JP2004129817A - 下肢訓練装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】訓練者に訓練中の成績を提示する場合、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができるバイオフィードバック装置を提供する。
【解決手段】訓練者９の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し駆動する下肢訓練装置において、訓練データを記憶する訓練データ記憶部４と、訓練者９が随意的に発生する力の大きさを検出する力検出部５と、力検出部５にて検出した結果から前記訓練者の評価を行う評価関数を変更する訓練結果評価部３と、訓練者９が随意に発生する力の目標値を訓練者９へ提示する訓練提示手段６とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】訓練者９の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し駆動する下肢訓練装置において、訓練データを記憶する訓練データ記憶部４と、訓練者９が随意的に発生する力の大きさを検出する力検出部５と、力検出部５にて検出した結果から前記訓練者の評価を行う評価関数を変更する訓練結果評価部３と、訓練者９が随意に発生する力の目標値を訓練者９へ提示する訓練提示手段６とを備える。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運動機能や脳機能などに傷害を持つ患者を対象とし、リハビリテーションを行っている患者の状態を計測し、リハビリ内容を、画像、音響、力触覚として提示するリハビリテーション支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の肢体機能回復訓練支援装置においては、患者が訓練継続意識を持って上肢の機能回復訓練を行うことができる装置であった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７１１８０号公報
【０００４】
以下、簡単に図面を用いて説明する。図８において、１１０は上肢機能回復訓練支援装置、１１２はキー入力装置、１２０は記憶装置および中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含むコンピュータを配置する基台部１２０、１２８は基部台１２０より立設され画像表示装置１２２を有する垂直部１２４および垂直部１２４の上端部より基台部１２０の上方に水平に張り出す支持部１２６とを備える装置本体、１３０は支持部１２６に吊下げられて３次元方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に移動可能で異なる軸について回転可能な上肢吊下支持装置である。
上記の構成において、患者が上肢の訓練を行う場合、訓練目標に対して患者の訓練状態を図示されないセンサ手段により検出し、例えば目標軌道に対する実際の動作軌道の誤差、目標動作速度、目標回数あるいは目標時間に対する訓練の進捗度合いを、画像表示装置などを用いて患者の視聴覚にフィードバックして機能回復訓練を支援する。患者自身が、必要に応じて自分自身の訓練状態を視聴覚を通して認識できるので、やる気を持って機能回復訓練を実行できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の肢体機能回復訓練支援装置においては、訓練者の訓練中の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更しないため、成績が悪いとき、訓練者が訓練意欲を失い、効果的な訓練を行うことが期待できなかった。
したがって、本発明の目的は、訓練者に訓練中の成績を提示する場合、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる下肢訓練装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の下肢訓練装置は、訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し前記肢体を駆動する下肢訓練装置において、訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記訓練者が随意的に発生する力の大きさを検出する力検出部と、前記力検出部にて検出した結果とから前記訓練者の評価を行う評価関数を変更する訓練結果評価部と、前記訓練者が随意に発生する力の目標値を前記訓練者へ提示する訓練提示手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
第２の発明の下肢訓練装置は、前記力検出部にて検出された最大値と前記目標値とを比較し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合未満の場合は前記評価関数を下に凸で単調増加する関数に変更し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合以上の場合は前記評価関数として前記目標値を上に凸で単調増加する関数に変更することを特徴とするものである。
【０００８】
第３の発明の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部は、前記力検出部にて検出された最大値と前記目標値を比較し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合未満の場合は前記評価関数を対数関数で提示し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合以上の場合は前記評価関数を指数関数で提示することを特徴とするものである。
上記の発明によれば、訓練者に訓練中の成績を提示する場合、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
【０００９】
第４の発明の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部は、前記力検出部にて検出された最大値の一定割合を目標値とすることを特徴とするものである。
第４の発明の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値の（１００＋β）％を目標値とすることで、効果的な訓練を行うことができる。
【００１０】
第５の発明の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部は、画像を提示する視覚提示手段、音を提示する聴覚提示手段及び振動を提示する振動提示手段のいずれかの一つ以上を選択的に用いて、訓練者の随意的に発生する力の大きさを提示することを特徴とするものである。
第５の発明の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、画像を提示する視覚提示手段１０、音を提示する聴覚提示手段１３及び振動を提示する振動提示手段１６のいずれかを選択的に用いて、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを提示することで、訓練者が自分の訓練状態を認識しつつ訓練することができるため、効果的な訓練を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施形態】
本発明の第１の実施の形態の下肢訓練装置について図１に基づいて説明する。すなわち、図１において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、６は訓練者用提示手段、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者である。図２（ａ）は下に凸で単調増加する関数、図２（ｂ）は上に凸で単調増加する関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、上に凸で単調増加する関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、下に凸で単調増加する関数で提示する。訓練者への提示は訓練者用提示手段を用いて行う。例えば、訓練者が随意的に発生した力の大きさに応じて、Ｎ個のＬＥＤの点灯数を増減することにより訓練者へ提示する。
【００１２】
本実施の形態の下肢訓練装置は、訓練者９の肢体に装着した装置の動作によって訓練者９の肢体を訓練軌道８に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ５または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢訓練装置１において、コントローラ２内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部４と、前記コントローラ２内に訓練者９が随意的に発生する力の大きさを評価し訓練者９の訓練状態に応じて評価関数を変更する訓練結果評価部３と、訓練者９が随意的に発生する力の大きさを訓練者９へ提示する訓練者用提示手段６とを備え、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを下に凸で単調増加する関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを上に凸で単調増加する関数で提示することである。
【００１３】
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、訓練者９の肢体に装着した装置の動作によって訓練者９の肢体を訓練軌道８に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ５または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢訓練装置１において、コントローラ２内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部４と、前記コントローラ２内に訓練者９が随意的に発生する力の大きさを評価し訓練者９の訓練状態に応じて評価関数を変更する訓練結果評価部３と、訓練者９が随意的に発生する力の大きさを訓練者９へ提示する訓練者用提示手段６とを備え、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを下に凸で単調増加する関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを上に凸で単調増加する関数で提示することで、訓練者に訓練中の成績を提示する場合、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
【００１４】
本発明の第２の実施の形態の下肢訓練装置について図３に基づいて説明する。すなわち、図３において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者、１０は視覚提示手段、１１はＮ個のＬＥＤである。図４（ａ）は指数関数、図４（ｂ）は対数関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００１５】
以下では、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、８個のＬＥＤを用いて訓練者へ視覚提示する方法について説明する。訓練者の随意的に発生する力の大きさが目標値の０％以上となる場合を評価すると、対数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力が微小なときでもＬＥＤが多数点灯する。そこで、ここでは訓練者が随意的に発生する力の大きさが随意的に発生する力の大きさが目標とする力の大きさの１０％以上を評価する例を説明する。そして、１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００１６】
図４（ａ）に示す指数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｅｘｐ（２．０８×（Ｐ−０．１Ｒ）／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。
【００１７】
図４（ｂ）に示す対数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｌｏｇ１０（（Ｐ−０．１Ｒ）×１０８／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、
Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。指数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力の大きさが目標値の８０％以上の場合、ＬＥＤが５個点灯する。
【００１８】
上記のように、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、指数関数と対数関数を切り換え、訓練者用提示手段を用いることで訓練者へ訓練状態を提示する。本実施の形態の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示することである。
【００１９】
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示することで、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
【００２０】
本発明の第３の実施の形態の下肢訓練装置について図３、図４、図５に基づいて説明する。
すなわち、図３において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者、１０は視覚提示手段、１１はＮ個のＬＥＤである。図５は１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの履歴、図４（ａ）は指数関数、図４（ｂ）は対数関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練において訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸを求め、目標値ＲＮを（１＋β／１００）ＦＭＡＸとする。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮのα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮのα％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮのα％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２１】
以下では、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値の１１０％を目標値とし、訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断するとともに、８個のＬＥＤを用いて訓練者へ視覚提示する方法について説明する。訓練者の随意的に発生する力の大きさが目標値の０％以上となる場合を評価すると、対数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力が微小なときでもＬＥＤが多数点灯する。そこで、ここでは訓練者が随意的に発生する力の大きさが随意的に発生する力の大きさが目標とする力の大きさの１０％以上を評価する例を説明する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸを求め、目標値ＲＮを１．１ＦＭＡＸとする。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮの８０％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮの８０％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２２】
図４（ａ）に示す指数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１ＲＮのとき
Ｎ＝０
（２）０．１ＲＮ＜Ｐ＜ＲＮのとき
Ｎ＝Ｅｘｐ（２．０８×（Ｐ−０．１ＲＮ）／０．９ＲＮ）
（３）Ｐ＞ＲＮのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
ＲＮ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。
図４（ｂ）に示す対数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１ＲＮのとき
Ｎ＝０
（２）０．１ＲＮ＜Ｐ＜ＲＮのとき
Ｎ＝Ｌｏｇ１０（（Ｐ−０．１ＲＮ）×１０８／０．９ＲＮ）
（３）Ｐ＞ＲＮのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
ＲＮ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。指数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力の大きさが目標値の８０％以上の場合、ＬＥＤが５個点灯する。
【００２３】
上記のように、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断するとともに、指数関数と対数関数を切り換え、訓練状態を訓練者用提示手段を用いることで訓練者へ提示する。本実施の形態の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値の（１００＋β）％を目標値とするものである。
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値の（１００＋β）％を目標値とすることで、効果的な訓練を行うことができる。
【００２４】
本発明の第４の実施の形態の下肢訓練装置について図６に基づいて説明する。すなわち、図６において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者、１０は視覚提示手段、１２はＮ個のレベルメータ、１３は聴覚提示手段、１４は音声発生装置、１５はスピーカー、１６は振動提示手段、１７はバイブレータである。図７（ａ）は指数関数、図７（ｂ）は対数関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練結果評価部が視覚提示手段、聴覚提示手段、振動提示手段のいずれかを選択的に用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練結果評価部が視覚提示手段、聴覚提示手段、振動提示手段のいずれかを選択的に用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２５】
以下では、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、８個のレベルメータを用いて訓練者へ視覚提示する方法について説明する。訓練者の随意的に発生する力の大きさが目標値の０％以上となる場合を評価すると、対数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力が微小なときでもレベルメータが多数点灯する。そこで、ここでは訓練者が随意的に発生する力の大きさが随意的に発生する力の大きさが目標とする力の大きさの１０％以上を評価する例を説明する。そして、１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２６】
図７（ａ）に示す指数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｅｘｐ（２．０８×（Ｐ−０．１Ｒ）／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：レベルメータの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のレベルメータが点灯）
である。
図７（ｂ）に示す対数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｌｏｇ１０（（Ｐ−０．１Ｒ）×１０８／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：レベルメータの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のレベルメータが点灯）
である。指数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力の大きさが目標値の８０％以上の場合、レベルメータが５個点灯する。
【００２７】
また、聴覚提示方法について説明する。訓練者が随意的に発生する力の大きさが大きくなるほど高音を提示する。評価関数の切り替えについては視覚提示と同様の方法で行う。
さらに、振動提示方法について説明する。訓練者が随意的に発生する力の大きさが大きくなるほど振動数を増加し提示する。評価関数の切り替えについては視覚提示と同様の方法で行う。
【００２８】
上記のように、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、指数関数と対数関数を切り換え、訓練状態を視覚提示手段、聴覚提示手段、振動提示手段のいずれかを選択的に用いることで訓練者へ提示する。
本実施の形態の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部３が、画像を提示する視覚提示手段１０、音を提示する聴覚提示手段１３及び振動を提示する振動提示手段１６のいずれかを選択的に用いて、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを提示することである。
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、画像を提示する視覚提示手段１０、音を提示する聴覚提示手段１３及び振動を提示する振動提示手段１６のいずれかを選択的に用いて、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを提示することで、訓練者が自分の訓練状態を認識しつつ訓練することができるため、効果的な訓練を行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
また、訓練者が自分の訓練状態を認識しつつ訓練することができるため、効果的な訓練を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の下肢訓練装置のシステム構成図である。
【図２】（ａ）評価関数が下に凸で単調増加する関数を示す図である。（ｂ）評価関数が上に凸で単調増加する関数を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の下肢訓練装置のシステム構成図である。
【図４】（ａ）評価関数が指数関数を示す図である。（ｂ）評価関数が対数関数を示す図である。
【図５】訓練者の発生させた力の履歴を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態の下肢訓練装置のシステム構成図である。
【図７】（ａ）本発明の第４の実施の形態の指数関数を示す図である。（ｂ）本発明の第４の実施の形態の対数関数を示す図である。
【図８】従来の肢体機能回復訓練支援装置を示す図である。
【符号の説明】
１下肢訓練装置
２コントローラ
３訓練結果評価部
４訓練データ記憶部
５力センサ
６訓練者用提示手段
７操作パネル
８訓練軌道
９訓練者
１０視覚提示手段
１１Ｎ個のＬＥＤ
１２Ｎ個のレベルメータ
１３聴覚提示手段
１４音声発生装置
１５スピーカー
１６振動提示手段
１７バイブレータ
１１０ 上肢機能回復訓練支援装置
１１２ キー入力装置
１１４ 記憶装置
１１６ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１１８ コンピュータ
１２２ 画像表示装置
１２８ 装置本体
１３０ 上肢吊下支持装置
１５４〜１５８ 直線駆動装置
１６０〜１６４ 回転駆動装置
１６６ センサ装置（変位センサおよび力センサを含む）
１６８ Ｉ／Ｏインタフェース（入出力インタフェース）
１７０ 増幅器
１７２ Ａ／Ｄ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、運動機能や脳機能などに傷害を持つ患者を対象とし、リハビリテーションを行っている患者の状態を計測し、リハビリ内容を、画像、音響、力触覚として提示するリハビリテーション支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の肢体機能回復訓練支援装置においては、患者が訓練継続意識を持って上肢の機能回復訓練を行うことができる装置であった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７１１８０号公報
【０００４】
以下、簡単に図面を用いて説明する。図８において、１１０は上肢機能回復訓練支援装置、１１２はキー入力装置、１２０は記憶装置および中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含むコンピュータを配置する基台部１２０、１２８は基部台１２０より立設され画像表示装置１２２を有する垂直部１２４および垂直部１２４の上端部より基台部１２０の上方に水平に張り出す支持部１２６とを備える装置本体、１３０は支持部１２６に吊下げられて３次元方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に移動可能で異なる軸について回転可能な上肢吊下支持装置である。
上記の構成において、患者が上肢の訓練を行う場合、訓練目標に対して患者の訓練状態を図示されないセンサ手段により検出し、例えば目標軌道に対する実際の動作軌道の誤差、目標動作速度、目標回数あるいは目標時間に対する訓練の進捗度合いを、画像表示装置などを用いて患者の視聴覚にフィードバックして機能回復訓練を支援する。患者自身が、必要に応じて自分自身の訓練状態を視聴覚を通して認識できるので、やる気を持って機能回復訓練を実行できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の肢体機能回復訓練支援装置においては、訓練者の訓練中の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更しないため、成績が悪いとき、訓練者が訓練意欲を失い、効果的な訓練を行うことが期待できなかった。
したがって、本発明の目的は、訓練者に訓練中の成績を提示する場合、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる下肢訓練装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の下肢訓練装置は、訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し前記肢体を駆動する下肢訓練装置において、訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、前記訓練者が随意的に発生する力の大きさを検出する力検出部と、前記力検出部にて検出した結果とから前記訓練者の評価を行う評価関数を変更する訓練結果評価部と、前記訓練者が随意に発生する力の目標値を前記訓練者へ提示する訓練提示手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
第２の発明の下肢訓練装置は、前記力検出部にて検出された最大値と前記目標値とを比較し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合未満の場合は前記評価関数を下に凸で単調増加する関数に変更し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合以上の場合は前記評価関数として前記目標値を上に凸で単調増加する関数に変更することを特徴とするものである。
【０００８】
第３の発明の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部は、前記力検出部にて検出された最大値と前記目標値を比較し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合未満の場合は前記評価関数を対数関数で提示し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合以上の場合は前記評価関数を指数関数で提示することを特徴とするものである。
上記の発明によれば、訓練者に訓練中の成績を提示する場合、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
【０００９】
第４の発明の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部は、前記力検出部にて検出された最大値の一定割合を目標値とすることを特徴とするものである。
第４の発明の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値の（１００＋β）％を目標値とすることで、効果的な訓練を行うことができる。
【００１０】
第５の発明の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部は、画像を提示する視覚提示手段、音を提示する聴覚提示手段及び振動を提示する振動提示手段のいずれかの一つ以上を選択的に用いて、訓練者の随意的に発生する力の大きさを提示することを特徴とするものである。
第５の発明の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、画像を提示する視覚提示手段１０、音を提示する聴覚提示手段１３及び振動を提示する振動提示手段１６のいずれかを選択的に用いて、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを提示することで、訓練者が自分の訓練状態を認識しつつ訓練することができるため、効果的な訓練を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施形態】
本発明の第１の実施の形態の下肢訓練装置について図１に基づいて説明する。すなわち、図１において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、６は訓練者用提示手段、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者である。図２（ａ）は下に凸で単調増加する関数、図２（ｂ）は上に凸で単調増加する関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、上に凸で単調増加する関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、下に凸で単調増加する関数で提示する。訓練者への提示は訓練者用提示手段を用いて行う。例えば、訓練者が随意的に発生した力の大きさに応じて、Ｎ個のＬＥＤの点灯数を増減することにより訓練者へ提示する。
【００１２】
本実施の形態の下肢訓練装置は、訓練者９の肢体に装着した装置の動作によって訓練者９の肢体を訓練軌道８に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ５または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢訓練装置１において、コントローラ２内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部４と、前記コントローラ２内に訓練者９が随意的に発生する力の大きさを評価し訓練者９の訓練状態に応じて評価関数を変更する訓練結果評価部３と、訓練者９が随意的に発生する力の大きさを訓練者９へ提示する訓練者用提示手段６とを備え、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを下に凸で単調増加する関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを上に凸で単調増加する関数で提示することである。
【００１３】
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、訓練者９の肢体に装着した装置の動作によって訓練者９の肢体を訓練軌道８に沿って繰り返し訓練を行う目的で、装置に取り付けられた力センサ５または位置・角度センサのセンシング情報をもとに、力制御または位置制御によって装置の動作を制御する下肢訓練装置１において、コントローラ２内に訓練データを記憶する訓練データ記憶部４と、前記コントローラ２内に訓練者９が随意的に発生する力の大きさを評価し訓練者９の訓練状態に応じて評価関数を変更する訓練結果評価部３と、訓練者９が随意的に発生する力の大きさを訓練者９へ提示する訓練者用提示手段６とを備え、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを下に凸で単調増加する関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを上に凸で単調増加する関数で提示することで、訓練者に訓練中の成績を提示する場合、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
【００１４】
本発明の第２の実施の形態の下肢訓練装置について図３に基づいて説明する。すなわち、図３において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者、１０は視覚提示手段、１１はＮ個のＬＥＤである。図４（ａ）は指数関数、図４（ｂ）は対数関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００１５】
以下では、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、８個のＬＥＤを用いて訓練者へ視覚提示する方法について説明する。訓練者の随意的に発生する力の大きさが目標値の０％以上となる場合を評価すると、対数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力が微小なときでもＬＥＤが多数点灯する。そこで、ここでは訓練者が随意的に発生する力の大きさが随意的に発生する力の大きさが目標とする力の大きさの１０％以上を評価する例を説明する。そして、１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００１６】
図４（ａ）に示す指数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｅｘｐ（２．０８×（Ｐ−０．１Ｒ）／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。
【００１７】
図４（ｂ）に示す対数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｌｏｇ１０（（Ｐ−０．１Ｒ）×１０８／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、
Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。指数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力の大きさが目標値の８０％以上の場合、ＬＥＤが５個点灯する。
【００１８】
上記のように、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、指数関数と対数関数を切り換え、訓練者用提示手段を用いることで訓練者へ訓練状態を提示する。本実施の形態の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示することである。
【００１９】
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示し、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示することで、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
【００２０】
本発明の第３の実施の形態の下肢訓練装置について図３、図４、図５に基づいて説明する。
すなわち、図３において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者、１０は視覚提示手段、１１はＮ個のＬＥＤである。図５は１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの履歴、図４（ａ）は指数関数、図４（ｂ）は対数関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練において訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸを求め、目標値ＲＮを（１＋β／１００）ＦＭＡＸとする。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮのα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮのα％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮのα％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２１】
以下では、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値の１１０％を目標値とし、訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断するとともに、８個のＬＥＤを用いて訓練者へ視覚提示する方法について説明する。訓練者の随意的に発生する力の大きさが目標値の０％以上となる場合を評価すると、対数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力が微小なときでもＬＥＤが多数点灯する。そこで、ここでは訓練者が随意的に発生する力の大きさが随意的に発生する力の大きさが目標とする力の大きさの１０％以上を評価する例を説明する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸを求め、目標値ＲＮを１．１ＦＭＡＸとする。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮの８０％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値ＦＭＡＸが目標値ＲＮの８０％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２２】
図４（ａ）に示す指数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１ＲＮのとき
Ｎ＝０
（２）０．１ＲＮ＜Ｐ＜ＲＮのとき
Ｎ＝Ｅｘｐ（２．０８×（Ｐ−０．１ＲＮ）／０．９ＲＮ）
（３）Ｐ＞ＲＮのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
ＲＮ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。
図４（ｂ）に示す対数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１ＲＮのとき
Ｎ＝０
（２）０．１ＲＮ＜Ｐ＜ＲＮのとき
Ｎ＝Ｌｏｇ１０（（Ｐ−０．１ＲＮ）×１０８／０．９ＲＮ）
（３）Ｐ＞ＲＮのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：ＬＥＤの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
ＲＮ：目標とする力の大きさ（８個目のＬＥＤが点灯）
である。指数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力の大きさが目標値の８０％以上の場合、ＬＥＤが５個点灯する。
【００２３】
上記のように、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断するとともに、指数関数と対数関数を切り換え、訓練状態を訓練者用提示手段を用いることで訓練者へ提示する。本実施の形態の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値の（１００＋β）％を目標値とするものである。
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、１回前の繰り返し訓練における訓練者９の随意的に発生した力の大きさの最大値の（１００＋β）％を目標値とすることで、効果的な訓練を行うことができる。
【００２４】
本発明の第４の実施の形態の下肢訓練装置について図６に基づいて説明する。すなわち、図６において、１は下肢訓練装置、２はコントローラ、３は訓練結果評価部、４は訓練データ記憶部、５は力センサ、７は操作パネル、８は訓練軌道、９は訓練者、１０は視覚提示手段、１２はＮ個のレベルメータ、１３は聴覚提示手段、１４は音声発生装置、１５はスピーカー、１６は振動提示手段、１７はバイブレータである。図７（ａ）は指数関数、図７（ｂ）は対数関数である。医師や理学療法士が、訓練者が随意的に発生する力の大きさの目標値を操作パネルに入力すると、訓練データ記憶部が目標値を記憶する。そして、訓練者が訓練軌道に沿って自動介助運動訓練を繰り返し行い、訓練者が随意的に発生する力の大きさを力センサを用いて計測し、訓練データ記憶部が訓練者の随意的に発生した力の大きさを記憶する。訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値を求め、訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上か未満か判断する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％未満の場合、訓練結果評価部が視覚提示手段、聴覚提示手段、振動提示手段のいずれかを選択的に用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値のα％以上の場合、訓練結果評価部が視覚提示手段、聴覚提示手段、振動提示手段のいずれかを選択的に用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２５】
以下では、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、８個のレベルメータを用いて訓練者へ視覚提示する方法について説明する。訓練者の随意的に発生する力の大きさが目標値の０％以上となる場合を評価すると、対数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力が微小なときでもレベルメータが多数点灯する。そこで、ここでは訓練者が随意的に発生する力の大きさが随意的に発生する力の大きさが目標とする力の大きさの１０％以上を評価する例を説明する。そして、１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％未満の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを対数関数で提示する。１回前の繰り返し訓練において、訓練者が随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上の場合、訓練結果評価部が訓練者用提示手段を用いることで、訓練者の随意的に発生する力の大きさを指数関数で提示する。
【００２６】
図７（ａ）に示す指数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｅｘｐ（２．０８×（Ｐ−０．１Ｒ）／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：レベルメータの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のレベルメータが点灯）
である。
図７（ｂ）に示す対数関数提示について説明すると、
（１）Ｐ＜０．１Ｒのとき
Ｎ＝０
（２）０．１Ｒ＜Ｐ＜Ｒのとき
Ｎ＝Ｌｏｇ１０（（Ｐ−０．１Ｒ）×１０８／０．９Ｒ）
（３）Ｐ＞Ｒのとき
Ｎ＝８
ただし、Ｎ：レベルメータの点灯数、Ｐ：訓練者が随意的に発生する力の大きさ、
Ｒ：目標とする力の大きさ（８個目のレベルメータが点灯）
である。指数関数提示の場合、訓練者が随意的に発生する力の大きさが目標値の８０％以上の場合、レベルメータが５個点灯する。
【００２７】
また、聴覚提示方法について説明する。訓練者が随意的に発生する力の大きさが大きくなるほど高音を提示する。評価関数の切り替えについては視覚提示と同様の方法で行う。
さらに、振動提示方法について説明する。訓練者が随意的に発生する力の大きさが大きくなるほど振動数を増加し提示する。評価関数の切り替えについては視覚提示と同様の方法で行う。
【００２８】
上記のように、訓練結果評価部が、１回前の繰り返し訓練における訓練者の随意的に発生した力の大きさの最大値が目標値の８０％以上か未満か判断し、指数関数と対数関数を切り換え、訓練状態を視覚提示手段、聴覚提示手段、振動提示手段のいずれかを選択的に用いることで訓練者へ提示する。
本実施の形態の下肢訓練装置は、前記訓練結果評価部３が、画像を提示する視覚提示手段１０、音を提示する聴覚提示手段１３及び振動を提示する振動提示手段１６のいずれかを選択的に用いて、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを提示することである。
本実施の形態の下肢訓練装置によれば、前記訓練結果評価部３が、画像を提示する視覚提示手段１０、音を提示する聴覚提示手段１３及び振動を提示する振動提示手段１６のいずれかを選択的に用いて、訓練者９の随意的に発生する力の大きさを提示することで、訓練者が自分の訓練状態を認識しつつ訓練することができるため、効果的な訓練を行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、肢体の訓練を行っている訓練者の成績が良いときと悪いときで、評価関数を変更し、目標値を変更することなく、かつ訓練者が訓練意欲を失うことなく、効果的な訓練を行うことができる。
また、訓練者が自分の訓練状態を認識しつつ訓練することができるため、効果的な訓練を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の下肢訓練装置のシステム構成図である。
【図２】（ａ）評価関数が下に凸で単調増加する関数を示す図である。（ｂ）評価関数が上に凸で単調増加する関数を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の下肢訓練装置のシステム構成図である。
【図４】（ａ）評価関数が指数関数を示す図である。（ｂ）評価関数が対数関数を示す図である。
【図５】訓練者の発生させた力の履歴を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態の下肢訓練装置のシステム構成図である。
【図７】（ａ）本発明の第４の実施の形態の指数関数を示す図である。（ｂ）本発明の第４の実施の形態の対数関数を示す図である。
【図８】従来の肢体機能回復訓練支援装置を示す図である。
【符号の説明】
１下肢訓練装置
２コントローラ
３訓練結果評価部
４訓練データ記憶部
５力センサ
６訓練者用提示手段
７操作パネル
８訓練軌道
９訓練者
１０視覚提示手段
１１Ｎ個のＬＥＤ
１２Ｎ個のレベルメータ
１３聴覚提示手段
１４音声発生装置
１５スピーカー
１６振動提示手段
１７バイブレータ
１１０ 上肢機能回復訓練支援装置
１１２ キー入力装置
１１４ 記憶装置
１１６ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１１８ コンピュータ
１２２ 画像表示装置
１２８ 装置本体
１３０ 上肢吊下支持装置
１５４〜１５８ 直線駆動装置
１６０〜１６４ 回転駆動装置
１６６ センサ装置（変位センサおよび力センサを含む）
１６８ Ｉ／Ｏインタフェース（入出力インタフェース）
１７０ 増幅器
１７２ Ａ／Ｄ変換器
Claims (5)
- 訓練者の肢体を訓練軌道に沿って繰り返し前記肢体を駆動する下肢訓練装置において、
訓練データを記憶する訓練データ記憶部と、
前記訓練者が随意的に発生する力の大きさを検出する力検出部と、
前記力検出部にて検出した結果とから前記訓練者の評価を行う評価関数を変更する訓練結果評価部と、
前記訓練者が随意に発生する力の目標値を前記訓練者へ提示する訓練提示手段とを備えることを特徴とする下肢訓練装置。 - 前記訓練結果評価部は、前記力検出部にて検出された最大値と前記目標値とを比較し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合未満の場合は前記評価関数を下に凸で単調増加する関数に変更し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合以上の場合は前記評価関数として前記目標値を上に凸で単調増加する関数に変更することを特徴とする請求項１記載の下肢訓練装置。
- 前記訓練結果評価部は、前記力検出部にて検出された最大値と前記目標値を比較し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合未満の場合は前記評価関数を対数関数で提示し、前記最大値が前記目標値に対して一定割合以上の場合は前記評価関数を指数関数で提示することを特徴とする請求項１記載の下肢訓練装置。
- 前記訓練結果評価部は、前記力検出部にて検出された最大値の一定割合を目標値とすることを特徴とする請求項１記載の下肢訓練装置。
- 前記訓練結果評価部は、画像を提示する視覚提示手段、音を提示する聴覚提示手段及び振動を提示する振動提示手段のいずれかの一つ以上を選択的に用いて、訓練者の随意的に発生する力の大きさを提示することを特徴とする請求項１乃至４記載の下肢訓練装置。
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