歩行訓練装置

本発明は、歩行訓練装置に関する。

特許文献1に開示されたような歩行補助装置を脚部に装着した歩行訓練者が、トレッドミルのベルト上を歩行して歩行訓練を行う歩行訓練装置が実用化に向けて開発されている。このような歩行訓練装置は、理学療法士などの操作者がトレッドミルのベルト上に乗った歩行訓練者に装着された歩行補助装置の補助動作(駆動)及び当該トレッドミルにおけるベルトの周回動作(駆動)の操作を行う。そのため、操作者の操作に基づいて歩行補助装置の補助動作及びトレッドミルにおけるベルトの周回動作が開始する。

特開2012−95793号公報

特許文献1の歩行補助装置を用いてトレッドミルのベルト上で歩行訓練を行おうとする場合に、歩行訓練者が歩行補助装置の補助動作に慣れていない段階で、操作者がトレッドミルにおけるベルトの周回動作を開始してしまうと、歩行訓練者に不安感を与える可能性がある。

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、歩行訓練時に歩行訓練者の不安感を抑制することができる歩行訓練装置を実現する。

本発明の一態様に係る歩行訓練装置は、 周回動作するベルト上で歩行訓練者が歩行訓練を行うトレッドミルと、 前記ベルトの周回動作を制御する制御部と、 前記歩行訓練者の脚部に装着され、前記歩行訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、 を備える歩行訓練装置であって、 前記ベルト上での前記歩行訓練者における前記歩行補助装置が装着された側の脚部の歩行又は足踏み動作の有無を検出する検出部を更に備え、 前記制御部は、前記検出部が前記歩行又は足踏み動作を予め設定された回数検出するまでは、前記ベルトの周回動作を開始させない動作禁止状態を維持し、前記検出部が前記歩行又は足踏み動作を予め設定された回数検出した後に、前記動作禁止状態を解除する。

上述の歩行訓練装置は、操作者による操作に応じて、前記制御部に対して前記ベルトの周回動作の開始を指示する操作信号を出力する操作部を備え、 前記操作部は、前記検出部が前記歩行又は足踏み動作を予め設定された回数検出するまで前記制御部が前記動作禁止状態を維持している間は、前記操作信号を前記制御部に出力しないことが好ましい。

上述の歩行訓練装置は、操作者による操作に応じて、前記制御部に対して前記ベルトの周回動作の開始を指示する操作信号を出力する操作部を備え、 前記操作部から前記制御部に前記操作信号が出力された場合であっても、前記制御部は、前記検出部が前記歩行又は足踏み動作を予め設定された回数検出するまで前記動作禁止状態を維持することが好ましい。

本発明によれば、歩行訓練時に歩行訓練者の不安感を抑制することができる歩行訓練装置を実現することができる。

実施の形態1に係る歩行訓練装置の構成を模式的に示す斜視図である。

実施の形態1に係る歩行訓練装置の歩行補助装置を模式的に示す斜視図である。

実施の形態1に係る歩行訓練装置のシステム構成を模式的に示すブロック図である。

実施の形態1の歩行訓練装置の訓練開始の流れを示すフローチャート図である。

<実施の形態1> 以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る歩行訓練装置ついて説明する。図1は、本実施の形態に係る歩行訓練装置の構成を模式的に示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る歩行訓練装置の歩行補助装置を模式的に示す斜視図である。図3は、本実施の形態に係る歩行訓練装置のシステム構成を模式的に示すブロック図である。

本実施の形態の歩行訓練装置1は、図1及び図3に示すように、例えば、脳卒中片麻痺患者などの歩行訓練者が歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置1は、歩行補助装置2、訓練装置3、操作部4及び制御部5を備えている。

歩行補助装置2は、図2に示すように、歩行訓練者の患脚に装着され、歩行訓練者の歩行を補助する。歩行補助装置2は、上腿フレーム21、下腿フレーム22及び足平フレーム23を備えている。

上腿フレーム21は、歩行訓練者の上腿に固定手段211を介して固定される。上腿フレーム21には、後述の第1引張部35の第1ワイヤ34の一端を接続するための、左右方向に延在する横長の第1フレーム212が設けられている。

下腿フレーム22は、歩行訓練者の下腿に固定手段(図示を省略)を介して固定される。下腿フレーム22の上端部は、膝関節24を介して上腿フレーム21の下端部に接続されている。下腿フレーム22には、後述の第2引張部37の第2ワイヤ36の一端を接続するための、左右方向に延在する横長の第2フレーム221が設けられている。

膝関節24は、モータ25の駆動によって上腿フレーム21と下腿フレーム22とを相対的に回転させることが可能な構成とされている。モータ25は、制御部5から入力される制御信号に基づいて駆動する。

足平フレーム23は、歩行訓練者の足平が載置された状態で固定手段(図示を省略)を介して足に固定される。足平フレーム23は、足首関節26を介して下腿フレーム22の下端部に接続されている。足首関節26は、下腿フレーム22と足平フレーム23とを相対的に回転させることが可能な構成とされている。ここで、固定手段としては、例えば、マジックテープ(登録商標)などを用いることができる。

なお、上述の歩行補助装置2の構成は一例であり、これに限られない。歩行訓練者の脚部に装着され、歩行訓練者の歩行を補助できる任意の歩行補助装置を適用可能である。例えば、歩行補助装置2は、足首関節26を回転駆動するモータを備えていてもよい。

また、第1及び第2引張部35、37の接続部は一例であり、これに限られない。例えば、第1及び第2引張部35、37の第1及び第2ワイヤ34、36の一端を固定手段211に接続してもよく、第1及び第2引張部35、37の引張点を歩行補助装置2の任意の位置に設けることができる。

訓練装置3は、図1に示すように、トレッドミル31、フレーム本体32及び表示部33を備えている。トレッドミル31は、図1及び図3に示すように、ベルト311、支持部312、モータ313及び検出部314を備えている。

ベルト311は、無端ベルトであって、ベルト311の上面がトレッドミル31の前方から後方に向かって移動するように周回する。歩行訓練者は、ベルト311上に乗り当該ベルト311の移動に応じて歩行訓練を行う。

支持部312は、歩行訓練を行う歩行訓練者を支持するステージである。支持部312の左右方向の略中央には、ベルト311が配置されており、ベルト311の内周面で支持部312の外周面が囲まれている。

モータ313は、ベルト311を回転駆動させる。モータ313は、制御部5から入力される制御信号に基づいて駆動する。

検出部314は、歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の有無を検出する。ここで、歩行又は足踏み動作は、一方の脚部が支持脚状態から遊脚状態になり、再び支持脚状態となるまでの動作であり、検出部314は、少なくとも歩行補助装置2が装着された側の脚部の歩行又は足踏み動作の有無を検出する。

検出部314は、例えば、ベルト311の内周面と支持部312の上面との間に配置された荷重センサを備えており、ベルト311上に乗った歩行訓練者から印加される荷重を示す検出信号を制御部5に出力する。

フレーム本体32は、トレッドミル31の支持部312上に立設された2対の柱フレーム321、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、及び各前後フレーム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を備えている。なお、フレーム本体32の構成は、これに限られない。後述の第1及び第2引張部35、37が適切に固定できれば、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、第1ワイヤ34の他端が連結され、且つ第1ワイヤ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。後方の左右フレーム323には、第2ワイヤ36の他端が連結され、且つ第2ワイヤ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引張部35は、第1ワイヤ34を巻き取り及び巻き戻す機構(図示を省略)、及び当該機構を駆動するモータ38を備えている。モータ38が制御部5から入力される制御信号に基づいて第1ワイヤ34を巻き取るように駆動すると、第1引張部35は第1ワイヤ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、第2ワイヤ36を巻き取り及び巻き戻す機構(図示を省略)、及び当該機構を駆動するモータ39を備えている。モータ39が制御部5から入力される制御信号に基づいて第2ワイヤ36を巻き取るように駆動すると、第2引張部37は第2ワイヤ36を介して歩行補助装置2を上方かつ後方に引張する。

なお、第1及び第2引張部35、37は、モータ38、39の駆動トルクを制御することで、第1及び第2ワイヤ34、36の引張力を制御しているが、これに限られない。例えば、第1及び第2ワイヤ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、第1及び第2ワイヤ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の重さを支える。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歩行訓練者の歩行負荷を軽減できる。

また、第1ワイヤ34は、歩行訓練者の脚部の歩行補助装置2から上方且つ前方に延び、第2ワイヤ36は、歩行訓練者の脚部の歩行補助装置2から上方且つ後方に延びる。したがって、第1及び第2ワイヤ34、36が歩行訓練者の歩行時に当該歩行訓練者に干渉せず、歩行訓練の妨げとならない。

表示部33は、表示面がトレッドミル31の後方に向かって配置された形態で、前方の柱フレーム321に設けられている。表示部33には、制御部5から入力される制御信号に基づいて、訓練指示などの情報が表示される。歩行訓練者は、表示部33に表示される訓練指示などの情報に基づいて歩行訓練を行う。

操作部4は、トレッドミル31及び歩行補助装置2を操作するための入力手段であり、例えば、タッチパネルを備えている。操作部4は、例えば、フレーム本体32に設けられている。

操作部4のタッチパネル上には、歩行補助装置2及び訓練装置3を操作するための各種のボタン(例えば、歩行補助装置2の補助開始ボタン、訓練装置3の訓練開始ボタン、訓練停止ボタン、歩行補助装置2の駆動力調整ボタン、トレッドミル31のベルト311の周回速度調整ボタン、第1及び第2引張部35、37の引張力調整ボタン)などが表示される。

操作者が操作部4のタッチパネル上の各種ボタンを操作すると、操作部4は、その操作に応じた操作信号を制御部5に出力する。また、操作部4は、制御部5から入力される制御信号に基づいて、操作者に選択可能な状態での訓練装置3の訓練開始ボタンの表示と操作者に選択不可能な状態での訓練装置3の訓練開始ボタンの表示とを切り替える。

制御部5は、操作部4から入力される操作信号に基づいて、歩行補助装置2及び訓練装置3を制御する。また、制御部5は、検出部314から入力される検出信号に基づいて、操作部4を制御する。

このとき、制御部5は、ベルト311上に乗った歩行訓練者から印加される荷重に基づいて歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数を導き出す。そして、制御部5は、導き出した歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数が予め設定された回数未満の場合は、訓練装置3、ひいてはトレッドミル31におけるベルト311の周回動作を開始させない動作禁止状態(即ち、トレッドミル31の動作禁止状態)を維持する。また、制御部5は、導き出した歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数が予め設定された回数に到達した後に、トレッドミル31の動作禁止状態を解除する。

例えば、制御部5は、検出部314が検出する荷重が予め設定された第1閾値以上であると、歩行訓練者の脚部が支持脚状態であり、当該荷重が予め設定された第2閾値以下であると、歩行訓練者の脚部が遊脚状態であると判定する。そして、制御部5は、支持脚状態となった回数又は遊脚状態となった回数に基づいて、歩行訓練者における少なくとも歩行訓練装置2が装着された側の脚部の歩行又は足踏み動作の回数を導き出す。

制御部5は、導き出した歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数が予め設定された回数に到達すると、トレッドミル31の動作禁止状態を解除すると共に、操作者に選択可能な状態で訓練装置3の訓練開始ボタンを表示する旨の制御信号を操作部4に出力する。一方、制御部5は、導き出した歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数が予め設定された回数未満であると、トレッドミル31の動作禁止状態を維持すると共に、操作者に選択不可能な状態で訓練装置3の訓練開始ボタンを表示する旨の制御信号を操作部4に出力する。

制御部5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。制御部5は、例えば、表示部33内に収納されている。

このような歩行訓練装置1において、例えば、操作者が操作部4のタッチパネル上で歩行補助装置2の補助開始ボタンを選択すると、操作部4は、歩行補助装置2の駆動開始のトリガーとなる開始指示信号(操作信号)を制御部5に出力する。制御部5は、歩行補助装置2の駆動を開始させるための制御信号を当該歩行補助装置2のモータ25に出力する。これにより、歩行補助装置2の補助動作が開始する。

同様に、操作者が操作部4のタッチパネル上で訓練装置3の訓練開始ボタンを選択すると、操作部4は、訓練装置3の駆動開始のトリガーとなる開始指示信号(操作信号)を制御部5に出力する。制御部5は、訓練装置3の駆動を開始させるための制御信号をトレッドミル31のモータ313、第1引張部35のモータ38、第2引張部37のモータ39に出力する。これにより、トレッドミル31のベルト311の周回動作が開始すると共に、第1及び第2引張部35、37の引張動作が開始する。つまり、訓練装置3の訓練開始ボタンは、トレッドミル31におけるベルト311の周回動作を開始するために操作者に操作される操作部として機能する。また、制御部5は、表示部33に訓練指示などの情報を示す表示信号を出力する。これにより、表示部33は、訓練指示などの情報を表示する。

さらに、操作者が操作部4のタッチパネル上で訓練停止ボタンを選択すると、操作部4は、歩行補助装置2及び訓練装置3の駆動停止のトリガーとなる停止指示信号(操作信号)を制御部5に出力する。制御部5は、歩行補助装置2の駆動を停止させるための制御信号を歩行補助装置2のモータ25に出力する。これにより、歩行補助装置2の補助動作が終了する。また、制御部5は、訓練装置3の駆動を停止させるための制御信号をトレッドミル31のモータ313、第1引張部35のモータ38、第2引張部37のモータ39及び表示部33に出力する。これにより、トレッドミル31におけるベルト311の周回動作、第1及び第2引張部35、37の引張動作、表示部33における訓練指示などの情報の表示が終了する。

次に、本実施の形態の歩行訓練装置1の訓練開始の流れを説明する。図4は、本実施の形態の歩行訓練装置の訓練開始の流れを示すフローチャート図である。ここで、図4の左側の図が本実施の形態の歩行訓練装置の訓練開始の流れの各工程を示し、図4の右側の図が当該工程と対応する歩行補助装置2の補助開始ボタン41又は訓練装置3の訓練開始ボタン42の表示状態を示している。

図示例では、歩行補助装置2の補助開始ボタン41及び訓練装置3の訓練開始ボタン42を囲むリングが二重の場合、操作者による選択が可能な状態であり、歩行補助装置2の補助開始ボタン41及び訓練装置3の訓練開始ボタン42を囲むリングが一重の場合、操作者による選択が不可能な状態である。但し、歩行補助装置2の補助開始ボタン41及び訓練装置3の訓練開始ボタン42は、これに限られず、操作者が選択可能な状態と選択不可能な状態とを識別できるボタンデザインであればよい。

先ず、操作者が歩行訓練装置1のメインスイッチ(図示を省略)をON状態にすると、制御部5は、図4の右側の図の上段に示すように、操作者が歩行補助装置2の補助開始ボタン41を選択可能な状態で表示する(S1)。このとき、制御部5は、トレッドミル31の動作禁止状態である。また、訓練装置3の訓練開始ボタン42は非表示である。但し、訓練装置3の訓練開始ボタン42を操作者に選択不可能な状態で表示してもよい。

制御部5は、操作者が歩行補助装置2の補助開始ボタン41を選択することによって、操作部4から歩行補助装置2の駆動開始を指示する開始指示信号が入力されたか否かを判定する(S2)。

次に、操作部4から歩行補助装置2の駆動開始を指示する開始指示信号が入力されると(S2のYES)、制御部5は、トレッドミル31の動作禁止状態を維持しつつ、歩行補助装置2のモータ25の制御を開始する(S3)。これにより、歩行訓練者は、トレッドミル31上で足踏み動作を開始する。

このとき、本実施の形態では、操作者が歩行補助装置2の補助開始ボタン41を選択すると、制御部5は、図4の右側の図の中段に示すように、歩行補助装置2の補助開始ボタン41の表示から操作者に選択不可能な状態の訓練装置3の訓練開始ボタン42の表示に切り替わるように操作部4を制御する。

一方、操作部4から歩行補助装置2の駆動開始を指示する開始指示信号が入力されていないと(S2のNO)、制御部5は、トレッドミル31の動作禁止状態を維持しつつ、再びS2の工程に戻る。

次に、制御部5は、検出部314から入力される検出信号に基づいて、歩行訓練者における歩行補助装置2が装着された側の脚部がトレッドミル31上で予め設定された回数足踏み動作を行ったか否かを判定する(S4)。但し、歩行訓練者の両脚の足踏み動作が予め設定された回数に到達したか否かを判定してもよい。

制御部5は、歩行訓練者がトレッドミル31上で予め設定された回数足踏み動作を行っていないと判定すると(S4のNO)、トレッドミル31の動作禁止状態を維持しつつ、操作者に選択不可能な状態で訓練装置3の訓練開始ボタン42が表示されるように操作部4を制御し、再びS4の工程に戻る。

その結果、図4の右側の図の中段に示すように、操作部4は、操作者に選択不可能な状態の訓練装置3の訓練開始ボタン42の表示を維持する。そして、操作部4は、足踏み動作が予め設定された回数に到達するまで、操作者に選択不可能な状態の訓練装置3の訓練開始ボタン42の表示を維持する。

このような状態の訓練装置3の訓練開始ボタン42を選択しても、操作者に当該選択を無効とする。つまり、操作者が選択不可能な状態の訓練装置3の訓練開始ボタン42に接触しても、操作部4は、訓練装置3の駆動開始を指示する開始指示信号を制御部5に出力しない。このように、操作者が操作部4を操作しても、歩行訓練者が歩行又は足踏み動作を設定回数実施するまでは、操作信号が制御部5に出力されない。そのため、歩行訓練者が歩行補助装置2の補助動作に慣れていない段階で、操作者の操作によってベルト311が周回動作し始めて歩行訓練者に不安感を与えることを抑制することができる。但し、足踏み動作が予め設定された回数に到達するまで、訓練装置3の訓練開始ボタン42を非表示にしてもよい。

ここで、足踏み動作の回数は、歩行訓練者が歩行補助装置2の補助動作に慣れる回数に設定すればよい。このとき、足踏み動作の回数は、制御部5に予め設定されていても、操作部4を介して入力しても、どちらでもよい。

なお、本実施の形態では、歩行訓練者に踏み込み動作として足踏み動作を実行させたが、トレッドミル31のベルト311上に予め設定された歩行訓練エリア(即ち、検出部314の荷重センサが配置された領域であって、且つ第1及び第2引張部35、37で第1及び第2ワイヤ34、36を介して歩行補助装置2に良好に引張力を与えることができるエリア)内であれば、歩行訓練者が前後進(即ち、歩行動作)してもよい。また、足踏み動作は、歩行訓練者の両脚ではなく、歩行補助装置2が装着された側の脚部のみで実行してもよい。

一方、制御部5は、歩行訓練者がトレッドミル31上で予め設定された回数足踏み動作を行ったと判定すると(S4のYES)、トレッドミル31の動作禁止状態を解除しつつ、訓練装置3の訓練開始ボタン42が操作者に選択可能な状態で表示されるように操作部4を制御する。その結果、操作部4は、訓練装置3の訓練開始ボタン42を、図4の右側の図の中段に示された操作者に選択不可能な表示から図4の右側の図の下段に示された選択可能な表示に切り替える(S5)。

そして、操作者が訓練装置3の訓練開始ボタン42を選択すると、制御部5は、トレッドミル31のモータ313、第1引張部35のモータ38及び第2引張部37のモータ39の制御を開始すると共に、表示部33に訓練指示などを表示させる(S6)。これにより、歩行訓練者はトレッドミル31上で所定の歩行訓練を開始する。

このように本実施の形態の歩行訓練装置1は、歩行訓練者が予め設定された回数歩行又は足踏み動作を行うまで、トレッドミル31におけるベルト311の周回動作の開始を禁止する構成とされている。そのため、歩行訓練者が歩行補助装置2に不慣れない状態で、歩行訓練が開始されることを抑制でき、歩行訓練時に歩行訓練者の不安感を抑制することができる。

しかも、本実施の形態では、検出部314が歩行訓練者の歩行又は足踏み動作が予め設定された回数に到達すると、訓練装置3の訓練開始ボタン42が選択不可能な状態から選択可能な状態で切り替わるので、歩行訓練者の歩行又は足踏み動作が予め設定された回数に到達したか否かを操作者が簡単に認識することができる。

なお、本実施の形態の制御部5は、歩行訓練者がトレッドミル31上で予め設定された回数歩行又は足踏み動作を行ったと判定すると、トレッドミル31の動作禁止状態を解除しているが、訓練装置3の訓練開始ボタン42が選択されることで操作部4から開始指示信号が入力されると、トレッドミル31の動作禁止状態を解除してもよい。

<実施の形態2> 実施の形態1では、歩行訓練者の歩行又は足踏み動作を予め設定された回数検出するまで、訓練装置3の訓練開始ボタン42を操作者に選択不可能な状態で操作部4に表示したが、これに限らない。歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数を問わず、訓練装置3の訓練開始ボタン42を操作者に選択可能な状態で操作部4に表示してもよい。このとき、歩行訓練者の歩行又は足踏み動作が予め設定された回数未満の状態で、操作者がトレッドミル31の訓練開始ボタン42を選択した場合、制御部5が操作部4から入力される操作信号を無効にすることで、検出部314が歩行訓練者の歩行又は足踏み動作を予め設定された回数検出するまでトレッドミル31の動作禁止状態を維持する構成とすればよい。このように、歩行訓練者が歩行又は足踏み動作を設定回数実施するまでは、操作者が操作部4を操作して操作信号が制御部5に出力されても当該操作信号が無効化されて動作禁止状態が維持される。そのため、歩行訓練者が歩行補助装置2の補助動作に慣れていない段階で、操作者の操作によってベルト311が周回動作し始めて歩行訓練者に不安感を与えることを抑制することができる。

<実施の形態3> 実施の形態1では、ベルト311の内周面と支持部312の上面との間に配置された荷重センサを備える検出部314が歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数を検出しているが、これに限られない。歩行補助装置2における足平フレーム23の上面に検出部として複数の荷重センサを設け、当該荷重センサの検出結果に基づいて制御部5が歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数を導き出してもよい。

また、歩行補助装置2のモータ25に搭載されているエンコーダの時系列の検出結果に基づいて歩行訓練者の歩行又は足踏み動作の回数を導き出してもよい。

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。

1 歩行訓練装置 2 歩行補助装置 21 上腿フレーム、211 固定手段、212 第1フレーム 22 下腿フレーム、221 第2フレーム 23 足平フレーム 24 膝関節 25 モータ 26 足首関節 3 訓練装置 31 トレッドミル、311 ベルト、312 支持部、313 モータ、314 検出部 32 フレーム本体、321 柱フレーム、322 前後フレーム、323 左右フレーム 33 表示部 34 第1ワイヤ 35 第1引張部 36 第2ワイヤ 37 第2引張部 38、39 モータ 4 操作部、41 歩行補助装置の補助開始ボタン、42 訓練装置の訓練開始ボタン 5 制御部