JPH114910A

JPH114910A - バランス訓練装置

Info

Publication number: JPH114910A
Application number: JP9161317A
Authority: JP
Inventors: Youichi Shinomiya; 葉一四宮; Osamu Sekine; 修関根; Soji Murakami; 宗司村上; Yukio Yoshida; 幸男吉田; Junji Nomura; 淳二野村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: JP3394889B2

Abstract

(57)【要約】【課題】慣れを生じにくくして平衡感覚の訓練効果を高
めたバランス訓練装置を提供する。【解決手段】座席１はパラレルメカニズム２により、前
後方向、左右方向、上下方向の位置、および前後軸、左
右軸、上下軸の回りの傾きが可変になっている。パラレ
ルメカニズム２に動作指示を与える制御装置３は、人の
脚部の運動により生じる腰部付近の各方向の位置および
各軸回りの傾きを模擬する施療パターンを生成し、かつ
施療パターンを時間経過に伴って変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人の腰部を揺動さ
せることによって平衡感覚を訓練するバランス訓練装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、バランス訓練装置の一種とし
て脳性麻痺患者等の平衡感覚を訓練するためのバランス
訓練装置が提案されている（特公平６−６５３５０号公
報）。この装置は、被訓練者の乗る乗り物を前後、左
右、上下に往復動可能かつ前後軸、左右軸、上下軸の回
りに揺動可能とするように、これら６種類の動作を独立
した駆動モータで制御可能としたものである。乗り物は
上述した６種類の動作を組み合わせて強制的に振動させ
られ、被訓練者は乗り物に乗りつづけることで、平衡感
覚を訓練することができるというものである。また、乗
り物に強制振動を与える装置は、児童用の乗り物や荒馬
乗り用の装置にも適用可能であることが記載されてい
る。振動方向や振動速度は、マイクロコンピュータに設
定したプログラムにより制御されるようになっている。

【０００３】一方、馬の運動を模擬する装置も知られて
いる（特開平１−１９０３７６号公報）。この装置は馬
の動作を６本のジャッキを配置したシミュレーション装
置で実現しているものであり、身体障害者や動きの不自
由な人々が馬の背に乗ってリハビリテーションを行なう
のに有用である旨が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
記載された装置では、乗り物やシミュレーション装置の
振動（ないし揺動）が周期的であって被訓練者がすぐに
慣れてしまうという問題がある。たとえば、健常者であ
れば揺動のパターンに２〜３秒程度で慣れ、健常者でな
くても比較的短時間で慣れるから、平衡感覚の訓練（身
体の賦活、運動機能の治療、回復、訓練など）という目
的を達成できないという問題がある。

【０００５】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、慣れを生じにくくして平衡感覚の訓
練効果を高めたバランス訓練装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被訓
練者が着座する座席と、座席の前後方向、左右方向、上
下方向の位置を変化可能とするとともに前後軸、左右
軸、上下軸の回りの傾きを変化可能とする駆動手段と、
座席の各方向の位置および各軸回りの傾きを駆動手段に
指示する施療パターンを生成するパターン生成部とを備
え、パターン生成部は人の脚部の運動により生じる腰部
付近の各方向の位置および各軸回りの傾きを模擬する施
療パターンを生成し、かつ施療パターンを時間経過に伴
って変化させるものである。この構成によれば、人の脚
部の運動により生じる施療パターンを生成し、しかも施
療パターンを時間経過に伴って変化させるから、座席の
揺動パターンが時間経過に伴って変化し、被訓練者に慣
れが生じにくくなる。つまり、変化に富んだ施療パター
ンで座席を揺動させるから、高い訓練効果を得ることが
できる。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、パターン生成部が、人の脚部の運動により生じる腰
部付近の各方向の位置および各軸回りの傾きを模擬した
基本パターンに、外部負荷に応じた腰部付近の各方向の
位置および各軸回りの傾きの変化を模擬した負荷データ
を適宜のタイミングで加算した施療パターンを生成する
ものである。この構成によれば、人の運動により生じる
変化を模擬した基本パターンに加えて、外部負荷に応じ
た変化を模擬した負荷データを用い、適宜のタイミング
で基本パターンに負荷データを加算することによって施
療パターンを生成するから、施療パターンとしてさらに
変化に富んだパターンで座席を揺動させることができる
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）本実施形態は、図１に示すように、被訓
練者が着席する座席１を駆動手段としてのパラレルメカ
ニズム２により移動させる。パラレルメカニズム２の動
作制御は後述する制御手段である制御装置３により行な
われる。

【０００９】パラレルメカニズム２は、図２に示すよう
に、定位置に固定される固定台２１と、６本の脚２３を
介して固定台２１の上方に支持された可動台２２とを備
える。各脚２３は、固定台２１および可動台２２に対し
てそれぞれユニバーサルジョイント２４ａ，２４ｂを介
して結合されている。また、各脚２３は、固定台２１に
ユニバーサルジョイント２４ａを介して結合したサポー
ト筒２３ａと、サポート筒２３ａの中に進退自在に挿入
されたボールねじよりなるロッド２３ｂと、ロッド２３
ｂに噛合するギアを備え正逆の回転に伴ってロッド２３
ｂを進退させるアクチュエータ２３ｃとからなる。ロッ
ド２３ｂの先端部はユニバーサルジョイント２４ｂを介
して可動台２２に結合される。したがって、各脚２３の
アクチュエータ２３ｃをそれぞれ制御してロッド２３ｂ
の進退量を調節すれば固定台２１に対する可動台２２の
位置を適宜に調節することができる。

【００１０】６本の脚２３は、２本ずつが近接するよう
に固定台２１に結合され、また、固定台２１に対して近
接して結合されている脚２３同士を離して可動台２２に
結合してある。このような構成によって、互いに直交す
る３方向の平行移動と、各方向の軸を中心とする回転移
動との６自由度の制御が可能になる。つまり、可動台２
２は前後、左右、上下の直進往復移動と前後軸、左右
軸、上下軸の回りでの回転往復移動とを組み合わせた移
動が可能になり、結果的に可動台２２に結合された座席
１は６自由度で移動する。パラレルメカニズム２の可動
台２２は、現実的には上述のような直進移動と回転移動
とに分解した動作よりも、むしろそれらの複合した動作
を行なうことになる。

【００１１】以下の説明を容易にするために、座席１を
中心とする座標系を導入する。すなわち、座席１の前後
方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸
方向とし、原点をパラレルメカニズム２の固定台２１の
中心とする右手系の直交座標系を設定する。しかして、
パラレルメカニズム２の可動台２２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向、Ｚ軸方向の３方向の位置が可変であるとともに、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りの傾きが可変になる。Ｘ軸
回りの回転をロール、Ｙ軸回りの回転をピッチ、Ｚ軸回
りの回転をヨーと呼ぶ。

【００１２】制御装置３はコンピュータ装置を用いて構
成されたものであり、図３に示すように、データ入力部
３１から基本パターン記憶部３２にあらかじめ書き込ま
れた制御情報に基づいてパラレルメカニズム２を制御す
る。データ入力部３１としては、人の尾骨付近に取り付
けた３次元センサ（磁気計測器やジャイロセンサなど）
を用いたり、人の腰部付近に取り付けた反射球（球状の
反射物）の位置を撮像した画像を解析するものを用い
る。基本パターン記憶部３２は半導体メモリよりなり、
基本パターン記憶部３２に格納された制御情報は、演算
部３０においてパラレルメカニズム２の各脚２３の長さ
に変換される（このような変換演算を逆運動学計算とい
う）。演算部３０での演算結果はアクチュエータ制御部
３３に与えられる。アクチュエータ制御部３３では演算
部３０で求めた各脚２３の長さに応じたアクチュエータ
２３ｃの動作量を決め、駆動部３４を介してアクチュエ
ータ２３ｃを駆動する。駆動部３４はアクチュエータ制
御部３３で決められた動作量に基づいてアクチュエータ
２３ｃへの通電を制御する。

【００１３】ところで、基本パターン記憶部３２に格納
される制御情報は、表１のように、座席１に関して、Ｘ
軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ
_i（ｉは正数）と、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの傾
き（ロール、ピッチ、ヨー）θ_Xi，θ_Yi，θ_Zi（ｉは正
数）との６つ組を一定時間間隔で設定したものである。
この制御情報は、人が脚による運動を行なったときの腰
部付近の振動を模擬したデータであり、遅い歩行、速い
歩行、駆け足、ジャンプ、スキップ、スクワットなどの
各運動における一連の振動パターンが格納されている。
ここに一連の振動パターンとは、ほぼ周期性を有してい
る上述の各振動の１周期分の振動パターンという意味で
ある。以下では、一連の振動パターンを基本パターンと
いう。このような基本パターンを１周期よりも十分に短
い一定時間間隔で区切るとともに、各区切りごとに上記
６つ組を設定することになる。なお、１回の測定結果か
ら基本パターンを決定すると標準的な基本パターンを得
られないことがあるから、数人の測定結果の平均値、あ
るいは１人について数回の測定結果の平均値を基本パタ
ーンとして用いるのが望ましい。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１のような制御情報（基本パターン）に
基づいて、演算部３０では表１の各時刻のデータに逆運
動学計算を施すとパラレルメカニズム２の各脚２３の長
さＬ _ij（ｉ＝１〜６、ｊは正数）を求めることができ
る。つまり、表２のように、一定時間間隔での６本の脚
（表２では脚１〜６で表してある）２３の長さＬ_ijが求
められる。

【００１６】

【表２】

【００１７】データ入力部３１で取り込んだ計測データ
の例を図４、図５に示す。図４は通常の歩行による計測
データを示し、図５はその場で駆け足をした場合の計測
データを示す。また、それぞれの計測データから得た制
御情報を図６、図７に示す。ここで、図４の歩行による
計測データのうちＸ軸方向（つまり、前後方向）の成分
は歩行により前進する成分を含むから、この前進を等速
移動とみなして移動成分を除去する。要するに移動量を
時間で除算した傾きを有する直線と計測データとの差を
用いて制御情報を生成する。基本パターン記憶部３２に
は各運動をそれぞれ模擬する基本パターンが複数種類格
納されており、演算部３０では基本パターンを接続する
ことにより施療パターンを生成する。つまり、基本パタ
ーンは振動の１周期分のデータであるから、パラレルメ
カニズム２を継続して動作させるには基本パターンを接
続して連続的な施療パターンを生成しなければならな
い。また、本発明の目的である慣れを生じさせないため
には、時間経過に伴って施療パターンを変化させなけれ
ばならない。そこで、基本パターンを接続するとともに
時間経過に伴って基本パターンの種類を変化させる。

【００１８】このように施療パターンが複数の基本パタ
ーンを各種に組み合わせて生成されるから、比較的少数
の基本パターンを用いながらも複雑な施療パターンを生
成することができ、単調な施療パターンの繰り返しによ
る被訓練者の慣れを防止することが可能である。しか
も、施療パターンは基本パターンの組み合わせであるか
ら経済的に生成することができる。

【００１９】以上の説明から明らかなように、パターン
生成部は基本パターン記憶部３２と演算部３０とにより
構成される。また、演算部３０で生成された施療パター
ンは上述のようにアクチュエータ制御部３３および駆動
部３４を通してパラレルメカニズム２に与えられ、パラ
レルメカニズム２の動作によって座席１が揺動するので
ある。

【００２０】ところで、基本パターンにおける最初の６
つ組と最後の６つ組とは同内容に設定してある。また、
互いに異なる基本パターンにおいても、最初の６つ組と
最後の６つ組とは同内容に設定してある。このことによ
って、異なる種類の基本パターンを接続する場合でも、
基本パターンの終了時点で次の基本パターンに移行させ
れば、違和感なく異なる基本パターンに移行させること
ができるのである。なお、基本パターンの選択は基本パ
ターン記憶部３２に格納されたデータに基づいて演算部
３０が行なう。つまり、基本パターンの順序と繰り返し
の時間（回数でもよい）とはタイムテーブルとして基本
パターン記憶部３２に格納されており、これを演算部３
０が読み込んで基本パターンを選択するのである。さら
に、施療パターンが単調になるのを防止するために、タ
イムテーブルにおける基本パターンの種類や順序、継続
時間などを乱数に基づいて決定してもよい。

【００２１】（実施形態２）実施形態１における施療パ
ターンは人の運動を模擬するものであったが、本実施形
態では外部負荷を加味した施療パターンを生成するもの
である。ここに外部負荷とは、進路の傾斜、乗り物（電
車やバス）の揺れ、石などでのつまずきのように、基本
パターンに変化を与えるような外的な要因を意味する。
このような外部負荷を施療パターンに加味するために、
本実施形態では、図８に示すように、図３に示した実施
形態１の構成に、負荷データ入力部３５および負荷デー
タ記憶部３６を追加している。

【００２２】負荷データ入力部３５にはキーボードやポ
インティングデバイスのような入力装置を用いることが
できる。また、乗り物の揺れなどに関する情報を入力す
るときには、振動センサなどを用いて実際の揺れを検出
してもよい。あるいはまた、実施形態１と同様に人の動
きに関する計測データを求めるようにし、外部負荷の有
るときと外部負荷の無いとの差を外部負荷に関する情報
として入力してもよい。負荷データ記憶部３６は半導体
メモリである。負荷データ記憶部３６は基本パターン記
憶部３２と同じ半導体メモリの一部領域で実現してもよ
い。

【００２３】演算部３０では、基本パターン記憶部３２
に格納された基本パターンと負荷データ記憶部３６に格
納された負荷データとを加算することによって施療パタ
ーンを生成する。つまり、負荷データは基本パターンと
同じ時間間隔で各軸方向の位置と各軸回りの傾きとの６
つ組を並べたデータであって、たとえば表３のような形
で格納されている。

【００２４】

【表３】

【００２５】また、負荷データは表４のような形で設定
されている。

【００２６】

【表４】

【００２７】表３と表４とを比較すればわかるように、
負荷データは基本パターンの１周期内の一部の期間に重
複するように設定されており、この期間において基本パ
ターンの各値に負荷データの各値が加算され、表５のよ
うなデータが生成されるのである。

【００２８】

【表５】

【００２９】このようにして生成された表５のような一
連のデータを接続することにより施療パターンを生成す
るのである。施療パターンの生成の方法は実施形態１と
同様であり、一連のデータの最初と最後との６つ組を同
じ内容とし、かつ時間経過に伴って基本パターンを変化
させるようにしてある。なお、表５中において、Ｘ_2iは
Ｘ_0i＋Ｘ_1iであってｉは正数である。要するに、基本パ
ターンに含まれる各６つ組と負荷データに含まれる各６
つ組とのうち同時刻のものは、両者を加算して用いるの
である。ただし、負荷データは基本パターンに常時加算
する必要はなく、必要に応じて加算する。たとえば、坂
道を模擬する負荷データであれば平坦な道を模擬してい
る期間には不要であるから、基本パターンのみで施療パ
ターンを生成し、坂道を模擬する期間にのみ基本パター
ンに負荷データを加算する。どの負荷データをいつ基本
パターンに加算するかは、実施形態１における基本パタ
ーンの種類および期間の選択と同様にタイムスケジュー
ルとして負荷データ記憶部３６に格納される。演算部３
０ではこのタイムスケジュールに従って負荷データを基
本パターンに加算するのである。

【００３０】本実施形態の他の構成および機能は実施形
態１と同様であり、本実施形態では負荷データを加算す
ることによって実施形態１よりもさらに変化に富んだ施
療パターンを生成することができて、被訓練者の慣れを
防止する効果がさらに高くなる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明は、被訓練者が着座する
座席と、座席の前後方向、左右方向、上下方向の位置を
変化可能とするとともに前後軸、左右軸、上下軸の回り
の傾きを変化可能とする駆動手段と、座席の各方向の位
置および各軸回りの傾きを駆動手段に指示する施療パタ
ーンを生成するパターン生成部とを備え、パターン生成
部は人の脚部の運動により生じる腰部付近の各方向の位
置および各軸回りの傾きを模擬する施療パターンを生成
し、かつ施療パターンを時間経過に伴って変化させるも
のであり、人の脚部の運動により生じる施療パターンを
生成し、しかも施療パターンを時間経過に伴って変化さ
せるから、座席の揺動パターンが時間経過に伴って変化
し、被訓練者に慣れが生じにくくなり、その結果、変化
に富んだ施療パターンで座席を揺動させて、高い訓練効
果を得ることができるという利点を有する。しかも、人
の脚部の運動により生じる施療パターンを生成するか
ら、下肢に障害を持つ被訓練者が脚部の運動に伴って用
いる上半身の筋力や平衡感覚を維持するために用いるこ
とができる。

【００３２】請求項２の発明のように、パターン生成部
が、人の脚部の運動により生じる腰部付近の各方向の位
置および各軸回りの傾きを模擬した基本パターンに、外
部負荷に応じた腰部付近の各方向の位置および各軸回り
の傾きの変化を模擬した負荷データを適宜のタイミング
で加算した施療パターンを生成するものでは、人の運動
により生じる変化を模擬した基本パターンに加えて、外
部負荷に応じた変化を模擬した負荷データを用い、適宜
のタイミングで基本パターンに負荷データを加算するこ
とによって施療パターンを生成するから、施療パターン
としてさらに変化に富んだパターンで座席を揺動させる
ことができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す斜視図である。

【図２】同上に用いるパラレルメカニズムの斜視図であ
る。

【図３】同上のブロック図である。

【図４】同上の計測データの一例を示す図である。

【図５】同上の計測データの一例を示す図である。

【図６】同上の基本パターンの一例を示す動作説明図で
ある。

【図７】同上の基本パターンの一例を示す動作説明図で
ある。

【図８】本発明の実施形態２を示すブロック図である。

【符号の説明】

１座席２パラレルメカニズム３制御装置３０演算部３１データ入力部３２基本パターン記憶部３３アクチュエータ制御部３４駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田幸男大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者野村淳二大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被訓練者が着座する座席と、座席の前後
方向、左右方向、上下方向の位置を変化可能とするとと
もに前後軸、左右軸、上下軸の回りの傾きを変化可能と
する駆動手段と、座席の各方向の位置および各軸回りの
傾きを駆動手段に指示する施療パターンを生成するパタ
ーン生成部とを備え、パターン生成部は人の脚部の運動
により生じる腰部付近の各方向の位置および各軸回りの
傾きを模擬する施療パターンを生成し、かつ施療パター
ンを時間経過に伴って変化させることを特徴とするバラ
ンス訓練装置。
【請求項２】パターン生成部は、人の脚部の運動によ
り生じる腰部付近の各方向の位置および各軸回りの傾き
を模擬した基本パターンに、外部負荷に応じた腰部付近
の各方向の位置および各軸回りの傾きの変化を模擬した
負荷データを適宜のタイミングで加算した施療パターン
を生成することを特徴とする請求項１記載のバランス訓
練装置。