JPH08141027A - 歩行訓練装置及びその制御方法 - Google Patents
歩行訓練装置及びその制御方法Info
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- JPH08141027A JPH08141027A JP6284787A JP28478794A JPH08141027A JP H08141027 A JPH08141027 A JP H08141027A JP 6284787 A JP6284787 A JP 6284787A JP 28478794 A JP28478794 A JP 28478794A JP H08141027 A JPH08141027 A JP H08141027A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】環状ベルトを用いた歩行訓練装置に関し、被訓
練者の歩行速度に追従し、負荷特性を自在に変更できる
歩行訓練装置の実現を目的とする。 【構成】被訓練者Ｕが歩行する歩道手段２には、被訓練
者Ｕの左右の足に対応した環状ベルト６Ａ，６Ｂとその
回転に伴って環状ベルト６Ａ，６Ｂの速度を検出するベ
ルト速度検出手段７Ａ，７Ｂ、環状ベルト６Ａ，６Ｂの
変位を検出するベルト変位検出手段１１Ａ，１１Ｂ、及
び被訓練者Ｕと環状ベルト６Ａ，６Ｂの間に生じる張力
を検出するベルト張力検出手段８Ａ，８Ｂ、環状ベルト
６Ａ，６Ｂを駆動する駆動手段９Ａ、９Ｂが備えられお
り、歩道手段２を制御する制御装置３は、検出された変
位、速度、張力を用いたフィードバック制御則によって
歩道手段を駆動して、被訓練者から見た歩道手段の負荷
特性を定める。
練者の歩行速度に追従し、負荷特性を自在に変更できる
歩行訓練装置の実現を目的とする。 【構成】被訓練者Ｕが歩行する歩道手段２には、被訓練
者Ｕの左右の足に対応した環状ベルト６Ａ，６Ｂとその
回転に伴って環状ベルト６Ａ，６Ｂの速度を検出するベ
ルト速度検出手段７Ａ，７Ｂ、環状ベルト６Ａ，６Ｂの
変位を検出するベルト変位検出手段１１Ａ，１１Ｂ、及
び被訓練者Ｕと環状ベルト６Ａ，６Ｂの間に生じる張力
を検出するベルト張力検出手段８Ａ，８Ｂ、環状ベルト
６Ａ，６Ｂを駆動する駆動手段９Ａ、９Ｂが備えられお
り、歩道手段２を制御する制御装置３は、検出された変
位、速度、張力を用いたフィードバック制御則によって
歩道手段を駆動して、被訓練者から見た歩道手段の負荷
特性を定める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、歩行機能の維持または
回復を必要とする被訓練者のための歩行訓練装置とその
制御方法に関する。
回復を必要とする被訓練者のための歩行訓練装置とその
制御方法に関する。
【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策
として、歩行訓練がある。
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策
として、歩行訓練がある。
【０００３】歩行訓練の方法には、 (イ)平行に渡した２本の手すりの間を「つかまり歩き」
で往復する (ロ)訓練施設内の手すりをガイドにして歩行する などの方法があるが、これらは長距離の歩行訓練にはス
ペースを要する方法である。
で往復する (ロ)訓練施設内の手すりをガイドにして歩行する などの方法があるが、これらは長距離の歩行訓練にはス
ペースを要する方法である。
【０００４】スペースを要さずに長距離の歩行ができる
方法としては、設定した速度で運動するベルト状の歩行
路面を備えた、トレッドミルと呼ばれる訓練装置があ
る。しかし、前記訓練装置は、訓練時における訓練者の
筋力または脚力に応じて、前記歩行路面の速度を制御す
るようにはなっていなかった。
方法としては、設定した速度で運動するベルト状の歩行
路面を備えた、トレッドミルと呼ばれる訓練装置があ
る。しかし、前記訓練装置は、訓練時における訓練者の
筋力または脚力に応じて、前記歩行路面の速度を制御す
るようにはなっていなかった。
【０００５】前記訓練装置に対して、歩行中にその歩行
路面の速度を制御するようにした訓練装置としては、特
開昭６２−２５８６８４号公報や、特開昭６３−３０９
２８０号公報に開示されたものがある。
路面の速度を制御するようにした訓練装置としては、特
開昭６２−２５８６８４号公報や、特開昭６３−３０９
２８０号公報に開示されたものがある。
【０００６】特開昭６２−２５８６８４号公報に開示さ
れた歩行器は、歩行者の足の動きを検出するセンサと、
タイマー手段と、演算手段と、歩行路面となるエンドレ
スベルトの駆動制御手段とを備え、踏み込み足が歩行路
面から離れて再び接するまでの前記歩行路面に対する前
記踏み込み足の相対的な位置変化から、歩行者の歩行速
度を演算し、前記歩行速度に追随するようにエンドレス
ベルトを駆動制御するというものである。
れた歩行器は、歩行者の足の動きを検出するセンサと、
タイマー手段と、演算手段と、歩行路面となるエンドレ
スベルトの駆動制御手段とを備え、踏み込み足が歩行路
面から離れて再び接するまでの前記歩行路面に対する前
記踏み込み足の相対的な位置変化から、歩行者の歩行速
度を演算し、前記歩行速度に追随するようにエンドレス
ベルトを駆動制御するというものである。
【０００７】また、特開昭６３−３０９２８０号公報に
開示された歩行・走行訓練装置は、被訓練者の前方に被
訓練者の位置検出手段を設け、被訓練者の位置の変化に
基づいて、歩行路面となる無端ベルトの走行速度を制御
するというものである。
開示された歩行・走行訓練装置は、被訓練者の前方に被
訓練者の位置検出手段を設け、被訓練者の位置の変化に
基づいて、歩行路面となる無端ベルトの走行速度を制御
するというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述した各公報に開示
された訓練装置においては、歩行訓練装置上での被訓練
者の位置ずれに基づいて、歩行路面となるベルトの走行
速度を制御しており、被訓練者が前記歩行路面または前
記歩行路面が構成される歩行手段から受ける負荷を設定
する手段または方法については、十分に配慮されていな
かった。従って、被訓練者に対して、例えば歩行機能の
回復状態に応じた適切な負荷を与えることができなかっ
た。
された訓練装置においては、歩行訓練装置上での被訓練
者の位置ずれに基づいて、歩行路面となるベルトの走行
速度を制御しており、被訓練者が前記歩行路面または前
記歩行路面が構成される歩行手段から受ける負荷を設定
する手段または方法については、十分に配慮されていな
かった。従って、被訓練者に対して、例えば歩行機能の
回復状態に応じた適切な負荷を与えることができなかっ
た。
【０００９】また、設定した速度で運動するベルト状の
歩行路面を備えたトレッドミルは、その設定速度を加減
することによって、前記負荷を変更することが可能であ
るが、被訓練者は必ずしも歩行路面に対して蹴る力を作
用させる必要がないため、被訓練者に対して適切な負荷
を与えることができなかった。
歩行路面を備えたトレッドミルは、その設定速度を加減
することによって、前記負荷を変更することが可能であ
るが、被訓練者は必ずしも歩行路面に対して蹴る力を作
用させる必要がないため、被訓練者に対して適切な負荷
を与えることができなかった。
【００１０】さらに、歩行路面となるベルトに摩擦力等
で抵抗力を付与し、被訓練者に対して負荷を与える訓練
器具も存在するが、このような器具では、前記ベルトの
走行部が有している抵抗力等の影響から、前記負荷を小
さくすることに限界があった（極端には、ゼロに設定す
ることができない）。この場合、脚力の非常に衰えた、
例えば、訓練初期の被訓練者には過負荷となり、歩行路
面を駆動することができないという問題があった。ま
た、このような器具では、前記摩擦力や走行部の抵抗力
等が変化するため、一定の負荷を与えることが困難であ
ったり、微細な調整を行うことができない等の問題も有
している。
で抵抗力を付与し、被訓練者に対して負荷を与える訓練
器具も存在するが、このような器具では、前記ベルトの
走行部が有している抵抗力等の影響から、前記負荷を小
さくすることに限界があった（極端には、ゼロに設定す
ることができない）。この場合、脚力の非常に衰えた、
例えば、訓練初期の被訓練者には過負荷となり、歩行路
面を駆動することができないという問題があった。ま
た、このような器具では、前記摩擦力や走行部の抵抗力
等が変化するため、一定の負荷を与えることが困難であ
ったり、微細な調整を行うことができない等の問題も有
している。
【００１１】そこで、本発明の目的は、被訓練者が歩道
手段より受ける負荷を自在に設定でき、設定した負荷の
もとで被訓練者が望む歩行速度で歩行訓練を行うことが
できる歩行訓練装置またはその制御方法を提供すること
にある。
手段より受ける負荷を自在に設定でき、設定した負荷の
もとで被訓練者が望む歩行速度で歩行訓練を行うことが
できる歩行訓練装置またはその制御方法を提供すること
にある。
【００１２】また、本発明の他の目的は、前記負荷を、
非常に小さい範囲から自在に設定可能な歩行訓練装置ま
たはその制御方法を提供することにある。
非常に小さい範囲から自在に設定可能な歩行訓練装置ま
たはその制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を達
成するために、本発明の歩行訓練装置は、被訓練者の歩
行面を成すように動作する歩道手段と、前記歩行面の動
作を制御する手段とを備えた歩行訓練装置において、前
記歩道手段の負荷特性を設定する手段と、前記負荷特性
と共に用いられる物理量を前記歩道手段から検出する手
段と、前記負荷特性と前記物理量とを用いて前記歩道手
段の制御則を演算する手段とを備えたものである。
成するために、本発明の歩行訓練装置は、被訓練者の歩
行面を成すように動作する歩道手段と、前記歩行面の動
作を制御する手段とを備えた歩行訓練装置において、前
記歩道手段の負荷特性を設定する手段と、前記負荷特性
と共に用いられる物理量を前記歩道手段から検出する手
段と、前記負荷特性と前記物理量とを用いて前記歩道手
段の制御則を演算する手段とを備えたものである。
【００１４】ここで、負荷特性とは、前記制御手段（制
御系）から見た前記歩道手段の負荷特性であり、前記歩
道手段機構系の機械的な特性を表すものである。例え
ば、前記歩道手段機構系をばね−マス−ダンパ系として
モデル化したときは、前記制御系から見た前記機構系の
等価質量、等価減衰係数、等価ばね定数等である。
御系）から見た前記歩道手段の負荷特性であり、前記歩
道手段機構系の機械的な特性を表すものである。例え
ば、前記歩道手段機構系をばね−マス−ダンパ系として
モデル化したときは、前記制御系から見た前記機構系の
等価質量、等価減衰係数、等価ばね定数等である。
【００１５】本発明が用いる前記物理量としては、前記
歩行面の動作速度、加速度又は変位等が挙げられ、これ
らを１つ又は複数を組み合わせて用いる。前記歩行面が
走行する手段によるときは、前記物理量は前記歩行面の
走行速度、加速度又は変位であり、前記歩行面が回転体
によって構成されれば、角速度、角加速度又は角度であ
る。
歩行面の動作速度、加速度又は変位等が挙げられ、これ
らを１つ又は複数を組み合わせて用いる。前記歩行面が
走行する手段によるときは、前記物理量は前記歩行面の
走行速度、加速度又は変位であり、前記歩行面が回転体
によって構成されれば、角速度、角加速度又は角度であ
る。
【００１６】また、被訓練者の歩行面を成すように動作
する歩道手段と、前記歩行面の動作を制御する手段とを
備えた歩行訓練装置において、前記歩道手段の負荷特性
を設定する手段と、前記負荷特性と共に用いられる前記
歩行面の動作速度を検出する手段と、被訓練者によって
前記歩行面に及ぼされる外力を検出する手段と、前記負
荷特性、前記速度及び外力を用いて前記歩道手段の制御
則を演算する手段とを備えたものである。
する歩道手段と、前記歩行面の動作を制御する手段とを
備えた歩行訓練装置において、前記歩道手段の負荷特性
を設定する手段と、前記負荷特性と共に用いられる前記
歩行面の動作速度を検出する手段と、被訓練者によって
前記歩行面に及ぼされる外力を検出する手段と、前記負
荷特性、前記速度及び外力を用いて前記歩道手段の制御
則を演算する手段とを備えたものである。
【００１７】さらに、本発明の歩行訓練装置において、
前記演算手段が、前記歩道手段の駆動によって前記駆動
手段に生じる抵抗力を用いて、前記制御則を演算するよ
うにしたものである。
前記演算手段が、前記歩道手段の駆動によって前記駆動
手段に生じる抵抗力を用いて、前記制御則を演算するよ
うにしたものである。
【００１８】また、本発明の歩行訓練装置は、被訓練者
の歩行面を環状ベルトで構成した歩道手段と、前記環状
ベルトの走行を制御する手段とを備えた歩行訓練装置に
おいて、前記歩道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰
係数ｃd 及び等価ばね定数ｋd の各負荷特性を設定する
手段と、前記各負荷特性と共に用いられる前記環状ベル
トの走行速度(dｘ／dｔ)を検出する手段と、前記速度か
ら前記環状ベルトの加速度(d2ｘ／dｔ2)と変位ｘとを演
算すると共に、前記各負荷特性と前記速度、加速度及び
変位とを用いて前記歩道手段の制御則 ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （５） 但し、ｍa ：歩道手段の等価質量 ｃa ：歩道手段の等価減衰係数 ｋa ：歩道手段の等価ばね定数 ｆf ：歩行面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：歩道手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算する手段とを備え、前記駆
動力に基づいて前記環状ベルトを駆動するようにしたも
のである。
の歩行面を環状ベルトで構成した歩道手段と、前記環状
ベルトの走行を制御する手段とを備えた歩行訓練装置に
おいて、前記歩道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰
係数ｃd 及び等価ばね定数ｋd の各負荷特性を設定する
手段と、前記各負荷特性と共に用いられる前記環状ベル
トの走行速度(dｘ／dｔ)を検出する手段と、前記速度か
ら前記環状ベルトの加速度(d2ｘ／dｔ2)と変位ｘとを演
算すると共に、前記各負荷特性と前記速度、加速度及び
変位とを用いて前記歩道手段の制御則 ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （５） 但し、ｍa ：歩道手段の等価質量 ｃa ：歩道手段の等価減衰係数 ｋa ：歩道手段の等価ばね定数 ｆf ：歩行面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：歩道手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算する手段とを備え、前記駆
動力に基づいて前記環状ベルトを駆動するようにしたも
のである。
【００１９】また、被訓練者の歩行面を環状ベルトで構
成した歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手
段とを備えた歩行訓練装置において、前記歩道手段に所
望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd 及び等価ばね定数
ｋd の各負荷特性を設定する手段と、前記各負荷特性と
共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ／dｔ)を
検出する手段と、前記環状ベルトに作用する外力Ｆを検
出する手段と、前記速度から前記環状ベルトの変位ｘを
演算すると共に、前記各負荷特性と前記速度、変位及び
外力とを用いて前記歩道手段の制御則 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （６） 但し、α＝ｍa／ｍd ｍa ：歩行路面の機構の等価質量 ｃa ：歩行路面の機構の等価減衰係数 ｋa ：歩行路面の機構の等価ばね定数 ｆf ：歩行路面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：駆動手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算する手段とを備え、前記駆
動力に基づいて前記環状ベルトを駆動するようにしたも
のである。
成した歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手
段とを備えた歩行訓練装置において、前記歩道手段に所
望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd 及び等価ばね定数
ｋd の各負荷特性を設定する手段と、前記各負荷特性と
共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ／dｔ)を
検出する手段と、前記環状ベルトに作用する外力Ｆを検
出する手段と、前記速度から前記環状ベルトの変位ｘを
演算すると共に、前記各負荷特性と前記速度、変位及び
外力とを用いて前記歩道手段の制御則 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （６） 但し、α＝ｍa／ｍd ｍa ：歩行路面の機構の等価質量 ｃa ：歩行路面の機構の等価減衰係数 ｋa ：歩行路面の機構の等価ばね定数 ｆf ：歩行路面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：駆動手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算する手段とを備え、前記駆
動力に基づいて前記環状ベルトを駆動するようにしたも
のである。
【００２０】また、本発明の歩行訓練装置の制御方法
は、被訓練者の歩行面を成すように動作する歩道手段
と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備えた歩行訓
練装置の制御方法において、前記歩道手段の負荷特性を
設定し、前記負荷特性と共に用いられる物理量を前記歩
道手段から検出し、前記負荷特性と前記物理量とを用い
て前記歩道手段の制御則を演算するようにしたものであ
る。
は、被訓練者の歩行面を成すように動作する歩道手段
と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備えた歩行訓
練装置の制御方法において、前記歩道手段の負荷特性を
設定し、前記負荷特性と共に用いられる物理量を前記歩
道手段から検出し、前記負荷特性と前記物理量とを用い
て前記歩道手段の制御則を演算するようにしたものであ
る。
【００２１】本発明の制御方法における前記物理量も、
前述したようなものが用いられる。
前述したようなものが用いられる。
【００２２】また、本発明の歩行訓練装置の制御方法
は、被訓練者の歩行面を成すように動作する歩道手段
と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備えた歩行訓
練装置の制御方法において、 前記歩道手段の負荷特性
を設定し、前記負荷特性と共に用いられる前記歩行面の
動作速度と、被訓練者によって前記歩行面に及ぼされる
外力とを検出し、前記負荷特性、前記速度及び外力を用
いて前記歩道手段の制御則を演算するようにしたもので
ある。
は、被訓練者の歩行面を成すように動作する歩道手段
と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備えた歩行訓
練装置の制御方法において、 前記歩道手段の負荷特性
を設定し、前記負荷特性と共に用いられる前記歩行面の
動作速度と、被訓練者によって前記歩行面に及ぼされる
外力とを検出し、前記負荷特性、前記速度及び外力を用
いて前記歩道手段の制御則を演算するようにしたもので
ある。
【００２３】さらに、本発明の歩行訓練装置の制御方法
において、前記制御則の演算を、前記歩道手段の駆動に
よって前記駆動手段に生じる抵抗力を用いて、行うよう
にしたものである。
において、前記制御則の演算を、前記歩道手段の駆動に
よって前記駆動手段に生じる抵抗力を用いて、行うよう
にしたものである。
【００２４】また、被訓練者の歩行面を環状ベルトで構
成した歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手
段とを備えた歩行訓練装置の制御方法において、前記歩
道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd 及び等
価ばね定数ｋd の各負荷特性を設定し、前記各負荷特性
と共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ／dｔ)
を検出し、前記速度から前記環状ベルトの加速度(d2ｘ
／dｔ2)と変位ｘとを演算すると共に、前記各負荷特性
と前記速度、加速度及び変位とを用いて前記歩道手段の
制御則 ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （７） に基づいて駆動力ｆu を演算し、前記駆動力に基づいて
前記環状ベルトを駆動するようにしたものである。
成した歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手
段とを備えた歩行訓練装置の制御方法において、前記歩
道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd 及び等
価ばね定数ｋd の各負荷特性を設定し、前記各負荷特性
と共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ／dｔ)
を検出し、前記速度から前記環状ベルトの加速度(d2ｘ
／dｔ2)と変位ｘとを演算すると共に、前記各負荷特性
と前記速度、加速度及び変位とを用いて前記歩道手段の
制御則 ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （７） に基づいて駆動力ｆu を演算し、前記駆動力に基づいて
前記環状ベルトを駆動するようにしたものである。
【００２５】また、被訓練者の歩行面を環状ベルトで構
成した歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手
段とを備えた歩行訓練装置の制御方法において、前記歩
道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd 及び等
価ばね定数ｋd の各負荷特性を設定し、前記各負荷特性
と共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ／dｔ)
と、前記環状ベルトに作用する外力Ｆとを検出し、前記
速度から前記環状ベルトの変位ｘを演算すると共に、前
記各負荷特性と前記速度、変位及び外力とを用いて前記
歩道手段の制御則 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （８） に基づいて駆動力ｆu を演算し、前記駆動力に基づいて
前記環状ベルトを駆動するようにしたものである。
成した歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手
段とを備えた歩行訓練装置の制御方法において、前記歩
道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd 及び等
価ばね定数ｋd の各負荷特性を設定し、前記各負荷特性
と共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ／dｔ)
と、前記環状ベルトに作用する外力Ｆとを検出し、前記
速度から前記環状ベルトの変位ｘを演算すると共に、前
記各負荷特性と前記速度、変位及び外力とを用いて前記
歩道手段の制御則 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （８） に基づいて駆動力ｆu を演算し、前記駆動力に基づいて
前記環状ベルトを駆動するようにしたものである。
【００２６】
【作用】被訓練者は歩道手段の歩行面上で歩行訓練を行
う。このとき、本発明においては、前記歩道手段の負荷
特性を変更するための設定手段を設けて、前記歩道手段
から被訓練者が受ける負荷を変更可能な構成にしてい
る。この設定は訓練毎に行うようにしても良いが、予め
様々な負荷特性のパターンに応じたデータの組合せを用
意し、データベースで管理するようにしても良い。
う。このとき、本発明においては、前記歩道手段の負荷
特性を変更するための設定手段を設けて、前記歩道手段
から被訓練者が受ける負荷を変更可能な構成にしてい
る。この設定は訓練毎に行うようにしても良いが、予め
様々な負荷特性のパターンに応じたデータの組合せを用
意し、データベースで管理するようにしても良い。
【００２７】前記負荷特性の変更は、例えば、前記歩道
手段の機構系をモデル化したときの実質的な等価質量、
等価減衰係数又は等価ばね定数等に対する、所望の等価
質量、等価減衰係数又は等価ばね定数等を設定すること
によって行うことができる。
手段の機構系をモデル化したときの実質的な等価質量、
等価減衰係数又は等価ばね定数等に対する、所望の等価
質量、等価減衰係数又は等価ばね定数等を設定すること
によって行うことができる。
【００２８】また、前記歩道手段の動作に基づく物理量
は、前記制御則の演算に用いられる。前記物理量として
は、一般的には、前記歩行面の動作速度、加速度又は変
位等が挙げられ、前記制御則にはこれらの１つ又は複数
が組み合わされて用いられる。
は、前記制御則の演算に用いられる。前記物理量として
は、一般的には、前記歩行面の動作速度、加速度又は変
位等が挙げられ、前記制御則にはこれらの１つ又は複数
が組み合わされて用いられる。
【００２９】前記歩行面は一般的には環状ベルトで構成
されることが多い。このとき、前記速度は、例えば、エ
ンコーダによって検出可能であるが、前記環状ベルトの
変位及び加速度は前記速度から演算によって求めること
ができる。この演算は前記制御則を演算する手段によっ
て行うことができるが、別に演算手段を設けることも可
能である。さらに、前記変位、加速度を検出するための
個別の検出手段を設けてもよい。
されることが多い。このとき、前記速度は、例えば、エ
ンコーダによって検出可能であるが、前記環状ベルトの
変位及び加速度は前記速度から演算によって求めること
ができる。この演算は前記制御則を演算する手段によっ
て行うことができるが、別に演算手段を設けることも可
能である。さらに、前記変位、加速度を検出するための
個別の検出手段を設けてもよい。
【００３０】また、前記加速度を検出又は演算する代わ
りに、被訓練者が前記歩行面に及ぼす外力を検出して用
いることができる。前記歩行面として環状ベルトを用い
る場合には、前記外力はベルトの張力から検出すること
ができる。
りに、被訓練者が前記歩行面に及ぼす外力を検出して用
いることができる。前記歩行面として環状ベルトを用い
る場合には、前記外力はベルトの張力から検出すること
ができる。
【００３１】演算手段は前述のように前記制御則を演算
するほか、検出した物理量から他の物理量を演算して得
るために使用される。演算速度等が問題であれば、演算
手段を目的別に複数設けても良い。
するほか、検出した物理量から他の物理量を演算して得
るために使用される。演算速度等が問題であれば、演算
手段を目的別に複数設けても良い。
【００３２】以上を見方を変えて説明すれば、本発明で
は、前記歩道手段の動作を制御する制御則の演算におい
て、歩道手段の機構が有する、補正された等価質量、等
価減衰係数又は等価ばね定数等を用いる。補正された等
価質量、等価減衰係数又は等価ばね定数等は、測定又は
演算によって得られた前記歩行面の変位、速度、加速度
と共に前記制御則の演算に用いられ、その結果に基づい
て、前記歩道手段がフィードバック制御されることによ
って、被訓練者から見た歩道手段の負荷特性が変更され
る。
は、前記歩道手段の動作を制御する制御則の演算におい
て、歩道手段の機構が有する、補正された等価質量、等
価減衰係数又は等価ばね定数等を用いる。補正された等
価質量、等価減衰係数又は等価ばね定数等は、測定又は
演算によって得られた前記歩行面の変位、速度、加速度
と共に前記制御則の演算に用いられ、その結果に基づい
て、前記歩道手段がフィードバック制御されることによ
って、被訓練者から見た歩道手段の負荷特性が変更され
る。
【００３３】また、被訓練者が前記歩道手段に及ぼす外
力を考慮されることにより、被訓練者が前記歩行面を蹴
る力に応じた速度で運動する、受動的な歩行訓練装置を
実現することができる。
力を考慮されることにより、被訓練者が前記歩行面を蹴
る力に応じた速度で運動する、受動的な歩行訓練装置を
実現することができる。
【００３４】本発明の歩行訓練装置は前述したように受
動的であるため、訓練開始時に、まず被訓練者が歩道手
段の歩行面を後方へ蹴る必要がある。このとき、脚力が
非常に弱くなっている被訓練者は、前記歩道手段が有す
る摩擦力の他、前記歩道手段の駆動によってその駆動手
段に生じる抵抗力のために、前記歩道手段を駆動するこ
とができない場合もありうる。そこで、前記摩擦力や抵
抗力に関する情報を前記制御則に与え、制御系において
前記抵抗力が相殺されるようにすれば、前記歩行面は非
常に小さな力で、被訓練者の後方に移動するようにな
り、脚力が非常に弱くなっている被訓練者でも、容易に
訓練を開始することができる。
動的であるため、訓練開始時に、まず被訓練者が歩道手
段の歩行面を後方へ蹴る必要がある。このとき、脚力が
非常に弱くなっている被訓練者は、前記歩道手段が有す
る摩擦力の他、前記歩道手段の駆動によってその駆動手
段に生じる抵抗力のために、前記歩道手段を駆動するこ
とができない場合もありうる。そこで、前記摩擦力や抵
抗力に関する情報を前記制御則に与え、制御系において
前記抵抗力が相殺されるようにすれば、前記歩行面は非
常に小さな力で、被訓練者の後方に移動するようにな
り、脚力が非常に弱くなっている被訓練者でも、容易に
訓練を開始することができる。
【００３５】また、被訓練者の歩行開始前に前記歩行路
面を被訓練者の反進行方向に微小時間駆動することによ
って、被訓練者の歩行開始を促し、訓練開始を容易にす
ることができる。
面を被訓練者の反進行方向に微小時間駆動することによ
って、被訓練者の歩行開始を促し、訓練開始を容易にす
ることができる。
【００３６】
【実施例】以下本発明を実施例を図面に基づいて、より
詳しく述べる。
詳しく述べる。
【００３７】図１は、本発明の歩行訓練装置１の全体的
構成を示す見取図である。
構成を示す見取図である。
【００３８】図１に示したように、歩行訓練装置１は、
歩道手段２、及び制御装置３から成る。制御装置３は、
歩道手段２とケーブルで電気的に接続されている。起動
スイッチ１３は、外部から歩道手段２を起動させるもの
であり、制御装置３とケーブルで電気的に接続されてい
る。被訓練者Ｕの歩行訓練中には、介助者Ｓ（図示せ
ず）が補助を行う。
歩道手段２、及び制御装置３から成る。制御装置３は、
歩道手段２とケーブルで電気的に接続されている。起動
スイッチ１３は、外部から歩道手段２を起動させるもの
であり、制御装置３とケーブルで電気的に接続されてい
る。被訓練者Ｕの歩行訓練中には、介助者Ｓ（図示せ
ず）が補助を行う。
【００３９】歩道手段２は床面又は地上に固定されてい
る。歩道手段２は、歩行面を持ち、この歩行面は、互い
に独立に動く２本の環状ベルト６（左足用６Ａ、右足用
６Ｂ）により構成される。
る。歩道手段２は、歩行面を持ち、この歩行面は、互い
に独立に動く２本の環状ベルト６（左足用６Ａ、右足用
６Ｂ）により構成される。
【００４０】制御装置３は、ＣＲＴ３０、計算機３１、
キーボード（マウス含む）３２より成る。
キーボード（マウス含む）３２より成る。
【００４１】被訓練者Ｕは、歩道手段２の２本の環状ベ
ルト６（左足用６Ａ、右足用６Ｂ）から成る歩道手段２
の上に立ち、歩行を行う。訓練中は、被訓練者に事故が
ないように介助者が状態を監視するが、歩道手段２に手
すりなどを設けておいても良い。
ルト６（左足用６Ａ、右足用６Ｂ）から成る歩道手段２
の上に立ち、歩行を行う。訓練中は、被訓練者に事故が
ないように介助者が状態を監視するが、歩道手段２に手
すりなどを設けておいても良い。
【００４２】歩道手段２には、被訓練者の左右の足に対
応した２本の環状ベルト６（左足用６Ａ及び右足用６
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７Ａ、右足ベルト速度検出手段７
Ｂ、被訓練者と環状ベルトの間に生じる張力を検出する
左足ベルト張力検出手段８Ａ、右足ベルト張力検出手段
８Ｂ、左右それぞれの環状ベルト６Ａ、６Ｂを駆動する
駆動手段９Ａ、９Ｂ、環状ベルトの変位を検出する左足
ベルト変位検出手段１１Ａ、右足ベルト変位検出手段１
１Ｂ、環状ベルトの加速度を検出する左足ベルト加速度
検出手段１２Ａ、右足ベルト加速度検出手段１２Ｂを含
む左足、右足の歩行装置４、５が固設されている。
応した２本の環状ベルト６（左足用６Ａ及び右足用６
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７Ａ、右足ベルト速度検出手段７
Ｂ、被訓練者と環状ベルトの間に生じる張力を検出する
左足ベルト張力検出手段８Ａ、右足ベルト張力検出手段
８Ｂ、左右それぞれの環状ベルト６Ａ、６Ｂを駆動する
駆動手段９Ａ、９Ｂ、環状ベルトの変位を検出する左足
ベルト変位検出手段１１Ａ、右足ベルト変位検出手段１
１Ｂ、環状ベルトの加速度を検出する左足ベルト加速度
検出手段１２Ａ、右足ベルト加速度検出手段１２Ｂを含
む左足、右足の歩行装置４、５が固設されている。
【００４３】なお、歩行訓練装置１には補強材１０が接
合されており、さらに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。
合されており、さらに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。
【００４４】制御装置３の作用を、図２を用いて説明す
る。
る。
【００４５】図１では統括制御装置３をＣＲＴ３０、計
算機３１、キーボード３２で構成した例としたが、これ
はシステム構成図であり、図２は機能本意の図である。
算機３１、キーボード３２で構成した例としたが、これ
はシステム構成図であり、図２は機能本意の図である。
【００４６】制御装置３は、設定手段３３、データベー
ス３４、演算手段３５からなる。設定手段３３は、演算
手段３５の制御変数を与え、データベース３４は歩道手
段２の機構の特性の情報がある。演算手段３５は、歩道
手段２の左右のベルト速度検出手段７、ベルト張力検出
手段８、駆動手段９、ベルト変位検出手段１１、ベルト
加速度検出手段１２、起動スイッチ１３と接続してお
り、駆動手段９で発生すべき駆動力を出力する。
ス３４、演算手段３５からなる。設定手段３３は、演算
手段３５の制御変数を与え、データベース３４は歩道手
段２の機構の特性の情報がある。演算手段３５は、歩道
手段２の左右のベルト速度検出手段７、ベルト張力検出
手段８、駆動手段９、ベルト変位検出手段１１、ベルト
加速度検出手段１２、起動スイッチ１３と接続してお
り、駆動手段９で発生すべき駆動力を出力する。
【００４７】演算手段３５での駆動力算出法を、図３を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００４８】図３は左右どちらか一方の歩道手段２を、
１自由度のばね-マス-ダンパ系としてモデル化したもの
で、外力として、演算手段３５が算出した駆動力ｆu 、
訓練者Ｕの足が接地時に加える力Ｆ、歩道手段２の機構
が持っている抵抗力ｆf が作用している。抵抗力ｆf
は、駆動手段９に作用する抵抗力などの歩道手段２の機
構が元々持っている固有の抵抗力の他に、歩行者Ｕが乗
ったために環状ベルト６と補強材１０が接触して発生す
る摩擦力のように、歩行者Ｕの体重などの外部要因に依
って変化する抵抗力がある。
１自由度のばね-マス-ダンパ系としてモデル化したもの
で、外力として、演算手段３５が算出した駆動力ｆu 、
訓練者Ｕの足が接地時に加える力Ｆ、歩道手段２の機構
が持っている抵抗力ｆf が作用している。抵抗力ｆf
は、駆動手段９に作用する抵抗力などの歩道手段２の機
構が元々持っている固有の抵抗力の他に、歩行者Ｕが乗
ったために環状ベルト６と補強材１０が接触して発生す
る摩擦力のように、歩行者Ｕの体重などの外部要因に依
って変化する抵抗力がある。
【００４９】図４のばね-マス-ダンパ系の運動方程式が ｍa(d2ｘ／dｔ2)＋ｃa(dｘ／dｔ)＋ｋa ｘ＝ｆu＋ｆf＋Ｆ （９） で与えられるものとする。ここで、 Ｆ：訓練者Ｕの足が接地時に加える力 ｆu：駆動手段の駆動力 ｆf：歩道手段２の機構が持っている抵抗力 ｘ：環状ベルト６の変位 ｔ：時刻 ｍa：歩道手段２の機構の等価質量 ｃa：歩道手段２の機構の等価減衰係数 ｋa：歩道手段２の機構の等価ばね定数 である。なお、(d2ｘ／dｔ2)、(dｘ／dｔ)、ｘ、Ｆはベ
ルト加速度検出手段１２、ベルト速度検出手段７、ベル
ト変位検出手段１１、ベルト張力検出手段８によって検
出される。さらに、ｍa、ｃa、ｋaのような機構固有の
負荷特性（インピーダンス）と、ｆf と外部要因の関係
の情報はデータベース３４にある。
ルト加速度検出手段１２、ベルト速度検出手段７、ベル
ト変位検出手段１１、ベルト張力検出手段８によって検
出される。さらに、ｍa、ｃa、ｋaのような機構固有の
負荷特性（インピーダンス）と、ｆf と外部要因の関係
の情報はデータベース３４にある。
【００５０】訓練者Ｕの脚力が十分でない場合、即ちＦ
が小さい場合、歩行路面の負荷特性（ｍa、ｃa、ｋa）
と歩道手段２の機構が持っている抵抗力ｆfが訓練者Ｕ
にとって大きすぎて、環状ベルト６の変位が小さくな
る。ここで訓練者Ｕが歩行路面上での歩幅を稼ぐために
Ｆを大きくすると、踏ん張る動作となり自然な歩行が出
来ないことが有り得る。
が小さい場合、歩行路面の負荷特性（ｍa、ｃa、ｋa）
と歩道手段２の機構が持っている抵抗力ｆfが訓練者Ｕ
にとって大きすぎて、環状ベルト６の変位が小さくな
る。ここで訓練者Ｕが歩行路面上での歩幅を稼ぐために
Ｆを大きくすると、踏ん張る動作となり自然な歩行が出
来ないことが有り得る。
【００５１】ここで、訓練者Ｕが自分の脚力で自然に歩
行できる時の歩道手段２の外力Ｆに対する負荷特性が、 ｍd(d2ｘ／dｔ2)＋ｃd(dｘ／dｔ)＋ｋd ｘ＝Ｆ （１０） で表されるものとする。ここで、ｍd、ｃd、ｋd はそれ
ぞれ質量、減衰係数、ばね定数である。歩道手段２の負
荷特性（９）を（１０）に変更するには、演算手段３５
が駆動力ｆu を ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （１１） という制御則によって定めれば良い。
行できる時の歩道手段２の外力Ｆに対する負荷特性が、 ｍd(d2ｘ／dｔ2)＋ｃd(dｘ／dｔ)＋ｋd ｘ＝Ｆ （１０） で表されるものとする。ここで、ｍd、ｃd、ｋd はそれ
ぞれ質量、減衰係数、ばね定数である。歩道手段２の負
荷特性（９）を（１０）に変更するには、演算手段３５
が駆動力ｆu を ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （１１） という制御則によって定めれば良い。
【００５２】なお、ｆfはデータベース３４から演算手
段３５に伝達される。これをブロック図で表現したもの
が、図４である。これを、(dｘ／dｔ)、ｘ、Ｆが測定で
きる場合に書き直すと、 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （１２） ただし、α＝ｍa／ｍd となる。これをブロック図で表現したものが、図５であ
る。演算手段３５は式（１２）で求められる駆動力ｆu
を駆動手段９の駆動力としている。
段３５に伝達される。これをブロック図で表現したもの
が、図４である。これを、(dｘ／dｔ)、ｘ、Ｆが測定で
きる場合に書き直すと、 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （１２） ただし、α＝ｍa／ｍd となる。これをブロック図で表現したものが、図５であ
る。演算手段３５は式（１２）で求められる駆動力ｆu
を駆動手段９の駆動力としている。
【００５３】これにより、歩行訓練装置１の負荷特性を
自在に変更でき、歩行訓練装置１に外力Ｆを加えている
訓練者Ｕにとっては、さまざまな環境での歩行を体験で
きることになる。
自在に変更でき、歩行訓練装置１に外力Ｆを加えている
訓練者Ｕにとっては、さまざまな環境での歩行を体験で
きることになる。
【００５４】実際の歩行環境は、例えば土の地面などは
足の着地状況によって局所的な密度などが変化し、結果
として負荷特性が時間に依って変化する場合がある。こ
れを再現するには、ｍd、ｃd、ｋdのうち１個もしくは
複数個を、ｘ、(dｘ／dｔ)、(d2ｘ／dｔ2)、もしくはＦ
の関数として、 ｍd＝ｍd｛ｘ,(dｘ／dｔ),(d2ｘ／dｔ2)｝ （１３） もしくは、 ｍd＝ｍd｛ｘ,(dｘ／dｔ),Ｆ｝ （１４） ｃd＝ｃd｛ｘ,(dｘ／dｔ),(d2ｘ／dｔ2)｝ （１５） もしくは、 ｃd＝ｃd｛ｘ,(dｘ／dｔ),Ｆ｝ （１６） ｋd＝ｋd｛ｘ,(dｘ／dｔ),(d2ｘ／dｔ2)｝ （１７） もしくは、 ｋd＝ｋd｛ｘ,(dｘ／dｔ),Ｆ｝ （１８） のように設定すれば良い。
足の着地状況によって局所的な密度などが変化し、結果
として負荷特性が時間に依って変化する場合がある。こ
れを再現するには、ｍd、ｃd、ｋdのうち１個もしくは
複数個を、ｘ、(dｘ／dｔ)、(d2ｘ／dｔ2)、もしくはＦ
の関数として、 ｍd＝ｍd｛ｘ,(dｘ／dｔ),(d2ｘ／dｔ2)｝ （１３） もしくは、 ｍd＝ｍd｛ｘ,(dｘ／dｔ),Ｆ｝ （１４） ｃd＝ｃd｛ｘ,(dｘ／dｔ),(d2ｘ／dｔ2)｝ （１５） もしくは、 ｃd＝ｃd｛ｘ,(dｘ／dｔ),Ｆ｝ （１６） ｋd＝ｋd｛ｘ,(dｘ／dｔ),(d2ｘ／dｔ2)｝ （１７） もしくは、 ｋd＝ｋd｛ｘ,(dｘ／dｔ),Ｆ｝ （１８） のように設定すれば良い。
【００５５】ここで、ｍd、ｃd、ｋdの設定例と、その
効果を示す。
効果を示す。
【００５６】（ａ）ｍd、ｃd、ｋd のすべてを０として
はならない。
はならない。
【００５７】すべてを０とすると、理論上はＦの大小に
依らず無限大の加速度を出すことになる。これは、歩道
手段２が空回りすることになる。
依らず無限大の加速度を出すことになる。これは、歩道
手段２が空回りすることになる。
【００５８】（ｂ）ｃd、ｆfのみを設定する。
【００５９】例えば、駆動手段９にサーボモータを使用
する場合、速度の検出手段には簡便で十分な精度のもの
があるが、加速度や張力の検出手段は十分な精度を得る
ためには信号の処理が複雑になることが多い。そのた
め、歩道手段２の外力Ｆに対する負荷特性を、 ｍa(d2ｘ／dｔ2)＋ｃd(dｘ／dｔ)＋ｋa ｘ＝Ｆ （１９） とする。これにより、歩道手段２の検出手段はベルト速
度検出手段７のみの簡便な方式で実現できることにな
る。さらには、 ｍd＝ｍd（ｄｘ／ｄｔ） （２０） ｃd＝ｃd（ｄｘ／ｄｔ） （２１） ｋd＝ｋd（ｄｘ／ｄｔ） （２２） とすれば、ひとつの検出手段でさらに変化をつけられ
る。
する場合、速度の検出手段には簡便で十分な精度のもの
があるが、加速度や張力の検出手段は十分な精度を得る
ためには信号の処理が複雑になることが多い。そのた
め、歩道手段２の外力Ｆに対する負荷特性を、 ｍa(d2ｘ／dｔ2)＋ｃd(dｘ／dｔ)＋ｋa ｘ＝Ｆ （１９） とする。これにより、歩道手段２の検出手段はベルト速
度検出手段７のみの簡便な方式で実現できることにな
る。さらには、 ｍd＝ｍd（ｄｘ／ｄｔ） （２０） ｃd＝ｃd（ｄｘ／ｄｔ） （２１） ｋd＝ｋd（ｄｘ／ｄｔ） （２２） とすれば、ひとつの検出手段でさらに変化をつけられ
る。
【００６０】さらに、訓練開始時に訓練者が歩き出さな
いときには、左右の歩行路面ともに、 ｜ｆus｜＞｜ｆf｜ （２３） で、訓練者から見て後ろ向きの駆動力ｆusを、微少な時
間△ｔだけ作用させる。すると訓練者の両足には Ｐ＝（ｆus−ｆf）△ｔ （２４） なる大きさの力積が作用し、訓練者は微少な時間△ｔの
間足下をすくわれた状態になり、必然的に左右どちらか
の足を前方に踏み出して転ばないようにする。これによ
り、強制的に歩行を開始させることが可能になる。
いときには、左右の歩行路面ともに、 ｜ｆus｜＞｜ｆf｜ （２３） で、訓練者から見て後ろ向きの駆動力ｆusを、微少な時
間△ｔだけ作用させる。すると訓練者の両足には Ｐ＝（ｆus−ｆf）△ｔ （２４） なる大きさの力積が作用し、訓練者は微少な時間△ｔの
間足下をすくわれた状態になり、必然的に左右どちらか
の足を前方に踏み出して転ばないようにする。これによ
り、強制的に歩行を開始させることが可能になる。
【００６１】起動スイッチ１３を用いてこれを実現する
例を図６の流れ図に示す。
例を図６の流れ図に示す。
【００６２】起動スイッチ１３が押されない場合は（１
１）または（１２）で決められるｆuを駆動手段９に出
力するようにし、起動スイッチ１３が押されてから時間
△ｔまではｆusを駆動手段９に出力する。起動スイッチ
１３の方法としては、訓練者Ｕもしくは介助者Ｓが操作
できるような手持ちのスイッチにして、準備が出来てか
ら作用させる方法と、訓練開始になると自動的にｆusを
時間△ｔ作用させる強制的な方法とがある。時間△ｔ
は、通常の歩行で１歩に要する時間である０．５秒程度
で十分であるため、演算手段３５にタイマ機能を組み込
むことで実現できる。
１）または（１２）で決められるｆuを駆動手段９に出
力するようにし、起動スイッチ１３が押されてから時間
△ｔまではｆusを駆動手段９に出力する。起動スイッチ
１３の方法としては、訓練者Ｕもしくは介助者Ｓが操作
できるような手持ちのスイッチにして、準備が出来てか
ら作用させる方法と、訓練開始になると自動的にｆusを
時間△ｔ作用させる強制的な方法とがある。時間△ｔ
は、通常の歩行で１歩に要する時間である０．５秒程度
で十分であるため、演算手段３５にタイマ機能を組み込
むことで実現できる。
【００６３】また、訓練者Ｕもしくは介助者Ｓがうまく
歩行のスタートが出来たと判断できるまで時間△ｔを与
えられるよう、起動スイッチ１３が押されている間とす
ることも効果がある。
歩行のスタートが出来たと判断できるまで時間△ｔを与
えられるよう、起動スイッチ１３が押されている間とす
ることも効果がある。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歩道手段の変位、速度、加速度を検出し、前記検出結果
と歩道手段の負荷特性とに基づくフィードバック制御則
によって歩道手段を駆動することにより、被訓練者が歩
道手段より受ける負荷を自在に設定でき、設定した負荷
のもとで被訓練者が望む歩行速度で歩行訓練を行うこと
ができる歩行訓練装置またはその制御方法を提供するこ
とができる。
歩道手段の変位、速度、加速度を検出し、前記検出結果
と歩道手段の負荷特性とに基づくフィードバック制御則
によって歩道手段を駆動することにより、被訓練者が歩
道手段より受ける負荷を自在に設定でき、設定した負荷
のもとで被訓練者が望む歩行速度で歩行訓練を行うこと
ができる歩行訓練装置またはその制御方法を提供するこ
とができる。
【００６５】また、歩行面の駆動に対して歩道手段が有
する抵抗力を、前記フィードバック制御則によって相殺
することにより、前記負荷を、非常に小さい範囲から自
在に設定することが可能な歩行訓練装置またはその制御
方法を提供することができる。
する抵抗力を、前記フィードバック制御則によって相殺
することにより、前記負荷を、非常に小さい範囲から自
在に設定することが可能な歩行訓練装置またはその制御
方法を提供することができる。
【図１】本発明の歩行訓練機の外観図である。
【図２】本発明の制御手段の構成図である。
【図３】本発明の歩行路面駆動のモデルである。
【図４】本発明の制御則に関わる演算の一実施例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図５】本発明の制御則に関わる演算の他の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図６】本発明の歩道手段の駆動方法の一実施例を示す
流れ図である。
流れ図である。
１…歩行訓練装置、２…歩道手段、３…制御装置、３０
…ＣＲＴ、３１…計算機、３２…キーボード（マウス含
む）、３３…設定手段、３４…データベース、３５…演
算手段、４…左足歩行装置、５…右足歩行装置、６…環
状ベルト、７…ベルト速度検出手段、８…ベルト張力検
出手段、９…駆動手段、Ｕ…被訓練者、Ｓ…介助者。
…ＣＲＴ、３１…計算機、３２…キーボード（マウス含
む）、３３…設定手段、３４…データベース、３５…演
算手段、４…左足歩行装置、５…右足歩行装置、６…環
状ベルト、７…ベルト速度検出手段、８…ベルト張力検
出手段、９…駆動手段、Ｕ…被訓練者、Ｓ…介助者。
Claims (24)
- 【請求項１】被訓練者の歩行面を成すように動作する歩
道手段と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備えた
歩行訓練装置において、 前記歩道手段の負荷特性を設定する手段と、前記負荷特
性と共に用いられる物理量を前記歩道手段から検出する
手段と、前記負荷特性と前記物理量とを用いて前記歩道
手段の制御則を演算する手段と、を備えたことを特徴と
する歩行訓練装置。 - 【請求項２】被訓練者の歩行面を環状ベルトで構成した
歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手段とを
備えた歩行訓練装置において、 前記歩道手段の負荷特性を設定する手段と、前記負荷特
性と共に用いられる前記環状ベルトの走行速度を検出す
る手段と、前記負荷特性と前記速度とを用いて前記歩道
手段の制御則を演算する手段と、を備えたことを特徴と
する歩行訓練装置。 - 【請求項３】請求項２に記載の歩行訓練装置において、
前記速度の代わりに、前記環状ベルトの変位又は加速度
を検出することを特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項４】請求項２に記載の歩行訓練装置において、
前記速度の他に、前記環状ベルトの変位及び加速度を検
出することを特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項５】請求項２又は３に記載の歩行訓練装置にお
いて、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記環状ベ
ルトの速度、変位又は加速度のうち、未検出の物理量を
演算する手段を備えたことを特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項６】請求項３乃至５のいずれかに記載の歩行訓
練装置において、前記加速度の代わりに、前記環状ベル
トの張力を検出することを特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項７】請求項１乃至５のいずれかに記載の歩行訓
練装置において、前記負荷特性が、前記歩道手段の実質
的な等価質量、等価減衰係数又は等価ばね定数を変更す
る所望の特性値であることを特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項８】被訓練者の歩行面を成すように動作する歩
道手段と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備えた
歩行訓練装置において、 前記歩道手段の負荷特性を設定する手段と、前記負荷特
性と共に用いられる前記歩行面の動作速度を検出する手
段と、被訓練者によって前記歩行面に及ぼされる外力を
検出する手段と、前記負荷特性、前記速度及び外力を用
いて前記歩道手段の制御則を演算する手段と、を備えた
ことを特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の歩行訓
練装置において、前記演算手段が、前記歩道手段の駆動
によって前記駆動手段に生じる抵抗力を用いて、前記制
御則を演算することを特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項１０】被訓練者の歩行面を環状ベルトで構成し
た歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手段と
を備えた歩行訓練装置において、 前記歩道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd
及び等価ばね定数ｋdの各負荷特性を設定する手段と、
前記各負荷特性と共に用いられる前記環状ベルトの走行
速度(dｘ／dｔ)を検出する手段と、前記速度から前記環
状ベルトの加速度(d2ｘ／dｔ2)と変位ｘとを演算すると
共に、前記各負荷特性と前記速度、加速度及び変位とを
用いて前記歩道手段の制御則 ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （１） 但し、 ｍa ：歩道手段の等価質量 ｃa ：歩道手段の等価減衰係数 ｋa ：歩道手段の等価ばね定数 ｆf ：歩行面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：歩道手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算する手段と、を備え、 前記駆動力に基づいて、前記環状ベルトを駆動すること
を特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項１１】被訓練者の歩行面を環状ベルトで構成し
た歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手段と
を備えた歩行訓練装置において、 前記歩道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd
及び等価ばね定数ｋdの各負荷特性を設定する手段と、
前記各負荷特性と共に用いられる前記環状ベルトの走行
速度(dｘ／dｔ)を検出する手段と、前記環状ベルトに作
用する外力Ｆを検出する手段と、前記速度から前記環状
ベルトの変位ｘを演算すると共に、前記各負荷特性と前
記速度、変位及び外力とを用いて前記歩道手段の制御則 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （２） α＝ｍa／ｍd ｍa ：歩行路面の機構の等価質量 ｃa ：歩行路面の機構の等価減衰係数 ｋa ：歩行路面の機構の等価ばね定数 Ｆ ：ベルトに作用する外力 ｆf ：歩行路面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：駆動手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算する手段と、を備え、 前記駆動力に基づいて、前記環状ベルトを駆動すること
を特徴とする歩行訓練装置。 - 【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれかに記載の歩
行訓練装置において、被訓練者の進行方向逆向きに前記
歩行面を微少時間駆動する手段を備えたことを特徴とす
る歩行訓練装置。 - 【請求項１３】被訓練者の歩行面を成すように動作する
歩道手段と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備え
た歩行訓練装置の制御方法において、 前記歩道手段の負荷特性を設定し、前記負荷特性と共に
用いられる物理量を前記歩道手段から検出し、前記負荷
特性と前記物理量とを用いて前記歩道手段の制御則を演
算することを特徴とする歩行訓練装置の制御方法。 - 【請求項１４】被訓練者の歩行面を環状ベルトで構成し
た歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手段と
を備えた歩行訓練装置の制御方法において、 前記歩道手段の負荷特性を設定し、前記負荷特性と共に
用いられる前記環状ベルトの走行速度を検出し、前記負
荷特性と前記速度とを用いて前記歩道手段の制御則を演
算することを特徴とする歩行訓練装置の制御方法。 - 【請求項１５】請求項２に記載の歩行訓練装置の制御方
法において、前記速度の代わりに、前記環状ベルトの変
位又は加速度を検出することを特徴とする歩行訓練装置
の制御方法。 - 【請求項１６】請求項２に記載の歩行訓練装置の制御方
法において、前記速度の他に、前記環状ベルトの変位及
び加速度を検出することを特徴とする歩行訓練装置の制
御方法。 - 【請求項１７】請求項１３又は１４に記載の歩行訓練装
置の制御方法において、前記検出手段の検出結果に基づ
いて、前記環状ベルトの速度、変位又は加速度のうち、
未検出の物理量を演算することを特徴とする歩行訓練装
置の制御方法。 - 【請求項１８】請求項１５乃至１７のいずれかに記載の
歩行訓練装置の制御方法において、前記加速度の代わり
に、前記環状ベルトの張力を検出することを特徴とする
歩行訓練装置の制御方法。 - 【請求項１９】請求項１３乃至１７のいずれかに記載の
歩行訓練装置の制御方法において、前記負荷特性が、前
記歩道手段の実質的な等価質量、等価減衰係数又は等価
ばね定数を変更する所望の特性値であることを特徴とす
る歩行訓練装置の制御方法。 - 【請求項２０】被訓練者の歩行面を成すように動作する
歩道手段と、前記歩行面の動作を制御する手段とを備え
た歩行訓練装置の制御方法において、 前記歩道手段の負荷特性を設定し、前記負荷特性と共に
用いられる前記歩行面の動作速度と、被訓練者によって
前記歩行面に及ぼされる外力とを検出し、前記負荷特
性、前記速度及び外力を用いて前記歩道手段の制御則を
演算することを特徴とする歩行訓練装置の制御方法。 - 【請求項２１】請求項１３乃至２０のいずれかに記載の
歩行訓練装置において、前記制御則の演算を、前記歩道
手段の駆動によって前記駆動手段に生じる抵抗力を用い
て行うことを特徴とする歩行訓練装置の制御方法。 - 【請求項２２】被訓練者の歩行面を環状ベルトで構成し
た歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手段と
を備えた歩行訓練装置の制御方法において、 前記歩道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd
及び等価ばね定数ｋdの各負荷特性を設定し、前記各負
荷特性と共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ
／dｔ)を検出し、前記速度から前記環状ベルトの加速度
(d2ｘ／dｔ2)と変位ｘとを演算すると共に、前記各負荷
特性と前記速度、加速度及び変位とを用いて前記歩道手
段の制御則 ｆu＝(ｍa−ｍd)(d2ｘ／dｔ2)＋(ｃa−ｃd)(dｘ／dｔ) ＋(ｋa−ｋd)ｘ−ｆf （３） 但し、 ｍa ：歩道手段の等価質量 ｃa ：歩道手段の等価減衰係数 ｋa ：歩道手段の等価ばね定数 ｆf ：歩行面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：歩道手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算し、前記駆動力に基づいて
前記環状ベルトを駆動することを特徴とする歩行訓練装
置の制御方法。 - 【請求項２３】被訓練者の歩行面を環状ベルトで構成し
た歩道手段と、前記環状ベルトの走行を制御する手段と
を備えた歩行訓練装置の制御方法において、 前記歩道手段に所望の等価質量ｍd 、等価減衰係数ｃd
及び等価ばね定数ｋdの各負荷特性を設定し、前記各負
荷特性と共に用いられる前記環状ベルトの走行速度(dｘ
／dｔ)と、前記環状ベルトに作用する外力Ｆとを検出
し、前記速度から前記環状ベルトの変位ｘを演算すると
共に、前記各負荷特性と前記速度、変位及び外力とを用
いて前記歩道手段の制御則 ｆu＝(ｃa−αｃd)(dｘ／dｔ)＋(ｋa−αｋd)ｘ −(１−α)Ｆ−ｆf （４） α＝ｍa／ｍd ｍa ：歩行路面の機構の等価質量 ｃa ：歩行路面の機構の等価減衰係数 ｋa ：歩行路面の機構の等価ばね定数 Ｆ ：ベルトに作用する外力 ｆf ：歩行路面の駆動機構がもっている抵抗力 ｆu ：駆動手段の駆動力 ｘ ：環状ベルトの変位 に基づいて駆動力ｆu を演算し、前記駆動力に基づいて
前記環状ベルトを駆動することを特徴とする歩行訓練装
置の制御方法。 - 【請求項２４】請求項１３乃至２４のいずれかに記載の
歩行訓練装置の制御方法において、被訓練者の進行方向
逆向きに前記歩行路面を微少時間駆動することを特徴と
する歩行訓練装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28478794A JP3584506B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 歩行訓練装置及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28478794A JP3584506B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 歩行訓練装置及びその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08141027A true JPH08141027A (ja) | 1996-06-04 |
| JP3584506B2 JP3584506B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=17683021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28478794A Expired - Fee Related JP3584506B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 歩行訓練装置及びその制御方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3584506B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1681080A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-19 | Alatech Technology Limited | Treadmill having adjustable speed |
| JP2008062071A (ja) * | 2004-01-15 | 2008-03-21 | Tokyoto Koreisha Kenkyu Fukushi Shinko Zaidan | 老年症候群の危険性の判定用装置 |
| KR101283250B1 (ko) * | 2011-11-22 | 2013-07-11 | 권대규 | 체중부하 감소를 위한 4정점 리프트 제어용 무중력 트레드밀의 보행분석시스템 |
| JP2014233578A (ja) * | 2013-06-05 | 2014-12-15 | トヨタ自動車株式会社 | トレッドミル |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP28478794A patent/JP3584506B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008062071A (ja) * | 2004-01-15 | 2008-03-21 | Tokyoto Koreisha Kenkyu Fukushi Shinko Zaidan | 老年症候群の危険性の判定用装置 |
| JP4651650B2 (ja) * | 2004-01-15 | 2011-03-16 | 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター | 歩行速度測定計 |
| EP1681080A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-19 | Alatech Technology Limited | Treadmill having adjustable speed |
| KR101283250B1 (ko) * | 2011-11-22 | 2013-07-11 | 권대규 | 체중부하 감소를 위한 4정점 리프트 제어용 무중력 트레드밀의 보행분석시스템 |
| JP2014233578A (ja) * | 2013-06-05 | 2014-12-15 | トヨタ自動車株式会社 | トレッドミル |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3584506B2 (ja) | 2004-11-04 |
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