JP7088092B2

JP7088092B2 - バランス訓練装置およびバランス訓練装置の制御プログラム

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Description

本発明は、バランス訓練装置およびバランス訓練装置の制御プログラムに関する。

脚の不自由な患者がリハビリ訓練を行うための訓練装置が普及しつつある。例えば、訓練を行う訓練者を踏み板の上に立たせてその重心位置を観察し、踏み出しを促したり転倒を防いだりするために、踏み板を駆動手段で移動させる訓練装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１５－１００４７７号公報

踏み板が訓練装置に対して微小量移動する構成では、訓練者は原則として床面に対して直立した状態を維持するので、環境の変化に乏しく、訓練者のモチベーションを維持することが困難である。特に訓練試行にゲーム性を与える場合には、ゲームに連動して大きな体感が得られるほど、訓練者は意欲を持って訓練試行に臨むことができる。そこで、バランス訓練装置に移動台車を設け、訓練者を搭乗させた状態でバランス訓練装置ごと移動させる構成がリハビリ訓練に効果的であることがわかってきた。

しかし、このようなバランス訓練装置においては、訓練者の回復度合いに応じて、例えば、台車の加速度、移動速度等の訓練の難易度を調節する必要がある。特に、訓練者の回復度は、訓練者の年齢、体力等によって訓練の進捗速度が異なるため訓練者毎に細かな難易度の設定を行う必要がある。

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、バランス機能に疾患を有する訓練者がリハビリ訓練において訓練の難易度を訓練者に応じて調節することができるバランス訓練装置等を提供するものである。

本発明の第１の態様におけるバランス訓練装置は、駆動部を駆動することにより移動面上を移動可能な移動台車と、前記駆動部を駆動して、予め設定された揺動パターンに従って前記移動台車を移動させる移動制御部と、前記移動台車に立つ訓練者の状態の乱れが所定の範囲から外れたことを検出する姿勢検知センサと、前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の検出結果に基づき、前記揺動パターンを変更して移動台車を移動させる訓練の難易度を変更することを前記移動制御部に指示する難易度設定部と、を有する。

このように、訓練による訓練者の姿勢の乱れの大きさを検出して訓練の難易度を変更することで訓練者に適した訓練を訓練者に提供することができる。

上記姿勢検知センサは、前記移動台車に取り付けられる手すりに設けられる手すりセンサ、前記手すりと前記手すりを支持する支柱との間に設けられる圧力センサ、前記訓練者の身体の一部に取り付けられ前記訓練者の生態情報を検知する生体センサ、前記移動台車に取り付けられ前記訓練者の姿勢を撮影するカメラ、の少なくとも１つを含むものであっても良い。

また上記の難易度設定部は、前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の継続時間が第１の規定値を超えた場合に前記難易度を低下させるものであってもよい。

また上記の難易度設定部は、前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の継続時間が前記第１の規定値よりも大きな第３の規定値を超えた場合に前記移動制御部に前記訓練を中止することを支持するものであってもよい。

また、上記の難易度設定部は、前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の時間の積算値が、予め決まった長さの判定閾値期間内の所定の割合を超えた場合に前記難易度を低下させるものであってもよい。

また、上記の難易度設定部は、前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲内である状態の継続時間が、第２の規定値に基づき設定される難易度上昇判定期間以上となった場合に前記難易度を上昇させるものであってもよい。

また、第２の態様におけるバランス制御装置の制御プログラムは、移動面上を移動する移動台車に訓練者が立ってバランス訓練を行うバランス訓練装置の制御プログラムであって、前記移動台車を移動させる駆動部を駆動して、予め設定された揺動パターンに従って前記移動台車を移動させる移動制御ステップと、前記訓練者の状態の乱れが所定の範囲から外れたことを検出する姿勢検知ステップと、前記姿勢検知ステップにおいて通知される前記訓練者の状態の検出結果に基づき、前記揺動パターンを変更して前記移動台車を移動させる訓練の難易度を変更する難易度設定ステップと、をコンピュータに実行させる。このような制御プログラムによって制御されたバランス訓練装置によれば、訓練による訓練者の姿勢の乱れの大きさを検出して訓練の難易度を変更することで訓練者に適した訓練を訓練者に提供することができる。

本発明により、バランス機能に疾患を有する訓練者がリハビリ訓練を行う際に訓練者の身体能力に応じた難易度の訓練を提供することができる。

実施の形態１にかかる訓練装置の概略斜視図である。実施の形態１にかかる訓練装置のシステム構成を示す図である。実施の形態１にかかる訓練装置の機能を説明する概略図である。実施の形態１にかかる訓練装置の訓練の難易度を説明する図である。実施の形態１にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態１にかかる訓練装置における訓練の難易度の変化を説明するタイミングチャートである。実施の形態２にかかる訓練装置における訓練の難易度の変化を説明するタイミングチャートである。実施の形態３にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態３にかかる訓練装置の難易度アップ処理の動作を説明するフローチャートである。実施の形態４にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態５にかかる訓練装置の機能を説明する概略図である。実施の形態６にかかる訓練装置の機能を説明する概略図である。実施の形態７にかかる訓練装置の機能を説明する概略図である。実施の形態８にかかる訓練装置の機能を説明する概略図である。

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。また、以下の説明では、複数の実施の形態において共通する構成要素については、１つの実施の形態の説明で説明して、他の実施の形態の説明では、説明を省略する。

実施の形態１
図１は、実施の形態１にかかるバランス訓練装置の一例としての訓練装置１００の概略斜視図である。訓練装置１００は、片麻痺などの障害を持つ障害者が歩行に必要な重心移動を習得するためや、足関節に障害を抱える患者が足関節機能を回復させるための装置である。例えば、足関節機能を回復させたい訓練者９００がバランスを取りつつ訓練装置１００に搭乗を続けようとすると、訓練装置１００は、訓練者９００の足関節にリハビリ効果を期待できる程度の負荷を与えることができる。

訓練装置１００は、リハビリ施設の床面等を移動面として、その移動面上を前後方向に移動可能な移動台車１１０と、移動台車１１０に立設され、移動台車１１０に搭乗する訓練者９００の脱落を防止するフレーム１６０を備える。移動台車１１０は、主に、駆動輪１２１、キャスタ１２２、搭乗プレート１３０、荷重センサ１４０、コントロールボックス１５０を備える。

駆動輪１２１は、走行方向に対して２つの前輪として配置されている。駆動輪１２１は、駆動部としての不図示のモータによって回転駆動され、移動台車１１０を前進させたり後退させたりする。キャスタ１２２は、従動輪であり、走行方向に対して２つの後輪として配置されている。搭乗プレート１３０は、訓練者９００が搭乗して両足を載置する搭乗部である。搭乗プレート１３０は、訓練者９００の搭乗に耐える比較的剛性の高い、例えばポリカーボネート樹脂製の平板が用いられる。搭乗プレート１３０は、四隅に配置された荷重センサ１４０を介して移動台車１１０の上面に支持されている。

荷重センサ１４０は、例えばロードセルであり、移動台車１１０に立つ訓練者９００の足から受ける荷重を検出する検出部としての機能を担う。コントロールボックス１５０は、後述する演算処理部やメモリを収容する。

フレーム１６０は、開扉１６１と手すり１６２を含む。開扉１６１は、訓練者９００が搭乗プレート１３０に搭乗する場合に開いて、訓練者９００の通路を形成する。訓練試行を行う場合には閉じられてロックされる。手すり１６２は、訓練者９００がバランスを崩しそうになった時や不安に感じた時に掴むことができるように、訓練者９００を取り囲むように設けられている。フレーム１６０は、表示パネル１７０を支持している。表示パネル１７０は、例えば液晶パネルである表示部であり、訓練者９００が訓練試行中に視認しやすい位置に配置されている。

図２は、訓練装置１００のシステム構成を示す図である。演算処理部２００は、例えばＭＰＵであり、メモリ２４０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。駆動部（例えば、駆動輪ユニット２１０）は、駆動輪１２１を駆動するための駆動回路やモータを含む。また、駆動輪ユニット２１０は、駆動輪１２１の回転量を検出するロータリエンコーダを含む。

操作受付部２２０は、訓練者９００やオペレータからの入力操作を受け付けて、操作信号を演算処理部２００へ送信する。訓練者９００やオペレータは、装置に設けられた操作ボタンや表示パネル１７０に重畳されたタッチパネル、付属するリモコン等を操作して、電源のオン／オフや訓練試行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２３０は、演算処理部２００からの表示信号に従って、例えば、訓練者９００に対する姿勢の指示、或いは、課題ゲームのグラフィック映像等を生成し、表示パネル１７０に表示する。メモリ２４０は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばソリッドステートドライブが用いられる。メモリ２４０は、訓練装置１００を制御するための制御プログラム等を記憶している。また、制御に用いられる複数の揺動パターン等のパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶している。メモリ２４０は、特に、訓練者９００が楽しく訓練試行を行えるようにゲーム形式で課題を与えるプログラムである課題ゲーム２４１と、移動台車１１０をどのように動作させるかを規定する揺動パターン２４２を記憶している。荷重センサ１４０は、搭乗プレート１３０を介して訓練者９００の足から加えられる荷重を検出して、その検出信号を演算処理部２００へ送信する。姿勢検知センサ２５０は、訓練者９００の状態の乱れが所定の範囲から外れたことを検出する。姿勢検知センサ２５０は、訓練者９００に接触した状態、あるいは、非接触の状態で訓練者９００の姿勢の乱れ、あるいは、心拍数等の訓練者９００の状態の乱れを検出する。

演算処理部２００は、算出部であり、制御プログラムの要請に従って様々な演算や個別要素の制御を実行する機能実行部としての役割も担う。荷重算出部２０１は、４つの荷重センサ１４０の検出信号を取得して、訓練者９００の搭乗面における両足の荷重重心を算出する。具体的には、４つの荷重センサ１４０のそれぞれの位置は既知であるので、それぞれの荷重センサ１４０が検出する鉛直方向の荷重の分布から重心位置を算出して、その位置を荷重重心とする。

範囲設定部２０２は、訓練者９００が搭乗面で直立を維持できると推定される荷重重心の範囲である安定範囲を設定する。移動制御部２０３は、荷重重心の移動量に基づき駆動輪ユニット２１０を駆動して、予め設定された揺動パターンに従って移動台車１１０を移動させる。また、移動制御部２０３は、駆動輪ユニット２１０へ送信する駆動信号を生成し、駆動輪ユニット２１０を介して移動台車１１０の移動を制御する。

難易度設定部２０４は、姿勢検知センサ２５０から通知される訓練者９００の状態の検出結果に基づき、揺動パターンを変更して移動台車１１０を移動させる訓練の難易度を変更することを移動制御部２０３に指示する。実施の形態１では、姿勢検知センサ２５０は、訓練者９００の姿勢が予め設定した範囲以上の乱れを示した場合に、難易度設定部２０４に検出結果を送信する。そして、難易度設定部２０４は、姿勢検知センサ２５０から訓練者９００の状態の乱れが予め設定した第１の閾値以上の期間継続した場合に訓練の難易度を低下させることを移動制御部２０３に支持する。

なお、実施の形態１にかかる訓練装置１００は、訓練者９００の荷重重心の移動に伴い移動台車１１０を移動させる訓練とは別に、能動的に移動台車１１０を移動させて訓練者９００の姿勢を維持させる能動的負荷訓練を行う。つまり、実施の形態１にかかる訓練装置１００の能動的負荷訓練では、荷重センサ１４０、荷重算出部２０１、範囲設定部２０２の機能を積極的には利用しない。一方、実施の形態１にかかる訓練装置１００の能動的負荷訓練では、メモリ２４０に格納された揺動パターン２４２に従って移動制御部２０３が駆動輪ユニット２１０に駆動指示を与え、移動台車１１０を移動させる。

そこで、実施の形態１にかかる訓練装置１００の特徴の１つである難易度の調整方法及びその構成についてより詳細に説明する。図３に実施の形態１にかかる訓練装置の機能を説明する概略図を示す。図３に示した構成は、以下で説明する難易度の調整において必要な構成を選択的に示したものであり、実施の形態１にかかる訓練装置１００には、例えば、図１で示した他の構成も含まれる。また、図３では、図１で説明した構成と重複する構成についての説明は省略する。

図３に示すように、実施の形態１にかかる訓練装置１００は、移動台車１１０に取り付けられた支柱（例えば、フレーム１６０）に取り付けられた手すり１６２に手すりスイッチ３１０が設けられる。この手すりスイッチ３１０は、姿勢検知センサ２５０として用いることができるセンサの1つである。また、図１に示す例では、表示パネル１７０に表示される電源のオン／オフを指示する電源ボタンを訓練スイッチ３２０としてフレーム１６０に取り付ける形態を示した。このようにフレーム１６０に訓練スイッチ３２０を設けることで、オペレータが訓練装置１００の動作開始、及び、動作停止を行いやすくなる。

実施の形態１にかかる訓練装置１００では、訓練者９００の体力、回復度合いに応じて訓練の難易度を調整する。そのため、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、訓練者９００に与える訓練として移動台車１１０の揺動パターンを複数設定する。メモリ２４０には、揺動パターン２４２には、複数の揺動パターンが含まれる。そして、この揺動パターン２４２は、の難易度が異なる複数の揺動パターンを含む。そこで、揺動パターン２４２の一例を図４に示す。図４は、実施の形態１にかかる訓練装置の訓練の難易度を説明する図である。図４では、上図に揺動パターンによる移動台車１１０の速度変化と、速度変化を変化させるためのパラメータを説明するグラフを示した。また、図４では、下図に揺動パターンのパラメータを難易度毎に一覧にした表を示した。

図４に示した例では、実施の形態１にかかる揺動パターンは、停止期間Ｔ１、揺動期間Ｔ２、及び、速度強度パラメータＡの３つのパラメータを用いた速度関数Ｆにより表される速度変化曲線グラフにより表される。より具体的には、図４に示した例では、実施の形態１にかかる揺動パターンは、目標速度をｖ、移動台車１１０の進行方向を示す進行方向パラメータをＳ、訓練開始後の経過時間をｔ、停止期間をＴ１、揺動期間をＴ２、速度強度パラメータをＡとすると目標速度ｖは、（１）式により表される。なお、（１）式おいて進行方向パラメータＳが１である時は移動台車１１０が前進方向の移動を行い、－１である時は訓練装置１００が後退方向の移動を行うものとする。
ｖ＝Ｓ×Ｆ（ｔ，Ａ，Ｔ１，Ｔ２）・・・（１）

また、図４の下図に示した例では、実施の形態１にかかる揺動パターンは、難易度１～５を定義し、難易度５がもっとも難易度が高く、難易度１がもっとも難易度が低くなる。難易度が高い揺動パターンは、短い時間に速い速度で移動台車１１０を移動させる。一方、難易度が低い揺動パターンでは、長い時間をかけてゆっくりとした速度で移動台車１１０を移動させる。

続いて、実施の形態１にかかる訓練装置１００の動作について説明する。そこで、図５に実施の形態１にかかる訓練装置の動作を説明するフローチャートを示す。この図５で示す例では、最低難易度を１、最高難易度を５とした例であるが、難易度の設定の仕方に応じて、難易度の上昇低下のさせ方は適宜変更することが好ましい。

図５に示すように、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、まず、訓練スイッチをオンさせることで訓練を開始する（ステップＳ１）。そして、訓練が開始されると難易度設定部２０４は、揺動パターンを指定する値を格納する難易度カウンタを５とする。（ステップＳ２）。そして、難易度設定部２０４内のレジスタ等に定義される手すりＯＮカウンタを０、難易度ダウンフラグを０とする（ステップＳ３）。その後、難易度設定部２０４は、難易度カウンタの値を参照して、揺動パターンを決定する（ステップＳ４）。そして、訓練装置１００は、ステップＳ４で選択された揺動パターンに従って移動台車１１０を制御する（ステップＳ５）。

続いて、実施の形態１にかかる訓練装置１００は、手すりスイッチ３１０がオフ状態を示していれば、難易度設定部２０４が手すりＯＮカウンタを０とする（ステップＳ６のＹＥＳの枝）。また、訓練装置１００は、手すりスイッチ３１０がオン状態を示していた場合（ステップＳ６のＮＯの枝）、難易度設定部２０４が手すりＯＮカウンタの値を１つ増加させる（ステップＳ１０）。その後、難易度設定部２０４は、手すりＯＮカウンタが予め設定された第１の規定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１１）。難易度設定部２０４は、ステップＳ１１において、手すりＯＮカウンタが第１の規定値以下であれば、ステップＳ８の判断を行う。一方、難易度設定部２０４は、ステップＳ１１において、手すりＯＮカウンタが第１の規定値よりも大きければ、難易度ダウンフラグを１に書き換えた後にステップＳ８の判断を行う（ステップＳ１２）。ステップＳ８は、訓練スイッチがオフ状態とされたか否かについての判断であり、ステップＳ１２において訓練スイッチがオフ状態であれば、訓練装置１００は動作を停止させる（ステップＳ９）。一方、ステップＳ８において、訓練スイッチがオン状態であった場合、訓練装置１００の移動制御部２０３は、現在のタイミングが揺動パターンの実行中か否かを判断する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１において、移動制御部２０３が揺動パターンの実行中と判断した場合（ステップＳ２１のＮＯの枝）、移動制御部２０３と難易度設定部２０４は、ステップＳ５～Ｓ８、及び、ステップＳ１０～Ｓ１２を実行する。一方、ステップＳ２１において、移動制御部２０３が揺動パターンの実行が完了した判断した場合（ステップＳ２１のＹＥＳの枝）、難易度設定部２０４が難易度の調整処理をステップＳ２２～Ｓ２４において行う。

ステップＳ２２では、難易度設定部２０４は、難易度ダウンフラグを参照し、難易度ダウンフラグが０であれば、揺動パターンの難易度は変更せずにステップＳ３の処理から再度処理を継続する。一方、ステップＳ２２において、難易度ダウンフラグが１であると難易度設定部２０４が判断した場合、難易度設定部２０４は、現在移動制御部２０３が選択している揺動パターンの難易度が２以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。そして、難易度が２以上であれば、難易度設定部２０４は、移動制御部２０３に選択させる揺動パターンの難易度を現在の値から１つ下げた値に更新する（ステップＳ２３）。一方、ステップＳ２２において、難易度が２よりも小さいと判断された場合、それ以上難易度を下げられないため、難易度設定部２０４は、移動制御部２０３に選択させる揺動パターンの難易度を現在の値のまま維持する（ステップＳ２２のＮＯの枝）。ステップＳ２４の更新処理、又は、ステップＳ２３の難易度維持判断処理が完了した後、訓練装置１００は、ステップＳ３の処理から順に処理を継続する。

図５に示したフローチャートに沿った動作を行った場合の難易度の変化をタイミングチャートを用いて説明する。そこで、図６に実施の形態１にかかる訓練装置における訓練の難易度の変化を説明するタイミングチャートを示す。図６に示す例は、揺動パターンを２回実行する期間にわたる訓練装置１００の動作を示すものである。また、図６に示す例では、最初の揺動パターンサイクルにおいて難易度５の揺動パターンを選択し、訓練者９００の姿勢が維持できずに、次の揺動パターンサイクルで揺動パターンの難易度を４に低下させる例である。

図６に示す例では、タイミングＴ０からＴ３において最初の揺動パターンサイクルＴＢが実行される。図６に示す例では、タイミングＴ１において、訓練者９００が手すりスイッチをオンさせる。訓練者９００は、訓練の難易度が自身の能力を超えていた場合、姿勢の維持が困難になるため、この手すりスイッチ３１０を押しつつ手すり１６２を掴むことで姿勢を維持する。そして、タイミングＴ２において手すりＯＮカウンタが第１の規定値を超える。これにより、タイミングＴ２で難易度ダウンフラグが０から１に書き換えられる。そして、タイミングＴ２よりも後のタイミングで訓練者９００が手すりスイッチ３１０から手を離すことで手すりＯＮカウンタがゼロにリセットされる。しかしながら、タイミングＴ２において１に書き換えられた難易度ダウンフラグは、タイミングＴ３の揺動パターンサイクルが完了するまで１を維持する。

そして、タイミングＴ３の揺動パターンサイクルＴＢの切り替わりにおいて、難易度設定部２０４は、難易度ダウンフラグが１であることに基づき移動制御部２０３が選択する揺動パターンの難易度を１つ低下させる。

また、図６に示す例では、タイミングＴ３からＴ８において２回目の揺動パターンサイクルＴＢが実行される。図６に示す例では、タイミングＴ４において、訓練者９００が手すりスイッチをオンさせる。しかしながら、難易度が低下した２回目の揺動パターンサイクルＴＢでは、訓練者９００は、タイミングＴ５で手すりスイッチ３１０から手を離す。これにより、タイミングＴ５において手すりＯＮカウンタの値はゼロにリセットされる。その後、タイミングＴ６において、訓練者９００が再び手すりスイッチ３１０をオンさせる。その後、訓練者９００が手すりスイッチ３１０のオンさせた状態が維持されると、タイミングＴ７において手すりＯＮカウンタが第１の規定値を超える。これにより、タイミングＴ７で難易度ダウンフラグが０から１に書き換えられる。そして、タイミングＴ７よりも後のタイミングで訓練者９００が手すりスイッチ３１０から手を離すことで手すりＯＮカウンタがゼロにリセットされる。しかしながら、タイミングＴ７において１に書き換えられた難易度ダウンフラグは、タイミングＴ８の揺動パターンサイクルが完了するまで１を維持する。

そして、タイミングＴ８の揺動パターンサイクルＴＢの切り替わりにおいて、難易度設定部２０４は、難易度ダウンフラグが１であることに基づき移動制御部２０３が選択する揺動パターンの難易度を１つ低下させる。

上記説明より、実施の形態１にかかる訓練装置１００によれば、移動台車１１０を揺動パターンに従って能動的に動作させる能動的負荷訓練において、訓練者９００の能力に対して訓練の難易度が高い場合に訓練者９００が姿勢を維持するために支えとする手すりに手すりスイッチ３１０を設ける。そして、訓練中の手すりスイッチ３１０のオン状態が維持される期間の長さに基づき訓練強度を低下、又は、維持する。

これにより、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、訓練者９００に与えた訓練の難易度が高ければ、訓練者９００の能力に合う難易度まで訓練の難易度を下げることができる。また、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、難易度が高い揺動パターンから始めて徐々に難易度を落としていくため、訓練者９００が自分の能力により対応できる難易度をできるだけ高く維持した訓練を行うことができる。

また、揺動パターンを予めメモリ２４０に保持することで、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、訓練の難易度に応じた揺動パターンを演算により生成する必要がない。また、実施の形態１にかかる訓練装置１００では、手すりスイッチ３１０を手すり１６２に設けることで、訓練者９００が姿勢を維持することが困難な状況においても、手すりスイッチ３１０を押しながら姿勢を維持することが容易になる。

実施の形態２
実施の形態２では、訓練の難易度を変化させる訓練者９００の姿勢の乱れの判定方法の別の方法を説明する。そこで、図７に実施の形態２にかかる訓練装置における訓練の難易度の変化を説明するタイミングチャートを示す。

実施の形態２にかかる訓練装置１００では、難易度設定部２０４において、手すりスイッチ３１０がオン状態となった時間の所定期間内での積算値が、当該所定期間に対して一定の割合以上となったことに応じて難易度を低下させる。つまり、実施の形態２にかかる難易度設定部２０４は、姿勢検知センサ２５０から通知される訓練者９００の状態の崩れが所定の範囲外となった状態の時間の積算値が、予め決まった長さの判定閾値期間内の所定の割合を超えた場合に難易度を低下させる。

図７に示す例では、所定の期間（例えば、判定閾値期間）として１つの揺動パターンサイクルＴＢの長さを設定する。そして、図７に示す例では、揺動サイクルパターンＴＢが開始されるタイミングＴ１０からタイミングＴ１１に至る期間に断続的に手すりスイッチ３１０がオン状態となる。難易度設定部２０４は、この手すりスイッチ３１０がオン状態となった時間を積算する。そして、タイミングＴ１１において、積算値が予め設定した判定閾値を超えたため、難易度ダウンフラグを１とする。これにより、揺動パターンが次のサイクルに切り替わるタイミングＴ１２において移動制御部２０３が選択する揺動パターンの難易度が下げられる。

上記説明より、訓練者９００の姿勢の乱れが現在の訓練の難易度を継続する事は適切でないと判断するための判断方法は、例えば、図６に示した実施の形態１の判定方法以外にも訓練装置１００の仕様、或いは、訓練の種類によって変更することができる。なお、図７に示した断続的に手すりスイッチ３１０がオン状態となるような姿勢の乱れが生じるのは、例えば、訓練者９００の能力がと訓練の難易度に対して少しだけ足りない等の場合が有り、実施の形態２の判定方法を採用することで、訓練の難易度の切り替え判断が難しい訓練者に対しても適切な難易度の訓練を提供することが可能になる。

実施の形態３
実施の形態３では、訓練の難易度を下げるだけではなく、上げるための処理を加えた動作方法について説明する。そこで、図８に実施の形態３にかかる訓練装置１００の動作を説明するフローチャートを示す。

図８に示すように、実施の形態３にかかる訓練装置１００では、図５に示した実施の形態１にかかるフローチャートのステップＳ２、Ｓ２４をステップＳ４１、Ｓ４２に置き換えたものである。ステップＳ４１は、初期の訓練の難易度の設定に加え、実施の形態３にかかる訓練装置１００で新たに設定される難易度アップカウンタの値をゼロにリセットする。ステップＳ４２は、難易度アップ処理である。難易度アップ処理は、難易度設定部２０４により行われる処理である。難易度アップ処理では、姿勢検知センサ２５０から通知される訓練者９００の状態の崩れが所定の範囲内である状態の継続時間が、第２の規定値に基づき設定される難易度上昇判定期間以上となった場合に難易度を上昇させる。この難易度アップ処理の詳細な処理を以下で説明する。

図９に実施の形態３にかかる訓練装置の難易度アップ処理の動作を説明するフローチャートを示す。なお、図９では難易度アップ処理（ステップＳ４２）とその前後の処理の関係を説明するために、難易度アップ処理の前後の処理ステップも記載した。

図９に示すように、難易度アップ処理は、ステップＳ２１において揺動パターンの実行が完了したと判断された場合に行われる。難易度アップ処理では、まず、難易度ダウンフラグが１であるか否かを判断する（ステップＳ５１）。このステップＳ５１において、難易度ダウンフラグが１であった場合（ステップＳ５１のＹＥＳの枝）、難易度設定部２０４は、難易度アップカウンタをゼロにリセットしてステップＳ２３の難易度の値の判断を行う（ステップＳ５２）。

一方、ステップＳ５１において、難易度ダウンフラグが０であった場合（ステップＳ５１のＮＯの枝）、難易度設定部２０４は、難易度アップカウンタの値を１つ増やす処理を行う（ステップＳ５３）。その後、難易度設定部２０４は、難易度アップカウンタの値と予め設定された第２の規定値との大小関係を比較する（ステップＳ５４）。このステップＳ５４において、難易度アップカウンタの値が第２の規定値以下の値であった場合（ステップＳ５４のＮＯの枝）、難易度設定部２０４は、ステップＳ３の処理を次の処理として行う。一方、ステップＳ５４において、難易度アップカウンタの値が第２の規定値よりも大きな値であった場合（ステップＳ５４のＹＥＳの枝）、難易度設定部２０４は、現在の難易度が４以下であるか否かを判断する（ステップＳ５５）。

ステップＳ５５において現在の難易度が４より大きいと判断された場合（ステップＳ５５のＮＯの枝）、難易度設定部２０４は、ステップＳ３の処理を次の処理として行う。一方、ステップＳ５５において現在の難易度が４以下である判断された場合（ステップＳ５５のＹＥＳの枝）、難易度設定部２０４は、現在の難易度を１つ増やすと共に難易度アップカウンタをゼロにリセットする（ステップＳ５６）そして、ステップＳ５６の処理が完了した後に難易度設定部２０４は、ステップＳ３の処理を次の処理として行う。

なお、図９で示した例では、難易度上昇判定期間は、１つの揺動パターンサイクルの実行時間と第２の規定値との積により決定される。

上記説明より、実施の形態３にかかる訓練装置１００では、難易度を低下させるだけではなく、揺動パターンサイクルが複数回に亘って訓練者９００が訓練を成功させた場合には、訓練の難易度を上げることができる。これにより、実施の形態３にかかる訓練装置１００では、訓練者９００により適切な難易度の訓練を提供することができる。

実施の形態４
実施の形態４では、訓練の難易度を変化させる訓練者９００の姿勢の乱れの判定方法の別の方法を説明する。そこで、図１０に実施の形態４にかかる訓練装置における訓練の難易度の変化を説明するタイミングチャートを示す。

図１０に示すように、実施の形態４にかかる訓練装置１００では、図５に示した実施の形態１にかかる訓練装置１００の動作のフローチャートにステップＳ６１の処理を加えたものである。ステップＳ６１は、ステップＳ１２の処理の後に挿入される処理である。ステップＳ６１では、難易度設定部２０４が手すりＯＮカウンタが第３の規定値以上の値であるか否かを判断する。この第３の規定値は第１の規定値よりも大きな値に設定されるものである。そして、ステップＳ６１において、手すりＯＮカウンタの値が第３の規定値よりも大きいと判断された場合（ステップＳ６１のＹＥＳの枝）、難易度設定部２０４は、移動制御部２０３に移動台車１１０を停止して訓練を中止することを指示する。一方、ステップＳ６１において手すりＯＮカウンタの値が第３の規定値以下であった場合（ステップＳ６１のＮＯの枝）、難易度設定部２０４はステップＳ８の処理を次の処理として実行する。

このステップＳ６１の処理を設けることで、実施の形態４にかかる訓練装置１００では、訓練者９００が第１の規定値により規定される時間よりも長い時間にわたって手すりスイッチ３１０或いは手すり１６２を掴んで姿勢を維持している状況を検知する。訓練者９００のこのような状態は、訓練の難易度が訓練者９００の能力に対してはるかに高いと判断出来る。そのため、実施の形態４にかかる訓練装置１００では、訓練の難易度が訓練者９００の能力に対してはるかに高いと判断されるような場合には、ステップＳ６１の処理により訓練を強制的に停止することができる。これにより、実施の形態４にかかる訓練装置１００では、訓練装置１００に適切な難易度の訓練を提供するとともに、安全性を高める事ができる。

その他の実施の形態
その他の実施の形態では、姿勢検知センサ２５０の配置及び姿勢検知センサ２５０として利用可能なセンサの別の形態について説明する。以下の説明では、各形態について、実施の形態５～８として説明する。

図１１に実施の形態５にかかる訓練装置の機能を説明する概略図を示す。実施の形態５にかかる訓練装置１００では、訓練者９００を囲むように設置される手すり１６２の複数の辺に手すりスイッチを設ける。図１１に示す実施の形態５にかかる訓練装置１００では、フレーム１６０のうち訓練者９００の身体の正面が移動台車１１０の前進方向に向いた状態で、訓練者９００の背中側に位置するフレーム１６０にフレーム１６０ａの符号を付した。そして、フレーム１６０ａの手すり１６２ａに手すりスイッチ３３０を設けた。

このように、訓練者９００を囲む手すりに複数の手すりスイッチを設けることで、訓練者９００が姿勢を崩した際により安定的に姿勢を維持することができる。

図１２に実施の形態６にかかる訓練装置の機能を説明する概略図を示す。実施の形態６にかかる訓練装置１００では、姿勢検知センサ２５０として圧力センサ３５０を用いる。図１２に示すように、圧力センサ３５０は、フレーム１６０と手すり３４０との間に設けられ、訓練者９００が手すり３４０を握った際に手すり３４０にかかる圧力を検出する。

このように姿勢検知センサ２５０として圧力センサ３５０を用いることで、訓練者９００が手すり３４０のいずれの場所を持った際にも訓練者９００の姿勢の乱れを検出することができる。

図１３に実施の形態７にかかる訓練装置の機能を説明する概略図を示す。実施の形態６にかかる訓練装置１００では、姿勢検知センサ２５０として生体センサ３６０を用いる。図１３に示すように、生体センサ３６０は、訓練者９００の手首付近に装着されるウェアラブル端末である。また、生体センサ３６０は、無線通信によりコントロールボックス１５０内に設けられる難易度設定部２０４と通信を行う。図１３では、と難易度設定部２０４との間の通信を行うインタフェースとして受信部３７０を示した。

生体センサ３６０は、例えば、訓練者９００の心拍、呼吸数、一回換気量、手のひら等における発汗量の少なくとも１つを検出するセンサである。生体センサ３６０を用いる場合、難易度設定部２０４は、生体センサ３６０により検出される値が予め決定される閾値を超えたことに応じて手すりＯＮカウンタに対応する値（名称は、手すりＯＮカウンタに限らない）をカウントアップする。

このように生体センサ３６０を用いることで、訓練者９００の姿勢の乱れが生じない場合であっても、訓練者９００に過大な負荷がかかっていることを検出し、より適切な難易度の訓練を訓練者９００に提供することができる。

図１４に実施の形態８にかかる訓練装置の機能を説明する概略図に示す。実施の形態８にかかる訓練装置１００では、姿勢検知センサ２５０としてカメラ３８０を用いる。図１４に示す例では、カメラ３８０は、フレーム１６０の上端部、あるいは、手すり１６２に取り付けられる。カメラ３８０は、訓練者９００を撮影する。カメラ３８０で撮影する画像は、訓練者９００そのものでもよく、あるいは、訓練者９００の骨格、又は、体温分布を示す画像であってもよい。そして、カメラ３８０を用いる場合、カメラ３８０あるいは難易度設定部２０４において画像処理を行うことで訓練者９００の姿勢を示す特徴画像を生成し、生成した特徴画像に基づき訓練者９００の姿勢の乱れを検出する。

訓練者９００は、足元が揺動するとバランスをとるために、上体をそらしながら両手を勢いよく振り上げる、あるいは、上体を前かがみにしながら両手を勢いよく前に出す、などの動作を行う。カメラ３８０を用いることで、訓練者９００のこのような大きな動作を訓練者９００の上体、及び、上肢の動きを検知し、例えば上肢の動作速度が規定値を超えた場合に、訓練者９００の能力を超えた難易度の訓練が与えられていると判断し、訓練の難易度を下げることができる。

このように、カメラ３８０を用いることで、手すりを掴まない訓練者９００の反応を用いて訓練者９００に与えている難易度が適切であるか否かを判断することができる。

１００訓練装置
１１０移動台車
１２１駆動輪
１２２キャスタ
１３０搭乗プレート
１４０荷重センサ
１５０コントロールボックス
１６０フレーム
１６１開扉
１６２手すり
１７０表示パネル
２００演算処理部
２０１荷重算出部
２０２範囲設定部
２０３移動制御部
２０４難易度設定部
２１０駆動輪ユニット
２２０操作受付部
２３０表示制御部
２４０メモリ
２４１課題ゲーム
２４２揺動パターン
２５０姿勢検知センサ
３１０手すりスイッチ
３２０訓練スイッチ
３３０手すりスイッチ
３４０手すり
３５０圧力センサ
３６０生体センサ
３７０受信部
３８０カメラ
９００訓練者

Claims

駆動部を駆動することにより移動面上を移動可能な移動台車と、
前記駆動部を駆動して、予め設定された揺動パターンに従って前記移動台車を移動させる移動制御部と、
前記移動台車に立つ訓練者の状態の乱れが所定の範囲から外れたことを検出する姿勢検知センサと、
前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の検出結果に基づき、前記揺動パターンを変更して移動台車を移動させる訓練の難易度を変更することを前記移動制御部に指示する難易度設定部と、を有し、
前記難易度設定部は、
前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の継続時間が第１の規定値を超えた場合に前記難易度を低下させ、
前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の継続時間が前記第１の規定値よりも大きな第３の規定値を超えた場合に前記移動制御部に前記訓練を中止することを指示するバランス訓練装置。
前記姿勢検知センサは、前記移動台車に取り付けられる手すりに設けられる手すりスイッチ、前記手すりと前記手すりを支持する支柱との間に設けられる圧力センサ、前記訓練者の身体の一部に取り付けられ前記訓練者の生態情報を検知する生体センサ、前記移動台車に取り付けられ前記訓練者の姿勢を撮影するカメラ、の少なくとも１つを含む請求項１に記載のバランス訓練装置。
前記難易度設定部は、前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の時間の積算値が、予め決まった長さの判定閾値期間内の所定の割合を超えた場合に前記難易度を低下させる請求項１又は２に記載のバランス訓練装置。
前記難易度設定部は、前記姿勢検知センサから通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲内である状態の継続時間が、第２の規定値に基づき設定される難易度上昇判定期間以上となった場合に前記難易度を上昇させる請求項１乃至３のいずれか１項記載のバランス訓練装置。
移動面上を移動する移動台車に訓練者が立ってバランス訓練を行うバランス訓練装置の制御プログラムであって、
前記移動台車を移動させる駆動部を駆動して、予め設定された揺動パターンに従って前記移動台車を移動させる移動制御ステップと、
前記訓練者の状態の乱れが所定の範囲から外れたことを検出する姿勢検知ステップと、
前記姿勢検知ステップにおいて通知される前記訓練者の状態の検出結果に基づき、前記揺動パターンを変更して前記移動台車を移動させる訓練の難易度を変更する難易度設定ステップと、をコンピュータに実行させ、
前記難易度設定ステップにおいて、
前記姿勢検知ステップにおいて通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の継続時間が第１の規定値を超えた場合に前記難易度を低下させ、
前記姿勢検知ステップにおいて通知される前記訓練者の状態の崩れが前記所定の範囲外となった状態の継続時間が前記第１の規定値よりも大きな第３の規定値を超えた場合に前記移動制御ステップを中止することを指示するバランス訓練装置の制御プログラム。