JP6428581B2 - 歩行訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、歩行訓練を行うための歩行訓練装置に関する。

訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置を訓練者の脚部に装着して歩行を行う歩行訓練装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２−０９５７９３号公報

歩行補助装置は、ある程度の重量を有するため、その歩行補助装置を装着した訓練者にはその重量が負担となる。そのような負担を軽減しつつ、自然な歩容状態で歩行訓練を行うことが要望されている。さらに、歩行をサポートする手摺を訓練者の横に設置した場合でも、その手摺が歩行の妨げにならないことが要望されている。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、歩行補助装置の重量を低減することで訓練者の負担を軽減しつつ、自然な歩容状態に近づけて手摺が歩行の妨げにならない歩行訓練装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを上方かつ前方に引張する引張手段と、
前記歩行補助装置の重量を低減するように、前記引張手段の引張力を制御する引張制御手段と、
を備える歩行訓練装置であって、
前記脚部又は歩行補助装置にかかる左右方向への力を検出する力検出手段と、
前記歩行補助装置が装着された脚部側に設置され、前記訓練者の手が触れる手摺と、
前記手摺の位置を前記訓練者の左右方向に移動させる移動手段と、
前記力検出手段により検出された力の方向に、前記手摺の位置を、設定量、移動させるように前記移動手段を制御する位置制御手段と、
を備える、ことを特徴とする歩行訓練装置である。
この一態様によれば、引張制御手段は、歩行補助装置の重量を低減するように、引張手段の引張力を制御する。これにより、歩行補助装置の重量を低減することで訓練者の負担を軽減できる。さらに、力検出手段は脚部又は歩行補助装置にかかる左右方向への力を検出し、位置制御手段は、その検出された力の方向に、手摺の位置を、設定量、移動させるように移動手段を制御する。これにより、訓練者は、自然な歩容状態に近づけるための修正動作を行いつつ、手摺に必要以上に接近することなく手摺が歩行の妨げにならない。
すなわち、歩行補助装置の重量を低減することで訓練者の負担を軽減しつつ、自然な歩容状態に近づけて手摺が歩行の妨げにならない。

本発明によれば、歩行補助装置の重量を低減することで訓練者の負担を軽減しつつ、自然な歩容状態に近づけて手摺が歩行の妨げにならない歩行訓練装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る歩行補助装置の概略的な構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 歩行補助装置のワイヤーの左右方向の引張力成分を示す図である。 本発明の一実施形態に係る歩行訓練装置の制御処理フローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。本実施形態に係る歩行訓練装置１は、例えば、脳卒中片麻痺患者などのユーザの歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置１は、ユーザの脚部に装着された歩行補助装置２と、ユーザの歩行訓練を行う訓練装置３と、を備えている。

歩行補助装置２は、例えば、歩行訓練を行うユーザの患脚に装着され、ユーザの歩行を補助する（図２）。歩行補助装置２は、上腿フレーム２１と、上腿フレーム２１に膝関節部２２を介して連結された下腿フレーム２３と、下腿フレーム２３に足首関節部２４を介して連結された足平フレーム２５と、膝関節部２２を回転駆動するモータユニット２６と、足首関節部２４の可動範囲を調整する調整機構２７と、を有している。なお、上記歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。例えば、歩行補助装置２は、足首関節部２４を回転駆動するモータユニットを備えていてもよい。

上腿フレーム２１は、ユーザの脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム２３はユーザの脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレーム２１には、例えば、上腿部を固定するための上腿装具２１２が設けられている。

上腿フレーム２１には、後述の第１引張部３５のワイヤー３４を接続するための、左右方向に延在する横長の第１フレーム２１１が設けられている。下腿フレーム２３には、後述の第２引張部３７のワイヤー３６を接続するための、左右方向に延在する横長の第２フレーム２３１が設けられている。

モータユニット２６は、ユーザの歩行動作に応じて膝関節部２２を回転駆動することでユーザの歩行を補助する。なお、上記歩行補助装置２の構成は一例であり、これに限られない。ユーザの脚部に装着され、その歩行を補助できる任意の歩行補助装置が適用可能である。

訓練装置３は、トレッドミル３１と、フレーム本体３２と、制御装置３３と、を有している。トレッドミル３１は、リング状のベルト３１１を回転させる。トレッドミル３１には、歩行補助装置２が装着された脚部側に手摺３１２が設けられている。

手摺３１２は、例えば、ベルト３１１に沿って延在し、訓練者の手が触れるグリップ部３１３と、グリップ部３１３の両端を支持する一対の支持部３１４と、で構成されている。トレッドミル３１には、手摺３１２の位置を左右方向に移動させる移動機構（移動手段の一具体例）３１５が設けられている。移動機構３１５は、例えば、各支持部３１４を左右方向に移動させるスライド機構と、スライド機構を駆動するモータと、を有している。
ユーザは、ベルト３１１上に乗り該ベルト３１１の移動に応じて歩行を行い、必要に応じて、側方の手摺３１２を把持するなどして、その歩行訓練を行う。

フレーム本体３２は、トレッドミル３１上に立設された２対の柱フレーム３２１と、各柱フレーム３２１に接続され前後方向に延在する一対の前後フレーム３２２と、各前後フレーム３２２に接続され左右方向に延在する３つの左右フレーム３２３と、を有している。なお、上記フレーム本体３２の構成は、これに限られない。後述の第１、第２及び第３引張部３５、３７、３８が移動可能に適切に支持できれば、フレーム本体３２は任意のフレーム構成であってもよい。

前方の左右フレーム３２３には、ワイヤー３４を上方かつ前方に引張する第１引張部３５が設けられている。第１引張部３５は、引張手段の一具体例である。後方の左右フレーム３２３には、ワイヤー３６を上方かつ後方に引張する第２引張部３７が設けられている。

第１及び第２引張部３５、３７は、例えば、ワイヤー３４、３６を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第１及び第２引張部３５、３７が引張するワイヤー３４、３６の一端は、歩行補助装置２に接続されている。第１引張部３５は、ワイヤー３４を介して歩行補助装置２を上方かつ前方に引張する。第２引張部３７は、ワイヤー３６を介して歩行補助装置２を上方かつ後方に引張する。

第１及び第２引張部３５、３７は、モータの駆動トルクを制御することで、ワイヤー３４、３６の引張力を制御しているが、これに限らない。例えば、各ワイヤー３４、３６にバネ部材が接続されており、バネ部材の弾性力を調整することで、ワイヤー３４、３６の引張力を調整してもよい。

第１及び第２引張部３５、３７による引張力の鉛直上方の成分が歩行補助装置２の荷重を免荷する。そして、第１及び第２引張部３５、３７による引張力の水平成分により、脚部の振出しを補助する。これにより、歩行訓練時におけるユーザの歩行負荷を軽減できる。

第３引張部３８は、中間の左右フレーム３２３に設けられ、ワイヤー３９を上方に引張する。ワイヤー３９の一端は、例えば、ユーザの腰部付近に装着されたベルトに接続されている。第３引張部３８は、例えば、ワイヤー３９を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第３引張部３８は、ワイヤー３９を介してユーザの腰部を上方に引張する。これにより、ユーザの自重による負荷を軽減できる。

制御装置３３は、引張制御手段の一具体例であり、第１、第２及び第３引張部３５、３７、３８の引張力と、トレッドミル３１の駆動と、歩行補助装置２と、移動機構３１５と、を夫々制御する。制御装置３３は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

フレーム本体３２には、訓練指示、訓練メニュー、訓練情報（歩行速度、生体情報等）などの情報を表示する表示部３３１が設けられている。表示部３３１は、例えば、タッチパネルとして構成されており、ユーザは表示部３３１を介して各種の情報を入力できる。

制御装置３３は、例えば、第１及び第２引張部３５、３７による引張力の鉛直上方の成分の合力が歩行補助装置２の重量と等しくなるように、第１及び第２引張部３５、３７の引張力を制御する。これにより、ユーザは脚部に装着された歩行補助装置２の重さを感じることなく、より自然な歩行訓練を行うことができる。

さらに、制御装置３３は、第１及び第２引張部３５、３７の引張力を制御し、該引張力の鉛直上方の成分を変更することで、脚部免荷量を調整してもよい。これにより、例えば、患者の回復度合いに応じて脚部免荷量を調整し、歩行訓練の難易度を適切に設定できる。
ところで、歩行補助装置は、ある程度の重量を有するため、その歩行補助装置を装着した訓練者にはその重量が負担となるため、そのような負担を軽減することが要望されている。

これに対し、本実施形態においては、制御装置３３は、上述のように、歩行補助装置２の重量を低減するように、第１引張部３５の引張力を制御する。これにより、歩行補助装置２の重量を低減することで訓練者の負担を軽減できる。

さらに、上記負担を軽減しつつ自然な歩容状態で歩行訓練を行うこと、そして、歩行をサポートする手摺を訓練者の横に設置した場合でも、その手摺が歩行の妨げにならないことが要望されている。
例えば、リハビリ訓練初期などにおいて、訓練者は、歩行補助装置が装着された訓練脚部（患脚部）側に体重をかけるのが難しく、健脚部側に体重をかける傾向にある。この場合、従来、訓練者の体は健脚部側に向くため、ベルトの進行方向に向かって真直ぐ引張するワイヤーによって、訓練脚部が外向きに引張され、外転状態となる。このため、訓練者は、この外転状態を修正し、自然な歩容状態に近付けるために、訓練脚部を外向きに移動させることとなる。その結果、訓練者は、手摺に必要以上に接近することとなり、その手摺が歩行の妨げになる。

これに対し、本実施形態に係る歩行訓練装置１において、制御装置３３は、脚部又は歩行補助装置２にかかる左右方向への力を検出し、その検出された力の方向に、手摺３１２の位置を、設定量、移動させるように移動機構３１５を制御する。

これにより、訓練者が自然な歩容状態に近づけるための修正動作を行った場合でも脚部又は歩行補助装置２にかかる左右方向への力を検出し、その方向に、手摺３１２の位置を、設定量、移動させるので、訓練者と手摺３１２とは一定距離が維持される。このため、訓練者は、手摺３１２に必要以上に接近することなく、手摺３１２が歩行の妨げにならない。すなわち、自然な歩容状態に近づけて手摺３１２が歩行の妨げにならない。

図３は、本実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。制御装置３３は、歩行補助装置２にかかる左右方向への力を検出する力検出部３３２と、手摺３１２の移動量を設定する移動設定部３３３と、移動機構３１５を制御する制御部３３４と、を有している。

力検出部３３２は、力検出手段の一具体例である。例えば、力検出部３３２は、歩行補助装置２に設けられた力センサ２８のセンサ値に基づいて、歩行補助装置２にかかる左右方向への力を検出する。力センサ２８は、歩行補助装置２に接続されたワイヤー３４、３６に掛かる引張力を検出し、力検出部３３２に出力する。力検出部３３２は、力センサ２８からの歩行補助装置２のワイヤー３４、３６の引張力ｆ１、ｆ２に基づいて左右方向の引張力成分ｆ３を算出する（図４）。力検出部３３２は、算出した引張力成分ｆ３を左右方向への力とし、算出した引張力成分ｆ３の反対方向をその力の方向とする。

移動設定部３３３は、力検出部３３２により算出された左右方向の力と、その力の方向と、に基づいて、手摺３１２の移動量（設定量の一例）および移動方向を設定する。例えば、左右方向の力と手摺３１２の移動量の関係は、予め実験的に求めることができ、ＲＯＭやＲＡＭなどに設定されている。移動設定部３３３は、上記予め設定した左右方向の力と手摺３１２の移動量の関係と、算出された左右方向の力と、に基づいて、手摺３１２の移動量を設定する。移動設定部３３３は、力検出部３３２により算出された左右方向の力の方向を、手摺３１２の移動方向に設定する。なお、表示部３３１に移動設定部３３３により設定された手摺３１２の移動量及び移動方向を表示させるようにしてもよい。

制御部３３４は、位置制御手段の一具体例である。制御部３３４は、力検出部３３２により検出された力の方向に、手摺３１２の位置を、設定量、移動させるように移動機構３１５を制御する。例えば、制御部３３４は、移動設定部３３３により設定された移動量だけ、移動方向に手摺３１２を移動させるように移動機構３１５を制御する。

図５は、上述した本実施形態に係る歩行訓練装置の制御処理フローを示すフローチャートである。
訓練者が歩行訓練を開始すると（ステップＳ１０１）、力センサ２８が歩行補助装置２のワイヤー３４、３６の引張力を検出し（ステップＳ１０２）、力検出部３３２に出力する。

力検出部３３２は、歩行補助装置２に設けられた力センサ２８の張力値に基づいて、歩行補助装置２にかかる左右方向への力を検出する（ステップＳ１０３）。
移動設定部３３３は、力検出部３３２により算出された左右方向の力と、その力の方向と、に基づいて、手摺３１２の移動量および移動方向を設定する（ステップＳ１０４）。

制御部３３４は、移動設定部３３３により設定された移動量だけ、移動方向に手摺３１２を移動させるように移動機構３１５を制御する（ステップＳ１０５）。

以上、本実施形態において、制御装置３３は、歩行補助装置２の重量を低減するように、第１引張部３５の引張力を制御する。これにより、歩行補助装置２の重量を低減することで訓練者の負担を軽減できる。
さらに、本実施形態において、制御装置３３は、脚部又は歩行補助装置２にかかる左右方向への力を検出し、その検出された力の方向に、手摺３１２の位置を、設定量、移動させるように移動機構３１５を制御する。
これにより、訓練者は、自然な歩容状態に近づけるための修正動作を行いつつ、手摺３１２に必要以上に接近することなく手摺３１２が歩行の妨げにならない。すなわち、歩行補助装置２の重量を低減することで訓練者の負担を軽減しつつ、自然な歩容状態に近づけて手摺３１２が歩行の妨げにならない。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施形態において、フレーム本体３２に第２引張部３７を設けない構成であってもよい。この場合、制御装置３３は、例えば、第１引張部３５による引張力の鉛直上方の成分の合力が歩行補助装置２の重量と等しくなるように、第１引張部３５の引張力を制御する。

１ 歩行訓練装置、２ 歩行補助装置、３ 訓練装置、２１ 上腿フレーム、２２ 膝関節部、２３ 下腿フレーム、２４ 足首関節部、２５ 足平フレーム、２６ モータユニット、２７ 調整機構、２８ 力センサ、３１ トレッドミル、３２ フレーム本体、３３ 制御装置、３４ ワイヤー、３５ 第１引張部、３６ ワイヤー、３７ 第２引張部、３８ 第３引張部、３９ ワイヤー、３１２ 手摺、３１３ グリップ部、３１４ 支持部、３１５ 移動機構、３３２ 力検出部、３３３ 移動設定部、３３４ 制御部

Claims (1)

1. 訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
   前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを上方かつ前方に引張する引張手段と、
   前記歩行補助装置の重量を低減するように、前記引張手段の引張力を制御する引張制御手段と、
   を備える歩行訓練装置であって、
   前記脚部又は歩行補助装置にかかる左右方向への力を検出する力検出手段と、
   前記歩行補助装置が装着された脚部側に設置され、前記訓練者の手が触れる手摺と、
   前記手摺の位置を前記訓練者の左右方向に移動させる移動手段と、
   前記力検出手段により検出された力の方向に、前記手摺の位置を、設定量、移動させるように前記移動手段を制御する位置制御手段と、
   を備える、ことを特徴とする歩行訓練装置。

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