JPH07124208A

JPH07124208A - 歩行訓練機

Info

Publication number: JPH07124208A
Application number: JP5277031A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Tani; 知之谷; Masakatsu Fujie; 正克藤江; Norihiko Wada; 紀彦和田; Teru Yoshida; 輝吉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-16
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: JP3393690B2

Abstract

(57)【要約】【目的】省スペースで擬似屋外歩行が体験できる歩行
訓練機に関し、被訓練者や介助者への負担が少なく、歩
行訓練を継続しておこない易いコンパクトな歩行訓練機
の提供を目的とする。【構成】（１）左右の歩行用の２本の環状ベルト８
（８Ａ、８Ｂ）と、各々のベルトの駆動装置９（９Ａ、
９Ｂ）及び速度検出手段１０（１０Ａ、１０Ｂ）と速度
制御手段５ａを有する床面固着の歩行面装置２、（２）
屋外画像を表示する映像表示装置３、（３）被訓練者の
身体を支える把持手段２２と、その姿勢を変化させる駆
動手段４Ａ、４Ｂと、前記把持手段にかかる被訓練者の
応力を測定する手段２１Ａとを有する介助装置４、及び
（４）前記歩行面装置２、映像表示装置３、介助装置４
の制御を行う統括制御装置５、を備えた歩行訓練機であ
る。被訓練者の状態にあわせて歩行する左右の足に適正
な粘性抵抗を与え、移動に伴って投射される屋外画像を
変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歩行訓練機に関し、特
に省スペースで擬似屋外歩行が体験できる歩行訓練機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高齢者の増加や社会の変化によっ
て脚力が著しく衰えた人が増えている。また、病気や事
故によって歩行機能に障害を生じた人も増えている。こ
のような人達に対するリハビリテーションの主要な方法
として、歩行訓練がある。

【０００３】従来用いられてきた主要な歩行訓練技術
は、被訓練者に歩行路に沿って手すりを設けることであ
った。被訓練者は、固定された手すりにつかまりながら
自助努力で歩行を行う。軽度の脚力障害の場合は、キャ
スター付きで移動可能な手すりを用いることもある。

【０００４】最近、より進歩した補助具として、被訓練
者を上方へリフトすることにより重力を軽減して歩行を
容易にし、しかも歩行中その軽減重量を一定にする歩行
訓練機が開示されている（例えば、実開平２−４２６２
５号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した手すり利用の
訓練装置を用いた歩行リハビリテーションでは、被訓練
者及びその介助者に大きな労力負担を与える。また、前
記重力軽減型歩行訓練機では労力負担の問題は解決され
ても所定の長さの歩行路を確保するため設置容積が大型
化し、且つ手すり利用の訓練装置の場合と同様に歩行訓
練が単調であるという問題点がある。

【０００６】単調で且つ苦しい訓練は、機能低下した被
訓練者にとって継続することが容易ではなく、このため
訓練効果が充分発揮されないうらみがある。

【０００７】又、本件出願人は、歩行訓練関連の特許出
願を行っている（特願平４−１４１３１２号、特願平５
−８４７９号）。特願平４−１４１３１２号は、高齢
者、歩行機能障害者等の歩行者を介助するものにおい
て、前記歩行者の歩行を介助する移動体と、この移動体
に設けられ、歩行者の自重を支える支持部と、歩行者が
歩行する方向の力を検出する検出器と、前記検出からの
検出値とその目標値とを比較して前記移動体を移動制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする歩行介助装置
を提供する。

【０００８】更に、特願平５−８４７９号は、歩行機能
不全の障害者が機能回復のために使用する歩行訓練機に
おいて、障害者が歩く歩行面を形成する環状ベルトと、
該ベルトを駆動する駆動手段と、前記ベルトの速度を検
出するベルト速度検出手段と、障害者がベルトを後方に
蹴って歩行する際に前記ベルト速度検出手段によって検
出される検出値を基に前記駆動手段を制御する速度制御
手段とを設けた歩行面装置と、該歩行面装置を搭載し該
歩行面装置を水平または前後左右方向傾斜の各姿勢に変
える駆動手段を設けた台座と、前記歩行面装置に搭載さ
れ前記ベルト上に障害者が乗った際に障害者の身体を把
持する把持手段と、該把持手段を上下前後左右方向に移
動させる駆動手段とを設けた介助装置と、を備えたこと
を特徴とする歩行訓練機を提供する。

【０００９】更に、特願平５−８４７９号は、障害者が
前記歩行面を歩く際に仮想的な歩行環境の視覚情報を与
える映像表示装置を設けることにした。

【００１０】特願平５−８４７９号は、歩行機能不全の
障害者が機能回復のために使用する歩行訓練機におい
て、障害者が歩く歩行面を形成する環状ベルトと、該ベ
ルトを駆動する駆動手段と、前記ベルトの速度を検出す
るベルト速度検出手段とを設けた歩行面装置と、該歩行
面装置を搭載し該歩行面装置を水平または前後左右方向
傾斜の各姿勢に変える駆動手段を設けた台座と、前記歩
行面装置に搭載された前記ベルト上に障害者が乗った際
に障害者の身体を把持する把持手段と、該把持手段を上
下前後左右方向に移動させる駆動手段と、障害者の身体
の揺れを検出する揺れ検出手段とを設けた介助装置と、
歩行機能の障害の種類、歩行能力とそれらに対応する各
種歩行訓練メニュー、障害者に対する介助要領、及び障
害者の身体的特徴、歩行機能の障害の種類、歩行能力、
訓練記録等の個人データを記憶するデータベースと、該
データベースの各種歩行訓練メニューの中から前記個人
データにより歩行訓練メニューを選択するエキスパート
システムと、前記データベースにアクセスする入出力手
段と、前記エキスパートシステムによって選定された歩
行訓練メニューに従って、前記歩行面装置の姿勢を決め
るべく台座の駆動手段を制御し、障害者がベルトを後方
に蹴って歩行する際に前記ベルト速度検出手段の検出値
を基に前記歩行面装置の駆動手段を制御し、また前記介
助装置の揺れ検出手段の検出値に対応して前記エキスパ
ートシステムを介して得られる介助要領を用いて前記把
持手段の駆動手段を制御する統括制御装置と、を備えた
ことを特徴とする歩行訓練機を提供する。

【００１１】本発明の目的は、こうした関連出願をふま
ないで被訓練者や介助者への負担が少なく歩行訓練を継
続しておこない易いコンパクトな歩行訓練機を提供する
ことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明では、（１）被訓練者の歩道を成す環状ベルト
と、該ベルトの駆動手段と、該ベルトの速度検出手段
と、該速度検出手段で検出されたベルトの速度を基にし
て歩行中の被訓練者の足に粘性抵抗を与えるように前記
駆動手段を制御する速度制御手段とを備え床面に固定さ
れた歩行面装置、（２）被訓練者の前方に設けられた映
像表示装置、（３）前記環状ベルト上にある被訓練者の
身体を支える把持手段と、該把持手段の姿勢を変化させ
る駆動手段と、被訓練者が前記把持手段に印加している
応力を測る応力測定手段とを備えた介助装置、（４）前
記歩行面装置、前記映像表示装置及び前記介助装置の制
御を行う統括制御装置、を有する歩行訓練機を開示す
る。

【００１３】本発明においては、環状ベルトの速度制御
手段の目標速度及び／又は速度ゲインを可変にすること
で、前記粘性抵抗力を可変とすることができる。

【００１４】更に本発明においては、前記統括制御装置
に把持手段の位置制御機能や作動軌跡制御機能、また被
訓練者に作用する応力制御機能や作動速度制御機能を付
与することができる。

【００１５】本発明の歩行訓練機では、被訓練者が歩行
する環状ベルトの速度或は積算距離がしきい値を超えた
時に前記映像表示装置が駆動されて屋外風景の動画や静
止画を被訓練者前方に表示することができる。

【００１６】

【作用】歩行面装置は省スペースで被訓練者の機能に合
致した効果的な歩行訓練を可能にし、映像表示装置は歩
行面装置と連動することによって自然な屋外歩行を演出
して訓練を持続させる作用を示す。また介助装置は、歩
行中の被訓練者を支持し、筋力と安定感覚を補助して負
担を軽減しながら機能回復させる作用を示す。これらの
各装置は、統括制御装置によって機能的に一体化され、
制御される。

【００１７】

【実施例】以下本発明を実施例に基づいて、より詳しく
述べる。図１は、歩行訓練機１の全体的構成を示す見取
図である。図示したように、歩行訓練機１は、歩行面装
置２、映像表示装置３、介助装置４及びこれら各装置を
有機的に制御する統括制御装置５から成る。歩行面装置
２は床面又は地上に固定されている。介助装置４は、歩
行面装置２にその底部が固定された基部４Ｂと、可動リ
ンク機構４Ａと、回転機構部４Ｃ、及び把持部２２を脱
着可能に支持する支持部２１とより成る。統括制御装置
５は、ＣＲＴ５０、計算機５１、キーボード（マウス含
む）５２より成る。歩行面装置２は、歩行面８を持ち、
この歩行面８は、互いに独立に動く右足用歩行面８Ａ、
左足用歩行面８Ｂを持つ。この歩行面は環状ベルトで構
成する。被訓練者Ｕは、歩行面装置２の２本の環状ベル
ト８（左足用８Ａ、右足用８Ｂ）から成る訓練歩道上に
立ち、歩行を開始する。この時、Ｕの上体は歩行面装置
２上に設置された介助装置４によって把持され、姿勢の
矯正と負荷軽減を受ける。Ｕの歩行方向前面には、スク
リーンつきの映像表示装置３があり、歩行に伴ってスク
リーン上にデータベース等のメモリに格納してある屋外
風景画像を読み出して投影する。統括制御装置５は、こ
れら各装置とケーブルで電気的に接続されている。通常
は、Ｕの歩行訓練には、介助者Ｓ（図示せず）があた
る。

【００１８】以下、各装置の構成及び動作について説明
する。図２は、歩行面装置の構成を示す図である。歩行
面装置２には、図示したように、被訓練者の左右の足に
対応した２本の環状ベルト８（左足用８Ａ及び右足用８
Ｂ）とその回転に伴って環状ベルトの速度を検出する左
足ベルト速度検出手段１０Ａ、右足ベルト速度検出手段
１０Ｂ及び環状ベルトの移動距離を検出する左足ベルト
距離検出手段１１Ａ、右足ベルト距離検出手段１１Ｂを
含む左足、右足の歩行装置６、７が固設されている。ま
た、左右それぞれの環状ベルト８Ａ、８Ｂを駆動する駆
動手段９Ａ、９Ｂが備えられている。

【００１９】駆動手段９Ａ、９Ｂは、被訓練者Ｕが環状
ベルト８Ａ、８Ｂを後方に蹴って歩行する際に、ベルト
速度検出手段１０Ａ、１０Ｂによって検出される速度を
基にして被訓練者Ｕの両足に適正な粘性抵抗を与えるよ
うにして駆動速度を計算し、この駆動速度を環状ベルト
８Ａ、８Ｂに与えるベルト制御手段５ａによって制御さ
れる。歩行面装置２は、床面に固定されており、被訓練
者Ｕの身体が左右前後に揺れても動かない。ベルト制御
手段５ａはＣＲＴ５６、計算機５７、キーボード５８よ
り成る。

【００２０】左右の環状ベルト８Ａ、８Ｂは互いに接し
てもよい。左右の環状ベルト８Ａ、８Ｂのベルト制御手
段５ａは、両足用とも同じシステム構成となっている。
そのブロック図を、図３に示した。ベルト速度検出手段
１０Ａ（又は１０Ｂ）から検出された速度情報と、予め
ベルト制御手段５ａ内で設定された速度目標との差に、
速度ゲインを乗算した結果を指令値として、駆動手段９
Ａ（又は９Ｂ）に出力する。ベルト制御手段５ａ内に設
定された速度目標及び速度ゲインは、統括制御装置５か
らの指示で変更される。

【００２１】歩行訓練開始時には、速度目標はゼロであ
る。そこで、被訓練者Ｕが環状ベルト８Ａ、８Ｂを足で
後方に蹴ると、環状ベルト８Ａ、８Ｂは後方に移動しつ
つ速度ゲインから決められる適正な粘性抵抗力を被訓練
者Ｕの足に与える。環状ベルト８Ａ、８Ｂが移動を開始
すると、その速度を検出しながら統括制御装置５は、適
当な速度目標をベルト制御部５ａに指示する。

【００２２】図４は、映像表示装置３の構成例を示す図
である。映像表示装置３は、被訓練者Ｕの手段や前方に
屋外映像を投影する表示手段１２、統括制御装置５の指
令に基づき表示される屋外映像を更新する映像処理部５
ｂとから成る。この処理部５ｂはＣＲＴ５３、計算機５
４、キーボード（マウスを含む）より成る。表示手段１
２のスクリーンに投影される屋外映像は、歩行面装置２
で検出される被訓練者Ｕの歩行速度又は歩行距離が、あ
るしきい値を超えると更新される。

【００２３】図５（イ）は、図１に主要構成の見取図を
示した介助装置４の構成例を示す側面図である。図５
（ロ）はＸ−Ｘ′断面図である。介助装置４の基部４Ｂ
は、歩行面装置２の環状ベルト８前方上面に据付け固定
されている。基部４Ｂは、介助装置４の固定支持部とし
て機能する。基部４Ｂの前側面には、被訓練者Ｕの両足
に対する膝当て２３（左足用２３Ａ、右足用２３Ｂ。図
１２参照）が取り付けられている。膝当て２３は、被訓
練者の障害の程度によって任意に使われるものであっ
て、伸縮自在であり、被訓練者の膝を弾力的に支持する
（機能を持つ）。なお、図１においては、膝当て２３を
用いていない事例が示されている。

【００２４】基部４Ｂの上部には、回転機構４Ｃを設け
てある。回転機構４Ｃは、リンク機構４Ａを動かす機構
である。回転機構４Ｃは、外部ケース１５内に収納され
た機構であって、図５（ロ）に示すように、被訓練者の
歩行方向と鉛直方向とがなす平面（以下矢状面）を基準
にして、左右対象の構造である。ここで、右とは、図５
（イ）の紙面手前側、左とは図５（イ）の紙面奥側を指
す。図５（ロ）に示すように、この回転機構４Ｃは、互
いに独立して回転する右側回転軸１４Ｃと左側回転軸１
４Ｄとを有する。右側回転軸１４Ｃの右側端部には回転
駆動軸１４Ａ、左側回転軸１４Ｄの左側端部には回転駆
動軸１４Ｂが設けられている。この回転駆動軸１４Ａ、
１４Ｂは、回転指示部１６Ａ、１６Ｂによって回転す
る。右側回転軸１４Ｃと、左側回転軸１４Ｄは、各々リ
ンク機構４Ａの縦駆動リンク１７Ａ、横駆動リンク１７
Ｂに連結し、右側回転軸１４Ｃの回転に従って図５
（イ）の矢印の如く縦駆動リンク１７Ａは上下動し、左
側回転軸１４Ｄの回転に従って図５（イ）の矢印の如く
横駆動リンク１７Ｂは横移動する。回転駆動軸１４Ａ、
１４Ｂは、例えばプーリであり、指示部１６Ａ、１６Ｂ
（例えばクラッチ機構。クラッチ機構であればプーリは
ベルトを介して駆動）によって回転駆動する。この回転
可能角度は、リンク１７Ａ、１７Ｂを矢印の如く動かす
ような限定された角度範囲である。

【００２５】リンク機構４Ａは、金属性の素材より成
り、縦駆動リンク１７Ａ、横駆動リンク１７Ｂ、短従動
リンク１８、長従動リンク１９より成る。各リンク１７
Ａ、１７Ｂ、１８、１９は形状的及び構造的に類似した
ものであり、各々略平行面辺形をなす。代表例として図
６にリンク１９の例を示す。リンク１９は、互いに対向
する「へ」の字形の２つの腕１９ａ、１９ｂを持ち、そ
の短部は部材１９ｄ、１９ｅで固定してある。更に、腕
１９ａと１９ｂとの中間位置間は部材１９ａで溶接連結
してある。他のリンク１７Ａ、１７Ｂ、１８も同様であ
る。

【００２６】リンク１７Ａの回転軸１４Ｃ側と反対側の
端部とリンク１８の一方の端部とは回転可能な節１０Ａ
で連結され、リンク１８の他方の端部とリンク１９の一
方の端部とは回転可能な節２０Ｂで連結されている。更
にリンク１９の部材１９ａの中央部分には回転可能な節
２０Ｃを介してリンク１７Ｂの回転軸１４Ｄ側と反対側
の端部と連結している。リンク１９の他方の端部には、
把持部２２の取り付けを支持する支持部２１が取り付け
られている。支持部２１は応力センサ２１Ａを持つ。把
持部２２はアタッチメント形であり、種々の形式を有
し、支持部２１に自在取り付けて使用する。把持部２２
は図１に示すように手先を挿入して動かす形式のもの、
ハンドル形のもの（図１２）、またサイズの大小等によ
り種々の大きさのもの、等があるため着脱自在な構成と
なっている。ここで、図１２ではハンドル２２′を支持
部２１に取り付けるようにしてある。このハンドル２
２′を、直接に被訓練者Ｕが手で握ることで、歩行訓練
を行う。

【００２７】以上のような構成とすることで、回転軸１
４Ｃを回転することでリンク１７Ａがその回転角度に従
って上下動し、この動きに連動してリンク１８が上下動
する。更に、回転軸１４Ｄを回転することで、リンク１
７Ｂがその回転角度に従って横移動し、この結果リンク
１９はリンク１７Ｂ及びリンク１８の動きに追従して動
く。ここで、回転軸１４Ｃ、１４Ｄを、訓練者Ｕの把持
部２２へ加える力（外力）の反力となるように回転させ
ることで、把持部２２はその時のＵの加える力に平衡し
た反力を受ける。

【００２８】アタッチメント２１には、応力センサ２１
Ａが取り付けられている。応力センサ２１Ａは、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸方向の応力と各軸まわりのモーメントを測定す
る機能を有しており、把持部２２を介して被訓練者Ｕと
介助装置４の間に作用する力を測定する。

【００２９】なお、図１、図５、１２及び以下に説明す
る図７、８においては、簡単のために被訓練者Ｕのみを
図示し、介助者Ｓは図示してないが、Ｓは必要に応じて
Ｕの歩行訓練を横または後ろから介助するものとする。

【００３０】肩部をリフトする図１、６の把持部２２の
構造を図７に示す。把持部２２は、被訓練者Ｕの肩部を
支えるための肩部保持要素２４と、肩部保持要素２４の
位置を被訓練者Ｕの身長、肩幅にあわせるための調整機
構２５とから成る。把持部２２の動作領域は、被訓練者
Ｕの歩行方向と鉛直方向とが成す平面、即ち矢状面内に
あるため、介助装置４は把持部２２を介して被訓練者Ｕ
に矢状面内で力を及ぼす。

【００３１】図８は、把持部２２の別の構造例を示す。
この例では、長従動リンク１９の先端近くの上辺に手す
り２６が設けられている。把持部２２は、被訓練者Ｕの
身体が後方に倒れないように肩部で支える構造となって
おり、被訓練者Ｕは、手すり２６を握って歩行訓練を行
う。把持の方法は、以上述べたが実施例にとどまるもの
ではない。例えば被訓練者Ｕの状況に応じて腰部だけを
把持したり、肩部と腰部を同時に把持する構造とするこ
ともできる。

【００３２】図５を用いて説明した介助装置４の動作
を、図１０を用いて説明する。

【００３３】図１０（イ）は、初期姿勢である。長従動
リンク１９の先端部（被訓練者側先端部）を３５とす
る。回転軸１４Ｃに固着された縦駆動リンク１７Ｂのみ
が左側回転駆動軸１４Ｄの作用によって回転し、横駆動
リンク１７Ａが動かない状態下では、図１０（ロ）で示
すように長従動リンク１９は横方向へスライドする動き
のみを示す。図では、先端部３５が被訓練者（図示せ
ず）側へ突き出る動きが示されているが、勿論逆方向へ
もスライドする。

【００３４】一方、横駆動リンク１７Ａのみが右側回転
駆動軸１４Ｃの作用によって回転し、縦駆動リンク１７
Ｂが動かない状態下では、図１０（ハ）で示すように長
従動リンク先端部３５は上下方向へ移動する。従って３
５に隣接した応力センサ２１Ａ及び把持部２２（いずれ
も図示せず）も上下方向にシフトする。

【００３５】ところが図１０（ニ）で示すように、縦駆
動リンク１７Ｂ及び横駆動リンク１７Ａを同時に動かす
と、矢状面内のかなり広い範囲で長従動リンク先端部３
５、従って把持部２２を可動させることが出来る。

【００３６】回転機構４Ａには図示してない左右の角度
センサ、左右の角速度センサ、左右のトルクセンサが備
えられている。そして、各センサからの情報と統括制御
部５からの指令値の偏差がゼロに収れんするように回転
機構４Ｃを制御し、結果として先端部３５が追従動作す
る。回転機構４Ｃの各センサ（角度センサ、角速度セン
サ、トルクセンサ）の取り付け部位は、回転軸１４Ｃ、
１４Ｄ、回転駆動軸１４Ａ、１４Ｂのいずれでもよい。

【００３７】具体的なトルク制御プロセス例を、角速度
センサ及びトルクセンサの応答を利用したフィードバッ
ク、フィードフォワード組合せのシステムで示したのが
図１１である。

【００３８】まず、長従動リンク先端部３５のに加わる
歩行訓練者Ｕの力を応力センサ２１Ａで検出し、その検
出力に適当な比率を乗じたものを目標値とする。次に、
この目標値をもとにして、回転機構４Ｃの左右の回転駆
動軸１４Ａ、１４Ｂへのトルク目標値を算出する。トル
ク目標値は、回転駆動軸１４Ａ、１４Ｂの角度と各リン
クの長さから求まるヤコビアン行列の転置Ｔ_f（変換行
列）を前記先端の力目標値に乗ずることで求める。図の
構成要素１０１は、変換行列乗算器である。構成要素１
０１で求められた１４Ａ、１４Ｂのトルク目標値は、減
算器から成る構成要素１０２及び加算器から成る構成要
素１０４に送られる。構成要素１０４へ向かう流れがフ
ィードフォワード制御である。

【００３９】構成要素１０２は、前記トルク目標値とト
ルクセンサ２９（左右のトルクセンサ２９Ａ、２９Ｂの
こと）の応答との偏差を求め、構成要素１０３に送る。
構成要素１０３はトルクフィードバックゲイン乗算器で
あり、予め設定されたトルクフィードバックゲインＫ_t
を前記偏差に乗じて求めた操作量を構成要素１０４に送
る。構成要素１０２、１０３がフィードバック制御系を
構成する。構成要素１０４は、前記１４Ａ、１４Ｂのト
ルク目標値と構成要素１０３の操作量の和を求め、その
結果を構成要素１０６に送る。

【００４０】構成要素１０５は速度ゲイン乗算器であ
る。角速度センサ２８（左右の角速度センサ２８Ａ、２
８Ｂのこと）の応答に予め設定された速度フィードバッ
クゲインＫ_vを乗じ、その結果を操作量として構成要素
１０６に送る。

【００４１】構成要素１０６は減算器であり、構成要素
１０４、１０５から送られてきた操作量の差を最終的な
操作量として指示部１６Ａ、１６Ｂに送り、この指示部
１６Ａ、１６Ｂで左右の回転駆動軸１４Ａ、１４Ｂを回
転制御し、この結果、先端部３５にはその操作した時の
力の目標値とバランスするような反力が与えられる。

【００４２】統括制御装置５の作用を示すブロック図
が、図９である。図１では統括制御装置５をＣＲＴ５
０、計算機５１、キーボード５２で構成した例とした
が、これはシステム構成図であり、図９は機能本意のブ
ロック図である。図示したように、統括制御装置５は、
歩行環境制御要素３１、介助装置制御要素３２、データ
ベース３３、入出力手段３４から成る。前記したベルト
制御手段５ａ、映像処理手段５ｂは歩行環境制御要素３
１によって制御される。また、前記制御要素３０は介助
装置制御手段３２によって制御される。

【００４３】データベース３３には、（１）歩行面装置
２と映像表示装置３へ出力するデータの組合せ（以後訓
練メニューという）、（２）介助装置４の歩行訓練時の
設定データ、（３）被訓練者Ｕの過去の訓練メニューと
介助装置の設定データ、の３種のデータが格納されてい
る。

【００４４】入出力手段３４は、マンマシンインタフェ
ースであり、被訓練者Ｕあるいは介助者Ｓの指令入力や
歩行訓練機の状況表示に用いられる。

【００４５】歩行環境制御要素３１は、被訓練者Ｕまた
は介助者Ｓが入出力手段３４を用いて選択した訓練メニ
ューにしたがって、ベルト制御手段５ａ及び映像処理手
段５ｂに指令を与える。即ち、ベルト制御手段５ａを介
して歩行面装置２に速度目標と速度ゲインデータを付与
する。予めプログラムされたこれら速度目標値によっ
て、歩行訓練を行う被訓練者Ｕの足には適正な粘性抵抗
が印加される。一方、映像処理手段５ｂを介して、予め
定めたしきい値を超えると映像表示手段３に屋外画像の
更新を指示する。この結果、被訓練者Ｕは、屋外を実際
に歩行している擬似体験が得られ、飽きずに実効性ある
歩行訓練を行うことが出来る。

【００４６】前記した映像表示手段３による屋外画像表
示と更新は、次の２通りの方法のいずれかで行うことが
好ましい。この方法は、訓練開始時に選択する。（１）歩行面装置２の環状ベルト８から検出される歩行
速度が、予め設定されたしきい値速度を超えたときに映
像データを更新する。この実施の一例には、しきい値速
度に応じてＶＴＲ装置の起動／停止を行う方法がある。（２）歩行面装置２の環状ベルト８の移動距離を積算
し、積算距離が一定のしきい値を超える度に静止画像を
更新する。

【００４７】介助装置制御要素３２は、歩行訓練中に介
助装置４の動作を制御する介助制御、歩行訓練の前後に
介助装置４を作動させる位置制御と軌跡制御の３種類の
制御を統括する。以下に各制御方式について説明する。

【００４８】介助制御は、把持部２２を介して被訓練者
Ｕに及ぼす力を制御する機能である。介助装置４の可動
範囲は矢状面内であるから、被訓練者Ｕに対して及ぼす
力は鉛直方向の力と進行（前後）方向の力との合力とな
る。鉛直方向の力の目標値は、常に上向きの一定の力と
し、その大きさは被訓練者Ｕの体重に対する割合、もし
くは適当な大きさの絶対量として与える。これは被訓練
者Ｕの歩行能力に応じて設定する。鉛直方向の力の目標
値が小さいほど、被訓練者Ｕの筋力は回復していると言
える。進行方向の力の設定は、次の２通りある。第１の
方法は、鉛直方向と同様に常に後ろ向きの一定の力と
し、その大きさは被訓練者Ｕの体重に対する割合、もし
くは適当な大きさの絶対量として与える。第２の方法
は、初めに被訓練者Ｕを立たせた時の把持部２４の位置
を中立点として、進行方向について仮想的なバネ定数を
設定し被訓練者が常に直立するように被訓練者を引き戻
すという、コンプライアンス制御である。第２の方法
は、腰回りの筋力が弱り上体（腰から上）がふらつく被
訓練者Ｕの訓練に適しており、被訓練者Ｕの筋力に応じ
てバネ定数を変更してやるのが望ましい。

【００４９】このようにして先端の力が設定し、ヤコビ
アン行列の転置を先端３５の力（目標値）に乗ずること
により回転駆動軸１４（１４Ａ、１４Ｂ）へのトルク目
標値を算出し、制御要素３０が図１０のようにしてトル
ク制御を行う。

【００５０】位置制御は、把持部２２の矢状面内での位
置や軌道を制御する機能である。歩行訓練を開始すると
きの姿勢や車椅子に座っている被訓練者Ｕに把持部２２
を近づける、などの基本的な姿勢・動作は、予めデータ
ベース３３に記憶されており、訓練の進行に合わせるか
入出力手段３４から選択され、先端３５の位置が設定さ
れると、回転駆動軸１４（１４Ａ、１４Ｂ）への回転角
度目標値を算出し、制御要素３０が位置制御を行う。

【００５１】一方軌跡制御は、例えば、被訓練者Ｕを車
椅子から引き上げる際に行うもので、回転駆動軸１４に
角度目標値を与えて把持部２２を車椅子に座っている被
訓練者Ｕの胸元まで移動させる。介助者Ｓは、被訓練者
Ｕと把持部２２とが一体になったのを確認した後に、把
持部２２を持って、予め設定した軌跡に沿うように誘導
する。この時、把持部２２に加える力を加減すること
で、被訓練者Ｕの状況に合わせて引き上げの時間を調節
出来るようにする。

【００５２】軌跡制御は、介助要素４を次のように制御
することにより実現する。介助者Ｓが加えている力は先
端３５に加わっている応力（ベクトル）から、被訓練者
Ｕの体重（鉛直下向き）を除いた力として算出される。
その介助者Ｓが加えている力を、先端３５がいる軌跡上
の点での接線に斜影した成分力に比例させて得た速度
を、先端３５の速度目標として与える。これを全時点で
行えば一つの軌跡に対して終点までの到達時間を任意に
設定出来る。

【００５３】このように先端３５の速度の目標値が設定
されると、介助要素の姿勢に応じた回転駆動軸１４への
回転速度目標値に変換し、制御要素３０が速度制御を行
う。以上本発明の歩行訓練機ついて、実施例に基づきそ
の構造及び機能・動作について説明した。本実施例の歩
行訓練機を用いた歩行訓練の手順を、車椅子に乗った被
訓練者Ｕの例で説明する。１）入出力手段３４により訓練メニュー、介助方法を選
択する（データベース３３駆動）。２）入出力手段３４により介助装置４が把持部２２を介
して被訓練者Ｕに加える応力を設定する。３）予め把持部２２を調整機構２５によって、被訓練者
Ｕの身長と肩幅に合わせておく。４）被訓練者Ｕに引き上げ地点まで移動してもらい、把
持部２２を引き上げ地点に移動させる。介助装置４は位
置制御。５）介助者Ｓが把持部２２を持って誘導し、訓練位置ま
で誘導する。介助装置４は軌跡制御。６）被訓練者Ｕは訓練位置に立ち、把持部２２の具合な
ど事前の点検を行う。７）訓練開始。訓練中、介助装置４は介助制御、映像表
示装置３の駆動。８）訓練終了。以上の手順で歩行訓練を行えば、被訓練者Ｕは適正な
（身体状況に合致した）粘性抵抗を受けて屋外を通常に
歩行している擬似体験を得る。尚、装置５、手段５ａ、
５ｂ、５ｃの各々が独自のハード構成としたが、装置５
の機能の中に５ａ、５ｂ、５ｃを含ませることも可であ
る。更に、リンク機構４Ａの４つのリンクは、各々２つ
の「へ」の字形の組合せとしたが１本の棒状体であって
もよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば限
られたスペースの中で視覚と足先への適正な負荷印加の
複合結果によって、被訓練者は屋外を正常な歩行能力を
もって歩行している擬似体験が得られ、訓練の持続性を
高めることが出来る。

【００５５】２本の環状ベルトの各々を被訓練者の左右
の脚力にあわせて別々に制御することで、片側の脚力が
低下している場合にも対応することが出来る。また、環
状ベルトを配設した歩行面装置が床面に固定されている
ことで、被訓練者の歩行姿勢を安定させ、心理的な不安
感を除去することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による歩行訓練機の主要構成部を示す斜
視図である。

【図２】実施例の歩行面装置構造を示す図である。

【図３】歩行面装置の制御例を示すブロック図である。

【図４】実施例の映像表示装置構成例を示す図である。

【図５】実施例の介助装置構成例を示す図である。

【図６】長従動リンクの構成例を示す図である。

【図７】介助装置の把持部の構成例を示す図である。

【図８】介助装置の把持部の構成例を示す図である。

【図９】実施例の統括制御手段の構成例を示すブロック
図である。

【図１０】介助装置のリンクの動作を説明するための図
である。

【図１１】介助装置の長従動リンク先端部のトルク制御
プロセス例を示すブロック図である。

【図１２】介助装置の把持部の別の形状であるハンドル
型把持部の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１歩行訓練機２歩行面装置３映像表示装置４介助装置４Ａリンク機構４Ｂ基部４Ｃ回転機構５統括制御装置５ａベルト制御手段５ｂ映像処理手段６左足歩行装置７右足歩行装置８環状ベルト９駆動手段１０ベルト速度検出手段１１ベルト距離検出手段１２表示手段１４（１４Ａ、１４Ｂ）回転駆動軸１４Ｃ、１４Ｄ回転軸１６Ａ、１６Ｂ指示部１７Ａ横駆動リンク１７Ｂ縦駆動リンク１８矩従動リンク１９長従動リンク２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ節２１支持部２１Ａ応力センサ２２把持部２３膝当て２４肩部保持要素２５調整機構２６手すり３０制御要素３１歩行環境制御要素３２介助装置制御要素３３データベース３４入出力手段３５長従動リンク先端Ｕ被訓練者Ｓ介助者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田輝東京都品川区南大井六丁目26番２号大森ベルポートＢ館株式会社日立製作所医療システム推進本部マーケティング部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被訓練者の歩道を成す環状ベルトと、該
ベルトの駆動手段と、該ベルトの速度検出手段と、該速
度検出手段で検出されたベルトの速度を基にして歩行中
の被訓練者の足に粘性抵抗を与えるように前記駆動手段
を制御する速度制御手段と、を備え床面に固定された歩
行面装置と、被訓練者の前方に設けられた映像表示装置と、前記環状ベルト上にある被訓練者の身体を支える把持手
段と、該把持手段の姿勢を変化させる駆動手段と、被訓
練者が前記把持手段に印加している応力を測る応力測定
手段と、を備えた介助装置と、前記歩行面装置、前記映像表示装置及び前記介助装置の
制御を行う統括制御装置と、を有する歩行訓練機。
【請求項２】前記歩行面装置の前記環状ベルトは、被
訓練者の左右の足用にそれぞれ独立して移動する２本の
並列ベルトから成る請求項１記載の歩行訓練機。
【請求項３】前記速度制御手段の目標速度及び／又は
速度ゲインを可変とすることにより、前記粘性抵抗力を
可変とする請求項１又は２記載の歩行訓練機。
【請求項４】前記把持手段の前記駆動手段による姿勢
変化が、被訓練者の歩行方向と鉛直方向とが成す平面
（以下矢状面という）内で行われる請求項１〜３のいず
れかに記載の歩行訓練機。
【請求項５】前記把持手段の前記駆動手段は、相隣る
リンクと相互に可動接続された４つのリンク機構から成
る請求項１〜４のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項６】前記把持手段の被訓練者把持部は、それ
ぞれ異なる形状を有する複数の把持手段の中から選択し
て用いられるように交換可能の構造を備えた請求項１〜
５のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項７】更に前記把持手段の一部に、補助装置で
ある手すりを付設した請求項１〜６のいずれかに記載の
歩行訓練機。
【請求項８】更に前記介助装置の基部に、膝当てを付
設した請求項１〜７のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項９】前記統括制御装置に、前記把持手段把持
部位の前記矢状面内での位置制御機能を具備した請求項
１〜８のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項１０】更に前記統括制御装置に、前記把持手
段把持部位の前記矢状面内での作動軌跡制御機能を付加
した請求項１〜９のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項１１】更に前記統括制御装置に、前記把持手
段把持部位が被訓練者に作用する応力の制御機能を付加
した請求項１〜１０のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項１２】更に前記統括制御装置に、被訓練者が
前記把持手段把持部位に印加した応力に対応して、該把
持部位の前記矢状面内での作動速度を制御する機能を付
加した請求項１〜１１のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項１３】前記統括制御装置は、前記速度検出手
段で検出した前記環状ベルト速度がしきい値を超えた
時、前記映像表示装置に動画像を表示させる機能を有す
る請求項１〜１２のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項１４】前記映像表示装置が、複数枚の静止画
像を格納し、前記環状ベルトの移動積算距離に応じて前
記静止画像を切換表示する機能を有する請求項１〜１２
のいずれかに記載の歩行訓練機。
【請求項１５】前記統括制御手段が、被訓練者毎に既
に訓練に用いた前記歩行面装置、映像表示装置及び介助
装置の履歴をその都度累積して記憶格納する機能を備え
た請求項１〜１４のいずれかに記載の歩行訓練機。