JP2019198576A - 訓練装置及び指装具 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、物体把持動作の訓練に適した訓練装置を提供する。【解決手段】訓練装置２は、指装具２０と、梁７と、アクチュエータ４０を備えている。指装具２０は、被験者の手ＴＨの母指以外の四指を拘束するとともに四指の屈曲方向に屈曲可能に構成されている。梁７の一端は、訓練装置２に置かれた腕の手首の背屈／掌屈回りの回転軸と同軸に回転可能になるように土台３に連結されている。梁７の他端は、指装具２０の基部に連結されている。アクチュエータ４０は、指装具２０を屈曲させると同時に梁７（指装具２０）を手の背屈方向に回転させる。訓練装置２は、母指以外の四指を屈曲させると同時に手ＴＨを背屈させる。訓練装置２は、母指を除く四指の屈曲と手の背屈を連動させることで、物を把持する動作に近い動きを模擬することができる。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、訓練装置と指装具に関する。特に、手の把持動作の訓練装置と、そのような訓練装置に適した指装具に関する。

脳血管障害などにより、手を動かすことが不自由になることがある。手の動作を訓練する訓練装置（リハビリ装置）が例えば特許文献１−７に開示されている。特許文献１−６の訓練装置は、手首を固定したまま、母指以外の指を屈曲させる動作を訓練する装置である。特許文献７の訓練装置は、母指以外の指を屈曲させる動作と、手首を屈曲させる動作を訓練する。ただし、指の屈曲動作の訓練と、手首の屈曲動作の訓練は独立に行われる。

特開２０１０−０１７３４９号公報 特開２０１３−０１７７１８号公報 特開２０１２−２４９６７４号公報 特開２０１０−２８４４５１号公報 特開２０１２−０１６４９７号公報 特開２０１６−０９６８９２号公報 特開２０１６−０９７２９５号公報

発明者らが調査したところ、単に指を円滑に動かせるようになるだけではなく、物を掴む機能を取り戻したいという要望が多いことがわかった。物を把持するには指の屈曲が必須であるが、一般に把持動作においては指の屈曲と手首の回転が連動することが多い。そのため、指の屈曲だけを単独で訓練する従来の訓練装置には改善の余地がある。本明細書は、人の把持動作の訓練に適した訓練装置を提供する。また、本明細書は、指の屈曲の訓練に適した指装具と訓練装置も提供する。

本明細書が開示する訓練装置は、指装具と、梁と、アクチュエータを備えている。指装具は、被験者の手の母指以外の四指を拘束するとともに四指の屈曲方向に屈曲可能に構成されている。梁の一端は、訓練装置に置かれた腕の手首の背屈／掌屈回りの回転軸と同軸に回転可能になるように土台に連結されている。なお、土台とは、訓練装置の多くの部品を支持する部材である。梁の他端は、指装具の基部に連結されている。アクチュエータは、指装具を屈曲させると同時に梁を手の背屈方向に回転させる。この訓練装置は、母指以外の四指を屈曲させると同時に手を背屈させることができる。本明細書が開示する訓練装置は、母指を除く四指の屈曲と手の背屈を連動させることで、物を把持する動作に近い動きを模擬し、物体把持機能の回復に効果的な訓練を被験者に提供することができる。

本明細書が開示する訓練装置の特徴の一つは、四指を拘束する指装具の全体を手首背屈方向へ回転させることで手首に回転力を与える点にある。手首から比較的に遠い指に手首背屈方向の力を加えることで、手首関節に動きを与える。一般に、人が動作する際、回転する関節そのものの位置が動く。即ち、関節の回転中心が移動する。手首の近くを拘束して手首に回転を与える機構では、機構の駆動軸と手首関節の回転中心がずれたときに被験者に違和感を与えてしまう。四指を拘束する指装具の全体を動かすことによって手首を回転させることで、手首には比較的自由に移動できるように余裕を持たせ、機構の回転中心と手首関節の回転中心のずれに対する違和感を軽減することができる。

指装具の一態様は、一対の多リンク機構と、複数の第１弾性帯、第２弾性帯を備えている。一対の多リンク機構の夫々は、四指の両側方に位置している。多リンク機構は、四指の長手方向に延びているとともに、四指の屈曲方向に屈曲可能に構成されている。第１弾性帯は、一対の多リンク機構の下側に掛け渡されている。第２弾性帯は、一対の多リンク機構の上側に掛け渡されている。下側の第１弾性帯と上側の第２弾性帯の間に四指が挿通されて拘束される。

本明細書が開示する訓練装置は、手が背屈する際に母指を押さえつけて母指ＣＭ関節を屈曲させる母指関節屈曲機構を備えているとよい。物を把持する動作では、手首だけでなく、母指も連動する場合が多い。特に、把持の際には母指のＣＭ関節が掌方向に屈曲する。母指関節屈曲機構は、手首の背屈動作を利用し、専用のアクチュエータを要することなく、母指以外の四指の屈曲に合わせて母指ＣＭ関節を屈曲させる。母指関節屈曲機構を備えることで、より一層、実際の把持動作に近い動作を模擬することができる。

母指関節屈曲機構の一実施形態は、手の母指球に装着可能な母指装具と、土台に固定されており、真直ぐに伸びた状態の四指の長手方向に延びている棒と、棒に連結されているスライダを備えている。スライダは、棒の長手方向に摺動可能かつ長手軸回りに回転可能に棒に連結されている。また、スライダは、母指装具に連結される。母指装具に連結されたスライダは、手首関節の背屈の際、棒に対して摺動しつつ回転する。把持動作の際、手首関節が背屈すると母指球の位置も移動する。スライダは、摺動によって常に母指球の位置に追従する。また、スライダは、母指を押さえつけつつ棒に対して回転することで、母指球を掌方向へ押し込み、ＣＭ関節の屈曲を促す。この母指関節屈曲機構は、専用のアクチュエータを備える必要がなく母指ＣＭ関節を動かすことができる。また、この母指関節屈曲機構は、四指の屈曲と手首の背屈に連動して母指ＣＭ関節を屈曲させることで、より自然な把持動作を模擬することができる。スライダと母指装具は連結されているので、手が背屈状態から元の状態に戻る際、スライダが母指を外側へ引っ張り、母指も元の状態に戻る。

スライダと母指装具はスナップボタンで着脱自在に連結されていてもよい。また、母指装具は、手に装着するグローブの母指球部分に取り付けられていてもよい。さらに、母指関節屈曲機構は、手の右側と左側に取り付け自在であるとよい。左右のいずれの手に対しても適用することができるからである。

本明細書が開示する訓練装置のアクチュエータの一態様は、一対の第１ワイヤ、第２ワイヤ、第１ドラム、第２ドラム、モータで構成されている。夫々の第１ワイヤは、指装具の上側（伸展側）と下側（屈曲側）に沿って延びている。下側の第１ワイヤを引っ張り、上側の第１ワイヤを緩ませると、指装具が屈曲する。上側の第１ワイヤを引っ張り、下側の第１ワイヤを緩ませると、多リンク機構が伸展する。第２ワイヤは、指装具に連結されている梁を回転させるように梁又は指装具に連結されている。第１ワイヤは第１ドラムに巻き付けられており、第２ワイヤは第２ドラムに巻き付けられている。第１ドラムと第２ドラムは同軸に配置されている。モータは、第１ドラムと第２ドラムを同時に回転させる。第２ドラムの径は第１ドラムの径とは異なっている。このアクチュエータは、１個のモータで指装具の屈曲／伸展と、梁の回転を同時に行うことができる。また、ドラムの径を変えることで、指装具の屈曲のスピードと梁の回転のスピードを異ならしめることができる。即ち、訓練における四指の屈曲のスピードと手首背屈のスピードをドラムの径で調整することができる。

本明細書が開示する訓練装置は、さらに、手の四指を屈曲させる際に手に把持させる弾性体を備えているとよい。指を屈曲させて弾性体に触れると、被験者は弾性体（把持対象物）からの圧力を感じる。発明者らの検討によると、指を屈曲させる際に指に圧を感じさせることで、指の屈曲に関連する腕の屈筋が刺激され筋電が励起されることが判明した。このことは、被験者の運動学習が刺激されることを意味する。すなわち、指を屈曲させる際に、把持対象物（弾性体）から指へ圧力を加えることで、物を把持する動作の感覚が被験者にフィードバックされる。把持動作の模擬の際に感覚フィードバックを喚起することで、より効果的な訓練（リハビリテーション）を行うことができる。

発明者らの検討によると、上記した指装具（多リンク機構と弾性帯を備えた指装具）は、屈曲する指によくなじむ。指装具の多リンク機構は、人の指の骨の数（即ち３）よりも多くのリンクを備えているとよい。即ち、多リンク機構は、４個以上のリンク（小駒）を備えているとよい。詳しくは、多リンク機構は、４個以上のリンクが一列に連結されており、隣接するリンク同士が指屈曲軸方向を向く回転軸の回りに回転可能に連結されている構造を備えているとよい。そのような多リンク機構を有する指装具は、指が屈曲したときに指の関節回転軸とメカニカルな回転軸がずれても被験者に与える違和感が少ない。他方、メカニカルな多リンク機構は、布あるいは柔軟な樹脂で作られたグローブタイプの指装具と比較して、指をしっかりと支持することができる。

従って、上記した指装具を使った指屈曲の訓練装置もまた、従来の訓練装置よりも優れている。指屈曲の訓練装置は、上記した指装具と、指装具を支持する土台と、指装具を屈曲させるアクチュエータを備えていればよい。そのような訓練装置は、指をしっかり支持するとともに、指が屈曲するときに被験者に与える違和感が少ない。

上側の第２弾性帯がなく、四指を拘束しない指装具も、以下の効果を奏することができる。すなわち、４個以上のリンクで構成される多リンク機構の指装具であれば、指が屈曲したときに指の関節回転軸とメカニカルな回転軸がずれても被験者に与える違和感が少ないという効果を奏する。また、弾性体を備えることで、下側の第１弾性帯を通して把持対象物（弾性体）から指へ圧力を加えることで、物を把持する動作の感覚が被験者にフィードバックされる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の訓練装置の外観図である（完成図）。 第１実施例の訓練装置の外観図である（分解図）。 指装具の先端部分の斜視図である。 多リンク機構の動作を示す側面図である（１）。 多リンク機構の動作を示す側面図である（２）。 多リンク機構の動作を示す側面図である（３）。 指装具の屈曲と回転の連携動作を示す図である（指装具伸展状態）。 指装具の屈曲と回転の連携動作を示す図である（指装具屈曲状態）。 母指関節屈曲機構部分の拡大図である。 被験者の手に装着するグローブと、グローブの母指球部分に装着される母指装具と、母指関節屈曲機構のスライダ３３を示した図である。 母指関節屈曲機構の動きを説明する図である（四指伸展状態）。図８（Ａ）は後面図であり、図８（Ｂ）は側面図である。 母指関節屈曲機構の動きを説明する図である（四指屈曲状態）。図９（Ａ）は後面図であり、図９（Ｂ）は側面図である。 弾性体を使った把持訓練の様子を示す側面図である。 弾性体あり／なしのときの筋電位の時系列グラフである。図１１（Ａ）は弾性体を握らせたときの筋電位のグラフであり、図１１（Ｂ）は、弾性体なしの場合の筋電位のグラフである。 第２実施例の訓練装置の側面図である（指装具伸展状態）。 第２実施例の訓練装置の側面図である（指装具屈曲状態）。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の訓練装置２を説明する。訓練装置２は、被験者の物体把持動作の訓練（リハビリ）を行うためのデバイスである。図１に、訓練装置２の外観図（完成図）を示し、図２に、訓練装置２の外観図（分解斜視図）を示す。図１、図２には被験者の前腕ＴＡと手ＴＨも示してある。

説明の便宜上、被験者の前腕ＴＡと手ＴＨが一直線に伸びた状態で訓練装置２にセットしたとき、指の延びる方向を「前」と定義し、手ＴＨの甲が向く方向を「上」と定義し、前軸と上軸の双方に直交する方向を「横」と定義する。

訓練装置２は、土台３と、被験者の母指以外の四指に装着する指装具２０と、指装具２０を支持する梁７と、アクチュエータ４０と、母指関節屈曲機構３０を備えている。以下、「四指」とは、母指以外の指を意味するものとする。

土台３は、訓練装置２の部品全体を支える基礎である。土台３は、ベースプレートと言い換えてもよい。土台３には、被験者の前腕ＴＡを支持する前腕支持部４が固定されている。被験者の前腕ＴＡは、前腕支持部４の上に載置されるだけであり、拘束はされない。

指装具２０は、後述する梁７を介して土台３に支持される。梁７は、回転可能に土台３に連結される。即ち、指装具２０も、土台３に対して回転可能である。指装具２０は、一対の多リンク機構２１ａ、２１ｂと、複数の弾性帯２２ａ、２２ｂで構成されている。一対の多リンク機構２１ａ、２１ｂは、土台３に載置された腕の四指の両側方に位置しているとともに、四指の延設方向に沿って延びている。多リンク機構２１ａ、２１ｂは、複数の小駒２３が一列に連結された構造を有している。図１、図２では、いくつかの小駒にのみ符号２３を付し、残りの小駒には符号を省略している。なお、「小駒」は、「リンク機構」の「リンク」に相当する。即ち、「小駒」は、「リンク」と換言することができる。

多リンク機構２１ａ、２１ｂは、被験者の四指の屈曲方向と同じ方向に屈曲することができる。多リンク機構２１ａ、２１ｂの可動範囲は、概ね、四指の屈曲の可動範囲と同じである。

ここからは、図１、２とともに、図３、図４Ａ−図４Ｃを参照しつつ、指装具２０について詳しく説明する。図３は、指装具２０の先端部分の斜視図である。図４Ａ−図４Ｃは、多リンク機構２１ａの動作を示す側面図である。図４Ａ−図４Ｃは、多リンク機構２１ａの一部を示している。

一対の多リンク機構２１ａ、２１ｂの間に、複数の弾性帯２２ａ、２２ｂが掛け渡されている（図３参照）。弾性帯２２ａ、２２ｂは、例えば硬質ゴムで作られている。複数の弾性帯２２ａは、多リンク機構２１ａ、２１ｂの各小駒２３の下側（屈曲側）に取り付けられている。複数の弾性帯２２ｂは、多リンク機構２１ａ、２１ｂの各小駒２３の上側（伸展側）に取り付けられている。上側の弾性帯２２ｂと下側の弾性帯２２ａの間に被験者の母指を除く四指が挿入される。別言すれば、複数の弾性帯２２ａ、２２ｂは、被験者の四指を拘束する。弾性帯２２ａ、２２ｂによる拘束によって、母指を除く四指は、一対の多リンク機構２１ａ、２１ｂの動作に案内されて屈曲動作と背屈動作を行うことが可能となる。

先に述べたように、多リンク機構２１ａは、複数の小駒２３が一列に連結された構造を有している。隣接する小駒２３は、横方向（指屈曲軸の方向）を向く回転軸２３ａを軸に回転可能に連結されている。指装具２０の基部側の小駒２３以外の小駒２３は、回転軸２３ａを軸に回転することができる。複数の小駒２３を、一対の第１ワイヤ２４ａ、２４ｂが貫いている。なお、第１ワイヤ２４ａ、２４ｂは、図４Ａ−図４Ｃにのみ描いてあり、図１−図３ではその図示を省略してある。

一方の第１ワイヤ２４ａは、小駒２３の上側を貫いており、他方の第１ワイヤ２４ｂは、小駒２３の下側を貫いている。一対の第１ワイヤ２４ａ、２４ｂの一端は、多リンク機構２１ａの先端の小駒２３に固定されている。一対の第１ワイヤ２４ａ、２４ｂの他端は、後述する第１ドラム４１に巻き掛けられている。第１ドラム４１が正回転すると、上側の第１ワイヤ２４ａが緩み、下側の第１ワイヤ２４ｂが引っ張られる。その結果、図中の右側の２個の小駒２３は、右回転し（図４Ｂ、４Ｃ参照）、多リンク機構２１ａの全体が屈曲する。第１ドラム４１が逆回転すると、上側の第１ワイヤ２４ａが引っ張られ、下側の第１ワイヤ２４ｂが緩む。その結果、図４Ｃの右側の２個の小駒２３と、図４Ｂの右端の小駒２３は、左回転し、多リンク機構２１ａの全体が伸展し、元の直線状態に戻る。このように、多リンク機構２１ａは、一対の第１ワイヤ２４ａ、２４ｂによって、屈曲／伸展することができる。多リンク機構２１ｂも同様に動作する。

図１、図２に示されている指装具２０の説明に戻る。指装具２０は、一対の梁７を介して土台３に回転可能に支持されている。夫々の梁７は、一対の多リンク機構２１ａ、２１ｂの夫々に対応し、被験者の掌の両側に位置する。一対の梁７の一端は、土台３に置かれた被験者の手首の背屈／掌屈の回転軸と同軸で回転可能となるように土台３に連結されている。説明の便宜上、梁７の回転軸を手首軸１１と称する。「手首軸１１」は、後に参照する図５Ａ、図５Ｂに図示されている。手首軸１１は、被験者の手首の背屈／掌屈の回転軸と同軸となるように、土台３に設けられた回転軸である。手首軸１１は、図中の座標系の横軸方向に延びている。

梁７の他端は指装具２０の基部２０ａ（図５Ａ、５Ｂ参照）に連結されている。梁７が回転すると、指装具２０の全体が手ＴＨの背屈方向に回転する。別言すれば、梁７によって、被験者の手首付近を回転軸として指装具２０の全体が、上方（手の背屈方向）へ跳ね上げられる。指装具２０は母指を除く四指を拘束しているため、指装具２０が上方に跳ね上げられると、被験者の手ＴＨの全体が背屈する。なお、梁７は、指装具２０が水平となる箇所で止まるように可動範囲が規制されている。

アクチュエータ４０は、指装具２０（多リンク機構２１ａ、２１ｂ）を屈曲させるのと同時に指装具２０全体を回転させることが可能である。アクチュエータ４０の動力部は、１個のモータ４４である。モータ４４の出力軸４３には、第１ドラム４１と第２ドラム４２が同軸に連結されている。第１ドラム４１の径は、第２ドラム４２の径と異なる。第１ドラム４１は２個備えられており、一対の多リンク機構２１ａ、２１ｂの夫々に対応するように、被験者の手首の両側に位置している。第２ドラム４２も２個備えられており、それぞれ、第１ドラム４１の隣に位置している。

先に述べたように、第１ドラム４１には、多リンク機構２１ａ、２１ｂを屈曲／伸展させる第１ワイヤ２４ａ、２４ｂが巻き掛けられている。第２ドラム４２には、梁７を回転させる第２ワイヤ８が巻き掛けられている。第２ワイヤ８は、土台３に固定されているガイド９のプーリ９ａとガイド１０のプーリ１０ａ、１０ｂを介して、上方から指装具２０の基部２０ａへ向けて延びている。そして、第２ワイヤ８は、指装具２０の基部２０ａに連結されている。なお、図１、図２では、第２ワイヤ８の図示は省略してある。第２ワイヤ８は、後述する図５Ａ、５Ｂで図示する。第２ドラム４２が回転すると、第２ワイヤ８が上方へ引っ張られ、梁７が回転し、指装具２０の全体が手首軸１１の回りに回転する。

モータ４４が回転すると、第１ドラム４１と第２ドラム４２が同時に回転する。それゆえ、多リンク機構２１ａ、２１ｂが屈曲すると同時に指装具２０の全体が手首軸１１の回りに回転する（手ＴＨの背屈方向に回転する）。図５Ａ、５Ｂを参照して、アクチュエータ４０による指装具２０の屈曲と回転の連携動作を説明する。

図５Ａは、指装具２０（多リンク機構２１ａ、２１ｂ）が真直ぐな状態を示している。図５Ａの状態からモータ４４（図５Ａ、５Ｂでは不図示）が正回転すると、第１ドラム４１と第２ドラム４２が回転する。図５Ｂに示した矢印Ａが正回転方向を示している。第１ドラム４１が正回転すると、第１ドラム４１に巻き掛けられている上側の第１ワイヤ２４ａが緩み、下側の第１ワイヤ２４ｂが引っ張られる。図５Ｂの矢印Ｂが、第１ワイヤ２４ａ、２４ｂの移動方向を示している。その結果、指装具２０（多リンク機構２１ａ、２１ｂ）が屈曲する（図５Ｂの矢印Ｃ）。同時に、第２ドラム４２が正回転するので、第２ドラム４２に巻き掛けられている第２ワイヤ８が引っ張られ、梁７が跳ね上げられる。図５Ｂの矢印Ｄが、第２ワイヤや８の移動方向を示している。その結果、指装具２０の全体が、手ＴＨの背屈方向へ回転する。図５Ｂの矢印Ｅが、指装具２０の全体の回転を示している。

このように、アクチュエータ４０は、１個のモータ４４（図５Ａ、５Ｂでは不図示）によって、指装具２０を屈曲させると同時に、指装具２０全体を手ＴＨの背屈方向へ回転させることができる。モータ４４を逆回転させると、屈曲した指装具２０が伸展すると同時に、背屈した指装具２０が水平方向へ向けて回転する。

先にのべたように、指装具２０の一対の多リンク機構２１ａ、２１ｂの夫々は、複数の小駒２３が一列に連結された構造を有している。隣接する小駒２３は、横方向に延びる回転軸２３ａを軸に指屈曲方向に回転可能に連結されている。図５Ａ、５Ｂに示すように、多リンク機構２１ａは、８個の小駒２３で構成されている（基部２０ａに固定されている小駒２３を除く）。他方の多リンク機構２１ａも同様に、８個の小駒２３で構成されている（基部２０ａに固定されている小駒２３を除く）。即ち、多リンク機構２１ａ、２１ｂは、８リンク機構である。一方、人の指は、３個の骨（基節骨、中節骨、末節骨）と、３個の関節（ＭＰ関節、ＰＩＰ関節、ＤＩＰ関節）で構成されている３リンク機構である。指の骨の数より多いリンク（小駒）を備えた指装具２０は、屈曲する指に良くなじむ。これは、次の理由による。

即ち、指の骨の数と同じ数のリンク機構を採用すると、指の夫々の関節に対してメカニカルな関節が一対一に対応する。そうすると、指が屈曲するときにわずかでも指の関節回転軸とメカニカルな関節回転軸がずれると指装具から指に不自然な力が作用する。この不自然な力が被験者に違和感を与える。一方、リンクの数が指の骨の数より多リンク機構２１ａ、２１ｂは、指よりも滑らかに屈曲するので、指の関節回転軸がメカニカルな関節回転軸とずれても屈曲する指によく追従する。それゆえ、多リンク機構から指へ不自然な力が生じることがなく、被験者に違和感を与えない。他方、多リンク機構２１ａ、２１ｂは、布あるいは柔軟な樹脂で作られたグローブよりははるかにしっかり四指を支持することができる。多リンク機構は、指の骨の数（即ち３）よりも多くのリンク（小駒）を備えていればよい。即ち、多リンク機構は、４個以上のリンク（小駒）を備えていれば、指が屈曲したときに被験者に与える違和感が少ない。

図１、図２に戻って訓練装置２の母指関節屈曲機構３０を説明する。母指関節屈曲機構３０は、土台３に載置された被験者の手ＴＨの母指の横に配置されている。母指関節屈曲機構３０は、被験者の手ＴＨが背屈する際に母指を外側から押さえつけ、母指ＣＭ関節を掌方向へ屈曲させる。図１における母指関節屈曲機構３０の付近の拡大図を図６に示す。

母指関節屈曲機構３０は、前腕支持部４（土台３）から上方へ延びている立柱３１と、立柱３１から前方（直線状態の四指の長手方向）へ延びている水平棒３２と、水平棒３２に連結されているスライダ３３を備えている。母指関節屈曲機構３０には、そのほか、後述する母指装具５１が含まれる。立柱３１は、被験者の手首付近に位置している。水平棒３２は、被験者の手首付近から前方へ延びている。水平棒３２は、土台３の前腕支持部４に固定される。スライダ３３は、水平棒３２に対して摺動可能であるとともに、水平棒３２の長手方向を軸に回転可能である。図６に示されているように、スライダ３３は、被験者の母指球ＴＢの外側に接する。図６では示されていないが、より具体的には、被験者の母指球には母指装具５１（後述）が取り付けられ、スライダ３３は、母指装具５１に連結される。

図７に、被験者の手に装着されるグローブ５０と、スライダ３３の斜視図を示す。グローブ５０の母指球部位には母指装具５１が取り付けられている。図７では、母指装具５１から外されたスライダ３３と水平棒３２を実線で描いてあり、母指装具５１に連結されたスライダ３３を仮想線で描いてある。スライダ３３と母指装具５１は、スナップボタン３４ａ、３４ｂにより着脱自在に連結される。なお、母指装具５１は、グローブ５０を介して被験者の母指球に取り付けられてもよいし、グローブ５０なしに直接に被験者の母指球に取り付けられてもよい。グローブ５０を用いると、被験者への母指装具５１の着脱が容易になる。その上、グローブ５０は、訓練中の被験者の手ＴＨの保護にも役立つ。

図８、９を参照して母指関節屈曲機構３０の機能について説明する。図８、図９は、母指関節屈曲機構３０（水平棒３２とスライダ３３）と被験者の手ＴＨのみを示しており、訓練装置２のほかの部品は図示を省略している。図８は、不図示の指装具２０が伸展しており、指装具２０に拘束された四指が伸展している状態を示している。図９は、不図示の指装具２０が屈曲し、指装具２０に拘束された四指も屈曲している状態を示している。図９は、指装具２０全体が回転し、手ＴＨが背屈した状態でもある。図８（Ａ）、図９（Ａ）は、後面図であり、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）は側面図である。

母指関節屈曲機構３０のスライダ３３は、被験者の手ＴＨの母指球ＴＢの外側に接している（先に述べたように、図８、図９では、母指装具５１は省略されている）。手ＴＨが背屈するにつれて、母指球ＴＢの位置は上昇する。母指球ＴＢの上昇に伴って、母指球ＴＢに接しているスライダ３３（母指装具５１を介して連結されているスライダ３３）は、水平棒３２に対して回転する。スライダ３３が回転すると、スライダ３３の母指球ＴＢとの接触面が母指側へ移動し、母指球ＴＢを掌側へ押し込む。その結果、母指ＣＭ関節が掌側へ屈曲する（図９（Ａ）の矢印参照）。即ち、母指関節屈曲機構３０は、手ＴＨの背屈の動きを利用して母指ＣＭ関節を掌側へ屈曲させる。なお、手ＴＨが背屈するにつれて、母指球ＴＢは後方へ移動する。母指球ＴＢの移動に伴って、スライダ３３も水平棒３２に対して後退する（図９（Ｂ）の矢印参照）。従って、手ＴＨが背屈方向へ回転する間、スライダ３３は母指球ＴＢの同じ位置に接触することができる。スライダ３３が水平棒３２に対して回転するとともに摺動することで、スライダ３３は母指球ＴＢの移動に追従し、母指球ＴＢを内側に押し込む。その結果、母指ＣＭ関節が自然に内側に屈曲する。

実施例の訓練装置２の利点を説明する。訓練装置２は、被験者の手の四指（母指を除く四指）を屈曲させると同時に手を背屈させる。手と四指のこの動きは、物体を把持する際の自然な動きに近い。実施例の訓練装置２は、自然な把持動作を模擬することができるので、把持動作の訓練に適している。

また、訓練装置２は、四指を拘束している指装具２０を上方へ跳ね上げることで、被験者の手ＴＨを背屈させる。手首関節から比較的遠い箇所に上方への力を加えて手ＴＨを背屈させる。背屈の際に手首関節の位置がずれても被験者に与える違和感は小さい。

訓練装置２は、母指関節屈曲機構３０を備えている。母指関節屈曲機構３０は、手ＴＨが背屈する際に母指ＣＭ関節を掌側へ屈曲させる。一般に、把持動作では、四指が屈曲すると同時に母指ＣＭ関節が内側へ屈曲する。訓練装置２は、母指関節屈曲機構３０を備えていることで、より自然な把持動作を模擬することができる。

母指関節屈曲機構３０は、手ＴＨが背屈する際、母指球の外側に当接するスライダ３３が回転することで母指を掌側に押し付け、母指ＣＭ関節を屈曲させる。母指関節屈曲機構３０は、手ＴＨの背屈動作を利用し、動力なしに母指ＣＭ関節を屈曲させることができる。また、スライダ３３は、水平棒３２の長手軸回りに回転可能であるとともに、長手方向に摺動可能である。手ＴＨが背屈する際、母指球は後方に移動する。スライダ３３は、母指球の移動に伴って後方へ移動することができるので、背屈動作の間、常に適正に母指球の外側に接することができる。

スライダ３３は、母指装具５１に連結されている。従って、図９の状態から図８の状態に移行することができる。即ち、背屈した手ＴＨが元の状態に戻る際、スライダ３３は回転しつつ母指球を外側へ引っ張り、屈曲した母指ＣＭ関節を伸展させる。母指関節屈曲機構３０を備えた訓練装置２は、手ＴＨを背屈させつつ五指を屈曲させる把持動作と、背屈を元に戻しつつ五指を開く動作の双方を行わせることができる。モータ４４の正回転と逆回転を繰り返すと、手ＴＨを背屈させつつ五指を屈曲させる把持動作の訓練と、背屈を元に戻しつつ五指を開く動作の訓練を繰り返し実施することがきる。

訓練装置２は、把持動作訓練の際に被験者に握らせる弾性体を備えていてもよい。図１０に、弾性体６０を握らせた訓練の様子を示す。なお、図１０では、被験者の手ＴＨを仮想線で描いてある。図１０では手ＴＨの四指と指装具２０が干渉しているが、実際には、弾性帯２２ａ、２２ｂが湾曲し四指を挟み込む。

弾性体６０を握らせると、指装具２０を屈曲させた際、被験者の手ＴＨは弾性体６０から抵抗を受ける。別言すれば、被験者の手ＴＨは弾性体６０から圧力を受ける。圧力は、指装具２０（四指）を屈曲させるほど強くなる。手ＴＨが受けた圧力は、感覚フィードバックとして、指を屈曲させる屈筋を刺激する。この感覚フィードバックにより、被験者の反射系は、物を確実に掴むべく、屈筋がより一層働く。

図１１に、指の屈曲に関係する前腕部位の筋電位の時系列グラフを示す。図１１（Ａ）は、弾性体６０を使った訓練のときの波形であり、図１１（Ｂ）は弾性体６０を使わなかったときの波形である。縦軸は筋電位（電圧）を示しており、横軸は時間を示している。グレーのグラフは筋電位の生データである。太線は、カットオフ周波数０．１［Ｈｚ］のローパスフィルタを通した波形である。図１１（Ａ）では、９、１７、２５、３５、４２秒にピークがみられる。これらの時刻は、指装具２０が最も屈曲したタイミングに相当する。一方、図１１（Ｂ）では、顕著なピークがみられない。このように、弾性体６０を握らせておくと、指が受ける圧力による感覚反射により屈筋が刺激されることがわかる。弾性体６０を伴う訓練装置２は、把持動作の訓練において感覚フィードバックが喚起され、指の屈筋が刺激される。その結果、被験者の運動学習が効果的に促進されることが予想される。

弾性体６０が訓練装置２のオプション部品である。手ＴＨにグローブ５０（図７参照）を嵌めた場合、訓練中に落下しないように弾性体６０はグローブに固定される。

第１実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図１では、母指関節屈曲機構３０の立柱３１は、手ＴＨの右側で前腕支持部４に取り付けてある。立柱３１は、手ＴＨの反対側（左側）で前腕支持部４に取り付けることも可能である。そうすると、訓練装置２は、被験者の左手の訓練にも用いることができる。即ち、訓練装置２は、左右のいずれの手であっても訓練することができる。

母指装具５１とスライダ３３はスナップボタンで容易に着脱することができる。このことは、訓練装置２の利用者の労力を軽減する。また、グローブ５０は、被験者の手の保護に役立つ。一方、グローブを使わずに訓練装置２を利用することも可能である。

実施例の訓練装置２は、１個のモータ４４で四指を屈曲させると同時に手を背屈させることができる。１個のモータ４４で両方の動作を同時にできることが好ましいが、四指の屈曲と手の背屈を別々のモータで行ってもよい。

母指関節屈曲機構３０は訓練装置２のオプション部品である。母指関節屈曲機構３０がなくとも、訓練装置２によって良好な把持動作訓練を行うことができる。母指関節屈曲機構３０を採用すると、一層効果的な把持動作訓練を行うことができる。グローブ５０と弾性体６０も訓練装置２のオプション部品である。グローブ５０と弾性体６０がなくとも、訓練装置２によって良好な把持動作訓練を行うことができる。グローブ５０及び／又は弾性体６０を採用すると、より一層効果的な把持動作訓練を行うことができる。

（第２実施例）次に、第２実施例の訓練装置を説明する。第２実施例の訓練装置２ａは、指の屈曲の訓練装置である。第２実施例の訓練装置２ａの側面図を図１２Ａ、１２Ｂに示す。訓練装置２ａは、第１実施例の訓練装置２から、手を背屈させる機構と、母指関節屈曲機構３０を除いたものである。図１２Ａ、図１２Ｂにおいて、第１実施例の訓練装置２の部品と同じ部品には同じ符号を付してある。

第２実施例の訓練装置２ａは、土台３と、指装具２０と、アクチュエータ１４０を備えている。指装具２０は、第１実施例の訓練装置２の指装具と同じ構造を有している。即ち、指装具２０は、被験者の手ＴＨの四指の両側に位置する一対の多リンク機構２１ａ（２１ｂ）と、一対の多リンク機構２１ａ（２１ｂ）の上側と下側のそれぞれに掛け渡されている弾性帯２２ａ、２２ｂで構成されている。弾性帯２２ａは、一対の多リンク機構２１ａ（２１ｂ）の下側に掛け渡されている。弾性帯２２ｂは、一対の多リンク機構２１ａ（２１ｂ）の上側に掛け渡されている。なお、図１２Ａ、１２Ｂでは、一方の多リンク機構２１ｂは、多リンク機構２１ａに隠れて見えない。多リンク機構２１ａ（２１ｂ）は、８個の小駒（リンク）２３が一列に連結された構造を有している。上側の弾性帯２２ｂと下側の弾性帯２２ａの間に手ＴＨの四指が挿通される。

土台３には、前腕支持部４が固定されており、その前腕支持部４には、支持梁１０７が固定されている。支持梁１０７の先端に指装具２０の基部２０ａが支持されている。指装具２０の基部２０ａは、土台３に固定されており、動かない。前腕支持部４に被験者の前腕ＴＡが載置される。載置された前腕ＴＡの手ＴＨの四指が指装具２０に挿通される。

指装具２０の一列に連なっている小駒２３の上側と下側を第１ワイヤ２４ａ、２４ｂが貫いている。第１ワイヤ２４ａ、２４ｂは、アクチュエータ１４０の第１ドラム４１に巻き付けられている。第１ドラム４１は、モータ４４で回転する。図１２Ａは、指装具２０が真直ぐに伸びた状態を示している。図１２Ａの状態からモータ４４が正回転すると、第１ドラム４１が回転する。図１２Ｂに示した矢印Ａが正回転方向を示している。第１ドラム４１が正回転すると、第１ドラム４１に巻き掛けられている上側の第１ワイヤ２４ａが緩み、下側の第１ワイヤ２４ｂが引っ張られる。図１２Ｂの矢印Ｂが、第１ワイヤ２４ａ、２４ｂの移動方向を示している。その結果、指装具２０（多リンク機構２１ａ、２１ｂ）が屈曲する（図１２Ｂの矢印Ｃ）。モータ４４（第１ドラム４１）が逆回転すると、下側の第１ワイヤ２４ｂが緩み、上側の第１ワイヤ２４ａが引っ張られ、指装具２０が伸展する。

第２実施例の訓練装置２ａは、指の屈曲を訓練する。先に述べたように、４個以上のリンク（小駒２３）が連なっている多リンク機構２１ａ、２１ｂを備える指装具２０は、屈曲したときに被験者に与える違和感が少ない。

訓練装置２ａは、指装具２０によって被験者の四指を屈曲させる際に手ＴＨに把持させる弾性体６０を備えている。弾性体６０は、指を屈曲させた際に被験者の指に圧を感じさせる。屈曲とともに指に圧を与えることで、指の屈曲に関連する腕の屈筋が刺激され筋電が励起される。この刺激により、物を把持する動作の感覚が被験者にフィードバックされる。訓練装置２ａも、把持動作の模擬の際に感覚フィードバックを喚起することで、より効果的な訓練（リハビリテーション）を行うことができる。

上側の弾性帯２２ｂを備えず、四指を拘束しない指装具２０も、以下の効果を奏することができる。すなわち、４個以上の小駒（リンク）で構成される多リンク機構の指装具であれば、指が屈曲したときに指の関節回転軸とメカニカルな回転軸がずれても被験者に与える違和感が少ないという効果を奏する。また、弾性体を備えることで、下側の第１弾性帯を通して把持対象物（弾性体）から指へ圧力を加えることで、物を把持する動作の感覚が被験者にフィードバックされる。

多リンク機構２１ａ、２１ｂの下側に掛け渡されている弾性帯２２ａが第１弾性帯の一態様に対応する。多リンク機構２１ａ、２１ｂの上側に掛け渡されている弾性帯２２ｂが第２弾性帯の一態様に対応する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、２ａ：訓練装置
３：土台
４：前腕支持部
７：梁
８：第２ワイヤ
９、１０：ガイド
９ａ、１０ａ、１０ｂ：プーリ
１１：手首軸
２０：指装具
２１ａ、２１ｂ：多リンク機構
２２ａ、２２ｂ：弾性帯
２３：小駒（リンク）
２３ａ：回転軸
２４ａ、２４ｂ：第１ワイヤ
３０：母指関節屈曲機構
３１：立柱
３２：水平棒
３３：スライダ
３４ａ、３４ｂ：スナップボタン
４０：アクチュエータ
４１：第１ドラム
４２：第２ドラム
４３：出力軸
４４：モータ
５０：グローブ
５１：母指装具
６０：弾性体
１０７：支持梁
１４０：アクチュエータ
ＴＡ：前腕
ＴＢ：母指球
ＴＨ：手

Claims (15)

1. 被験者の手の母指以外の四指に沿って延びており、前記四指の屈曲方向に屈曲可能な指装具と、
   一端が手首の背屈／掌屈回りの回転軸と同軸に回転可能となるように土台に連結されており、他端が前記指装具の基部に連結されている梁と、
   前記指装具を屈曲させると同時に前記梁を前記手の背屈方向に回転させるアクチュエータと、
   を備えている、訓練装置。
2. 前記指装具は、前記四指の両側方に位置しており、前記四指の長手方向に延びているとともに、前記四指の屈曲方向に屈曲可能な一対の多リンク機構と、
   前記四指に対向するように一対の前記多リンク機構の下側に掛け渡されている第１弾性帯を備えている、請求項１に記載の訓練装置。
3. 前記指装具は、被験者の母指以外の四指を拘束する、請求項１に記載の訓練装置。
4. 前記指装具は、前記四指の両側方に位置しており、前記四指の長手方向に延びているとともに、前記四指の屈曲方向に屈曲可能な一対の多リンク機構と、
   一対の前記多リンク機構の下側に掛け渡されている第１弾性帯と、一対の前記多リンク機構の上側に掛け渡されており、前記第１弾性帯との間に前記四指が挿通可能な第２弾性帯と、
   を備えている、請求項３に記載の訓練装置。
5. 前記手が背屈する際に母指を押さえつけて母指ＣＭ関節を屈曲させる母指関節屈曲機構を備えている、請求項１から４のいずれか１項に記載の訓練装置。
6. 前記母指関節屈曲機構は、
   前記手の母指球に装着可能な母指装具と、
   前記土台に固定されており、真直ぐに伸びた状態の前記四指の長手方向に延びている棒と、
   前記棒の長手方向に摺動可能かつ長手軸回りに回転可能に前記棒に連結されているとともに、前記母指装具に連結されるスライダと、
   を備えている、請求項５に記載の訓練装置。
7. 前記スライダと前記母指装具はスナップボタンで着脱自在に連結されている、請求項６に記載の訓練装置。
8. 前記母指装具は、前記手に装着するグローブの母指球部分に取り付けられている、請求項６又は７に記載の訓練装置。
9. 前記アクチュエータは、
   前記指装具に沿って延びており、前記指装具を屈曲／伸展させる一対の第１ワイヤと、
   前記梁を回転させる第２ワイヤと、
   前記第１ワイヤが巻き付けられている第１ドラムと、
   前記第１ドラムと同軸に配置されているとともに、前記第１ドラムとは異なる直径を有しており、前記第２ワイヤが巻き付けられている第２ドラムと、
   前記第１ドラムと前記第２ドラムを回転させるモータと、
   を備えている、請求項１から８のいずれか１項に記載の訓練装置。
10. 前記指装具によって前記四指を屈曲させる際に前記手に把持させる弾性体をさらに備えている、請求項１から９のいずれか１項に記載の訓練装置。
11. 前記四指の両側方に位置しており、前記四指の長手方向に延びているとともに、前記四指の屈曲方向に屈曲可能な一対の多リンク機構と、
    一対の前記多リンク機構の下側に掛け渡されている第１弾性帯と、
    を備えている、指装具。
12. 一対の前記多リンク機構の上側に掛け渡されており、前記第１弾性帯との間に前記四指が挿通可能な第２弾性帯をさらに備えている、請求項１１に記載の指装具。
13. 一対の前記多リンク機構の夫々は、４個以上のリンクが一列に連結されている、請求項１１または１２に記載の指装具。
14. 請求項１１から１３のいずれか１項に記載の指装具と、
    前記指装具を支持する土台と、
    前記指装具を屈曲させるアクチュエータと、
    を備えている、訓練装置。
15. 前記アクチュエータは、
    前記指装具に沿って延びており、前記指装具を屈曲／伸展させる一対の第１ワイヤと、
    前記第１ワイヤが巻き付けられている第１ドラムと、
    前記第１ドラムを回転させるモータと、
    を備えている、請求項１４に記載の訓練装置。