JP6409343B2

JP6409343B2 - 歩行訓練装置

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Publication number: JP6409343B2
Application number: JP2014114198A
Authority: JP
Inventors: 雅之高島; 一誠中島; 宏史嶋田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2034-06-02
Also published as: JP2015226701A

Description

本発明は、ユーザの脚部に装着された歩行補助装置を利用してリハビリを行うための歩行訓練装置に関するものである。

トレッドミル上を歩行するユーザの脚部を前方に引張して脚部の振出しを補助するバンドを備える歩行訓練装置が知られている（特許文献１参照）。この公報に記載された歩行訓練装置は、患者の脚部に装着される歩行訓練装具と、脚部の振出しを補助するバンドと、歩行訓練装具を上方に牽引して歩行訓練装具の重量によるユーザの脚部の振り出しの難さを解消するためのアクチュエータと、患者の体重を支えるための体幹バンドと、を備えている。なお、前述したアクチュエータには、アームが設けられており、このアームの先端と歩行訓練装具の上部とがワイヤを介して連結されている。このような構成により、患者は、トレッドミル上で歩行訓練を容易に行うことができる。

特開２００９−１８３６５７号公報（図８参照）

前述した従来の歩行訓練装置において、歩行練習装具は、ワイヤを介してアクチュエータにより牽引されて、リハビリ中において歩行訓練装具の重量の影響を無くすようにしている。しかしながら、ワイヤの牽引状態で、歩行訓練装具を患者の脚部に装着する場合、歩行訓練装具を患者の脚部に装着させ難く、その結果として、リハビリ訓練に入る前段階で歩行訓練装具の装着作業に手間取ることになり、リハビリの準備段階の作業性を悪くするといった問題点がある。

本発明は、歩行補助装置の装着及び取り外しの作業性を良好にした歩行訓練装置を提供することを目的とする。

本発明に係る歩行訓練装置は、ユーザの脚部に装着されて、前記ユーザの歩行を補助する歩行補助装置と、
前記歩行補助装置を上方に引張する引張手段と、
前記歩行補助装置がリハビリ動作中と判断された場合に、前記引張手段による上方への引張荷重を、前記歩行補助装置の重量を支える力より大きくし、
前記歩行補助装置がリハビリ動作中と判断されない場合に、前記引張手段による上方への引張荷重を、前記歩行補助装置の重量を支える力より小さく又は略同じにするように制御する免荷重切替え部と、を備えている。

この歩行訓練装置においては、リハビリ中では、歩行補助装置の重量の影響を無くすために引張手段が利用されている。このような構成にあっては、引張手段の引張力の影響により、ユーザの脚部に歩行補助装置を装着し難くなるような事態が起こり得る。そこで、引張手段の引張荷重を、リハビリ動作中とリハビリ動作中以外（歩行補助装置を脚部に装着しているリハビリ準備中や、リハビリ後に歩行補助装置をユーザの脚部から取り外し中）とで、引張手段による引張荷重を適切に変更させている。本発明の歩行訓練装置にあっては、特に、歩行補助装置を脚部に装着しているリハビリ準備中に着目し、この場合にあっては、引張手段による上方への引張荷重を、歩行補助装置の重量より小さく又は略同じにするように免荷重切替え部で制御する。このような免荷重切替え部の採用によって、ユーザに対する歩行補助装置の装着及び取り外しの作業性を良好にし、装着及び取り外しのための作業時間の短縮により、リハビリ時間の総合的な設定時間の短縮化を可能にする。しかも、設定されたリハビリ時間内で、リハビリ時間を長く確保することもでき、リハビリ効果を向上させることができる。

本発明によれば、歩行補助装置の装着及び取り外しの作業性を良好にできる。

本発明に係る歩行訓練装置の一実施形態を示す斜視図である。歩行補助装置を示す斜視図である。第１及び第２引張部による引張力状態を示す図である。脚部の内旋状態を示す概略図である。脚部の外旋状態を示す概略図である。歩行訓練装置においてリハビリ準備から完了までの状態を示す概略図である。免荷重切替え部内での制御状態を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る歩行訓練装置１は、例えば、脳卒中片麻痺患者などのユーザＵの歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１は、ユーザ（例えば患者）Ｕの脚部Ｌに装着された歩行補助装置２と、ユーザＵの歩行訓練を行う訓練設備３と、を備えている。

歩行補助装置２は、例えば、歩行訓練を行うユーザＵの患脚に装着され、ユーザＵの歩行を補助する。図２に示される歩行補助装置２は、上腿フレーム２１と、上腿フレーム２１に膝関節部２２を介して連結された下腿フレーム２３と、下腿フレーム２３に足首関節部２４を介して連結された足平フレーム２５と、膝関節部２２及び足首関節部２４を回転駆動する第１及び第２モータユニット２６、２７と、を有している。

上腿フレーム２１は、ユーザＵの脚部Ｌの上腿部に取り付けられ、下腿フレーム２３はユーザＵの脚部Ｌの下腿部に取り付けられる。上腿フレームには、例えば、上腿部を固定するための上腿装具２１２が設けられている。上腿装具２１２は、例えば、マジックテープ（登録商標）などを用いて、上腿部に固定される。これにより、歩行補助装置２がユーザＵの脚部Ｌから左右方向あるいは上下方向にずれるのを防止できる。

上腿フレーム２１には、後述の第１引張部３５のワイヤ３４を接続するための、左右方向に延在する横長の第１フレーム２１１が設けられている。第１フレーム２１１には、第１引張部３５のワイヤ３４を接続し引張するための接続部が左右方向に沿って複数設けられている。なお、ワイヤ３４と引張部３５とで引張手段Ａを構成する。第１引張部３５のワイヤ３４を接続する接続部を変えることで、第１引張部３５の引張点をユーザＵの脚部Ｌ周りに移動させることができる。

下腿フレーム２３には、後述の第２引張部３７のワイヤ３６を接続するための、左右方向に延在する横長の第２フレーム２３１が設けられている。第２フレーム２３１には、第２引張部３７のワイヤ３６を接続し引張するための接続部が左右方向に沿って複数設けられている。なお、ワイヤ３６と引張部３７とで引張手段Ｂを構成する。第２引張部３７のワイヤ３６を接続する接続部を変えることで、第２引張部３７の引張点をユーザＵの脚部Ｌ周りに移動させることができる。

なお、上記第１及び第２引張部の接続部は一例であり、これに限らない。例えば、第１及び第２引張部３５、３７のワイヤ３４、３６を上腿装具に接続してもよく、第１及び第２引張部３５、３７の引張点をユーザＵの脚部Ｌ周りに移動させることができれば、任意の位置に接続してもよい。

第１及び第２モータユニット２６、２７は、ユーザＵの歩行動作に応じて膝関節部２２及び足首関節部２４を回転駆動することでユーザＵの歩行を補助する。なお、上記歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。ユーザＵの脚部Ｌに装着され、その歩行を補助できる任意の歩行補助装置が適用可能である。

訓練設備３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、制御装置３３と、を有している。トレッドミル３１は、リング状のベルト３１１を回転させる。ユーザＵは、ベルト３１１上に乗り該ベルト３１１の移動に応じて歩行を行い、その歩行訓練を行う。

フレーム本体３２は、トレッドミル３１上に立設された２対の柱フレーム３２１と、各柱フレーム３２１に接続され前後方向に延在する一対の前後フレーム３２２と、各前後フレーム３２２に接続され左右方向に延在する３つの左右フレーム３２３と、を有している。なお、上記フレーム本体３２の構成は、これに限られない。後述の第１及び第２引張部３５、３７が適切に固定できれば、フレーム本体３２は任意のフレーム構成であってもよい。

前方の左右フレーム３２３には、ワイヤ３４を上方かつ前方に引張する第１引張部３５が設けられている。後方の左右フレーム３２３には、ワイヤ３６を上方かつ後方に引張する第２引張部３７が設けられている。

第１及び第２引張部３５、３７は、例えば、ワイヤ３４、３６を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第１及び第２引張部３５、３７が引張するワイヤ３４、３６の一端は、歩行補助装置２に接続されている。第１引張部３５は、ワイヤ３４を介して歩行補助装置２を上方かつ前方に引張する。第２引張部３７は、ワイヤ３６を介して歩行補助装置２を上方かつ後方に引張する。

第１及び第２引張部３５、３７は、モータの駆動トルクを制御することで、ワイヤ３４、３６の引張力を制御しているが、これに限らない。例えば、各ワイヤ３４、３６にバネ部材が接続されており、バネ部材の弾性力を調整することで、ワイヤ３４、３６の引張力を調整してもよい。

第１及び第２引張部３５、３７による引張力ｆ１、ｆ２の鉛直上方の成分ｆｙ１、ｆｙ２が歩行補助装置２の重さを支える（図３参照）。そして、第１及び第２引張部３５、３７による引張力ｆ１、ｆ２の水平成分ｆｘ１、ｆｘ２により、脚部Ｌの振出しを補助する。これにより、歩行訓練時におけるユーザＵの歩行負荷を軽減できる。また、各ワイヤ３４、３６は、夫々、ユーザＵの脚部Ｌの歩行補助装置２から上方かつ前方及び上方かつ後方に延びる。したがって、各ワイヤ３４、３６がユーザＵの歩行時にユーザＵに干渉せず、歩行訓練の妨げとならない。

制御装置３３は、制御手段の一具体例であり、第１及び第２引張部３５、３７の引張力ｆ１、ｆ２と、トレッドミル３１の駆動と、歩行補助装置２と、を夫々制御する。制御装置３３は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

制御装置３３には、訓練指示、訓練メニュー、訓練情報（歩行速度、生体情報等）などの情報を表示する表示部３３１が設けられている。表示部３３１は、例えば、タッチパネルとして構成されており、ユーザＵは表示部３３１を介して各種の情報を入力できる。

制御装置３３は、例えば、第１及び第２引張部３５、３７による引張力の鉛直上方の成分の合力（ｆｙ１＋ｆｙ２）が歩行補助装置２の重量と等しくなるように、第１及び第２引張部３５、３７の引張力ｆ１、ｆ２を制御する。これにより、ユーザＵは脚部Ｌに装着された歩行補助装置２の重さを感じることなく、より自然な歩行訓練を行うことができる。

さらに、制御装置３３は、第１及び第２引張部３５、３７の引張力ｆ１、ｆ２を制御し、該引張力の鉛直上方の成分ｆｙ１、ｆｙ２を変更することで、脚部免荷量を調整してもよい。これにより、例えば、患者の回復度合いに応じて脚部免荷量を調整し、歩行訓練の難易度を適切に設定できる。

制御装置３３は、第１引張部３５の引張力ｆ１と第２引張部３７の引張力ｆ２とを独立して夫々制御してもよい。これにより、鉛直上方の脚部免荷量とは別に前後方向の振出しアシスト量を調整することができる。

例えば、制御装置３３は、図３に示す如く、第１引張部３５の引張力ｆ１を第２引張部３７の引張力ｆ２よりも大きく制御する。この場合、第１及び第２引張部３５、３７の引張力の鉛直上方の成分の合力（ｆｙ１＋ｆｙ２）が鉛直上の脚部免荷量となり、第１及び第２引張部３５、３７の引張力の水平成分の合力（ｆｘ１−ｆｘ２）が振出しアシスト量となる。このように、ユーザＵに応じて脚部免荷量および振出しアシスト量を適切に設定できるため、歩行訓練の効率を向上させることができる。

ところで、ユーザＵの歩行訓練時、脚部Ｌが内旋あるいは外旋する傾向が生じることがある。例えば、患脚は、リハビリ初期に内旋、回復期に外旋し易い傾向にあるが、さらに、歩行補助装置の重さも加わるため、その内外旋傾向がより大きくなる。

これに対し、本実施形態に係る歩行訓練装置１において、第１及び第２引張部３５、３７による歩行補助装置２の引張点Ｐ１、Ｐ２は、ユーザＵの脚部Ｌ周りに移動可能に設けられている。第１及び第２引張部３５、３７の引張点Ｐ１、Ｐ２をユーザＵの脚部Ｌ周りに移動させ引張することで、脚部Ｌに内外旋方向のモーメント力を生じさせることができる。このモーメント力を用いることで、ユーザＵの脚部Ｌの内外旋傾向に応じて、その脚部Ｌの内外旋制御量を最適に調整できる。

例えば、第１引張部３５の引張点Ｐ１がユーザＵの脚部Ｌの外側、及び、第２引張部３７の引張点Ｐ２がユーザＵの脚部Ｌの内側、のうち少なくとも一方に設定される。これにより、脚部Ｌを内旋させる内旋制御量を調整できる（図４参照）。より具体的には、第１引張部３５の引張点Ｐ１をユーザＵの脚部Ｌのより外側、及び、第２引張部３７の引張点Ｐ２をユーザＵの脚部Ｌのより内側に設定することで、脚部Ｌの内旋制御量をより増加させることができる。

一方、第１引張部３５の引張点Ｐ１がユーザＵの脚部Ｌの内側、及び、第２引張部３７の引張点Ｐ２がユーザＵの脚部Ｌの外側、のうち少なくとも一方に設定される。これにより、脚部Ｌを外旋させる外旋制御量を調整できる（図５参照）。より具体的には、第１引張部３５の引張点Ｐ１をユーザＵの脚部Ｌのより内側、及び、第２引張部３７の引張点Ｐ２をユーザＵの脚部Ｌのより外側、に設定することで、脚部Ｌの外旋制御量をより増加させることができる。このように、ユーザＵの脚部Ｌの内外旋傾向に応じて、第１及び第２引張部３５、３７の引張点Ｐ１、Ｐ２の位置を設定し、その内外旋制御量を最適に設定できる。

以上、本実施形態に係る歩行訓練装置１において、第１及び第２引張部３５、３７による歩行補助装置２の引張点Ｐ１、Ｐ２は、ユーザＵの脚部Ｌ周りに移動可能に設けられている。第１及び第２引張部３５、３７の引張点Ｐ１、Ｐ２をユーザＵの脚部Ｌ周りに移動させることで、脚部Ｌの内外旋制御量を調整できる。すなわち、歩行訓練時におけるユーザＵの歩行を補助しつつ脚部Ｌの内外旋制御量を調整できる。

ここで、前述した歩行訓練装置１において、制御装置３３は、歩行補助装置２をユーザＵの脚部Ｌに装着する際に利用される免荷重切替え部３３ａ（図１参照）を備えている。この免荷重切替え部３３ａの制御は、歩行補助装置２の重量すなわち荷重の影響を少なくするために、ワイヤ３４と引張部３５とで構成される引張手段Ａと、ワイヤ３６と引張部３７とで構成される引張手段Ｂとを制御することにより行なわれている。つまり、歩行補助装置２の重量すなわち荷重の影響を少なくするためには、免荷重切替え部３３ａによって、引張部３５，３７のモータによるワイヤ３４，３６の巻き取り力の調整によって行われる。

図６（ａ）に示されるように、まず、歩行補助装置２をユーザＵの脚部Ｌに装着する場合、ユーザＵが椅子１００に腰掛けた状態で行われる。この状態で、介助者９９によってユーザＵの脚部Ｌに歩行補助装置２が装着されるが、ユーザＵに歩行補助装置２を介護者９９が装着し易いように、歩行補助装置２は、膝関節部２２で折れた状態になっている。

歩行補助装置２が折れた状態で、歩行補助装置２の膝の折れ角度αは、第１のモータユニット２６内に組み込まれたモータ用エンコーダ２６ａ（図２参照）によって検出され、免荷重切替え部３３ａで歩行補助装置２の状態を取得する（図７のＳ１参照）。そして、エンコーダ２６ａの出力に基づいて、免荷重切替え部３３ａにより、歩行訓練装置２がリハビリ動作であるかどうかを判断する（図７のＳ２参照）。この膝折れ角度αが０度〜１１５度の場合には、リハビリ動作準備中であると、制御装置３３内の免荷重切替え部３３ａによって判断される。

この免荷重切替え部３３ａによって、歩行補助装置２がリハビリ動作中と判断されない場合、すなわちリハビリ準備中と判断された場合には、引張手段Ａ，Ｂの一部をなすワイヤ３４，３６による上方への引張荷重が、歩行補助装置２の重量を支える力より小さく又は略同じになるように制御する。すなわち、免荷重切替え部３３ａで免荷重を「小」に設定する（図７のＳ３参照）。なお、ワイヤ３４，３６による上方への引張荷重が、歩行補助装置２の重量を支える力と略同じ場合には、歩行補助装置２の重量がキャンセルされ、歩行補助装置２は、床から浮くような状態すなわち浮遊状態になっている。引張荷重を、歩行補助装置の重量を支える力より小さくする場合でも、歩行補助装置２の上部が床から浮いた状態が装着に良好である。これにより、歩行補助装置２の重量の影響を小さくして、歩行補助装置２をユーザＵの脚部Ｌに装着し易くする。その結果、リハビリの準備作業を迅速に行うことができ、リハビリ準備中の時間の短縮化を図ることができる。また、歩行補助装置２にワイヤ３４，３６を取り付ける際、免荷重が「小」なので、ワイヤ３４，３６を引き下げるために必要な力が軽減され、作業性が向上する。

図６（ｂ）に示されるように、その後、椅子１００からユーザＵが立ち上がると、モータ用エンコーダによって検出された膝折れ角度αが１１５度を超えると、ユーザＵが起立状態になっていると免荷重切替え部３３ａで認識される。このとき、この免荷重切替え部３３ａによって、歩行補助装置２がリハビリ動作中と判断され、この場合には、ワイヤ３４，３６による上方への引張荷重が、歩行補助装置の重量を支える力より大きくなるように制御する。すなわち、免荷重切替え部３３ａで免荷重を「大」に設定する（図７のＳ４参照）。これによって、免荷重切替え部３３ａでリハビリ動作準備中からリハビリ動作中の設定が完了する。

リハビリが終了した場合、図６（ｃ）に示されるように、ユーザＵは椅子１００に腰掛ける。このように、歩行補助装置２を脚部Ｌから取り外す時、ユーザＵは、椅子１００に腰掛けた状態になっているので、ユーザＵの脚部Ｌの膝は折れた状態になっており、これに伴って、歩行補助装置２も膝関節部２２で折れた状態になっている。

歩行補助装置２の膝の折れ角度αは、第１のモータユニット２６内に組み込まれたモータ用エンコーダ２６ａ（図２参照）によって検出され、免荷重切替え部３３ａで歩行補助装置２の状態を取得する（図７のＳ１参照）。そして、エンコーダ２６ａの出力に基づいて、免荷重切替え部３３ａにより、歩行訓練装置２がリハビリ終了したか否かを判断する（図７のＳ２参照）。この膝折れ角度αが１１５度〜１８０度の場合には、リハビリ終了であると、制御装置３３内の免荷重切替え部３３ａによって判断される。

この免荷重切替え部３３ａによって、歩行補助装置２がリハビリ動作中と判断されない場合、すなわちリハビリ終了と判断された場合には、ワイヤ３４，３６による上方への引張荷重が、歩行補助装置の重量を支える力より小さく又は略同じになるように制御される。すなわち、免荷重切替え部３３ａで免荷重を「小」に設定する（図７のＳ３参照）。なお、ワイヤ３４，３６による上方への引張荷重が、歩行補助装置２の重量を支える力と略同じ場合には、歩行補助装置２の重量がキャンセルされ、歩行補助装置２は、床から浮くような状態すなわち浮遊状態になっている。これによって、歩行補助装置２の重量の影響を小さくして、介助者９９によって歩行補助装置２をユーザＵの脚部Ｌから取り外す作業を容易にし、その結果、歩行補助装置２の取り外し作業を迅速に行うことができ、リハビリ完了後の時間の短縮化を図ることができる。

このように、免荷重切替え部３３ａの採用によって、ユーザＵに対する歩行補助装置２の装着及び取り外しの作業性を良好にし、装着及び取り外しのための作業時間の短縮により、リハビリ時間の総合的な設定時間の短縮化を可能にする。しかも、設定されたリハビリ時間内で、リハビリ時間を長く確保することもでき、リハビリ効果を向上させることができる。

１…歩行訓練装置２…歩行補助装置２２…膝関節部２６ａ…モータ用エンコーダ３３…制御装置３３ａ…免荷重切替え部３４，３６…ワイヤ（引張手段）３５，３７…引張部（引張手段）Ａ，Ｂ…引張手段Ｌ…脚部Ｕ…ユーザ

Claims

ユーザの脚部に装着されて、前記ユーザの歩行を補助する歩行補助装置と、
前記歩行補助装置を上方に引張する引張手段と、
前記歩行補助装置がリハビリ動作中と判断された場合に、前記引張手段による上方への引張荷重を、前記歩行補助装置による重量より大きくし、
前記歩行補助装置がリハビリ動作中と判断されない場合に、前記引張手段による上方への引張荷重を、前記歩行補助装置による重量より小さく又は略同じにするように制御する免荷重切替え部と、を備えた、
歩行訓練装置。