CN113244587A - 平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读存储介质 - Google Patents

平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

一种平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读存储介质，该平衡训练系统具备：载荷分布传感器，具有呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者的脚掌进行支承的载置面的多个传感器，检测搭乘于所述载置面的所述训练者的脚的位置及从所述训练者接受的载荷；移动体，安装有所述载荷分布传感器；及控制部，基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置而算出基准位置后，基于由所述载荷分布传感器检测到的载荷来算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化来控制所述移动体的移动，所述控制部在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置来更新所述基准位置。

Description

平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读 存储介质
技术领域
本发明涉及平衡训练系统、其控制方法及控制程序。
背景技术
日本专利第6260811号公报所公开的康复支援装置具备能够供被实验者站立的测力板、检测向测力板施加的被实验者的载荷的载荷检测传感器、根据由载荷检测传感器检测到的载荷来检测被实验者的重心位置的重心位置检测单元及驱动单元。在此，驱动单元以与被实验者的重心的移动方向建立对应的方式使测力板移动。
发明内容
通常，康复支援装置在被实验者(训练者)搭乘于测力板而决定了初始的站立位置后，使测力板与不使脚从该站立位置移动而使重心移动相联动地移动。由此，被实验者能够进行平衡训练。
然而，关联技术只不过检测被实验者的载荷，并非检测被实验者的站立位置。因而，在关联技术中，在平衡训练中被实验者的站立位置发生了变化的情况下，尽管伴随于站立位置的变化而静止站立状态下的重心位置(成为基准的重心位置)发生变化，站立位置的变化却不会被检测，成为基准的重心位置仍维持为最初设定的位置。即，在实际的基准的重心位置与理论上的基准的重心位置之间会产生偏差。由此，在关联技术中，无法高精度地控制伴随于被实验者的重心移动的测力板的移动，因此存在被实验者无法进行有效的平衡训练这一课题。
本发明鉴于以上的背景而完成，目的在于提供即使在训练者的站立位置发生了变化的情况下也能够进行有效的训练的平衡训练系统、其控制方法及控制程序。
本发明的一实施方案的平衡训练系统具备：载荷分布传感器，具有呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者的脚掌进行支承的载置面的多个传感器，检测搭乘于所述载置面的所述训练者的脚的位置及从所述训练者接受的载荷；移动体，安装有所述载荷分布传感器；及控制部，基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置而算出基准位置后，基于由所述载荷分布传感器检测到的载荷来算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化来控制所述移动体的移动，所述控制部在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置来更新所述基准位置。在该平衡训练系统中，即使在训练者的站立位置发生了变化的情况下，通过基于变化后的训练者的站立位置来重新设定基准位置，也能够根据重心位置相对于再设定后的基准位置的变化而高精度地控制移动体的移动，因此训练者能够实施有效的平衡训练。
优选的是，所述控制部构成为，基于所述训练者的重心位置相对于所述基准位置的变化方向及变化量来控制所述移动体的移动方向及移动量。
另外，所述移动体例如是跑步机的带。此时，所述载荷分布传感器例如载置在所述跑步机的带上。或者，所述载荷分布传感器设置于所述跑步机的带的下侧。
另外，所述移动体例如是移动台车，所述载荷分布传感器载置在所述移动台车上。
本发明的一实施方案的平衡训练系统的控制方法具备以下步骤：使用具有呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者的脚掌进行支承的载置面的多个传感器的载荷分布传感器，检测搭乘于所述载置面的所述训练者的脚的位置及从所述训练者接受的载荷；及基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置而算出基准位置后，基于由所述载荷分布传感器检测到的载荷来算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化来控制安装有所述载荷分布传感器的移动体的移动，在控制所述移动体的移动的步骤中，在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置来更新所述基准位置。在该平衡训练系统的控制方法中，即使在训练者的站立位置发生了变化的情况下，通过基于变化后的训练者的站立位置来重新设定基准位置，也能够根据重心位置相对于再设定后的基准位置的变化而高精度地控制移动体的移动，因此训练者能够实施有效的平衡训练。
本发明的一实施方案的控制程序使计算机执行以下处理：使用具有呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者的脚掌进行支承的载置面的多个传感器的载荷分布传感器，检测搭乘于所述载置面的所述训练者的脚的位置及从所述训练者接受的载荷；及基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置而算出基准位置后，基于由所述载荷分布传感器检测到的载荷来算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化来控制安装有所述载荷分布传感器的移动体的移动，其中，在控制所述移动体的移动的处理中，在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置来更新所述基准位置。在该控制程序中，即使在训练者的站立位置发生了变化的情况下，通过基于变化后的训练者的站立位置来重新设定基准位置，也能够根据重心位置相对于再设定后的基准位置的变化而高精度地控制移动体的移动，因此训练者能够实施有效的平衡训练。
根据本发明，能够提供即使在训练者的站立位置发生了变化的情况下也能够进行有效的平衡训练的平衡训练系统、其控制方法及控制程序。
本公开的上述和其他的目的、特征及优点将会根据下文给出的详细描述和附图而被更加充分地理解，附图仅以示意的方式给出，因此不应视为限制本公开。
附图说明
图1是实施方式1的平衡训练系统的概略立体图。
图2是图1所示的平衡训练系统的一部分的概略侧视图。
图3是用于说明图1所示的平衡训练系统的动作的图。
图4是用于说明图1所示的平衡训练系统的动作的图。
图5是示出图1所示的平衡训练系统的变形例的概略侧视图。
图6是实施方式2的平衡训练系统的概略立体图。
图7是图6所示的平衡训练系统的一部分的概略侧视图。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式来说明本发明，但并非将权利要求书所涉及的发明限定于以下的实施方式。另外，在实施方式中说明的结构的全部未必作为用于解决课题的手段是必须的。为了说明的清楚化，以下的记载及附图适当进行了省略及简化。在各附图中，对同一要素标注有同一标号，根据需要而省略了重复说明。
<实施方式1>
图1是实施方式1的平衡训练系统100的概略立体图(从左斜后方观察时的图)。图2是平衡训练系统100的一部分的概略侧视图(从左侧观察时的图)。平衡训练系统100也能够说成平衡训练装置。
平衡训练系统100是用于供患有偏瘫等障碍的训练者学习步行所需的重心移动或者供脚关节患有障碍的训练者使脚关节功能恢复的系统。例如，想要使脚关节功能恢复的训练者900一边取得平衡一边持续搭乘于平衡训练系统100，由此平衡训练系统100能够向训练者900的脚关节施加能够期待康复效果的程度的负荷。
具体而言，平衡训练系统100具备跑步机150、载荷分布传感器152、控制部160及扶手170。需要说明的是，以下的说明中的上下方向、左右方向、前后方向是以训练者900的朝向为基准的方向。
跑步机150至少具备环状的带(移动体)151、带轮153及未图示的电动机。另外，在带151上配置有载荷分布传感器152。
载荷分布传感器152由多个传感器构成，这多个传感器呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者900的脚掌进行支承的载置面。载荷分布传感器152通过使用多个传感器，能够检测从训练者900的脚接受的表面压力的分布。由此，载荷分布传感器152能够检测站立状态的训练者900的脚的位置(站立位置)、从训练者900的脚接受的载荷。
扶手170例如以位于训练者900的侧面的方式设置，以使得训练者900在快要失去平衡时或感到了不安时能够抓住。
控制部160在训练开始前，基于由载荷分布传感器152检测到的训练者900的脚的位置来算出训练者900的基准位置BP。作为一例，基准位置BP位于将以右脚掌的后方的端部(脚后跟部分)为起点靠前方右脚掌的长度的40％的位置和以左脚掌的后方的端部(脚后跟部分)为起点靠前方左脚掌的长度的40％的位置连结的线段的中心。
另外，控制部160在训练开始前，基于由载荷分布传感器152检测到的从训练者900的脚接受的载荷来算出训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0。需要说明的是，基准位置BP和重心位置CP0也可以在结果上成为相同的位置。
之后，控制部160在平衡训练中，基于由载荷分布传感器152检测到的从训练者900的脚接受的载荷来定期地算出训练者900的重心位置CP1。
然后，控制部160通过以与重心位置相对于基准位置BP的变化(即，从重心位置CP0到重心位置CP1为止的移动向量)对应的速度、方向及量使带轮153旋转而使环状的带151旋转。伴随于带151的旋转，站立在带151上的训练者900也移动。
在此，控制部160在由载荷分布传感器152检测到训练者900的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的训练者900的脚的位置来重新算出基准位置BP(即，更新基准位置BP)。另外，此时，控制部160重新算出站立位置变化后的训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0。之后，控制部160像通常一样定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1。
然后，控制部160通过基于重心位置相对于更新后的基准位置BP的变化(即，从更新后的重心位置CP0到重心位置CP1为止的移动向量)使带轮153旋转而使环状的带151旋转。
这样，在平衡训练系统100中，即使在搭乘于跑步机150的训练者900的脚的位置发生了变化的情况下，通过基于变化后的训练者900的站立位置来重新设定基准位置BP，也能够根据重心位置相对于再设定后的基准位置BP的变化而高精度地控制带151的移动(旋转)，因此训练者900能够进行有效的训练。
接着，使用图3及图4来说明平衡训练系统100的动作。
图3及图4是用于说明平衡训练系统100的动作的图。需要说明的是，在图3中示出了训练者900的站立位置不变化的情况的例子。在图4中示出了训练者900的站立位置在训练中发生了变化的情况的例子。
首先，使用图3对训练者900的站立位置不变化的情况的例子进行说明。
训练者900在训练开始前，使脚底接地于带151的中央部的任意的位置而成为静止站立状态，当训练开始后，进行通过一边不使脚底从接地的位置移动一边尝试重心移动来取得平衡的训练。
控制部160在训练开始前，算出训练者900的静止站立状态下的基准位置BP及重心位置CP0。具体而言，控制部160基于由载荷分布传感器152检测到的训练者900的左右的脚FT的位置来算出训练者900的基准位置BP，并且根据由载荷分布传感器152检测到的从训练者900的左右的脚FT接受的载荷来算出训练者900的初始的重心位置CP0。
当训练开始后，控制部160定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1。在图3的例子中，训练者900在平衡训练中，与静止站立状态时相比向右斜前方倾斜体重。因而，重心位置CP1与初始的重心位置CP0相比位于右斜前方。
控制部160根据从以基准位置BP为基准的重心CP0的相对位置到以基准位置BP为基准的重心CP1的相对位置为止的移动向量(图3中的实线的箭头)而使带151旋转。伴随于带151的旋转，站立在带151上的训练者900也移动。需要说明的是，在本例中，带151仅能够在前后方向上旋转。
图3所示的X轴表示以矩形状的载荷分布传感器152的后方的端部为起点的情况下的重心的前后方向的位置。在图3的例子中，初始的重心CP0的位置是位置X0，重心CP1的位置是位置X1。控制部160根据位置X1与位置X0的差值而使带151向前方或后方旋转。在图3的例子中，控制部160根据位置X1与位置X0的差值而使带151向前方旋转。由此，站立在带151上的训练者900也向前方移动。
接着，使用图4来说明训练者900的站立位置在训练中发生了变化的情况的例子。
控制部160在训练开始前，算出训练者900的静止站立状态下的基准位置BP及重心位置CP0(在图4中未图示)。关于基准位置BP及重心位置CP0的算出方法，与图3的情况是同样的，因此省略其说明。
当训练开始后，控制部160定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1(在图4中未图示)。然后，控制部160根据从以基准位置BP为基准的重心CP0的相对位置到以基准位置BP为基准的重心CP1的相对位置为止的移动向量而使带151旋转。
在此，在由载荷分布传感器152检测到训练者900的脚的位置发生了变化的情况下，控制部160基于变化后的训练者900的脚的位置FT来重新算出基准位置BP(图4中的基准位置BP’)。另外，此时，控制部160重新算出训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0(图4中的重心位置CP0’)。即，控制部160在训练者900的脚的位置FT发生了变化的情况下，基于变化后的训练者900的站立位置来重新设定成为基准的重心位置CP0。
之后，控制部160像通常一样定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1(图4中的重心位置CP1’)。在图4的例子中，训练者900在平衡训练中，与站立位置变化后的静止站立状态时相比向右斜前方倾斜体重。因而，重心位置CP1与重心位置CP0相比位于右斜前方。
然后，控制部160根据从以基准位置BP为基准的重心CP0的相对位置到以基准位置BP为基准的重心CP1的相对位置为止的移动向量而使带151旋转。
这样，在平衡训练系统100中，即使在搭乘于跑步机150的训练者900的脚的位置发生了变化的情况下，通过基于变化后的训练者900的站立位置而重新设定基准位置BP，也能够根据重心位置相对于再设定后的基准位置BP的变化而高精度地控制带151的移动(旋转)，因此训练者900能够进行有效的训练。
(平衡训练系统100的变形例)
图5是将平衡训练系统100的变形例作为平衡训练系统100a示出的概略侧视图。
在平衡训练系统100a中，载荷分布传感器152配置于环状的带151的内侧(供训练者900搭乘的面的带151的下侧)。关于平衡训练系统100a的其他构造，与平衡训练系统100的情况是同样的，因此省略其说明。
平衡训练系统100a也能够起到与平衡训练系统100的情况同等程度的效果。
<实施方式2>
图6是实施方式2的平衡训练系统200的概略立体图(从左斜后方观察时的图)。图7是平衡训练系统200的一部分的概略侧视图(从左侧观察时的图)。平衡训练系统200也能够说成平衡训练装置。
平衡训练系统200具备移动台车(移动体)250、载荷分布传感器252、控制部260及扶手270。载荷分布传感器252、控制部260及扶手270分别对应于载荷分布传感器152、控制部160及扶手170。需要说明的是，以下的说明中的上下方向、左右方向、前后方向是以训练者900的朝向为基准的方向。
移动台车250构成为将康复施设的地板面等作为移动面而在该移动面上能够在前后方向上移动。另外，在移动台车250上配置有载荷分布传感器252。
扶手270例如以位于训练者900的侧面的方式设置，以使得训练者900在快要失去平衡时或感到了不安时能够抓住。
控制部260在训练开始前，算出训练者900的静止站立状态下的基准位置BP及重心位置CP0。当训练开始后，控制部260定期地算出训练者900的重心位置CP1。然后，控制部260通过以与重心位置相对于基准位置BP的变化(即，从重心位置CP0到重心位置CP1为止的移动向量)对应的速度、方向及量使车轮253旋转而使移动台车250移动。伴随于移动台车250的移动，站立在移动台车250上的训练者900也移动。
在此，在由载荷分布传感器252检测到训练者900的脚的位置发生了变化的情况下，控制部260基于变化后的训练者900的脚的位置来重新算出基准位置BP。另外，此时，控制部260重新算出训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0。即，控制部260在训练者900的脚的位置FT发生了变化的情况下，基于变化后的训练者900的站立位置来重新设定成为基准的重心位置CP0。之后，控制部260像通常一样定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1。然后，控制部260通过基于重心位置相对于更新后的基准位置BP的变化(即，从更新后的重心位置CP0到重心位置CP1为止的移动向量)使车轮253移动而使环状的带151旋转。
由此，平衡训练系统200能够起到与平衡训练系统100的情况同等程度的效果。
需要说明的是，本发明不限于上述实施方式1、2，能够在不脱离主旨的范围内适当变更。
在实施方式1中，以控制部160根据从重心CP0到重心CP1为止的移动向量而使带151在前后方向上旋转的情况为例进行了说明，但不限于此。若带151构成为不仅能够在前后方向上也能够在左右方向上旋转，则控制部160能够根据从重心CP0到重心CP1为止的移动向量而使带151向前后左右旋转。
同样，在实施方式2中，以控制部260根据从重心CP0到重心CP1为止的移动向量而使移动台车250在前后方向上移动的情况为例进行了说明，但不限于此。若移动台车250构成为不仅能够在前后方向上也能够在左右方向上移动，则控制部260能够根据从重心CP0到重心CP1为止的移动向量而使移动台车250向前后左右移动。
另外，在实施方式1中，以控制部160内置于跑步机150的情况为例进行了说明，但不限于此。控制部160也可以设置于跑步机150的外部，而且也可以构成为能够远程操作跑步机150。同样，在实施方式2中，以控制部260内置于移动台车250的情况为例进行了说明，但不限于此。控制部260也可以设置于移动台车250的外部，而且也可以构成为能够远程操作移动台车250。
而且，在上述实施方式中，将本公开作为硬件的结构进行了说明，但本公开不限定于此。本公开能够通过使CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)执行计算机程序而实现平衡训练系统的控制处理。
(上述)程序能够使用任何类型的非暂时性计算机可读介质来存储并向计算机提供。非暂时性计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的例子包括磁存储介质(例如软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可刻录光盘)、CD-R/W(可擦写光盘)及半导体存储器(例如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、快闪ROM、RAM(随机存取存储器)等)。上述程序也可以使用任何类型的暂时性计算机可读介质来向计算机提供。暂时性计算机可读介质的例子包括电信号、光信号及电磁波。暂时性计算机可读介质能够将上述程序经由有线通信线(例如电线、光纤)或无线通信线而向计算机提供。
根据这样描述的本公开，显而易见的是，可以以许多方式改变本公开的实施例。这样的变化不应被认为是背离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有这样的修改旨在包含于所附权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种平衡训练系统，具备：
载荷分布传感器，具有呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者的脚掌进行支承的载置面的多个传感器，检测搭乘于所述载置面的所述训练者的脚的位置及从所述训练者接受的载荷；
移动体，安装有所述载荷分布传感器；及
控制部，基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置而算出基准位置后，基于由所述载荷分布传感器检测到的载荷来算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化来控制所述移动体的移动，
所述控制部在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置来更新所述基准位置。
2.根据权利要求1所述的平衡训练系统，其中，
所述控制部构成为，基于所述训练者的重心位置相对于所述基准位置的变化方向及变化量来控制所述移动体的移动方向及移动量。
3.根据权利要求1或2所述的平衡训练系统，其中，
所述移动体是跑步机的带。
4.根据权利要求3所述的平衡训练系统，其中，
所述载荷分布传感器载置在所述跑步机的带上。
5.根据权利要求3所述的平衡训练系统，其中，
所述载荷分布传感器设置于所述跑步机的带的下侧。
6.根据权利要求1或2所述的平衡训练系统，其中，
所述移动体是移动台车，
所述载荷分布传感器载置在所述移动台车上。
7.一种平衡训练系统的控制方法，具备以下步骤：
使用具有呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者的脚掌进行支承的载置面的多个传感器的载荷分布传感器，检测搭乘于所述载置面的所述训练者的脚的位置及从所述训练者接受的载荷；及
基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置而算出基准位置后，基于由所述载荷分布传感器检测到的载荷来算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化来控制安装有所述载荷分布传感器的移动体的移动，
在控制所述移动体的移动的步骤中，在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置来更新所述基准位置。
8.一种存储有控制程序的计算机可读存储介质，该控制程序使计算机执行以下处理：
使用具有呈矩阵状地配置于对站立状态的训练者的脚掌进行支承的载置面的多个传感器的载荷分布传感器，检测搭乘于所述载置面的所述训练者的脚的位置及从所述训练者接受的载荷；及
基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置而算出基准位置后，基于由所述载荷分布传感器检测到的载荷来算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化来控制安装有所述载荷分布传感器的移动体的移动，
其中，在控制所述移动体的移动的处理中，所述控制程序使计算机执行以下处理：在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置发生了变化的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置来更新所述基准位置。
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