JP6597275B2 - 歩行訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、歩行訓練装置に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１２−０９５７９３号公報がある。この公報に記載された歩行補助装置に用いられる足装具は、訓練者の大腿部に沿って装着される大腿リンクと、大腿リンクに対して揺動可能に連結され下腿部に沿って装着される下腿リンクと、足に装着される足リンクと、大腿リンクと下腿リンクが連結された箇所の近傍に配置されたモータと、を有する。この足装具では、モータが発生させた動力によって、歩行動作に合うように下腿リンクを揺動させることにより、訓練者の歩行の補助を行う。

特開２０１２−０９５７９３号公報

しかしながら、前述した従来の歩行補助装置に用いられる足装具は、重量があるため、訓練者にとって負担となる。そのため、足装具を装着した患足を持ち上げることができず、患足と床面との間にクリアランスが十分にとれずに躓きが発生し、歩行練習を継続して行うことができない場合がある。そのため、ワイヤー等によって鉛直方向に脚装具を吊って足装具の重量の免荷することが考えられるが、リハビリ初期には患脚に体重をかけることが難しく、健脚側に体重をかけたり、患脚側に設けられた手すりに寄りかかったりすることがあり、初期歩行開始位置からずれることがある。これにより、吊り位置と訓練者の位置がずれることによって患脚に横力が発生し、自然な歩容状態にならず、癖がついた歩行によるリハビリを実行してしまう場合がある。
本発明は、自然な歩容状態で歩行訓練を行うことができる歩行訓練装置を提供するものである。

本発明にかかる歩行訓練装置は、訓練者の脚部に装着される脚装具と、前記脚装具に連結され、前記脚装具を上方かつ前方、及び上方かつ後方から吊るす複数のワイヤーと、前記ワイヤーに対して引張力を発生させ、前記脚装具の重量を免荷する引張手段と、訓練者の脚部または前記脚装具にかかる力を検出する検出手段と、前記引張手段を、前記ワイヤーとともに左右方向に移動させる移動手段と、前記訓練者の左右方向において、前記引張手段が前記検出手段により検出された力の方向に対して反対方向に移動するように、前記移動手段の動作を制御する制御手段と、を備える。
これにより、訓練者の歩容に応じて、脚装具に連結するワイヤーの左右方向の引っ張り方向及び強度が適切となるように、引張手段を適切な位置へスライドさせることができる。

これにより、自然な歩容状態で歩行訓練を行うことができる。

歩行訓練装置の構成を示す図である。 データ及び信号の流れを示す図である。 歩行訓練装置においてワイヤーの位置調整動作のフローを示す図である。 右方向への横力に応じて第１及び第２の脚免荷モータを左方向に移動させる量を変化させる状態を示す図である。 左方向への横力に応じて第１及び第２の脚免荷モータを右方向に移動させる量を変化させる状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、歩行訓練装置１は、訓練者の脚部に装着する脚装具２と、訓練者が搭乗するトレッドミル３と、を備える。

脚装具２は、訓練者の患脚に装着し、歩行運動を補助するアシスト装置である。図１では、訓練者の右脚部に脚装具２を装着している例を示している。例えば脚装具２は、訓練者の大腿部に沿って装着される大腿リンクと、大腿リンクに対して揺動可能に連結され下腿部に沿って装着される下腿リンクと、足に装着される足リンクと、大腿リンクと下腿リンクが連結された箇所の近傍に配置され、歩行動作に合うように下腿リンクを揺動させるモータと、横力測定センサ１１を備える。

横力測定センサ（検出手段）１１は、訓練者の脚又は脚装具２に対して訓練者の横方向にかかる力を検出する。例えば横力測定センサ１１には、加速度センサが用いられており、力がかかる方向及びその強度を検出する。横力測定センサ１１は、検出した横方向の力の情報を、後述する制御コントローラ３２に出力する。

また、脚装具２には、後述する第１の脚免荷モータ（第１の引張手段）２８に連結された第１のワイヤー１２の端部、及び、第２の脚免荷モータ（第２の引張手段）３０に連結された第２のワイヤー１３の端部が連結されている。

トレッドミル３は、本体部２１と、本体部２１の上面に設けられたベルト部２２と、ベルト部２２に搭乗した訓練者の手により把持可能な手摺２３と、本体部２１の上面右側の２箇所に端部が連結されている第１のフレーム２４と、本体部２１の上面左側の２箇所に端部が連結されている第２のフレーム２５と、前方上部において第１のフレーム２４と第２のフレーム２５を連結する第１の連結フレーム２６と、後方上部において第１のフレーム２４と第２のフレーム２５を連結する第２の連結フレーム２７と、第１の連結フレーム２６において摺動可能に設けられ、第１のワイヤーを吊り上げる動力を生成する第１の脚免荷モータ２８と、第１の脚免荷モータ２８を移動させる第１のスライドモータ２９と、第２の連結フレーム２７において摺動可能に設けられ、第２のワイヤーを吊り上げる第２の脚免荷モータ３０と、第２の脚免荷モータ３０を移動させる第２のスライドモータ３１と、制御コントローラ３２と、訓練者の前方に設けられたディスプレイ３３と、を備える。以下では、トレッドミル３においてディスプレイ３３が形成されている方向を前方として説明する。

本体部２１は、ベルト部２２を動作させるためのベルト部動作用モータ（図示せず）と、ベルト部動作用モータの動作を制御するベルト制御部（図示せず）と、を備える。

ベルト部２２は、訓練者が搭乗するベルトの上面が、本体部２１内に設けられたベルト部動作用モータから与えられた動力により、前方から後方に流れるように駆動する。例えば、本体部２１内に設けられたベルト制御部は、訓練者等によってボタン操作されるコントローラ（図示せず）による入力に基づき、ベルト部２２の動作速度を制御する。

手摺２３は、訓練者が腰程度の高さで掴むことができるように、ベルト部２２に沿って設けられている。訓練者は、初期歩行リハビリ時に歩行中のバランスをとるために、手摺２３を掴むことができる。手摺２３は、図１に示すように脚装具２を装着する患足側に設けられている。なお、手摺２３は、ベルト部２２の左右両方に設けられていてもよい。

第１のフレーム２４は、本体部２１の上面右側前方に一端部が連結され、本体部２１の上面右側後方に他端部が連結された略アーチ状のフレームである。第１のフレーム２４の頂上部の高さは、訓練者の頭部より高い位置となるように形成されている。

第２のフレーム２５は、本体部２１の上面左側前方に一端部が連結され、本体部２１の上面左側後方に他端部が連結された略アーチ状のフレームである。第２のフレーム２５の頂上部の高さは、訓練者の頭部より高い位置となるように形成されている。なお、第２のフレーム２５は、第１のフレーム２４と同様の形状であり、第１のフレーム２４と平行に配置されている。

第１の連結フレーム２６は、訓練者より前方において、第１のフレーム２４と第２のフレーム２５の間を連結している。すなわち、第１の連結フレーム２６は、訓練者より前方上部において横方向に延在する棒状のフレームであり、一端部が第１のフレーム２４に接続され、他端部が第２のフレーム２５に接続されている。

第２の連結フレーム２７は、訓練者より後方において、第１のフレーム２４と第２のフレーム２５の間を連結している。すなわち、第２の連結フレーム２７は、訓練者より後方上部において横方向に延在する棒状のフレームであり、一端部が第１のフレーム２４に接続され、他端部が第２のフレーム２５に接続されている。

第１の脚免荷モータ（第１の引張手段）２８は、第１の連結フレーム２６に対して摺動可能な状態で配置されている。ここで、第１の脚免荷モータ２８は、訓練者に装着された脚装具２より十分に高い位置に配置されている。典型的には、第１の脚免荷モータ２８が設けられている位置は、訓練者の頭部より上方である。第１の脚免荷モータ２８には、第１のワイヤー１２が連結されている。第１の脚免荷モータ２８が発生する動力により、第１のワイヤー１２に対して第１の脚免荷モータ２８側に引張力を発生させることによって、第１のワイヤー１２を吊り上げる。

第１のスライドモータ（第１の移動手段）２９は、第１の連結フレーム２６に配置され、第１の脚免荷モータ２８と接続されている。第１のスライドモータ２９は、制御コントローラ３２の制御信号に基づいて動力を発生させることにより、第１の連結フレーム２６上において、第１の脚免荷モータ２８を左右方向に移動させる。なお、第１の脚免荷モータ２８の移動とともに、連結されている第１のワイヤー１２も移動することによって、第１のワイヤー１２による脚装具２に対する横方向の引っ張り強度が変更される。

第２の脚免荷モータ（第２の引張手段）３０は、第２の連結フレーム２７に対して摺動可能な状態で配置されている。ここで、第２の脚免荷モータ３０は、訓練者に装着された脚装具２より十分に高い位置に配置されている。典型的には、第２の脚免荷モータ３０が設けられている位置は、訓練者の頭部より上方である。第２の脚免荷モータ３０には、第２のワイヤー１３が連結されている。第２の脚免荷モータ３０が発生する動力により、第２のワイヤー１３に対して第２の脚免荷モータ３０側に引張力を発生させることによって、第２のワイヤー１３を吊り上げる。第１の脚免荷モータ２８により吊り上げられた第１のワイヤー１２と、第２の脚免荷モータ３０により吊り上げられた第２のワイヤー１３によって脚装具２を協働で引っ張る際に、引張力の上方向成分により、脚装具２の重量を免荷することができる。

第２のスライドモータ（第２の移動手段）３１は、第２の連結フレーム２７に配置され、第２の脚免荷モータ３０と接続されている。第２のスライドモータ３１は、制御コントローラ３２の制御信号に基づいて動力を発生させることにより、第２の連結フレーム２７上において、第２の脚免荷モータ３０を左右方向に移動させる。なお、第２の脚免荷モータ３０の移動とともに、連結されている第２のワイヤー１３も移動することにより、第２のワイヤー１３による脚装具２に対する横方向の引っ張り強度が変更される。

制御コントローラ（制御手段）３２は、横力測定センサ１１と、第１のスライドモータ２９と、第２のスライドモータ３１に接続されている。制御コントローラ３２は、図２に示すように、横力測定センサ１１により検出された訓練者の足又は足装具２にかかっている力の方向及び強度の情報を受信する。また、制御コントローラ３２は、受信した横力測定センサ１１により横力Ｆの検出値の判定を行い、検出値に応じて第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０を左右方向に移動させる量を算出する。さらに制御コントローラ３２は、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０を移動させる量に基づいて、第１のスライドモータ２９及び第２のスライドモータ３１を駆動させるための制御信号を出力する。

ディスプレイ３３は、ベルト部２２上を歩行する訓練者の前方に設けられている。例えディスプレイ３３は、訓練者への指示等を表示する。

次に図３を参照して、歩行訓練装置１において、脚装具２に横力Ｆが掛かっている場合に第１のスライドモータ２９及び第２のスライドモータ３１の位置を調整するための動作を説明する。

足装具２を装着した訓練者が、ベルト部２２上で歩行を開始する（ステップＳ１）。このときベルト部２２は、訓練者の歩行に合わせて動作する。したがって訓練者は、トレッドミル３上において、歩行運動を開始したベルト部２２上の位置からほとんど移動することなく、歩行運動を行う。

横力測定センサ１１は、足装具２にかかる横力Ｆを検出する（ステップＳ２）。ここで、横力測定センサ１１は、訓練者の脚又は足装具２にかかる横方向の力の方向と強度の情報を制御コントローラ３２に出力する。

制御コントローラ３２は、横力測定センサ１１で検出された横力Ｆが０であるか否かを判定する（ステップＳ３）。横力Ｆが０である場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、Ｓ２に戻り、横力測定センサ１１による横力測定センサ１１による横力Ｆの検出を繰り返し行う。横力Ｆが０より大きい値である場合には、ステップＳ４に進む。

制御コントローラ３２は、横力測定センサ１１により検出された横力Ｆに基づき、第１のスライドモータ２９及び第２のスライドモータ３１の駆動させる量を計算する（ステップＳ４）。すなわち、制御コントローラ３２は、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０を左右方向に移動させる量を計算する。

ここで図４に示すように、制御コントローラ３２は、足装具２に右方向に力Ｆが発生している場合には、横力Ｆに比例して第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０が左方向に移動するように、第１のスライドモータ２９及び第２のスライドモータ３１を駆動させる制御信号を出力する。また図５に示すように、制御コントローラ３２は、足装具２に左方向に力Ｆが発生している場合には、その力Ｆに比例して第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０が右方向に移動するように、第１のスライドモータ２９及び第２のスライドモータ３１を駆動させる制御信号を出力する。

第１のスライドモータ２９及び第２のスライドモータ３１は、制御コントローラ３２から入力された制御信号に基づいて駆動する。これにより、第１のスライドモータ２９は第１の脚免荷モータ２８を左右方向に移動させるとともに、第２のスライドモータ３１は第２の脚免荷モータ３０を左右方向に移動させる（ステップＳ５）。ここで、第１の脚免荷モータ２８と第２の脚免荷モータ３０が移動する方向は同方向であり、移動量はほぼ同一である。したがって、第１のワイヤー１２及び第２のワイヤー１３には、第１の脚免荷モータ２８と第２の脚免荷モータ３０の移動とともに横方向に移動する力が発生し、横力測定センサ１１により検出された横力Ｆの方向とは逆方向に脚装具２を引っ張り、訓練脚の内転や外転を防止する。その後、ステップＳ２に戻り、処理を繰り返す。

これにより、訓練者による歩行において、訓練脚の歩容状態が外転しているときには、その横力Ｆを検知して、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０を訓練脚の内向き方向に移動させることができる。これにより、第１のワイヤー１２及び第２のワイヤー１３による引張力成分のうち訓練脚に対する内向きの力が増加し、訓練脚の外転を抑えることができる。言い換えると、訓練者の患脚である右足において、横力測定センサ１１により右側への横力が発生していることを検知した場合に、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０をそれぞれ左方向に移動させることにより、第１のワイヤー１２及び第２のワイヤー１３を左側へ移動させる力を発生させ、足装具２に対する左方向への引張力を増加させることができる。

また同様に、訓練脚の歩容状態が内転しているときには、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０を訓練脚の外向き方向に移動させ、第１のワイヤー１２及び第２のワイヤー１３の力成分のうち外向き方向の力を増加させ、訓練脚の内転を抑えることができる。

このように、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０は、横力測定センサ１１により検出された力の方向に対して反対方向に移動するように、第１のスライドモータ２９及び第２のスライドモータ３１の動作が制御される。すなわち、ワイヤー１２、１３による上方向への引張力により脚装具２の重量の免荷を行うとともに、制御コントローラ３２の制御により、ワイヤー１２、１３による左右方向の引張力の方向及び強度が適切な状態となるように、脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０の位置が調整される。これにより、訓練者は自然な歩容状態での訓練を実行できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ステップＳ３において、横力Ｆが０であるか否かを判定するものとして記載したが、横力Ｆについて所定の閾値を設けておき、閾値を超える場合に、ステップＳ４、Ｓ５に示すように、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０を移動させるようにしても良い。またステップＳ３において、制御コントローラ３２による判定は、横力測定センサ１１から入力された複数回の横力Ｆの値について、加算した値や、平均値等を用いて行ってもよい。
また、ステップＳ４において、図４及び図５では横力Ｆに対して、第１の脚免荷モータ２８及び第２の脚免荷モータ３０の移動量が比例して変化するように記載したが、これに限られない。例えば、横力Ｆに対して、移動量が２次関数にしたがって変化するようにしても良い。

１ 歩行訓練装置
２ 脚装具
３ トレッドミル
１１ 横力測定センサ
１２ 第１のワイヤー
１３ 第２のワイヤー
２１ 本体部
２２ ベルト部
２３ 手摺
２４ 第１のフレーム
２５ 第２のフレーム
２６ 第１の連結フレーム
２７ 第２の連結フレーム
２８ 第１の脚免荷モータ
２９ 第１のスライドモータ
３０ 第２の脚免荷モータ
３１ 第２のスライドモータ
３２ 制御コントローラ
３３ ディスプレイ

Claims (1)

1. 訓練者の脚部に装着される脚装具と、
   前記脚装具に連結され、前記脚装具を上方かつ前方、及び上方かつ後方から吊るす複数のワイヤーと、
   前記ワイヤーに対して引張力を発生させ、前記脚装具の重量を免荷する引張手段と、
   訓練者の脚部または前記脚装具にかかる力を検出する検出手段と、
   前記引張手段を、前記ワイヤーとともに左右方向に移動させる移動手段と、
   前記訓練者の左右方向において、前記引張手段が前記検出手段により検出された力の方向に対して反対方向に移動するように、前記移動手段の動作を制御する制御手段と、を備える、
   歩行訓練装置。

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