JP6477644B2

JP6477644B2 - 歩行訓練装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP6477644B2
Application number: JP2016190292A
Authority: JP
Inventors: 智江前北
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: EP3300710A1; CN107865752A; US20180085278A1; EP3300710B1; JP2018050945A; CN107865752B

Description

本発明は、訓練者の歩行訓練を行う歩行訓練装置、及びその制御方法に関する。

訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、脚部に接続されたワイヤーを巻き取ることで、脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、訓練者の歩行動作において脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではモータを回転させてワイヤーを巻取り収納し、訓練者の歩行動作において脚部が立脚状態となる立脚期間ではモータを回転させてワイヤーを繰り出す、ように構成された第１ワイヤー巻取り機構と、第１ワイヤー巻取り機構の引張力を制御することで、歩行補助装置の重力を低減する制御手段と、を備える歩行訓練装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−２２３２９４号公報

上記歩行訓練装置においては、第１ワイヤー巻取り機構がワイヤ−を巻き取るあるいは繰り出す際に、第１ワイヤー巻取り機構には機械摩擦が生じる。この機械摩擦によって、第１ワイヤー巻取り機構がワイヤ−を巻き取る際、その機械摩擦分だけ、第１ワイヤー巻取り機構による実際の引張力は、目標の引張力より小さくなる。逆に、第１ワイヤー巻取り機構がワイヤ−を繰り出す際、その機械摩擦分だけ、第１ワイヤー巻取り機構による実際の引張力は目標の引張力より大きくなる。これにより、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化が滑らかでなくなる虞がある。

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、遊脚期間及び立脚期間のうちの少なくとも一方において、第１ワイヤー巻取り機構の実際の引張力を目標の引張力に近付けることができ、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化を滑らかにすることができる歩行訓練装置、及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する第１ワイヤー巻取り機構と、前記歩行補助装置の重力を低減するように予め定められた第１駆動力を基準として、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータの駆動力を制御する制御手段と、を備え、前記第１ワイヤー巻取り機構が、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではモータを回転させて前記ワイヤーを巻取り、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記モータを前記遊脚期間と逆に回転させて前記ワイヤーを繰り出す、歩行訓練装置であって、前記制御手段は、前記遊脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力に対して加算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、および、前記立脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力から減算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、のうちの少なくも一方の制御を行う、ことを特徴とする歩行訓練装置である。
この一態様において、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ後方に引張する第２ワイヤー巻取り機構を更に備え、前記第２ワイヤー巻取り機構が、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではモータを回転させて前記ワイヤーを巻取り、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間ではモータを前記遊脚期間と逆に回転させて前記ワイヤーを繰り出し、前記制御手段は、前記歩行補助装置の重力を低減するように予め定められた第３駆動力を基準として、前記第２ワイヤー巻取り機構のモータの駆動力を制御しており、前記遊脚期間において、前記第２ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第２ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第４駆動力を、前記第３駆動力から減算した駆動力を、前記第２ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、及び、前記立脚期間において、前記第２ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第２ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第４駆動力を前記第３駆動力に対して加算した駆動力を、前記第２ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、のうちの少なくとも一方の制御を行ってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する第１ワイヤー巻取り機構と、前記歩行補助装置の重力を低減するように予め定められた第１駆動力を基準として、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータの駆動力を制御する制御手段と、を備え、前記第１ワイヤー巻取り機構が、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではモータを回転させて前記ワイヤーを巻取り、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記モータを前記遊脚期間と逆に回転させて前記ワイヤーを繰り出す、歩行訓練装置の制御方法であって、前記遊脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力に対して加算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、および、前記立脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力から減算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、のうちの少なくも一方の制御を行う、ことを特徴とする歩行訓練装置の制御方法であってもよい。

本発明によれば、遊脚期間及び立脚期間のうちの少なくとも一方において、第１ワイヤー巻取り機構の実際の引張力を目標の引張力に近付けることができ、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化を滑らかにすることができる歩行訓練装置、及びその制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態１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。歩行補助装置の概略的な構成を示す斜視図である。本発明の実施形態１に係る制御装置の概略的なシステム構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態１に係る歩行訓練装置の制御方法のフローを示すフローチャートである。本発明の実施形態２に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す図である。本発明の実施形態２に係る歩行訓練装置の制御方法のフローを示すフローチャートである。

実施形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態１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。本実施形態１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訓練者の歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１は、訓練者の脚部に装着された歩行補助装置２と、訓練者の歩行訓練を行う訓練装置３と、を備えている。

図２は、歩行補助装置の概略的な構成を示す斜視図である。歩行補助装置２は、例えば、歩行訓練を行う訓練者の患脚に装着され、訓練者の歩行を補助する。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を回転駆動するモータユニット２６と、足首関節部２４の可動範囲を調整する調整機構２７と、を有している。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。例えば、歩行補助装置２は、足首関節部２４を回転駆動するモータユニットを備えていてもよい。

上腿フレーム２１は、訓練者の脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム２３は訓練者の脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレーム２１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。上腿フレーム２１には、後述の第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６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。

なお、上記第１ワイヤー巻取り機構３３の接続部は一例であり、これに限らない。例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６を上腿装具２１２に接続してもよく、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張点を歩行補助装置２の任意の位置に設けることができる。

モータユニット２６は、訓練者の歩行動作に応じて膝関節部２２を回転駆動することで訓練者の歩行を補助する。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。訓練者の脚部に装着され、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。

図１に示す如く、訓練装置３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４と、制御装置３５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。訓練者は、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の構成は一例であり、これに限られない。

前方の左右フレーム３２３には、訓練者の脚部に直接的又は歩行補助装置２を介して接続されたワイヤー３６を巻き取り、ワイヤー３６を引張する第１ワイヤー巻取り機構３３が設けられている。第１ワイヤー巻取り機構３３が引張するワイヤー３６の一端は、歩行補助装置２に接続されている。第１ワイヤー巻取り機構３３は、ワイヤー３６を巻き取ることでワイヤー３６を介して歩行補助装置２を上方かつ前方に引張する。

第１ワイヤー巻取り機構３３は、例えば、ワイヤー３６をロータに巻取り及びワイヤー３６をロータから繰り出す、ロータ巻取巻戻機構、該ロータ巻取巻戻機構を駆動するモータ、などから構成されている。第１ワイヤー巻取り機構３３は、訓練者の歩行動作において脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではワイヤー３６をロータに巻取り収納し、訓練者の歩行動作において脚部が立脚状態となる立脚期間ではワイヤー３６をロータから繰り出す、ように構成されている。

第１ワイヤー巻取り機構３３による引張力の鉛直上方成分が、歩行補助装置２の重さを支える。第１ワイヤー巻取り機構３３による引張力の水平前方成分が、脚部の振出しを補助する。これにより、歩行訓練時における訓練者の歩行負荷を軽減できる。

第３ワイヤー巻取り機構３４は、後方の左右フレーム３２３に設けられ、ワイヤー３７を上方に引張する。ワイヤー３７の一端は、例えば、訓練者の腰部付近に装着されたベルトに接続されている。第３ワイヤー巻取り機構３４は、例えば、ワイヤー３７をロータなどに巻取り及びワイヤー３７をロータなどから引き出す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第３ワイヤー巻取り機構３４は、ワイヤー３７を介して訓練者の腰部を上方に引張する。これにより、訓練者の自重による負荷を軽減できる。第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４は、配線などを介して制御装置３５に夫々接続されている。

制御装置３５は、制御手段の一具体例である。制御装置３５は、第１及び第３ワイヤー巻取り機構３３、３４の引張力と、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３５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）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、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、メモリ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。

ところで、第１ワイヤー巻取り機構がワイヤ−を巻き取るあるいは繰り出す際に、第１ワイヤー巻取り機構には機械摩擦が生じる。この機械摩擦によって、第１ワイヤー巻取り機構がワイヤ−を巻き取る際、その機械摩擦の損失分だけ、第１ワイヤー巻取り機構がワイヤ−による実際の引張力は、目標の引張力より小さくなる。逆に、第１ワイヤー巻取り機構がワイヤ−を繰り出す（引き出す）際、その機械摩擦の損失分だけ、第１ワイヤー巻取り機構による実際の引張力は、目標の引張力より大きくなる。このような、遊脚期間及び立脚期間における、第１ワイヤー巻取り機構の実際の引張力と目標の引張力との乖離によって、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化が滑らかでなくなる虞がある。

これに対し、本実施形態１に係る歩行訓練装置１においては、制御装置３５は、遊脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる該第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力を第１駆動力に対して加算した駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータに発生させる制御を行う。これにより、遊脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力を、目標の引張力に近付けることができる。したがって、遊脚期間における第１ワイヤー巻取り機構３３の実際の引張力と、目標の引張力と、の乖離が抑制され、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化を滑らかにすることができる。

あるいは、制御装置３５は、立脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力を第１駆動力から減算した駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータに発生させる制御を行う。これにより、立脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力を、目標の引張力に近付けることができる。したがって、立脚期間における第１ワイヤー巻取り機構３３の実際の引張力と、目標の引張力と、の乖離が抑制され、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化を滑らかにすることができる。

図３は、本実施形態１に係る制御装置の概略的なシステム構成の一例を示すブロック図である。本実施形態１に係る制御装置３５は、遊脚期間及び立脚期間を判定する動作判定部３５１と、動作判定部３５１の判定結果に基づいて第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１を制御する機構制御部３５２と、を有している。

動作判定部３５１は、例えば、歩行補助装置２の足平フレーム２５に設けられた荷重センサ２５１から出力される足裏の荷重値に基づいて、脚部が立脚状態又は遊脚状態であるかを判定する。なお、足平フレーム２５に複数の荷重センサ２５１が設けれている場合は、例えば、各荷重センサ２５１から出力される荷重値の平均を上記荷重値としてもよい。

より具体的には、動作判定部３５１は、荷重センサ２５１から出力された荷重値が荷重閾値以上の場合、歩行補助装置２が装着された脚部が立脚期間であると判定する。一方、動作判定部３５１は、荷重センサ２５１から出力された荷重値が荷重閾値未満の場合、歩行補助装置が装着された脚部が遊脚期間であると判定する。これにより、歩行補助装置に設けられた荷重センサ２５１を用いて、容易に、脚部の立脚期間及び遊脚期間を判定できる。

なお、上記荷重閾値は、例えば、歩行訓練開始前に、荷重センサ２５１によって立脚期間及び遊脚期間となるときの荷重値が予め計測され、上記メモリなどに設定される。

動作判定部３５１は、荷重センサ２５１から出力された荷重値に基づいて、訓練者の重心位置を算出し、該算出した重心位置に基づいて、脚部が立脚期間又は遊脚期間であるかを判定してもよい。例えば、脚部が立脚期間及び遊脚期間になるときの重心位置の領域を予め求める。そして、動作判定部３５１は、荷重センサ２５１から出力された荷重値に基づき算出した訓練者の重心位置が、上記求めたどの領域に入るかを判定することで、立脚期間又は遊脚期間であるかを判定する。

動作判定部３５１は、歩行補助装置の膝関節部に設けられた角度センサで検出した膝関節部の角度の時間変化に基づいて、歩行補助装置が装着された脚部が立脚期間又は遊脚期間であるかを判定してもよい。より具体的には、動作判定部３５１は、角度センサで検出した膝関節部の角度の時間変化に基づいて、検出した角度が立脚期間又は遊脚期間に対応する変化領域に入ったと判断したとき、立脚期間又は遊脚期間であると判定する。

動作判定部３５１は、トレッドミルのベルトの移動速度から算出されるユーザの歩行周期に基づいて、歩行補助装置２が装着された脚部の立脚期間又は遊脚期間であるかを判定してもよい。歩行周期とトレッドミルのベルトの移動速度との関係は予め実験的に求めることができる（例えば、歩行周期は、トレッドミルのベルトの移動速度を変数するとする単調減少関数となる）。

動作判定部３５１は、第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６の収納量に基づいて、立脚期間又は遊脚期間であるかを判定してもよい。例えば、遊脚期間及び立脚期間になるときの第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６の所定収納量（ロータの巻取り量など）を予め求める。そして、動作判定部３５１は、求めた所定収納量と、センサなどで検出された実際の第１ワイヤー巻取り機構３３のワイヤー３６の収納量と、を比較することで、立脚期間又は遊脚期間であるかを判定してもよい。

なお、上記立脚期間及び遊脚期間の判定方法は一例であり、これに限定されず任意の判定方法が適用可能である。動作判定部３５１は、上述の立脚期間及び遊脚期間の判定結果を機構制御部３５２に出力する。

機構制御部３５２は、通常、歩行補助装置２の重力を低減するように予め定められた第１駆動力を基準として、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１の駆動力を制御する。機構制御部３５２は、例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３による引張力の鉛直上方成分が歩行補助装置２の重力と等しくなるように第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１を制御する。これにより、訓練者の歩行に対する歩行補助装置２の重力負荷を軽減することができる。

さらに、機構制御部３５２は、動作判定部３５１からの遊脚期間の判定結果に応じて、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる該第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力を第１駆動力に対して加算した駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う。

ここで、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦とは、例えば、第１ワイヤー巻取り機構３３のロータ巻取巻戻機構やモータ３３１などの動摩擦や粘性摩擦である。
例えば、機構制御部３５２は、下記式に基づいて、機械摩擦力Ｆ_Ｔを算出する。そして、機構制御部３５２は、算出した機械摩擦力Ｆ_Ｔに対して所定係数を乗算することで、機械摩擦力Ｆ_Ｔに対応する第２駆動力ｆ_２を算出する。なお、機械摩擦力Ｆ_Ｔに対応する第２駆動力ｆ_２とは、機械摩擦力Ｆ_Ｔに等しい第２駆動力ｆ_２だけなく、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減するような、それより小さい或いは大きい第２駆動力ｆ_２を含むものとする。
Ｆ_Ｔ＝Ｔ_dynamic＋Ｋ_ｆθ_Ｖ

上記式において、Ｔ_dynamicは動摩擦力であり、Ｋ_ｆθ_Ｖは粘性摩擦力である。Ｋ_ｆは粘性摩擦係数であり、θ_Ｖはモータ３３１やロータの回転速度である。

機構制御部３５２は、動作判定部３５１により遊脚期間と判定された判定結果に応じて、上記算出した第２駆動力ｆ_２を第１駆動力ｆ_１に対して加算した駆動力ｆ（ｆ＝ｆ_１＋ｆ_２）を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う。

機構制御部３５２は、動作判定部３５１からの立脚期間の判定結果に応じて、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力を第１駆動力から減じた駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う。立脚期間における第２駆動力は、上記遊脚期間における第２駆動力と同様に算出できる。

なお、制御装置３５は、遊脚期間において、第２駆動力を第１駆動力に対して加算した駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行い、かつ、立脚期間において、第２駆動力を第１駆動力から減算した駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行ってもよい。これにより、遊脚期間及び立脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力を、目標の引張力に近付けることができる。したがって、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化をより滑らかにすることができる。

図４は、本実施形態１に係る歩行訓練装置の制御方法のフローを示すフローチャートである。
動作判定部３５１は、歩行補助装置が装着された脚部が遊脚期間又は立脚期間のいずれであるかを判定する（ステップＳ１０１）。

動作判定部３５１が歩行補助装置が装着された脚部が遊脚期間であると判定すると（ステップＳ１０２）、機構制御部３５２は、その遊脚期間の判定結果に応じて、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる該第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力ｆｆ２を第１駆動力ｆｆ１に対して加算した駆動力ｆｆ（ｆｆ＝ｆｆ１＋ｆｆ２）を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う（ステップＳ１０３）。

一方で、動作判定部３５１が歩行補助装置が装着された脚部が立脚期間であると判定すると（ステップＳ１０４）、機構制御部３５２は、その立脚期間の判定結果に応じて、第２駆動力ｆｆ２を第１駆動力ｆｆ１から減算した駆動力ｆｆ（ｆｆ＝ｆｆ１−ｆｆ２）を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う（ステップＳ１０５）。

以上、本実施形態１において、制御装置３５は、遊脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる該第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力を第１駆動力に対して加算した駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う。これにより、遊脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力を、目標の引張力に近付けることができ、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化を滑らかにすることができる。

また、制御装置３５は、立脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる該第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力を第１駆動力から減算した駆動力を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う。これにより、立脚期間において、第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力を、目標の引張力に近付けることができ、遊脚期間と立脚期間とが切替わるタイミングの前後において、引張力の変化を滑らかにすることができる。

実施形態２
図５は、本発明の実施形態２に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す図である。本実施形態２に係る歩行訓練装置は、フレーム本体３２の左右フレーム３２３には、ワイヤー３９を介して歩行補助装置２を上方かつ後方に引張する第２ワイヤー巻取り機構３８を更に備える構成であってもよい。第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置２の重さを支える。そして、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の水平成分の合力により、脚部の振出しを補助する。

機構制御部３５２は、歩行補助装置２の重力を低減するように予め定められた第１駆動力を基準として、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１の駆動力を制御している。同時に、機構制御部３５２は、歩行補助装置２の重力を低減するように予め定められた第３駆動力を基準として、第２ワイヤー巻取り機構３８のモータ３３１の駆動力を制御している。そして、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置２の重力を低減する。これにより、第１及び第２ワイヤー巻取り機構３３、３８による引張力の鉛直上方成分と水平前方成分を独立して精密に制御できる。従がって、歩行補助装置２の重力負荷を軽減しつつ、歩行補助装置２が装着された脚部の振出し開始時においてその脚部にかかる負担をより最適に軽減できる。なお、本実施形態２において、他の構成は上記実施形態１と略同一であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図６は、本実施形態２に係る歩行訓練装置の制御方法のフローを示すフローチャートである。
動作判定部３５１は、歩行補助装置が装着された脚部が遊脚期間又は立脚期間のいずれであるかを判定する（ステップＳ２０１）。

動作判定部３５１が歩行補助装置が装着された脚部が遊脚期間であると判定すると（ステップＳ２０２）、機構制御部３５２は、その遊脚期間の判定結果に応じて、第１ワイヤー巻取り機構３３の機械摩擦によって生じる第１ワイヤー巻取り機構３３の引張力の損失を低減する第２駆動力ｆｆ２を第１駆動力ｆｆ１に対して加算した駆動力ｆｆ（ｆｆ＝ｆｆ１＋ｆｆ２）を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う（ステップＳ２０３）。同時に、機構制御部３５２は、その遊脚期間の判定結果に応じて、第２ワイヤー巻取り機構３８の機械摩擦によって生じる第２ワイヤー巻取り機構３８の引張力の損失を低減する第４駆動力ｆｒ２を第３駆動力ｆｒ１から減算した駆動力ｆｒ（ｆｒ＝ｆｒ１−ｆｒ２）を、第２ワイヤー巻取り機構３８のモータ３３１に発生させる制御を行う（ステップＳ２０４）。

一方で、動作判定部３５１が歩行補助装置が装着された脚部が立脚期間であると判定すると（ステップＳ２０５）、機構制御部３５２は、その立脚期間の判定結果に応じて、第２駆動力ｆｆ２を第１駆動力ｆｆ１から減算した駆動力ｆｆ（ｆｆ＝ｆｆ１−ｆｆ２）を、第１ワイヤー巻取り機構３３のモータ３３１に発生させる制御を行う（ステップＳ２０６）。同時に、機構制御部３５２は、その立脚期間の判定結果に応じて、第４駆動力ｆｒ２を第３駆動力ｆｒ１に対して加算した駆動力ｆｒ（ｆｒ＝ｆｒ１＋ｆｒ２）を、第２ワイヤー巻取り機構３８のモータ３３１に発生させる制御を行う（ステップＳ２０７）。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１歩行訓練装置、２歩行補助装置、３訓練装置、２１上腿フレーム、２２膝関節部、２３下腿フレーム、２４足首関節部、２５足平フレーム、２６モータユニット、２７調整機構、３１トレッドミル、３２フレーム本体、３３第１ワイヤー巻取り機構、３４第３ワイヤー巻取り機構、３５制御装置、３６ワイヤー、３７ワイヤー、３８第２ワイヤー巻取り機構、３９ワイヤー、３５１動作判定部、３５２機構制御部

Claims

訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する第１ワイヤー巻取り機構と、
前記歩行補助装置の重力を低減するように予め定められた第１駆動力を基準として、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータの駆動力を制御する制御手段と、を備え、
前記第１ワイヤー巻取り機構が、
前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではモータを回転させて前記ワイヤーを巻取り、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記モータを前記遊脚期間と逆に回転させて前記ワイヤーを繰り出す、
歩行訓練装置であって、
前記制御手段は、
前記遊脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力に対して加算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、
および、
前記立脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力から減算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、
のうちの少なくも一方の制御を行う、
ことを特徴とする歩行訓練装置。
請求項１記載の歩行訓練装置であって、
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ後方に引張する第２ワイヤー巻取り機構を更に備え、
前記第２ワイヤー巻取り機構が、
前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではモータを回転させて前記ワイヤーを巻取り、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間ではモータを前記遊脚期間と逆に回転させて前記ワイヤーを繰り出し、
前記制御手段は、
前記歩行補助装置の重力を低減するように予め定められた第３駆動力を基準として、前記第２ワイヤー巻取り機構のモータの駆動力を制御しており、
前記遊脚期間において、前記第２ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第２ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第４駆動力を、前記第３駆動力から減算した駆動力を、前記第２ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、
及び、
前記立脚期間において、前記第２ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第２ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第４駆動力を前記第３駆動力に対して加算した駆動力を、前記第２ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、
のうちの少なくとも一方の制御を行う、
ことを特徴とする歩行訓練装置。
訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する第１ワイヤー巻取り機構と、
前記歩行補助装置の重力を低減するように予め定められた第１駆動力を基準として、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータの駆動力を制御する制御手段と、を備え、
前記第１ワイヤー巻取り機構が、
前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではモータを回転させて前記ワイヤーを巻取り、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記モータを前記遊脚期間と逆に回転させて前記ワイヤーを繰り出す、
歩行訓練装置の制御方法であって、
前記制御手段が、
前記遊脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力に対して加算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、
および、
前記立脚期間において、前記第１ワイヤー巻取り機構の機械摩擦によって生じる前記第１ワイヤー巻取り機構の引張力の損失を低減する第２駆動力を前記第１駆動力から減算した駆動力を、前記第１ワイヤー巻取り機構のモータに発生させる制御、
のうちの少なくも一方の制御を行う、
ことを特徴とする歩行訓練装置の制御方法。