JP2020146328A - バランス訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バランス機能に疾患を有する訓練者に対して台車が前傾又は後傾す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、載置台１１０と、載置台１１０を支えるように設けられる回転軸１２１、１３１に対して垂直な方向の角度に応じて外半径が異なり、載置台１１０の前方及び後方のいずれか一方の位置において左右に一対となるように設けられる車輪１２０、１３０と、回転軸１２１、１３１を回転させることで車輪を駆動する駆動部と、駆動部を予め設定されたプログラムにしたがって制御する制御部と、を有する。【選択図】図１

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。このような訓練装置の１つとして、訓練者を搭乗させた状態でその装置が陽動することで訓練者の姿勢を不安定な状態とするものが提案されている。このような訓練装置は、訓練者に意識的或いは無意識的に不安定な姿勢にコントロールすることで訓練者のバランス能力の向上を実現する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１５−１００４７７号公報

訓練者のバランス能力を向上させるための訓練装置では、訓練者の重心位置を効率的に動かすことが能力向上に寄与するものと考えられている。そして、重心位置を効率的に動かすためには、移動台の前後移動だけでなく、重心位置が前に移動した際には台車を前傾させ、重心位置が後ろに移動した際には台車を後傾させることが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載の訓練装置では、台車を前傾又は後傾させることができない問題がある。

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、バランス機能に疾患を有する訓練者に対して台車が前傾又は後傾するバランス訓練装置を提供するものである。

本発明の一態様におけるバランス訓練装置は、載置台と、前記載置台を支えるように設けられる回転軸に対して垂直な方向の角度に応じて外半径が異なり、前記載置台の前方及び後方のいずれか一方の位置において左右に一対となるように設けられる車輪と、前記回転軸を回転させることで前記車輪を駆動する駆動部と、前記駆動部を予め設定されたプログラムにしたがって制御する制御部と、を有する。

このように、回転軸に対して垂直な方向の角度に応じて外半径が異なる車輪を設けることで、載置台が前傾又は後傾し、訓練者に対して効率の高いバランス訓練を提供することができる。

本発明により、バランス機能に疾患を有する訓練者に対して台車が前傾又は後傾するバランス訓練装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる訓練装置の概略図である。 実施の形態１にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図である。 実施の形態１にかかる訓練装置の機能を説明する概略図である。 実施の形態１にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態２にかかる訓練装置の概略図である。 実施の形態３にかかる訓練装置の動作を説明するシステム構成図である。 実施の形態３にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図である。 実施の形態３にかかる訓練装置において表示されるゲーム画面の一例である。 実施の形態４にかかる訓練装置のシステム構成を示す図である。 実施の形態４にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図である。 実施の形態５かかる訓練装置の概略図である。 実施の形態５にかかる訓練装置のシステム構成を示す図である。 実施の形態５にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図である。 実施の形態５にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態６かかる訓練装置の概略図である。 実施の形態７かかる訓練装置の概略図である。 実施の形態８かかる訓練装置の概略図である。 実施の形態９かかる訓練装置の概略図である。 実施の形態９かかる訓練装置における重心位置と前輪回転角の関係を説明するグラフである。 実施の形態９かかる訓練装置における前輪回転角と後輪回転角の関係を説明するグラフである。 実施の形態９にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートである。

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。また、以下の説明では、複数の実施の形態において共通する構成要素については、１つの実施の形態の説明で説明して、他の実施の形態の説明では、説明を省略する。

以下で説明する訓練装置は、３つの観点に重点を置いて、訓練者に対して効率的なバランス訓練を提供する。第１の観点は、訓練者が搭乗する際に訓練装置が静的に安定していることである。訓練者は、バランス能力が低くいために訓練するのであり、搭乗の際に訓練装置が静的に安定していなければ、訓練者が訓練装置に搭乗することができないためである。

第２の観点は、訓練装置の揺動によって、訓練者が意識的或いは無意識的に姿勢をコントロールしなければ姿勢が安定できない程度まで訓練者の姿勢を変化させられることである。人が外乱に対して姿勢を安定化させる能力を鍛えるときに第２の観点の機能が重要になる。例えば、電車でつり革を持たずに立っているときに、電車の加減速が合っても立ち続けられる能力を第２の観点の機能により訓練する。

第３の観点は、訓練装置の可動域ができる限り小さな範囲に収まるようにすることである。例えば、水平方向に移動するときには、載置台が前方に傾斜し、後方に進むときには載置台が後方に傾斜する形態であれば、訓練者を訓練装置の前後方向に放り出すような動きを生成することができるため、訓練者が姿勢を安定させることが難しく、単に水平移動のみが可能な訓練装置よりも小さな可動域で第２の観点の機能を提供することができる。

実施の形態１
図１に実施の形態１にかかる訓練装置１００の概略図を示す。図１では、上図に訓練装置１００の上面図、下図に訓練装置１００の側面図を示した。図１に示すように、実施の形態１にかかる訓練装置１００は、載置台１１０にフレーム１６０に支えられた表示部１７０が設けられる。また、載置台１１０の下部には、載置台１１０を支え、かつ、載置台１１０を揺動させる非円形状車輪１２０、非円形状車輪１３０が設けられる。非円形状車輪１２０は載置台１１０の前輪、非円形状車輪１３０は載置台１１０の後輪となるものであって、それぞれが左右一対の車輪として設けられる。また、図１に示す例では、載置台１１０の下面にコントロールボックス１５０が設けられる。コントロールボックス１５０は、訓練装置１００を制御するための制御基板、非円形状車輪１２０、１３０を駆動する駆動部等が内蔵される。また、非円形状車輪１２０、１３０は、非円形状車輪１２０、１３０を回転させる回転軸１２１、１３１を介してコントロールボックス１５０内の駆動部と連結される。

また、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、非円形状車輪１２０、１３０の形状に特徴の１つを有する。図１では、非円形状車輪１２０の拡大図を示した。非円形状車輪１２０は、回転軸１２１に対して垂直な方向の角度に応じて外半径が異なる。図１に示す例では、非円形状車輪１２０は、回転軸を通る垂直線の右側が半円形状となり、左側側が半楕円形状に形成される。非円形状車輪１２０、１３０はすべてこのような形状を有する。そして、非円形状車輪１２０と非円形状車輪１３０は、訓練装置１００の訓練装置１００の搭乗面を水平状態で安定させる静置状態としたときに、半楕円形状の頂点が互いに向き合うように設定される。詳細は後述するが、非円形状車輪１２０と非円形状車輪１３０の取り付け方法をこのようにすることで、載置台１１０の傾き量を大きくすることができる。また、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、非円形状車輪１２０は駆動力が与えられる駆動輪であり、非円形状車輪１３０は駆動輪に追従して回転する受動輪に設定される。このように、前後輪の一方を駆動輪、他方を受動輪とすることで回転半径の異なる前後輪をなめらかに転がすことができる。

そして、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、訓練者９００が載置台１１０の上に立った状態で搭乗することでバランス訓練が行われる。バランス訓練を行う場合、表示部１７０に表示される操作インタフェースを訓練者９００又はトレーナーが操作する。また、表示部１７０には、訓練者９００に訓練方法の指示を与える訓練指示を文字及び画像を使って表示する。さらに、表示部１７０には、訓練者９００に与えるバランス訓練に娯楽性を与え、訓練者９００の訓練に対するモチベーションを向上させるゲーム画面を表示することができる。

ここで、コントロールボックス１５０内に設けられる処理部等の構成について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図を示す。図２に示すように、コントロールボックス１５０は、演算処理部２００、車輪駆動部２１０、操作受付部２２０、表示制御部２３０、メモリ２４０を有する。

演算処理部２００は、例えば、プログラムを実行可能な演算部を備えるマイクロコントローラ等のプロセッサである。図１では、演算部において実行されるプログラムにより実現される機能の一部を処理ブロックとして示した。図１に示す例では、演算処理部２００は、中央制御部２０１、台車制御部２０２を示した。中央制御部２０１は、操作受付部２２０から入力された操作指示に応じて、メモリ２４０からプログラム及び各種制御パラメータを読み出して、台車制御部２０２に動作指示を与えるとともに、表示制御部２３０に表示部１７０に表示する内容を伝達する。台車制御部２０２は、中央制御部２０１から与えられた動作指示に基づきメモリ２４０から制御パターン２４１を読み出して、制御パターン２４１に従って車輪駆動部２１０に駆動命令を与える。

車輪駆動部２１０は、台車制御部２０２から与えられた駆動命令に従って回転軸１２１を回転させて非円形状車輪１２０を回転させる。このとき、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、載置台１１０の揺動範囲を制限するために、車輪駆動部２１０は、回転軸１２１を静置状態から時計回り方向に９０度、反時計回りに９０度の範囲で回転させる。

操作受付部２２０は、表示部１７０に表示されたインタフェース画面を介して入力される操作を受け付け、演算処理部２００に受け付けた操作内容を伝達する。伝達する操作内容は、例えば、バランス訓練の開始と終了がある。表示制御部２３０は、インタフェース画面の内容を表示部１７０に伝える。また、表示制御部２３０は、バランス訓練中に訓練者９００が取り得る姿勢の指示を表示部１７０に表示する。メモリ２４０には、演算処理部２００が実行すべきバランス訓練のプログラムと、バランス訓練中の載置台１１０の変化パターンを記述した揺動パターン２４１が格納される。

続いて、バランス訓練における訓練装置１００の揺動の状態について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかる訓練装置の機能を説明する概略図を示す。図３では、上図に訓練装置１００を後傾させた状態の訓練装置１００の側面図を示し、下図に訓練装置１００を前傾させた状態の訓練装置１００の側面図を示した。

図３に示すように、実施の形態１にかかる訓練装置１００を後傾させる場合、非円形状車輪１２０の半楕円形状側の頂点が静置状態よりも下側を向き、非円形状車輪１３０の半楕円形状側の頂点が静置状態よりも上側を向く。これにより、訓練者９００には荷重重心が静置状態よりも後ろ側に移動させられるような力が働くため、訓練者９００はこれに反して荷重重心を前方側に移動させるようにすることで姿勢を維持する。

一方、実施の形態１にかかる訓練装置１００を前傾させる場合、非円形状車輪１２０の半楕円形状側の頂点が静置状態よりも上側を向き、非円形状車輪１３０の半楕円形状側の頂点が静置状態よりも下側を向く。これにより、訓練者９００には荷重重心が静置状態よりも前側に移動させられるような力が働くため、訓練者９００はこれに反して荷重重心を後方側に移動させるようにすることで姿勢を維持する。

実施の形態１にかかる訓練装置１００では、このように非円形状車輪１２０、１３０を回転させて載置台１１０を前傾及び後傾させることで訓練者９００に対して荷重重心を積極的に移動させる運動を提供する。

続いて、実施の形態１にかかる訓練装置１００の動作を説明する。そこで、図４に実施の形態１にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートを示す。図４に示すように、実施の形態１では、訓練装置１００の利用を開始する前に訓練装置１００を静置状態になるように設置する（ステップＳ１）。ここで、静置状態とは、非円形状車輪１２０、１３０の長軸方向が一致し、かつ、半田円形状の頂点が互いに向き合った状態に非円形状車輪１２０、１３０の状態を維持するように訓練装置１００を設置した状態である。そして、静置状態の訓練装置１００に訓練者９００が搭乗し（ステップＳ２）、表示部１７０に表示されるリハビリ開始スイッチがＯＮ状態とされることで訓練者９００へのバランス訓練が開始される（ステップＳ３）。

バランス訓練では、表示部１７０上にリハビリの課題が表示される（ステップＳ４）。ステップＳ４では、例えば、訓練者９００に対して「身体を前に傾けましょう」等の訓練者９００が取るべき姿勢の指示を表示する。そして、訓練者９００が与えられた課題を実施する（ステップＳ５）。その後、ステップＳ４とステップＳ５をリハビリ終了スイッチがオン状態とされるまで継続される（ステップＳ６）そして、訓練装置１００では、リハビリ終了スイッチがオン状態とされたことに応じてバランス訓練を終了する。

上記説明より、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、荷重重心を移動させなければ姿勢を維持できない載置台１１０の揺動を、非円形状車輪１２０、１３０を用いて載置台１１０を傾けることで訓練者９００に対して与える。これにより、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、訓練装置１００の移動範囲を非円形状車輪１２０の半回転程度の車輪外周長程度の長さに制限しながら、訓練者９００に効率的な負荷を与えることができる。

また、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、訓練者９００を訓練装置１００に搭乗させる静置状態において、非円形状車輪１２０、１３０の長軸方向が一致し、かつ、半田円形状の頂点が互いに向き合った状態に非円形状車輪１２０、１３０の状態を維持することで、載置台１１０は水平が維持される。これにより、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、バランス能力が低下した訓練者９００の訓練装置１００への昇降の安全性を高めることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる訓練装置１００の変形例となる訓練装置１０１について説明する。実施の形態２にかかる訓練装置１０１では、訓練装置１００にブレーキ機構を追加するものである。このブレーキ機構は、訓練者９００が載置台１１０に搭乗する際の静置状態で訓練装置１０１の安定性を高めるものである。ブレーキ機構としては、非円形状車輪１２０、１３０に付随して設けられるブレーキ、回転軸の回転を電気的に固定する電気的ブレーキ等様々な形態が考えられる。このようなブレーキ機構の一例として、載置台１１０を安定して保持するメカニカルブレーキがある。そこで、図５に実施の形態２にかかる訓練装置１０１の概略図を示す。図５に示すように、実施の形態２にかかる訓練装置１０１は、実施の形態１にかかる訓練装置１００にメカニカルブレーキ３１０を追加したものである。

メカニカルブレーキ３１０は、載置台１１０の下部（図５に示す例では、載置台１１０の下部に設けられるコントロールボックス１５０に取り付けられる）に設けられる。図５では、上図にブレーキ解除状態の訓練装置１０１の側面図を示し、下図にブレーキを有効にしたブレーキ設定状態の訓練装置１０１の側面図を示した。

図５に示すように、メカニカルブレーキ３１０はブレーキ解除状態では、下面プレートが床面から離れた状態になる。そして、メカニカルブレーキ３１０はブレーキ設定状態で下面プレートが床面に押しつけられた状態となる。このように下面プレートを載置台１１０側から床面に押しつけるようにして載置台１１０を支えることで、静置状態における載置台１１０の揺らぎがなくなる。

実施の形態２にかかる訓練装置１０１では、メカニカルブレーキ３１０等のブレーキ機構を設けることで、静置状態における訓練装置１０１の安定性を高める。これにより、実施の形態２にかかる訓練装置１０１では、訓練者９００が搭乗する際の訓練装置１０１の安定性がたかまり、訓練者９００の昇降をより安全に行うことができる。

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１にかかる訓練装置１００の変形例となる訓練装置１０２を説明する。実施の形態３にかかる訓練装置１０２は、外観は訓練装置１００と同じであるため、訓練装置１００とは異なる訓練における訓練装置の動作方法の違いについて説明する。そこで、図６に実施の形態３にかかる訓練装置の動作を説明するシステム構成図を説明する。

図６に示すように、実施の形態３にかかる訓練装置１０２では、訓練者９００にバランス訓練に連動するゲームを訓練者９００に提供する。また、実施の形態３にかかる訓練装置１０２では、受動輪となる非円形状車輪１３０に回転軸の回転角を検出するエンコーダを設ける。図６では、このエンコーダを受動輪エンコーダ２５０とした。そして、実施の形態３にかかる訓練装置１０２では、受動輪エンコーダ２５０から得た非円形状車輪１３０の回転変位情報をコントロールボックス１５２に与える。コントロールボックス１５２では、受動輪エンコーダ２５０から受け取った受動輪の回転変位情報に基づきゲーム中のアバターの位置を随時更新させながら表示部１７０にゲーム画面を表示する。また、実施の形態３にかかる訓練装置１０２においても、リハビリ訓練の開始と終了は表示部１７０に表示されるインタフェースを介してコントロールボックス１５２内の車輪駆動部２１０に通知される。

続いて、実施の形態３にかかるコントロールボックス１５２の構成について説明する。図７に実施の形態３にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図を示す。図７に示すように、実施の形態３にかかるコントロールボックス１５２は、演算処理部２００が受動輪エンコーダ２５０から受動輪の回転変位情報を受け取る。また、コントロールボックス１５２では、メモリ２４０に課題ゲーム２４２が格納される。課題ゲーム２４２は、ゲームの内容を定義するプログラムである。演算処理部２００は、回転変位情報を受け取ると課題ゲーム２４２におけるアバターの位置を生成し、アバターの位置を含むゲーム画面を車輪駆動部２１０を介して表示部１７０に表示する。

ここで、ゲーム画面の一例を図８を参照して説明する。図８は、実施の形態３にかかる訓練装置１０２において表示されるゲーム画面の一例を示す図である。図８に示す例は、テニスゲームに関するものである。実施の形態３では、アタバーＭをプログラムに従って動かし、アバターＰを受動輪エンコーダ２５０から得られる回転変位情報に基づき動かす。

上記説明より、実施の形態３にかかる訓練装置１０２では、受動輪エンコーダ２５０から得られる受動輪の回転変位情報に基づきゲーム中のアタバーの位置を操作することで、訓練者９００に与える訓練の娯楽性を高めることができる。なお、受動輪パウダーブレーキ２６０に代えて訓練装置１０２の傾きを検出するジャイロセンサを用いてもよい。そして、このジャイロセンサに基づき訓練装置１０２の変位を検知し、その結果を訓練の難易度にフィードバックしてもよい。

実施の形態４
実施の形態４では、実施の形態３にかかる訓練装置１０２の変形例となる訓練装置１０３を説明する。実施の形態４にかかる訓練装置１０３は、外観は実施の形態１にかかる訓練装置１００及び実施の形態３にかかる訓練装置１０２と同じであるため、訓練装置１００、１０２とは異なる訓練における訓練装置の動作方法の違いについて説明する。そこで、図９に実施の形態４にかかる訓練装置１０３の動作を説明するシステム構成図を説明する。

図９に示すように、実施の形態４にかかる訓練装置１０３では、受動輪に受動輪パウダーブレーキ２６０を備える。そして、実施の形態４にかかる訓練装置１０３では、コントロールボックス１５２に代えてコントロールボックス１５３を有する。コントロールボックス１５３は、コントロールボックス１５２に受動輪パウダーブレーキ２６０の制御機能を追加したものである。パウダーブレーキは、例えば、入力側メンバと出力側メンバとの間に挿入される磁性鉄粉と、当該磁性鉄粉に与える磁力を制御するコイルと、を有する。そして、パウダーブレーキは、入力側メンバと出力側メンバとの間の磁性鉄粉の密度をコイルが発生する磁力を制御することで、入力側メンバと出力側メンバとの間の摩擦力を制御する。このようなブレーキの別の形態としては、流体ブレーキ（例えば、ＥＲ流体、ＭＲ流体等の機能性流体を用いたブレーキ）、ダンパー、電磁ブレーキ等の制動力やダンパー係数を制御できるデバイスを用いることができる。

続いて、実施の形態４にかかるコントロールボックス１５３の構成について説明する。図１０に実施の形態４にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図を示す。図１０に示すように、実施の形態４にかかるコントロールボックス１５３は、実施の形態３にかかるコントロールボックス１５２の演算処理部２００に受動輪パウダーブレーキ２６０を制御する機能を追加したものである。

実施の形態４にかかる訓練装置１０３では、受動輪パウダーブレーキ２６０を設けることで、訓練装置１０３が振動的に揺動することを抑制することができる。また、パウダーブレーキを採用することで、訓練者９００が意図しないタイミングで制動力を発揮することが可能になり、このような制動力の制御により、訓練者９００のバランスを意図的に崩す等の動作により、訓練の難易度を向上させることができる。

実施の形態５
実施の形態５では、実施の形態３にかかる訓練装置１０２の変形例となる訓練装置１０４を説明する。実施の形態５にかかる訓練装置１０４は、実施の形態３にかかる訓練装置１０２に対して加重センサを追加し、訓練者９００の荷重重心を検出可能にしたものである。そこで、図１１に実施の形態５かかる訓練装置１０４の概略図を示す。

図１１に示すように、実施の形態５にかかる訓練装置１０４は、載置台１１０の上にフォースプレート１４０が設置される。そして、フォースプレート１４０と載置台１１０との間に４つの荷重センサ１４１が配置される。図１１に示すように、４つの荷重センサ１４１は、フォースプレート１４０の四隅に配置される。４つの荷重センサ１４１は、例えば、それぞれが荷重を検出するロードセルである。そして、実施の形態５にかかる訓練装置１０４では、４つの荷重センサ１４１から得られる荷重の比率に基づき訓練者９００の荷重重心を算出する。また、実施の形態５にかかる訓練装置１０４では、荷重重心の変位量に基づき訓練装置１０４の載置台１１０の傾き及びゲーム画面上のアバターＰの位置を制御する。

続いて、図１２に実施の形態５にかかる訓練装置１０４の動作を説明するシステム構成図を説明する。図１２に示すように、実施の形態５にかかる訓練装置１０４では、コントロールボックス１５２に代えてコントロールボックス１５４を有する。そして、実施の形態５にかかる訓練装置１０４では、荷重センサ１４１から得られた荷重に関する情報をコントロールボックス１５４に入力する。また、コントロールボックス１５４は、荷重センサ１４１から得た荷重情報に基づき非円形状車輪１２０を駆動する。

続いて、コントロールボックス１５４の詳細について説明する。図１３に実施の形態５にかかる訓練装置の詳細なシステム構成を示す図を示す。図１３に示すように、コントロールボックス１５４では、演算処理部２００に荷重算出部２０３が追加される。荷重算出部２０３は、フォースプレート１４０から得られる荷重情報に基づき訓練者９００の荷重重心を算出する。実施の形態５にかかる訓練装置１０４では、荷重算出部２０３で算出された荷重重心に基づき訓練装置１０４の傾き及びゲーム画面中のアバターの位置を制御する。

そこで、実施の形態５にかかる訓練装置１０４の動作について説明する。図１４に実施の形態５にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートを示す。図１４に示すように、実施の形態５では、訓練装置１０４の利用を開始する前に訓練装置１０４を静置状態になるように設置する（ステップＳ１）。そして、静置状態の訓練装置１００に訓練者９００が搭乗したことに応じて（ステップＳ２）、荷重算出部２０３が荷重センサ１４１から得られるデータに基づき訓練者９００の重心投影点を検出する（ステップＳ１１）。その後、表示部１７０に表示されるリハビリ開始スイッチがＯＮ状態とされることで訓練者９００へのバランス訓練が開始される（ステップＳ３）。

バランス訓練では、荷重算出部２０３が荷重センサ１４１から得られるデータに基づき訓練者９００の重心投影点の検出（ステップＳ１２）、重心投影点の変位に応じた台車の制御（ステップＳ１３）及び重心投影点の変位に応じたアバターの位置を含むゲーム画面の生成（ステップＳ１４）を繰り返しながら訓練を継続する（ステップＳ６）。そして、リハビリ終了スイッチがオン状態とされたことに応じてバランス訓練を終了する（ステップＳ６）。

上記説明より、実施の形態５にかかる訓練装置１０４は、荷重センサ１４１を設けることで、訓練者９００の荷重重心の変位量に応じた訓練装置１０４の傾き制御及びゲーム画面上のアバターの制御を行うことができる。つまり、実施の形態５にかかる訓練装置１０４では、訓練装置１０４の傾きを能動的に傾けるバランス訓練に加えて、訓練者９００の荷重重心の位置に応じて受動的に訓練装置１０４の制御を行うバランス訓練を行うことができる。

実施の形態６
実施の形態６では、非円形状車輪１２０、１３０の別の形態について説明する。そこで、図１５に実施の形態６かかる訓練装置１０５の概略図を示す。図１５に示すように、実施の形態６にかかる訓練装置１０５では、非円形状車輪１２０、１３０に代えて非円形状車輪１２２、１３２を有する。

非円形状車輪１２２、１３２は、静置状態において上側に位置する部分が削り取られて平坦な形状とされる。ここで、非円形状車輪１２２及び非円形状車輪１３２は、非円形状車輪１２０、１３０の半分以上の部分が残るように、上側部分が削り取られる。

このような形状の非円形状車輪１２２、１３２を採用することで、載置台１１０の上側に非円形状車輪１２２、１３２が飛び出すことを防止する。これにより、実施の形態６にかかる訓練装置１０５では、訓練者９００が載置台１１０にのる際に車輪が妨げにならず、バランス能力が低下した訓練者９００の昇降において安全性を高めることができる。

実施の形態７
実施の形態７では、実施の形態１にかかる訓練装置１００の別の形態となる訓練装置１０６について説明する。そこで、図１６に実施の形態７かかる訓練装置１０６の概略図を示す。図７に示すように、実施の形態７にかかる訓練装置１０６は、前輪と後輪がベルト３３０により連結される。

ここで、非円形状車輪１２０、１３０は、回転軸に対して垂直な方向の角度に応じて外半径なるカム形状を有する。そのため、非円形状車輪１２０、非円形状車輪１３０を含む領域の外周長は、載置台１１０を静置状態としたときにもっと短く、載置台１１０を最大限に傾けた状態がもっとも長くなる。そこで、ベルト３３０の長さは、もっとも長い非円形状車輪１２０、非円形状車輪１３０を含む領域の外周長に合わせた長さとする。そして、非円形状車輪１２０、１３０の回転位置によるベルト３３０のたわみを防止するために可動アイドラ３３１、３３２を設ける。可動アイドラ３３１は、載置台１１０に近い側のベルト３３０のたわみを防止する。可動アイドラ３３２は、床面に近い側のベルト３３０のたわみを防止する。

実施の形態１から実施の形態７において説明した訓練装置は、前輪が駆動輪、後輪が受動輪となる。そこで、ベルト３３０により前輪と後輪を連結することで、非円形状車輪１２０と非円形状車輪１３０との連動性を高めることができる。また、可動アイドラ３３１、３３２を設けることでベルト３３０のベルトのたわみを防止して、前輪と後輪の連動性を高めることができる。また、ベルト３３０を用いることで、訓練装置１０６では、利用開始前に訓練装置を静置状態とするための車輪の回転位置の調整（例えば、図４のステップＳ１）が不要となる。

実施の形態８
実施の形態８では、実施の形態１にかかる訓練装置１００の別の形態となる訓練装置１０７について説明する。そこで、図１７に実施の形態８かかる訓練装置１０７の概略図を示す。図８に示すように、実施の形態８にかかる訓練装置１０７は、回転軸１２１、１３１に代えてプーリー付き回転軸１２３、１３３を有する。また、プーリー付き回転軸１２３、１３３をベルト３４０により連結する。

ここで、実施の形態８にかかる訓練装置１０７では、前輪が駆動輪、後輪が受動輪に設定される。そして、実施の形態８にかかる訓練装置１０７では、非円形状車輪１２０、１３０に代えて非円形状車輪１２４、１３４を用いる。そして、非円形状車輪１２４と床との間の摩擦係数を非円形状車輪１３４と床との間の摩擦係数よりも小さく設定する。つまり、実施の形態８にかかる訓練装置１０７では、駆動輪と床の間の摩擦係数を受動輪よりも低く設定し、かつ、駆動輪と受動輪とをプーリーとベルト３４０とにより連結する。

このような構成とすることで、実施の形態８にかかる訓練装置１０７は、前後の非円形状車輪が同じ位相で動き続ける。また、訓練者９００が搭乗する前に、前後の車輪の位相を半楕円形状が互いに向き合った方向になるように調整する必要がない。

また、実施の形態８にかかる訓練装置１０７では、前後の車輪が同位相で回転するとき、前後の車輪の移動距離が異なる。そこで、前後の車輪の少なくとも一方の車輪と床面との間の摩擦係数を小さくするとで、訓練装置全体の位置を大きく変えることなく、前後の車輪の位相を同期させることができる。

実施の形態９
実施の形態９では、実施の形態５にかかる訓練装置１０４において、前後の車輪をともに駆動輪としたときの制御方法について説明する。そこで、図１８に実施の形態９かかる訓練装置の概略図を示す。図１８に示すように、実施の形態９にかかる訓練装置１０８では、前輪と後輪の回転軸にエンコーダを内蔵する。そのため、図１８では、回転軸としてエンコーダ付き回転軸１２５、１３５を示した。また、実施の形態９にかかる制御方法の説明で用いる前輪目標角度θ１及び後輪目標角度θ２を図１８に示した。前輪目標角度θ１は前輪の回転角であり、後輪目標角度θ２は後輪の回転角である。また、図１８では、訓練者９００の荷重重心ｄと、荷重重心の変位量の方向を示した。

続いて、実施の形態９において前輪目標角度θ１の算出に用いる関数Ｆを説明する。そこで、図１９に実施の形態９かかる訓練装置における重心位置と前輪回転角の関係を説明するグラフを示す。図１９に示すように、前輪目標角度θ１は関数Ｆに荷重重心ｄの位置を適用することで算出される。この関数Ｆによると、前輪目標角度θ１は、荷重重心が正の方向に変位した場合には線形で変化し、荷重重心が負の方向に変位した場合には、変位量が大きくなるほど変化率が小さくなる。

また、実施の形態９において前輪目標角度θ１の算出に用いる関数Ｇを説明する。そこで、図２０に実施の形態９かかる訓練装置における前輪回転角と後輪回転角の関係を説明するグラフを示す。図２０に示すように、後輪目標角度θ２は関数Ｇに前輪目標角度θ１を適用することにより算出される。この関数Ｇによると、後輪目標角度θ２は、前輪目標角度θ１が正の方向に遷移した場合には変位量が大きくなるほど変化率が大きくなり、前輪目標角度θ１が負の方向に遷移した場合には変位量が大きくなるほど変化率が小さくなる。これは、非円形状車輪１２０と非円形状車輪１３０とがともに非円形形状を有するためである。

続いて、実施の形態９にかかる訓練装置１０８の動作について説明する。図２１に実施の形態９にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートを示す。図２１に示すように、実施の形態９では、訓練装置１０４の利用を開始する前に訓練装置１０４を静置状態になるように設置する処理は必要ない。これは、訓練装置１０８が車輪の回転位置を意図的に制御出来るためである。そして、静置状態にすでに設置されている訓練装置１０８に訓練者９００が搭乗したことに応じて（ステップＳ２）、荷重算出部２０３が荷重センサ１４１から得られるデータに基づき訓練者９００の重心投影点を検出する（ステップＳ１１）。その後、表示部１７０に表示されるリハビリ開始スイッチがＯＮ状態とされることで訓練者９００へのバランス訓練が開始される（ステップＳ３）。

そして、実施の形態９にかかるバランス訓練では、荷重算出部２０３が荷重センサ１４１から得られるデータに基づき訓練者９００の重心投影点の検出（ステップＳ１２）、関数Ｆを用いた荷重重心変位量ｄに基づく前輪目標角度θ１の算出（ステップＳ２１）、関数Ｇを用いた前輪目標角度θ１に基づく後輪目標角度θ２の算出（ステップＳ２２）、前輪目標角度θ１及び後輪目標角度θ２に応じた訓練装置１０８の傾きの制御（ステップＳ２３）及び重心投影点の変位に応じたアバターの位置を含むゲーム画面の生成（ステップＳ１４）を繰り返しながら訓練を継続する（ステップＳ６）。そして、リハビリ終了スイッチがオン状態とされたことに応じてバランス訓練を終了する（ステップＳ６）。

上記説明より、実施の形態９にかかる訓練装置１０８では、荷重重心の位置に基づき前後の車輪の回転角を制御する。これにより、実施の形態９にかかる訓練装置１０８では、車輪と床面との摩擦係数を車輪が滑らない程度に設定することができる。また、実施の形態９にかかる訓練装置１０８では、車輪の回転角を目標角度θ１、θ２に基づき制御することで、車輪の回転角を別途調整することなく訓練者９００の搭乗時の装置の安定性を高めることができる。

１００〜１０８ 訓練装置
１１０ 載置台
１２０、１２２、１２４ 非円形状車輪
１２１、１３１ 回転軸
１２３、１３３ プーリー付き回転軸
１２５、１３５ エンコーダ付き回転軸
１３０、１３２、１３４ 非円形状車輪
１４０ フォースプレート
１４１ 荷重センサ
１５０、１５２〜１５４ コントロールボックス
１６０ フレーム
１７０ 表示部
２００ 演算処理部
２０１ 中央制御部
２０２ 台車制御部
２０３ 荷重算出部
２１０ 車輪駆動部
２２０ 操作受付部
２３０ 表示制御部
２４０ メモリ
２４１ 制御パターン
２４２ 課題ゲーム
２５０ 受動輪エンコーダ
２６０ 受動輪パウダーブレーキ
３１０ メカニカルブレーキ
３３０ ベルト
３３１ 可動アイドラ
３３２ 可動アイドラ
３４０ ベルト
９００ 訓練者

Claims (1)

1. 載置台と、
   前記載置台を支えるように設けられる回転軸に対して垂直な方向の角度に応じて外半径が異なり、前記載置台の前方及び後方のいずれか一方の位置において左右に一対となるように設けられる車輪と、
   前記回転軸を回転させることで前記車輪を駆動する駆動部と、
   前記駆動部を予め設定されたプログラムにしたがって制御する制御部と、
   を有するバランス訓練装置。

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