JP2020146326A - バランス訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた広さの環境であっても、適度な加速度を伴って移動することができるバランス訓練装置を提供する。【解決手段】バランス訓練装置は、移動台車と、訓練者の両足の荷重重心を算出する算出部と、荷重重心の変位量から演算された制御量に基づいて移動台車の移動を制御する制御部と、移動台車の現在位置を取得する取得部と、を備え、上記の制御量は、荷重重心の変位量から算出される移動台車の目標速度に到達させるための第１制御量と、同変位量から算出される移動台車の目標位置に到達させるための第２制御量との加重平均によって演算され、その加重平均は、現在位置が、基準位置を含む予め定められた範囲の内側に存在する場合には第２制御量よりも第１制御量の重み付けが大きく設定され、範囲の外側に存在する場合には第１制御量よりも第２制御量の重み付けが大きく設定される。【選択図】図７

Description

本発明は、バランス訓練装置に関する。

脚の不自由な患者がリハビリ訓練を行うための訓練装置が普及しつつある。例えば、訓練を行う訓練者を踏み板の上に立たせてその重心位置を観察し、踏み出しを促したり転倒を防いだりするために、踏み板を駆動手段で移動させる訓練装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１５−１００４７７号公報

踏み板が訓練装置に対して微小量移動する構成では、訓練者は原則として床面に対して直立した状態を維持するので、環境の変化に乏しく、訓練者のモチベーションを維持することが困難である。特に訓練試行にゲーム性を与える場合には、ゲームに連動して大きな体感が得られるほど、訓練者は意欲を持って訓練試行に臨むことができる。そこで、バランス訓練装置に移動台車を設け、訓練者を搭乗させた状態でバランス訓練装置ごと移動させる構成がリハビリ訓練に効果的であることがわかってきた。

しかし、このようなバランス訓練装置を利用できる環境は、多くの場合に広さが限られており、バランス訓練装置が移動できる範囲を制限しなければならない。一方で、リハビリ効果を高めたり、訓練者の爽快感を高めたりするためにも、バランス訓練装置に適度な加速度を与えたい。

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、限られた広さの環境であっても、適度な加速度を伴って移動することができるバランス訓練装置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、駆動部を駆動することにより移動面上を移動可能な移動台車と、移動台車に立つ訓練者の足から受ける荷重を検出する検出部と、検出部が検出した荷重から訓練者の搭乗面における両足の荷重重心を算出する算出部と、荷重重心の変位量から演算された制御量に基づいて駆動部を駆動して移動台車の移動を制御する制御部と、移動台車の現在位置を取得する取得部と、を備え、上記の制御量は、変位量から算出される移動台車の目標速度に到達させるための第１制御量と、変位量から算出される移動台車の目標位置に到達させるための第２制御量との加重平均によって演算され、その加重平均は、現在位置が、基準位置を含む予め定められた範囲の内側に存在する場合には第２制御量よりも第１制御量の重み付けが大きく設定され、範囲の外側に存在する場合には第１制御量よりも第２制御量の重み付けが大きく設定される。

このように、移動領域のうちより内側の領域では速度制御の重み付けを大きくし、外側の領域では位置制御の重み付けを行えば、バランス訓練装置が移動領域を逸脱することなく、かつ比較的大きな加速度を伴ってバランス訓練装置を移動させられることがわかった。これにより、訓練者は、より爽快感をもって楽しく試行訓練を行うことができる。試行訓練を楽しく行えれば、訓練者がトレーニングを積極的かつ継続的に行うことが期待できる。すなわち、より短期間でのバランス機能回復を望むことができる。

本発明により、バランス機能に疾患を有する訓練者がリハビリ訓練を安全かつ効果的に行えるバランス訓練装置等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。 バランス訓練装置のシステム構成を示す図である。 荷重重心の変位量と移動台車の移動の関係を説明する図である。 訓練試行開始時のゲーム画面と荷重重心を示す図である。 訓練試行中のゲーム画面と荷重重心を示す図である。 訓練試行中のゲーム画面と荷重重心を示す図である。 訓練装置の移動領域を説明する図である。 速度制御を行う場合の変位量と目標速度の関係と、位置制御を行う場合の変位量と目標位置の関係を示す図である。 移動台車の制御ブロック図である。 加重平均の重み付けを説明する図である。 訓練試行の処理の流れを示す図である。

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の一例としての訓練装置１００の概略斜視図である。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。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訓練装置１００に搭乗を続けようとすると、訓練装置１００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。

訓練装置１００は、リハビリ施設の床面等を移動面として、その移動面上を前後方向に移動可能な移動台車１１０と、移動台車１１０に立設され、移動台車１１０に搭乗する訓練者９００の脱落を防止するフレーム１６０を備える。移動台車１１０は、主に、駆動輪１２１、キャスタ１２２、搭乗プレート１３０、荷重センサ１４０、コントロールボックス１５０を備える。

駆動輪１２１は、走行方向に対して２つの前輪として配置されている。駆動輪１２１は、駆動部としての不図示のモータによって回転駆動され、移動台車１１０を前進させたり後退させたりする。キャスタ１２２は、従動輪であり、走行方向に対して２つの後輪として配置されている。搭乗プレート１３０は、訓練者９００が搭乗して両足を載置する搭乗部である。搭乗プレート１３０は、訓練者９００の搭乗に耐える比較的剛性の高い、例えばポリカーボネート樹脂製の平板が用いられる。搭乗プレート１３０は、四隅に配置された荷重センサ１４０を介して移動台車１１０の上面に支持されている。

荷重センサ１４０は、例えばロードセルであり、移動台車１１０に立つ訓練者９００の足から受ける荷重を検出する検出部としての機能を担う。コントロールボックス１５０は、後述する演算処理部やメモリを収容する。

フレーム１６０は、開閉扉１６１と手摺り１６２を含む。開閉扉１６１は、訓練者９００が搭乗プレート１３０に搭乗する場合に開いて、訓練者９００の通路を形成する。訓練試行を行う場合には閉じられてロックされる。手摺り１６２は、訓練者９００がバランスを崩しそうになった時や不安に感じた時に掴むことができるように、訓練者９００を取り囲むように設けられている。なお、訓練者９００は、訓練試行を行う間は、手摺り１６２を掴むことなく、自らバランスを取って直立姿勢を保つよう試みる。フレーム１６０は、表示パネル１７０を支持している。表示パネル１７０は、例えば液晶パネルである表示部であり、訓練者９００が訓練試行中に視認しやすい位置に配置されている。

図２は、訓練装置１００のシステム構成を示す図である。演算処理部２００は、例えばＭＰＵであり、メモリ２４０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。駆動輪ユニット２１０は、駆動輪１２１を駆動するための駆動回路やモータを含む。また、駆動輪ユニット２１０は、駆動輪１２１の回転量を検出するロータリエンコーダを含む。

操作受付部２２０は、訓練者９００やオペレータからの入力操作を受け付けて、操作信号を演算処理部２００へ送信する。訓練者９００やオペレータは、操作受付部２２０を構成する、装置に設けられた操作ボタンや表示パネル１７０に重畳されたタッチパネル、付属するリモコン等を操作して、電源のオン／オフや訓練試行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２３０は、演算処理部２００からの表示信号に従って、後述する課題ゲームのグラフィック映像等を生成し、表示パネル１７０に表示する。メモリ２４０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２４０は、訓練装置１００を制御するための制御プログラム等を記憶している。また、制御に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶している。メモリ２４０は、特に、訓練者９００が楽しく訓練試行を行えるようにゲーム形式で課題を与えるプログラムである課題ゲーム２４１を記憶している。荷重センサ１４０は、搭乗プレート１３０を介して訓練者９００の足から加えられる荷重を検出して、その検出信号を演算処理部２００へ送信する。

演算処理部２００は、制御プログラムの要請に従って様々な演算や個別要素の制御を実行する機能実行部としての役割も担う。荷重算出部２０１は、４つの荷重センサ１４０の検出信号を取得して、訓練者９００の搭乗面における両足の荷重重心を算出する。具体的には、４つの荷重センサ１４０のそれぞれの位置は既知であるので、それぞれの荷重センサ１４０が検出する鉛直方向の荷重の分布から重心位置を算出して、その位置を荷重重心とする。

位置取得部２０２は、駆動輪ユニット２１０が備えるロータリエンコーダの出力信号や他のセンサ信号を利用して移動台車１１０の現在位置を取得する。例えば、訓練試行の開始時点における位置を原点とし、取得したロータリエンコーダの出力信号を積分することにより、原点からの移動量を現在位置として算出する。移動制御部２０３は、駆動輪ユニット２１０へ送信する駆動信号を生成し、駆動輪ユニット２１０を介して移動台車１１０の移動を制御する。具体的な制御手法については後述する。

図３は、荷重重心ＣＰの変位量ΔＣと移動台車１１０の移動の関係を説明する図である。訓練試行の開始時に、訓練者９００は、搭乗プレート１３０の搭乗面に対して定められた基準位置ＲＰが両足の中心となるように、できる限り自然な立脚姿勢で搭乗面に立つ。その後、訓練者９００は、訓練試行の進捗に応じて自らの重心を移動させ、バランスを調整することにより荷重重心ＣＰを基準位置ＲＰから変位させる。本実施形態においては、移動台車１１０の移動方向は前後方向であるので、二次元的に変位する荷重重心ＣＰのうち、移動方向に沿う成分を変位量ΔＣとする。

本実施形態においては、課題ゲーム２４１を実行することにより、訓練者９００にトレーニングを促す。演算処理部２００によって処理される課題ゲーム２４１は、刻々と変化するグラフィック映像を生成して表示パネル１７０に映しだし、訓練者９００は、その映像に促されて訓練装置１００の移動操作を行う。

図４（ａ）は、訓練試行開始時のゲーム画面を示す図であり、図４（ｂ）は、訓練者９００のその時点の荷重重心を示す図である。ゲーム画面は表示パネル１７０に表示される映像であり、複数の課題ゲーム２４１の中からテニスをモチーフにしたものが選択され、実行されている様子を示している。

中央に表示されたテニスコートの右側には、テニスボールＢを投擲するキャラクタＭが背景画像に重畳して配され、同じく左側には、投擲されたテニスボールＢを打ち返すキャラクタＰが背景画像に重畳して配されている。キャラクタＭは、課題ゲーム２４１が与える課題に合わせて上下に移動したり投擲したりする動作を表現する。キャラクタＰは、訓練者９００を示すキャラクタであり、訓練装置１００の移動に合わせて上下に移動したり、テニスボールＢの到達に合わせてラケットを振ったりする動作を表現する。テニスボールＢは、キャラクタＭ、Ｐの動作に合わせて、テニスコート上を左右に往復する。また、ゲーム画面は、ゲームの状況に応じて変化するスコアや経過時間等の情報も含む。

図４（ａ）に示すように、訓練試行開始時においてキャラクタＰは、上下方向の真ん中である初期位置Ｔ_ｓに位置している。キャラクタＭも、初期位置Ｔ_ｓに対してコートを挟んで反対側に位置している。この時、訓練者９００の荷重重心ＣＰは、図４（ｂ）に示すように、基準位置ＲＰと重なっていることが望ましい。すなわち、訓練者９００は、訓練試行を開始する準備として、搭乗プレート１３０の搭乗面に対して定められた基準位置ＲＰを中心が両足の中心となるように、できる限り自然な立脚姿勢で搭乗面に立つ。

図５（ａ）は、訓練試行中のゲーム画面を示す図であり、図５（ｂ）は、訓練者９００のその時点の荷重重心を示す図である。キャラクタＭは、この課題に設定された目標位置Ｂ_ｈへテニスボールＢを到達させるべく、コートの上方へ移動してテニスボールＢを投擲する。すると、テニスボールＢは、図示する軌跡に沿って移動する。テニスボールＢが移動する速さは、レベルに応じて予め定められており、レベルが高いほど速い。

訓練者９００は、テニスボールＢがＢ_ｈに到達する前に、Ｂ_ｈで打ち返すことができる打撃位置Ｔ_ｈまでキャラクタＰを移動させる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、訓練者９００は、自らの重心を前方へ寄せてバランスを調整することにより荷重重心ＣＰを基準位置ＲＰよりも前方へ移動させる。移動制御部２０３は、この時の荷重重心の変位量ΔＣに応じて算出される制御量によって駆動輪１２１を駆動し、移動台車１１０を前方へ移動させる。

ゲーム画面上のキャラクタＰは、移動台車１１０のその時の速度ｖに連動する速度Ｖ_ｃで画面上方へ移動する。テニスボールＢがＢ_ｈに到達する前にキャラクタＰをＴ_ｈまで移動させることができれば、テニスボールＢが到達したときにラケットが振られ、テニスボールＢは打ち返される。テニスボールＢを打ち返すことができれば、スコアが加算される。

図６（ａ）は、さらにその後の訓練試行中のゲーム画面を示す図であり、図６（ｂ）は、訓練者９００のその時点の荷重重心を示す図である。キャラクタＰがテニスボールＢを打ち返したら、訓練者９００は、自らの重心を後方へ寄せてバランスを調整することにより荷重重心ＣＰを基準位置ＲＰよりも後方へ移動させる。移動制御部２０３は、この時の荷重重心の変位量ΔＣに応じて算出される制御量によって駆動輪１２１を駆動し、移動台車１１０を後方へ移動させる。

ゲーム画面上のキャラクタＰは、移動台車１１０のその時の速度ｖに連動する速度Ｖ_ｃで画面下方へ移動する。所定時間内にキャラクタＰを初期位置Ｔ_ｓまで戻すことができれば、スコアが加算される。

キャラクタＰが打撃位置Ｔ_ｈへ到達するまで、あるいは初期位置Ｔ_ｓへ戻るまでには、キャラクタＰの速度Ｖ_ｃにも寄るが、ある程度の時間を要する。訓練者９００は、その間重心を傾けるバランス調整を行い続けることになる。このバランス調整が、バランス機能に疾患を有する訓練者９００にとって有効なリハビリ訓練となる。また、荷重重心ＣＰは、訓練者９００のバランス調整に応じて刻々と変化し得るので、移動台車１１０の速度ｖもキャラクタＰの速度Ｖ_ｃも変化し得る。訓練者９００は、自身のバランス調整に応じてキャラクタＰが移動するのみならず訓練装置１００自体も前後するので、視覚情報に留まらず、平衡感覚や体勢感覚へ作用する体感も得られ、試行訓練を楽しく行うことができる。試行訓練を楽しく行えれば、訓練者がトレーニングを積極的かつ継続的に行うことが期待できる。すなわち、より短期間でのバランス機能回復を望むことができる。

図７は、訓練装置１００の移動領域を説明する図である。訓練装置１００は、多くの場合、屋内のリハビリ施設に設置されて利用に供される。したがって、訓練装置１００を利用できる環境は、その広さに制限がある。図７は、訓練装置１００の移動が許される、制限された移動領域を表わしている。移動領域は、訓練装置１００が初期状態として設置される基準位置を原点（ｘ＝０）とし、前進方向の移動限界位置がｘ＝ｘ_ｆｌｉｍ、後退方向の移動限界位置がｘ＝ｘ_ｂｌｉｍと定められている。

なお、本実施形態においては、移動領域は、基準位置ｘ＝０を含む内側の範囲ｘ_ｂｃ〜ｘ_ｆｃ（ｘ_ｂｌｉｍ＜ｘ_ｂｃ＜０＜ｘ_ｆｃ＜ｘ_ｆｌｉｍ）と、外側の範囲ｘ_ｂｌｉｍ〜ｘ_ｂｃおよびｘ_ｆｃ〜ｘ_ｆｌｉｍに区分される。例えば、ｘ_ｂｃ＝０．９×ｘ_ｂｌｉｍ、ｘ_ｆｃ＝０．９×ｘ_ｆｌｉｍと定義する。また、内側の範囲に対して、ｘ_ｂｓ＝０．８×ｘ_ｂｌｉｍ、ｘ_ｆｓ＝０．８×ｘ_ｆｌｉｍと定義する。

訓練者９００のバランス調整により、あるいは課題ゲーム２４１の指示により制御される訓練装置１００の移動範囲は、ｘ＝ｘ_ｂｌｉｍからｘ＝ｘ_ｆｌｉｍの範囲に制御されるべきである。一方で、上述のように、リハビリ効果を高めたり、訓練者の爽快感を高めたりするためにも、訓練装置１００に適度な加速度を与えたいという要請もある。以下に、これらの要請を両立させる移動制御について説明する。

まず、移動制御部２０３が、速度制御を採用して移動台車１１０を制御する場合と、位置制御を採用して移動台車１１０を制御する場合のそれぞれについて説明する。図８（ａ）は、速度制御を行う場合の重心荷重の変位量ΔＣと移動台車１１０の目標速度Ｖ_Ｔの関係を示す図であり、図８（ｂ）は、位置制御を行う場合の重心荷重の変位量ΔＣと移動台車１１０の目標位置Ｘ_Ｔの関係を示す図である。共に横軸は重心荷重の変位量ΔＣを表わし、図８（ａ）の縦軸は目標速度Ｖ_Ｔを、図８（ｂ）の縦軸は目標位置Ｘ_Ｔを表わす。

変位量ΔＣ_ｆｌｉｍは、訓練者９００が足を踏み換えることなく重心を前方に傾けた場合の限界変位量であり、変位量ΔＣ_ｂｌｉｍは、訓練者９００が足を踏み換えることなく重心を後方に傾けた場合の限界変位量である。例えば、変位量ΔＣ_ｆｌｉｍは、訓練者９００にかかとが浮く直前まで重心を前方に傾けてもらった測定結果によって得られ、変位量ΔＣ_ｂｌｉｍは、訓練者９００につま先が浮く直前まで重心を後方に傾けてもらった測定結果によって得られる。あるいは、訓練者９００の身長、体重、足のサイズ、リハビリ訓練の進捗度合等に対応するものを予め設定されたルックアップテーブルから選択して設定するようにしても良い。

図８（ａ）に示すように、速度制御における目標速度Ｖ_Ｔは、変位量ΔＣに比例する。目標速度Ｖ_Ｔの最大値は、ｖ_ｆｌｉｍ（ΔＣ_ｆｌｉｍのとき）であり、最小値は、ｖ_ｂｌｉｍ（ΔＣ_ｂｌｉｍのとき）である。図示するように、前進する場合と後退する場合で比例係数を変えても良い。

図８（ｂ）に示すように、位置制御における目標位置Ｘ_Ｔは、変位量ΔＣに比例する。目標位置Ｘ_Ｔの最大値は、ｘ_ｆｌｉｍ（ΔＣ_ｆｌｉｍのとき）であり、最小値は、ｘ_ｂｌｉｍ（ΔＣ_ｂｌｉｍのとき）である。図示するように、前進する場合と後退する場合で比例係数を変えても良い。なお、上述のように、移動台車１１０の移動領域はｘ_ｂｌｉｍ〜ｘ_ｆｌｉｍであるので、目標位置Ｘ_Ｔの最大値、最小値は、それぞれこの両端となるように設定される。

図９は、移動制御部２０３が実行する、移動台車１１０の移動制御を表わす制御ブロック図である。移動制御部２０３は、荷重重心の変位量ΔＣから駆動輪１２１の駆動トルクτを制御量として演算し、これを発生させる駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信することにより移動台車１１０の移動を制御する。制御量であるτは、変位量ΔＣから算出される移動台車１１０の目標速度Ｖ_Ｔに到達させるための第１制御量τ_１と、変位量ΔＣから算出される移動台車１１０の目標位置Ｘ_Ｔに到達させるための第２制御量τ_２との加重平均によって演算される。

具体的には、変位量ΔＣが算出されると、移動制御部２０３は、図８（ａ）の関係式Ｆ（ΔＣ）に従って、目標速度Ｖ_Ｔを得る。並行して、図８（ｂ）の関係式Ｇ（ΔＣ）に従って、目標位置Ｘ_Ｔを得る。そして、目標速度Ｖ_Ｔと現在の速度ｖとの偏差（＝Ｖ_Ｔ−ｖ）をＰＩＤ制御ブロックに入力し、移動台車１１０の目標速度Ｖ_Ｔに到達させるための第１制御量τ_１を得る。同様に、目標位置Ｘ_Ｔと現在の位置ｘとの偏差（＝Ｘ_Ｔ−ｘ）をＰＩＤ制御ブロックに入力し、移動台車１１０の目標位置Ｘ_Ｔに到達させるための第２制御量τ_２を得る。

そして、移動制御部２０３は、移動台車１１０現在の位置ｘに連動する重み係数αを第１制御量τ_１に乗じ、同じく位置ｘに連動する重み係数β（＝１−α）を第２制御量τ_２に乗じて、これらを足し合わせたもの（＝τ_１＋τ_２）を制御量τとする。移動制御部２０３は、制御量τを駆動信号に変換して駆動輪ユニット２１０へ送信する。

すなわち、移動制御部２０３は、速度制御として算出した第１制御量τ_１と位置制御として算出した第２制御量τ_２とを加重平均して制御量τを算出する。図１０は、加重平均の重み付けを説明する図である。図１０（ａ）は、速度制御において、移動台車１１０の現在位置ｘに対する重み係数αの関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、位置制御において、移動台車１１０の現在位置ｘに対する重み係数βの関係を示す図である。共に横軸は移動台車１１０の現在位置ｘを表わし、図１０（ａ）の縦軸は重み係数αを、図１０（ｂ）の縦軸は重み係数βを表わす。

加重平均は、現在位置ｘが、基準位置を含む内側の範囲（ｘ_ｂｃ〜ｘ_ｆｃ）にある場合には重み係数βよりも重み係数αが大きく設定され、外側の範囲（ｘ_ｂｌｉｍ〜ｘ_ｂｃおよびｘ_ｆｃ〜ｘ_ｆｌｉｍ）にある場合には重み係数αよりも重み係数βが大きく設定される。図１０（ａ）、（ｂ）はその一例を表わす。

具体的には、現在位置ｘがｘ_ｂｓ＜０＜ｘ_ｆｓにある場合は、α＝１、β＝０と設定されている。すなわち、移動台車１１０がｘ_ｂｓ＜０＜ｘ_ｆｓの範囲にある場合には、移動制御部２０３は、速度制御を実行する。そして、内側の範囲と外側の範囲の境界（＝ｘ_ｆｃ）を含むｘ_ｆｓ＜ｘ_ｆｌｉｍの範囲では、ｘが増加するにつれてαが徐々に減少しβが徐々に増加するように設定されている。なお、ｘ＝ｘ_ｆｃのときには、α＝β＝０．５であり、ｘ＝ｘ_ｆｌｉｍのときには、α＝０、β＝１である。同様に、内側の範囲と外側の範囲の境界（＝ｘ_ｂｃ）を含むｘ_ｂｌｉｍ＜ｘ_ｂｓの範囲では、ｘが減少するにつれてαが徐々に減少しβが徐々に増加するように設定されている。なお、ｘ＝ｘ_ｂｃのときは、α＝β＝０．５であり、ｘ＝ｘ_ｂｌｉｍのときには、α＝０、β＝１である。すなわち、移動台車１１０がｘ_ｆｓ＜ｘ_ｆｌｉｍおよびｘ_ｂｌｉｍ＜ｘ_ｂｓの範囲にある場合には、移動制御部２０３は、速度制御と位置制御を加重平均によりミックスした制御を実行する。このような移動制御を行えば、設定された移動領域から訓練装置１００が逸脱することがなく、同時に、訓練者に適度な加速度感を感じさせることもできる。

図１１は、訓練試行の処理の流れを示す図である。フローは、例えば、訓練者９００が搭乗プレート１３０に搭乗した状態で開始される。演算処理部２００は、ステップＳ１０１で、メモリ２４０から指定された課題ゲーム２４１を読み出し、課題ゲーム２４１を通じた訓練試行を開始する。演算処理部２００は、表示制御部２１３を介して、課題ゲーム２４１の進捗に合わせた映像を表示パネル１７０へ表示する。

ステップＳ１０２へ進むと、荷重センサ１４０は、課題ゲーム２４１の進捗に合わせて、訓練者９００の足から受ける荷重を検出し、検出した検出信号を荷重算出部２０１へ引き渡す。荷重算出部２０１は、ステップＳ１０３で、受け取った検出信号から荷重重心を算出して移動制御部２０３へ引き渡す。

そして、位置取得部２０２は、ステップＳ１０４で、移動台車１１０の現在位置を取得し、移動制御部２０３へ引き渡す。移動制御部２０３は、ステップＳ１０５で、上述のように、移動台車１１０の現在位置に応じて制御量としての駆動トルクを算出する。そして、ステップＳ１０６へ進み、当該駆動トルクを出力させる駆動信号を駆動輪ユニット２１０へ送信して駆動輪１２１を駆動する。また、演算処理部２００は、これに合わせて表示パネル１７０上のキャラクタＰを移動させ、課題ゲーム２４１を進行させる。

演算処理部２００は、ステップＳ１０７で、訓練試行が終了したか否かを判断する。訓練試行は、例えば、課題ゲーム２４１の終了や設定された時間の経過、目標項目の達成などによって終了する。演算処理部２００は、終了していないと判断したらステップＳ１０２へ戻り、訓練試行を継続する。終了したと判断したらステップＳ１０８へ進む。演算処理部２００は、ステップＳ１０８へ進むと、終了処理を実行して一連のフローを終了する。終了処理は、確定したスコアを表示パネル１７０に表示したり、これまで実行してきたトレーニングの履歴情報を更新したりする処理である。

以上説明した本実施形態においては、移動台車１１０は、前後に移動する構造を有していたので、これに対応する移動制御、課題ゲームを採用した。しかし、移動台車１１０が左右方向にも移動する構造を有するのであれば、相応の移動制御、課題ゲームを採用することができる。上記の実施形態においては、移動台車１１０の移動方向である前後方向の変位量ΔＣを算出して移動制御を行ったが、移動台車１１０が左右方向にも移動できるのであれば、基準位置ＲＰから荷重重心へのベクトルに応じて移動方向を定め、同様の移動制御を実行することができる。この場合、移動領域は二次元的に定義されるので、第１制御量の重み付けと第２制御量の重み付けも、二次元的に定義しても良い。この場合であっても、移動台車１１０が内側の範囲に位置する場合は速度制御の重み付けを大きくし、外側の範囲に位置する場合は位置制御の重み付けを大きくすると良い。

また、以上説明した本実施形態においては、駆動輪１２１により移動面に対して訓練装置１００の全体が移動する移動機構を説明した。しかし、移動機構はこれに限らず、例えば、移動面にガイドレールや鋼索が設けられており、ガイドレールに沿って移動する移動機構や、鋼索を巻き上げる移動機構であっても良い。この場合においてリハビリ訓練装置は、環境に固定された固定部分と、訓練者が搭乗する移動部分とを含むことになる。

１００ 訓練装置、１１０ 移動台車、１２１ 駆動輪、１２２ キャスタ、１３０ 搭乗プレート、１４０ 荷重センサ、１５０ コントロールボックス、１６０ フレーム、１６１ 開閉扉、１６２ 手摺り、１７０ 表示パネル、２００ 演算処理部、２０１ 荷重算出部、２０２ 位置取得部、２０３ 移動制御部、２１０ 駆動輪ユニット、２２０ 操作受付部、２３０ 表示制御部、２４０ メモリ、２４１ 課題ゲーム、９００ 訓練者

Claims (1)

1. 駆動部を駆動することにより移動面上を移動可能な移動台車と、
   前記移動台車に立つ訓練者の足から受ける荷重を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記荷重から前記訓練者の搭乗面における両足の荷重重心を算出する算出部と、
   前記荷重重心の変位量から演算された制御量に基づいて前記駆動部を駆動して前記移動台車の移動を制御する制御部と、
   前記移動台車の現在位置を取得する取得部と、
   を備え、
   前記制御量は、前記変位量から算出される前記移動台車の目標速度に到達させるための第１制御量と、前記変位量から算出される前記移動台車の目標位置に到達させるための第２制御量との加重平均によって演算され、
   前記加重平均は、前記現在位置が、基準位置を含む予め定められた範囲の内側に存在する場合には前記第２制御量よりも前記第１制御量の重み付けが大きく設定され、前記範囲の外側に存在する場合には前記第１制御量よりも前記第２制御量の重み付けが大きく設定されるバランス訓練装置。

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