JP2018093968A - バランス訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】訓練者のバランス訓練を安全に実施すべく、安全装置の装着忘れを訓練者に早期に気付かせる技術を提供する。【解決手段】訓練者が搭乗して移動操作を行う倒立移動訓練装置と連動するバランス訓練装置であって、訓練者の身体に装着する装具と、一端が装具に連結された吊具と、吊具の他端に連結され、吊具の吊り上げおよび吊り下げを行う駆動部と、倒立移動訓練装置の位置または前記訓練者を検出する位置検出部と、位置検出部が吊具の長さに基づいて定められる所定範囲の外側に倒立移動訓練装置または前記訓練者の位置を検出した場合に、訓練者に対する警告処理および倒立移動訓練装置の作動停止の少なくともいずれかを実行する制御部とを備えるバランス訓練装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、バランス訓練装置に関する。

訓練者である搭乗者が、倒立状態を維持するように自身の重心移動をさせつつ走行操作を行うことにより、搭乗者に対して歩行に必要な重心移動を習得させる訓練装置が知られている。訓練装置は、訓練者の体重の一部を支えるための懸垂装置を備えている。

特開２０１１−２０３５４９号公報

訓練プログラムの一環として訓練者の体重の一部を支えるための懸垂装置ではなく、転倒を予防するために訓練者を吊り上げる安全装置の場合には、訓練者やオペレータの装着する意志が乏しくなることがある。安全装置が訓練者の状況に応じて適切に身体を支持するように構成されているにも関わらず、訓練者が装着を忘れてしまえば、その効果を享受することができない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、訓練者のバランス訓練を安全に実施すべく、安全装置の装着忘れを訓練者に早期に気付かせる技術を提供するものである。

本発明の具体的態様におけるバランス訓練装置は、訓練者が搭乗して移動操作を行う倒立移動訓練装置と連動するバランス訓練装置であって、訓練者の身体に装着する装具と、一端が装具に連結された吊具と、吊具の他端に連結され、吊具の吊り上げおよび吊り下げを行う駆動部と、倒立移動訓練装置の位置または前記訓練者を検出する位置検出部と、位置検出部が吊具の長さに基づいて定められる所定範囲の外側に倒立移動訓練装置の位置または前記訓練者を検出した場合に、訓練者に対する警告処理および倒立移動訓練装置の作動停止の少なくともいずれかを実行する制御部とを備える。

このように構成すれば、倒立移動訓練装置が所定範囲の外側に存在することから安全装置としての吊具が適切に装着されていないことを推定できる。その場合には、訓練者に装着忘れを警告したり、その先の訓練動作を停止したりして、危険な状態のままバランス訓練を進めることを防ぐことができる。

本発明により、訓練者のバランス訓練を安全に実施すべく、安全装置の装着忘れを訓練者に早期に気付かせる技術を提供することができる。

本実施形態にかかるバランス訓練装置の概略斜視図である。 移動装置の概略斜視図である。 バランス訓練装置のシステム構成を示す図である。 バランス訓練装置の処理動作を示すフロー図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態にかかるバランス訓練装置１００の概略斜視図である。バランス訓練装置１００は、片麻痺などの障害を持つ障害者が歩行に必要な重心移動を習得するためや、足関節に障害を抱える患者が足関節機能を回復させるための装置である。バランス訓練装置１００は、連動して作動する移動装置１２０を含む。例えば、足関節機能を回復させたい訓練者９００がバランスを取りつつ移動装置１２０に搭乗を続けようとすると、移動装置１２０は、訓練者９００の足関節にリハビリ効果を期待できる程度の負荷を与えることができる。

バランス訓練装置１００は、主に、全体の骨格を成すフレーム１３０に取り付けられたハーネス引張部１１２と、訓練者９００が搭乗する移動装置１２０を備える。

訓練者９００やオペレータは、移動装置１２０をフレーム１３０に囲まれた走行面に移動させてから、訓練を実施する。走行面には、移動装置１２０の正常な移動範囲として移動制限範囲１９０が定義されている。移動制限範囲１９０については、後に詳述する。

フレーム１３０は、モータやセンサの制御を行う全体制御部２１０を収容する制御盤１３３や、訓練の進捗状況等を表示する例えば液晶パネルである表示部１３８などを支持している。また、フレーム１３０は、訓練者９００の頭上部付近でハーネス引張部１１２を支持している。

バランス訓練装置１００は、装具１１０、ハーネスワイヤ１１１、ハーネス引張部１１２を主な構成要素とする、安全装置としてのハーネス装置を備える。装具１１０は、訓練者９００の腰部に巻き付けられるベルトであり、例えば面ファスナによって腰部に固定される。装具１１０は、吊具であるハーネスワイヤ１１１の一端を連結する連結フック１１０ａを備える。訓練者９００は、連結フック１１０ａが後背部に位置するように、装具１１０を装着する。

ハーネスワイヤ１１１は、一端が装具１１０の連結フック１１０ａに連結されており、他端がハーネス引張部１１２の巻取機構に連結されている。ハーネス引張部１１２の巻取機構は、不図示のモータをオン／オフさせることにより、ハーネスワイヤ１１１を巻き取ったり繰り出したりする。ハーネス引張部１１２は、不図示のモータを含め、ハーネスワイヤ１１１の吊り上げおよび吊り下げを行う駆動部としての機能を担う。このような構成により、ハーネス装置は、訓練者９００が転倒しそうになった場合に、訓練者９００の上体を支えて訓練者９００の転倒を防ぐ。

移動装置１２０は、倒立振子の姿勢制御モデルに基づいて姿勢を保ちつつ移動する同軸二輪車であり、バランス訓練装置１００と連動して作動する倒立移動訓練装置である。図２は、移動装置１２０の概略斜視図である。

移動装置１２０は、全体の骨格を成す基台１２６に、左右に跨がる搭乗台１２１、左駆動輪１２３、右駆動輪１２４、ハンドルユニット１２５が備え付けられて構成されている。ハンドルユニット１２５は、訓練者９００が把持してバランスを保つための支えとしての機能を担うと共に、前進および旋回を指示するための指示受付部としての機能を担う。具体的には、移動装置１２０は、訓練者９００がハンドルユニット１２５を前方に傾斜させると前進し、後方に傾斜させると後進する。同様に、進行方向に対して左側に傾斜させると左方向へ旋回し、右側に傾斜させると右方向へ旋回する。

左駆動輪１２３は、左右の搭乗台１２１の中心に対して左側に偏位して取り付けられており、不図示のモータによって回転駆動される。右駆動輪１２４は、左右の搭乗台１２１の中心に対して右側に偏位して取り付けられており、不図示のモータによって回転駆動される。左駆動輪１２３と右駆動輪１２４は、同軸芯線上に平行に配置されている。したがって、左駆動輪１２３と右駆動輪１２４が、同じ方向に同じ速度で回転すれば直進するし、異なる速度で回転すれば左右に旋回する。後述する移動体制御部は、訓練者９００が搭乗した移動装置１２０の全体の姿勢を検知して、訓練者９００が搭乗した状態を安定的に維持できるように左駆動輪１２３と右駆動輪１２４の回転を制御する。

荷重センサ１２２は、左右の搭乗台１２１のそれぞれに埋め込まれた荷重センサであり、訓練者９００の各脚からの荷重位置とその分布を検知する。荷重センサ１２２は、例えば複数の圧電フィルムが配列されたシート状センサが用いられる。

次にバランス訓練装置１００のシステム構成について説明する。図３は、バランス訓練装置１００のシステム構成図である。全体制御部２１０は、例えばＣＰＵであり、システムメモリから読み込んだ制御プログラムを実行することにより、装置全体の制御を実行する。操作受付部２１２は、訓練者９００やオペレータからの入力操作を受け付けて、操作信号を全体制御部２１０へ送信する。訓練者９００やオペレータは、操作受付部２１２を構成する、装置に設けられた操作ボタンやタッチパネル、付属するリモコン等を操作して、電源のオン／オフやトレーニングの開始の指示を与えたり、設定に関する数値の入力やメニュー項目の選択を行ったりする。

表示制御部２１３は、全体制御部２１０からの表示信号を受け取って表示画面を生成し、表示部１３８に表示する。表示制御部２１３は、表示信号に従って、トレーニングの進捗を示す画面や、後述する警告画面を生成する。ハーネス駆動部２１５は、ハーネス引張部１１２を構成する、ハーネスワイヤ１１１を引張するためのモータとその駆動回路を含む。全体制御部２１０は、ハーネス駆動部２１５へ駆動信号を送ることにより、ハーネスワイヤ１１１の巻き取りと、ハーネスワイヤ１１１の引張力を制御する。

上述のように、移動装置１２０は、フレーム１３０に囲まれた走行面上を走行するが、バランス訓練装置１００は、移動装置１２０に指令を与えたり、センサ情報を受け取ったりするために、全体制御部２１０に接続された通信接続ＩＦ２１９を備える。移動装置１２０も、通信接続ＩＦ２１９と有線または無線によって接続される通信接続ＩＦ２２９を備える。通信接続ＩＦ２２９は、移動装置１２０の移動体制御部２２０に接続されている。通信接続ＩＦ２１９、２２９は、通信規格に則った例えば無線ＬＡＮ等の通信インタフェースである。

移動体制御部２２０は、例えばＣＰＵであり、全体制御部２１０から与えられた制御プログラムを実行することにより、移動装置１２０の制御を実行する。また、移動装置１２０の状態を、通信接続ＩＦ２１９、２２９を介して全体制御部２１０へ通知する。また、全体制御部２１０からの指令を受けて、移動装置１２０の起動／停止等を実行する。

駆動輪ユニット２２１は、左駆動輪１２３、右駆動輪１２４を駆動するための駆動回路やモータを含み、移動体制御部２２０は、駆動輪ユニット２２１へ駆動信号を送ることにより、左駆動輪１２３、右駆動輪１２４の回転を制御する。

姿勢センサ２２２は、加速度センサやジャイロセンサを含み、移動体制御部２２０の要求信号に応じて検出信号を移動体制御部２２０へ送信する。移動体制御部２２０は、これらの検出信号から移動装置１２０の倒立状態を認識し、倒立状態を維持するために必要な駆動信号を生成して駆動輪ユニット２２１へ送信する。

荷重センサ１２２は、移動体制御部２２０の要求信号に応じて検出信号を移動体制御部２２０へ送信する。移動体制御部２２０は、当該検出信号を受信したら、搭乗者が搭乗したと認識して、倒立振子の姿勢制御を開始する。また、荷重の分布情報等は、姿勢制御を実行するための情報としても用いられる。

ハンドルユニット１２５は、基台１２６に軸支された軸支部分に設けられた角度センサを含む。ハンドルユニット１２５は、角度センサが検出した傾斜方向と角度を検出信号として移動体制御部２２０へ送信する。

さて、訓練者９００やオペレータは、トレーニングを開始するまでに、装置の初期設定を行ったり、移動装置１２０を走行面上に移動したりする、様々な準備作業を行う必要がある。また、ハーネス装置が安全装置であることから、訓練者９００等の装着に対する義務感が薄い場合もあり得る。そのような状況においては、訓練者９００等は、装具１１０を腰部に装着し忘れたり、ハーネスワイヤ１１１を装具１１０に連結し忘れたりすることがある。また、適切でない装着や連結をしてしまったりすることもあり得る。すると、ハーネス装置が適切に機能しないことになり、訓練者９００が転倒の危機に晒されることになる。

そこで、本実施形態におけるバランス訓練装置１００は、バランス訓練のプログラム中に、ハーネス装置が機能することを確認する処理を割り込ませる。図４は、バランス訓練装置１００の処理動作を示すフロー図である。フローは、訓練者９００またはオペレータによって装置が起動された時点から開始する。

バランス訓練装置１００が起動されると、全体制御部２１０は、ステップＳ１０１で、操作受付部２１２を介して訓練者９００等から倒立開始の指示を受け付けるまで待機する。訓練者９００等は、諸々の準備が整ったら、倒立開始の操作を行う。倒立開始の指示を受け付けたら、ステップＳ１０２へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０２で、訓練プログラムを開始する。具体的には、荷重センサ１２２が訓練者９００の搭乗を検知したら移動装置１２０が倒立制御を開始し、その後、全体制御部２１０が提供する訓練プログラムに沿った動作を移動装置１２０が実行する。

訓練プログラムにおいて全体制御部２１０は、例えば、移動装置１２０を前進させたり停止させたりする。訓練者９００は、足関節の踏ん張りや、体幹の重心移動を促されることにより、リハビリ効果を獲得する。また、全体制御部２１０は、表示部１３８に、目標とする移動方向や移動速度を表示して、訓練者９００にハンドルユニット１２５の操作を促す訓練プログラムを実行しても良い。訓練者９００は、自らの操作で移動装置１２０を移動させることにより、意識と身体動作を連携させる訓練をすることができる。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０３へ進み、移動装置１２０の現在の位置が、移動制限範囲１９０に含まれているか否かを確認する。移動体制御部２２０は、全体制御部２１０からの要求指令に従って、駆動輪ユニット２２１に与えた駆動信号、姿勢センサ２２２から取得した検出信号等から、デッドレコニングにより移動装置１２０の現在位置を算出して、全体制御部２１０へ引き渡す。全体制御部２１０は、予め認識している移動制限範囲１９０の領域に、移動装置１２０の現在位置の座標が含まれるか否かを確認する。

ここで、移動制限範囲１９０は、上述のように、移動装置１２０の正常な移動範囲としてフレーム１３０に囲まれた走行面に定義された範囲である。具体的には、移動制限範囲１９０は、原則として、ハーネスワイヤ１１１が装具１１０に適切に装着された場合において、ハーネス引張部１１２から繰り出されているハーネスワイヤ１１１によって拘束される、移動装置１２０が移動できる範囲である。このとき、繰り出されているハーネスワイヤ１１１の長さは、予め定められた一定の長さでも良いし、装具１１０を装着する腰部の高さに応じて調整されるものであっても良い。また、走行面の形状や、訓練プログラムの内容に応じて、範囲を修正しても良い。図１で示した移動制限範囲１９０は、繰り出されたハーネスワイヤ１１１の長さを限度としつつ、走行面の形状に合わせて矩形として定義されたものである。

装具１１０が適切に腰部に装着され、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されていれば、訓練者９００はハーネス装置によって引き戻されるので、移動装置１２０が移動制限範囲１９０を超えて移動することはない。しかし、装具１１０が適切に腰部に装着されていないか、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されていなければ、移動装置１２０が移動制限範囲１９０を超えて移動してしまうことがある。そこで、全体制御部２１０は、移動装置１２０の現在位置の座標が移動制限範囲１９０の領域の外側にあると判断したら、装具１１０が適切に腰部に装着されていないか、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されていないものとして、ステップＳ１０５へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０５で、警告処理を実行する。警告処理は、表示部１３８に警告表示を表示する処理である。全体制御部２１０は、表示制御部２１３に、例えば「ハーネスワイヤが適切に装着されていません。ハーネスワイヤを適切に装着してからトレーニングを行って下さい。」といった警告表示を生成させ、表示部１３８に表示させる。警告処理は、表示部１３８に警告表示を表示させるに限らず、警告表示と共に、あるいは警告表示代えて、警告音を発生させたり、赤色灯を点灯させたりしても良い。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０６へ進み、移動装置１２０の作動を停止する処理を実行する。具体的には、全体制御部２１０は、移動体制御部２２０へ、駆動輪ユニット２２１への駆動信号の送信を停止させるための制御信号を送信する。そして、バランス訓練のための動作処理を中断して、一連の処理を終了する。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０４で、移動装置１２０の現在位置の座標が移動制限範囲１９０の領域の内側にあると判断したら、装具１１０が適切に腰部に装着され、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されているものとして、訓練プログラムを継続しつつ、ステップＳ１０７へ進む。全体制御部２１０は、ステップＳ１０７で、安全装置であるハーネス装置を作動させたか否かを確認する。具体的には、訓練者９００が転倒しそうになったことを検知して、ハーネス駆動部２１５にハーネスワイヤ１１１を巻き取らせる動作を行ったか否かを確認する。行ったのであれば、ステップＳ１０６へ進み、移動装置１２０の作動を停止する処理を実行して、一連の処理を終了する。行っていなければ、ステップＳ１０８へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０８で、訓練プログラムが終了したか否かを確認する。まだ終了していないと判断したら、ステップＳ１０４へ戻って、訓練プログラムを続ける。終了したと判断したら、一連の処理を終了する。

以上説明した本実施形態においては、装具１１０が適切に腰部に装着されていないか、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されていないと判断した場合に、ステップＳ１０５で訓練者９００に対する警告処理を行い、ステップＳ１０６で移動装置１２０の作動停止の処理を行ったが、これらの順序は逆であっても良い。また、ステップＳ１０４とステップＳ１０５のいずれか一方を行い、他方を省略しても良い。特に、停止動作を実行した場合に、訓練者９００が却ってバランスを崩してしまう虞があるような移動状態においては、停止動作をスキップして警告するに留めても良い。いずれにしても、装具１１０が適切に腰部に装着されていないか、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されていないかを訓練者９００等に気付かせることができれば、適切な使用を促すことができる。

また、本実施形態にかかるバランス訓練装置１００は、移動装置１２０の現在位置をデッドレコニングにより算出したが、現在位置の算出方法はこれに限らない。例えば、表示部１３８の近傍に、移動装置１２０を観察できるカメラを設け、カメラが撮影する画像から、移動装置１２０の位置を算出する手法を用いても良い。

また、移動装置１２０の移動に連動して、ハーネス引張部１１２がハーネスワイヤ１１１を巻き取ったり繰り出したりしても良い。この場合、最大の繰り出し量を予め定めておき、その量に応じて移動制限範囲１９０を決定すると良い。また、ハーネス引張部１１２は、ハーネスワイヤ１１１を巻き取る巻取機構を含むものとして説明したが、これに限らず、ハーネスワイヤ１１１の吊り上げおよび吊り下げを行い得る駆動部を備えるのであれば良い。

また、本実施形態にかかるバランス訓練装置１００は、移動装置１２０の現在位置が移動制限範囲１９０に含まれるかを判断基準としたが、訓練者９００の現在位置が移動制限範囲１９０に含まれるかを判断基準としても良い。この場合は、バランス訓練装置１００は、訓練者９００の位置を検出する位置検出部を備える。訓練者９００の位置を検出する位置検出部は、例えば、装具１１０に設けた識別マーカをカメラで撮影して画像処理することにより、訓練者９００の位置を演算する構成を有する。

１００ バランス訓練装置、１１０ 装具、１１１ ハーネスワイヤ、１１２ ハーネス引張部、１２０ 移動装置、１２１ 搭乗台、１２２ 荷重センサ、１２３ 左駆動輪、１２４ 右駆動輪、１２５ ハンドルユニット、１２６ 基台、１３０ フレーム、１３３ 制御盤、１９０ 移動制限範囲、２１０ 全体制御部、２１２ 操作受付部、２１３ 表示制御部、２１５ ハーネス駆動部、２１９ 通信接続ＩＦ、２２０ 移動体制御部、２２１ 駆動輪ユニット、２２２ 姿勢センサ、２２９ 通信接続ＩＦ、９００ 訓練者

Claims (1)

1. 訓練者が搭乗して移動操作を行う倒立移動訓練装置と連動するバランス訓練装置であって、
   前記訓練者の身体に装着する装具と、
   一端が前記装具に連結された吊具と、
   前記吊具の他端に連結され、前記吊具の吊り上げおよび吊り下げを行う駆動部と、
   前記倒立移動訓練装置または前記訓練者の位置を検出する位置検出部と、
   前記位置検出部が前記吊具の長さに基づいて定められる所定範囲の外側に前記倒立移動訓練装置または前記訓練者の位置を検出した場合に、前記訓練者に対する警告処理および前記倒立移動訓練装置の作動停止の少なくともいずれかを実行する制御部と
   を備えるバランス訓練装置。

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