(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被訓練者が右足及び左足を載せる２つの無限軌道ベルトが設けられ該無限軌道ベルト上で被訓練者が歩行訓練を行う歩行部と、前記無限軌道ベルトを駆動する駆動手段と、該駆動手段を制御して前記無限軌道ベルトの速度を調節する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記無限軌道ベルトの速度を被訓練者の意識と関係なく変化させる機能を有することを特徴とする歩行訓練装置。
【請求項２】
請求項１に記載の歩行訓練装置において、前記制御手段にはデータ入力部が接続され、該データ入力部には、前記無限軌道ベルトの速度、およびその速度を変化させるタイミング等のデータが入力されることを特徴とする歩行訓練装置。
【請求項３】
請求項１に記載の歩行訓練装置において、前記制御手段には、被訓練者の足が前記無限軌道ベルトに着地するタイミング、および前記無限軌道ベルトから遊脚するタイミングを検出する検出部が接続され、前記制御手段は、前記検出部からの検出信号が入力されたときに前記歩行部の速度を変化させることを特徴とする歩行訓練装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行訓練装置において、被訓練者に対して視覚的な刺激を与える映像部が設けられていることを特徴とする歩行訓練装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の歩行訓練装置において、被訓練者の身体を支持する身体支持手段が設けられていることを特徴とする歩行訓練装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の歩行訓練装置において、前記制御手段には、歩行訓練中の被訓練者の身体のゆれを検出する加速度検出手段が接続されていることを特徴とする歩行訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歩行訓練装置に係り、特に、足腰が弱った高齢者などが安全に歩行訓練を行うことのできる歩行訓練装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の歩行訓練装置としては、無限軌道ベルトが設けられた歩行部を備えたトレッドミルと呼ばれるものがある。この歩行訓練装置においては、無限軌道ベルトが設定された一定速度で駆動され、被訓練者は無限軌道ベルト上に載って無限軌道ベルトの駆動速度に歩調を合わせて歩行訓練を行う。
【０００３】
また、特開平７−１２４２０８号公報に記載されているように、無限軌道ベルトが被訓練者の右足用・左足用に分離されたものもある。このような歩行訓練装置では、左右の無限軌道ベルトが別々に設定された速度で駆動され、片足麻痺の患者でも無限軌道ベルトの速度に歩調を合わせ立位での歩行訓練が行える利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術では、無限軌道ベルトは設定された一定速度でしか移動しないため、被訓練者が一定の歩調で歩行訓練を行って筋力向上を図るには有意義であるが、歩調の乱れを被訓練者が自ら補正する、いわゆる転倒予防訓練を行うには十分ではない。
【０００５】
本発明の目的は、被訓練者が歩行訓練中に転倒予防訓練も行うことのできる歩行訓練装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、無限軌道ベルトが設けられ該無限軌道ベルト上で被訓練者が歩行訓練を行う歩行部と、無限軌道ベルトを駆動する駆動手段と、駆動手段を制御して無限軌道ベルトの速度を調節する制御手段とを備え、制御手段は、無限軌道ベルトの速度を被訓練者の意識と関係なく変化させる機能を有することを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、無限軌道ベルトの速度を被訓練者の意識と関係なく、つまり被訓練者が予期していないときに変化させることができるので、被訓練者は歩行訓練をしながら転倒予防訓練も行うことができる。
【０００８】
無限軌道ベルトは、被訓練者が両足を載せる１つの無限軌道ベルトであってもよいし、また被訓練者の右足用・左足用に分離された２つの無限軌道ベルトからなるものであってもよい。
【０００９】
制御手段には、無限軌道ベルトの速度、およびその速度を変化させるタイミング等のデータが入力されるデータ入力部を接続することができる。このようにすれば、データ入力部から入力設定された速度で無限軌道ベルトを駆動することができるとともに、データ入力部から入力設定されたタイミングで無限軌道ベルトの速度を変化させることができる。なお、この場合は被訓練者が一定の歩調で歩行していることが前提となる。無限軌道ベルトの速度を変化させるタイミングは被訓練者の歩調に合わせて人が行うようにしてもよい。
【００１０】
また、制御手段には、被訓練者の足が無限軌道ベルトに着地するタイミング、および無限軌道ベルトから遊脚するタイミングを検出する検出部を接続することができる。そして制御手段は、検出部からの検出信号が入力されたときに無限軌道ベルトの速度を変化させるようにする。このようにすれば、被訓練者が一定の歩調で歩行しない場合でも、被訓練者の歩調が検出部によって検出され、無限軌道ベルトの速度を変化させるタイミングを自動的に補正することができる。
【００１１】
さらに、被訓練者に対して視覚的な刺激を与える映像部を設けることができる。このようにすれば、被訓練者は映像部に表示される映像を見ながら歩行訓練を行い、バランス反応を強化することができる。
【００１２】
また、被訓練者の身体を支持する身体支持手段を設けることもできる。このようにすれば、万一、被訓練者が歩行訓練中に転倒しそうになっても、被訓練者は身体支持手段によって身体が支持され、転倒することはないので、非常に安全である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る歩行訓練装置の全体構成を示している。本歩行訓練装置１は、無限軌道ベルト２を有する歩行部２０と、無限軌道ベルト２を駆動する駆動部３と、駆動部３を制御して無限軌道ベルト２の速度を調節する制御部４とを備えている。また制御部４には、無限軌道ベルト２の速度、およびその速度を変化させるタイミング等のデータが入力されるデータ入力部５が接続されている。
【００１４】
図２は、歩行部２０の詳細構成を示している。無限軌道ベルト２は、被訓練者の右足用ベルト２ａと左足用ベルト２ｂとに分離されている。また駆動部３も右駆動部３ａと左駆動部３ｂとに分離され、右駆動部３ａは右足用ベルト２ａを、左駆動部３ｂは左足用ベルト２ｂをそれぞれ駆動する。右駆動部３ａおよび左駆動部３ｂはサーボモータ等のアクチェータで構成されている。右駆動部３ａおよび左駆動部３ｂにはパルスエンコーダ等の位置検出器３０ａ，３０ｂがそれぞれ取り付けられ、駆動部３ａ，３ｂの回転に伴って位置検出器３０ａ，３０ｂはパルスを出力し、そのパルス信号は制御部４に入力される。
【００１５】
制御部４には、主にＣＰＵ（中央演算装置）と、位置検出器３０ａ，３０ｂからのパルス信号をカウントするパルスカウンタが設けられており、このパルスカウンタのカウントデータに基づいて駆動部３ａ，３ｂの現在の回転速度を算出するとともに、無限軌道ベルト２ａ，２ｂがデータ入力部６から入力設定された速度となるように駆動部３ａ，３ｂに流す制御電流を調節する。なお、本実施の形態においてはデータ入力部５はパーソナルコンピュータで構成され、データ入力部５と制御部４とはＲＳ−２３２Ｃ規格のシリアル通信手段で接続されている。
【００１６】
ところで、人間が歩行時に転倒する原因として人間の平衡感覚が鈍り、片足を踏み出してから別の片足が着地するまでの一歩の時間（１歩行周期時間）の変動が大きいと転倒しやすいことが近年報告されている。これに対し歩行を安定させる要因として下肢の神経の感覚統合強化があり、特に足部触覚受容器が重要である。
【００１７】
そこで、本実施の形態では、被訓練者に右足用ベルト２ａおよび左足用ベルト２ｂの速度を変化させる機能が制御部４に設けられている。このような機能があると、被訓練者に通常歩行とは異なる外乱を与えることになり、これをある期間繰り返し訓練することで下肢神経の感覚統合の強化につながり転倒予防となる。以下、この点について図３を用いて説明する。
【００１８】
図３（ａ）では、足が着地した後間もなく不意に無限軌道ベルトの速度を減速する。これにより、被訓練者にはつまずきのような不意外乱を与えることになる。この例では、設定した速度で無限軌道ベルトが駆動されている状態（速度指数１００％）から、無限軌道ベルトを停止させた状態（速度指数０％）を示している。また図３（ｂ）では、足が無限軌道ベルトから遊脚するタイミングを検出し、遊脚後半で不意に無限軌道ベルトの速度を加速する。これにより、被訓練者には足を滑らせたような不意外乱を与えることになる。この例では、設定した速度の１０％で無限軌道ベルトが駆動されている状態（速度指数１０％）から、無限軌道ベルトを設定速度で駆動させた状態（速度指数１００％）を示している。
【００１９】
以上のような不意外乱を被訓練者に与えることを繰り返し行うことで、被訓練者は平衡バランスを保とうとする感覚が鍛錬され、その結果、下肢神経の感覚統合が強化され転倒予防となる。なお、足が着地したかどうか又は遊脚するかどうかのタイミングは、被訓練者の歩調を介助者が確認して、データ入力部５にタイミング信号を手動で入力する。
【００２０】
なお、図３とは逆に、足が着地した後間もなく不意に無限軌道ベルトの速度を加速してもよく、また足が無限軌道ベルトから遊脚する後半で不意に無限軌道ベルトの速度を減速してもよい。さらに、速度指数は任意の値を選択できる。
【００２１】
（実施の形態２）
上記実施の形態１ではタイミング信号を介助者が手動で入力して無軌道ベルトの速度を変化させる構成であったが、データ入力部５を例えばパーソナルコンピュータで構成することで、時間経過に対する無限軌道ベルト２ａ，２ｂの速度変化則を予めプログラムしておき、無限軌道ベルト２ａ，２ｂの速度を自動的に変化させることも可能である。すなわち、図４に示すように、足の着地を検出する着地検出器９ａ，９ｂを例えば歩行部２０の左右のフレームに取り付けておく。着地検出器９ａ，９ｂが２個ずつ設けられているのは、足が常に同じ場所に着地するとは限らずばらつくことがあるからで、２つの着地検出器９ａ，９ｂのどちらか一方で着地を必ず検出できる構成となっている。
【００２２】
そして、着地検出器９ａ，９ｂのどちらかで足の着地を検出したとき、その検出信号はＯＲゲート１１を介してデータ入力部５に入力され、データ入力部５からは図３（ａ）に示したように無限軌道ベルトの速度を変化させる制御信号が出力される。また、着地検出器９ａ，９ｂのどちらかで足が遊脚することを検出したとき、その検出信号もＯＲゲート１１を介してデータ入力部５に入力され、データ入力部５からは図３（ｂ）に示したように無限軌道ベルトの速度を変化させる制御信号が出力される。なお、足が遊脚するタイミングを検出するには、歩行訓練開始時に被訓練者の平均的な歩調（着地から離床迄の時間の平均値）を予め測定しておき、その測定結果に基づいて行う。本実施の形態では、着地している時間の後半のある時点にタイミングを合わせて無限軌道ベルトの速度を変化させるようにしている。
【００２３】
なお、実施の形態１および実施の形態２では、無限軌道ベルト２は右足用の無限軌道ベルト２ａと左足用の無限軌道ベルト２ｂとに分離されていたが、被訓練者が両足を載せる１つの無限軌道ベルトであってもよい。
【００２４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１に示したように、歩行部の前方に映像部８が設けられている。そして、この映像部８により被訓練者に視覚的刺激を与える。被訓練者は映像部８の画面を見ながら歩行訓練を行う。映像部８に表示する例としては、被訓練者の注視点となる図形を定期的に画面内を移動させたり、背景色を定期的に変える。これにより、被訓練者には視覚的刺激が与えられ感覚統合の強化につながり、足部触覚受容器に対する刺激と等価の効果が得られる。
【００２５】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３の歩行訓練装置は、被訓練者に対し不意外乱を与え転倒を誘発させることで転倒予防訓練を提供するものである。しかし、被訓練者に対し不意外乱を与えると、被訓練者が実際に転倒に至る危険性もある。
【００２６】
そこで、本実施の形態では、図１に示したように、被訓練者の身体を支持する介助部６と、さらに被訓練者の腰に腰ベルト７を装着し、介助部６の先端に腰ベルト７を接続する。これにより、被訓練者が訓練中に実際に転倒しそうになった場合、腰ベルト７および介助部６により身体が支持されるため、転倒に至らず安全である。
【００２７】
（実施の形態５）
本実施の形態では、図５に示すように、訓練中の被訓練者に装着するための加速度検出器１０が設けられている。この加速度検出手段１０は被訓練者の前後方向（Ｘ方向）、左右方向（Ｙ方向）、および上下方向（Ｚ方向）の３方向の加速度を検出し、そのレベルを電圧信号として出力するものである。なお、加速度検出器１０は市販されている半導体の圧電式加速度センサである。
【００２８】
そして、加速度検出器１０からの電圧信号はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器を通してデータ入力部（パーソナルコンピュータ）５に入力される。入力信号は、図６に示すように、モニタ装置５ａ（図１参照）に表示される。モニタ装置５ａは加速度レベル表示部５ｂを有し、この加速度レベル表示部５ｂには、横軸を時間に、縦軸を加速度レベルとして前記入力信号がグラフ化されて表示される。また、モニタ装置５ａは軌跡表示部５ｃを有し、この軌跡表示部５ｃには前後方向と左右方向の加速度レベルを時間経過に対する軌跡として２次元のリサージュ図形が表示される。
【００２９】
本実施の形態によれば、加速度レベルの大きさを被訓練者の身体のゆれの大きさとして定期的にデータ採取を行い、歩行訓練の経過に伴って加速度レベルが小さくなっていくことが確認できれば、転倒しづらい歩容に改善された効果があったものと判断できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、無限軌道ベルトの速度を被訓練者の意識と関係なく変化させることができるので、被訓練者は歩行訓練中に転倒予防訓練も行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歩行訓練装置の全体構成図である。
【図２】歩行部の構成図である。
【図３】無限軌道ベルトの速度を変化させる例を示したもので、（ａ）は足が着地するときのタイミングチャート、（ｂ）は足が遊脚するときのタイミングチャートである。
【図４】足の着地または遊脚のタイミングを検知する手段を設けた一例を示した図である。
【図５】加速度検出器を設けた一例を示した図である。
【図６】加速度レベルの図示例を示した図である。
【符号の説明】
１  歩行訓練装置
２  無限軌道ベルト
２ａ  右足用ベルト
２ｂ  左足用ベルト
３  駆動部
３ａ  右足用ベルト駆動部
３ｂ  左足用ベルト駆動部
４  制御部
５  データ入力部
６  介助部
７  腰ベルト
８  映像部
９ａ，９ｂ  着地検出器
１０  加速度検出器
２０  歩行部
【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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