JP2015231435A

JP2015231435A - 歩行訓練装置

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Publication number: JP2015231435A
Application number: JP2014118897A
Authority: JP
Inventors: 雅之高島; Masayuki Takashima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2034-06-09
Also published as: JP6248818B2

Abstract

【課題】ユーザの歩行訓練を阻害することなく、ワイヤの外れ或いはワイヤの断線を判定すること。
【解決手段】歩行訓練装置は、ユーザの脚部に装着された歩行補助装置と、歩行補助装置及びユーザの脚部のうち少なくとも一方を、ワイヤを介して上方かつ前方に引張する第１引張手段と、歩行補助装置及びユーザの脚部のうち少なくとも一方を、ワイヤを介して上方かつ後方に引張する第２引張手段と、第１引張手段に設けられ、該第１引張手段が引張するワイヤの引張速度を検出する第１速度検出手段と、第２引張手段に設けられ、該第２引張手段が引張するワイヤの引張速度を検出する第２速度検出手段と、第１及び第２速度検出手段により検出された引張速度の差を算出する速度差算出手段と、引張速度の差が閾値以上となるとき、ワイヤが外れた又はワイヤが断線したと判定する異常判定手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ユーザが歩行訓練を行うための歩行訓練装置に関するものである。

トレッドミル上を歩行するユーザの脚部を引張して脚部の振出しを補助する歩行訓練装置が知られている（特許文献１参照）

特開２００９−１８３６５７号公報

ところで、ユーザの脚部に歩行補助装置が装着され、この歩行補助装置をワイヤで引張し免荷を行った場合、ワイヤが外れ、あるいは、ワイヤが断線することがある。一方、そのワイヤの外れ或いはワイヤの断線を判定するため、例えば、ユーザの脚部に装着された歩行補助装置に特別なセンサを設けることが想定される。この場合、歩行補助装置の重量が増加し、ユーザの歩行訓練を阻害する虞がある。

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、ユーザの歩行訓練を阻害することなく、ワイヤの外れ或いはワイヤの断線を判定できる歩行訓練装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、ユーザの脚部に装着され、該ユーザの歩行を補助する歩行補助装置と、前記歩行補助装置及び前記ユーザの脚部のうち少なくとも一方を、ワイヤを介して上方かつ前方に引張する第１引張手段と、前記歩行補助装置及び前記ユーザの脚部のうち少なくとも一方を、ワイヤを介して上方かつ後方に引張する第２引張手段と、を備える歩行訓練装置であって、前記第１引張手段に設けられ、該第１引張手段が引張する前記ワイヤの引張速度を検出する第１速度検出手段と、前記第２引張手段に設けられ、該第２引張手段が引張する前記ワイヤの引張速度を検出する第２速度検出手段と、前記第１速度検出手段により検出された引張速度と、前記第２速度検出手段により検出された引張速度と、の差を算出する速度差算出手段と、前記速度差算出手段により算出された前記引張速度の差が閾値以上となるとき、前記ワイヤが外れた又は前記ワイヤが断線したと判定する異常判定手段と、を備える、ことを特徴とする歩行訓練装置である。

本発明によれば、ユーザの歩行訓練を阻害することなく、ワイヤの外れ或いはワイヤの断線を判定できる歩行訓練装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。本発明の一実施の形態に係る歩行補助装置の概略的な構成を示す斜視図である。本発明の一実施の形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本発明の一実施の形態に係る歩行訓練装置の制御処理フローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る歩行訓練装置１は、例えば、脳卒中片麻痺患者などのユーザの歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１は、ユーザの脚部に装着された歩行補助装置２と、ユーザの歩行訓練を行う訓練装置３と、を備えている。

歩行補助装置２は、例えば、歩行訓練を行うユーザの患脚に装着され、ユーザの歩行を補助する（図２）。歩行補助装置２は、上腿フレーム２１と、上腿フレーム２１に膝関節部２２を介して連結された下腿フレーム２３と、下腿フレーム２３に足首関節部２４を介して連結された足平フレーム２５と、膝関節部２２を回転駆動するモータユニット２６と、足首関節部２４の可動範囲を調整する調整機構２７と、を有している。なお、上記歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。例えば、歩行補助装置２は、足首関節部２４を回転駆動するモータユニットを備えていてもよい。

上腿フレーム２１は、ユーザの脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム２３はユーザの脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレームには、例えば、上腿部を固定するための上腿装具２１２が設けられている。上腿装具２１２は、例えば、マジックテープ（登録商標）などを用いて、上腿部に固定される。これにより、歩行補助装置２がユーザの脚部から左右方向あるいは上下方向にずれるのを防止できる。

上腿フレーム２１には、後述の第１引張部３５のワイヤ３４を接続するための、左右方向に延在する横長の第１フレーム２１１が設けられている。下腿フレーム２３には、後述の第２引張部３７のワイヤ３６を接続するための、左右方向に延在する横長の第２フレーム２３１が設けられている。

なお、上記第１及び第２引張部の接続部は一例であり、これに限らない。例えば、第１及び第２引張部３５、３７のワイヤ３４、３６を上腿装具２１２に接続してもよく、第１及び第２引張部３５、３７の引張点を歩行補助装置２の任意の位置に設けることができる。

モータユニット２６は、ユーザの歩行動作に応じて膝関節部２２を回転駆動することでユーザの歩行を補助する。なお、上記歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。ユーザの脚部に装着され、その歩行を補助できる任意の歩行補助装置が適用可能である。

訓練装置３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、制御装置３３と、を有している。トレッドミル３１は、リング状のベルト３１１を回転させる。ユーザは、ベルト３１１上に乗り該ベルト３１１の移動に応じて歩行を行い、その歩行訓練を行う。

フレーム本体３２は、トレッドミル３１上に立設された２対の柱フレーム３２１と、各柱フレーム３２１に接続され前後方向に延在する一対の前後フレーム３２２と、各前後フレーム３２２に接続され左右方向に延在する３つの左右フレーム３２３と、を有している。なお、上記フレーム本体３２の構成は、これに限られない。後述の第１及び第２引張部３５、３７が適切に固定できれば、フレーム本体３２は任意のフレーム構成であってもよい。

前方の左右フレーム３２３には、ワイヤ３４を上方かつ前方に引張する第１引張部３５が設けられている。後方の左右フレーム３２３には、ワイヤ３６を上方かつ後方に引張する第２引張部３７が設けられている。

第１及び第２引張部３５、３７は、例えば、ワイヤ３４、３６を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第１及び第２引張部３５、３７が引張するワイヤ３４、３６の一端は、歩行補助装置２に接続されている。第１引張部３５は、ワイヤ３４を介して歩行補助装置２を上方かつ前方に引張する。第２引張部３７は、ワイヤ３６を介して歩行補助装置２を上方かつ後方に引張する。

第１引張部３５には、第１速度センサ３８が設けれている。第１速度センサ３８は、第１速度検出手段の一具体例であり、第１引張部３５が引張するワイヤ３４の引張速度を検出する。第２引張部３７には、第２速度センサ３９が設けられている。第２速度センサ３９は、第２速度検出手段の一具体例であり、第２引張部３７が引張するワイヤ３６の引張速度を検出する。第１及び第２引張部３５、３７は、検出したワイヤ３４、３６の引張速度を制御装置３３に出力する。

第１及び第２速度センサ３８、３９は、例えば、インクリメント型のエンコーダなどで構成されている。このように、インクリメント型のエンコーダを用いることで、バッテリを定期的に交換する必要がないためメンテナンス性が向上する。

第１及び第２引張部３５、３７は、モータの駆動トルクを制御することで、ワイヤ３４、３６の引張力を制御しているが、これに限らない。例えば、各ワイヤ３４、３６にバネ部材が接続されており、バネ部材の弾性力を調整することで、ワイヤ３４、３６の引張力を調整してもよい。

第１及び第２引張部３５、３７による引張力の鉛直上方の成分が歩行補助装置２の重さを支える。そして、第１及び第２引張部３５、３７による引張力の水平成分により、脚部の振出しを補助する。これにより、歩行訓練時におけるユーザの歩行負荷を軽減できる。また、各ワイヤ３４、３６は、夫々、ユーザの脚部の歩行補助装置２から上方かつ前方及び上方かつ後方に延びる。したがって、各ワイヤ３４、３６がユーザの歩行時にユーザに干渉せず、歩行訓練の妨げとならない。

制御装置３３は、制御手段の一具体例であり、第１及び第２引張部３５、３７の引張力と、トレッドミル３１の駆動と、歩行補助装置２と、を夫々制御する。制御装置３３は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

制御装置３３は、訓練指示、訓練メニュー、訓練情報（歩行速度、生体情報等）などの情報を表示する表示部３３３が設けられている。表示部３３３は、例えば、タッチパネルとして構成されており、ユーザは表示部３３３を介して各種の情報を入力できる。

ところで、ユーザの歩行補助装置をワイヤで引張し免荷を行った場合、そのワイヤが外れ、あるいは、断線することがある。この場合、ワイヤの引張バランスが崩れ、ユーザの歩行訓練が困難となる虞がある。一方、そのワイヤの外れ、あるいは、断線を判定するため、例えば、歩行補助装置に特別なセンサを設けることが想定される。この場合、歩行補助装置の重量が増加し、ユーザの歩行訓練を阻害する虞がある。

これに対し、本実施の形態に係る歩行訓練装置１において、第１引張部３５に該第１引張部３５が引張するワイヤ３４の引張速度を検出する第１速度センサ３８が設けられ、第２引張部３７に、該第２引張部３７が引張するワイヤ３６の引張速度を検出する第２速度センサ３９が設けられている。制御装置３３は、第１引張部３５によるワイヤ３４の引張速度と第２引張部３７によるワイヤ３６の引張速度との差を算出し、該引張速度の差が閾値以上となるとき、ワイヤ３４、３６が外れた又はワイヤ３４、３６が断線したと判定する。これにより、歩行補助装置２に特別なセンサを設けることがないため、ユーザの歩行訓練を阻害することがない。さらに、ワイヤ３４、３６の外れ或いはワイヤ３４、３６の断線を正確に判定できる。

図３は、本実施の形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る制御装置３３は、第１及び第２速度センサ３８、３９の引張速度の差を算出する速度差算出部３３１と、ワイヤ３４、３６の外れ又はワイヤ３４、３６の断線を判定する異常判定部３３２と、を有している。
速度差算出部３３１は、第１速度センサ３８から出力された引張速度と、第２速度センサ３９から出力された引張速度と、の差を算出する。

異常判定部３３２は、速度差算出部３３１により算出された引張速度の差が閾値以上となるとき、第１及び第２引張部３５、３７が引張するワイヤ３４、３６のうちいずれか一方のワイヤ３４、３６が外れた又は断線したと判定する。これは、いずれか一方のワイヤ３４、３６が外れ、又は断線した場合、そのワイヤ３４、３６の引張速度が大きく増加し、引張速度の差が閾値以上となるからである。

異常判定部３３２は、引張速度の差が閾値以上となり、ワイヤ３４、３６が外れた又はワイヤ３４、３６が断線したと判定したとき、例えば、第１及び第２引張部３５、３７、歩行補助装置２及びトレッドミル３１に対して、停止させるための制御信号を出力する。第１及び第２引張部３５、３７、歩行補助装置２及びトレッドミル３１は、異常判定部３３２からの制御信号に応じて、駆動を停止する。これにより、ワイヤ３４、３６が外れた又はワイヤ３４、３６が断線した場合の異常時に迅速に対応でき安全性の向上に繋がる。

図４は、本実施の形態に係る歩行訓練装置の制御処理フローを示すフローチャートである。ユーザの歩行訓練が開始されると、制御装置３３は、第１及び第２引張部３５、３７の引張力と、トレッドミル３１の駆動と、歩行補助装置２と、を制御し駆動させる（ステップＳ１０１）。

第１速度センサ３８は、第１引張部３５が引張するワイヤ３４の引張速度を検出し（ステップＳ１０２）、制御装置３３に出力する。第２速度センサ３９は、第２引張部３７が引張するワイヤ３６の引張速度を検出し（ステップＳ１０３）、制御装置３３に出力する。

制御装置３３の速度差算出部３３１は、第１速度センサ３８から出力された引張速度と、第２速度センサ３９から出力された引張速度と、の差を算出する（ステップＳ１０４）。

異常判定部３３２は、速度差算出部３３１により算出された引張速度の差が閾値以上であるか否かを判定して、ワイヤ３４、３６の外れ又はワイヤ３４、３６の断線を判定する（ステップＳ１０５）。

異常判定部３３２は、引張速度の差が閾値以上となり（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、ワイヤ３４、３６が外れた又はワイヤ３４、３６が断線したと判定したとき（ステップＳ１０６）、第１及び第２引張部３５、３７、歩行補助装置２及びトレッドミル３１を停止させる制御を行う（ステップＳ１０７）。一方、異常判定部３３２は、引張速度の差が閾値より小さいと判定したとき（ステップＳ１０５のＮＯ）、上記（ステップＳ１０１）の処理に戻る。

以上、本実施の形態に係る歩行訓練装置１において、第１速度センサ３８は、第１引張部３５に設けられ、該第１引張部３５が引張するワイヤ３４の引張速度を検出する。第２速度センサ３９は、第２引張部３７に設けられ、該第２引張部３７が引張するワイヤ３６の引張速度を検出する。速度差算出部３３１は、第１速度センサ３８により検出された引張速度と、第２速度センサ３９により検出された引張速度と、の差を算出する。異常判定部３３２は、該引張速度の差が閾値以上となるとき、ワイヤ３４、３６が外れた又はワイヤ３４、３６が断線したと判定する。これにより、歩行補助装置２に特別なセンサを設けることないためユーザの歩行訓練を阻害することがなく、さらに、ワイヤ３４、３６の外れ或いはワイヤ３４、３６の断線を正確に判定できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上記実施形態において、訓練装置３はフレーム本体３２を有しない構成であってもよい。この場合、第１及び第２引張部３５、３７は、例えば、壁面あるいは天井に設けられていても良い。

上記実施形態において、第１及び第２引張部３５、３７のワイヤ３４、３６は歩行補助装置２に接続されているが、これに限られない。例えば、第１及び第２引張部３５、３７のワイヤ３４、３６は、ユーザの脚部にベルト、リングなどの装着具を介して接続される構成であってもよい。さらに、第１及び第２引張部３５、３７のワイヤ３４、３６は、歩行補助装置２及びユーザの脚部に接続される構成であってもよい。

上記実施形態において、歩行補助装置２を装着したユーザはトレッドミル３１上を歩行する構成であるが、これに限られない。歩行補助装置２を装着したユーザが静止する路面上を歩行し、ユーザの移動に応じて第１及び第２引張部３５、３７を移動させる構成であってもよい。

１歩行訓練装置、２歩行補助装置、３訓練装置、２１上腿フレーム、２２膝関節部、２３下腿フレーム、２４足首関節部、２５足平フレーム、２６モータユニット、２７調整機構、３１トレッドミル、３２フレーム本体、３３制御装置、３４ワイヤ、３５第１引張部、３６ワイヤ、３７第２引張部、３８第１速度センサ、３９第２速度センサ、３３１速度差算出部、３３２異常判定部

Claims

ユーザの脚部に装着され、該ユーザの歩行を補助する歩行補助装置と、
前記歩行補助装置及び前記ユーザの脚部のうち少なくとも一方を、ワイヤを介して上方かつ前方に引張する第１引張手段と、
前記歩行補助装置及び前記ユーザの脚部のうち少なくとも一方を、ワイヤを介して上方かつ後方に引張する第２引張手段と、を備える歩行訓練装置であって、
前記第１引張手段に設けられ、該第１引張手段が引張する前記ワイヤの引張速度を検出する第１速度検出手段と、
前記第２引張手段に設けられ、該第２引張手段が引張する前記ワイヤの引張速度を検出する第２速度検出手段と、
前記第１速度検出手段により検出された引張速度と、前記第２速度検出手段により検出された引張速度と、の差を算出する速度差算出手段と、
前記速度差算出手段により算出された前記引張速度の差が閾値以上となるとき、前記ワイヤが外れた又は前記ワイヤが断線したと判定する異常判定手段と、
を備える、ことを特徴とする歩行訓練装置。