JP4239213B2 - 歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行機能が低下したり、あるいは歩行障害を持つ患者（以下、訓練者と呼ぶ）の歩行を誘発する歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下肢機能低下の矯正、筋・骨格系統の機能の改善、あるいは健康状態の維持・改善を図ることを目的として、関節可動域訓練、筋力増強訓練、持続力増強訓練、協調性訓練あるいは神経筋再教育をなどの医学的リハビリテーションにおける運動療法を実施するための肢体駆動装置、あるいは整形外科における関節軟部組織修復と関節可動域維持・拡大を目的として、関節他動運動を実施するための肢体駆動装置、あるいは体力向上など健康増進のための訓練を目的とした肢体駆動装置が提案されている。
この種の肢体駆動装置の中で、例えば特許文献１に記載の歩行介助装置が提案されている。該歩行介助装置では、訓練者の歩行を介助する移動体と、この移動体に設けられ、訓練者の自重を支える支持部と、訓練者が歩行する方向の力を検出する検出器と、前記検出器から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ている。その結果、訓練者が歩行環境による疲労を受けず、日常生活に対応し得る歩行が可能になり、訓練者の生活環境を著しく改善させることができる。
その他、歩行機能回復用肢体駆動装置として、従来の機構構成に加え、訓練者の上肢を支持・駆動する上肢駆動機構を備え、上肢駆動機構が前記下肢駆動機構、および下肢環境提示機構と協調して動作することを特徴とする、歩行機能回復用肢体駆動装置が、例えば特許文献２（未公開）に記載されている。以下、特許文献２の構成を簡単に図面を用いて説明する。
図６において、１０１は全体機構ベース部、１０２は体幹支持機構回転機構ベース部、１０３は体幹支持機構回転機構、１０４は下肢駆動機構駆動ベース回転機構、１０５は下肢駆動機構、１０６は体幹支持機構（体幹支持ベッド機構）、１０７はディスプレイ、１０８は下肢環境提示機構、１０９は訓練者である。
以上の構成において、全体機構ベース部１０１と、その全体機構ベース部１０１の上に設けられ、体幹支持機構回転機構ベース部１０２と体幹支持機構回転機構１０３を備えて訓練者１０９の体幹を任意の傾斜角度で支持することができる体幹支持機構１０６と、その体幹支持機構１０６に連結され、下肢駆動機構駆動ベース回転機構１０４と訓練者１０９の右下肢と左下肢とをそれぞれ独立に支持・駆動する下肢駆動機構１０５と、前記全体機構ベース部１０１に設けられ、前記下肢の環境を提示することができる下肢環境提示機構１０８とから構成される。
上記手段により、訓練者の上肢を支持し、駆動することができ、また上肢と下肢との協調的な運動訓練を実施することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３２９１８６号公報
【特許文献２】
特願２００２−００１４５６号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の肢体駆動装置においては、脚の振り出しを誘発するために上肢駆動機構を用いて腕を左右に回転させていたが、腰部を固定しているために効果的な歩行訓練が行われず、また腰部を固定しているために歩行時の腰部の動きを再現することができなかった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、腰部揺動による骨盤帯のコントロールによって脚の振り出しを誘発し、また実際の歩行時の上体および腰部の動きを再現した歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の発明に係る歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置は、訓練者の左右の下腿部を把持する下腿スプリントを先端に備えると共に、前記左右の下腿部を駆動させる下腿駆動部と、前記訓練者の左右の大腿部を把持する大腿スプリントを先端に備えると共に、前記左右の大腿部を駆動させる大腿駆動部と、前記訓練者の左右の下腿部および大腿部にかかる負荷を検出する力センサと、前記訓練者の左右の下腿部および大腿部の角度を検出する角度センサと、前記力センサによって検出された負荷および前記角度センサによって検出された角度によって前記下腿駆動部および前記大腿駆動部を制御する制御部と、前記訓練者の体幹部を支持する体幹支持部と、前記訓練者の上肢を揺動する上肢駆動機構を備えた下肢訓練装置において、前記訓練者の腰部を保持する腰部保持部と前記腰部保持部の内側に取付けられた腰部揺動エアパックを備え、前記協調動作制御部が前記腰部揺動エアパックをコントロールすることにより、腰部を前後へスライドさせたり、あるいは左右へ回旋させる腰部揺動機構を備え、前記制御部が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに前記大腿駆動部、前記下腿駆動部、前記上肢駆動機構および前記腰部揺動機構を協調動作させる協調動作制御部を備え、腰部揺動による脚の振り出しを誘発するようにしたものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載の歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置において、前記訓練者の上体を前後へ傾斜させる前記上体前後傾機構を備え、前記制御部が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに前記大腿駆動部、前記下腿駆動部、前記上肢駆動機構、前記腰部揺動機構、上体前後傾機構を協調動作させる前記協調動作制御部を備えたものである。
【０００９】
請求項３の発明は，請求項１または２の何れかの項に記載の歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置において、前記上体前後傾機構が、前記上体前後傾駆動部と前記上体前後傾スライド部を備え、前記協調動作制御部が前記体幹支持部を前記上体前後傾駆動部によって前後に傾斜させ、前記訓練者の背面と前記体幹支持部との摩擦を前記上体前後傾スライド部によって軽減させることにより、前記訓練者の上体を前後に傾斜させるようにしたものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から３の何れかの項に記載の歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置において、前記協調動作制御部が、前記上肢駆動機構、前記腰部揺動機構、前記上体前後傾機構の少なくとも一つを選択的に用い、歩行訓練時の脚の振り出しなどを模擬し、前記訓練者が歩行訓練を行う際に前記大腿駆動部と前記下腿駆動部と協調動作を行わせることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
本発明の第１実施例について、図１に基づいて説明する。
すなわち、図１は本発明の第１実施例を示す歩行誘発機能を備えた両下肢訓練装置の構成図である。
図１において、１は訓練者、２Ｒは右下腿スプリント、２Ｌは左下腿スプリント、３ａＲ、３ｂＲは右下腿駆動部、３ａＬ、３ｂＬは左下腿駆動部、４Ｒは右大腿スプリント、４Ｌは左大腿スプリント、５Ｒは右大腿駆動部、５Ｌは左大腿駆動部、６ａＲ、６ｂＲは右力センサ、６ａＬ、６ｂＬは左力センサ、７ａＲ、７ｂＲ、７ｃＲは右角度センサ、７ａＬ、７ｂＬ、７ｃＬは左角度センサ、８は制御部、９は下肢訓練装置、１０は体幹支持部、１１は上肢駆動機構、１２は腰部揺動機構、１４は協調動作制御部である。
以上の構成において、医師や理学療法士が訓練者１を下肢訓練装置９に移乗させ、図示しない操作パネルにて訓練内容（訓練時間、繰り返し回数、後述するインピーダンス制御の柔らかさ、後述する訓練パターンなど）を設定する。
下肢訓練装置９は、訓練者１の下腿を下腿スプリント２Ｒ、２Ｌに、大腿を大腿スプリント４Ｒ、４Ｌに固定する。下腿駆動部３ａＲ、３ｂＲ、３ａＬ、３ｂＬおよび大腿駆動部５Ｒ、５Ｌ、制御部８に医師や理学療法士によって教示される訓練者１が行う訓練パターンを記憶させ、制御部８より記憶した医師や理学療法士が設定した訓練内容と訓練パターンまたは設定された歩行訓練パターンを読み出し、繰り返し訓練をする。繰り返し訓練をする際に力センサ６ａＲ、６ｂＲ、６ａＬ、６ｂＬおよび角度センサ７ａＲ、７ｂＲ、７ｃＲ、７ａＬ、７ｂＬ、７ｃＬにて計測された情報より訓練中に訓練者１へ過負荷がかからぬようにインピーダンス制御を制御部８にて行う。また訓練者１の膝・股・足関節角度が関節可動域を越えて危険な状態にならぬように、力センサ６ａＲ、６ｂＲ、６ａＬ、６ｂＬおよび７ａＲ、７ｂＲ、７ｃＲ、７ａＬ、７ｂＬ、７ｃＬにて計測された情報より算出された膝・股・足関節角度を制御部８にて監視する。また協調動作制御部１４が医師や理学療法士によって教示される訓練パターンや設定された歩行訓練パターンに協調させて、上肢駆動機構１１や腰部揺動機構１２を制御する。これにより腰部揺動による骨盤帯のコントロールによって脚の振り出しを誘発し、また実際の歩行時の腰部の動きを再現した装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の第１実施例は、訓練者１の腰部を揺動する腰部揺動機構１２を備え、制御部８が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに大腿駆動部５Ｒ、５Ｌ、下腿駆動部３ａＲ、３ｂＲ、３ａＬ、３ｂＬ、上肢駆動機構１１、腰部揺動機構１２を協調動作させる前記協調動作制御部１４を備える構成にしたので、腰部揺動による骨盤帯のコントロールによって脚の振り出しを誘発し、また実際の歩行時の上体および腰部の動きを再現することができる。
【００１３】
［第２実施例］
本発明の第２実施例について、図２に基づいて説明する。
図２は本発明の第２実施例を示す歩行誘発機能を備えた両下肢訓練装置の構成図である。
図２において、１は訓練者、２Ｒは右下腿スプリント、２Ｌは左下腿スプリント、３ａＲ、３ｂＲは右下腿駆動部、３ａＬ、３ｂＬは左下腿駆動部、４Ｒは右大腿スプリント、４Ｌは左大腿スプリント、５Ｒは右大腿駆動部、５Ｌは左大腿駆動部、６ａＲ、６ｂＲは右力センサ、６ａＬ、６ｂＬは左力センサ、７ａＲ、７ｂＲ、７ｃＲは右角度センサ、７ａＬ、７ｂＬ、７ｃＬは左角度センサ、８は制御部、９は下肢訓練装置、１０は体幹支持部、１１は上肢駆動機構、１２は腰部揺動機構、１３は上体前後傾機構、１４は協調動作制御部である。以上の構成において、協調動作制御部１４が医師や理学療法士によって教示される訓練パターンや設定された歩行訓練パターンに協調させて、上肢駆動機構１１や腰部揺動機構１２、上体前後傾機構１３を制御する。
【００１４】
本発明の第２実施例は、訓練者１の上体を前後へ傾斜させる前記上体前後傾機構１３を備え、制御部８が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに大腿駆動部５Ｒ、５Ｌ、下腿駆動部３ａＲ、３ｂＲ、３ａＬ、３ｂＬ、上肢駆動機構１１、腰部揺動機構１２、上体前後傾機構１３を協調動作させる協調動作制御部１４により構成したので、制御部８に備えた協調動作制御部１４が大腿駆動部５Ｒ、５Ｌ、下腿駆動部３ａＲ、３ｂＲ、３ａＬ、３ｂＬ、上肢駆動機構１１、腰部揺動機構１２、上体前後傾機構１３を協調動作させる制御を行い、上体を前後に傾斜させることによって脚の振り出しを誘発し、実際の歩行時の上体が前後へ傾斜する動きを再現することができる。
【００１５】
［第３実施例］
本発明の第３実施例について、図３および図５に基づいて説明する。
図３は本発明の第３実施例に係る腰部揺動機構を説明する図であって、（ａ）は腰部揺動エアパックを用いた例、（ｂ）は腰部揺動駆動部を用いた例である。図５は本発明の第３実施例，後述の第５実施例に係る腰部揺動例を説明する図であって、（ａ）は前方スライドパターン、（ｂ）は後方スライドパターン、（ｃ）および（ｅ）は左回旋パターン、（ｄ）および（ｆ）は右回旋パターンの例である。
図３および図５において、１は訓練者、１０は体幹支持部、１２は腰部揺動機構、１５は腰部保持部、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは腰部揺動エアパック、１７は腰部揺動駆動部、１８は腰部保護クッション材である。以上の構成によって、前記動作制御部１４が、前記訓練者１の体幹を前方へスライドさせる時には前方スライドパターンａ、体幹を後方へスライドさせる時には後方スライドパターンｂ、前記訓練者１の腰部を左に回旋させる時には左回旋パターンｃまたはｅ、前記訓練者１の腰部を右に回旋させる時には右回旋パターンｄまたはｆのように腰部揺動機構の各要素を制御する。
【００１６】
本発明の第３実施例は、腰部揺動機構１２が腰部保持部１５と腰部揺動エアパック１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄもしくは腰部揺動駆動部１７を備えたので、協調動作制御部１４が腰部保持部１５の内側に取付けられた腰部揺動エアパック１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄをコントロールすることにより、訓前者１の腰部を前後へスライドさせることや左右へ回旋させることがでぉる。
また、協調動作制御部１４が腰部保持部１５を腰部揺動駆動部１７によってコントロールし、訓練者１の腰部を左右へ回旋させることにより、歩行訓練時の足尖離地のタイミングでの脚の振り出しに必要な骨盤帯のコントロールを効果的に行うことができる。
【００１７】
［第４実施例］
本発明の第４実施例について、図４に基づいて説明する。
図４は本発明の第４実施例、後述の第５実施例に係る上体前後傾機構の説明図である。
図４において、１は訓練者、１０は体幹保持部、１３は上体前後傾機構、１９は上体前後傾駆動部、２０は上体前後傾スライド部である。以上の構成において、歩行訓練時の足尖離地のタイミングでの脚の振り出しに合わせて上体を前傾させるなどを行う。
【００１８】
本発明の第４実施例は、上体前後傾機構１３が上体前後傾駆動部１９と上体前後傾スライド部２０を備えたので、協調動作制御部１４が体幹支持部１０を上体前後傾駆動部１９によって前後に傾斜させ、また、訓練者１の背面と体幹支持部１０との摩擦を上体前後傾スライド部２０により軽減させ、そして訓練者１の上体を前後に傾斜させることによって、歩行時のバランス感覚を養うことができる。
【００１９】
［第５実施例］
本発明の第５実施例について、図４および図５に基づいて説明する。
図４、図５において、１は訓練者、１０は体幹保持部、１３は上体前後傾機構、１５は腰部保持部、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは腰部揺動エアパック、１７は腰部揺動駆動部、１８は腰部保護クッション材、１９は上体前後傾駆動部、２０は上体前後傾スライド部である。以上の構成によって、前記協調動作制御部１４が前記上体前後傾機構１３に指令を出すことにより、歩行訓練時の足尖離地のタイミングでの脚の振り出しに合わせて上体を前傾させるなどを行い、前記協調動作制御部１４が前記腰部揺動機構１２に指令を出すことにより、体幹を前方へスライドさせる時には前方スライドパターンａ、体幹を後方へスライドさせる時には後方スライドパターンｂ、右脚の振り出しを誘発する時には左回旋パターンｃまたはｅ、左脚の振り出しを誘発する時には右回旋パターンｄまたはｆのように腰部揺動機構の各要素を制御する。このことにより、歩行訓練時の足尖離地のタイミングでの脚の振り出しや体幹の揺動などの上体と下腿を協調させた動作を再現する。
【００２０】
本発明の第５実施例は、協調動作制御部１４が上肢駆動機構１１、腰部揺動機構１２、上体前後傾機構１３の少なくとも一つを選択的に用い、歩行訓練時の足尖離地のタイミングでの脚の振り出しなどを模擬し、訓練者１が歩行訓練を行う際に大腿駆動部５Ｒ、５Ｌと下腿駆動部３ａＲ、３ｂＲ、３ａＬ、３ｂＬと協調動作を行わせるようにしたので、下肢と腰部、上体を協調させた歩行訓練を行うことで、実際の歩行に近い、より効果的な歩行訓練が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置によれば、以下の効果がある。
（１）第１実施例は，訓練者の腰部を揺動する腰部揺動機構を備え、制御部が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに大腿駆動部、下腿駆動部、上肢駆動機構、腰部揺動機構を協調動作させる協調動作制御部を備える構成にしたため、腰部揺動による骨盤帯のコントロールによって脚の振り出しを誘発し、また実際の歩行時の上体および腰部の動きを再現することができる。
（２）第２実施例は，訓練者の上体を前後へ傾斜させる上体前後傾機構を備え、制御部が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに大腿駆動部、下腿駆動部、上肢駆動機構、腰部揺動機構、上体前後傾機構を協調動作させる協調動作制御部により構成したため」制御部に備えた協調動作制御部が大腿駆動部、下腿駆動部、上肢駆動機構、腰部揺動機構、上体前後傾機構を協調動作させる制御を行い、実際の歩行時の上体が前後へ傾斜する動きを再現することができる。
（３）第３実施例は，腰部揺動機構が腰部保持部と腰部揺動エアパックもしくは腰部揺動駆動部を備えたため、協調動作制御部が腰部保持部の内側に取付けられた腰部揺動エアパックをコントロールすることにより、訓前者の腰部を前後へスライドさせたり、左右へ回旋をさせることがでぉる。
また、協調動作制御部が腰部保持部を腰部揺動駆動部によってコントロールし、訓練者の腰部を左右へ回旋させることにより、歩行訓練時の足尖離地のタイミングでの脚の振り出しに必要な骨盤帯のコントロールを効果的に行うことができる。
（４）第４実施例は，上体前後傾機構が上体前後傾駆動部と上体前後傾スライド部を備えたため、協調動作制御部が体幹支持部を上体前後傾駆動部によって前後に傾斜させ、また、訓練者の背面と体幹支持部との摩擦を上体前後傾スライド部により軽減させ、そして訓練者の上体を前後に傾斜させることによって、歩行時のバランス感覚を養うことができる。
（５）第５実施例は，協調動作制御部が上肢駆動機構、腰部揺動機構、上体前後傾機構の少なくとも一つを選択的に用い、歩行訓練時の足尖離地のタイミングでの脚の振り出しなどを模擬し、訓練者１が歩行訓練を行う際に大腿駆動部と下腿駆動部と協調動作を行わせるようにしたため、下肢と腰部、上体を協調させた歩行訓練を行うことで、実際の歩行に近い、より効果的な歩行訓練が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す歩行誘発機能を備えた両下肢訓練装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る腰部揺動機構を説明する図であって、（ａ）は腰部揺動エアパックを用いた例、（ｂ）は腰部揺動駆動部を用いた例である。
【図４】本発明の第４，第５実施例に係る上体前後傾機構の説明図である。
【図５】本発明の第３、第５実施例に係る腰部揺動機構の腰部揺動例を説明した図であって、（ａ）は前方スライドパターン、（ｂ）は後方スライドパターン、（ｃ）および（ｅ）は左回旋パターン、（ｄ）および（ｆ）は右回旋パターンの例である。
【図６】従来例を示す歩行機能回復用肢体駆動装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 訓練者
２Ｒ 右下腿スプリント
２Ｌ 左下腿スプリント
３ａＲ、３ｂＲ 右下腿駆動部
３ａＬ、３ｂＬ 左下腿駆動部
４Ｒ 右大腿スプリント
４Ｌ 左大腿スプリント
５Ｒ 右大腿駆動部
５Ｌ 左大腿駆動部
６ａＲ、６ｂＲ 右力センサ
６ａＬ、６ｂＬ 左力センサ
７ａＲ、７ｂＲ、７ｃＲ 右角度センサ
７ａＬ、７ｂＬ、７ｃＬ 左角度センサ
８ 制御部
９ 下肢訓練装置
１０ 体幹支持部
１１ 上肢駆動機構
１２ 腰部揺動機構
１３ 上体前後傾機構
１４ 協調動作制御部
１５ 腰部保持部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 腰部揺動エアパック
１７ 腰部揺動駆動部
１８ 腰部保護クッション材
１９ 上体前後傾駆動部
２０ 上体前後傾スライド部

Claims (4)

1. 訓練者の左右の下腿部を把持する下腿スプリントを先端に備えると共に、前記左右の下腿部を駆動させる下腿駆動部と、
   前記訓練者の左右の大腿部を把持する大腿スプリントを先端に備えると共に、前記左右の大腿部を駆動させる大腿駆動部と、
   前記訓練者の左右の下腿部および大腿部にかかる負荷を検出する力センサと、
   前記訓練者の左右の下腿部および大腿部の角度を検出する角度センサと、
   前記力センサによって検出された負荷および前記角度センサによって検出された角度によって前記下腿駆動部および前記大腿駆動部を制御する制御部と、
   前記訓練者の体幹部を支持する体幹支持部と、前記訓練者の上肢を揺動する上肢駆動機構を備えた下肢訓練装置において、
   前記訓練者の腰部を保持する腰部保持部と前記腰部保持部の内側に取付けられた腰部揺動エアパックを備え、前記協調動作制御部が前記腰部揺動エアパックをコントロールすることにより、腰部を前後へスライドさせたり、あるいは左右へ回旋させる腰部揺動機構を備え、
   前記制御部が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに前記大腿駆動部、前記下腿駆動部、前記上肢駆動機構および前記腰部揺動機構を協調動作させる協調動作制御部を備え、腰部揺動による脚の振り出しを誘発するようにした
   ことを特徴とする歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置。
2. 前記訓練者の上体を前後へ傾斜させる上体前後傾機構を備え、
   前記制御部が歩行を模擬した歩行訓練を行うときに前記大腿駆動部、前記下腿駆動部、前記上肢駆動機構、前記腰部揺動機構および前記上体前後傾機構を協調動作させる前記協調動作制御部を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置。
3. 前記上体前後傾機構が、上体前後傾駆動部と上体前後傾スライド部を備え、前記協調動作制御部が前記体幹支持部を前記上体前後傾駆動部によって前後に傾斜させ、前記訓練者の背面と前記体幹支持部との摩擦を前記上体前後傾スライド部によって軽減させることにより、前記訓練者の上体を前後に傾斜させる
   ことを特徴とする請求項１または２の何れかの項に記載の歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置。
4. 前記協調動作制御部が、前記上肢駆動機構、前記腰部揺動機構または前記上体前後傾機構の少なくとも一つを選択的に用い、歩行訓練時の脚の振り出しなどを模擬し、前記訓練者が歩行訓練を行う際に前記大腿駆動部と前記下腿駆動部と協調動作を行わせる
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかの項に記載の歩行誘発機能を備えた下肢訓練装置。

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