JP2005040286A - 歩行訓練装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】在宅で利用でき、人の歩行の補助ができ、上下運動を行うことができる安全で安価な歩行訓練装置を提供する。
【解決手段】モータ３に連結された回転駆動部４と、この回転駆動部４に連動して上下動する昇降部５と、この昇降部５の上部に設けられた一対の足載せ台６ａとを備え、回転駆動部４は、基台上に並設されて両側には右ねじ８ａと左ねじ８ｂがそれぞれ形成され、軸受を介して回転自在に支承された一対の回転軸８を備え、昇降部５は、右ねじ８ａと左ねじ８ｂにそれぞれ螺合するナット１０に固定された台座１２と、これら台座１２と足載せ台６間に揺動自在に軸支された脚部材１７を備え、回転軸８の回転によって足載せ台６ａを交互に上下動させた。
【選択図】 図４
【解決手段】モータ３に連結された回転駆動部４と、この回転駆動部４に連動して上下動する昇降部５と、この昇降部５の上部に設けられた一対の足載せ台６ａとを備え、回転駆動部４は、基台上に並設されて両側には右ねじ８ａと左ねじ８ｂがそれぞれ形成され、軸受を介して回転自在に支承された一対の回転軸８を備え、昇降部５は、右ねじ８ａと左ねじ８ｂにそれぞれ螺合するナット１０に固定された台座１２と、これら台座１２と足載せ台６間に揺動自在に軸支された脚部材１７を備え、回転軸８の回転によって足載せ台６ａを交互に上下動させた。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行機能回復のための訓練を行なう歩行訓練装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、年齢が高くなり脚力が衰えた人や、病気や事故により歩行機能に障害が生じた人に対して、歩行機能を向上・回復・維持する訓練の必要性が高くなってきている。このような人達に対して歩行機能を回復させるリハビリテーションや訓練は重要であり、その主な手段として歩行訓練装置がある。
【０００３】
従来の歩行訓練装置としては、無限軌道ベルトが設けられた歩行部を備えたトレッドミルと呼ばれるものがある。この歩行訓練装置においては、無限軌道ベルトが被被訓練者の右足用・左足用に分離されたものもあり、左右の無限軌道ベルトが別々に設定された速度で駆動され、片足麻痺の患者でも無限軌道ベルトの速度に歩調を合わせ、立ち居での歩行訓練が行なえる。
【０００４】
しかしながら、このような歩行訓練装置では、無限軌道ベルトは設定された一定速度でしか移動できないため、被被訓練者が一定の歩調で歩行訓練を行なって筋力向上を図るには有意義であるが、歩調の乱れを被被訓練者が自ら補正する、所謂転倒防止訓練等を行なうには充分ではない。
【０００５】
こうした問題を解決したものとして、図１３および図１４に示すような歩行訓練装置が知られている。この歩行訓練装置５１は、無限軌道ベルト５２が設けられ、無限軌道ベルト５２上で被被訓練者が歩行訓練を行なう歩行部６０と、無限軌道ベルト５２を駆動する駆動部５３と、駆動部５３を制御して無限軌道ベルト５２の速度を調整する制御部５４とを備えている。また、制御部５４には、無限軌道ベルト５２の速度、およびその速度を変化させるタイミング等のデータが入力されるデータ入力部５５が接続されている。
【０００６】
無限軌道ベルト５２は、被被訓練者の右足用ベルト５２ａと左足用ベルト５２ｂとに分離されている。また、駆動部５３も、右駆動部５３ａと左駆動部５３ｂとに分離され、サーボモータ等のアクチュエータで構成されている。駆動部５３ａ、５３ｂにはパルスエンコーダ等の位置検出器７０ａ、７０ｂがそれぞれ取付けられ、駆動部５３ａ、５３ｂの回転に伴ってパルスを出力し、このパルス信号は制御部５４に入力される。制御部５４には、ＣＰＵとパルス信号をカウントするカウンタが設けられており、カウントデータに基き、駆動部５３ａ、５３ｂの現在の回転速度を算出すると共に、無限軌道ベルト５２ａ、５２ｂがデータ入力部５５から入力設定された速度となるように駆動部５３ａ、５３ｂに流す制御電流を調節する。
【０００７】
さらに、被被訓練者の身体を支持する介助部５６と、被被訓練者の腰に腰ベルト５７を装着し、介助部５６の先端に腰ベルト５７を接続している。これにより、被被訓練者が訓練中に転倒しそうになっても安全に訓練を行なうことができると共に、被被訓練者の下肢神経の感覚統合の機能（バランス機能）を強め、被被訓練者は転倒予防訓練を行なうことができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３３６３１５号公報（第３、４頁、第１、２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の歩行訓練装置は受動的な制御であるため、ある程度歩行機能が回復している状態でないと訓練ができないといった課題があった。さらに、映像部５８により、被被訓練者に視覚的刺激を与え、被被訓練者は映像部５８を見ながら快適に歩行訓練を行なえるよう工夫がなされた装置も市販されているが、装置自体が高価なために、病院等、限られた施設でしか利用できなく、被被訓練者が在宅で気軽に毎日訓練が行なえないという問題があった。
【００１０】
また、歩行というのは、重心の揺動、脚の屈伸等を組み合わせた全身で行なう周期的な運動であり、足の運動は前後、上下、回転運動を含んでいる。これらの運動のうち、歩行障害者は特に上下運動を行うことが難しい。したがって、人の歩行訓練においては、水平方向の運動補助だけでなく、脚部の上下運動を補助することが重要である。このような知見に基き、歩行訓練によって歩行に必要な全身の感覚を取り戻すため、本発明に係る歩行訓練装置を開発するに至った。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、在宅で利用でき、人の歩行の補助ができる上下運動を行うことができる安全で安価な歩行訓練装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、前記回転駆動部は、前記基台上に並設されて両側には右ねじと左ねじがそれぞれ形成され、軸受を介して回転自在に支承された一対の回転軸を備え、前記昇降部は、前記右ねじと左ねじにそれぞれ螺合するナットに固定された台座と、これら台座と前記足載せ台間に揺動自在に軸支された脚部材を備え、前記回転軸の回転によって前記足載せ台を交互に上下動させる構成を採用したので、動力として家庭用１００Ｖ電源のモータで動作可能となる。したがって、在宅で気軽に毎日利用することができ、かつ、簡単な構成で、安全で安価な歩行訓練装置を提供することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明のように、前記基台と足載せ台間に伸縮自在な弾性部材を配設すれば、この弾性部材の復元力によってモータの負荷トルクが軽減でき、足載せ台の昇降動作をスムーズにすることができる。
【００１４】
好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記弾性部材が、立設した支持軸に外挿されたコイルばねからなり、前記足載せ台が左右水平状態よりも下方にある時にそのばね力が発生するように設定されていれば、足載せ台が左右水平状態になるまでの下降過程では、この弾性部材が圧縮されるようなことはなく、弾性部材の復元力が抵抗となってモータに負荷がかかるようなことはない。したがって、モータの負荷トルクが軽減されると共に、一層足載せ台の昇降動作をスムーズにすることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、前記足載せ台が左右水平状態になる時、前記脚部材と水平面とのなす角度を４０〜５０°の範囲に設定したので、回転軸に対する水平方向の力を軽減でき、モータの負荷トルクを軽減することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、前記回転軸の回転を前記モータにより変化させ、前記足載せ台の昇降量と昇降速度および時間当たりの昇降数を可変としたので、歩行障害程度に応じた訓練メニューを設定することができ、効果的な歩行機能の回復訓練を行うことができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、前記足載せ台に圧力センサを装着し、この圧力センサの信号を制御部に入力して前記モータを制御したので、被訓練者の機能回復度合いに応じた効率的な訓練を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、予め採取した歩行の運動軌跡の成分に基き、この運動軌跡を歩行補助運動として再現し、この歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を被訓練者の障害程度に応じて前記モータで制御するようにしたので、予め測定・構築した運動軌跡等に基き、歩行補助運動の振幅・振動数・波形等を適宜設定・制御することができ、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率良く行い、歩行機能の回復を促すことができる。さらに、加減速時間や待機時間等を設定することにより、足載せ台を一定のパターンで昇降させるだけでなく、様々なパターンで行うこともでき、訓練意欲を高め、快適なリハビリを行うことができる。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、前記歩行の運動軌跡の上下方向の成分と、予め採取した歩行時の足に負荷される荷重成分に基き、歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を前記モータで制御し、前記歩行補助運動を直立した被訓練者の足裏から付与したので、重心の揺動を感じながら足の屈曲を促し、歩行機能の回復を効率的に行うことができる。
【００２０】
好ましくは、請求項９に記載の発明のように、前記歩行の運動軌跡の成分が、健常者と歩行障害者、あるいは障害程度の異なる歩行障害者との比較において構築されたデータであれば、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率良く段階的に選択して行うことができ、歩行機能の回復を促すことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る歩行訓練装置の第１の実施形態を示す平面図、図２は図１の正面図、図３および図４は、それぞれの要部拡大図で、図１における紙面下側（被訓練者を基準にすると右側）を表している。また、図５は、回転駆動部を示す要部平面図である。
【００２２】
この歩行訓練装置１は、基台２上に設けられ、モータ３に連結された回転駆動部４と、この回転駆動部４に連動して上下動する昇降部５と、この昇降部５の上部に設けられた一対の足載せ台６とからなっている。また、基台２の左右両側からは上方に向かって一対のフレーム（図示せず）が一体的に立設されている。そして、これらフレームの上端同士が門の字型のアームバー（図示せず）によって互いに連結されている。被訓練者はこのアームバーに支持された状態で、足載せ台６にそれぞれ左右の足を載せて歩行訓練をすることになる。
【００２３】
回転駆動部４は、基台２上に並設され、軸受７を介して回転自在に支承された一対の回転軸８、９を備えている。これら回転軸８、９の両側には台形ねじからなるハイリードの右ねじ８ａ、９ａと左ねじ８ｂ、９ｂがそれぞれ形成されている。そして、これら右ねじ８ａ、９ａ、左ねじ８ｂ、９ｂにはそれぞれナット１０が螺合されている。ナット１０の外周にはフランジ１０ａが一体に突設され、これらのフランジ１０ａに固着された取付金具１１を介して台座１２が載置されている（図５参照）。なお、ここでは、台形ねじが形成された回転軸８、９にナット１０を外挿した滑りねじ手段を例示したが、これに限らず、無論他の形状のねじであっても良いし、また、回転軸とナット間に無数のボールを転動自在に介装したボールねじであっても良い。
【００２４】
図３および図４に示すように、昇降部５は、足載せ台６ａ（被訓練者の右足を載せる方の足載せ台）の下面と台座１２の上面にそれぞれ設けられた支持部１３、１４と、これら支持部１３、１４に枢軸１５、１６を介して揺動自在に支持された脚部材１７とからなる。足載せ台６ａには一対の支持部１３ａ、１３ｂが前後（図中左右）に配設され、これら支持部１３ａ、１３ｂには枢軸１５ａ、１５ｂが架設されている。そして、これら枢軸１５ａ、１５ｂにはそれぞれ一対の脚部材１７ａ、１７ｂが揺動自在に支承されている。
【００２５】
一方、台座１２は、右ねじ８ａ側（図中右側）の第１の台座１２ａと、左ねじ８ｂ側（図中左側）の第２の台座１２ｂとからなる。台座１２ａ、１２ｂには一対の支持部１４ａ、１４ｂが前後（図中左右）に配設され、これら支持部１４ａ、１４ｂには枢軸１６ａ、１６ｂが架設されている。そして、これら枢軸１６ａ、１６ｂには脚部材１７ａ、１７ｂが揺動自在に支承されている。
【００２６】
図１および図５において、一対の回転軸８、９の一端部と、モータ３にカップリング１８を介して連結された中間軸１９には図示しないスプロケットが固着されている。これらのスプロケットにはタイミングベルト２０が噛合し、このタイミングベルト２０を介してモータ３の回転が一対の回転軸８、９に伝達される。なお、本実施形態では、モータ３にＡＣサーボモータを使用すると共に、回転軸８、９の回転数、ナット１０の移動量、および加減速時間等のパラメータを制御部（図示せず）によって制御し、所望の上下運動を行っている。
【００２７】
次に、図２を使って、本実施形態の作動について説明する。モータ３を駆動させると、タイミングベルト２０を介して一対の回転軸８、９が同じ方向に回転し、ナット１０が水平方向に移動する。すると、これらナット１０に固定されている第１の台座１２ａと第２の台座１２ｂは、ナット１０と一体となって前後（図中左右）に移動する。これら台座１２ａ、１２ｂの移動に伴い、脚部材１７ａ、１７ｂは随時その傾斜角を変化させて揺動する。そして、脚部材１７ａ、１７ｂの揺動によって、これら脚部材１７ａ、１７ｂの上部に載置された左右の足載せ台６ａ、６ｂは上下動を行い、昇降動作を繰り返す。したがって、人の歩行訓練における脚部の上下運動を補助することができる。
【００２８】
図６は、回転駆動部４と昇降部５を示す説明図であるが、足載せ台６ａが下方に降下するに伴い、回転軸８に対して水平方向の力が増加し、モータ３に大きな負荷トルクが生じる。この負荷トルクが大きくなるとスムーズな回転が阻害されるため、容量の大きなモータを使用しなければならなくなり、在宅における歩行訓練装置としては好ましくない。したがって、家庭用電源である１００Ｖのモータ３を使用して、本出願人は種々な条件で試験を行った。図７のグラフは、体重８０ｋｇの人が常に全体重を足載せ台６ａにかけているとした場合、脚部材１７ａ、１７ｂのリンク角αと水平方向に生じる力Ｆとの関係を検証した結果を示している。
【００２９】
この結果からも判るように、左右の足載せ台６ａ、６ｂの基準位置（両者が水平になる位置）におけるリンク角α０を４０〜５０°の範囲に設定することが好ましい。基準位置のリンク角α０を４５°とした場合、足載せ台６ａ、６ｂの最大振幅（昇降量）を１５０ｍｍとすれば、脚部材１７ａ、１７ｂの最小リンク角αｍｉｎは２５°となる。この場合、例えば、リンク角α０が３５°の場合の最小リンク角αｍｉｎ１７°に比べ、水平方向の力Ｆは略３５％軽減できることが判った。ここで、基準位置におけるリンク角α０が４０°未満では、急激に水平方向の力Ｆが増大してモータ３に大きな負荷トルクが生じることになり、また、リンク角が５０°を超えると、モータ３の負荷トルクは僅かに減少するも、足載せ台６ａ、６ｂの高さが増大して被訓練者に不安感を与えるだけでなく、安全性の面からも好ましくない。
【００３０】
図８は、本発明に係る歩行訓練装置の第２の実施形態を示す要部拡大図である。なお、前述した第１の実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３１】
本実施形態では、前述した歩行訓練装置１において、基台２と足載せ台６ａとの間にコイルばね等からなる伸縮自在な弾性部材２１が配設されている。具体的には、一対の回転軸８、９の上方に門型の固定ブロック２２を跨架し、この固定ブロック２２の長手方向略中央部に支持軸（図示せず）を立設してこの支持軸にコイルばねを外挿すると共に、足載せ台６ａが基準位置よりも下方にある時にそのばね力が発生するように、すなわち、足載せ台６ａの基準位置で弾性部材２１が自然長となるように設定されている。したがって、足載せ台６ａが基準位置よりも上方にある時は、この足載せ台６ａと弾性部材２１とは接触していない。
【００３２】
図９のグラフは、体重８０ｋｇの人が常に全体重を足載せ台６ａにかけているとした場合、脚部材１７ａ、１７ｂのリンク角αと水平方向に生じる力Ｆとの関係を検証した結果を示している。設定条件は前述した図７の場合と同様であるが、弾性部材２１を装着した場合は、足載せ台６ａの下降に伴い弾性部材２１が圧縮され、そのばね力（復元力）によって被訓練者の体重をある程度支えることができるため、水平方向の力Ｆを最大で略４０％軽減することができた。ここで、図中、実線は弾性部材を装着した場合、破線は弾性部材がない場合を示している。また、弾性部材２１としては、全長３００ｍｍ、ばね定数３．０７Ｎ／ｍ、全たわみ２１５ｍｍからなるコイルばねを使用した。
【００３３】
このように、基台２と足載せ台６ａとの間に弾性部材２１を配設したので、回転軸８に対して発生する水平方向の力を軽減することができ、モータ３に大きな負荷トルクが生じない。したがって、一般家庭用の１００Ｖ電源によるモータであっても充分な駆動力を得ることができ、スムーズに足載せ台６ａを上下動させることができる。さらに、足載せ台６ａの基準位置でこの弾性部材２１が自然長となるように設定されているので、足載せ台６ａが基準位置までの下降過程では、この弾性部材２１が圧縮されるようなことはなく、弾性部材２１のばね力が抵抗となってモータ３に負荷がかかるようなことはなく、一層足載せ台６ａの昇降動作をスムーズにすることができる。
【００３４】
図１０は、モータ３の半周期における回転数の変化を示したグラフである。ここで、ｔ１は加速時間、ｔ２は定速時間、ｔ３は減速時間である。加減速を要するのは足載せ台６が下降から上昇に移行する時であって、この時の急激な反転による衝撃力を防止するため本実施形態では、ｔ１＝ｔ２＝ｔ３に設定している。また、回転数は正弦波的に加速・減速するようにし、足載せ台６の所望の振幅・振動数からモータ３の回転数を演算して各パラメータを設定している。
【００３５】
また、本出願人は、左右の足載せ台６ａ、６ｂの前後に歪ゲージ式のロードセル（図示せず）を取り付け、左右の足にかかる荷重を測定すると共に、歩行訓練時に、被訓練者の体の各部位にポジションセンサを装着させ、体の各部位（肩、大腿部、膝、足首の４箇所）の軌跡を測定した。ポジションセンサとしては赤外線ＬＥＤを使用し、その発光点の位置変化をＣＣＤカメラで撮影すると共に、その信号をセンサシステムに入力し、コンピュータに表示させるようにした。
【００３６】
図１１は、膝にポジションセンサを装着し検証した場合の一例を示している。ここで、モデル０は健常者、モデル１は右小脳出血、失調症、歩行器使用の患者を想定した被訓練者、モデル２は脳梗塞（中程度）、左片麻痺を想定し、左膝に装具を装着して膝の屈曲が充分にできない状態にした被訓練者の結果を示している。
【００３７】
図１１でも明らかなように、モデル１では、Ｘ（水平）方向、Ｙ（上下）方向の変位がモデル０に比べて小さく、モデル２においては、ほぼ直線に近い軌跡を呈しており、モデル１に比べ障害の程度が重く、膝が充分に屈曲できずにＹ方向にしか変位しないことが判る。これらの結果より、障害を持つ人の歩行というのは、足が真っ直ぐな棒のような状態となり、膝を充分に屈曲せず、すり足に近い歩行をしていることが判り、足載せ台６の上下動に合わせて足を屈曲させることが難しいと考えられる。したがって、本発明に係る歩行訓練装置において、膝の軌跡を測定することにより回復状態を判定することができ、被訓練者の症状に合った振幅を適宜選択して足載せ台６を昇降させることにより、重心の揺動を感じながら足の屈曲を促し、歩行機能の回復に寄与することができる。
【００３８】
図１２は、モデル２の足（踵部分）にかかる荷重を測定した結果の一例を示している。図１２（ａ）は、足載せ台の振幅４０ｍｍで振動数０．３Ｈｚ、（ｂ）は、振幅７０ｍｍで振動数０．３Ｈｚの条件で測定を行った結果を示している。なお、Ｒは右踵、Ｌは左踵を表している。
【００３９】
これらの検証結果から、振幅が大きくなると右の踵に大きな負荷が生じることが判る。これは障害を持つ左足に負担をかけないように右足でカバーしたためと考えられる。したがって、本発明に係る歩行訓練装置において、足載せ台６の振幅を徐々に大きくし、障害を持つ足に自重による負荷を少しずつ加えることで効率的な歩行機能の回復を促すことができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明に係る歩行訓練装置１は、動力として１００Ｖ電源のモータ３で動作可能なため、在宅で気軽に毎日利用でき、安全で安価な歩行訓練装置を提供することができると共に、予め測定・構築した運動軌跡等に基き、歩行補助運動の振幅・振動数・波形等を適宜設定・制御することができるので、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率よく行い、歩行機能の回復を促すことができる。さらに、加減速時間や待機時間等を設定することにより、足載せ台６を一定のパターンで昇降させるだけでなく、様々なパターンで行うこともでき、訓練意欲を高め、快適なリハビリを行うことができる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る歩行訓練装置は、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、前記回転駆動部は、前記基台上に並設されて両側には右ねじと左ねじがそれぞれ形成され、軸受を介して回転自在に支承された一対の回転軸を備え、前記昇降部は、前記右ねじと左ねじにそれぞれ螺合するナットに固定された台座と、これら台座と前記足載せ台間に揺動自在に軸支された脚部材を備え、前記回転軸の回転によって前記足載せ台を交互に上下動させる構成を採用したので、動力として家庭用１００Ｖ電源のモータで動作可能なため、在宅で気軽に毎日利用することができ、かつ、簡単な構成で、安全で安価な歩行訓練装置を提供することができる。
【００４３】
また、本発明に係る歩行訓練装置にあっては、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、予め採取した歩行の運動軌跡の成分に基き、この運動軌跡を歩行補助運動として再現し、この歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を被訓練者の障害程度に応じて前記モータで制御するようにしたので、予め測定・構築した運動軌跡等に基き、歩行補助運動の振幅・振動数・波形等を適宜設定・制御することができ、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率良く行い、歩行機能の回復を促すことができる。さらに、加減速時間や待機時間等を設定することにより、足載せ台を一定のパターンで昇降させるだけでなく、様々なパターンで行うこともでき、訓練意欲を高め、快適なリハビリを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歩行訓練装置の第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】同上、正面図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】図２の要部拡大図である。
【図５】本発明に係る歩行訓練装置における回転駆動部を示す要部平面図である。
【図６】本発明に係る回転駆動部と昇降部を示す説明図である。
【図７】脚部材のリンク角と水平方向の力の関係を検証した結果を示すグラフである。
【図８】本発明に係る歩行訓練装置の第２の実施形態を示す要部平面図である
【図９】脚部材のリンク角と水平方向の力の関係を検証した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係るモータの回転数の変化を示したグラフである。
【図１１】歩行時における膝部の運動軌跡を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】足にかかる負荷を測定した結果を示すグラフで、（ａ）は、足載せ台の振幅４０ｍｍで振動数０．３Ｈｚ、（ｂ）は、振幅７０ｍｍで振動数０．３Ｈｚの条件で行った場合の結果を示している。
【図１３】従来の歩行訓練装置を示す全体構成図である。
【図１４】同上、歩行部の構成図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・・歩行訓練装置
２・・・・・・・・・・・・・・基台
３・・・・・・・・・・・・・・モータ
４・・・・・・・・・・・・・・回転駆動部
５・・・・・・・・・・・・・・昇降部
６・・・・・・・・・・・・・・足載せ台
６ａ・・・・・・・・・・・・・右足用の足載せ台
６ｂ・・・・・・・・・・・・・左足用の足載せ台
７・・・・・・・・・・・・・・軸受
８、９・・・・・・・・・・・・回転軸
８ａ、９ａ・・・・・・・・・・右ねじ
８ｂ、９ｂ・・・・・・・・・・左ねじ
１０・・・・・・・・・・・・・ナット
１０ａ・・・・・・・・・・・・フランジ
１１・・・・・・・・・・・・・取付金具
１２・・・・・・・・・・・・・台座
１２ａ・・・・・・・・・・・・第１の台座
１２ｂ・・・・・・・・・・・・第２の台座
１３、１３ａ、１３ｂ・・・・・支持部
１４、１４ａ、１４ｂ・・・・・支持部
１５、１５ａ、１５ｂ・・・・・枢軸
１６、１６ａ、１６ｂ・・・・・枢軸
１７、１７ａ、１７ｂ・・・・・脚部材
１８・・・・・・・・・・・・・カップリング
１９・・・・・・・・・・・・・中間軸
２０・・・・・・・・・・・・・タイミングベルト
２１・・・・・・・・・・・・・弾性部材
２２・・・・・・・・・・・・・固定ブロック
５１・・・・・・・・・・・・・歩行訓練装置
５２・・・・・・・・・・・・・無限軌道ベルト
５２ａ・・・・・・・・・・・・右足用ベルト
５２ｂ・・・・・・・・・・・・左足用ベルト
５３・・・・・・・・・・・・・駆動部
５３ａ・・・・・・・・・・・・右駆動部
５３ｂ・・・・・・・・・・・・左駆動部
５４・・・・・・・・・・・・・制御部
５５・・・・・・・・・・・・・データ入力部
５６・・・・・・・・・・・・・介助部
５７・・・・・・・・・・・・・腰ベルト
６０・・・・・・・・・・・・・歩行部
７０ａ、７０ｂ・・・・・・・・位置検出器
Ｆ・・・・・・・・・・・・・・水平方向の力
ｔ１・・・・・・・・・・・・・加速時間
ｔ２・・・・・・・・・・・・・定速時間
ｔ３・・・・・・・・・・・・・減速時間
α・・・・・・・・・・・・・・リンク角
α０・・・・・・・・・・・・・基準位置でのリンク角
αｍｉｎ・・・・・・・・・・・最小リンク角
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行機能回復のための訓練を行なう歩行訓練装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、年齢が高くなり脚力が衰えた人や、病気や事故により歩行機能に障害が生じた人に対して、歩行機能を向上・回復・維持する訓練の必要性が高くなってきている。このような人達に対して歩行機能を回復させるリハビリテーションや訓練は重要であり、その主な手段として歩行訓練装置がある。
【０００３】
従来の歩行訓練装置としては、無限軌道ベルトが設けられた歩行部を備えたトレッドミルと呼ばれるものがある。この歩行訓練装置においては、無限軌道ベルトが被被訓練者の右足用・左足用に分離されたものもあり、左右の無限軌道ベルトが別々に設定された速度で駆動され、片足麻痺の患者でも無限軌道ベルトの速度に歩調を合わせ、立ち居での歩行訓練が行なえる。
【０００４】
しかしながら、このような歩行訓練装置では、無限軌道ベルトは設定された一定速度でしか移動できないため、被被訓練者が一定の歩調で歩行訓練を行なって筋力向上を図るには有意義であるが、歩調の乱れを被被訓練者が自ら補正する、所謂転倒防止訓練等を行なうには充分ではない。
【０００５】
こうした問題を解決したものとして、図１３および図１４に示すような歩行訓練装置が知られている。この歩行訓練装置５１は、無限軌道ベルト５２が設けられ、無限軌道ベルト５２上で被被訓練者が歩行訓練を行なう歩行部６０と、無限軌道ベルト５２を駆動する駆動部５３と、駆動部５３を制御して無限軌道ベルト５２の速度を調整する制御部５４とを備えている。また、制御部５４には、無限軌道ベルト５２の速度、およびその速度を変化させるタイミング等のデータが入力されるデータ入力部５５が接続されている。
【０００６】
無限軌道ベルト５２は、被被訓練者の右足用ベルト５２ａと左足用ベルト５２ｂとに分離されている。また、駆動部５３も、右駆動部５３ａと左駆動部５３ｂとに分離され、サーボモータ等のアクチュエータで構成されている。駆動部５３ａ、５３ｂにはパルスエンコーダ等の位置検出器７０ａ、７０ｂがそれぞれ取付けられ、駆動部５３ａ、５３ｂの回転に伴ってパルスを出力し、このパルス信号は制御部５４に入力される。制御部５４には、ＣＰＵとパルス信号をカウントするカウンタが設けられており、カウントデータに基き、駆動部５３ａ、５３ｂの現在の回転速度を算出すると共に、無限軌道ベルト５２ａ、５２ｂがデータ入力部５５から入力設定された速度となるように駆動部５３ａ、５３ｂに流す制御電流を調節する。
【０００７】
さらに、被被訓練者の身体を支持する介助部５６と、被被訓練者の腰に腰ベルト５７を装着し、介助部５６の先端に腰ベルト５７を接続している。これにより、被被訓練者が訓練中に転倒しそうになっても安全に訓練を行なうことができると共に、被被訓練者の下肢神経の感覚統合の機能（バランス機能）を強め、被被訓練者は転倒予防訓練を行なうことができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３３６３１５号公報（第３、４頁、第１、２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の歩行訓練装置は受動的な制御であるため、ある程度歩行機能が回復している状態でないと訓練ができないといった課題があった。さらに、映像部５８により、被被訓練者に視覚的刺激を与え、被被訓練者は映像部５８を見ながら快適に歩行訓練を行なえるよう工夫がなされた装置も市販されているが、装置自体が高価なために、病院等、限られた施設でしか利用できなく、被被訓練者が在宅で気軽に毎日訓練が行なえないという問題があった。
【００１０】
また、歩行というのは、重心の揺動、脚の屈伸等を組み合わせた全身で行なう周期的な運動であり、足の運動は前後、上下、回転運動を含んでいる。これらの運動のうち、歩行障害者は特に上下運動を行うことが難しい。したがって、人の歩行訓練においては、水平方向の運動補助だけでなく、脚部の上下運動を補助することが重要である。このような知見に基き、歩行訓練によって歩行に必要な全身の感覚を取り戻すため、本発明に係る歩行訓練装置を開発するに至った。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、在宅で利用でき、人の歩行の補助ができる上下運動を行うことができる安全で安価な歩行訓練装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、前記回転駆動部は、前記基台上に並設されて両側には右ねじと左ねじがそれぞれ形成され、軸受を介して回転自在に支承された一対の回転軸を備え、前記昇降部は、前記右ねじと左ねじにそれぞれ螺合するナットに固定された台座と、これら台座と前記足載せ台間に揺動自在に軸支された脚部材を備え、前記回転軸の回転によって前記足載せ台を交互に上下動させる構成を採用したので、動力として家庭用１００Ｖ電源のモータで動作可能となる。したがって、在宅で気軽に毎日利用することができ、かつ、簡単な構成で、安全で安価な歩行訓練装置を提供することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明のように、前記基台と足載せ台間に伸縮自在な弾性部材を配設すれば、この弾性部材の復元力によってモータの負荷トルクが軽減でき、足載せ台の昇降動作をスムーズにすることができる。
【００１４】
好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記弾性部材が、立設した支持軸に外挿されたコイルばねからなり、前記足載せ台が左右水平状態よりも下方にある時にそのばね力が発生するように設定されていれば、足載せ台が左右水平状態になるまでの下降過程では、この弾性部材が圧縮されるようなことはなく、弾性部材の復元力が抵抗となってモータに負荷がかかるようなことはない。したがって、モータの負荷トルクが軽減されると共に、一層足載せ台の昇降動作をスムーズにすることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、前記足載せ台が左右水平状態になる時、前記脚部材と水平面とのなす角度を４０〜５０°の範囲に設定したので、回転軸に対する水平方向の力を軽減でき、モータの負荷トルクを軽減することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、前記回転軸の回転を前記モータにより変化させ、前記足載せ台の昇降量と昇降速度および時間当たりの昇降数を可変としたので、歩行障害程度に応じた訓練メニューを設定することができ、効果的な歩行機能の回復訓練を行うことができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、前記足載せ台に圧力センサを装着し、この圧力センサの信号を制御部に入力して前記モータを制御したので、被訓練者の機能回復度合いに応じた効率的な訓練を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、予め採取した歩行の運動軌跡の成分に基き、この運動軌跡を歩行補助運動として再現し、この歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を被訓練者の障害程度に応じて前記モータで制御するようにしたので、予め測定・構築した運動軌跡等に基き、歩行補助運動の振幅・振動数・波形等を適宜設定・制御することができ、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率良く行い、歩行機能の回復を促すことができる。さらに、加減速時間や待機時間等を設定することにより、足載せ台を一定のパターンで昇降させるだけでなく、様々なパターンで行うこともでき、訓練意欲を高め、快適なリハビリを行うことができる。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、前記歩行の運動軌跡の上下方向の成分と、予め採取した歩行時の足に負荷される荷重成分に基き、歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を前記モータで制御し、前記歩行補助運動を直立した被訓練者の足裏から付与したので、重心の揺動を感じながら足の屈曲を促し、歩行機能の回復を効率的に行うことができる。
【００２０】
好ましくは、請求項９に記載の発明のように、前記歩行の運動軌跡の成分が、健常者と歩行障害者、あるいは障害程度の異なる歩行障害者との比較において構築されたデータであれば、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率良く段階的に選択して行うことができ、歩行機能の回復を促すことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る歩行訓練装置の第１の実施形態を示す平面図、図２は図１の正面図、図３および図４は、それぞれの要部拡大図で、図１における紙面下側（被訓練者を基準にすると右側）を表している。また、図５は、回転駆動部を示す要部平面図である。
【００２２】
この歩行訓練装置１は、基台２上に設けられ、モータ３に連結された回転駆動部４と、この回転駆動部４に連動して上下動する昇降部５と、この昇降部５の上部に設けられた一対の足載せ台６とからなっている。また、基台２の左右両側からは上方に向かって一対のフレーム（図示せず）が一体的に立設されている。そして、これらフレームの上端同士が門の字型のアームバー（図示せず）によって互いに連結されている。被訓練者はこのアームバーに支持された状態で、足載せ台６にそれぞれ左右の足を載せて歩行訓練をすることになる。
【００２３】
回転駆動部４は、基台２上に並設され、軸受７を介して回転自在に支承された一対の回転軸８、９を備えている。これら回転軸８、９の両側には台形ねじからなるハイリードの右ねじ８ａ、９ａと左ねじ８ｂ、９ｂがそれぞれ形成されている。そして、これら右ねじ８ａ、９ａ、左ねじ８ｂ、９ｂにはそれぞれナット１０が螺合されている。ナット１０の外周にはフランジ１０ａが一体に突設され、これらのフランジ１０ａに固着された取付金具１１を介して台座１２が載置されている（図５参照）。なお、ここでは、台形ねじが形成された回転軸８、９にナット１０を外挿した滑りねじ手段を例示したが、これに限らず、無論他の形状のねじであっても良いし、また、回転軸とナット間に無数のボールを転動自在に介装したボールねじであっても良い。
【００２４】
図３および図４に示すように、昇降部５は、足載せ台６ａ（被訓練者の右足を載せる方の足載せ台）の下面と台座１２の上面にそれぞれ設けられた支持部１３、１４と、これら支持部１３、１４に枢軸１５、１６を介して揺動自在に支持された脚部材１７とからなる。足載せ台６ａには一対の支持部１３ａ、１３ｂが前後（図中左右）に配設され、これら支持部１３ａ、１３ｂには枢軸１５ａ、１５ｂが架設されている。そして、これら枢軸１５ａ、１５ｂにはそれぞれ一対の脚部材１７ａ、１７ｂが揺動自在に支承されている。
【００２５】
一方、台座１２は、右ねじ８ａ側（図中右側）の第１の台座１２ａと、左ねじ８ｂ側（図中左側）の第２の台座１２ｂとからなる。台座１２ａ、１２ｂには一対の支持部１４ａ、１４ｂが前後（図中左右）に配設され、これら支持部１４ａ、１４ｂには枢軸１６ａ、１６ｂが架設されている。そして、これら枢軸１６ａ、１６ｂには脚部材１７ａ、１７ｂが揺動自在に支承されている。
【００２６】
図１および図５において、一対の回転軸８、９の一端部と、モータ３にカップリング１８を介して連結された中間軸１９には図示しないスプロケットが固着されている。これらのスプロケットにはタイミングベルト２０が噛合し、このタイミングベルト２０を介してモータ３の回転が一対の回転軸８、９に伝達される。なお、本実施形態では、モータ３にＡＣサーボモータを使用すると共に、回転軸８、９の回転数、ナット１０の移動量、および加減速時間等のパラメータを制御部（図示せず）によって制御し、所望の上下運動を行っている。
【００２７】
次に、図２を使って、本実施形態の作動について説明する。モータ３を駆動させると、タイミングベルト２０を介して一対の回転軸８、９が同じ方向に回転し、ナット１０が水平方向に移動する。すると、これらナット１０に固定されている第１の台座１２ａと第２の台座１２ｂは、ナット１０と一体となって前後（図中左右）に移動する。これら台座１２ａ、１２ｂの移動に伴い、脚部材１７ａ、１７ｂは随時その傾斜角を変化させて揺動する。そして、脚部材１７ａ、１７ｂの揺動によって、これら脚部材１７ａ、１７ｂの上部に載置された左右の足載せ台６ａ、６ｂは上下動を行い、昇降動作を繰り返す。したがって、人の歩行訓練における脚部の上下運動を補助することができる。
【００２８】
図６は、回転駆動部４と昇降部５を示す説明図であるが、足載せ台６ａが下方に降下するに伴い、回転軸８に対して水平方向の力が増加し、モータ３に大きな負荷トルクが生じる。この負荷トルクが大きくなるとスムーズな回転が阻害されるため、容量の大きなモータを使用しなければならなくなり、在宅における歩行訓練装置としては好ましくない。したがって、家庭用電源である１００Ｖのモータ３を使用して、本出願人は種々な条件で試験を行った。図７のグラフは、体重８０ｋｇの人が常に全体重を足載せ台６ａにかけているとした場合、脚部材１７ａ、１７ｂのリンク角αと水平方向に生じる力Ｆとの関係を検証した結果を示している。
【００２９】
この結果からも判るように、左右の足載せ台６ａ、６ｂの基準位置（両者が水平になる位置）におけるリンク角α０を４０〜５０°の範囲に設定することが好ましい。基準位置のリンク角α０を４５°とした場合、足載せ台６ａ、６ｂの最大振幅（昇降量）を１５０ｍｍとすれば、脚部材１７ａ、１７ｂの最小リンク角αｍｉｎは２５°となる。この場合、例えば、リンク角α０が３５°の場合の最小リンク角αｍｉｎ１７°に比べ、水平方向の力Ｆは略３５％軽減できることが判った。ここで、基準位置におけるリンク角α０が４０°未満では、急激に水平方向の力Ｆが増大してモータ３に大きな負荷トルクが生じることになり、また、リンク角が５０°を超えると、モータ３の負荷トルクは僅かに減少するも、足載せ台６ａ、６ｂの高さが増大して被訓練者に不安感を与えるだけでなく、安全性の面からも好ましくない。
【００３０】
図８は、本発明に係る歩行訓練装置の第２の実施形態を示す要部拡大図である。なお、前述した第１の実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３１】
本実施形態では、前述した歩行訓練装置１において、基台２と足載せ台６ａとの間にコイルばね等からなる伸縮自在な弾性部材２１が配設されている。具体的には、一対の回転軸８、９の上方に門型の固定ブロック２２を跨架し、この固定ブロック２２の長手方向略中央部に支持軸（図示せず）を立設してこの支持軸にコイルばねを外挿すると共に、足載せ台６ａが基準位置よりも下方にある時にそのばね力が発生するように、すなわち、足載せ台６ａの基準位置で弾性部材２１が自然長となるように設定されている。したがって、足載せ台６ａが基準位置よりも上方にある時は、この足載せ台６ａと弾性部材２１とは接触していない。
【００３２】
図９のグラフは、体重８０ｋｇの人が常に全体重を足載せ台６ａにかけているとした場合、脚部材１７ａ、１７ｂのリンク角αと水平方向に生じる力Ｆとの関係を検証した結果を示している。設定条件は前述した図７の場合と同様であるが、弾性部材２１を装着した場合は、足載せ台６ａの下降に伴い弾性部材２１が圧縮され、そのばね力（復元力）によって被訓練者の体重をある程度支えることができるため、水平方向の力Ｆを最大で略４０％軽減することができた。ここで、図中、実線は弾性部材を装着した場合、破線は弾性部材がない場合を示している。また、弾性部材２１としては、全長３００ｍｍ、ばね定数３．０７Ｎ／ｍ、全たわみ２１５ｍｍからなるコイルばねを使用した。
【００３３】
このように、基台２と足載せ台６ａとの間に弾性部材２１を配設したので、回転軸８に対して発生する水平方向の力を軽減することができ、モータ３に大きな負荷トルクが生じない。したがって、一般家庭用の１００Ｖ電源によるモータであっても充分な駆動力を得ることができ、スムーズに足載せ台６ａを上下動させることができる。さらに、足載せ台６ａの基準位置でこの弾性部材２１が自然長となるように設定されているので、足載せ台６ａが基準位置までの下降過程では、この弾性部材２１が圧縮されるようなことはなく、弾性部材２１のばね力が抵抗となってモータ３に負荷がかかるようなことはなく、一層足載せ台６ａの昇降動作をスムーズにすることができる。
【００３４】
図１０は、モータ３の半周期における回転数の変化を示したグラフである。ここで、ｔ１は加速時間、ｔ２は定速時間、ｔ３は減速時間である。加減速を要するのは足載せ台６が下降から上昇に移行する時であって、この時の急激な反転による衝撃力を防止するため本実施形態では、ｔ１＝ｔ２＝ｔ３に設定している。また、回転数は正弦波的に加速・減速するようにし、足載せ台６の所望の振幅・振動数からモータ３の回転数を演算して各パラメータを設定している。
【００３５】
また、本出願人は、左右の足載せ台６ａ、６ｂの前後に歪ゲージ式のロードセル（図示せず）を取り付け、左右の足にかかる荷重を測定すると共に、歩行訓練時に、被訓練者の体の各部位にポジションセンサを装着させ、体の各部位（肩、大腿部、膝、足首の４箇所）の軌跡を測定した。ポジションセンサとしては赤外線ＬＥＤを使用し、その発光点の位置変化をＣＣＤカメラで撮影すると共に、その信号をセンサシステムに入力し、コンピュータに表示させるようにした。
【００３６】
図１１は、膝にポジションセンサを装着し検証した場合の一例を示している。ここで、モデル０は健常者、モデル１は右小脳出血、失調症、歩行器使用の患者を想定した被訓練者、モデル２は脳梗塞（中程度）、左片麻痺を想定し、左膝に装具を装着して膝の屈曲が充分にできない状態にした被訓練者の結果を示している。
【００３７】
図１１でも明らかなように、モデル１では、Ｘ（水平）方向、Ｙ（上下）方向の変位がモデル０に比べて小さく、モデル２においては、ほぼ直線に近い軌跡を呈しており、モデル１に比べ障害の程度が重く、膝が充分に屈曲できずにＹ方向にしか変位しないことが判る。これらの結果より、障害を持つ人の歩行というのは、足が真っ直ぐな棒のような状態となり、膝を充分に屈曲せず、すり足に近い歩行をしていることが判り、足載せ台６の上下動に合わせて足を屈曲させることが難しいと考えられる。したがって、本発明に係る歩行訓練装置において、膝の軌跡を測定することにより回復状態を判定することができ、被訓練者の症状に合った振幅を適宜選択して足載せ台６を昇降させることにより、重心の揺動を感じながら足の屈曲を促し、歩行機能の回復に寄与することができる。
【００３８】
図１２は、モデル２の足（踵部分）にかかる荷重を測定した結果の一例を示している。図１２（ａ）は、足載せ台の振幅４０ｍｍで振動数０．３Ｈｚ、（ｂ）は、振幅７０ｍｍで振動数０．３Ｈｚの条件で測定を行った結果を示している。なお、Ｒは右踵、Ｌは左踵を表している。
【００３９】
これらの検証結果から、振幅が大きくなると右の踵に大きな負荷が生じることが判る。これは障害を持つ左足に負担をかけないように右足でカバーしたためと考えられる。したがって、本発明に係る歩行訓練装置において、足載せ台６の振幅を徐々に大きくし、障害を持つ足に自重による負荷を少しずつ加えることで効率的な歩行機能の回復を促すことができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明に係る歩行訓練装置１は、動力として１００Ｖ電源のモータ３で動作可能なため、在宅で気軽に毎日利用でき、安全で安価な歩行訓練装置を提供することができると共に、予め測定・構築した運動軌跡等に基き、歩行補助運動の振幅・振動数・波形等を適宜設定・制御することができるので、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率よく行い、歩行機能の回復を促すことができる。さらに、加減速時間や待機時間等を設定することにより、足載せ台６を一定のパターンで昇降させるだけでなく、様々なパターンで行うこともでき、訓練意欲を高め、快適なリハビリを行うことができる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る歩行訓練装置は、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、前記回転駆動部は、前記基台上に並設されて両側には右ねじと左ねじがそれぞれ形成され、軸受を介して回転自在に支承された一対の回転軸を備え、前記昇降部は、前記右ねじと左ねじにそれぞれ螺合するナットに固定された台座と、これら台座と前記足載せ台間に揺動自在に軸支された脚部材を備え、前記回転軸の回転によって前記足載せ台を交互に上下動させる構成を採用したので、動力として家庭用１００Ｖ電源のモータで動作可能なため、在宅で気軽に毎日利用することができ、かつ、簡単な構成で、安全で安価な歩行訓練装置を提供することができる。
【００４３】
また、本発明に係る歩行訓練装置にあっては、基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、予め採取した歩行の運動軌跡の成分に基き、この運動軌跡を歩行補助運動として再現し、この歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を被訓練者の障害程度に応じて前記モータで制御するようにしたので、予め測定・構築した運動軌跡等に基き、歩行補助運動の振幅・振動数・波形等を適宜設定・制御することができ、被訓練者の症状に合った訓練条件で効率良く行い、歩行機能の回復を促すことができる。さらに、加減速時間や待機時間等を設定することにより、足載せ台を一定のパターンで昇降させるだけでなく、様々なパターンで行うこともでき、訓練意欲を高め、快適なリハビリを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歩行訓練装置の第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】同上、正面図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】図２の要部拡大図である。
【図５】本発明に係る歩行訓練装置における回転駆動部を示す要部平面図である。
【図６】本発明に係る回転駆動部と昇降部を示す説明図である。
【図７】脚部材のリンク角と水平方向の力の関係を検証した結果を示すグラフである。
【図８】本発明に係る歩行訓練装置の第２の実施形態を示す要部平面図である
【図９】脚部材のリンク角と水平方向の力の関係を検証した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係るモータの回転数の変化を示したグラフである。
【図１１】歩行時における膝部の運動軌跡を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】足にかかる負荷を測定した結果を示すグラフで、（ａ）は、足載せ台の振幅４０ｍｍで振動数０．３Ｈｚ、（ｂ）は、振幅７０ｍｍで振動数０．３Ｈｚの条件で行った場合の結果を示している。
【図１３】従来の歩行訓練装置を示す全体構成図である。
【図１４】同上、歩行部の構成図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・・歩行訓練装置
２・・・・・・・・・・・・・・基台
３・・・・・・・・・・・・・・モータ
４・・・・・・・・・・・・・・回転駆動部
５・・・・・・・・・・・・・・昇降部
６・・・・・・・・・・・・・・足載せ台
６ａ・・・・・・・・・・・・・右足用の足載せ台
６ｂ・・・・・・・・・・・・・左足用の足載せ台
７・・・・・・・・・・・・・・軸受
８、９・・・・・・・・・・・・回転軸
８ａ、９ａ・・・・・・・・・・右ねじ
８ｂ、９ｂ・・・・・・・・・・左ねじ
１０・・・・・・・・・・・・・ナット
１０ａ・・・・・・・・・・・・フランジ
１１・・・・・・・・・・・・・取付金具
１２・・・・・・・・・・・・・台座
１２ａ・・・・・・・・・・・・第１の台座
１２ｂ・・・・・・・・・・・・第２の台座
１３、１３ａ、１３ｂ・・・・・支持部
１４、１４ａ、１４ｂ・・・・・支持部
１５、１５ａ、１５ｂ・・・・・枢軸
１６、１６ａ、１６ｂ・・・・・枢軸
１７、１７ａ、１７ｂ・・・・・脚部材
１８・・・・・・・・・・・・・カップリング
１９・・・・・・・・・・・・・中間軸
２０・・・・・・・・・・・・・タイミングベルト
２１・・・・・・・・・・・・・弾性部材
２２・・・・・・・・・・・・・固定ブロック
５１・・・・・・・・・・・・・歩行訓練装置
５２・・・・・・・・・・・・・無限軌道ベルト
５２ａ・・・・・・・・・・・・右足用ベルト
５２ｂ・・・・・・・・・・・・左足用ベルト
５３・・・・・・・・・・・・・駆動部
５３ａ・・・・・・・・・・・・右駆動部
５３ｂ・・・・・・・・・・・・左駆動部
５４・・・・・・・・・・・・・制御部
５５・・・・・・・・・・・・・データ入力部
５６・・・・・・・・・・・・・介助部
５７・・・・・・・・・・・・・腰ベルト
６０・・・・・・・・・・・・・歩行部
７０ａ、７０ｂ・・・・・・・・位置検出器
Ｆ・・・・・・・・・・・・・・水平方向の力
ｔ１・・・・・・・・・・・・・加速時間
ｔ２・・・・・・・・・・・・・定速時間
ｔ３・・・・・・・・・・・・・減速時間
α・・・・・・・・・・・・・・リンク角
α０・・・・・・・・・・・・・基準位置でのリンク角
αｍｉｎ・・・・・・・・・・・最小リンク角
Claims (9)
- 基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、前記回転駆動部は、前記基台上に並設されて両側には右ねじと左ねじがそれぞれ形成され、軸受を介して回転自在に支承された一対の回転軸を備え、前記昇降部は、前記右ねじと左ねじにそれぞれ螺合するナットに固定された台座と、これら台座と前記足載せ台間に揺動自在に軸支された脚部材を備え、前記回転軸の回転によって前記足載せ台を交互に上下動させたことを特徴とする歩行訓練装置。
- 前記基台と足載せ台間に伸縮自在な弾性部材を配設した請求項１に記載の歩行訓練装置。
- 前記弾性部材が、立設した支持軸に外挿されたコイルばねからなり、前記足載せ台が左右水平状態よりも下方にある時にそのばね力が発生するように設定されている請求項２に記載の歩行訓練装置。
- 前記足載せ台が左右水平状態になる時、前記脚部材と水平面とのなす角度を４０〜５０°の範囲に設定した請求項１乃至３いずれかに記載の歩行訓練装置。
- 前記回転軸の回転を前記モータにより変化させ、前記足載せ台の昇降量と昇降速度および時間当たりの昇降数を可変とした請求項１乃至４いずれかに記載の歩行訓練装置。
- 前記足載せ台に圧力センサを装着し、この圧力センサの信号を制御部に入力して前記モータを制御した請求項１乃至５いずれかに記載の歩行訓練装置。
- 基台上に設けられ、モータに連結された回転駆動部と、この回転駆動部に連動して上下動する昇降部と、この昇降部の上部に設けられた一対の足載せ台とを備え、予め採取した歩行の運動軌跡の成分に基き、この運動軌跡を歩行補助運動として再現し、この歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を被訓練者の障害程度に応じて前記モータで制御したことを特徴とする歩行訓練装置。
- 前記歩行の運動軌跡の上下方向の成分と、予め採取した歩行時の足に負荷される荷重成分に基き、歩行補助運動の振幅、振動数、および波形を前記モータで制御し、前記歩行補助運動を直立した被訓練者の足裏から付与した請求項７に記載の歩行訓練装置。
- 前記歩行の運動軌跡の成分が、健常者と歩行障害者、あるいは障害程度の異なる歩行障害者との比較において構築されたデータである請求項７または８に記載の歩行訓練装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003202338A JP2005040286A (ja) | 2003-07-28 | 2003-07-28 | 歩行訓練装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003202338A JP2005040286A (ja) | 2003-07-28 | 2003-07-28 | 歩行訓練装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=34262084
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003202338A Pending JP2005040286A (ja) | 2003-07-28 | 2003-07-28 | 歩行訓練装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2016030171A (ja) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 国立大学法人 鹿児島大学 | 立脚能力測定装置、立脚能力評価方法及び立脚能力回復訓練方法 |
| CN108096794A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-01 | 力迈德医疗（广州）有限公司 | 平衡康复训练机器人 |
| CN110237501A (zh) * | 2018-03-09 | 2019-09-17 | 北京力泰克科技有限公司 | 踝关节训练适配件、康复训练设备及其训练控制方法 |
-
2003
- 2003-07-28 JP JP2003202338A patent/JP2005040286A/ja active Pending
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| CN110237501B (zh) * | 2018-03-09 | 2024-04-02 | 极智医疗器械(河北)有限公司 | 踝关节训练适配件及康复训练设备 |
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