JPH1099388A - 歩行訓練機 - Google Patents

歩行訓練機

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JPH1099388A
JPH1099388A JP8256144A JP25614496A JPH1099388A JP H1099388 A JPH1099388 A JP H1099388A JP 8256144 A JP8256144 A JP 8256144A JP 25614496 A JP25614496 A JP 25614496A JP H1099388 A JPH1099388 A JP H1099388A
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walking
training machine
walking training
speed
trainee
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JP8256144A
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English (en)
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Takao Nagata
孝夫 永田
Toru Horie
堀江  徹
Kazuichi Sugiyama
和一 杉山
Koichi Sakamoto
浩一 坂本
Seiji Iizuka
清次 飯塚
Tsutomu Fujimoto
勉 藤本
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被訓練者の脚部に不用意に急激な負荷を加え
ることのない、高齢者に対しても安全に歩行訓練が可能
な改良された歩行訓練機を提供する。 【解決手段】 被訓練者Tの歩行面を成す無限軌道ベル
ト8A、8Bや無限軌道ベルトを駆動する電動モータで
ある駆動手段9A、9Bなどを備えた歩行面装置2、被
訓練者の歩行姿勢を補助するサポートアーム43などを
備えた介助装置4などを含み、介助装置4により被訓練
者を介助しながら、無限軌道ベルト8A、8Bの移動速
度を基にして被訓練者Tの歩行面を所定の速度で移動さ
せて歩行訓練を行う歩行訓練機1において、被訓練者T
が姿勢を崩した場合にこれを光センサー14A、B、1
5A、Bにより検知した時、あるいは、医師や被訓練者
自身の意思などにより訓練機を停止する場合に、無限軌
道ベルトの移動速度を所定の減速速度(例えば5m/m
s)でスムーズに停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、歩行機能に障害の
ある者などの歩行訓練を行うための歩行訓練機に関し、
特に、歩行面を成す無限軌道ベルトを移動させて被訓練
者の歩行訓練を行う歩行訓練機に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高齢者の増加やモータリゼーショ
ンなどを含む社会の変化に伴い、脚力が衰えた人が増加
しており、また、病気や事故により歩行機能に障害を生
じた人も増加している。このような人達に対して必要な
脚力を回復させ、あるいは、歩行機能を回復させるため
のリハビリテーションの主な方法として、いわゆる歩行
訓練がある。
【0003】従来、一般的に行われている主な歩行訓練
では、介助者により被訓練者の歩行姿勢を補助しながら
歩行を行わせ、あるいは、歩行路に沿って手すりを設
け、被訓練者をこの手すりにつかまらせながら自力で歩
行を行わせるものである。または、軽度の脚力障害の場
合には、キャスターを備えた移動可能な補助器具を用
い、被訓練者がこの補助器具につかまりながら自力で歩
行を行わせるものであった。
【0004】これに対し、無限軌道ベルトを所定の移動
速度で移動しながら、この無限軌道ベルト上に被訓練者
を歩行させて歩行訓練する歩行訓練装置が既に提案され
ている。かかる装置によれば、比較的狭い場所でも歩行
訓練が可能であることから、例えば、病院、リハビリテ
ーションセンター、保護・福祉施設、保健センターなど
において利用されている。
【0005】また、より進歩した歩行訓練機として、従
来、例えば実開平2ー42625号公報によれば、被訓
練者を上方へリフトすることにより自己の重力(体重)
を軽減して歩行を容易にし、しかも、歩行中の軽減重量
を一定にすることが可能な歩行訓練機が既に知られてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
技術になる歩行訓練機では、一般的に、歩行面を成す無
限軌道ベルトをモーターなどの駆動装置によって所望の
速度で移動するが、被訓練者の安全をはかるため、例え
ば、被訓練者が上記ベルト上の所定の位置から外れた場
合などには非常停止を行い、上記無限軌道ベルトである
歩行部を急激に停止することが行われている。そのた
め、この無限軌道ベルトの急激な停止により、ベルト上
で歩行訓練を行っている被訓練者の脚部に不用意に急激
な負荷が加わり、かえって、被訓練者が脚部を痛めた
り、場合によっては、骨折や筋を痛めてしまうなど、折
角の訓練がむしろ被訓練者に危害を与えてしまうなどの
問題点が指摘されている。特に、高齢者の場合には、そ
の運動反射速度も比較的鈍っており、そのため、かかる
無軌道ベルトの急激な停止に対する配慮が必要であっ
た。
【0007】そこで、本発明では、上記従来技術におけ
る不都合・問題点に鑑み、高齢者を含めた被歩行訓練者
に対しても安全に歩行訓練を行うことが可能な改良され
た歩行訓練機を提供することをその目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、被訓練者の歩行面を成す無限軌道
ベルトと、該無限軌道ベルトを駆動する駆動手段と、該
無限軌道ベルトの移動速度を検出する速度検出手段と、
該速度検出手段により検出された前記無限軌道ベルトの
移動速度を基に、歩行訓練中の被訓練者に対して前記歩
行面を所定の移動速度で移動させ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た歩行訓練機におい
て、さらに、歩行訓練機の停止を検出した時に、前記無
限軌道ベルトの移動速度を所定の減速速度で徐々に停止
するための手段を備えた歩行訓練機が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の詳細
について、添付の図面を参照しながら説明する。図2に
は、まず、本発明の実施の形態になる歩行訓練機の全体
的構成が示されており、この図において、被訓練者Tの
歩行訓練を行う歩行訓練機1は、歩行面装置2、映像表
示画面3、介助装置4、及び、この図には示されない
が、これら各装置を有機的に制御するための統括制御装
置5を備えている。なお、上記の歩行面装置2は、床面
又は地上に固定され、例えば並行に並べた複数のローラ
上に無限軌道ベルトを移動可能に配置してなる。また、
本例では、被訓練者の左右の脚力にそれぞれ最適の歩行
速度を設定し、あるいは、それぞれ最適の粘性負荷を与
えることを可能にするため、2本のベルトに分離されて
独立に移動する右足用歩行面8Aと左足用歩行面8Bを
備えている。しかしながら、この歩行面装置2は、上記
のように左右に必ず分離・独立する必要はなく、1本の
ベルトにより構成することも可能である。また、この歩
行面装置2には、後に詳細に説明するが、上記無限軌道
ベルト(8Aと8B)の移動方向に沿って、2組の歩行
領域センサー14A、14B、15A、15Bが設けら
れており、これにより被訓練者が歩行訓練を行うための
歩行領域が設定されている。
【0010】また、映像表示画面3は、例えばCRT装
置や液晶装置などからなるスクリーンにより構成されて
おり、このスクリーン上には、被訓練者Tの歩行状況に
伴って屋外の風景画像などを順次表示し、これにより、
被訓練者に歩行感覚を疑似体験として与え、訓練意欲を
上げるものである。なお、この映像表示画面3は、例え
ばメモリや光ディスクやその他の記憶媒体に格納した映
像データを、被訓練者Tの歩行距離などに伴って、具体
的には、歩行速度に同期して映像を順次読み出しながら
表示するようになっている。
【0011】さらに、この図2において、符号100
は、本歩行訓練機1を操作するためのパネルコンピュー
タを示している。なお、このパネルコンピュータ100
は、図示しないが、種々の訓練モードを設定するための
液晶表示装置を含むタッチパネル部と、このタッチパネ
ル部から入力される入力信号に従って所定の演算処理や
表示を行う演算装置を含んでいる。また、図中の符号2
00は、被訓練者Tに、上記の歩行面装置2の無限軌道
ベルトの移動速度や経過時間、あるいは、積算歩行距離
などを表示すための、やはり、液晶表示装置などから構
成される表示装置である。なお、これらの移動速度、経
過時間、積算歩行距離などの訓練情報は、例えばスーパ
ーインポーズ技術によって、上記映像表示画面3のスク
リーン上に表示することも可能である。
【0012】次に、介助装置4は、その内部構造を図3
にも示すように、その底部がやはり床面又は地上に固定
された基部41と、この基部上に可動に設けられたリン
ク機構42と、その先端を「U」字状に形成したサポー
トアーム43と、そして、前記サポートアーム43上に
取り付けられた、やはり「U」字状に形成したハンドル
部44とを備えている。すなわち、かかる構成によれ
ば、上記図2あるいは図3にも示すように、被訓練者T
は、その腰部付近を上記サポートアーム43内に挿入
し、あるいは、装着ベルトBにより固定し、さらに、ハ
ンドル部44を把持することにより、歩行訓練時におけ
る身体の動揺からサポート(補助)され、あたかも介助
者により補助されているのと同様の状態を作り出すこと
が可能になる。
【0013】また、上記介助装置4のリンク機構42に
は、前記サポートアーム43を駆動するためのサポート
アーム用モータ45、45が取り付けられており、さら
に、前記サポートアーム43には、図示しないが、被訓
練者Tからこのアームに加わる力を検出するための、例
えば、歪みゲージなどから構成される力センサーが設け
られている。すなわち、この力センサーにより検出した
サポートアーム43に加わる力に応じて、これらサポー
トアーム用モータ45、45を回転駆動することによ
り、上記サポートアーム43の位置を移動して支持を行
う。そして、このサポートアーム43の移動と支持力と
を利用して、身体支持力自動調整機能により被訓練者T
を訓練状態に応じた状態に維持し、あるいは、免荷機能
により被訓練者Tを吊り上げて体重の一部を軽減し、そ
の脚力に応じて最適の歩行訓練を行うことを可能にす
る。
【0014】上記の図3、さらに図4には、上記歩行面
装置2の内部構成が示されている。この歩行面装置2
は、図示のように、被訓練者Tの左右の足に対応した2
本の環状の無限軌道ベルトからなる歩行面8(右足用歩
行面8Aと左足用歩行面8B)が、例えば電動モーター
からなる駆動手段9A、9Bに連結されたローラ10
A、10Bと、その反対側に回動可能に固定されたガイ
ドローラ11A、11Bとの間に(但し、これらローラ
10A、10B、11A、11Bの間には、上記図3に
示すように、複数のフリーローラが並行に隣接して敷設
されている)懸架されている。なお、上記駆動手段9
A、9Bが設けられたとは反対側のガイドローラ11
A、11Bには、それぞれ、左右の歩行面を構成する2
本の環状の無限軌道ベルト8Aと8Bの移動速度を検出
するための速度検出手段、すなわち、右足ベルト速度検
出手段12Aと左足ベルト速度検出手段12B、さらに
は、上記環状の無限軌道ベルト8の移動距離を検出する
ための右足ベルト距離検出手段13Aと左足ベルト距離
検出手段13Bが設けられている。但し、これらの速度
検出手段及び距離検出手段は、例えば電動モータの回転
位置を検出するエンコーダを採用することにより、上記
駆動手段9A、9Bと一体に構成することも可能であ
る。
【0015】そして、これらの検出手段により検出され
た無限軌道ベルト8の移動速度に基づいて、以下にその
詳細を説明する統括制御装置5により必要な表示や演算
を行い、予め設定した移動速度を基に、一定の速度で歩
行面を移動する。あるいは、AI(アクティブ・インピ
ダンス)モードでは、歩行訓練中の被訓練者Tの蹴り力
に応じて無限軌道ベルト8を移動させながら、その際、
上記無限軌道ベルト8の負荷を電動モーターからなる駆
動手段9A、9Bを制御することにより調整し、被訓練
者Tの足へ設定した粘性抵抗を与える。
【0016】ところで、この統括制御装置5は、マルチ
コントローラと称する制御装置により構成されている。
より具体的に説明すると、添付の図5に示すように、知
能系(MSP)と運動系(MCP)の2つのCPU回路
を1ボード化したベースプロセッサ(BP)を中心とし
て、2つの独立したバス、すなわち、知能系バス(I−
BUS)と運動系バス(C−BUS)を有している。こ
の知能系バス(I−BUS)には、上記した検出手段を
含む各種のセンサーの出力用のアナログ/ディジタル変
換及びIOボード(ADC/DIO)やインターフェイ
スボードなどの比較的データ交信量の多く、システムの
インテリジェント化をボードが接続される。一方、運動
系バス(C−BUS)には、頻繁にデータ交信が必要な
機構のモーションコントロールを行うサーボプロセッサ
(SVP)が接続されシステムが構成されている。な
お、この図中、TARMINALを介して各種スイッ
チ、上記各種のセンサー、モータ電源用リレー制御など
がシステムに接続される。また、図中のPCIFとMC
IFは、操作部を構成するパネルコンピュータ100と
上記マルチコントローラとの間のデータ交換を行い、そ
して、サーボプロセッサ(SVP)は、上記介助装置4
のモータ45、45、及び上記歩行面装置2のモータ9
A、9Bを、モータ電源増幅回路(AMP)を介して制
御する構成となっている。
【0017】そして、本発明によれば、上記の歩行訓練
機の停止信号を検出した時には、前記歩行面装置2の無
限軌道ベルト8A、8Bの移動速度が、所定の減速速度
により徐々に減少されて、スムーズに停止するように構
成されている。
【0018】ここで、かかる停止信号の発生する状況と
しては、例えば、上記の歩行領域センサーが「オン」に
なった場合がある。これは、例えば、被訓練者Tが歩行
訓練中に歩行訓練機の歩行領域の外部に飛び出しそうに
なった場合であり、被訓練者が疲れ、それ以上の歩行訓
練をすることが出来なくなった場合や、被訓練者が体勢
を崩してしまった場合などであり、かかる場合には、歩
行訓練機を停止して、訓練を中断あるいは中止する必要
がある。
【0019】具体的には、上記の図2において、2本の
環状の無限軌道ベルト8Aと8Bを並べて配置してなる
歩行面装置2の四隅には、例えば一対の光センサーから
なる2組の歩行領域センサー14A、14B、15A、
15Bが設けられている。これにより、被訓練者Tの一
部、例えばその脚部が、歩行領域(図中に点線で示す)
の外部に飛び出したことにより、1組の光センサー(例
えば14A、14B)の間の光路が遮断され、これによ
り被訓練者Tの歩行領域外への飛び出しを検出する。
【0020】また、上記停止信号の発生は、被訓練者が
自分自身の意思で、あるいは、訓練者(例えば、医師な
ど)の判断により停止スイッチを押して歩行訓練機を停
止する場合がある。この場合には、例えば、上記図2及
び図3に示された、上記ハンドル部44の一部に取り付
けられた停止スイッチ46を、あるいは、上記図2にお
いて、パネルコンピュータ100の右側部に近接して設
けられた停止スイッチ110を押すことになる。また、
場合によっては、さらに、遠隔操作のスイッチを設けて
停止信号を発生してもよい。
【0021】さらには、本来、上記介助装置4のリンク
機構42に連結され、被訓練者を補助するためのサポー
トアーム43に保持・固定されなければならない被訓練
者Tが、このサポートアーム43から外れた場合などに
も、歩行訓練機を停止するようにしてもよい。この場
合、このサポートアーム43の内部に設けられた図示し
ないセンサー、あるいは、図示しないスイッチ(例え
ば、図3に示した装着ベルトBが外れたことを検出する
スイッチ)などにより、この被訓練者の有無を判断し、
このセンサーにより被訓練者が存在しない(すなわち、
「無」の)状態を判断した場合には、歩行訓練機を停止
する。
【0022】そして、この歩行訓練機を停止する場合、
上記にも指摘したように、高齢者をも含む被歩行訓練者
に対しても安全に歩行訓練を行う必要がある。すなわ
ち、無限軌道ベルトを急激に停止した場合、ベルト上で
歩行訓練を行っている被訓練者の脚部に不用意に急激な
負荷が加わり、そのため、被訓練者が脚部を痛めたり、
場合によっては、骨折や筋を痛めてしまうなどの問題点
が指摘されている。そこで、かかる問題点を解消するた
め、本発明になる歩行訓練機では、上記歩行面装置2の
無限軌道ベルト8A、8Bは、上記の停止信号の発生時
には、その移動速度を徐々に、すなわち、所定の減速速
度で低減しながら停止される。なお、この所定の減速速
度は、例えば高齢者の場合などの運動反射速度や訓練機
としての安全性などを考慮して、体感的にも適当な減速
速度に設定することが重要である。
【0023】そこで、本発明者等は、上述の歩行訓練機
により実際の体感による実験を行った結果、以下の表1
に示すような結果を得ている。
【表1】
【0024】この表1からも明らかなように、所定の速
度で移動している無限軌道ベルト8を停止させる場合の
減速速度としては、3m/ms〜8m/msの範囲にあ
ることが好ましいことが明らかになった。また、かかる
範囲内においても、特に、5m/msが好適な減速速度
であることが分かった。なお、この表において、その横
の項目には、無限軌道ベルトの移動速度(単位は、キロ
メートル(km)/時間(h))が、そして、縦の項目
には、この無限軌道ベルトの減速速度(単位は、メート
ル(m)/ミリセコンド(ms))の大きさを示してい
る。なお、ここでは、上記歩行訓練機1の2つの無限軌
道ベルト8A、8Bを同じ移動速度で移動させておき
(0.5km/h、1km/h、2km/h、3km/
h)、その後、これらの2つの無限軌道ベルト8A、8
Bを同時に種々の減速速度で(1〜11m/ms、12
m/ms以上)停止した。そして、これら各減速速度に
対して得られた体感(停止による脚へのショック度と訓
練機としての安全性とを、共に体感的に評価した)を、
記号(「×」不快、「△」やや難あり、「□」良好、
「○」非常に良好)で表している。なお、ここで減速速
度が小さ過ぎることによる装置の安全上の問題点とは、
例えば、被訓練者の衣服の一部が挟まれた場合など、停
止信号の発生以後においても無限軌道ベルト8A、8B
がなお走行することによる安全上の問題点を意味してい
る。
【0025】そこで、本発明によれば、上記統括制御装
置5により、上記無限軌道ベルト8A、8Bを駆動する
電動モーターからなる駆動手段9A、9Bの回転を制御
することにより、滑らかでスムーズな減速特性を達成し
ている。このスムーズな減速特性による無限軌道ベルト
8の停止を達成するための制御ブロックを図6に示して
いる。なお、この図中の一点鎖線内は、上記図5にも説
明したマルチコントローラの一部によって構成されてい
る。
【0026】すなわち、この図示の制御ブロックによる
無限軌道ベルト8の移動速度制御では、上記歩行面装置
2内に設けられたベルト速度検出手段10Aあるいは1
0Bにより検出された速度情報と、例えば、パネルコン
ピュータ100により予め設定され、上記統括制御装置
5から出力される速度目標INSとの差に、速度ゲイン
乗算器により速度ゲインを乗算した結果を指令値とし
て、駆動手段である電動モータ9A、9Bに出力する。
そこで、停止信号が発生した場合に、この速度目標の信
号INSを、図1に示すように、停止信号が発生した時
点(時点t0)から所定の減速速度(この例では、減速
速度5m/ms)の割合でその値を徐々に低下させて最
終的には零(0)にする。このようにすることにより、
上記設定値である目標速度INSに追従して移動してい
た無限軌道ベルト8の移動速度は、上記所望の減速速度
5m/msに従って徐々にスムーズに減速し、停止する
こととなる。なお、この速度目標信号INSは、例えば
定速歩行訓練モードの場合には、訓練動作中には一定の
値に保持され、他方、被訓練者の脚部に所定の粘性負荷
を与えるAI(アクティブ・インピダンス)モードの場
合には、図中に一点鎖線で示すように、この速度目標信
号INSは脚力により変動することとなる。
【0027】以上に詳述した本発明の実施の形態におい
ては、徐々にその値を低下させてなだらかなスロープを
有する速度目標信号INSを発生させ、この目標信号に
従って駆動手段である電動モータ9A、9Bの回転速度
をスムーズに停止するものを示した。しかしながら、本
発明は上述した構成のみに限定されるものではなく、例
えば、上記の構成において乗算する速度ゲインを所定の
割合で低下させ、あるいは、電動モータの停止させるた
めのブレーキを徐々に印加することによっても、上記と
同様なスムーズな無限軌道ベルトの停止を実現すること
は可能である。
【0028】
【発明の効果】以上にも詳細に説明したように、本発明
によれば、歩行訓練機の動作を停止させる必要のある停
止信号が発生した場合においても、訓練装置の無限軌道
ベルト上で歩行訓練を行っている被訓練者の脚部に不用
意に急激な負荷を加えることなく、すなわち、被訓練者
が脚部へのショックで骨折や筋を痛めてしまうことな
く、高齢者をも含めた被歩行訓練者に対して、安全に歩
行訓練を行うことが可能な、改良された歩行訓練機を提
供することが可能になるという技術的にも極めて優れた
効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態になる歩行訓練機における
無限軌道ベルトの減速パターンの一例を示す速度特性図
である。
【図2】本発明の実施の形態になる歩行訓練機の全体構
成を示す全体斜視図である。
【図3】上記本発明の実施の形態になる歩行訓練機の歩
行面装置及び介助装置の内部構成を示す図である。
【図4】上記本発明の実施の形態になる歩行訓練機の歩
行面装置の内部構成を示す図である。
【図5】上記本発明の実施の形態になる歩行訓練機の統
括制御装置の内部構成を示す回路ブロック図である。
【図6】本発明における無限軌道ベルトの減速を実現す
るための制御ブロックの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 歩行訓練機 2 歩行面装置 3 映像表示画面 4 介助装置 5 統括制御装置 8 歩行面(無限軌道ベルト) 8A 右足用歩行面(無限軌道ベルト) 8B 左足用歩行面(無限軌道ベルト) 9A、B 電動モーター 12A、B 速度検出手段 14A、B、15A、B 光センサー 46 停止スイッチ 110 停止スイッチ T 被訓練者
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 浩一 栃木県下都賀郡大平町大字富田709番地の 2株式会社日立栃木エレクトロニクス内 (72)発明者 飯塚 清次 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株 式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 藤本 勉 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株 式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被訓練者の歩行面を成す無限軌道ベルト
    と、該無限軌道ベルトを駆動する駆動手段と、該無限軌
    道ベルトの移動速度を検出する速度検出手段と、該速度
    検出手段により検出された前記無限軌道ベルトの移動速
    度を基に、歩行訓練中の被訓練者に対して前記歩行面を
    所定の移動速度で移動させ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た歩行訓練機において、さら
    に、歩行訓練機の停止を検出した時に、前記無限軌道ベ
    ルトの移動速度を所定の減速速度で徐々に停止するため
    の手段を備えたことを特徴とする歩行訓練機。
  2. 【請求項2】 前記請求項1に記載した歩行訓練機にお
    いて、前記無限軌道ベルトの停止手段による前記無限軌
    道ベルトの減速速度は、3m/ms〜7m/msの範囲
    にあることを特徴とする歩行訓練機。
  3. 【請求項3】 前記請求項1に記載した歩行訓練機にお
    いて、さらに、被訓練者に近接した位置に、当該被訓練
    者が自己の意思により歩行訓練機の停止を指示する信号
    を発生する手段を設けたことを特徴とする歩行訓練機。
  4. 【請求項4】 前記請求項1に記載した歩行訓練機にお
    いて、さらに、前記歩行訓練機による訓練モードを設定
    するための設定手段を設け、当該設定手段に近接して、
    歩行訓練機の停止を指示する信号を発生する手段を設け
    たことを特徴とする歩行訓練機。
  5. 【請求項5】 前記請求項1に記載した歩行訓練機にお
    いて、さらに、前記無限軌道ベルトの移動方向に所定の
    歩行領域を設け、かつ、当該歩行領域を被訓練者が越え
    た場合に歩行訓練機の停止を指示する信号を発生する手
    段を設けたことを特徴とする歩行訓練機。
JP8256144A 1996-09-27 1996-09-27 歩行訓練機 Pending JPH1099388A (ja)

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