(57)【要約】【課題】安価に製造することができ、免荷の程度を知ることができる歩行訓練装置であって、危険な状態となったときに使用者の安全を確保できるようにした歩行訓練装置を提供すること。【解決手段】立位の使用者の足部を支持する歩行面を形成する無端状のベルトと、前記無端状のベルトを前記歩行面を含む所定の周回軌道に沿って駆動する駆動モータとからなる歩行訓練装置において、前記ベルトの歩行面を立位歩行する使用者を支持するサポートを備え、前記サポートに配置され立位歩行する使用者が上腕を配置し或いは手によって把持することにより使用者に作用する負荷の一部を負担し、使用者を支持するアームレストを設け、前記サポートとアームレストとの間に複数の力センサを配置(好ましくは前後左右)したことを特徴とする歩行訓練装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立位の使用者の足部を支持する歩行面を形成する無端状のベルトと、前記無端状のベルトを前記歩行面を含む所定の周回軌道に沿って駆動する駆動モータとからなる歩行訓練装置において、前記ベルトの歩行面を立位歩行する使用者を支持するサポートとを備え、前記サポート上に配置され立位歩行する使用者が上腕を配置し或いは手によって把持することにより使用者に作用する負荷の一部を負担し、使用者を支持するアームレストを設け、前記サポートとアームレストとの間に複数の力センサを配置したことを特徴とする歩行訓練装置。
【請求項２】
前記歩行面上における使用者の足の位置を測定する足位置センサを更に具備する請求項１に記載の歩行訓練装置。
【請求項３】
前記足位置センサからの検出信号と、アームレストの力センサからの負荷信号を入力して、立位歩行する使用者の歩行状態とそれに伴う上腕の負荷状態を把握してその安全性及び危険性を判断して、その警報を発するか或いは駆動モータによる無端状のベルトの運転を制御する制御用コンピュータを設けたことを特徴とする請求項２に記載の歩行訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行訓練装置、特に訓練中の危険状態を検知してベルトの速度を低減または停止できるようにしたベルト式歩行訓練装置（トレッドミル）に関する。
【背景技術】
【０００２】
障害者や高齢者がトレッドミルによって歩行訓練する場合、体重の一部を軽減することによって訓練を実施する必要がある場合が多い。このような装置は、一般的に免荷重装置を称されている。最も多く用いられている免荷重装置は所謂吊り下げ式の免荷重装置である。使用者がほとんど自立することができない場合であっても、こうした吊り下げ式の免荷重装置を用いることによって起立姿勢を取ることが可能となり歩行訓練を行うことができるようになる。
【０００３】
然しながら、こうした吊り下げ式の免荷重装置は、装着に多くの手間がかかる問題がある。そこで、自力にて立位をとることができる者を支持する部材をトレッドミルに設けた歩行訓練装置が開発されている。例えば特許文献１には、サポートするために、使用者の腰部を前方及び側方で支持し、左右のアームの間隔が調整可能なサポートアームと、このサポートアームを駆動する駆動手段とを備えた歩行訓練装置が記載されている。
【０００４】
更に、特許文献２には、特許文献１の歩行訓練装置と同様の歩行訓練装置に、歩行訓練中の使用者の歩行動作のタイミングに合わせて使用者の歩行状態をカメラで測定して表示することにより、効率的、正確に歩行機能を検査するようにした歩行機能検査装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９９３９０号公報
【特許文献２】特開２００２−３０６６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
然しながら、特許文献１、２に記載されている歩行訓練装置や歩行機能検査装置は、何れも専用機であり非常に高価になる。更に、特許文献１、２に記載されている歩行訓練装置や歩行機能検査装置では、どの程度、免荷されているのかを知ることができない。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、安価に製造することができ、免荷の程度を知ることができる歩行訓練装置であって、危険な状態となったときに使用者の安全を確保できるようにした歩行訓練装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明は主に次の(1)〜(2)の特徴を備えている。
(1)、立位の使用者の足部を支持する歩行面を形成する無端状のベルトと、前記無端状のベルトを前記歩行面を含む所定の周回軌道に沿って駆動する駆動モータとからなる歩行訓練装置において、前記ベルトの歩行面を立位歩行する使用者を支持するサポートとを備え、前記サポートに配置され立位歩行する使用者が上腕を配置し或いは手によって把持することにより使用者に作用する負荷の一部を負担し、使用者を支持するアームレストを設け、前記サポートとアームレストとの間に複数の力センサを配置(好ましくは前後左右)したことを特徴とする歩行訓練装置である。
(2)、また前記歩行面上における使用者の足の位置を測定する足位置センサを更に具備する前記(1)に記載の歩行訓練装置。
(3)、また前記アームレストの力センサからの負荷信号を入力して、立位歩行する使用者の歩行状態とそれに伴う上腕の負荷状態を把握してその安全性及び危険性を判断して、その警報を発するか或いは駆動モータによる無端状のベルトの運転を制御する制御用コンピュータを設けたことを特徴とする前記(2)に記載の歩行訓練装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用者は、自身の腕をアームレスト上に置いたりアームレストを把持して、使用者がアームレストに凭れることによって、自身に作用する負荷の一部をアームレストに負担させることができる。アームレストとサポートとの間に設けられた力センサによって免荷量を演算することができる。免荷重データに対する演算により通常歩行時とは異なる信号パターン即ち左右異常偏り歩行、前進異常歩行又は後退歩行を検出した場合には、異常状態が生じたと判断して、視覚的および／または音響的警告を発することができる。これによって、使用者の周囲にいる者、特に使用者の補助者に異常状態を知らせ、補助者が歩行訓練装置を停止させたり、或いは、使用者を介助する等により危険を回避することが可能となる。更には、異常状態を検知したときに、前記制御用コンピュータにより歩行訓練装置を自動的に減速や停止させるようにもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の歩行訓練装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の歩行訓練装置の制御システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１に示す実施形態では、歩行訓練装置１００は、トレッドミル１０と、トレッドミル１０に沿って構成したサポート３０とを具備している。トレッドミル１０は市販されている通常のトレッドミルであって、床面に配置されるベースフレーム１２と、該ベースフレーム１２上に固定され横断方向に延びる複数のローラー（図示せず）を回転自在に支持する機械フレーム１４と、該機械フレーム１４のローラー上に張り渡され立位の使用者の足部を支持する歩行面を形成する支持するベルト１６と、機械フレーム１４の前方部分に配設され内部にベルト１６を回転駆動する駆動モータ（図示せず）および該駆動モータの回転数を測定する回転センサ（図示せず）を収納したヘッド部１８と、前記ベースフレーム１２の前方部分に立設された前方フレーム２０と、該前方フレーム２０に取り付けられたグリップハンドル２５と操作部２２とを具備している。更にヘッド部１８の上面には使用者の足の位置を測定する足位置センサ２４が配設されている。足位置センサ２４は、例えば、足位置センサ２４から使用者の足までの距離を３次元的に測定することによって、使用者の足の位置を測定する。足位置センサ２４は、例えばマイクロソフト社から市販されているKinect（登録商標）によって形成することができる。
【００１２】
サポート３０は、下部フレーム４０と、下部フレーム４０に対して着脱自在に取り付けられる上部フレーム６０とを具備している。本実施形態では、下部フレーム４０はトレッドミル１０のベースフレーム１２上に固定されるベース部４１と、該ベース部４１から上方に延びる４本の支柱フレーム部４２と、水平フレーム部４４と、前フレーム部４６とを具備している。水平フレーム部４４は、使用者の両側部において概ね水平方向に延設され、トレッドミル１０の両側部において前後に配置されている支柱フレームの上端に連結されている。前フレーム部４６は、その両端部において水平フレーム部４４の前方部分に連結されており、こうして、下部フレーム４０は、使用者が後方からトレッドミル１０の上に接近できるようになっている。
【００１３】
上部フレーム６０は、下部フレーム４０に連結される４本の脚フレーム部６２と、水平フレーム部６４と、水平フレーム部６４の間に水平方向に延設された前フレーム部（図示せず）とを具備している。本実施形態では、上部フレーム６０は、カップリング４８、５０によって下部フレーム４０の上部に連結される。前側のカップリング（前カップリング）４８は、水平フレーム部４４の前端部に取り付けられており、後側のカップリング（後カップリング）５０は水平フレーム部４４の後端部または後端部に隣接する部分に取り付けられている。前後カップリング４８、５０は、上部フレーム６０の脚フレーム部６２を受入れる開口部を有した中空部材より成る。本実施形態では、前カップリング４８は、上部フレーム６０の前側の脚フレーム部６２を受入れる１つの開口部を有しており、後カップリング５０は、上部フレーム６０の後側の脚フレーム部６２を受入れる４つの開口部有している。
【００１４】
上部フレーム６０の脚フレーム部６２の側壁には、歩行訓練装置１００の左右方向へ貫通する小孔が形成されている。前後カップリング４８、５０には、これに対応する小孔が形成されており、該小孔に前後カップリング４８の外側から脚フレーム部６２の小孔を貫通させてピン４８ａ、５０ａを挿通することによって、上部フレーム６０は下部フレーム４０に対して固定される。また、上部フレーム６０の脚フレーム部６２の側壁に形成した小孔を高さ方向に複数個配列することによって、サポート３０の高さを変更することが可能となる。また、後カップリング５０が複数の開口部を有することによって、異なるサイズの上部フレーム６０を下部フレーム４０に取り付けることが可能となる。
【００１５】
上部フレーム６０の水平フレーム部６４の上にはアームレスト７０が取り付けられ、上部フレーム６０とアームレスト７０との間の前後左右には所定の間隔で力センサ８０が配設される。使用者が、自身の腕でアームレスト７０を把持する或いは凭れることによって、使用者に作用する負荷の一部がアームレスト７０に負担される。
【００１６】
力センサ８０は、アームレスト７０に作用する外力のうち鉛直方向成分を検知、測定可能なひずみゲージのような検知手段あり、本実施形態ではアームレスト７０の前方部分と後方部分の左右位置に合計４つ配設されている。力センサ８０は、Bluetooth（登録商標）、無線LANその他の適当な無線通信手段またはLAN、RS-232、USB等の有線通信手段によってパーソナルコンピュータ２６に接続されている。また、該パーソナルコンピュータ２６には、同様に適当な電気通信手段によって、足位置センサ２４、トレッドミル１０の回転センサも接続されている。更に、該パーソナルコンピュータ２６はトレッドミル１０の駆動モータの制御回路部に接続されている。尚、前記上部フレーム６０の水平フレーム部６４は、歩行訓練装置１００本体の前方フレーム２０の上部に設けてあるグリップハンドル２５（通常健常者用のグリップハンドル）に又はその延長部に昇降調節可能に且つ前後位置調節可能に後付け装着すれば前記上部フレーム６０の構成部材を多少省略し軽量コンパクトに構成することが出来る。
【００１７】
以下、本実施形態による歩行訓練装置１００のための制御システムを示すブロック図である図２を参照して、本実施形態の作用を説明する。
図２において、制御システム２００は、図１のパーソナルコンピュータ２６によって形成される制御用コンピュータ２０２、トレッドミル１０のモータ制御回路２０４、制御対象としてのトレッドミル１０の駆動モータおよび該駆動モータの出力軸に取り付けられている回転センサより成るモータ組立体２０６、トレッドミル１０の操作部２２に設けられている表示パネル２０８および操作パネル２１０、上部フレーム６０とアームレスト７０との間に配設された４つの力センサ８０より成る力センサ２１２、トレッドミル１０のヘッド部１８に取り付けられた足位置センサ２４より成る足位置センサ２１４を具備している。
【００１８】
制御用コンピュータ２０２には、操作パネル２１０から使用者の体重や身長といった身体的パラメータ、および、トレッドミル１０のベルト１６の目標速度や歩行訓練またはトレーニングの目標距離などの負荷的パラメータが入力される。制御用コンピュータ２０２はモータ制御回路２０４へ向けて速度目標値を出力し、モータ制御回路２０４は該速度目標値に基づいてモータ組立体２０６の駆動モータへ電流指令を出力する。駆動モータが回転すると、モータ組立体２０６の回転センサからモータ制御回路へ駆動モータの回転角度が出力され、モータ制御回路は該回転角度と制御用コンピュータ２０２から受け取った速度目標値に基づいてモータ組立体２０６の駆動モータをサーボ制御する。
【００１９】
モータ制御回路２０４は、また、モータ組立体２０６の回転センサから出力された駆動モータの回転角度を制御用コンピュータ２０２に出力する。制御用コンピュータ２０２は、モータ制御回路２０４からの駆動モータの回転角度に基づいて駆動モータの回転数を演算する。モータ制御回路２０４が、モータ組立体２０６の回転センサからの回転角度に基づいて駆動モータの回転数を演算して、これを制御用コンピュータ２０２に出力するようにしてもよい。モータ制御回路２０４は、モータ制御回路２０４からの駆動モータの回転数およびモータ制御回路２０４へ出力した速度目標値からトレッドミル１０の負荷やトレッドミル１０によって使用者が歩行した距離を演算する。演算によって得られた負荷および距離等は表示パネル２０８に表示される。また、演算した距離が目標値に達すると、制御用コンピュータ２０２からモータ制御回路２０４へ停止信号が送出される。
【００２０】
制御用コンピュータ２０２へは、また、力センサ２１２および足位置センサ２１４の各々の測定値が出力される。制御用コンピュータ２０２は、力センサ２１２の測定値および操作パネル２１０から入力された使用者の身体的パラメータに基づいて、使用者がアームレスト７０に凭れることによって得られた免荷量を演算する。制御用コンピュータ２０２は、また、足位置センサ２１４の測定値に基づいて、使用者の足の位置を演算する。更に、制御用コンピュータ２０２は、こうして演算した免荷量および足の位置並びに操作パネル２１０から入力された使用者の身体的パラメータに基づいて使用者の重心位置を演算する。重心位置はリアルタイムに表示パネル２０８に表示することができる。これによって、使用者は歩行訓練中の上肢のバランスを確認することができ、例えば、実際の重心位置と理想（目標）の重心位置とを同時に表示することによって、歩行のバランスを訓練することが可能となる。
【００２１】
また、演算された使用者の足位置が予め設定した許容範囲よりも前方にある場合にはトレッドミル１０の速度を高めたり、前記許容範囲よりも後方にある場合にはトレッドミル１０の速度を低下することができる。また、演算された足位置、免荷量、重心位置が従前の値、例えば平均値、移動平均値、標準偏差から大きく逸脱する場合には、制御用コンピュータ２０２は、異常状態が生じたと判断して、警告信号を表示パネル２０８を含む操作部２２に出力し、表示パネル２０８に視覚的に警告を表示したり、或いは操作部２２に設けられているスピーカーから音響的に警告を発するようにできる。これによって、使用者の周囲にいる者、特に使用者の補助者に異常状態を知らせ、補助者がトレッドミル１０を停止させたり、或いは、使用者を介助する等により危険を回避することが可能となる。或いは、制御用コンピュータ２０２が異常状態を検知したときに、トレッドミル１０を原則または停止させるよう、モータ制御回路２０４に信号を送出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１０    トレッドミル
１２    ベースフレーム
１４    機械フレーム
１６    ベルト
１８    ヘッド部
２０    前方フレーム
２２    操作部
２４    足位置センサ
２５    グリップハンドル
３０    サポート
４０    下部フレーム
４１    ベース部
４２    支柱フレーム部
４４    水平フレーム部
４６    前フレーム部
４８    前カップリング
４８    前後カップリング
４８ａ    ピン
５０ａ    ピン
５０    後カップリング
６０    上部フレーム
６２    脚フレーム部
６４    水平フレーム部
７０    アームレスト
８０    力センサ
１００    歩行訓練装置
２００    制御システム
２０２    制御用コンピュータ
２０４    モータ制御回路
２０６    モータ組立体
２０８    表示パネル
２１０    操作パネル
２１２    力センサ
２１４    足位置センサ
【図１】
2015171511.tif 000003
【図２】
2015171511.tif 000004