(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基座、駆動モジュール、センサーモジュール、コントローラーおよび信号処理モジュールを備え、
前記駆動モジュールは前記基座の内部に装着され、駆動回路、駆動モーターおよび二つの移動平台を有し、前記駆動モーターは前記駆動回路に制御されたうえで前記移動平台を移動させ、
前記センサーモジュールは左ペダル、右ペダル、複数の圧力センサーおよび位置センサーを有し、前記左ペダルおよび前記右ペダルは二つの前記移動平台に別々に接続され、複数の前記圧力センサーはそれぞれ前記左ペダルおよび前記右ペダルに配置され、前記位置センサーは前記基座の内部に装着され、
前記コントローラーは前記駆動回路、複数の前記圧力センサーおよび前記位置センサーに電気的に接続されてデータの保存、処理および出力機能を果たし、
前記信号処理モジュールは前記コントローラーに配置され、歩容検知ユニットおよび歩容判断ユニットを有し、前記歩容判断ユニットには重心計算論理および歩容判断論理が保存してあり、
二つの前記移動平台は前記駆動モーターの駆動力によって前記左ペダルおよび前記右ペダルを反対方向に移動させ、
それぞれの前記移動平台の往復運動の折り返し位置に前記駆動モーターが逆方向に回転する際、前記駆動回路は方向転換信号を生じ、
前記左ペダルおよび前記右ペダルが前記移動平台とともに前記位置センサーを通る際、前記位置センサーは通過信号を生じ、
前記歩容検知ユニットは複数の前記圧力センサーからの重量信号、前記位置センサーからの前記通過信号および前記駆動回路からの前記方向転換信号をキャッチし、
前記歩容判断ユニットは前記歩容検知ユニットで収集した前記重量信号、前記通過信号および前記方向転換信号をキャッチし、前記重心計算論理に基づいて前記左ペダルおよび前記右ペダルに載せた重量と、前記左ペダルおよび前記右ペダルの重心位置とを算出し、続いて前記歩容判断論理に基づいて前記左ペダルおよび前記右ペダルに載せた重量と、前記左ペダルおよび前記右ペダルの重心位置とが正確であるか否かを判断することを特徴とする、
歩容訓練機。
【請求項２】
歩容訓練機に適用され、ステップＡ）、ステップＢ）、ステップＣ）、ステップＤ）、ステップＥ）を含む歩容訓練機の使用方法であって、
前記歩容訓練機は基座、駆動モジュール、センサーモジュール、コントローラー、タッチパネル、信号処理モジュールおよび評価モジュールを備え、
前記駆動モジュールは駆動回路、駆動モーターおよび二つの移動平台を有し、
前記センサーモジュールは左ペダル、右ペダル、複数の圧力センサーおよび位置センサーを有し、前記左ペダルおよび前記右ペダルは二つの前記移動平台に別々に接続され、二つの前記移動平台は前記駆動モーターの駆動力によって前記左ペダルおよび前記右ペダルを反対方向に移動させ、前記複数の圧力センサーは前記左ペダルおよび前記右ペダルの隅角に配置され、前記位置センサーは前記基座の内部に配置され、
前記タッチパネルはデータの入力および表示に用いられ、
前記コントローラーは前記駆動回路、複数の前記圧力センサー、前記位置センサーおよび前記タッチパネルに電気的に接続され、
前記信号処理モジュールは前記コントローラーに配置され、歩容検知ユニットおよび歩容判断ユニットを有し、前記歩容判断ユニットには重心計算論理および歩容判断論理が保存してあり、
前記評価モジュールは前記コントローラーに配置され、ガイドユニットを有し、
前記ステップＡ）は準備段階であり、前記ステップＡ）において使用者は前記左ペダルおよび前記右ペダルに両脚を置いて前記タッチパネルに速度レベル、一歩の幅および訓練時間を設定し、
前記ステップＢ）は前記歩容訓練機を作動させる段階であり、前記ステップＢ）において、前記コントローラーは前記速度レベル、前記一歩の幅および前記訓練時間を駆動データに転換し、転換した駆動データを前記駆動モジュールの前記駆動回路に出力し、続いて前記駆動回路は前記駆動モーターの回転を制御することによって前記左ペダルおよび前記右ペダルを移動させる二つの前記移動平台の運動速度、運動時間および運動範囲を制御し、それぞれの前記移動平台の前記運動範囲は前記一歩の幅内に限定され、それぞれの前記移動平台の往復運動の折り返し位置に前記駆動モーターが逆方向に回転する際、前記駆動回路は方向転換信号を生じ、前記左ペダルおよび前記右ペダルが前記移動平台とともに前記位置センサーを通る際、前記位置センサーは通過信号を生じ、
前記ステップＣ）は信号を検知および判断することであり、前記ステップＣ）において、前記歩容検知ユニットは複数の前記圧力センサーからの重量信号、前記位置センサーからの前記通過信号および前記駆動回路からの前記方向転換信号をキャッチし、前記歩容判断ユニットは前記歩容検知ユニットで収集した前記重量信号、前記通過信号および前記方向転換信号をキャッチし、前記重心計算論理に基づいて前記左ペダルおよび前記右ペダルに載せた重量と、前記左ペダルおよび前記右ペダルの重心位置とを算出し、続いて前記歩容判断論理に基づいて前記左ペダルおよび前記右ペダルに載せた重量と、前記左ペダルおよび前記右ペダルの重心位置とが正確であるか否かを判断し、前記歩容判断ユニットはさらに通過回数、方向転換回数、重心が正確な回数および足首関節が正確な回数を計算し、前記歩容判断ユニットが前記通過信号をキャッチすると、前記通過回数が一回増え、前記左ペダルおよび前記右ペダルに載せた重量が正確であるか否かが前記歩容判断論理に基づいて判断され、前記左ペダルおよび前記右ペダルに載せた重量が正確であれば、前記重心の正確な回数が一回増え、そうでなければ前記重心の正確な回数は変わらなく、前記歩容判断ユニットが前記方向転換信号をキャッチすると、前記方向転換回数が一回増え、左脚および右脚の足首関節運動が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。前記左脚および前記右脚の前記足首関節運動が正確であれば、前記足首関節の正確な回数が一回増え、そうでなければ前記足首関節の正確な回数は変わらず、
前記ステップＤ）はガイドおよび表示を行うことであり、前記ステップＤにおいて、前記左ペダルを前進させて前記右ペダルを後退させる際、前記ガイドユニットは前記駆動回路からの前記方向転換信号をキャッチし、左向きのガイド指示を前記タッチパネルに伝送し、前記タッチパネルに左矢印を表示することによって身体重心を前記左脚に移すことを前記使用者に指示し、そののち、前記ガイドユニットは再び前記方向転換信号をキャッチし、右向きのガイド指示を前記タッチパネルに伝送し、前記タッチパネルに右矢印を表示することによって前記身体重心を前記右脚に移すことを前記使用者に指示し、続いて、前記使用者の前記左脚および前記右脚の足首関節運動が正確であるか否かを前記歩容判断ユニットによって判断した結果を、前記ガイドユニットはキャッチするのに対して、前記タッチパネルは左靴型画像および右靴型画像を表示し、前記左脚の前記足首関節運動が正確であれば、前記タッチパネルに前記左脚の足首関節表示信号を伝送して前記左靴型画像を色付けさせるか発光させることによって、前記左脚の前記足首関節運動が正確であることを前記使用者に知らせ、前記右脚の前記足首関節運動が正確であれば、前記タッチパネルに前記右脚の足首関節表示信号を伝送して前記右靴型画像を色付けさせるか発光させることによって、前記右脚の前記足首関節運動が正確であることを前記使用者に知らせ、
前記ステップＥ）は作動を繰り返すことであり、前記ステップＥ）において、前記訓練時間が終了するまで前記ステップＢ）から前記ステップＤ）までの作動を繰り返すことを特徴とする、
歩容訓練機の使用方法。
【請求項３】
前記評価モジュールはさらに参与程度ユニットを有し、前記歩容訓練機の使用方法は前記ステップＥ）の後、さらにステップＦ）を含み、前記ステップＦ）は結果を表示することであり、前記ステップＦ）において、前記参与程度ユニットは前記訓練時間内の前記足首関節の正確率および前記重心の正確率を計算し、前記足首関節の正確率は前記足首関節が正確な回数／前記方向転換回数＊１００％であり、前記重心の正確率は前記重心が正確な回数／前記通過回数＊１００％であり、前記タッチパネルは前記足首関節が正確な回数、前記方向転換回数、前記足首関節の正確率、前記重心が正確な回数、前記通過回数または前記重心の正確率を表示できるように設定されることを特徴とする請求項２に記載の歩容訓練機の使用方法。
【請求項４】
前記歩容判断論理は、前記歩容判断ユニットに第一しきい値および第二しきい値が書き込んであり、前記左ペダルおよび前記右ペダルが前後に移動し、使用者の両脚で前記左ペダルおよび前記右ペダルに立脚して向いた方向が前方である状況下で、
[式１]
Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ＝Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＋Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
使用者の総重量が前記式１に基づいて算出され、前記式１においてＴｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ  は前記左ペダルに載せた重量であり、Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅは前記右ペダルに載せた重量であり、Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅは使用者の総重量であり、
[式２]
Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ／Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ≧第一しきい値
前記左ペダルを後退させて前記通過信号をキャッチする際、前記式２を満足させれば、使用者の身体重心が左脚に位置し、前記左ペダルに載せた重量が正確であると判断され、そうでなければ、前記左ペダルに載せた重量が不正確であると判断され、
[式３]
Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ／Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ≧第一しきい値
前記右ペダルを後退させて前記通過信号をキャッチする際、前記式３を満足させれば、使用者の身体重心が右脚に位置し、前記右ペダルに載せた重量が正確であると判断され、そうでなければ、前記右ペダルに載せた重量が不正確であると判断され、
[式４]
│ＬＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ│／（ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）≧第二しきい値
[式５]
│ＲＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ│／（ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）≧第二しきい値
前記左ペダルおよび前記右ペダルの前進方向がＸ軸方向と定義され、前記Ｘ軸方向に垂直な外向きがＹ軸方向と定義され、前記式４を満足させれば、左脚の足首関節運動が正確であると判断され、そうではければ、左脚の足首関節運動が不正確であると判断され、前記式４において、ＬＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎは前記左ペダルのＸ軸方向の重心座標であり、ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは前記左ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さであり、前記式５を満足させれば、前記右脚の足首関節運動が正確であると判断され、そうではければ、前記右脚の足首関節運動が不正確であると判断され、前記式５において、ＲＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎは前記右ペダルのＸ軸方向の重心座標であり、ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは前記右ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さであることを特徴とする請求項２に記載の歩容訓練機の使用方法。
【請求項５】
前記圧力センサーは前記左ペダルの四つの隅角に位置するセンサーＡ、センサーＢ、センサーＣおよびセンサーＤと、前記右ペダルの四つの隅角に位置するセンサーＥ、センサーＦ、センサーＧおよびセンサーＨとを有し、前記センサーＡ、前記センサーＢ、前記センサーＣおよび前記センサーＤは左ペダルの左後方、左前方、右前方および右後方に別々に配置され、前記センサーＥ、前記センサーＦ、前記センサーＧおよび前記センサーＨは前記右ペダルの右後方、右前方、左前方および左後方に別々に配置され、前記重心計算論理は、使用者が前記左ペダルおよび前記右ペダルに立脚して体重を掛ける状況下で、
[式６]
Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＝ＬＶａｌｕｅ１＋ＬＶａｌｕｅ２＋ＬＶａｌｕｅ３＋ＬＶａｌｕｅ４
[式７]
Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ＝ＲＶａｌｕｅ１＋ＲＶａｌｕｅ２＋ＲＶａｌｕｅ３＋ＲＶａｌｕｅ４
[式８]
Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ＝Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＋Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
使用者の総重量が前記式６、前記式７および前記式８に基づいて算出され、前記式６において、Ｔｏｔａｌ  Ｌｖａｌｕｅは前記左ペダルに載せた重量であり、ＬＶａｌｕｅ１からＬＶａｌｕｅ４は前記センサーＡから前記センサーＤの重量信号であり、前記式７において、Ｔｏｔａｌ  Ｒｖａｌｕｅは前記右ペダルに載せた重量であり、ＲＶａｌｕｅ１からＲＶａｌｕｅ４は前記センサーＥから前記センサーＨの重量信号であり、前記式８において、Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅは使用者の総重量であり、
[式９]
ＬＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＬＶａｌｕｅ３＋ＬＶａｌｕｅ２）＊ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ
[式１０]
ＬＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＬＶａｌｕｅ２＋ＬＶａｌｕｅ１）＊ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ
前記左ペダルの重心位置は前記式９および前記式１０に基づいて算出され、前記式９および前記式１０において、ＬＶａｌｕｅ１からＬＶａｌｕｅ３は前記センサーＡから前記センサーＣの重量信号であり、ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは前記左ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さであり、ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは前記左ペダルの幾何学的中心を原点にＹ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さであり、
[式１１]
ＬＸ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＬＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
[式１２]
ＬＹ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＬＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
前記左ペダルの重心座標が前記式１１および前記式１２に基づいて算出され、
[式１３]
ＲＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＲＶａｌｕｅ３＋ＲＶａｌｕｅ２）＊ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
[式１４]
ＲＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＲＶａｌｕｅ２＋ＲＶａｌｕｅ１）＊ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
前記右ペダルの重心位置が前記式１３および前記式１４に基づいて算出され、前記式１３および前記式１４において、ＲＶａｌｕｅ１からＲＶａｌｕｅ３は前記センサーＥから前記センサーＧの重量信号であり、ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは前記右ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さであり、ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは前記右ペダルの幾何学的中心を原点にＹ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さであり、
[式１５]
ＲＸ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＲＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
[式１６]
ＲＹ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＲＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
前記右ペダルの重心座標が前記式１５および前記式１６に基づいて算出されることを特徴とする請求項４に記載の歩容訓練機の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩容訓練用機械に関し、詳しくは歩容訓練機およびその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現代人の健康志向が高まるとともに、様々な身体機能に関連するトレーニングマシンの開発が盛んになってくる。歩容訓練はジョギングマシンによるジョギングの訓練のほかに、健康を維持する歩き方および姿勢の訓練も重視されるようになる。
【０００３】
一般の人の歩行周期を参考にしてみると、右脚踵が着地すれば左脚指が離地し、左脚踵が着地すれば右脚指が離地する状態が繰り返される。つまり、一つの歩行周期において左脚および右脚は交互に変化し、足首関節の作動角度が時期によって異なる。特に一歩の幅が一番大きい時に左脚および右脚の足首関節の運動角度が一番大きい。
【０００４】
足首関節の作動角度について、足首関節は歩行周期に応じて作動角度が異なる。詳しく言えば、足首関節は、着地初期（ｉｎｉｔｉａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ）から立脚中期（ｍｉｄｓｔａｎｃｅ）までの作動が背屈（ｄｏｒｓｉｆｌｅｘｉｏｎ）であり、脚指離地（ｔｏｅ  ｏｆｆ）即ち反対側の脚着地から游脚中期（ｍｉｄ−ｓｗｉｎｇ）までの作動が脚関節底屈（ｐｌａｎｔａｒ  ｆｌｅｘｉｏｎ）である。つまり、歩行する時の足首関節の角度は周期的変化がある。
【０００５】
一方、歩行周期において身体の重心は両脚の間に移るという現象が発生する。詳しく言えば、立脚中期（ｍｉｄｓｔａｎｃｅ）には身体重心が支える脚に移るため、支える脚は大部分の体重に耐える。游脚中期（ｍｉｄ−ｓｗｉｎｇ）には身体重心が反対側の脚に移るため、反対側の脚は体重に耐える。このような状況は繰り返されて周期になる。つまり、歩行中に体重を左脚に掛けたり、右脚に掛けたりすることは繰り返される。
【０００６】
上述した内容により、健康的な歩き方および姿勢を訓練する際、足首関節運動や両脚の間に移る身体重心などの状況を把握および調整すれば健康的な歩き方および姿勢を見付けることができる。
【０００７】
それに対して、特許文献１は二足歩行ロボットに装着された一つまたは複数の圧力センサーで歩行周期中の状態変化の観察およびデータ収集を行うことによって二足の駆動機構を制御し、転倒などの作動を防止することを開示する。
【０００８】
特許文献２はジョギングマシンのベルトの速度および足の衝撃を受けた時間を計算でき、左脚および右脚を指示できるシステムプロセッサを開示する。該案において、プロセッサはセンサーからの入力データを計算し、歩容に関わるパラメータを求める。システムは歩容を矯正するアドバスを提供する。例えば、システムは脚の向きを変えて足首を回転させ、膝をよく曲げることを使用者に指示するか、患者の歩容データの分析に基づいて別の調整を行うことによって患者の歩容を変えるまたは矯正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国ＵＳ７２６６４２４Ｂ２号公報
【特許文献２】米国ＵＳ２０１６０００７８８５Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、使用者に足首関節運動や身体重心などの状況を把握および調整させ、健康的な歩き方および姿勢を覚えさせる歩容訓練機および使用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】
【００１１】
上述した課題を解決するため、歩容訓練機は基座、駆動モジュール、センサーモジュール、コントローラーおよび信号処理モジュールを備える。駆動モジュールは基座の内部に装着され、駆動回路、駆動モーターおよび二つの移動平台を有する。駆動モーターは駆動回路に制御されたうえで移動平台を移動させる。センサーモジュールは左ペダル、右ペダル、複数の圧力センサーおよび位置センサーを有する。左ペダルおよび右ペダルは二つの移動平台に別々に接続される。複数の圧力センサーはそれぞれ左ペダルおよび右ペダルに配置される。位置センサーは基座の内部に装着される。コントローラーは駆動回路、複数の圧力センサーおよび位置センサーに電気的に接続されてデータの保存、処理および出力機能を果たす。信号処理モジュールはコントローラーに配置され、歩容検知ユニットおよび歩容判断ユニットを有する。歩容判断ユニットには重心計算論理および歩容判断論理が保存してある。二つの移動平台は駆動モーターの駆動力によって左ペダルおよび右ペダルを反対方向に移動させる。それぞれの移動平台の往復運動の折り返し位置に駆動モーターが逆方向に回転する際、駆動回路は方向転換信号を生じる。左ペダルおよび右ペダルが移動平台とともに位置センサーを通る際、位置センサーは通過信号を生じる。歩容検知ユニットは複数の圧力センサーからの重量信号、位置センサーからの通過信号および駆動回路からの方向転換信号をキャッチする。歩容判断ユニットは歩容検知ユニットで収集した重量信号、通過信号および方向転換信号をキャッチし、重心計算論理に基づいて左ペダルおよび右ペダルに載せた重量と、左ペダルおよび右ペダルの重心位置とを算出し、続いて歩容判断論理に基づいて左ペダルおよび右ペダルに載せた重量と、左ペダルおよび右ペダルの重心位置とが正確であるか否かを判断する。
【００１２】
上述した技術特徴により、使用者は足首関節運動や身体重心などの状況を把握および調整し、健康的な歩き方および姿勢を覚えることができる。
【００１３】
歩容判断ユニットはさらに通過回数、方向転換回数、重心が正確な回数および足首関節が正確な回数を計算する。歩容判断ユニットが通過信号をキャッチすると、通過回数が一回増える。左ペダルおよび右ペダルに載せた重量が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左ペダルおよび右ペダルに載せた重量が正確であれば、重心の正確な回数が一回増える。そうでなければ重心の正確な回数は変わらない。歩容判断ユニットが方向転換信号をキャッチすると、方向転換回数が一回増える。左脚および右脚の足首関節運動が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左脚および右脚の足首関節運動が正確であれば、足首関節の正確な回数が一回増える。そうでなければ足首関節の正確な回数は変わらない。
【００１４】
歩容訓練機はさらに評価モジュールを備える。評価モジュールはコントローラーに配置され、ガイドユニットを有する。ガイドユニットは駆動回路からの方向転換信号をキャッチし、第一ガイド指示を伝送することによって身体重心を一つの脚に移すことを使用者に指示する。続いて、ガイドユニットは再び方向転換信号をキャッチし、第二ガイド指示を伝送することによって身体重心を別の一つの脚に移すことを使用者に指示する。
【００１５】
評価モジュールはさらに参与程度ユニットを有する。参与程度ユニットは足首関節の正確率および重心の正確率を計算する。足首関節の正確率は足首関節が正確な回数／方向転換回数＊１００％である。重心の正確率は重心が正確な回数／通過回数＊１００％である。足首関節の正確率および重心の正確率に基づいて使用者は歩き方および姿勢の正確率を判断できる。
【００１６】
上述した課題を解決するため、歩容訓練機の使用方法は歩容訓練機に適用される。歩容訓練機は基座、駆動モジュール、センサーモジュール、コントローラー、タッチパネル、信号処理モジュールおよび評価モジュールを備える。駆動モジュールは駆動回路、駆動モーターおよび二つの移動平台を有する。センサーモジュールは左ペダル、右ペダル、複数の圧力センサーおよび位置センサーを有する。左ペダルおよび右ペダルは二つの移動平台に別々に接続される。二つの移動平台は駆動モーターの駆動力によって左ペダルおよび右ペダルを反対方向に移動させる。複数の圧力センサーは左ペダルおよび右ペダルの隅角に配置される。位置センサーは基座の内部に配置される。タッチパネルはデータの入力および表示に用いられる。コントローラーは駆動回路、複数の圧力センサー、位置センサーおよびタッチパネルに電気的に接続される。信号処理モジュールはコントローラーに配置され、歩容検知ユニットおよび歩容判断ユニットを有する。歩容判断ユニットには重心計算論理および歩容判断論理が保存してある。評価モジュールはコントローラーに配置され、ガイドユニットを有する。
【００１７】
歩容訓練機の使用方法は次のステップを含む。
【００１８】
ステップＡ）は準備段階である。使用者は左ペダルおよび右ペダルに両脚を置いてタッチパネルに速度レベル、一歩の幅および訓練時間を設定する。
【００１９】
ステップＢ）は歩容訓練機を作動させる段階である。コントローラーは速度レベル、一歩の幅および訓練時間を駆動データに転換し、転換した駆動データを駆動モジュールの駆動回路に出力する。続いて駆動回路は駆動モーターの回転を制御することによって左ペダルおよび右ペダルを移動させる二つの移動平台の運動速度、運動時間および運動範囲を制御する。それぞれの移動平台の運動範囲は一歩の幅内に限定される。それぞれの移動平台の往復運動の折り返し位置に駆動モーターが逆方向に回転する際、駆動回路は方向転換信号を生じる。左ペダルおよび右ペダルが移動平台とともに位置センサーを通る際、位置センサーは通過信号を生じる。
【００２０】
ステップＣ）は信号を検知および判断することである。歩容検知ユニットは複数の圧力センサーからの重量信号、位置センサーからの通過信号および駆動回路からの方向転換信号をキャッチする。歩容判断ユニットは歩容検知ユニットで収集した重量信号、通過信号および方向転換信号をキャッチし、重心計算論理に基づいて左ペダルおよび右ペダルに載せた重量と、左ペダルおよび右ペダルの重心位置とを算出し、続いて歩容判断論理に基づいて左ペダルおよび右ペダルに載せた重量と、左ペダルおよび右ペダルの重心位置とが正確であるか否かを判断する。歩容判断ユニットはさらに通過回数、方向転換回数、重心が正確な回数および足首関節が正確な回数を計算する。歩容判断ユニットが通過信号をキャッチすると、通過回数が一回増える。左ペダルおよび右ペダルに載せた重量が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左ペダルおよび右ペダルに載せた重量が正確であれば、重心の正確な回数が一回増える。そうでなければ重心の正確な回数は変わらない。歩容判断ユニットが方向転換信号をキャッチすると、方向転換回数が一回増える。左脚および右脚の足首関節運動が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左脚および右脚の足首関節運動が正確であれば、足首関節の正確な回数が一回増える。そうでなければ足首関節の正確な回数は変わらない。
【００２１】
ステップＤ）はガイドおよび表示を行うことである。左ペダルを前進させて右ペダルを後退させる過程において、ガイドユニットは駆動回路からの方向転換信号をキャッチし、左向きのガイド指示をタッチパネルに伝送し、タッチパネルに左矢印を表示することによって身体重心を左脚に移すことを使用者に指示する。そののち、ガイドユニットは再び方向転換信号をキャッチし、右向きのガイド指示をタッチパネルに伝送し、タッチパネルに右矢印を表示することによって身体重心を右脚に移すことを使用者に指示する。続いて、使用者の左脚および右脚の足首関節運動が正確であるか否かを歩容判断ユニットによって判断した結果を、ガイドユニットはキャッチするのに対して、タッチパネルは左靴型画像および右靴型画像を表示する。左脚の足首関節運動が正確であれば、タッチパネルに左脚の足首関節表示信号を伝送して左靴型画像を色付けさせるか発光させることによって、左脚の足首関節運動が正確であることを使用者に知らせる。右脚の足首関節運動が正確であれば、タッチパネルに右脚の足首関節表示信号を伝送して右靴型画像を色付けさせるか発光させることによって、右脚の足首関節運動が正確であることを使用者に知らせる。
【００２２】
ステップＥ）は作動を繰り返すことである。訓練時間が終了するまで上述したステップＢ）からステップＤを繰り返す。
【００２３】
上述したステップにより、使用者は足首関節運動や身体重心などの状況を把握および調整し、健康的な歩き方および姿勢を覚えることができる。
【００２４】
評価モジュールはさらに参与程度ユニットを有する。歩容訓練機の使用方法はステップＥ）の後、さらにステップＦ）を含む。ステップＦ）は結果を表示することである。参与程度ユニットは訓練時間内の足首関節の正確率および重心の正確率を計算する。足首関節の正確率は足首関節が正確な回数／方向転換回数＊１００％である。重心の正確率は重心が正確な回数／通過回数＊１００％である。タッチパネルは足首関節が正確な回数、方向転換回数、足首関節の正確率、重心が正確な回数、通過回数または重心の正確率を表示できるように設定される。
【００２５】
続いて、歩容判断論理について説明を進める。
【００２６】
歩容判断ユニットには第一しきい値および第二しきい値が書き込んである。
【００２７】
左ペダルおよび右ペダルは前後に移動する。使用者が左ペダルおよび右ペダルに立脚して向いた方向は前方である。
【００２８】
[式１]
Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ＝Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＋Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
【００２９】
使用者の総重量は式１に基づいて算出される。式１においてＴｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅは使用者の総重量である。Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅは左ペダルに載せた重量である。Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅは右ペダルに載せた重量である。
【００３０】
[式２]
Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ／Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ≧第一しきい値
【００３１】
左ペダルを後退させて通過信号をキャッチする際、式２を満足させれば、使用者の身体重心が左脚に位置し、左ペダルに載せた重量が正確であると判断される。そうでなければ、左ペダルに載せた重量が不正確であると判断される。
【００３２】
[式３]
Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ／Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ≧第一しきい値
【００３３】
右ペダルを後退させて通過信号をキャッチする際、式３を満足させれば、使用者の身体重心が右脚に位置し、右ペダルに載せた重量が正確であると判断される。そうでなければ、右ペダルに載せた重量が不正確であると判断される。
【００３４】
[式４]
│ＬＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ│／（ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）≧第二しきい値
【００３５】
[式５]
│ＲＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ│／（ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）≧第二しきい値
【００３６】
左ペダルおよび右ペダルの前進方向はＸ軸方向と定義される。Ｘ軸方向に垂直な外向きはＹ軸方向と定義される。式４および式５に基づいて判断する。
【００３７】
式４を満足させれば、左脚の足首関節運動が正確であると判断される。そうではければ、左脚の足首関節運動が不正確であると判断される。式４において、ＬＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎは左ペダルのＸ軸方向の重心座標である。ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは左ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さである。
【００３８】
式５を満足させれば、右脚の足首関節運動が正確であると判断される。そうではければ、右脚の足首関節運動が不正確であると判断される。式５において、ＲＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎは右ペダルのＸ軸方向の重心座標である。ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは右ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さである。
【００３９】
[式６]
Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＝ＬＶａｌｕｅ１＋ＬＶａｌｕｅ２＋ＬＶａｌｕｅ３＋ＬＶａｌｕｅ４
【００４０】
[式７]
Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ＝ＲＶａｌｕｅ１＋ＲＶａｌｕｅ２＋ＲＶａｌｕｅ３＋ＲＶａｌｕｅ４
【００４１】
[式８]
Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ＝Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＋Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
【００４２】
圧力センサーは数が八つである、即ち左ペダルの四つの隅角に位置するセンサーＡからセンサーＤと、右ペダルの四つの隅角に位置するセンサーＥからセンサーＨを含む。センサーＡからセンサーＤはそれぞれ左ペダルの左後方、左前方、右前方および右後方に配置される。センサーＥからセンサーＨはそれぞれ右ペダルの右後方、右前方、左前方および左後方に配置される。使用者が左ペダルおよび右ペダルに立脚して体重をかける際、重心計算論理はまず式６、式７および式８に基づいて計算する。式６において、Ｔｏｔａｌ  Ｌｖａｌｕｅは左ペダルに載せた重量である。ＬＶａｌｕｅ１からＬＶａｌｕｅ４はセンサーＡからセンサーＤの重量信号である。式７において、Ｔｏｔａｌ  Ｒｖａｌｕｅは右ペダルに載せた重量である。ＲＶａｌｕｅ１からＲＶａｌｕｅ４はセンサーＥからセンサーＨの重量信号である。式８において、Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅは使用者の総重量である。
【００４３】
[式９]
ＬＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＬＶａｌｕｅ３＋ＬＶａｌｕｅ２）＊ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ
【００４４】
[式１０]
ＬＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＬＶａｌｕｅ２＋ＬＶａｌｕｅ１）＊ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ
【００４５】
続いて式９および式１０に基づいて左ペダルの重心位置を算出する。式９および式１０において、ＬＶａｌｕｅ１  から  ＬＶａｌｕｅ３はセンサーＡからセンサーＣの重量信号である。ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは左ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さである。ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは左ペダルの幾何学的中心を原点にＹ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さである。
【００４６】
[式１１]
ＬＸ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＬＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【００４７】
[式１２]
ＬＹ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＬＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【００４８】
続いて、式１１および式１２に基づいて左ペダルの重心座標を算出する。
【００４９】
[式１３]
ＲＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＲＶａｌｕｅ３＋ＲＶａｌｕｅ２）＊ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
[式１４]
【００５０】
ＲＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＲＶａｌｕｅ２＋ＲＶａｌｕｅ１）＊ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
【００５１】
続いて式１３および式１４に基づいて右ペダルの重心位置を算出する。式１３および式１４において、ＲＶａｌｕｅ１からＲＶａｌｕｅ３はセンサーＥからセンサーＧの重量信号である。ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは右ペダルの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さである。ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは右ペダルの幾何学的中心を原点にＹ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さである。
【００５２】
[式１５]
ＲＸ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＲＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【００５３】
[式１６]
ＲＹ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＲＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【００５４】
続いて、式１５および式１６に基づいて右ペダルの重心座標を算出する。
【００５５】
第一しきい値は０．８である。第二しきい値は０．８である。
【００５６】
さらに歩き方および姿勢を使用者に指示する際、ガイドおよび表示を行うステップＤ）において、左靴型画像は左ヒール画像および左アウトソール画像に分割される。右靴型画像は右ヒール画像および右アウトソール画像に分割される。左ペダルを前進させて右ペダルを後退させる際、ガイドユニットが方向転換信号をキャッチし、左ヒール表示信号をタッチパネルに伝送すれば、左ヒール画像が色付けされるか発光する、即ち左脚の重心を左ヒールに置くことを使用者に指示する。同時に右アウトソール表示信号をタッチパネルに伝送すれば、右アウトソール画像が色付けされるか発光する、即ち右脚の重心を右アウトソールに置くことを使用者に指示する。続いて、左ペダルを後退させて右ペダルを前進させる際、ガイドユニットが通過信号をキャッチし、左アウトソール表示信号をタッチパネルに伝送すると、左アウトソール画像が色付けされるか発光する、即ち左脚の重心を左アウトソールに置くことを使用者に指示する。同時に右ヒール表示信号をタッチパネルに伝送すれば、右ヒール画像が色付けされるか発光する、即ち右脚の重心を右ヒールに置くことを使用者に指示する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態による歩容訓練機を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による歩容訓練機の一部分を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による歩容訓練機の左ペダルを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態による歩容訓練機の右ペダルを示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態による歩容訓練機においてのコントローラー、駆動モジュール、圧力センサーおよび位置センサーを示す相関図である。
【図６】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法のステップＡ）からステップＥ）を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法においての左ペダルの重心位置座標を示す図表である。
【図８】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法においての右ペダルの重心位置座標を示す図表である。
【図９】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法に基づいてタッチパネルに左矢印が表示され、身体重心を左脚に移すことを使用者に指示する状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法に基づいてタッチパネルに右矢印が表示され、身体重心を右脚に移すことを使用者に指示する状態を示す模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法に基づいてタッチパネルに左靴型画像および右靴型画像が表示される状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法に基づいてタッチパネルに左ヒール画像、左アウトソール画像、右ヒール画像および右アウトソール画像が表示される状態を示す模式図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による歩容訓練機の使用方法のステップＡ）からステップＦ）を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、本発明による歩容訓練機およびその使用方法を図面に基づいて説明する。
【００５９】
（第１実施形態）
図１から図５に示すように、本発明の第１実施形態による歩容訓練機１０は基座１１、ハンドル１３、駆動モジュール１５、センサーモジュール１６、コントローラー１７、信号処理モジュール１７１、および評価モジュール１７２を備える。
【００６０】
基座１１は床に設置される。
【００６１】
ハンドル１３は基座１１に装着される。使用者はハンドル１３を握って歩容訓練を進める。本実施形態において、ハンドル１３は使用者を補助する部材であり、基座１１に着脱可能に装着される。
【００６２】
駆動モジュール１５は基座１１の内部に装着され、駆動回路１５１、駆動モーター１５３および二つの移動平台１５９を有する。駆動モーター１５３は駆動回路１５１に制御されたうえで二つのボルト１５５およびそれと噛み合う二つのナット１５７の作動によって二つの移動平台１５９を駆動する。二つの移動平台１５９は二つのナット１５７に連結されるため、二つのナット１５７とともに二つのボルト１５５に沿って移動する。
【００６３】
センサーモジュール１６は、左ペダル１６１ａ、右ペダル１６１ｂ、複数の圧力センサー１６２および位置センサー１６３を有する。
【００６４】
左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂは二つの移動平台１５９に別々に接続される。使用者は両脚で左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂを踏む。二つの移動平台１５９は交互に移動して使用者に歩容訓練を行うため、左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂは使用者の足首関節運動に伴ってスウィングする。複数の圧力センサー１６２はそれぞれ左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに配置され、使用者の両脚に耐えた重量を計算して重量信号を生じる。本実施形態において、圧力センサー１６２ａはロードセルまたはジャイロスコープから構成される。
【００６５】
位置センサー１６３は基座１１の内部に装着され、二つのボルト１５５の近くに位置付けられる。移動平台１５９が位置センサー１６３を通過すると、位置センサー１６３が通過信号を生じる。本実施形態において、位置センサー１６３はスイッチに近い電子部材であり、通過中の物体を検知できる光電検出器、電磁センサーまたは静電容量センサーなどから構成されてもよい。
【００６６】
コントローラー１７は駆動回路１５１、複数の圧力センサー１６２および位置センサー１６３に電気的に接続されてデータの保存、処理および出力機能を果たす。
【００６７】
信号処理モジュール１７１はコントローラー１７に配置され、歩容検知ユニット１７１ａおよび歩容判断ユニット１７１ｂを有する。歩容判断ユニット１７１ｂには重心計算論理および歩容判断論理が保存してある。
【００６８】
二つの移動平台１５９は駆動モーター１５３の駆動力によって左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂを反対方向に移動させる。それぞれの移動平台１５９の往復運動の折り返し位置に駆動モーター１５３が逆方向に回転する際、駆動回路１５１は方向転換信号を生じる。左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂが移動平台１５９とともに位置センサー１６３を通る際、位置センサー１６３は通過信号を生じる。
【００６９】
歩容検知ユニット１７１ａは、複数の圧力センサー１６２からの重量信号、位置センサー１６３からの通過信号および駆動回路１５１からの方向転換信号をキャッチする。歩容判断ユニット１７１ｂは歩容検知ユニット１７１ａで収集した重量信号、通過信号および方向転換信号をキャッチし、重心計算論理に基づいて左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量と、左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂの重心位置とを算出し、続いて歩容判断論理に基づいて左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量と、左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂの重心位置とが正確であるか否かを判断する。
【００７０】
上述した技術特徴により、歩容訓練機１０は使用者に足首関節運動や身体重心などの状況を把握および調整させ、健康的な歩き方および姿勢を覚えさせることができる。
【００７１】
歩容判断ユニット１７１ｂはさらに通過回数、方向転換回数、重心が正確な回数および足首関節が正確な回数を計算する。歩容判断ユニット１７１ｂが通過信号をキャッチすると、通過回数が一回増える。左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量が正確であれば、重心の正確な回数が一回増える。そうでなければ重心の正確な回数は変わらない。
歩容判断ユニット１７１ｂが方向転換信号をキャッチすると、方向転換回数が一回増える。左脚および右脚の足首関節運動が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左脚および右脚の足首関節運動が正確であれば、足首関節の正確な回数が一回増える。そうでなければ足首関節の正確な回数は変わらない。
【００７２】
評価モジュール１７２はコントローラー１７に配置され、ガイドユニット１７２ａを有する。ガイドユニット１７２ａは駆動回路１５１からの方向転換信号をキャッチし、第一ガイド指示を伝送することによって身体重心を一つの脚に移すことを使用者に指示する。続いて、ガイドユニット１７２ａは再び方向転換信号をキャッチし、第二ガイド指示を伝送することによって身体重心を別の一つの脚に移すことを使用者に指示する。
【００７３】
本実施形態において、評価モジュール１７２はさらに参与程度ユニット１７２ｂを有する。参与程度ユニット１７２ｂは足首関節の正確率および重心の正確率を計算する。足首関節の正確率は足首関節が正確な回数／方向転換回数＊１００％である。重心の正確率は重心が正確な回数／通過回数＊１００％である。足首関節の正確率および重心の正確率に基づいて使用者は足首関節運動の状況および身体重心の変化を把握できる。
【００７４】
（第２実施形態）
以上は歩容訓練機１０についての説明である。図６から図１３に示すように、本発明の第２実施形態による歩容訓練機１０の使用方法は下記のとおりである。
【００７５】
第２実施形態は第１実施形態による歩容訓練機１０を採用し、コントローラー１７およびタッチパネル２１を電気的に接続する。図１に示すように、タッチパネル２１はデータの入力および表示に用いられる。
【００７６】
図３および図４に示すように、第２実施形態は八つの圧力センサー１６２、即ち左ペダル１６１ａの四つの隅角に位置するセンサーＡ（１６２ａ）からセンサーＤ（１６２ｄ）と、右ペダル１６１ｂの四つの隅角に位置するセンサーＥ（１６２ｅ）からセンサーＨ（１６２ｈ）とを採用する。センサーＡ（１６２ａ）、センサーＢ（１６２ｂ）、センサーＣ（１６２ｃ）およびセンサーＤ（１６２ｄ）は左ペダル１６１ａの左後方、左前方、右前方および右後方に別々に配置される。センサーＥ（１６２ｅ）、センサーＦ（１６２ｆ）、センサーＧ（１６２ｇ）およびセンサーＨ（１６２ｈ）は右ペダル１６１ｂの右後方、右前方、左前方および左後方に別々に配置される。
【００７７】
歩容訓練機１０の使用方法は次のステップを含む。
【００７８】
ステップＡ）は準備段階である。使用者は左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに両脚を置いてタッチパネル２１に速度レベル、一歩の幅および訓練時間を設定する。
【００７９】
コントローラー１７はタッチパネル２１によって複数の速度レベルを表示する。使用者は複数の速度レベルから一つの速度レベルを指定する。速度レベル、即ち移動平台１５９の移動速度は高速度から低速度、または低速度から高速度まで切り替えることができる。例えば移動平台１５９の移動速度は低速度から高速度まで四つのレベルがある。つまり、移動平台１５９の移動速度はレベル４が一番高い。移動平台１５９を往復運動させる際、運動速度は加速段階、等速段階および減速段階の三段階がある。速度レベルは等速段階中の移動平台１５９の移動速度レベルのことである。
【００８０】
コントローラー１７はタッチパネル２１によって一歩の幅の選択項目を表示する。使用者が一歩の幅の大きさを入力すれば、歩容訓練機１０はそれに対応する左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂの位置および距離を調整する。例えば左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂの後端点に対応する距離が８０ｃｍであれば、使用者が８０ｃｍを入力する。
【００８１】
使用者はタッチパネル２１によって歩容訓練時間の項目に訓練時間、例えば３０分間または４０分間などを入力することができる。
【００８２】
歩容訓練機を作動させるステップＢ）は次のとおりである。
【００８３】
コントローラー１７は速度レベル、一歩の幅および訓練時間を駆動データに転換し、転換した駆動データを駆動モジュール１５の駆動回路１５１に出力する。続いて駆動回路１５１は駆動モーター１５３の回転を制御することによって、左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂを移動させる二つの移動平台１５９の運動速度、運動時間および運動範囲を制御する。それぞれの移動平台１５９の運動範囲は一歩の幅内に限定される。それぞれの移動平台１５９の往復運動の折り返し位置に駆動モーター１５３が逆方向に回転する際、駆動回路１５１は方向転換信号を生じる。左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂが移動平台１５９とともに位置センサー１６３を通る際、位置センサー１６３は通過信号を生じる。
【００８４】
左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂが移動方向上の折り返し位置に至ると、移動方向を転換する。例えば、左ペダル１６１ａまたは右ペダル１６１ｂが前進し、コースの終点に到着すると後退する。左ペダル１６１ａまたは右ペダル１６１ｂが後退し、コースの終点に到着すると前進する。
【００８５】
信号を検知および判断するステップＣ）は次のとおりである。
【００８６】
歩容検知ユニット１７１ａは複数の圧力センサー１６２からの重量信号、位置センサー１６３からの通過信号および駆動回路１５１からの方向転換信号をキャッチする。歩容判断ユニット１７１ｂは歩容検知ユニット１７１ａで収集した重量信号、通過信号および方向転換信号をキャッチし、重心計算論理に基づいて左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量と、左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂの重心位置とを算出し、続いて歩容判断論理に基づいて左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量と、左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂの重心位置とが正確であるか否かを判断する。歩容判断ユニットはさらに通過回数、方向転換回数、重心が正確な回数および足首関節が正確な回数を計算する。
歩容判断ユニット１７１ｂが通過信号をキャッチすると、通過回数が一回増える。左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに載せた重量が正確であれば、重心の正確な回数が一回増える。そうでなければ重心の正確な回数は変わらない。歩容判断ユニット１７１ｂが方向転換信号をキャッチすると、方向転換回数が一回増える。左脚および右脚の足首関節運動が正確であるか否かが歩容判断論理に基づいて判断される。左脚および右脚の足首関節運動が正確であれば、足首関節の正確な回数が一回増える。そうでなければ足首関節の正確な回数は変わらない。
【００８７】
以下、重心計算論理について説明を進める。
【００８８】
使用者が左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに立脚して体重を掛けたうえで重心計算論理に基づいて使用者の総重量、左ペダル１６１ａの重心位置および重心座標および右ペダル１６１ｂの重心位置および重心座標を算出する。
【００８９】
[式６]
Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＝ＬＶａｌｕｅ１＋ＬＶａｌｕｅ２＋ＬＶａｌｕｅ３＋ＬＶａｌｕｅ４
【００９０】
[式７]
Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ＝ＲＶａｌｕｅ１＋ＲＶａｌｕｅ２＋ＲＶａｌｕｅ３＋ＲＶａｌｕｅ４
【００９１】
[式８]
Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ＝Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ＋Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
【００９２】
使用者の総重量は式６、式７および式８に基づいて算出される。式６において、Ｔｏｔａｌ  Ｌｖａｌｕｅは左ペダルに載せた重量である。ＬＶａｌｕｅ１からＬＶａｌｕｅ４はセンサーＡからセンサーＤの重量信号である。式７において、Ｔｏｔａｌ  Ｒｖａｌｕｅは右ペダルに載せた重量である。ＲＶａｌｕｅ１からＲＶａｌｕｅ４はセンサーＥからセンサーＨの重量信号である。式８において、Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅは使用者の総重量である。
【００９３】
[式９]
ＬＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＬＶａｌｕｅ３＋ＬＶａｌｕｅ２）＊ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ
【００９４】
[式１０]
ＬＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＬＶａｌｕｅ２＋ＬＶａｌｕｅ１）＊ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ
【００９５】
左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂは前後に移動し、使用者の両脚で左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂに立脚して向いた前方がＸ軸方向と定義され、Ｘ軸方向に垂直な外向きがＹ軸方向と定義される。左ペダル１６１ａの重心位置は式９および式１０に基づいて算出される。式９および式１０において、ＬＶａｌｕｅ１  から  ＬＶａｌｕｅ３はセンサーＡからセンサーＣの重量信号である。ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは左ペダル１６１ａの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さである。ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは左ペダル１６１ａの幾何学的中心を原点にＹ軸方向に沿って伸びる左ペダルの長さである。
【００９６】
[式１１]
ＬＸ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＬＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【００９７】
[式１２]
ＬＹ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＬＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＬＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【００９８】
左ペダル１６１ａの重心座標は式１１および式１２に基づいて算出される。
【００９９】
[式１３]
ＲＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＲＶａｌｕｅ３＋ＲＶａｌｕｅ２）＊ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
【０１００】
[式１４]
ＲＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ＝（（ＲＶａｌｕｅ２＋ＲＶａｌｕｅ１）＊ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ）／Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ
【０１０１】
右ペダル１６１ｂの重心位置は式１３および式１４に基づいて算出される。式１３および式１４において、ＲＶａｌｕｅ１からＲＶａｌｕｅ３はセンサーＥからセンサーＧの重量信号である。ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは右ペダル１６１ｂの幾何学的中心を原点にＸ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さである。ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎは右ペダル１６１ｂの幾何学的中心を原点にＹ軸方向に沿って伸びる右ペダルの長さである。
【０１０２】
[式１５]
ＲＸ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＲＸ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【０１０３】
[式１６]
ＲＹ＿Ｐｏｓｉｔｉｏｎ＝ＲＹ＿Ｇｒａｖｉｔｙ−（ＲＹ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）
【０１０４】
右ペダル１６１ｂの重心座標は式１５および式１６に基づいて算出される。
【０１０５】
図７は左ペダル１６１ａの重心位置座標を示す模式図である。Ｘ軸方向の位置座標は左ペダル１６１ａの長さを表示する。Ｙ軸方向の位置座標は左ペダル１６１ａの幅を表示する。図８は右ペダル１６１ｂの重心位置座標を示す模式図である。Ｘ軸方向の位置座標は右ペダル１６１ｂの長さを表示する。Ｙ軸方向の位置座標は右ペダル１６１ｂの幅を表示する。
図７および図８において、点状の数値は訓練時間内にサンプリング周波数および重心計算論理に基づいて算出した左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂの重心位置である。例えばサンプリング周波数が０２Ｈｚである場合、左ペダル１６１ａおよび右ペダル１６１ｂ上の圧力センサー１６２は５秒ごとに重量信号を生じる。サンプリング周波数は上述に限らず、設定値が変わってもよい。
【０１０６】
以下、歩容判断論理について説明を進める。
【０１０７】
歩容判断ユニット１７１ｂには第一しきい値および第二しきい値が書き込んである。
【０１０８】
[式２]
Ｔｏｔａｌ  ＬＶａｌｕｅ／Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ≧第一しきい値
【０１０９】
左ペダル１６１ａを後退させて通過信号をキャッチする際、式２を満足させれば、使用者の身体重心が左脚に位置し、左ペダル１６１ａに載せた重量が正確であると判断される。そうでなければ、左ペダル１６１ａに載せた重量が不正確であると判断される。
【０１１０】
[式３]
Ｔｏｔａｌ  ＲＶａｌｕｅ／Ｔｏｔａｌ  Ｖａｌｕｅ≧第一しきい値
【０１１１】
右ペダル１６１ｂを後退させて通過信号をキャッチする際、式３を満足させれば、使用者の身体重心が右脚に位置し、右ペダル１６１ｂに載せた重量が正確であると判断される。そうでなければ、右ペダル１６１ｂに載せた重量が不正確であると判断される。
【０１１２】
本実施形態において、第一しきい値は０．８であるが、これに限定されず、状況に応じて０．５以上の数値を選択してもよい。第一しきい値が０．５以下である場合、身体重心が一側に傾くため、身体重心を判定する効果がない。第一しきい値が１以上である場合、片側の身体重量が全身の重量を超えることは不正解である。
【０１１３】
[式４]
│ＬＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ│／（ＬＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）≧第二しきい値
【０１１４】
式４を満足させれば、左脚の足首関節運動が正確であると判断される。そうではければ、左脚の足首関節運動が不正確であると判断される。
【０１１５】
[式５]
│ＲＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ│／（ＲＸ＿Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ／２）≧第二しきい値
【０１１６】
式５を満足させれば、右脚の足首関節運動が正確であると判断される。そうではければ、右脚の足首関節運動が不正確であると判断される。
【０１１７】
本実施形態において、第二しきい値は０．８であるが、これに限らず、状況に応じて０．５以上の数値を選択してもよい。ＬＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎは左ペダル１６１ａのＸ軸方向の重心位置から左ペダル１６１ａの原点までの距離である。ＲＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎは右ペダル１６１ｂのＸ軸方向の重心位置から右ペダル１６１ｂの原点までの距離である。ＬＸ  ＰｏｓｉｔｉｏｎおよびＲＸ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎが大きければ大きいほど足首関節運動、即ち足首関節の運動角度が大きくなる。従って、第二しきい値が０．５以下である場合、足首関節の運動角度が小さいため、訓練効果がない。第二しきい値が１以上である場合、重心座標は左ペダルおよび右ペダルの範囲外であるため、不正解である。
【０１１８】
ガイドおよび表示を行うステップＤ）は次のとおりである。
【０１１９】
図９および図１０に示すように、左ペダル１６１ａを前進させて右ペダル１１６ｂを後退させる過程において、ガイドユニット１７２ａは駆動回路１５１からの方向転換信号をキャッチし、左向きのガイド指示をタッチパネル２１に伝送し、タッチパネル２１に左矢印ＩＬを表示することによって身体重心を左脚に移すことを使用者に指示する。そののち、ガイドユニット１７２ａは再び方向転換信号をキャッチし、右向きのガイド指示をタッチパネル２１に伝送し、タッチパネル２１に右矢印ＩＲを表示することによって身体重心を右脚に移すことを使用者に指示する。上述した作動を繰り返せば歩容によって身体重心の位置を調整することを使用者に指示することができる。
【０１２０】
左ペダル１６１ａを後退させて右ペダル１１６ｂを前進させる過程において、ガイドユニット１７２ａは駆動回路１５１からの方向転換信号をキャッチし、右向きのガイド指示をタッチパネル２１に伝送し、タッチパネル２１に右矢印ＩＲを表示することによって身体重心を右脚に移すことを使用者に指示する。そののち、ガイドユニット１７２ａは再び方向転換信号をキャッチし、左向きのガイド指示をタッチパネル２１に伝送し、タッチパネル２１に左矢印ＩＬを表示することによって身体重心を左脚に移すことを使用者に指示する。上述した作動を繰り返せば歩容によって身体重心の位置を調整することを使用者に指示することができる。
【０１２１】
図１１に示すように、使用者の左脚および右脚の足首関節運動が正確であるか否かを歩容判断ユニット１７１ｂによって判断した結果を、ガイドユニット１７２ａはキャッチするのに対して、タッチパネル２１は左靴型画像ＳＰＬおよび右靴型画像ＳＰＲを表示する。左脚の足首関節運動が正確であれば、タッチパネル２１に左脚の足首関節表示信号を伝送して左靴型画像ＳＰＬを色付けさせるか発光させることによって、左脚の足首関節運動が正確であることを使用者に知らせる。右脚の足首関節運動が正確であれば、タッチパネル２１に右脚の足首関節表示信号を伝送して右靴型画像ＳＰＲを色付けさせるか発光させることによって、右脚の足首関節運動が正確であることを使用者に知らせる。上述した作動を繰り返せば左脚および右脚の正確な足首関節運動を使用者に覚えさせることができる。
【０１２２】
タッチパネル２１において、左靴型画像ＳＰＬは左ヒール画像および左アウトソール画像に分割される。左靴型画像ＳＰＲは右ヒール画像ＳＰＲ１および右アウトソール画像ＳＰＲ２に分割される。
【０１２３】
歩容訓練機１０において、左ペダル１６１ａを前進させて右ペダル１６１ｂを後退させる際、ガイドユニット１７２ａが駆動回路１５１からの方向転換信号をキャッチし、左ヒール表示信号をタッチパネル２１に伝送すれば、タッチパネル２１は左ヒール画像ＳＰＬ１を色付けするか発光させる、即ち左脚の重心を左ヒールに置くことを使用者に指示する。同時に右アウトソール表示信号をタッチパネル２１に伝送すれば、タッチパネル２１は右アウトソール画像ＳＰＲ２を色付けするか発光させる、即ち右脚の重心を右アウトソールに置くことを使用者に指示する。
続いて、ガイドユニット１７２ａが位置センサー１６３からの通過信号をキャッチし、左アウトソール表示信号をタッチパネル２１に伝送すれば、タッチパネル２１は左アウトソール画像ＳＰＬ２を色付けするか発光させる、即ち左脚の重心を左アウトソールに置くことを使用者に指示する。同時に右ヒール表示信号をタッチパネル２１に伝送すれば、タッチパネル２１は右ヒール画像ＳＰＲ１を色付けするか発光させる、即ち右脚の重心を右ヒールに置くことを使用者に指示する。
【０１２４】
上述した作動を繰り返すステップＥ）は次のとおりである。
【０１２５】
訓練時間が終了するまでステップＢ）からステップＤ）を繰り返す。
【０１２６】
図１３に示すように、歩容訓練機１０の使用方法はステップＥ）の後、さらに結果を表示するステップＦ）を追加することができる。
【０１２７】
参与程度ユニット１７２ｂによって訓練時間内の足首関節の正確率および重心の正確率を計算する。足首関節の正確率は足首関節が正確な回数／方向転換回数＊１００％である。重心の正確率は重心が正確な回数／通過回数＊１００％である。タッチパネル２１は足首関節が正確な回数、方向転換回数、足首関節の正確率、重心が正確な回数、通過回数または重心の正確率を表示できるように設定される。
【０１２８】
上述した技術特徴により、使用者は歩容訓練中の足首関節運動や身体重心などの状況を把握および調整し、健康的な歩き方および姿勢を覚えることができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０  歩容訓練機
１１  基座
１３  ハンドル
１５  駆動モジュール
１５１  駆動回路
１５３  駆動モーター
１５５  ボルト
１５７  ナット
１５９  移動平台
１６  センサーモジュール
１６１ａ  左ペダル
１６１ｂ  右ペダル
１６２  圧力センサー
１６２ａ〜１６２ｈ  センサー
１６３  位置センサー
１７  コントローラー
１７１  信号処理モジュール
１７１ａ  歩容検知ユニット
１７１ｂ  歩容判断ユニット
１７２  評価モジュール
１７２ａ  ガイドユニット
１７２ｂ  参与程度ユニット
２１  タッチパネル
ＩＬ  左矢印
ＩＲ  右矢印
ＳＰＬ  左靴型画像
ＳＰＲ  右靴型画像
ＳＰＬ１  左ヒール画像
ＳＰＬ２  左アウトソール画像
ＳＰＲ１  右ヒール画像
ＳＰＲ２  右アウトソール画像
【要約】
【課題】歩容訓練機およびその使用方法を提供する。
【解決手段】歩容訓練機は基座、駆動モジュール、センサーモジュール、コントローラーおよび信号処理モジュールを備える。駆動モジュールは駆動回路、駆動モーターおよび二つの移動平台を有する。センサーモジュールは左ペダル、右ペダル、複数の圧力センサーおよび位置センサーを有する。コントローラーは駆動回路、複数の圧力センサーおよび位置センサーに電気的に接続される。信号処理モジュールはコントローラーに配置され、歩容検知ユニットおよび歩容判断ユニットを有する。歩容判断ユニットには重心計算論理および歩容判断論理が保存してある。上述した技術特徴により、歩容訓練機は左ペダルおよび右ペダルに載せた重量と、左ペダルおよび右ペダルの重心位置とが正確であるか否かを判断することによって、使用者に歩容訓練中の足首関節運動や身体重心などの状況を把握および調整させ、健康的な歩き方および姿勢を覚えさせることができる。
【選択図】図６【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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