JP2002052051A - 歩行機能増強装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩行機能の回復をより効果的に行うことがで
きる医療装置を提供する。 【解決手段】 患者１０１はベルト１０３によって肢体
支持部１０２に胴部を固定される。また、足底板１１０
によって、背屈方向に足底を傾斜させて支持する。肢体
支持部１０２は回転軸１０７を中心としてアクチュエー
タ１０５により揺動可能であり、またアクチュエータ１
０６により傾斜可能である。アクチュエータ１０５によ
る肢体支持部１０２の揺動周期と揺動振幅は可変になっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、整形外科手術後や
リハビリテーションで実施される、関節可動域訓練や筋
力増強訓練や持続力増強訓練その他の訓練を行う歩行機
能増強装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の装置の一例を図６に示す。
この装置は「ティルト・テーブル」と呼ばれている。全
身機能の再調整に利用され、立位における循環系の緊張
の回復、排尿排便の促進、尿路結石の予防に有効であ
る。また、単に立位への循環系の適応や立位感覚の獲得
だけではなく、筋力増強、バランス訓練などにも利用で
きる。

【０００３】このティルト・テーブルを用い、足底板の
傾斜により足関節を背屈し、体重による矯正力を利用す
ることにより、足関節底屈拘縮の治療もできる。しか
し、歩行機能の回復を考慮した場合、以下に挙げる問題
があった。

【０００４】・足の内返しの拘縮を矯正できない。

【０００５】・足底に動荷重を加えることができない。

【０００６】・歩行時に揺動による重心移動の感覚が得
られない。

【０００７】本発明は上述のような課題に鑑みてなされ
たものであり、歩行訓練の回復をより効果的に行うこと
ができる歩行機能増強装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達せするため
に、本発明の歩行機能増強装置は、肢体全体を載せ、こ
れを支持する肢体支持部と、前記肢体支持部を傾斜角を
可変に前記肢体支持部に支持された肢体の前後方向に傾
斜させる傾斜機構と、前記肢体支持部に支持された肢体
の足底を背屈方向に傾斜させて支持する足底板と、前記
肢体支持部を、これに支持された肢体の左右方向に揺動
させる揺動機構と、前記揺動機構における揺動周期と揺
動振幅を可変にする制御手段を有する。

【０００９】足底板を備えることにより、足底に動荷重
を加えることができ、また足関節の外返し方向に抗力が
作用するので、内返し方向の拘縮の矯正ができる。

【００１０】揺動運動の振幅や周期を通常歩行に準じた
ものにすれば、走行時の揺動による重心移動の感覚が得
られる。

【００１１】足底板に圧力センサを備え、圧力センサの
出力に応じて肢体支持部の揺動方向の角変位を決定する
ことにより、患者は揺動方向の運動を介助されつつ、自
ら行う運動を装置の運動に反映することができる。

【００１２】足関節に作用する外力が患者にとって大き
すぎると、患者自らが力を出すことが困難になるため、
初めは肢体支持部をある程度傾斜させることで重力によ
る負荷を軽減し、その後圧力センサの出力の増大に伴っ
て肢体支持部の傾斜角を減少させる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施形態の歩行機能増強
装置の全体構成を示す側面図、図２は肢体支持部１０２
を揺動させた状態の正面図、図３は肢体支持部１０２を
傾斜させた状態の側面図である。

【００１５】患者１０１はベルト１０３によって、その
肢体全体を支持するベッドである肢体支持部１０２に胴
部を固定される。脚の筋力が落ちている患者に対し、立
位に近い姿勢を取らせるため、膝部をベルト１１２で固
定する。また、足底板１１０によって、背屈方向に足底
を傾斜させて支持する。さらに、足底を足底板に密着さ
せるために、ベルト１１１で足部を固定する。肢体支持
部１０２には回転軸１０７が取り付けられており、回転
軸１０７は回転支持部１０９に嵌合し、揺動可能に支持
されている。肢体支持部１０２の裏面には傘歯車１０Ａ
を有するアクチュエータ１０５が取り付けられ、回転支
持部１０９には傘歯車１０Ａと噛合う傘歯車１０８Bが
取り付けられている。アクチュエータ１０５の駆動力に
より傘歯車１０８Ａが回転し、その結果、傘歯車１０８
Ａはアクチュエータ１０５と一体となって回転軸１０７
のまわりを揺動することにより、回転軸１０７を中心と
して肢体支持部１０２を揺動させる。肢体支持部１０２
を揺動している様子を図２に示す。

【００１６】また、回転支持部１０９には紙面に垂直な
軸１０９’が取り付けられており、フレーム１０４に回
動可能に嵌合されている。軸１０９’にはアクチュエー
タ１０６から、ベルトなどの伝達機構を介して駆動力が
伝えられる。すなわち、アクチュエータ１０６の駆動力
は、肢体支持部１０２を傾斜させるために用いられる。
肢体支持部１０２を傾斜させている様子を図３に示す。

【００１７】この装置を用いて、揺動運動を簡易に行う
場合を説明する。

【００１８】図２におけるベルト１０３が図示しない板
に取り付けられ、その板が支持台１０２の面上で動ける
ようにしておく。患者１０１は上体を左右に傾けて重心
を移すことにより肢体支持部１０２を揺らす。肢体支持
部１０２は、図示しない機械的なストッパーによって、
ある限界以上は倒れないようになっている。

【００１９】次に、図示しない制御装置によってアクチ
ュエータ１０５を制御し、肢体支持部１０２を揺らす。
揺動の周期と振幅については、予め健常者の実際の通常
歩行時における値を計測しておき、参考値として利用し
てもよい。図２に示すように装置が患者を揺らした場
合、上体の質量中心２０６において、肢体支持部１０２
を時計回りに回転させるトルク２０７が回転中心２０４
の周囲に発生する。一方、患者の自重によって足底板１
１０からその抗力２０９を受ける。肢体支持部１０２の
揺れが大きすぎなければ、肢体支持部１０２を反時計回
りに回転させるトルク２０２が回転中心２０４の周囲に
発生する。肢体支持部１０２が大きく揺れて、自重２０
５の作用点２０６と抗力２０９の作用点２１０が、回転
中心２０４に関して相対するようになると、自重２０５
と抗力２０９は共に、肢体支持部１０２を時計回りに回
転させるトルク２０７となる。これは、時計回りに転倒
することを意味する。しかし、予め最大振幅を歩行時の
ものとしておけば、このような転倒は生じ得ない。抗力
２０９は図２のように足関節の外返し方向に作用するの
で、内返し方向の拘縮の矯正や筋力の増強に用いること
ができる。なおかつ、足底板１１０の傾斜を利用して、
従来装置どおり背屈方向の治療も行える。さらに、揺動
の際に重心が左右に移動するため、揺動運動の振幅や周
期を通常歩行に準じたものにすれば、重心が移動する感
覚もまた、通常歩行に準じたものが得られると考えられ
る。

【００２０】上記装置による治療では、装置が患者を一
方的に揺らすのみで、患者が自らの意志で発生する力が
運動に反映されない。このことは、筋の随意性を高めら
れないという問題につながる。この問題を解決するため
に本実施形態では足底板１１０に圧力センサ１１３を備
え、ロボット工学におけるインピーダンス制御を用いる
ことにより、足底の圧力に応じて肢体支持部１０２の揺
動方向の角変位を決定する。この制御の流れを、図２お
よび図４を用いて説明する。装置は、肢体支持部１０２
を図２のように回転させた後、再び元の直立の状態に戻
そうとしている。すなわち、装置は肢体支持部１０２を
駆動するトルク２０２を与えている。このとき、患者１
０１が自らの意志で足関節の外返しができるようになる
と、足底板１１０の足底内側に相当する部分に力２０３
が加わる。この力２０３の大きさに応じてトルク２０８
を生じさせるようにする。装置のトルク２０２とトルク
２０８を加え、所定のインピーダンスモデル４０４への
入力とし、揺動方向への角変位２０１を決定する。すな
わち、患者の発生する力２０３の増大に伴って揺動運動
が進む。この制御方法を用いることにより、患者は揺動
方向の運動を介助されつつ、自ら行う運動を装置の運動
に反映させることができる。

【００２１】足関節に作用する外力が患者にとって大き
すぎると、患者自らが力を出すことは困難になる。そこ
で図３のように、初めある程度肢体支持部１０２を傾斜
させて用い、重力による負荷を軽減する。患者が自分で
力を出せるようになれば、より直立に近い姿勢にて同様
に揺動の訓練を行う。この制御の流れを図３と図５を用
いて説明する。図５の破線で囲んだ部分は図４と同じで
あり、患者自身の力を加味した装置の揺動方向の角変位
２０１（図２）が求まる過程である。この結果を傾斜角
判定部５０１に渡す。傾斜角判定部５０１では、例えば
揺動方向の角変位２０１を時間で微分して、求めた角速
度が通常方向と等しくなったかどうかを判定する。揺動
方向の角速度が通常歩行並になったと判定すると、所定
の傾斜角度増分を元の傾斜角５０２に加え、新しい傾斜
角５０３を決定する。こうして、患者１０１は、自分の
疾患レベルに合った揺動運動の訓練を行うことができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に記
載するような効果を奏する。

【００２３】・足の底屈拘縮だけでなく、内返しの拘縮
をも矯正できる。

【００２４】・足底の動荷重を加えることができる。

【００２５】・歩行時の揺動による重心移動の感覚が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の歩行機能増強装置の全体
の構成を示す側面図である。

【図２】肢体の揺動させた際の装置の正面図である。

【図３】肢体を傾斜させた際の装置の側面図である。

【図４】本発明の制御ブロック図である。

【図５】本発明の制御ブロック図である。

【図６】一従来例の歩行機能増強装置を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０１ 患者 １０２ 肢体支持部 １０３ ベルト １０４ フレーム １０５、１０６ アクチュエータ １０７ 回転軸 １０８A、１０８B 傘歯車 １０９ 回転支持部 １０９’ 軸 １１０ 足底板 １１１、１１２ ベルト １１３ 圧力センサ ２０１ 揺動方向の角変位 ２０２ 装置トルク ２０３ 患者の発生する力 ２０４ 回転中心 ２０５ 自重 ２０６ 上体の質量中心 ２０７ トルク ２０８ トルク ２０９ 抗力 ２１０ 作用点 ３０１ 肢体支持部１０２の傾斜角 ４０１ インピーダンスモデル ５０１ 傾斜角判定部 ５０２ 元の傾斜角 ５０３ 新しい傾斜角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 亮吉 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 (72)発明者 坂本 武志 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 肢体全体を載せ、これを支持する肢体支
   持部と、 前記肢体支持部を傾斜角を可変に前記肢体支持部に支持
   された肢体の前後方向に傾斜させる傾斜機構と、 前記肢体支持部に支持された肢体の足底を背屈方向に傾
   斜させて支持する足底板と、 前記肢体支持部を、これに支持された肢体の左右方向に
   揺動させる揺動機構と、 前記揺動機構における揺動周期と揺動振幅を可変にする
   制御手段を有する歩行機能増強装置。
2. 【請求項２】 前記揺動周期が健常者の歩行時のものと
   同じである、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記足底板に圧力センサを備え、前記圧
   力センサの出力に応じて前記肢体支持部の揺動方向の角
   変位を決定する手段を有する、請求項１または２記載の
   装置。
4. 【請求項４】 前記圧力センサの出力の増大に伴って前
   記肢体支持部の傾斜角を減少させる手段を有する、請求
   項３記載の装置。
5. 【請求項５】 前記肢体支持部に、その長手方向に移動
   可能な肢体具を有する、請求項１から４のいずれか１項
   に記載の装置。