JP5054484B2 - 運動補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として使用者が立位で使用し、脚部の筋肉を他動運動により伸縮させる運動補助装置に関するものである。

従来から、使用者が自発的に筋力を発揮することなく使用者の身体に外力を与えて筋群を伸縮させることにより、運動効果を得られるようにした他動運動による運動補助装置が種々提案されている。この種の運動補助装置には、関節の屈伸によって当該関節に関連した筋群の伸縮を促す構成のものと、身体に刺激を与えることにより神経系の反射によって筋群を伸縮させる構成のものとが知られている。

また、伸縮させようとする筋群に応じて使用時の姿勢は様々であり、主として変形性膝関節症の予防や歩行訓練を目的として使用者が立位で使用するものでは、歩行運動を模擬する装置が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された訓練装置は、左右の足をそれぞれ載せる一対のステップを有したものであり、各ステップを前後左右の直進往復運動を組み合わせた動きとして擬似的なスケート動作を使用者に行わせて、使用者の重心の位置を前後および左右にずらすことによってバランスを保つように神経系の反射を生じさせ、これによって筋群を伸縮させる。そのため使用者は自発的ないし能動的に運動を行う必要はなく、単にステップに足を載せているだけで、ステップの移動に伴い他動的に運動することが可能になる。

また、特許文献２に記載された歩行体験装置は、左右一対の歩行板を歩行板水平駆動装置により駆動する構成であって、歩行訓練や仮想現実体験に用いるものであるから、前後方向における足位置のほか足の向きを変化させるために左右の回転が可能であり、また足の高さ位置や足裏の傾斜角度を変化させる構成も備えている。
特開２００３−２９０３８６号公報 特開平１０−５５１３１号公報

上述したような運動補助装置を使用して正しく他動運動を行うためには、使用者は運動補助装置の使用位置にいる必要がある。例えば、特許文献１に記載のものでは、使用者が左右の足を一対のステップそれぞれに載せた位置にいることが必要であり、片足だけをステップに載せていたのでは、正しい他動運動を行うことができない。

ここで、上述したような運動補助装置は、動作中は使用者の意思とは関係なく使用者に他動運動を行わせるから、例えば運動補助装置の使用中に使用者がバランスを崩して、使用者が転倒防止のために運動補助装置の使用位置から移動した（例えば、特許文献１に記載のものにおいて、片足をステップから降ろした）ときであっても、運動補助装置は使用者に他動運動を行わせようとして動作を継続する。このような場合には、運動補助装置によって使用者は無理な体勢で運動させられることがあり、これによって、使用者が負傷してしまうおそれがあった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、安全性を向上することができる運動補助装置を提供することにある。

上述の問題を解決するために、請求項１の発明では、使用者の左右の足をそれぞれ載せる載置面を有する左足支持台および右足支持台と、左足支持台および右足支持台の位置をそれぞれ移動させる駆動装置とを架台上に有した運動補助装置であって、左足支持台および右足支持台それぞれには、載置面にかかる荷重を検出する荷重検出部が設けられ、駆動装置は、各荷重検出部で検出した荷重の大きさに基づいて使用者が運動補助装置の使用位置に位置しているか否かを判定する判定部を有し、左足支持台および右足支持台を移動させている際に判定部により使用者が上記使用位置にいないと判定されると、左足支持台および右足支持台の移動を停止し、上記判定部は、上記架台上における上記荷重検出部の位置と、上記荷重検出部で検出した荷重の大きさとを用いて、上記使用者の重心を鉛直方向において上記架台上に投影した重心位置を算出し、当該重心位置が上記架台上における規定範囲外であれば使用者が上記使用位置にいないと判定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、左足支持台および右足支持台を移動させている際（運動補助装置の使用中）に、使用者が運動補助装置の使用位置から移動してしまったときには、駆動装置は左足支持台および右足支持台それぞれの移動を停止するので、使用者が無理な体勢で運動させられてしまうことがなくなるから、使用者が負傷することを防止でき、安全性を向上することができる。また、使用者の重心位置を算出することによって、例えば使用者の足が載置面から完全に離れてしまう前に、使用者が使用位置に位置しなくなったことを判定することが可能となるから、例えば使用者が完全にバランスを崩す前の段階、つまり使用者が上体のバランスを崩してしまった段階で、左足支持台および右足支持台それぞれの移動を停止させることができて、さらなる安全性の向上が図れる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記左足支持台および上記右足支持台それぞれには、少なくとも２つの上記荷重検出部が、前後方向に沿った方向において離間する形で設けられていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、使用者がバランスを崩し易い方向である前後方向において使用者の重心位置の変化の検出精度を向上できるから、使用者が使用位置に位置しているか否かの判定の精度を向上でき、さらなる安全性の向上が図れる。

本発明は、使用者が無理な体勢で運動させられてしまうことがなくなるから、使用者が負傷することを防止でき、安全性を向上することができる。

（実施形態１）
本実施形態の運動補助装置は、床上に設置して使用されるものであって、図１に示すように、使用者の左右の足をそれぞれ載せる載置面Ｐを有する左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂと、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの位置をそれぞれ移動させる駆動装置３とをベース板１ａ（図２参照）上に有している。

ここで、ベース板１ａは、床上に載置するための架台となるものであって、直方体状に形成されている。なお、本実施形態では、ベース板１ａは直方体状としているが、ベース板１ａの外周形状にはとくに制限はない。なお、以下では、説明を簡単にするために、ベース板１ａを床上に載置した状態でベース板１ａの上面（厚み方向における一面）が床面と平行になるものとする。したがって、図２および図３における上下が運動補助装置の使用時の上下となる。

ベース板１ａの上方には上板１ｂが配設され、ベース板１ａと上板１ｂとを結合することによりハウジング１が形成される。ベース板１ａの上には、上述したように、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂと、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの位置をそれぞれ移動させる駆動装置３とが配置される。なお、以下の説明では、図２および図３において矢印Ｘの向きをハウジング１の前方とする。また、他の図においても矢印Ｘを記載している場合には、その向きをハウジング１の前方とする。

上板１ｂには左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれを露出させる２個の開口窓１１ａ，１１ｂが厚み方向に貫設されている。各開口窓１１ａ，１１ｂは、それぞれ矩形状に開口している。ただし、各開口窓１１ａ，１１ｂは、長手方向に沿った中心線がハウジング１の前後方向に対して傾斜し、各開口窓１１ａ，１１ｂの中心線間の距離はハウジング１の前端側において後端側よりも大きくなるように形成してある。

各開口窓１１ａ，１１ｂの幅方向の両側部には、図４に示すように、スライド溝１２が開口窓１１ａ，１１ｂの内側に臨む形で開口している。スライド溝１２には、足置カバー２２に形成したフランジ部２２ｂがスライド可能に挿入される。足置カバー２２は、使用者が足を載せるための足置板２１とともに左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂを構成するものであって、矩形筒状に形成された本体部２２ａを有しており、フランジ部２２ｂは本体部２２ａの一方の開口面（本実施形態では上面）に沿って本体部２２ａの全周に亘って延設されている。足置カバー２２の本体部２２ａの内側には下部において取付板２２ｃが一体に形成されている。

本体部２２ａは長手方向の寸法および幅方向の寸法が開口窓１１ａ，１１ｂよりも小さく、フランジ部２２ｂは長手方向の寸法および幅方向の寸法が開口窓１１ａ，１１ｂよりも大きく形成されている。さらに、スライド溝１２の底間の距離はフランジ部２２ｂの先端縁間の距離よりも大きく形成される。したがって、足置カバー２２は、幅方向においてはスライド溝１２の範囲内において移動可能になり、また長手方向においても移動可能になる。

足置板２１は、足置カバー２２における本体部２２ａの内周縁よりもやや小さい矩形板状に形成されており、使用者の足全体を載せることができる寸法に形成される。したがって、この足置板２１の上面が載置面Ｐとなる。また、足置板２１の載置面Ｐには摩擦係数を大きくする材料ないし形状が採用される。足置板２１の下面周部にはそれぞれコ字状に折曲されたカバー体２１ａ，２１ｂが一体に設けられる。さらに、足置板２１の下面であってカバー体２１ａ，２１ｂに囲まれる部位には足置板２１の幅方向に離間した一対の軸受２１ｃが足置板２１と一体に設けられる。

足置カバー２２に設けた取付板２２ｃの上面には上方に開放された断面コ字状の軸受板２３が固定される。足置板２１に設けた軸受２１ｃは、軸受板２３の各脚片２３ａの外側面に当接する。さらに、軸受板２３の両脚片２３ａおよび両軸受２１ｃを通る軸部２４が設けられる。したがって、軸部２４は足置板２１の幅方向に沿って配置され、足置板２１は、足置カバー２２に対して長手方向の前後が上下するように軸部２４の周りに回動可能になる。上述したカバー体２１ａ，２１ｂは、足置板２１が足置カバー２２に対して回動する際に、足置板２１の下面と足置カバー２２との間に隙間が生じるのを防止するために設けられている。

ここで、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれには、載置面Ｐにかかる荷重（すなわち使用者の足によってかけられる荷重）を検出する荷重検出部５が設けられている。荷重検出部５は、図８に示すように、足置板２１の上面中央部に設置されている。荷重検出部５としては、半導体を利用して形成された荷重センサを採用している。なお、荷重検出部５としては、ひずみゲージを利用したロードセルなどを採用することもできる。各荷重検出部５は、図示しない電線によって駆動装置３に接続されている。

足置カバー２２に設けた取付板２２ｃの下面には下面に開放された断面コ字状の台車４１が取り付けられる。台車４１の両脚片４１ａの外側面には各２個ずつの車輪４２が取り付けられる。ベース板１ａの上面には左足支持台２ａと右足支持台２ｂとに対してそれぞれ２本ずつのレール４３が固定されており、レール４３の上面に設けたレール溝４３ａの中で車輪４２が転動するように、レール４３上に台車４１が載置される。また、レール４３の上面には車輪４２がレール溝４３ａから脱落するのを防止するために、脱輪防止板４４が固定される。

ところで、レール４３の長手方向はハウジング１に設けた開口窓１１ａ，１１ｂの長手方向とは異なる方向としてある。上述したように開口窓１１ａ，１１ｂは長手方向の中心線がハウジング１の前端側で後端側よりも大きくなるように傾斜しており、レール４３の長手方向もハウジング１の前後方向に対して同様に傾斜している。

ただし、レール４３ではハウジング１の前後方向に対する角度が開口窓１１ａ，１１ｂよりもさらに大きくなっている。たとえば、ハウジング１の前後方向に対する角度が、開口窓１１ａ，１１ｂの長手方向で３０度とすれば、レール４３の長手方向は４５度などに設定される。すなわち、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂに足を載せ、開口窓１１ａ，１１ｂの長手方向に足の中心線を一致させた状態において、レール４３に沿って左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂを移動させることにより足の位置を変化させても膝に剪断力が作用しない方向に、レール４３の長手方向が設定される。なお、本実施形態では、望ましい動作として、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂが前後方向と左右方向とを複合した移動経路で移動する例を示しているが、レール４３を配置する方向により左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂを前後方向や左右方向に移動させることも可能である。

上述の構成によって、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂはレール４３の長手方向に沿って往復移動することが可能になり、レール４３の長手方向は開口窓１１ａ，１１ｂの長手方向の中心線に対して傾斜しているから、足置板２１および足置カバー２２は開口窓１１ａ，１１ｂの中で長手方向に対して交差した方向に移動することになる。すなわち、上述した台車４１と車輪４２とレール４３と脱輪防止板４４とは、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの移動経路を拘束する案内部４として機能する。

駆動装置３は、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂを移動させるためのものであって、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂを移動させる駆動力を発生させる駆動源３０として回転モータ（以下、単にモータと略称し、符号３０を用いる）を採用している。

駆動装置３は、図１に示すように、制御系統として、モータ３０の動作を制御する制御部３１と、各荷重検出部５で検出した荷重の大きさに基づいて使用者が運動補助装置の使用位置に位置している（本実施形態の場合、使用者が、左右の足それぞれを左足支持台２ａと右足支持台２ｂとに載せて左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの上に立っている）か否かを判定する判定部３９とを有している。

制御部３１は、例えば、マイクロコンピュータ（マイコン）などからなり、図示しない電源からモータ３０に供給する電力を制御することで、モータ３０の動作の開始、停止、および回転数の調整などを行う。また、制御部３１は、ハウジング１に設けられたスイッチ（図示せず）がオンになると、モータ３０の動作を開始させ、上記スイッチがオフになると、モータ３０の動作を停止させる。

判定部３９は、例えば、両方の荷重検出部５の検出出力が所定の閾値を越えていれば、使用者が使用位置にいると判定し、少なくとも一方の荷重検出部５の検出出力が所定の閾値未満であれば、使用者が使用位置にいないと判定し、その判定結果を制御部３１に出力する。ここで、上記所定の閾値は、使用者の足が足置板２１上に載っているか否かを判定する値に設定される。したがって、つまり、判定部３９は、使用者の左右の足それぞれが左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれに載っているときに、使用者が使用位置にいると判定する。

そして、制御部３１は、判定部３９により使用者が使用位置にいないと判定されると、モータ３０の動作を停止して、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの移動を停止する。ここで、制御部３１は、モータ３０を停止するにあたっては、徐々に回転数を少なくしていくことで、モータ３０を停止させる。これは、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの移動が急に停止すると、逆に使用者に危険が生じるおそれがあるからである。また、制御部３１は、判定部３９により使用者が使用位置にいないと判定されている間は、上記スイッチがオンになっても、モータ３０の動作を開始させないようになっており、これによっても、安全性の確保を図っている。

また、駆動装置３は、機械系統として、駆動力を左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれに伝達するように２系統に分離する系統分離部３２と、駆動力を用いて台車４１をレール４３に沿って往復移動させる往復駆動部３３とを有している。なお、図１では、機械系統である系統分離部３２や往復駆動部３３は省略している。また、本実施形態では、系統分離部３２により駆動力を分離し、分離された駆動力を往復運動部３３に伝達する構成を採用しているが、往復駆動部３３により得られる往復駆動の駆動力を系統分離部３２で２系統に分離することも可能である。

系統分離部３２は、モータ３０の出力軸３０ａに連結されたウォーム（第１歯車）３２ａと、ウォーム３２ａに噛合する一対のウォームホイール（第２歯車）３２ｂとを備える。ウォーム３２ａおよび２個のウォームホイール３２ｂはベース板１ａに固定されるギアボックス３４に収納される。ギアボックス３４は、上面に開口を有するギアケース３４ａと、ギアケース３４ａの開口面に覆着される蓋板３４ａとにより形成される。ギアケース３４ａと蓋板３４ｂとの間にはウォーム３２ａの長手方向の両端部緒を支承する一対の軸受３２ｃが取り付けられる。

ウォームホイール３２ｂには、ギアケース３４ａと蓋板３４ｂとに保持される回転軸３５が挿通され、ウォームホイール３２ｂの回転に伴って回転軸３５が回転するように、ウォームホイール３２ｂと回転軸３５とを結合してある。回転軸３５の上端部には断面が非円形状（図示例では矩形状）に形成された結合部３５ａが形成される。

モータ３０は、ギアケース３４ａに設けた口受部３４ｃとベース板１ａに固定した口受け板１３ａとに載置され、ギアケース３４ａに覆着される蓋板３４ｂと口受け板１３ａに結合される押さえ板１３ｂとによりベース板１ａに固定される。

図５に示すように、往復駆動部３３は、回転軸３５の結合部３５ａに一端部が結合されるクランク板３６と、クランク板３６にクランク軸３７を介して結合されたクランクロッド３８とを備える。クランク軸３７の一端部はクランク板３６に固定され、他端部はクランクロッド３８の一端部に保持された軸受３８ａに保持される。つまり、クランクロッド３８の一端部はクランク板３６に対して回動自在に結合される。クランクロッド３８の他端部は台車４１に対して回動自在に結合される。

上述の構成から明らかなように、クランクロッド３８は、ウォームホイール３２ｂの回転力を台車４１の往復移動に変換する変換機構として機能する。クランクロッド３８はウォームホイール３２ｂごとに設けられ、台車４１は左足支持台２ａと右足支持台２ｂとにおいて個別に設けられているから、クランクロッド３８は、ウォームホイール３２ｂの回転力をそれぞれ左足支持台２ａと右足支持台２ｂとの往復移動に変換する変換機構として機能する。

台車４１は上述したように車輪４２とレール４３とにより移動経路が拘束されているから、ウォームホイール３２ｂの回転に伴って台車４１がレール４３の長手方向に沿って往復移動する。つまり、モータ３０の回転がウォーム３２ａおよびウォームホイール３２ｂを介してクランク板３６に伝達され、さらに、クランク板３６に結合されたクランクロッド３８により台車４１がレール４３に沿った直線上で往復移動を行うのである。その結果、台車４１に結合されている足置カバー２２がレール４３に沿って往復移動する。つまり、左足支持台２ａと右足支持台２ｂとがレール４３の長手方向において往復移動する。

本実施形態では、ウォーム３２ａと２個のウォームホイール３２ｂとにより駆動力を２系統に分離し、系統ごとに左足支持台２ａと右足支持台２ｂとの駆動力として用いるから、駆動装置３により左足支持台２ａと右足支持台２ｂとが関連付けて駆動される。ここで、各ウォームホイール３２ｂがウォーム３２ａと噛合する位置を１８０度異ならせてあり、したがって左足支持台２ａが移動範囲の後端に位置するときには、右足支持台２ｂは移動範囲の前端に位置する。左足支持台２ａの移動範囲における後端は左足支持台２ａの移動範囲の右端であって、右足支持台２ｂの移動範囲における前端は右足支持台２ｂの移動範囲の右端であるから、左右方向においては、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂは同じ向きに移動することになる。

なお、上述の構成から明らかなように、ウォーム３２ａとウォームホイール３２ｂとを噛み合わせる位置に応じて、左足支持台２ａと右足支持台２ｂとの移動における位相差を適宜に付与することが可能である。左足支持台２ａと右足支持台２ｂとの上に立って立位で使用する場合には、本実施形態のように１８０度の位相差を付与すれば、使用者の前後方向の重心移動が少なくなるからバランス機能が低下している使用者でも使用できる。あるいは、位相差を持たないようにすれば、使用者の前後方向の重心移動が生じるから、単に脚部の筋群の運動になるだけではなく、バランス機能を保つための腰背部などの筋群の運動にも役立つ。

ところで、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂに設けた足置板２１は足置カバー２２に対して軸部２４の周りで回動可能であるから、図６に示すように、足置板２１の前端部と後端部との高さ位置を変化させることが可能になっている。つまり、足置板２１の上に置いた足の爪先と踵との高さ位置を変化させることにより、足関節の底屈と背屈とが可能になっている。

ここで、軸部２４の周りでの足置板２１の回動をレール４３に沿った往復移動に連動させるために、ベース板１ａには、図７に示すように、足置板２１の移動経路に沿って少なくとも一部に傾斜面１４ａを有したガイド面１４が形成され、足置板２１の下面にはガイド面４１に当接する倣い突部２５が設けられている。図示例では、ガイド面１４の全長に亘ってベース板１ａの上面に対して一定角度で傾斜する傾斜面１４ａを形成しているが、ガイド面１４の形状はとくに限定されるものではなく、一部に傾斜面１４ａを含んでいればよい。倣い突部２５の先端部は、ガイド面１４に対する摩擦係数が小さくなるように材料および形状を選択しておけばよいが、本実施形態では、ガイド面１４の上で転動するローラ２５ａを倣い突部２５の先端部に設けている。

上述のように、ガイド面１４に当接する倣い突部２５を設けていることにより、モータ３０の回転に伴って左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂが往復移動を行う際に、倣い突部２５がガイド面１４に設けた傾斜面１４ａに当接する際には、足置板２１が軸部２４の周りで回動することにより足置板２１のベース板１ａに対する角度が変化し、結果的に足関節の底屈および背屈が行われる。

次に、本実施形態の運動補助装置の動作について説明する。なお、初期状態では、上記スイッチがオフであり、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂが所定の停止位置に位置しているとする。なお、図９に示すように、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの長手方向Ｄｘは前後方向（矢印Ｘの向き）に対して、たとえば９度程度の角度をなすように配置され、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの上に立ったときに、使用者の脚部に捻れを生じることなく、自然な立ち位置になるようにしてある。

上記初期位置では、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂは前後方向において同位置に位置する。つまり、初期位置では左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂが左右方向の一直線上に並ぶ。したがって、初期位置で使用者が左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの上に載ると、使用者の重心から鉛直方向に下ろした直線は左足支持台２ａと右足支持台２ｂとの間でほぼ中央を通ることになる。

この初期状態から運動補助装置を動作させるには、上記スイッチをオンにすればよいが、上記スイッチをオンにしたときに、使用者が、左右の足それぞれを左足支持台２ａと右足支持台２ｂとに載せて左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの上に立って（つまり使用位置に位置して）いなければ、判定部３９により使用者が使用位置に位置していないと判定されるために、制御部３１は、上記スイッチがオンになったとしても、モータ３０を動作させない。したがって、運動補助装置を動作させるためには、使用者が、左右の足それぞれを左足支持台２ａと右足支持台２ｂとに載せて左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの上に立って（つまり使用位置に位置して）いる状態で、上記スイッチをオンにする必要がある。

モータ３０の動作が開始されると、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂはそれぞれ前後方向に位置を変化させるとともに、前後方向の位置変化に伴って左右方向の位置も変化させる。ここで、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂはレール４３に沿った一直線上を往復移動し、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂは足の前後方向とは異なる方向に移動する。たとえば、ハウジング１の前後方向に対して４５度をなす方向に移動する。この移動距離は、たとえば２０ｍｍなどに設定する。

さらに、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂがレール４３に沿って往復移動するのと同時に、足置板２１が軸部２４の周りに回動する。足置板２１が前方に移動する際には倣い突部２５がガイド面１４の傾斜面１４ａを昇るから、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの前端位置において足関節が背屈し、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの後端位置において足関節が底屈することになる。軸部２４の位置は足裏において踵付近に設定し、底屈と背屈との角度はベース板１ａの上面を基準面として基準面に対してそれぞれ１０度程度に設定する。なお、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの前後の位置と底屈および背屈との関係は上述の例とは逆にすることが可能であり、また基準面に対する底屈および背屈の角度は異ならせてもよい。これらの動作はガイド面１４の形状を適宜に設定することにより、容易に実現することができる。

このように、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂが移動することによって、使用者に他動運動を行わせる。

ところで、使用者が運動補助装置を使用して他動運動を行っている最中に、使用者がバランスを崩し、転倒防止のために運動補助装置の使用位置から移動した場合（たとえば、左足を左足支持台２ａから降ろした場合）、左足支持台２ａに設けられた荷重検出部５の検出出力が上記所定の閾値未満となるため、判定部３９は、使用者が使用位置から移動したと判定し、これによって、制御部３１は、モータ３０の動作を停止させる。このとき、制御部３１は、モータ３０に供給する電流を徐々に減らすことで、モータ３０をゆっくりと停止させる。図１０はモータ３０の回転数と時間との関係の一例を示すグラフであり、時刻Ｔ１は使用者が使用位置からいなくなった時刻、時刻Ｔ２はモータ３０が停止した時刻を示している。なお、再び使用者が使用位置に位置した際には、制御部３１はモータ３０を動作させ、他動運動が再開される。

以上述べたように本実施形態の運動補助装置は、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂを移動させている際（運動補助装置の使用中）に、使用者が運動補助装置の使用位置から移動してしまったときには、駆動装置３は左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれの移動を停止するので、使用者が無理な体勢で運動させられてしまうことがなくなるから、使用者が負傷することを防止でき、安全性を向上することができる。

また、判定部３９は、荷重検出部５で検出した荷重の大きさが所定の閾値未満であれば、使用者が使用位置にいないと判定するから、使用者が運動補助装置の使用位置に位置しているか否かの判定を簡単に行うことができる。

ところで、上述した構成例では、駆動装置３における系統分離部３２の構成として、ウォーム３２ａとウォームホイール３２ｂとを用いることにより、モータ３０の出力軸３０ａとウォームホイール３２ｂとともに回転する回転軸３５との直角軸間の伝達を可能にするとともに減速を行う構成例を示したが、モータ３０の出力軸３０ａと回転軸３５との直角軸間の伝達をベルトにより行う構成を採用してもよい。この場合、ウォームホイール３２ｂに代えてベルトを掛け回すプーリを用い、ウォーム３２ａを省略することができる。

また、上述の構成例では、モータ３０の出力軸３０ａがベース板１ａの上面に沿って配置されているが、出力軸３０ａがベース板１ａの上面に直交するように配置する場合には、ウォーム３２ａとウォームホイール３２ｂとの組み合わせではなく、平歯車の組み合わせによって回転力の伝達と系統の分離を行うことが可能である。この構成において平歯車をプーリに置き換えたり、プーリ間で回転力をベルトで伝達するように構成したりすることが可能である。

往復駆動部３３の構成としては、クランク板３６とクランクロッド３８とを用いる代わりに、モータ３０の回転力を溝付きカムに伝達して溝付きカムを回転させ、溝付きカムのカム溝に従動するカムフォロワをクランクロッド３８に代えて用いる構成を採用することも可能である。この種の構成において、ウォームホイール３２ｂに代えてモータ３０の出力軸３０ａと平行な回転軸を有する溝付きカムを用いる構成を採用すれば、出力軸３０ａから溝付きカムにピニオンによって回転力を伝達することが可能である。

さらに、溝付きカムを１個だけ用い、モータ３０の出力軸３０ａの回転力を溝付きカムに伝達する構成を採用する場合には、溝付きカムのカム溝に２個のカムフォロワを配置することで、系統分離部３２と往復駆動部３３との機能を溝付きカムとカムフォロワとにより実現することも可能である。

また、上述の例では、ガイド面１４をベース板１ａに設け、倣い突部２５を足置板２１に設けているが、ガイド面１４を足置板２１に設け、倣い突部２５をベース板１ａに設けるようにしても同様に動作する。

なお、本実施形態の運動補助装置は、床上に載置して使用する構成であるが、床に埋め込んで使用する構成であってもよい。また、運動補助装置として、定位置に固定する構成を採用するか、位置移動が可能な構成を採用するかも適宜に選択することができる。

以上述べたような点は後述する実施形態２においても同様である。

（実施形態２）
本実施形態の運動補助装置は、上記実施形態１と同様に、床上に設置して使用されるものであって、使用者の左右の足をそれぞれ載せる載置面Ｐを有する左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂと、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの位置をそれぞれ移動させる駆動装置３とをベース板１ａ（図２参照）上に有しているが、図１１に示すように、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれに、荷重検出部５が２つ設けられている点で実施形態１と異なっている。また、本実施形態の運動補助装置は、判定部３９における判定方法（使用者が運動補助装置の使用位置に位置しているか否かの判定方法）が実施形態１と異なっている。なお、本実施形態の運動補助装置のその他の構成は実施形態１と同様であるから同一の符号を付して図示および説明を省略する。

左足支持台２ａにおいては、２つの荷重検出部５は、図１１に示すように、載置面Ｐの長手方向に沿った方向において一直線上に並ぶとともに、所定の間隔を隔てて配置されている。つまり、左足支持台２ａには、２つの荷重検出部５は、前後方向に沿った方向において離間する形で設けられている。また、上記所定の間隔は、２つの荷重検出部５が、使用者の左足の足の指の付け根（拇指球）近傍と踵近傍の２箇所において載置面Ｐにかかる荷重を検出できるような間隔としている。このような点は、右足支持台２ａに設けられた２つの荷重検出部５においても同様であり、２つの荷重検出部５によって、使用者の右足の拇指球近傍と踵近傍の２箇所において、載置面Ｐにかかる荷重を検出できるようにしている。

したがって、本実施形態においては、各荷重検出部５によって、各載置面Ｐにおける使用者の足の拇指球近傍の荷重と、踵近傍の荷重とが検出されることになる。

本実施形態における判定部３９は、使用者の重心を鉛直方向においてベース板１ｂ上（あるいはハウジング１上）に投影した位置（以下、「重心位置」と呼称する）を算出し、当該重心位置がベース板１ｂ上における規定範囲Ａ（図１１参照）外であれば、使用者が使用位置にいないと判定する。

ここで、重心位置を算出するにあたっては、ベース板１ａ上における各荷重検出部５の位置と、各荷重検出部５で検出した荷重の大きさとを用いる。例えば、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれにおいて、各荷重検出部５で検出した荷重の大きさより載置面Ｐ上における使用者の足の重心の位置（使用者の足の重心を鉛直方向において載置面Ｐ上に投影した位置）および当該位置における荷重の大きさを求め、このようにして求めた各載置面Ｐ上における使用者の足の重心の位置および当該位置における荷重の大きさから重心位置を求める。なお、この例はあくまでも単なる一例に過ぎず、本実施形態における重心位置を算出する方法をこの例に限定する趣旨ではない。要は、ベース板１ａ上における各荷重検出部５の位置と、各荷重検出部５で検出した荷重の大きさとを総合的に勘案して重心位置を求めればよいのである。なお、ベース板１ａ上における各荷重検出部５の位置は、モータ３０の回転角および載置面Ｐ上における荷重検出部５の位置などを利用して求めればよい。

ところで、使用者が使用位置に位置しているか否かの判定基準となる上記の規定範囲Ａは、実際に運動補助装置を使用した際の重心位置のトレンド（変化の様子）から決定すればよい。例えば、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂがレール４３に沿って往復移動するのと同時に、足置板２１が軸部２４の周りに回動して、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの前端位置において足関節が背屈し、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの後端位置において足関節が底屈するようになっている場合、背屈時には足の踵近傍で体重を支えるために重心は載置面Ｐにおける後ろ側に移動し、底屈時には足の母指球近傍で体重を支えるために重心は載置面Ｐにおける前側に移動するから、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂとの移動における位相差が１８０度である場合には、上記の構成から明らかなように、使用者の前後方向の重心移動が少なくなり、この場合、上記規定範囲Ａは、ベース板１ａの中央付近の範囲となる。

また、足置板２１の回動方向が逆である（すなわち、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの前端位置において足関節が底屈し、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの後端位置において足関節が背屈するような）においても、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂとの移動における位相差が１８０度である場合には、上記の構成から明らかなように、使用者の前後方向の重心移動が少なくなり、この場合、上記規定範囲Ａは、ベース板１ａの中央付近の範囲となる。

図１１では、規定範囲Ａとして矩形状の範囲を図示しているが、これはあくまでも一例であり、本発明の規定範囲Ａを矩形状の範囲に限定する趣旨ではない。このような規定範囲Ａは、運動補助装置による他動運動の内容（左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂの移動の態様）によって決定されるものであるから、図１１のような矩形状の範囲ではなく、円形状やさらに複雑な形状ともなり得る。

なお、判定部３９における判定の誤差を少なくするために、トレンドの移動平均を利用して規定範囲Ａを決定するようにしてもよい。

以上述べた本実施形態の運動補助装置では、判定部３９は、ベース板１ａ上における荷重検出部５の位置と、荷重検出部５で検出した荷重の大きさとを用いて、使用者の重心位置を算出し、当該重心位置がベース板１ａ上における規定範囲Ａ外であれば使用者が使用位置にいないと判定する。

したがって、本実施形態の運動補助装置によれば、使用者の重心位置を算出することによって、例えば使用者の足が載置面Ｐから完全に離れてしまう前に、使用者が使用位置に位置しなくなったことを判定することが可能となるから、例えば使用者が完全にバランスを崩す前の段階、つまり使用者が上体のバランスを崩してしまった段階で、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれの移動を停止させることができて、さらなる安全性の向上が図れる。

また、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれには、２つの荷重検出部５が、前後方向に沿った方向において離間する形で設けられているから、使用者がバランスを崩し易い方向である前後方向において使用者の重心位置の変化の検出精度を向上できるから、使用者が使用位置に位置しているか否かの判定の精度を向上でき、さらなる安全性の向上が図れる。なお、図１１では、左足支持台２ａおよび右足支持台２ｂそれぞれに荷重検出部５を２つ設けた例を示しているが、荷重検出部５の数は２つに限られるものではなく、３以上であってもよく、要は載置面Ｐ毎に少なくとも２つの荷重検出部５を用いれば、前後方向における使用者の重心位置の変化を検出することが可能となる。

実施形態１の運動補助装置のブロック図である。 同上の運動補助装置の平面図である。 同上の運動補助装置の分解斜視図である。 同上の運動補助装置の後方から見た要部断面図である。 同上の運動補助装置の右側方から見た要部断面図である。 同上の運動補助装置の要部斜視図である。 同上の運動補助装置の要部の動作説明図である。 同上の運動補助装置における荷重検出部の位置を示す説明図である。 同上の運動補助装置の使用時の足位置を示す説明図である。 同上の運動補助装置におけるモータの回転数の時間変化の一例のグラフである。 実施形態２の運動補助装置における荷重検出部の位置を示す説明図である。

符号の説明

２ａ 左足支持台
２ｂ 右足支持台
３ 駆動装置
５ 荷重検出部
３９ 判定部
Ｐ 載置面

Claims (2)

1. 使用者の左右の足をそれぞれ載せる載置面を有する左足支持台および右足支持台と、左足支持台および右足支持台の位置をそれぞれ移動させる駆動装置とを架台上に有した運動補助装置であって、
   左足支持台および右足支持台それぞれには、載置面にかかる荷重を検出する荷重検出部が設けられ、
   駆動装置は、各荷重検出部で検出した荷重の大きさに基づいて使用者が運動補助装置の使用位置に位置しているか否かを判定する判定部を有し、左足支持台および右足支持台を移動させている際に判定部により使用者が上記使用位置にいないと判定されると、左足支持台および右足支持台の移動を停止し、
   上記判定部は、上記架台上における上記荷重検出部の位置と、上記荷重検出部で検出した荷重の大きさとを用いて、上記使用者の重心を鉛直方向において上記架台上に投影した重心位置を算出し、当該重心位置が上記架台上における規定範囲外であれば使用者が上記使用位置にいないと判定することを特徴とする運動補助装置。
2. 上記左足支持台および上記右足支持台それぞれには、少なくとも２つの上記荷重検出部が、前後方向に沿った方向において離間する形で設けられていることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。

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