JPH10113368A - 歩行訓練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 介添人の負担を軽減でき、歩行訓練を継続で
きるようになり、可動面上での歩行訓練者の安全を確保
することができる歩行訓練装置を提供する。 【解決手段】 無端軌道の可動面上での歩行訓練者の歩
行速度に基づいて可動面の移動速度が制御される歩行訓
練装置であって、可動面の移動方向にほぼ平行な方向に
設けたガイドレールと、移動自在にガイドレールに係合
され、可動面上の歩行訓練者が把持することができるハ
ンドルと、このハンドルのガイドレール上での移動速度
または移動加速度を検出するハンドル移動検出手段と検
出結果に基づいてハンドルの移動を拘束するトルクを発
生させる手段とを備えたスライド機構を設けている。歩
行訓練者の予想外の動きがあると、ハンドルの移動が拘
束されて、歩行訓練者の安全が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無端軌道の可動面
上での歩行訓練者の歩行速度に基づいて可動面の移動速
度が制御される歩行訓練装置に係り、特に、可動面上で
の歩行訓練者の安全を確保することができる歩行訓練装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６２−１３９６７７号公報に示さ
れている歩行訓練装置においては、無端軌道の可動面上
での歩行訓練者の歩行速度に基づいて可動面の移動速度
が制御される。可動面上における歩行訓練者の位置を検
出し、歩行訓練者が前方に進めば歩行速度は増加、歩行
訓練者が後方に退けば歩行速度は低下したと判断して、
可動面の移動速度を変える。このように可動面の移動速
度を制御することにより、歩行訓練者は可動面の所定位
置で歩行することができる。

【０００３】無端軌道の可動面における歩行訓練者の両
側の、腰部辺りよりやや上の高さに、該可動面の移動方
向にほぼ平行な方向にガード用のハンドレールが設けら
れており、歩行訓練者はハンドレールに掴まって歩行す
ることもできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】歩行訓練装置を利用し
た無端軌道可動面上での歩行訓練は、病人の病後や手術
後のメディカルリハビリテーションとか競技選手らの怪
我後のアスレチックリハビリテーションなどとして実施
される。その場合、歩行訓練の初期から中期に掛けての
時期には、歩行訓練者は理学療法士などの介添人の助け
を必要とすることが多く、介添人の負担が大きい問題が
あった。

【０００５】また、歩行訓練装置の固定のハンドレール
に掴まっての歩行訓練は、ハンドレールに頼りすぎて不
安定な姿勢になりやすく安全上問題であるだけでなく、
歩行リズムが定まらず、その結果、持続性に欠けて十分
な訓練にならなくなり易い。

【０００６】それ故本発明の目的は、介添人の負担を軽
減でき、歩行訓練を継続できるようにし、しかも可動面
上での歩行訓練者の安全を確保することができる歩行訓
練装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の歩行訓練装置
は、歩行訓練者が歩行する可動面を有する無端軌道機構
と、該可動面上での歩行訓練者の位置を検出する位置検
出手段と、該位置検出手段による検出結果に基づいて上
記可動面の移動速度を制御する制御信号を発生する制御
手段と、該制御手段の制御信号で上記無端軌道機構を駆
動する駆動手段を有する歩行訓練装置において、上記可
動面上における歩行訓練者の腰部辺り両側に該可動面の
移動方向にほぼ平行な方向に設けたガイドレールと、該
ガイドレールの延びた方向に移動することができるよう
に該ガイドレールに係合され、上記可動面上の歩行訓練
者が把持することができるハンドルと、該ハンドルの上
記ガイドレール上での移動速度または移動加速度を検出
するハンドル移動検出手段と、該ハンドル移動検出手段
の検出結果に基づいて上記ハンドルの移動を拘束するト
ルクを発生させる手段とを備えたスライド機構を設けた
ことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、本発明の実
施例による歩行訓練装置を説明する。

【０００９】図１は、本発明の一実施例による歩行訓練
装置を示している。同図において、１は前後にローラ２
ａ，２ｂを回転自在に支持しているフレームで、前方の
ローラ２ａはベルト３によりモータ４で駆動される。両
ローラ２ａ，２ｂに無端軌道ベルト５が巻回されてい
て、無端軌道ベルト５の上を歩行訓練者ＷＰが歩行す
る。歩行訓練者ＷＰが歩行する領域における上側の無端
軌道ベルト５の下には歩行訓練者ＷＰの体重を支えて歩
行の安定性を与えるための支持板６を設けている。フレ
ーム１乃至支持板６は無端軌道機構を構成している。

【００１０】７はフレーム１後部の両側に無端軌道ベル
ト５を挾むように設けられた入出門、８は両側の入出門
７に開閉可能に設けられたゲート、９はゲート８に設け
られ無端軌道ベルト５上で歩行する歩行訓練者ＷＰの背
面に超音波を出し反射して戻る時間から歩行訓練者ＷＰ
までの距離を算出する距離センサ（位置検出手段）であ
る。距離センサ９の検出結果から無端軌道ベルト５上で
の歩行訓練者ＷＰの位置を得て、モータ（駆動手段）４
の回転速度を制御する。

【００１１】即ち、歩行訓練者ＷＰの歩行速度が早まり
無端軌道ベルト５上で歩行訓練者ＷＰの位置が任意の基
準位置（歩行訓練者ＷＰ個々の歩行訓練速度に等しい速
度で無端軌道ベルト５が移動する場合に、無端軌道ベル
ト５上に任意に設定される歩行訓練者ＷＰの歩行位置）
から図の左方である装置前方に移動するとモータ４の回
転速度を高くする。逆に歩行速度が遅くなって歩行訓練
者ＷＰが図の右方である装置後方に移動するとモータ４
の回転速度を下げる。このようにして、歩行訓練者ＷＰ
が無端軌道ベルト５上における前記した任意の基準位置
で歩行するようにする。このような制御をする制御部
（制御手段）は装置前方のフレームカバー１６内に格納
されている。なお、距離センサ９は装置前方に設置され
ていても良い。

【００１２】１０はフレーム１の前後に掛けてフレーム
１の両側に設けられたハンドレール、１１は歩行訓練者
ＷＰの腰部辺りの高さで入出門７とハンドレール１０と
に掛けて両側に設けられたガイドレールを覆うレールカ
バー、１２は装置前方のフレームカバー１６内に格納さ
れ無端軌道ベルト５の前方部を必要に応じて上下移動さ
せる昇降装置である。１３は後述するように両側に設け
られたレールカバー１１内に設置されているガイドレー
ル上に移動可能に設けられ、無端軌道ベルト５上の歩行
訓練者ＷＰが把持することができるハンドル、１３ａは
ハンドル１３の把持部、１４はハンドル１３の移動速度
をハンドル１３の位置から算出するための位置検出器な
どを格納している負荷装置カバー、１５はハンドル１３
の移動を拘束するトルクを発生させるトルクモータであ
る。

【００１３】図２は一方のレールカバー１１内に設置さ
れているスライド機構の一部を示している。たとえば、
歩行訓練者ＷＰにとって左側のレールカバー内にスライ
ド機構が設けられるが、右側のレールカバー内でも構わ
ない。そのレールカバー１１の前後端部にプーリ２１、
２２があり、両プーリ２１、２２にワイヤ２３が巻回さ
れている。両プーリ２１、２２間のワイヤ２３の一方
は、クランプ部材２４と図３に詳細に示す結合部材３３
によって図１に示したハンドル１３に固定されている。
後方のプーリ２２の回転軸には中間プーリ２５が固定さ
れ、トルクモータ１５とベルト２６で駆動されるように
なっている。後方プーリ２２には、ワイヤ２３を複数回
巻回してプーリとワイヤとの係合力を高めてある。２７
はハンドル１３の移動速度をハンドル１３の位置から算
出するための位置検出器（エンコーダ）である。位置検
出器２７は、ハンドル１３の任意の基準位置からの移動
量をパルス数で検出し、装置前方のフレームカバー１６
内に格納されている制御部２８に検出信号を入力する。
制御部（ハンドル１３の移動速度または移動加速度を検
出するハンドル移動検出手段とハンドルの移動を拘束す
るトルクを発生させる手段の一部）２８は演算部２８ａ
とモータドライバ部２８ｂを有し、位置検出器２７から
の入力パルスを演算部２８ａで速度指令ｎとトルク指令
τに換算し、モータドライバ部２８ｂを介してトルクモ
ータ１５を駆動する。入力装置２９で同一入力に対して
演算部２８ａが発生するトルク指令値を変更することが
できる。その詳細は後述する。尚、トルクモータ１５、
ワイヤ２３、プーリ２１，２２などはハンドル１３の移
動を拘束するトルクを発生させる手段の一部である。

【００１４】プーリ２２を、互いに複数の平行溝を有す
る主プーリと従動プーリに置き換えてもよい。主プーリ
と従動プーリにワイヤ２３を往復掛けし、巻回位置を徐
々に軸方向に移動させる。プーリ上でのワイヤの移動を
抑え、かつ、主プーリと従動プーリを小型のものにでき
て、レールカバー１１を小型化することができる。ま
た、位置検出器２７に替えて、速度発電機を用いても良
い。起電力は回転数即ち速度に比例するから、起電力か
らハンドル１３の移動速度を逆算できる。

【００１５】図３は両側に設けられたレールカバー１１
内の構成を示している。各レールカバー１１内にはリニ
ヤなガイドレール（歩行訓練者の腰部辺り両側に可動面
の移動方向にほぼ平行な方向に設けたレール）３１がそ
れぞれ固定されていて、スライダ３２がガイドレール３
１に沿って移動自在に結合されている。各スライダ３２
には結合部材３３でハンドル１３が固定されている。図
において左側、歩行訓練者ＷＰにとっても左側のスライ
ダ３２には、結合部材３３を介して図２に示したクラン
プ部材２４が固定され、図２に示した両プーリ２１、２
２間のワイヤ２３の一方がクランプ部材２４に固定さ
れ、結合部材３３を介してスライダ３２と結合されてい
る。右側の結合部材３３とハンドル１３の間にはリンク
部材３５が設けられていて、機械加工の誤差を吸収する
ことができるようになっている。

【００１６】以上のハンドル１３、トルクモータ１５、
制御部２８、ガイドレール３１などはスライド機構を構
成している。

【００１７】次に、無端軌道ベルト５上での歩行訓練者
ＷＰの訓練の状況とトルクモータ１５の機能について説
明する。

【００１８】歩行訓練者ＷＰはゲート８を開いて無端軌
道ベルト５に乗り、無端軌道ベルト５の任意の基準位置
にあるハンドル１３を掴んで歩行をする。歩行訓練者Ｗ
Ｐが歩行している時の無端軌道ベルト５の速度はゆっく
りとしたものである。特に、リハビリテーションにおい
ては、非常にゆっくりと進む。

【００１９】歩行訓練者ＷＰの歩行速度が一定であれ
ば、距離センサ９の検出位置は変わらないので、無端軌
道ベルト５はモータ４で一定速度で駆動される。歩行訓
練者ＷＰの姿勢も一定であれば、ハンドル１３の位置は
変化しない。

【００２０】フレームカバー１６内に格納されている制
御部２８では位置検出器２７の検出結果をハンドル１３
の移動速度に変換し、さらに、その速度に比例した電流
をトルク指令τとしてトルクモータ１５に送る。トルク
モータ１５が回転界磁型同期電動機である場合、制御部
２８は、ハンドル１３の移動速度、換言すると回転界磁
の磁極の移動に対し電機子の回転磁界の磁極の移動のず
れが脱調を起こさない範囲で制御を行う。

【００２１】つまり、ハンドル１３の移動があると、演
算部２８ａはトルクモータ１５の回転子の回転を位置検
出器２７の出力から検出し、ハンドル１３の移動速度を
捉えて、トルクモータ１５における電機子の回転磁界の
移動指令ｎとトルク指令τが出される。モータドライバ
部２８ｂではこれを受けて、トルクモータ１５の電機子
に回転子の回転に合わせてトルク指令τに比例する電流
ｉを送り、電機子と回転子の間にトルク指令τに応じ、
ハンドル１３の移動を抑制（拘束）する方向のトルクを
発生させる。

【００２２】図４は制御部２８での演算によるハンドル
１３の移動速度Ｖとトルクモータ１５での発生トルク、
即ち、歩行訓練者ＷＰがハンドル１３から受ける反力Ｔ
の関係（トルクモータの入出力関係）を示している。

【００２３】図４の曲線Ａで示すように、演算部２８ａ
ではハンドル１３の（移動）速度Ｖに対し、反力Ｔが比
例するようなトルク指令τを出す。従って、歩行訓練者
ＷＰがハンドル１３を速く押す（引く）ほど、歩行訓練
者ＷＰがハンドル１３から受ける反力は増加する。その
ため、例えば、歩行訓練者ＷＰが無端軌道ベルト５上で
何等かの原因で転倒しそうになりハンドル１３を掴んで
急激に押す（引く）と、ハンドル１３は押されて（引か
れて）移動するものの、トルクモータ１５内に発生する
トルクが急速に増加する。従って、ハンドル１３の移動
にブレーキが掛けられた状況になる。無端軌道ベルト５
の移動速度は、元々ハンドル１３の急激なる移動に較べ
れば、ゆっくりとしたものなので、歩行訓練者ＷＰは殆
ど停止状態にあるハンドル１３を掴んで体勢の立て直し
を図ることができる。

【００２４】また、転倒しそうになれば歩行は乱れ、歩
行速度は低下する。無端軌道ベルト５は駆動されている
ために、歩行訓練者ＷＰは無端軌道ベルト５に引きづら
れた形となり、歩行訓練者ＷＰと距離センサ９との距離
は狭まり、無端軌道ベルト５の駆動速度も落ちる。歩行
訓練者ＷＰが体勢を立て直せなければ、歩行訓練者ＷＰ
の位置は基準位置よりも後方となることによって無端軌
道ベルト５はやがて停止する。このように、ハンドル１
３の支持と無端軌道ベルト５の減速とによって歩行訓練
者ＷＰの安全は二重に確保される。歩行訓練者ＷＰの姿
勢が元通りとなり、ハンドル１３を強く押さなくなれ
ば、ハンドル１３の移動速度Ｖは低下し、その結果、ト
ルクモータ１５での反力Ｔも下がり、歩行訓練者ＷＰは
再び安定した速度で歩行訓練を再開することができる。

【００２５】体重Ｗの多い人は、転倒しそうになったと
きに、ハンドル１３から受ける反力も大きいほうが転倒
防止上都合が良い。そこで、支持板６や入出門７の所の
踏板（ステップ）の下などに荷重センサを内蔵させてお
いて、体重に応じて反力を調整してもよい。図４の曲線
Ｂのように、体重Ｗが大きいときには反力Ｔが大きくな
るようにする。このため、制御部２８の演算部２８ａに
多数の曲線を備えておき、体重に応じてトルク指令τを
自動的に切り替えるように、演算プログラムを備えてお
くと良い。ハンドル１３を強く押すことは歩行訓練者Ｗ
Ｐの体重だけでなく各人の癖にもよるので、さらに入力
装置２９でトルク指令値を変更することができるように
しておくと良い。

【００２６】歩行訓練者ＷＰが正常に歩行訓練をしてい
ても、歩行訓練者ＷＰの歩行の仕草によってはハンドル
１３は押される。そこで、小きざみなハンドル１３の前
後移動には反力Ｔが発生しないように、図４に曲線Ｃで
示すような不感帯Ｚを演算部２８ａに設定しても良い。

【００２７】図５のように、反力Ｔをハンドル１３の移
動の加速度αに対応させても良い。この場合には、演算
部２８ａは位置検出器２７からの入力で得られる速度の
変化分で加速度αを検出する。加速度αが大きい領域
は、歩行訓練者ＷＰが転倒した場合等と判断できるの
で、より大きな反力Ｔが発生するようにする。このよう
にして、歩行訓練者ＷＰの転倒は確実に防止される。

【００２８】図４で示した場合と同様に、加速度αと反
力Ｔの関係が、体重や癖で変更できるようにしても良
い。

【００２９】トルクモータ１５としては、２次側に高抵
抗を設けたかご型誘導電動機でも良い。この場合は、ハ
ンドル１３の移動速度に対応した誘導電動機のすべりｓ
の分を補ってやれば同期電動機と同様に制御ができる。

【００３０】図６は、ハンドル１３に肘掛テーブル４１
を設けた例を示している。ハンドル１３は、歩行訓練者
ＷＰの背丈や好みに合わせて調整できる。ハンドル１３
の把持部１３ａの高さはレバー４２を緩めることで調節
でき、肘掛テーブル４１の角度はレバー４３を緩めるこ
とで調節できる。尚、図６では図１のハンドレール１０
の図示を省略している。

【００３１】歩行訓練者ＷＰが肘掛テーブル４１に腕を
載せ体重の一部を肘掛テーブル４１に預けることによっ
て、歩行訓練者ＷＰの脚部に掛かる荷重を減らし、歩行
を容易にすることができる。

【００３２】以上説明した歩行訓練装置によれば、歩行
訓練者ＷＰの安全は確保され、その結果、介添人の負担
も減る。介添人がいなくとも歩行訓練が可能で、歩行訓
練者ＷＰは自ら積極的に歩行訓練に励むことができる。
姿勢の立て直しも容易であり、持続性のある歩行訓練も
行うことができる。

【００３３】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。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、介
添人の負担を軽減でき、歩行訓練を継続できるようにな
り、しかも可動面上での歩行訓練者の安全を確保するこ
とができる歩行訓練装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による歩行訓練装置の正面図
である。

【図２】図１に示した歩行訓練装置におけるスライド機
構の一部の概略図である。

【図３】図１に示した歩行訓練装置におけるスライド機
構のスライド構成を示す図である。

【図４】図２に示したスライド機構におけるトルクモー
タの入出力関係の一例を示す図である。

【図５】図２に示したスライド機構におけるトルクモー
タの入出力関係の他の例を示す図である。

【図６】図１に示した歩行訓練装置におけるスライド機
構のハンドルの他の例を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。

【符号の説明】

１…フレーム ２ａ，２ｂ
…ローラ ３，２６…ベルト ４…モータ ５…無端軌道ベルト ６…支持板 ７…入出門 ８…ゲート ９…距離センサ １０…ハン
ドレール １１…レールカバー １２…昇降
装置 １３…ハンドル １４…負荷
装置カバー １５…トルクモータ １６…フレ
ームカバー ２１、２２…プーリ ２３…ワイ
ヤ ２４…クランプ部材 ２５…中間
プーリ ２７…位置検出器 ２８…制御
部 ２８ａ…演算部 ２８ｂ…モ
ータドライバ部 ２９…入力装置 ３１…ガイ
ドレール ３２…スライダ ３３…結合
部材 ３５…リンク部材 ４１…肘掛
テーブル ４２，４３…レバー ＷＰ…歩行
訓練者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 忠之 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歩行訓練者が歩行する可動面を有する無端
   軌道機構と、該可動面上での歩行訓練者の位置を検出す
   る位置検出手段と、該位置検出手段による検出結果に基
   づいて上記可動面の移動速度を制御する制御信号を発生
   する制御手段と、該制御手段の制御信号で上記無端軌道
   機構を駆動する駆動手段を有する歩行訓練装置におい
   て、 上記可動面上における歩行訓練者の腰部辺り両側に該可
   動面の移動方向にほぼ平行な方向に設けたガイドレール
   と、該ガイドレールの延びた方向に移動することができ
   るように該ガイドレールに係合され、上記可動面上の歩
   行訓練者が把持することができるハンドルと、該ハンド
   ルの上記ガイドレール上での移動速度または移動加速度
   を検出するハンドル移動検出手段と、該ハンドル移動検
   出手段の検出結果に基づいて上記ハンドルの移動を拘束
   するトルクを発生させる手段とを備えたスライド機構を
   設けたことを特徴とする歩行訓練装置。
2. 【請求項２】上記請求項１に記載の歩行訓練装置におい
   て、上記トルクを発生させる手段はトルクモータである
   ことを特徴とする歩行訓練装置。
3. 【請求項３】上記請求項１に記載の歩行訓練装置におい
   て、上記トルクを発生させる手段は上記ハンドル移動検
   出手段の検出結果が小さい領域においてトルクが発生し
   ない不感帯を有していることを特徴とする歩行訓練装
   置。
4. 【請求項４】上記請求項１に記載の歩行訓練装置におい
   て、上記トルクを発生させる手段は上記ハンドル移動検
   出手段の検出結果に対するトルクの発生量を変更する手
   段を有していることを特徴とする歩行訓練装置。