JP4341331B2

JP4341331B2 - 下肢訓練装置

Info

Publication number: JP4341331B2
Application number: JP2003276051A
Authority: JP
Inventors: 善太中元; 泰輔榊; 亮吉平田; 誠一郎岡田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: JP2005034481A

Description

本発明は、運動療法あるいは健康増進のための下肢訓練装置に関する。

運動療法等のために、被訓練者の下肢に外部から力を加えて、前記下肢を他動的に運動させる装置が各種提案されている。例えば、特許文献１には平面上に平行に配置された左右の軌道上を往復動する左右一対の足載置部材を備え、前記足載置部材に被訓練者の足を載置して左右の足を前記に運動させる下肢訓練装置が開示されている。また、特許文献２には被訓練者の大腿及び下腿をロボットアームに取り付け、前記ロボットアームによって被訓練者の下肢を運動させる装置が開示されている。
特開２００１−１７８８４７号特開２００２−３４５９０７号

しかしながら、特許文献１の装置は比較的に小型軽量の装置ではあるが、平面上において両足を互いに反対方向へ往復する運動を行わせているので足底が常に接地しており、被訓練者が歩行訓練時の足部軌道の立脚期(歩行時の足裏が地面に接している期間)と遊脚期(歩行時の足部が地面から離れている期間)を識別することができない。そのために訓練の実効が上がらないという問題があった。
特許文献２の装置は、複数のロボットアームによって両下肢の駆動するので装置自体が大きく、総重量が重い。そのため、設置条件として広い空間と大きな床耐荷重が必要となり、訓練を行う事のできる場所が限られるという問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、装置全体を小型・軽量化して、立脚期と遊脚期が区別された足部軌道による歩行訓練を、より多様な場所にて行うことができる両下肢訓練装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は右足固定台を循環軌道に沿って移動させる右駆動部と、左足固定台を前記右足固定台に対して前記軌道の循環周期の半周期ずらして、前記循環軌道に沿って移動させる左駆動部と、前記左右の足固定台の下に、前記左右の駆動部と平行に動くトレッドミルであって、前記足固定台の移動によって受動的に動くトレッドミルと、前記足固定台の爪先に前記足固定台と前記トレッドミルを一時的に連結する吸着機構を備え、被訓練者の左右の足を、前記左右の足固定台に固定して、前記左右の駆動部を駆動して前記被訓練者の下肢の運動訓練を行うものである。また、前記左右の駆動部はそれぞれ前記足固定台と前記足固定台を移動させるベルトとから構成され、前記ベルトは前記循環軌道に沿って循環するものである。また、前記足固定台は前記被訓練者の爪先が持ち上がるように前記被訓練者の足関節を付勢する背屈バネを介して前記駆動部に取り付けるものである。また、前記足固定部を前記トレッドミルに押し付ける押し付けバネを介して前記駆動部に取り付けるものである。また、前記吸着機構を前記背屈バネのトルクによって前記足固定台の爪先が前記トレッドミルから離れることはなく、前記足固定台が前記駆動部によって持ち上げられるときは、前記爪先が前記トレッドミルから離れるように調整するものである。

本発明による下肢訓練装置は、左右の足固定台を左右の駆動部によって循環軌道に沿って互いに半周期ずらして移動させるので、ロボットアームを用いる装置に比べて小型・軽量化された下肢訓練装置が実現できる効果がある。
また、前記足固定台がベルトによって、実際の歩行時の足部軌道に沿って移動するので、立脚期と遊脚期が区別された足部軌道による歩行訓練を行うことができる効果がある。
また、前記足固定台の爪先をトレッドミルに吸着するので、立脚期の足関節角度変化を簡単な装置で模擬できる効果がある。
また、背屈バネを備えるので、遊脚期に足関節を背屈させる動作をともなった歩行訓練を行う下肢訓練装置が簡単な機構で実現できる効果がある。
また、押し付けバネを備えたので、被訓練者が自分の体重を脚にかけることのできない場合でも、背屈バネのトルクに負けることなく、立脚期に被訓練者の足裏全面が接地している状態を他動的に模擬させることができる効果がある。
また、吸着機構を前記背屈バネのトルクによって前記足固定台の爪先が前記トレッドミルから離れることはなく、前記足固定台が前記駆動部によって持ち上げられるときは、前記爪先が前記トレッドミルから離れるように調整するので、足尖離地時の足関節角度変化を模擬できる効果がある。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の下肢訓練装置の全体（概念）図である。図において、１は下肢訓練装置であり、下肢訓練装置１は、訓練を受ける者つまり被訓練者の右足を固定する右足固定台２Ｒおよび前記被訓練者の左足を固定する左足固定台２Ｌを備え、右足固定台２Ｒおよび左足固定台２Ｌは右足駆動機構３Ｒおよび左足駆動機構３Ｌを介して、それぞれ右駆動部４Ｒおよび左駆動部４Ｌ（図では、左右重なっているので、図で見えるのは左駆動部４Ｌだけである）に取り付けられている。
右駆動部４Ｒおよび左駆動部４Ｌはベルト駆動機構６で駆動されるベルト７を備えている、ベルト７はローラ８で保持されて、人間が歩行するときの足部の移動軌跡を模擬した経路に沿って移動する。また、９はトレッドミルである。トレッドミル９は前後に自由に循環するが動力は備えていない。

図２は、本発明の下肢訓練装置の動作を説明する図である。図１において説明した構成要素については同じ符号を付している。
図のＡの位置にあるとき、左足固定部２Ｌは爪先に備えた吸着機構１０でトレッドミル９に吸着されるとともに、押し付けバネ１１でトレッドミル９に押し付けられている。そのため左足固定部２Ｌが、ベルト７によって後に動くとトレッドミル９も後ろ向きに動く、また左足固定部２ＬがＡの位置からトレッドミル９の後端まで動く間は、左足固定部２Ｌはトレッドミル９に対して平行、つまり水平を保つ。
左足固定部２Ｌが、トレッドミル９の後端に達するとベルト７によって、左足固定部２Ｌはトレッドミル９から離れる。そうすると背屈バネ１２の働きで、左足固定部２Ｌは被訓練者の足関節を背屈させる方向に回転する（Ｂの位置）。
左足固定部２Ｌは、ベルト７の動きにしたがって図のＣおよびＤの位置を通って、前に進む、この間、足関節は背屈バネ１２の働きで背屈される。
左足固定部２Ｌは、図のＥの位置に達すると、再びトレッドミル９に接する。
以上の過程を繰り返して、左足固定部２Ｌは前後に循環運動する。また、右足固定部２Ｒ（図２には図示しない）は、左足固定部２Ｌに対して、半周期遅れて同様の動作をする。
なお、本実施例ではベルト７の軌道の前後端とトレッドミル９の前後端がほぼ同じ位置になるように配置したが、トレッドミル９はベルト７の前後端より、更に前又は後に延びていてもよい。

図３は本発明の下肢訓練装置の正面図（概念図）である。図１および図２において説明した構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する。
トレッドミル９は右足駆動機構３Ｒおよび左足駆動機構３Ｌの間に挟まれる位置に備えられる。右足固定台２Ｒおよび左足固定台２Ｌの爪先裏部に備えられた吸着機構１０は、トレッドミル９と右足固定台２Ｒおよび左足固定台２Ｌの爪先部にいわゆる面ファスナー（例えばマジックテープ（商標））を備えるもの、またはトレッドミル９に鉄粉を含ませ右足固定台２Ｒおよび左足固定台２Ｌの爪先部にマグネットを備えるもの、トレッドミル９にマグネットを備え右足固定台２Ｒおよび左足固定台２Ｌの爪先部に鉄板を備えるもの、あるいは右足固定台２Ｒおよび左足固定台２Ｌの爪先部に吸盤を備えるものなどが考えられるが、他の手段でもよい。
吸着機構１０の吸着力は背屈バネ１２のトルクによって足固定台２Ｒ、２Ｌの爪先がトレッドミル９から離れることはなく、足固定台２Ｒ、２Ｌが駆動部４Ｒ、４Ｌによって持ち上げられるときは、前記爪先部がトレッドミル９から離れるような大きさに調整しておく。
また、立脚期の足関節角度変化を模擬する動作がともなった歩行訓練を行うことができれば、トレッドミルと爪先吸着機構を合わせた機構以外でもよい。
なお、１３は被訓練者の足を足固定台２Ｒ、２Ｌに固定する固定ベルトである。

図４は本発明の下肢訓練装置の左足駆動機構３Ｌの概念図である。図１および図３において説明した構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する。
図に示すように、左足駆動機構３Ｌは、押し付けバネ１１と背屈バネ１２とを備えている。押し付けバネ１１は左足固定台２Ｌをトレッドミル９に押し付けるように付勢するバネである。また、背屈バネ１２は足関節を背屈方向に回転するトルクを発生するバネであり、遊脚期には被訓練者の足関節を背屈させる。

ここで、本発明の下肢訓練装置の使い方を説明する。
まず、医師や理学療法士が被訓練者を下肢訓練装置に移乗させ、図示しない操作パネルにて訓練内容(訓練時間、繰り返し回数など)を設定する。つぎに、被訓練者の右足部を固定ベルト１３により右足固定台２Ｒに固定し、被訓練者の左足部を固定ベルト１３により左足固定台２Ｌに固定し、その後、ベルト駆動機構６によって左駆動部４Ｌおよび右駆動部４Ｒを駆動して、右足固定台２Ｒ、左足固定台２Ｌが人間の歩行時の足部の移動軌跡にそって、互いに半周期のずれで交互に動作する。

本発明は、運動療法あるいは健康増進のための下肢訓練装置に適用できる。

本発明の下肢訓練装置の全体（概念）図である。本発明の下肢訓練装置の動作を説明する図である。本発明の下肢訓練装置の正面（概念）図である。本発明の下肢訓練装置の左足駆動機構の概念図である。

符号の説明

１下肢訓練装置、２Ｒ右足固定台、２Ｌ左足固定台、３Ｒ右足駆動機構、３Ｌ左足駆動機構、４Ｒ右駆動部、４Ｌ左駆動部、６ベルト駆動機構、
７ベルト、８ローラ、９トレッドミル、１０吸着機構、
１１押し付けバネ、１２背屈バネ、１３固定ベルト

Claims

右足固定台を循環軌道に沿って移動させる右駆動部と、
左足固定台を前記右足固定台に対して前記軌道の循環周期の半周期ずらして、前記循環軌道に沿って移動させる左駆動部と、
前記左右の足固定台の下に、前記左右の駆動部と平行に動くトレッドミルであって、前記足固定台の移動によって受動的に動くトレッドミルと、
前記足固定台の爪先に前記足固定台と前記トレッドミルを一時的に連結する吸着機構を備え、
被訓練者の左右の足を、前記左右の足固定台に固定して、前記左右の駆動部を駆動して前記被訓練者の下肢の運動訓練を行うことを特徴とする下肢訓練装置。
前記左右の駆動部はそれぞれ前記足固定台と前記足固定台を移動させるベルトとから構成され、前記ベルトは前記循環軌道に沿って循環することを特徴とする請求項１に記載の下肢訓練装置。
前記足固定台は前記被訓練者の爪先が持ち上がるように前記被訓練者の足関節を付勢する背屈バネを介して前記駆動部に取り付けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の下肢訓練装置。
前記足固定台は前記トレッドミルに押し付ける押し付けバネを介して前記駆動部に取り付けられたことを特徴とする請求項３に記載の下肢訓練装置。
前記吸着機構は前記背屈バネのトルクによって前記足固定台の爪先が前記トレッドミルから離れることはなく、前記足固定台が前記駆動部によって持ち上げられるときは、前記爪先が前記トレッドミルから離れるように調整されたことを特徴とする請求項４に記載の下肢訓練装置。