バランス訓練装置
【課題】バランス訓練装置の小型化、安定化、揺動動作の円滑化等を図る。
【解決手段】被検者が搭乗し得る揺動板４０、揺動板４０を支持して揺動させる駆動機構、駆動機構を保持するフレーム１０，２０、制御手段８０を備え、駆動機構として、略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源５０，６０、駆動源に連動して揺動板を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構７０を採用する。これにより、装置を低重心化でき、転倒を防止でき安定した状態で設置でき、又、被検者の乗降性が向上する。さらに、駆動機構が略水平面内の複数の異なる方向に駆動力を発生し、揺動機構がこれらの異なる方向の駆動力に連動して異なる複数の方向に揺動力を発生させるため、揺動板４０を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができ、バランスに必要な平衡感覚、筋力等を効率よく訓練（発達、育成、強化、回復）させることができる。
【解決手段】被検者が搭乗し得る揺動板４０、揺動板４０を支持して揺動させる駆動機構、駆動機構を保持するフレーム１０，２０、制御手段８０を備え、駆動機構として、略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源５０，６０、駆動源に連動して揺動板を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構７０を採用する。これにより、装置を低重心化でき、転倒を防止でき安定した状態で設置でき、又、被検者の乗降性が向上する。さらに、駆動機構が略水平面内の複数の異なる方向に駆動力を発生し、揺動機構がこれらの異なる方向の駆動力に連動して異なる複数の方向に揺動力を発生させるため、揺動板４０を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができ、バランスに必要な平衡感覚、筋力等を効率よく訓練（発達、育成、強化、回復）させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人が搭乗した揺動板を揺動させて、人の平衡感覚及び揺動に対処し得る筋力等の発達、育成、強化、回復等を行うことができ、あるいは、遊戯機としてバランス感覚を競い合うことのできるバランス訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバランス訓練装置としては、円形の基板、基板の中央に直立して設けられた第１エアシリンダー、第１エアシリンダーのロッドの中間に固着された上下可動板、上下可動板に設けられた第２エアシリンダー及び第３エアシリンダー、第１エアシリンダー、第２エアシリンダー及び第３エアシリンダーのそれぞれのロッドの先端に対して自在継手を介して連結された円形の揺動板、それぞれのエアシリンダーを駆動制御する制御手段等を備え、人が揺動板に搭乗した状態で、それぞれのエアシリンダーを上下駆動して揺動板を適宜傾斜さることにより、人の平衡機能の強化、維持、及び体力の鍛錬等を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この装置においては、鉛直方向に伸縮するエアシリンダーを採用しているため、装置を設置する床面等から揺動板までの高さが高くなり、人の乗り降りに不便であり、特に高齢者の介護訓練装置として適用するには好ましくない。また、上下方向に伸縮する３つのエアシリンダーのみで揺動板を傾斜させるため、揺動板を全周方向において円滑かつ連続的に揺動させるのは機械的にも制御ソフト的にも困難である。さらに、揺動板は中央に配置されたアクチュエータのみで支持されているため、人が揺動板に実際に搭乗した場合に揺動板が転倒する虞があり、機能上の安全性及び信頼性に問題がある。
【０００３】
また、他のバランス訓練装置としては、人が搭乗する揺動板、揺動板の中央を自在継手を介して支持する支柱、揺動板の中央から離れた二箇所において玉軸受けにより連結された二つの連結棒、それぞれの連結棒の下端に連結された二つのクランクアーム、それぞれのクランクアームを回転させる二つのギヤモータ等を備え、ギヤモータにより二つのクランクアームを適宜回転させ、その回転に連動してそれぞれの連結棒を上下動させて揺動板を揺動させることにより、人の平衡機能の強化、維持、及び体力の鍛錬等を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
この装置においては、クランクアーム及び連結棒を採用しているため、前述の装置と同様に、装置を設置する床面等から揺動板までの高さが高くなり、人の乗り降りに不便であり、特に高齢者の介護訓練装置として適用するには好ましくない。また、クランクアームの回転により揺動板を傾斜させるため、その傾斜角度及び傾斜方向にも限界があり、前述の装置同様に、揺動板を全周方向において円滑かつ連続的に揺動させるのが困難である。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２５４１７８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３５６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の装置の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、装置の小型化、装置の低重心化による転倒防止及び安定化、人が乗り降りする際の乗降性の向上等を図りつつ、全周方向において円滑でかつ連続的な揺動動作が可能で、人のバランスに必要な筋力と感覚を効率よく訓練することができ、又、バランス感覚を数値的に評価することができ、さらには人同士のバランス感覚を競い合う遊技機としても用いることのできるバランス訓練装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のバランス訓練装置は、被検者が搭乗し得る揺動板と、揺動板を支持して揺動させる駆動機構と、駆動機構を保持するフレームと、駆動機構を制御する制御手段と、を備えたバランス訓練装置であって、上記駆動機構は、略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源と、駆動源に連動して揺動板を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構と、を含む、構成となっている。
この構成によれば、揺動板を揺動させる駆動機構が、鉛直方向ではなく略水平方向に駆動力を発生する駆動源及びこの駆動力を揺動力に変換する揺動機構により形成されているため、装置の高さを低く設定することができる。したがって、装置を低重心化でき、転倒を防止でき安定した状態で設置することができる。また、被検者が搭乗する揺動板の高さを低く設定できるため、乗降性が向上し、特に高齢者の乗り降りが容易になる。
また、駆動機構は、略水平面内の複数の異なる方向に駆動力を発生し、揺動機構は、これらの異なる方向の駆動力に連動して異なる複数の方向に揺動力を発生させるため、揺動板を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができ、バランスに必要な平衡感覚、筋力等を効率よく訓練（発達、育成、強化、回復）させることができる。
【０００７】
上記構成において、駆動源は、略水平面内の一方向に往復動する第１アクチュエータと、第１アクチュエータの往復動方向に対して略直交する略水平面内の他方向に往復動する第２アクチュエータとを含み、揺動機構は、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結されると共に揺動板の略中央に垂下して結合された軸部材と、軸部材を第１アクチュエータの往復動方向及び第２アクチュエータの往復動方向にそれぞれ揺動自在に支持する自在継手とを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、駆動源が二つのアクチュエータ、揺動機構が揺動板に設けられた軸部材を揺動自在に支持する自在継手等により形成されるため、構造の簡略化、装置の小型化等を達成しつつ、二つのアクチュエータの駆動を適宜制御することにより、揺動板を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができる。
【０００８】
上記構成において、軸部材は、その上端部において揺動板を支持し、その下端部において第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結され、その上端部と下端部との間の領域において自在継手に連結されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、揺動板に結合された軸部材を揺動させる際に、その中間領域に支点（自在継手）、その下端部に力点（二つのアクチュエータの駆動力）、その上端部に作用点（揺動板）が配置される構成となるため、装置の小型化、集約化、低重心化を達成しつつ、揺動板の揺動角度をある程度広く（例えば、−１５度〜＋１５度の範囲に）設定することができる。
【０００９】
上記構成において、第１アクチュエータは、フレームに固定された第１モータと、第１モータに直結された第１リードスクリューと、軸部材を挟んで第１モータの反対側に配置されると共に第１リードスクリューに螺合する第１可動子と、第１可動子と軸部材とを連結する第１リンクとを含み、第２アクチュエータは、フレームに固定された第２モータと、第２モータに直結された第２リードスクリューと、軸部材を挟んで第２モータの反対側に配置されると共に第２リードスクリューに螺合する第２可動子と、第２可動子と軸部材とを連結する第２リンクとを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、略水平面内において、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータが、それぞれ軸部材（揺動板）を中心とする略直径方向に配置されると共にお互いに直交するように配置されるため、軸部材を中心にしてそれぞれの部品を集約させることができ、装置をより一層小型化することができる。
【００１０】
上記構成において、揺動板に搭乗した被検者の重心軌跡を計測する計測手段を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、被検者が揺動板に搭乗してバランスの訓練を行う場合に、計測手段によりその被検者の重心軌跡を計測することで、バランス感覚の発達、強化、回復等のレベルを確認することができ、訓練の効果を評価する一つの指標とすることができる。
【００１１】
上記構成において、揺動板は円板状に形成され、フレームは、駆動機構を直接保持する保持フレームと、保持フレームから分離して形成され所定位置に固定される固定フレームとを含み、計測手段は、保持フレームと固定フレームとの間に介在すると共に揺動板の全周を略三等分する位置に対応して設けられた三つのロードセルを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、揺動板、駆動機構等が保持フレームに保持され、この保持フレームが三つのロードセルを介して、床面等に設置される固定フレームに保持されている。
したがって、揺動板に搭乗した被検者の重心軌跡は、この三つのロードセルにより検出される荷重を演算処理して求められる。このように、計測手段としてロードセルを採用することにより、構造を簡素化でき、装置を小型化することができる。特に、円板状をなす揺動板の全周を三等分する位置に対応して三つのロードセルが配置されているため、構成部品の個数を抑えつつも高精度に計測することができる。
【００１２】
上記構成において、固定フレームは、揺動板に搭乗した被検者を所定の緩みをもって吊り下げる吊り紐を掛止し得るべく、揺動板の上方まで伸長して形成された鉛直フレームを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、特に、被検者として高齢者等の訓練のために適用する場合に、鉛直フレームに吊るした吊り紐で被検者を緩く吊るすことにより、揺動に追従した運動を許容しつつも被検者の転倒等を防止することができる。
【００１３】
上記構成において、制御手段は、駆動機構を自動的に駆動制御するためのプログラムを任意に設定可能である、構成を採用することができる。
この構成によれば、被検者の身体能力の状態（例えば、バランス感覚の発達レベルあるいは回復レベル等）に応じて、揺動板を駆動制御するプログラムを設定することにより、その被検者に適した受動運動を行わせることができる。
【００１４】
上記構成において、制御手段には、駆動機構を指令に応じて直接駆動制御するための操作ユニットが接続されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、操作ユニット（例えば、ジョイスティック等）を操縦することにより、揺動板の揺動動作を直接コントロールすることができる。したがって、被検者以外の者（例えば、訓練監視者等）が、揺動板に搭乗した被検者の状態を確認しながら、操作ユニットを操縦することで、その被検者に適した訓練を行わせることができる。
【００１５】
上記構成において、計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を表示する表示手段を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、表示手段に表示された重心軌跡に関する情報を確認することにより、その被検者のバランス感覚のレベルを目視にて認識あるいは判断することができる。
【００１６】
上記構成において、表示手段は、計測手段により計測された被検者の重心軌跡の揺動中心からの偏差に関する情報を表示する、構成を採用することができる。
この構成によれば、被検者の重心軌跡が揺動板の中心位置からの偏差として表示されるため、中心に近づくほどバランス感覚に優れ、中心から離れるほどバランス感覚が劣るというように、被検者のレベルを容易に判断することができる。
【００１７】
上記構成において、計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報と記憶手段に記憶された同一の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と有し、表示手段は、比較手段により得られた比較情報を表示する、構成を採用することができる。
この構成によれば、同一の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を繰り返し行う場合に、記憶手段に記憶された以前の重心軌跡に関する情報と計測手段により計測された新たな重心軌跡に関する情報とが比較手段により比較され、その比較情報が表示手段により表示される。したがって、被検者のバランス感覚の発達、育成、回復の度合いを容易に確認あるいは判断することができる。
【００１８】
上記構成において、計測手段により計測された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と有し、表示手段は、比較手段により得られた比較情報に基づいて複数の被検者の順位を表示する、構成を採用することができる。
この構成によれば、複数の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を行う場合に、記憶手段に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報が比較手段により比較され、その比較情報に基づいた複数の被検者の順位が表示手段により表示される。したがって、複数の被検者のバランス感覚のレベルを容易に確認しあるいは競い合うことができ、アミューズメント施設等の遊戯機としても有用である。
【００１９】
上記構成において、制御手段には、外部との情報の送受信を行うための接続部が設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、接続部を介して外部の端末機（例えば、介護施設等の中央コンピュータ等）と接続することにより、例えば、この装置を複数設置した場合、被検者のバランス感覚に関する情報等を一箇所に集約して比較あるいは判断することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上記構成をなすバランス訓練装置によれば、装置の小型化、装置の低重心化による転倒防止及び安定化、人が乗り降りする際の乗降性の向上等を達成しつつ、全周方向において円滑でかつ連続的な揺動動作が可能で、人のバランスに必要な筋力と感覚を効率よく訓練することができ、又、バランス感覚を数値的に評価することができ、さらには人同士のバランス感覚を競い合う遊技機としても用いることのできるバランス訓練装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図９は、本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の側面図、図２は装置の正面図、図３は装置の部分断面図、図４は装置の部分平面図、図５及び図６は装置の部分側面図、図７及び図８は装置の動作を説明する動作図、図９は装置の制御システムを示すブロック図である。
【００２２】
この装置は、図１ないし４に示すように、床面等に設置される固定フレーム１０、固定フレーム１０と分離して形成された保持フレーム２０、保持フレーム２０と固定フレーム１０との間に介在する計測手段としての三つのロードセル３０、被検者が搭乗し得る揺動板４０、揺動板４０を支持して揺動させる駆動機構としての略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源（第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０）及び駆動源に連動して揺動板４０を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構７０、駆動機構を制御する制御手段としての制御ユニット８０等を備えている。
【００２３】
固定フレーム１０は、図１ないし図３に示すように、被検者が踏み台にすると共に揺動板４０を揺動可能に突出させる上板１１、周りを覆う外壁１２、揺動板４０の上方まで伸長すると共に上方において屈曲して一体的に形成されたパイプ状の左右一対の鉛直フレーム１３、一対の鉛直フレーム１３を横方向において連結するパイプ状の連結フレーム１４、昇降方向の左右に設けられたパイプ状の手摺用フレーム１５等を備えている。
鉛直フレーム１３は、図１に示すように、必要に応じて、揺動板４０に搭乗した被検者を所定の緩みをもって吊り下げるスリング用の吊り紐Ｓを掛止できるように形成されている。したがって、被検者が高齢者等の場合には、鉛直フレーム１３に吊るした吊り紐Ｓで被検者を緩く吊るすことにより、揺動に追従した運動を許容しつつも被検者の転倒等を防止することができる。
【００２４】
保持フレーム２０は、図３及び図４に示すように、下側保持フレーム２１及び上側保持フレーム２２により形成されており、上側保持フレーム２２は、４本の支柱２３を介して下側保持フレーム２１に結合されている。そして、保持フレーム２０（下側フレーム２１）は、３つのロードセル３０を介して固定フレーム１０に連結されている。
下側フレーム２１は、図３及び図４に示すように、駆動源５０，６０を保持し、上側フレーム２２は、揺動機構７０を保持している。
【００２５】
三つのロードセル３０は、図３及び図４に示すように、保持フレーム２０（下側保持フレーム２１）と固定フレーム２０（上板２１）との間に介在して、それぞれの位置における保持フレーム２０全体から受ける荷重の変動を計測するものであり、揺動板４０の全周を略三等分する位置に対応して設けられている。
すなわち、三つのロードセル３０の計測値に基づいて所定の演算処理を施すことにより、揺動板４０に搭乗した被検者の重心軌跡を計測することができるようになっている。
【００２６】
このように、揺動板４０に搭乗した被検者の重心軌跡を計測する計測手段を採用することにより、被検者が揺動板４０に搭乗してバランスの訓練を行う場合に、その被検者の重心軌跡を計測することで、バランス感覚の発達、強化、回復等のレベルを確認することができ、訓練の効果を評価する一つの指標とすることができる。
また、計測手段としてロードセル３０を採用することにより、構造を簡素化でき、装置を小型化することができる。特に、三つのロードセル３０が円板状をなす揺動板４０の全周を三等分する位置に対応して配置されているため、構成部品の個数を抑えつつも高精度に計測することができる。
【００２７】
揺動板４０は、図１ないし図４に示すように、円板状に形成されて、固定フレーム１０の上板１１から所定高さだけ突出した位置に配置され、その外周領域と上板１１との間が蛇腹状の伸縮ブーツ４１により覆われると共に、後述する揺動機構７０により揺動自在に支持されている。
【００２８】
揺動機構７０は、図３ないし図６に示すように、揺動板４０の中央において垂下するように結合された軸部材７１、軸部材７１をＸ軸回りに揺動自在に支持するリンク部材７２、リンク部材７２（及び軸部材７１）をＹ軸回りに揺動自在に支持する支持部材７３等を備えている。すなわち、リンク部材７２及び支持部材７３により、軸部材７１（及び揺動板４０）を、Ｘ軸回り及びＹ軸回りに揺動自在に支持する自在継手が構成されている。
【００２９】
軸部材７１は、図３、図５及び図６に示すように、その上端部において揺動板４０を支持（固定）し、その下端部において後述する第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０に連結され、その上端部と下端部との間の領域において自在継手（リンク部材７２、支持部材７３）に連結されている。
すなわち、軸部材７１を揺動させる際に、その中間領域に支点（自在継手）、その下端部に力点（二つのアクチュエータ５０，６０の駆動力）、その上端部に作用点（揺動板４０）が配置される構成となるため、装置の小型化、集約化、低重心化を達成しつつ、揺動板の揺動角度をある程度広く、例えば、−１５度〜＋１５度の範囲に設定することができる。
【００３０】
第１アクチュエータ５０は、略水平面内の一方向（Ｘ軸方向）に往復動する駆動力を発生するものであり、第２アクチュエータ６０は、第１アクチュエータ５０の往復動方向（Ｘ軸方向）に対して略直交する略水平面内の他方向（Ｙ方向）に往復動する駆動力を発生するものである。
【００３１】
第１アクチュエータ５０は、図３、図４、図５に示すように、下側保持フレーム２１に固定された第１モータ５１、第１モータ５１に直結された第１リードスクリュー５２、軸部材７１を挟んで第１モータ５１の反対側に配置されると共に第１リードスクリュー５２に螺合する第１可動子５３、第１可動子５３と軸部材７１とを連結する第１リンク５４等を備えている。
【００３２】
すなわち、図７（ａ）に示すように、揺動板４０が水平にある状態から、第１モータ５１が一方向に回転して第１リードスクリュー５２が回転すると、図７（ｂ）に示すように、第１可動子５３がＸ軸方向の外側に移動し、この第１可動子５３の移動に追従して第１リンク５４が外側に移動し、支持部材７３に対して（Ｙ軸を中心として）、リンク部材７２及び軸部材７１が反時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が左下がりに傾斜する。
一方、第１モータ５１が他方向に回転して第１リードスクリュー５２が回転すると、図７（ｃ）に示すように、第１可動子５３がＸ軸方向の内側に移動し、この第１可動子５３の移動に追従して第１リンク５４が内側に移動し、支持部材７３に対して（Ｙ軸を中心として）、リンク部材７２及び軸部材７１が時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が右下がりに傾斜する。すなわち、第１モータ５１の回転方向を適宜制御することにより、揺動板４０をＹ軸回りに揺動させることができる。
【００３３】
第２アクチュエータ６０は、図４及び図６に示すように、下側フレーム２１に固定された第２モータ６１、第２モータ６１に直結された第２リードスクリュー６２、軸部材７１を挟んで第２モータ６１の反対側に配置されると共に第２リードスクリュー６２に螺合する第２可動子６３、第２可動子６３と軸部材７１とを連結する第２リンク６４等を備えている。
【００３４】
すなわち、図８（ａ）に示すように、揺動板４０が水平にある状態から、第２モータ６１が一方向に回転して第２リードスクリュー６２が回転すると、図８（ｂ）に示すように、第２可動子６３がＹ軸方向の外側に移動し、この第２可動子６３の移動に追従して第２リンク６４が外側に移動し、リンク部材７２に対して（Ｘ軸を中心として）、軸部材７１が反時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が左下がりに傾斜する。
一方、第２モータ６１が他方向に回転して第２リードスクリュー６２が回転すると、図８（ｃ）に示すように、第２可動子６３がＹ軸方向の内側に移動し、この第２可動子６３の移動に追従して第２リンク６４が内側に移動し、リンク部材７２に対して（Ｘ軸を中心として）、軸部材７１が時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が右下がりに傾斜する。すなわち、第２モータ６１の回転方向を適宜制御することにより、揺動板４０をＸ軸回りに揺動させることができる。
【００３５】
上記構成によれば、駆動機構として、二つのアクチュエータ５０，６０、揺動板４０に結合された軸部材７１及び自在継手７２，７３等からなる揺動機構７０を採用したことにより、構造の簡略化、装置の小型化等を達成しつつ、二つのアクチュエータ５０，６０の駆動を適宜制御することにより、揺動板４０を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができる。
また、略水平面内において、第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０がそれぞれ軸部材７１（揺動板４０）を中心とする略直径方向に配置されると共にお互いに直交するように配置されるため、軸部材７１を中心にしてそれぞれの部品を集約させることができ、装置をより一層小型化することができる。
【００３６】
制御ユニット８０は、図１及び図２に示すように、連結フレーム１４に固定されており、揺動板４０に搭乗した被検者が容易に操作及び視認できるように配置されている。
制御ユニット８０は、図１、図２、図９に示すように、その外部において、種々の情報を表示する表示手段としての表示パネル８１、各種の操作及びプログラム等の入力を行う操作パネル８２、外部への接続部８３等を備えている。
【００３７】
また、制御手段としての制御ユニット８０は、図９に示すように、その内部において、種々の制御を司る制御回路８４、ロードセル３０の荷重信号を入力する荷重入力回路８５、荷重入力回路８５の出力信号に基づいて種々の演算及び比較等の処理を行う演算／比較手段としてのデータ処理回路８６、被検者の重心軌跡に関する情報等種々のデータを記憶する記憶手段としての記憶回路８７、第１モータ５１及び第２モータ６１を駆動するための信号を発する駆動回路８８、接続部８３を介して外部の端末機１００等と接続した場合に送受信を行う送受信回路８９、外部の操作ユニットとしてのジョイスティック２００を接続した場合にその指令信号を処理する指令信号処理回路９０等を備えている。
【００３８】
ここで、表示パネル８１は、種々の情報を表示するものであり、例えば、ロードセル３０、荷重入力回路８５、及びデータ処理回路８６を介して得られた被検者の重心軌跡に関する情報、例えば、揺動板４０の揺動中心からの重心軌跡の偏差等に関する情報等を表示するようになっている。
したがって、表示パネル８１に表示された重心軌跡に関する情報を確認することにより、その被検者のバランス感覚のレベルを目視にて認識あるいは判断することができる。
【００３９】
操作パネル８２は、被検者等が種々の情報を表示させるために、あるいは、指令信号を入力、例えば、駆動機構（第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０）を自動的に駆動制御するためのプログラムを任意に設定（入力）することができるようになっている。したがって、被検者の身体能力の状態（例えば、バランス感覚の発達レベルあるいは回復レベル等）に応じて、揺動板４０を駆動制御するプログラムを適宜設定することにより、その被検者に適した受動運動を行わせることができる。
さらに、操作パネル８２上のボタンの大きさ、形状、色等を異なるものにすれば、プログラムを設定（入力）する際に、誤操作、誤入力等を防止でき、例えば高齢者等も簡単に操作（設定、入力）することが可能になる。
【００４０】
指令信号処理回路９０は、操作ユニットとしてのジョイスティック２００を介して、揺動板４０の揺動動作を直接コントロールするためのものである。したがって、被検者以外の者（例えば、訓練監視者等）が、揺動板４０に搭乗した被検者の状態を確認しながら、ジョイスティック２００を操縦することで、その被検者に適した訓練を行わせることができる。
【００４１】
データ処理回路８６は、計測手段としてのロードセル３０及び荷重入力回路８５を介して計測された被検者の重心軌跡に関する情報を処理（演算／比較）するものであり、例えば、揺動板４０の揺動中心からの重心軌跡の偏差を演算し、又、この偏差を記憶回路８７に記憶された他のデータ情報（同一の被検者の以前のデータ情報、あるいは、複数の異なる被検者のデータ情報）と比較しその比較情報を出力するようになっている。
【００４２】
記憶回路８７は、計測手段３０により計測された被検者の重心軌跡に関する情報、あるいは、計測手段３０により計測された複数の被検者の重心軌跡に関する情報、その他の被検者に関する情報（年齢、性別等）、さらには駆動制御を行うプログラム情報等を記憶し得るようになっている。
駆動回路８８は、入力されたプログラム、あるいは、ジョイスティック２００及び指令信号処理回路９０を介して発せられた指令信号に基づき、制御回路８４からの出力信号により、第１モータ５１及び第２モータ６１を適宜回転制御するようになっている。
【００４３】
送受信回路８９は、接続部８３を介して接続した外部の端末機１００との間で、情報の送受信を行うものである。したがって、外部の端末機１００が例えば介護施設等の中央コンピュータ等である場合、被検者のバランス感覚に関する情報等を一箇所に集約して比較あるいは判断することができる。
【００４４】
上記構成によれば、計測された被検者の重心軌跡に関する情報と記憶回路８７に記憶された同一の被検者の重心軌跡に関する情報が比較され、その比較情報が表示パネル８１に表示されるようになっている。したがって、同一の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を繰り返し行う場合に、予め記憶された以前の重心軌跡に関する情報と新たに計測された重心軌跡に関する情報との比較情報を表示パネル８１で確認することができ、被検者のバランス感覚の発達、育成、回復の度合いを容易に確認あるいは判断することができる。
【００４５】
また、上記構成によれば、新たに計測された被検者の重心軌跡に関する情報と記憶回路８７に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報が比較され、その比較情報に基づいて複数の被検者の順位が表示パネル８１に表示されるようになっている。したがって、複数の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を行う場合に、複数の被検者のバランス感覚のレベルを容易に確認しあるいは競い合うことができ、アミューズメント施設等の遊戯機としても適用することができる。
【００４６】
上記実施形態においては、駆動機構の一部をなす駆動源として、二つのアクチュエータ５０，６０を示したが、これに限定されるものではなく、三つ以上のアクチュエータを採用してもよく、又、アクチュエータとしても、モータ及びリードスクリューに限らず、略水平面内で往復動する駆動力を発生するものであれば、その他の構成を採用することができる。
上記構成においては、駆動機構の一部をなす揺動機構として、自在継手（軸部材７１、リンク部材７２、支持部材７３）を採用したが、揺動板４０を異なる複数の方向に揺動させ得るものであれば、その他の構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上述べたように、本発明のバランス訓練装置は、小型化、低重心化による転倒防止及び安定化、人が乗り降りする際の乗降性の向上等を達成しつつ、全周方向において円滑でかつ連続的な揺動動作が可能で、人のバランスに必要な筋力と感覚を効率よく訓練することができ、又、バランス感覚を数値的に評価することができ、さらには人同士のバランス感覚を競い合う遊技機としても用いることができるため、バランス感覚を強化する装置として、又、介護施設等において高齢者等のバランス感覚を回復させる装置として、さらにはアミューズメント施設等における遊戯機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す側面図である。
【図２】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す正面図である。
【図３】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分断面図である。
【図４】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分平面図である。
【図５】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分側面図である。
【図６】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分側面図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に係るバランス訓練装置の動作を説明するための動作図である。
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に係るバランス訓練装置の動作を説明するための動作図である。
【図９】本発明に係るバランス訓練装置の制御システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 固定フレーム
１１ 上板
１２ 外壁
１３ 鉛直フレーム
１４ 連結フレーム
１５ 手摺用フレーム
２０ 保持フレーム
２１ 下側保持フレーム
２２ 上側保持フレーム
２３ 支柱
３０ ロードセル（計測手段）
４０ 揺動板
４１ 伸縮ブーツ
５０ 第１アクチュエータ（駆動源）
５１ 第１モータ
５２ 第１リードスクリュー
５３ 第１可動子
５４ 第１リンク
６０ 第２アクチュエータ（駆動源）
６１ 第２モータ
６２ 第２リードスクリュー
６３ 第２可動子
６４ 第２リンク
７０ 揺動機構
７１ 軸部材
７２ リンク部材（自在継手）
７３ 支持部材（自在継手）
８０ 制御ユニット（制御手段）
８１ 表示パネル（表示手段）
８２ 操作パネル
８３ 接続部
８４ 制御回路
８５ 荷重入力回路
８６ データ処理回路（比較手段）
８７ 記憶回路（記憶手段）
８８ 駆動回路
８９ 送受信回路
９０ 指令信号処理回路
２００ ジョイスティック（操作ユニット）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人が搭乗した揺動板を揺動させて、人の平衡感覚及び揺動に対処し得る筋力等の発達、育成、強化、回復等を行うことができ、あるいは、遊戯機としてバランス感覚を競い合うことのできるバランス訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバランス訓練装置としては、円形の基板、基板の中央に直立して設けられた第１エアシリンダー、第１エアシリンダーのロッドの中間に固着された上下可動板、上下可動板に設けられた第２エアシリンダー及び第３エアシリンダー、第１エアシリンダー、第２エアシリンダー及び第３エアシリンダーのそれぞれのロッドの先端に対して自在継手を介して連結された円形の揺動板、それぞれのエアシリンダーを駆動制御する制御手段等を備え、人が揺動板に搭乗した状態で、それぞれのエアシリンダーを上下駆動して揺動板を適宜傾斜さることにより、人の平衡機能の強化、維持、及び体力の鍛錬等を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この装置においては、鉛直方向に伸縮するエアシリンダーを採用しているため、装置を設置する床面等から揺動板までの高さが高くなり、人の乗り降りに不便であり、特に高齢者の介護訓練装置として適用するには好ましくない。また、上下方向に伸縮する３つのエアシリンダーのみで揺動板を傾斜させるため、揺動板を全周方向において円滑かつ連続的に揺動させるのは機械的にも制御ソフト的にも困難である。さらに、揺動板は中央に配置されたアクチュエータのみで支持されているため、人が揺動板に実際に搭乗した場合に揺動板が転倒する虞があり、機能上の安全性及び信頼性に問題がある。
【０００３】
また、他のバランス訓練装置としては、人が搭乗する揺動板、揺動板の中央を自在継手を介して支持する支柱、揺動板の中央から離れた二箇所において玉軸受けにより連結された二つの連結棒、それぞれの連結棒の下端に連結された二つのクランクアーム、それぞれのクランクアームを回転させる二つのギヤモータ等を備え、ギヤモータにより二つのクランクアームを適宜回転させ、その回転に連動してそれぞれの連結棒を上下動させて揺動板を揺動させることにより、人の平衡機能の強化、維持、及び体力の鍛錬等を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
この装置においては、クランクアーム及び連結棒を採用しているため、前述の装置と同様に、装置を設置する床面等から揺動板までの高さが高くなり、人の乗り降りに不便であり、特に高齢者の介護訓練装置として適用するには好ましくない。また、クランクアームの回転により揺動板を傾斜させるため、その傾斜角度及び傾斜方向にも限界があり、前述の装置同様に、揺動板を全周方向において円滑かつ連続的に揺動させるのが困難である。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２５４１７８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３５６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の装置の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、装置の小型化、装置の低重心化による転倒防止及び安定化、人が乗り降りする際の乗降性の向上等を図りつつ、全周方向において円滑でかつ連続的な揺動動作が可能で、人のバランスに必要な筋力と感覚を効率よく訓練することができ、又、バランス感覚を数値的に評価することができ、さらには人同士のバランス感覚を競い合う遊技機としても用いることのできるバランス訓練装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のバランス訓練装置は、被検者が搭乗し得る揺動板と、揺動板を支持して揺動させる駆動機構と、駆動機構を保持するフレームと、駆動機構を制御する制御手段と、を備えたバランス訓練装置であって、上記駆動機構は、略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源と、駆動源に連動して揺動板を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構と、を含む、構成となっている。
この構成によれば、揺動板を揺動させる駆動機構が、鉛直方向ではなく略水平方向に駆動力を発生する駆動源及びこの駆動力を揺動力に変換する揺動機構により形成されているため、装置の高さを低く設定することができる。したがって、装置を低重心化でき、転倒を防止でき安定した状態で設置することができる。また、被検者が搭乗する揺動板の高さを低く設定できるため、乗降性が向上し、特に高齢者の乗り降りが容易になる。
また、駆動機構は、略水平面内の複数の異なる方向に駆動力を発生し、揺動機構は、これらの異なる方向の駆動力に連動して異なる複数の方向に揺動力を発生させるため、揺動板を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができ、バランスに必要な平衡感覚、筋力等を効率よく訓練（発達、育成、強化、回復）させることができる。
【０００７】
上記構成において、駆動源は、略水平面内の一方向に往復動する第１アクチュエータと、第１アクチュエータの往復動方向に対して略直交する略水平面内の他方向に往復動する第２アクチュエータとを含み、揺動機構は、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結されると共に揺動板の略中央に垂下して結合された軸部材と、軸部材を第１アクチュエータの往復動方向及び第２アクチュエータの往復動方向にそれぞれ揺動自在に支持する自在継手とを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、駆動源が二つのアクチュエータ、揺動機構が揺動板に設けられた軸部材を揺動自在に支持する自在継手等により形成されるため、構造の簡略化、装置の小型化等を達成しつつ、二つのアクチュエータの駆動を適宜制御することにより、揺動板を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができる。
【０００８】
上記構成において、軸部材は、その上端部において揺動板を支持し、その下端部において第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結され、その上端部と下端部との間の領域において自在継手に連結されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、揺動板に結合された軸部材を揺動させる際に、その中間領域に支点（自在継手）、その下端部に力点（二つのアクチュエータの駆動力）、その上端部に作用点（揺動板）が配置される構成となるため、装置の小型化、集約化、低重心化を達成しつつ、揺動板の揺動角度をある程度広く（例えば、−１５度〜＋１５度の範囲に）設定することができる。
【０００９】
上記構成において、第１アクチュエータは、フレームに固定された第１モータと、第１モータに直結された第１リードスクリューと、軸部材を挟んで第１モータの反対側に配置されると共に第１リードスクリューに螺合する第１可動子と、第１可動子と軸部材とを連結する第１リンクとを含み、第２アクチュエータは、フレームに固定された第２モータと、第２モータに直結された第２リードスクリューと、軸部材を挟んで第２モータの反対側に配置されると共に第２リードスクリューに螺合する第２可動子と、第２可動子と軸部材とを連結する第２リンクとを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、略水平面内において、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータが、それぞれ軸部材（揺動板）を中心とする略直径方向に配置されると共にお互いに直交するように配置されるため、軸部材を中心にしてそれぞれの部品を集約させることができ、装置をより一層小型化することができる。
【００１０】
上記構成において、揺動板に搭乗した被検者の重心軌跡を計測する計測手段を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、被検者が揺動板に搭乗してバランスの訓練を行う場合に、計測手段によりその被検者の重心軌跡を計測することで、バランス感覚の発達、強化、回復等のレベルを確認することができ、訓練の効果を評価する一つの指標とすることができる。
【００１１】
上記構成において、揺動板は円板状に形成され、フレームは、駆動機構を直接保持する保持フレームと、保持フレームから分離して形成され所定位置に固定される固定フレームとを含み、計測手段は、保持フレームと固定フレームとの間に介在すると共に揺動板の全周を略三等分する位置に対応して設けられた三つのロードセルを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、揺動板、駆動機構等が保持フレームに保持され、この保持フレームが三つのロードセルを介して、床面等に設置される固定フレームに保持されている。
したがって、揺動板に搭乗した被検者の重心軌跡は、この三つのロードセルにより検出される荷重を演算処理して求められる。このように、計測手段としてロードセルを採用することにより、構造を簡素化でき、装置を小型化することができる。特に、円板状をなす揺動板の全周を三等分する位置に対応して三つのロードセルが配置されているため、構成部品の個数を抑えつつも高精度に計測することができる。
【００１２】
上記構成において、固定フレームは、揺動板に搭乗した被検者を所定の緩みをもって吊り下げる吊り紐を掛止し得るべく、揺動板の上方まで伸長して形成された鉛直フレームを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、特に、被検者として高齢者等の訓練のために適用する場合に、鉛直フレームに吊るした吊り紐で被検者を緩く吊るすことにより、揺動に追従した運動を許容しつつも被検者の転倒等を防止することができる。
【００１３】
上記構成において、制御手段は、駆動機構を自動的に駆動制御するためのプログラムを任意に設定可能である、構成を採用することができる。
この構成によれば、被検者の身体能力の状態（例えば、バランス感覚の発達レベルあるいは回復レベル等）に応じて、揺動板を駆動制御するプログラムを設定することにより、その被検者に適した受動運動を行わせることができる。
【００１４】
上記構成において、制御手段には、駆動機構を指令に応じて直接駆動制御するための操作ユニットが接続されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、操作ユニット（例えば、ジョイスティック等）を操縦することにより、揺動板の揺動動作を直接コントロールすることができる。したがって、被検者以外の者（例えば、訓練監視者等）が、揺動板に搭乗した被検者の状態を確認しながら、操作ユニットを操縦することで、その被検者に適した訓練を行わせることができる。
【００１５】
上記構成において、計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を表示する表示手段を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、表示手段に表示された重心軌跡に関する情報を確認することにより、その被検者のバランス感覚のレベルを目視にて認識あるいは判断することができる。
【００１６】
上記構成において、表示手段は、計測手段により計測された被検者の重心軌跡の揺動中心からの偏差に関する情報を表示する、構成を採用することができる。
この構成によれば、被検者の重心軌跡が揺動板の中心位置からの偏差として表示されるため、中心に近づくほどバランス感覚に優れ、中心から離れるほどバランス感覚が劣るというように、被検者のレベルを容易に判断することができる。
【００１７】
上記構成において、計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報と記憶手段に記憶された同一の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と有し、表示手段は、比較手段により得られた比較情報を表示する、構成を採用することができる。
この構成によれば、同一の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を繰り返し行う場合に、記憶手段に記憶された以前の重心軌跡に関する情報と計測手段により計測された新たな重心軌跡に関する情報とが比較手段により比較され、その比較情報が表示手段により表示される。したがって、被検者のバランス感覚の発達、育成、回復の度合いを容易に確認あるいは判断することができる。
【００１８】
上記構成において、計測手段により計測された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と有し、表示手段は、比較手段により得られた比較情報に基づいて複数の被検者の順位を表示する、構成を採用することができる。
この構成によれば、複数の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を行う場合に、記憶手段に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報が比較手段により比較され、その比較情報に基づいた複数の被検者の順位が表示手段により表示される。したがって、複数の被検者のバランス感覚のレベルを容易に確認しあるいは競い合うことができ、アミューズメント施設等の遊戯機としても有用である。
【００１９】
上記構成において、制御手段には、外部との情報の送受信を行うための接続部が設けられている、構成を採用することができる。
この構成によれば、接続部を介して外部の端末機（例えば、介護施設等の中央コンピュータ等）と接続することにより、例えば、この装置を複数設置した場合、被検者のバランス感覚に関する情報等を一箇所に集約して比較あるいは判断することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上記構成をなすバランス訓練装置によれば、装置の小型化、装置の低重心化による転倒防止及び安定化、人が乗り降りする際の乗降性の向上等を達成しつつ、全周方向において円滑でかつ連続的な揺動動作が可能で、人のバランスに必要な筋力と感覚を効率よく訓練することができ、又、バランス感覚を数値的に評価することができ、さらには人同士のバランス感覚を競い合う遊技機としても用いることのできるバランス訓練装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図９は、本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の側面図、図２は装置の正面図、図３は装置の部分断面図、図４は装置の部分平面図、図５及び図６は装置の部分側面図、図７及び図８は装置の動作を説明する動作図、図９は装置の制御システムを示すブロック図である。
【００２２】
この装置は、図１ないし４に示すように、床面等に設置される固定フレーム１０、固定フレーム１０と分離して形成された保持フレーム２０、保持フレーム２０と固定フレーム１０との間に介在する計測手段としての三つのロードセル３０、被検者が搭乗し得る揺動板４０、揺動板４０を支持して揺動させる駆動機構としての略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源（第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０）及び駆動源に連動して揺動板４０を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構７０、駆動機構を制御する制御手段としての制御ユニット８０等を備えている。
【００２３】
固定フレーム１０は、図１ないし図３に示すように、被検者が踏み台にすると共に揺動板４０を揺動可能に突出させる上板１１、周りを覆う外壁１２、揺動板４０の上方まで伸長すると共に上方において屈曲して一体的に形成されたパイプ状の左右一対の鉛直フレーム１３、一対の鉛直フレーム１３を横方向において連結するパイプ状の連結フレーム１４、昇降方向の左右に設けられたパイプ状の手摺用フレーム１５等を備えている。
鉛直フレーム１３は、図１に示すように、必要に応じて、揺動板４０に搭乗した被検者を所定の緩みをもって吊り下げるスリング用の吊り紐Ｓを掛止できるように形成されている。したがって、被検者が高齢者等の場合には、鉛直フレーム１３に吊るした吊り紐Ｓで被検者を緩く吊るすことにより、揺動に追従した運動を許容しつつも被検者の転倒等を防止することができる。
【００２４】
保持フレーム２０は、図３及び図４に示すように、下側保持フレーム２１及び上側保持フレーム２２により形成されており、上側保持フレーム２２は、４本の支柱２３を介して下側保持フレーム２１に結合されている。そして、保持フレーム２０（下側フレーム２１）は、３つのロードセル３０を介して固定フレーム１０に連結されている。
下側フレーム２１は、図３及び図４に示すように、駆動源５０，６０を保持し、上側フレーム２２は、揺動機構７０を保持している。
【００２５】
三つのロードセル３０は、図３及び図４に示すように、保持フレーム２０（下側保持フレーム２１）と固定フレーム２０（上板２１）との間に介在して、それぞれの位置における保持フレーム２０全体から受ける荷重の変動を計測するものであり、揺動板４０の全周を略三等分する位置に対応して設けられている。
すなわち、三つのロードセル３０の計測値に基づいて所定の演算処理を施すことにより、揺動板４０に搭乗した被検者の重心軌跡を計測することができるようになっている。
【００２６】
このように、揺動板４０に搭乗した被検者の重心軌跡を計測する計測手段を採用することにより、被検者が揺動板４０に搭乗してバランスの訓練を行う場合に、その被検者の重心軌跡を計測することで、バランス感覚の発達、強化、回復等のレベルを確認することができ、訓練の効果を評価する一つの指標とすることができる。
また、計測手段としてロードセル３０を採用することにより、構造を簡素化でき、装置を小型化することができる。特に、三つのロードセル３０が円板状をなす揺動板４０の全周を三等分する位置に対応して配置されているため、構成部品の個数を抑えつつも高精度に計測することができる。
【００２７】
揺動板４０は、図１ないし図４に示すように、円板状に形成されて、固定フレーム１０の上板１１から所定高さだけ突出した位置に配置され、その外周領域と上板１１との間が蛇腹状の伸縮ブーツ４１により覆われると共に、後述する揺動機構７０により揺動自在に支持されている。
【００２８】
揺動機構７０は、図３ないし図６に示すように、揺動板４０の中央において垂下するように結合された軸部材７１、軸部材７１をＸ軸回りに揺動自在に支持するリンク部材７２、リンク部材７２（及び軸部材７１）をＹ軸回りに揺動自在に支持する支持部材７３等を備えている。すなわち、リンク部材７２及び支持部材７３により、軸部材７１（及び揺動板４０）を、Ｘ軸回り及びＹ軸回りに揺動自在に支持する自在継手が構成されている。
【００２９】
軸部材７１は、図３、図５及び図６に示すように、その上端部において揺動板４０を支持（固定）し、その下端部において後述する第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０に連結され、その上端部と下端部との間の領域において自在継手（リンク部材７２、支持部材７３）に連結されている。
すなわち、軸部材７１を揺動させる際に、その中間領域に支点（自在継手）、その下端部に力点（二つのアクチュエータ５０，６０の駆動力）、その上端部に作用点（揺動板４０）が配置される構成となるため、装置の小型化、集約化、低重心化を達成しつつ、揺動板の揺動角度をある程度広く、例えば、−１５度〜＋１５度の範囲に設定することができる。
【００３０】
第１アクチュエータ５０は、略水平面内の一方向（Ｘ軸方向）に往復動する駆動力を発生するものであり、第２アクチュエータ６０は、第１アクチュエータ５０の往復動方向（Ｘ軸方向）に対して略直交する略水平面内の他方向（Ｙ方向）に往復動する駆動力を発生するものである。
【００３１】
第１アクチュエータ５０は、図３、図４、図５に示すように、下側保持フレーム２１に固定された第１モータ５１、第１モータ５１に直結された第１リードスクリュー５２、軸部材７１を挟んで第１モータ５１の反対側に配置されると共に第１リードスクリュー５２に螺合する第１可動子５３、第１可動子５３と軸部材７１とを連結する第１リンク５４等を備えている。
【００３２】
すなわち、図７（ａ）に示すように、揺動板４０が水平にある状態から、第１モータ５１が一方向に回転して第１リードスクリュー５２が回転すると、図７（ｂ）に示すように、第１可動子５３がＸ軸方向の外側に移動し、この第１可動子５３の移動に追従して第１リンク５４が外側に移動し、支持部材７３に対して（Ｙ軸を中心として）、リンク部材７２及び軸部材７１が反時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が左下がりに傾斜する。
一方、第１モータ５１が他方向に回転して第１リードスクリュー５２が回転すると、図７（ｃ）に示すように、第１可動子５３がＸ軸方向の内側に移動し、この第１可動子５３の移動に追従して第１リンク５４が内側に移動し、支持部材７３に対して（Ｙ軸を中心として）、リンク部材７２及び軸部材７１が時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が右下がりに傾斜する。すなわち、第１モータ５１の回転方向を適宜制御することにより、揺動板４０をＹ軸回りに揺動させることができる。
【００３３】
第２アクチュエータ６０は、図４及び図６に示すように、下側フレーム２１に固定された第２モータ６１、第２モータ６１に直結された第２リードスクリュー６２、軸部材７１を挟んで第２モータ６１の反対側に配置されると共に第２リードスクリュー６２に螺合する第２可動子６３、第２可動子６３と軸部材７１とを連結する第２リンク６４等を備えている。
【００３４】
すなわち、図８（ａ）に示すように、揺動板４０が水平にある状態から、第２モータ６１が一方向に回転して第２リードスクリュー６２が回転すると、図８（ｂ）に示すように、第２可動子６３がＹ軸方向の外側に移動し、この第２可動子６３の移動に追従して第２リンク６４が外側に移動し、リンク部材７２に対して（Ｘ軸を中心として）、軸部材７１が反時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が左下がりに傾斜する。
一方、第２モータ６１が他方向に回転して第２リードスクリュー６２が回転すると、図８（ｃ）に示すように、第２可動子６３がＹ軸方向の内側に移動し、この第２可動子６３の移動に追従して第２リンク６４が内側に移動し、リンク部材７２に対して（Ｘ軸を中心として）、軸部材７１が時計回りに所定角度回転し、揺動板４０が右下がりに傾斜する。すなわち、第２モータ６１の回転方向を適宜制御することにより、揺動板４０をＸ軸回りに揺動させることができる。
【００３５】
上記構成によれば、駆動機構として、二つのアクチュエータ５０，６０、揺動板４０に結合された軸部材７１及び自在継手７２，７３等からなる揺動機構７０を採用したことにより、構造の簡略化、装置の小型化等を達成しつつ、二つのアクチュエータ５０，６０の駆動を適宜制御することにより、揺動板４０を全周方向において円滑にかつ連続的に揺動させることができる。
また、略水平面内において、第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０がそれぞれ軸部材７１（揺動板４０）を中心とする略直径方向に配置されると共にお互いに直交するように配置されるため、軸部材７１を中心にしてそれぞれの部品を集約させることができ、装置をより一層小型化することができる。
【００３６】
制御ユニット８０は、図１及び図２に示すように、連結フレーム１４に固定されており、揺動板４０に搭乗した被検者が容易に操作及び視認できるように配置されている。
制御ユニット８０は、図１、図２、図９に示すように、その外部において、種々の情報を表示する表示手段としての表示パネル８１、各種の操作及びプログラム等の入力を行う操作パネル８２、外部への接続部８３等を備えている。
【００３７】
また、制御手段としての制御ユニット８０は、図９に示すように、その内部において、種々の制御を司る制御回路８４、ロードセル３０の荷重信号を入力する荷重入力回路８５、荷重入力回路８５の出力信号に基づいて種々の演算及び比較等の処理を行う演算／比較手段としてのデータ処理回路８６、被検者の重心軌跡に関する情報等種々のデータを記憶する記憶手段としての記憶回路８７、第１モータ５１及び第２モータ６１を駆動するための信号を発する駆動回路８８、接続部８３を介して外部の端末機１００等と接続した場合に送受信を行う送受信回路８９、外部の操作ユニットとしてのジョイスティック２００を接続した場合にその指令信号を処理する指令信号処理回路９０等を備えている。
【００３８】
ここで、表示パネル８１は、種々の情報を表示するものであり、例えば、ロードセル３０、荷重入力回路８５、及びデータ処理回路８６を介して得られた被検者の重心軌跡に関する情報、例えば、揺動板４０の揺動中心からの重心軌跡の偏差等に関する情報等を表示するようになっている。
したがって、表示パネル８１に表示された重心軌跡に関する情報を確認することにより、その被検者のバランス感覚のレベルを目視にて認識あるいは判断することができる。
【００３９】
操作パネル８２は、被検者等が種々の情報を表示させるために、あるいは、指令信号を入力、例えば、駆動機構（第１アクチュエータ５０及び第２アクチュエータ６０）を自動的に駆動制御するためのプログラムを任意に設定（入力）することができるようになっている。したがって、被検者の身体能力の状態（例えば、バランス感覚の発達レベルあるいは回復レベル等）に応じて、揺動板４０を駆動制御するプログラムを適宜設定することにより、その被検者に適した受動運動を行わせることができる。
さらに、操作パネル８２上のボタンの大きさ、形状、色等を異なるものにすれば、プログラムを設定（入力）する際に、誤操作、誤入力等を防止でき、例えば高齢者等も簡単に操作（設定、入力）することが可能になる。
【００４０】
指令信号処理回路９０は、操作ユニットとしてのジョイスティック２００を介して、揺動板４０の揺動動作を直接コントロールするためのものである。したがって、被検者以外の者（例えば、訓練監視者等）が、揺動板４０に搭乗した被検者の状態を確認しながら、ジョイスティック２００を操縦することで、その被検者に適した訓練を行わせることができる。
【００４１】
データ処理回路８６は、計測手段としてのロードセル３０及び荷重入力回路８５を介して計測された被検者の重心軌跡に関する情報を処理（演算／比較）するものであり、例えば、揺動板４０の揺動中心からの重心軌跡の偏差を演算し、又、この偏差を記憶回路８７に記憶された他のデータ情報（同一の被検者の以前のデータ情報、あるいは、複数の異なる被検者のデータ情報）と比較しその比較情報を出力するようになっている。
【００４２】
記憶回路８７は、計測手段３０により計測された被検者の重心軌跡に関する情報、あるいは、計測手段３０により計測された複数の被検者の重心軌跡に関する情報、その他の被検者に関する情報（年齢、性別等）、さらには駆動制御を行うプログラム情報等を記憶し得るようになっている。
駆動回路８８は、入力されたプログラム、あるいは、ジョイスティック２００及び指令信号処理回路９０を介して発せられた指令信号に基づき、制御回路８４からの出力信号により、第１モータ５１及び第２モータ６１を適宜回転制御するようになっている。
【００４３】
送受信回路８９は、接続部８３を介して接続した外部の端末機１００との間で、情報の送受信を行うものである。したがって、外部の端末機１００が例えば介護施設等の中央コンピュータ等である場合、被検者のバランス感覚に関する情報等を一箇所に集約して比較あるいは判断することができる。
【００４４】
上記構成によれば、計測された被検者の重心軌跡に関する情報と記憶回路８７に記憶された同一の被検者の重心軌跡に関する情報が比較され、その比較情報が表示パネル８１に表示されるようになっている。したがって、同一の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を繰り返し行う場合に、予め記憶された以前の重心軌跡に関する情報と新たに計測された重心軌跡に関する情報との比較情報を表示パネル８１で確認することができ、被検者のバランス感覚の発達、育成、回復の度合いを容易に確認あるいは判断することができる。
【００４５】
また、上記構成によれば、新たに計測された被検者の重心軌跡に関する情報と記憶回路８７に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報が比較され、その比較情報に基づいて複数の被検者の順位が表示パネル８１に表示されるようになっている。したがって、複数の被検者が、この装置を用いてバランスの訓練を行う場合に、複数の被検者のバランス感覚のレベルを容易に確認しあるいは競い合うことができ、アミューズメント施設等の遊戯機としても適用することができる。
【００４６】
上記実施形態においては、駆動機構の一部をなす駆動源として、二つのアクチュエータ５０，６０を示したが、これに限定されるものではなく、三つ以上のアクチュエータを採用してもよく、又、アクチュエータとしても、モータ及びリードスクリューに限らず、略水平面内で往復動する駆動力を発生するものであれば、その他の構成を採用することができる。
上記構成においては、駆動機構の一部をなす揺動機構として、自在継手（軸部材７１、リンク部材７２、支持部材７３）を採用したが、揺動板４０を異なる複数の方向に揺動させ得るものであれば、その他の構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上述べたように、本発明のバランス訓練装置は、小型化、低重心化による転倒防止及び安定化、人が乗り降りする際の乗降性の向上等を達成しつつ、全周方向において円滑でかつ連続的な揺動動作が可能で、人のバランスに必要な筋力と感覚を効率よく訓練することができ、又、バランス感覚を数値的に評価することができ、さらには人同士のバランス感覚を競い合う遊技機としても用いることができるため、バランス感覚を強化する装置として、又、介護施設等において高齢者等のバランス感覚を回復させる装置として、さらにはアミューズメント施設等における遊戯機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す側面図である。
【図２】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す正面図である。
【図３】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分断面図である。
【図４】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分平面図である。
【図５】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分側面図である。
【図６】本発明に係るバランス訓練装置の一実施形態を示す部分側面図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に係るバランス訓練装置の動作を説明するための動作図である。
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明に係るバランス訓練装置の動作を説明するための動作図である。
【図９】本発明に係るバランス訓練装置の制御システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 固定フレーム
１１ 上板
１２ 外壁
１３ 鉛直フレーム
１４ 連結フレーム
１５ 手摺用フレーム
２０ 保持フレーム
２１ 下側保持フレーム
２２ 上側保持フレーム
２３ 支柱
３０ ロードセル（計測手段）
４０ 揺動板
４１ 伸縮ブーツ
５０ 第１アクチュエータ（駆動源）
５１ 第１モータ
５２ 第１リードスクリュー
５３ 第１可動子
５４ 第１リンク
６０ 第２アクチュエータ（駆動源）
６１ 第２モータ
６２ 第２リードスクリュー
６３ 第２可動子
６４ 第２リンク
７０ 揺動機構
７１ 軸部材
７２ リンク部材（自在継手）
７３ 支持部材（自在継手）
８０ 制御ユニット（制御手段）
８１ 表示パネル（表示手段）
８２ 操作パネル
８３ 接続部
８４ 制御回路
８５ 荷重入力回路
８６ データ処理回路（比較手段）
８７ 記憶回路（記憶手段）
８８ 駆動回路
８９ 送受信回路
９０ 指令信号処理回路
２００ ジョイスティック（操作ユニット）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者が搭乗し得る揺動板と、前記揺動板を支持して揺動させる駆動機構と、前記駆動機構を保持するフレームと、前記駆動機構を制御する制御手段と、を備えたバランス訓練装置であって、
前記駆動機構は、略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源に連動して前記揺動板を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構と、を含む、
ことを特徴とするバランス訓練装置。
【請求項２】
前記駆動源は、略水平面内の一方向に往復動する第１アクチュエータと、前記第１アクチュエータの往復動方向に対して略直交する略水平面内の他方向に往復動する第２アクチュエータと、を含み、
前記揺動機構は、前記第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結されると共に前記揺動板の略中央に垂下して結合された軸部材と、前記軸部材を前記第１アクチュエータの往復動方向及び前記第２アクチュエータの往復動方向にそれぞれ揺動自在に支持する自在継手と、を含む、
ことを特徴とするバランス訓練装置。
【請求項３】
前記軸部材は、その上端部において前記揺動板を支持し、その下端部において前記第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結され、その上端部と下端部との間の領域において前記自在継手に連結されている、
ことを特徴とする請求項２記載のバランス訓練装置。
【請求項４】
前記第１アクチュエータは、前記フレームに固定された第１モータと、前記第１モータに直結された第１リードスクリューと、前記軸部材を挟んで前記第１モータの反対側に配置されると共に前記第１リードスクリューに螺合する第１可動子と、前記第１可動子と前記軸部材とを連結する第１リンクと、を含み、
前記第２アクチュエータは、前記フレームに固定された第２モータと、前記第２モータに直結された第２リードスクリューと、前記軸部材を挟んで前記第２モータの反対側に配置されると共に前記第２リードスクリューに螺合する第２可動子と、前記第２可動子と前記軸部材とを連結する第２リンクと、を含む、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のバランス訓練装置。
【請求項５】
前記揺動板に搭乗した被検者の重心軌跡を計測する計測手段を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項６】
前記揺動板は円板状に形成され、
前記フレームは、前記駆動機構を直接保持する保持フレームと、前記保持フレームから分離して形成され所定位置に固定される固定フレームと、を含み、
前記計測手段は、前記保持フレームと固定フレームとの間に介在すると共に前記揺動板の全周を略三等分する位置に対応して設けられた三つのロードセルを含む、
ことを特徴とする請求項５記載のバランス訓練装置。
【請求項７】
前記固定フレームは、前記揺動板に搭乗した被検者を所定の緩みをもって吊り下げる吊り紐を掛止し得るべく、前記揺動板の上方まで伸長して形成された鉛直フレームを含む、
ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記駆動機構を自動的に駆動制御するためのプログラムを任意に設定可能である、
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項９】
前記制御手段には、前記駆動機構を指令に応じて直接駆動制御するための操作ユニットが接続されている、
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項１０】
前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を表示する表示手段を有する、
ことを特徴とする請求項５記載のバランス訓練装置。
【請求項１１】
前記表示手段は、前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡の揺動中心からの偏差に関する情報を表示する、
ことを特徴とする請求項１０記載のバランス訓練装置。
【請求項１２】
前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、
前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報と前記記憶手段に記憶された同一の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と、有し、
前記表示手段は、前記比較手段により得られた比較情報を表示する、
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のバランス訓練装置。
【請求項１３】
前記計測手段により計測された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と、有し、
前記表示手段は、前記比較手段により得られた比較情報に基づいて複数の被検者の順位を表示する、
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のバランス訓練装置。
【請求項１４】
前記制御手段には、外部との情報の送受信を行うための接続部が設けられている、
ことを特徴とする請求項５ないし１３いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項１】
被検者が搭乗し得る揺動板と、前記揺動板を支持して揺動させる駆動機構と、前記駆動機構を保持するフレームと、前記駆動機構を制御する制御手段と、を備えたバランス訓練装置であって、
前記駆動機構は、略水平面内の異なる複数の方向に駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源に連動して前記揺動板を異なる複数の方向に揺動させる揺動機構と、を含む、
ことを特徴とするバランス訓練装置。
【請求項２】
前記駆動源は、略水平面内の一方向に往復動する第１アクチュエータと、前記第１アクチュエータの往復動方向に対して略直交する略水平面内の他方向に往復動する第２アクチュエータと、を含み、
前記揺動機構は、前記第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結されると共に前記揺動板の略中央に垂下して結合された軸部材と、前記軸部材を前記第１アクチュエータの往復動方向及び前記第２アクチュエータの往復動方向にそれぞれ揺動自在に支持する自在継手と、を含む、
ことを特徴とするバランス訓練装置。
【請求項３】
前記軸部材は、その上端部において前記揺動板を支持し、その下端部において前記第１アクチュエータ及び第２アクチュエータに連結され、その上端部と下端部との間の領域において前記自在継手に連結されている、
ことを特徴とする請求項２記載のバランス訓練装置。
【請求項４】
前記第１アクチュエータは、前記フレームに固定された第１モータと、前記第１モータに直結された第１リードスクリューと、前記軸部材を挟んで前記第１モータの反対側に配置されると共に前記第１リードスクリューに螺合する第１可動子と、前記第１可動子と前記軸部材とを連結する第１リンクと、を含み、
前記第２アクチュエータは、前記フレームに固定された第２モータと、前記第２モータに直結された第２リードスクリューと、前記軸部材を挟んで前記第２モータの反対側に配置されると共に前記第２リードスクリューに螺合する第２可動子と、前記第２可動子と前記軸部材とを連結する第２リンクと、を含む、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のバランス訓練装置。
【請求項５】
前記揺動板に搭乗した被検者の重心軌跡を計測する計測手段を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項６】
前記揺動板は円板状に形成され、
前記フレームは、前記駆動機構を直接保持する保持フレームと、前記保持フレームから分離して形成され所定位置に固定される固定フレームと、を含み、
前記計測手段は、前記保持フレームと固定フレームとの間に介在すると共に前記揺動板の全周を略三等分する位置に対応して設けられた三つのロードセルを含む、
ことを特徴とする請求項５記載のバランス訓練装置。
【請求項７】
前記固定フレームは、前記揺動板に搭乗した被検者を所定の緩みをもって吊り下げる吊り紐を掛止し得るべく、前記揺動板の上方まで伸長して形成された鉛直フレームを含む、
ことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記駆動機構を自動的に駆動制御するためのプログラムを任意に設定可能である、
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項９】
前記制御手段には、前記駆動機構を指令に応じて直接駆動制御するための操作ユニットが接続されている、
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載のバランス訓練装置。
【請求項１０】
前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を表示する表示手段を有する、
ことを特徴とする請求項５記載のバランス訓練装置。
【請求項１１】
前記表示手段は、前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡の揺動中心からの偏差に関する情報を表示する、
ことを特徴とする請求項１０記載のバランス訓練装置。
【請求項１２】
前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、
前記計測手段により計測された被検者の重心軌跡に関する情報と前記記憶手段に記憶された同一の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と、有し、
前記表示手段は、前記比較手段により得られた比較情報を表示する、
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のバランス訓練装置。
【請求項１３】
前記計測手段により計測された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された複数の被検者の重心軌跡に関する情報を比較する比較手段と、有し、
前記表示手段は、前記比較手段により得られた比較情報に基づいて複数の被検者の順位を表示する、
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のバランス訓練装置。
【請求項１４】
前記制御手段には、外部との情報の送受信を行うための接続部が設けられている、
ことを特徴とする請求項５ないし１３いずれかに記載のバランス訓練装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−８２９１５（Ｐ２００７−８２９１５Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７７９５８（Ｐ２００５−２７７９５８）
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（００００００３１０）株式会社アシックス (57)
【出願人】（０００１７７６１２）株式会社ミクニ (332)
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（００００００３１０）株式会社アシックス (57)
【出願人】（０００１７７６１２）株式会社ミクニ (332)
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