JP3031480U - 歩行センサーを備えた歩行訓練機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自走式歩行訓練機において、手動による前進
と停止の操作をなくし、使用者が歩行する足の動きをセ
ンサーで捉えて発進及び停止を自動制御し、操作に対す
る使用者の精神的、物理的負担を軽減する。 【構成】 （イ）使用者が歩行する足の動きをセンサー
で捉え、発進及び停止を自動制御することを特徴とす
る、自走式歩行訓練機。（ロ）センサーを左右別々に設
け、制御方法に選択性を持たせたことを特徴とする、イ
に記載の自走式歩行訓練機。（ハ）走行中に壁等に突き
当たって前進が困難となったときに、その場旋回が可能
なるように平面視の外輪郭を円形として、旋回時の引っ
掛かかりをなくしたことを特徴とする、イ又はロに記載
の歩行訓練機。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、使用者が歩行する足の動きをセンサーで捉え、発進及び停止他を 自動制御する、自走式歩行訓練機に関するものである。なお搬送機にも応用でき る。

【０００２】

【従来の技術】

非自走式の歩行訓練機としては、ゆっくりと動く回転ベルト（ベルトコンベア ーと同じ状態）の上を、手摺りに掴まりながら足を動かすもの。使用者が押しな がら進めるもの。自走式歩行訓練機としては、使用者が手足を使って前後進及び 停止他のスイッチ操作をするもの。がある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本願はこれらの内、自走式歩行訓練機の改良を目的とするもの、で次のことを 課題とする。従来の訓練機は使用者が踏み込む歩幅や歩数を頭で計算して、それ に合わせたすばやいスイッチ操作をしないと、機体が前に進み過ぎたり不足した りする。つまり自己の歩行能力と機体の移動量を同調させるためには、高度の反 射神経とスイッチ操作の熟練を必要とする。従って運動能力の低下しているリフ ァビリ患者や高齢者には、十二分に使い熟して良い効果をあげることは難しい。 これを解消するため、機械の移動に使用者が合わせるのではなく、使用者が歩行 する足の動きを機械が追従する「人間主導機械追従型」の安心機械を提供し、リ ファビリ効果を高めることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

請求項１については、使用者が歩行する足の動きをセンサーで捉え、発進及び 停止他の機体の動きを自動制御する。

【０００５】 請求項２については、請求項１に記載の歩行訓練機において、センサーを左右 別々に設け、制御方法に選択性を持たせる。

【０００６】 請求項３については、請求項１に記載の歩行訓練機において、走行中に壁等に 突き当たって進行が困難となったときに、逆戻りせずにその場旋回が可能なるよ うに機体の平面視の外輪郭を円形とする。なお「その場旋回」とは、一対の動輪 をそれぞれ前後別の方向に同時駆動させて、機体の平面視の中心を動かさずに方 向転換することである。

【０００７】

【作用】

請求項１についてはセンサーが足の動きを捉え、足の動きに合わせて発進及び 停止他の自動制御をする。

【０００８】 請求項２については、設定した制御方法の選択を変えることにより、次のこと が可能となる。（イ）両足検知モード「両足共にセンサーで検知されている間だ け進行を続け、左右何れか一方又は両足が外れた時点で停止する」の場合につい て説明する。使用者の動きを追って自動制御するからには、使用者が踏み出した 距離だけ機体が前進（又は後進）する必要がある。しかしこの場合注意すべきこ とは、足だけが前進（又は後進）していても人体の中心が前進（又は後進）して いない状態で機体を前進（又は後進）させると、人体を取り残して機体が先に行 ってしまい、使用者の姿勢は不安定となり危険である。そこでコンピューターを 用いて、左右別々に設けた２個のセンサーの信号を、上記条件で作動するように 処理し、人体のほぼ中心を測り、それに合わせて機体を追従させる。

【０００９】 （ロ）次に片足検知モード「何れか一方の足が検知しているか、両足検知して いる間だけ進行を続ける」の場合について説明する。初期の訓練を達成して、大 きな歩幅で健丈者に近いスピードでさっさと歩けるようになった場合、左右の足 と足の間の距離は離れ、両足検知の状態は少なくなる。このような場合に片足検 知モードに切り替えておくと、片足だけの検知で作動するので、機体はスムーズ な動きで速い歩行に対応して追従する。

【００１０】 請求項３については、走行中に壁や物に突き当たり進行不能となったときに、 逆戻りさせて方向を切り替えることなく、その場旋回して方向転換できる。

【００１１】

【実施例】

図を追って説明する。図１は訓練機の基本構成を示す。センサーは光センサー を用いミラーで反射する。動力としてはバッテリーを電源とするモーターと減速 機を使用し、移動スピード、旋回、前後進等をコントロールする制御部で構成す る。なお本例では歩行訓練機の使われ方を熟慮し、複雑な自動制御は省いて前進 と停止のみを自動制御（手動切り替え可）し、他の操作は手動としたが、センサ ーの種類や数、取付け方法によっては、前進及び停止の他、歩行スピード、方向 、後進も制御することができる。

【００１２】 図２を参照して、請求項２に記載の左右別々に設けたセンサーの働きについて 説明する。実線は歩行開始前の位置を示すもので、両足と機体共に停止している とする。破線は、一歩ずつ進んだ左右の足を機体が追って前進し、足の停止に合 わせて機体も停止した状態を示す。

【００１３】 制御方法は、「両足共にセンサーで検知されている間だけ前進を続け、左右何 れか一方又は両足が外れた時点で、停止する」ようにセットしている。

【００１４】 今、歩行を開始しようとする人が実線の足位置で立ち止まっているとし、機体 に取り付けられたセンサー検知ラインは、何れの足の爪先よりも前にあるとする 。この状態ではセンサーが検知しないので、機体も停止している。次に左足が破 線の位置に進んだとする。この状態でも、左だけしか検知されていないので機体 は停止したままである。次に右足を破線の位置に進めたとする。この時点で両足 共に検知されるので、機体は前進を始める。そして、センサー検知ラインが破線 の右足の爪先を越えたところまで進んだ時点で、右足のセンサーが外れ、「両足 共に検知」の状態が解除になるので機体は停止する。この位置は右足と左足のほ ぼ中心にあり、人体の中心位置にあるといえる。仮にスイッチングのモードを、 両足共に外れている間だけ停止し、左右何れか片足だけでも検知している間は前 進を続けるものとすると、機体は、破線の左足の爪先を越えた位置まで前進し停 止する。この位置は人体の中心より前に進み過ぎており、機体と人体が離れて不 安定な姿勢となる。２個のセンサーの制御方法を調整することにより、歩行距離 を測る作用が生じ、これの問題が解消できる。

【００１５】 また連続して何歩も進む場合は、両足共に検知の状態が続くことになるので、 機体も連続して人体を追いながら前進する。そして歩行を停止したら、検知ライ ンが後足の爪先を越えた時点で機体も停止する。なお連続歩行の場合において、 足が不規則な動きをとると、一時的に片足が検知ラインを外れることもありうる が、この場合直ちに機体が停止しないように、検知が外れてから停止するまでに 、一定の秒数だけ経過した後に停止するようにスイッチを調整しておく。これは 機体の動きがギクシャクしないようにするためである。このようにしておくと、 一時的に両足検知が外れたとしも、停止が始まるまでの一定秒数以内に後足が前 に出れば、機体は停止することなく連続して前進を続け、スムーズな動きとなる 。このことは発進の場合も同様である。両足検知すると同時に直ぐに発進しない ように、一定の秒数を経過してから発進する様にしておく。また発進時のスピー ドはスローで始まり、次第に順速（予めセットした通常の速度）に移行するよう にしておくと、使用者に発進時の不安を与えないで安心である。

【００１６】 また他の制御方法として、「何れか一方の足が検知しているか、両足検知して いる間だけ進行を続ける」がある。これは初期の訓練を達成して、大きな歩幅で 健丈者に近いスピードで歩けるようになった人が用いると良い。大きな歩幅でさ っさと歩き、機体もそれにつれて前進する場合、左右の足と足の間の距離は速さ に比例して大きくなり、両足検知の状態は少なくなるが、機体は片足だけの動き でも追うことになるので、スムーズな動きが得られる。このモードも予め設定し ておき、使用者のレベルに応じて使いわけると良い。

【００１７】 制御部はマイクロコンピューターを搭載し、主な機能は次の通りである。セン サーと連動する自動制御・旋回（手動）・旋回中はセンサーの働きを中断する・ 最初の一歩はスロースタートさせて、続けて連続歩行するときは順速で走行する ・使用者の歩行能力に応じて走行速度を調整（手動）する・センサーが検知して から発進または停止するまでの時間差を調整（手動）する・前後進の切り替え（ 手動）・旋回時の動輪の駆動は左右同時であって、それぞれが逆方向に回りその 場旋回する。

【００１８】 請求項３に記載の「その場旋回」について、図１、３を参照して説明する。左 右一対の動輪を別々の方向に同スピードで回転させると、二つの動輪の中心を軸 として旋回する。従って二つの動輪をできるだけ円形カバー（本例では円形カバ ーに合わせてシャーシーも円形としている）の中心に設けることにより、機体の 外輪郭が位置を変えずに回転するので、接している壁等に邪魔されずに方向転換 できる。なお動輪はシャーシーの中心にあるのが望ましいが、実験の結果多少の 偏心は実用上問題ない。

【００１９】 図３は請求項３に対応するもので、機体の下方に円形のカバーを設けた訓練機 で、訓練中の状態である。壁や物に突き当たったら、手動で旋回し別方向に進む ことができる。スマートな機体も訓練のイメージを一新し、使用者の積極性を誘 いリファビリの効果を向上させる一助となる。

【００２０】

【考案の効果】

本考案は、使用者の「歩き出す、立ち止まる」の自然の動作をセンサーで捉え 、訓練機を前進させたり停止させたりの自動制御をするものであり、次の通り多 くの効果を生み出す。 （イ）従来の訓練機は、使用者が踏み込む歩幅や歩数を頭で計算して、それに合 わせたすばやいスイッチ操作をしないと、機体が前に進み過ぎたり不足したりす る。つまり自己の歩行能力と機体の移動量を同調させるためには、高度の反射神 経とスイッチ操作の熟練を必要とする。従って運動能力の低下しているリファビ リ患者や機械に弱い女性、高齢者、手指の不自由な使用者には十二分に使い熟し て良い効果をあげることは難しい。しかし本考案は、機械の移動に使用者が合わ せるのではなく、使用者が歩行する足の動きに機械が追従する「人間主導機械追 従型」の安心機械なので、だれでも簡単気軽に利用できる。 （ロ）上記のように従来の訓練機は、操作に熟練しないと機械が自分の思うよう に動いてくれない。このため使用者には微妙な心理的不安がつきまとい、訓練す ることに臆してしまい効果が上がらない。しかし本考案は、前進と停止が自動ス イッチされるので、使用者は歩くことだけに専念できる。歩き出せば機体も動く 、そして疲れたり危険を感じたりして立ち止まれば機体も停止する。「人間主導 機械追従型」の安心機械なので、使用者のやる気を無言でバックアップし、リフ ァビリ効果を大きく高める。使用者にとって楽しい機械である。また、訓練が進 んで歩行速度が向上してきた場合には、機体の移動スピードをその使用者の能力 レベルに調整すれば良い。このこともまた「人間主導機械追従型」の機能の１つ であって、使用者の期待に応え訓練を楽しくする。 （ハ）また、従来機械のように前進と停止を手動操作すると、不慣れであったり 慌てたりしたときに誤作動で暴走させたりする恐れがあるが、自動スイッチは、 使用者が止まれば機体も停止するので、操作ミスによる事故が防げる。 （ニ）また上記のように、使用が簡単で安全で安心な訓練機は、看護婦さんたち 介護人の負担を軽減し、使用者の自主性と自力の中でリファビリ効果が進む。 （ホ）請求項２の左右別々センサーを設けたものにあっては、制御のモードによ り異なった効果が生じるが、使用者の回復度に応じて、適当なモードを選択する ことができる。例えば両足検知モードにあっては初歩者に適するもので、使用者 の歩行量を測り常に人体の中心を追う様にして前進し、また停止する。片足検知 モードにあっては、大きな歩幅でさっさと歩く使用者に対して、スムーズな動き で追従する。用あって、病院内を移動するときなどの歩行補助機としても利用で きる。 （ヘ）また特殊な使い方をすることにより、足や腕の筋力トレーニング機として も活用できる。例えば、電源をＯＦＦにして押しながら移動する。これは空車を 押す力を必要とする。またセンサーだけをＯＦＦにして押しながら移動する。こ れはモーターを押して回す力を必要とする。 （ト）請求項３の機体の平面視の外輪郭を円形としたものにあっては、「その場 旋回」が可能であるので、壁や物に突き当たったとき、方向転換のために後進操 作する必要がない。操作の簡単性が高いことは、運動能力の低下しているリファ ビリ患者や機械に弱い女性、高齢者等にも使い勝手が良く安心して利用される。 このこともまたリファビリ効果を高める一助となる。 （チ）「その場旋回」が可能なことはさらに、方向転換のときに後進と前進を繰 り返す必要がないので、狭いスペースで運転させることができる。例えば、歩行 訓練機にあっては特別に広い部屋でなくても、一般家庭の自室や居間のほか、機 体幅と同程度の狭い廊下でも反転することができ、利用場所の制限が少ない。こ のことはリファビリ患者にとって大きな喜びである。やる気のある人は、時間の 制約を受けずに訓練に励めるので、効果を早める。また搬送機にあっても、従来 の機種では方向転換のスペースのない長い廊下のような場所であっても荷物を突 き当たりまで運び、その場で反転して前進で戻ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】歩行訓練機の機器の基本構成を示す斜視図であ
る。

【図２】２個のセンサーの働きを示す図である。

【図３】歩行訓練機の使用状況図である。

【符号の説明】

１ バッテリー ２ シャーシー ３ 駆動輪 ４ 制御ユニット ５ センサー ６ ミラー ７ センサー検知ライン ８ 足 ９ 前進距離

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 使用者が歩行する足の動きをセンサーで
   捉え、発進及び停止他の機体の動きを自動制御する、こ
   とを特徴とする自走式歩行訓練機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の歩行訓練機において、
   センサーを左右別々に設け、制御方法に選択性を持たせ
   た、ことを特徴とする歩行訓練機。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の歩行訓練機にお
   いて、走行中に壁等に突き当たって進行が困難となった
   ときに、逆戻りしないでその場旋回が可能なるように、
   機体の平面視の外輪郭を円形として旋回時の引っ掛かり
   をなくした、ことを特徴とする歩行訓練機。