JP5105803B2 - 足関節運動装置 - Google Patents

Description

この発明は、足関節機能のリハビリテーションや運動能力の向上等に使用される足関節運動装置に関するものである。

このように、足関節機能のリハビリテーションや運動能力の向上等に使用される足関節運動装置としては、様々のものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
実用新案登録３０３０８９７号 実用新案登録３０８２５０６号

特許文献１に記載された発明は、脚部ストレッチ器具であり、この脚部ストレッチ器具は、上下方向に揺動可能に支持された、両足を同時に乗せるための一つの足のせ台と、その足のせ台の揺動角度の位置を規制する角度調節ピンと、手で持って体を支えるためのハンドル等を備えている。
これによれば、脚部、特に腿・大腿二頭筋・ふくらはぎの筋肉及びアキレス腱を中心とする部位の柔軟性の向上と、足の疲労を軽減するための運動を、家庭内で手軽に行うことができるというものである。

また、特許文献２に記載された発明は、健康器具であり、この健康器具は、ステップ運動およびアームチェストエキスパンダーの機能を兼ね備え、器座に１組のステップ装置と引張セットが設置されたものである。
これによれば、安定性が保持され、かつ１台の器具で、色々なバリエーションを持った健康トレーニングを行なうことができ、１台で多様な用途をもって効果を上げることができ、スペースを取らないだけでなく、使用する上でも非常に便利で素早く行うことができるというものである。

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明は、筋力が衰えていたり関節が硬くなっていたりすると充分に足のせ台を揺動させられないという問題や、障害があるため特に片足について慎重なリハビリが必要等、左右の足関節で曲げて良い範囲が異なる場合に対応できないという問題があった。
また、足のせ台の最大の傾斜角度は予め段階的に用意された角度の中から、ユーザが角度調節ピンを差し込んで設定するものにすぎないため、ユーザの体調に合った極め細かい設定を行うことは困難であった。

また、上記特許文献２に記載された発明は、色々なバリエーションを持った健康トレーニングを行うことができるものの、ステップ装置には傾斜角度の調節機構がないため、特にリハビリテーションにより少しづつ筋肉を動かしていく必要がある場合等には適していない。
また、特許文献１と同様に、ユーザの体調に合った極め細かい設定を行うことは困難であった。
さらに、特許文献２に記載されたステップ装置は、水平位置からかかと側を上げるように傾斜させるものであるため、ふくらはぎの筋肉及びアキレス腱を中心とする部位の柔軟性を向上させるには不十分である。

そこで本発明の目的は、ユーザの筋力が衰えていたり関節が硬くなっていたりしても足関節の充分な運動を行え、しかもユーザの体調に合った適正な設定により極め細かい運動を行うことができる足関節運動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、基台と、前記基台に、後方に対する前方の傾斜角度を変化させる方向に揺動可能に支持されたペダル部と、前記ペダル部を揺動駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、前記ペダル部にかかるユーザのつま先側及びかかと側の荷重を検知するセンサと、前記センサが検知した荷重を記憶する記憶手段と、を備える足関節運動装置において、 前記制御手段は、前記センサの検知した荷重値に基づき、前記ペダル部の傾斜角度の基準値を決定し、その基準傾斜角度から所定の角度範囲間において、前記アクチュエータを介して前記ペダル部を揺動させるもので、 前記基準傾斜角度を、前記ペダル部にユーザが載った後、ペダル部の傾斜角度を上げてつま先側を高くしてユーザのかかと側の荷重値をつま先側の荷重値よりも大きくしつつ、さらに傾斜角度を上げて、つま先側の荷重値がかかと側の荷重値よりも大きくなり、つま先側とかかと側の荷重値が逆転するときの傾斜角度とする、足関節運動装置の運動制御方法によって足関節の運動を制御することを特徴にする。

また本発明は、前記制御手段は、前記基準傾斜角度が決定されると準備運動としてその基準傾斜角度よりも小さい範囲内で前記ペダル部を揺動させ、その後、トレーニングとして前記基準傾斜角度よりも大きい範囲内で前記ペダル部を揺動させることを特徴にする。

また本発明は、前記制御手段は、前記ペダル部の揺動中に、前記かかと側の荷重を検知するセンサの検知した荷重値の単位時間当たりの変化量及び前記つま先側の荷重を検知するセンサの検知した荷重値の単位時間当たりの変化量のうち少なくともいずれか一つが限界値以上になった場合、前記ペダル部の揺動を停止させることを特徴にする。

また本発明は、前記ペダル部および前記アクチュエータは、前記ユーザの片足分ずつ二組設けられていて、前記制御手段は、片足毎に異なる位相で前記ペダル部を揺動可能であることを特徴にする。 また本発明の足関節運動装置の運動制御方法は、前記制御手段は、前記ペダル部の左右について揺動駆動速度を異なるように設定できるものであることを特徴にする。

本発明によれば、ペダル部にユーザが載れば、ペダル部にかかるユーザの荷重をセンサが検知し、その検知した荷重値から種々の条件に基づき、ペダル部の傾斜角度の基準値を決定し、その基準傾斜角度から所定の角度範囲間において、アクチュエータを介してペダル部を揺動させるものである。
このように、足関節運動時のペダル部の傾斜角度が、個々のユーザ毎に自動的に決定され、その値に基づいて揺動範囲が定められ、トレーニングが実行されるので、ユーザにとって最適で極め細かいトレーニングを実行することができる。また、同じユーザであってもその日の体調によってペダル部の傾斜角度が異なる場合もあり、無理または過剰なトレーニングの実施を防止することもできる。
これにより、ユーザは、たとえ筋力が衰えていたり関節が硬くなっていたりしても、ふくらはぎの筋肉及びアキレス腱を中心とする部位の柔軟性を効率的に向上させることができる。

また本発明によれば、ペダル部およびアクチュエータは、片足分ずつ二組設けられていて、片足毎に異なる位相でペダル部を揺動可能であるので、故障があるため特に片足について慎重なリハビリテーションが必要等、左右の足関節で曲げて良い範囲が異なる場合にも対応することができる。

さらに本発明によれば、ペダル部の揺動中に、かかと側の荷重を検知するセンサの検知した荷重値の単位時間当たりの変化量及びつま先側の荷重を検知するセンサの検知した荷重値の単位時間当たりの変化量のうち少なくともいずれか一つが限界値以上になった場合には、ペダル部の揺動を強制的に停止するようにしたので、ユーザに対応したトレーニングであっても急に痛みを感じたりして異常が生じた場合にユーザに負荷がかかることはなく安心して使用することができる。また、トレーニング中にユーザが用事等でペダル部から足を離した場合であってもペダル部の揺動は自動的に停止するので、安全で電気の節約にもなる。

また本発明によれば、二つのペダル部の揺動駆動速度を可変設定できるので、ユーザの体調に合わせてペダル部を揺動させ得て、無理なく足関節の運動を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。ここに、図１は、本発明の実施形態に係る足関節運動装置を示す斜視図、図２は、その正面図、図３は、その側面図、図４は、その平面図である。また、図５は、本発明の実施形態に係る足関節運動装置に備わるペダル部の動きを示す拡大側面図である。

この実施形態に係る足関節運動装置には、図１乃至図５に示すように、基台１と、基台１の略中央部に嵌め込まれた揺動可能に支持された左右一組（二つ）のペダル部２，３と、基台１の前部から上方に２つの脚部４ａ，４ｂが延び上部で脚部４ａ，４ｂ同士が連結された略逆Ｕ字状の支柱部４と、基台１の後部から上方に２つの脚部５ａ，５ｂが延び上部で脚部５ａ，５ｂ同士が連結された略逆Ｕ字状で、前記支柱部４よりは背の低い支柱部５と、支柱部４の上方内側に左右が内側に向けて突出した状態で設けられ、ペダル部２，３に載ったユーザＵがつかまり、ユーザＵを立った状態で支持する手摺り部６と、手摺り部６の上部に設けられた複数の操作スイッチとモニタからなる操作表示部７と、支柱部５の上部に設けられ、ユーザＵの体の背面を立った状態で支持する背面支持部８と、基台１の後端に設けられた台座９等が備わっている。
なお、ユーザＵが台座９からペダル部２，３に載るときには、支柱部５の脚部５ａは基台１から離れるとともに支柱部５はその脚部５ｂ回りに（図１に示す矢印方向）回転し、ユーザＵが基台１の後部から真っ直にペダル部２，３に載る際に、支柱部５が障害となることはない。

また、基台１の内部には、ペダル部２，３を揺動駆動するアクチュエータとして機能するステッピングモータ１１，１２が設けられ、ペダル部２，３には、ペダル部２，３にかかるユーザＵの荷重を検知する圧力センサ１３，１４，１５，１６が設けられている。
さらに、基台１の内部（これにかえて、操作表示部７に設けるようにしてもよい）には、図６に示すように、操作表示部７から入力されたユーザＵの指示や、後述する決定されたペダル部２，３の基準傾斜角度θ₀に基づいてステッピングモータ１１，１２の作動をドライバ２２を介して制御するＣＰＵからなる制御部２０と、圧力センサ１３〜１６が検知した荷重値や基準傾斜角度θ₀を記憶するＲＡＭや制御プログラムが書き込まれたＲＯＭからなる記憶部２１が設けられている。制御部２０は、ステッピングモータ１１，１２の正逆回転を別々に制御して、ペダル部２，３の揺動駆動速度を異なるように設定することでき、その揺動駆動速度を可変設定することもできるようになっている。なお、操作表示部７には足関節運動の結果を表示させたり、ユーザＵの姿勢の維持とリラックスのため通常のテレビ画像やビデオ画像を表示させることもできる。

左右のペダル部２，３は、図４及び図５に示すように、ユーザＵの足を直接載せる板状の足載せ板２ａ，３ａと、足載せ板２ａ，３ａの全周にわたって立設したフレーム３２，３３とからなる内堀構造であり、足載せ板２ａ，３ａが、後方に対する前方の傾斜角度θ、すなわち、図５に示すように、ユーザＵの足のかかと側に対してつま先側を水平方向から上方に変化させる方向に揺動可能に支持されている。
このように、左右のペダル部２，３を内堀構造にすることによって、ユーザＵの足の裏全体を確実に足載せ板２ａ，３ａの上に載置することができる。よって、ユーザＵの荷重を正確に測ることができ、しかも安定した足関節機能のリハビリテーション等の運動を行うことができる。

左側のペダル部２の足載せ板２ａの下部には、図５に示すように、下方に延びる支持板３４が固定されている。支持板３４の側面には垂直方向に回転するかさ歯車３５が設けられ、そのかさ歯車３５の支軸、すなわちペダル部２，３の左右方向（ペダル部２，３の前後に垂直な方向）に延びる支軸が支持板３４に固定されている。かさ歯車３５には、ステッピングモータ１１の回転軸、すなわち、ペダル部２，３の前後方向に平行に延びる回転軸に取付けられたカップリング３６の先端に取付けられた垂直方向に回転するかさ歯車３７が噛み合っている。なお、かさ歯車３５，３７の間にトルクをかせぐために別の歯車を介在することもできる。
これによって、ペダル部２は、その後部に設けられたヒンジとなるかさ歯車３５の支軸周りに揺動可能に支持され、ステッピングモータ１１の正回転により、ペダル部２は、その後方に対する前方の傾斜角度を上方に変化させる方向、すなわち、図５に２点鎖線で示したように、ペダル部２にユーザＵが足を載せたとき、かかと側に対してつま先側を上げるように揺動し（図５では傾斜角度θ、かかと側に対してつま先側が上がった状態を示している）、ステッピングモータ１１の逆回転により、ペダル部２は、その後方に対する前方の傾斜角度を下方に変化させる方向、すなわち、ペダル部２にユーザＵが足を載せたとき、かかと側に対してつま先側を下げるように揺動する。なお、本実施形態では、ユーザＵが載らない通常時に、ペダル部２の足載せ板２ａを水平状態にしているので、ステッピングモータ１１の正回転により、ペダル部２は、その前方が水平方向よりも高くなり、傾斜角度を大きくするように揺動され、ステッピングモータ１１の逆回転によりペダル部２は逆方向で傾斜角度を小さくするように揺動される。

ここでは、左側のペダル部２についての機構を詳細に説明したが、右側のペダル部３についても同様に、支持板，ステッピングモータ１２にカップリングを介して取付けられたかさ歯車に噛み合うかさ歯車が設けられ、ステッピングモータ１２の正回転により、ペダル部３は、その前方が水平方向よりも高くなり、傾斜角度を大きくするように揺動され、ステッピングモータ１２の逆回転によりペダル部３は逆方向で傾斜角度を小さくするように揺動されるようになっている。

フレーム３２，３３は、左側壁３２ａ，３３ａと右側壁３２ｂ，３３ｂと、左右両側壁３２ａ，３３ａ，３２ｂ，３３ｂの前方に連設された前面壁３２ｃ，３３ｃと、左右両側壁３２ａ，３３ａ，３２ｂ，３３ｂの後方に連設された後面壁３２ｄ，３３ｄとからなり、足載せ板２ａ，３ａの全周を囲っている。
そして、後面壁３２ｄ，３３ｄはペダル部２，３の傾斜時にユーザＵのかかとに当接するストッパを兼ねている。これによれば、ユーザＵがかかとをストッパに当接させることで足の位置が安定して固定されるとともに、ストッパはペダル部２，３と一体で揺動するので、かかとがストッパでこすれて痛くなったり皮が剥けたりすることを防止することができる。

また、左右両側壁３２ａ，３３ａ，３２ｂ，３３ｂは、側面形状が後方に要が位置する同一の扇形形状であり、後方から前方にかけて壁面の高さが大きくなるように変化している。
これによれば、ユーザＵが足を足載せ板２ａ，３ａの上にペダル部２，３の後方から容易に載せることができる。
特に、左側ペダル部２のフレーム３２の右側壁３２ｂの外壁側（右側ペダル部３側）及び右側ペダル部３のフレーム３３の左側壁３３ａの外壁側（左側ペダル部２側）はともに垂直壁で、両外壁側間を、左右ペダル部２，３が互いに摺接することなく揺動可能に支持される最小の隙間に設定している。

また、前面壁３２ｃ，３３ｃの外壁側、すなわちペダル部２，３の前側は、左右両側壁３２ａ，３３ａ，３２ｂ，３３ｂの扇形形状の曲面に沿った曲面形状で前側に向けて膨出している。これに対応して、基台１の、フレーム３２，３３の前面壁３２ｃ，３３ｃに相対向する前側の部位３８の形状は、前面壁３２ｃ，３３ｃの曲面形状に沿った曲面形状となっている。

また、図４に示すように、圧力センサ１３は、左側のペダル部２の足載せ板２ａの前方に取付けられ、ユーザＵの左足のつま先側にかかる荷重を検知し、圧力センサ１４は、左側のペダル部２の足載せ板２ａの後方に取付けられ、ユーザＵの足のかかと側にかかる荷重を検知し、圧力センサ１５は、右側のペダル部３の足載せ板３ａの前方に取付けられ、ユーザＵの右足のつま先側にかかる荷重を検知し、圧力センサ１６は、右側のペダル部３の足載せ板３ａの後方に取付けられ、ユーザＵの右足のかかと側にかかる荷重を検知するようになっている。
そして、圧力センサ１３〜１６が検知した荷重値は、記憶部２１に送られる。

このように構成された足関節運動装置は、制御部２０によって図７に示すような処理が実行される。
制御部２０は、電源がオンされると初期化を行う（ステップ１）。初期化では、内部タイマ，カウンタ，レジスタ等が初期値に設定される。
次に制御部２０は、ユーザＵからの入力の有無を検知し（ステップ２）、入力があるとはその内容を読込む（ステップ３）。なお、入力としてはユーザＵを特定するＩＤ情報等が含まれる。

そして、制御部２０は、入力されたデータに基づき、自動制御が選択されたか、あるいは手動制御が選択されたかを判定し（ステップ４）、手動制御が選択されれば、対応した手動制御の処理を行い（ステップ５）、自動制御が選択されれば、以下、ステップ６〜１６に示す自動制御の処理を行う。
手動制御では、ペダル部２，３の傾斜角度やトレーニング時の揺動駆動速度やトレーニング時間をユーザＵが入力した値、あるいは予め指定された傾斜角度，揺動駆動速度，トレーニング時間の中からユーザＵが選択した値に基づいて、ペダル部２，３の揺動が行われる。通常は、病院やトレーニングジムにおけるインストラクターがユーザＵの状態や過去の記録等を参照にして入力、あるいは選択して行われるが、ユーザＵ自身が直接、入力、あるいは選択することもできる。

一方、ステップ４で自動制御が選択されると、制御部２０は、ユーザＵに適したペダル部２，３の傾斜角度の基準値を決定する基準傾斜角度決定の処理を行う（ステップ６）。
基準傾斜角度決定の処理内容について、図８を参照にして説明する。

この処理では、まず、制御部２０は、圧力センサ１３，１４が検知した値を読込み、その値をレジスタＳ₁，Ｓ₂に入力する（ステップ６１）。なお、ここでは、左右ペダル部２，３に設けられた圧力センサ１３〜１６のうち、ユーザＵがペダル部２，３に載ることにより荷重を検知した側の圧力センサの値を読込むことにしている。つまり、ユーザＵが両足を左右ペダル部２，３に載せた場合には、優先的に左側のペダル部２（本実施形態では左側のペダル部２を優先にしたが特に意味はなく、右側のペダル部３を優先にしてもよい）に設けられた圧力センサ１３，１４の値を読込み、仮に片足だけを載せた場合には、片足を載せた側のペダル部に設けられた圧力センサの値を読込むようにしている。また、左右の圧力センサ１３〜１６のうち最初に検知した側を優先するようにしてもよい。これによれば、例えばリハビリテーション等の必要な側の足を最初にペダル部に載せるようにすればよい。
これにより、圧力センサ１３が検知したユーザＵのつま先側の荷重値がレジスタＳ₁に入力され、圧力センサ１４が検知したユーザＵのかかと側の荷重値がレジスタＳ₂に入力される。

次に、つま先側の荷重値が入力されたレジスタＭ₁の値をレジスタＮ₁にシフトするとともに、かかと側の荷重値が入力されたレジスタＭ₂の値をレジスタＮ₂にシフトし（ステップ６２）、その後、レジスタＳ₁の値をレジスタＭ₁に入力するとともに、レジスタＳ₂の値をレジスタＭ₂に入力する（ステップ６３）。
これにより、今回、ステップ６１で読込まれたユーザＵのつま先側とかかと側の荷重値がレジスタＭ₁，Ｍ₂にそれぞれ入力されるとともに、前回、ステップ６１で読込まれたユーザＵのつま先側とかかと側の荷重値はシフトされ、レジスタＮ₁，Ｎ₂にそれぞれ入力される。なお、最初は初期化（ステップ１）により、レジスタＭ₁，Ｍ₂には０がセットされ、シフトされたレジスタＮ₁，Ｎ₂の値にも０がセットされるようにしている。

次に、制御部２０は、レジスタＭ₁，Ｍ₂，Ｎ₁，Ｎ₂の値を比較する（ステップ６４）。ここでは、レジスタＮ₁の値がレジスタＮ₂の値未満（Ｎ₁〈Ｎ₂）で、かつ、レジスタＭ₁の値がレジスタＭ₂の値以上（Ｍ₁≧Ｍ₂）になったという条件を満足するか否かを判定する。
そして、条件を満たさない場合には、制御部２０は、ペダル部２の傾斜角度を増加する処理を条件を満たすまで行う（ステップ６５）。なお、このとき、ペダル部３についてはペダル部２と同じように傾斜させてもよく、傾斜させないようにしてもよい。
その後、条件を満たすと、その時のペダル部２の傾斜角度を基準傾斜角度θ₀に決定して（ステップ６５）、リターンする。
すなわち、図９に示すグラフのように、ペダル部２にユーザＵが載ると最初はつま先側（圧力センサ１３の値）とかかと側（圧力センサ１４の値）では同じように荷重がかかるが、ペダル部２の傾斜角度を上げてつま先側を高くしていくと、かかと側の荷重値がつま先側の荷重値よりも大きくなるが、さらに傾斜角度を上げていくと、ある傾斜角度（グラフの場合には、１５度）でつま先側とかかと側の荷重値が逆転し、つま先側の荷重値がかかと側の荷重値よりも大きくなり、いずれはつま先側の荷重値が最大となり、かかと側の荷重値が０となり、かかとがペダル部２の足載せ板２ａから浮いてしまう状態になることが知られている。そこで、本実施形態では、つま先側の荷重値とかかと側の荷重値が逆転するときの傾斜角度を基準傾斜角度θ₀とするものである。

基準傾斜角度θ₀が決定されると、図７に戻り、制御部２０は、基準傾斜角度θ₀に基づいて準備運動用揺動の処理（ステップ７）とトレーニング用揺動の処理（ステップ８）を行う。すなわち、ユーザＵの体調にあった基準傾斜角度θ₀に基づき、ペダル部２，３を、例えば、図１０に示す第１回のトレーニングのように、準備運動として傾斜角度θ₁〜θ₀（θ₁〈θ₀）の範囲内で数回揺動させ、その後、トレーニングとして傾斜角度θ₀〜θ₂（θ₂〉θ₀）の範囲内で揺動させる。傾斜角度θ₁や傾斜角度θ₂は、制御部２０が基準傾斜角度θ₀に基づき自動的に算出されるようになっている。

そして、トレーニング用揺動処理の間に、ユーザＵの荷重が単位時間当たりに大きく変動すると、制御部２０は、ユーザＵに異常が生じたものと判断して、ペダル部２，３の揺動を停止するようになっている。
すなわち、制御部２０は上述したステップ６１〜６３の処理と同様に、圧力センサ１３，１４が検知した値を読込み、その値をレジスタＳ₁，Ｓ₂に入力する（ステップ９）。
次に、つま先側の荷重値が入力されたレジスタＭ₁の値をレジスタＮ₁にシフトするとともに、かかと側の荷重値が入力されたレジスタＭ₂の値をレジスタＮ₂にシフトし（ステップ１０）、その後、レジスタＳ₁の値をレジスタＭ₁に入力するとともに、レジスタＳ₂の値をレジスタＭ₂に入力する（ステップ１１）。
これにより、今回、ステップ９で読込まれたユーザＵのつま先側とかかと側の荷重値がレジスタＸ₁，Ｘ₂にそれぞれ入力されるとともに、前回、ステップ９で読込まれたユーザＵのつま先側とかかと側の荷重値はシフトされ、レジスタＹ₁，Ｙ₂にそれぞれ入力される。なお、最初は初期化（ステップ１）により、レジスタＸ₁，Ｘ₂には０がセットされ、シフトされたレジスタＹ₁，Ｙ₂の値も０にセットされるようにしている。

次に、制御部２０は、レジスタＸ₁，Ｘ₂，Ｙ₁，Ｙ₂の値を比較する（ステップ１２）。ここでは、レジスタＹ₁の値とレジスタＸ₁の値の差の絶対値が限界値α以上であるか、あるいは、レジスタＹ₂の値とレジスタＸ₂の値の差の絶対値が限界値β以上であるかという条件を満足するか否かを判定する。
そして、条件を満たさない場合には、特に異常はないとして、トレーニングが終了するか、あるいはユーザＵの指示により終了スイッチが押下されたか否かを判定し（ステップ１３）、終了でないとステップ８に戻り、それ以下の処理を繰り返し、終了であると、トレーニングの成果を、例えば、図１１に示すようなフォームによって、ユーザＵ個々に対応し、回数，日付、決定された基準傾斜角度θ₀，揺動速度，揺動回数等が記録される（ステップ１６）。この記録は、操作表示部７に出力される。なお、記録をプリントアウトしたり、あるいは、ユーザＵ個々に作成されたカードを読取り式とし、そのカードに記録を入力するようにしてもよい。
また、ステップ１２で条件を満たした場合、制御部２０はペダル部２，３の揺動を強制的に停止し、その旨及びそのときの状況を記録の備考に入力して処理を終える（ステップ１５）。

このようなトレーニングを行うことで、ユーザＵは、図１０に示すように、第２回のトレーニングを行う場合には、通常、基準傾斜角度が向上する。それにともない、トレーニング時の最大傾斜角度も第１回のトレーニングと比較して大きくなるので、トレーニングにより運動機能の向上がみられる。

なお、ここでは、ユーザＵの荷重が単位時間当たりに大きく変動した場合にユーザＵに異常が生じたものと判断して、ペダル部２，３の揺動を停止するという処理（ステップ９〜１２，１５）をトレーニング用揺動処理（ステップ８）の間に行うようにしたが、準備運動用揺動処理（ステップ７）の間にも、ステップ９〜１２，１５の処理を設けることもできる。
また、左側のペダル部２に載せられたユーザＵの左足にかかる荷重に基づいてペダル部２の基準傾斜角度θ₀を決定したり、荷重の変動によりペダル部２，３の揺動を緊急停止するようにしたが、左側のペダル部２の制御とは独立して、右側のペダル部３に載せられたユーザＵの右足にかかる荷重に基づいてペダル部３の基準傾斜角度θ₀を決定したり、荷重の変動によりペダル部２，３の揺動を緊急停止するようにすることもできる。かかる場合には、図８で示した基準傾斜角度決定の処理を左側のペダル部２用と右側のペダル部３用に２つ設けるとともに、図７のステップ９〜１２，１５の処理も左側のペダル部２用と右側のペダル部３用に２つ設けることで容易に行うことができ、片足毎に異なる位相でペダル部２，３を揺動可能である。

また、本実施形態では、基準傾斜角度θ₀を図９で示したように、つま先側の荷重値とかかと側の荷重値が逆転するときの傾斜角度としたが、基準傾斜角度は種々の方法によって決定することができる。
例えば、ペダル部２の前方を上げるようにして傾斜角度を変化させた場合に、圧力センサ１４の検知したユーザＵのかかと側の荷重値が０になった場合、すなわち、傾斜角度が大きくなりすぎて、かかとが浮いた場合の傾斜角度（図９で示すθ₂）、あるいは、圧力センサ１３の検知したユーザＵのつま先側の荷重値が一定量（図９で示す３０ｋｇ）以上になった場合の傾斜角度（同じく図９で示すθ₂）を基準傾斜角度に決定するようにしてもよい。なお、ここでは、基準傾斜角度θ₂はペダル部２の傾斜角度の最大値となり、図１０で示す傾斜角度θ₂となるので、制御部２０は、傾斜角度θ₂から図１０に示す傾斜角度θ₀，θ₁を算出し、傾斜角度θ₀〜θ₁の範囲で準備運動用の揺動を行い、その後、傾斜角度θ₀〜θ₂の範囲でトレーニング用の揺動を行うことになる。
また、ペダル部２の前方を上げるようにして傾斜角度を変化させた場合に、その傾斜角度の変化分に対する、圧力センサ１４の検知した荷重値の変化量がかかと用所定値以上になった場合の傾斜角度を基準傾斜角度に決定したり、あるいは、同じくペダル部２の前方を上げるようにして傾斜角度を変化させた場合に、その傾斜角度の変化分に対する、圧力センサ１３の検知した荷重値の変化量がつま先用所定値以上になった場合の傾斜角度を基準傾斜角度に決定することもできる。
このような基準傾斜角度の決定は、図８で示したステップ６４の条件を変えることで容易に行うことができる。

また、本実施形態では、図１０で示したような周期でペダル部２，３を揺動するようにしたが、周期としては種々態様があり、例えば、図１０で示したものより、短い周期でペダル部２，３を揺動させたり、さらに細かく、ペダル部２，３をバイブレーションさせながら、昇降させることもできる。特に、足くびが伸びきった角度の最大のところでペダル部２，３を細くバイブレーションさせるとトレーニング効果は向上する。

また、本実施形態では、ペダル部２，３を駆動するアクチュエータとして、ステッピングモータ１１，１２を使用し、精度の高い制御を実現するようにしたが、アクチュエータとしはこれに限定されるものではなく、例えば、電動モータで作動ロッドを駆動したり、あるいは、流体圧シリンダで作動ロッドを駆動してペダル部２，３を揺動させるものであってもよい。
また、ユーザＵの荷重を検知するセンサとして圧力センサ１３〜１６を使用したが、荷重を検知しうるものであればどのようなセンサであってもよい。

以上示したような、自動制御によれば、ユーザＵの体調に合ったペダル部２，３の基準傾斜角度θ₀が自動的に決定され、その値に基づいて、準備運動時の揺動範囲（傾斜角度θ₁〜θ₀）とトレーニング時の揺動範囲（傾斜角度θ₀〜θ₂）が設定されるので、ユーザＵにとって最適で極め細かいトレーニングを実行することができる。
これにより、ユーザＵは、たとえ筋力が衰えていたり関節が硬くなっていたりしても、ふくらはぎの筋肉及びアキレス腱を中心とする部位の柔軟性を効率的に向上させることができる。
しかも、ペダル部２，３およびステッピングモータ１１，１２は、片足分ずつ二組設けられているので、故障があるため特に片足について慎重なリハビリテーションが必要等、左右の足関節で曲げて良い範囲が異なる場合にも対応することができる。

さらに、制御部２０は、左右各ペダル部２，３の揺動駆動範囲を可変設定できるので、ユーザＵの左右の足関節で曲げて良い範囲が異なる場合に容易に対応することができる。
また、制御部２０は、二つのペダル部２，３の揺動駆動速度を可変設定できるので、ユーザＵの体調に合わせてペダル部２，３を揺動させ得て、ユーザＵは無理なく足関節の運動を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の実施形態に係る足関節運動装置を示す全体斜視図である。 本発明の実施形態に係る足関節運動装置を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る足関節運動装置を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る足関節運動装置を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る足関節運動装置のペダル部の動きを示す拡大側面図である。 本発明の実施形態に係る足関節運動装置の電気的構成の概要を示すブロック図である。 図６に示す制御部の処理内容の要部を示すフローチャートである。 図７に示す基準傾斜角度決定の処理内容を示すフローチャートである。 ペダル部の傾斜角度と荷重との関係を示すグラフである。 ペダル部の揺動制御の一例を経過時間とペダル部の傾斜角度との関係において示したグラフである。 個人記録の内容の一例を示す平面図である。

符号の説明

１ 基台
２ 左側ペダル部
２ａ 足載せ板
３ 右側ペダル部
３ａ 足載せ板
４ 支持柱
４ａ 脚部
４ｂ 脚部
５ 支持柱
５ａ 脚部
５ｂ 脚部
６ 手摺り部
７ 操作表示部
８ 背面支持部
９ 台座
１１ ステッピングモータ（アクチュエータ）
１２ ステッピングモータ（アクチュエータ）
１３ 圧力センサ
１４ 圧力センサ
１５ 圧力センサ
１６ 圧力センサ
２０ 制御部（制御手段）
２１ 記憶部（記憶手段）
２２ ドライバ
３２ フレーム
３２ａ 左側壁
３２ｂ 右側壁
３２ｃ 前面壁
３２ｄ 後面壁
３３ フレーム
３３ａ 左側壁
３３ｂ 右側壁
３３ｃ 前面壁
３３ｄ 後面壁
３４ 支持板
３５ かさ歯車
３６ カップリング
３７ かさ歯車
３８ 前面壁に相対向する基台前側の部位
Ｕ ユーザ

Claims (5)

1. 基台と、 前記基台に、後方に対する前方の傾斜角度を変化させる方向に揺動可能に支持されたペダル部と、 前記ペダル部を揺動駆動するアクチュエータと、 前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、 前記ペダル部にかかるユーザのつま先側及びかかと側の荷重を検知するセンサと、 前記センサが検知した荷重を記憶する記憶手段と、を備える足関節運動装置において、 前記制御手段は、前記センサの検知した荷重値に基づき、前記ペダル部の傾斜角度の基準値を決定し、その基準傾斜角度から所定の角度範囲間において、前記アクチュエータを介して前記ペダル部を揺動させるもので、 前記基準傾斜角度を、前記ペダル部にユーザが載った後、ペダル部の傾斜角度を上げてつま先側を高くしてユーザのかかと側の荷重値をつま先側の荷重値よりも大きくしつつ、さらに傾斜角度を上げて、つま先側の荷重値がかかと側の荷重値よりも大きくなり、つま先側とかかと側の荷重値が逆転するときの傾斜角度とする、足関節運動装置の運動制御方法によって足関節の運動を制御することを特徴にする足関節運動装置。
2. 前記制御手段は、前記基準傾斜角度が決定されると準備運動としてその基準傾斜角度よりも小さい範囲内で前記ペダル部を揺動させ、その後、トレーニングとして前記基準傾斜角度よりも大きい範囲内で前記ペダル部を揺動させることを特徴にする請求項１に記載の足関節運動装置。
3. 前記制御手段は、前記ペダル部の揺動中に、前記かかと側の荷重を検知するセンサの検知した荷重値の単位時間当たりの変化量及び前記つま先側の荷重を検知するセンサの検知した荷重値の単位時間当たりの変化量のうち少なくともいずれか一つが限界値以上になった場合、前記ペダル部の揺動を停止させることを特徴にする請求項１又は２に記載の足関節運動装置。
4. 前記ペダル部および前記アクチュエータは、前記ユーザの片足分ずつ二組設けられていて、前記制御手段は、片足毎に異なる位相で前記ペダル部を揺動可能であることを特徴にする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の足関節運動装置。
5. 前記制御手段は、前記ペダル部の左右について揺動駆動速度を異なるように設定できるものであることを特徴にする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の足関節運動装置。

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