古 荘 研 究 室 で は 手 関 節 を 含 む 上 肢 全 体 の 訓 練 が 可 能 な 6 自 由 度 上 肢 リ ハ ビ リ 支 援 シ ス テ ム「 セ ラ フ ィ 」（ 英 語 名 "Serafy"）[12]を NEDO の 次 世 代 ロ ボ ッ ト 実 用 化 プ ロ ジ ェ ク ト (プ ロ ト タ イ プ 開 発 支 援 事 業 )の 支 援 を 受 け て 開 発 し ， 2005 年 の 「 愛 ・ 地 球 博 」 の プ ロ ト タ イ プ ロ ボ ッ ト 展 で 展 示 を 行 っ た ．
上 述 の EMUL， セ ラ フ ィ は 3 次 元 の 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム で あ り ，高 価 か つ ，運 用 面 に お い て も 注 意 を 要 す る こ と か ら ，そ の 用 途 は 研 究 用 を 中 心 と し て い る ．そ こ で ，我 々 は 簡 易 で 安 全 に ，し か も リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 専 門 職 が い な い 状 況 下 で も 使 用 で き る 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム と し て PLEMO-P シ ス テ ム を 開 発 し て い る ． PLEMO-P シ ス テ ム は PLEMO-P-prototype[10] の 開 発 を 基 に ， PLEMO-P1[11] （ 図 3-22 ）， お よ び PLEMO-P1 の 実 用 機 と し て ， PLEMO-P2 を 開 発 し ， よ り 実 用 性 を 高 め る た め の 研 究 を 継 続 し て き た ．
図 3-22 Example of Software of PLEMO-P1
36 そ し て こ の PLEMO-P シ ス テ ム の 臨 床 試 験 を 行 な う 中 で ，脳 卒 中 患 者 の 特 徴 で あ る 共 同 運 動（ 後 述 ）を 観 察 す る 機 会 を 得 た ．共 同 運 動 を 視 覚 的 に 分 析 す る と 手 を 強 く 握 り こ み ，手 関 節 を 強 く 掌 屈 さ せ（ 図 3-23），さ ら に 上 肢 全 体 で テ ー ブ ル を 強 く 押 す よ う な 異 常 な 動 作 が 見 ら れ ，こ の 特 徴 的 な 異 常 運 動 を 計 測 す る こ と で ，脳 卒 中 の 症 候 で あ る 共 同 運 動 を 客 観 的 に 評 価 す る こ と が で き る と 考 え た ．
図 3-23 Abnormal Flexion of Wrist joint
し か し ，従 来 の PLEMO-P シ ス テ ム で は ，こ れ ら の 異 常 運 動 を 検 出 す る 機 能 が な い た め ， 新 た な セ ン サ グ リ ッ プ デ バ イ ス と ソ フ ト ウ ェ ア を 搭 載 し た PLEMO-P3 を 開 発 し た ．
PLEMO-P3 は 原 則 的 に は 2 次 元 平 面 内 （ テ ー ブ ル 平 面 内 ） で あ る が ， テ ー ブ ル の 傾 斜 を 調 整 す る こ と で 準 ３ 次 元 の 訓 練 ス ペ ー ス が 確 保 で き る ，準 ３ 次 元 上 肢 リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン 支 援 シ ス テ ム で あ る ．ま た PLEMO-P3 は ，ER 流 体 ブ レ ー キ （ 図 3-24） の み を 用 い た パ ッ シ ブ 型 ハ プ テ ィ ッ ク デ バ イ ス で あ り [10]，ア ク チ ュ エ ー タ を 用 い な い た め に 安 全 性 に 優 れ て お り ，小 型 で 兼 価 に 開 発 が で き る ．こ の シ ス テ ム は ロ ボ ッ ト 技 術 と バ ー チ ャ ル リ ア リ テ ィ 技 術 の 両 方 （ ハ プ テ ィ ッ ク コ ン ト ロ ー ル ） を 使 用 し ， ブ レ ー キ ト ル ク は 0.0kV/mm か ら 3.0kV/mm の 電 場 に て ， そ れ ぞ れ 0.1Nm か ら 4.0Nm に 制 御 で き る ．
図 3-24 ER Brake : Sectional View (Left) and Picture (Right)
37 PLEMO-P3 開 発 に お け る コ ン セ プ ト を 下 記 に 挙 げ る ．
1.高 い 安 全 性 を 実 現 す る ．
2.脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 お よ び 虚 弱 高 齢 者 等 の た め の リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン の 定 量 的 な 評 価 を 可 能 に す る ．
3.ア プ リ ケ ー シ ョ ン ・ ソ フ ト に よ る 効 率 的 な ト レ ー ニ ン グ を 実 施 す る ．
前 述 し た 共 同 運 動 に よ る 3 つ の 異 常 動 作 を 計 測 し ，そ の 情 報 を 運 動 機 能 評 価 に 応 用 す る こ と を 目 的 と し て ， 図 3-25 に 示 す セ ン サ グ リ ッ プ デ バ イ ス を 試 作 し た ．
図 3-25 Sensor Grip Device
(A) Former handle (passive gimbal), (B) Current handle (sensor grip), (C) A part of grip force sensor, (D) inner mechanism of the grip device
図 3-25 (A)は 従 来 の PLEMO シ ス テ ム の ハ ン ド ル の 機 構 を 示 し て お り ， ジ ン バ ル 機 構 の ハ ン ド ル と な っ て い る ． 患 者 の 手 関 節 の 掌 屈 /背 屈 方 向 の 回 転 は 自 由 に な っ て い る が ，患 者 の 共 同 運 動 パ タ ー ン の 症 候 を 感 知 す る た め の セ ン サ 機 能 は 備 え て い な い ． 図 3-25 (B)は 新 規 に 開 発 し た ハ ン ド ル 機 構 の 概 要 図 で あ る ． 以 下 に 新 規 ハ ン ド ル 機 構 の 特 徴 を 挙 げ る ．
（ 1）グ リ ッ プ 部 は ひ ず み ゲ ー ジ（ 共 和 電 業（ 株 ），KFG-02-100-C1-23）を 取 り 付 け た ４ つ の 支 柱 か ら 成 り 立 っ て い る ． 図 3-25 (C)は 支 柱 の 詳 細 図 ， 図 3-25 (D)は 新 規 ハ ン ド ル の 内 部 構 造 の 概 要 図 を 示 す ． 患 者 の 握 力 は こ れ ら い ず れ か の 支 柱 に 伝 わ る 構 造 と な っ て お り ，そ れ ぞ れ の 支 柱 の ひ ず み を 計 測 す る 事 に よ っ て 患 者 が グ リ ッ プ を 握 っ た 際 の 把 持 力 (Gripping force)を 計 測 で き る ．計 測 可 能 な 最 大 握 力 は 20N で あ り ，分 解 能 は 0.2N 程 度 で あ る ． た だ し ，20N を 超 え る 握 力 に 対 し て は ，ス ト ッ パ に よ り セ ン サ の 破 損 を 防 止 し て い る ．
（ 2） グ リ ッ プ 部 に は ポ テ ン シ ョ メ ー タ （ 緑 測 器 （ 株 ）， CP-2F） が 内 蔵 し
38 て あ る （ 図 3-25 (D)参 照 ）． 訓 練 開 始 時 か ら の グ リ ッ プ 部 の 回 転 角 度 を ポ テ ン シ ョ メ ー タ を 用 い て 計 測 す る こ と に よ り ，訓 練 中 に お け る 患 者 の 手 関 節 の 掌 屈 /背 屈 方 向 の 回 転 角 度 を 計 測 す る ． ポ テ ン シ ョ メ ー タ の 有 効 電 気 角 は 340deg で あ る が ，グ リ ッ プ の 回 転 機 構 に ス ト ッ パ を 設 け て 角 度 制 限 を 施 し ， 回 転 角 度 を － 90deg か ら ＋ 90deg に 制 限 し て い る ． 各 度 分 解 能 は ノ イ ズ を 考 慮 し て 約 0.1deg で あ る ．
（ 3）ハ ン ド ル と 作 業 平 面 が 接 す る 箇 所 に １ 軸 の 力 セ ン サ（ 共 和 電 業（ 株 ），
LMA-A-500N） を 取 り 付 け て あ る （ 図 3-25 (B)参 照 ）． こ の セ ン サ の 値 よ り ハ ン ド ル に 加 わ る テ ー ブ ル 面 へ の 押 付 力（ Table reaction force）を 計 測 す る ． 押 付 力 の 計 測 可 能 最 大 力 は 500N， 分 解 能 は ノ イ ズ 等 を 考 慮 し て 0.15N 程 度 で あ る ．
グ リ ッ プ 部 の サ イ ズ は 150mm（ H）×30mm（ R）と し ，訓 練 中 に お け る 患 者 の 手 関 節 掌 屈 /背 屈 方 向 の 回 転 自 由 度 は － 90deg か ら ＋ 90deg と し た ．上 記 の 計 測 信 号 は カ ッ ト オ フ 周 波 数 100Hz の ア ナ ロ グ ロ ー パ ス フ ィ ル タ に て ノ イ ズ 除 去 を 行 っ た 後 に AD 変 換 ボ ー ド （ Interface(株 )， PCI-3165, 分 解 能 ： 16bit） に て 制 御 PC に 取 り 込 ん だ ． ハ ン ド ル の 仕 様 を 表 3-3 に 示 す ．
表 3-3 Specifications of CURRENT HANDLE
Height 15 cm
Radius 3 cm
Range of grasping force 0 to 20 N Resolution of grasping force 0.2N
Range of yaw rotation - 90 to + 90 degree Resolution of yaw rotation 0.1degree
Range of table reaction force 500N Resolution of table reaction force 0.15N