JP2005211086A

JP2005211086A - 歩行訓練装置

Info

Publication number: JP2005211086A
Application number: JP2004017754A
Authority: JP
Inventors: Ryokichi Hirata; 亮吉平田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】実際の歩行と同様に立位歩行時の床反力を受けることができ、訓練者の歩行の位相に応じ股・膝・足関節を協調動作したり、歩幅を拡大、縮小したり、歩行周期を延長、短縮したりする訓練を安全に実施することができる歩行訓練装置を提供する。
【解決手段】歩行パターン生成部３は、歩行パターンデータ記憶部４に予め記憶されている基本的な歩行パターン１０の任意の時点での訓練者１１の関節角度と訓練者１１の下肢長とを基に訓練者１１の下肢の位置を計算し、訓練者１１の下肢の位置に応じて力センサ５により計測された力センサデータを変更し、訓練者１１の下肢の位置と変更された力センサデータとを基に下肢駆動部７への指令値を決定し、コントローラ２は指令値に応じて下肢駆動部７を駆動する。
【選択図】図１

Description

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う患者の状態を計測し、患者の状態に応じて歩行運動を実施させる歩行訓練装置に関するものである。

従来の歩行訓練装置は、アームと基部とから成る駆動装置と、それを制御する制御装置とを備え、制御装置内の仮想床面生成部が、臥位状態の患者の歩行運動に適した仮想床面に対応する仮想床反力と遊脚時の仮想重量を生成している（例えば、特許文献１参照）。
以下に図を用いて簡単に説明する。図１０において、１１１はベースであり、１１２はその上に固定された基部である。１１３、１１４、１１５は駆動軸であり、１１６、１１７はリンク、１１８は力センサ、１１９は把持部である。
駆動軸１１３は基部１１２に内蔵されたモータによって駆動され、リンク１１６を旋回することができる。駆動軸１１４は基部１１２に内蔵されたモータによって駆動され、リンク１１６の中の動力伝達機構を介して動力が伝えられてリンク１１７をリンク１１６に対して旋回することができる。
駆動軸１１５は基部１１２に内蔵されたモータによって駆動され、リンク１１６、１１７の中の動力伝達機構を介して動力が伝えられて把持部１１９をリンク１１７に対して旋回することができる。駆動軸１１５と把持部１１９の間には力センサ１１８が設けられており、把持部１１９と駆動軸１１５の間に作用する力が検出されて力信号Ｆを出力する。また基部１１２に設けられている駆動軸１１３、１１４、１１５用のモータには回転センサが内蔵されており、駆動軸１１３、１１４、１１５の回転位置、回転速度、回転加速度のいずれかが検出できるようになっている。把持部１１９には横臥した人の下腿が載せて固定され、足裏に対面する部位が足裏面の力を受けるようになっている。駆動軸１１３、１１４、１１５と、リンク１１６、１１７、力センサ１１８、把持部１１９とでアームを成しており、同じ構成のアームが基部１１２に２個設けられて、患者の２本の下腿を支え、訓練できるようになっている。そして、２個のアームと、基部１１２、ベースとで駆動装置１１０を成している。

次に駆動装置１１０の動作を制御する制御装置１２０について説明する。制御装置１２０は仮想床面生成部１２１と、軌道教示部１２２、負荷情報変換部１２３、肢体駆動部１２４、仮想重力設定部１２５から構成されている。仮想床面生成部１２１は患者の脚の長さと健常者の歩行軌道パターンから仮想床面ｆ１を求め、その面に沿って移動させるための位置指令Ｐｓを出力する。
軌道教示部１２２は、位置指令Ｐｓを受けて肢体駆動部１２４の運動軌道を指令する軌道指令Ｔ１を出力する。負荷情報変換部１２３は、力センサ１１８の力信号Ｆと、軌道教示部１２２の軌道指令Ｔ１、肢体駆動部１２４から入力する駆動軸１１３、１１４、１１５の位置と速度、加速度のいずれかの運動情報Ｖ２から、運動指令Ｓ１を生成して出力する。肢体駆動部１２４は駆動軸１１３、１１４、１１５の位置と速度、加速度のいずれかの運動情報Ｖ１と運動指令Ｓ１を受けて駆動軸１１３、１１４、１１５へのトルク指令Ｔｓを生成する。駆動軸１１３、１１４、１１５は、肢体駆動部１２４から受けるトルク指令Ｔｓに応じた駆動トルクを発生して旋回し、駆動軸１１３、１１４、１１５に内蔵する回転センサにより運動情報Ｖ１を出力する。なお、力信号Ｆには、患者の足が仮想床面ｆ１に着地する際に生じる仮想床反力ｖＦや遊脚時における仮想脚自重ｖＦが含まれており、それによって仮想進行方向ＦＦに向かって歩行する際の負荷が患者に与えられる。
このように、従来の歩行訓練装置は、仮想床面に対する仮想床反力と遊脚時の仮想重量を生成し、実際の歩行運動に即した訓練を臥位にて実施できるのである。

一方、従来の利用者応答型運動装置は、基準位置からの利用者の位置偏差に対応した速度で可動面を駆動することにより、利用者の速度に迅速に追随して可動面を移動させている。また、位置偏差が０になると可動面の速度を０とするため、利用者の可動面上の位置が基準位置より後方に行くことを防止でき、可動面からの利用者の転落を防止している（例えば、特許文献２参照）。
以下に図を用いて簡単に説明する。図１１において、２０１は無端軌道ベルト、２０２は支持板、２０３はフレーム、２０４はローラ、２０５はモータ、２０６はモータ駆動装置、２０７は利用者意思読取装置、２０８は距離測定器、２０９は制御情報表示装置、２１０は利用者、２１２は手摺である。フレーム２０３に２つのローラ２０４が取り付けられ、２つのローラ２０４の間に無端軌道ベルト２０１が架けられている。
利用者２１０は無端軌道２０１の上面（可動面）上を速度Ｖhで歩行する。可動面は利用者２１０が歩行する向きと反対向きに速度Ｖhで移動する。便宜上、利用者２１０の進行方向（図中右向き）を正の方向とする。すると、可動面の向きを含めた速度は−Ｖmとなる。利用者２１０は、フレーム２０３に対してＶh−Ｖmの速度で移動することになる。
利用者２１０の両側には、フレーム２０３に取り付けられた手摺２１２が配置されている。無端軌道ベルト２０１の可動面の下方には歩行路長Ｌの全範囲で利用者２１０の体重を支える支持板が２０２が配置されている。一方のローラ２０４に、プーリを介してモータ２０５から回転力が与えられる。モータ２０５は、モータ駆動装置２０６により駆動される。

利用者２１０の前方に超音波センサまたは光学センサ等から構成される距離測定器２０８が配置されている。距離測定器２０８は、基準位置Ｏからの利用者２１０の位置偏差Δxを計測し、利用者意思読取装置２０７に位置偏差Δxに対応した位置偏差情報を送出する。利用者２１０が基準位置よりも前方にいる場合、位置偏差Δxは正となる。利用者意思読取装置２０７は利用者の位置偏差情報に基づいて無端軌道ベルト２０１の可動面の好ましい移動速度を決定し、モータ駆動装置２０６にモータ制御信号を送出する。さらに、制御情報表示装置２０９に対して、モータ制御信号に対応した加減速情報を送出する。
制御情報表示装置２０９は、利用者意思読取装置２０７から与えられた加減速情報に基づいて、加減速の状態を利用者２１０に視認可能に表示する。

次に、図１１に示す利用者応答運動装置の動作を説明する。利用者２１０が可動面上の基準位置Ｏよりも後方（図１１において左側）から可動面上に上がり、前方に配置した距離測定器２０８に向かって歩行または走行を開始する。
距離測定器２０８は基準位置Ｏから利用者２１０までの距離、即ち位置偏差Δｘを計測する。利用者２１０が基準位置Ｏより前方に居る状態での位置偏差Δｘを正、基準位置Ｏより後方に居る状態での位置偏差Δｘを負とする。
利用者２１０が基準位置Ｏよりも前方に進むと位置偏差Δｘが正になる。利用者意思読取装置２０７は、位置偏差Δｘが正になったことを検出すると、モータ駆動装置２０６に対してモータ回転開始の指示をする。モータ駆動装置２０６がモータ２０５に駆動信号を送出し、モータ２０５が回転を開始して無端軌道ベルト２０１が回転を始める。
このように、特許文献２の利用者応答型運動装置は、可動面の移動速度を利用者の種々の進行速度に追従して変化させ、万一歩行が停止しても可動面からの利用者の転落を防止することができる。

特開２０００−１０２５７６号公報特開平１０−１１３３６７号公報

特許文献１の歩行訓練装置は、仮想床面に対する仮想床反力と遊脚時の仮想重量を生成し、実際の歩行運動に即した訓練を臥位にて実施できるが、仮想床面と水平方向（歩幅方向）の力を制御していないため、柔軟制御における肢体駆動部の目標位置がその動作範囲外や特異点になることがあり、動作が不安定になり危険であるという問題点があった。また、訓練者は立位歩行時の床反力を受けることができないという問題点があった。さらに、歩幅を拡大、縮小したり、歩行周期を延長、短縮したりする訓練ができないという問題があった。
一方、特許文献２の利用者応答型運動装置は、可動面の移動速度を利用者の種々の進行速度に追従して変化させ、万一歩行が停止しても可動面からの利用者の転落を防止できるが、歩行の位相に応じ股・膝・足関節を協調動作したり、歩幅を拡大、縮小したり、歩行周期を延長、短縮したりする訓練ができないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、実際の歩行と同様に立位歩行時の床反力を受けることができ、訓練者の歩行の位相に応じ股・膝・足関節を協調動作したり、歩幅を拡大、縮小したり、歩行周期を延長、短縮したりする訓練を安全に実施することができる歩行訓練装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、訓練者の肢体に装着する装着部と、前記装着部に取り付けられた力センサと、前記装着部を駆動する下肢駆動部と、前記下肢駆動部の角度を検出する角度センサと、前記訓練者の両下肢を協調させて動作させる歩行パターンを生成する歩行パターン生成部と、前記歩行パターンを記憶する歩行パターンデータ記憶部と、前記下肢駆動部に動作指令を与えるコントローラとを備え、前記力センサおよび前記角度センサのセンシング情報をもとに前記下肢駆動部の動作を制御し、その動作により前記訓練者の肢体を前記歩行パターンに沿って繰り返し動作させる歩行訓練装置において、前記歩行パターン生成部は、前記歩行パターンデータ記憶部に予め記憶されている基本的な歩行パターンの任意の時点での前記訓練者の関節角度と前記訓練者の下肢長とを基に訓練者の下肢の位置を計算し、前記訓練者の下肢の位置に応じて前記力センサにより計測された力センサデータを変更し、前記訓練者の下肢の位置と前記変更された力センサデータとを基に下肢駆動部への指令値を決定し、前記コントローラ、は前記指令値に応じて下肢駆動部を駆動することを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記歩行パターンの歩幅を調整する歩幅変更スイッチを備えることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記歩行パターンの周期を調整する歩行周期変更スイッチを備えることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記訓練者に対し画像を提示する視覚提示手段と、音を提示する聴覚提示手段と、振動を提示する振動提示手段とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記訓練者の訓練状況を判断し、前記視覚提示手段と前記聴覚提示手段と前記振動提示手段とを選択的あるいは並行して用いて前記訓練者へ歩行動作のタイミングを提示する訓練状況判断部を備えることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によると、下肢駆動部の目標位置を常にその動作範囲内に設定でき、安全に歩行訓練を行なうことができる。
また、請求項２に記載の発明によると、歩行パターンの歩幅を調整することで、訓練者がその障害レベルに応じた歩幅で訓練を実施することができる。
さらに、請求項３に記載の発明によると、歩行周期を調整することで、訓練者がその障害レベルに応じた歩行周期で訓練を実施することができる。
また、請求項４および５に記載の発明によると、運動のタイミングを提示することで、訓練者が歩行周期に応じ股・膝・足関節を協調させて動作させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。１は歩行訓練装置、２はコントローラ、３は基本となる歩行パターン１０を基に歩行訓練用の歩行パターンを生成する歩行パターン生成部、４は歩行パターン１０を記憶する歩行パターンデータ記憶部、５は訓練者１１の発生する力を検出する力センサである。７は訓練者１１の股・膝・足関節を駆動する下肢駆動部で大腿アーム、下腿アームからなる。６は下肢駆動部７の各アームの角度を検出する角度センサ、８は訓練者１１の大腿に装着する大腿装着部、９は訓練者１１の下腿に装着する下腿装着部である。

なお、図においては簡略化のため下肢駆動部、角度センサおよび装着部を片脚分しか示していないが、本歩行訓練装置は両脚分の下肢駆動部、角度センサおよび装着部を備える。

１１は訓練者、１２は医師や理学療法士が訓練パラメータを入力する操作パネル、１３は訓練者１１が足で蹴ることで動くベルトを持つ歩行面である。

続いて座標系について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態の歩行訓練装置の座標系と、下肢駆動部７の大腿アーム、下腿アーム、および訓練者１１の肢体の位置関係を示している。鉛直方向をＸ座標、水平方向をＺ座標とし、下腿アームの基軸を原点としている。
１４は大腿アーム付け根と下腿アーム付け根とのＺ軸方向オフセットoffset１、１５は大腿アーム付け根と下腿アーム付け根とのＸ軸方向オフセットoffset２、１６は大腿アーム付け根と股関節とのＺ軸方向オフセットoffset３、１７は大腿アーム付け根と股関節とのＸ軸方向オフセットoffset４、１８は下腿アーム先端と下腿中心とのＺ軸方向オフセットoffset５、１９は下腿アーム先端位置から足底までのオフセットL３、２０は股関節、２１は股関節角度hip、２２は膝関節角度kneeである。足関節駆動部の角度は足関節角度ankleとする。

次に、歩行パターン生成部３での処理の流れについて説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態の歩行パターン生成部３のフローを示す図である。
歩行パターン生成部３が、歩行訓練用の歩行パターンを生成するためには、予め下記の（１）〜（２）の事前準備が必要である。

（１）健常者の股・膝・足関節に角度計を装着して、歩行動作時の関節角度データを取得しておく。また歩行動作の１周期の時間Ｔも計測する。

（２）訓練者１１の大腿長さL１（股関節から膝関節までの長さ）、下腿長さL２（膝関節から足底までの長さ）を計測する。

事前準備後、下記のいずれかの方法で訓練者１１の大腿長さ、下腿長さに応じた歩行パターン１０を、歩行１周期分の各関節角度の時系列データとして歩行パターンデータ記憶部４に記憶する（Ｓ０）。
すなわち、一定時間ごとの各関節角度を直接記憶する（方法１）か、図３に示すように各関節角度を股関節角度hip=f(t)、膝関節角度knee=g(t)、足関節角度ankle=h(t)のように１歩行周期Ｔにおける時点ｔ[%]に関する関数として記憶する（方法２）。

訓練実行中においては、歩行周期Ｔにおける現在の時点t１[%]を決定する（Ｓ１）。コントローラ２が下肢駆動部７に対し指令を出力する間隔をＴｓとすると、歩行周期ＴをＴｓで除算することで歩行１周期の時間分割数Ｎを以下の式で求めることができる。

Ｎ＝Ｔ／Ｔｓ …（式１）

よって、Ｔｓごとに整数aを０からカウントアップすることでｔ１[%]を以下のように求めることができる。なお、ａがＮより大きくなると再び０からカウントアップする。

ｔ１＝Ｔｓ／Ｔ × a × １００ …（式２）

そして、上述の方法１あるいは方法２によって歩行パターンデータ記憶部４に記憶されたデータより、時点t１[%]での股関節角度hip[rad]、膝関節角度knee[rad]、足関節角度ankle[rad]を取り出す（Ｓ２）。前述の方法１のようにデータを直接記憶している場合はt１[%]に対応するデータを取出す。方法２のようにデータを関数化している場合は股関節角度 hip=f(t１)、膝関節角度 knee=g(t１)、足関節角度 ankle=h(t１)として各関節角度を計算する。

続いて、各関節角度から下腿アームの先端位置を順運動学により計算する（Ｓ３）。記憶された訓練者１１の大腿長さL１、下腿長さL２、下腿アームの先端位置から足底までのオフセットL３より、下腿アームの先端のＸ座標は下記のように計算できる。なお大腿アームの角度は股関節角度hip[rad]とする。

L１×cos(hip)＋（L２−L３）×cos(hip-knee-π/２)−offset２＋offset４ …（式３）
また下腿アームの先端のＺ座標は下記のように計算できる。

L１×sin(hip)＋（L２−L３）×sin(hip-knee-π/２)＋offset１＋offset３ …（式４）

続いて下腿アームの先端位置によって力センサ５の出力データを変更し、その変更に基づく下腿アーム先端位置の変位量の計算を行なう（Ｓ４）。図５は、下腿アームの先端位置に応じて力センサ５の出力データを変更する様子を示す図である。
歩行訓練装置の座標系のＺ軸方向に変換された力センサデータをＦ０、下腿アームの先端のＺ座標をｚとし、訓練者１１が直立した時の下腿アームの先端のＺ座標をｚ０、訓練者１１の前方への歩幅をｌ１、および後方への歩幅をｌ２とする。この際、歩行パターン生成部３が下腿アームの先端のＺ座標ｚに応じて力センサ５の出力データＦ０を以下に示すＦへと変更する。

（１）ｚ＞ｚ０＋ｌ１の場合
Ｆ＝０ …（式５）
（２）ｚ０≦ｚ≦ｚ０＋ｌ１の場合
Ｆ＝−Ｆ０×（ｚ−ｚ０）／ｌ１＋Ｆ０ …（式６）
（３）ｚ０−ｌ２≦ｚ＜ｚ０の場合
Ｆ＝Ｆ０×（ｚ−ｚ０）／ｌ２＋Ｆ０ …（式７）
（４）ｚ＜ｚ０−ｌ２の場合
Ｆ＝０ …（式８）

そして、メカニカルインピーダンス制御等の柔軟制御によって歩行訓練装置のＺ軸方向の下腿アームの位置の変位量Δｚを計算する。下腿アームの仮想慣性をＭ_０、下肢アームの仮想粘性をＢ_０、下腿アームの仮想剛性をＫ_０（これらの値は予め歩行パターンデータ記憶部４に記憶しておく）、下腿アームの平衡位置をＺｂとすると、力センサ５の出力データを（式５）〜（式８）により変更した値Ｆは次式のように表せる。ここで、平衡位置とは柔軟制御をしないときの下腿アームのＺ軸方向の目標位置である。

ここで変位量Δｚは
Δｚ＝ｚ−Ｚｂ …（式１０）

で定義される。この微分方程式を解くことでΔｚを求めることができる。

以上の処理をもとに、歩行パターン生成部３は大腿アームの角度、下腿アームの先端位置および力センサデータの変更値Ｆに基づき、上記インピーダンス制御による下肢駆動部７に対する動作指令をコントローラ２へと出力する（Ｓ５）。
ここで、両下肢で歩行訓練を実施する場合、左下肢駆動部への動作指令と右下肢駆動部への動作指令は半周期ずらしてコントローラ２へ出力される。歩行パターン生成部３は実時間で以上のＳ１からＳ５の処理を繰り返す。コントローラ２は動作指令に応じて下肢駆動部７を動作させる。

図６は、本発明の第２の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。２３は歩幅変更スイッチである。図１と重複する符号については図１と同一のものを指す。医師や理学療法士が歩行訓練前に歩幅変更スイッチ２３を用いて歩幅を設定すると、歩行パターン生成部３は、歩行パターンデータ記憶部４に記憶している関節角度データを以下のように変更する。
f_１(t)、g_１(t)、h_１(t)はそれぞれ変更により増減する角度である。

股関節角度hip ＝ f(t)＋f_１(t) …（式１１）
膝関節角度knee ＝ g(t)＋g_１(t) …（式１２）
足関節角度ankle ＝ h(t)＋h_１(t) …（式１３）

関節角度データの変更に伴い、訓練者１１の前方への歩幅がｌ１’、後方への歩幅がｌ２’となり、歩行パターンデータ記憶部４に予め記憶されている基本的な歩行パターン１０も変更された歩行パターン１０´となる。
第１の実施の形態と同様にして、歩行パターン生成部３が、歩行パターン１０´の任意の時点での各関節角度データと、訓練者１１の下肢長とを基に訓練者１１の下肢の位置を計算し、力センサ５により計測された力を訓練者１１の下肢の位置に応じて変更し、訓練者１１の下肢の位置と、訓練者１１の下肢の位置に応じた力とを基に下肢駆動部７への指令値を決定し、コントローラ２が指令値に応じ下肢駆動部７を動作させる。

図７は、本発明の第３の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。２４は歩行周期変更スイッチである。図１と重複する符号については図１と同一のものを指す。医師や理学療法士が、歩行訓練前に歩行周期変更スイッチ２４を用いて歩行周期を設定する。そして、第１の実施の形態と同様にして、設定した歩行周期で、歩行パターン生成部３が、歩行パターンデータ記憶部４に予め記憶されている基本的な歩行パターン１０の任意の時点での各関節角度データと、訓練者１１の下肢長とを基に訓練者１１の下肢の位置を計算し、力センサ５により計測された力を訓練者１１の下肢の位置に応じて変更し、訓練者１１の下肢の位置と、訓練者１１の下肢の位置に応じた力とを基に下肢駆動部７への指令値を決定し、コントローラ２が指令値に応じ下肢駆動部７を動作させる。

図８は、本発明の第４の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。２５は訓練状況判断部、２６は画像を提示する視覚提示手段、２７は音を提示する聴覚提示手段、２８は振動を提示する振動提示手段である。図１と重複する符号については図１と同一のものを指す。
図９は、歩行周期と股・膝・足関節角度の関係を示す図である。歩行周期の位相は、（１）踵接地、（２）足底接地、（３）立脚中期、（４）踵離地、（５）足尖離地、（６）遊脚初期、および（７）遊脚後期から構成され、各位相に応じて股関節、膝関節、足関節の屈曲・伸展運動が繰り返される。

第１の実施の形態と同様にして、歩行パターン生成部３が、歩行パターンデータ記憶部４に予め記憶されている基本的な歩行パターン１０の任意の時点での各関節角度データと、訓練者１１の下肢長とを基に訓練者１１の下肢の位置を計算し、力センサ５により計測された力を訓練者１１の下肢の位置に応じて変更し、訓練者１１の下肢の位置と、訓練者の下肢の位置に応じた力とを基に下肢駆動部７への指令値を決定し、コントローラ２が指令値に応じ下肢駆動部７を動作させる。そして、訓練者１１の下肢の動作に応じて、訓練状況判断部２５が、視覚提示手段２６、聴覚提示手段２７および振動提示手段２８のいずれかを選択的に用いるか複数の手段を並行して用いて、訓練者１１へ運動のタイミングを提示する。例えば、踵接地において踵からの接地を促すタイミング、立脚中期において膝関節の伸展を促すタイミング、および踵離地において下肢振出しのタイミング等の提示を実施する。
このようにして、訓練者１１の歩行の位相に応じ股・膝・足関節を協調動作したり、歩幅を拡大、縮小したり、歩行周期を延長、短縮したりする訓練を実施することができる。

作業空間の広さに応じて、制御対象に取付けられた力センサのデータを制御対象の位置によって変更し、変更された力センサのデータを基にインピーダンス制御等の柔軟制御によって制御対象を制御するため、歩行訓練装置に限定されず、一般のロボットの制御方法等にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態の歩行訓練装置の座標系を示す図である。本発明の第１の実施の形態の歩行訓練装置の歩行パターンを示す図である。本発明の第１の実施の形態の歩行パターン生成部のフローを示す図である。本発明の第１の実施の形態の下肢の位置に応じた力センサデータの変更方法を示す図である。本発明の第２の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。本発明の第３の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。本発明の第４の実施の形態の歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。歩行周期と股・膝・足関節角度の関係を示す図である。従来例１の実施の形態の歩行訓練装置の構成図である。従来例２の実施の形態の利用者応答型運動装置の構成図である。

符号の説明

１歩行訓練装置
２コントローラ
３歩行パターン生成部
４歩行パターンデータ記憶部
５力センサ
６角度センサ
７下肢駆動部
８大腿装着部
９下腿装着部
１０歩行パターン
１１訓練者
１２操作パネル
１３歩行面
１４大腿アームと下腿アームのｚ軸方向オフセットoffset１
１５大腿アームと下腿アームのｘ軸方向オフセットoffset２
１６大腿アームと股関節のｚ軸方向オフセットoffset３
１７大腿アームと股関節のｘ軸方向オフセットoffset４
１８下腿アーム先端と下腿中心のｚ軸方向オフセットoffset５
１９下腿アームの先端位置から足底までのオフセットL３
２０股関節
２１股関節角度hip
２２膝関節角度knee
２３歩幅変更スイッチ
２４歩行周期変更スイッチ
２５訓練状況判断部
２６視覚提示手段
２７聴覚提示手段
２８振動提示手段
１１０駆動装置
１１１ベース
１１２基部
１１３、１１４、１１５駆動軸
１１６、１１７リンク
１１８力センサ
１１９把持部
１２０制御装置
１２１仮想床面生成部
１２２軌道教示部
１２３負荷情報変換部
１２４肢体駆動部
１２５仮想重力設定部
１３１サーボ系
１３２インピーダンス制御部
１３３、１３４関数器
１４０肢体
１５１患者
１５２理学療法士
１５３指示器
２０１無端軌道ベルト
２０２支持板
２０３フレーム
２０４ローラ
２０５モータ
２０６モータ駆動装置
２０７利用者意思読取装置
２０８距離測定器
２０９制御情報表示装置
２１０利用者
２１２手摺

Claims

訓練者の肢体に装着する装着部と、
前記装着部に取り付けられた力センサと、
前記装着部を駆動する下肢駆動部と、
前記下肢駆動部の角度を検出する角度センサと、
前記訓練者の両下肢を協調させて動作させる歩行パターンを生成する歩行パターン生成部と、
前記歩行パターンを記憶する歩行パターンデータ記憶部と、
前記下肢駆動部に動作指令を与えるコントローラとを備え、
前記力センサおよび前記角度センサのセンシング情報をもとに前記下肢駆動部の動作を制御し、その動作により前記訓練者の肢体を前記歩行パターンに沿って繰り返し動作させる歩行訓練装置において、
前記歩行パターン生成部は、前記歩行パターンデータ記憶部に予め記憶されている基本的な歩行パターンの任意の時点での前記訓練者の関節角度と前記訓練者の下肢長とを基に訓練者の下肢の位置を計算し、前記訓練者の下肢の位置に応じて前記力センサにより計測された力センサデータを変更し、前記訓練者の下肢の位置と前記変更された力センサデータとを基に下肢駆動部への指令値を決定し、
前記コントローラは、前記指令値に応じて下肢駆動部を駆動することを特徴とする歩行訓練装置。
前記歩行パターンの歩幅を調整する歩幅変更スイッチを備えることを特徴とする請求項１記載の歩行訓練装置。
前記歩行パターンの周期を調整する歩行周期変更スイッチを備えることを特徴とする請求項１または２記載の歩行訓練装置。
前記訓練者に対し画像を提示する視覚提示手段と、音を提示する聴覚提示手段と、振動を提示する振動提示手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３記載の歩行訓練装置。
前記訓練者の訓練状況を判断し、前記視覚提示手段と前記聴覚提示手段と前記振動提示手段とを選択的あるいは並行して用いて前記訓練者へ歩行動作のタイミングを提示する訓練状況判断部を備えることを特徴とする請求項４記載の歩行訓練装置。