JP6737159B2 - 歩行訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、歩行訓練装置に関する。

通常の訓練時においては動作を妨げず、転倒時においては衝撃を与えることなく身体を元の位置に復元させる吊り上げ装置を備えた歩行訓練器が知られている。

特開２００４−３２９２７８号公報

例えばモータの駆動力を利用して関節の屈曲を補助する歩行補助装置を脚部に装着して歩行訓練を行うような場合には、訓練を開始するまでに様々な準備作業を行う必要があり、転倒を予防する安全装置の装着を忘れてしまうことがある。安全装置が訓練者の状況に応じて適切に身体を支持するように構成されているにも関わらず、訓練者が装着を忘れてしまえば、その効果を享受することができない。

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、歩行訓練者の歩行訓練を安全に実施すべく、安全装置の装着忘れを防止する技術を提供するものである。

本発明の具体的態様における歩行訓練装置は、訓練者の歩行を促すトレッドミルおよび訓練者の脚部の動きを補助する歩行補助装置の少なくともいずれかを備える歩行訓練装置であって、訓練者の身体に装着する装具と、一端が装具に連結された吊具と、吊具の他端に連結され、吊具の吊り上げおよび吊り下げを行う駆動部と、吊具に掛かる荷重を検出する荷重検出部と、駆動部により吊具の吊り上げを開始し、予め定められた条件を満たすまでに、荷重検出部が一定の荷重増加を検出しなかった場合に、訓練者に対する警告処理、トレッドミルの作動禁止、および歩行補助装置の作動禁止の少なくともいずれかを実行する制御部とを備える。

このように構成すれば、訓練者が安全装置としての吊具を装着し忘れると、歩行訓練装置は、吊具を吊り上げても荷重の増加を検出できないので、荷重の増加が検出できなかった場合には、訓練者に装着忘れを警告したり、その先の訓練動作を禁止したりして、危険な状態のまま歩行訓練を進めることを防ぐことができる。

本発明により、歩行訓練者の歩行訓練を安全に実施すべく、安全装置の装着忘れを防止する技術を提供することができる。

本実施形態にかか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。 荷重センサ周りの構成を示す概略図である。 歩行訓練装置のシステム構成を示す図である。 歩行訓練装置の処理動作を示すフロー図である。

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に取り付けられた前側引張部１３５、後側引張部１３７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前側引張部１３５を、頭上部付近でハーネス引張部１１２を、頭上部後方付近で後側引張部１３７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。

前側ワイヤ１３４は、一端が前側引張部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。前側引張部１３５の巻取機構は、不図示のモータをオン／オフさせることにより、患脚の動きに応じて前側ワイヤ１３４を巻き取ったり繰り出したりする。同様に、後側ワイヤ１３６は、一端が後側引張部１３７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。後側引張部１３７の巻取機構は、不図示のモータをオン／オフさせることにより、患脚の動きに応じて後側ワイヤ１３６を巻き取ったり繰り出したりする。

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、不図示のモータをオン／オフさせることにより、ハーネスワイヤ１１１を巻き取ったり繰り出したりする。ハーネス引張部１１２は、不図示のモータを含め、ハーネスワイヤ１１１の吊り上げおよび吊り下げを行う駆動部としての機能を担う。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、装具１１０により訓練者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。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、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と、足裏に掛かる荷重を検出するための足裏センサ１２５とを備える。

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、前側ワイヤ１３４を連結するための前側連結フレーム１２７と、後側ワイヤ１３６を連結するための後側連結フレーム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。

前側連結フレーム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、前側連結フレーム１２７には、前側ワイヤ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。後側連結フレーム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。また、後側連結フレーム１２８には、後側ワイヤ１３６を連結するための連結フック１２８ａが、左右方向の中央付近に設けられている。

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、ハーネスワイヤ１１１に掛かる荷重の検出について説明する。図３は、ハーネス引張部１１２が備える荷重センサ１１５周りの構成を示す概略図である。荷重センサ１１５は、全体制御部２１０と協働して、ハーネスワイヤ１１１に掛かる荷重を検出する荷重検出部としての機能を担う。

ハーネスワイヤ１１１は、プーリ１１３に案内されてハーネス引張部１１２から外部へ展開し、装具１１０へ向かう。プーリ１１３は、ハーネス引張部１１２を支持する支持フレーム１１４に、荷重センサ１１５を介して固定されている。荷重センサ１１５は、例えば歪みゲージ式のロードセルであり、プーリ１１３がハーネスワイヤ１１１から受ける押圧力を検出することにより、ハーネスワイヤ１１１に掛かる張力を間接的に検出する。荷重センサ１１５が検出した荷重信号は、全体制御部２１０へ送信される。

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４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や、後述する警告画面を生成する。引張駆動部２１４は、前側引張部１３５を構成する、前側ワイヤ１３４を引張するためのモータとその駆動回路と、後側引張部１３７を構成する、後側ワイヤ１３６を引張するためのモータとその駆動回路とを含む。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、前側ワイヤ１３４の巻き取りと後側ワイヤ１３６の巻き取りをそれぞれ制御する。また、巻き取り動作に限らず、モータの駆動トルクを制御することにより、各ワイヤの引張力を制御する。全体制御部２１０は、例えば、足裏センサ１２５の検出結果から患脚が遊脚から立脚に切り替わるタイミングおよび立脚から遊脚に切り替わるタイミングを同定し、それぞれのタイミングに同期して各ワイヤの引張力を増減させることにより、訓練者９００の運脚をアシストする。

ハーネス駆動部２１５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２１５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。具体的な制御については、後に詳述する。荷重センサ１１５は、上述の通り、ハーネスワイヤ１１１に掛かる引張力を検出して、その検出信号を全体制御部２１０へ送信する。

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／立脚の状態判別や、遊脚から立脚へまたは立脚から遊脚への切り替わり推定を行う。

さて、訓練者９００やオペレータは、トレーニングを開始するまでに、装置の初期設定を行ったり、歩行補助装置１２０を患脚に装着したりする、様々な準備作業を行う必要がある。そのような準備作業を行う状況においては、訓練者９００等は、装具１１０を腰部に装着し忘れたり、ハーネスワイヤ１１１を装具１１０に連結し忘れたりすることがある。また、訓練者９００等が意図的に装着や連結をしなかったり、適切でない装着や連結をしてしまったりすることもあり得る。すると、ハーネス装置が適切に機能しないことになり、訓練者９００が転倒の危険に晒されることになる。

そこで、本実施形態における歩行訓練装置１００は、歩行訓練のための動作処理に移行する前に、ハーネス装置が確実に機能することを確認する処理を実行する。図５は、歩行訓練装置１００の処理動作を示すフロー図である。フローは、訓練者９００またはオペレータによって装置が起動された時点から開始する。

歩行訓練装置１００が起動されると、全体制御部２１０は、ステップＳ１０１で、操作受付部２１２を介して訓練者９００等から仮歩行開始の指示を受け付けるまで待機する。訓練者９００等は、諸々の準備が整ったら、仮歩行開始の操作を行う。仮歩行開始の指示を受け付けたら、ステップＳ１０２へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０２で、荷重センサ１１５から荷重信号を受け取り、ハーネスワイヤ１１１に掛かる荷重を確認する。この時点で検出される荷重Ｗが、基準値である荷重Ｗ_０よりもすでに大きければ、装具１１０が適切に腰部に装着され、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されているものとして、ステップＳ１１０へ進む。

荷重Ｗが基準値である荷重Ｗ_０未満であれば、ステップＳ１０４へ進む。なお、基準となる荷重Ｗ_０は、装具１１０が適切に腰部に装着され、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結された場合に、訓練者９００の腰部の高さに応じて定められるハーネスワイヤ１１１の繰り出し量において、ハーネスワイヤ１１１に掛かる張力として予め設定される値である。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０４で、ハーネス駆動部２１５へ駆動信号を送信して、ハーネスワイヤ１１１の巻き上げを開始する。全体制御部２１０は、ハーネスワイヤ１１１を巻き上げている間は荷重センサ１１５から荷重信号を継続して取得し、荷重Ｗの変化を監視する。そして、ステップＳ１０５では、監視している荷重Ｗが基準値である荷重Ｗ_０を超えたか否かを判断する。超えたと判断したら、装具１１０が適切に腰部に装着され、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されているものとして、ステップＳ１１０へ進む。超えていないと判断したら、ステップＳ１０６へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０６で、巻き上げを開始してからのハーネスワイヤ１１１の巻取量Ｌが、閾値となる巻取量Ｌ_０を超えたか否かを確認する。ハーネスワイヤ１１１の巻取量Ｌは、ハーネス駆動部２１５に送信した駆動信号の積分値から換算する。より精度を高めるのであれば巻取機構にエンコーダを設けて監視しても良い。なお、閾値となる巻取量Ｌ_０は、予め設定される値であるが、様々な基準を参考に設定し得る。例えば、訓練者９００の腰部の高さとハーネスワイヤ１１１の全長とから計算される弛み得るハーネスワイヤ１１１の長さを基準として定めても良い。

巻取量Ｌが閾値となる巻取量Ｌ_０を超えていなければ、ステップＳ１０４へ戻り、全体制御部２１０は、ハーネスワイヤ１１１の巻き上げを継続する。巻取量Ｌが閾値となる巻取量Ｌ_０を超えたら、ハーネスワイヤ１１１を所定量巻き上げても一定の荷重まで増加しなかったことになるので、全体制御部２１０は、装具１１０が適切に腰部に装着されていないか、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されていないものとして、ステップＳ１０７へ進む。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０７で、ハーネスワイヤ１１１の巻き上げを停止し、ステップＳ１０６で、警告処理を実行する。警告処理は、表示部１３８に警告表示を表示する処理である。全体制御部２１０は、表示制御部２１３に、例えば「ハーネスワイヤが適切に装着されていません。ハーネスワイヤを適切に装着してからトレーニングを開始して下さい。」といった警告表示を生成させ、表示部１３８に表示させる。警告処理は、表示部１３８に警告表示を表示させるに限らず、警告表示と共に、あるいは警告表示代えて、警告音を発生させたり、赤色灯を点灯させたりしても良い。

全体制御部２１０は、ステップＳ１０９へ進み、トレッドミル１３１の作動を禁止し、歩行補助装置１２０の作動を禁止する処理を実行する。具体的には、全体制御部２１０は、歩行訓練のプログラムで予定されたベルト１３２の回転を実行しないように、トレッドミル駆動部２１１への駆動信号の送信を禁止する。また、補助制御部２２０へ、関節駆動部２２１への駆動信号の送信を禁止させるための制御信号を送信する。そして、歩行訓練のための動作処理を実行することなく、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ１０３またはステップＳ１０５で検出した荷重Ｗが基準となる荷重Ｗ_０を超えていると判断した場合は、装具１１０が適切に腰部に装着され、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されているものとして、全体制御部２１０は、歩行訓練のための動作処理へ移行する。具体的には、ステップＳ１１０で、ハーネスワイヤ１１１の荷重がＷ_０よりも小さいＷ_１となるまで、ハーネスワイヤ１１１を解放する。すなわち、訓練者９００が歩行訓練を行うにあたり訓練を阻害しないように、若干弛む程度までハーネスワイヤ１１１を繰り出す。したがって、この基準となる荷重Ｗ_１は、ハーネスワイヤ１１１の自重による張力程度の荷重として設定される。

全体制御部２１０は、ステップＳ１１１へ進み、操作受付部２１２を介して訓練者９００等から本歩行開始の指示を受け付けるまで待機する。訓練者９００等は、諸々の準備が整ったら、本歩行開始の操作を行う。本歩行開始の指示を受け付けたら、ステップＳ１１２へ進む。全体制御部２１０は、ステップＳ１１２で、予めプログラムされた歩行訓練のための動作処理を実行する。当該動作処理を終えたら、一連の処理を終了する。

以上説明した本実施形態においては、ステップＳ１０８で訓練者９００に対する警告処理を行い、ステップＳ１０９でトレッドミル１３１の作動禁止、および歩行補助装置１２０の作動禁止の処理を行ったが、これらの順序は逆であっても良い。また、ステップＳ１０９のトレッドミル１３１の作動禁止と歩行補助装置１２０の作動禁止の処理は、いずれか一方を行っても良い。また、ステップＳ１０８とステップＳ１０９のいずれか一方を行い、他方を省略しても良い。いずれにしても、装具１１０が適切に腰部に装着されていないか、ハーネスワイヤ１１１が適切に装具１１０に連結されていないかを訓練者９００等に気付かせることができれば、適切な使用を促すことができる。

また、本実施形態にかかる歩行訓練装置１００は、歩行補助装置１２０の動作とトレッドミル１３１の動作を連動させて歩行訓練を行う装置であったが、歩行訓練装置はこのような構成に限らない。歩行補助装置とトレッドミルのいずれか一方を備える歩行訓練装置であっても構わない。その場合は、ステップＳ１０９において、歩行訓練装置が備える装置の作動を禁止する処理を行えば良い。

また、本実施形態にかかる歩行訓練装置１００は、巻取量Ｌが閾値となる巻取量Ｌ_０を超えるという条件を満たすまでに荷重Ｗが基準値である荷重Ｗ_０まで増加しなかった場合に、警告処理等を行ったが、予め定める条件はこれに限らない。予め定める条件は、例えば、荷重Ｗ_０まで増加するのに要する時間であっても良い。これ以上ハーネスワイヤ１１１の巻き取り動作を続けても荷重の増加が見込めないと判断される条件であれば、いずれの条件を採用しても良い。

また、本実施形態にかかる歩行訓練装置１００は、荷重センサ１１５を利用してハーネスワイヤ１１１に掛かる荷重を検出したが、荷重を検出する構成はこれに限らない。例えば、モータに通電される電流値を検出する電流センサを設け、検出した電流値から荷重を算出しても良い。

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、１１３ プーリ、１１４ 支持フレーム、１１５ 荷重センサ、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 前側連結フレーム、１２８ 後側連結フレーム、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 前側ワイヤ、１３５ 前側引張部、１３６ 後側ワイヤ、１３７ 後側引張部、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 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 (1)

1. 訓練者の歩行を促すトレッドミルおよび前記訓練者の脚部の動きを補助する歩行補助装置の少なくともいずれかを備える歩行訓練装置であって、
   前記訓練者の身体に装着する装具と、
   一端が前記装具に連結された吊具と、
   前記吊具の他端に連結され、前記吊具の吊り上げおよび吊り下げを行う駆動部と、
   前記吊具に掛かる荷重を検出する荷重検出部と、
   前記駆動部により前記吊具の吊り上げを開始し、予め定められた条件を満たすまでに、前記荷重検出部が一定の荷重増加を検出しなかった場合に、前記訓練者に対し前記吊具が適切に装着されていない旨の警告を実行する制御部と、
   を備える歩行訓練装置。

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