JPWO2009122556A1

JPWO2009122556A1 - 運動補助装置

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Publication number: JPWO2009122556A1
Application number: JP2010505214A
Authority: JP
Inventors: 葉一四宮; 尚久小澤; 後藤　孝夫; 孝夫後藤; 和弘越智; 直人白澤; 長野　正樹; 正樹長野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2011-07-28
Also published as: WO2009122556A1; EP2269555A1; KR20100132526A; CN101983048A; US20110015550A1; TW200946171A

Abstract

使用者の足を載せるステップ２と、該ステップ２を動かすことでステップに載せた足に運動を行わせるステップ駆動手段５と、上記ステップの可動範囲を、ステップに加えられる荷重に応じて上記ステップ駆動手段によるステップの可動範囲から広げる可動域変更手段を備える。使用者が意識してステップに加える荷重を増大させれば、ステップの可動範囲が広がる。

Description

本発明は、使用者の脚部の運動を促す運動補助装置、殊に他動運動を脚部に与える運動補助装置に関するものである。

使用者が自発的に筋力を発揮するのではなく、使用者の身体に外力を与えることで使用者の筋群に伸縮を行わせる他動運動によって運動効果を得る運動補助装置が種々提案されており、脚部を対象とし且つ使用者が立位で使用するものとしては、変形性膝関節症の予防や歩行訓練を目的として歩行運動を模擬する装置が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載の訓練装置は、左右の足をそれぞれ載せる一対のステップに、前後左右の直進往復運動を組み合わせた動きを与えることで、擬似的なスケーティング動作を使用者に行わせるとともに、前後動における左右のステップの位相差と、左右動における左右のステップの位相差とを０度〜３６０度の範囲で設定することができるようにしたもので、始動直後には位相差を１８０度とし、その後、位相差を変化させて左右の足が同一の前後方向に動く期間を増やす動作が記載されている。各ステップは駆動装置によって上記動きを行うことから、上記ステップに左右の足を載せた使用者は自発的ないし能動的に運動を行う必要はなく、ステップの移動に伴い他動運動を脚部が行うことになる。

また、特許文献２に記載の歩行体験装置は、左右一対の歩行板を歩行板水平駆動装置により駆動するとともに、足の高さ位置や足裏の傾斜角度を変化させるために歩行板を前後方向において回動させる構成も備えており、更には足の向きを変化させるために左右の回転も可能なものとなっている。
特開２００３−２９０３８６号公報特開平１０−５５１３１号公報

上記特許文献１に記載のものは、足位置と重心位置とをずらすスケーティング動作で大腿直筋やハムストリングスを中心とした筋肉を鍛えることを想定しており、このために腓腹筋やひらめ筋のような下腿部の筋群を伸縮させるべく、ステップをジンバルで支持してステップの傾斜角度が自由に変化するようにしている。従って使用するにあたっては脚部に筋力がないと、安定した運動を得ることはできない上に、一般的にスケーティング動作は膝への負担が大きいことから変形性膝関節症の予防のための運動は可能でも膝痛が生じていると使用できない虞がある。

特許文献２に記載のものは、脚部筋群に歩行時と同じ伸縮を行わせる歩行動作を模擬することを想定したものであり、静脈環流の促進という点では好ましいものとなっている。しかし、膝関節への負担は歩行時と同程度となるために、膝痛が生じている使用者では使用できない可能性がある。

このために下腿部の筋群の伸縮を促して脚部の静脈環流を促進するにあたり、膝痛を伴わないものが特にリハビリテーションを目的とする場合に強く望まれており、この要求に対応するために、ステップの可動範囲を小さくしたり、ステップの可動方向を膝への負担が小さくなる方向とすることで、いわゆる他動運動のみを使用者の脚に対して加えられるようにしたものが提案されている。

しかし、このような他動運動のみを行えるようにしたものにおいては、逆に使用者が更に積極的な運動を行いたくても、これに応ずることができないという問題を有している。もちろん、ステップの可動範囲を調節できるようにしたり、ステップの可動方向を調節することができるようにすることでも対応することはできるが、この場合、他動運動のみを希望している使用者が可動範囲を広げた状態のままで運動を行ってしまう虞があり、これは時として使用者に大きな負担をかけてしまう。

本発明はこのような点に鑑みて為されたもので、使用者の意志に応じてステップの可動範囲を広げて使用者の運動量を大きくすることができる運動補助装置を提供することを課題とする。

本発明は、使用者の足を載せるステップと、該ステップを動かすことでステップに載せた足に運動を行わせるステップ駆動手段と、上記ステップの可動範囲を、ステップに加えられる荷重に応じて上記ステップ駆動手段によるステップの可動範囲から広げる可動域変更手段を有していることに特徴を有している。

上記ステップ駆動手段は、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左右一対のステップを往復スライド移動させるものであり、上記可動域変更手段は、ステップの往復スライド範囲を広げるものを用いることができるほか、上記ステップ駆動手段は、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係を変化させてステップに載せた足に底背屈動作を行わせるものであり、上記可動域変更手段は、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係の変化範囲を広げるものも王手機に用いることができ、更には上記ステップ駆動手段は、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左右一対のステップを往復スライド移動させるとともに、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係を変化させてステップに載せた足に底背屈動作を行わせるものであり、上記可動域変更手段は、ステップの往復スライド範囲と、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係の変化範囲とのうちの少なくとも一方の範囲を広げるものであってもよい。

そして上記ステップは、スライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、上記ステップ駆動手段は、往復動付与部材と、上記ステップに連結された従動部材とからなり、往復動付与部材による往復動を受けてステップに往復動を伝える上記従動部材が上記ステップの回転軸を中心とする回動を行わせるものが好ましく、特に上記ステップ駆動手段は、上記ステップに一端が連結され且つ他端が固定点に回動自在に連結されたリンクと、該リンクを往復回動させる往復動付与部材とからなり、往復動付与部材によるリンクの回動で上記ステップに上記スライド方向の往復動を行わせるとともに上記ステップとリンクとの連結点の高さを変化させるものを好適に用いることができ、この場合、この場合、可動域変更手段としては、上記リンクの長さを可変としたものを用いることができる。

また、上記ステップが、スライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、上記ステップ駆動手段は、往復動付与部材と、ステップに連結されているとともに上記往復動付与部材による往復動をステップに伝達するカム機構とからなり、該カム機構が往復動付与部材による上記スライド方向の往復動に伴ってステップとの連結点の高さを変化させるものであってもよい。

上記往復動付与部材がクランク機構である場合、上記可動域変更手段は上記クランク機構におけるコネクティングロッドの長さを可変としたものであってもよい。

また、ステップに加えられる荷重を検出する荷重検出手段と、該荷重検出手段で検出されるとともにステップ駆動手段によるステップの動作に応じて変化する荷重値が複数回連続して閾値を越える時に、可動域変更手段に可動域の増大を行わせる制御手段を備えていることが好ましい。

可動域変更手段が可動域の増大を行ったことを表示する表示手段を備えたものとするのも好ましい。このほか、上記ステップが上面に配されているとともにステップ駆動手段が内部に配された基台を備えており、上記ステップはその可動範囲の全域において基台上面よりも常に高い位置にあることが好ましい。

本発明の運動補助装置は、ステップ駆動手段によるステップの駆動がステップに載せた足に他動運動のみを与えるものであっても、ステップに載る使用者が脚に力を加えてステップにかかる荷重を増やせば、ステップの可動範囲が広くなるものであり、このために他動運動に加えて使用者の積極的な運動（自動運動）も行うことができ、また安全性が問題となることもないものである。

またステップ駆動手段が、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左右一対のステップを往復スライド移動させるものであり、可動域変更手段が、ステップの往復スライド範囲を広げるものであると、ステップのスライドによる大腿部及び下腿部の筋群の伸縮を促すことと、ステップへの荷重を増やしてスライド動作の可動範囲を広げることによる上記筋群への負荷の増加を行うことができる。

ステップ駆動手段が、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係を変化させてステップに載せた足に底背屈動作を行わせるものであり、可動域変更手段が、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係の変化範囲を広げるものであると、足関節に底屈及び背屈の動きを与えることができる上に、ステップへの荷重を増やせば底屈及び背屈の動作を更に促すことができて足関節の可動範囲を広げることができる。

そしてステップ駆動手段及び可動域変更手段が、上記２つの構成を共に備えるものであれば、上記２つの効果を同時に得ることができる。

更に、ステップがスライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、上記ステップ駆動手段は、往復動付与部材と、上記ステップに連結された従動部材とからなり、往復動付与部材による往復動を受けてステップに往復動を伝える上記従動部材が上記ステップの回転軸を中心とする回動を行わせるものであると、スライド動作とスライド動作と足関節に底背屈動作を行わせることになる動作とをステップに与えることを簡便な機構で実現することができる。

特にステップが、スライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、ステップ駆動手段が、上記ステップに一端が連結され且つ他端が固定点に回動自在に連結されたリンクと、該リンクを往復回動させる往復動付与部材とからなり、往復動付与部材によるリンクの回動で上記ステップに上記スライド方向の往復動を行わせるとともに上記ステップとリンクとの連結点の高さを変化させるものであると、スライド動作と足関節に底背屈動作を行わせることになる動作とをステップに与えることを簡便な機構で実現することができ、この時、可動域変更手段が、上記リンクの長さを可変としたものであれば、ステップへの荷重付加に応じてステップの可動範囲を広げることを容易に行うことができる。

さらにステップが、スライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、ステップ駆動手段が、ステップを上記スライド方向に往復駆動する往復動付与部材と、ステップに連結されてステップの上記スライド移動に伴ってステップとの連結点を上下動させるカム機構とからなり、往復動付与部材による上記スライド方向のステップの往復動に伴って上記カム機構がステップとの連結点の高さを変化させるものであると、スライド動作と足関節に底背屈動作を行わせることになる動作とをステップに与えることを簡便な機構で実現することができる。

また、往復動付与部材がクランク機構であり、可動域変更手段が上記クランク機構におけるコネクティングロッドの長さを可変としたものであっても、ステップへの荷重付加に応じてステップの可動範囲を広げることを容易に行うことができる。

ステップに加えられる荷重を検出する荷重検出手段と、該荷重検出手段で検出されるとともにステップ駆動手段によるステップの動作に応じて変化する荷重値が複数回連続して閾値を越える時に、可動域変更手段に可動域の増大を行わせる制御手段を備えたものでは、使用者の不用意な動きがステップの可動域を増大させてしまう虞をなくすことができるために、更に安全性を高くすることができる。

可動域変更手段が可動域の増大を行ったことを表示する表示手段を設けたならば、ステップの可動域が拡大された状態にあるかどうかを容易に認識することができる。

そしてステップが上面に配されているとともにステップ駆動手段が内部に配された基台を備えており、上記ステップはその可動範囲の全域において基台上面よりも常に高い位置にあると、ステップから足がはみ出しても基台との間で足を挟んでしまう事態を避けることができる。

本発明の実施の形態の一例の外観を示す斜視図である。同上のステップとステップ駆動手段を示す透視平面図である。同上のステップ駆動手段の動作を示す説明図である。 (a)は同上のリンクの概略断面図、(b)はリンクの他例の概略断面図である。同上の荷重検出手段の出力電圧のタイムチャートである。同上の可動範囲拡大に関する動作のフローチャートである。ステップ駆動手段の他例を示す動作説明図である。同上の部分断面図である。

符号の説明

１基台
２ステップ
３手摺り
４操作パネル
５ステップ駆動手段

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明すると、図示例に係る運動補助装置は、上面に左右一対のステップ２，２が配されている基台１と、この基台１から立ち上がる左右の手摺り３，３と、基台１の前方側に上記手摺り３，３を利用して配設した操作パネル４と、上記基台１内に配設されて上記ステップ２，２の駆動を担うステップ駆動手段５とからなり、使用者は左右の手摺り３，３を掴んで上記ステップ２，２に左右の足を載せて立ち、この状態で上記ステップ駆動手段５を作動させてステップ２，２を動かすことで、使用者の脚部に対して他動運動を行わせるものである。

上記ステップ２，２は、使用者の足裏全体を載せることができる寸法のもので、その上面は摩擦係数を大きくする材料ないし形状が用いられており、ステップ駆動手段５による前後左右方向への往復スライド動作に伴い、ステップ２の前端側と後端側との高さ位置関係を変化させることで、ステップ２に載せた使用者の足に対し、そのつま先側を下げる底屈(plantar flexion)動作と、つま先側を上げる背屈(dorsi flexion)動作とを繰り返し行わせる。ステップ２，２にこの動きを行わせるステップ駆動手段５を図２及び図３に示す。

ここで示すステップ駆動手段５は、ステップ２に前後左右のスライド動作に加えて、ステップ２の前端側と後端側との高さ位置関係を変化させる動作も行うもので、ベース板５０（もしくは基台１の底板）の左右上面には夫々ガイドレール５１，５１が固定されており、各ガイドレール５１には底部にガイドレール５１に沿ってスライド自在なスライダー部を備えたスライドブロック５２が夫々取り付けられている。そして各スライドブロック５２の上面側には回転軸５３が設けられており、この回転軸５３によってプレート状のステップ２が回転軸５３の軸回りに回動自在に支持されている。また、これらのステップ２，２は、その一端（後端）側とベース板５０とがリンク５４によって連結されている。なお、リンク５４一端とベース板５０との連結部及びリンク５４他端とステップ２との連結部には、夫々自在継手６０，６０が設けられている。

ベース板５０上の左右のスライドブロック５２，５２間には、駆動用のモータ５５が設置されて、その出力軸にはウォーム５６が設けられており、一対のウォームホイール５７，５７がウォーム５６の左右に配設されている。上記ウォーム５６に共に噛み合うウォームホイール５７，５７は各々偏心軸５８，５８を備えており、該偏心軸５８がコネクティングロッド５９によって上記リンク５４に連結されている。なお、偏心軸５８を備えるウォームホイール５７と上記リンク５４とは上記ガイドレール５１の長手方向において離れたところに位置し、この両者をつなぐコネクティングロッド５９の一端と偏心軸５８との連結部並びにコネクティングロッド５９他端とリンク５４との連結部にも自在継手６０，６０が設けられている。

今、モータ５５によってウォーム５６及びウォームホイール５７を介して偏心軸５８を回転させる時、偏心軸５８と共にクランク機構を構成するコネクティングロッド５９はリンク５４にそのベース板５０側の自在継手６０を中心とした揺動動作を行わせる。この揺動動作のうち、ガイドレール５１の長手方向と一致する成分の動きによって、スライドブロック５２，５２及びステップ２はガイドレール５１に沿った方向の往復スライド動作を行う。

ここにおいて、図示例では左右のガイドレール５１，５１を平行に設けずに、前端側（ステップ２に足を載せた時につま先側が位置する方）のガイドレール５１，５１間の間隔を、後端側の間隔よりも広くしてベース板５１０に設けていることから、Ｖ字形配置となっているガイドレール５１，５１に夫々取り付けられたスライドブロック５２及びステップ２は、前方側に移動する時に側方に広がるように移動する。

ちなみに図示例でのＶ字形配置となっている両ガイドレール５１，５１の開き角αはほぼ９０°〜１３５°に設定している。これはステップ２に足を載せた状態でステップ２を移動させても、膝に作用するせん断力が大きくならないようにしたためであり、前記ベース板５０を基台１に対して移動させることができるようにしておくことで、上記開き角αを可変としておくことも好ましい。

また、リンク５４の揺動動作により、リンク５４とステップ２との連結部は上下方向にも動き、これに伴ってステップ２は回転軸５３を中心とする回動も行うことになるが、上記スライド動作のストロークの中程でステップ２が水平状態となり、上記ストロークの一端ではリンク５４が接続されたステップ２の後端側が持ち上げられ、上記ストロークの他端ではステップ２の後端側が引き下げられるように偏心軸５８とリンク５４とをコネクティングロッド５９で連結している。

このために、ステップ２はガイドレール５１に沿ったスライド動作を行うと同時に、前方側に移動した時につま先側が下がり、後方側に移動した時に踵側が下がる回動動作も行う。

また、図２からも明らかなように、ステップ２の回動中心となる回転軸５３は、ステップ２の長手方向と直交する方向で且つステップ２の長手方向中央よりも後端寄りの位置に設けているとともに、回転軸５３の軸方向はガイドレール５１の長手方向と直交させずに、ステップ２の前端側（つま先側）がガイドレール５１よりも内側に振った方向に位置するようにしてある。

ここで、両ステップ２，２の間隔はその前端側が後端側より広くなっているのであるが、この開き角βは１０〜３０ °の範囲に設定してある。このために使用者は立位において脚部の筋群を弛緩させた状態（リラックスした状態）で足を両ステップ２，２に載せることができる。

また、ステップ駆動手段５による左右のステップ２，２の駆動は、ウォーム５６と噛み合う一対のウォームホイール５７，５７に設けた偏心軸５８の位置をずらして、右足側のステップ２が前進する時、左足側のステップ２が後退し、左足側のステップ２が前進する時、右足側のステップ２が後退するように、つまりは互いに逆位相で動作するように設定してある。この両ステップ２，２の動きは、ウォーム５６に噛み合う二つのウォームホイール５７、５７で左右に動力を振り分けているために常に同期したものとなっている。

上記のように構成した運動補助装置を用いて運動を行うにあたっては、手摺り３を掴んだ状態で左右のステップ２，２上に左足と右足とを載せて立ち、操作パネル４に配されている動作スイッチを投入することで上記ステップ駆動手段５を作動させれば、前述のように左右のステップ２，２は前後左右への動きを逆位相で行うとともに、各ステップ２は前進時に前端側が下がり、後退時に後端側が下がる回動動作を行う。

このためにステップ２，２に足を載せた使用者は、ステップ２の動きに併せて前後且つ左右に足が動かされることになるとともに、ステップ２の回動によって足関節に底屈と背屈の動作が加えられることになる。この場合、左右のステップ２，２は１８０°の位相差を持って前後左右に動くために、ステップ２，２上に立つ使用者の前後方向の重心移動が少なく、このためにバランス機能が低下している使用者であっても、ステップ２の移動でバランスを崩してしまうことは殆どない。

上記ステップ２，２の前後左右方向の逆位相の動きに伴う足位置の変化は、歩行運動に近い位置変化となるために、少なくとも下腿部の筋群を歩行時と同様に伸縮させることになる。また、前後動における後端位置では足位置が使用者の重心よりも後方になるために、端位置では大腿部の後側から臀部の筋肉を緊張させることができる。

通常の歩行運動では主として前後方向に足位置を移動させることになるが、左右方向への移動も複合させた動きの場合、前後のみ、あるいは左右のみの場合に比して、使用者の体幹が捻れる結果、内臓に刺激を与えることができるとともに、使用者のバランスをより積極的に複合的な方向に崩すことになることから、下腿部と大腿部とのより多くの筋群（内転筋、大腿直筋、内側広筋、外側広筋、大腿二頭筋、半腱様筋、半膜様筋など）に刺激を与えることができるために、他動運動であり且つ軽負荷であるものの、筋が取り込む糖量が多くなるために、２型糖尿病の改善効果を期待することができる。

そして、上記背屈時にはアキレス腱が伸長されるために、足首の可動範囲を広げることができ、底屈時には爪先に力がかかることによって外反母趾を軽減することができる。また、底屈と背屈とを繰り返すことで、腓腹筋やひらめ筋を主とする下腿部の筋群を伸縮させることができ、これらの筋群の伸縮は脚部における静脈環流を増加させて脚部のむくみを解消することができる。

左右のステップ２，２の前後左右のスライド動作の位相差は、前述のステップ駆動手段５の構成から明らかなように、ウォームホイール５７に設けた偏心軸５８の位置で定まることから、つまりはウォームホイール５７とウォーム５６との噛み合わせ位置に応じて定まることから、この噛み合わせ位置の変更により、任意の位相差に設定することができ、両ステップ２，２を同位相で動かすことも容易に行うことができる。そして、同位相で動かした場合、使用者には前後の重心移動が生じることから、単に脚部の筋群の運動になるだけでなく、バランスを保つための腰背部などの筋群も運動させることができる。

手摺り３を掴んで他動の運動を行うことができるために、バランスを崩すことがあっても、転倒などを招くことはないが、図示例ではバランスを崩した場合の安全性の向上のために、手摺り３にステップ駆動手段５の作動を停止させる非常停止スイッチ３１を設けて、何らかのアクシデントが生じた時、手摺り３を掴む手で非常停止スイッチ３１を容易に押すことができるようにしてある。

ステップ２に圧力センサーなどで構成した荷重検出手段Ｓを配置し、ステップ駆動手段５でステップ２を動かしている間に加重検出手段Ｓで加重が検出されなくなった時にステップ駆動手段５を停止させるようにしてもよく、この場合、バランスを崩してステップ２から足が離れたならば、自動的に停止するものを得ることができる。

上記ステップ駆動手段５を内部に納めた基台１は、図８に示すようにその天板１０に開口部１１を備えているとともに、天板１０よりも上方側に位置するステップ２と基台１内に配されたステップ駆動手段５とは上記開口部１１内において連結されており、更にステップ２はその回転軸５３を中心とする回動範囲の全域（後述する拡大域を含む）において、ステップ２全体が常に天板１０よりも上方に位置する高さに設置されている。

このためにステップ２に載せた足がステップ２の上面から周囲にはみ出ることがあっても、天板１０との間で挟み込まれてしまうことはない。また、図８に示すように、ステップ２の周縁にスカート部２２を設けるとともに、該ステップ２周囲を囲んでステップ２の前後左右動に合わせて天板１０に対してスライドするスライドカバー２４を設ければ、より安全に使用することができる。ステップ２上に足を固定するためのストラップのような足固定手段を設けることで足の位置ずれを防ぐようにしてもよい。

ところで、上記ステップ駆動手段５を用いたステップ２の駆動では、偏心軸５８とコネクティングロッド５９とからなるクランク機構からなる往復動付与手段における偏心軸５８の偏心量と、リンク５４の長さと、リンク５４とコネクティングロッド５９の連結位置によって、ステップ２のスライド範囲とステップ２の回転軸５３を中心とする回動範囲（回動角度）とが定まっているわけであるが、ここではステップ２の上記回動に併せてステップ２を強く踏み込めば、ステップ２のスライド範囲及び回動範囲が共に広がるようにしてある。

これは上記リンク５４をその長さ調節が自在なものとすることで実現している。この長さ調節に関しては、例えば図４に示すようなラックアンドピニオン機構５４０で連結された２つの部材５４１、５４２で構成して、モータ５４３によるピニオンの回転で長さが変化するものとすればよい。ラックアンドピニオン機構に代えて、ねじ軸とこれに螺合するナットとからなる機構を用いてもよい。また、電圧印加によって延伸する電歪ポリマーを筒状に巻いたアクチュエータ５４４を用いたり、ソレノイドを用いることもできる。なお、長さを変更することができるものであれば、どのような機構を用いてもよい。

そして通常時は、上記リンク５４を短い状態のままにしているが、ステップ２上に載る使用者がステップ２に力を加えることでステップ２にかかる荷重が大きくなった時には、リンク５４の長さを長くすることで、ステップ２の回転範囲を広げるとともに、ステップ２のスライド範囲も広げる。

ここにおいて、ステップ２にかかる荷重は前述の荷重検出装置Ｓで検知しており、ステップ駆動手段５の駆動制御及びステップ２の可動域を拡張するための制御（上記モータ５４３の制御）を司る制御回路は、該荷重検出装置Ｓで検出される荷重値（電圧値）が、使用者の体重に応じて設定される閾値Ｄを越えたならば、上記モータ５４３を駆動してリンク５４の長さを長くし、閾値Ｄを越えなくなれば、リンク５４を元の長さに戻すという制御を行っている。

ただし、荷重検出装置Ｓで検知される荷重は、ステップ２の動作に伴って、殊に回転動作に伴って図５に示すように変化する。このために、ステップ２の回動に伴う変化の１サイクル中の荷重値の最大値が閾値Ｄを越えることが複数回連続すれば、リンク５４の長さを長くし、上記最大値が閾値Ｄを越えないことが複数回連続すれば、リンク５４の長さを短くするという制御を行い、さらにステップ２の可動範囲を広げた時には、操作パネル４における表示部４１にその旨を表示するものとしてある。荷重値は使用者の動作によって変動するために、複数回連続することを条件に入れることで、不用意に可動範囲を広げた状態となることがないようにしているわけである。図６にこの制御のフローチャートを示す。

表示部４１への表示は、図６にも示したように、リンク５４の長さが短くていわゆる他動運動のみを行っている時は、パッシブモードであることを表示し、ステップ２に荷重を加えることでリンク５４の長さが長くなっている時には、アクティブモードであることを表示するのが好ましい。

使用者にしてみれば、ステップ２を強く踏み込む動作を複数回行えば、足の可動範囲がスライド動作についても底背屈動作についても広がることになる。つまりは、ステップ２の動きにつれて足が動く他動運動の状態から、使用者の意思によって積極的に足を動かす運動（自動運動）への切り替えを行うことができる。

上記の例ではステップ２に加えられる荷重に応じてステップ２の可動範囲を広げる可動域変更手段を、長さが可変のリンク５４で形成しているが、前記クランク機構におけるコネクティングロッド５９を上記リンク５４と同様の長さを可変とした構成とすることでも実現することができ、この場合も、図示例の構成では、コネクティングロッド５９の長さの増加に応じて、ステップ２のスライド範囲を増加させることができるとともに、ステップ２のつま先が下がる方向の回動範囲を増加させることができる。

図７にステップ駆動手段５の他例を示す。これは上記実施例におけるリンク５４に代えて、カム板６１と連結プレート６３とを用いたもので、ベース板５０に固定されたカム板６１は前後方向と上下方向とに変位する直線をなす溝状のカム６２を備えている。

連結プレート６３は上記斜め溝であるカム６２に沿ってスライド移動する矩形状のカムフォロア６４を一体的に備えたもので、ステップ２の後端部に回動自在に連結される軸６５を備えている。なお、ステップ２は前記実施例と同様にスライド自在なスライドブロック５２に回転軸５３により回動自在に支持されている。また、上記連結プレート６３には、一端が回転駆動される偏心軸６７に連結されているコネクティングロッド６８の他端が軸６６によって連結されている。

このものにおいて、連結プレート６３の下方側に配した偏心軸６７を回転させたならば、コネクティングロッド６８が連結プレート６３をカム６２に沿って移動させる。この時、カムフォロア６４は上述のように矩形状で且つ連結アーム６３に固定されたものであるために、連結アーム６３は図に示す姿勢を保ったまま、上下に移動すると同時に前後にも移動する。

このために連結アーム６３に連結されているステップ２の連結アーム６３との連結点である後端側が上下に動かされると同時にステップ２が前後にも移動するものであり、ステップ２が前進する時、ステップ２の後端側が持ち上げられてステップ２の前端側（つま先側）が下がり、ステップ２が後退する時にはステップ２の後端側が引き下げられて前端側（つま先側）が上がる。なお、本例においてもステップ２のスライド方向と回転軸５３の軸方向とが直交する関係になくてもよい。

そして、前記実施例と同様に偏心軸５８とコネクティングロッド６８とからなるクランク機構におけるコネクティングロッド６８として図４に示した構成のものを用いることで、スライド範囲を増加させることができ、また拡大されたスライド範囲に応じた長さをカム６２に持たせるとともに、カム６２の上記拡大域がステップ２の回動範囲を広げる形状とすることで、回動範囲も増加させることができる。

最初に示したリンク５４を用いた実施例において、コネクティングロッド５９をリンク５４にではなく、スライドブロック５２に連結してもよい。この場合、リンク５４はガイドレール５１によって規定されるステップ２のスライド方向と平行な方向にのみ回動するように一端をベース板５０に軸を介して取り付けておく。スライドブロック５２と共にステップ２がスライド移動する時、ベース板５０とステップ２とを連結しているリンク５４がベース板５０側の一端を中心に回動し、リンク５４とステップ２との接続点の高さを変化させることでステップ２を回動させる。ただし、本例の場合、ステップ２の可動範囲の拡大は、コネクティングロッド５９の長さを可変とした時には、スライド範囲に対してのみ作用し、リンク５４の長さを可変とした時には、回動範囲に対してのみ作用する。

Claims

使用者の足を載せるステップと、該ステップを動かすことでステップに載せた足に運動を行わせるステップ駆動手段と、上記ステップの可動範囲を、ステップに加えられる荷重に応じて上記ステップ駆動手段によるステップの可動範囲から広げる可動域変更手段を有していることを特徴とする運動補助装置。
上記ステップ駆動手段は、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左右一対のステップを往復スライド移動させるものであり、上記可動域変更手段は、ステップの往復スライド範囲を広げるものであることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
上記ステップ駆動手段は、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係を変化させてステップに載せた足に底背屈動作を行わせるものであり、上記可動域変更手段は、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係の変化範囲を広げるものであることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
上記ステップ駆動手段は、使用者の左右の足をそれぞれ載せる左右一対のステップを往復スライド移動させるとともに、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係を変化させてステップに載せた足に底背屈動作を行わせるものであり、上記可動域変更手段は、ステップの往復スライド範囲と、ステップの前端側と後端側との高さ位置関係の変化範囲とのうちの少なくとも一方の範囲を広げるものであることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
上記ステップは、スライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、上記ステップ駆動手段は、往復動付与部材と、上記ステップに連結された従動部材とからなり、往復動付与部材による往復動を受けてステップに往復動を伝える上記従動部材が上記ステップの回転軸を中心とする回動を行わせるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の運動補助装置。
上記ステップは、スライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、上記ステップ駆動手段は、上記ステップに一端が連結され且つ他端が固定点に回動自在に連結されたリンクと、該リンクを往復回動させる往復動付与部材とからなり、往復動付与部材によるリンクの回動で上記ステップに上記スライド方向の往復動を行わせるとともに上記ステップとリンクとの連結点の高さを変化させるものであることを特徴とする請求項４または５記載の運動補助装置。
上記ステップは、スライド自在に支持されたスライドユニットに対して回転軸によって回動自在に取り付けられたものであり、上記ステップ駆動手段は、往復動付与部材と、ステップに連結されているとともに上記往復動付与部材による往復動をステップに伝達するカム機構とからなり、該カム機構が往復動付与部材による上記スライド方向の往復動に伴ってステップとの連結点の高さを変化させるものであることを特徴とする請求項４または５記載の運動補助装置。
可動域変更手段は、上記リンクの長さを可変としたものであることを特徴とする請求項６記載の運動補助装置。
上記往復動付与部材はクランク機構であり、上記可動域変更手段は上記クランク機構におけるコネクティングロッドの長さを可変としたものであることを特徴とする請求項６または７記載の運動補助装置。
ステップに加えられる荷重を検出する荷重検出手段と、該荷重検出手段で検出されるとともにステップ駆動手段によるステップの動作に応じて変化する荷重値が複数回連続して閾値を越える時に、可動域変更手段に可動域の増大を行わせる制御手段を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の運動補助装置。
可動域変更手段が可動域の増大を行ったことを表示する表示手段を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の運動補助装置。
上記ステップが上面に配されているとともにステップ駆動手段が内部に配された基台を備えており、上記ステップはその可動範囲の全域において基台上面よりも常に高い位置にあることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の運動補助装置。