JP2016146887A - 歩行訓練システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の歩行訓練システムでは、システムの消費電力が過剰になりシステムが停止してしまうことが問題であった。【解決手段】本発明の歩行訓練システムは、それぞれがモータにより歩行者訓練者に加わる負荷を軽減又は増加させる複数の負荷ユニット１７〜２０と、歩行訓練者に対するリハビリプログラムを開始する前に歩行訓練者の属性の入力を受け付けるユーザーインタフェース１６と、複数の負荷ユニット１７〜２０の出力を制御する制御ユニット１０と、を有し、制御ユニット１０は、歩行訓練者の属性と、負荷ユニット毎の出力制限値と、を関連付けて記述したテーブルと、入力された歩行訓練者の属性に基づき複数の負荷ユニット１７〜２０に出力制限を設定するシステム制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、歩行訓練システムに関し、例えば、免荷装置と、該免荷装置を装着する装着者が歩行訓練を行うためのトレッドミルとを有する歩行訓練システムに関する。

リハビリ運動の１つに歩行訓練がある。この歩行訓練では、ムービングベルトを回転させて当該ムービングベルト上で歩行訓練を行うトレッドミルを用いることがある。また、トレッドミルに、利用者を吊り上げて足への荷重を免荷する免荷装置を組み合わせた歩行訓練システムがある。このような歩行訓練システムの一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された歩行訓練システムは、装着者の歩行フェイズを特定し、この歩行フェイズに応じた動力を装着者に付与する装着式動作補助装置と連携して動作する歩行訓練装置であって、装着者を吊り上げて、足への荷重を免荷する免荷装置と、装着者の歩行にあわせて移動可能な移動手段と、装着式動作補助装置により検出された装着者の重心位置に基づいて、移動手段の移動速度及び／又は免荷装置による免荷量を制御する制御部と、を備える。

再表２０１２−１１８１４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された歩行訓練システムのように、装着者の重心位置に基づいて、移動手段の移動速度及び／又は免荷装置による免荷量を制御した場合、システム全体の消費電力が使用可能な消費電力を超えてしまう問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、訓練対象者に十分な負荷を与えながらシステム全体の消費電力を所定の消費電力以下に維持することを目的とするものである。

本発明にかかる歩行訓練システムの一態様は、それぞれがモータにより歩行者訓練者に加わる負荷を軽減又は増加させる複数の負荷ユニットと、前記歩行訓練者に対するリハビリプログラムを開始する前に前記歩行訓練者の属性の入力を受け付けるユーザーインタフェースと、前記複数の負荷ユニットの出力を制御する制御ユニットと、を有し、前記制御ユニットは、前記歩行訓練者の属性と、前記負荷ユニット毎の出力制限値と、を関連付けて記述したテーブルと、入力された前記歩行訓練者の属性に基づき前記複数の負荷ユニットに出力制限を設定するシステム制御部と、を有する。

本発明にかかる歩行訓練システムでは、リハビリプログラムを開始する前に、歩行訓練者の属性毎に定められた負荷ユニットの出力制限値に基づき、複数の負荷ユニットの出力を負荷ユニット毎に制限する。これにより、本発明にかかる歩行訓練システムでは、システム全体の消費電力を所定の電力値以下に制限することができる。

本発明にかかる歩行訓練システムによれば、訓練対象者に十分な負荷を与えながらシステム全体の消費電力を所定の消費電力以下に維持することができる。

実施の形態１にかかる歩行訓練システムの概略図である。 実施の形態１にかかる歩行訓練システムのブロック図である。 実施の形態１にかかる歩行訓練システムの動作のうちシステムの設定を行う際の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる歩行訓練システムの動作のうちリハビリプログラム実施中の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる歩行訓練システムにおいて利用されるデータベース上のテーブルデータを説明する図である。 実施の形態２にかかる歩行訓練システムの動作のうちシステムの設定を行う際の動作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。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

図１に、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１の概略図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１は、筐体に制御ユニット１０、表示パネル１１、足元カメラ１２、正面カメラ１３、側面カメラ１４、スピーカ１５、主制御パネル１６、人免荷装置１８、第１の脚部免荷装置１９ａ、第２の脚部免荷装置１９ｂ、トレットミル２０が設けられる。ここで、人免荷装置１８、第１の脚部免荷装置１９ａ、第２の脚部免荷装置１９ｂ、及びトレットミル２０は、それぞれモータにより歩行者訓練者に加わる負荷を軽減又は増加させる複数の負荷ユニットに該当するものである。

主制御パネル１６は、制御ユニット１０を操作するためのユーザーインタフェースを提供する。制御ユニット１０は、ユーザーインタフェースを介して与えられた指示に従って、システム全体を制御するものである。より具体的には、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、主制御パネル１６に表示したユーザーインタフェースを介して、歩行訓練者に対するリハビリプログラムを開始する前に歩行訓練者の属性の入力を受け付ける。そして、制御ユニット１０は、当該歩行訓練者の属性と、負荷ユニット毎の出力制限値と、を関連付けて記述したテーブルを有し、ユーザインタフェースを介して入力された歩行訓練者の属性に基づき前記複数の負荷ユニットに出力制限を設定する。そして、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、設定された出力制限値に基づき複数の負荷ユニットを動作させる。

表示パネル１１は、歩行訓練者に提供する画面を表示するものである。表示パネル１１の画面は、制御ユニット１０から与えられる。足元カメラ１２は、歩行訓練者の足元を監視するものである。正面カメラ１３は、歩行訓練者の正面からの様子を観察するものである。側面カメラ１４は、歩行訓練者の側面からの様子を観察するものである。なお、各カメラで撮影した映像は、制御ユニット１０内で処理される。スピーカ１５は、歩行訓練者或いは操作者に対して音声による情報を提供するものである。スピーカ１５から出力する音声は制御ユニット１０から提供される。

脚部ロボット１７は、歩行訓練者の脚部の曲げ伸ばし時の負荷を軽減する。脚部ロボット１７により歩行訓練者に与える負荷の具合は制御ユニット１０の指示によって決まる。一方、歩行訓練者にリハビリプログラムを実施している期間中、脚部ロボット１７は、自立的に動作する。

人免荷装置１８は、歩行訓練者を吊り上げることで人免荷装置１８をどの程度の速度で動作させるか、動作禁止とするかは、制御ユニット１０により決定される。第１の脚部免荷装置１９ａ及び第２の脚部免荷装置１９ｂは、歩行訓練者の脚部を吊り上げることで歩行訓練者の脚部にかかる負荷を軽減する。第１の脚部免荷装置１９ａ及び第２の脚部免荷装置１９ｂがどの程度脚部にかかる負荷を軽減するかは制御ユニット１０によって決定される。トレットミル２０は、ムービングベルトを回転させ、かつ、その回転速度を調節することで歩行訓練者の歩行スピード及び歩行訓練者の脚部に脚部にかかる負荷を調節する。

続いて、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１のブロック図について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる歩行訓練システム１のブロック図を示す。図２に示すように、制御ユニット１０は、電源トランス３１、安全リレー部３２、電力監視部３３、システム制御部３４、電源変換装置３５、脚部制御部４１、人免荷制御装置５１、第１の脚部免荷制御装置５２、第２の脚部免荷制御装置５３及びトレットミル制御装置５４を有する。

電源トランス３１は、コンセントを介して供給される交流電源信号とは絶縁された交流信号に変換する。医用機器では、田の機器の誤動作を防止するために、外部へのノイズの伝搬を防止することがさせないための機構が必要であり電源トランス３１はノイズ対策の一例として備えられる。安全リレー部３２は、過電流の発生を検知してシステムの安全性を保つ。また、安全リレー部３２は、歩行訓練システム１を構成する各ブロックに電源を分配する。なお、電源トランス３１から安全リレー部３２に交流電源信号を伝達する電源系配線及び安全リレー部３２から各ブロックに接続される電源系配線にはそれぞれ電力検出部が設けられる。電力検出部は、対応する電源系配線に流れる電力をモニタして電力監視部３３にモニタ結果を出力する。

電力監視部３３は、電力検出部から与えられたモニタ結果に基づき各ブロックで消費される電力の総量が予め設定した電力制限値を超えたか否かを判断する。また、電力監視部３３は、ブロック毎の消費電力を監視して、各ブロックで消費される電力が予め設定した電力を超えたか否かを判断する。

システム制御部３４は、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算装置である。システム制御部３４は、データベースＤＢを有する。システム制御部３４を主制御パネル１６により操作者に提供されるユーザーインタフェースを介して入力された歩行訓練者の属性に基づき複数の負荷ユニットに出力制限を設定する。また、システム制御部３４は、表示パネル１１、足元カメラ１２、正面カメラ１３、側面カメラ１４、スピーカ１５、主制御パネル１６と制御信号線により接続される。システム制御部３４は、これらブロックの機能に応じた制御信号を出力する。また、システム制御部３４は、脚部制御部４１と制御信号線により接続される。システム制御部３４は、脚部ロボット１７の出力制限値及び各種制御信号を脚部制御部４１を介して受信する。システム制御部３４は、人免荷制御装置５１、第１の脚部免荷制御装置５２、第２の脚部免荷制御装置５３、トレットミル制御装置５４と制御信号線により接続される。システム制御部３４は、これらブロックに対して出力制限値及び各種制御信号を制御信号線を介して送受信する。なお、人免荷制御装置５１、第１の脚部免荷制御装置５２、第２の脚部免荷制御装置５３、トレットミル制御装置５４はディジーチェーン接続され、トレットミル制御装置５４に接続される終端抵抗５５がディジーチェーンの終端となる。なお、人免荷制御装置５１、第１の脚部免荷制御装置５２、第２の脚部免荷制御装置５３及びトレットミル制御装置５４と、システム制御部３４は、例えば、システム制御部３４と各ブロックが直接制御信号の送受信を行う通信方式の方に終端抵抗５５が必要のない通信方式にて接続することも可能である。また、システム制御部３４は、電力監視部３３から電力監視結果を受信する。システム制御部３４は、受信した電力監視結果に基づきシステムの動作を継続するか否かを操作者に問い合わせる動作を行う。システム制御部３４の詳細な動作は後述する。

電源変換装置３５は、安全リレー部３２から出力される交流電源信号を脚部ロボット１７に適した電源信号に変換して出力する。

脚部ロボット１７は、荷重センサ４２、角度センサ４３及びモータを有する。脚部ロボット１７では、荷重センサ４２及び角度センサ４３により、ロボットの動作状況を判断し、脚部制御部４１が当該動作状況に応じてモータを制御する。また、脚部制御部４１は、システム制御部３４から与えられる出力制限値に基づきモータの出力能力を調節する。

人免荷装置１８は、人免荷制御装置５１及びモータを有する。人免荷制御装置５１は、システム制御部３４から与えられる出力制限値に基づきモータの出力を調節する。第１の脚部免荷装置１９ａは、第１の脚部免荷制御装置５２及びモータを有する。第１の脚部免荷制御装置５２は、システム制御部３４から与えられる出力制限値に基づきモータの出力を調節する。第２の脚部免荷装置１９ｂは、第２の脚部免荷制御装置５３及びモータを有する。第２の脚部免荷装置１９ｂは、ステム制御部３４から与えられる出力制限値に基づきモータの出力を調節する。トレットミル２０は、トレットミル制御装置５４及びモータを有する。トレットミル制御装置５４は、ステム制御部３４から与えられる出力制限値に基づきモータの出力を調節する。

なお、図１に示すように、歩行訓練システム１では、足元カメラ１２、正面カメラ１３、側面カメラ１４、スピーカ１５は、システム制御部３４が出力する補助的な電源に基づき動作する。一方、表示パネル１１、主制御パネル１６には安全リレー部３２から交流電源信号が供給される。

続いて、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１の動作について説明する。以下で説明する歩行訓練システム１の動作は、主に制御ユニット１０内のシステム制御部３４により実施されるものである。また、システム制御部３４内には、以下で説明する動作を実現するためのプログラムが搭載されているものとする。

なお、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

図３及び図４に実施の形態１にかかる歩行訓練システム１の動作を説明するフローチャートを示す。図３では、歩行訓練システム１の動作のうちシステムの設定を行う際の動作を示すフローチャートを示す。また、図４では、歩行訓練システム１の動作のうちリハビリプログラム実施中の動作を示すフローチャートを示す。

図３に示すように、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、まず、操作者が主制御パネル１６に表示されたユーザーインタフェースを用いて、歩行訓練システム１の動作モードを歩行訓練者の属性により制限された動作モードとすることを選択する（ステップＳ１）。次いで、歩行訓練システム１では、操作者が歩行訓練者の属性を入力してデータベース上の制限値を指定する（ステップＳ２）。ここで、実施の形態１では、歩行訓練者の属性として歩行訓練者の身長、体重、性別、年齢等歩行訓練者の身体的特徴を用いるものとする。

次いで、歩行訓練システム１は、システム制御部３４がデータベースから各ユニットの制限値を読み出す（ステップＳ３）。そして、システム制御部３４は、読み出した制限値によりユニット毎に制限値を変更する。次いで、システム制御部３４は、制限値を変更したユニットを主制御パネル１６に表示することで操作者に提示する（ステップＳ５）。そして、歩行訓練システム１では、操作者にリハビリを行う上で変更した制限値に問題がある会中を問い合わせる（ステップＳ６）。操作者は、変更後の制限値によるリハビリの実施に問題があると判断した場合、主制御パネル１６を介して制限値に問題があることを指示し、システム制御部３４は、パラメータの修正を促す画面を主制御パネル１６に提示する。そして、操作者は主制御パネル１６を介して、制限値を変更したくないデータベース上のパラメータを修正する（ステップＳ７）。次いで、システム制御部３４は、データベースから修正後の制限値を再度読み出し（ステップＳ８）、修正後の制限値により各ユニットの制限値を変更する（ステップＳ４）。このステップＳ４〜ステップＳ８の動作によりステップＳ６で制限値に問題ないことが確認されたことに伴い、歩行訓練システム１はリハビリプログラムを実施する。

次いで、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１のリハビリプログラム実施中の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４に示すように、ステップＳ６で制限値に問題がないことが確認されたことに伴い歩行訓練システム１は、リハビリプログラムを開始する（ステップＳ９）。そして、歩行訓練システム１では、リハビリプログラム中の電力を電力監視部３３によりモニタする（ステップＳ１０）。次いで、システム制御部３４は、電力監視部３３でモニタされた電力を参照して、電力の大きさがシステムダウンの可能性があるか否かを判断する（ステップＳ１１）。

このステップＳ１１において、電力監視部３３でモニタされた電力が、予め設定した閾値よりも大きいと判断された場合、ステップＳ１３〜Ｓ１５によりパラメータの変更を行う。一方、ステップＳ１１において、電力監視部３３でモニタされた電力が、予め設定した閾値よりも小さい判断された場合、リハビリプログラムの終了判断を行い、リハビリプログラムを終了すると判断されるまでステップＳ１０〜Ｓ１２の処理を繰り返す。また、ステップＳ１２においてリハビリプログラムを終了することが判断された場合、歩行訓練システム１はリハビリプログラムを終了して（ステップＳ１６）、システムの動作を停止する。

ステップＳ１３では、データベースから読み出した制限値（現在の制限値）を強制的に変更する。この変更は、操作者に変更後の制限値を提示することなく行われる。次いで、歩行訓練システム１では、システム制御部３４が変更後の制限値を主制御パネル１６を介して操作者に提示する（ステップＳ１４）。そして、操作者が変更後の制限値でリハビリを継続しても問題ないかを判断する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５において、変更後の制限値であっても問題ないと判断された場合、ステップＳ１０〜ステップＳ１２の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１５でリハビリの継続が困難と判断された場合、歩行訓練システム１ではリハビリプログラムを終了する（ステップＳ１６）。

ここで、システム制御部３４に設けられているデータベースに格納されているテーブルについて説明する。そこで、図５に、歩行訓練システム１において利用されるデータベース上のテーブルデータを説明する図を示す。

図５に示すように、データベース上に格納されるテーブルは、年齢と性別の組み合わせ毎に用意される。そして各テーブルには身長と体重との組み合わせ毎に１つの制限値グループが設定されている。例えば、制限値グループＡには、人免荷モータの制限値として最高出力の７５％の制限値が設定され、トレットミル装置の制限値として最高出力の５０％の制限値が設定され、脚部免荷装置の制限値として最高出力の７５％の制限値が設定される。また、このテーブルは外部アクセスにより更新され、統計的に精度を高めた数パターンに変更される可能性がある。

上記説明より、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、リハビリプログラムの実施前に、歩行訓練者の属性に合致し、かつ、システム全体の消費電力を所定の電力以下に制限可能な制限値を各ユニットに設定する。これにより、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、リハビリプログラムの実施中に消費電力が過剰になることによって歩行訓練システム１が停止することを防止することができる。

また、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、制限値を適用したリハビリが歩行訓練者に十分な負荷を与えることができるか、或いは、制限値を適用したリハビリが歩行訓練者に過剰な負荷を与えていないか、を変更後の制限値を操作者に提示する。これにより、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、例えば、理学療法士等の操作者の意図するリハビリプログラムを歩行訓練者に提供することができる。

また、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１は、リハビリプログラム中にシステムで消費される電力をモニタし、リハビリプログラム中の消費電力が所定の閾値を超える可能性がある場合に強制的に制限値を更新する。また、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、強制的に制限値を変更した後に変更後の制限値を操作者に提示して、変更後の制限値の正当性を操作者に問い合わせる。これにより、実施の形態１にかかる歩行訓練システム１では、強制的に制限値を変更した後においても適切なリハビリプログラムを歩行訓練者に提供することができる。

歩行訓練システムは、一般的な家庭用電力の供給しか得られない場所に設置されることがある。この家庭用電力は産業用電力とは異なり、得られる電力に制限がある。そのため、歩行訓練システムにおいて、所定の電力以下で動作を継続できる実施の形態１にかかる歩行訓練システム１を適用することの効果は大きい。

実施の形態２
実施の形態２では、操作者が歩行訓練者の属性として入力する情報の別の例について説明する。実施の形態２では、操作者が歩行訓練者の属性として歩行訓練者の訓練履歴情報を入力する。この訓練履歴情報には、回復情報或いは訓練情報が含まれる。そこで、図６に実施の形態２にかかる歩行訓練システムの動作のうちシステムの設定を行う際の動作を示すフローチャートを示す。なお、後述するステップＳ２１、Ｓ２２の動作以外の動作は実施の形態１にかかる歩行訓練システム１と同じであるため、ここでは説明を省略する。

図６に示すように、実施の形態２にかかる歩行訓練システムでは、ステップＳ１、Ｓ２に代えて、ステップＳ２１、Ｓ２２が設けられている。ステップＳ２１では、操作者が選択する動作モードが、歩行訓練者の属性による出力制限を行う動作モードから回復情報・訓練情報による出力制限を行う動作モードに置き換えられている。また、ステップＳ２２では、入力する情報が歩行訓練者の属性から訓練履歴情報に置き換えられている。

歩行訓練を行うことで、歩行訓練者には、以下のような傾向が現れる。例えば、脚部の足つきが良くなる。脚部の足つきが良くなった場合、第１の脚部免荷装置１９ａ及び第２の脚部免荷装置１９ｂへの負荷が減り、脚部免荷装置の負荷が減る。一方、脚部の動作が良好な状態に近づいたためトレットミル２０の速度は速めた方がよい。そこで、歩行訓練者の脚部の足つきの状況が改善した場合には、脚部免荷装置のモータの制限を高め、トレットミル２０のモータの制限を緩和する。つまり、実施の形態２にかかる歩行訓練システムでは、訓練履歴情報に基づき各ユニットの出力制限値を変更する。

上記説明より、実施の形態２にかかる歩行訓練システムでは、歩行訓練者の属性だけによらず、訓練履歴情報に基づき出力制限値を設定する。この場合においても、出力制限値の適用をリハビリプログラムの実施前に行うことで、リハビリプログラムの実施中にシステムがシャットダウンしてしまうことを防止する事ができる。

上記説明は、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ 歩行訓練システム
１０ 制御ユニット
１１ 表示パネル
１２ 足元カメラ
１３ 正面カメラ
１４ 側面カメラ
１５ スピーカ
１６ 主制御パネル
１７ 脚部ロボット
１８ 人免荷装置
１９ａ 第１の脚部免荷装置
１９ｂ 第２の脚部免荷装置
２０ トレットミル
３１ 電源トランス
３２ 安全リレー部
３３ 電力監視部
３４ システム制御部
３５ 電源変換装置
４１ 脚部制御部
４２ 荷重センサ
４３ 角度センサ
５１ 人免荷制御装置
５２ 第１の脚部免荷制御装置
５３ 第２の脚部免荷制御装置
５４ トレットミル制御装置
５５ 終端抵抗

Claims (1)

1. それぞれがモータにより歩行者訓練者に加わる負荷を軽減又は増加させる複数の負荷ユニットと、
   前記歩行訓練者に対するリハビリプログラムを開始する前に前記歩行訓練者の属性の入力を受け付けるユーザーインタフェースと、
   前記複数の負荷ユニットの出力を制御する制御ユニットと、を有し、
   前記制御ユニットは、
   前記歩行訓練者の属性と、前記負荷ユニット毎の出力制限値と、を関連付けて記述したテーブルと、
   入力された前記歩行訓練者の属性に基づき前記複数の負荷ユニットに出力制限を設定するシステム制御部と、を有する歩行訓練システム。

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