JP2017113393A - 歩行訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行訓練を行う訓練者の傾きを矯正することが可能な歩行訓練装置を提供する。【解決手段】右ワイヤ１２Ｒは、固定具２の右側に取り付けられている。左ワイヤ１２Ｌは、固定具２の左側に取り付けられている。右モータ１４Ｒは、右ワイヤ１２Ｒを巻き取る。右モータ制御装置１６Ｒは、右モータ１４Ｒの動作を制御する。右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、右モータ１４Ｒから引き出された右ワイヤ１２Ｒの長さを検出する。左モータ１４Ｌは、左ワイヤ１２Ｌを巻き取る。左モータ制御装置１６Ｌは、左モータ１４Ｌの動作を制御する。左ワイヤ長さ検出部１８Ｌは、左モータ１４Ｌから引き出された左ワイヤ１２Ｌの長さを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、歩行訓練装置に関する。

例えば片麻痺等の患者などが歩行訓練を行う際に、歩行動作を補助する脚装具を訓練者である患者の脚部に装着して、訓練を行うことが知られている。これに関連し、特許文献１には、ユーザの脚に装着され歩行動作を補助する脚装具とトレッドミルとを組み合わせた歩行訓練システムが開示されている。

特開２０１２−０９５７９３号公報

脚装具を脚に装着した訓練者は、歩行訓練の際に、左右のいずれかに傾いたままの状態又は左右に交互に繰り返し傾いた状態で歩行を行ってしまうことがある。このような状態で歩行訓練を行うと、訓練者は、傾いた状態で歩行する癖がついてしまうおそれがある。一方、訓練者は、自身が左右に傾いていることを認識できないことが多い。したがって、訓練者が傾きのない自然な姿勢で歩行訓練を行うことは容易ではない。

本発明は、歩行訓練を行う訓練者の傾きを矯正することが可能な歩行訓練装置を提供することにある。

本発明にかかる歩行訓練装置は、訓練者の上体に取り付けられる固定具と、前記固定具を右上方及び左上方に吊り上げる吊り上げ機構とを有し、前記吊り上げ機構は、前記固定具の右側に取り付けられた右ワイヤと、前記固定具の左側に取り付けられた左ワイヤと、前記右ワイヤを巻き取る右モータと、前記左ワイヤを巻き取る左モータと、前記右モータから引き出された前記右ワイヤの長さを検出する第１の検出手段と、前記左モータから引き出された前記左ワイヤの長さを検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段によって検出された前記右ワイヤの長さに応じて、前記右モータのトルク量を制御する第１の制御手段と、前記第２の検出手段によって検出された前記左ワイヤの長さに応じて、前記左モータのトルク量を制御する第２の制御手段とを有する。

本発明によれば、歩行訓練を行う訓練者の傾きを矯正することが可能な歩行訓練装置を提供できる。

実施の形態１にかかる歩行訓練装置を示す図である。 ワイヤ長さ量とトルク量との関係を示すグラフである。 実施の形態１にかかる歩行訓練装置を用いた歩行訓練の流れを示すフローチャートである。 右ワイヤ及び左ワイヤが弛んだ状態を示す図である。 訓練者に傾きがなく右ワイヤ及び左ワイヤの弛みがない状態を示す図である。 歩行訓練中に訓練者の姿勢が傾いた状態を示す図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、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は、実施の形態１にかかる歩行訓練装置１を示す図である。図１は、訓練者９０の背後から見た図である。図１において、訓練者９０は、左脚に歩行補助装置７０を装着している。この状態で、訓練者９０は、歩行面８０を歩行することで、歩行訓練を行う。歩行面８０は、地面又は室内の床であってもよいし、トレッドミルのベルトであってもよい。なお、以後、「右」は訓練者９０の右側に対応し、「左」は訓練者９０の左側に対応する。

歩行訓練装置１は、固定具２と、吊り上げ機構１０とを有する。固定具２は、訓練者９０が歩行訓練を行う際に、訓練者９０の上体に取り付けられる。固定具２は、例えばベルト状のものであって、訓練者９０の脇の下等に取り付けられ得る。吊り上げ機構１０は、略Ｖ字形状に構成されており、固定具２を右上方及び左上方に吊り上げるように構成されている。これにより、歩行訓練装置１は、訓練者９０を支えることができる。

吊り上げ機構１０は、右ワイヤ１２Ｒと、左ワイヤ１２Ｌと、右モータ１４Ｒと、左モータ１４Ｌと、右モータ制御装置１６Ｒ（第１の制御手段）と、左モータ制御装置１６Ｌ（第２の制御手段）と、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒ（第１の検出手段）と、左ワイヤ長さ検出部１８Ｌ（第２の検出手段）とを有する。右ワイヤ１２Ｒは、固定具２の右側に取り付けられている。また、左ワイヤ１２Ｌは、固定具２の左側に取り付けられている。

右モータ１４Ｒは、固定具２つまり訓練者９０の右上方に設けられている。右モータ１４Ｒは、矢印Ａ１の方向のトルクによって、右ワイヤ１２Ｒを巻き取る。右モータ制御装置１６Ｒは、右モータ１４Ｒの動作を制御する。右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、右モータ１４Ｒから引き出された右ワイヤ１２Ｒの長さを検出する。右モータ制御装置１６Ｒは、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒによって検出された右ワイヤ１２Ｒの長さに応じて、右モータ１４Ｒのトルク量を制御する。右モータ１４Ｒは、右モータ制御装置１６Ｒによって制御されたトルク量で、右ワイヤ１２Ｒを巻き取る。詳しくは後述する。

左モータ１４Ｌは、固定具２つまり訓練者９０の左上方に設けられている。左モータ１４Ｌは、矢印Ａ２の方向のトルクによって、左ワイヤ１２Ｌを巻き取る。左モータ制御装置１６Ｌは、左モータ１４Ｌの動作を制御する。左ワイヤ長さ検出部１８Ｌは、左モータ１４Ｌから引き出された左ワイヤ１２Ｌの長さを検出する。左モータ制御装置１６Ｌは、左ワイヤ長さ検出部１８Ｌによって検出された左ワイヤ１２Ｌの長さに応じて、左モータ１４Ｌのトルク量を制御する。左モータ１４Ｌは、左モータ制御装置１６Ｌによって制御されたトルク量で、左ワイヤ１２Ｌを巻き取る。詳しくは後述する。

例えば、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、設定された規定長さを基準として右ワイヤ１２Ｒの引き出された長さを検出する。同様に、左ワイヤ長さ検出部１８Ｌは、設定された規定長さを基準として左ワイヤ１２Ｌの引き出された長さを検出する。例えば、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、右モータ１４Ｒの回転量（回転数及び回転角度等）を検出することで、右モータ１４Ｒから引き出された右ワイヤ１２Ｒの長さを検出してもよい。また、例えば、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、例えばラインセンサ等によって、規定長さに対応するマーカ等の移動量を検出すること等により、右モータ１４Ｒから引き出された右ワイヤ１２Ｒの長さを検出してもよい。しかしながら、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒが右モータ１４Ｒから引き出された右ワイヤ１２Ｒの長さを検出する方法については、これらに限定されない。以上のことは、左ワイヤ長さ検出部１８Ｌについても同様である。なお、以下、「右モータ１４Ｒから引き出された右ワイヤ１２Ｒの長さ」を、単に、「右ワイヤ１２Ｒの長さ」と称することがある。同様に、「左モータ１４Ｌから引き出された左ワイヤ１２Ｌの長さ」を、単に、「左ワイヤ１２Ｌの長さ」と称することがある。

また、右モータ制御装置１６Ｒは、歩行訓練中に右ワイヤ１２Ｒが弛まないように、規定トルクで右ワイヤ１２Ｒを巻き取るように右モータ１４Ｒを制御している。これによって、右ワイヤ１２Ｒには、一定の張力が加わるので、右ワイヤ１２Ｒが弛むことが抑制される。同様に、左モータ制御装置１６Ｌは、歩行訓練中に左ワイヤ１２Ｌが弛まないように、規定トルクで左ワイヤ１２Ｌを巻き取るように左モータ１４Ｌを制御している。

また、訓練者９０が横方向に傾く、又は訓練者９０が屈む等によって、右ワイヤ１２Ｒが下方向に引っ張られると、右モータ１４Ｒに、規定トルクよりも大きな負荷が矢印Ａ１とは反対方向に発生することがある。その場合、右ワイヤ１２Ｒの右モータ１４Ｒから引き出される長さは、規定長さよりも長くなり得る。一方、本実施の形態にかかる歩行訓練装置１は、そのような場合に、右モータ１４Ｒのトルク量を制御して、右ワイヤ１２Ｒの長さを規定長さとするように構成されている。同様に、左ワイヤ１２Ｌが下方向に引っ張られると、左モータ１４Ｌに、規定トルクよりも大きなトルクが矢印Ａ２とは反対方向に発生し、左ワイヤ１２Ｌの左モータ１４Ｌから引き出される長さが規定長さよりも長くなることがある。本実施の形態にかかる歩行訓練装置１は、そのような場合に、左モータ１４Ｌのトルク量を制御して、左ワイヤ１２Ｌの長さを規定長さとするように構成されている。

また、規定トルクは、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌが弛まない（ピンと張った状態となる）程度の張力が右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌに加わるような大きさである。また、規定トルクは、訓練者９０の歩行訓練中の通常の歩行動作（左右に傾かない及び屈まない歩行動作）を妨げない程度の大きさである。なお、右モータ１４Ｒ及び左モータ１４Ｌそれぞれの規定トルクは、歩行訓練中の訓練者９０が、通常の歩行動作を行っているときに真っ直ぐの姿勢となるように定められる。したがって、右モータ１４Ｒ及び左モータ１４Ｌそれぞれの規定トルクは、同じであることが望ましい。

また、右ワイヤ１２Ｒの規定長さは、例えば、訓練者９０が固定具２を装着したときに設定され得る。具体的には、訓練者９０が固定具２を装着した場合に、右モータ制御装置１６Ｒは、右モータ１４Ｒのトルクが規定トルクとなるように制御する。右モータ制御装置１６Ｒ及び右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、そのときの右モータ１４Ｒから引き出された右ワイヤ１２Ｒの長さを、規定長さと設定する。なお、左ワイヤ１２Ｌの規定長さについては、右ワイヤ１２Ｒの規定長さと同様であるので、説明を省略する。

図２は、ワイヤ長さ量とトルク量との関係を示すグラフである。以下、右モータ制御装置１６Ｒの制御について説明する。なお、左モータ制御装置１６Ｌの制御については、右モータ制御装置１６Ｒの制御と同様であるので、説明を省略する。

右モータ制御装置１６Ｒは、図２に示されたグラフに示されるように、右ワイヤ１２Ｒの長さが長いほど、右モータ１４Ｒのトルク量が大きくなるように、右モータ１４Ｒを制御する。具体的には、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、右ワイヤ１２Ｒの長さを検出すると、その長さを示す信号を右モータ制御装置１６Ｒに送信する。右モータ制御装置１６Ｒは、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒから受信した信号を用いて、右ワイヤ１２Ｒの長さに応じて、図２に示すグラフのように、右モータ１４Ｒのトルク量を制御する。このとき、右モータ制御装置１６Ｒは、右ワイヤ１２Ｒの長さが規定長さであるときに、規定トルクとなるように、右モータ１４Ｒのトルク量を制御する。

さらに具体的には、右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、規定長さを基準とした右ワイヤ１２Ｒの長さを検出する。つまり、右ワイヤ１２Ｒの長さが規定長さよりも長い場合、規定長さを基準とした右ワイヤ１２Ｒの長さは正となる。一方、右ワイヤ１２Ｒの長さが規定長さよりも短い場合、規定長さを基準とした右ワイヤ１２Ｒの長さは負となる。そして、右モータ制御装置１６Ｒは、規定長さを基準とした右ワイヤ１２Ｒの長さが正である場合に、右モータ１４Ｒのトルク量が規定トルクよりも大きくなるように、右モータ１４Ｒを制御する。一方、右モータ制御装置１６Ｒは、規定長さを基準とした右ワイヤ１２Ｒの長さが負である場合に、右モータ１４Ｒのトルク量が規定トルクよりも小さくなるように、右モータ１４Ｒを制御する。

図３は、実施の形態１にかかる歩行訓練装置１を用いた歩行訓練の流れを示すフローチャートである。まず、訓練者９０は、固定具２を装着する（ステップＳ１０２）。このととき、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌは、弛んだ状態となっている。

図４は、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌが弛んだ状態を示す図である。この状態から、歩行訓練装置１は、初期調整を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、右モータ制御装置１６Ｒは、規定トルクで右モータ１４Ｒを回転させるように制御を行う。同様に、左モータ制御装置１６Ｌは、規定トルクで左モータ１４Ｌを回転させるように制御を行う。これにより、図４の矢印Ｂ１で示すように右ワイヤ１２Ｒが右モータ１４Ｒに巻き取られ、矢印Ｂ２で示すように左ワイヤ１２Ｌが左モータ１４Ｌに巻き取られる。

このようにして、図５に示すように、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの弛みがない状態となる。そして、右モータ制御装置１６Ｒ及び右ワイヤ長さ検出部１８Ｒは、この状態のときの右ワイヤ１２Ｒの長さを、右ワイヤ１２Ｒの規定長さと設定する。同様に、左モータ制御装置１６Ｌ及び左ワイヤ長さ検出部１８Ｌは、この状態のときの左ワイヤ１２Ｌの長さを、左ワイヤ１２Ｌの規定長さと設定する。

このように、実施の形態１にかかる歩行訓練装置１は、訓練者９０が固定具２を装着すると、自動的に右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの弛みをなくし、規定長さを設定するように構成されている。これにより、訓練者９０に応じて手動で初期調整を行うことが不要となる。つまり、訓練者９０の身長によって右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの規定長さは変わることとなるが、上記のような構成によって、自動で初期調整がなされるので、初期調整に要する時間を、手動で行う場合と比較して短縮することができる。

そして、訓練者９０は歩行訓練を開始する（ステップ１０６）。そして、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの少なくとも一方に弛みがある場合（ステップ１１２のＹＥＳ）、歩行訓練装置１は、その弛みを補正する（ステップＳ１１４）。具体的には、右ワイヤ１２Ｒに弛みがある場合、右モータ制御装置１６Ｒは、右ワイヤ１２Ｒを巻き取るように右モータ１４Ｒを制御する。また、左ワイヤ１２Ｌに弛みがある場合、左モータ制御装置１６Ｌは、左ワイヤ１２Ｌを巻き取るように左モータ１４Ｌを制御する。一方、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌに弛みがない場合（ステップ１１２のＮＯ）、訓練者９０は歩行訓練を続行する（ステップＳ１１６）。このようにして、実施の形態１にかかる歩行訓練装置１は、歩行訓練中のワイヤの弛みを自動的に補正することができる。言い換えると、歩行訓練装置１は、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの長さが規定長さとなるように制御を行う。

訓練者９０の姿勢が傾いている場合（ステップＳ１２２のＹＥＳ）、歩行訓練装置１は、訓練者９０の傾きを補正する（ステップＳ１２４）。一方、訓練者９０の姿勢が傾いていない場合（ステップＳ１２２のＮＯ）、訓練者９０は歩行訓練を続行する（ステップＳ１２６）。以下、図６を用いて説明する。

図６は、歩行訓練中に訓練者９０の姿勢が傾いた状態を示す図である。図６には、訓練者９０が左側に傾いた状態が示されている。この場合、右ワイヤ１２Ｒの長さは、規定長さよりも長くなる。したがって、図２に示したグラフより、右モータ制御装置１６Ｒは、右モータ１４Ｒのトルク量を規定トルクよりも大きくするように制御を行う。これにより、右ワイヤ１２Ｒが、矢印Ｃ１に示すように右モータ１４Ｒに巻き取られる。したがって、固定具２つまり訓練者９０は右上方に引っ張られることとなる。

なお、左ワイヤ１２Ｌの長さは、規定長さよりも短くなり得る。したがって、図２に示したグラフより、左モータ制御装置１６Ｌは、左モータ１４Ｌのトルク量を規定トルクよりも小さくするように制御を行う。これにより、左ワイヤ１２Ｌは、矢印Ｃ２に示すように左モータ１４Ｌに巻き取られるものの、左ワイヤ１２Ｌに加わっている張力が小さくなる。したがって、固定具２つまり訓練者９０の動作は、左ワイヤ１２Ｌよりも右ワイヤ１２Ｒの影響を受けることとなる。したがって、訓練者９０には、右上方の力が加わることとなり、訓練者９０の姿勢は、図５に示すように、傾きのないものとなる。そして、訓練者９０の傾きがなくなると、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの長さは規定長さとなるので、右モータ１４Ｒ及び左モータ１４Ｌのトルクは規定トルクに制御される。言い換えると、歩行訓練装置１は、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの長さが規定長さとなるように制御を行う。

このように、実施の形態１にかかる歩行訓練装置１は、歩行訓練を行っている訓練者の傾きを自動的に矯正することができる。これにより、訓練者９０は、傾いた状態で歩行する癖がつくことを抑制することができる。さらに、右モータ制御装置１６Ｒ及び左モータ制御装置１６Ｌは、それぞれ、右ワイヤ１２Ｒ及び左ワイヤ１２Ｌの長さが長いほど、右モータ１４Ｒ及び左モータ１４Ｌのトルクが大きくなるように制御を行う。ここで、訓練者９０の傾きが大きいほど、その傾いた側とは反対側のワイヤの長さが長くなる傾向となる。例えば、訓練者９０が左側に大きく傾くほど、右ワイヤ１２Ｒの長さが長くなる傾向となる。したがって、実施の形態１にかかる歩行訓練装置１は、訓練者９０の傾きが大きいほど、その傾いた側とは反対側に強い力で引っ張る。したがって、本実施の形態においては、訓練者９０の姿勢をより早く矯正することが可能となる。

なお、Ｓ１１２〜Ｓ１２６は、人間の反応時間と比較して短い時間間隔、例えば０．１秒ごとに行われ得る。つまり、歩行訓練装置１は、人間の反応時間と比較してかなり短い時間間隔で、制御を行う。これにより、ワイヤが弛んだとき、及び訓練者９０が傾いたときに、瞬時に、ワイヤ長さ及び訓練者９０の傾きを補正することができる。したがって、本実施の形態においては、効果的に歩行訓練を実施することが可能となる。

（変形例）
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。例えば、本実施の形態にかかる歩行訓練装置１は、歩行補助装置７０を装着していない訓練者９０の歩行訓練にも適用可能である。

また、上述した実施の形態においては、右モータ制御装置１６Ｒが右モータ１４Ｒの制御を行い、左モータ制御装置１６Ｌが左モータ１４Ｌの制御を行うとしたが、このような構成に限られない。右モータ１４Ｒ及び左モータ１４Ｌの制御を、１つの制御装置が行ってもよい。その場合であっても、右モータ１４Ｒ及び左モータ１４Ｌの制御は、互いに独立して行われ得る。

また、上述した実施の形態においては、図２に示したグラフにしたがって、右モータ制御装置１６Ｒ及び左モータ制御装置１６Ｌが制御を行うとしたが、これらの制御は、厳密に図２に示したグラフにしたがって行われる必要はない。訓練者９０が（傾きのない）通常の歩行動作を行っている場合の訓練者９０の微小な移動に対しては、右モータ制御装置１６Ｒ及び左モータ制御装置１６Ｌが制御を行う必要はない。

例えば、訓練者９０が（傾きのない）通常の歩行動作を行っている場合であっても、訓練者９０の肩は上下に移動する。このような場合であっても右モータ制御装置１６Ｒ及び左モータ制御装置１６Ｌがそれぞれ右モータ１４Ｒ及び左モータ１４Ｌのトルクを制御すると、通常の歩行動作を行っているにも関わらず、訓練者９０は規定トルクよりも大きなトルクによる力で上方に引っ張られ得る。このことは、訓練者９０にとって煩わしい。したがって、通常の歩行動作に伴う訓練者９０の上体の移動による右ワイヤ１２Ｒの長さの変化及び左ワイヤ１２Ｌの長さの変化に対しては、右モータ制御装置１６Ｒ及び左モータ制御装置１６Ｌは、制御を行わなくてもよい。例えば、右モータ制御装置１６Ｒ及び左モータ制御装置１６Ｌは、規定長さの±１ｃｍ程度についてはトルク量を規定トルクのままとするように制御を行うようにしてもよい。

１ 歩行訓練装置
２ 固定具
１０ 吊り上げ機構
１２Ｌ 左ワイヤ
１２Ｒ 右ワイヤ
１４Ｌ 左モータ
１４Ｒ 右モータ
１６Ｌ 左モータ制御装置
１６Ｒ 右モータ制御装置
１８Ｌ 左ワイヤ長さ検出部
１８Ｒ 右ワイヤ長さ検出部

Claims (1)

1. 訓練者の上体に取り付けられる固定具と、
   前記固定具を右上方及び左上方に吊り上げる吊り上げ機構と
   を有し、
   前記吊り上げ機構は、
   前記固定具の右側に取り付けられた右ワイヤと、
   前記固定具の左側に取り付けられた左ワイヤと、
   前記右ワイヤを巻き取る右モータと、
   前記左ワイヤを巻き取る左モータと、
   前記右モータから引き出された前記右ワイヤの長さを検出する第１の検出手段と、
   前記左モータから引き出された前記左ワイヤの長さを検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段によって検出された前記右ワイヤの長さに応じて、前記右モータのトルク量を制御する第１の制御手段と、
   前記第２の検出手段によって検出された前記左ワイヤの長さに応じて、前記左モータのトルク量を制御する第２の制御手段と
   を有する
   歩行訓練装置。

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