JPH10113367A - 利用者応答型運動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動面の移動速度を利用者の種々の進行速度
に追従して変化させ、万一歩行が停止しても可動面から
の利用者の転落を防止できる利用者応答型運動装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 利用者１０が歩行する可動面を有する無
端軌道ベルト１と、制御信号に基づいた速度で可動面が
移動するように無端軌道ベルト１を駆動するモータ駆動
装置６と、無端軌道ベルト１上の利用者１０の位置を検
出する距離測定器８と、距離測定器８が検出した利用者
１０の位置の偏差に比例した大きさの前記制御信号を形
成し、前記モータ駆動装置に送出する制御手段を備えた
利用者意思読取装置７とを有する利用者応答型運動装置
である。利用者の走りたい速度、歩きたい速度に可動面
の移動速度を自動的に制御することができる。また、可
動面上の基準位置に戻れば必ず可動面が停止する為、安
全に歩行することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動手段によって
回転する無端軌道面上を利用者が歩行または走行する利
用者応答型運動装置に関し、特に、脳卒中、糖尿病等の
病後や関節手術等の手術後に行なわれるメディカルリハ
ビリテーション、競技選手等がけがをした後に行なわれ
るアスレチックリハビリテーション等における歩行リハ
ビリテーション（以下、リハビリと略す）、または美容
のための歩行姿勢の矯正を目的とする歩行訓練に好適な
利用者応答型運動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】利用者の位置を検出して走行速度を変化
させる利用者応答型運動装置が特公平２−４７２３１号
公報や特開昭６３−３０９２８０号公報などに開示され
ている。特公平２−４７２３１号公報に開示されている
利用者応答型運動装置は、利用者が可動面上の所定範囲
内に位置する時は可動面の定速駆動を行ない、利用者の
位置が可動面上の所定範囲を外れた時は正または負の加
速度のオンオフ操作を実行する。より具体的には、可動
面上の走者の位置が次第に前進し、前進限界線を越えた
場合に、可動面がワンステップ加速するように加速制御
を行ない、走者の位置が次第に後退し、後退限界線を越
えた時は可動面がワンステップ減速するように減速制御
を行なう。

【０００３】特開昭６３−３０９２８０号公報に開示さ
れた利用者応答型運動装置も、走者が可動面上の所定範
囲を外れた時に走者と距離測定器との間の距離に基づい
て可動面の速度の変化率（加速度）を与える。

【０００４】すなわち、上記従来の装置では利用者が設
定範囲内に留まる定速走行時は積極的制御を行なわず、
速度変化により走者の位置が所定範囲を外れた時に加減
速を行なう加速度（減速度）制御であり、定速走行がデ
フォールト状態である。結果として可動面の速度は、加
速度制御の結果として定まっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ボタンのオンオフによ
り可動面の移動速度を制御するタイプの運動装置を用い
て歩行リハビリを行なう場合、利用者の運動を一定速度
に規定してしまうことが多い。

【０００６】上記従来技術においては、利用者の速度変
化が可能であるが、利用者が歩行速度を変化させても、
装置の可動面の移動速度が迅速に変化しなかった。この
ため、利用者の歩行能力にあわせた速度が迅速に得られ
ず歩行感覚に違和感が残る。また、歩けなくなって停止
した場合に減速が間に合わず走行面から利用者が転落す
る可能性があった。

【０００７】本発明の目的は、歩行開始から終了に到る
までの可動面の移動速度を、利用者の速度に追従して変
化させることができ、万一歩行が停止しても可動面から
の利用者の転落を防止できる利用者応答型運動装置を提
供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、マラソンのような走
行競技に参加する走者や歩行リハビリを行なう歩行者な
ど利用形態が異なる利用者に対応可能な利用者応答型運
動装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、利用者が歩行または走行する可動面を有する無端軌
道機構と、外部から入力される制御信号に基づいた速度
で前記可動面が移動するように前記無端軌道機構を駆動
する駆動手段と、前記可動面上に設定した基準位置から
前記可動面上の利用者の位置までの位置偏差を検出する
位置偏差検出手段と、前記位置偏差検出手段により検出
された位置偏差を入力し、位置偏差の増大に従って単調
に増大する出力信号を形成して、前記駆動手段に前記制
御信号として送出する制御手段とを有する利用者応答型
運動装置が提供される。

【００１０】基準位置からの利用者の位置偏差に対応し
た速度で可動面を駆動することにより、利用者の速度に
迅速に追随して可動面を移動させることができる。また
位置偏差が零になると可動面の速度を零とするため、利
用者の可動面上の位置が基準位置より後方に行くことを
防止でき、可動面からの利用者の転落を防止することが
できる。

【００１１】本発明の他の観点によると、上述の利用者
応答型運動装置において、利用者の進行方向を前記位置
偏差の正方向とした時、前記制御手段は前記位置偏差が
負の値を持つ間は前記出力信号を零に維持することを特
徴とする利用者応答型運動装置が提供される。

【００１２】可動面は利用者の歩行（または走行）の向
きと逆向きにのみ移動する。利用者が可動面上に上がり
基準位置まで進む間、可動面は移動せず、利用者が基準
位置を越えた時に、可動面が利用者の歩行の向きと逆向
きに移動を開始する。従って利用者は安全に歩行を開始
することができる。

【００１３】本発明のさらに他の観点によると、利用者
が歩行または走行する可動面を有する無端軌道機構と、
外部から入力される制御信号に基づいた速度で前記可動
面が移動するように前記無端軌道機構を駆動する駆動手
段と、前記可動面上に設定した基準位置から前記可動面
上の利用者の位置までの位置偏差を検出する位置偏差検
出手段と、歩行と走行の利用モードを切り替える入力操
作に基づいて切替信号を出す切替手段と、前記位置偏差
検出手段により検出された位置偏差を入力し、位置偏差
に応じた大きさの第１出力を形成する現在値対応動作と
位置偏差を積分した量に応じた大きさの第２出力を形成
する積分動作とを行なうことができ、歩行の利用モード
では現在値対応動作のみによる制御を行ない、走行の利
用モードでは現在値対応動作と積分動作とを組み合わせ
た制御を行なうスイッチを有し、利用モードに依存した
出力信号を形成し、前記駆動手段に前記制御信号として
送出する制御手段とを有する利用者応答型運動装置が提
供される。

【００１４】基準位置から利用者の位置までの位置偏差
を制御量とし、現在値対応動作による制御と、現在値対
応動作と積分動作とを組み合わせた制御とを制御手段が
前記切替手段の切替信号に基づき切り替えて行なうこと
により、可動面を利用者の歩行速度または走行速度に迅
速に追随させて移動させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態による利用者応答型運動装置を説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態による利用者
応答型運動装置の部分概略正面図及び制御系のブロック
図を示す。フレーム３に２つのローラ４が取り付けら
れ、２つのローラ４の間に無端軌道ベルト１が架けられ
ている。利用者１０は無端軌道ベルト１の上面（可動
面）上を速度Ｖｈで歩行する。可動面は利用者１０が歩
行する向きと反対向きに速度Ｖｈで移動する。便宜上、
利用者１０の進行方向（図中右向き方向）を正の方向と
する。すると、可動面の向きを含めた速度は−Ｖｍとな
る。利用者１０は、フレーム３に対して速度Ｖｈ−Ｖｍ
を持つ。

【００１７】利用者１０の両側には、フレーム３に取り
付けられた手摺１２が配置されている。無端軌道ベルト
１の可動面の下方には歩行路長Ｌの全範囲で利用者１０
の体重を支える支持板２が配置されている。一方のロー
ラ４に、プーリを介してモータ５から回転力が与えられ
る。モータ５は、モータ駆動装置６により駆動される。

【００１８】利用者１０の前方に超音波センサまたは光
学センサ等から構成される距離測定器８が配置されてい
る。距離測定器８は、基準位置０からの利用者１０の位
置偏差Δｘを計測し、利用者意思読取装置７に位置偏差
Δｘに対応した位置偏差情報を送出する。利用者１０が
基準位置よりも前方にいる場合、位置偏差Δｘは正とな
る。利用者意思読取装置７は利用者の位置偏差情報に基
づいて無端軌道ベルト１の可動面の好ましい移動速度を
決定し、モータ駆動装置６にモータ制御信号を送出す
る。さらに、制御情報表示装置９に対して、モータ制御
信号に対応した加減速情報を送出する。

【００１９】制御情報表示装置９は、利用者意思読取装
置７から与えられた加減速情報に基づいて、加減速の状
態を利用者１０に視認可能に表示する。

【００２０】次に、図１に示す利用者応答運動装置の動
作を説明する。利用者１０が可動面上の基準位置Ｏより
も後方（図１において左側）から可動面上に上がり、前
方に配置した距離測定器８に向かって歩行または走行を
開始する。

【００２１】距離測定器８は基準位置Ｏから利用者１０
の位置までの距離、即ち位置偏差Δｘを計測する。利用
者１０が基準位置Ｏより前方に居る状態での位置偏差Δ
ｘを正、基準位置Ｏより後方に居る状態での位置偏差Δ
ｘを負とする。

【００２２】利用者１０が基準位置Ｏよりも前方に進む
と位置偏差Δｘが正になる。利用者意思読取装置７は、
位置偏差Δｘが正になったことを検出すると、モータ駆
動装置６に対してモータ回転開始の指示をする。モータ
駆動装置６がモータ５に駆動信号を送出し、モータ５が
回転を開始して無端軌道ベルト１が回転を始める。

【００２３】次に、モータ駆動装置６と利用者意思読取
装置７の動作について図２を参照して説明する。

【００２４】図２に示すように、利用者１０の加速又は
減速しようという意思に基づいて歩行または走行動作が
行なわれる。以下では利用者１０が歩行を行なうものと
して説明する。利用者１０は自分の意思に従って筋肉運
動を行ない、その結果ある時刻に無端軌道ベルト１に対
してある速度Ｖｈに達する。無端軌道ベルト１の可動面
は、利用者１０の歩行方向と逆向きに速度−Ｖｍで移動
する。従って、可動面上の利用者１０はフレーム３に固
定された基準位置Ｏに対して速度Ｖｈと速度−Ｖｍとの
合成であるＶｈ＋（−Ｖｍ）＝Ｖｈ−Ｖｍ＝ΔＶの合成
速度で移動する。この合成速度ΔＶの積分値が、利用者
１０の基準位置Ｏに対する位置偏差Δｘとなる。

【００２５】すなわち、フレーム３に固定された距離測
定器８によって測定される距離は、合成速度ΔＶで移動
する利用者１０と距離測定器８との間の距離である。距
離測定器８と基準位置Ｏとの間の距離と測定された距離
との差を求めることにより位置偏差Δｘが得られる。

【００２６】利用者意思読取装置７は、増幅器７ｂを有
している。利用者意思読取装置７の出力は、単方向器７
ｕに入力される。単方向器７ｕは、たとえばダイオード
で形成され、正の速度指令値のみを通過させる。増幅器
７ｂは、位置偏差ΔｘにゲインＫｖを乗算して、速度指
令値Ｐｖを形成する。従って、単方向器７ｕは、速度指
令値Ｐｖの正の値のみを通し、モータ制御信号Ｍｃを生
成する。

【００２７】図３に位置偏差Δｘとモータ制御信号Ｍｃ
との関係を示す。位置偏差Δｘが負および零の間はモー
タ制御信号Ｍｃは零であり、位置偏差Δｘが正の領域で
はモータ制御信号ＭｃはΔｘに比例する。但し、モータ
制御信号Ｍｃは上限値を有する。

【００２８】すなわち利用者意思読取装置７は、距離測
定器８の測定した位置偏差Δｘに基づき利用者の重心位
置または胴体表面の位置と原点との位置偏差を算出し、
その位置偏差Δｘに比例した速度に無端軌道ベルトを駆
動して、利用者の歩きたい速度に無端軌道ベルト１の速
度を追従させる、いわゆる比例制御を行なっている。

【００２９】図４（Ａ）、（Ｂ）は、図２に示す制御を
行なった時のシミュレーション結果を示す。なお、ここ
では、利用者意思読取装置７におけるゲインＫｖをＫｖ
＝１．１２（単位：１／ｓ）とした場合の利用者１０の
速度Ｖｈと、これに対する可動面の速度Ｖｍの変化を図
４（Ａ）に示す。なお、図４（Ａ）の速度は単位（ｋｍ
／ｈ）で示している。

【００３０】図４（Ａ）に示すように、利用者１０が基
準位置Ｏを越えた時（ｔ＝０）から１２秒未満までは、
時速約３ｋｍを目標として下記（１）式で表される速度
で加速し、１２秒から２０秒未満までの間は、時速約４
ｋｍを目標として下記（２）式で表される速度で加速
し、２０秒以降は歩行を中止しようとして下記（３）式
で表される速度で減速した時の無端軌道ベルト１の可動
面の移動速度Ｖｍの変化をシミュレーションした。

【００３１】 Ｖｈ＝Ｖｈ１ …（１） Ｖｈ＝Ｖｈ１＋Ｖｈ２ …（２） Ｖｈ＝Ｖｈ１＋Ｖｈ２−Ｖｈ３ …（３） ただし、 Ｖｈ１＝（１−ｅｘｐ（−０．５ｔ））×０．８３３ Ｖｈ２＝（１−ｅｘｐ（−０．６（ｔ−１２）））×
０．２７８ Ｖｈ３＝（１−ｅｘｐ（−０．３（ｔ−２０）））×
１．１１１ とした。

【００３２】図４（Ａ）は、利用者１０の速度Ｖｈおよ
び可動面の移動速度Ｖｍの時間変化を示す。ｔは歩行者
が基準位置を越えた歩行開始時点からの経過時間、０．
８３３、０．２７８、１．１１１は無限時間経過後の
（１）式から（３）式まで各々の最終速度（単位：ｍ／
ｓ）である。

【００３３】図４（Ａ）に示すように、利用者の速度Ｖ
ｈの上昇に伴って可動面の移動速度Ｖｍは少し遅れて、
但し、連続的にかつ滑らかに追従していることがわか
る。ＶｈとＶｍの加減速は一致しており、一方が加速し
ている間に他方が減速することはない。

【００３４】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の状況における
利用者１０の基準位置Ｏからの位置偏差Δｘの時間変化
を示す。

【００３５】図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基準位
置Ｏから（１）、（２）式に従って歩行速度を高めてい
くと、基準位置Ｏから約０．７５ｍ前進した所で約３ｋ
ｍ／ｈの時速に達し、さらに基準位置Ｏから約１ｍ前進
したところで約４ｋｍ／ｈの速度に達する。その後、
（３）式に従って急速に速度Ｖｈを落とすと、それに伴
って利用者の位置は後退し、やがて速度Ｖｈ、可動面移
動速度Ｖｍはともに零になり、また、歩行者の位置も基
準位置Ｏに戻っている。

【００３６】このように、利用者が急減速しても利用者
の速度に対応して可動面の移動速度を迅速にかつ滑らか
に急減速することができるため、利用者１０は可動面の
後部から転落することなく装置を停止でき、歩行リハビ
リ等を行なう際の安全性の向上をはかることができる。

【００３７】ここで、本実施例の速度制御を従来の運動
装置の加速度制御と比較してみる。従来の運動装置で利
用者が速度を上げても利用者の位置が、所定範囲内であ
れば可動面は定速移動する。利用者の位置が前進限界線
を越えたとき、初めて可動面の加速が開始する。やがて
可動面の速度が利用者の速度と等しくなる。しかし、こ
こまでの期間は（Ｖｈ−Ｖｍ）は正であり、利用者の位
置は前進を続け、前進限界線よりも前方に移動してい
る。

【００３８】従って、可動面の速度は利用者の速度を越
えて上昇せざるを得ない。可動面の速度が利用者の速度
を越え、（Ｖｈ−Ｖｍ）が負になると、利用者の位置は
後退する。利用者の位置が前進限界線よりも後方になっ
てようやく加速が停止して可動面は定速走行する。しか
し、（Ｖｈ−Ｖｍ）は負であり、利用者の位置は後退を
続ける。利用者の位置が後退限界線を越えて初めて可動
面の再加速が開始する。やがて（Ｖｈ−Ｖｍ）が正とな
り、利用者の位置は前進を始める。利用者の位置が後退
限界線よりも前方になって初めて再加速が停止する。

【００３９】このように、従来の加速制御では、速度の
オーバシュートが生じる。また、利用者の位置が前進／
後退限界線を越えるまで制御の時間的遅れがある。特に
加速から減速に変わった時等に制御の時間的遅れが大き
くなる。本実施例の速度制御では、図４（Ａ）に示すよ
うにオーバシュートも制御の時間的遅れもない。

【００４０】距離測定器８を利用者１０の前方に設置し
た場合を例に取り説明したが、利用者１０が歩行または
走行する際には腕を振ってはずみをつけており、胸の前
にまで大きく振られた腕を距離測定器８が利用者１０の
位置として検出し、腰、胸の位置との間にずれが生じて
測定誤差となることがある。

【００４１】ところで、腕を後方に振る時は腕が背中の
後方に回ることはほとんどない。そこで腕の振りと腰、
胸の移動を区別するために、距離測定器８を利用者の後
方に設置したほうが、より正確な測定を行なうことがで
きる。

【００４２】なお、図５に示すように、利用者意思読取
装置７にさらにフィルタ７ｆを設けてもよい。フィルタ
７ｆにより距離測定器８から与えられる位置偏差信号に
含まれる利用者の腕振り等によるノイズを取り除き、利
用者の本来の位置を示す位置偏差Δｘｆを得る。その後
は、前述の実施例同様、増幅器７ｂにおいてゲインＫｖ
を付与して速度指令値Ｐｖｆを生成し、単方向器７ｕで
負値をカットし、モータ制御信号Ｍｃを生成する。

【００４３】すなわち利用者意思読取装置７は、距離測
定器８の捉えた位置偏差Δｘからノイズを除去して利用
者の重心位置または胴体表面の位置と基準位置Ｏとの位
置偏差を推定した位置偏差Δｘｆを生成し、Δｘｆを元
に利用者の歩きたい速度に無端軌道ベルト１の速度を追
従させる、いわゆる補正比例動作をもって制御を行な
う。このようにして、距離測定器８を利用者１０の後方
でなく前方に設けても利用者１０の腕振り等のノイズを
除去して本来の位置を把握することができる。なお、こ
の時のシミュレーション結果は図４（Ａ）及び図４
（Ｂ）とほぼ同じであるため、説明は省略する。

【００４４】次に本発明の他の実施形態による利用者応
答型運動装置を説明する。図６は、本発明の他の実施形
態による利用者応答型運動装置の部分概略正面図及び制
御系のブロック図である。図６に示す利用者応答型運動
装置は、走行モードと歩行モードとの２つのモードを有
し、利用者が走行モードと歩行モードのいずれかを選択
して利用可能なように手摺１２に利用形態切替スイッチ
１３を設けている。

【００４５】利用形態切替スイッチ１３を利用者が操作
した場合、切替信号Ｓｃが利用者意思読取装置７と、利
用者意思読取装置７と距離計測器８との間に設置した基
準位置変更器１４に与えられる。なお、図１に示す実施
形態と同一部分には同一符号を付け説明は省略する。

【００４６】基準位置変更器１４は、利用形態切替スイ
ッチ１３が利用者１０の操作で走行モードとされた時
は、可動面上の基準位置を符号Ｏ_R の箇所に設定し、歩
行モードとされた時は可動面上の基準位置を符号Ｏの箇
所に設定するように、距離測定器８の出力を修正して、
これらの基準位置からの位置偏差Δｘの演算を行なう。

【００４７】たとえば、図７に示すように、基準位置変
更器１４は、スイッチ１４ａ、１４ｂ、演算器１４ｃを
含む。利用形態切替スイッチ１３からの切替信号Ｓｃが
歩行モードの場合にはスイッチ１４ａをＯＮ、スイッチ
１４ｂをＯＦＦとし、走行モードの場合にはスイッチ１
４ａをＯＦＦ、スイッチ１４ｂをＯＮにする。

【００４８】スイッチ１４ａがＯＮ（スイッチ１４ｂは
ＯＦＦ）の歩行モードであれば、距離測定器８が出す利
用者１０と基準位置Ｏとの位置偏差Δｘをそのまま利用
者意思読取装置７に伝達する。スイッチ１４ｂがＯＮ
（スイッチ１４ａはＯＦＦ）の走行モードの場合には、
距離測定器８が出す基準位置Ｏと利用者１０との位置偏
差から両基準位置Ｏ−Ｏ_R 間の距離Ｌ２を演算器１４ｃ
で減算した位置偏差Δｘを出す。

【００４９】これは、距離測定器８が基準位置Ｏを基準
として位置偏差を出す構成となっているためである。利
用者１０が走行モードを設定すると位置Ｏ_R を可動面上
の基準位置とすることになる。基準位置変更器１４はこ
の調整を行なう。利用者意思読取装置７は、位置Ｏ_R を
可動面上の基準位置とした位置偏差Δｘを受け取る。な
お、位置ＯとＯ_R のいずれを基本とするかは任意であ
る。位置Ｏ_R を基本とする時は、スイッチ１４ａに＋Ｌ
２の演算を行なう演算器を接続すればよい。

【００５０】利用者意思読取装置７は、増幅器７ａと積
分器７ｃを含み、過去の位置偏差の積分値に対応する制
御を行なう積分制御系と増幅器７ａを含む現在値対応制
御系とを有する。両制御系の出力は加算器７ｄで加算さ
れる。利用者意思読取装置７の積分動作系にはスイッチ
７ｅが設けられている。スイッチ７ｅは切替信号Ｓｃに
より、走行モードにおいては基準位置変更器１４のスイ
ッチ１４ｂと同様にＯＮになり、歩行モードにおいては
ＯＦＦとなる。

【００５１】従って、利用者意思読取装置７は走行モー
ドにおいては積分動作系制御と現在値対応動作系制御が
働き、歩行モードにおいては現在値対応動作系制御のみ
が働く。

【００５２】利用者１０による操作で利用形態切替スイ
ッチ１３が歩行モードにされた場合、すなわち現在値対
応動作系を動作させた場合には、図６の利用者応答型運
動装置は図１に示すものとほぼ同等になるため、説明は
省略する。なお、利用者意思読取装置７には、歩行モー
ドとされた時に利用者１０が基準位置Ｏより後方になっ
たら、モータ５の回転を停止させるリミッタとなる単方
向器７ｕを設けておくのが望ましい。

【００５３】歩行モードにおいては、図１乃至図５に示
す実施態様と同様に、利用者１０が急減速しても利用者
の歩行速度に対応して可動面の移動速度を急減速するこ
とができるため、利用者１０は可動面の後部から転落す
ることなく装置を停止でき、歩行リハビリ等を行なう際
の安全性の向上をはかることができる。

【００５４】一方、利用者１０による操作で、利用形態
切替スイッチ１３が走行モードにされた場合、すなわち
積分動作系と現在値対応動作系を動作させた場合の利用
者応答型運動装置の動作について、以下説明する。

【００５５】図７に示すように、利用者意思読取装置７
は、スイッチ７ｅ、増幅器７ａ、７ｂ、積分器７ｃ及び
加算器７ｄから構成される。増幅器７ａは、距離測定器
８から基準位置変更器１４を介して与えられる位置偏差
ΔｘにゲインＫａを付与して図８に示すような加速度指
令値Ｐａを生成する。積分器７ｃは、加速度指令値Ｐａ
を数値的に時間積分して速度指令値Ｐｓを生成する。増
幅器７ｂは同じく位置偏差ΔｘにゲインＫｖを付与して
図９に示すような速度指令値Ｐｖを生成する。

【００５６】加算器７ｄは、速度指令値Ｐｓと速度指令
値Ｐｖを加算して単方向器７ｕに出力し、単方向器７ｕ
はモータ制御信号Ｍｃを生成する。すなわち、利用者意
思読取装置７は利用者１０の位置を制御量とし、位置偏
差Δｘ＝０を目標値として、現在値対応動作と積分動作
とを組み合わせた制御動作を行なっている。

【００５７】利用者１０がスイッチ１３を走行モードに
切り替えているが、図４（Ａ）に示すシミュレーション
時と同一の進行速度であって、加速度指令値Ｐａは図
８、速度指令値Ｐｖは図９に示すものとし、ゲインＫｖ
をＫｖ＝１．１２（単位：１／ｓ）、ゲインＫａをＫａ
＝１．６７（単位：１／ｓ² ）とした時のシミュレーシ
ョン結果を図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す。

【００５８】図１０（Ａ）は、利用者１０の速度Ｖｈに
示すように、走行開始後約２秒間は利用者の走行速度Ｖ
ｈの上昇に対して可動面の移動速度Ｖｍが遅れて上昇
し、移動速度Ｖｍが速度Ｖｈに等しくなった後も移動速
度Ｖｍの増加は急には低下せずにオーバシュートする。
その後、Ｖｍは飽和し、やがて低下して走行開始後約５
秒程で移動速度Ｖｍが速度Ｖｈに等しくなる。利用者が
走行開始後１２秒の時点で更に加速を行なうと、やはり
一旦移動速度Ｖｍの速度はオーバシュートするが、約２
秒ほどでやはり速度Ｖｈに等しくなる。同様に走行開始
後２０秒の時点で急減速を行なっても約２秒ほどで速度
Ｖｈに移動速度Ｖｍが等しくなっている。

【００５９】図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の状況にお
ける利用者１０の基準位置Ｏ_R からの位置偏差Δｘの時
間変化を示す。

【００６０】図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、利用
者が歩行速度を高め約２ｋｍ／ｈになった時点では利用
者の位置は基準位置Ｏ_R から約２０ｃｍ前進するが５秒
ほどで基準位置Ｏ_R に戻る。利用者の速度Ｖｈが３ｋｍ
／ｈに達した時でも基準位置Ｏ_R のままである。歩行開
始１２秒後に急加速を行なっても利用者１０は若干前進
するだけですぐに基準位置Ｏ_R へと戻っている。走行開
始２０秒後に急減速を行なうと基準位置Ｏ_R から約２０
ｃｍ後退するが、徐々に基準位置Ｏ_R に戻り、利用者１
０が歩行を停止すると可動面の移動速度も０になるとと
もに利用者１０は基準位置Ｏ_R に戻っている。

【００６１】このように、走行モードでは、積分制御に
より利用者位置は速度に拘らず、同じ位置に戻るように
制御される。また、走行モードにおいても、現在値対応
制御により利用者１０の意思に応じた急減速に対応して
可動面の移動速度を迅速に急減速することができるた
め、利用者１０は可動面からの転落を防止され、基準位
置Ｏ_R 付近を走行することができる。

【００６２】また、距離測定器８を利用者１０の前方に
設置した場合を例に取り説明したが、腕の振りと腰、胸
の移動を区別するために、距離測定器８を利用者の後方
に設置してもよい。利用者の後方に設置したほうが、よ
り正確な測定を行なうことができる。

【００６３】利用者意思読取装置７は、距離測定器８の
捉えた位置偏差Δｘから利用者の重心位置または胴体表
面の位置と原点との位置偏差を推定した位置偏差Δｘｆ
を元に利用者の歩きたい速度に無端軌道ベルト１の速度
を追従させる、いわゆる補正比例動作をもって制御動作
を行なってもよい。

【００６４】たとえば、図１１に示すように、利用者意
思読取装置７の増幅器７ｂの前にフィルタ７ｆを設け、
フィルタ７ｆにより距離測定器８から与えられる位置偏
差信号に含まれる利用者の腕振り等によるノイズを取り
除き、利用者の本来の位置を示す位置偏差Δｘｆを得、
増幅器７ｂにおいてゲインＫｖを付与して速度指令値Ｐ
ｖｆを生成してもよい。なお、フィルタ７ｆを基準位置
変更器１４の出力の後に設けて利用者意思読取装置７の
入力を位置偏差Δｘｆとしてもよい。但し、積分動作系
においては、算出する速度指令値Ｐｓにはそれほどノイ
ズの影響が無い。

【００６５】つまり、距離測定器８を利用者１０の前方
に設けても後方に設けた時と同様に利用者１０の本来の
位置を把握することができ、距離測定器８の設置場所を
限定せずにすむ。なお、この時のシミュレーション結果
は図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）とほぼ同じであるた
め、説明は省略する。

【００６６】以上述べたように、図６乃至図１１に示す
実施態様による利用者応答型運動装置は、歩行モードを
利用者１０が選択した時には、歩行中に利用者１０が基
準位置Ｏより後方に行くことがないため、無端軌道ベル
ト１から落ちず、従って、基準位置Ｏを可動面の後方端
に近い位置に設定できる。それにより、利用者１０前方
の歩行路が長くなり、利用者１０が前方に移動できる範
囲が広がる。歩行時に基準位置Ｏから前方に利用者１０
が離れるほど利用者１０の速度Ｖｈは速くなる。従っ
て、基準位置Ｏの後退は無端軌道ベルト１の移動速度Ｖ
ｍの可変速度範囲を広げる。また、利用形態切替スイッ
チを利用することにより、リハビリ時のゆっくりした歩
行からランニングまで、幅広い運動に対応が可能であ
る。

【００６７】なお、図１や図６に示す利用者応答型運動
装置において、制御情報表示装置９は、利用者意思読取
装置７で決定された可動面の加速量及び距離測定器８か
ら得られた位置偏差Δｘを例えば、ＣＲＴや液晶表示パ
ネル、プラズマ放電表示パネル上の棒グラフ等で表示す
る。走行路の加減速状況を表示することにより、利用者
は歩行の加減速が正確に検知されて制御系が適切に働い
ていることを確認することができ、利用者の意思と違っ
た動きをしていないことを確かめることができる。ま
た、装置の追従性の限界を知ることで、歩行の加速の加
減をすることができ、安全、快適に運動することが可能
になる。

【００６８】なお、増幅器７ｂ、７ａがリニアな特性を
有する場合を説明したが、リニア以外の特性のものを用
いることもできる。たとえば、入力変化に対して１次以
上の出力変化を示す増幅器を用いてもよい。また、制御
系をアナログ回路で構成する場合を示したが、デジタル
回路で構成することもできる。この場合、増幅器７ｂ、
７ａに代えてルックアップテーブル等を用いることもで
きる。リニア以外の任意形状の特性を実現することもで
きる。

【００６９】図１２に図１１の基準位置変更器１４と走
者意思読取装置７の機能をパソコンとインターフェイス
を用いて実現した利用応答型運動装置を示す。距離測定
器８の出力信号は、入力インターフェイス２１を介し
て、パソコン２４に取り入れられる。利用者形態切替ス
イッチ１３の切替信号Ｓｃは入力インターフェイス２２
を介してパソコン２４に取り入れられる。これらの情報
を基にパソコン内に組み込まれたソフトウェア２５に沿
った演算が演算装置２６によって行なわれ、出力インタ
ーフェイス２３を介してモータ駆動装置６にモータ駆動
信号Ｍｃが出力される。無端軌道ベルト１の加減速状況
は出力インターフェイス２７を介して制御情報表示装置
９に送られる。パソコン２４内のソフトウェア２５内の
処理は、図１から図１１にあげた処理をそれぞれソフト
ウェア化したものを行なう。このようなソフトウェア処
理は、既存の技術によって容易に実現可能であるので、
ここでは詳細には記述しない。

【００７０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、利
用者が運動中に何の操作をすることなく利用者の走りた
い速度、歩きたい速度に可動面の移動速度を制御するこ
とができる利用者応答型運動装置を得ることができる。

【００７２】また、制御動作として比例動作のみを選択
した時には、利用者が可動面上の基準位置に戻れば必ず
可動面が停止するため、利用者が安全に運動を行なうこ
とができる利用者応答型運動装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態になる利用者応答型運動装
置の構成図である。

【図２】図１に示した利用者応答型運動装置の制御系の
詳細を示すブロック図である。

【図３】図１に示した利用者応答型運動装置におけるモ
ータ制御信号Ｍｃの特性の一例を示すグラフである。

【図４】図１に示した利用者応答型運動装置の特性を示
すグラフである。

【図５】図１に示した利用者応答型運動装置の他の制御
系の詳細を示すブロック図である。

【図６】本発明の他の実施形態になる利用者応答型運動
装置の構成図である。

【図７】図６に示した利用者応答型運動装置の制御系の
詳細を示すブロック図である。

【図８】図６に示した利用者応答型運動装置における利
用者意思読取装置７の加速度指令値特性の一例を示すグ
ラフである。

【図９】図６に示した利用者応答型運動装置における利
用者意思読取装置７の速度指令値特性の一例を示すグラ
フである。

【図１０】図６に示した利用者応答型運動装置の特性を
示すグラフである。

【図１１】図６に示した利用者応答型運動装置の他の制
御系の詳細を示すブロック図である。

【図１２】インターフェイス、コンピュータおよびソフ
トウェアを用いた利用者応答型運動装置の構成例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１：無端軌道ベルト、２：支持板、３：フレーム、４：
ローラ、５：モータ、６：モータ駆動装置、７：利用者
意思読取装置、７ａ、７ｂ：増幅器、７ｕ：単方向器、
７ｃ：積分器、７ｄ：加算器、７ｅ：スイッチ、７ｆ：
フィルタ、８：距離測定器、９：制御情報表示装置、１
０：利用者、１２：手摺、１３：利用形態切替スイッ
チ、１４：基準位置変更器、１４ａ、１４ｂ：スイッ
チ、１４ｃ：演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 北海 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立テ クノエンジニアリング株式会社開発研究所 内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】利用者が歩行または走行する可動面を有す
   る無端軌道機構と、 外部から入力される制御信号に基づいた速度で前記可動
   面が移動するように前記無端軌道機構を駆動する駆動手
   段と、 前記可動面上に設定した基準位置から前記可動面上の利
   用者の位置までの位置偏差を検出する位置偏差検出手段
   と、 前記位置偏差検出手段により検出された位置偏差を入力
   し、位置偏差の増大に従って単調に増大する出力信号を
   形成して、前記駆動手段に前記制御信号として送出する
   制御手段とを有する利用者応答型運動装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の利用者応答型運動装置にお
   いて、さらに前記基準位置を任意に変更する手段を有す
   る利用者応答型運動装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の利用者応答型運動装置に
   おいて、 利用者の進行方向を前記位置偏差の正方向とした時、前
   記制御手段は前記位置偏差が負の値を持つ間は前記出力
   信号を零に維持することを特徴とする利用者応答型運動
   装置。
4. 【請求項４】利用者が歩行または走行する可動面を有す
   る無端軌道機構と、 外部から入力される制御信号に基づいた速度で前記可動
   面が移動するように前記無端軌道機構を駆動する駆動手
   段と、 前記可動面上に設定した基準位置から前記可動面上の利
   用者の位置までの位置偏差を検出する位置偏差検出手段
   と、 歩行と走行の利用モードを切り替える入力操作に基づい
   て切替信号を出す切替手段と、 前記位置偏差検出手段により検出された位置偏差を入力
   し、位置偏差に応じた大きさの第１出力を形成する現在
   値対応動作と位置偏差を積分した量に応じた大きさの第
   ２出力を形成する積分動作とを行なうことができ、歩行
   の利用モードでは現在値対応動作のみによる制御を行な
   い、走行の利用モードでは現在値対応動作と積分動作と
   を組み合わせた制御を行なうスイッチを有し、利用モー
   ドに依存した出力信号を形成し、前記駆動手段に前記制
   御信号として送出する制御手段とを有する利用者応答型
   運動装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の利用者応答型運動装置にお
   いて、 前記位置偏差検出手段は、利用者の歩行の利用モードに
   おける基準位置に対する利用者の位置の位置偏差を検出
   し、さらに前記位置偏差検出手段と前記制御手段の間
   に、前記切替手段が出す切替信号に基づいて前記歩行の
   利用モードにおける基準位置を前記歩行の利用モードに
   おける基準位置に変更する基準位置変更手段を設けたこ
   とを特徴とする利用者応答型運動装置。
6. 【請求項６】請求項４に記載の利用者応答型運動装置に
   おいて、 前記制御手段は、前記位置偏差が負の値を持つ間は前記
   第１出力を零に維持することを特徴とする利用者応答型
   運動装置。
7. 【請求項７】請求項１または請求項４に記載の利用者応
   答型運動装置において、 前記位置偏差検出手段は、可動面上の利用者に対し後方
   に設置されていることを特徴とする利用者応答型運動装
   置。