JP3393690B2 - Walking training machine - Google Patents
Walking training machineInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、歩行訓練機に関し、特
に省スペースで擬似屋外歩行が体験できる歩行訓練機に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a walking training machine, and more particularly, to a walking training machine that allows a person to experience simulated outdoor walking in a small space.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高齢者の増加や社会の変化によっ
て脚力が著しく衰えた人が増えている。また、病気や事
故によって歩行機能に障害を生じた人も増えている。こ
のような人達に対するリハビリテーションの主要な方法
として、歩行訓練がある。2. Description of the Related Art In recent years, the number of people whose leg strength has significantly decreased due to an increase in the number of elderly people and changes in society is increasing. Moreover, an increasing number of people have impaired walking function due to illness or accident. Gait training is a major method of rehabilitation for these people.
【0003】従来用いられてきた主要な歩行訓練技術
は、被訓練者に歩行路に沿って手すりを設けることであ
った。被訓練者は、固定された手すりにつかまりながら
自助努力で歩行を行う。軽度の脚力障害の場合は、キャ
スター付きで移動可能な手すりを用いることもある。The main walking training technique that has been used in the past has been to provide the trainee with a handrail along the walkway. The trainee walks by self-help while being held by a fixed handrail. In the case of mild leg strength, movable handrails with casters may be used.
【0004】最近、より進歩した補助具として、被訓練
者を上方へリフトすることにより重力を軽減して歩行を
容易にし、しかも歩行中その軽減重量を一定にする歩行
訓練機が開示されている(例えば、実開平2−4262
5号)。[0004] Recently, as a more advanced assisting tool, a walking training machine has been disclosed which lifts a trainee upward to reduce gravity so as to facilitate walking and to keep the reduced weight constant during walking. (For example, the actual Kaihei 2-4262
No. 5).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前記した手すり利用の
訓練装置を用いた歩行リハビリテーションでは、被訓練
者及びその介助者に大きな労力負担を与える。また、前
記重力軽減型歩行訓練機では労力負担の問題は解決され
ても所定の長さの歩行路を確保するため設置容積が大型
化し、且つ手すり利用の訓練装置の場合と同様に歩行訓
練が単調であるという問題点がある。In the walking rehabilitation using the above-mentioned training device using a handrail, a trainee and his / her assistant are burdened with a great labor. Further, in the gravity reduction type walking training machine, even if the problem of labor burden is solved, the installation volume is increased to secure a walking path of a predetermined length, and walking training is performed as in the case of a training device using a handrail. There is a problem that it is monotonous.
【0006】単調で且つ苦しい訓練は、機能低下した被
訓練者にとって継続することが容易ではなく、このため
訓練効果が充分発揮されないうらみがある。[0006] The monotonous and painful training is not easy for the trainee whose function is deteriorated to continue, so that the training effect is not sufficiently exhibited.
【0007】又、本件出願人は、歩行訓練関連の特許出
願を行っている(特願平4−141312号、特願平5
−8479号)。特願平4−141312号は、高齢
者、歩行機能障害者等の歩行者を介助するものにおい
て、前記歩行者の歩行を介助する移動体と、この移動体
に設けられ、歩行者の自重を支える支持部と、歩行者が
歩行する方向の力を検出する検出器と、前記検出からの
検出値とその目標値とを比較して前記移動体を移動制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする歩行介助装置
を提供する。Further, the applicant of the present application has filed a patent application related to walking training (Japanese Patent Application Nos. 4-141312 and 5-5).
-8479). Japanese Patent Application No. 4-141312 is used for assisting a pedestrian such as an elderly person and a person with a walking disability, and a moving body that assists the walking of the pedestrian and a moving body provided in the moving body to reduce the weight of the pedestrian. A support unit that supports the detector, a detector that detects a force in a walking direction of the pedestrian, and a control unit that controls the movement of the moving body by comparing a detection value from the detection with a target value thereof. A characteristic walking assistance device is provided.
【0008】更に、特願平5−8479号は、歩行機能
不全の障害者が機能回復のために使用する歩行訓練機に
おいて、障害者が歩く歩行面を形成する環状ベルトと、
該ベルトを駆動する駆動手段と、前記ベルトの速度を検
出するベルト速度検出手段と、障害者がベルトを後方に
蹴って歩行する際に前記ベルト速度検出手段によって検
出される検出値を基に前記駆動手段を制御する速度制御
手段とを設けた歩行面装置と、該歩行面装置を搭載し該
歩行面装置を水平または前後左右方向傾斜の各姿勢に変
える駆動手段を設けた台座と、前記歩行面装置に搭載さ
れ前記ベルト上に障害者が乗った際に障害者の身体を把
持する把持手段と、該把持手段を上下前後左右方向に移
動させる駆動手段とを設けた介助装置と、を備えたこと
を特徴とする歩行訓練機を提供する。[0008] Further, Japanese Patent Application No. 5-8479 discloses an annular belt that forms a walking surface on which a disabled person walks in a walking training machine used by a disabled person with gait dysfunction to recover function.
The driving means for driving the belt, the belt speed detecting means for detecting the speed of the belt, and the detection value detected by the belt speed detecting means when the disabled person kicks the belt backward to walk. A walking surface device provided with speed control means for controlling the driving means, a pedestal provided with the walking surface device, and a driving means for changing the walking surface device to each posture of horizontal or front-rear, left-right direction inclination; A support device that is mounted on a surface device and that holds a body of a disabled person when the disabled person rides on the belt; and an assisting device that includes a driving means that moves the gripping means in up, down, front, back, left, and right directions. A walking training machine characterized by the above.
【0009】更に、特願平5−8479号は、障害者が
前記歩行面を歩く際に仮想的な歩行環境の視覚情報を与
える映像表示装置を設けることにした。Furthermore, Japanese Patent Application No. 5-8479 is provided with a video display device which gives visual information of a virtual walking environment when a person with a disability walks on the walking surface.
【0010】特願平5−8479号は、歩行機能不全の
障害者が機能回復のために使用する歩行訓練機におい
て、障害者が歩く歩行面を形成する環状ベルトと、該ベ
ルトを駆動する駆動手段と、前記ベルトの速度を検出す
るベルト速度検出手段とを設けた歩行面装置と、該歩行
面装置を搭載し該歩行面装置を水平または前後左右方向
傾斜の各姿勢に変える駆動手段を設けた台座と、前記歩
行面装置に搭載された前記ベルト上に障害者が乗った際
に障害者の身体を把持する把持手段と、該把持手段を上
下前後左右方向に移動させる駆動手段と、障害者の身体
の揺れを検出する揺れ検出手段とを設けた介助装置と、
歩行機能の障害の種類、歩行能力とそれらに対応する各
種歩行訓練メニュー、障害者に対する介助要領、及び障
害者の身体的特徴、歩行機能の障害の種類、歩行能力、
訓練記録等の個人データを記憶するデータベースと、該
データベースの各種歩行訓練メニューの中から前記個人
データにより歩行訓練メニューを選択するエキスパート
システムと、前記データベースにアクセスする入出力手
段と、前記エキスパートシステムによって選定された歩
行訓練メニューに従って、前記歩行面装置の姿勢を決め
るべく台座の駆動手段を制御し、障害者がベルトを後方
に蹴って歩行する際に前記ベルト速度検出手段の検出値
を基に前記歩行面装置の駆動手段を制御し、また前記介
助装置の揺れ検出手段の検出値に対応して前記エキスパ
ートシステムを介して得られる介助要領を用いて前記把
持手段の駆動手段を制御する統括制御装置と、を備えた
ことを特徴とする歩行訓練機を提供する。Japanese Patent Application No. 5-8479 discloses a walking training machine used by a person with impaired walking function to recover the function, and an annular belt forming a walking surface on which the person with a disability walks and a drive for driving the belt. Means, and a walking surface device provided with a belt speed detecting means for detecting the speed of the belt, and a driving means for mounting the walking surface device and changing the walking surface device into each posture of horizontal or front-back, left-right inclination A pedestal, a gripping means for gripping the body of the disabled person when the disabled person rides on the belt mounted on the walking surface device, a driving means for moving the gripping means in the up, down, front, back, left, and right directions, and an obstacle. An assisting device provided with a shake detecting means for detecting a shake of a person's body,
Types of impairment of walking function, walking ability and various walking training menus corresponding to them, assistance procedures for persons with disabilities, and physical characteristics of persons with disabilities, types of impairment of walking function, walking ability,
A database that stores personal data such as training records, an expert system that selects a walking training menu based on the personal data from various walking training menus in the database, an input / output unit that accesses the database, and the expert system. According to the selected walking training menu, the pedestal drive means is controlled to determine the posture of the walking surface device, and when the disabled person kicks the belt backward and walks, based on the detection value of the belt speed detection means. Overall control device for controlling the driving means of the walking surface device and for controlling the driving means of the gripping means by using the assistance procedure obtained through the expert system in correspondence with the detection value of the shake detection means of the assistance apparatus Provided is a walking training machine characterized by comprising:
【0011】本発明の目的は、こうした関連出願をふま
ないで被訓練者や介助者への負担が少なく歩行訓練を継
続しておこない易いコンパクトな歩行訓練機を提供する
ことである。It is an object of the present invention to provide a compact walking training machine which does not impose such a related application, has a small burden on trainees and caregivers, and is easy to continue walking training.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、被訓練者の歩
道を成す被訓練者の左右の足用にそれぞれ独立して移動
する2本の並行歩行面と、該左右の歩行面をそれぞれ独
立に駆動する駆動装置と、該左右の歩行面の速度検出手
段と、該速度検出手段で検出された左右の歩行面の速度
を基にして歩行中の被訓練者の足に粘性抵抗を与えるよ
うに前記左右の歩行面の駆動装置を独立に制御する制御
手段と、を備え床面に固定された歩行面装置と、前記歩
行面上にある被訓練者の身体を支える把持手段と、被訓
練者の歩行方向と鉛直方向とが成す平面(矢状面と称
す、以下同じ)内で該把持手段の姿勢を変化させる駆動
手段と、被訓練者が前記把持手段に印加している応力を
測る応力測定手段と、を備えた介助装置と、前記歩行面
装置及び前記介助装置の制御を行う統括制御装置と、を
有する歩行訓練機を開示する。According to the present invention, there are provided two parallel walking surfaces that move independently for the left and right feet of the trainee, which form a sidewalk of the trainee, and the left and right walking surfaces, respectively. A viscous drag is applied to the foot of the trainee who is walking based on the drive device that is independently driven, the speed detection means for the left and right walking surfaces, and the speeds of the left and right walking surfaces detected by the speed detection means. As described above, a control means for independently controlling the drive device for the left and right walking surfaces, a walking surface device fixed to the floor surface, a gripping means for supporting the trainee's body on the walking surface, The driving means for changing the posture of the gripping means in a plane formed by the trainee's walking direction and the vertical direction (hereinafter referred to as sagittal plane, the same), and the stress applied by the trainee to the gripping means. An assisting device having a stress measuring means for measuring, the walking surface device and the assisting device A general control unit for controlling, discloses a walking training machine having a.
【0013】更に本発明は、速度制御手段は、目標速度
入力手段と速度ゲイン可変手段とを有し、この目標速度
及び又は速度ゲインを変更させることで粘性抵抗を与え
るものとした請求項1の歩行訓練機を開示する。Further, according to the present invention, the speed control means has a target speed input means and a speed gain varying means, and the viscous resistance is given by changing the target speed and / or the speed gain. A walking training machine is disclosed.
【0014】更に本発明は、統括制御装置に、前記把持
手段の把持部の前記矢状面内での位置制御機能を具備し
た歩行訓練機を開示する。Further, the present invention discloses a walking training machine in which the integrated control device has a function of controlling the position of the grip portion of the grip means in the sagittal plane.
【0015】本発明の歩行訓練機では、被訓練者が歩行
する環状ベルトの速度或は積算距離がしきい値を超えた
時に前記映像表示装置が駆動されて屋外風景の動画や静
止画を被訓練者前方に表示することができる。In the walking training machine of the present invention, when the speed or integrated distance of the circular belt on which the trainee walks exceeds the threshold value, the image display device is driven to display a moving image or a still image of the outdoor scenery. It can be displayed in front of the trainee.
【0016】[0016]
【作用】歩行面装置は省スペースで被訓練者の機能に合
致した効果的な歩行訓練を可能にし、映像表示装置は歩
行面装置と連動することによって自然な屋外歩行を演出
して訓練を持続させる作用を示す。また介助装置は、歩
行中の被訓練者を支持し、筋力と安定感覚を補助して負
担を軽減しながら機能回復させる作用を示す。これらの
各装置は、統括制御装置によって機能的に一体化され、
制御される。[Function] The walking surface device saves space and enables effective walking training that matches the function of the trainee. The image display device works in conjunction with the walking surface device to produce a natural outdoor walk and maintain training. It shows the action. Further, the assisting device supports the trainee who is walking and assists the muscle strength and the sense of stability to reduce the burden and recover the function. Each of these devices is functionally integrated by the integrated control device,
Controlled.
【0017】[0017]
【実施例】以下本発明を実施例に基づいて、より詳しく
述べる。図1は、歩行訓練機1の全体的構成を示す見取
図である。図示したように、歩行訓練機1は、歩行面装
置2、映像表示装置3、介助装置4及びこれら各装置を
有機的に制御する統括制御装置5から成る。歩行面装置
2は床面又は地上に固定されている。介助装置4は、歩
行面装置2にその底部が固定された基部4Bと、可動リ
ンク機構4Aと、回転機構部4C、及び把持部22を脱
着可能に支持する支持部21とより成る。統括制御装置
5は、CRT50、計算機51、キーボード(マウス含
む)52より成る。歩行面装置2は、歩行面8を持ち、
この歩行面8は、互いに独立に動く左足用歩行面8A、
右足用歩行面8Bを持つ。この歩行面は環状ベルトで構
成する。被訓練者Uは、歩行面装置2の2本の環状ベル
ト8(左足用8A、右足用8B)から成る訓練歩道上に
立ち、歩行を開始する。この時、Uの上体は歩行面装置
2上に設置された介助装置4によって把持され、姿勢の
矯正と負荷軽減を受ける。Uの歩行方向前面には、スク
リーンつきの映像表示装置3があり、歩行に伴ってスク
リーン上にデータベース等のメモリに格納してある屋外
風景画像を読み出して投影する。統括制御装置5は、こ
れら各装置とケーブルで電気的に接続されている。通常
は、Uの歩行訓練には、介助者S(図示せず)があた
る。EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on the following examples. FIG. 1 is a sketch showing the overall configuration of the walking training machine 1. As shown in the figure, the walking training machine 1 includes a walking surface device 2, an image display device 3, an assistance device 4, and an overall control device 5 that organically controls these devices. The walking surface device 2 is fixed to the floor surface or the ground. The assistance device 4 includes a base portion 4B whose bottom is fixed to the walking surface device 2, a movable link mechanism 4A, a rotation mechanism portion 4C, and a support portion 21 which detachably supports the grip portion 22. The integrated control device 5 includes a CRT 50, a computer 51, and a keyboard (including a mouse) 52. The walking surface device 2 has a walking surface 8,
This walking surface 8 is a walking surface 8A for the left foot that moves independently of each other,
It has a walking surface 8B for the right foot. This walking surface is composed of an annular belt. The trainee U stands on a training sidewalk consisting of two annular belts 8 (8A for the left foot and 8B for the right foot) of the walking surface device 2 and starts walking. At this time, the upper body of U is gripped by the assistance device 4 installed on the walking surface device 2, and the posture is corrected and the load is reduced. An image display device 3 with a screen is provided in front of U in the walking direction, and an outdoor landscape image stored in a memory such as a database is read and projected on the screen as the user walks. The integrated control device 5 is electrically connected to each of these devices by a cable. Usually, a caregiver S (not shown) is involved in U walking training.
【0018】以下、各装置の構成及び動作について説明
する。図2は、歩行面装置の構成を示す図である。歩行
面装置2には、図示したように、被訓練者の左右の足に
対応した2本の環状ベルト8(左足用8A及び右足用8
B)とその回転に伴って環状ベルトの速度を検出する左
足ベルト速度検出手段10A、右足ベルト速度検出手段
10B及び環状ベルトの移動距離を検出する左足ベルト
距離検出手段11A、右足ベルト距離検出手段11Bを
含む左足、右足の歩行装置6、7が固設されている。ま
た、左右それぞれの環状ベルト8A、8Bを駆動する駆
動手段9A、9Bが備えられている。The configuration and operation of each device will be described below. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the walking surface device. As illustrated, the walking surface device 2 includes two annular belts 8 (8A for the left foot and 8A for the right foot) corresponding to the left and right feet of the trainee.
B) and the left foot belt speed detecting means 10A, the right foot belt speed detecting means 10B, and the left foot belt distance detecting means 11A, the right foot belt distance detecting means 11B for detecting the moving distance of the annular belt. Left and right foot walking devices 6 and 7 including the above are fixedly installed. Further, driving means 9A, 9B for driving the left and right annular belts 8A, 8B are provided.
【0019】駆動手段9A、9Bは、被訓練者Uが環状
ベルト8A、8Bを後方に蹴って歩行する際に、ベルト
速度検出手段10A、10Bによって検出される速度を
基にして被訓練者Uの両足に適正な粘性抵抗を与えるよ
うにして駆動速度を計算し、この駆動速度を環状ベルト
8A、8Bに与えるベルト制御手段5aによって制御さ
れる。歩行面装置2は、床面に固定されており、被訓練
者Uの身体が左右前後に揺れても動かない。ベルト制御
手段5aはCRT56、計算機57、キーボード58よ
り成る。The driving means 9A and 9B are trained by the trainee U based on the speeds detected by the belt speed detecting means 10A and 10B when the trainee U walks while kicking the annular belts 8A and 8B backward. The driving speed is calculated so as to give an appropriate viscous resistance to both feet, and is controlled by the belt control means 5a which gives the driving speed to the annular belts 8A and 8B. The walking surface device 2 is fixed to the floor surface and does not move even if the body of the trainee U sways back and forth. The belt control means 5a comprises a CRT 56, a computer 57 and a keyboard 58.
【0020】左右の環状ベルト8A、8Bは互いに接し
てもよい。左右の環状ベルト8A、8Bのベルト制御手
段5aは、両足用とも同じシステム構成となっている。
そのブロック図を、図3に示した。ベルト速度検出手段
10A(又は10B)から検出された速度情報と、予め
ベルト制御手段5a内で設定された速度目標との差に、
速度ゲインを乗算した結果を指令値として、駆動手段9
A(又は9B)に出力する。ベルト制御手段5a内に設
定された速度目標及び速度ゲインは、統括制御装置5か
らの指示で変更される。The left and right annular belts 8A and 8B may be in contact with each other. The belt control means 5a for the left and right annular belts 8A and 8B has the same system configuration for both feet.
The block diagram is shown in FIG. The difference between the speed information detected by the belt speed detection means 10A (or 10B) and the speed target preset in the belt control means 5a is
The driving means 9 uses the result of multiplying the speed gain as a command value.
Output to A (or 9B). The speed target and the speed gain set in the belt control means 5a are changed by an instruction from the overall control device 5.
【0021】歩行訓練開始時には、速度目標はゼロであ
る。そこで、被訓練者Uが環状ベルト8A、8Bを足で
後方に蹴ると、環状ベルト8A、8Bは後方に移動しつ
つ速度ゲインから決められる適正な粘性抵抗力を被訓練
者Uの足に与える。環状ベルト8A、8Bが移動を開始
すると、その速度を検出しながら統括制御装置5は、適
当な速度目標をベルト制御部5aに指示する。At the start of walking training, the speed target is zero. Therefore, when the trainee U kicks the annular belts 8A and 8B backward with his / her feet, the annular belts 8A and 8B move backward and give an appropriate viscous resistance force determined by the velocity gain to the feet of the trainee U. . When the annular belts 8A and 8B start moving, the integrated control device 5 instructs the belt control unit 5a to set an appropriate speed target while detecting the speed thereof.
【0022】図4は、映像表示装置3の構成例を示す図
である。映像表示装置3は、被訓練者Uの手段や前方に
屋外映像を投影する表示手段12、統括制御装置5の指
令に基づき表示される屋外映像を更新する映像処理部5
bとから成る。この処理部5bはCRT53、計算機5
4、キーボード(マウスを含む)55より成る。表示手
段12のスクリーンに投影される屋外映像は、歩行面装
置2で検出される被訓練者Uの歩行速度又は歩行距離
が、あるしきい値を超えると更新される。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the video display device 3. The image display device 3 updates the outdoor image displayed based on a command from the trainee U, the display device 12 that projects an outdoor image forward, and the integrated control device 5.
b and. This processing unit 5b is a CRT 53, a computer 5
4 and a keyboard (including a mouse) 55. The outdoor image projected on the screen of the display unit 12 is updated when the walking speed or walking distance of the trainee U detected by the walking surface apparatus 2 exceeds a certain threshold.
【0023】図5(イ)は、図1に主要構成の見取図を
示した介助装置4の構成例を示す側面図である。図5
(ロ)はX−X′断面図である。介助装置4の基部4B
は、歩行面装置2の環状ベルト8前方上面に据付け固定
されている。基部4Bは、介助装置4の固定支持部とし
て機能する。基部4Bの前側面には、被訓練者Uの両足
に対する膝当て23(左足用23A、右足用23B。図
12参照)が取り付けられている。膝当て23は、被訓
練者の障害の程度によって任意に使われるものであっ
て、伸縮自在であり、被訓練者の膝を弾力的に支持する
(機能を持つ)。なお、図1においては、膝当て23を
用いていない事例が示されている。FIG. 5A is a side view showing an example of the configuration of the assistance device 4 whose sketch of the main configuration is shown in FIG. Figure 5
(B) is a sectional view taken along line XX ′. Base 4B of assistance device 4
Is fixedly installed on the front upper surface of the annular belt 8 of the walking surface apparatus 2. The base portion 4B functions as a fixed support portion of the assistance device 4. Knee pads 23 (23A for the left foot and 23B for the right foot, see FIG. 12) for both feet of the trainee U are attached to the front side surface of the base portion 4B. The knee pad 23 is arbitrarily used depending on the degree of obstacle of the trainee, is elastic, and elastically supports (has a function of) the knee of the trainee. Note that FIG. 1 shows a case where the knee pad 23 is not used.
【0024】基部4Bの上部には、回転機構4Cを設け
てある。回転機構4Cは、リンク機構4Aを動かす機構
である。回転機構4Cは、外部ケース15内に収納され
た機構であって、図5(ロ)に示すように、被訓練者の
歩行方向と鉛直方向とがなす平面(以下矢状面)を基準
にして、左右対象の構造である。ここで、右とは、図5
(イ)の紙面手前側、左とは図5(イ)の紙面奥側を指
す。図5(ロ)に示すように、この回転機構4Cは、互
いに独立して回転する右側回転軸14Cと左側回転軸1
4Dとを有する。右側回転軸14Cの右側端部には回転
駆動軸14A、左側回転軸14Dの左側端部には回転駆
動軸14Bが設けられている。この回転駆動軸14A、
14Bは、回転指示部16A、16Bによって回転す
る。右側回転軸14Cと、左側回転軸14Dは、各々リ
ンク機構4Aの縦駆動リンク17A、横駆動リンク17
Bに連結し、右側回転軸14Cの回転に従って図5
(イ)の矢印の如く縦駆動リンク17Aは上下動し、左
側回転軸14Dの回転に従って図5(イ)の矢印の如く
横駆動リンク17Bは横移動する。回転駆動軸14A、
14Bは、例えばプーリであり、指示部16A、16B
(例えばクラッチ機構。クラッチ機構であればプーリは
ベルトを介して駆動)によって回転駆動する。この回転
可能角度は、リンク17A、17Bを矢印の如く動かす
ような限定された角度範囲である。A rotating mechanism 4C is provided above the base 4B. The rotation mechanism 4C is a mechanism that moves the link mechanism 4A. The rotation mechanism 4C is a mechanism housed in the outer case 15, and as shown in FIG. 5B, with reference to a plane formed by the walking direction of the trainee and the vertical direction (hereinafter referred to as a sagittal plane). The structure is symmetrical. Here, the right side is shown in FIG.
The front side and the left side of the plane of (a) indicate the back side of the plane of FIG. 5 (a). As shown in FIG. 5B, the rotating mechanism 4C includes a right rotating shaft 14C and a left rotating shaft 1 that rotate independently of each other.
4D and. A rotary drive shaft 14A is provided at the right end of the right rotary shaft 14C, and a rotary drive shaft 14B is provided at the left end of the left rotary shaft 14D. This rotary drive shaft 14A,
14B is rotated by the rotation instruction units 16A and 16B. The right rotation shaft 14C and the left rotation shaft 14D respectively include a vertical drive link 17A and a horizontal drive link 17 of the link mechanism 4A.
As shown in FIG.
The vertical drive link 17A moves up and down as shown by the arrow in (a), and the horizontal drive link 17B moves laterally as shown by the arrow in FIG. 5 (a) as the left rotary shaft 14D rotates. Rotary drive shaft 14A,
Reference numeral 14B is, for example, a pulley, and is an indicator 16A, 16B.
(For example, a clutch mechanism. In the case of a clutch mechanism, the pulley is driven via a belt). This rotatable angle is a limited angle range in which the links 17A and 17B are moved as shown by arrows.
【0025】リンク機構4Aは、金属性の素材より成
り、縦駆動リンク17A、横駆動リンク17B、短従動
リンク18、長従動リンク19より成る。各リンク17
A、17B、18、19は形状的及び構造的に類似した
ものであり、各々略平行面辺形をなす。代表例として図
6にリンク19の例を示す。リンク19は、互いに対向
する「へ」の字形の2つの腕19a、19bを持ち、そ
の短部は部材19d、19eで固定してある。更に、腕
19aと19bとの中間位置間は部材19aで溶接連結
してある。他のリンク17A、17B、18も同様であ
る。The link mechanism 4A is made of a metallic material and comprises a vertical drive link 17A, a horizontal drive link 17B, a short driven link 18, and a long driven link 19. Each link 17
A, 17B, 18, and 19 are similar in shape and structure, and each have a substantially parallelepiped shape. As a typical example, FIG. 6 shows an example of the link 19. The link 19 has two arms 19a and 19b each having a "V" shape facing each other, and the short portions thereof are fixed by members 19d and 19e. Further, the intermediate position between the arms 19a and 19b is welded and connected by a member 19a. The same applies to the other links 17A, 17B, and 18.
【0026】リンク17Aの回転軸14C側と反対側の
端部とリンク18の一方の端部とは回転可能な節20A
で連結され、リンク18の他方の端部とリンク19の一
方の端部とは回転可能な節20Bで連結されている。更
にリンク19の部材19aの中央部分には回転可能な節
20Cを介してリンク17Bの回転軸14D側と反対側
の端部と連結している。リンク19の他方の端部には、
把持部22の取り付けを支持する支持部21が取り付け
られている。支持部21は応力センサ21Aを持つ。把
持部22はアタッチメント形であり、種々の形式を有
し、支持部21に自在取り付けて使用する。把持部22
は図1に示すように手先を挿入して動かす形式のもの、
ハンドル形のもの(図12)、またサイズの大小等によ
り種々の大きさのもの、等があるため着脱自在な構成と
なっている。ここで、図12ではハンドル22′を支持
部21に取り付けるようにしてある。このハンドル2
2′を、直接に被訓練者Uが手で握ることで、歩行訓練
を行う。The end of the link 17A on the side opposite to the rotary shaft 14C side and the one end of the link 18 are rotatable nodes 20A.
And the other end of the link 18 and one end of the link 19 are connected by a rotatable node 20B. Further, the central portion of the member 19a of the link 19 is connected to the end of the link 17B on the side opposite to the rotary shaft 14D side via a rotatable node 20C. At the other end of the link 19,
The support portion 21 that supports the attachment of the grip portion 22 is attached. The support portion 21 has a stress sensor 21A. The grip portion 22 is an attachment type, has various types, and is freely attached to the support portion 21 for use. Gripping part 22
Is a type that inserts a hand and moves it as shown in Fig. 1,
Since it has a handle type (FIG. 12) and various sizes depending on the size, etc., it has a detachable structure. Here, in FIG. 12, the handle 22 ′ is attached to the support portion 21. This handle 2
The trainee U directly holds 2'with his / her hand to perform gait training.
【0027】以上のような構成とすることで、回転軸1
4Cを回転することでリンク17Aがその回転角度に従
って上下動し、この動きに連動してリンク18が上下動
する。更に、回転軸14Dを回転することで、リンク1
7Bがその回転角度に従って横移動し、この結果リンク
19はリンク17B及びリンク18の動きに追従して動
く。ここで、回転軸14C、14Dを、訓練者Uの把持
部22へ加える力(外力)の反力となるように回転させ
ることで、把持部22はその時のUの加える力に平衡し
た反力を受ける。With the above configuration, the rotary shaft 1
By rotating 4C, the link 17A moves up and down according to the rotation angle, and the link 18 moves up and down in conjunction with this movement. Further, by rotating the rotary shaft 14D, the link 1
7B laterally moves according to the rotation angle, and as a result, the link 19 follows the movements of the link 17B and the link 18. Here, by rotating the rotating shafts 14C and 14D so as to be a reaction force of the force (external force) applied to the gripper 22 of the trainee U, the gripper 22 causes a reaction force balanced with the force applied by U at that time. Receive.
【0028】アタッチメント21には、応力センサ21
Aが取り付けられている。応力センサ21Aは、X、
Y、Z軸方向の応力と各軸まわりのモーメントを測定す
る機能を有しており、把持部22を介して被訓練者Uと
介助装置4の間に作用する力を測定する。The attachment 21 includes a stress sensor 21.
A is attached. The stress sensor 21A is X,
It has a function of measuring the stress in the Y and Z axis directions and the moment around each axis, and measures the force acting between the trainee U and the assistance device 4 via the grip portion 22.
【0029】なお、図1、図5、12及び以下に説明す
る図7、8においては、簡単のために被訓練者Uのみを
図示し、介助者Sは図示してないが、Sは必要に応じて
Uの歩行訓練を横または後ろから介助するものとする。In FIGS. 1, 5 and 12 and FIGS. 7 and 8 described below, only the trainee U is shown and the caregiver S is not shown for simplicity, but S is required. According to the above, U walking training shall be assisted from the side or the back.
【0030】肩部をリフトする図1、6の把持部22の
構造を図7に示す。把持部22は、被訓練者Uの肩部を
支えるための肩部保持要素24と、肩部保持要素24の
位置を被訓練者Uの身長、肩幅にあわせるための調整機
構25とから成る。把持部22の動作領域は、被訓練者
Uの歩行方向と鉛直方向とが成す平面、即ち矢状面内に
あるため、介助装置4は把持部22を介して被訓練者U
に矢状面内で力を及ぼす。The structure of the grip 22 of FIGS. 1 and 6 for lifting the shoulder is shown in FIG. The grip 22 includes a shoulder holding element 24 for supporting the shoulder of the trainee U, and an adjusting mechanism 25 for adjusting the position of the shoulder holding element 24 to the height and shoulder width of the trainee U. Since the operation area of the grip 22 is in a plane formed by the walking direction of the trainee U and the vertical direction, that is, in a sagittal plane, the assistance device 4 passes the gripper 22 to the trainee U.
Exert a force on the sagittal plane.
【0031】図8は、把持部22の別の構造例を示す。
この例では、長従動リンク19の先端近くの上辺に手す
り26が設けられている。把持部22は、被訓練者Uの
身体が後方に倒れないように肩部で支える構造となって
おり、被訓練者Uは、手すり26を握って歩行訓練を行
う。把持の方法は、以上述べたが実施例にとどまるもの
ではない。例えば被訓練者Uの状況に応じて腰部だけを
把持したり、肩部と腰部を同時に把持する構造とするこ
ともできる。FIG. 8 shows another structural example of the grip portion 22.
In this example, a handrail 26 is provided on the upper side near the tip of the long driven link 19. The grip 22 has a structure in which the body of the trainee U is supported by the shoulder so as not to fall backward, and the trainee U holds the handrail 26 and performs walking training. Although the gripping method has been described above, it is not limited to the embodiment. For example, depending on the situation of the trainee U, only the waist may be gripped, or the shoulder and the waist may be gripped simultaneously.
【0032】図5を用いて説明した介助装置4の動作
を、図10を用いて説明する。The operation of the assistance device 4 described with reference to FIG. 5 will be described with reference to FIG.
【0033】図10(イ)は、初期姿勢である。長従動
リンク19の先端部(被訓練者側先端部)を35とす
る。回転軸14Dに固着された縦駆動リンク17Bのみ
が左側回転駆動軸14Bの作用によって回転し、横駆動
リンク17Aが動かない状態下では、図10(ロ)で示
すように長従動リンク19は横方向へスライドする動き
のみを示す。図では、先端部35が被訓練者(図示せ
ず)側へ突き出る動きが示されているが、勿論逆方向へ
もスライドする。FIG. 10A shows the initial posture. The tip of the long follower link 19 (tip on the trainee side) is 35. Under the condition that only the vertical drive link 17B fixed to the rotary shaft 14D is rotated by the action of the left rotary drive shaft 14B and the horizontal drive link 17A does not move, as shown in FIG. Only the sliding movement in the direction is shown. In the figure, the tip portion 35 is shown to move toward the trainee (not shown), but of course it slides in the opposite direction.
【0034】一方、横駆動リンク17Aのみが右側回転
駆動軸14Aの作用によって回転し、縦駆動リンク17
Bが動かない状態下では、図10(ハ)で示すように長
従動リンク先端部35は上下方向へ移動する。従って3
5に隣接した応力センサ21A及び把持部22(いずれ
も図示せず)も上下方向にシフトする。On the other hand, only the lateral drive link 17A is rotated by the action of the right rotary drive shaft 14A, and the vertical drive link 17A is rotated.
In the state where B does not move, the long driven link tip portion 35 moves in the vertical direction as shown in FIG. Therefore 3
The stress sensor 21A and the gripping portion 22 (neither shown) adjacent to 5 are also vertically shifted.
【0035】ところが図10(ニ)で示すように、縦駆
動リンク17B及び横駆動リンク17Aを同時に動かす
と、矢状面内のかなり広い範囲で長従動リンク先端部3
5、従って把持部22を可動させることが出来る。However, as shown in FIG. 10D, when the vertical drive link 17B and the horizontal drive link 17A are moved at the same time, the long follower link tip portion 3 in a considerably wide range within the sagittal plane.
5, therefore the gripping part 22 can be moved.
【0036】回転機構4Aには図示してない左右の角度
センサ、左右の角速度センサ、左右のトルクセンサが備
えられている。そして、各センサからの情報と統括制御
部5からの指令値の偏差がゼロに収れんするように回転
機構4Cを制御し、結果として先端部35が追従動作す
る。回転機構4Cの各センサ(角度センサ、角速度セン
サ、トルクセンサ)の取り付け部位は、回転軸14C、
14D、回転駆動軸14A、14Bのいずれでもよい。The rotation mechanism 4A is provided with left and right angle sensors, left and right angular velocity sensors, and left and right torque sensors (not shown). Then, the rotation mechanism 4C is controlled so that the deviation between the information from each sensor and the command value from the overall control unit 5 is converged to zero, and as a result, the tip portion 35 follows the movement. The mounting portion of each sensor (angle sensor, angular velocity sensor, torque sensor) of the rotation mechanism 4C is the rotation shaft 14C,
14D and the rotary drive shafts 14A and 14B may be used.
【0037】具体的なトルク制御プロセス例を、角速度
センサ及びトルクセンサの応答を利用したフィードバッ
ク、フィードフォワード組合せのシステムで示したのが
図11である。FIG. 11 shows a specific example of the torque control process in a feedback / feedforward combination system using the responses of the angular velocity sensor and the torque sensor.
【0038】まず、長従動リンク先端部35のに加わる
歩行訓練者Uの力を応力センサ21Aで検出し、その検
出力に適当な比率を乗じたものを目標値とする。次に、
この目標値をもとにして、回転機構4Cの左右の回転駆
動軸14A、14Bへのトルク目標値を算出する。トル
ク目標値は、回転駆動軸14A、14Bの角度と各リン
クの長さから求まるヤコビアン行列の転置Tf(変換行
列)を前記先端の力目標値に乗ずることで求める。図の
構成要素101は、変換行列乗算器である。構成要素1
01で求められた14A、14Bのトルク目標値は、減
算器から成る構成要素102及び加算器から成る構成要
素104に送られる。構成要素104へ向かう流れがフ
ィードフォワード制御である。First, the force of the walking trainee U applied to the long driven link tip portion 35 is detected by the stress sensor 21A, and the detected value is multiplied by an appropriate ratio to obtain a target value. next,
Based on this target value, the target torque values for the left and right rotary drive shafts 14A and 14B of the rotating mechanism 4C are calculated. The target torque value is obtained by multiplying the force target value at the tip by a transposition T f (conversion matrix) of the Jacobian matrix obtained from the angles of the rotary drive shafts 14A and 14B and the length of each link. The component 101 in the figure is a transformation matrix multiplier. Component 1
The torque target values of 14A and 14B obtained in 01 are sent to the component 102 composed of a subtractor and the component 104 composed of an adder. The flow toward the component 104 is feedforward control.
【0039】構成要素102は、前記トルク目標値とト
ルクセンサ29(左右のトルクセンサ29A、29Bの
こと)の応答との偏差を求め、構成要素103に送る。
構成要素103はトルクフィードバックゲイン乗算器で
あり、予め設定されたトルクフィードバックゲインKt
を前記偏差に乗じて求めた操作量を構成要素104に送
る。構成要素102、103がフィードバック制御系を
構成する。構成要素104は、前記14A、14Bのト
ルク目標値と構成要素103の操作量の和を求め、その
結果を構成要素106に送る。The component 102 obtains the deviation between the target torque value and the response of the torque sensor 29 (the torque sensors 29A and 29B on the left and right) and sends it to the component 103.
The component 103 is a torque feedback gain multiplier, and has a preset torque feedback gain K t.
Is sent to the constituent element 104. The components 102 and 103 constitute a feedback control system. The constituent element 104 obtains the sum of the torque target values of the 14A and 14B and the manipulated variable of the constituent element 103, and sends the result to the constituent element 106.
【0040】構成要素105は速度ゲイン乗算器であ
る。角速度センサ28(左右の角速度センサ28A、2
8Bのこと)の応答に予め設定された速度フィードバッ
クゲインKvを乗じ、その結果を操作量として構成要素
106に送る。Component 105 is a velocity gain multiplier. Angular velocity sensor 28 (left and right angular velocity sensors 28A, 2
8B) is multiplied by a preset velocity feedback gain K v , and the result is sent to the component 106 as a manipulated variable.
【0041】構成要素106は減算器であり、構成要素
104、105から送られてきた操作量の差を最終的な
操作量として指示部16A、16Bに送り、この指示部
16A、16Bで左右の回転駆動軸14A、14Bを回
転制御し、この結果、先端部35にはその操作した時の
力の目標値とバランスするような反力が与えられる。The constituent element 106 is a subtractor, and sends the difference between the manipulated variables sent from the constituent elements 104 and 105 to the instruction units 16A and 16B as the final manipulated variable. The rotation drive shafts 14A and 14B are rotationally controlled, and as a result, a reaction force that balances the target value of the force when the tip portion 35 is operated is applied.
【0042】統括制御装置5の作用を示すブロック図
が、図9である。図1では統括制御装置5をCRT5
0、計算機51、キーボード52で構成した例とした
が、これはシステム構成図であり、図9は機能本意のブ
ロック図である。図示したように、統括制御装置5は、
歩行環境制御要素31、介助装置制御要素32、データ
ベース33、入出力手段34から成る。前記したベルト
制御手段5a、映像処理手段5bは歩行環境制御要素3
1によって制御される。また、前記制御要素30は介助
装置制御手段32によって制御される。FIG. 9 is a block diagram showing the operation of the integrated control device 5. In FIG. 1, the integrated control device 5 is a CRT 5
0, the computer 51, and the keyboard 52 are taken as an example, but this is a system configuration diagram, and FIG. 9 is a block diagram of the main purpose of the function. As shown, the integrated control device 5 is
It comprises a walking environment control element 31, an assisting device control element 32, a database 33, and an input / output means 34. The belt control means 5a and the image processing means 5b described above are the walking environment control elements 3
Controlled by 1. Further, the control element 30 is controlled by the assistance device control means 32.
【0043】データベース33には、(1)歩行面装置
2と映像表示装置3へ出力するデータの組合せ(以後訓
練メニューという)、(2)介助装置4の歩行訓練時の
設定データ、(3)被訓練者Uの過去の訓練メニューと
介助装置の設定データ、の3種のデータが格納されてい
る。In the database 33, (1) a combination of data to be output to the walking surface device 2 and the image display device 3 (hereinafter referred to as a training menu), (2) setting data at the time of walking training of the assistance device 4, and (3). Three types of data, that is, the training menu of the trainee U in the past and the setting data of the assistance device are stored.
【0044】入出力手段34は、マンマシンインタフェ
ースであり、被訓練者Uあるいは介助者Sの指令入力や
歩行訓練機の状況表示に用いられる。The input / output means 34 is a man-machine interface and is used for inputting commands of the trainee U or the caregiver S and for displaying the status of the walking training machine.
【0045】歩行環境制御要素31は、被訓練者Uまた
は介助者Sが入出力手段34を用いて選択した訓練メニ
ューにしたがって、ベルト制御手段5a及び映像処理手
段5bに指令を与える。即ち、ベルト制御手段5aを介
して歩行面装置2に速度目標と速度ゲインデータを付与
する。予めプログラムされたこれら速度目標値によっ
て、歩行訓練を行う被訓練者Uの足には適正な粘性抵抗
が印加される。一方、映像処理手段5bを介して、予め
定めたしきい値を超えると映像表示手段3に屋外画像の
更新を指示する。この結果、被訓練者Uは、屋外を実際
に歩行している擬似体験が得られ、飽きずに実効性ある
歩行訓練を行うことが出来る。The walking environment control element 31 gives a command to the belt control means 5a and the image processing means 5b in accordance with the training menu selected by the trainee U or the caregiver S using the input / output means 34. That is, the speed target and the speed gain data are given to the walking surface device 2 via the belt control means 5a. An appropriate viscous resistance is applied to the foot of the trainee U who performs walking training by these speed target values programmed in advance. On the other hand, through the video processing means 5b, when the predetermined threshold value is exceeded, the video display means 3 is instructed to update the outdoor image. As a result, the trainee U can obtain a simulated experience of actually walking outdoors and can carry out effective walking training without getting tired.
【0046】前記した映像表示手段3による屋外画像表
示と更新は、次の2通りの方法のいずれかで行うことが
好ましい。この方法は、訓練開始時に選択する。
(1)歩行面装置2の環状ベルト8から検出される歩行
速度が、予め設定されたしきい値速度を超えたときに映
像データを更新する。この実施の一例には、しきい値速
度に応じてVTR装置の起動/停止を行う方法がある。
(2)歩行面装置2の環状ベルト8の移動距離を積算
し、積算距離が一定のしきい値を超える度に静止画像を
更新する。The outdoor image display and update by the video display means 3 are preferably performed by either of the following two methods. This method is selected at the beginning of training. (1) The image data is updated when the walking speed detected from the annular belt 8 of the walking surface device 2 exceeds a preset threshold speed. One example of this implementation is a method of starting / stopping the VTR device according to a threshold speed. (2) The moving distance of the annular belt 8 of the walking surface apparatus 2 is integrated, and the still image is updated every time the integrated distance exceeds a certain threshold.
【0047】介助装置制御要素32は、歩行訓練中に介
助装置4の動作を制御する介助制御、歩行訓練の前後に
介助装置4を作動させる位置制御と軌跡制御の3種類の
制御を統括する。以下に各制御方式について説明する。The assisting device control element 32 supervises three types of control: assisting control for controlling the operation of the assisting device 4 during walking training, position control for operating the assisting device 4 before and after walking training, and trajectory control. Each control method will be described below.
【0048】介助制御は、把持部22を介して被訓練者
Uに及ぼす力を制御する機能である。介助装置4の可動
範囲は矢状面内であるから、被訓練者Uに対して及ぼす
力は鉛直方向の力と進行(前後)方向の力との合力とな
る。鉛直方向の力の目標値は、常に上向きの一定の力と
し、その大きさは被訓練者Uの体重に対する割合、もし
くは適当な大きさの絶対量として与える。これは被訓練
者Uの歩行能力に応じて設定する。鉛直方向の力の目標
値が小さいほど、被訓練者Uの筋力は回復していると言
える。進行方向の力の設定は、次の2通りある。第1の
方法は、鉛直方向と同様に常に後ろ向きの一定の力と
し、その大きさは被訓練者Uの体重に対する割合、もし
くは適当な大きさの絶対量として与える。第2の方法
は、初めに被訓練者Uを立たせた時の把持部24の位置
を中立点として、進行方向について仮想的なバネ定数を
設定し被訓練者が常に直立するように被訓練者を引き戻
すという、コンプライアンス制御である。第2の方法
は、腰回りの筋力が弱り上体(腰から上)がふらつく被
訓練者Uの訓練に適しており、被訓練者Uの筋力に応じ
てバネ定数を変更してやるのが望ましい。The assistance control is a function of controlling the force exerted on the trainee U via the grip portion 22. Since the movable range of the assistance device 4 is within the sagittal plane, the force exerted on the trainee U is the resultant force of the vertical force and the forward (forward / backward) force. The target value of the vertical force is always a constant upward force, and its magnitude is given as a ratio to the weight of the trainee U or as an absolute amount of a proper magnitude. This is set according to the walking ability of the trainee U. It can be said that the smaller the target value of the vertical force is, the more the muscle strength of the trainee U is recovered. There are the following two ways to set the force in the traveling direction. In the first method, a constant backward force is always applied as in the vertical direction, and the magnitude thereof is given as a ratio to the weight of the trainee U or an absolute amount of an appropriate magnitude. The second method is to set the position of the gripping portion 24 when the trainee U is first standing upright as a neutral point, and set a virtual spring constant in the traveling direction so that the trainee always stands upright. It is compliance control that pulls back. The second method is suitable for the training of the trainee U in which the muscle strength around the waist is weak and the upper body (from the waist to the top) is staggered, and it is desirable to change the spring constant according to the muscle strength of the trainee U.
【0049】このようにして先端の力が設定し、ヤコビ
アン行列の転置を先端35の力(目標値)に乗ずること
により回転駆動軸14(14A、14B)へのトルク目
標値を算出し、制御要素30が図10のようにしてトル
ク制御を行う。In this way, the force at the tip is set, and the transposition of the Jacobian matrix is multiplied by the force (target value) at the tip 35 to calculate the torque target value for the rotary drive shaft 14 (14A, 14B) and control it. Element 30 provides torque control as in FIG.
【0050】位置制御は、把持部22の矢状面内での位
置や軌道を制御する機能である。歩行訓練を開始すると
きの姿勢や車椅子に座っている被訓練者Uに把持部22
を近づける、などの基本的な姿勢・動作は、予めデータ
ベース33に記憶されており、訓練の進行に合わせるか
入出力手段34から選択され、先端35の位置が設定さ
れると、回転駆動軸14(14A、14B)への回転角
度目標値を算出し、制御要素30が位置制御を行う。The position control is a function of controlling the position or trajectory of the grip portion 22 in the sagittal plane. The posture at the time of starting the walking training, and the trainee U sitting in the wheelchair, grasping part 22
The basic postures / movements such as approaching the robot are stored in the database 33 in advance, and when the position of the tip 35 is set by selecting from the input / output means 34 according to the progress of the training, the rotary drive shaft 14 is set. The rotation angle target value for (14A, 14B) is calculated, and the control element 30 performs position control.
【0051】一方軌跡制御は、例えば、被訓練者Uを車
椅子から引き上げる際に行うもので、回転駆動軸14に
角度目標値を与えて把持部22を車椅子に座っている被
訓練者Uの胸元まで移動させる。介助者Sは、被訓練者
Uと把持部22とが一体になったのを確認した後に、把
持部22を持って、予め設定した軌跡に沿うように誘導
する。この時、把持部22に加える力を加減すること
で、被訓練者Uの状況に合わせて引き上げの時間を調節
出来るようにする。On the other hand, the trajectory control is performed, for example, when the trainee U is pulled up from the wheelchair, and a target angle value is given to the rotary drive shaft 14 to hold the gripping portion 22 on the chest of the trainee U sitting on the wheelchair. Move to. After confirming that the trainee U and the grip 22 are integrated, the caregiver S holds the grip 22 and guides the trainee U along a preset trajectory. At this time, by adjusting the force applied to the grip portion 22, the pulling time can be adjusted according to the situation of the trainee U.
【0052】軌跡制御は、介助要素4を次のように制御
することにより実現する。介助者Sが加えている力は先
端35に加わっている応力(ベクトル)から、被訓練者
Uの体重(鉛直下向き)を除いた力として算出される。
その介助者Sが加えている力を、先端35がいる軌跡上
の点での接線に斜影した成分力に比例させて得た速度
を、先端35の速度目標として与える。これを全時点で
行えば一つの軌跡に対して終点までの到達時間を任意に
設定出来る。The trajectory control is realized by controlling the assistance element 4 as follows. The force applied by the caregiver S is calculated as a force obtained by removing the weight (vertically downward) of the trainee U from the stress (vector) applied to the tip 35.
The speed obtained by making the force applied by the caregiver S proportional to the component force shaded on the tangent line at the point on the trajectory of the tip 35 is given as the speed target of the tip 35. If this is done at all times, the arrival time to the end point can be set arbitrarily for one trajectory.
【0053】このように先端35の速度の目標値が設定
されると、介助要素の姿勢に応じた回転駆動軸14への
回転速度目標値に変換し、制御要素30が速度制御を行
う。以上本発明の歩行訓練機ついて、実施例に基づきそ
の構造及び機能・動作について説明した。本実施例の歩
行訓練機を用いた歩行訓練の手順を、車椅子に乗った被
訓練者Uの例で説明する。
1)入出力手段34により訓練メニュー、介助方法を選
択する(データベース33駆動)。
2)入出力手段34により介助装置4が把持部22を介
して被訓練者Uに加える応力を設定する。
3)予め把持部22を調整機構25によって、被訓練者
Uの身長と肩幅に合わせておく。
4)被訓練者Uに引き上げ地点まで移動してもらい、把
持部22を引き上げ地点に移動させる。介助装置4は位
置制御。
5)介助者Sが把持部22を持って誘導し、訓練位置ま
で誘導する。介助装置4は軌跡制御。
6)被訓練者Uは訓練位置に立ち、把持部22の具合な
ど事前の点検を行う。
7)訓練開始。訓練中、介助装置4は介助制御、映像表
示装置3の駆動。
8)訓練終了。
以上の手順で歩行訓練を行えば、被訓練者Uは適正な
(身体状況に合致した)粘性抵抗を受けて屋外を通常に
歩行している擬似体験を得る。尚、装置5、手段5a、
5b、5cの各々が独自のハード構成としたが、装置5
の機能の中に5a、5b、5cを含ませることも可であ
る。更に、リンク機構4Aの4つのリンクは、各々2つ
の「へ」の字形の組合せとしたが1本の棒状体であって
もよい。When the target value of the speed of the distal end 35 is set in this way, the target value is converted into the target rotational speed value for the rotary drive shaft 14 according to the posture of the assistance element, and the control element 30 controls the speed. The structure, function, and operation of the walking training machine of the present invention have been described above based on the embodiments. The procedure of walking training using the walking training machine of this embodiment will be described by taking the trainee U in a wheelchair as an example. 1) Select the training menu and the assistance method using the input / output unit 34 (driving the database 33). 2) The input / output unit 34 sets the stress applied to the trainee U by the assistance device 4 via the grip 22. 3) The grip 22 is adjusted in advance to the height and shoulder width of the trainee U by the adjusting mechanism 25. 4) Ask the trainee U to move to the pulling point, and move the grip 22 to the pulling point. The assistance device 4 controls the position. 5) The helper S holds the grip portion 22 and guides it to the training position. The assistance device 4 controls the trajectory. 6) The trainee U stands in the training position and performs a preliminary inspection such as the condition of the grip 22. 7) Start training. During the training, the assistance device 4 controls the assistance and drives the image display device 3. 8) The training ends. When the walking training is performed in the above procedure, the trainee U receives a proper viscous resistance (matching the physical condition) and obtains a simulated experience of normally walking outdoors. The device 5, means 5a,
Although each of 5b and 5c has its own hardware configuration, the device 5
It is also possible to include 5a, 5b, and 5c in the function of. Furthermore, although the four links of the link mechanism 4A are each a combination of two "he" shapes, they may be one rod-shaped body.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば限
られたスペースの中で視覚と足先への適正な負荷印加の
複合結果によって、被訓練者は屋外を正常な歩行能力を
もって歩行している擬似体験が得られ、訓練の持続性を
高めることが出来る。As described above, according to the present invention, the trainee walks outdoors with a normal walking ability due to the combined result of the visual sense and the appropriate load application to the toes in a limited space. You can get a simulated experience and improve the sustainability of training.
【0055】2本の環状ベルトの各々を被訓練者の左右
の脚力にあわせて別々に制御することで、片側の脚力が
低下している場合にも対応することが出来る。また、環
状ベルトを配設した歩行面装置が床面に固定されている
ことで、被訓練者の歩行姿勢を安定させ、心理的な不安
感を除去することが出来る。By separately controlling each of the two annular belts according to the left and right leg strengths of the trainee, it is possible to cope with the case where the leg strength on one side is lowered. Further, since the walking surface device provided with the annular belt is fixed to the floor surface, it is possible to stabilize the walking posture of the trainee and eliminate psychological anxiety.
【図1】実施例による歩行訓練機の主要構成部を示す斜
視図である。FIG. 1 is a perspective view showing main components of a walking training machine according to an embodiment.
【図2】実施例の歩行面装置構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a walking surface device structure of an embodiment.
【図3】歩行面装置の制御例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a control example of a walking surface device.
【図4】実施例の映像表示装置構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a video display device according to an embodiment.
【図5】実施例の介助装置構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of an assistance device of an embodiment.
【図6】長従動リンクの構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a long driven link.
【図7】介助装置の把持部の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a grip portion of the assistance device.
【図8】介助装置の把持部の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a grip portion of the assistance device.
【図9】実施例の統括制御手段の構成例を示すブロック
図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of an overall control means of an embodiment.
【図10】介助装置のリンクの動作を説明するための図
である。FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the link of the assistance device.
【図11】介助装置の長従動リンク先端部のトルク制御
プロセス例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a torque control process of a long driven link distal end portion of the assistance device.
【図12】介助装置の把持部の別の形状であるハンドル
型把持部の例を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing an example of a handle-type grip portion having another shape of the grip portion of the assistance device.
1 歩行訓練機 2 歩行面装置 3 映像表示装置 4 介助装置 4A リンク機構 4B 基部 4C 回転機構 5 統括制御装置 5a ベルト制御手段 5b 映像処理手段 6 左足歩行装置 7 右足歩行装置 8 環状ベルト 9 駆動手段 10 ベルト速度検出手段 11 ベルト距離検出手段 12 表示手段 14(14A、14B) 回転駆動軸 14C、14D 回転軸 16A、16B 指示部 17A 横駆動リンク 17B 縦駆動リンク 18 矩従動リンク 19 長従動リンク 20A、20B、20C 節 21 支持部 21A 応力センサ 22 把持部 23 膝当て 24 肩部保持要素 25 調整機構 26 手すり 30 制御要素 31 歩行環境制御要素 32 介助装置制御要素 33 データベース 34 入出力手段 35 長従動リンク先端 U 被訓練者 S 介助者 1 walking training machine 2 Walking surface device 3 Video display device 4 assistance devices 4A link mechanism 4B base 4C rotation mechanism 5 Integrated control device 5a Belt control means 5b video processing means 6 Left foot walking device 7 Right foot walking device 8 annular belt 9 Drive means 10 Belt speed detection means 11 Belt distance detecting means 12 Display means 14 (14A, 14B) rotary drive shaft 14C, 14D rotating shaft 16A, 16B instruction section 17A lateral drive link 17B Vertical drive link 18 quadratic driven link 19 Long driven link Sections 20A, 20B, 20C 21 Support 21A stress sensor 22 grip 23 Knee rest 24 Shoulder retention element 25 Adjustment mechanism 26 handrail 30 control elements 31 Walking environment control element 32 Assistance device control element 33 Database 34 Input / output means 35 Long driven link tip U Trainee S helper
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 輝 東京都品川区南大井六丁目26番2号大森 ベルポートB館 株式会社日立製作所医 療システム推進本部マーケティング部内 (56)参考文献 特開 昭57−131438(JP,A) 特開 平5−309117(JP,A) 特開 昭62−139677(JP,A) 特開 昭61−65937(JP,A) 実開 平1−140972(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61H 1/02 A63B 23/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Teru Yoshida 6-26-2 Minamioi, Shinagawa-ku, Tokyo Omori Bellport B Building, Marketing Department, Medical Systems Promotion Division, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP-A-57 -131438 (JP, A) JP-A-5-309117 (JP, A) JP-A-62-139677 (JP, A) JP-A-61-65937 (JP, A) Actual Kaihei 1-140972 (JP, U) ) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) A61H 1/02 A63B 23/04
Claims (12)
足用にそれぞれ独立して移動する2本の並行歩行面と、
該左右の歩行面をそれぞれ独立に駆動する駆動装置と、
該左右の歩行面の速度検出手段と、該速度検出手段で検
出された左右の歩行面の速度を基にして歩行中の被訓練
者の足に粘性抵抗を与えるように前記左右の歩行面の駆
動装置を独立に制御する制御手段と、を備え床面に固定
された歩行面装置と、 前記歩行面上にある被訓練者の身体を支える把持手段
と、被訓練者の歩行方向と鉛直方向とが成す平面(矢状
面と称す、以下同じ)内で該把持手段の姿勢を変化させ
る駆動手段と、被訓練者が前記把持手段に印加している
応力を測る応力測定手段と、を備えた介助装置と、 前記歩行面装置及び前記介助装置の制御を行う統括制御
装置と、 を有する歩行訓練機。1. Two parallel walking planes that move independently for the left and right feet of the trainee, which form a sidewalk of the trainee, respectively.
A drive device that independently drives the left and right walking surfaces,
Based on the speed detection means of the left and right walking surfaces and the speed of the left and right walking surfaces detected by the speed detection means, the left and right walking surfaces of the left and right walking surfaces are provided so as to give viscous resistance to the foot of the trainee who is walking. A walking surface device fixed to the floor surface, which includes a control means for independently controlling the drive device, a gripping means for supporting the body of the trainee on the walking surface, a walking direction and a vertical direction of the trainee. Drive means for changing the posture of the gripping means in a plane formed by and (hereinafter referred to as a sagittal plane), and stress measuring means for measuring the stress applied to the gripping means by the trainee. A walking training machine comprising: an assisting device, and an overall control device that controls the walking surface device and the assisting device.
と速度ゲイン可変手段とを有し、この目標速度及び又は
速度ゲインを変更させることで粘性抵抗を与えるものと
した請求項1の歩行訓練機。2. The walking training according to claim 1, wherein the speed control means includes a target speed input means and a speed gain varying means, and the viscous resistance is given by changing the target speed and / or the speed gain. Machine.
リンクと相互に可動接続された4つのリンク機構から成
る請求項1〜2のいずれかに記載の歩行訓練機。3. The walking training machine according to claim 1, wherein the driving means of the gripping means comprises four link mechanisms that are movably connected to adjacent links.
把持部は、それぞれ異なる形状を有する複数の把持手段
の中から選択して用いられるように交換可能の構造を備
えた請求項1〜3のいずれかに記載の歩行訓練機。4. The gripping means has a trainee gripping part,
The walking training machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the grip portion has a replaceable structure so that the grip portion can be selected from a plurality of grip means having different shapes and used.
ある手すりを付設した請求項1〜4のいずれかに記載の
歩行訓練機。5. The walking training machine according to claim 1, further comprising a handrail which is an auxiliary device attached to a part of the grip means.
設した請求項1〜5のいずれかに記載の歩行訓練機。6. The walking training machine according to claim 1, further comprising a knee pad attached to the base of the assistance device.
持部の前記矢状面内での位置制御機能を具備した請求項
4に記載の歩行訓練機。7. The walking training machine according to claim 4, wherein the integrated control device has a function of controlling a position of the grip portion of the grip means within the sagittal plane.
の把持部の前記矢状面内での作動軌跡制御機能を付加し
た請求項4又は7のいずれかに記載の歩行訓練機。8. The walking training machine according to claim 4, further comprising a function of controlling an operation locus within the sagittal plane of the grip portion of the grip means to the integrated control device.
の把持部が被訓練者に作用する応力の制御機能を付加し
た請求項4又は7又は8のいずれかに記載の歩行訓練
機。9. The walking training machine according to claim 4, further comprising a function of controlling a stress applied to a trainee by a grip portion of the grip means, in the integrated control device.
前記把持手段の把持部に印加した応力に対応して、該把
持部位の前記矢状面内での作動速度を制御する機能を付
加した請求項4又は7〜9のいずれかに記載の歩行訓練
機。10. The integrated control device is further provided with a function of controlling an operating speed of the gripping portion within the sagittal plane in response to a stress applied to a gripping portion of the gripping means by a trainee. The walking training machine according to any one of claims 4 and 7 to 9.
置を備え、前記統括制御装置は、前記速度検出手段で検
出した前記歩行面の速度がしきい値を超えた時、前記映
像表示装置に動画像を表示させる機能を有する請求項1
〜10のいずれかに記載の歩行訓練機。11. An image display device provided in front of a trainee, wherein the integrated control device displays the image when the speed of the walking surface detected by the speed detecting means exceeds a threshold value. A device having a function of displaying a moving image on the device.
The walking training machine according to any one of 10 to 10.
装置を備え、この映像表示装置が、複数枚の静止画像を
格納し、前記歩行面の移動積算距離に応じて前記静止画
像を切換表示する機能を有する請求項1〜11のいずれ
かに記載の歩行訓練機。12. A video display device provided in front of the trainee, wherein the video display device stores a plurality of still images, and switches the still images according to the accumulated travel distance of the walking surface. The walking training machine according to claim 1, which has a function of displaying.
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JPH07124208A JPH07124208A (en) | 1995-05-16 |
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