JP6458795B2 - 歩行訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、歩行訓練装置に関する。

歩行に障害を持つ人達が歩行機能を回復するための装置として、トレッドミルを備えた歩行訓練装置が知られている。トレッドミルは、回転ベルトを備えており、訓練者は、回転ベルトの上をその回転に合わせて歩行することで訓練を行う。このような訓練の初期の段階では、訓練者の歩行負荷を軽減するために、訓練対象である脚部に歩行補助装置を装着する場合がある。歩行補助装置は、例えばモータの駆動力を利用して、訓練者の運脚をアシストする。

歩行補助装置は、モータやセンサを搭載することからある程度の重量があり、訓練者にとっては却って負担になることがあった。このような背景のもと、訓練者の頭上付近に設けた巻取機構により、歩行補助装置に繋止したワイヤを訓練者の運脚に合わせて上方へ引き上げることにより、歩行補助装置の重量負担を軽減する歩行訓練装置が知られるに至っている。

特開２０１５−２２３２９４号公報

歩行補助装置をワイヤで吊り、ワイヤを巻取機構で巻き取って収容したり、緩めて解放したりして歩行補助装置の重量を免荷する装置を採用する場合、歩行補助装置を装着した患脚の特定の動作に対して、免荷力が短時間に大きく振れるハンチングが発生することがわかってきた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、免荷力のハンチングの発生を抑制した歩行訓練装置を提供するものである。

本発明の第１の態様における歩行訓練装置は、訓練者の脚部に装着して訓練者の脚部の動きを補助する歩行補助装置を備える歩行訓練装置であって、訓練者の頭上方向から、歩行補助装置が装着された脚部を、直接的または間接的に引張するためのワイヤと、ワイヤに引張力を与えるモータと、モータを制御して引張力を調整する制御部と、脚部の動作に応じてワイヤを収容または解放する収容機構と、収容機構がワイヤを収容または解放する速度を検出する速度検出部とを備え、制御部は、速度が、０を含む予め規定された規定範囲に含まれる場合は速度に依存しない予め定められた引張力になるようにモータを制御し、規定範囲に含まれない場合は速度に基づいて算出される引張力になるようにモータを制御する。

このように構成された歩行訓練装置は、免荷力のハンチングが発生しやすい、患脚の動作が止まる前後の期間に、ワイヤの収容等の速度に依存しない引張力でワイヤを引張するので、ハンチングの発生を抑制することができる。また、それ以外の期間では、ワイヤの収容等の速度に基づく引張力でワイヤを引張するので、動摩擦や粘性摩擦の影響を打ち消して、一定の免荷力を発揮することを期待できる。

本発明の第２の態様における歩行訓練装置は、訓練者の脚部に装着して訓練者の脚部の動きを補助する歩行補助装置を備える歩行訓練装置であって、訓練者の頭上方向から、歩行補助装置が装着された脚部を、直接的または間接的に引張するためのワイヤと、ワイヤに引張力を与えるモータと、モータを制御して引張力を調整する制御部と、脚部の動作に応じてワイヤを収容または解放する収容機構と、収容機構がワイヤを収容または解放する速度を検出する速度検出部と、訓練者の脚部の接地状態を検出する状態検出部とを備え、制御部は、状態検出部の検出結果から脚部が遊脚状態から立脚状態へ推移する又は立脚状態から遊脚状態へ推移すると判断した場合に、速度に依存しない予め定められた引張力になるようにモータを制御し、状態検出部の検出結果から脚部が遊脚状態を維持している又は立脚状態を維持していると判断した場合に、速度に基づいて算出される引張力になるようにモータを制御する。

このように構成された歩行訓練装置は、免荷力のハンチングが発生しやすい、立脚状態と遊脚状態の一方から他方への移行期間に、ワイヤの収容等の速度に依存しない引張力でワイヤを引張するので、ハンチングの発生を抑制することができる。また、それ以外の期間では、ワイヤの収容等の速度に基づく引張力でワイヤを引張するので、動摩擦や粘性摩擦の影響を打ち消して、一定の免荷力を発揮することを期待できる。

本発明により、免荷力のハンチングの発生を抑制した歩行訓練装置を提供することができる。

本実施形態に係る歩行訓練装置の概略斜視図である。 歩行補助装置の概略斜視図である。 歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。 歩行訓練の様子を示す図である。 訓練者の運脚とサポートワイヤの巻取量の関係を表すグラフである。 訓練者の運脚とサポートワイヤの巻取速度の関係を表すグラフである。 サポートワイヤの動きと摩擦力の関係を示す図である。 巻取速度とモータの引張力の関係を表すグラフである。 訓練者の運脚とモータの引張力の関係を表すグラフである。 モータの引張力と摩擦力の関係を表すグラフである。 訓練者の運脚と免荷力の関係を表すグラフである。 荷重軽減処理の処理フローである。 円滑でない運脚とサポートワイヤの巻取速度の関係を表すグラフである。 円滑でない運脚とモータの引張力の関係を表すグラフである。 他の例の運脚とモータの引張力の関係を表すグラフである。 運脚の変化とサポートワイヤの巻取量の関係を表すグラフである。 本実施形態の変形例に係る歩行訓練装置の概略斜視図である。 免荷力の分担について説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態にかかる歩行訓練装置１００の概略斜視図である。歩行訓練装置１００は、片麻痺などの障害を持つ障害者や脚力が衰えた高齢者である訓練者９００が、歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１００は、主に、全体の骨格を成すフレーム１３０に取り付けられたサポート引張部１３５およびハーネス引張部１１２と、訓練者９００が歩行するトレッドミル１３１と、訓練者９００の脚部に装着する歩行補助装置１２０とを備える。

フレーム１３０は、床面に設置されるトレッドミル１３１上に立設されている。トレッドミル１３１は、不図示のモータによりリング状のベルト１３２を回転させる。トレッドミル１３１は、訓練者９００の歩行を促す装置である。歩行訓練を行う訓練者９００は、ベルト１３２に乗り、ベルト１３２の移動に合わせて歩行動作を試みる。

フレーム１３０は、モータやセンサの制御を行う全体制御部２１０を収容する制御盤１３３や、訓練の進捗状況等を表示する例えば液晶パネルである表示部１３８などを支持している。また、フレーム１３０は、訓練者９００の頭上部前方付近でサポート引張部１３５を、頭上部付近でハーネス引張部１１２を支持している。また、フレーム１３０は、訓練者９００が掴むための手摺り１３０ａを含む。

サポートワイヤ１３４は、一端がサポート引張部１３５の巻取機構に連結されており、他端が歩行補助装置１２０に連結されている。サポート引張部１３５の巻取機構は、不図示のモータの出力を調整することにより、患脚の動きに応じてサポートワイヤ１３４を巻き取ったり解放したりする。

歩行訓練装置１００は、装具１１０、ハーネスワイヤ１１１、ハーネス引張部１１２を主な構成要素とする、安全装置としての転倒防止ハーネス装置を備える。装具１１０は、訓練者９００の腰部に巻き付けられるベルトであり、例えば面ファスナによって腰部に固定される。装具１１０は、吊具であるハーネスワイヤ１１１の一端を連結する連結フック１１０ａを備える。訓練者９００は、連結フック１１０ａが後背部に位置するように、装具１１０を装着する。

ハーネスワイヤ１１１は、一端が装具１１０の連結フック１１０ａに連結されており、他端がハーネス引張部１１２の巻取機構に連結されている。ハーネス引張部１１２の巻取機構は、不図示のモータの出力を調整することにより、ハーネスワイヤ１１１を巻き取ったり解放したりする。このような構成により、ハーネス装置は、訓練者９００が転倒しそうになった場合に、その動きを検知した全体制御部２１０の指示に従ってハーネスワイヤ１１１を巻き取り、訓練者９００の上体を支えて訓練者９００の転倒を防ぐ。

歩行補助装置１２０は、訓練者９００の訓練対象の脚部である患脚に装着され、患脚の負荷を軽減することにより訓練者９００の歩行を補助する。歩行補助装置１２０は、足裏に掛かる荷重を検出するための足裏センサ１２５を備える。図２は、歩行補助装置１２０の概略斜視図である。歩行補助装置１２０は、足裏センサ１２５の他に、主に、制御ユニット１２１と、患脚の各部を支える複数のフレームを備える。

制御ユニット１２１は、歩行補助装置１２０の制御を行う補助制御部２２０を含み、また、膝関節の屈曲運動を補助するための駆動力を発生させる不図示のモータを含む。患脚の各部を支えるフレームは、上腿フレーム１２２と、上腿フレーム１２２に回動自在に連結された下腿フレーム１２３と、下腿フレーム１２３に回動自在に連結された足平フレーム１２４と、上腿をサポートし、サポートワイヤ１３４を連結するための前側サポートフレーム１２７と、ふくらはぎをサポートするための後側サポートフレーム１２８とを含む。

上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３は、図示するヒンジ軸Ｈ_ａ周りに相対的に回動する。制御ユニット１２１のモータは、補助制御部２２０の指示に従って回転して、上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３がヒンジ軸Ｈ_ａ周りに相対的に開くように加勢したり、閉じるように加勢したりする。下腿フレーム１２３と足平フレーム１２４は、図示するヒンジ軸Ｈ_ｂ周りに相対的に回動する。相対的に回動する角度は、調整機構１２６によって歩行訓練前に調整される。

前側サポートフレーム１２７は、上腿の前側を左右方向に伸延し、両端で上腿フレーム１２２に接続するように設けられている。また、前側サポートフレーム１２７には、サポートワイヤ１３４を連結するための連結フック１２７ａが、左右方向の中央付近に設けられている。後側サポートフレーム１２８は、下腿の後側を左右方向に伸延し、両端でそれぞれ上下に伸延する下腿フレーム１２３に接続するように設けられている。

上腿フレーム１２２は、上腿ベルト１２９を備える。上腿ベルト１２９は、上腿フレーム１２２に一体的に設けられたベルトであり、患脚の上腿部に巻き付けて上腿フレーム１２２を上腿部に固定する。これにより、歩行補助装置１２０の全体が訓練者９００の脚部に対してずれることを防止している。

足裏センサ１２５は、足平フレーム１２４に埋め込まれた荷重センサである。足裏センサ１２５は、訓練者９００の足裏が受ける垂直荷重の大きさと分布を検出する。足裏センサ１２５は、例えば、電極がマトリックス状に配置された抵抗変化検出型の荷重検出シートである。

次に歩行訓練装置１００のシステム構成について説明する。図３は、歩行訓練装置１００のシステム構成図である。全体制御部２１０は、例えばＣＰＵであり、システムメモリから読み込んだ制御プログラムを実行することにより、装置全体の制御を実行する。トレッドミル駆動部２１１は、ベルト１３２を回転させるモータとその駆動回路を含む。全体制御部２１０は、トレッドミル駆動部２１１へ駆動信号を送ることにより、ベルト１３２の回転制御を実行する。例えば、予め設定された歩行速度に応じて、ベルト１３２の回転速度を調整する。

操作受付部２１２は、訓練者９００やオペレータからの入力操作を受け付けて、操作信号を全体制御部２１０へ送信する。訓練者９００やオペレータは、操作受付部２１２を構成する、装置に設けられた操作ボタンやタッチパネル、付属するリモコン等を操作して、電源のオン／オフやトレーニングの開始の指示を与えたり、設定に関する数値の入力やメニュー項目の選択を行ったりする。

表示制御部２１３は、全体制御部２１０からの表示信号を受け取って表示画面を生成し、表示部１３８に表示する。表示制御部２１３は、表示信号に従って、トレーニングの進捗を示す画面等を生成する。

引張駆動部２１４は、サポート引張部１３５を構成する、サポートワイヤ１３４を引張するためのモータとその駆動回路を含む。モータは、例えば、回転速度とトルクをそれぞれ制御しやすい三相誘導モータやステッピングモータが用いられる。また、引張駆動部２１４は、モータの駆動回路に組み込まれた、モータに流れる電流を監視する電流計２１５と、巻取機構の巻回軸に設けられ、巻回軸の回転角を検出するエンコーダ２１６とを含む。

全体制御部２１０は、引張駆動部２１４へ駆動信号を送ることにより、サポートワイヤ１３４の巻取および解放と、そのときにサポートワイヤ１３４に与える引張力を制御する。具体的には、全体制御部２１０は、電流計２１５の出力を監視することによりモータへの通電量を制御して、モータの出力トルクを調整する。すなわち、全体制御部２１０は、電流計２１５と協働して、サポートワイヤ１３４に与える引張力を調整する制御部としての機能を担う。なお、全体制御部２１０は、サポートワイヤ１３４の張力を直接的に計測することなく、モータの出力トルクによってサポートワイヤ１３４に与える引張力を制御する。また、エンコーダ２１６の検出信号を監視することにより、サポートワイヤ１３４の巻取量および巻取速度を把握する。より詳細な制御については後に詳述する。

ハーネス駆動部２１７は、ハーネス引張部１１２を構成する、ハーネスワイヤ１１１を引張するためのモータとその駆動回路を含む。全体制御部２１０は、ハーネス駆動部２１７へ駆動信号を送ることにより、ハーネスワイヤ１１１の巻き取りと、ハーネスワイヤ１１１の引張力を制御する。

上述のように、歩行補助装置１２０は訓練者９００の患脚に装着されるが、歩行訓練装置１００は、歩行補助装置１２０に指令を与えたり、センサ情報を受け取ったりするために、全体制御部２１０に接続された通信接続ＩＦ２１９を備える。歩行補助装置１２０も、通信接続ＩＦ２１９と有線または無線によって接続される通信接続ＩＦ２２９を備える。通信接続ＩＦ２２９は、歩行補助装置１２０の補助制御部２２０に接続されている。通信接続ＩＦ２１９、２２９は、通信規格に則った例えば無線ＬＡＮ等の通信インタフェースである。

補助制御部２２０は、例えばＣＰＵであり、全体制御部２１０から与えられた制御プログラムを実行することにより、歩行補助装置１２０の制御を実行する。また、歩行補助装置１２０の状態を、通信接続ＩＦ２１９、２２９を介して全体制御部２１０へ通知する。また、全体制御部２１０からの指令を受けて、歩行補助装置１２０の起動／停止等を実行する。

関節駆動部２２１は、制御ユニット１２１のモータとその駆動回路を含む。補助制御部２２０は、関節駆動部２２１へ駆動信号を送ることにより、上腿フレーム１２２と下腿フレーム１２３がヒンジ軸Ｈ_ａ周りに相対的に開くように加勢したり、閉じるように加勢したりする。足裏センサ１２５は、上述の通り訓練者９００の足裏が受ける垂直荷重の大きさと分布を検出して、検出信号を補助制御部２２０へ送信する。補助制御部２２０は、検出信号を受け取り解析することにより、遊脚／立脚の状態判別などを行う。

図４は、歩行訓練の様子を示す図である。特に、患脚の運脚とサポートワイヤ１３４の関係を示している。なお、右手は手摺り１３０ａに掴まっているものとする。

図中左のａの状態は、ほぼ直立した立脚状態を示す。患脚である右脚は、左脚より若干後方に位置し、訓練者９００は、これから右脚を上げようとしている状態である。上述のように、サポート引張部１３５は、訓練者９００の頭上前方の位置に設置されているので、サポートワイヤ１３４は、このａの状態において、巻取機構から最も繰り出された状態となる。

図中真中のｂの状態は、訓練者９００が患脚である右脚を振り上げ、膝が最も高い位置にある状態を示す。患脚が持ち上げられている遊脚期間は、軸脚である左脚に対して後方から前方へ移動させる期間である。この期間中は、サポートワイヤ１３４が巻取機構によって徐々に巻き取られ、サポート引張部１３５内に収容される。

図中右のｃの状態は、遊脚期間を終え、訓練者９００が患脚である右脚を前方に接地した状態である。すなわち、立脚状態に切り替わった直後の状態である。このとき、歩行補助装置１２０とサポート引張部１３５は互いに最も近づき、サポートワイヤ１３４は、このｃの状態において、巻取機構に最も巻き取られた状態となる。

この後、訓練者９００は、患脚である右脚を立脚状態に保って、左脚を運脚することにより、再びａの状態に戻る。なお、訓練者９００が、このような歩行訓練を行っている間は、設定された速度によりトレッドミル１３１のベルト１３２が回転するので、立脚状態の右脚は左脚が運脚される間に後方に移動する。この間に、サポートワイヤ１３４は、巻取機構から徐々に繰り出される。すなわち、訓練者９００は、実質的にその場で歩行動作を繰り返すことになる。

本実施形態における歩行訓練装置１００では、収容機構として機能するサポート引張部１３５を、訓練者９００の頭上であって、訓練者９００の患脚が接地する予定範囲よりも前方に設置している。このような位置に設置することにより、サポートワイヤ１３４は、立脚状態から遊脚状態に移るａの状態において巻取機構から最も繰り出され、遊脚状態から立脚状態に移ったｃの状態において巻取機構に最も巻き取られることになる。サポート引張部１３５は、訓練者９００の頭上方向に設けられればその機能を発揮することができるが、このような位置に設置されると、運脚とサポートワイヤ１３４の関係が単純化され、後に説明する制御が容易となる。

なお、以下においては特に言及するまでは、患脚が比較的滑らかに運脚される場合を例として説明する。すなわち、図４に示す各状態が点線の矢印に沿ってスムーズに遷移する場合について説明する。

図５は、訓練者９００の運脚とサポートワイヤ１３４の巻取量の関係を表すグラフである。横軸は時間の経過を表し、縦軸は巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取った巻取量を表す。巻取量Ｗは、巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取った長さであり、サポート引張部１３５に収容された収容量とほぼ等しい。実線で示す曲線が、患脚の一歩分である１周期分を表している。

訓練者９００は、時間ｔ_ａ１では、図４のａの状態である。このとき、巻取機構が巻き取っている巻取量Ｗは、最小値Ｗ_ｍｉｎとなる。訓練者９００が患脚を持ち上げると遊脚期間に入り、時間ｔ_ｂ１で図４のｂの状態（このときの巻取量はＷ_ｃ）を経て、時間ｔ_ｃ１で図４のｃの接地状態となり、遊脚期間を終える。時間ｔ_ｃ１で、巻取機構が巻き取っている巻取量Ｗは、最大値Ｗ_ｍａｘとなる。時間ｔ_ｃ１からは立脚期間に入り、時間ｔ_ａ２で、再び図４のａの状態に戻って、立脚期間を終える。なお、患脚は、トレッドミル１３１の作用により立脚期間中に元の位置に戻る。なお、全体制御部２１０は、エンコーダ２１６の検出信号を受け取って積算することにより巻取量Ｗを取得する。

図６は、訓練者９００の運脚とサポートワイヤ１３４の巻取速度の関係を表すグラフである。横軸は時間の経過を表し、縦軸は巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取る巻取速度を表す。巻取速度ｒｖは、巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取る単位時間あたりの巻取長さである。実線で示す曲線が、左右両脚の一歩分である１周期分を表している。

訓練者９００は、時間ｔ_ａ１では、図４のａの状態であり患脚は瞬時停止している。したがって、このときの巻取速度ｒｖは、０となる。訓練者９００が患脚を持ち上げると遊脚期間に入り、時間ｔ_ｂ１で図４のｂの状態となるまでは、巻取速度ｒｖは徐々に大きくなり、時間ｔ_ｂ１で最大値であるｒｖ_ｍａｘとなる。運脚はさらに続くが、今度は、巻取速度ｒｖは徐々に小さくなり、図４のｃの接地状態となる時間ｔ_ｃ１で再び０となる。遊脚期間の間は、巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取るので、巻取速度ｒｖは正の値となる。

時間ｔ_ｃ１からは立脚期間に入り、巻取速度ｒｖは徐々に小さくなり、最小値ｒｖ_ｍｉｎを経て上昇に転じ、時間ｔ_ａ２で立脚期間を終えて、巻取速度ｒｖは再び０に戻る。立脚期間の間は、トレッドミル１３１の作用によって患脚が巻取機構から遠ざかるので、サポートワイヤ１３４は歩行補助装置１２０に引っ張られて繰り出され、巻取速度ｒｖは負の値となる。なお、全体制御部２１０は、エンコーダ２１６の検出信号を受け取って単位時間あたりの角度変化を演算することにより、巻取速度ｒｖを取得する。このとき、エンコーダ２１６と全体制御部２１０は、協働して、サポート引張部１３５がサポートワイヤ１３４を収容（巻取）または解放（操出）する速度を検出する速度検出部としての機能を担う。

図７は、サポートワイヤ１３４の動きと摩擦力の関係を示す図である。特にサポートワイヤ１３４と巻取機構の動作ごとに、エンコーダ２１６の近傍を拡大して示す図である。

訓練者９００の運脚に合わせてサポート引張部１３５によりサポートワイヤ１３４を収容したり、解放したりする主な目的は、訓練者９００にとってトレーニングの負担となる歩行補助装置１２０の重量を軽減することである。すなわち、サポート引張部１３５は、歩行補助装置１２０に繋止したサポートワイヤ１３４を引っ張ることにより、歩行補助装置１２０の重量分を免荷する。サポート引張部１３５は、歩行補助装置１２０の重量分を免荷する以上に引っ張ることにより訓練者９００の体重の一部を免荷することもできるが、本実施形態においては、歩行補助装置１２０の重量分を免荷するものとして説明する。

巻取機構は、訓練者９００が患脚を上げれば余った長さ分のサポートワイヤ１３４を巻き取り、立脚期間中に患脚が遠ざかれば患脚に引っ張られた分だけサポートワイヤ１３４を繰り出す。巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取る場合であっても繰り出す場合であっても、不図示のモータは、巻取機構の巻回軸にトルクを与えることにより、歩行補助装置１２０の重量分に相当する引張力をサポートワイヤ１３４に与える。

図７（ａ）は、遊脚期間に見られる、巻取機構にサポートワイヤ１３４が巻き取られている様子を示す。サポートワイヤ１３４が速度ｖで巻取機構に巻き取られているときに働く摩擦力は、巻取方向とは逆向き、すなわち操出方向に働く動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖである。動摩擦力Ｆ_ｄは、巻取機構とサポートワイヤ１３４の間に働く一定の摩擦力であり、粘性摩擦力Ｆ_ｖは、サポートワイヤ１３４の移動に伴って生じる、移動速度に比例する摩擦力である。このときのモータの引張力Ｆｍは、動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖが作用する方向が引張する方向と逆向きになるのでこれらの分を加えて、歩行補助装置１２０の重量を免荷するように調整される。

図７（ｂ）は、遊脚期間を終えて患脚が接地して立脚に切り替わる時点で見られる、サポートワイヤ１３４が巻き取られも繰り出されもしていない様子を示す。このときに働く摩擦力は、直前まで働いていた動摩擦力の向きと同じく繰出方向に働く静止摩擦力Ｆ_ｓである。静止摩擦力Ｆ_ｓは、巻取機構とサポートワイヤ１３４の間に働く一定の摩擦力であり、動摩擦力Ｆ_ｄより大きい。この様子は、立脚から遊脚期間が始まる時点でも同様に見られる。

図７（ｃ）は、患脚が接地した立脚時点から、患脚がトレッドミル１３１の作用により後方へ移動する立脚期間に切り替わる時点で見られる、サポートワイヤ１３４が巻き取られも繰り出されもしていない様子を示す。このときに働く摩擦力は、巻取方向に働く静止摩擦力Ｆ_ｓである。この様子は、立脚期間から遊脚に移行する直前に一旦立脚となる時点でも同様に見られる。

図７（ｄ）は、立脚期間に見られる、巻取機構からサポートワイヤ１３４が繰り出されている様子を示す。サポートワイヤ１３４が速度ｖで巻取機構から繰り出されているときに働く摩擦力は、巻取方向に働く動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖである。このときのモータの引張力Ｆｍは、動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖが作用する方向が引張する方向と同じになるのでこれらの分を差し引いて、歩行補助装置１２０の重量を免荷するように調整される。

モータの引張力Ｆ_ｍは、図７の各図の状況に応じて働く動摩擦力Ｆ_ｄ、粘性摩擦力Ｆ_ｖ、静止摩擦力Ｆ_ｓを相殺して、歩行補助装置１２０の一定の重量分を常に免荷するように調整されることが好ましい。換言すれば、訓練者９００が、歩行の状態によらず、一定の免荷力を享受することが好ましい。しかし、遊脚期間から立脚期間へ移行する場合には、図７の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の状態変化が短時間に発生し、また、立脚期間から遊脚期間へ移行する場合も、図７の（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）の状態変化が短時間に発生する。すなわち、患脚が一旦止まり、サポートワイヤ１３４が巻き取られも繰り出されもしない速度０を挟む状態変化においては、摩擦力の変化が大きくかつ急激に発生する。

全体制御部２１０は、遊脚期間および立脚期間は動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆｖを相殺するように、電流計２１５とエンコーダ２１６の検出結果を取得しながら、サポートワイヤ１３４の速度に応じてモータの引張力Ｆ_ｍを調整する。しかし、速度０を含む近傍においても同様に調整しようとすると、摩擦力の変化が大きくかつ急激に発生するので、引張力Ｆ_ｍの適切な調整が困難であり、免荷力が短時間に大きく振れるハンチングが発生してしまう。そこで、本実施形態における歩行訓練装置１００では、速度０を含む一定の期間においては歩行補助装置１２０の重量分だけを免荷することはできなくても、ハンチングの発生を抑制することを優先する。

サポートワイヤ１３４の巻取速度に基づくモータの引張力Ｆ_ｍの具体的な調整について説明する。図８は、サポートワイヤ１３４の巻取速度ｒｖとモータの引張力Ｆ_ｍの関係を表すグラフである。横軸は巻取速度ｒｖを表し、縦軸はモータの引張力Ｆ_ｍを表す。

巻取速度ｒｖが正の値であるときは、巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取っている状態にある。巻取速度ｒｖが負の値であるときは、巻取機構がサポートワイヤ１３４を繰り出している状態にある。図６を用いて説明したように、巻取速度の最大値はｒｖ_ｍａｘであり、最長値はｒｖ_ｍｉｎである。

本実施形態においては、速度０を含む範囲として［ｒｖ_ｎ，ｒｖ_ｐ］（ｒｖ_ｎ＜０＜ｒｖ_ｐ）を規定する。速度ｒｖがこの範囲（ｒｖ_ｎ≦ｒｖ≦ｒｖ_ｐ）に含まれる場合は、モータの引張力Ｆ_ｍを一定の値Ｆ_ｒｅｆとする。すなわち、
Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ （ｒｖ_ｎ≦ｒｖ≦ｒｖ_ｐ） …（１）
である。Ｆ_ｒｅｆは、摩擦力が生じていない静止状態において、歩行補助装置１２０の重量を免荷するために必要な引張力である。したがって、Ｆ_ｒｅｆは、歩行補助装置１２０の重量に基づいて予め設定される。

速度ｒｖがｒｖ_ｐ＜ｒｖ≦ｒｖ_ｍａｘである遊脚期間中は、図７（ａ）の関係から、モータの引張力Ｆ_ｍを、Ｆ_ｒｅｆに動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖの分を加えた値とする。すなわち、
Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ＋（Ｆ_ｄ＋Ｆ_ｖ） （ｒｖ_ｐ＜ｒｖ≦ｒｖ_ｍａｘ） …（２）
とする。ここで、Ｆ_ｖは、速度ｒｖに比例するので、比例係数をＫとすると、
Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ＋（Ｆ_ｄ＋Ｋ・ｒｖ） （ｒｖ_ｐ＜ｒｖ≦ｒｖ_ｍａｘ） …（３）
となる。なお、Ｆ_ｍａｘ＝Ｆ_ｒｅｆ＋（Ｆ_ｄ＋Ｋ・ｒｖ_ｍａｘ）である。

速度ｒｖがｒｖ_ｍｉｎ≦ｒｖ＜ｒｖ_ｎである立脚期間中は、図７（ｄ）の関係から、モータの引張力Ｆ_ｍを、Ｆ_ｒｅｆから動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖの分を差し引いた値とする。すなわち、
Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ−（Ｆ_ｄ＋Ｆ_ｖ） （ｒｖ_ｍｉｎ≦ｒｖ＜ｒｖ_ｎ） …（４）
とする。ここで、Ｆ_ｖは、速度ｒｖに比例するので、比例係数をＫとすると、速度ｒｖが負の値であることを考慮して、
Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ−（Ｆ_ｄ−Ｋ・ｒｖ） （ｒｖ_ｍｉｎ≦ｒｖ＜ｒｖ_ｎ） …（５）
となる。なお、Ｆ_ｍｉｎ＝Ｆ_ｒｅｆ−（Ｆ_ｄ−Ｋ・ｒｖ_ｍｉｎ）である。

図９は、訓練者９００の運脚とモータの引張力の関係を表すグラフである。具体的には、図９は、図６の巻取速度ｒｖに図８の関数を当てはめて縦軸を引張力Ｆ_ｍに書き換えたものである。横軸は時間の経過を表し、縦軸はモータがサポートワイヤ１３４に与える引張力Ｆ_ｍを表す。

時間ｔ_ａ１で遊脚期間に入るが、時間ｔ_ａ１ｆで巻取速度ｒｖがｒｖ_ｐに到達するまでは、Ｆ_ｍはＦ_ｒｅｆの一定値である。巻取速度ｒｖが時間ｔ_ａ１ｆでｒｖ_ｐを超え、時間時間ｔ_ｂ１で最大値ｒｖ_ｍａｘとなり、時間ｔ_ｃ１ｂでｒｖ_ｐに戻るまでは、上記の式（３）で計算される値とする。なお、図において、Ｆ_ｐ＝Ｆ_ｒｅｆ＋（Ｆ_ｄ＋Ｋ・ｒｖ_ｐ）である。

遊脚期間中の時間ｔ_ｃ１ｂで巻取速度ｒｖがｒｖ_ｐになってから、患脚が接地する時間ｔ_ｃ１（このときｒｖ＝０）を経て、立脚期間中の時間ｔ_ｃ１ｆで巻取速度ｒｖがｒｖ_ｎになるまでは、Ｆ_ｍはＦ_ｒｅｆの一定値である。巻取速度ｒｖが時間ｔ_ｃ１ｆでｒｖ_ｎを下回り、最大値ｒｖ_ｍｉｎを経て、時間ｔ_ａ２ｂでｒｖ_ｎに戻るまでは、上記の式（５）で計算される値とする。なお、図において、Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ−（Ｆ_ｄ−Ｋ・ｒｖ_ｎ）である。立脚期間中の時間ｔ_ａ２ｂで巻取速度ｒｖがｒｖ_ｎになってから、患脚が立脚期間を終える時間ｔ_ａ２（このときｒｖ＝０）までは、Ｆ_ｍはＦ_ｒｅｆの一定値である。

図１０は、モータの引張力と摩擦力の関係を表すグラフである。具体的には、図９で表したモータの引張力Ｆ_ｍに対して摩擦力に起因する成分を表したものである。図９と同じく、横軸は時間の経過を表し、縦軸はモータがサポートワイヤ１３４に与える引張力Ｆ_ｍを表す。

遊脚期間中である時間ｔ_ａ１ｆからｔ_ｃ１ｂまでにおいて、モータの引張力Ｆ_ｍのうち、Ｆ_ｒｅｆに加算される動摩擦力Ｆ_ｄは、この期間のいずれの時点においても一定値である。一方で、Ｆ_ｒｅｆに加算される粘性摩擦力Ｆ_ｖは、時間経過に対して刻々と変化する変動値である。

立脚期間中である時間ｔ_ｃ１ｆからｔ_ａ２ｂまでにおいて、モータの引張力Ｆ_ｍのうち、Ｆ_ｒｅｆから差し引かれる動摩擦力Ｆ_ｄは、この期間のいずれの時点においても一定値である。一方で、Ｆ_ｒｅｆから差し引かれる粘性摩擦力Ｆ_ｖは、時間経過に対して刻々と変化する変動値である。

図１１は、訓練者９００の運脚と歩行補助装置１２０に実際に作用する免荷力の関係を表すグラフである。すなわち、図９のようにモータがサポートワイヤ１３４に引張力Ｆ_ｍを与えたときに、訓練者９００の重量負担がどのように軽減されるかを表すグラフである。横軸は時間の経過を表し、縦軸は軽減される重量負担である免荷力ｆを表す。

遊脚期間中である時間ｔ_ａ１からｔ_ａ１ｆまでは、実際には動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖが生じているにも関わらず、モータの引張力をＦ_ｒｅｆの一定に保っている期間であるので、その分の免荷力が若干不足している。遊脚期間中である時間ｔ_ａ１ｆからｔ_ｃ１ｂまでは、動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖを考慮してモータの引張力を調整しているので、歩行補助装置１２０の重量分を免荷するＦ_ｒｅｆが安定的に維持されている。

時間ｔ_ｃ１ｂからｔ_ｃ１ｆまでは、遊脚期間から立脚期間へ移行する過渡期間であるが、実際には静止摩擦力Ｆ_ｓ、あるいは動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖが生じているにも関わらず、モータの引張力をＦ_ｒｅｆの一定に保っている期間であるので、その分の免荷力が若干過不足している。なお、より厳密にはＦ_ｓとＦ_ｄの差により更に変動を生じ得るが、ごく短時間の間における変化であるので、図には表していない。また、このような短時間における変化は、訓練者９００が知覚しない程度であり、実質的には影響を無視し得る。時間ｔ_ａ１からｔ_ａ１ｆまでと、時間ｔ_ａ２ｂからｔ_ａ２までにも同様の現象が生じ得るが、同様である。

立脚期間中である時間ｔ_ｃ１ｆからｔ_ａ２ｂまでは、動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖを考慮してモータの引張力を調整しているので、歩行補助装置１２０の重量分を免荷するＦ_ｒｅｆが安定的に維持されている。立脚期間中である時間ｔ_ａ２ｂからｔ_ａ２までは、実際には動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖが生じているにも関わらず、モータの引張力をＦ_ｒｅｆの一定に保っている期間であるので、その分の免荷力が若干過剰である。

図１２は、荷重軽減処理の処理フローである。フローは、歩行補助装置１２０の動作開始と共に開始される。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０１で、エンコーダ２１６の検出信号を取得して、サポートワイヤ１３４の巻取速度ｒｖを取得する。そして、ステップＳ１０２へ進み、取得した巻取速度ｒｖが、予め設定されたｒｖ_ｐよりも大きいか否かを判断する。大きいと判断したらステップＳ１０３へ進み、そうでないと判断したらステップＳ１０４へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０３で、モータがサポートワイヤ１３４に与える引張力Ｆ_ｍを上記の式（３）に従った値に設定する。そして、設定された値の引張力を発揮する電流値となるように、電流計２１５の検出値を監視しながら、引張駆動部２１４へ相応する駆動信号を送信する。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０４へ進んだ場合には、取得した巻取速度ｒｖが、予め設定されたｒｖ_ｎよりも小さいか否かを判断する。小さいと判断したらステップＳ１０５へ進み、そうでないと判断したらステップＳ１０６へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０５で、モータがサポートワイヤ１３４に与える引張力Ｆ_ｍを上記の式（５）に従った値に設定する。そして、設定された値の引張力を発揮する電流値となるように、電流計２１５の検出値を監視しながら、引張駆動部２１４へ相応する駆動信号を送信する。また、全体制御部２１０は、ステップＳ１０６で、モータがサポートワイヤ１３４に与える引張力Ｆ_ｍを上記の式（１）に従った値に設定する。そして、設定された値の引張力を発揮する電流値となるように、電流計２１５の検出値を監視しながら、引張駆動部２１４へ相応する駆動信号を送信する。

ステップＳ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０６の処理が完了したら、ステップＳ１０７へ進み、全体制御部２１０は、訓練プログラムが終了したか否かを確認する。終了していなければステップＳ１０１へ戻る。終了していれば、一連の処理を終える。

以上の説明においては、患脚が比較的滑らかに運脚される場合を例として説明したが、歩行訓練中の訓練者９００によっては、図４に示す各状態が点線の矢印に沿ってスムーズに遷移するとは限らず、持ち上げた患脚が途中で止まってしまうような、円滑でない運脚もあり得る。このような場合について説明する。

図１３は、訓練者９００の円滑でない運脚の一例とサポートワイヤ１３４の巻取速度の関係を表すグラフである。図６と同様に、横軸は時間の経過を表し、縦軸は巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取る巻取速度ｒｖを表す。

訓練者９００は、時間ｔ_ａ１で患脚を振り上げて遊脚期間に入るものの、その動きは鈍く不安定であり、時間ｔ_ｎ１まで閾値となるｒｖ_ｐを超えない。また、この間にｒｖが０になる瞬間を含む。時間ｔ_ｎ１でｒｖ_ｐを超えるものの時間ｔ_ｎ２で失速してｒｖ_ｐを下回り、時間ｔ_ｎ３で再びｒｖ_ｐを超える。そして、遊脚期間の終了を迎えるにあたり時間ｔ_ｎ４でｒｖ_ｐを下回る。時間ｔ’_ｃ１から時間ｔ’_ｃ１ｆ、ｔ’_ａ２ｂを経て時間ｔ’_ａ２へ至る期間は立脚期間であり、トレッドミル１３１の作用によって患脚が自動的に後方へ移動するので、図６の時間ｔ_ｃ１からｔ_ａ２の様子と同等である。

このように、運脚が不安定であって、遊脚期間中にもｒｖが０となる場合がある。このような場合であっても、遊脚期間中に免荷力が短時間に大きく振れるハンチングが発生しないように、図８の関数を適用してモータの引張力Ｆ_ｍを調整することが肝要である。

図１３の運脚に図８の関数を適用した場合のモータの引張力について説明する。図１４は、図１３の運脚とモータの引張力の関係を表すグラフである。具体的には、図１４は、図１３の巻取速度ｒｖに図８の関数を当てはめて縦軸を引張力Ｆ_ｍに書き換えたものである。横軸は時間の経過を表し、縦軸はモータがサポートワイヤ１３４に与える引張力Ｆ_ｍを表す。

状況の詳細な説明は省くが、全体制御部２１０は、図１３で説明したそれぞれの時間に対応して、引張力Ｆ_ｍを、Ｆ_ｒｅｆの一定値としたり、動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖを考慮した変動値としたりしている。このような引張力Ｆ_ｍの変化は、図１２のフローに沿った処理によってもたらされる。運脚が不安定であっても、このように引張力Ｆ_ｍにハンチングを引き起こすような急激で大きな変化は生じないので、訓練者９００は、比較的安定した負担軽減を享受できる。

以上説明した実施例においては、巻取速度ｒｖが、速度０を含む［ｒｖ_ｎ，ｒｖ_ｐ］の規定範囲に含まれる場合は、モータの引張力Ｆ_ｍを一定値Ｆ_ｒｅｆとしたが、この間の引張力Ｆ_ｍは他のルールに則って設定しても良い。この間においては、引張力Ｆ_ｍを巻取速度ｒｖに基づいて設定するとハンチングが生じる恐れが高いので、ｒｖに依存しない引張力Ｆ_ｍになるように設定すれば良い。

図１５は、引張力Ｆ_ｍが巻取速度ｒｖに依存しない他の設定例における、運脚とモータの引張力の関係を表すグラフである。特に対応する図９の時間ｔ_ｃ１ｂからｔ_ｃ１ｆの近傍を拡大した様子を表す。

時間ｔ_ｃ１ｂでｒｖが閾値ｒｖ_ｐを下回ると、図９の例では引張力をＦ_ｒｅｆとしたが、本変形例では不連続な値とせず、時間ｔ_ｃ１ｂに至るまでの引張力Ｆ_ｍの曲線に対する時間ｔ_ｃ１ｂでの接線の傾きを演算し、時間ｔ_ｃ１ｂ以降は引張力Ｆ_ｍをその傾きを有する直線とする。このように設定された直線によれば、時間ｔ_ｃ１ｂで引張力Ｆ_ｍが不連続にならないので、訓練者９００は、免荷力の変動を感じにくくなる。

なお、このように設定された直線によって算出されるＦ_ｍがＦ_ｒｅｆと等しくなった場合は、それ以降の、ｒｖが［ｒｖ_ｎ，ｒｖ_ｐ］の規定範囲を外れるまでの時間はＦ_ｒｅｆの一定値とすると良い。このように設定すれば、次にｒｖがｒｖ_ｐを上回る場合であっても、ｒｖ_ｎを下回る場合であっても、引張力Ｆ_ｍの変動幅が同じになるので、訓練者９００は、より大きな免荷力の変動を感じることがない。また、引張力Ｆ_ｍが巻取速度ｒｖに依存しない設定は、経過時間を変数とする直線以外の関数で接続する設定であっても、Ｆ_ｒｅｆでない一定値とする設定であっても良い。

以上説明した実施例においては、巻取速度ｒｖに対して速度０を含む範囲を規定し、全体制御部２１０は、検出した巻取速度がこの規定範囲に含まれる場合は速度に依存しない予め定められた引張力になるようにモータを制御し、規定範囲に含まれない場合は速度に基づいて算出される引張力になるようにモータを制御した。このように制御すれば、図１３および図１４を用いて説明したように運脚が不安定な場合であっても、引張力をその都度調整することができる。

しかし、従来技術においてより影響の大きいハンチングが生じるのは、サポートワイヤ１３４の移動方向が逆転する時点であり、この時点は主に、遊脚状態から立脚状態へ、および立脚状態から遊脚状態へ推移する期間に含まれる。そこで、訓練者９００の患脚の接地状態を検出する状態検出部を設け、全体制御部２１０が、その検出結果から患脚が遊脚状態から立脚状態へ推移する又は立脚状態から遊脚状態へ推移すると判断した場合に、速度に依存しない予め定められた引張力になるようにモータを制御し、患脚が遊脚状態を維持している又は立脚状態を維持していると判断した場合に、速度に基づいて算出される引張力になるようにモータを制御するように構成しても良い。

図１６は、図５に加筆したものであり、運脚の変化とサポートワイヤ１３４の巻取量の関係を表すグラフである。横軸は時間の経過を表し、縦軸は巻取機構がサポートワイヤ１３４を巻き取った巻取量を表す。

上述のように、巻取量Ｗが最小値Ｗ_ｍｉｎとなる時間ｔ_ａ１で立脚状態から遊脚状態へ切り替わる。また、巻取量Ｗが最大値Ｗ_ｍａｘとなる時間ｔ_ｃ１で遊脚状態から立脚状態へ切り替わる。したがって、エンコーダ２１６を患脚の接地状態を検出する状態検出部として利用することができる。すなわち、全体制御部２１０は、最小値Ｗ_ｍｉｎに近いＷ_ｒ２を閾値として、巻取量Ｗが［Ｗ_ｍｉｎ，Ｗ_ｒ２］の範囲に含まれる場合には、立脚状態から遊脚状態へ推移すると判断する。また、最大値Ｗ_ｍａｘに近いＷ_ｒ１を閾値として、巻取量Ｗが［Ｗ_ｒ１，Ｗ_ｍａｘ］の範囲に含まれる場合には、遊脚状態から立脚状態へ推移すると判断する。そして、巻取量Ｗが、（Ｗ_ｒ２，Ｗ_ｒ１）の範囲に含まれる場合には、遊脚状態を維持している、あるいは立脚状態を維持していると判断する。

このように判断できれば、例えば、巻取量Ｗが［Ｗ_ｍｉｎ，Ｗ_ｒ２］か［Ｗ_ｒ１，Ｗ_ｍａｘ］の範囲に含まれる場合には、モータの引張力Ｆ_ｍを一定値のＦ_ｒｅｆとする。あるいは、上述のように他の設定方法を採用しても良い。また、巻取量Ｗが［Ｗ_ｍｉｎ，Ｗ_ｒ２］の範囲に含まれる場合には、その時の巻取速度ｒｖを取得し、その値に応じて、
Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ＋（Ｆ_ｄ＋Ｋ・ｒｖ） （０＜ｒｖ≦ｒｖ_ｍａｘ） …（６）
Ｆ_ｍ＝Ｆ_ｒｅｆ−（Ｆ_ｄ−Ｋ・ｒｖ） （ｒｖ_ｍｉｎ≦ｒｖ＜０） …（７）
によりモータの引張力Ｆ_ｍを設定する。

また、足平フレーム１２４に設けられた足裏センサ１２５を患脚の接地状態を検出する状態検出部として利用することもできる。上述のように足裏センサ１２５は、訓練者９００の足裏が受ける垂直荷重の大きさと分布を検出できるので、全体制御部２１０は、荷重分布に一定の変化がある期間を、患脚が遊脚状態から立脚状態へ推移する又は立脚状態から遊脚状態へ推移する期間と判断でき、荷重分布に一定の変化がない期間を、遊脚状態を維持している又は立脚状態を維持している期間と判断できる。

このように判断できれば、上述の巻取量Ｗによる制御と同様に、荷重分布に一定の変化がある期間ではモータの引張力Ｆ_ｍを一定値のＦ_ｒｅｆとし、荷重分布に一定の変化がない期間では上記の式（６）（７）に従ってモータの引張力Ｆ_ｍを設定する。このように構成しても、上記の構成と同様の効果を得ることができる。

以上説明した本実施形態においては、訓練者９００の頭上前方に一つのサポート引張部１３５を設置し、一本のサポートワイヤ１３４で歩行補助装置１２０を引張する構成であった。しかし、複数本のサポートワイヤで歩行補助装置１２０を引張する構成にしても構わない。そこで、本実施形態の変形例として、２本のサポートワイヤで歩行補助装置１２０を引張する構成を説明する。

図１７は、本実施形態の変形例に係る歩行訓練装置１００’の概略斜視図である。歩行訓練装置１００’のフレーム１３０は、訓練者９００の頭上部前方付近でサポート引張部１３５ａを、頭上部後方付近でサポート引張部１３５ｂを支持している。サポートワイヤ１３４ａは、一端がサポート引張部１３５ａの巻取機構に連結されており、他端が歩行補助装置１２０に連結されている。サポートワイヤ１３４ｂは、一端がサポート引張部１３５ｂの巻取機構に連結されており、他端が歩行補助装置１２０に連結されている。サポート引張部１３５ａ、１３５ｂの構成は、歩行訓練装置１００のサポート引張部１３５と同様であり、引張駆動部２１４は、サポートワイヤ１３４ａ、１３４ｂをそれぞれ引張するためのモータとその駆動回路等を含む。他の構成は歩行訓練装置１００とほぼ同様であり、個々の要素の説明を省略する。

図１８は、免荷力の分担について説明する図である。図示するように、サポートワイヤ１３４ａを引張するモータの引張力をＦ_１とし、サポートワイヤ１３４ｂを引張するモータの引張力をＦ_２とする。サポートワイヤ１３４ａが水平方向と成す角度θ_１を図示するように設定し、サポートワイヤ１３４ｂが水平方向と成す角度θ_２を図示するように設定する。このとき、歩行補助装置１２０を上方に引き上げる力Ｆ_ｃは、
Ｆ_ｃ＝Ｆ_１ｓｉｎθ_１＋Ｆ_２ｓｉｎθ_２ …（８）
と表される。なお、ここでは、運脚によるなす角θ_１、θ_２の変化は微小であり、無視し得るものとする。

ここで、Ｆ_ｃは、摩擦力が働かない静止状態においてＦ_ｒｅｆと等しくなるように設定すると良い。Ｆ_ｃが設定されると、なす角θ_１、θ_２が一定であるから、サポートワイヤ１３４ａ、１３４ｂがそれぞれどれだけの引き上げ力を担えば良いかを決定すれば良い。そこで、前後方向に生じる推進力に着目する。

図示するようにサポートワイヤ１３４ａ、１３４ｂに引張力を発生させると、前後方向に推進力が発生し、この推進力をＦ_ｈとすると、
Ｆ_ｈ＝Ｆ_１ｃｏｓθ_１−Ｆ_２ｃｏｓθ_２ …（９）
と表される。推進力Ｆ_ｈによる訓練者９００の補助は、歩行補助装置１２０の機能の一部を分担して担うものであり、訓練者９００の状態や歩行補助装置１２０の性能等との兼ね合いから設定される。したがって、Ｆ_ｈが設定されると、なす角θ_１、θ_２が一定であるから、Ｆ_１とＦ_２の比率を定めることができる。すなわち、それぞれのサポートワイヤ１３４ａ、１３４ｂを引張するモータの出力比率を定めることができる。

この比率を用いて、摩擦力が働かない静止状態におけるサポートワイヤ１３４ａ、１３４ｂのそれぞれが担う引き上げ力を決定する。すなわち、
Ｆ_ｒｅｆ＝Ｆ_１ｒｅｆｓｉｎθ_１＋Ｆ_２ｒｅｆｓｉｎθ_２ …（１０）
を満たすＦ_１ｒｅｆとＦ_２ｒｅｆを決定することができる。Ｆ_１ｒｅｆとＦ_２ｒｅｆが決定できれば、図８の関数において、Ｆ_ｒｅｆをそれぞれＦ_１ｒｅｆとＦ_２ｒｅｆに置き換え、それぞれの動摩擦力Ｆ_ｄと粘性摩擦力Ｆ_ｖを補償するように関数を修正すれば良い。全体制御部２１０は、このように定められた関数に従って、サポートワイヤ１３４ａ、１３４ｂを引張するそれぞれのモータの引張力Ｆ_１、Ｆ_２を制御すれば良い。

なお、以上の説明では単純化のためなす角θ_１、θ_２が一定であるとしたが、これらが変化する場合には、その都度なす角θ_１、θ_２に応じてそれぞれのサポートワイヤを引張するモータの出力比率を定めれば良い。また、歩行補助装置１２０の重量を免荷するための、それぞれのサポートワイヤが担う引き上げ力を先に設定し、これにより生じてしまう前後方向の推進力を、歩行補助装置１２０のモータの出力を調整することにより相殺しても構わない。

以上説明した本実施形態とその変形例においては、歩行補助装置１２０が装着された患脚を、サポートワイヤを歩行補助装置に連結して間接的に引張したが、サポートワイヤを歩行補助装置に連結するのではなく、直接的に患脚に巻き付けて引張する構成であっても構わない。

１００、１００’ 歩行訓練装置、１１０ 装具、１１１ ハーネスワイヤ、１１２ ハーネス引張部、１２０ 歩行補助装置、１２１ 制御ユニット、１２２ 上腿フレーム、１２３ 下腿フレーム、１２４ 足平フレーム、１２５ 足裏センサ、１２６ 調整機構、１２７ 前側サポートフレーム、１２８ 後側サポートフレーム、１２９ 上腿ベルト、１３０ フレーム、１３１ トレッドミル、１３２ ベルト、１３３ 制御盤、１３４、１３４ａ、１３４ｂ サポートワイヤ、１３５、１３５ａ、１３５ｂ サポート引張部、２１０ 全体制御部、２１１ トレッドミル駆動部、２１２ 操作受付部、２１３ 表示制御部、２１４ 引張駆動部、２１５ 電流計、２１６ エンコーダ、２１７ ハーネス駆動部、２１９ 通信接続ＩＦ、２２０ 補助制御部、２２１ 関節駆動部、２２９ 通信接続ＩＦ、９００ 訓練者

Claims (9)

1. 訓練者の脚部に装着して前記訓練者の脚部の動きを補助する歩行補助装置を備える歩行訓練装置であって、
   前記訓練者の頭上方向から、前記歩行補助装置が装着された前記脚部を、直接的または間接的に引張するためのワイヤと、
   前記ワイヤに引張力を与えるモータと、
   前記モータを制御して前記引張力を調整する制御部と、
   前記脚部の動作に応じて前記ワイヤを収容または解放する収容機構と、
   前記収容機構が前記ワイヤを収容または解放する速度を検出する速度検出部と
   を備え、
   前記制御部は、前記速度が、０を含む予め規定された規定範囲に含まれる場合は前記速度に依存しない予め定められた引張力になるように前記モータを制御し、前記規定範囲に含まれない場合は前記速度に基づいて算出される引張力になるように前記モータを制御する歩行訓練装置。
2. 訓練者の脚部に装着して前記訓練者の脚部の動きを補助する歩行補助装置を備える歩行訓練装置であって、
   前記訓練者の頭上方向から、前記歩行補助装置が装着された前記脚部を、直接的または間接的に引張するためのワイヤと、
   前記ワイヤに引張力を与えるモータと、
   前記モータを制御して前記引張力を調整する制御部と、
   前記脚部の動作に応じて前記ワイヤを収容または解放する収容機構と、
   前記収容機構が前記ワイヤを収容または解放する速度を検出する速度検出部と、
   前記訓練者の脚部の接地状態を検出する状態検出部と
   を備え、
   前記制御部は、前記状態検出部の検出結果から前記脚部が遊脚状態から立脚状態へ推移する又は立脚状態から遊脚状態へ推移すると判断した場合に、前記速度に依存しない予め定められた引張力になるように前記モータを制御し、前記状態検出部の検出結果から前記脚部が遊脚状態を維持している又は立脚状態を維持していると判断した場合に、前記速度に基づいて算出される引張力になるように前記モータを制御する歩行訓練装置。
3. 前記状態検出部は、前記歩行補助装置のうち前記訓練者の足裏を載せる足裏部に設けられた圧力センサを含む請求項２に記載の歩行訓練装置。
4. 前記状態検出部は、前記収容機構が前記ワイヤを収容する収容量を検出する収容量検出部を含む請求項２に記載の歩行訓練装置。
5. 前記制御部は、前記速度に基づいて前記引張力を算出する場合には、
   前記収容機構において前記速度に比例して生じる粘性摩擦力に相当する力を増減させて算出する請求項１から４のいずれか１項に記載の歩行訓練装置。
6. 前記収容機構は、前記ワイヤを巻回する巻回軸を含み、
   前記速度検出部は、前記速度として前記巻回軸の回転速度を検出する請求項１から５のいずれか１項に記載の歩行訓練装置。
7. 前記収容機構は、前記訓練者の頭上方向であって、前記訓練者の前記脚部が接地する予定範囲よりも前方に設置される請求項１から６のいずれか１項に記載の歩行訓練装置。
8. 前記ワイヤ、前記モータ、前記収容機構および前記速度検出部を組とする引張ユニットを２組備え、
   第１の前記引張ユニットは、前記訓練者の頭上方向であって前記訓練者よりも前方に設置され、
   第２の前記引張ユニットは、前記訓練者の頭上方向であって前記訓練者よりも後方に設置され、
   前記制御部は、それぞれの前記モータを制御する請求項１から６のいずれか１項に記載の歩行訓練装置。
9. 前記制御部は、前記脚部の運脚を補助するように、それぞれの前記モータの出力比率を調整する請求項８に記載の歩行訓練装置。

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