Walking experience equipment

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、肢体不自由者の歩行訓練や仮想現実体験装置などに利用可能な歩行体験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、歩行訓練や仮想現実体験装置に使用する歩行体験装置として、ベルトコンベヤ上を単一方向に歩くことにより、常に同一位置にあって歩進運動を行うようにしたものが知られている（特開平７−２００
１６２号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構成では、歩進方向が単一方向に限られるばかりか、坂道や階段などを体験できないので、現実の歩行面を歩いているようなリアリティがなく、肢体不自由者などの歩行訓練には不十分であるという問題点があった。

【０００４】この発明は、このような課題を解消し、坂道や階段のある現実の歩行面を歩いているようなリアリティのある歩行体験ができ、歩行訓練にも好適な歩行体験装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、歩行面機構と、この機構を制御する制御装置とからなるものである。 前記歩行面機構は、少なくとも前後左右に移動自在で体験者の足を支持する左右一対の歩行板と、足底位置検出装置と、歩行板水平駆動装置と、歩行板傾斜駆動装置とを有する。 前記足底位置検出装置は、前記歩行板から離れた体験者の足底位置を検出する機能を持つ。
前記歩行板水平駆動装置は、前記歩行板上の所定の位置および方向に体験者の足底が接地するように歩行板を移動させるとともに、体験者の歩行・走行などの運動に応じて足底が接地した側の歩行板を体験者の体幹方向に引き戻し、体験者の体幹を一定位置に保つ機能を持つ。 前記歩行板傾斜駆動装置は、前記歩行板を傾斜させて坂道をシュミレートする機能を持つ。 この構成によれば、同一位置にいて様々な方向への歩進運動を行うことができるとともに、坂道での歩行も疑似体験できるので、リアリティのある歩行体験が可能で、歩行訓練の効果も上げることができる。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記歩行面機構の足底位置検出装置が、体験者の着用する靴に設けられる信号発信器と、前記各歩行板に設けられ前記信号発信器が発信する信号を受信する感知器とからなるものである。 この構成によれば、足底位置検出装置を簡単に構成することができる。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記歩行面機構が、さらに前記歩行板を個別に昇降させて階段をシュミレートする歩行板昇降駆動装置を有するものである。 この構成によれば、階段に擬して歩行板が昇降するので、階段での歩行をシュミレートでき、よりリアルな歩行体験ができる。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記歩行面機構の歩行板が、その歩行板にかかる荷重を検出する負荷センサを有するとともに、前記制御装置が、前記負荷センサの検出する検出データと、予め入力された前記歩行板にかかる荷重に関する基準データとを比較して、体験者の歩行状態を解析する機能を持つものである。 この構成によれば、体験者の歩行状態を基準の歩行状態と比較して評価できるので、肢体不自由者などの歩行リハビリテイションの達成度合いを定量的に評価したり、体験者が装着する義足の評価に役立てることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ないし図６とともに説明する。 図１はこの実施形態の歩行体験装置の概略の構成を示す。 この歩行体験装置は、脚部切断者や脳血管障害後遺症による片麻痺患者などの肢体不自由者の歩行訓練に使用する装置であって、予めプログラムされた映像を体験者Ｍに表示するヘッドマウンテッドディスプレイ（以下、ＨＭＤと呼ぶ）１、プレイルーム２内の床面に設置される歩行面機構３、ＣＰＵからなる制御装置４などを備える。 前記ＨＭＤ１は体験者Ｍ
の頭部に装着され、前記制御装置４に予めプログラムされた例えばコンピュータグラフィックによる映像を立体映像として体験者Ｍに表示する。 前記制御装置４は、前記歩行面機構３の駆動を制御する機能や、前記プログラム映像を前記ＨＭＤ１に送信する機能などを持つ。

【００１０】前記歩行面機構３は、体験者Ｍの左右の足を各々支持する左右一対の歩行板５，５を有する。 これら両歩行板５は、前記プレイルーム２内の床面に設けたピット６内に突設された一対の歩行板駆動装置７，７にそれぞれ連結されて個別に支持される。

【００１１】前記歩行板５の周囲には、体験者Ｍの足を所定の足位置に規制する足位置規制枠５ａが設けられる。 この歩行板５上に体験者Ｍの足を載せる場合、その足には、それぞれ固有の基準信号を発信する複数個（ここでは３個）の信号発信器９を所定箇所に取り付けた靴８を着用させる。 前記基準信号としては超音波が望ましいが、磁力線や赤外線を使用してもよい。 一方、前記歩行板５上の足支持位置には、図４に示すように、その上に載せられた前記靴８の各信号発信器９に対応する箇所に複数個（ここでは３個）の感知器１０が設けられる。
歩行板５上の各感知器１０は、歩行板５から離れた靴８
の対応する各信号発信器９からの基準信号を受信することにより、歩行板５から離れた体験者Ｍの足底位置を検出する。 すなわち、前記靴８側の信号発信器９と、前記歩行板５側の感知器１０とにより足底位置検出装置１１
が構成される。

【００１２】前記歩行板駆動装置７は、前記歩行板５上の所定の足支持位置および方向に体験者Ｍの足底が接地するように歩行板５を移動させるとともに、体験者Ｍの歩行・走行などの運動に応じて足底が接地した側の歩行板５を体験者Ｍの体幹方向に引き戻し、体験者Ｍの体幹を一定位置に保つ歩行板水平駆動装置１３と、前記歩行板５を傾斜させて坂道をシュミレートする歩行板傾斜駆動装置１４と、前記両歩行板５を個別に昇降させて階段をシュミレートする歩行板昇降装置１５とを有する。

【００１３】前記歩行板昇降装置１５は、図５に示すように前記ピット６の底部に自在継手１８を介して突設された昇降シリンダからなる。 その昇降シリンダの駆動により、各歩行板５の高さレベルを個別に変えることができるので、これにより階段での歩行をシュミレートできる。

【００１４】前記歩行板水平駆動装置１３は、前記歩行板昇降装置１５のピストンロッド１５ａに設けられた回転シリンダ１９と、図５（Ａ）のように前記歩行板昇降装置１５を前後方向（Ｘ軸方向）に揺動させる前後揺動シリンダ２０と、前記歩行板昇降装置１５を左右方向（Ｙ軸方向）に揺動させる左右揺動シリンダ２１とで構成される。 前記回転シリンダ１９で回転駆動される回転ロッド２２は、自在継手２３を介して前記歩行板５の裏面中央に連結される。 また、前記前後揺動シリンダ２０
のピストンロッド２０ａは自在継手２４を介して前記歩行板昇降装置１５に連結され、前記前後揺動シリンダ２
０の後端は自在継手２５を介して前記ピット６の壁面に連結される。 さらに、前記左右揺動シリンダ２１のピストンロッド２１ａは自在継手２６を介して前記歩行板昇降装置１５に連結され、前記左右揺動シリンダ２１の後端は自在継手２７を介して前記ピット６の壁面に連結される。 これにより、歩行板５は、前後左右への揺動と、
前記回転ロッド２２を軸とする回転（Ｒ方向）とが可能となる。 この場合、前後左右への揺動中心となる自在継手１８から歩行板５までの動径は十分長いので、前後左右への揺動は体感的には前後左右への水平移動とほぼ同じと見做すことができる。

【００１５】前記歩行板傾斜駆動装置１４は、前記回転ロッド２２と歩行板５との間に連結されて歩行板５をその長手方向Ｘ１および幅方向Ｙ１に揺動させる長手方向揺動シリンダ２８および幅方向揺動シリンダ２９とで構成される。 前記両揺動シリンダ２８，２９のピストンロッド２８ａ，２９ａはそれぞれ自在継手３０，３１を介して歩行板５の裏面に連結され、前記両揺動シリンダ２
８，２９の後端はそれぞれ自在継手３２，３３を介して前記回転ロッド２２に連結される。 これにより、両歩行板５は、個別にその長手方向Ｘ１および幅方向Ｙ１に傾斜可能となり、坂道での歩行をシュミレートできる。

【００１６】また、図４では図示しないが、前記各歩行板５上の足支持位置の複数箇所には、体験者Ｍの足が載せられた状態でそれら各箇所にかかる荷重をそれぞれ検出する負荷センサ１２（図２）が埋設されており、負荷センサ１２で検出された負荷データは前記制御装置４に入力される。 さらに、前記制御装置４には、例えば健常者が歩行するときに各足の接地箇所にかかる荷重などを基準負荷データとして入力する負荷データ入力装置１６
と、体験者Ｍの歩行運動を評価した結果を出力するプリンタやディスプレイなどからなる評価出力装置１７が接続される。 また、前記制御装置４は、前記負荷センサ１
２で検出された負荷データと、前記負荷データ入力装置１６によって予め制御装置４に入力された基準負荷データとを比較解析して体験者Ｍの歩行運動を評価する機能も持つ。

【００１７】前記歩行体験装置によると、予めプログラムされた映像が前記制御装置４から、体験者Ｍの頭部に装着したＨＭＤ１に送信されることにより、体験者Ｍは立体映像を視聴できる。 その映像に合わせて体験者Ｍが歩行・走行などの動作を行うとき、その足底が常に対応する歩行板５の所定位置に接地し、足底が接地した側の歩行板５を体験者Ｍの体幹方向に引き戻し、体験者Ｍの体幹を一定位置に保つように歩行面機構３の歩行水平駆動装置１３が作動するので、狭い空間の同一位置で立体映像に合わせて歩行・走行などの運動を行うことができる。

【００１８】また、歩行面機構３の歩行板傾斜駆動装置１４により、立体映像に合わせて歩行板５が傾倒して坂道での歩行を疑似体験でき、歩行板昇降駆動装置１５により、立体映像に合わせて両歩行板５が個別に高さレベルが変化して階段での歩行を疑似体験できるので、より一層リアルな疑似歩行体験が可能となる。

【００１９】また、前記歩行体験装置を使用して脳血管障害後遺症による片麻痺患者などの肢体不自由者が歩行訓練する場合、前記制御装置４が負荷データ入力装置１
６によって予め入力された健常者の歩行時の基準負荷データと、前記歩行板５の負荷センサ１２によって検出される負荷データとを比較解析して、歩行状態の評価を行い、その結果が評価出力装置１７によって出力されるので、肢体不自由者の歩行リハビリテーションの達成度合いを定量的に評価できる。 また、義足装着者が前記歩行体験装置を使用する場合には、前記評価出力装置１７から出力される評価結果に基づいて、義足の性能評価を行うこともでき、これにより義足の改良を効率よく行うこともできる。

【００２０】図６および図７は前記実施形態における歩行面機構３の他の例を示す。 この例では、前記プレイルーム２内の床面に傾倒自在に設けられた歩行基板３４を有し、その歩行基板３４上に前記一対の歩行板５，５
が、歩行基板３４に沿って前後左右への移動および回転が自在となるように設けられる。 前記歩行基板３４の先端は、シリンダなどからなる歩行板傾斜駆動装置１４で支持されている。 この歩行傾斜駆動装置１４の作動により歩行基板３４とともに歩行板５が傾倒させられ、これにより坂道での歩行がシュミレートされる。 両歩行板５
の前後左右への移動および回転は、各歩行板５に対応させて前記歩行基板３４に設けられた歩行板水平駆動装置１３，１３によって行われる。

【００２１】前記歩行基板３４の一対の歩行板５，５
は、図７（Ａ）に縦断面図で示すように、歩行基板３４
の底部に各々回転自在に設けられた支持用フリーボール３５，３５で支持される。 また、これら両歩行板５，５
は、互いに衝突するのを避けるために、互いの高さを板厚分だけ異ならせてある。 このため、低い側の歩行板５
上の足支持位置には、上記高さの差を解消する高さ調整踏み板３６が設けられている。

【００２２】前記歩行板水平駆動装置１３は、図７
（Ａ），（Ｂ）に示すように、対応する歩行板５に接触する左右一対の前進・後退用ローラ３７ａ，３７ａおよび左右一対の回転用ローラ３７ｂ，３７ｂと、前進・後退用ローラ３７ａ，３７ａを回転駆動するモータ３８
と、回転用ローラ３７ｂ，３７ｂを回転駆動するモータ３８Ａとで構成される。 歩行板５の回転は、左右の回転用ローラ３７ｂ，３７ｂの回転比率を変えて回転駆動することにより行われる。

【００２３】図８ないし図１０は前記実施形態における歩行面機構３のさらに他の例を示す。 この例では、床面に設けた浅いピット６Ａ内に配置した左右一対の歩行板５をそれぞれ歩行板支持台３９で支持するとともに、各歩行板支持台３９をリンク機構からなる歩行板水平駆動装置１３で水平移動させるようにしたものである。 歩行板水平駆動装置１３を構成するリンク機構は、ピット６
Ａの口縁上に設けた第１の回転シリンダ４０と、この回転シリンダ４０により揺動させられる第１のアーム４１
と、このアーム４１の先端に設けた第２の回転シリンダ４２と、この回転シリンダ４２と前記歩行板支持台３９
とを連結する第２のアーム４３とで構成される。 この歩行板水平駆動装置１３では、上記各回転シリンダ４０，
４２を回転制御することにより、各アーム４１，４３が揺動して、歩行板５を支持する歩行板支持台３９をピット６Ａ内に水平移動させることができる。 なお、前記アーム４１，４３の連結部や歩行板支持台３９の底面には、前記水平移動を円滑にするためのフリーローラ４４
が設けられている。

【００２４】前記歩行板支持台３９は、前記アーム４３
に直接連結された下部台３９ａと、この下部台３９ａに対して回転自在に設けられた上部台３９ｂとからなり、
上部台３９ｂはその上に搭載された第３の回転シリンダ４５により下部台３９ａに対して回転駆動される。 歩行板５は、３本の昇降シリンダ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃを介して前記上部台３９ｂの上に支持されており、例えば前部に並ぶ２本の昇降シリンダ４６Ａ，４６Ｂと後部の昇降シリンダ４６Ｃの高さを変更することにより傾斜させられる。 すなわち、昇降シリンダ４６Ａ〜４６Ｃは歩行板傾斜駆動装置１４を構成する。 また、例えば前部に並ぶ２本の昇降シリンダ４６Ａ，４６Ｂの高さを互いに異ならせることにより歩行板５を幅方向に傾斜させることもできる。 さらに、全昇降シリンダ４６Ａ〜４６Ｃを一度に所定レベルだけ昇降させることにより、階段のシュミレートもできる。 また、前記上部台３９ｂの回転シリンダ４５を回転駆動することにより、歩行板支持台３
９上で、歩行板５を回転させることもできる。 その他の構成は、先の実施形態における歩行面機構３の場合と同様である。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明は、少なくとも前後左右に移動自在で体験者の足を支持する左右一対の歩行板，
前記歩行板から離れた体験者の足底位置を検出する足底位置検出装置，前記歩行板上の所定の位置および方向に体験者の足底が接地するように歩行板を移動させるとともに、体験者の歩行・走行などの運動に応じて足底が接地した側の歩行板を体験者の体幹方向に引き戻し、体験者の体幹を一定位置に保つ歩行板水平駆動装置と、前記歩行板を傾斜させて坂道をシュミレートする歩行板傾斜駆動装置とを有する歩行面機構と、前記歩行面機構を制御する制御装置とを設けたので、同一位置にいて様々な方向への歩進運動を行うことができるとともに、坂道での歩行も疑似体験でき、リアリティのある歩行体験が可能で、歩行訓練の効果も上げることができる。 請求項２
の発明は、請求項１の発明の構成において、前記歩行面機構の足底位置検出装置が、体験者の着用する靴に設けられる信号発信器と、前記各歩行板に設けられ前記信号発信器が発信する信号を受信する感知器とからなるので、足底位置検出装置を簡単に構成することができる。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明の構成において、前記歩行面機構が、さらに前記歩行板を個別に昇降させて階段をシュミレートする歩行板昇降駆動装置を有するものとしたので、階段に擬して歩行板が昇降するので、階段での歩行をシュミレートでき、よりリアルな歩行体験ができる。 請求項４の発明は、請求項１
ないし請求項３のいずれかの発明の構成において、前記歩行面機構の歩行板が、その歩行板にかかる荷重を検出する負荷センサを有し、前記制御装置が、前記負荷センサの検出する検出データと、予め入力された前記歩行板にかかる荷重に関する基準データとを比較して、体験者の歩行状態を解析する機能を持つこととしたので、体験者の歩行状態を基準の歩行状態と比較して評価できるので、肢体不自由者などの歩行リハビリテイションの達成度合いを定量的に評価したり、体験者が装着する義足の評価に役立てることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る歩行体験装置の構成を示す概略図である。

【図２】同歩行体験装置の制御系を示すブロック図である。

【図３】同歩行体験装置における歩行面機構の使用状態を示す図である。

【図４】同歩行面機構の平面図である。

【図５】（Ａ）は同歩行面機構の側面断面図、（Ｂ）は同背面断面図である。

【図６】前記歩行体験装置における歩行面機構の他の例の使用状態を示す図である。

【図７】（Ａ）は同歩行面機構の縦断面図、（Ｂ）は同歩行面機構における歩行板水平駆動装置の平面図である。

【図８】（Ａ）は前記歩行体験装置における歩行面機構のさらに他の例の使用状態を示す斜視図、（Ｂ）は同歩行面機構の要部平面図である。

【図９】同歩行面機構における歩行板支持台の斜視図である。

【図１０】同歩行面機構の縦断面図である。

【符号の説明】

３ 歩行面機構 ４ 制御装置 ５ 歩行板 ８ 靴 ９ 信号発信器 １０ 感知器 １１ 足底位置検出装置 １２ 負荷センサ １３ 歩行板水平駆動装置 １４ 歩行板傾斜駆動装置 １５ 歩行板昇降装置 １７ 評価出力装置

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. ⁶ ，ＤＢ名) G09B 9/00 A63B 22/04