JP2017051464A - 歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法 - Google Patents

歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法 Download PDF

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Abstract

【課題】歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減すること。【解決手段】歩行訓練装置は、訓練者の脚部の歩行補助装置と、脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張し、ワイヤーを脚部の遊脚期間で巻取り収納し立脚期間で引出すように構成された第１ワイヤー巻取り機構と、第１引張力でワイヤーを引張するように第１ワイヤー巻取り機構を制御する引張制御手段と、第１ワイヤー巻取り機構に収納されているワイヤー収納量を検出する収納量検出手段と、を備える。引張制御手段は、収納量検出手段により検出されたワイヤー収納量が、第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、第１引張力よりも大きい第２引張力でワイヤーを引張するように、第１ワイヤー巻取り機構を制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、訓練者の歩行訓練を行う歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法に関する。
訓練者の脚部に、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置を装着して歩行訓練を行う歩行訓練装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２−０９５７９３号公報
歩行補助装置は、ある程度の重量を有するため、その歩行補助装置を装着した訓練者にはその重量が負担となる。さらに、訓練者が脚部に歩行補助装置を装着した状態で歩行動作を行う場合、脚部を前方へ振り出すタイミングで、その脚部は歩行補助装置から後方への慣性力を受けることとなる。このため、訓練者に過度の負担が掛かるという課題が生じている。
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、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法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、訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第１ワイヤー巻取り機構と、第１引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第１ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、前記第１ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、を備える歩行訓練装置であって、前記引張制御手段は、前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、前記第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第１ワイヤー巻取り機構を制御する、ことを特徴とする歩行訓練装置である。
この一態様によれば、引張制御手段は、第１引張力でワイヤーを引張するように第１ワイヤー巻取り機構を制御することで、歩行補助装置の重量を低減する。これにより、訓練者の脚部における歩行補助装置の重量を免荷することができる。さらに、収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量が、第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤーの所定収納量以下となる期間で、第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力でワイヤーを引張するように、第１ワイヤー巻取り機構を制御する。これにより、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
この一態様において、前記振出し開始期間は、前記第１ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量から前記収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量を減算した値が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量と、前記最大のワイヤーの収納量と、の所定差分量以上となる期間としてもよい。
この一態様において、前記引張制御手段は、前記第１ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量を前記遊脚期間毎に更新してもよい。これにより、より高精度に脚部の振出し開始のタイミングを判定でき、その振出し開始のタイミングにおける慣性力の負荷をより最適に軽減できる。
この一態様において、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ後方に引張する機構であって、前記脚部の立脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記脚部の遊脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第２ワイヤー巻取り機構を更に備え、前記引張制御手段は、前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、前記第１及び第２ワイヤー巻取り機構による引張力の水平前方成分を増加させてもよい。これにより、第１及び第２ワイヤー巻取り機構による引張力の鉛直上方成分と水平前方成分を独立して精密に制御できる。このため、歩行補助装置の重力負荷を軽減しつつ、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始時においてその脚部にかかる負担をより最適に軽減できる。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第１ワイヤー巻取り機構と、第１引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第１ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、前記第１ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、を備える歩行訓練装置の歩行訓練方法であって、前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、前記第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第１ワイヤー巻取り機構を制御する、ことを特徴とする歩行訓練装置の歩行訓練方法であってもよい。
この一態様によれば、第１引張力でワイヤーを引張するように第１ワイヤー巻取り機構を制御することで、歩行補助装置の重量を低減する。これにより、訓練者の脚部における歩行補助装置の重量を免荷することができる。さらに、収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量が、第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤーの所定収納量以下となる期間で、第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力でワイヤーを引張するように、第１ワイヤー巻取り機構を制御する。これにより、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
本発明によれば、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法を提供することができる。
本発明の実施形態１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。 歩行補助装置の概略的な構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１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。 本発明の実施形態１に係るコンピュータの概略的なシステム構成を示すブロック図である。 ワイヤー収納量と遊脚期間および立脚期間との関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る歩行訓練方法のフローを示すフローチャートである。 引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤーの所定収納量と最大のワイヤー収納量との差分量の一例を示す図である。 最大ワイヤー収納量を遊脚期間毎に更新して振出し開始のタイミングを判定する処理フローの一例を示すフローチャートである。 フレーム本体に第２ワイヤー巻取り機構が設けられる構成の一例を示す図である。
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態１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。本実施形態１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訓練者の歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１は、訓練者の脚部に装着された歩行補助装置２と、訓練者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、歩行訓練を行う訓練者の患脚に装着され、訓練者の歩行を補助する（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、訓練者の脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム２３は訓練者の脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレーム２１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。上腿フレーム２１には、後述の第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６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。
なお、上記第１ワイヤー巻取り機構３３の接続部は一例であり、これに限らない。例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６を上腿装具２１２に接続してもよく、第１ワイヤー巻取り機構３３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、訓練者の歩行動作に応じて膝関節部２２を回転駆動することで訓練者の歩行を補助する。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。訓練者の脚部に装着され、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、第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４と、制御装置３５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。訓練者は、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の構成は一例であり、これに限られない。
前方の左右フレーム３２３には、訓練者の脚部に直接的又は歩行補助装置２を介して接続されたワイヤー３６を巻き取り、ワイヤー３６を引張する第１ワイヤー巻取り機構３３が設けられている。第１ワイヤー巻取り機構３３が引張するワイヤー３６の一端は、歩行補助装置２に接続されている。第１ワイヤー巻取り機構３３は、ワイヤー３６を巻き取ることでワイヤー３６を介して歩行補助装置２を上方かつ前方に引張する。
第１ワイヤー巻取り機構３３は、例えば、ワイヤー３６をロータに巻取り及びワイヤー３６をロータから引き出す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第１ワイヤー巻取り機構３３は、訓練者の歩行動作において脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではワイヤー３６をロータに巻取り収納し、訓練者の歩行動作において脚部が立脚状態となる立脚期間ではワイヤー３６をロータから引出す、ように構成されている。
第１ワイヤー巻取り機構３３による引張力ｆの鉛直上方成分ｆ２が、歩行補助装置２の重さを支える（図３）。第１ワイヤー巻取り機構３３による引張力ｆの水平前方成分ｆ１が、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訓練者の歩行負荷を軽減できる。
第３ワイヤー巻取り機構３４は、後方の左右フレーム３２３に設けられ、ワイヤー３７を上方に引張する。ワイヤー３７の一端は、例えば、訓練者の腰部付近に装着されたベルトに接続されている。第３ワイヤー巻取り機構３４は、例えば、ワイヤー３７をロータなどに巻取り及びワイヤー３７をロータなどから引き出す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第３ワイヤー巻取り機構３４は、ワイヤー３７を介して訓練者の腰部を上方に引張する。これにより、訓練者の自重による負荷を軽減できる。第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４は、配線などを介して制御装置３５に夫々接続されている。
第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４には、これら第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４のロータに巻き取られ収納されているワイヤー３６、３７の収納量（巻取り量）を検出する第１及び第３収納量検出部４０、４１が夫々設けられている。第１収納量検出部４０は、収納量検出手段の一具体例である。第１及び第３収納量検出部４０、４１は、例えば、角度センサを用いてロータの回転角や回転量を検出することで、ロータに巻き取られ収納されているワイヤー３６、３７の収納量を検出する。第１及び第３収納量検出部４０、４１は、検出したワイヤー３６、３７の収納量を制御装置３５に出力する。なお、第１ワイヤー巻取り機構３３のみが設けられる構成であってもよい。
制御装置３５は、引張制御手段の一具体例である。制御装置３５は、第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４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３５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）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、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、メモリ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３５は、歩行訓練中、歩行補助装置２の重量を低減する第１引張力でワイヤー３６を引張するように、第１ワイヤー巻取り機構３３を制御する。制御装置３５は、歩行訓練中、例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３による第１引張力の鉛直上方成分が歩行補助装置２の重力と等しくなるように第１ワイヤー巻取り機構３３を制御する。これにより、訓練者の歩行に対する歩行補助装置２の重力負荷を軽減することができる。
図３は、本実施形態１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。
制御装置３５は、例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３を制御する脚部免荷制御ユニット３５１と、第３ワイヤー巻取り機構３４を制御する人免荷制御ユニット３５２と、歩行補助装置２を制御する脚部制御ユニット３５３と、トレッドミル３１を制御するトレッドミル制御ユニット３５４と、これらユニットを制御するコンピュータ（PersonalComputer）３５５と、コンピュータ３５５を操作するための操作パネル３５６と、から構成されている。操作パネル３５６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。操作パネル３５６は、例えば、タッチパネルとして構成されており、ユーザは操作パネル３５６を介して各種の情報を入力できる。
ところで、歩行補助装置は、ある程度の重量を有するため、その歩行補助装置を装着した訓練者にはその重量が負担となる。さらに、訓練者が脚部に歩行補助装置を装着した状態で歩行動作を行う場合、脚部を前方へ振り出すタイミングで、その脚部は歩行補助装置から後方への慣性力を受けることとなる。このため、訓練者に過度の負担が掛かるという課題が生じている。
これに対し、本実施形態１に係る歩行訓練装置１において、制御装置３５は、第１引張力でワイヤー３６を引張するように第１ワイヤー巻取り機構３３を制御することで歩行補助装置２の重量を低減する。これにより訓練者の脚部における歩行補助装置２の重量を免荷することができる。さらに、制御装置３５は、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始のタイミングを判定し、その振出し開始のタイミングで第１ワイヤー巻取り機構３３による引張力を、第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力へ増加させる。これにより、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置２の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
図４は、本実施形態１に係るコンピュータの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態１に係るコンピュータ３５５は、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始のタイミングを判定する動作判定部３５７と、振出し開始のタイミングで第１ワイヤー巻取り機構による引張力を、第１引張力から第１引張力よりも大きく設定された第２引張力へ増加させる引張力計算部３５８と、を有している。
動作判定部３５７は、第１収納量検出部４０により検出されたワイヤー収納量に基づいて、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミング（期間）を判定する。
図５は、ワイヤー収納量と、遊脚期間および立脚期間と、の関係の一例を示す図である。図５に示すように、訓練者の歩行動作において遊脚期間と立脚期間が交互に発生し、この期間に応じて、略周期的にワイヤー収納量が増減していることが分かる。また、脚部の前方への振出し開始のタイミングは、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングであり、立脚期間から遊脚期間へ変化するタイミングでもある。このタイミングは、略周期的に発生している。
本実施形態１において、動作判定部３５７は、例えば、第１収納量検出部４０により検出されたワイヤー収納量が、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における所定収納量（以下、振出しタイミング判定閾値）以下となる期間を、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。
例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを予め実験的に求めることができる。そして、この変化のタイミングを含む期間におけるワイヤー収納量を求め、振出しタイミング判定閾値として上記メモリなどに設定する。
なお、この振出しタイミング判定閾値は、例えば、操作パネル３５６や操作端末などを介して、ユーザが任意に設定変更できるように構成されている。この振出しタイミング判定閾値は、例えば、訓練者の特性（訓練者の歩幅、運動能力など）、トレッドミル３１のベルト３１１の移動速度などを考慮して、最適値が設定される。但し、振出しタイミング判定閾値は、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングにおけるワイヤー収納量以上である。振出しタイミング判定閾値を大きく設定すると、動作判定部３５７は、より早いタイミングかつ、長い期間で、振出し開始のタイミングを判定する。このため、第１引張力よりも大きく設定された第２引張力がより早いタイミングかつ、長い期間で、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６に作用することとなる。
動作判定部３５７は、第１収納量検出部４０により検出されたワイヤー収納量が、上記のように設定された振出しタイミング判定閾値以下となるとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。動作判定部３５７は、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定している間、判定信号を引張力計算部３５８に出力する。
引張力計算部３５８は、第１ワイヤー巻取り機構３３に対する第１引張力指令値を計算し、計算した第１引張力指令値を第１ワイヤー巻取り機構３３に出力する。第１ワイヤー巻取り機構３３は、引張力計算部３５８からの出力される第１引張力指令値に従って、歩行補助装置２のワイヤー３６を第１引張力ｆで引張する。このときの第１ワイヤー巻取り機構３３による第１引張力ｆの鉛直上方成分ｆ２が歩行補助装置２の重さを支える。第１ワイヤー巻取り機構３３による第１引張力ｆの水平前方成分ｆ１により、脚部の振出しを補助する。すなわち、第１引張力指令値は、ユーザの通常の歩行動作に対して、その第１引張力ｆの鉛直上方成分ｆ２が歩行補助装置２の重さを支え、同時に、その第１引張力ｆの水平前方成分ｆ１により、脚部の振出しを最適に補助するように設定されている。
しかし、上述の如く、歩行における脚部の振出し開始のタイミングで、歩行補助装置２から後方への慣性力を受けることとなり、この振出し開始のタイミングには通常の歩行動作以上の負荷が脚部にかかる。これに対し、本実施形態１に係る引張力計算部３５８は、動作判定部３５７から判定信号を受けると、引張力指令値を、通常の第１引張力指令値から第２引張力指令値に増加させる。第１ワイヤー巻取り機構３３は、引張力計算部３５８からの出力される第２引張力指令値に従って、歩行補助装置２のワイヤー３６を第２引張力で引張する。
これにより、脚部の振出し開始のタイミングの慣性力を受けるときだけ、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力を第１引張力から第２引張力へ増加させる。これにより、脚部の振出し開始のタイミングにおける慣性力の負荷を軽減できる。
図６は、本実施形態１に係る歩行訓練方法のフローを示すフローチャートである。なお、図６示す処理は、所定時間毎に繰返し実行される。
第１収納量検出部４０は、第１ワイヤー巻取り機構３３のロータに巻き取られ収納されているワイヤー収納量を検出し、検出したワイヤー収納量を制御装置３５に出力する（ステップＳ１０１）。
動作判定部３５７は、第１収納量検出部４０により検出されたワイヤー収納量に基づいて、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングか否かを判定する。（ステップＳ１０２）。
動作判定部３５７は、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングである判定すると（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、引張力計算部３５８は、引張力指令値を第２張力指令値に設定し、設定した第２引張力指令値を第１ワイヤー巻取り機構３３に出力する（ステップＳ１０３）。一方、動作判定部３５７は、歩行補助装置２が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングでないと判定すると（ステップＳ１０２のＮＯ）、引張力計算部３５８は、引張力指令値を第１引張力指令値に設定し、設定した第１引張力指令値を第１ワイヤー巻取り機構３３に出力する（ステップＳ１０４）。
以上、本実施形態１において、制御装置３５は、第１引張力でワイヤー３６を引張するように第１ワイヤー巻取り機構３３を制御することで、歩行補助装置２の重量を低減する。これにより訓練者の脚部における歩行補助装置２の重量を免荷することができる。さらに、第１収納量検出部４０により検出されたワイヤー３６の収納量が、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤー３６の所定収納量以下となる期間で、第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力でワイヤー３６を引張するように、第１ワイヤー巻取り機構３３を制御する。これにより、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置２の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
実施形態２
本発明の実施形態２において、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤー３６の所定収納量と、最大のワイヤー収納量と、の所定差分量を、振出しタイミング判定閾値として上記メモリなどに設定する（図７）。上記最大のワイヤー収納量（以下、最大ワイヤー収納量）とは、例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６が巻取り状態から引出し状態へ変化するタイミングにおけるワイヤー収納量であり、予め実験的に求め、上記メモリなどに設定されている。
この場合、動作判定部３５７は、最大ワイヤー収納量から第１収納量検出部４０により検出されたワイヤー３６の収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上であると判定したとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。
ここで、ワイヤー収納量は遊脚期間毎に異なる可能性があるため、最大ワイヤー収納量も遊脚期間毎に異なる可能性がある。したがって、動作判定部３５７は、上記メモリに記憶された最大ワイヤー収納量を、遊脚期間毎に更新するようにしてもよい。これにより、より高精度に脚部の振出し開始のタイミングを判定でき、その振出し開始のタイミングにおける慣性力の負荷をより最適に軽減できる。
図８は、最大ワイヤー収納量を、遊脚期間毎に更新して振出し開始のタイミングを判定する処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、図８に示す処理は、所定時間毎に繰返し実行される。
動作判定部３５７は、第１収納量検出部４０により検出された現在のワイヤー収納量が、上記メモリに設定された最大ワイヤー収納量以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
動作判定部３５７は、第１収納量検出部４０により検出された現在のワイヤー収納量が、上記メモリに設定された最大ワイヤー収納量以上であると判定すると（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、その第１収納量検出部４０により検出された現在のワイヤー収納量を、最大ワイヤー収納量として上記メモリに再設定し（ステップＳ２０２）、後述の（ステップＳ２０３）の処理に移行する。動作判定部３５７は、第１収納量検出部４０により検出されたワイヤー収納量が、上記メモリに設定された最大ワイヤー収納量以上でないと判定すると（ステップＳ２０２のＮＯ）、後述の（ステップＳ２０３）処理に移行する。
動作判定部３５７は、最大ワイヤー収納量から第１収納量検出部４０により検出された現在のワイヤー収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。動作判定部３５７は、最大ワイヤー収納量から第１収納量検出部４０により検出された現在のワイヤー収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上であると判定すると（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、脚部の前方への振出し開始のタイミングである（ｔｒｕｅ）判定する（ステップＳ２０４）。動作判定部３５７は、最大ワイヤー収納量を第１ワイヤー巻取り機構３３の現在のワイヤー収納量として設定する（ステップＳ２０５）。これにより、振出し開始のタイミングを判定した後に、メモリに設定された最大ワイヤー収納量を一旦リセットすることができる。
一方、動作判定部３５７は、最大ワイヤー収納量から第１収納量検出部４０により検出された現在のワイヤーの収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上でないと判定すると（ステップＳ２０３のＮＯ）、脚部の前方への振出し開始のタイミングでない（ｆａｌｓｅ）と判定する（ステップＳ２０６）。
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、フレーム本体３２の左右フレーム３２３には、ワイヤー３９を介して歩行補助装置２を上方かつ後方に引張する第２ワイヤー巻取り機構３８が設けられる構成であってもよい（図９）。第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置２の重さを支える。そして、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の水平成分の合力により、脚部の振出しを補助する。
引張力計算部３５８は、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置２の重力を低減するような引張力指令値を、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８に出力する。
さらに、引張力計算部３５８は、動作判定部３５７から判定信号を受けると、引張力指令値を第１引張力指令値から第２引張力指令値に増加させ、増加させた第２引張力指令値を第１ワイヤー巻取り機構３３に出力する。このとき、引張力計算部３５８は、通常の第１引張力指令値（引張力指令値＝一定）を第２ワイヤー巻取り機構３８に出力しているが、これに限定されず、第１ワイヤー巻取り機構３３に対する第１引張力指令値と同様に変動させるようにしてもよい。すなわち、引張力計算部３５８は、振出し開始のタイミングで、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８に対する引張力指令値を変動させて、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の水平前方成分を増加させる。これにより、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の鉛直上方成分と水平前方成分を独立して精密に制御できる。このため、歩行補助装置２の重力負荷を軽減しつつ、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始時においてその脚部にかかる負担をより最適に軽減できる。
また、上記実施形態において、動作判定部３５７は、第１ワイヤー巻取り機構３３に設けられた第１収納量検出部４０により検出された第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー収納量が、設定された振出しタイミング判定閾値以下となるとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定しているがこれに限定されない。動作判定部３５７は、第２ワイヤー巻取り機構３８に設けられた第２収納量検出部４２により検出された第２ワイヤー巻取り機構３８のワイヤー収納量が、設定された振出しタイミング判定閾値以下となるとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定してもよい。
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 第１ワイヤー巻取り機構、３４ 第３ワイヤー巻取り機構、３５ 制御装置、３６ ワイヤー、３７ ワイヤー、３８ 第２ワイヤー巻取り機構、３９ ワイヤー、４０ 第１収納量検出部、４１ 第３収納量検出部、４２ 第２収納量検出部

Claims (5)

  1. 訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
    前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第１ワイヤー巻取り機構と、
    第１引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第１ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、
    前記第１ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、
    を備える歩行訓練装置であって、
    前記引張制御手段は、
    前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、
    前記第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第１ワイヤー巻取り機構を制御する、
    ことを特徴とする歩行訓練装置。
  2. 請求項１記載の歩行訓練装置であって、
    前記振出し開始期間は、前記第１ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量から前記収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量を減算した値が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量と、前記最大のワイヤーの収納量と、の所定差分量以上となる期間とする、ことを特徴とする歩行訓練装置。
  3. 請求項２記載の歩行訓練装置であって、
    前記引張制御手段は、前記第１ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量を前記遊脚期間毎に更新する、ことを特徴とする歩行訓練装置。
  4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の歩行訓練装置であって、
    前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ後方に引張する機構であって、前記脚部の立脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記脚部の遊脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第２ワイヤー巻取り機構を更に備え、
    前記引張制御手段は、
    前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、
    前記第１及び第２ワイヤー巻取り機構による引張力の水平前方成分を増加させる、
    ことを特徴とする歩行訓練装置。
  5. 訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
    前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第１ワイヤー巻取り機構と、
    第１引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第１ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、
    前記第１ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、
    を備える歩行訓練装置の歩行訓練方法であって、
    前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第１ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、
    前記第１引張力に代えて、該第１引張力よりも大きく設定された第２引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第１ワイヤー巻取り機構を制御する、
    ことを特徴とする歩行訓練装置の歩行訓練方法。
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