JP6958205B2

JP6958205B2 - 歩行訓練システム

Info

Publication number: JP6958205B2
Application number: JP2017195004A
Authority: JP
Inventors: 山本　一哉; 優佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2037-10-05
Also published as: JP2019063433A

Description

本発明は、歩行訓練者の歩行訓練を行う歩行訓練システムに関する。

歩行訓練者が歩行を行うトレッドミルと、歩行訓練者に装着された装具を上方に引張する引張手段と、引張手段の引張力を制御する制御手段と、を備える歩行訓練システムが知られている（特許文献１参照）。

特許第５９３６２３３号公報

例えば、トレッドミルが定速である場合、歩行訓練者がトレッドミルの基準位置から大きく後退することもある。この場合、歩行訓練者の訓練継続が困難となるため、その継続性が低下する。上記歩行訓練システムにおいては、引張手段によって訓練歩行者を基準位置に近付けるように上方へ引張ることで、訓練を継続することも可能である。しかし、歩行訓練者が引張手段の引張力に頼り過ぎてしまうと、訓練効果が低下するという背反が生じる。さらに、歩行訓練者の歩行レベルが様々であることも、上記事情を複雑にしている。したがって、歩行訓練の継続性と訓練効果の低下抑制とを、各歩行訓練者の歩行レベルに合わせて、両立したいという要望がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、歩行訓練の継続性と訓練効果の低下抑制とを、各歩行訓練者の歩行レベルに合わせて、両立できる歩行訓練システム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、
歩行訓練者が歩行を行うトレッドミルと、
前記歩行訓練者の脚部又は胴部に装着される装具と、
前記歩行訓練者の装具を上方に引張する引張手段と、
前記引張手段の引張力を制御する制御手段と、
を備える歩行訓練システムであって、
前記制御手段は、
前記歩行訓練者が前記トレッドミル上を歩行している間、該歩行訓練者が前記トレッドミルの基準位置から所定距離以上離れた場合、該歩行訓練者を前記基準位置に近付けるように、前記引張手段の引張力を制御し、
前記歩行訓練者の歩行訓練量、前記歩行訓練システムに設定される前記歩行訓練者の歩行訓練レベル、及び前記トレッドミルの速度、のうちの少なくとも１つの量が、所定量よりも大きい場合、前記所定距離を増加させる、
歩行訓練システム
である。

本発明によれば、歩行訓練の継続性と訓練効果の低下抑制とを、各歩行訓練者の歩行レベルに合わせて、両立できる歩行訓練システムを提供することができる。

本発明の実施形態１に係る歩行訓練システムの概略的な構成を示す図である。トレッドミルの基準位置を示す図である。所定距離を上方から見た図である。本発明の実施形態１に係る歩行訓練システムの制御方法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、本発明の実施形態１に係る歩行訓練システムの概略的な構成を示す図である。
本実施形態１に係る歩行訓練システム１は、歩行訓練者が歩行を行うトレッドミル２と、フレーム本体３と、歩行訓練者の脚部又は胴部に装着される装具４と、歩行訓練者の装具４を上方に引張する引張装置５と、引張装置５の引張力を制御する制御装置６と、を備えている。

トレッドミル２は、リング状のベルト２１をモータなどにより回転させる。ユーザは、ベルト２１上に乗り該ベルト２１の移動に応じて歩行を行い、その歩行訓練を行う。トレッドミル２は、歩行訓練者の歩行負荷を調整するために、ベルト２１の傾斜角度を調整して、ベルト２１を上り傾斜状態及び下り傾斜状態にする傾斜機構を有している。

フレーム本体３は、トレッドミル２上に立設されている。歩行訓練者は、脚部又は胴体に、例えば、ベルトなどの装具４を装着している。

引張装置５は、引張手段の一具体例である。引張装置５は、フレーム本体３の上辺中間付近に設けられている。ワイヤー５１の一端は、歩行訓練者の脚部又は胴部に装着された装具４に接続されている。引張装置５は、ワイヤー５１を介して、歩行訓練者を上方に引張する。

引張装置５は、例えば、ワイヤー５１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。巻取り及び巻き戻す機構には、ワイヤー５１を巻取り及び巻き戻し時の回転量を検出する回転センサが設けられている。引張装置５は、ワイヤー５１を介して歩行訓練者を上方に引張することで、歩行訓練者の自重による負荷を軽減する。

制御装置６は、制御手段の一具体例である。制御装置６は、引張装置５の引張力と、トレッドミル２の駆動と、を夫々制御する。制御装置６は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＣＰＵ６１によって実行される演算プログラム、制御プログラム等や、各種のデータなどを記憶するメモリ６２、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）６３、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。ＣＰＵ６１、メモリ６２及びインターフェイス部６３は、データバスなどを介して相互に接続されている。

フレーム本体３には、訓練指示、訓練メニュー、歩行訓練情報（歩行訓練量など）、歩行訓練者の歩行訓練レベル、トレッドミル２の速度、生体情報等）などの情報を表示する表示部７が設けられている。表示部７は、例えば、タッチパネルとして構成されており、歩行訓練者は表示部７を介して各種の情報を入力できる。例えば、歩行訓練者は、表示部７を介して制御装置６に、例えば、歩行訓練量、歩行訓練レベル、トレッドミル２の速度などを入力する。

ところで、トレッドミルが定速である場合、歩行訓練者がトレッドミルの基準位置から大きく後退することもある。この場合、歩行訓練者の訓練継続が困難となるため、その継続性が低下する。引張装置によって訓練歩行者を基準位置に近付けるように上方へ引張ることで、訓練を継続することも可能である。しかし、歩行訓練者が引張装置５の引張力に頼り過ぎてしまうと、訓練効果が低下するという背反が生じる。さらに、歩行訓練者の歩行レベルが様々であることも、上記事情を複雑にしている。したがって、歩行訓練の継続性と訓練効果の低下抑制とを、各歩行訓練者の歩行レベルに合わせて、両立したいという要望がある。

これに対し、本実施形態１に係る歩行訓練システム１において、制御装置６は、歩行訓練者がトレッドミル２上を歩行している間、歩行訓練者がトレッドミル２の基準位置から所定距離以上離れた場合、歩行訓練者を基準位置に近付けるように、引張装置５の引張力を制御する。制御装置６は、歩行訓練者の歩行訓練量、歩行訓練システム１に設定される歩行訓練者の歩行訓練レベル、及びトレッドミル２の速度、のうちの少なくとも１つの量が、所定量よりも大きい場合、上記所定距離を増加させる。

本実施形態１に係る歩行訓練システム１によれば、歩行訓練者がトレッドミル２の基準位置から所定距離以上離れた場合、歩行訓練者を基準位置に近付けるように、引張装置５の引張力を制御する。これにより、歩行訓練者は、基準位置に近付き易くなり、歩行訓練の継続性が維持される。

また、歩行訓練者がトレッドミル２の基準位置から所定距離以上離れていない場合、引張装置５の引張力を付加しない。これにより、基準位置から所定距離以内では、歩行訓練者は引張装置５の引張力に頼ることなく、自力で歩行を行う。したがって、その歩行の訓練効果が維持できる。

さらに、歩行訓練者の歩行訓練量、歩行訓練システム１に設定される歩行訓練者の歩行訓練レベル、及びトレッドミル２の速度、のうちの少なくとも１つの量が、所定量よりも大きい場合、所定距離を増加させる。これにより、歩行訓練者の歩行訓練量、歩行訓練レベル、及びトレッドミル２の速度、のうちの少なくとも１つの量が大きい場合、所定距離を増加させることで、歩行訓練者がトレッドミル２上の基準位置に復帰し難くなる。このため、歩行訓練者の歩行レベルに合わせて、上記歩行訓練の継続性と訓練効果の維持との両立を実現できる。すなわち、歩行訓練の継続性と訓練効果の低下抑制とを、各歩行訓練者の歩行レベルに合わせて両立できる。

図２は、トレッドミルの基準位置を示す図である。
トレッドミル２の基準位置Ｓ_０とは、例えば、歩行訓練者が、トレッドミル２上で、安全に歩行を行う位置であり、トレッドミル２の前後方向の略中央位置である。トレッドミル２の基準位置Ｓ_０は、例えば、引張装置５の位置Ｓ_１から鉛直下方向へ伸ばした直線とトレッドミル２とが交わる点となっている。トレッドミル２の基準位置Ｓ_０は、例えば、予めメモリ６２などに設定され、歩行訓練者、歩行指導者などが任意に設定変更できる。

制御装置６は、回転量センサにより検出された回転量に基づいて引張装置５のワイヤー５１の巻取量を算出する。制御装置６は、算出した引張装置５のワイヤー５１の巻取量と、ワイヤー５１の全長と、に基づいて、引張装置５の位置Ｓ_１から装具４の位置Ｓ_２までのワイヤー５１の長さｌｓを算出する。上記ワイヤー５１の全長は、例えば、予めメモリ６２などに設定されている。

制御装置６は、引張装置５の位置Ｓ_１から鉛直下方向へ装具４の高さまでの距離ｈと、算出した引張装置５の位置Ｓ_１から装具４の位置Ｓ_２までのワイヤー５１の長さｌｓと、に基づいて、歩行訓練者の位置とトレッドミル２の基準位置Ｓ_０との距離Ｒ（以下、歩行訓練者距離Ｒと称す）を算出する。例えば、歩行訓練者の位置を装具４の位置（中心位置など）Ｓ_２とする。上記引張装置５の位置Ｓ_１から鉛直下方向へ装具４の高さまでの距離ｈは、例えば、予めメモリ６２などに設定されている。

制御装置６は、歩行訓練者がトレッドミル２上を歩行している間、算出した歩行訓練者距離Ｒが所定距離Ｒｓ以上になったと判断した場合、歩行訓練者を基準位置Ｓ_０に近付けるように、引張装置５の引張力を制御する。例えば、引張装置５が、所定の引張力ｆでワイヤー５１を上方へ引張することで、引張力ｆの垂直成分ｆ１によって歩行訓練者の自重による負荷を軽減しつつ、引張力ｆの水平成分ｆ２により、歩行訓練者を基準位置Ｓ_０へ戻すことができる。なお、所定距離Ｒｓは、例えば、予めメモリ６２などに設定され、歩行訓練者、歩行指導者などが任意に設定変更できる。

制御装置６は、上述の如く、歩行訓練者の歩行訓練量、歩行訓練システム１に設定される歩行訓練者の歩行訓練レベル、及びトレッドミル２の速度、のうちの少なくとも１つの量が、所定量よりも大きい場合、所定距離Ｒｓを増加させる。

制御装置６は、歩行訓練者の歩行訓練量が、所定量よりも大きい場合、メモリ６２に設定された所定距離Ｒｓを増加させる。歩行訓練量とは、例えば、歩行訓練者が歩行訓練システム１を用いて歩行訓練を行った歩行訓練時間や歩行訓練回数などである。上記歩行訓練量は、例えば、表示部７などを介して制御装置６に入力されてもよく、制御装置６が自動的に歩行訓練者の歩行訓練量（歩行訓練時間など）を計測し、メモリ６２などに記憶していてもよい。

上記所定量は、例えば、症状の重い人や歩行訓練未経験者を基準にして、基準位置Ｓ_０からずれを検出後、ワイヤー５１に引張力を加えることで歩行訓練者のトレッドミル２から転落やフレーム本体３への衝突を防止できる範囲で実験的に設定される。上記所定量は、例えば、予めメモリ６２に設定されており、歩行訓練者、訓練指導者などが任意に設定変更できる。

制御装置６は、例えば、歩行訓練者の歩行訓練量が、所定量よりも大きい場合、メモリ６２に設定された所定距離Ｒｓに所定係数を乗算することで、所定距離Ｒｓを増加させる。所定係数は、予めメモリ６２に設定され、歩行訓練者や訓練指導者などが任意に設定できる。

図３は、所定距離を上方から見た図である。制御装置６は、歩行訓練者の歩行訓練量が、所定量よりも大きい場合、所定距離Ｒｓを増加させ、所定距離Ｒｓ１に設定変更する。

制御装置６は、歩行訓練者の歩行訓練レベルが、所定量よりも大きい場合、メモリ６２に設定された所定距離Ｒｓを増加させてもよい。歩行訓練者の歩行訓練レベルは、例えば、歩行訓練者による歩行訓練システム１の習熟度を示すもので、Ｌ１〜Ｌ１０などで示される。歩行訓練者の歩行訓練レベルは、例えば、メモリ６２になどに予め設定されている。

制御装置６は、トレッドミル２の速度が、所定量よりも大きい場合、メモリ６２に設定された所定距離Ｒｓを増加させてもよい。制御装置６は、例えば、トレッドミル２のモータの回転を検出するセンサの値に基づいて、トレッドミル２の速度を算出する。

さらに、制御装置６は、歩行訓練者の歩行訓練量、歩行訓練レベル、及びトレッドミルの速度が大きくなるに従がって、メモリ６２に設定された所定距離Ｒｓを増加させてもよい。

図４は、本実施形態１に係る歩行訓練システムの制御方法を示すフローチャートである。
所定距離Ｒｓが、メモリ６２に設定される（ステップＳ１０１）。
制御装置６は、メモリ６２に記憶された歩行訓練者の歩行訓練時間Ｔを読み出す（ステップＳ１０２）。

制御装置６は、歩行訓練時間Ｔに補正係数Ｒｈを乗算することで位置補正値ＲＴを算出する（ステップＳ１０３）。
位置補正値ＲＴ＝歩行訓練時間Ｔ×補正係数Ｒｈ
補正係数Ｒｈは、例えば、予めメモリ６２などに設定されている。

歩行訓練者の歩行訓練レベルＬが制御装置６に設定される（ステップＳ１０４）。
制御装置６は、所定距離Ｒｓに算出した位置補正値ＲＴを加算することで、増加させた所定距離Ｒｓ１を算出する（ステップＳ１０５）。
所定距離Ｒｓ１＝所定距離Ｒｓ＋位置補正値ＲＴ

制御装置６は、歩行訓練レベルＬに補正係数Ｒｌを乗算することで位置補正値ＲＬを算出する（ステップＳ１０６）。
位置補正値ＲＬ＝歩行訓練レベルＬ×補正係数Ｒｌ
補正係数Ｒｌは、例えば、予めメモリ６２などに設定されている。

制御装置６は、上記（ステップＳ１０４）で算出した所定距離Ｒｓ１に、上記位置補正値ＲＬを加算することで、増加させた所定距離Ｒｓ２を算出する（ステップＳ１０７）。
所定距離Ｒｓ２＝所定距離Ｒｓ１＋位置補正値ＲＬ

制御装置６は、トレッドミル２を駆動させ、歩行訓練を開始する（ステップＳ１０８）。
制御装置は、歩行訓練者距離Ｒが所定距離Ｒｓ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。

制御装置６は、歩行訓練者距離Ｒが所定距離Ｒｓ２以上であると判断した場合（ステップＳ１０９のＹＥＳ）、歩行訓練者を基準位置Ｓ_０に近付けるように、引張装置５の引張力を制御する（ステップＳ１１０）。

以上、本実施形態１に係る歩行訓練システム１において、歩行訓練者がトレッドミル２上を歩行している間、歩行訓練者がトレッドミル２の基準位置から所定距離以上離れた場合、歩行訓練者を基準位置に近付けるように、引張装置５の引張力を制御し、歩行訓練者の歩行訓練量、歩行訓練システム１に設定される歩行訓練者の歩行訓練レベル、及びトレッドミル２の速度、のうちの少なくとも１つの量が、所定量よりも大きい場合、上記所定距離を増加させる。これにより、歩行訓練の継続性と訓練効果の低下抑制とを、各歩行訓練者の歩行レベルに合わせて両立できる。

実施形態２
本発明の実施形態２において、制御装置６は、基準位置Ｓ_０に対する歩行訓練者の相対速度に応じて、所定距離Ｒｓを変更してもよい。制御装置６は、例えば、算出した歩行訓練者距離Ｒに基づいて、フレーム本体３に対する歩行訓練者の相対速度を算出する。

例えば、制御装置６は、歩行訓練者の相対速度が所定速度以上となったと判断した場合（基準位置Ｓ_０に対する歩行訓練者の位置ずれが急激に進んだ場合）、所定距離Ｒｓを減少させてもよい。なお、基準位置Ｓ_０から離れる方向を正方向とする。

歩行訓練者が急停止し、歩行訓練者の相対速度が所定速度以上となった場合などに、所定距離Ｒｓを小さくすることで、早い段階で歩行訓練者を基準位置Ｓ_０に戻す引張力を付加することができる。

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。

本発明は上記実施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。

上記実施形態において、制御装置６は、歩行訓練者距離Ｒと所定距離Ｒｓとを比較することで、歩行訓練者を基準位置Ｓ_０に近付けるように引張装置５の引張力を制御しているがこれに限定されない。制御装置６は、引張装置５の位置Ｓ_１から基準位置Ｓ_０における装具４の位置までのワイヤー５１の長さと、現在のワイヤー５１の長さと、を比較することで、歩行訓練者を基準位置Ｓ_０に近付けるように引張装置５の引張力を制御してもよい。

上記実施形態において、制御装置６は、引張装置５のワイヤー５１の巻取量に基づいて歩行訓練者距離Ｒを算出しているが、これに限定されない。

例えば、制御装置６は、トレッドミル２に設けられた荷重センサの荷重値に基づいて距離Ｒを算出してもよい。トレッドミル２には、複数の荷重センサが設けられている。制御装置６は、各荷重センサにより検出された荷重値に基づいて、トレッドミル２上の歩行訓練者の位置を算出する。制御装置６は、算出した歩行訓練者の位置と、トレッドミル２の基準位置Ｓ_０と、に基づいて、歩行訓練者距離Ｒを算出する。

制御装置６は、カメラにより撮影されたトレッドミル２上を歩行する歩行訓練者の画像に基づいて、所定距離Ｒｓを算出してもよい。制御装置６は、カメラにより撮影されたトレッドミル２上を歩行する歩行訓練者の画像に対して画像処理を行って、歩行訓練者の位置と、トレッドミル２の基準位置Ｓ_０と、を特定し、その間の歩行訓練者距離Ｒを算出する。

上記実施形態において、制御装置６は、算出した歩行訓練者距離Ｒが前方側へ所定距離Ｒｓ以上になったと判断した場合、歩行訓練者を基準位置Ｓ_０に近付けるように、引張装置５の引張力を制御すると共に、トレッドミル２の速度を低下させる制御、及び、トレッドミル２のベルト２１を昇り傾斜状態にする制御、のうち少なくとも１つの制御を行ってもよい。これにより、より迅速に歩行訓練者を基準位置Ｓ_０へ戻すことができる。

上記実施形態において、制御装置６は、算出した歩行訓練者距離Ｒが後方側へ所定距離Ｒｓ以上になったと判断した場合、歩行訓練者を基準位置Ｓ_０に近付けるように、引張装置５の引張力を制御すると共に、トレッドミル２の速度を増加させる制御、及び、トレッドミル２のベルト２１を下り傾斜状態にする制御、のうち少なくとも１つの制御を行ってもよい。これにより、より迅速に歩行訓練者を基準位置Ｓ_０へ戻すことができる。

上記実施形態において、単一の引張装置５がフレーム本体３の上部中間付近に設けられ、この引張装置５によって、歩行訓練者の装具４を上方に引張する構成であるが、これに限定されない。例えば、引張装置５が、フレーム本体３の上部前後付近に１つずつ設けられ、１対の引張装置５によって、歩行訓練者の装具４を上方に引張する構成であってもよい。前方の引張装置５は、歩行訓練者の装具４を前方かつ上方に引張する。同時に後方の引張装置５は、歩行訓練者の装具４を後方かつ上方に引張する。

１歩行訓練システム、２トレッドミル、３フレーム本体、４装具、５引張装置、６制御装置、７表示部、２１ベルト、５１ワイヤー

Claims

歩行訓練者が歩行を行うトレッドミルと、
前記歩行訓練者の脚部又は胴部に装着される装具と、
前記歩行訓練者の装具を上方に引張する引張手段と、
前記引張手段の引張力を制御する制御手段と、
を備える歩行訓練システムであって、
前記制御手段は、
前記歩行訓練者が前記トレッドミル上を歩行している間、該歩行訓練者が前記トレッドミルの基準位置から前方へ所定距離以上離れた場合、又は、該歩行訓練者が前記トレッドミルの基準位置から後方へ所定距離以上離れた場合、該歩行訓練者を前記基準位置に近付けるように、前記引張手段の引張力を制御し、
前記歩行訓練者の歩行訓練量、前記歩行訓練システムに設定される前記歩行訓練者の歩行訓練レベル、及び前記トレッドミルの速度、のうちの少なくとも１つの量が、所定量よりも大きい場合、前記所定距離を増加させる、
歩行訓練システム。