JP2001037908A - 歩行訓練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 介添人の負担を軽減でき、歩行訓練を継続で
きるようになり、可動面上での歩行訓練者の安全を確保
することができる歩行訓練装置を提供する。 【解決手段】 無端軌道の可動面上での歩行訓練者の位
置を検出する位置検出手段と、該可動面における歩行訓
練者の腰部周り両側に移動方向にほぼ平行に設けたガイ
ドレールと、該ガイドレールに移動可能に係合され歩行
訓練者が把持することができるハンドルと、該ハンドル
の該ガイドレール上での位置を検出するハンドル位置検
出手段と、該歩行訓練者の位置検出結果と該ハンドル位
置検出結果から該ハンドルの位置の修正量および修正力
を演算する演算手段と、該演算手段の演算結果に基いて
該歩行訓練者に対して適正な位置に該ハンドルの位置を
制御する手段とを備えた歩行支援機構を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無端軌道の可動面
上での歩行訓練者の歩行速度に基づいて可動面の移動速
度が制御される歩行訓練装置に係り、特に、可動面上で
の歩行訓練者の安全を確保することができる歩行訓練装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６２−１３９６７７号公報に示さ
れている歩行訓練装置においては、無端軌道の可動面上
での歩行訓練者の歩行速度に基づいて可動面の移動速度
が制御される。可動面の移動速度と歩行訓練者の歩行速
度が逆向きで大きさが等しい時、歩行訓練者は一定位置
にとどまる。可動面上における歩行訓練者の位置を検出
し、歩行訓練者が前方に進めば歩行速度は増加、歩行訓
練者が後方に退けば歩行速度は低下したと判断して、可
動面の移動速度を変える。このように可動面の移動速度
を制御することにより、歩行訓練者は可動面の所定位置
で歩行することができる。

【０００３】無端軌道の可動面における歩行訓練者の両
側の、腰部辺りよりやや上の高さに、該可動面の移動方
向にほぼ平行な方向にガード用のハンドレールが設けら
れており、歩行訓練者はハンドレールに掴まって歩行す
ることもできる。

【０００４】さらに特開平１０−１１３３６８号公報に
示されている歩行訓練装置においては、無端軌道の可動
面上での歩行訓練者の歩行速度に基づいて可動面の移動
速度が制御される歩行訓練装置であって、可動面の移動
方向にほぼ平行な方向に設けたガイドレールと、移動自
在にガイドレールに係合され、可動面上の歩行訓練者が
把持することができるハンドルと、このハンドルのガイ
ドレール上での移動速度または移動加速度を検出するハ
ンドル移動検出手段と検出結果に基づいてハンドルの移
動を拘束するトルクを発生させる手段とを備えたスライ
ド機構を設けている。歩行訓練者の予想外の動きがある
と、ハンドルの移動が拘束されて、歩行訓練者の安全が
確保される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】歩行訓練装置を利用し
た無端軌道可動面上での歩行訓練は、病人の病後や手術
後のメディカルリハビリテーションとか競技選手らの怪
我後のアスレチックリハビリテーションなどとして実施
される。その場合、歩行訓練の初期から中期に掛けての
時期には、歩行訓練者は理学療法士などの介添人の助け
を必要とすることが多く、介添人の負担が大きい問題が
あった。

【０００６】また、歩行訓練装置の固定のハンドレール
に掴まっての歩行訓練は、ハンドレールに頼りすぎて不
安定な姿勢になりやすい。安全上問題であるだけでな
く、歩行リズムが定まらず、その結果、持続性に欠けて
十分な訓練にならなくなり易い。

【０００７】さらに、移動可能でかつ拘束するトルクを
発生させる事ができる手段を有するハンドルを歩行訓練
者が把持することができる装置では、歩行訓練者の姿勢
が正常であればハンドルが有効に活用される。しかし足
がもつれ転倒寸前の状態になると、歩行訓練者はハンド
ルに体を預ける。ハンドルの拘束トルクで一旦転倒防止
は図れる。しかし前傾姿勢になることで歩行訓練者の無
端軌道可動面上の位置はあまり変わらないため、可動面
は動き続ける。筋力の弱い歩行訓練者では腕力による姿
勢の修正ができず、従って足の踏み出しもできず足が流
され、結局転倒してしまう場合が多い。

【０００８】それ故本発明の目的は、介添人の負担を軽
減でき、どのような姿勢になっても歩行訓練が継続でき
るようにし、しかも可動面上での歩行訓練者の安全を確
保することができる歩行訓練装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の歩行訓練装置
は、歩行訓練者が歩行する可動面を有する無端軌道機構
と、該可動面上での歩行訓練者の位置を検出する位置検
出手段と、該位置検出手段による検出結果に基づいて該
可動面の移動速度を制御する制御信号を発生する制御手
段と、該制御手段の発生する制御信号に基づき該無端軌
道機構を駆動する駆動手段を有する歩行訓練装置におい
て、該可動面における歩行訓練者の腰部周り両側に該可
動面の移動方向にほぼ平行な方向に設けたガイドレール
と、該ガイドレールの延びた方向に移動することができ
るように該ガイドレールに係合され該可動面上の歩行訓
練者が把持することができるハンドルと、該ハンドルの
該ガイドレール上でに対して適正な位置を検出するハン
ドル位置検出手段と、該歩行訓練者の位置検出結果と該
ハンドル位置検出結果から該歩行訓練者の位置を基準と
して該ハンドルの位置の修正量および修正力を演算する
演算手段と、該演算手段の演算結果に基いて該歩行訓練
者に対して適正な位置に該ハンドルの位置を制御する手
段と、を備えた歩行支援機構を設けたことを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、本発明の一
実施形態による歩行訓練装置を説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例による歩行訓練
装置を示している。

【００１２】同図において、１は前後にローラ２ａ，２
ｂを回転自在に支持しているフレームで、前方のローラ
２ａはベルト３によりモータ４で駆動される。両ローラ
２ａ，２ｂに無端軌道ベルト５が巻回されていて、無端
軌道ベルト５の上を歩行訓練者ＷＰが歩行する。歩行訓
練者ＷＰが歩行する領域における上側の無端軌道ベルト
５の下には歩行訓練者ＷＰの体重を支えて歩行の安定性
を与えるための支持板６が設けられている。フレーム１
乃至支持板６は無端軌道機構を構成している。

【００１３】７はフレーム１後部の両側に無端軌道ベル
ト５を挾むように設けられた入出門、８は両側の入出門
７に開閉可能に設けられたゲート、９はゲート８に設け
られ無端軌道ベルト５上で歩行する歩行訓練者ＷＰの背
面に超音波を出し反射して戻る時間から歩行訓練者ＷＰ
までの距離を算出する距離センサ（位置検出手段）であ
る。距離センサ９の検出結果から無端軌道ベルト５上で
の歩行訓練者ＷＰの位置を得て、モータ（駆動手段）４
の回転速度を制御する。

【００１４】即ち、歩行訓練者ＷＰの歩行速度が早まり
無端軌道ベルト５上で歩行訓練者ＷＰの位置が任意の基
準位置（歩行訓練者ＷＰ個々の歩行訓練速度に等しい速
度で無端軌道ベルト５が移動する場合に、無端軌道ベル
ト５上に任意に設定される歩行訓練者ＷＰの歩行位置）
から図の左方である装置前方に移動するとモータ４の回
転速度を高くする。逆に歩行速度が遅くなって歩行訓練
者ＷＰが図の右方である装置後方に移動するとモータ４
の回転速度を下げる。

【００１５】このようにして、歩行訓練者ＷＰが無端軌
道ベルト５上における前記した任意の基準位置で歩行す
るようにする。このような制御をする制御部（制御手
段）２８は装置前方のフレームカバー１６内に格納され
ている。なお、距離センサ９は装置前方に設置されてい
ても良い。

【００１６】１０はフレーム１の前後に掛けてフレーム
１の両側に設けられたハンドレール、１１は歩行訓練者
ＷＰの腰部辺りの高さで入出門７とハンドレール１０と
に掛けて両側に設けられたガイドレールを覆うレールカ
バー、１２は装置前方のフレームカバー１６内に格納さ
れ無端軌道ベルト５の前方部を必要に応じて上下移動さ
せる昇降装置である。１３は後述するように両側に設け
られたレールカバー１１内に設置されているガイドレー
ル上に移動可能に設けられ、無端軌道ベルト５上の歩行
訓練者ＷＰが把持することができるハンドル、１３ａは
ハンドル１３の把持部、１４はハンドル１３の歩行訓練
者ＷＰの任意の基準位置に対する位置検出器及び、ハン
ドル位置修正演算装置などを格納しているハンドル位置
制御装置カバー、１５はハンドル１３の位置を制御する
トルクを発生させるサーボモータである。

【００１７】図２は一方のレールカバー１１内に設置さ
れている歩行支援機構の一部を示している。たとえば、
歩行訓練者ＷＰにとって左側のレールカバー１１内にス
ライド機構が設けられるが、右側のレールカバー内でも
構わない。

【００１８】そのレールカバー１１の前後端部にプーリ
２１、２２があり、両プーリ２１、２２にワイヤ２３が
巻回されている。両プーリ２１、２２間のワイヤ２３の
一方は、クランプ部材２４と図３に詳細に示す結合部材
３３によって図１に示したハンドル１３に固定されてい
る。後方のプーリ２２の回転軸には中間プーリ２５が固
定され、サーボモータ１５とベルト２６で駆動されるよ
うになっている。後方プーリ２２には、ワイヤ２３を複
数回巻回してプーリとワイヤとの係合力を高めてある。

【００１９】２７はハンドル１３の移動量を歩行訓練者
ＷＰの任意の基準位置から算出するための位置検出器
（エンコーダ）である。位置検出器２７は、ハンドル１
３の歩行訓練者ＷＰの任意の基準位置からの移動量をパ
ルス数で検出し、装置前方のフレームカバー１６内に格
納されている制御部２８に検出信号を入力する。

【００２０】制御部（ハンドル１３の位置を検出するハ
ンドル位置検出手段とハンドルの位置修正量と修正力を
演算する手段とハンドルの位置を制御する手段の一部）
２８は演算部２８ａとモータドライバ部２８ｂを有し、
ハンドル位置検出器２７からの入力パルスと距離センサ
ー９からの入力パルスを取り込み演算部２８ａでハンド
ル修正力とハンドル位置修正量に換算し、モータドライ
バ部２８ｂを介してサーボモータ１５を駆動する。

【００２１】入力装置２９で同一入力に対して演算部２
８ａが発生するトルク指令値を変更することができる。
その詳細は後述する。尚、サーボモータ１５、ワイヤ２
３、プーリ２１，２２などはハンドル１３の位置を制御
する手段の一部である。

【００２２】プーリ２２を、互いに複数の平行溝を有す
る主プーリと従動プーリに置き換えてもよい。主プーリ
と従動プーリにワイヤ２３を往復掛けし、巻回位置を徐
々に軸方向に移動させる。プーリ上でのワイヤの移動を
抑え、かつ、主プーリと従動プーリを小型のものにでき
て、レールカバー１１を小型化することができる。

【００２３】なお、図２の制御部２８は、前述したよう
に、距離センサー９からの入力パルスを取り込んで、モ
ータ４の回転速度の制御も行うが、この制御系の図示は
図の煩雑化を避けるために省略した。

【００２４】図３は両側に設けられたレールカバー１１
内の構成およびハンドルの構成を示している。

【００２５】各レールカバー１１内にはリニヤなガイド
レール（歩行訓練者の腰部辺り両側に可動面の移動方向
にほぼ平行な方向に設けたレール）３１がそれぞれ固定
されていて、スライダ３２がガイドレール３１に沿って
移動自在に結合されている。各スライダ３２には結合部
材３３でハンドル１３が固定されている。

【００２６】図において左側、歩行訓練者ＷＰにとって
も左側のスライダ３２には、結合部材３３を介して図２
に示したクランプ部材２４が固定され、図２に示した両
プーリ２１、２２間のワイヤ２３の一方がクランプ部材
２４に固定され、結合部材３３を介してスライダ３２と
結合されている。接続部材３３にはハンドル１３が固定
されている。ハンドル１３には把持部１３ａが調整可能
に接合されている。右側の結合部材３３とハンドル１３
の間にはリンク部材３５が設けられていて、機械加工の
誤差を吸収することができるようになっている。

【００２７】なお、ハンドル１３を一方のガイドレール
のみに結合することも可能であろう。また、ハンドル１
３を屈曲させ、その一部で把持部１３ａを形成すること
も可能であろう。

【００２８】以上のハンドル１３、サーボモータ１５、
制御部２８、ガイドレール３１などは歩行訓練者の歩行
支援機構を構成している。

【００２９】次に、無端軌道ベルト５上での歩行訓練者
ＷＰの訓練の状況とサーボモータ１５の機能について説
明する。

【００３０】歩行訓練者ＷＰはゲート８を開いてベルト
５に乗り、無端軌道ベルト５の歩行訓練開始位置にある
ハンドル１３を掴んで歩行を開始する。歩行訓練者ＷＰ
の前進に伴いハンドル１３は歩行者に追従し，無端軌道
ベルト５は回転を開始する。歩行訓練者ＷＰが歩行して
いる時の無端軌道ベルト５の速度はゆっくりとしたもの
である。特に、リハビリテーションにおいては非常にゆ
っくりと進む。

【００３１】歩行訓練者ＷＰの歩行速度が一定であれ
ば、距離センサ９の検出位置は変わらないので、無端軌
道ベルト５はモータ４で一定速度で駆動される。歩行訓
練者ＷＰの姿勢が一定であれば、ハンドル１３の位置は
歩行訓練者ＷＰに追従し、歩行訓練者ＷＰと一定の関係
（たとえば同位置）にある。

【００３２】フレームカバー１６内に格納されている制
御部２８では位置検出器２７の検出結果と距離センサ９
の検出結果を取り込み、ハンドル１３の位置修正量を演
算し、さらに、演算した歩行訓練者とハンドルの相対変
位に比例した電流を操作力としてモータードライバー２
８ｂを介しサーボモータ１５に送る。

【００３３】つまり、歩行訓練者ＷＰの歩行姿勢が変わ
ると歩行訓練者ＷＰの距離センサ９の検出値と、ハンド
ル１３の検出値との相対関係（相対位置）に変位が生
じ、演算部２８ａは該相対変位に応じた位置修正量と位
置修正力を演算する。モータドライバ部２８ｂではこれ
を受けて、サーボモータ１５にトルク指令に比例する電
流ｉと位置修正量に応じたパルスを送り、ハンドル１３
の位置を制御する。

【００３４】図４は制御部２８での演算による歩行訓練
者ＷＰの無端軌道ベルト５上の位置とハンドル１３の位
置の相対変位（ハンドル位置の修正量）Ｄとハンドル位
置の修正力Ｔの関係を示したもので、相対変位Ｄとサブ
モータ１５のと修正力Ｔ、即ち、歩行訓練者ＷＰがハン
ドル１３から受ける位置修正力Ｔの関係を示している。

【００３５】図４の曲線Ａで示すように、演算部２８ａ
では歩行訓練者ＷＰとハンドル１３の位置の相対変位Ｄ
に対し、修正力Ｔが比例するようなトルク指令τを出
す。従って、歩行訓練者ＷＰが姿勢を崩し、ハンドル１
３を遠方に押す（引く）ほど、歩行訓練者ＷＰがハンド
ル１３から大きな反力を受けながらハンドルの位置が歩
行訓練者ＷＰの方へ修正される。そのため、例えば、歩
行訓練者ＷＰが無端軌道ベルト５上で何等かの原因で転
倒しそうになりハンドル１３を掴んで体より遠方に押す
（引く）と、ハンドル１３は押されて（引かれて）移動
するものの、サーボモータ１５の位置修正力が急速に増
加する。従って、ハンドル１３の移動にブレーキが掛け
られ、さらに歩行訓練者に対して適正な位置に戻るよう
な位置修正力が加わる。従って、時間経過と共に歩行訓
練者に対して適正な位置にハンドル１３の位置が戻るよ
うになる。

【００３６】無端軌道ベルト５の移動速度は、歩行訓練
者ＷＰの移動に追従している。転倒瞬時の前傾姿勢でハ
ンドル13が前方に進むと、歩行訓練者ＷＰが前進したと
判断し無端軌道ベルト５は加速される。歩行訓練者ＷＰ
は無端軌道ベルト５に引きずられる形となる。

【００３７】しかし歩行訓練者ＷＰとハンドル１３の相
対変位による修正動作により歩行訓練者の姿勢が修正さ
れ定常訓練姿勢に戻る。姿勢修正後歩行訓練者ＷＰの歩
行訓練意欲が低下し歩行動作が緩慢となれば、歩行訓練
者ＷＰは後方に流され、無端軌道ベルト５はやがて停止
する。このように、ハンドル１３の支持と無端軌道ベル
ト５の減速とによって歩行訓練者ＷＰの安全は二重に確
保される。

【００３８】体重Ｗの多い人は、転倒しそうになったと
きに、ハンドル１３から受ける反力も大きいほうが転倒
防止上、都合が良い。そこで、支持板６や入出門７の所
の踏板（ステップ）の下などに荷重センサを内蔵させて
おいて、体重に応じて反力を調整してもよい。

【００３９】即ち、図４の曲線Ｂのように、体重Ｗが大
きいときには位置修正力Ｔが大きくなるようにする。こ
のためには、制御部２８の演算部２８ａに多数の曲線を
備えておき、体重に応じてトルク指令τを自動的に切り
替えるように、演算プログラムを備えておく。ハンドル
１３を強く押すことは歩行訓練者ＷＰの体重だけでなく
各人の癖にもよるので、さらに入力装置２９で位置修正
力を変更することができるようにしても良い。

【００４０】歩行訓練者ＷＰが正常に歩行訓練をしてい
ても、歩行訓練者ＷＰの歩行の仕草によってはハンドル
１３は押される。そこで、小きざみなハンドル１３の前
後移動には位置修正力Ｔが発生しないように、図４に曲
線Ｃで示すような不感帯Ｚを演算部２８ａに設定しても
良い。

【００４１】図５は、ハンドル１３に肘掛テーブル４１
を設けた例を示している。図５（ａ）は平面図、図５
（ｂ）は正面図である。

【００４２】ハンドル１３は、歩行訓練者ＷＰの背丈や
好みに合わせて調整できる。ハンドル１３の把持部１３
ａの高さは図５（Ｂ）に示すレバー４２を緩めることで
調節でき、肘掛テーブル４１の角度は図５（ｂ）に示す
レバー４３を緩めることで調節できる。尚、図５では図
１のハンドレール１０の図示を省略している。

【００４３】歩行訓練者ＷＰが肘掛テーブル４１に腕を
載せ体重の一部を肘掛テーブル４１に預けることによっ
て、歩行訓練者ＷＰの脚部に掛かる荷重を減らし、歩行
を容易にすることができる。

【００４４】以上説明した歩行訓練装置によれば、歩行
訓練者ＷＰの安全は確保され、その結果、介添人の負担
も減り、介添人がいなくとも歩行訓練が可能で、歩行訓
練者ＷＰは自ら積極的に歩行訓練に励むことができる。
転倒しそうになっても姿勢の立て直しは容易であり、持
続性のある歩行訓練を行うことができる。

【００４５】以上実施形態に沿って本発明を説明した
が、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえ
ば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、介
添人の負担を軽減でき、歩行訓練を継続できるようにな
り、しかも可動面上での歩行訓練者の安全を確保するこ
とができる歩行訓練装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による歩行訓練装置の正面図
である。

【図２】図１に示した歩行訓練装置における歩行支援機
構の一部の概略図である。

【図３】図１に示した歩行訓練装置における歩行支援機
構のスライド構成を示す一部破断側面図である。

【図４】図２に示した歩行支援機構におけるトルクモー
タの入出力関係の一例を示すグラフである。

【図５】図１に示した歩行訓練装置における歩行支援機
構のハンドルの構成を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。

【符号の説明】

１ フレーム ２ａ，２ｂ ローラ ３，２６ ベルト ４ モータ ５ 無端軌道ベルト ９ 距離センサ １０ ハンドレール １３ ハンドル １５ サーボモータ ２７ 位置検出器 ２８ 制御部 ２８ａ 演算部 ２８ｂ モータドライバ部 ２９ 入力装置 ＷＰ 歩行訓練者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細井 明 茨城県土浦市神立東二丁目28番４号 日立 テクノエンジニアリング株式会社土浦事業 所（内)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歩行訓練者が歩行する可動面を有する無端
   軌道機構と、該可動面上での歩行訓練者の位置を検出す
   る位置検出手段と、該位置検出手段による検出結果に基
   づいて該可動面の移動速度を制御する制御信号を発生す
   る制御手段と、該制御手段の発生する制御信号に基づき
   該無端軌道機構を駆動する駆動手段を有する歩行訓練装
   置において、 該可動面における歩行訓練者の腰部周り両側に該可動面
   の移動方向にほぼ平行な方向に設けたガイドレールと、
   該ガイドレールの延びた方向に移動することができるよ
   うに該ガイドレールに係合され該可動面上の歩行訓練者
   が把持することができるハンドルと、該ハンドルの該ガ
   イドレール上での位置を検出するハンドル位置検出手段
   と、該歩行訓練者の位置検出結果と該ハンドル位置検出
   結果から該歩行訓練者の位置を基準として該ハンドルの
   位置の修正量および修正力を演算する演算手段と、該演
   算手段の演算結果に基いて該歩行訓練者に対して適正な
   位置に該ハンドルの位置を制御する手段と、を備えた歩
   行支援機構を設けたことを特徴とする歩行訓練装置。
2. 【請求項２】上記請求項１に記載の歩行訓練装置におい
   て、該ハンドルの位置を制御する手段はサーボモータを
   含むことを特徴とする歩行訓練装置。
3. 【請求項３】上記請求項１に記載の歩行訓練装置におい
   て、該演算手段は該ハンドルの位置の修正量が小さい領
   域において修正力を発生させない不感帯を有しているこ
   とを特徴とする歩行訓練装置。
4. 【請求項４】上記請求項１に記載の歩行訓練装置におい
   て、該演算手段は該ハンドルの位置の修正量に対する修
   正力を変更する手段を有していることを特徴とする歩行
   訓練装置。