CN105311794B - 步行训练系统及其步行训练方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供步行训练系统及其步行训练方法，其中，步行训练系统包括步行辅助器械、第一牵拉装置和第二牵拉装置，步行辅助器械安装在使用者的腿部上并辅助使用者的步行，第一牵拉装置用于向前侧牵拉步行辅助器械和使用者的腿部中的至少一者，第二牵拉装置用于向后侧牵拉步行辅助器械和使用者的腿部中的至少一者。步行辅助器械和/或使用者的腿部的由第一牵拉装置和第二牵拉装置牵拉的牵拉点设置成能围绕使用者的腿部移动。

Description

步行训练系统及其步行训练方法
技术领域
本发明涉及步行训练系统及其步行训练方法从而使得使用者进行步行训练。
背景技术
存在一种步行训练系统，该步行训练系统设置有带环，所述带环通过向前侧牵拉在跑步机上步行的使用者的腿部来辅助腿部的起动运动(参见日本未审专利申请公报No.2009-183657)。
附带地，在使用者的步行训练期间，例如可能存在腿部内旋或外旋的趋势。然而，因为上述步行训练系统仅向前侧牵拉使用者的腿部以辅助起动运动，所以该步行训练系统难以调节腿部的内旋量和外旋量。
发明内容
为解决上述问题实现了本发明，并且本发明的目的是提供步行训练系统及其步行训练方法，该步行训练系统及其步行训练方法能够在步行训练期间在辅助使用者的步行的同时调节腿部的内旋和外旋的控制量。
用于实现上述目的的本发明的一方面是一种步行训练系统，该步行训练系统包括：步行辅助器械，所述步行辅助器械安装在使用者的腿部上并且辅助使用者的步行；第一牵拉装置，所述第一牵拉装置用于向前侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者；以及第二牵拉装置，所述第二牵拉装置用于向后侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者，其中，所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置牵拉所述步行辅助器械和/或使用者的所述腿部的牵拉点设置成能够围绕使用者的所述腿部移动。
在此方面，第一牵拉装置的牵拉点可以设定于使用者的所述腿部的外侧，和/或第二牵拉装置的牵拉点可以设定于使用者的所述腿部的内侧。
在此方面，第一牵拉装置的牵拉点可以设定于使用者的所述腿部的内侧，和/或第二牵拉装置的牵拉点可以设定于使用者的所述腿部的外侧。
在此方面，所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置中的每一者可以包括拉线和牵拉所述拉线的牵拉单元，所述拉线的端部附接至所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者，并且所述牵拉单元可以设置成能够在水平方向上移动。
在此方面，所述第一牵拉装置可以向上侧和前侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者，并且所述第二牵拉装置可以向上侧和后侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者。
在此方面，步行训练系统还可以包括控制装置，所述控制装置用于独立地控制所述第一牵拉装置的牵拉力和所述第二牵拉装置的牵拉力。
在此方面，由所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置产生的牵拉力在竖直向上的方向上的分量的合力可以等于所述步行辅助器械的重力。
用于实现上述目的的本发明的一方面是一种步行训练系统，该步行训练系统包括：步行辅助器械，所述步行辅助器械安装在使用者的腿部上并且辅助使用者的步行；第一牵拉装置，所述第一牵拉装置用于向前侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者；以及第二牵拉装置，所述第二牵拉装置用于向后侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者，其中，所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置中的每一者包括拉线和牵拉所述拉线的牵拉单元，所述拉线的端部附接至所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者，并且所述第一牵拉装置的所述牵拉单元和所述第二牵拉装置的所述牵拉单元中的至少一者设置成能够在水平方向上移动。
用于实现上述目的的本发明的一方面是一种步行训练系统的步行训练方法，所述步行训练系统包括步行辅助器械、第一牵拉装置和第二牵拉装置，所述步行辅助器械安装在使用者的腿部上并且辅助使用者的步行，所述第一牵拉装置用于向前侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者，所述第二牵拉装置用于向后侧牵拉所述步行辅助器械和使用者的所述腿部中的至少一者，所述方法包括：通过围绕使用者的所述腿部移动所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置牵拉所述步行辅助器械和/或使用者的所述腿部的牵拉点而设定所述牵拉点。
根据本发明，可以提供能够在步行训练期间在辅助使用者的步行的同时调节腿部的内旋和外旋控制量的步行训练系统及其步行训练方法。
根据下文给出的详细描述以及附图将会更全面地理解本发明的以上及其他目的、特征和优点，其中，附图仅作为示例给出并且因此不应被认为是对本发明进行限制。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的步行训练系统的示意性构型的立体图；
图2是示出根据本发明的实施方式的步行辅助器械的示意性构型的立体图；
图3是示出第一牵拉单元和第二牵拉单元的牵拉力的图示；
图4是示出调节腿部的内旋的控制量的方法的图示；
图5是示出调节腿部的外旋的控制量的方法的图示；
图6是示出调节腿部的内旋的控制量的方法的图示；以及
图7是示出调节腿部的外旋的控制量的方法的图示。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的实施方式进行描述。
图1是示出根据本发明的第一实施方式的步行训练系统的示意性构型的立体图。根据本实施方式的步行训练系统1是供使用者进行步行训练的器械，使用者例如是遭受中风引起的偏瘫的患者。步行训练系统1设置有步行辅助器械2和训练器械3，步行辅助器械2安装在使用者的腿部上，训练器械3供使用者进行步行训练。
步行辅助器械2例如安装在进行步行训练的使用者的患病的腿上并辅助使用者的步行(图2)。步行辅助器械2包括大腿框架21、小腿框架23、脚掌框架25、马达单元26以及调节机构27，小腿框架23经由膝关节部分22连接至大腿框架21，脚掌框架25经由踝关节部分24连接至小腿框架23，马达单元26以可旋转的方式驱动膝关节部分22，调节机构27调节踝关节部分24的可动范围。同时，上述步行辅助器械2的构型仅为示例，因此本发明不限于此。例如，步行辅助器械2可以设置有以可旋转的方式驱动踝关节部分24的马达单元。
大腿框架21附接至使用者的腿部的大腿部分，并且小腿框架23附接至使用者的腿部的小腿部分。大腿框架中设置有例如大腿装置212以固定大腿部分。大腿装置212例如通过使用魔术贴(商标)来固定至大腿部分。由此，能够防止步行辅助器械2沿水平方向或竖向方向偏离使用者的腿部。
大腿框架21设置有第一框架211，第一框架211形成为水平条形状并且沿水平方向延伸以连接至稍后描述的第一牵拉单元35的拉线34。第一框架211沿水平方向设置有多个连接部以连接并牵拉第一牵拉单元35的拉线34。能够通过改变连接至第一牵拉单元35的拉线34的连接部来使第一牵拉单元35的牵拉点围绕使用者的腿部移动。
小腿框架23设置有第二框架231，第二框架231形成为水平条形状并且沿水平方向延伸以连接至稍后描述的第二牵拉单元37的拉线36。第二框架231沿水平方向设置有多个连接部以连接至并牵拉第二牵拉单元37的拉线36。能够通过改变连接至第二牵拉单元37的拉线36的连接部来使第二牵拉单元37的牵拉点围绕使用者的腿部移动。
同时，第一牵拉单元和第二牵拉单元的连接部是示例之一，因此本发明不限于此。例如，第一牵拉单元35的拉线34和第二牵拉单元37的拉线36可以连接至大腿装置，并且如果第一牵拉单元35的牵拉点和第二牵拉单元37的牵拉点可以围绕使用者的腿部移动，则拉线34和拉线36可以连接至任意位置。
马达单元26通过根据使用者的步行动作以可旋转的方式驱动膝关节部分22来辅助使用者的步行。同时，步行辅助器械2的构型为示例之一，因此本发明不限于此。可以采用安装在使用者的腿部上并且可以辅助使用者的步行的任意步行辅助器械。
训练器械3包括跑步机31、框架主体32和控制器33。跑步机31使环状带311旋转。使用者通过根据带311的运动在带311上步行来进行步行训练。
框架主体32包括两对柱状框架321、一对前后框架322以及三个左右框架323，所述两对柱状框架321安装在跑步机31上，所述一对前后框架322连接至每个柱状框架321并且沿纵向方向延伸，所述三个左右框架323连接至每个前后框架322并且沿水平方向延伸。同时，框架主体32的构型不限于以上描述。如果稍后描述的第一牵拉单元35和第二牵拉单元37可以被适当地固定，则框架主体32可以具有任意框架构型。
位于前侧的左右框架323设置有第一牵拉单元35，第一牵拉单元35向上侧和前侧牵拉拉线34。位于后侧的左右框架323设置有第二牵拉单元37，第二牵拉单元37向上侧和后侧牵拉拉线36。
第一牵拉单元35和第二牵拉单元37构造成具有例如缠绕和退绕拉线34和拉线36的机构、驱动对应的机构的马达或类似物。拉线34和拉线36的被第一牵拉单元35和第二牵拉单元37牵拉的端部连接至步行辅助器械2。第一牵拉单元35通过使用拉线34而向上侧和前侧牵拉步行辅助器械2。第二牵拉单元37通过使用拉线36而向上侧和后侧牵拉步行辅助器械2。
第一牵拉单元35和第二牵拉单元37控制马达的驱动扭矩以控制拉线34和拉线36的牵拉力，但本发明不限于此。例如，拉线34和拉线36中的每一者可以连接至弹簧构件，并且因此可以通过调节弹簧构件的弹性力来调节拉线34和拉线36的牵拉力。
由第一牵拉单元35和第二牵拉单元37产生的牵拉力f1和牵拉力f2的在竖直向上的方向上的分量fy1和fy2支承步行辅助器械2的重量(图3)。另外，由第一牵拉单元35和第二牵拉单元37产生的牵拉力f1和牵拉力f2的在水平方向上的分量fx1和分量fx2辅助起动腿部运动。因此能够减小使用者在步行训练时的步行载荷。另外，拉线34和拉线36中的每一者从安装在使用者的腿部上的步行辅助器械2向上侧和前侧以及向上侧和后侧延伸。因此，拉线34和拉线36中的每一者不干涉使用者的步行并因此不干涉步行训练。
控制器33是控制装置的特定示例并且控制第一牵拉单元35的牵拉力f1和第二牵拉单元37的牵拉力f2、跑步机31的驱动、以及步行辅助器械2中的每一者。控制器33具有硬件结构，所述硬件结构例如主要包括微型计算机，该微型计算机由中央处理单元(CPU)51、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、接口单元(I/F)等形成，中央处理单元(CPU)51执行操作处理、控制处理等，只读存储器(ROM)存储由CPU 51执行的操作程序、控制程序等，随机存取存储器(RAM)存储各项数据，接口单元(I/F)执行信号相对于外部的输入和输出。CPU、ROM、RAM以及接口单元经由数据总线彼此连接。
控制器33设置有显示单元331，显示单元331显示训练指示、训练菜单、训练信息(步行速度、生物学信息等)之类的信息。显示单元331构造为例如触控面板，并且使用者可以经由显示单元331输入各项信息。
控制器33控制第一牵拉单元35的牵拉力f1和第二牵拉单元37的牵拉力f2，使得由第一牵拉单元35和第二牵拉单元37产生的牵拉力在竖直向上的方向上的分量的合力(fy1+fy2)等于步行辅助器械2的重量。由此，使用者可以在没有感觉到安装在腿部上的步行辅助器械2的重量的情况下自然地进行步行训练。
此外，控制器33可以控制第一牵拉单元35的牵拉力f1和第二牵拉单元37的牵拉力f2并且改变牵拉力在竖直向上的方向上的分量fy1和分量fy2，从而调节腿部的免荷量。由此，例如能够通过根据患者的恢复程度调节腿部的免荷量来适当地设定步行训练的难度。
控制器33可以独立地分别控制第一牵拉单元35的牵拉力f1和第二牵拉单元37的牵拉力f2。由此，能够独立于在竖直向上方向上的腿部免荷量调节在前后方向上的起动运动辅助量。
例如，控制器33将第一牵拉单元35的牵拉力f1控制成大于第二牵拉单元37的牵拉力f2，如图3所示。在此情况下，第一牵拉单元35和第二牵拉单元37的牵拉力在竖直向上方向上的分量的合力(fy1+fy2)对应于在竖直向上方向上的腿部免荷量，并且第一牵拉单元35和第二牵拉单元37的牵拉力在水平方向上的分量的合力(fx1-fx2)对应于起动运动的辅助量。以此方式，可以根据使用者适当地调节腿部的免荷量和起动运动的辅助量，并且因此能够提高步行训练的效率。
附带地，在使用者的步行训练期间，可能存在腿部内旋或外旋的趋势。例如，患病的腿很可能在康复的早期阶段内旋而在恢复阶段外旋，并且由于步行辅助器械的重量也加到患病的腿上，上述趋势变得更明显。
相反，在根据本实施方式的步行训练系统1中，步行辅助器械2的由第一牵拉单元35和第二牵拉单元37牵拉的牵拉点P1和牵拉点P2设置成能够围绕使用者的腿部移动。可以通过使第一牵拉单元35的牵拉点P1和第二牵拉单元37的牵拉点P2围绕使用者的腿部移动然后牵拉牵拉点P1和牵拉点P2而沿内旋和外旋的方向在腿部上产生力矩(moment force)。利用该力矩，能够响应于使用者的腿部的内旋和外旋的趋势最优地调节腿部的内旋和外旋的控制量。
例如，第一牵拉单元35的牵拉点P1设定于使用者的腿部的外侧和/或第二牵拉单元37的牵拉点P2设定于使用者的腿部的内侧。由此，能够调节使腿部向内侧旋转的内旋的控制量(图4)。更具体地，第一牵拉单元35的牵拉点P1可以设定于使用者的腿部的更外侧，并且第二牵拉单元37的牵拉点P2可以设定于使用者的腿部的更内侧，从而进一步增大腿部的内旋的控制量。
另一方面，第一牵拉单元35的牵拉点P1设定于使用者的腿部的内侧和/或第二牵拉单元37的牵拉点P2设定于使用者的腿部的外侧。由此，能够调节使腿部向外侧旋转的外旋的控制量(图5)。更具体地，第一牵拉单元35的牵拉点P1可以设定于使用者的腿部的更内侧，并且第二牵拉单元37的牵拉点P2可以设定于使用者的腿部的更外侧，从而进一步增大腿部的外旋的控制量。以此方式，根据使用者的腿部的内旋和外旋的趋势来设定第一牵拉单元35的牵拉点P1和第二牵拉单元37的牵拉点P2的位置，从而可以最优地设定内旋和外旋的控制量。
如上所述，在根据本实施方式的步行训练系统1中，步行辅助器械2上的由第一牵拉单元35和第二牵拉单元37牵拉的牵拉点P1和牵拉点P2设置成能够围绕使用者的腿部移动。能够通过使第一牵拉单元35的牵拉点P1和第二牵拉单元37的牵拉点P2围绕使用者的腿部移动然后牵拉牵拉点P1和牵拉点P2来调节腿部内旋和外旋的控制量。也就是说，能够在步行训练期间在辅助使用者的步行的同时调节腿部的内旋和外旋的控制量。
根据如此描述的本发明，显而易见的是本发明的实施方式可以以多种方式变型。这样的变型不应认为是违背本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言明显的是所有这样的改型要包含在所附权利要求的范围内。
例如在上述实施方式中，步行辅助器械2上的由第一牵拉单元35和第二牵拉单元37牵拉的牵拉点P1和牵拉点P2围绕使用者的腿部移动，从而调节腿部的外旋和内旋的控制量；然而，本发明不限于此。第一牵拉单元35和第二牵拉单元37中的至少一者可以设置在左右框架232上而能够沿水平方向移动，并且第一牵拉单元35和第二牵拉单元37中的至少一者沿水平方向移动，从而调节腿部的内旋和外旋的控制量。
例如，第一牵拉单元35向左方移动，而第二牵拉单元37向右方移动。由此，能够在腿部中产生在内旋方向上的力矩并且因而控制腿部的外旋(图6)。另一方面，第一牵拉单元35向右方移动，而第二牵拉单元37向左方移动。由此，能够在腿部中产生在外旋方向上的力矩并且因而控制腿部的内旋(图7)。另外，能够通过将第一牵拉单元35和第二牵拉单元37的移动量设定成沿水平方向较大来增大内旋和外旋的控制量。以此方式，根据使用者的腿部的内旋和外旋的趋势来设定第一牵拉单元35和第二牵拉单元37沿水平方向的移动位置，并且因此能够最优地设定内旋和外旋的控制量。
在上述实施方式中，第一牵拉单元35经由拉线34向上侧和前侧牵拉步行辅助器械2，而第二牵拉单元37经由拉线36向上侧和后侧牵拉步行辅助器械2；然而，本发明不限于此。例如，第一牵拉单元35可以经由拉线34向前侧牵拉步行辅助器械2，而第二牵拉单元37可以经由拉线36向后侧牵拉步行辅助器械2。
在上述实施方式中，训练器械3可以不包括框架主体32。在这种情况下，第一牵拉单元35和第二牵拉单元37可以设置在例如墙壁或房顶上。
在上述实施方式中，第一牵拉单元35和第二牵拉单元37的拉线34和拉线36连接至步行辅助器械2；然而，本发明不限于此。例如，第一牵拉单元35和第二牵拉单元37的拉线34和拉线36可以经由比如带和环之类的安装工具而连接至使用者的腿部。此外，第一牵拉单元35和第二牵拉单元37的拉线34和拉线36可以连接至步行辅助器械2和使用者的腿部。
在上述实施方式中，穿戴步行辅助器械2的使用者在跑步机31上步行；然而本发明不限于此。穿戴步行辅助器械2的使用者可以在静止不动的路面上步行，并且第一牵拉单元35和第二牵拉单元37可以根据使用者的移动而移动。

Claims (7)

1.一种步行训练系统，包括：
步行辅助器械，所述步行辅助器械安装在使用者的腿部上并且辅助该使用者的步行；
第一牵拉装置，所述第一牵拉装置用于向前侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者；以及
第二牵拉装置，所述第二牵拉装置用于向后侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者，
其中，所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置牵拉所述步行辅助器械和/或所述使用者的腿部的牵拉点设置成能够围绕所述使用者的腿部移动，以沿内旋或外旋的方向在所述使用者的腿部上产生力矩从而调节所述使用者的腿部的外旋或内旋的控制量，并且
其中，所述第一牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的外侧，和/或所述第二牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的内侧；或者，所述第一牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的内侧，和/或所述第二牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的外侧。
2.根据权利要求1所述的步行训练系统，其中，
所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置中的每一者包括拉线和牵拉所述拉线的牵拉单元，所述拉线的端部附接至所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者，并且
所述牵拉单元设置成能够在水平方向上移动。
3.根据权利要求1或2所述的步行训练系统，其中，
所述第一牵拉装置向上侧且向前侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者，并且
所述第二牵拉装置向上侧且向后侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者。
4.根据权利要求1或2所述的步行训练系统，还包括控制装置，所述控制装置用于独立地控制所述第一牵拉装置的牵拉力和所述第二牵拉装置的牵拉力。
5.根据权利要求1或2所述的步行训练系统，其中，由所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置产生的牵拉力在竖直向上的方向上的分量的合力等于所述步行辅助器械的重力。
6.一种步行训练系统，包括：
步行辅助器械，所述步行辅助器械安装在使用者的腿部上并且辅助该使用者的步行；
第一牵拉装置，所述第一牵拉装置用于向前侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者；以及
第二牵拉装置，所述第二牵拉装置用于向后侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者，其中，
所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置中的每一者包括拉线和牵拉所述拉线的牵拉单元，所述拉线的端部附接至所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者，并且
所述第一牵拉装置的所述牵拉单元和所述第二牵拉装置的所述牵拉单元中的至少一者设置成能够在水平方向上移动，以沿内旋或外旋的方向在所述使用者的腿部上产生力矩从而调节所述使用者的腿部的外旋或内旋的控制量。
7.一种步行训练系统的步行训练方法，所述步行训练系统包括步行辅助器械、第一牵拉装置和第二牵拉装置，所述步行辅助器械安装在使用者的腿部上并且辅助该使用者的步行，所述第一牵拉装置用于向前侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者，所述第二牵拉装置用于向后侧牵拉所述步行辅助器械和所述使用者的腿部中的至少一者，所述方法包括：
通过使所述第一牵拉装置和所述第二牵拉装置牵拉所述步行辅助器械和/或所述使用者的腿部的牵拉点围绕所述使用者的腿部移动而设定所述牵拉点，以沿内旋或外旋的方向在所述使用者的腿部上产生力矩从而调节所述使用者的腿部的外旋或内旋的控制量，
其中，将所述第一牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的外侧，和/或将所述第二牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的内侧；或者，将所述第一牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的内侧，和/或将所述第二牵拉装置的所述牵拉点设定于所述使用者的腿部的外侧。
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