WO2016186182A1

WO2016186182A1 - 歩行支援装置

Info

Publication number: WO2016186182A1
Application number: PCT/JP2016/064939
Authority: WO
Inventors: 嘉之山海; 正博高間; 共良川畑; 大雅原; 綾太郎佐邊; マルティンペリス
Original assignee: Cyberdyne株式会社; 国立大学法人筑波大学
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2016-11-24
Also published as: JP6400194B2; EP3299002A4; US10702442B2; US20180140496A1; EP3299002A1; JPWO2016186182A1; EP3299002B1

Abstract

利用者の骨盤の揺動を補助することにより、歩行訓練を容易に行い得る歩行支援装置を提供することを課題とする。歩行支援装置（１）（３０）（４０）（５０）は、利用者の腰部の少なくとも二箇所以上の部位をそれぞれ支持し、当該支持された各部位にそれぞれ独立して外力を与える駆動部（５）と、利用者の歩容を認識する歩容認識部（１４）と、歩容認識部（１４）の認識結果に基づいて、利用者の理想的な歩行動作パターンを設定し、当該歩行動作パターンに合わせて腰部内の骨盤位置が揺動するように、当該腰部の各部位に対して駆動部（５）が与える外力をそれぞれ制御する制御部（２０）とを有する。

Description

歩行支援装置

　本発明は、利用者の歩行支援を行う歩行支援装置に関する。

　従来、脳性麻痺などを伴う歩行障害のため自立した歩行ができない場合、歩行ベルトが循環移動するトレッドミル上を歩かせる歩行訓練を行うことによって、日常生活動作（ＡＤＬ：Activities of Daily Living）の向上といったリハビリテーション効果が得られることが知られている。

　例えば特許文献１のように、環状の歩行面を有する歩行板上において被験者をワイヤで吊り上げておき、歩行板の面荷重の過不足量に応じてワイヤの緊張力を変化させることにより、被験者の体幹の保持力を一定に保つようになされた歩行訓練装置が開示されている。

　また、免荷ベルトにて訓練者を吊り下げておき、訓練者の腰の高さ変化に応じて免荷ベルトの垂れ下がり長さを調節することにより、訓練者の姿勢が崩れても上半身を支持して正常な姿勢に保つようになされた歩行補助システムも開示されている（特許文献２参照）。

　さらに、トレッドミル上を歩かせる歩行訓練による神経リハビリテーション装置において、健常者の正常歩行を規範歩行とした床反力パターンが得られるように、装着者が装着する歩行支援装置のアクチュエータの出力制御により当該装着者の下肢部関節に関節モーメントを付与して床反力を増減するものも提案されている（特許文献３参照）。

特開平０７－２３６６６９号公報特開２０１３－１８３８６３号公報特開２０１０－７５２１３号公報

　しかし、上述の特許文献１及び２のような歩行訓練装置では、利用者の足への荷重を免荷するために体幹部に支持ベルト等を巻きつけるため、健常者の歩行時に現れる骨盤の揺動が抑制されることになる。

　このため骨盤が固定された状態での歩行訓練では、骨盤の揺動が抑制されることから、免荷を外した際の歩行時にも歩行能力を獲得することが困難となる。

　一方、上述の特許文献３のように、利用者の骨盤を固定しない場合でも、床反力パターンに応じて利用者の吊り下げ制御する方法では、利用者が自然に理想的な歩行パターンを習得することが容易ではないという課題が残る。

　本発明は以上の点を考慮してなされたもので、利用者の骨盤の揺動を補助することにより、歩行訓練を容易に行い得る歩行支援装置を提供することを目的とする。

　本発明の実施の形態の歩行支援装置は、利用者の腰部の少なくとも二箇所以上の部位をそれぞれ支持し、当該支持された各部位にそれぞれ独立して外力を与える駆動部と、利用者の歩容を認識する歩容認識部と、歩容認識部の認識結果に基づいて、利用者の理想的な歩行動作パターンを設定し、当該歩行動作パターンに合わせて腰部内の骨盤位置が揺動するように、当該腰部の各部位に対して駆動部が与える外力をそれぞれ制御する制御部とを有することを特徴とする歩行支援装置が提供される。

　本発明によれば、利用者の骨盤の揺動を補助することにより、歩行訓練を容易に行い得る歩行支援装置を実現することができる。

本実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す斜視図である。本実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す背面図である。本実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す側面図である。本実施の形態による歩行支援装置の装着ベルトの装着状態を示す概略図である。動作認識センサの各種態様を示す概念図である。歩行支援装置の制御系の構成を示すブロック図である。歩行動作時における利用者の骨盤の動きを示す概念図である。歩行動作時における利用者の骨盤の動きを示す概念図である。他の実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す側面図である。他の実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す斜視図である。他の実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す斜視図及び側面図である。他の実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す斜視図及び側面図である。他の実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す斜視図及び側面図である。他の実施の形態による歩行支援装置の外観構成を示す斜視図及び背面図である。

　以下、本発明の歩行支援装置を適用した実施の形態について説明する。
（１）本実施の形態による歩行支援装置の構成
　図１乃至図３において、本実施の形態の歩行支援装置１の外観構成を示す。以下では、図１乃至図３に示すように利用者が歩行支援装置１を利用する状態で、利用者を基準にして上下、左右、前後を定義する。このため、図１は、右斜め後方から見た状態を示す斜視図であり、図２は、後方から見た背面図であり、図３は、右側方から見た側面図である。

　歩行支援装置１は、トレッドミル２を基準としたその両側に一対の関係をなす左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒが当該トレッドミル２の四隅から植立され、当該両フレーム３Ｌ、３Ｒ間においてトレッドミル２上を歩行する利用者を全方向から取り囲むような枠体を構成する。

　トレッドミル２は、ローラの回転により循環するように移動する歩行ベルト４を有する。モータ駆動に応じてローラの回転速度を変化させることにより、歩行ベルト４の循環速度を変えることができる。

　左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒは、共にＵ字を天地逆にしたような枠体形状を有し、左右対称に構成されている。左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒは、一例として、様々な体格の利用者の身長よりも高くなるように、トレッドミル２を基準に上方部の高さが設定されている。

　左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒは、共に上方部の間を二軸駆動装置（駆動部）５が橋架するように固定されており、利用者の前方位置には２本のサブフレーム６、７が左右方向に渡すように固定されている。また左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒは、それぞれ利用者の腰部に相当する高さ位置において、前後方向に渡された状態で手すり８Ｌ、８Ｒが固定されている。

　二軸駆動装置５は、同軸中心とする一対の回転軸をそれぞれ出力軸とする駆動モータを有する巻取り部（第１張力調整部及び第２張力調整部）５Ｌ、５Ｒが取り付けられた二軸アクチュエータであり、両方の巻取り部５Ｌ、５Ｒを同軸上に連結し、かつ制御基板（図示せず）が内蔵された断面略半円状の軸状筒体部５Ａとが、両方の巻取り部５Ｌ、５Ｒとともに棒状に一体となって連結されモジュール化されている。

　二軸駆動部５を構成する一対の巻取り部５Ｌ、５Ｒは、それぞれワイヤ（第１ワイヤ及び第２ワイヤ）１０Ｌ、１０Ｒの一端が固定されており、各ワイヤ１０Ｌ、１０Ｒを巻き取ることにより、または巻き戻すことにより、ワイヤ１０Ｌ、１０Ｒの張力を調整する。双方のワイヤ１０Ｌ、１０Ｒの他端は、利用者の腰部に装着される装着ハーネス１１の左右端にそれぞれ固定されている。

　二軸駆動部５を構成する一対の巻取り部５Ｌ、５Ｒのうち、左側の巻取り部（第１張力調整部）５Ｌは、一端が装着ハーネス１１の左側に相当する部位に固定されたワイヤ１０Ｌの他端が接続されており、当該ワイヤ１０Ｌを巻き取ることにより又は巻き戻すことにより、ワイヤ１０Ｌの張力を調整する。ま、右側の巻取り部（第２張力調整部）５Ｒは、一端が装着ハーネス１１の右側に相当する部位に固定されたワイヤ１０Ｒの他端が接続されており、当該ワイヤ１０Ｒを巻き取ることにより又は巻き戻すことにより、ワイヤ１０Ｒの張力を調整する。

　さらに左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒの間を橋架するサブフレーム７には、歩行支援装置１の全ての計測機能系や駆動系の設定を入力するための操作パネルを有する操作部１２が設けられている。利用者は、この操作部１２を用いて、例えば、二軸駆動装置５の左右の巻取り部５Ｌ、５Ｒによる各ワイヤ１０Ｌ、１０Ｒの張力調整や、トレッドミル２の歩行ベルト４の速度調整を行い得る。

　さらに左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒの間を橋架するサブフレーム６には、例えば液晶ディスプレイでなるモニタ１３が設けられ、操作部１２による操作結果や、利用者の歩行支援に必要な種々の情報を映像表示するようになされている。

　トレッドミル２の前方（利用者から見た歩行方向）における左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒの前側支柱の間には、例えばＲＧＢ－Ｄセンサからなる動作認識センサ（歩容認識部）１４が取り付けられている。この動作認識センサ１４は、ＲＧＢカラーカメラ機能に加えて、当該カメラから見た対象物までの距離を計測できる深度センサからなり、構造化光の単一のパターンを対象物に投影した状態で対象を撮影し、そのパラメータを用いて三角測量により画像上の各点のデプスを算出する。

　例えば動作認識センサ１４として、例えばＫｉｎｅｃｔ(マイクロソフト社、登録商標) をＲＧＢ－Ｄセンサとして適用した場合、水平視野57度、垂直視野43度、センサ範囲は1.2m～3.5mの範囲を撮影することが可能であり、ＲＧＢ画像は640×480、Ｄｅｐｔｈ(深度)画像は320×240画素で共に30フレーム／秒で取得できる。

　なお、動作認識センサ１４は、トレッドミル２の歩行ベルト４よりも、床面からの高さが数センチから数十センチほど高い位置に設置されるようになされている。これにより動作認識センサ１４は、利用者の左下肢及び右下肢の動きを三次元的にスキャンして、当該利用者の歩容（歩行姿勢と両下肢の運動形態）を認識することができる。

（２）利用者の装着ハーネスの装着状態
　装着ハーネス１１は、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、利用者の腰部の周囲にわたって取り付けられる。その際、装着ハーネス１１は、利用者の腰部を支持すると同時に、当該腰部内の骨盤と一体化される程度の締め付け度合いで巻き付けられている。

　なお、利用者の骨盤を揺動させるには、装着ハーネス１１を腰部に装着することが最も好ましいが、腰部以外であっても骨盤を揺動させることができれば、腰部以外の体幹や肩等に装着してもよい。

　装着ハーネス１１における腰部の左側に相当する部位には、一端が巻取り部５Ｌに接続されたワイヤ１０Ｌの他端が固定されるとともに、腰部の右側に相当する部位には、一端が巻取り部５Ｒに接続されたワイヤ１０Ｒの他端が固定されている。

　この結果、二軸駆動装置５の左右の巻取り部５Ｌ、５Ｒがそれぞれワイヤ１０Ｌ、１０Ｒの巻取り又は巻戻しを駆動することにより、当該各ワイヤ１０Ｌ、１０Ｒの張力の増減度合いが変化した場合でも、装着ハーネス１１を介して利用者の骨盤を揺動することができる。

　本実施の形態においては、動作認識センサ１４として、ＲＧＢ－Ｄカメラを適用して、トレッドミル２の歩行ベルト４上を歩行する利用者の左下肢及び右下肢の動きを三次元的にスキャンして、当該利用者の歩容（歩行姿勢と両下肢の運動形態）を認識する場合について述べたが（図５（Ｂ））、本発明はこれに限らず、図５（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すような種々の重心位置計測部（図示せず）を適用して、利用者の重心位置を検出することにより、その検出結果に基づいて、利用者の歩行状態をリアルタイムで認識するようにしてもよい。

　例えば、図５（Ａ）に示すように、トレッドミル２内に少なくとも四隅を含む複数の荷重センサ（歪みゲージ等の力検出センサ）１５ＡＬ、１５ＡＲ、１５ＢＬ、１５ＢＲを設け、当該各荷重センサ１５ＡＬ、１５ＡＲ、１５ＢＬ、１５ＢＲで検出された荷重の変化に基づいて、歩行ベルト４上で歩行する利用者の歩行動作に応じた重心位置を求めるようにしてもよい。

　また図５（Ｄ）に示すように、重心センサ（感圧センサ等の反力センサ）及び位置センサを有する専用シューズ１６Ｌ、１６Ｒを左右の足に装着して、利用者の歩行動作に応じた重心位置を求めるようにしてもよい。利用者の歩行動作に伴う左右両足の裏面に作用する荷重を検知して、この左右両方の荷重の変化から重心位置が求められる。

　さらに図５（Ｃ）に示すように、利用者の下肢関節の動作を補助する装着式動作補助装置１７を装着させておき、その装着式動作補助装置１７の一部機能（床反力検知機能）を用いて、利用者の重心位置を検出するようにしても良い。この装着式動作補助装置１７は、歩行動作に起因する生体信号を用いて利用者の意思に従った動力を発生させたり、利用者の各動作パターンを一連のフェイズ（最小動作単位）からなるタスクとして分類し、利用者の下肢関節の回転角や床反力等の物理量を用いて利用者のタスクのフェイズを推定し、このフェイズに応じた動力を発生させたりするものである。上述した図５（Ｄ）の専用シューズと同様に、この装着式動作補助装置のシューズ１６Ｌ、１６Ｒにも重心センサ及び位置センサが搭載されている。

（３）本実施の形態による歩行支援装置の制御系統の構成
　図６に本実施形態に係る歩行支援装置１の制御系統の構成を示すブロック図を示す。歩行支援装置１は、装置全体の制御を統括して司る制御部２０を有し、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）コア及びメモリを有するコンピュータユニットを用いることができる。

　制御部２０は、利用者の歩容を認識する動作認識センサ１４からの検出信号を受けると、利用者の理想的な歩行動作パターンを設定する。

　具体的には、制御部２０は、動作認識センサ１４からの検出信号に基づいて、利用者の歩行動作中の歩幅、歩行周期及び歩行速度を計測した後、この計測結果を基準として、利用者の支持状態を基準とする利用者の骨盤の傾斜及び回旋の角度並びにそれらの速度を最適な値にそれぞれ設定することにより、理想的な歩行動作パターンのパターンデータを生成する。

　そして制御部２０は、理想的な歩行動作パターンを表すパターンデータを記憶部２１に記憶するとともに、必要に応じて当該パターンデータを読み出す。この記憶部２１は、複数の利用者ごとに最適なパターンデータを登録保管しており、操作部１２及びモニタ１３を用いて本人指定がなされると、制御部２０が、その本人に該当するパターンデータを読み出すようになされている。

　制御部２０は、理想的な歩行動作パターンに基づいて、二軸駆動装置５を構成する左右の巻取り部５Ｌ、５Ｒを制御して、各巻取り部５Ｌ、５Ｒから引き出されたワイヤ１０Ｌ、１０Ｒの巻取り度合い又は巻き戻し度合いを調整することにより、当該各ワイヤ１０Ｌ、１０Ｒの張力の増減度合いを調整する。

　この結果、制御部２０は、理想的な歩行動作パターンに同期して、利用者の腰部内の骨盤位置を装着ハーネス１１の左右のワイヤ固定部位を介して揺動させることができる。

　また制御部２０は、動作認識センサ１４による利用者の歩容の認識結果に基づいて、リアルタイムで腰部内の骨盤位置を揺動させると同時に、利用者の歩行速度に合わせてトレッドミル２の歩行ベルト４の速度を制御する。

（４）利用者の骨盤位置の揺動状態
　図７及び図８を用いて、利用者の歩行動作に伴う腰部内の骨盤の動きについて説明する。歩行支援装置１において、制御部２０（図６）は、利用者の歩容の認識結果に基づいて、理想的な歩行動作パターンを設定する。

　この理想的な歩行動作パターンは、実際の利用者の歩行動作に合わせた歩容状態を三次元的にスキャンすることにより設定される。具体的には、利用者の歩行動作中の歩幅、歩行周期及び歩行速度を計測し、当該計測結果を基準として、利用者の装着ハーネス１１による支持状態を基準とする利用者の骨盤の傾斜及び回旋の角度並びにそれらの速度を最適な値（時系列的な体幹バランスが最も良い値）に設定する。

　実際に利用者の腰部は、利用者の歩行動作に伴い、左脚と右脚の時系列的な重心位置の変化に合わせて骨盤全体が歩行方向を基準として左右交互に振れるとともに、骨盤自体が体幹を基準として三次元的に傾斜揺動や回旋揺動を行う。

　例えば図７（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）に利用者の歩行動作における右脚の動き（右脚が地面に付いた状態の立脚期）を示すとともに、図７（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）、（Ｂ３）、（Ａ３）に当該右脚の動きに伴う重心位置の変化を示す。

　歩行動作における左脚が地面から離れた遊脚期の開始時点（図７（Ａ１））では、右脚に体重がかかり始めて重心位置が歩行方向と一致するが（図７（Ａ２））、左脚が地面から離れた遊脚期の中央時点（図７（Ｂ１））では、右脚のみに全体重がかかり重心位置が歩行方向に対して右側に振れる（図７（Ｂ２））。

　続いて右脚の立脚期が終了して遊脚期が開始する時点（図７（Ｃ１））では、左脚に体重がかかり始めて重心位置が歩行方向と一致するが（図７（Ｃ２））、右脚の遊脚期の中央時点では、左脚のみに全体重がかかり重心位置が歩行方向に対して左側に振れる（図７（Ｂ３））。その後同様に左脚の立脚期が終了して遊脚期の開始時点（図７（Ａ１））になると、右脚に体重がかかり始めて重心位置が歩行方向と一致する（図７（Ａ３））。以下同様に歩行動作に伴い、時系列的に重心位置が歩行方向に対して左右交互に振れる。

　また図８（Ａ）～（Ｃ）に示すように、利用者の腰部内の骨盤自体も体幹を基準として三次元的に揺動する。すなわち利用者の歩行動作に伴い、骨盤は、体幹を基準として左右の側方に交互に所定角度（例えば７度）に傾斜するとともに（図８（Ａ））、体幹を基準として所定角度（例えば４度）に前方に傾斜し（図８（Ｂ））、さらに体幹を基準として左右交互に所定角度（例えば５度）ずつ回旋する（図８（Ｃ））。

（５）他の実施の形態
　なお本実施の形態においては、左右一対の巻取り部５Ｌ、５Ｒを有する二軸駆動装置５を駆動部として、左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒの各上方部に一箇所のみ固定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図９に示す歩行支援装置３０のように、利用者の支持位置を基準に左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒの各前上方部及び各後上方部をそれぞれ橋架するように２個の二軸駆動装置３１、３２を固定するようにしても良い。

　２個の二軸駆動装置３１、３２を駆動部とするに際して、利用者の腰部に装着する装着ハーネス１１においても、腰部を基準とした歩行方向の前側及び後側で互いに左右対の関係となる２つずつの部位ごとに、それぞれ左側の巻取り部３１Ｌ、３２Ｌ及び右側の巻取り部３１Ｒ、３２Rを割り当てて支持するようにしても良い。

　この場合、利用者の腰部に装着する装着ハーネス１１の左右の前側及び後側の部位から、ワイヤ３３Ｌ、３３Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒを介して対応する巻取り部に接続されるため、２つの二軸駆動装置３１、３２により、利用者の支持位置を基準の左上前方向、右上前方向、左上後方向、右上後方向の各方向に三次元的に利用者の骨盤を揺動させることができる。

　さらに二軸駆動装置５（３１、３２）を３個以上設けて、装着ハーネス１１におけるワイヤ固定部位も同数分増やすようにすれば、さらに利用者の腰部内の骨盤を多方向の三次元的に揺動させることができ、より一層、理想的な歩行動作パターンに合致させることが可能となる。

　また本実施の形態においては、二軸駆動装置５がトレッドミル２と一体に取り付けられたフレーム構造からなる床面に対して固定式の歩行支援装置１を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、利用者の歩行と一緒に移動可能な歩行訓練器に適用するようにしても良い。

　図１０に他の実施の形態による歩行訓練器としての歩行支援装置４０を示す。この歩行支援装置４０は、下端に回転自在な車輪４１が取り付けられた左右一対の関係をなす左フレーム４２Ｌ及び右フレーム４２Ｒが利用者を全方向から取り囲むように枠体を構成し、当左フレーム４２Ｌ及び右フレーム４２Ｒと一体となって移動し得るようになされている。

　この歩行支援装置４０は、図１に示す歩行支援装置１と異なり、トレッドミルを有せず、かつ左フレーム４２Ｌ及び右フレーム４２Ｒが一体となって移動できる以外は、ほぼ同様の構成を有する。装着ハーネス１１を装着した利用者は、左フレーム４２Ｌ及び右フレーム４２Ｒの上方部の間を橋架する二軸駆動装置（駆動部）５の一対の巻取り部５Ｌ、５Ｒにより、それぞれワイヤ１０Ｌ、１０Ｒを介して張力調整可能に支持されるようになされている。

　従って利用者が両手で手すり８Ｌ、８Ｒを掴まって所望方向へ押しながら歩行動作を行うことに伴い、左フレーム４２Ｌ及び右フレーム４２Ｒが一体となって同一方向に移動することから、利用者にとってより日常生活の向上が期待できる歩行訓練を行うことができる。

　さらにこの実施形態においては、移動型の歩行支援装置４０を自動駆動による補助力を与えるようにしても良い。すなわち左フレーム４２Ｌ及び右フレーム４２Ｒの下端に取り付けられた複数の車輪４１のうち少なくとも左右一対の車輪４１に係合され、制御部２０の制御に応じて当該各車輪４１を独立して駆動可能な車輪駆動部（図示せず）を設けておき、制御部２０は、図１０には図示しない動作認識センサ（歩容認識部）の認識結果に基づいて、利用者の歩行動作に合わせて、各車輪４１の回転速度及び回転方向を調整するように車輪駆動部を制御する。この結果、通常の歩行訓練が困難な状態の利用者であっても、歩行動作の補助力が自動的に付加されるため、より一層効率的な改善効果を期待できる。

　さらに本実施の形態においては、トレッドミル２を平坦なまま床面に載置するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示す歩行支援装置５０のように、フレームの接地端にてトレッドミル２の四隅を独立して高さ調整自在に支持するようにしても良い。

　すなわち歩行支援装置５０において、左フレーム３Ｌ及び右フレーム３Ｒの各接地端の近傍にそれぞれ調整機構部５１（５１Ａ～５１Ｄ）を設け、歩行ベルト４が循環して移動可能な状態でトレッドミル２の四隅（支持部位）２ＬＡ、２ＬＢ、２ＲＡ、２ＲＢを支持するようになされている。これら各調整機構部５１Ａ～５１Ｄは、トレッドミル２の隅を支持する支持部位２ＬＡ、２ＬＢ、２ＲＡ、２ＲＢにアクチュエータ５２及びボールネジ５３を有し、当該アクチュエータ５２の駆動に応じてボールネジ５３が回転運動を直線運動に変換しながら支持部位２ＬＡ、２ＬＢ、２ＲＡ、２ＲＢを昇降移動させる。

　この歩行支援装置５０においては、図１２（Ａ）～図１３（Ｂ）に示すように、複数の支持部位２ＬＡ、２ＬＢ、２ＲＡ、２ＲＢのうちトレッドミル２の進行方向に対する前側の対関係にある支持部位２ＬＡ、２ＲＡ同士又は後側の対関係にある支持部位２ＬＢ、２ＲＢ同士を、それぞれ所定の高さ分だけ調整することにより、歩行ベルトの歩行面をピッチ軸を中心に当該高さ分に応じた角度にて床面に対して傾斜させる。

　また歩行支援装置５０においては、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、複数の支持部位２ＬＡ、２ＬＢ、２ＲＡ、２ＲＢのうちトレッドミル２の進行方向に対する左側の対関係にある支持部材２ＬＡ、２ＬＢ同士又は右側の対関係にある支持部位２ＲＡ、２ＲＢ同士を、それぞれ所定の高さ分だけ調整することにより、歩行ベルト４の歩行面をロール軸を中心に当該高さ分に応じた角度にて床面に対して傾斜させる。

　歩行支援装置５０の制御部２０は、操作部１２の操作パネルを介して、歩行ベルト４の歩行面におけるピッチ軸又はロール軸を中心とする傾斜角度が外部入力されると、各支持部位２ＬＡ、２ＬＢ、２ＲＡ、２ＲＢが当該傾斜角度に相当する高さ位置となるように、それぞれ該当するアクチュエータ５２を駆動する。

　実際に歩行支援装置５０において、トレッドミル２を前後左右のいずれかに傾斜させる効果として、利用者の症状に合わせた歩行動作パターンの構築や、歩容の改善効果の顕著な出現などが挙げられる。

　例えば、利用者が片麻痺患者の場合、骨盤が上がらないことに起因して、膝を伸ばしたまま外側にぶん回すように振り出す歩行パターン（いわゆる、ぶん回し歩行）を患うケースが多い。その利用者の歩行中に遊脚と支持脚とで歩行ベルト４の歩行面の傾斜タイミングを合わせるように、トレッドミル２を左右いずれかに傾斜させることにより、その利用者がぶん回し歩行を行っても歩き易くすることが可能となる。

　また利用者の歩行時に、歩行ベルト４の歩行面が進行方向に対して登り坂又は下り坂を形成するように、トレッドミル２を前後に傾斜させることにより、当該歩行面が平坦な場合と比較して、歩行動作に負荷を与えることができる。この結果、利用者の歩行動作時に身体的データ（例えば、生体電位、重心位置、歩容、心拍数、体表面温度、歩幅など）を計測する場合には、負荷の分だけ歩容の改善効果が顕著に現れることから当該計測時間を短縮することができる。

　なお、調節機構部５１（５１Ａ～５１Ｄ）として、アクチュエータ及びボールネジをトレッドミルの四隅の支持部位に設けるようにした場合について述べたが、アクチュエータの駆動に応じて各支持部位を昇降移動させる昇降機構としては、ボールネジ以外にも台形ネジなど、アクチュエータの回転運動を直線運動に変換する種々の機構を適用してもよい。

　１、３０、４０、５０……歩行支援装置、２……トレッドミル、支持部位……２ＬＡ、２ＬＢ、２ＲＡ、２ＲＢ、３Ｌ、４２Ｌ……左フレーム、３Ｒ、４２Ｒ……右フレーム、４……歩行ベルト、５……二軸駆動装置、５Ｌ、５Ｒ……巻取り部、６、７……サブフレーム、８Ｌ、８Ｒ……手すり、１０Ｌ、１０Ｒ、３３Ｌ、３３Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒ……ワイヤ、１１……装着ハーネス、１２……操作部、１３……モニタ、１４……動作認識センサ、２０……制御部、２１……記憶部、４１……車輪、５１（５１Ａ～５１Ｄ）……調整機構部。

Claims

　利用者の歩行支援を行う歩行支援装置において、
　前記利用者の腰部の少なくとも二箇所以上の部位をそれぞれ支持し、当該支持された各部位にそれぞれ独立して外力を与える駆動部と、
　前記利用者の歩容を認識する歩容認識部と、
　前記歩容認識部の認識結果に基づいて、前記利用者の理想的な歩行動作パターンを設定し、当該歩行動作パターンに合わせて前記腰部内の骨盤位置が揺動するように、当該腰部の前記各部位に対して前記駆動部が与える外力をそれぞれ制御する制御部と
　を備えることを特徴とする歩行支援装置。
　前記制御部は、
　前記歩容認識部の認識結果に基づいて、前記利用者の歩行動作中の歩幅、歩行周期及び歩行速度を計測し、当該計測結果を基準にして、前記利用者の支持状態を基準とする当該利用者の骨盤の傾斜及び回旋の角度並びにそれらの速度を、理想的な前記歩行動作パターンとしての最適な値にそれぞれ設定する
　ことを特徴とする請求項１に記載の歩行支援装置。
　前記利用者ごとに予め計測した理想的な歩行動作パターンを表すパターンデータを記憶する記憶部を備え、
　前記制御部は、前記歩容認識部による認識結果に代えて、指定された前記利用者に対応する前記パターンデータを前記記憶部から読み出した後、当該パターンデータに基づく理想的な歩行動作パターンに合わせて前記駆動部を制御する
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の歩行支援装置。
　前記駆動部は、
　一端が前記腰部の左側に相当する前記部位に固定された第１ワイヤの張力を調整する第１張力調整部と、
　一端が前記腰部の右側に相当する前記部位に固定された第２ワイヤの張力を調整する第２張力調整部と、
　歩行面に対して起立し、前記利用者の前記腰部よりも高い位置で互いに左右対の関係となるように、前記第１張力調整部及び前記第２張力調整部を支持するフレームと
　を備え、
　前記制御部は、
　前記利用者の前記腰部内の骨盤位置が理想的な前記歩行動作パターンに同期して揺動するように、前記第１張力調整部及び前記第２張力調整部を駆動して、前記第１ワイヤの張力及び前記第２ワイヤの張力の増減度合いをそれぞれ制御する
　ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　前記駆動部は、
　前記利用者の前記腰部における前記各部位のうち、当該腰部の左側及び右側で互いに対の位置関係となる所定数ずつの部位ごとに、それぞれ前記第１張力調整部及び前記第２張力調整部を、前記腰部を基準とした歩行方向の前側及び後側で互いに左右対の関係となるように割り当てて支持し、
　前記制御部は、
　前記各第１張力調整部及び前記各第２張力調整部をそれぞれ独立して駆動する
　ことを特徴とする請求項４に記載の歩行支援装置。
　前記利用者の重心位置を計測する重心位置計測部を備え、
　前記制御部は、前記重心位置計測部の計測結果に基づいて、前記駆動部を制御する
　ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　前記駆動部と一体に取り付けられ、ローラの回転に応じて歩行ベルトを循環するように移動するトレッドミル
　を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　前記歩行ベルトが循環して移動可能な状態で前記トレッドミルの四隅を支持し、当該各支持部位において独立して高さ調整が可能な調整機構部をさらに備え、
　前記調整機構部は、
　複数の前記支持部位のうち前記トレッドミルの進行方向に対する前側若しくは後側のいずれかの対関係又は左側若しくは右側のいずれかの対関係にある前記支持部位同士をそれぞれ所定の高さ分だけ調整することにより、前記歩行ベルトの歩行面をピッチ軸又はロール軸を中心に当該高さ分に応じた角度にて床面に対して傾斜させる
　ことを特徴とする請求項７に記載の歩行支援装置。
　前記調整機構部は、前記トレッドミルの四隅にそれぞれアクチュエータ及び昇降機構を有し、当該アクチュエータの駆動に応じて前記昇降機構が前記支持部位を昇降移動させ、
　前記制御部は、前記歩行ベルトの歩行面におけるピッチ軸又はロール軸を中心とする傾斜角度が外部入力されると、前記各支持部位が当該傾斜角度に相当する高さ位置となるように、それぞれ該当する前記アクチュエータを駆動する
　ことを特徴とする請求項８に記載の歩行支援装置。
　前記駆動部、前記歩容認識部及び前記制御部を支持するフレームの接地端にそれぞれ車輪が取り付けられ、
　前記駆動部は、支持状態にある前記利用者の歩行動作に応じて、当該利用者と一体に移動する
　ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　前記駆動部は、複数の前記車輪のうち少なくとも左右一対の前記車輪に係合され、前記制御部の制御に応じて当該各車輪を独立して駆動可能な車輪駆動部
　を備え、
　前記制御部は、前記歩容認識部の認識結果に基づいて、前記利用者の歩行動作に合わせて、前記各車輪の回転速度及び回転方向を調整するように前記車輪駆動部を制御する
　ことを特徴とする請求項１０に記載の歩行支援装置。