌道位置ＬＰ１にある操作部３を更に目標軌道ＴＬ上から外れさせるように作用する抵抗力ＦＳに抗して、軌道位置ＬＰ１に対応する目標軌道ＴＬ上の目標位置ＴＰ１、即ち操作部３が目標軌道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、軌道位置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から目標軌道ＴＬ上の目標位置ＴＰ１に向かう向きに発生する。

【0059】

このとき、操作部３には、現在位置する軌道位置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、現在位置する軌道位置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。

【0060】

図１０は、操作部３が図９の現在位置ＬＰ１から次の軌道位置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。

【0061】

具体的には、軌道位置ＬＰ１にある操作部３を更に目標軌道ＴＬ上から外れさせるように作用する抵抗力ＦＳに抗して、軌道位置ＬＰ２に対応する目標軌道ＴＬ上の目標位置ＴＰ２、即ち操作部３が目標軌道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、軌道位置ＬＰ２とそれに対応する目標位置ＴＰ２との距離が、図９における軌道位置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から目標軌道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。

【0062】

このとき、操作部３には、現在位置する軌道位置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、現在位置する軌道位置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。

【0063】

次に、図１１は、操作部３が図３４と同じ軌道位置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の場合と同様に軌道位置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。

【0064】

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の大きさに閾値を設定する。そして、制御ＣＰＵ７５は、抵抗力ＦＳの大きさがこの閾値を超えたとき、復帰力ＦＲおよび軌道位置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、軌道位置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。

【0065】

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を軌道位置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を軌道位置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。

【0066】

［画面表示］
ここで、本実施形態で表示部としてのモニター７６に表示される表示画面について説明する。本実施形態では、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Ｆ_０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Ｆ_０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。

【0067】

図１２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。

【0068】

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１２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道と共に操作部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、目標軌道を円としているが、目標軌道の形はこの限りではない。

【0069】

［軌道設定モード］
次に、上述の自動モードにおける目標軌道（第１の軌道）ＴＬの設定について、図１３ないし図１６を用いて説明する。本実施形態における目標軌道を設定するための軌道設定モードは、第２の軌道に沿って操作部３を移動させ、力センサ６０の入力値が所定の閾値になった位置を記憶し、記憶した位置に基づいて、自動モードにおける第１の軌道、即ち、目標軌道ＴＬを設定するモードである。第２の軌道は、使用者の上肢の可動域を判断するために予め設定された軌道（以下、所定の軌道）である。

【0070】

所定の軌道は、例えば、図１３に示すように、ホームポジション（ＨＰ）から操作部３を互いに異なる複数の方向に移動させる軌道である。本実施形態では、（１）～（５）の５つの軌道が所定の軌道である。なお、操作部３のホームポジションは、運動訓練装置１のＸＹ平面において、図１の使用者Ｕ側の位置で、操作部３の操作の起点となる位置である。例えば、図２のＸ軸方向中央位置で、Ｙ軸方向に関して図２の最も上側（使用者Ｕ側）の位置である。このようなホームポジションは、位置検出手段としてのエンコーダ６ａ、３０ａにより検出可能であるが、別途、ホームポジション検出用のセンサを設けても良い。

【0071】

図１３の（１）～（５）の軌道は、例えば、ホームポジションからそれぞれの方向に延びた直線の軌道である。また、（１）～（５）の軌道は、隣り合う軌道同士がなす角度が同じであり、ホームポジションを通るＸ軸と平行な線よりもＹ軸方向に関して使用者Ｕから離れる方向に設定されている。また、ホームポジションを通るＹ軸と平行な線（図１３では（３）の軌道）を中心とした両側に均等に配置されている。

【0072】

このような所定の軌道は、図１３のような５つの軌道に限らず、５つよりも少なくても多くても良い。また、所定の軌道は、ホームポジションから直線方向に延びる軌道に限らず、途中で折れ曲がる線、或いは、曲線でも良い。更には、１つの円、楕円、三角形などの多角形状であっても良く、円、楕円、三角形などの多角形状を複数組み合わせたものであっても良い。また、所定の軌道を複数パターン用意し、使用者に応じて選ぶようにしても良い。

【0073】

所定の軌道（第２の軌道）に沿う操作部３の移動は、操作者が自ら移動させるようにしても良いが、本実施形態では、例えば、使用者が操作部３を掴んだ状態で運動訓練装置１が上述の自動モードのように自動で操作部３を移動させるようにしている。そして、この際の力センサ６０の入力値に基づいて、目標軌道ＴＬを設定するようにしている。即ち、軌道設定モードでは、制御ＣＰＵ７５が第１モータ６及び第２モータ３０を制御して自動で操作部３を所定の軌道に沿って移動させた場合に、力センサ６０の入力値が所定の閾値になった位置に基づいて目標軌道ＴＬを設定する。

【0074】

図１４は、実際に使用者が操作部３を掴んだ状態で、図１３の（１）～（５）の軌道に沿って操作部３を自動で移動させた場合の第１チャートである。上述のように、第１チャートは、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ものである。図１４に示す（１）～（５）は、それぞれ図１３の（１）～（５）の軌道に対応するものである。

【0075】

本実施形態では、所定の閾値を図１４に示す第１チャートの最も外側の円（中心から３番目の円）に設定している。したがって、制御ＣＰＵ７５は、使用者が掴んだ操作部３を（１）～（５）の軌道に沿って移動させた時に、力センサ６０の入力値が図１４の最も外側の円に達したときの操作部３の位置を記憶する。この位置は、例えば、メモリ７４（図６）に記憶される。

【0076】

図１３は、（１）～（５）の軌道に沿って移動させた時にそれぞれ力センサ６０の入力値が所定の閾値になった時点までを示している。例えば、（１）の軌道は、ホームポジションから近い位置で所定の閾値に達していることを示しており、（４）、（５）の軌道はホームポジションから比較的遠くで所定の閾値に達していることを示している。図１３の例では、使用者は、ホームポジションに対して左側の可動域が狭く、右側の可動域が比較的広いことが分かる。可動域とは、使用者が操作部３を操作可能な領域である。

【0077】

なお、所定の閾値は、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設定される値であり、使用者の上肢の可動域を判断するための値である。

【0078】

上述のように、制御ＣＰＵ７５は、軌道設定モードにおいて、力センサ６０の入力値が所定の閾値となる位置を複数記憶する。そして、記憶された複数の位置を結ぶ線の範囲内で、目標軌道ＴＬを設定する。即ち、記憶された複数の位置を結ぶ線がその使用者の可動域であり、この可動域内で目標軌道ＴＬを設定する。例えば、図１５に示すように、目標軌道ＴＬを記憶された複数の位置を結ぶ線とする。

【0079】

図１５は、上述のように設定された目標軌道ＴＬを第２チャート上に示したものである。図１５の（１）～（５）の点は、（１）～（５）の軌道に沿って移動させた時にそれぞれ力センサ６０の入力値が所定の閾値になった時点のホームポジションに対する位置である。図１５では、（１）～（５）の各点を番号順に滑らかな曲線で結んだものである。なお、各点は、直線で結んでも良いし、曲線又は直線で、ランダムに結んでも良い。例えば、ホームポジションから（１）→（３）→（５）→（２）→（４）のように結んでも良い。

【0080】

また、目標軌道ＴＬは、このように各点を結ぶ線以外に、例えば、各点を番号順に直線で結んだ図形の各直線に内接する円や楕円であっても良い。この場合、全ての直線に内接しなくても何れかの複数の直線に内接するように、複数の円や楕円で目標軌道ＴＬを設定しても良い。また、（１）～（５）の各点を番号順に直線又は曲線で結んだ範囲内であれば、例えば、予め、設定した円、三角形、四角形、星形などの図形を１ないし複数の軌道を目標軌道ＴＬとして設定しても良い。何れにしても、上述のように使用者が操作部３を把持した状態で所定の軌道に沿って操作部３を移動させ、所定の閾値に達した位置に基づいて可動域を設定し、その可動域内で適宜、目標軌道ＴＬを設定すれば良い。

【0081】

更に、本実施形態では、上述のように設定した目標軌道ＴＬで自動モードを実行し、その目標軌道ＴＬで力センサ６０の入力値が所定の閾値を超えるような場合があれば、目標軌道ＴＬを自動で変更可能としている。即ち、制御ＣＰＵ７５は、軌道設定モードで設定された目標軌道ＴＬに基づいて自動モードを実行している際に、力センサ６０の入力値が所定の閾値を超える位置があった場合には、力センサ６０の入力値が所定の閾値を超えないように、軌道設定モードで設定された目標軌道ＴＬを変更する。

【0082】

例えば、上述のように設定された目標軌道ＴＬであっても、（１）～（５）の各点を結ぶ線上で所定の閾値を超える場合が考えられる。また、目標軌道ＴＬに沿って運動することで、（１）～（５）の各点上であっても所定の閾値を超える場合も考えられる。このような場合、使用者の負担となるため、例えば、力センサ６０の入力値が所定の閾値を超えた時点で、一旦、自動モードを停止し、力センサ６０の入力値が所定の閾値を超えないように、再度、目標軌道ＴＬを設定する。

【0083】

この際、自動モードにおいて力センサ６０の入力値が所定の閾値を超えた位置を記憶しておき、その位置よりもホームポジション側の軌道を通るように目標軌道ＴＬを設定する。例えば、上述の（２）の位置で所定の閾値を超えた場合、（２）の位置よりもホームポジション側にずらした位置を（２）の位置として再設定し、上述の場合と同様に、目標軌道ＴＬを設定する。或いは、図１５に示した目標軌道ＴＬの図形、或いは、上述のように設定した図形よりも小さい相似形を目標軌道ＴＬとして再設定しても良い。

【0084】

なお、再設定した目標軌道ＴＬで自動モードを実行しても、再度、所定の閾値を超える位置がある場合には、もう一度、上述のように目標軌道ＴＬを設定しても良いし、自動モードを停止し、警報を出すなどして、訓練指導者に通知するようにしても良い。

【0085】

上述の軌道設定モードのフローの一例について、図１６を用いて説明する。軌道設定モードを開始すると、制御ＣＰＵ７５は、まず、所定の軌道の全ルートの動作が完了したか判断する（Ｓ１０１）。最初は全ルートの動作が完了していないので（Ｓ１０１のＮ）、軌道設定モードで操作部３を移動させる移動ルートとして、例えば、上述の（１）の軌道を設定する（Ｓ１０２）。軌道が設定されると、制御ＣＰＵ７５は、操作部３をスタート位置（ここではホームポジション）に移動させる（Ｓ１０３）。そして、使用者が操作部３を把持した状態で、例えば、訓練指導者がスタートボタンを押すなどすることで、操作部３が（１）の軌道に沿って移動を開始する（Ｓ１０４）。即ち、制御ＣＰＵ７５は、第１モータ６及び第２モータ３０を制御して、（１）の軌道のゴール位置に向けて自動で操作部３の移動を開始する。この際、制御ＣＰＵ７５は、力センサ６０の入力値（センサ値）を監視している（Ｓ１０５）。

【0086】

そして、制御ＣＰＵ７５は、力センサ６０の入力値が所定の閾値以上になるか否かを判断し（Ｓ１０６）、力センサ６０の入力値が所定の閾値未満であれば（Ｓ１０６のＮ）、操作部３が移動ルートのゴール位置に到達した否かを判断する（Ｓ１０７）。ゴール位置に到達してなければ（Ｓ１０７のＮ）、Ｓ１０６に戻る。

【0087】

Ｓ１０６において、力センサ６０の入力値が所定の閾値以上となった場合（Ｓ１０６のＹ）、制御ＣＰＵ７５は、第１モータ６及び第２モータ３０のモータを停止する（Ｓ１０８）。即ち、操作部３の移動を停止する。そして、操作部３の現在位置をメモリ７４に保存する（Ｓ１０９）。即ち、力センサ６０の入力値が所定の閾値以上となった操作部３の位置を記憶する。

【0088】

次いで、Ｓ１０１に戻り、全ルートの動作が完了したかを確認し、完了してなければ、Ｓ１０２に進む。例えば、操作部３を（１）の軌道に沿って移動させ、力センサ６０の入力値が所定の閾値以上となった場合、その位置を記憶し、Ｓ１０２において、次の移動ルートとして、（２）の軌道を設定する。そして、操作部３をスタート位置に戻して、（２）の軌道に沿った移動を開始し、力センサ６０の入力値が所定の閾値以上になるか否かを監視し、力センサ６０の入力値が所定の閾値以上となった位置を保存する（Ｓ１０３～Ｓ１０９）。このような動作を（１）～（５）の軌道について繰り返す。

【0089】

なお、Ｓ１０６において、力センサ６０の入力値が所定の閾値未満で（Ｓ１０６のＮ）、Ｓ１０７において操作部３が移動ルートのゴール位置に到達した場合（Ｓ１０７のＹ）。制御ＣＰＵ７５は、そのゴール位置をメモリ７４に保存する（Ｓ１０９）。

【0090】

（１）～（５）の軌道について、上述の動作が完了した場合、即ち、全ルートの動作が完了した場合（Ｓ１０１のＹ）、制御ＣＰＵ７５は、Ｓ１０９でメモリ７４に保存した位置から目標軌道ＴＬを自動で生成する（Ｓ１１０）。そして、軌道設定モードを終了する。このように生成された目標軌道ＴＬは、次に行う自動モードで使用される。

【0091】

本実施形態の場合、このように運動訓練装置１により使用者に適した操作部３の軌道を自動で設定できる。即ち、自動モードで使用する目標軌道ＴＬを運動訓練装置１により自動で設定可能である。この際、使用者に操作部３を把持させた状態で所定の軌道に沿って自動で操作部３を移動させ、力センサ６０の入力値が所定の閾値となった位置を記憶しておくことで、その使用者の可動域を判断できる。そして、このように判断した可動域の範囲内で目標軌道ＴＬを設定するようにしている。このため、使用者に適した目標軌道が設定可能である。

【0092】

これにより、訓練指導者が目標軌道の設定作業を行う手間を省くことができ、訓練指導者の負担を減らすことができる。そして、訓練指導者の数が少なくても、多くの使用者に対して訓練を行い易くなる。

【0093】

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図１７を用いて説明する。上述の第１の実施形態では、図１２に示したように、可動域を判断するために操作部３を移動させる所定の軌道をホームポジションから放射状に延びる複数の直線とした。これに対して、本実施形態では、所定の軌道を、図１７に破線で示すように、直径が異なる複数の円としている。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様であるため、同様の構成には同じ符号を付して説明及び図示を省略し、以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0094】

本実施形態の場合、所定の軌道である複数の円は、全てＸ軸方向中央、且つ、Ｙ軸方向の端部位置でホームポジションＨＰを通る。また、全ての円の中心は、ホームポジションＨＰを通るＹ軸上に位置する。即ち、小さい円から順番に操作部３を軌道に沿って移動させた場合に、ホームポジションＨＰから徐々に離れるように円が描かれるように、複数の円の軌道を設定している。

【0095】

また、図１７に示すように、各円の軌道は、ホームポジションＨＰから放射状の延びる複数の直線（ａ）～（ｅ）によって分けられた複数の領域β１～β４を有する。本実施形態においても、軌道設定モードを実行する場合には、制御ＣＰＵ７５が第１モータ６及び第２モータ３０を制御して自動で操作部３を所定の軌道に沿って移動させた場合に、力センサ６０の入力値が所定の閾値になった位置に基づいて目標軌道ＴＬを設定する。この際、上述の複数の領域β１～β４毎に、力センサ６０の入力値が所定の閾値になった位置を記憶する。そして、この記憶した位置に基づいて目標軌道ＴＬ域を設定する。

【0096】

即ち、領域β１において、力センサ６０の入力値が所定の閾値になった位置がＨＰから２つ目の円であり、同様に、領域β２が３つ目の円、領域β３が４つ目の円、領域β４が５つ目の円で、それぞれ力センサ６０の入力値が所定の閾値になった場合、各領域の所定の閾値になった位置を例えば曲線で結ぶことで、図１７に太線で示す目標軌道ＴＬが得られる。なお、これらの各位置を直線で結んで目標軌道としても良いし、直線で結ぶことで形成される多角形状の内接円を目標軌道としても良い。

【0097】

このような本実施形態のように、目標軌道を設定するための所定の軌道を複数の円としても、使用者に適した目標軌道を求めることができる。なお、複数の円は、楕円であっても良い。また、目標軌道を設定する際には、上述ように複数の領域を設定せずに、小さい方の円から順番に操作部３を軌道に沿って移動させ、最初に、力センサ６０の入力値が所定の閾値になった円を目標軌道に設定しても良い。

【0098】

また、第１の実施形態、第２の実施形態ともに、軌道を設定する際に操作部３をホームポジションから離れる方向に移動させているが、この「ホームポジション」は軌道設定モードにおけるホームポジションであり、運動訓練装置１自体のホームポジションと異なる位置であってもよい。

【0099】

＜他の実施形態＞
上述の運動訓練装置１では、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、運動訓練装置１が備える制御部に上述のプログラムをインストールしても良い。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、上述の運動訓練装置１に用いられるプログラムであっても良い。

【0100】

このプログラムは、以下のような工程をコンピュータに実行させるプログラムでもある。即ち、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、所定の軌道（第２の軌道）に沿って操作部３を移動させ、力センサ６０の入力値が所定の閾値になった位置を記憶する。第２工程では、第１工程で記憶した位置に基づいて、自動モードにおける目標軌道（第１の軌道）を設定する。

【符号の説明】

【0101】

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）
７５・・・制御ＣＰＵ
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】