(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォーキングトレーニングマシンの下肢支持フレームを準備するステップａ）と、
前記ウォーキングトレーニングマシンのモーターを起動し、前記モーターが前記下肢支持フレームを駆動するステップｂ）と、
一定時間内に前記モーターの出力に伴って生じたトルクの変化について、複数の測定点で取得されたトルクの分布状態のデータを統計し、前記分布状態の統計データに基づいて、正のトルクについての正のしきい値、及び、負のトルクについての負のしきい値を算出するステップｃ）と、
前記ステップｃ）の後、または、前記ステップｃ）に連続して、前記モーターの出力に伴って生じた正のトルクが正のしきい値より大きいか、又は、前記モーターの出力に伴って生じた負のトルクが負のしきい値より小さいか否かを判断し、前記正のトルクが前記正のしきい値より大きい、又は、前記負のトルクが前記負のしきい値より小さいと判断されると前記モーターの回転を即時中断するステップｄ）と、
を含むことを特徴とするウォーキングトレーニングマシンの制御方法。
【請求項２】
前記分布状態の前記統計データは、正の半周期および負の半周期に区分されており、
前記正の半周期のしきい値は数１で定義されており、
［数１］
μup−３σup≦ＴＨup≦μup＋３σup
前記負の半周期のしきい値は数２で定義されており、
［数２］
μdown−３σdown≦ＴＨdown≦μdown＋３σdown
前記数１において、ＴＨupは前記正の半周期の前記しきい値であり、μupは前記正の半周期の平均値であり、σupは前記正の半周期の標準偏差であり、
前記数２において、ＴＨdownは前記負の半周期の前記しきい値であり、μdownは前記負の半周期の平均値であり、σdownは前記負の半周期の標準偏差であることを特徴とする請求項１に記載のウォーキングトレーニングマシンの制御方法。
【請求項３】
前記正の半周期の前記しきい値は数３で定義されており、
［数３］
μup−３σup＋Ｓｖ≦ＴＨup≦μup＋３σup＋Ｓｖ
前記負の半周期の前記しきい値は数４で定義されており、
［数４］
μdown−３σdown−Ｓｖ≦ＴＨdown≦μdown＋３σdown−Ｓｖ
前記数３および前記数４において、Ｓｖは補正パラメータであり、前記補正パラメータは前記モーターの出力に伴って生じた前記トルクおよび訓練者の歩幅に対応し、カーブフィッティングによって算出されることを特徴とする請求項２に記載のウォーキングトレーニングマシンの制御方法。
【請求項４】
前記正の半周期の前記しきい値は数５で定義されており、
［数５］
μup−３σup＋Ｓｖ＋Ｓωup≦ＴＨup≦μup＋３σup＋Ｓｖ＋Ｓωup
前記負の半周期の前記しきい値は数６で定義されており、
［数６］
μdown−３σdown−Ｓｖ＋Ｓωdown≦ＴＨdown≦μdown＋３σdown−Ｓｖ＋Ｓωdown
前記数５および前記数６において、ＳωupおよびＳωdownは前記ウォーキングトレーニングマシンの痙攣検知感度パラメータであることを特徴とする請求項３に記載のウォーキングトレーニングマシンの制御方法。
【請求項５】
痙攣検知感度パラメータＳωupは数７を満たし、
［数７］
Ｓωup＝（μup−μdata）＊ω
痙攣検知感度パラメータＳωdownは数８を満たし、
［数８］
Ｓωdown＝（μdata−μdown）＊ω
前記数７および前記数８において、μdataは前記分布状態の前記統計データの総平均値であり、ω即ちウェイトは０から１の間であり、前記ウェイトが０である場合、感度が最も高く、前記ウェイトが１である場合、感度が最も低いことを特徴とする請求項４に記載のウォーキングトレーニングマシンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーキングトレーニングマシンの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脊髄損傷、脳梗塞、神経損傷などが原因で下半身が不自由で歩行の訓練が必要な訓練者にとって、移動、身体固定および歩行訓練の際にそれに対応できる医療補助器具や補助装置が日常生活に欠かせない。歩行訓練を行う際、筋肉疲労または別の要素によって訓練者の下半身に痙攣現象が発生すると歩行訓練を即時中断する。訓練者に十分に休憩を取らせないと、歩行訓練を継続できない。
【０００３】
それに関連する従来の技術において、特許文献１はひずみゲージおよび電位によって痙攣症状の生じた瞬間信号を検知することである。特許文献２は正常状態下で複数回の運動を行うことによって角度、角速度および筋電信号を求め、続いて筋電信号、一定したしきい値および予め記録した角度と角速度との関係に基づいて歩行訓練の過程において痙攣現象が発生するか否かを検知することである。しかしながら、前述の二つの特許案は効果を達成するためにセンサーを別途使用することが必要である。従って設備コストを高騰させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開２０１４／０３４３４５９号公報
【特許文献２】米国特許公開２００８／０３１２５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、センサーを別途使用する必要なく、モーターに生じたトルク信号に基づいて判断できるだけでなく、設備コストを効果的に削減できるウォーキングトレーニングマシンの制御方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、ウォーキングトレーニングマシンの制御方法のステップは下記のとおりである。
まずウォーキングトレーニングマシンの下肢支持フレームを準備する。
続いてウォーキングトレーニングマシンのモーターを起動し、モーターが下肢支持フレームを駆動する。続いて一定時間内にモーターの出力に伴って生じたトルクの変化について、複数の測定点で取得されたトルクの分布状態のデータを統計し、分布状態の統計データに基づいて、正のトルクについての正のしきい値、及び、負のトルクについての負のしきい値を算出する。
続いてモーターの出力に伴って生じた正のトルクが正のしきい値より大きいか、又は、モーターの出力に伴って生じた負のトルクが負のしきい値より小さいか否かを判断する。正のトルクが正のしきい値より大きい、又は、負のトルクが負のしきい値より小さい場合、痙攣現象が発生していると判断される。このときモーターの回転を即時中断する。そうでない場合、異常がないと判断される。このときモーターに回転を継続させてもよい。
【０００７】
本発明の実施形態において、分布状態の統計データは正の半周期および負の半周期に区分される。正の半周期のしきい値は数１で定義される。
［数１］
μup−３σup≦ＴＨup≦μup＋３σup
負の半周期のしきい値は数２で定義される。
［数２］
μdown−３σdown≦ＴＨdown≦μdown＋３σdown
【０００８】
数１において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。数２において、ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。一方、モーターの回転速度、訓練者の歩幅の大きさおよびウォーキングトレーニングマシンの検知感度に基づいて数１および数２を調整すれば、異なる訓練者のニーズに応じることができる。
【０００９】
本発明によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法の詳細なステップまたは特徴は、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。また、以下の詳細な説明および本発明により提示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかわる領域において常識がある人ならば理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法を示すプロセスである。
【図２】本発明に適用される下肢トレーニングマシンの構造を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法においてのモーターのトルクと時間との関係および座標を示すグラフである。
【図４】図３に基づいて訓練者に痙攣現象が発生している状態を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法において補正パラメータに応じて曲面を校正する際の座標を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法において補正パラメータをしきい値に加えた後のモーターのトルクと時間との関係および座標を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法において感度パラメータをしきい値に加えた後のモーターのトルクと時間との関係および座標を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１に示すように、本発明の一実施形態によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法は下記のステップを含む。
【００１２】
ステップａ）は、図２に示すようにウォーキングトレーニングマシン１０の下肢支持フレーム１２を訓練者の下肢に装着する。
【００１３】
ステップｂ）は、ウォーキングトレーニングマシン１０のモーター１４を起動し、モーター１４が下肢支持フレーム１２を駆動することによって訓練者が歩行訓練を行う。
【００１４】
ステップｃ）は、一定時間内にモーター１４の出力に伴って生じたトルクの変化に基づいて分布状態のデータを統計し、そののち分布状態の統計データに基づいてしきい値を算出する。
【００１５】
［数１］
μup−３σup≦ＴＨup≦μup＋３σup
［数２］
μdown−３σdown≦ＴＨdown≦μdown＋３σdown
【００１６】
図３に示すように、一定時間内にモーター１４の出力に伴って生じたトルクの変化は正の半周期および負の半周期に区分される。正の半周期および負の半周期において複数の測定点で取得されたトルクはそれぞれＹ軸に投影され、正規分布曲線のグラフを形成する。続いて、信頼区間の概念に基づいて測定点のデータは正常信号に対応するか否かを判断する。測定点のデータが正常信号に対応すると判断される場合、測定点のデータは正の半周期および負の半周期の平均値±（３×標準偏差）の範囲内である。
上述したとおり、ステップｃ）において、まず正の半周期の平均値および標準偏差と、負の半周期の平均値および標準偏差とを計算する。続いて信頼区間の概念に基づいて正の半周期のしきい値および負の半周期のしきい値を定義し、数１および数２を成立させる。
数１において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。数２において、ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。
【００１７】
ステップｄ）は、歩行訓練の過程においてモーター１４の出力に伴って生じたトルクが正の半周期のしきい値より大きく、かつ、負の半周期のしきい値より小さいか否かを判断する。図４中のＰ１に示すように、正の半周期のしきい値より大きい場合、訓練者に痙攣現象が発生していると判断される。また、負の半周期のしきい値より小さい場合も訓練者に痙攣現象が発生していると判断される。このときモーター１４の回転を即時中断する。そうでない場合、訓練者には異常がないと判断される。このときモーター１４に回転を継続させてもよい。
【００１８】
［数３］
μup−３σup＋Ｓｖ≦ＴＨup≦μup＋３σup＋Ｓｖ
［数４］
μdown−３σdown−Ｓｖ≦ＴＨdown≦μdown＋３σdown−Ｓｖ
【００１９】
一方、訓練者によって歩幅が異なる。設定したモーター１４の回転速度も訓練者のニーズによって異なる。それに対し、図５に示すように、本発明はカーブフィッティング方式によってモーター１４の回転速度および訓練者の歩幅の大きさに対応する補正パラメータを算出し、補正パラメータによって正の半周期のしきい値および負の半周期のしきい値を補正する。補正した正の半周期のしきい値は数３で表示される。補正した負の半周期のしきい値は数４で表示される。その結果、図６中のＰ２に示すように、３００秒になる際、モーター１４の回転速度が変わればしきい値が自動的に補正されるため、校正し直す必要がない。数３および数４において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。Ｓｖは補正パラメータである。
【００２０】
［数５］
μup−３σup＋Ｓｖ＋Ｓωup≦ＴＨup≦μup＋３σup＋Ｓｖ＋Ｓωup
［数６］
μdown−３σdown−Ｓｖ＋Ｓωdown≦ＴＨdown≦μdown＋３σdown−Ｓｖ＋Ｓωdown
［数７］
Ｓωup＝（μup−μdata）＊ω
［数８］
Ｓωdown＝（μdata−μdown）＊ω
【００２１】
本発明は、さらに感度パラメータによって正の半周期のしきい値および負の半周期のしきい値を補正する。補正した正の半周期のしきい値は数５で表示される。補正した負の半周期のしきい値は数６で表示される。数５および数６において、ＴＨupは正の半周期のしきい値である。μupは正の半周期の平均値である。σupは正の半周期の標準偏差である。ＴＨdownは負の半周期のしきい値である。μdownは負の半周期の平均値である。σdownは負の半周期の標準偏差である。Ｓｖは補正パラメータである。ＳωupおよびＳωdownはウォーキングトレーニングマシン１０の痙攣検知感度パラメータである。Ｓωupは数７を満たす。Ｓωdownは数８を満たす。数７および数８において、μdataは分布状態の統計データの総平均値である。ω即ちウェイトは０から１の間である。ウェイトが０である場合、感度が最も高い。ウェイトが１である場合、感度が最も低い。従って、図７に示すように、訓練者は感度パラメータに基づいて自ら体の具合に対応するしきい値を調整することによって検知感度を変更することができる。
【００２２】
本発明によるウォーキングトレーニングマシンの制御方法は、センサーを別途使用する必要なく、モーター１４の出力に伴って生じたトルク、即ち信号源に基づいて歩行訓練の過程において訓練者に痙攣現象が発生するか否かを検知するため、設備コストを効果的に削減することができる。上述したとおり、本発明により、歩行訓練の過程において訓練者は速度を任意に調整しても校正し直す必要がないし、体の具合によって検知感度を調整できるため、使用上の利便性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０：ウォーキングトレーニングマシン、
１２：下肢支持フレーム、
１４：モーター
【図１】
0006463704.tif 000002
【図２】
0006463704.tif 000003
【図３】
0006463704.tif 000004
【図４】
0006463704.tif 000005
【図５】
0006463704.tif 000006
【図６】
0006463704.tif 000007
【図７】
0006463704.tif 000008