阅读说明：本技术 运动功能恢复训练装置 (Exercise function recovery training device ) 是由 金谷洋希 河野贵之 筒井崇 池田由有子 潮田贵之 于 2019-05-24 设计创作，主要内容包括：运动功能恢复训练装置。训练对象者能够流畅地实施主动运动。运动功能恢复训练装置(1)进行用于使作为训练对象的前臂部(17)的运动功能恢复的训练,具有：固定部件(15),其被支承为可旋转并且对前臂部(17)进行固定；电机(10),其使固定部件(15)在正转方向和反转方向上旋转；编码器(11),其对电机(10)的旋转位置进行检测；以及控制器(12),其根据编码器(11)的检测结果,对电机(10)进行控制,控制器(12)具有主动运动控制部(26),该主动运动控制部(26)在训练对象者自主进行使固定部件(15)旋转的主动运动时,对电机(10)进行控制,使得只在预先设定的旋转方向上进行旋转。(An exercise function recovery training device. The training subject can smoothly perform the active exercise. A motion function recovery training device (1) performs training for recovering a motion function of a forearm (17) to be trained, and comprises: a fixing member (15) that is rotatably supported and fixes the front arm section (17); a motor (10) that rotates the fixing member (15) in the forward direction and the reverse direction; an encoder (11) that detects the rotational position of the motor (10); and a controller (12) that controls the motor (10) on the basis of the detection result of the encoder (11), wherein the controller (12) has an active motion control unit (26), and the active motion control unit (26) controls the motor (10) so as to rotate only in a preset rotation direction when the training subject person autonomously performs active motion for rotating the fixing member (15).)

运动功能恢复训练装置

技术领域

本发明公开的实施方式涉及运动功能恢复训练装置。

背景技术

在专利文献1中，记载了将前臂作为训练对象的运动功能恢复训练装置。该运动功能恢复训练装置以第1角速度进行被动旋转运动，接着，以比第1角速度高速的第2角速度进行被动旋转运动，此后，根据患者的意愿进行主动旋转运动。在以第1角速度进行旋转后，通过以第2角速度快速旋转，实现功能恢复的肌肉的紧张度增加，从而激发了拉伸反射。另外，在主动旋转运动中，为了持续进行肌肉的刺激而维持肌肉紧张，通过伺服电机施加较轻的阻力。

专利文献1：日本特开2015-245号公报

在上述现有技术的运动功能恢复训练装置中，存在以下这样的课题：对主动旋转运动时患者产生的转矩进行检测，根据其检测出的转矩，通过伺服电机产生速度指令。此时，当患者的力产生抖动时，伺服电机产生的速度也会抖动，因此，可能无法实现顺畅的动作，从而患者无法流畅地实施主动旋转运动。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于提供训练对象者能够流畅地实施主动运动的运动功能恢复训练装置。

为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，应用一种运动功能恢复训练装置，其进行用于使作为训练对象的人体部位的运动功能恢复的训练，，该运动功能恢复训练装置具有：固定部件，其被支承为能够旋转并且对所述人体部位进行固定；电机，其使所述固定部件在正转方向和反转方向上旋转；旋转位置传感器，其检测所述电机的旋转位置；以及控制器，其根据所述旋转位置传感器的检测结果，对所述电机进行控制，所述控制器具有第1控制部，该第1控制部将所述电机控制成，在训练对象者进行自主地使所述固定部件旋转的主动运动时，所述固定部件仅在预先设定的旋转方向上旋转。

根据本发明，患者能够流畅地实施主动运动。

附图说明

图1是示出本实施方式的运动功能恢复训练装置的整体结构的一例的说明图。

图2是提取转动部的结构的一例而示出的说明图。

图3是概念性地示出固定部件的截面结构的一例的说明图。

图4是概念性地示出固定部件的截面结构的另一例的说明图。

图5是概念性地示出固定部件的截面结构的又一例的说明图。

图6是示出控制器的功能结构的一例的说明图。

图7是示出训练种类为“内旋”或“外旋”的情况下的电机的转速的变化的一例的说明图。

图8是示出训练种类为“内旋和外旋”的情况下的电机的转速的变化的一例的说明图。

图9是示出训练种类为“内旋”的情况下的触摸面板的显示的一例的说明图。

图10是示出训练种类为“外旋”的情况下的触摸面板的显示的一例的说明图。

图11是示出由控制器的CPU执行的处理步骤的一例的流程图。

图12是示出被动运动处理的处理顺序的一例的流程图。

图13是示出主动运动处理的处理顺序的一例的流程图。

图14是示出通过使手指进行弯曲运动和伸展运动进行训练的变形例中的转动部的结构的一例的说明图。

图15是示出控制器的硬件结构的一例的说明图。

标号说明

1：运动功能恢复训练装置；9：触摸面板(显示部)；10：电机；11：编码器(旋转位置传感器)；12：控制器；15：固定部件；17：前臂部(作为训练对象的人体部位)；25：第2被动运动控制部(第2控制部)；26：主动运动控制部(第1控制部)；27：控制切换部；28：转速计算部；29：第1滤波处理运算部；30：转矩计算部；31：第2滤波处理运算部；32：速度指令计算部；33：速度指令限制部；34：刺激施加处理部；35：振动施加处理部；36：人体反应量计算部；37：第1显示控制部；38：可动区域计测部；39：主动运动量计算部；40：完成率计算部；41：第2显示控制部；42：刺激施加装置；61：固定部件；62：食指(作为训练对象的人体部位)；Tfb：转矩；Vfb：转速；Vref：速度指令；V2：第2设定速度(设定速度)。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对一个实施方式进行说明。

＜1.运动功能恢复训练装置的结构>

首先，一边参照图1～图5，一边对本实施方式的运动功能恢复训练装置的结构的一例进行说明。图1是示出本实施方式的运动功能恢复训练装置的整体结构的一例的说明图。图2是提取转动部的结构的一例而示出的说明图。图3～图5是概念性地示出固定部件的截面构造例的说明图。另外，在下文中，为了便于说明运动功能恢复训练装置的结构，有时适当使用图1所示的上、下、左、右、前、后的方向，但这些方向并不限定运动功能恢复训练装置的各结构的位置关系。在本实施方式中，前后方向是后述的转动部的旋转轴心方向，上下方向是铅直方向，左右方向是与前后方向以及上下方向这两个方向垂直的方向。

运动功能恢复训练装置1是进行用于使作为训练对象的人体部位的运动功能恢复的训练(康复训练)的装置。训练对象者例如是具有中风等脑血管疾病或具有因矫形外科疾病等引起的运动功能障碍的患者等。在本实施方式中，说明作为训练对象的人体部位是前臂部的情况，但也可以将前臂部以外的人体部位作为训练对象。

如图1所示，运动功能恢复训练装置1具有升降台2、装置主体3以及转动部4。

升降台2具有载置有装置主体3的工作台5、通过未图示的伸缩机构而能够在上下方向上伸缩的支柱6、以及设置在支柱下部的多个(在本例中为5个)腿部7a～7e。从腿部7a～7e连结的中心位置起，腿部7a向左方向延伸设置，腿部7b向前方向延伸设置，腿部7c向右方向延伸设置，腿部7d向右后方延伸设置，腿部7e向左后方延伸设置。通过将腿部7a～7e的数量设为5个，例如与腿部的数量为4个(90°间隔的十字型)的情况相比，提高了稳定性。另外，通过将腿部7a、7b之间的间隔设为90°，在前方左侧确保了要训练右臂的前臂部的训练对象者靠近的空间，因此，能够抑制该训练对象者的椅子、轮椅、脚等与腿部之间的干扰。同样地，通过将腿部7b、7c之间的间隔设为90°，在前方右侧确保了要训练左臂的前臂部的训练对象者靠近的空间，因此，能够抑制该训练对象者的椅子、轮椅、脚等与腿部之间的干扰。在各腿部7a～7b的下部分别设有脚轮8。

在装置主体3的前表面设置有用于进行与训练相关的显示和各种操作的触摸面板9(显示部的一例)。另外，在装置主体3的内部设置有使转动部4在正转方向和反转方向上旋转的电机10(参照后述的图6)、检测电机10的旋转位置的编码器11(旋转位置传感器的一例。参照后述的图6)、以及根据编码器11的检测结果进行电机10的控制等的控制器12(参照后述的图6)等。电机10是位置、速度以及转矩中的至少一个根据编码器11的检测结果而受到控制的伺服电机。控制器12构成为具有CPU和存储器等的计算机(参照后述的图15)。另外，例如也可以使用分解器或电位计等编码器以外的旋转位置传感器。并且，也可以设置对电机10的转矩进行检测的转矩传感器。

转动部4可转动地设置在装置主体3的前侧，并且从装置主体3向前方突出，对训练对象者的前臂部17(作为训练对象的人体部位的一例)进行支承。转动部4具有圆板部件13、支承杆14、固定部件15以及把手16。圆板部件13设置在装置主体3的前表面，通过电机10绕旋转轴心AX旋转。支承杆14位于从旋转轴心AX向下方偏移规定距离的位置处，被设置成从圆板部件13与旋转轴心AX大致平行地向前方突出。固定部件15被设置在支撑杆14的末端部附近，并且以装卸自如的方式对训练对象者的手腕部18进行固定。固定部件15通过转动部4进行转动而绕旋转轴心AX旋转。把手16被设置成从支承杆14向上方突出，由训练对象者把持。另外，也可以采用能够将把手16从支承杆14拆下的结构，例如通过使把手位置偏心并旋转180度来变更把手位置。另外，也可以设置使得把手16能够相对于支承杆14滑动的滑动机构。

转动部4以把手16朝向铅直上方的位置为基准角度(0°)，向顺时针方向和逆时针方向转动。例如，如图2所示，在对训练对象者的右臂的前臂部17进行训练的情况下，通过转动部4向顺时针方向转动而使前臂部17进行外旋运动，通过转动部4向逆时针方向转动而使前臂部17进行内旋运动。另外，虽然省略了图示，但相反地，在对左臂的前臂部进行训练的情况下，通过转动部4向顺时针方向转动而使前臂部17进行内旋转动，通过转动部4向逆时针方向转动而使前臂部17进行外旋运动。

如图2所示，固定部件15具有：基座部19，其载置前臂部17的手腕部18；一对开闭部20，它们通过开闭而能够对手腕部18进行固定或释放；一对缓冲部21，它们设置在一对开闭部20各自的内侧；以及结合部22，其使一对开闭部20各自的上端可释放地结合。

缓冲部21例如由聚氨酯等柔软的材料构成，并且与手腕部18接触并按压。另外，也可以用与缓冲部21相同的柔软材料构成基座部19。结合部22例如由表面紧固件等构成，其能够将一对开闭部20的上端的间隙调整成期望的大小并结合。由此，固定部件15能够与训练对象者的手腕部18的粗细无关地进行固定。

固定部件15构成为，与手腕部18的末端侧(手部侧)接触的部分的表面压力比与手腕部18的基端侧(肘部侧)接触的部分的表面压力大。表面压力的调整单元没有特别限定，例如，如图3所示，也可以构成为手部侧的缓冲部21a的硬度比肘部侧的缓冲部21b的硬度硬。另外，在本例中，缓冲部构成为具有2种硬度，但也可以构成为具有3种以上的硬度，也可以构成为硬度不是阶段性地而是连续性地发生变化。

另外，例如，如图4所示，也可以构成为缓冲部21的厚度从手部侧朝向肘部侧逐渐变薄。另外，在本例中构成为，缓冲部的厚度连续性地变化，但也可以构成为，使用厚度不同的多种缓冲件，厚度从手部侧向肘部侧阶段性地减少。

另外，例如，如图5所示，也可以是如下结构：手部侧的缓冲部21c在内周具备多个突起部23，肘部侧的缓冲部21d不具备突起部。突起部23例如由与缓冲部相同的柔软材料构成，通过突起部23能够提高对于手腕部18的表面压力。另外，在本例中，将缓冲部构成为具有突起部23的缓冲部和没有突起部23的缓冲部这两种，但也可以根据突起部的数量、大小、形状等，将缓冲部构成为3种以上。另外，也可以构成为，突起部的数量从手部侧向肘部侧逐渐减少等、不是阶段性地而是连续性地变化。

＜2.控制器的功能结构>

接着，一边参照图6～图9，一边对控制器12的功能结构的一例进行说明。图6是示出控制器12功能结构的一例的说明图，图7和图8是示出电机10的转速的变化的一例的说明图，图8是示出触摸屏9的显示的一例的说明图。

如图6所示，控制器12具有第1被动运动控制部24、第2被动运动控制部25、主动运动控制部26、控制切换部27、训练种类设定部57、转速计算部28、第1滤波处理运算部29、转矩计算部30、第2滤波处理运算部31、速度指令计算部32、速度指令限制部33、刺激施加处理部34、振动施加处理部35、人体反应量计算部36、第1显示控制部37、可动区域计测部38、主动运动量计算部39、完成率计算部40、以及第2显示控制部41。

在进行被动运动时，第1被动运动控制部24对电机10的转速进行控制，使得电机10以规定的第1设定速度V1进行驱动。"被动运动"是通过电机10使转动部4转动而借助外力使训练对象者的前臂部17进行外旋运动或内旋运动。另外，第1被动运动控制部24的控制可以是基于速度指令的速度控制，也可以是依次对位置指令进行变更而使速度成为第1设定速度V1的位置控制。

在进行被动运动时，第2被动运动控制部25(第2控制部的一例)对电机10的转速进行控制，使得电机10以规定的第2设定速度V2(设定速度的一例)进行驱动。如图7所示，为了激发前臂部17的人体反应(例如拉伸反射或肌肉的弹力等)，第2设定速度V2被设定成比第1设定速度V1高速。另外，第2被动运动控制部25的控制可以是基于速度指令的速度控制，也可以是依次对位置指令进行变更从而使速度成为第2设定速度V2的位置控制。

在进行主动运动时，主动运动控制部26(第1控制部的一例)对电机10进行控制，使得电机10只在预先设定的旋转方向上旋转。"主动运动"是受到训练对象者的自主的外旋运动或内旋运动从而使转动部4转动。主动运动控制部26的控制是基于后述速度指令Vref的速度控制。

训练种类设定部57基于触摸面板9中的训练种类的选择输入，将训练种类设定为如下种类中的任意一种：在主动运动中训练内旋运动的“内旋”、在主动运动中训练外旋运动的“外旋”、在主动运动中训练内旋运动和外旋运动双方的“内旋和外旋”。

控制切换部27根据由训练种类设定部57设定的训练种类，变更控制的切换方式。例如，在训练种类设定为“内旋”或“外旋”的情况下，控制切换部27基于由编码器11检测出的旋转位置，对由第1被动运动控制部24进行的控制、由第2被动运动控制部25进行的控制、以及由主动运动控制部26进行的控制进行切换。如图7所示，控制切换部27首先执行第1被动运动控制部24的控制，在检测位置到达第1旋转位置P1时，将第1被动运动控制部24的控制切换为第2被动运动控制部25的控制。另外，在检测位置到达第2旋转位置P2时，将第2被动运动控制部25的控制切换为主动运动控制部26的控制。并且，在检测位置到达第3旋转位置P3时，将主动运动控制部26的控制再次切换为第1被动运动控制部24的控制。将基于执行以上3种控制的被动运动和主动运动的组合作为1个循环，重复规定次数的循环。

另一方面，在训练种类被设定为“内旋和外旋”的情况下，控制切换部27基于由编码器11检测出的旋转位置，对由第2被动运动控制部25进行的控制和由主动运动控制部26进行的控制进行切换。如图8所示，控制切换部27在外旋运动或内旋运动的任意一方中，首先执行基于第2被动运动控制部25的控制，在检测位置到达第4旋转位置P4时，将基于第2被动运动控制部25的控制切换为基于主动运动控制部26的控制。另外，在检测位置到达第5旋转位置P5时，将基于主动运动控制部26的控制切换为基于第2被动运动控制部25的控制，在外旋运动或内旋运动的另一方中，执行基于第2被动运动控制部25的控制。另外，在检测位置到达第6旋转位置P6时，将基于第2被动运动控制部25的控制切换为基于主动运动控制部26的控制。并且，在检测位置到达第7旋转位置P7时，将基于主动运动控制部26的控制再次切换为基于第2被动运动控制部25的控制。将基于执行以上的转外运动和转内运动的各自的2种控制的被动运动和主动运动的组合作为1个循环，重复规定次数的循环。

转速计算部28根据编码器11的检测结果计算电机10的转速。例如，转速计算部28对由编码器11检测出的位置用时间进行一阶微分，或者通过对检测信号(例如增量信号)进行规定的时间计数等处理，计算转速。该转速相当于训练对象者自主地使前臂部17进行外旋运动或内旋运动时的转速。

第1滤波处理运算部29例如是作为低通滤波器发挥作用的运算部，其去除由转速计算部28计算出的转速的信号中的比规定频率高的高频成分。由此，即使在基于训练对象者的自主运动的转速产生抖动的情况下，也能够去除因该抖动引起的振动成分。

转矩计算部30根据由转速计算部28计算出的转速计算转矩。该转矩相当于训练对象者自主地使前臂部17进行外旋运动或内旋运动时的力。另外，除了根据转速计算转矩以外，例如在设置转矩传感器的情况下，也可以根据其检测结果计算转矩。

第2滤波处理运算部31例如是作为低通滤波器发挥作用的运算部，其去除由转矩计算部30计算出的转矩的信号中的比规定频率高的高频成分。由此，即使在基于训练对象者的自主运动的力产生抖动的情况下，也能够去除因该抖动引起的振动成分。

速度指令计算部32根据由第1滤波处理运算部29去除了高频成分的转速Vfb、由第2滤波处理运算部31去除了高频成分的转矩Tfb，计算速度指令Vref。具体而言，速度指令计算部32根据以下的计算式(1)，计算速度指令Vref。

另外，扫描时间是在1个循环中控制器12执行主动运动时的处理(基于主动运动控制部26的处理)的时间，是根据机械基本参数确定的固定值。假想质量和假想粘性是参数，根据这些参数，能够对前臂部17施加规定的阻力，从而能够维持肌肉的紧张并提高训练效果。

在由速度指令计算部32计算出的速度指令Vref成为与主动运动方向(在主动运动中应该旋转的方向)的相反方向上的旋转对应的速度指令的情况下，速度指令限制部33将输入到主动运动控制部26的速度指令设为0。

在进行主动运动时，主动运动控制部26根据由速度指令计算部32计算的、并且由速度指令限制部33限制为0以上的速度指令Vref控制电机10。其结果是，在进行主动运动时，主动运动控制部26能够对电机10进行控制，使得只在预先设定的旋转方向(训练对象者想要旋转的方向)上进行旋转。

刺激施加处理部34在从基于第2被动运动控制部25的控制向基于主动运动控制部26的控制的切换时，对刺激施加装置42进行控制，使得所述刺激施加装置施加诱发前臂部17的人体反应(例如拉伸反射或肌肉的弹力等)的刺激。由此，在从被动运动向主动运动的切换时，更容易产生人体反应，因此，能够进一步提高训练的效果。另外，这里所说的切换时不一定需要与控制的切换时刻是同时的。即，在切换时具有作为人体的反射而感觉到同时的程度的、跨越基于第2被动运动控制部25的控制和基于主动运动控制部26的控制的时间宽度，如果在该时间宽度内施加刺激，则相当于在切换时施加刺激。

刺激施加装置42附属于运动功能恢复训练装置1，是对与前臂部17关联的部位施加诱发人体反应的规定刺激的装置。刺激施加装置42的装置形态没有特别限定，例如可以构成为，被粘贴在作为前臂部17的训练对象的肌肉部附近的1个或多个振动产生装置(省略图示)。在这种情况下，刺激施加处理部34对1个或多个振动产生装置的频率和振动级别单独进行控制，例如通过施加敲击皮肤那样的刺激或者通过施加使各振动产生装置间隔时间差而产生振动来抚摩皮肤的刺激，能够诱发皮肤肌肉反射。另外，例如，也可以是，由振动产生装置和电刺激装置构成刺激施加装置42，施加振动刺激和电刺激双方。另外，除此之外，例如，也可以构成为，从喷嘴喷出空气的装置、或以刷毛或棒状的部件抚摩皮肤的方式进行动作的装置等。

在进行训练之前，振动施加处理部35控制电机10，以使包含固定部件15的转动部4的整体以规定频率振动。由此，能够在训练前对前臂部17的肌肉直接施加刺激，能够缓和肌肉的紧张而实现高效的康复训练。另外，此时，振动施加处理部35使其在训练开始时计测的训练对象者的可动区域的范围内进行振动，因此，能够确保安全性。

人体反应量计算部36根据编码器11的检测结果，计算人体反应量，该人体反应量是在从基于第2被动运动控制部25的控制向基于主动运动控制部26的控制切换的时刻到经过规定时间(例如100ms)的期间内、固定部件15由于前臂部17的人体反应而旋转的量(转动部4的转动量)。另外，也可以是，将由人体反应量计算部36计算出的人体反应量作为训练结果数据以规定的文件格式(例如CSV文件等)输出。

第1显示控制部37使触摸面板9显示由人体反应量计算部36计算出的人体反应量(参照后述的图9)。在训练的执行过程中，按照每个循环进行人体反应量的计算，还按照每个循环更新人体反应量的显示。

可动区域计测部38通过电机10使固定部件15旋转而对前臂部17的可动区域进行计测。例如，可动区域计测部38使固定部件15分别在内旋方向和外旋方向上旋转，计测电机10的负载转矩(由转矩计算部30计算)到达规定值时的旋转角度作为可动区域(参照后述的图9)。

主动运动量计算部39在主动运动控制部26的控制时(主动运动时)，根据编码器11的检测结果，计算训练对象者自主地使固定部件15旋转的量(转动部4的转动量)即主动运动量。另外，主动运动量计算部39计算从训练开始时起的主动运动量的平均值(平均角度)。主动运动量的检测方法没有特别限定，例如也可以是，在由转速计算部28计算出的转速为规定值以下的情况下，或者在该规定值以下的状态持续规定时间以上的情况下，判断为训练对象者的自主的主动运动结束，将从主动运动开始到该时刻为止的旋转量作为主动运动量。另外，例如，也可以是，在转矩计算部30计算出的转矩为规定值以下的情况下，或者在该规定值以下的状态持续了规定时间以上的情况下，判定为训练对象者的自主的主动运动结束，将从主动运动开始到该时刻为止的旋转量作为主动运动量。

完成率计算部40根据由主动运动量计算部39计算出的主动运动量和由可动区域计测部38计测出的可动区域，计算主动运动量相对于可动区域的比例即主动完成率(0～100％)。另外，由完成率计算部40计算出的主动完成率也可以作为训练结果数据以规定的文件格式(例如CSV文件等)输出。

第2显示控制部41使触摸面板9显示由完成率计算部40计算出的主动完成率和由主动运动量计算部39计算出的平均主动运动量(参照后述的图9)。在训练的执行过程中，按照每个循环进行主动完成率和平均主动运动量的计算，还按照每个循环更新主动完成率和平均主动运动量的显示。

图9和图10是示出基于第1显示控制部37和第2显示控制部41的触摸面板9的显示的一例的说明图。如图9所示，在触摸面板9上显示有训练种类画面43、运动状态画面44以及训练状况画面45。在训练种类画面43中，作为训练种类，可以选择上述的“内旋”、“外旋”、“内旋和外旋”中的任意一个。在图9所示的例子中，选择了“内旋”。

在运动状态画面44中，通过第2显示控制部41针对内旋运动和外旋运动分别显示主动完成率显示部46，并且显示平均主动运动量显示部47。在图9所示的例子中，由于在训练种类中选择了“内旋”，因此，显示与内旋运动对应的主动完成率显示部46，而不显示(或者也可以是较浅地显示)与外旋运动对应的主动完成率显示部46。主动完成率显示部46例如由多个仪表构成，对于由完成率计算部40计算出的主动达成率，通过点亮与其值的大小对应的数量的仪表来实现可视化。另外，主动完成率显示部46在主动完成率为最大值附近(接近100％的值)的情况下，使位于多个仪表的最上部的规定的标记48(例如拖影标记(スミレマーク))点亮。这样，通过用仪表或标记显示主动完成率，能够使训练对象者自主动作的量以容易理解的方式可视化。另外，平均主动运动量显示部47将从训练开始时起的主动运动量的平均值显示为平均角度(在本例子中为87°)。

在训练状况画面45中，通过第1显示控制部37针对内旋运动和外旋运动分别显示人体反应量显示部49。在图9所示的例子中，由于按照训练种类选择了“内旋”，因此，显示与内旋运动对应的人体反应量显示部49，而不显示(或者也可以是较浅地显示)与外旋运动对应的人体反应量显示部49。人体反应量显示部49针对由人体反应量计算部36计算出的人体反应量，通过显示与其值的大小对应的数量的标记50(例如拖影标记)来实现可视化。例如，在人体反应量为5°以下的情况下，标记50显示0个，在人体反应量为6°～11°的范围内的情况下，标记50显示1个，在人体反应量为12°～17°范围内的情况下，标记50显示2个，在人体反应量为18°～23°的范围内的情况下，标记50显示3个，在人体反应量为24°～29°的范围内的情况下，标记50显示4个，在人体反应量为30°以上的情况下，标记50显示5个。在图9所示的例子中，人体反应量在18°～23°的范围内，标记50显示3个。这样，通过以标记的数量显示人体反应量的大小，能够将训练对象者的人体反应的有无及其大小以容易理解的方式可视化。

另外，在训练状况画面45中，除了人体反应量之外，还显示了训练次数51、剩余时间52、在本次训练中执行的循环次数53、由可动区域计测部38计测出的内旋方向的可动区域54和外旋方向的可动区域55、以及表示在主动运动中应旋转的方向的旋转方向56。

图10是作为训练种类选择了“外旋”的情况下的显示的一例。如图10所示，在运动状态画面44中，显示了与外旋运动对应的主动完成率显示部46，而不显示(或者也可以是较浅地显示)与内旋运动的主动完成率显示部46。在图10所示的例子中，主动完成率为最大值附近(接近100％的值)，主动完成率显示部46使所有的仪表和位于最上部的标记48点亮。另外，在训练状况画面45中，显示了与外旋运动对应的人体反应量显示部49，而不显示(或者也可以是较浅地显示)与内旋运动对应的人体反应量显示部49。在图10所示的例子中，人体反应量在24°～29°的范围内，显示了4个标记50。

另外，在训练种类中选择了“外旋”的情况下，与内旋运动和外旋运动的切换对应地交替切换显示上述的图9所示的显示内容和图10所示的显示内容。

另外，上述画面结构是一例，除了上述项目之外或者代替上述项目，也可以显示其他项目，也可以不显示上述项目的一部分。另外，也可以将标记或记号变更为其他种类，也可以例如用数值显示人体反应量或主动完成率。

另外，上述控制器12的各处理部不限于这些处理分担的例子，例如，可以通过更少数量的处理部(例如1个处理部)进行处理，另外，也可以通过进一步细分的处理部进行处理。另外，控制器12的向电机10供给驱动电力的部分(逆变器等)由实际的装置进行安装，其他功能可以通过后述的CPU901(参照图15)执行的程序安装，其一部分或全部也可以通过ASIC、FPGA、以及其他电路等的实际装置安装。

＜3.控制器的处理顺序>

接着，一边参照图11～图13，一边对由控制器12的CPU901执行的处理顺序的一例进行说明。

如图11所示，在步骤S10中，控制器12利用电机10使固定部件15旋转而通过可动区域计测部38对前臂部17的可动区域进行计测。

在步骤S20中，控制器12基于触摸面板9中的训练种类的选择输入，通过训练种类设定部57将训练种类设定为“内旋”、“外旋”、“内旋和外旋”中的任意一个。

在步骤S30中，控制器12通过振动施加处理部35控制电机10，以使转动部4整体以规定频率振动。

在步骤S100中，控制器12执行被动运动处理。关于被动运动处理的内容，在下文叙述(参照图11)。

在步骤S200中，控制器12执行主动运动处理。关于主动运动处理的内容，在下文叙述(参照图12)。

在步骤S40中，控制器12判定是否结束训练。是否结束训练例如是根据是否经过了设定的训练时间、或者是否结束了设定的次数的循环等判定的。在不结束训练的情况下(步骤S40：否)，返回上述步骤S100，重复步骤S100和步骤S200直到结束训练。在结束训练的情况下(步骤S40：是)，结束本流程。

图12示出上述步骤S100的被动运动处理的处理顺序的一例。另外，在图12中，对在上述步骤S20中训练种类被设定为“内旋”或“外旋”的情况进行说明。

如图12所示，在步骤S110中，控制器12通过第1被动运动控制部24，对电机10的转速进行控制，使得电机10以第1设定速度V1进行驱动。

在步骤S120中，控制器12通过控制切换部27判定编码器11的检测位置是否到达第1旋转位置P1。在没有到达第1旋转位置P1的情况下(步骤S120：否)，返回上述步骤S110。另一方面，在到达第1旋转位置P1的情况下(步骤S120：是)，转移到步骤S130。

在步骤S130中，控制器12通过第2被动运动控制部25对电机10的转速进行控制，使得电机10以第2设定速度V2进行驱动。

在步骤S140中，控制器12通过控制切换部27判定编码器11的检测位置是否到达第2旋转位置P2。在没有到达第2旋转位置P2的情况下(步骤S140：否)，返回上述步骤S130。另一方面，在到达第2旋转位置P2的情况下(步骤S140：是)，结束被动运动处理，转移到步骤S200的主动运动处理。

图13示出上述步骤S200的主动运动处理的处理顺序的一例。另外，在图13中，对在上述步骤S20中训练种类被设定为“内旋”或“外旋”的情况进行说明。

如图13所示，在步骤S205中，控制器12通过人体反应量计算部36判定从基于第2被动运动控制部25的控制切换到基于主动运动控制部26的控制的时刻即主动运动处理的开始时刻起是否经过了预先设定的设定时间(主动运动开始的等待时间)。直到经过设定时间为止重复本步骤(步骤S205：否)，在经过了设定时间的情况下(步骤S205：是)，转移到步骤S210。

在步骤S210中，控制器12通过人体反应量计算部36，根据编码器11的检测结果，计算人体反应量，该人体反应量是从主动运动处理的开始时刻起到经过预先设定的设定时间为止的期间内固定部件15由于前臂部17的人体反应而旋转的量(转动部4的转动量)。然后，第1显示控制部37使触摸面板9显示计算出的人体反应量。

在步骤S215中，控制器12通过主动运动控制部26，根据速度指令Vref进行电机10的速度控制。

在步骤S220中，控制器12通过转速计算部28，根据编码器11的检测结果，计算电机10的转速。

在步骤S225中，控制器12通过第1滤波处理运算部29，去除在上述步骤S220中计算出的转速的信号中的比规定频率高的高频成分。

在步骤S230中，控制器12通过转矩计算部30，根据在上述步骤S220中计算出的转速计算转矩。另外，如上所述，例如在设置有转矩传感器的情况下，也可以根据该转矩传感器的检测结果计算转矩

在步骤S235中，控制器12通过第2滤波处理运算部31，去除在上述步骤S230中计算出的转矩的信号中的比规定频率高的高频成分。

在步骤S240中，控制器12通过速度指令计算部32，根据在上述步骤S225中除去了高频成分的转速以及在上述步骤S235中除去了高频成分的转矩，计算速度指令Vref。

在步骤S245中，控制器12通过速度指令限制部33，判定在上述步骤S250中计算出的速度指令Vref是否是与主动运动方向(在主动运动中训练对象者要旋转的方向。图9和图10的旋转方向56)相反的方向。在速度指令Vref是与主动运动方向相同的方向的情况下(步骤S245：否)，转移到后述的步骤S255。另一方面，在速度指令Vref是与主动运动方向相反的方向的情况下(步骤S245：是)，转移到步骤S250。

在步骤S250中，控制器12通过速度指令限制部33，将输入到主动运动控制部26的速度指令Vref设为0。

在步骤S255中，控制器12判定编码器11的检测位置是否到达第3旋转位置P3，或者判定是否检测出在上述步骤S220中计算出的转速为0。在没有到达第3旋转位置P3且转速不为0的情况下(步骤S255：否)，返回到前面的步骤S210。另一方面，在检测出到达了第3旋转位置P3或转速为0的情况下(步骤S255：是)，转移到步骤S260。

在步骤S260中，控制器12通过主动运动量计算部39，根据编码器11的检测结果，计算训练对象者自主地使固定部件15旋转的量(转动部4的转动量)即主动运动量。另外，通过完成率计算部40，根据计算出的主动运动量和在上述步骤S10中计测出的可动区域，计算主动运动量相对于可动区域的比例即主动完成率。进而，第2显示控制部41使触摸面板9显示计算出的主动完成率。此后，结束主动运动处理，转移到上述的步骤S40。

另外，在上文中对训练种类被设定为“内旋”或“外旋”的情况进行了说明，但在将训练种类设定为“内旋和外旋”的情况下，通过重复2次图11中的步骤S100和步骤S200来形成1个循环。在该情况下，在图12中，不执行步骤S110和步骤S120，仅执行步骤S130和步骤S140，在步骤S140中，判定是否到达第4旋转位置P4或第6旋转位置P6。另外，在图13中，在步骤S255中，判定是否到达第5旋转位置P5或第7旋转位置P7。

另外，上述刺激施加处理部34对训练对象者施加诱发前臂部17的人体反应的刺激的处理是在与上述流程不同的其他进程中执行的。

＜4.本实施方式的效果>

如以上说明的那样，本实施方式的运动功能恢复训练装置1具有：固定部件15，其被支承为能够旋转并且对前腕部17进行固定；电机10，其使固定部件15在正转方向和反转方向上旋转；编码器11，其检测电机10的旋转位置；以及控制器12，其根据编码器11的检测结果，对电机10进行控制，控制器12具有主动运动控制部26，该主动运动控制部26在训练对象者自主进行使固定部件15旋转的主动运动时，对电机10进行控制，使得固定部件15只在预先设定的旋转方向上进行旋转。由此，得到以下这样的效果。

即，在本实施方式的运动功能恢复训练装置1中，在训练对象者进行主动运动时，控制器12根据训练对象者的旋转运动控制电机10，从而对前臂部17施加规定的阻力，维持肌肉的紧张从而提高训练效果。如果在进行该主动运动时训练对象者的力产生抖动，则例如如图7和图8中单点划线所示的波形58那样，由于产生了与要旋转的方向相反的方向的旋转等，在电机10的动作中也产生抖动，因此，固定部件15的旋转可能无法成为顺畅的动作。

在本实施方式中，通过主动运动控制部26对电机10进行控制，使得仅在预先设定的旋转方向上旋转。由此，固定部件15仅在训练对象者要旋转的方向上旋转，例如，如图7和图8中实线所示的波形那样，能够使固定部件15顺畅地进行旋转动作，因此，训练对象者能够顺利地实施主动运动。

另外，在本实施方式中，控制器12具有：转速计算部28，其根据编码器11的检测结果，计算电机10的转速；第1滤波处理运算部29，其去除转速中的比规定频率高的高频成分；以及速度指令计算部32，其根据去除了高频成分的转速Vfb计算速度指令Vref，主动运动控制部26在进行主动运动时，根据速度指令Vref对电机10进行控制，此时，能够获得以下这样的效果。

即，在本实施方式的运动功能恢复训练装置1中，在训练对象者进行主动运动时，根据编码器11的检测结果，计算电机10的转速，根据计算出的转速计算速度指令Vref，根据计算出的速度指令Vref控制电机10。通过使速度指令Vref小于反馈的转速，对前臂部17施加规定的阻力，维持肌肉的紧张从而提高训练效果。如果在进行该主动运动时训练对象者的力产生抖动，则例如，如图7和图8中单点划线所示的波形59那样，由于朝向要旋转的方向的力的大小发生轻微的变动(振动)等，在电机10的动作中也产生抖动，因此，固定部件15的旋转可能无法成为顺畅的动作。

在本实施方式中，通过第1滤波处理运算部29从转速中去除高频成分，因此，即使在训练对象者的力产生抖动的情况下，也能够去除由该抖动引起的转速的振动分量。由此，例如，如图7和图8中实线所示的波形那样，由于能够使固定部件15顺畅地进行旋转动作，因此，训练对象者能够顺利地实施主动运动。

另外，在本实施方式中，控制器12具有速度指令限制部33，该速度指令限制部33在由速度指令计算部32计算出的速度指令Vref为负的情况下，使输入到主动运动控制部26的速度指令Vref为0，此时，能够获得以下这样的效果。即，根据上述结构，例如即使在由于训练对象者的力的抖动而作用了与要相对于固定部件15移动的方向相反的方向的力的情况下，固定部件15的转速为0，能够保持为停止的状态。其结果是，由于固定部件15仅在训练对象者要移动的方向上旋转，而不在相反方向旋转，因此，训练对象者能够更顺利地实施主动运动。

另外，在本实施方式中，控制器12具有：转矩计算部30，其根据转速计算转矩；以及第2滤波处理运算部31，其去除转矩中的比规定频率高的高频成分，速度指令计算部31根据去除了高频成分的转速Vfb和去除了高频成分的转矩Tfb，计算速度指令Vref，此时，能够获得以下这样的效果。

即，在本实施方式的运动功能恢复训练装置1中，在训练对象者进行主动运动时，根据编码器11的检测结果计算电机10的转速，根据计算出的转速计算转矩，根据计算出的转速和转矩，计算速度指令Vref，根据计算出的速度指令Vref控制电机10。如果在进行该主动运动时训练对象者的力产生抖动，则计算的转速和转矩也产生抖动，其结果是，计算出的速度指令Vref也抖动，因此，例如，如图7和图8中单点划线所示的波形58、59那样，在电机10的动作中也产生抖动，固定部件15的旋转可能无法能成为顺畅的动作。

在本实施方式中，除了通过第1滤波处理运算部29从转速中去除高频成分之外，还通过第2滤波处理运算部31从转矩中去除高频成分，因此，即使在训练对象者的力产生抖动的情况下，也能够去除由该抖动引起的转速和转矩的振动成分。由此，例如，如图7和图8中实线所示的波形那样，能够使固定部件15顺畅地进行旋转动作，因此，训练对象者能够顺利地实施主动运动。

另外，在本实施方式中，运动功能恢复训练装置1还具有刺激施加装置42，该刺激施加装置42向与作为训练对象的前臂部17关联的部位施加规定的刺激，控制器12具有：第2被动运动控制部25，其在进行通过电机10使固定部件15旋转的被动运动时，对电机10的转速进行控制，使得电机10以规定的第2设定速度V2进行驱动；控制切换部27，其根据由编码器11检测出的旋转位置，从基于第2被动运动控制部25的控制切换到基于主动运动控制部26的控制；以及刺激施加处理部34，其在从基于第2被动运动控制部25的控制向基于主动运动控制部26的控制的切换时，对刺激施加装置42进行控制，使得刺激施加装置42施加诱发前臂部17的人体反应的刺激，此时，能够获得以下这样的效果。

即，在本实施方式的运动功能恢复训练装置1中，在通过电机10使固定部件15旋转的被动运动中，通过对电机10的转速进行控制以使电机10以较高速的第2设定速度V2进行驱动，然后在切换到主动运动时利用训练对象者的人体反应刺激肌肉，从而提高使运动功能恢复的效果。并且，通过在从被动运动向主动运动切换时向训练对象者施加进一步诱发人体反应的刺激，从而更容易产生人体反应，因此能够进一步提高训练的效果。因此，能够提供更高效的康复训练。

另外，在本实施方式中，在将固定部件15构成为，与前臂部17的末端侧(手部侧)接触的部分的表面压力比与前臂部17的基端侧(肘部侧)接触的部位的表面压力大的情况下，可以获得以下这样的效果。

即，例如在进行使前臂部17的运动功能恢复的训练的运动功能恢复训练装置1中，来自被动运动时的装置的外力经由固定部件15传递到前臂部17。对于该前臂部17的内旋运动和外旋运动的扭转角度而言，手部侧的扭转角度比肘部侧大。因此，如果是固定部件15以一定的表面压力进行接触而固定前臂部17的结构，则由于对扭转角度小的肘部侧会被施加更强的来自固定部件15的压力，因此，存在训练对象者不能移动到本来能够扭转的角度(可动区域)的问题。另一方面，为了解决该问题，在想要仅固定希望最大程度扭转的部位(手腕部18)的情况下，还存在对皮肤或肌肉的局部压力增大的问题。

在本实施方式中，固定部件15构成为与前臂部17的手部侧接触的部分的表面压力比与肘部侧接触的部分的表面压力大。由此，能够在不增大对皮肤或肌肉的局部压力的情况下，使前臂部17扭转到训练对象者的本来的可动区域。因此，能够提供可以实施最大限度地利用了训练对象者的可动区域的训练的运动功能恢复训练装置1。

另外，在本实施方式中，控制器12具有振动施加处理部35，在进行训练之前，该振动施加处理部35对电机10进行控制，使得固定部件15以规定频率振动。此时，可以获得以下这样的效果。

通常，众所周知的是，要想缓解例如偏瘫患者的痉挛等的肌肉紧张，例如小于100Hz的振动刺激是有效的。因此，可以考虑在运动功能恢复训练装置1中，在训练前对人体部位应用手提按摩机等来缓和肌肉的紧张，但是在这种情况下存在以下这样的问题：需要另外准备手提按摩机、不易应用到恰当的部位上(尤其是进行外旋运动的外旋肌位于深层部，即使对皮肤施加振动也难以进行直接刺激)。

在本实施方式中，在训练前，通过利用电机10对固定部件15施加规定频率的振动，能够对作为训练对象的前臂部17的肌肉施加直接刺激。由此，能够缓和训练对象的肌肉的紧张从而进行高效的康复训练，并且，可以提供能够一并执行准备运动和训练的运动功能恢复训练装置1。

另外，在本实施方式中，运动功能恢复训练装置1还具有触摸面板9，该触摸面板9进行与训练相关的显示，控制器12具有：人体反应量计算部36，其根据编码器11的检测结果，计算人体反应量，该人体反应量是在从基于第2被动运动控制部25的控制向基于主动运动控制部26的控制切换的时刻起到经过规定时间的期间内固定部件15由于前臂部17的人体反应而旋转的量；以及第1显示控制部37，其使触摸面板9显示人体反应量，此时，能够获得以下这样的效果。

如果是不显示人体反应量的运动功能恢复训练装置1，则由于在不明确是否发生了人体反应的情况下实施训练，因此，可能没有进行适当的训练。

根据本实施方式，能够使人体反应的有无和人体反应量可视化。其结果是，能够提高训练对象者对训练的积极性，并且治疗师(理疗师或作业治疗师)通过运用显示内容，能够进行更适当的训练。

另外，在本实施方式中，运动功能恢复训练装置1还具有触摸面板9，该触摸面板9进行与训练相关的显示，控制器12具有：可动区域计测部38，其通过电机10使固定部件15旋转而对前臂部17的可动区域进行计测；主动运动量计算部39，其在基于主动运动控制部26的控制时，根据编码器11的检测结果，计算训练对象者自主地使固定部件15旋转的量即主动运动量；完成率计算部40，其计算主动运动量相对于可动区域的比例即主动完成率；以及第2显示控制部41，其使触摸面板9显示主动完成率，此时，能够获得以下这样的效果。

假设是不显示主动完成率的运动功能恢复训练装置1，则由于在主动运动中训练对象者不清楚相对于可动区域能够以自己多大的力进行移动，因此，治疗师(理疗师和作业治疗师)可能无法准确掌握训练情况和恢复情况。

根据本实施方式，能够使主动运动量相对于可动区域的比例即主动完成率可视化。其结果是，能够提高训练对象者对训练的积极性，并且，治疗师(理疗师和作业治疗师)通过运用显示内容能够更加准确地掌握训练情况和恢复情况。

＜5.变形例＞

在上文中，一边参照附图，一边对一个实施方式进行了详细说明。但是，权利要求书中记载的技术构思的范围并不限定于在此说明的实施方式。只要是具有本实施方式的所属技术领域中的通常知识的人员，在技术构思的范围内，显然能够想到进行多种变更、修正以及组合等。因此，进行了上述变更、修正、组合等的技术当然也属于技术构思的范围内。

例如，在上文中，对作为训练对象的人体部位是前臂部17、通过使前臂部17进行外旋运动和内旋运动来进行训练的情况进行了说明，但例如在通过使具有指关节、肘关节、膝关节等关节的人体部位进行弯曲运动和伸展运动来进行训练的情况下，也能够应用本发明。

图14示出例如通过使手指进行弯曲运动和伸展运动来进行训练的运动功能恢复训练装置(省略图示)的转动部60的结构的一例。转动部60具有装卸自如地固定训练对象者的手指的固定部件61，在图14所示的例子中固定了食指62。固定部件61通过转动部60的转动而绕旋转轴心AX旋转。如图14所示，转动部60向顺时针方向转动从而使食指62进行伸展运动，通过向逆时针方向转动而使食指62进行弯曲运动。在本变形例中，通过电机(省略图示)使转动部60转动，通过外力使训练对象者的食指62进行伸展运动或弯曲运动，从而进行被动运动。另外，通过受到训练对象者的自主的伸展运动或弯曲运动而使转动部60转动，从而进行主动运动。其他结构、控制内容与上述实施方式相同。在本变形例中，也能够得到与上述实施方式相同的效果。

＜6.控制器的硬件结构例>

接着，一边参照图15，一边对实现通过上文说明的CPU901执行的程序而安装的第1被动运动控制部24、第2被动运动控制部25、主动运动控制部26等的处理的控制器12的硬件结构例进行说明。另外，在图15中，适当省略了控制器12的向电机10提供驱动电力的功能的结构。

如图15所示，控制器12例如具有CPU901、ROM903和RAM905、用于ASIC或FPGA等的特定用途而构建的专用集成电路907、输入装置913、输出装置915、记录装置917、驱动器919、连接端口921、以及通信装置923。这些结构通过总线909、输入输出接口911以可相互传递信号的方式进行连接。

程序例如可以记录在ROM903、RAM905、记录装置917等中。

另外，程序例如也可以暂时或永远地记录在软盘等磁盘、各种CD/MO盘、DVD等的光盘、半导体存储器等可移动记录介质925中。这样的记录介质925也可以作为所谓的套装软件来提供。在这种情况下，记录在这些记录介质925中的程序可以由驱动器919读出，经由输入输出接口911、总线909等记录在上述记录装置917中。

另外，程序例如也可以记录在下载网站、其他计算机、其他记录装置等(未图示)中。在该情况下，程序经由LAN、互联网等网络NW进行传送，通信装置923接收该程序。并且，通信装置923接收的程序也可以经由输入输出接口911、总线909等记录在上述记录装置917中。

另外，程序例如也可以记录在适当的外部连接设备927中。在该情况下，程序也可以经由适当的连接端口921进行传送，经由输入输出接口911和总线909等记录在上述记录装置917中。

然后，CPU901根据记录在上述记录装置917中的程序执行各种处理，由此实现基于上述第1被动运动控制单元24、第2被动运动控制单元25、主动运动控制部26等的处理。此时，CPU901例如可以从上述记录装置917直接读出程序来执行，也可以暂时加载到RAM905后执行。并且，CPU901例如也可以在经由通信装置923、驱动器919、连接端口921接收程序时，将接收到的程序不记录在记录装置917中而直接执行。

另外，根据需要，CPU901例如也可以根据从鼠标、键盘、麦克风(未图示)等输入装置913输入的信号和信息进行各种处理。

并且，CPU901例如可以从显示装置或声音输出装置等输出装置915输出执行上述处理后的结果，并且，CPU901也可以根据需要经由通信装置923、连接端口921发送该处理结果，CPU901也可以将该处理结果记录在上述记录装置917、记录介质925中。

另外，在以上的说明中，在有“垂直”、“平行”、“平面”等记载的情况下，该记载不是严格的意思。即，这些“垂直”、“平行"、“平面”是指允许在设计上、制造上的公差、误差，意思是“实质上垂直”、“实质上平行”、“实质上平面”。

另外，在以上的说明中，存在外观上的尺寸或大小为“相同”、“相等”、“不同”等的记载的情况下，该记载不是严格的意思。即，这些“相同”、“相等”、“不同”是指允许在设计上、制造上的公差、误差，意思是“实质上相同”、“实质上相等”、“实质上不同”。

但是，例如在存在阈值(参照图12、图13的流程图)或基准值等作为规定的判定基准的值或作为区分的值的记载的情况下，与其对应的“相同”、“相等”、“不同”等与上述不同，具有严格的意思。