JP4039287B2

JP4039287B2 - 運動機能賦活装置

Info

Publication number: JP4039287B2
Application number: JP2003081464A
Authority: JP
Inventors: 哲彦木村; 斉北野; 達治川口; 洋二浦野; 葉一四宮; 修関根
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2016-10-28
Also published as: JP2003265554A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体の賦活、運動機能の回復、訓練、治療などを行ない、とくに腰部筋肉を訓練したり腰椎可動範囲を確保することを目的とした運動機能賦活装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、運動機能賦活装置の一種として脳性麻痺患者等の平衡感覚を訓練するためのバランス訓練装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この装置は、被訓練者の乗る乗り物を前後、左右、上下に往復動可能かつ前後軸、左右軸、上下軸の回りに揺動可能とするように、これら６種類の動作を独立した駆動モータで制御可能としたものである。乗り物は上述した６種類の動作を組み合わせて強制的に振動させられ、これによって乗り物に乗った被訓練者の平衡感覚を訓練することができるというものである。また、乗り物に強制振動を与える装置は、児童用の乗り物や荒馬乗り用の装置にも適用可能であることが記載されている。振動方向や振動速度は、マイクロコンピュータに設定したプログラムにより制御されるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−６５３５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載された装置では、被訓練者が乗り物の動作を予測することができないから、乗り物の動きが急に変化すると、被訓練者はその変化に対応してバランスをとることができず、乗り物から落下するなどの危険がある。したがって、乗り物の動きに急激な変化を伴うようなプログラムを行なうことはできないものであり、比較的穏やかな変化となるようにプログラムを作成する必要がある。しかしながら、腰部筋肉の訓練（筋力の強化や回復、弛緩防止）あるいは腰椎可動範囲の確保といった目的に用いるには、被訓練者が乗り物の動きに腰で対応することが要求されるのに対して、乗り物の動きに馴れると腰の動きでで対応するのではなく、より楽な上半身の動作によって対応するようになり、結果的に腰部筋肉の訓練の効果が低減するという問題がある。
【０００５】
また、特許文献１に記載のものは、乗り物にいろいろな動きを与えることはできるが、被訓練者は単に乗り物に乗っているだけであるから、訓練としては単調であって長時間の訓練を行なうための動機付けに乏しく、継続的に訓練させるのが難しいものである。
【０００６】
さらに、訓練が単調にならないように乗り物の動きに変化を付けることが必要であるが、長時間に亙る乗り物の動きをプログラムしようとすれば、プログラムの作成に多大な時間を要することになり、被訓練者に応じて乗り物の動きをいろいろに変化させることは事実上不可能である。
【０００７】
また、特許文献１に記載された装置では、往復動や揺動の範囲は、駆動モータの回転軸とクランクとの結合位置を変えることによって調節されるものであり、往復動や揺動の範囲の設定が機構的に行なわれるように構成されている。つまり、振動方向および振動速度はプログラムによって制御可能であるが、往復動や揺動の範囲は訓練中には変化させることができないものである。その結果、訓練中の乗り物の動きの範囲はつねに一定になり、乗り物の動作が単調になりがちであって、上述のような腰部筋肉の訓練や腰椎可動範囲の確保といった目的で用いるには不十分な動作しかできず、その種の目的で用いるには訓練効果が低いという問題もある。
【０００８】
各請求項に係る発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その共通の目的は、乗り物の動きとともに視覚的な変化を与えることで馴れを防ぐとともに、視覚的情報を併せて用いることで乗り物の動きの変化を大きく感じさせるようにし、もって腰部筋肉の訓練や腰椎可動範囲の確保を効率的に行なうことができるようにするとともに、乗り物の動きに併せて被訓練者に視覚的刺激を与えることで訓練の動機付けを行なうようにした運動機能賦活装置を提供することにある。また、個々の請求項に係る発明は、後述する実施例において説明するが、乗り物の動きのプログラムを容易にし、また乗り物の移動方向や移動速度だけではなく乗り物の移動範囲も容易に制御可能とし複雑な動きを乗り物に与えることで腰部筋肉の訓練や腰椎可動範囲の確保の効果を高めることができるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被訓練者が乗る座席を有する乗り物と、被訓練者に負荷がかかる動きを座席に与える駆動手段と、駆動手段により座席を動かす施療パターンを不規則的に変化させる制御手段とを備え、制御手段は、座席の動きを決める一連の振動パターンを複数種類備え、すべての振動パターンは始点と終点とにおける座席の位置および傾きが同内容に設定されており、施療パターンは複数種類の振動パターンを時系列的に配列して構成されているものである。
この構成によれば、被訓練者に腰を使ってバランスをとらせることによって、腰部筋肉の訓練や腰椎可動範囲の確保の効果が期待でき、座席を動かす施療パターンを不規則的に変化させることによって、馴れを防ぐとともに訓練を飽きさせることなく継続させるのが容易になる。
【００１０】
また、施療パターンを基本的な振動パターンの組み合わせで構成することができるから、複数種類の振動パターンを用意しておくことによって、非常に多くの施療パターンを作成することができる。つまり、被訓練者の能力、適性、訓練目的などに応じて各種の施療パターンを作成する際に、複数の振動パターンの順序や継続時間を設定する作業を行なうだけであるから、多大な作業時間を必要とせずに施療パターンを作成することができる。
【００１２】
さらに、すべての振動パターンは始点と終点とにおける座席の位置および傾きが同内容に設定されているから、施療パターンを構成するにあたってどの振動パターンを時系列的に配列しても、振動パターン同士のつなぎ目は同内容になって不連続にならず、駆動手段を滑らかに動作させることができる。
【００２０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記駆動手段が、前記座席を前後方向、左右方向、上下方向に移動可能とするとともに前後軸、左右軸、上下軸の回りに回動可能とするのである。
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記座席を被訓練者が跨がる形で乗る鞍形としたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、鞍形の座席１１を有する馬形の乗り物１を備え、この乗り物１を駆動手段としてのパラレルメカニズム２により移動させるように構成されている。また、乗り物１の前方には表示手段として大型のディスプレイ装置３が配置される。パラレルメカニズム２の動作制御およびディスプレイ装置３の表示制御は後述する制御手段である制御装置４により行なわれる。
【００２７】
パラレルメカニズム２は、図２に示すように、定位置に固定される固定台２１と、６本の脚２３を介して固定台２１の上方に支持された可動台２２とを備える。各脚２３は、固定台２１および可動台２２に対してそれぞれユニバーサルジョイント２４ａ，２４ｂを介して結合されている。また、各脚２３は、固定台２１にユニバーサルジョイント２４ａを介して結合したサポート筒２３ａと、サポート筒２３ａの中に進退自在に挿入されたボールねじよりなるロッド２３ｂと、ロッド２３ｂに噛合するギアを備え正逆の回転に伴ってロッド２３ｂを進退させるアクチュエータ２３ｃとからなる。ロッド２３ｂの先端部はユニバーサルジョイント２４ｂを介して可動台２２に結合される。したがって、各脚２３のアクチュエータ２３ｃをそれぞれ制御してロッド２３ｂの進退量を調節すれば固定台２１に対する可動台２２の位置を適宜に調節することができる。
【００２８】
６本の脚２３は、２本ずつが近接するように固定台２１に結合され、また、固定台２１に対して近接して結合されている脚２３同士を離して可動台２２に結合してある。このような構成によって、互いに直交する３方向の平行移動と、各方向の軸を中心とする回転移動との６自由度の制御が可能になる。つまり、可動台２２は前後、左右、上下の直進往復移動と前後軸、左右軸、上下軸の回りでの回転往復移動とを組み合わせた移動が可能になり、結果的に可動台２２に結合された乗り物１は６自由度で移動する。パラレルメカニズム２の可動台２２は、現実的には上述のような直進移動と回転移動とに分解した動作よりも、むしろそれらの複合した動作を行なうことになる。
【００２９】
ディスプレイ装置３は、３管投影式のテレビジョンモニタを用いている。画面の大きさおよび乗り物１からの距離は、乗り物１に乗った被訓練者がディスプレイ装置３に表示された画面の内容を現実の空間に近い感覚で認識できる程度に設計される。つまり、後述するようにディスプレイ装置３には主として地上の風景が表示されるのであり、その風景が現実的な大きさで認識できる程度に、ディスプレイ装置３の画面の大きさや、ディスプレイ装置３と乗り物１との距離が設定されるのである。このことにより、乗り物１に乗った被訓練者はディスプレイ装置３の画面に表示された画像による臨場感を得ることができる。なお、ディスプレイ装置３の画面に表示する画像は、実写のほかアニメーション（手描きやコンピュータグラフィックスによる）でもよい。
【００３０】
以下の説明を容易にするために、乗り物１を中心とする座標系を導入する。すなわち、乗り物１の前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、原点をパラレルメカニズム２の固定台２１の中心とする右手系の直交座標系を設定する。また、ディスプレイ装置３の画面はＹＺ平面に平行であるものとする。しかして、パラレルメカニズム２の可動台２２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向に平行移動が可能であるとともに、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りに回転移動が可能であることになる。Ｘ軸回りの回転をロール、Ｙ軸回りの回転をピッチ、Ｚ軸回りの回転をヨーと呼ぶ。
【００３１】
制御装置４はコンピュータ装置を用いて構成されたものであり、図３に示すように、ディスプレイ装置３の画面に表示する画像情報を格納した媒体４１の読出装置４２を制御する。この種の媒体４１としてはビデオテープを用いてもよいが、ランダムアクセスが可能なものを用いることが望ましい。つまり、映像情報は現状の技術では、ビデオＣＤ、レーザディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスクから選択される媒体４１を用いて記録される。また、近く実用化されるＤＶＤ（デジタルビデオディスク）を用いることも可能と考えられる。
【００３２】
制御装置４は、キーボードやマウスなどからなるデータ入力部４３によりメモリよりなるデータ記憶部４４にあらかじめ書き込まれた制御情報と、上述した媒体４１に映像情報とともに書き込んである進路情報とに基づいてパラレルメカニズム２を制御する。データ入力部４３としては、馬の適宜箇所にマークを取り付けるとともにマークの位置を撮像した画像を解析するものを用いてもよい。進路情報は、ディスプレイ装置３に表示される進路（道の場合が多いが、必ずしも道ではなくてもよい）におけるＹ軸回りの傾き（つまり上り坂や下り坂の角度）、Ｚ軸回りの角度変化（つまり進路の左右の曲がり角度）に関する情報であって、制御情報によってパラレルメカニズムの基本的な動作を決めるとともに、進路情報によって制御情報を補正することによってディスプレイ装置３の画面に表示される画像と乗り物１の動作による体感とをほぼ一致させることができるのである。ここで、進路情報にはＸ軸回りの傾き（つまり進路の左右の傾斜の角度）を含んでいないが、一般的な道ではこの情報を省略しても差支えがないからであり、この情報を省略することで進路情報の作成作業が軽減されることになる。ただし、より現実に近いシミュレーションを行なう場合にはこの情報も含めてよい。
【００３３】
上述のように、媒体４１には映像情報と進路情報とが含まれているから、読出装置４２により読み出した映像情報と進路情報とを分離することが必要である。そこで、映像制御部４５では映像情報と進路情報とを分離し、映像情報をディスプレイ装置３に与えて画面に表示させるのである。また、映像制御部４５は制御情報と進路情報とに基づいてディスプレイ装置３の画面での映像のコマ送りの速さ（つまり媒体４１からの映像情報および進路情報の読出の速さ）を制御する機能も備える。制御情報は演算部４０において映像制御部４５で分離された進路情報に基づいて補正され、補正結果は映像制御部４５に返されてディスプレイ装置３に表示される映像のコマ送りの速さが制御される。また、演算部４０は補正結果をパラレルメカニズム２の各脚２３の長さに変換する演算（逆運動学計算）を行ない、演算結果をアクチュエータ制御部４７に与える。アクチュエータ制御部４７では演算部４０で求めた各脚２３の長さに応じたアクチュエータ２３ｃの動作量を求め、この動作量に従って駆動部４８を介してアクチュエータ２３ｃを駆動する。駆動部４８はアクチュエータ制御部４７で求めた動作量に基づいてアクチュエータ２３ｃへの通電を制御する。
【００３４】
ところで、データ記憶部４４に格納される制御情報は、表１のように、乗り物１に関して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ（ｉは整数）と、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの回転角度（ロール、ピッチ、ヨー）θ_Ｘｉ，θ_Ｙｉ，θ_Ｚｉ（ｉは整数）との６つ組を一定時間間隔で設定したものである。この制御情報は、馬上での振動を模擬したデータであり、常足、速歩、駆歩（目的によっては襲歩や荒馬の動作を含む）などにおける一連の振動パターンが格納されている。たとえば、常足であれば馬の４節の動きを一連の振動パターンとし、この振動パターンを一定時間間隔で区切るとともに、各区切りごとに上記６つ組を設定することになる。
【００３５】
【表１】

【００３６】
ところで、一連の振動パターンにおける最初の６つ組と最後の６つ組とは同内容に設定してある。また、互いに異なる振動パターンにおいても、最初の６つ組と最後の６つ組とは同内容に設定してある。このことによって、振動パターンを途中で切り換える場合でも、一連の振動パターンの終了時点で次の一連の振動パターンに移行させれば、違和感なく異なる振動パターンに移行させることができるのである。振動パターンの選択は、施療パターン設定部４６において行なう。施療パターン設定部４６は、振動パターンの順序と繰り返しの時間（回数でもよい）とを設定するものであり、キーボードやマウスのような入力装置から入力したデータを用いて表２のようなタイムテーブルとして記憶する。入力装置はデータ入力部４３と共用することも可能である。
【００３７】
【表２】

【００３８】
いま、施療パターン設定部４６が、振動パターンとしてＡ，Ｂ，Ｃの３種類を選択し、Ａ，Ｂ，Ｃの順でそれぞれ継続時間を２分、５分、３分に設定しているものとする。この場合、乗り物１を駆動する施療パターンは図４のようになる。このように、基本的な振動パターンの順序や継続時間を様々に組み合わせることによって、いろいろな施療パターンを設定することができる。その結果、施療パターンが単調になって被訓練者が飽きたり、被訓練者が施療パターンを学習し慣れによって訓練の効果が低減したりするのを防止することができる。慣れによる訓練効果の低減というのは、被訓練者が惰性で訓練を続けることによって、意欲が減退したり身体の応答に緊張感がなくなるという意味である。施療パターンが単調になるのを防止するために、タイムテーブルにおける振動パターンの選択、振動パターンの順序、継続時間の少なくとも一つの要素を不規則に変化させるように、乱数を発生させその乱数に基づいてこれらの要素を決定してもよい。
【００３９】
乱数によって施療パターンを設定するには、次のような手順で処理すればよい。すなわち、施療パターン設定部４６では乱数を発生させるとともに、データ記憶部４４に格納された振動パターンの個数分の除数で乱数を除算する。たとえば、５種類の振動パターンがデータ記憶部４４に格納されているとすれば、５を除数とし乱数を被除数として除算し、その剰余を各振動パターンに対応付けるのである。さらに具体的に説明すれば、振動パターンがＡ〜Ｅの５種類であるとすれば、剰余が０のときに振動パターンＡを選択し、剰余が１のときには振動パターンＢを選択するというようにして、適宜個数の乱数列に振動パターンを対応付けることができるのである。なお、乱数を０〜４の範囲で発生させるようにすれば除算は不要である。また、振動パターンだけではなく、継続時間についても同様にすればよく、たとえば２分、４分、６分、８分、１０分の５種類の継続時間をあらかじめ用意しておき、除数を５として乱数を除算し、剰余が０なら２分、１なら４分というように、乱数列に合わせて継続時間を設定することができる。このように、適宜個数の乱数列を生成すれば、施療パターンを容易に設定することができる。乱数列は施療パターン設定部４６において発生させるのではなく、乱数表を用いて人が入力してもよい。
【００４０】
施療パターンにはラベルを付けて、ラベルによる施療パターンの選択を可能にしてある。ラベルとしては、被訓練者の名前や被訓練者ごとに作成したカルテの番号などを用いる。このように施療パターンにラベル付けをしておけば、２度目からはラベルの指定のみで被訓練者にてきした施療パターンを選択することができ、被訓練者に適していない誤った施療パターンを設定する可能性が低減する。
【００４１】
上述のようにして施療パターンが設定されると、パラレルメカニズム２を制御して乗り物１を駆動することが可能であるが、乗り物１の駆動を開始したときや駆動を停止したときに、その変化が急であると被訓練者がその変化に対応することができず、乗り物１からずれたり落ちたりすることも考えられる。そこで、施療パターンの開始部分と終了部分とでは、徐々に加減速するように制御するのが望ましい。このような動作を実現するために、施療パターンには１以下の係数を乗じるようにし、施療パターンの開始部分と終了部分とでは時間経過に伴って係数を変化させる。いま、施療パターンが図５（ａ）に示す形であるとすれば、図５（ｂ）のように最初の１個の振動パターンに０から１に向かって徐々に増加する係数を乗じ、最後の１個の振動パターンに１から０に向かって徐々に減少する係数を乗じるのである。施療パターンの他の部分では係数は１になる。施療パターンにこのような加工を施すことによって、図５（ｃ）のように開始部分と終了部分の動きが時間経過に伴って増減するような施療パターンを得ることができる。つまり、乗り物１の急激な加減速を防止することができ、安全に訓練することができる。なお、施療パターンの開始部分と終了部分との係数は、図５（ｂ）に実線で示すように時間経過に伴って直線的に変化させたり、一点鎖線で示すように時間経過に伴って適宜の曲線に沿って変化させたりすればよい。
【００４２】
上述した動作は基本的な施療パターンの設定であるが、上述したように、乗り物１の位置を制御するに際して、施療パターンはディスプレイ装置３に表示される画像に対応付けて演算部４０で補正される。つまり、媒体４１にはディスプレイ装置３に画像を表示するための映像情報に対応付けて進路情報が格納されており、演算部４０では進路情報（Ｙ軸回りとＺ軸回りの角度）を施療パターン（制御情報）のＹ軸回りとＺ軸回りとの各角度にそれぞれ加算することにより、制御情報を補正するのである。
【００４３】
さらに具体的に説明すると、媒体４１に格納された進路情報は、ディスプレイ装置３に表示される画像内での進行方向についてＹ軸回りの角度φ_ＹｉとＺ軸回りの角度φ_Ｚｉとからなり、これらを施療パターンに加算することによって乗り物１のＹ軸回りおよびＺ軸回りの角度Θ_Ｙｉ，Θ_Ｚｉを決定することができる。すなわち、制御情報のうちピッチとヨーとがそれぞれθ_Ｙｉ，θ_Ｚｉであるとすると、以下のような補正がなされる。
Θ_Ｙｉ＝θ_Ｙｉ＋φ_Ｙｉ
Θ_Ｚｉ＝θ_Ｚｉ＋φ_Ｚｉ
したがって、制御情報が表１のように設定されているとすると、演算部４０で補正された乗り物１の位置は表３のように表されることになる。
【００４４】
【表３】

【００４５】
さらに、演算部４０では表３の各時刻のデータに逆運動学計算を施すことによってパラレルメカニズム２の各脚２３の長さＬ_ｉｊに変換するのであって、表４のように、一定時間間隔での６本の脚（表４では脚１〜６で表してある）２３の長さＬ_ｉｊが求められる。
【００４６】
【表４】

【００４７】
したがって、図６に示すように、パラレルメカニズム２の各脚２３の長さＬ_ｉｊを図６のように時間とともに変化させる経路追従制御が可能になる。なお、図６では脚２３の長さＬ_ｉｊについて初期長を基準長さとして表してある。
【００４８】
以上説明したように、乗り物１の基本的な振動パターンをデータ記憶部４４に複数種類格納しておき、これらの振動パターンを適宜に組み合わせた施療パターンを生成するとともに、ディスプレイ装置３に表示される画像の映像情報とともに媒体４１に格納されている進路情報を用いて施療パターンを補正するから、ディスプレイ装置３に表示される画像の変化に合致するように乗り物１を駆動する（つまり、上り下りや左右の曲がりを模擬する）ことが可能になるのである。
【００４９】
また、施療パターンは複数の振動パターンを各種に組み合わせて生成されるから、比較的少数の振動パターンを用いながらも複雑な施療パターンを生成することができ、単調な施療パターンの繰り返しによる被訓練者の慣れを防止することが可能である。しかも、施療パターンは基本的な振動パターンの組み合わせであるから経済的に生成することができる。
【００５０】
（実施形態２）
実施形態１では、データ記憶部４４に格納する制御情報（振動パターン）を一定時間間隔の位置Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ・角度θ_Ｘｉ，θ_Ｙｉ，θ_Ｚｉのデータからなる６つ組としていたが、本実施形態は表５に示すように、速度Ｖ_Ｘｉ，Ｖ_Ｙｉ，Ｖ_Ｚｉ・角速度ω_Ｘｉ，ω_Ｙｉ，ω_Ｚｉの６つ組としてある。
【００５１】
【表５】

【００５２】
パラレルメカニズム２を駆動するには、位置Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ・角度θ_Ｘｉ，θ_Ｙｉ，θ_Ｚｉのデータを用いる必要があるから、演算部４０では、速度Ｖ_Ｘｉ，Ｖ_Ｙｉ，Ｖ_Ｚｉ・角速度ω_Ｘｉ，ω_Ｙｉ，ω_Ｚｉのデータに数１を適用して位置Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ，Ｚ_ｉ・角度θ_Ｘｉ，θ_Ｙｉ，θ_Ｚｉのデータ形で変換するのである。このように、速度Ｖ_Ｘｉ，Ｖ_Ｙｉ，Ｖ_Ｚｉ・角速度ω_Ｘｉ，ω_Ｙｉ，ω_Ｚｉのデータを用いると、速度変化つまり加速度感の設定が容易になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００５３】
【数１】

【００５４】
（実施形態３）
本実施形態は、表６に示すように、施療パターンとして振動パターンの順序と継続時間とのほかに、速度の情報も設定してある。表６では各振動パターンごとに速度を設定してあるが、同じ振動パターンで速度を別に設定してもよい。表６に示した施療パターンは図７（ａ）のようになる。
【００５５】
【表６】

【００５６】
施療パターンの速度情報は、演算部４０においてパラレルメカニズム２に与えるデータの時間間隔の制御に用いられる。つまり、実施形態１では一定時間間隔でパラレルメカニズム２を制御しているが、本実施形態では速度情報に応じて時間間隔を変化させるのである。また、この速度情報は映像制御部４５に与えられることによって、ディスプレイ装置３の画面表示の送り速度を制御する。つまり、速度が速くなれば適宜にコマを飛ばし、速度が遅くなれば同じコマを必要回数だけ繰り返して表示するのである。このような制御によって、ディスプレイ装置３の画面表示の送り速度が図７（ｂ）のように変化することになる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００５７】
（実施形態４）
本実施形態は、図８に示すように、被訓練者の訓練状態を検出するための訓練状態検出手段としてセンサ５１およびセンサ信号判定部５２を付加したものである。センサ５１としては、被訓練者の生理情報を検出する脈拍検出装置や血圧検出装置、あるいは被訓練者の動きを検出する加速度センサ５３などを用いることができる。
【００５８】
脈拍検出装置や血圧検出装置は訓練中の生理情報を検出する必要があるから、脈拍検出装置としては、被訓練者の耳たぶに光電センサを取り付けて血流の変化を検出するものや、被訓練者の胸部にベルト状の電極を取り付けて心電を検出するものを用いる。血圧検出装置は、指や手首に取り付ける形式のものを用いるのが望ましい。なお、これらの生理情報は目安として検出すればよいから、たとえば１分毎などに生理情報を検出することができるものでよい。
【００５９】
一方、加速度センサ５３は、図９に示すように、帽子状の装着具５４を備え、装着具５４に対して前後方向と左右方向との加速度を検出することができるものを用いる。このような加速度センサ５３を訓練中の被訓練者に被せることによって、被訓練者の頭部の動きを検出することが可能になる。つまり、加速度センサ５３により検出される加速度が大きいということは、被訓練者が乗り物１の動きに追随して身体を動かすことができないと判断することができる。
【００６０】
しかして、センサ５１により検出される脈拍、血圧、加速度のいずれも所定値より大きくなれば、被訓練者の生理機能や運動機能が訓練に追随できないことを意味するから、図１０に示すように、センサ５１の種類に応じて被訓練者ごとの閾値ＴＨを設定しておき、センサ５１の出力が閾値ＴＨを越えると乗り物１の動きを減速し、その後は閾値ＴＨを下回ると加速し、閾値ＴＨを上回ると減速するという動作を繰り返すことによって、閾値ＴＨ付近に保つようにする。このような被訓練者の状態の管理によって被訓練者が無理をすることなく、また逆に軽過ぎる負荷になることもなく訓練を継続することができるのであって、安全かつ効果的な訓練が可能になる。また、あらかじめ設定した施療時間が経過すれば、乗り物１の動きを停止させればよい。さらに、乗り物１の動きを加減速するだけではなく、乗り物１の傾き角度も増減させることによって乗り物１の振幅を増減させれば一層安全に訓練することができる。
【００６１】
乗り物１の動きの加減速には、図１０（ｂ）に示すように、演算部４０から出力される一定時間間隔のデータにおける時間間隔ΔＴを増減させればよく、乗り物１の傾き角度を増減させるには、演算部４０から出力される角度に１以下の係数を乗じるとともに時間経過に伴ってこの係数を増減させればよい。
【００６２】
上記動作をまとめると、図１１のようになる。すなわち、制御装置４は、センサ５１の出力に対する閾値ＴＨを設定した後に（Ｓ１）、乗り物１の駆動を開始させる（Ｓ２）。次に、センサ５１の出力をセンサ信号判定部５２に取り込み、センサ５１の出力値が閾値ＴＨを上回ったか否かを判定する（Ｓ４）。閾値ＴＨを一旦越えると、乗り物１の動きを減速するとともに、傾き角度を減少させるように制御し（Ｓ５）、センサ５１の出力をセンサ信号判定部５２に再び取り込み、センサ５１の出力値が閾値ＴＨを下回ったか否かを判定する（Ｓ７）。ステップＳ７において依然としてセンサ５１の出力値が閾値ＴＨを上回っているときには、乗り物１の動きを減速し、傾き角度を減少させる制御を続ける。閾値ＴＨを下回った場合には、乗り物１の動きを加速するとともに、傾き角度を増大させるように制御する（Ｓ８）。その後、センサ５１の出力をセンサ信号判定部５２に取り込み、センサ５１の出力値が閾値ＴＨを上回ったか否かを判定する（Ｓ１０）。ステップＳ１０において依然としてセンサ５１の出力値が閾値ＴＨを下回っているときには、乗り物１の動きを加速し、傾き角度を増加させる制御を続ける。閾値ＴＨを越えた場合には、ステップＳ５に戻り、乗り物１の動きを減速するとともに、傾き角度を減少させる。このようにステップＳ５〜Ｓ１０の処理を、所定の施療時間が終了するまで（Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９）繰り返して、センサ５１の出力値が閾値ＴＨ付近に保たれるように制御する。施療時間が終了すれば乗り物１を停止させる。なお、別に上限の閾値を設定し、上限の閾値を越えた場合にはただちに乗り物１を停止方向に制御するようにしてもよい。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００６３】
（実施形態５）
上述の各実施形態では、乗り物１の動きやディスプレイ装置３の表示に関する情報があらかじめ与えられており、被訓練者が訓練中に操作することはできないものであった。本実施形態では、乗り物１の動きおよびディスプレイ装置３の表示の速度が被訓練者により可変である例を示す。つまり、図１２に示すように、演算部４０に対して外部指令入力部４９から速度の指示を与えるようにしてある。外部指令入力部４９は、図１３に示すように、乗り物１に付加した加速指示手段としてのアクセル１２および減速指示手段としてのブレーキ１３よりなる。
【００６４】
アクセル１２は、図１４に示すように、乗り物の胴の下部の両側面に取り付けられており、アクセル１２に作用する圧力を検出するように構成されている。つまり、アクセル１２は、図１５に示すように、ゴムのような弾性体よりなる受圧板１２ａに、光ファイバ１２ｂを蛇行させて形成した圧力センサ１２ｃを重ね合わせたものであり、圧力センサ１２ｃに圧力が作用すると光ファイバ１２ｂが変形するようにしてある。光ファイバ１２ｂの一端には発光素子が設けられ他端には受光素子が設けられている。しかして、圧力センサ１２ｃに圧力が作用すると光ファイバ１２ｂの変形によって受光量が減少するから、受光素子での受光光量に基づいてアクセル１２に作用する圧力を検出することができる。ここで、外部指令入力部４９は、アクセル１２に作用する圧力が所定値以上で所定時間以上継続したときに速度の増加が指示されたと認識する。
【００６５】
一方、ブレーキ１３は、図１６に示すように、馬銜環１３ａを介して手綱１３ｂを取り付けている馬銜バー１３ｃと、馬銜バー１３ｃの各端部との距離を検出する距離センサ１３ｄとにより構成されている。距離センサ１３ｄは、光ビームを投光し受光スポットの像の位置に基づいて三角測量を行なう光学式のもの、高周波電磁界を形成し金属の接近によるインピーダンス（渦電流）の変化を検出する高周波電磁界式のもの、あるいは周囲の静電容量の変化を検出する静電容量式のもののうちいずれを用いてもよいが、ここでは乗り物１が振動するから、振動による誤差が生じにくくかつ比較的入手しやすい高周波電磁界式のものを用いるのが望ましい。また、馬銜バー１３ｃには金属板よりなるターゲット１３ｅを取り付けておき、周囲環境の変化による誤差が生じにくいようにしてある。また、馬銜バー１３ｃは中央部が乗り物１に固定され、かつ固定部位の両側に弾性を有したばね部１３ｆを有しているのであって、ターゲット１３ｅはばね部１３ｆよりも端部側に固着される。外部指令入力部４９は、手綱１３ｂを引いて馬銜バー１３ｃの両端部が同時に距離センサ１３ｄに近づけられ、その距離がともに所定値以下になったときに速度の減少が指示されたと認識する。
【００６６】
速度の増加ないし減少が指示されると、演算部４０ではパラレルメカニズム２を制御する時間間隔ΔＴを変化させ、またディスプレイ装置３に表示する画像の送り速度を調節する。これらの速度の制御は実施形態４と同様である。つまり、図１７に示すように、アクセル１２により速度増が指示されると（同図（ａ））時間間隔ΔＴを短くし（同図（ｃ）（ｄ））、ブレーキ１３により速度減が指示されると（同図（ｂ））時間間隔ΔＴを長くする（同図（ｃ）（ｄ））。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、被訓練者に腰を使ってバランスをとらせることによって、腰部筋肉の訓練や腰椎可動範囲の確保の効果が期待でき、しかも、施療パターンが複数種類の振動パターンを時系列的に配列して構成されているから、座席を動かす施療パターンを不規則的に変化させることによって、馴れを防ぐとともに訓練を飽きさせることなく継続させるのが容易になる。
【００６８】
また、施療パターンを基本的な振動パターンの組み合わせで構成することができるから、複数種類の振動パターンを用意しておくことによって、非常に多くの施療パターンを作成することができるという利点がある。つまり、被訓練者の能力、適性、訓練目的などに応じて各種の施療パターンを作成する際に、複数の振動パターンの順序や継続時間を設定する作業を行なうだけであるから、多大な作業時間を必要とせずに施療パターンを作成することができるという利点がある。
【００７０】
さらに、すべての振動パターンは始点と終点とにおける座席の位置および傾きが同内容に設定されているから、施療パターンを構成するにあたってどの振動パターンを時系列的に配列しても、振動パターン同士のつなぎ目は同内容になって不連続にならず、駆動手段を滑らかに動作させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す斜視図である。
【図２】同上に用いるパラレルメカニズムの斜視図である。
【図３】同上のブロック図である。
【図４】同上の施療パターンの一例を示す動作説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】本発明の実施形態３を示す動作説明図である。
【図８】本発明の実施形態４を示すブロック図である。
【図９】同上に用いる加速度センサを示す斜視図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】本発明の実施形態５を示すブロック図である。
【図１３】同上に用いる乗り物の側面図である。
【図１４】同上に用いる乗り物の正面図である。
【図１５】同上に用いるアクセルを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１６】同上に用いるブレーキの概略構成図である。
【図１７】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１乗り物
２パラレルメカニズム
３ディスプレイ装置
４制御装置
１１座席
１２アクセル
１３ブレーキ
２１固定台
２２可動台
２３脚
２３ｃアクチュエータ
２４ｂユニバーサルジョイント
４０演算部
４３データ入力部
４４データ記憶部
４７アクチュエータ制御部
５１センサ
５２センサ信号判定部
５３加速度センサ
５４装着具

Claims

被訓練者が乗る座席を有する乗り物と、被訓練者に負荷がかかる動きを座席に与える駆動手段と、駆動手段により座席を動かす施療パターンを不規則的に変化させる制御手段とを備え、制御手段は、座席の動きを決める一連の振動パターンを複数種類備え、すべての振動パターンは始点と終点とにおける座席の位置および傾きが同内容に設定されており、施療パターンは複数種類の振動パターンを時系列的に配列して構成されていることを特徴とする運動機能賦活装置。
前記駆動手段は、前記座席を前後方向、左右方向、上下方向に移動可能とするとともに前後軸、左右軸、上下軸の回りに回動可能とすることを特徴とする請求項１記載の運動機能賦活装置。
前記座席は被訓練者が跨がる形で乗る鞍形であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の運動機能賦活装置。