(57)【要約】【課題】使用者の歩行に異常が発生した際に、漏れ無くベルトの走行を減速させ又は停止させる技術を提供する。【解決手段】ベルト式歩行訓練装置１は、ベルト７と、ベルト駆動モータ９と、手摺１１と、手摺１１に作用する外力を検知可能な３軸荷重センサ４と、ベルト駆動モータ９の動作を制御する制御ユニット５と、を備える。制御ユニット５は、手摺１１に作用する外力のうち後方へ向かう外力が後方荷重閾値Fx0を超えた場合は、ベルト７の走行を減速させ又は停止させる。また、制御ユニット５は、手摺１１に作用する外力のうち内方へ向かう外力が内方荷重閾値Fy0を超えた場合は、ベルト７の走行を減速させ又は停止させる。また、制御ユニット５は、手摺１１に作用する外力のうち下方へ向かう外力の単位時間あたりの変化量が下方荷重変化量閾値ΔFz0を超えた場合は、ベルト７の走行を減速させ又は停止させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行面を形成する無端状のベルトと、
前記ベルトが所定の周回軌道に沿って走行するように前記ベルトを支持するベルト支持体と、
前記ベルトの走行を駆動するベルト駆動モータと、
前記歩行面を歩行する使用者が把持可能な手摺と、
前記手摺に作用する外力を検知可能な３軸荷重センサと、
前記ベルト駆動モータの動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記手摺に作用する外力のうち後方へ向かう外力が第１の閾値を超えた場合は、前記ベルトの走行を減速させ又は停止させ、
前記制御手段は、前記手摺に作用する外力のうち内方へ向かう外力が第２の閾値を超えた場合は、前記ベルトの走行を減速させ又は停止させ、
前記制御手段は、前記手摺に作用する外力のうち下方へ向かう外力の単位時間あたりの変化量が第３の閾値を超えた場合は、前記ベルトの走行を減速させ又は停止させる、
歩行訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、無端状のベルトが歩行面を形成する歩行訓練装置において、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する技術を開示している。具体的には、トレッドミルに沿って構成したサポートにアームレストを取り付け、サポートとアームレストとの間に力センサを配置している。力センサは、例えば歪ゲージから構成されており、アームレストに作用する外力のうち鉛直方向成分を測定可能としている。そして、制御用コンピュータは、力センサの測定値に基づいて免荷量を演算し、免荷量が従前の値から大きく逸脱した場合は異常状態が生じたと判断してベルトの速度を低減または停止させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１７１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、免荷量の変動をモニタリングしても検知できない異常パターンが現実として存在している。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、使用者の歩行に異常が発生した際に、漏れ無くベルトの走行を減速させ又は停止させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の観点によれば、歩行面を形成する無端状のベルトと、前記ベルトが所定の周回軌道に沿って走行するように前記ベルトを支持するベルト支持体と、前記ベルトの走行を駆動するベルト駆動モータと、前記歩行面を歩行する使用者が把持可能な手摺と、前記手摺に作用する外力を検知可能な３軸荷重センサと、前記ベルト駆動モータの動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記手摺に作用する外力のうち後方へ向かう外力が第１の閾値を超えた場合は、前記ベルトの走行を減速させ又は停止させ、前記制御手段は、前記手摺に作用する外力のうち内方へ向かう外力が第２の閾値を超えた場合は、前記ベルトの走行を減速させ又は停止させ、前記制御手段は、前記手摺に作用する外力のうち下方へ向かう外力の単位時間あたりの変化量が第３の閾値を超えた場合は、前記ベルトの走行を減速させ又は停止させる、歩行訓練装置が提供される。以上の構成によれば、前記手摺に作用する外力を３軸方向できめ細かくモニタリングすることで、使用者の歩行に異常が発生した際に、漏れ無く前記ベルトの走行を減速させ又は停止させることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、前記手摺に作用する外力を３軸方向できめ細かくモニタリングすることで、使用者の歩行に異常が発生した際に、漏れ無く前記ベルトの走行を減速させ又は停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】歩行訓練装置の斜視図である。
【図２】歩行訓練装置の機能ブロック図である。
【図３】歩行訓練装置の制御フローである。
【図４】後方荷重データの時間変化を示すグラフである。
【図５】内方荷重データの時間変化を示すグラフである。
【図６】下方荷重データの時間変化を示すグラフである。
【図７】下方荷重変化量データの時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１には、使用者の歩行を訓練するためのベルト式歩行訓練装置１（歩行訓練装置）を示している。ベルト式歩行訓練装置１は、トレッドミル本体２と、２つの手摺ユニット３、４つの３軸荷重センサ４、制御ユニット５（制御手段）、を備えている。
【００１０】
トレッドミル本体２は、歩行面Pを形成する無端状のベルト７と、ベルト７が所定の周回軌道に沿って走行するようにベルト７を支持するベルト支持体８と、ベルト７の走行を駆動するベルト駆動モータ９と、を備えている。ベルト支持体８は、ベルト７の両側方に夫々配置された２つの梁体１０と、ベルト７を支持する図示しない複数のローラーと、によって構成されている。
【００１１】
２つの手摺ユニット３は、ベルト７の両側方に夫々配置されている。各手摺ユニット３は、各ベルト支持体８に支持されている。各手摺ユニット３は、手摺１１と、手摺１１を支持する２つの支柱１２と、を備えている。手摺１１は、使用者が把持可能な太さの梁体であって、使用者の歩行方向に沿って水平に延びている。手摺１１は、歩行者の歩行方向において離れて配置された２つの支柱１２によって支持されている。本実施形態では、２つの支柱１２は、トレッドミル本体２のベルト支持体８の梁体１０に固定されている。しかしながら、２つの支柱１２は、ベルト式歩行訓練装置１が設置される床面に固定されていてもよいし、ベルト式歩行訓練装置１が設置される部屋の天井に固定されていてもよい。手摺１１と２つの支柱１２との間には、２つの３軸荷重センサ４が夫々配置されている。以降、左手側の手摺１１と、歩行者の歩行方向の前方に配置された支柱１２と、の間に配置された３軸荷重センサ４を３軸荷重センサ４LFと称する。同様に、左手側の手摺１１と、歩行者の歩行方向の後方に配置された支柱１２と、の間に配置された３軸荷重センサ４を３軸荷重センサ４LRと称する。同様に、右手側の手摺１１と、歩行者の歩行方向の前方に配置された支柱１２と、の間に配置された３軸荷重センサ４を３軸荷重センサ４RFと称する。同様に、右手側の手摺１１と、歩行者の歩行方向の後方に配置された支柱１２と、の間に配置された３軸荷重センサ４を３軸荷重センサ４RRと称する。３軸荷重センサ４LF及び３軸荷重センサ４LRは、左手側の手摺１１に作用する外力を検知し、検知結果を制御ユニット５に出力する。同様に、３軸荷重センサ４RF及び３軸荷重センサ４RRは、右手側の手摺１１に作用する外力を検知し、検知結果を制御ユニット５に出力する。端的に言えば、３軸荷重センサ４は、手摺１１に作用する外力を検知し、検知結果である荷重データを制御ユニット５に出力する。
【００１２】
制御ユニット５は、ベルト駆動モータ９の動作を制御する。図２に示すように、制御ユニット５は、中央演算処理器としてのCPU２０（Central Processing Unit）と、読み書き自由のRAM２１（Random Access Memory）、読み出し専用のROM２２（Read Only Memory）を備えている。そして、CPU２０がROM２２に記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、CPU２０などのハードウェアを用いて、ベルト駆動モータ９の動作を制御する。
【００１３】
以下、図３〜図７を参照して、制御ユニット５の制御フローを説明する。
【００１４】
先ず、制御ユニット５は、所定の開始操作が使用者等によって行われると、ベルト７の走行が加速するようにベルト駆動モータ９の動作を制御する（S100）。そして、制御ユニット５は、ベルト７の走行速度が所定速度に達したか判定し（S110）、達したと判定するまで待機する（S110:NO）。ベルト７の走行速度が所定速度に達したと判定した場合は（S110:YES）、制御ユニット５は、ベルト７の走行速度が所定の速度を維持するようにベルト駆動モータ９の動作を制御する（S120）。
【００１５】
次に、制御ユニット５は、４つの３軸荷重センサ４から荷重データを取得し、（S130）、RAM２１に記憶する。荷重データには、（１）使用者の歩行方向の後方へ向かう外力に相当する後方荷重データFx、換言すれば、使用者の後方へ向かう外力に相当する後方荷重データFx（２）使用者自身に向かう外力、即ち、内方に向かう外力に相当する内方荷重データFy（図１の白抜き矢印を参照）、（３）下方に向かう外力に相当する下方荷重データFz、が含まれている。従って、制御ユニット５は、後方荷重データFxと内方荷重データFy、下方荷重データFzを取得する（S130）。図４〜図６には、後方荷重データFx、内方荷重データFy、下方荷重データFzの時間変化をグラフ形式で例示している。
【００１６】
なお、各３軸荷重センサ４から出力される後方荷重データFxは、相互に異なる場合がある。この場合、制御ユニット５は、最も大きな後方荷重データFxを代表的にRAM２１に記憶し、他の後方荷重データFxは無視してもよいし、４つの後方荷重データFxの平均値をRAM２１に保存してもよい。内方荷重データFy、下方荷重データFzについても同様である。
【００１７】
次に、制御ユニット５は、下方荷重データFzの単位時間あたりの変化量である下方荷重変化量データΔFzを演算する（S140）。図７には、下方荷重変化量データΔFzの時間変化をグラフ形式で例示している。
【００１８】
次に、制御ユニット５は、後方荷重データFxを後方荷重閾値Fx0（第１の閾値）と比較し、内方荷重データFyを内方荷重閾値Fy0（第２の閾値）と比較し、下方荷重変化量データΔFzを下方荷重変化量閾値ΔFz0（第３の閾値）と比較する（S150）。
【００１９】
そして、制御ユニット５は、図４に示すように後方荷重データFxが後方荷重閾値Fx0を超えた場合は（S160：YES）、使用者の歩行に異常が発生したとして、ベルト７の走行を減速させ又は停止させるようにベルト駆動モータ９の動作を制御し（S170）、処理を終了する。なぜなら、図４に示すように後方荷重データFxが後方荷重閾値Fx0を超えた場合、手摺１１を把持する使用者が、脚を前方に振り出そうとしたのに、その脚のつま先がベルト７に引っ掛かり、その脚を前方に振り出すことに失敗して後方に流され、咄嗟に手摺１１を、後方に流された自身に向かって引き寄せたと考えられるからである。
【００２０】
同様に、制御ユニット５は、図５に示すように内方荷重データFyが内方荷重閾値Fy0を超えた場合は（S160:YES）、使用者の歩行に異常が発生したとして、ベルト７の走行を減速させ又は停止させるようにベルト駆動モータ９の動作を制御し（S170）、処理を終了する。なぜなら、内方荷重データFyが内方荷重閾値Fy0を超えた場合、手摺１１を把持する使用者が、麻痺側の脚で自身の体重を支えられず、麻痺側に倒れそうになり、咄嗟に健常側の手摺１１を自身に向かって引き寄せようとしたと考えられるからである。
【００２１】
同様に、制御ユニット５は、図７に示すように下方荷重変化量データΔFzが下方荷重変化量閾値ΔFz0を超えた場合は（S160:YES）、使用者の歩行に異常が発生したとして、ベルト７の走行を減速させ又は停止させるようにベルト駆動モータ９の動作を制御し（S170）、処理を終了する。なぜなら、下方荷重変化量データΔFzが下方荷重変化量閾値ΔFz0を超えた場合、使用者が大きく姿勢を崩し、咄嗟に腕で自重を支えようとしたと考えられるからである。
【００２２】
一方で、制御ユニット５は、後方荷重データFxが後方荷重閾値Fx0を超えず、且つ、内方荷重データFyが内方荷重閾値Fy0を超えず、且つ、下方荷重変化量データΔFzが下方荷重変化量閾値ΔFz0を超えなかった場合は（S160:NO）、処理をS120に戻す。
【００２３】
なお、制御ユニット５は、下方荷重変化量データΔFzを下方荷重変化量閾値ΔFz0と比較することで使用者の歩行に異常が発生したかを判定することに代えて、下方荷重データFzを所定の閾値と比較することで使用者の歩行に異常が発生したかを判定することも考えられる。しかしながら、麻痺側の脚が立脚及び遊脚を繰り返すたびに、麻痺側の手摺１１に作用する下方へ向かう外力は大きく変動してしまうので、下方荷重データFzを判定の基準とすると、使用者の歩行が正常なのか異常なのかをはっきりと区別することが困難となる。従って、上述したように、使用者の歩行に異常が発生したかは、下方荷重データFzではなく下方荷重変化量データΔFzに基づいて判定することが好ましいと言える。
【００２４】
以上に、本実施形態を説明したが、上記実施形態は、以下の特長を有する。
【００２５】
即ち、ベルト式歩行訓練装置１（歩行訓練装置）は、歩行面Pを形成する無端状のベルト７と、ベルト７が所定の周回軌道に沿って走行するようにベルト７を支持するベルト支持体８と、ベルト７の走行を駆動するベルト駆動モータ９と、歩行面Pを歩行する使用者が把持可能な手摺１１と、手摺１１に作用する外力を検知可能な３軸荷重センサ４と、ベルト駆動モータ９の動作を制御する制御ユニット５（制御手段）と、を備える。制御ユニット５は、手摺１１に作用する外力のうち後方へ向かう外力（後方荷重データFx）が後方荷重閾値Fx0（第１の閾値）を超えた場合は、ベルト７の走行を減速させ又は停止させる。また、制御ユニット５は、手摺１１に作用する外力のうち内方へ向かう外力（内方荷重データFy）が内方荷重閾値Fy0（第２の閾値）を超えた場合は、ベルト７の走行を減速させ又は停止させる。また、制御ユニット５は、手摺１１に作用する外力のうち下方へ向かう外力（下方荷重データFz）の単位時間あたりの変化量（下方荷重変化量データΔFz）が下方荷重変化量閾値ΔFz0（第３の閾値）を超えた場合は、ベルト７の走行を減速させ又は停止させる。以上の構成によれば、手摺１１に作用する外力を３軸方向できめ細かくモニタリングすることで、使用者の歩行に異常が発生した際に、漏れ無くベルト７の走行を減速させ又は停止させることができる。
【００２６】
なお、各３軸荷重センサ４は、２つ又は３つの荷重センサを組み合わせて構成してもよい。
【００２７】
また、ベルト式歩行訓練装置１は４つの３軸荷重センサ４を備えることとしたが、少なくとも左右に１つずつ配置されていれば、その数は問わない。
【符号の説明】
【００２８】
１  ベルト式歩行訓練装置
２  トレッドミル本体
３  手摺ユニット
４  ３軸荷重センサ
４LF  ３軸荷重センサ
４LR  ３軸荷重センサ
４RF  ３軸荷重センサ
４RR  ３軸荷重センサ
５  制御ユニット
７  ベルト
８  ベルト支持体
９  ベルト駆動モータ
１０  梁体
１１  手摺
１２  支柱
Fx  後方荷重データ
Fy  内方荷重データ
Fz  下方荷重データ
ΔFz  下方荷重変化量データ
Fx0  後方荷重閾値
Fy0  内方荷重閾値
ΔFz0  下方荷重変化量閾値
P  歩行面
【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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