JP2018130235A - 歩行訓練システム - Google Patents

Abstract

【課題】訓練者がトレッドミルのベルトコンベアから外れてしまうのを抑制し、安全な位置で訓練を継続することができる歩行訓練システムを提供する。【解決手段】歩行訓練システム１は、トレッドミル３１と、訓練者Ｕの歩行補助装置２を装着した脚部を第１ワイヤケーブル３６を介して上方かつ前方に引張する第１引張部３３と、上記脚部を第２ワイヤケーブル３７を介して上方かつ後方に引張する第２引張部３４と、制御装置３５と、第１ワイヤケーブルおよび第２ワイヤケーブルの位置または変位を検出する検出手段を備え、制御装置３５は、検出手段の検出結果から求まる、第１ワイヤケーブルおよび第２ワイヤケーブルそれぞれにおける、上記脚部への取り付け位置から床面からの所定高さまでの間隔である、第１間隔および第２間隔を用い訓練者Ｕの位置ずれを算出しずれに応じてベルトコンベア３１１傾き角度を調整する。【選択図】図４

Description

本発明は、歩行訓練システムに関するものである。

訓練者が歩行訓練を行うために用いられる歩行訓練システムが知られている。特許文献１には、訓練者の歩行を補助する歩行補助装置と、訓練者が歩行するためのベルトコンベアとベルトコンベアの両側に位置し補助者が両足の各々を乗せる一対の足置部とを有するトレッドミルと、足置部に配置され、足置部における足の存在を検出するセンサと、訓練者が歩行に失敗してベルトコンベアから足がはみだした異常状態を判定する制御装置と、を備える歩行訓練システムが記載されている。特許文献１にはさらに、制御装置が、センサからの情報に基づいて足置部において３つ以上の足が存在するか否かを判定し、３つ以上の足が存在すると判定した場合には異常状態であると判定し、歩行補助装置の動作の停止、ベルトコンベアの停止、訓練者及び補助者に対して警報を通知する等の制御のうち、少なくとも１つを実施することが記載されている。

特開２０１６−１０６９５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の歩行訓練システムは、訓練者が歩行に失敗してトレッドミルのベルトコンベアから外れてしまった状況、すなわち、訓練時における異常状態を判定するものであり、訓練者がベルトコンベアから外れてしまうのを抑制し、安全な位置で訓練を継続させるものではなかった。歩行訓練が途中で中断されることが多くなると、訓練者の意欲が失われ、十分なリハビリ効果が得られないという問題がある。

本発明は、訓練者がトレッドミルのベルトコンベアから外れてしまうのを抑制し、安全な位置で訓練を継続することができる歩行訓練システムを提供することを目的とする。

本発明は、訓練者が歩行するための回転可能なベルトコンベアを有し、前記ベルトコンベアの水平面に対する傾き角度が変更可能に構成されたトレッドミルと、前記訓練者の上方かつ進行方向の前方に設けられ、前記訓練者の歩行補助装置を装着した脚部を、第１ワイヤケーブルを介して上方かつ前方に引張する第１引張部と、前記訓練者の上方かつ進行方向の後方に設けられ、前記脚部を、第２ワイヤケーブルを介して上方かつ後方に引張する第２引張部と、前記傾き角度を調整する制御部と、を備え、前記第１ワイヤケーブルおよび前記第２ワイヤケーブルそれぞれにおける、前記脚部への直接的または間接的な取り付け位置から、前記ベルトコンベアの床面からの所定高さまで、の間隔である第１間隔および第２間隔が、前記訓練者の歩行に応じて変化するように構成された歩行訓練システムにおいて、前記第１ワイヤケーブルおよび前記第２ワイヤケーブルの位置または変位を検出する検出手段を更に備え、前記制御部は、前記検出手段によって検出された前記位置または変位から求まる前記第１間隔および前記第２間隔を用いて、進行方向における訓練者の位置の基準位置からのずれを算出し、当該基準位置からのずれに応じて前記傾き角度を調整するものである。

本発明によれば、訓練者がトレッドミルのベルトコンベアから外れてしまうのを抑制し、安全な位置で訓練を継続することができる。

本実施形態にかかる歩行訓練システムの概略構成を示す斜視図である。 本実施形態にかかる歩行訓練システムにおける歩行補助装置の概略構成を示す斜視図である。 本実施形態にかかる歩行訓練システムにおけるトレッドミルを訓練者の側方から見た側面図である。 本実施形態にかかる歩行訓練システムにおいて、訓練者の位置が基準位置にある状態を示す模式図である。 本実施形態にかかる歩行訓練システムにおいて、訓練者の位置が基準位置よりも進行方向後方にある状態を示す模式図である。 本実施形態にかかる歩行訓練システムにおいて、訓練者の位置が基準位置よりも進行方向前方にある状態を示す模式図である。 訓練中における、進行方向における訓練者の位置の基準位置からのずれを模式的に示す斜視図である。 図７の矢印Ｗの方から見た矢視図である。 訓練における、歩行訓練システムの処理の流れを示すフローチャートである。 進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれと、設定傾き角度との関係の一例を示すグラフである。 進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれと、設定傾き角度との関係の別の例を示すグラフである。 図３に示す構成とは別の構成のトレッドミルを示す模式図である。 図３、図１２に示す構成とは別の構成のトレッドミルを示す模式図である。 図３、図１２、図１４に示す構成とは別の構成のトレッドミルを示す模式図である。

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、本発明の実施形態に係る歩行訓練システムの概略構成を示す斜視図である。本実施形態に係る歩行訓練システム１は、例えば、脳卒中片麻痺患者などの訓練者Ｕの歩行訓練を行うためのシステムである。図１に示すように、歩行訓練システム１は、訓練者Ｕの脚部に装着された歩行補助装置２と、訓練者Ｕ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Ｕの患脚に装着され、訓練者Ｕの歩行を補助する。図２は、歩行補助装置２の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、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。

上腿フレーム２１は、訓練者Ｕ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Ｕ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。上腿装具２１２は、例えば、固定バンドなどを用いて、上腿部に固定される。これにより、歩行補助装置２が訓練者Ｕ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３３の第１ワイヤケーブル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。また、下腿フレーム２３には、後述の第２引張部３４の第２ワイヤケーブル３７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。

モータユニット２６は、訓練者Ｕ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Ｕの歩行を補助する。足首関節部２４においても膝関節部２２と同様に、足首関節部２４を回転駆動するモータユニットが設けられていてもよい。

なお、上述した歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。訓練者Ｕ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。

再び図１を参照し、訓練装置３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、第１引張部３３および第２引張部３４と、検出手段としての第１ワイヤケーブル長検出部４１および第２ワイヤケーブル長検出部４２と、制御装置３５と、を有している。

トレッドミル３１は、訓練者Ｕが歩行するための回転可能なリング状のベルトコンベア３１１を有する。訓練者Ｕは、ベルトコンベア３１１上に乗り、ベルトコンベア３１１の移動に応じて歩行を行う。また、トレッドミル３１は、ベルトコンベア３１１の水平面Ｐｈに対する傾き角度θが変更可能に構成されている。すなわち、トレッドミル３１は、傾き角度調整機構３１２をさらに有する。図３は、トレッドミル３１を訓練者Ｕの側方から見た側面図である。ここで、図中矢印Ｓは進行方向を表す。図３に示すように、傾き角度調整機構３１２は、ベルトコンベア３１１の進行方向前方の端部を上下させることでベルトコンベア３１１の水平面Ｐｈに対する傾き角度θを変更させる。傾き角度調整機構３１２は、例えばアクチュエータなどの駆動源を有する。ベルトコンベア３１１の進行方向前方の端部を水平面Ｐｈより上昇させると、ベルトコンベア３１１の水平面Ｐｈに対する傾き角度θがゼロより大きくなり（θ＞０）、ベルトコンベア３１１の進行方向前方の端部を水平面Ｐｈより下降させると、ベルトコンベア３１１の水平面Ｐｈに対する傾き角度θがゼロより小さくなる（θ＞０）。

再び図１を参照し、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前方左右フレーム３２３および後方左右フレーム３２４と、を有している。なお、フレーム本体３２の構成は、これに限られない。フレーム本体３２は、第１引張部３３および第２引張部３４を適切に固定することができれば、任意のフレーム構成であってもよい。

第１引張部３３は、訓練者Ｕの上方かつ進行方向の前方に設けられている。例えば、第１引張部３３は、訓練者Ｕの上方かつ進行方向前方にある前方左右フレーム３２３に設けられている。第１引張部３３は、訓練者Ｕにおける歩行補助装置２を装着した脚部を、第１ワイヤケーブル３６を介して上方かつ前方に引張する。第１引張部３３は、例えば、第１ワイヤケーブル３６を巻取り及び巻き戻すドラム等の巻取り機構、該巻取り機構を駆動するモータ、などから構成されている。

第１ワイヤケーブル３６の一端は、第１引張部３３から垂れ下がっており、訓練者Ｕの脚部に直接的または間接的に取り付けられる。例えば、第１ワイヤケーブル３６の一端は、訓練者Ｕの脚部に装着された歩行補助装置２に取付けられている。第１ワイヤケーブル３６の他端は、第１引張部３３に支持され、巻取り機構に巻きつけられている。モータが巻取り機構を回転駆動させることにより、第１ワイヤケーブル３６の巻き取り又は送り出しが行われる。これにより、第１間隔としての第１ワイヤケーブル３６の長さを調節することができる。ここで、第１間隔としての第１ワイヤケーブル３６の長さは、第１ワイヤケーブル３６における、訓練者Ｕの脚部への直接的または間接的な取り付け位置から、ベルトコンベア３１１の床面からの所定高さまでの間隔である。第１引張部３３は、配線などを介して後述する制御装置３５に接続されている。

第２引張部３４は、訓練者Ｕの上方かつ進行方向の後方に設けられている。例えば、訓練者Ｕの上方かつ進行方向後方にある後方左右フレーム３２４に設けられている。第２引張部３４は、訓練者Ｕにおける歩行補助装置２を装着した脚部を、第２ワイヤケーブル３７を介して上方かつ後方に引張する。第２引張部３４は、例えば、第２ワイヤケーブル３７を巻取り及び巻き戻すドラム等の巻取り機構、該巻取り機構を駆動するモータ、などから構成されている。

第２ワイヤケーブル３７の一端は、第２引張部３４から垂れ下がっており、訓練者Ｕの脚部に直接的または間接的に取り付けられる。例えば、第２ワイヤケーブル３７の一端は、訓練者Ｕの脚部に装着された歩行補助装置２に取付けられている。第２ワイヤケーブル３７の他端は、第２引張部３４に支持され、巻取り機構に巻きつけられている。モータが巻取り機構を回転駆動させることにより、第２ワイヤケーブル３７の巻き取り又は送り出しが行われる。これにより、第２間隔としての第２ワイヤケーブル３７の長さを調節することができる。ここで、第２間隔としての第２ワイヤケーブル３７の長さは、第２ワイヤケーブル３７における、訓練者Ｕの脚部への直接的または間接的な取り付け位置から、ベルトコンベア３１１の床面からの所定高さまでの間隔である。第２引張部３４は、配線などを介して後述する制御装置３５に接続されている。歩行訓練システム１において、第１間隔としての第１ワイヤケーブル３６の長さおよび第２間隔としての第２ワイヤケーブル３７の長さは、訓練者Ｕの歩行に応じて変化するように構成されている。

第１引張部３３による引張力の鉛直上方成分、および、第２引張部３４による引張力の鉛直上方成分により、歩行補助装置２の重さを支える。第１引張部３３による引張力の水平前方成分により、訓練者Ｕにおける歩行補助装置２を装着した脚部の進行方向前方への振出しを補助する。第２引張部３４による引張力の水平後方成分により、訓練者Ｕにおける歩行補助装置２を装着した脚部の進行方向後方へ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Ｕの歩行負荷を軽減できる。

検出手段は、第１ワイヤケーブル３６および第２ワイヤケーブル３７の位置または変位を検出する。第１間隔としての第１ワイヤケーブル３６の長さおよび第２間隔としての第２ワイヤケーブル３７の長さは、検出手段によって検出された位置または変位から求めることができる。例えば、検出手段は、第１ワイヤケーブル長検出部４１および第２ワイヤケーブル長検出部４２から構成される。第１ワイヤケーブル長検出部４１は、例えば、第１引張部３３の巻取機構の巻回軸に設けられ巻回軸の回転角（変位）を検出するロータリエンコーダなどのセンサである。第１ワイヤケーブル長検出部４１の検出信号から、巻取機構が第１ワイヤケーブル３６を巻き取った長さ（巻取量）を算出し、既知である第１ワイヤケーブル３６の全長から当該巻取量を引くことにより、第１ワイヤケーブル３６の長さを検出する。第１ワイヤケーブル長検出部４１は、配線などを介して後述する制御装置３５に接続されている。

第２ワイヤケーブル長検出部４２は、例えば、第２引張部３４の巻取機構の巻回軸に設けられ巻回軸の回転角（変位）を検出するロータリエンコーダなどのセンサである。第２ワイヤケーブル長検出部４２の検出信号から、巻取機構が第２ワイヤケーブル３７を巻き取った長さ（巻取量）を算出し、既知である第２ワイヤケーブル３７の全長から当該巻取量を引くことにより、第２ワイヤケーブル３７の長さを検出する。第２ワイヤケーブル長検出部４２は、配線などを介して後述する制御装置３５に接続されている。なお、上記検出手段は、第１ワイヤケーブル長検出部４１および第２ワイヤケーブル長検出部４２から構成されるものに限られない。第１ワイヤケーブル３６および第２ワイヤケーブル３７の位置または変位を検出することができるものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、ワイヤケーブルの外観情報（位置）を検出するカメラ等の撮像手段であってもよい。

制御部としての制御装置３５は、トレッドミル３１の駆動と、第１引張部３３および第２引張部３４の動作と、歩行補助装置２の動作と、をそれぞれ制御する。制御装置３５は、第１引張部３３における第１ワイヤケーブル３６の長さ、および、第２引張部３４における第２ワイヤケーブル３７の長さが訓練者Ｕの位置に応じて適宜変わるように制御する。制御装置３５は、トレッドミル３１の駆動の制御において、ベルトコンベア３１１の水平面に対する傾き角度θを調整する。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）、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３５による、ベルトコンベア３１１の傾き角度θを調整する方法の詳細について後述する。

次に、進行方向における訓練者Ｕの位置と、第１ワイヤケーブル３６の長さおよび第２ワイヤケーブル３７の長さとの関係について説明する。
図４は、歩行訓練システム１において、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒにある状態を示す模式図である。図４に示すように、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒにある場合、第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆと第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂは等しい（Ｌｆ＝Ｌｂ）。上述したように、第１間隔としての第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆは、第１ワイヤケーブル３６における、訓練者Ｕの脚部への直接的または間接的な取り付け位置から、ベルトコンベア３１１の床面からの所定高さまでの間隔である。また、第２間隔としての第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂは、第２ワイヤケーブル３７における、訓練者Ｕの脚部への直接的または間接的な取り付け位置から、ベルトコンベア３１１の床面からの所定高さまでの間隔である。なお、本実施の形態にかかる歩行訓練システム１では、所定高さを、例えば、ベルトコンベア３１１の床面（歩行面）から第１引張部３３または第２引張部３４までの高さＨｈとしている。

図５は、歩行訓練システム１において、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒよりも進行方向後方にある状態を示す模式図である。図５において、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒにある状態を仮想線（二点鎖線）で示す。図５に示すように、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒよりも進行方向後方（後方位置Ｐｂ）にある場合、第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆの方が、第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂよりも長くなる（Ｌｆ＞Ｌｂ）。

図６は、歩行訓練システム１において、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒよりも進行方向前方にある状態を示す模式図である。図６において、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒにある状態を仮想線（二点鎖線）で示す。図６に示すように、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒよりも進行方向前方（前方位置Ｐｆ）にある場合、第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆの方が、第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂよりも短くなる（Ｌｆ＜Ｌｂ）。

図７は、訓練中における、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置ＰｒからのずれＸを模式的に示す斜視図である。図８は、図７の矢印Ｗの方から見た矢視図である。ここで、Ｈｎは、訓練者Ｕの歩行補助装置２を装着した脚におけるひざ高さである。上述したように、Ｈｈは、傾き角度θが０の状態におけるベルトコンベア３１１の歩行面から第１引張部３３または第２引張部３４までの高さである。Ｒａは、第１引張部３３と第２引張部３４との間の距離の２分の１の距離である。進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置ＰｒからのずれＸは、基準位置Ｐｒに対して進行方向における訓練者Ｕの位置が前方にある場合を正、基準位置Ｐｒに対して進行方向における訓練者Ｕの位置が後方にある場合を負とする。図７に示すように、Ｋｆと、Ｌｆ、ＨｈおよびＨｎと、の間には、式１が成り立つ。また、Ｋｂと、Ｌｂ、ＨｈおよびＨｎと、の間には、式２が成り立つ。

図８に示すように、Ｋｆと、Ｒａ、ＸおよびＹと、の間には、式３が成り立つ。また、Ｋｂと、Ｒａ、ＸおよびＹと、の間には、式４が成り立つ。

式１から式４より、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置ＰｒからのずれＸは、第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆ、第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂの関数として以下のように表すことができる。

図５または図６に示すように、訓練中において、進行方向における訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒからずれた場合、訓練者Ｕの位置を基準位置Ｐｒに戻すようにする必要がある。訓練中において、進行方向における訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒからずれた場合、制御装置３５は、訓練者Ｕの位置を基準位置Ｐｒに戻すためにベルトコンベア３１１の傾き角度θを調整する。図３を用いて説明したように、ベルトコンベア３１１における進行方向前方の端部を水平面より上昇させると、ベルトコンベア３１１の水平面に対する傾き角度θがゼロより大きくなり（θ＞０）、ベルトコンベア３１１における進行方向前方の端部を水平面より下降させると、ベルトコンベア３１１の水平面に対する傾き角度θがゼロより小さくなる（θ＞０）。

図５に示すように、進行方向における訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒよりも後方にずれた場合、制御装置３５は、ベルトコンベア３１１の傾き角度θがゼロより小さくなるように調節する（θ＜０）。θ＜０にすると、ベルトコンベア３１１は進行方向に対して下り坂になり、訓練者Ｕは進行方向前方に進みやすくなるので、訓練者Ｕの位置を進行方向後方から基準位置Ｐｒに戻すことができる。図６に示すように、進行方向における訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒよりも前方にずれた場合、制御装置３５は、ベルトコンベア３１１の傾き角度θがゼロより大きくなるように調節する（θ＞０）。θ＞０にすると、ベルトコンベア３１１は進行方向に対して上り坂になり、訓練者Ｕは進行方向前方に進み難くなるので、訓練者Ｕの位置を進行方向前方から基準位置Ｐｒに戻すことができる。

次に、制御装置３５による、ベルトコンベア３１１の傾き角度θを調整する方法について説明する。
図９は、訓練における、歩行訓練システム１の処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、まず、トレッドミル３１が、制御装置３５からの指令を受けてベルトコンベア３１１を回転させる。（ステップＳ１）。続いて、制御装置３５が、第１ワイヤケーブル長検出部４１により検出された第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆおよび第２ワイヤケーブル長検出部４２により検出された第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂより、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸを算出する（ステップＳ２）。ここで、Ｘの算出方法は上述したとおりである。

ステップＳ２に続いて、制御装置３５が、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸに応じて設定傾き角度θｓを算出する（ステップＳ３）。図１０は、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置ＰｒからのずれＸと、設定傾き角度θｓとの関係の一例を示すグラフである。図１０に示すように、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸの増加に対して、設定傾き角度θｓを比例的に増加させるようにしている。進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸが正である場合（Ｘ＞０）には設定傾き角度θｓは正（θｓ＞０）、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸが負である場合（Ｘ＜０）には設定傾き角度θｓは負（θｓ＜０）、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸがゼロである場合（Ｘ＝０）には設定傾き角度θｓはゼロ（θｓ＝０）である。すなわち、設定傾き角度θｓは、式６に示す、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸの関数で表される。ここで、比例係数ｑは正（ｑ＞０）である。設定傾き角度θｓには上限、下限を設ける（図１０では、上限θｍａｘ、下限−θｍａｘ）。

再び図９を参照し、ステップＳ３に続いて、傾き角度調整機構３１２が、制御装置３５の指令を受けて、ベルトコンベア３１１の傾き角度θがステップＳ３で算出した設定傾き角度θｓになるように調整する（ステップＳ４）。続いて、制御装置３５が、訓練が終了したか否かを判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、訓練が終了したと判断された場合（ＹＥＳの場合）は処理を終了する。ステップＳ５において、訓練が終了していないと判断された場合（ＮＯの場合）は処理をステップＳ２に戻す。

以上より、制御装置３５は、訓練中において、第１ワイヤケーブル長検出部４１により検出された第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆ、および、第２ワイヤケーブル長検出部４２により検出された第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂを用いて、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＸを算出し、当該基準位置からのずれＸに応じてベルトコンベア３１１の傾き角度θを調整する。このようにすることで、訓練中に、訓練者Ｕの位置が基準位置よりも進行方向後方または前方にずれた場合にも、訓練者Ｕの位置を基準位置に戻すことができる。これにより、訓練者Ｕがトレッドミル３１のベルトコンベア３１１からから外れてしまうのを抑制し、安全な位置で訓練を継続することができる。

本実施の形態にかかる歩行訓練システム１では、第１ワイヤケーブル３６の長さを検出する第１ワイヤケーブル長検出部４１、および、第２ワイヤケーブル３７の長さを検出する第２ワイヤケーブル長検出部４２に基づいて、進行方向における訓練者Ｕの位置を把握する。進行方向における訓練者Ｕの位置を把握するために、さらに、赤外線センサ、フォトカップラ、圧力センサ、カメラで撮影した画像の処理等のうちの少なくとも１つを併せて用いるようにしてもよい。このようにすることで、進行方向における訓練者Ｕの位置の検出精度をさらに向上させることができる。

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。

例えば、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置ＰｒからのずれＸと、設定傾き角度θｓとの関係において、図１０に示す例に対し、不感帯を設けるようにしても良い。図１１は、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置ＰｒからのずれＸと、設定傾き角度θｓとの関係の別の例を示すグラフである。図１０に示す例との違いは不感帯を設けた点である。図１１に示すように、｜Ｘ｜≦Ｌｔである場合は、設定傾き角度θｓはゼロ（θｓ＝０）である。すなわち、｜Ｘ｜≦Ｌｔの範囲は不感帯であり、この範囲ではベルトコンベア３１１を傾斜させない。

上記実施の形態にかかる歩行訓練システム１では、訓練者Ｕの位置が基準位置であるときに、第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆと第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂが等しくなる（Ｌｆ＝Ｌｂ）としたが、これに限るものではない。訓練者Ｕの位置が基準位置であるときにＬｆ≠Ｌｂであっても、訓練者Ｕの位置が基準位置であるときのＬｆおよびＬｂが予め得られていれば、進行方向における訓練者Ｕの位置の基準位置ＰｒからのずれＸを算出することができる。

上記実施の形態にかかる歩行訓練システム１では、トレッドミルの構成は、図３に示すものに限るものではない。図１２は、図３に示す構成とは別の構成のトレッドミル３１Ａを示す模式図である。ここで、図中矢印Ｓは進行方向を表す。図１２に示すように、トレッドミル３１Ａは、訓練者が歩行するための回転可能なリング状のベルトコンベア３１１Ａを有する。また、トレッドミル３１Ａは、傾き角度調整機構３１２Ａをさらに有する。傾き角度調整機構３１２Ａは、トレッドミル３１Ａの進行方向の前方部分を上下させることでベルトコンベア３１１Ａの水平面Ｐｈに対する傾き角度θを変更させる。傾き角度調整機構３１２Ａは、例えば油圧シリンダなどである。

図１３は、図３、図１２に示す構成とは別の構成のトレッドミル３１Ｂを示す模式図である。ここで、図中矢印Ｓは進行方向を表す。図１３に示すように、トレッドミル３１Ｂは、訓練者が歩行するための回転可能なリング状のベルトコンベア３１１Ｂを有する。ベルトコンベア３１１Ｂは、無端状のベルト３１４Ｂと、ガイド３１５Ｂと、複数のローラ３１６Ｂと、を有する。ベルトコンベア３１１Ｂは、ベルト３１４Ｂとガイド３１５Ｂとの隙間が所定の長さで維持されるように構成されている。例えば、ベルト３１４Ｂが磁性体で形成され、ガイド３１５Ｂに設けた磁石の磁力によりベルト３１４Ｂがガイド３１５Ｂの方に吸引されるようにする。ガイド３１５Ｂの形状が、直線状（図１３の上方に示す変形前の状態）からＶ字状（図１３の下方に示す変形後の状態）に変形すると、ガイド３１５Ｂに追随してベルト３１４Ｂも変形する。これにより、進行方向における訓練者の位置の基準位置Ｐｒからのずれに応じてベルト３１４Ｂにおける訓練者が歩行する面の水平面Ｐｈに対する傾き角度θを変更させることができる。Ｖ字状に変形したベルト３１４Ｂにおいて、基準位置Ｐｒよりも前方は進行方向に対して上り坂、基準位置Ｐｒよりも後方は進行方向に対して下り坂になる。つまり、ベルト３１４ＢをＶ字状に変形すると、訓練者Ｕの位置が基準位置Ｐｒよりも前方にある場合にはベルト３１４Ｂにおける訓練者Ｕが歩行する面が上り坂になり、訓練者の位置が基準位置Ｐｒよりも後方にある場合にはベルト３１４Ｂにおける訓練者が歩行する面が下り坂になる。

図１４は、図３、図１２、図１３に示す構成とは別の構成のトレッドミル３１Ｃを示す模式図である。ここで、図中矢印Ｓは進行方向を表す。図１４に示すように、トレッドミル３１Ｃは、訓練者が歩行するための回転可能なリング状のベルトコンベア３１１Ｃを有する。ベルトコンベア３１１Ｃは、無端状のベルト３１４Ｃと、ガイド３１５Ｃと、複数のローラ３１６Ｃと、を有する。ベルトコンベア３１１Ｃは、ベルト３１４Ｃとガイド３１５Ｃとの隙間が所定の長さで維持されるように構成されている。例えば、ベルト３１４Ｂが磁性体で形成され、ガイド３１５Ｃに設けた磁石の磁力によりベルト３１４Ｃがガイド３１５Ｃの方に吸引されるようにする。ガイド３１５Ｃの形状が、図１４の上方に示す変形前の状態から図１４の下方に示す変形後の状態に変形すると、ガイド３１５Ｃに追随してベルト３１４Ｃも変形する。これにより、進行方向における訓練者の位置の基準位置ＰｒからのずれＸに応じてベルト３１４Ｃにおける訓練者Ｕが歩行する面の水平面Ｐｈに対する傾き角度θを変更させることができる。変形後のベルト３１４Ｃにおいて、基準位置Ｐｒから進行方向前方への長さがＬｔを超える箇所は進行方向に対して上り坂になり、基準位置Ｐｒから進行方向後方への長さがＬｔを超える箇所は進行方向に対して下り坂になる。つまり、進行方向における訓練者の位置Ｐｃの基準位置ＰｒからのずれＸがＬｔよりも大きい場合（Ｘ＞Ｌｔの場合）にはベルト３１４Ｂにおける訓練者Ｕが歩行する面が上り坂になり、進行方向における訓練者の位置Ｐｃの基準位置ＰｒからのずれＸが−Ｌｔよりも小さい場合（Ｘ＜−Ｌｔの場合）にはベルト３１４Ｂにおける訓練者Ｕが歩行する面が下り坂になる。一方、変形後のベルト３１４Ｃにおいて、基準位置Ｐｒから進行方向前方への長さがＬｔ以下、および、基準位置Ｐｒから進行方向後方への長さがＬｔ以下の箇所は水平のままである。つまり、進行方向における訓練者の位置Ｐｃの基準位置ＰｒからのずれＸが−Ｌｔ≦Ｘ≦Ｌｔの範囲内にある場合は、ベルト３１４Ｂにおける訓練者Ｕが歩行する面は水平である。このように、図１４に示すトレッドミルの構成では、−Ｌｔ≦Ｘ≦Ｌｔの範囲を不感帯とすることができる。

上記実施の形態にかかる歩行訓練システム１では、進行方向における訓練者の位置の基準位置からのずれＸに応じて、ベルトコンベアの進行方向における傾き角度を調整した。これに対し、さらに、左右方向における訓練者の位置の基準位置からのずれＹ（図７、図８参照）に応じて、ベルトコンベアの左右方向における傾き角度を調整してもよい。具体的には、左右方向における訓練者の位置が基準位置の左側にずれた場合、ベルトコンベアの左側が右側よりも位置が高くなるようにベルトコンベアを傾斜させる。一方、左右方向における訓練者の位置が基準位置の右側にずれた場合、ベルトコンベアの右側が左側よりも位置が高くなるようにベルトコンベアを傾斜させる。なお、左右方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＹは、上述の式１から式４により算出することができる（式７）。

しかしながら、式１から式４により算出した、左右方向における訓練者の位置の基準位置からのずれＹ（式７参照）は、絶対値が同じで符号が異なる２つの解を持つ。つまり、第１ワイヤケーブル３６の長さＬｆおよび第２ワイヤケーブル３７の長さＬｂを検出するだけでは、左右方向における訓練者の位置の基準位置からのずれＹが、左側のずれなのか、右側のずれなのか、を判別できない。このため、左右方向における訓練者Ｕの位置の基準位置からのずれＹの検出については、赤外線センサ、フォトカップラ、圧力センサ、カメラで撮影した画像の処理等の別の検出手段を併用する。このようにすることで、訓練中に、訓練者Ｕの位置が基準位置よりも左右方向の一方にずれた場合にも、訓練者Ｕの位置を基準位置に戻すことができる。

１ 歩行訓練システム
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引張部
３４ 第２引張部
３５ 制御装置
３６ 第１ワイヤケーブル
３７ 第２ワイヤケーブル
４１ 第１ワイヤケーブル長検出部
４２ 第２ワイヤケーブル長検出部
２１１ 第１フレーム
２１２ 上腿装具
２３１ 第２フレーム
３１１，３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃ ベルトコンベア
３１２，３１２Ａ 角度調整機構
３１４Ｂ，３１４Ｃ ベルト
３１５Ｂ，３１５Ｃ ガイド
３１６Ｂ，３１６Ｃ ローラ
３２１ 柱フレーム
３２２ 前後フレーム
３２３ 前方左右フレーム
３２４ 後方左右フレーム
Ｕ 訓練者

Claims (1)

1. 訓練者が歩行するための回転可能なベルトコンベアを有し、前記ベルトコンベアの水平面に対する傾き角度が変更可能に構成されたトレッドミルと、
   前記訓練者の上方かつ進行方向の前方に設けられ、前記訓練者の歩行補助装置を装着した脚部を、第１ワイヤケーブルを介して上方かつ前方に引張する第１引張部と、
   前記訓練者の上方かつ進行方向の後方に設けられ、前記脚部を、第２ワイヤケーブルを介して上方かつ後方に引張する第２引張部と、
   前記傾き角度を調整する制御部と、を備え、
   前記第１ワイヤケーブルおよび前記第２ワイヤケーブルそれぞれにおける、前記脚部への直接的または間接的な取り付け位置から、前記ベルトコンベアの床面からの所定高さまで、の間隔である第１間隔および第２間隔が、前記訓練者の歩行に応じて変化するように構成された歩行訓練システムにおいて、
   前記第１ワイヤケーブルおよび前記第２ワイヤケーブルの位置または変位を検出する検出手段を更に備え、
   前記制御部は、前記検出手段によって検出された前記位置または変位から求まる前記第１間隔および前記第２間隔を用いて、進行方向における訓練者の位置の基準位置からのずれを算出し、当該基準位置からのずれに応じて前記傾き角度を調整する、歩行訓練システム。

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