肢体訓練装置
【課題】両足と腰部とを連動して動作させることにより、歩行動作向上を適切に図る訓練を実現可能な肢体訓練装置を提供すること。
【解決手段】使用者の腰部を方向ｚにおいて支持可能な座面２ａを有する座２と、方向ｘにおいて座２を挟んで離間配置されており、かつ使用者の脚部先端寄りの部分を保持する脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌをそれぞれ有する１対のアーム３Ｒ，３Ｌと、を備える肢体訓練装置Ａ１であって、各アーム３Ｒ，３Ｌは、回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌまわりの揺動と、回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌに対して脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌが接近離間する往復動とが自在とされており、座２は、回転軸ｚ２まわりの揺動と、回転軸ｘ２まわりの揺動とが自在とされており、１対のアーム３Ｒ，３Ｌを互いに反対方向に揺動させるとともに、上記揺動による脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの移動方向に沿う回転軸ｚ２まわりの回転方向に座２を揺動させる構成とされた制御部５を備えている。
【解決手段】使用者の腰部を方向ｚにおいて支持可能な座面２ａを有する座２と、方向ｘにおいて座２を挟んで離間配置されており、かつ使用者の脚部先端寄りの部分を保持する脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌをそれぞれ有する１対のアーム３Ｒ，３Ｌと、を備える肢体訓練装置Ａ１であって、各アーム３Ｒ，３Ｌは、回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌまわりの揺動と、回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌに対して脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌが接近離間する往復動とが自在とされており、座２は、回転軸ｚ２まわりの揺動と、回転軸ｘ２まわりの揺動とが自在とされており、１対のアーム３Ｒ，３Ｌを互いに反対方向に揺動させるとともに、上記揺動による脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの移動方向に沿う回転軸ｚ２まわりの回転方向に座２を揺動させる構成とされた制御部５を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に歩行が困難な状態にある高齢者などが歩行動作向上を目的として訓練するための肢体訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２９は、従来の肢体訓練装置の一例を示している。同図に示された肢体訓練装置Ｘは、ベース９１上に配置された座９２および１対のアーム９３Ｒ，９３Ｌを備えている。座９２は、使用者の腰部を支持する部分である。１対のアーム９３Ｒ，９３Ｌは、ポール９３Ｒａ，９３Ｌａおよび脚部保持部９３Ｒｂ，９３Ｌｂを有しており、脚部保持部９３Ｒｂ，９３Ｌｂが接近離間するように開閉自在とされている。
【０００３】
肢体訓練装置Ｘを使用するには、まず、使用者が座９２に腰掛けた状態で、レバー９４Ｒ，９４Ｌを両手で把持する。次いで、使用者の両脚を脚部保持部９３Ｒｂ，９３Ｌｂによって保持する。この状態で、アーム９３Ｒ，９３Ｌを徐々に開方向へと動作させる。使用者の両脚が可動限界に達したら、使用者あるいはトレーナーが可動限界であることを入力手段（図示略）により入力する。これにより、制御部（図示略）においてアーム９３Ｒ，９３Ｌの可動限界角度を記憶しておく。これに続いて、アーム９３Ｒ，９３Ｌの開閉動を反復して行わせる。この開閉動は、上記制御部によって記憶された上記可動限界角度を最大限とする動作である。この動作により、使用者の両脚は、その可動限界まで反復して開かれることとなる。開閉動の繰り返し回数や動作速度を適切に設定すれば、使用者の両脚の可動限界をより大きくする、いわゆるストレッチ運動を実現することができる。
【０００４】
しかしながら、肢体訓練装置Ｘによる訓練は、両脚の可動限界を大きくするのみであり、使用者の歩行動作向上を積極的に図るものではない。たとえば、歩行動作を向上させるには、歩行に適した両脚の動作パターンを使用者に実行させることが必要である。また、自身の体重を支えて歩行するには、それに応じた筋力の向上が不可欠である。さらに、歩行動作は、両脚だけを動かすのではなく、両脚と腰とをスムーズに連動させてこそ確実な向上を図ることが可能である。このように、ストレッチ運動のみに適した肢体訓練装置Ｘでは、歩行動作の向上を積極的に図るには不十分であった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４０２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、両足と腰部とを連動して動作させることにより、歩行動作向上を適切に図る訓練を実現可能な肢体訓練装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明によって提供される肢体訓練装置は、使用者の腰部を第１方向において支持可能な座面を有する座と、上記第１方向と直交する第２方向において上記座を挟んで離間配置されており、かつ使用者の脚部先端寄りの部分を保持する脚部保持部をそれぞれ有する１対のアームと、を備える肢体訓練装置であって、上記各アームは、上記第２方向に延びる第２軸まわりの揺動と、上記揺動の回転軸に対して上記脚部保持部が接近離間する往復動とが自在とされており、上記座は、上記第１方向に延びる第１軸まわりの揺動と、上記第２軸まわりの揺動とが自在とされており、上記１対のアームを上記第２軸まわりに互いに反対方向に揺動させるとともに、上記揺動による上記第１軸に対する上記各脚部保持部の移動方向に沿う上記第２軸まわりの回転方向に上記座を揺動させる構成とされた制御部を備えていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、上記肢体訓練装置を用いた訓練において、使用者の両脚を交互に動作させつつ、使用者の腰部を両脚の動作に合わせて揺動させることが可能である。この連動された動作は、自然な歩行動作とよく一致する。したがって、上記肢体訓練装置は、歩行が困難な使用者などが自立歩行を目指して歩行訓練するのに好適である。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各アームは、一端寄りの部分を中心として上記第２軸まわりに揺動自在である第１節と、上記第１節の他端寄りにその一端寄りの部分が連結されており、かつ上記第１節に対して上記第２軸まわりに揺動自在である第２節と、を含んでおり、上記第２節の他端寄りの部分には、上記脚部保持部が上記第２軸まわりに揺動自在に連結されている。このような構成によれば、上記１対のアームに使用者の歩行動作に合わせた自然な動作をさせることができる。したがって、歩行訓練の効果をさらに高めることが期待できる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記座および上記１対のアームを駆動するための複数のモータを備えており、上記制御部は、あらかじめ定められた運動形態に基づき、上記座および上記１対のアームを所定の動作パターンで駆動制御する。このような構成によれば、上記１対のアームおよび上記座を比較的正確に動作させることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記座および上記１対のアームを上記動作パターンで無負荷駆動させたときに上記複数のモータが必要とする無負荷電流量と、使用者が上記動作パターンで訓練したときに上記複数のモータに投入された実投入電流量と、を比較することにより、上記使用者の上記訓練による運動量を演算する演算手段と、上記運動量を表示する表示手段と、をさらに備える。このような構成によれば、訓練中にその時点の運動量を表示したり、訓練を終えたときに総運動量を表示するといったことが可能である。これは、使用者の訓練の進捗度を客観的に判断するのに好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記表示手段は、使用者の年齢、性別、体重、身長を含む個人情報を入力する手段と、上記個人情報と訓練日時と上記運動量とを記憶する記憶手段と、を備えている。このような構成によれば、使用者の性状に応じてきめ細やかな訓練を実現することができる。また、体力が低下した使用者に対して、負荷が大きい訓練を誤って行ってしまうなどの不具合を未然に防止可能である。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記表示手段は、上記個人情報を基に適正運動量を算出可能であり、かつ使用者の運動量が上記適正運動量を超過したときには警告を表示する、または上記制御部に対して訓練中止を指示する。このような構成によれば、使用者が過度に訓練してしまうことを適切に防止することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記使用者の体重のうち上記各脚部保持部に負荷される割合を、上記座の上記第２軸まわりの角度によって設定することにより、上記使用者に対する訓練の負荷を調節する構成とされている。このような構成によれば、訓練における負荷を簡便かつ確実に調節することができる。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１〜図３は、本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を示している。本実施形態の肢体訓練装置Ａ１は、ベース１、座２、１対のアーム３Ｒ，３Ｌ、入力表示器４、制御部５を具備して構成されている。
【００１９】
ベース１は、座２および１対のアーム３Ｒ，３Ｌを支持するためのものである。ベース１は、平面視矩形状の平板状であり、たとえば樹脂製または金属製である。
【００２０】
座２は、使用者が肢体訓練装置Ａ１を用いて訓練する際に腰掛けるためのものである。座２は、使用者の腰部を図中上下方向である方向ｚにおいて支持する座面２ａを有している。スタンド２２は、座２を使用者が腰掛けるのに適した高さに支持するためのものである。座２の図中奥方部分には、背もたれ２１が取り付けられている。使用者は背中を背もたれ２１に添わせることにより、訓練に適した姿勢をとることができる。座２は、方向ｚに延びる回転軸ｚ２、および方向ｘに延びる回転軸ｘ２を中心として揺動自在とされている。座２を揺動するための駆動手段は、後述するアーム３Ｌの駆動手段と類似しており、サーボモータが用いられている。
【００２１】
１対のアーム３Ｒ，３Ｌは、使用者の両脚を動作させるためのものであり、スタンド３０Ｒ，３０Ｌ、第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを具備している。
【００２２】
スタンド３０Ｒ，３０Ｌは、方向ｘにおいて離間配置されており、それぞれ柱３０ａＲ，３０ａＬと固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬとからなる。柱３０ａＲ，３０ａＬは、ベース１から起立しており、たとえば断面矩形状の角柱である。固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬは、それぞれ柱３０ａＲ，３０ａＬに対して垂直に延びている。柱３０ａＲ，３０ａＬおよび固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬを跨ぐように１対のハンドル３４Ｒ，３４Ｌが取り付けられている。１対のハンドル３４Ｒ，３４Ｌは、使用者がこれらを把持することにより訓練中の姿勢を安定させるためのものである。
【００２３】
第１節３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれ固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬの先端に連結されている。第１節３１Ｒ，３１Ｌは、方向ｘに延びる回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌまわりにそれぞれ独立して揺動自在とされている。図２は、第１節３１Ｌを揺動させるための駆動機構を示している。この駆動機構は、サーボモータ３６ａ、減速機３６ｂ、ベベルギア３７ａ，３７ｂ、シャフト３８ａを具備して構成されている。サーボモータ３６ａは、固定アーム３０ｂＬの内部に固定されており、図３に示すサーボドライバからの指令により所定回転角だけ回転可能とされている。サーボモータ３６ａのたとえば出力軸と反対側部分には、図３に示すロータリエンコーダＥが取り付けられている。なお、図３に示す複数のサーボモータＭのうち、回転軸ｘ３１Ｌまわりの駆動用のものが、図２に示すサーボモータ３６ａに相当する。これにより、サーボモータ３６ａの回転角を検出可能とされている。サーボモータ３６ａの出力軸には、ベベルギア３７ａが取り付けられている。第１節３１Ｌの一端側には、ベベルギア３７ｂが形成されている。ベベルギア３７ａ，３７ｂは、互いに噛み合わされている。また、第１節３１Ｌは、固定アーム３０ｂＬに対してシャフト３８ａおよびベアリング３８ｂを介して回転可能に取り付けられている。これにより、サーボモータ３６ａが回転すると、その回転角度に応じて第１節３１Ｌが回転軸ｘ３１Ｌまわりに揺動する。第１節３１Ｒを固定アーム３０ｂＲに対して回転軸ｘ３１Ｒまわりに揺動させるための駆動機構も、この駆動機構と同様である。
【００２４】
図１に示すように、第２節３２Ｒ，３２Ｌは、それぞれ第１節３１Ｒ，３１Ｌの先端に連結されている。第２節３２Ｒ，３２Ｌは、方向ｘに延びる回転軸ｘ３２Ｒ，ｘ３２Ｌまわりにそれぞれ独立して揺動自在とされている。第２節３２Ｒ，３２Ｌを揺動させるための駆動手段は、上述した第１節３１Ｌを揺動させるための駆動手段と同様である。
【００２５】
第２節３２Ｒ，３２Ｌの先端には、それぞれ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌが連結されている。脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、使用者の足先を固定保持するためのものであり、たとえば、使用者の足の甲を覆うように締め付けるベルト（図示略）が備えられている。脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、方向ｘに延びる回転軸ｘ３３Ｒ，ｘ３３Ｌまわりにそれぞれ独立して揺動自在とされている。脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを揺動させるための駆動機構は、上述した第１節３０Ｌを揺動させるための駆動手段と同様である。
【００２６】
以上に説明したように、１対のアーム３Ｒ，３Ｌは、第１節３１Ｒ，３１Ｌおよび第２節３２Ｒ，３２Ｌを備えることにより、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌまわりに揺動自在であり、かつ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌに対して接近離間自在に構成されている。また、本実施形態においては、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの向きが変更自在となっている。
【００２７】
入力表示器４は、使用者の個人情報などの入力と、肢体訓練装置Ａ１の動作状況や使用者の個人情報などの表示とを行うためのものである。入力表示器４は、アーム４１を介して固定アーム３０ｂＬに対して揺動可能に取り付けられている。これにより、使用者が座２に腰掛けるときには、入力表示器４を装置外方へと退避させ、使用者が上記個人情報などを入力するときには、使用者の正面に移動させることが可能とされている。入力表示器４は、入力作業のための各種ボタン、テンキーと、情報を表示するためのたとえば液晶画面とを有している。入力表示器４を用いて入力される個人情報は、使用者の年齢、性別、体重、身長を含んでいる。
【００２８】
制御部５は、あらかじめ定められた運動形態に基づいて座２および１対のアーム３Ｒ、３Ｌを連動して駆動制御するためのものであり、ＣＰＵなどの情報処理部、入出力部、電源部などを有している。
【００２９】
図３は、肢体訓練装置Ａ１のシステム構成を示している。制御部５には、入力表示器４、演算手段５１、記憶手段５２、および複数のサーボドライバが接続されている。各サーボドライバは、サーボモータＭを制御するためのものであり、サーボモータＭの回転量を検出するエンコーダＥが接続されている。
【００３０】
演算手段５１は、使用者が肢体訓練装置Ａ１を用いて訓練した際の運動量を演算するためのものである。運動量の演算は、サーボドライバを介して各サーボモータＭに通電した電流から演算する。この演算方法については、後述する。
【００３１】
記憶手段５２は、上記個人情報、訓練日時、および上記運動量を記憶するためのものである。記憶手段５２は、たとえばハードディスクなどの磁気記憶装置、またはＥＰＲＯＭなどの半導体記憶装置などによって構成されている。
【００３２】
図４は、肢体訓練装置Ａ１を動作させる制御フローの一例を示している。この制御フローは、初期設定、使用者設定、トレーニング条件の表示、装置の動作、および終了設定に区分される。
【００３３】
図５は、初期設定によって実行される制御フローの一例を示している。図３に示した各サーボモータＭを駆動可能とする電源投入の後に、１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２を退避位置から標準位置に移動させる。また、入力表示器４の電源投入や、表示内容および入力バッファメモリの初期化などが行われる。
【００３４】
図６は、使用者設定によって実行される制御フローの一例を示している。この使用者設定においては、上述した個人情報の入力が行われる。すなわち、ある使用者が初めて肢体訓練装置Ａ１を使用するときには、登録済み＝Ｎｏと判断されるため、名前、年齢、パスワード、トレーニング条件などを含む個人情報の入力が行われる。登録済みの使用者は、たとえば名前とパスワードの入力をすることにより使用者設定を完了する。
【００３５】
図７は、トレーニング条件の表示によって実行される制御フローの一例を示している。この制御フローにおいては、訓練ファイルの概要が表示される。この訓練ファイルには、たとえば図９に示す情報がリストとして含まれている。使用者は、訓練ファイルの内容を確認した上で、たとえば繰り返し回数の指定を行う。
【００３６】
図８は、装置の動作によって実行される制御フローの一例を示している。図４に示された初期設定および使用者設定を終えた状態であるため、制御部５では、使用者に応じた訓練ファイルの取り出しが行われる。本実施形態においては、第１節３１Ｒ，３１Ｌの角度θ１、第２節３２Ｒ，３２Ｌの角度θ２、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの角度θ３が取り出される。さらに、θ１〜θ３の角速度ω１〜ω３および角加速度α１〜α３が取り出される。制御部５においては、角度θ１〜θ３、角速度ω１〜ω３、および角加速度α１〜α３に基づいて、第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの時間Δｔにおける増加増分量Δθ１〜Δθ３を算出する。第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、時間Δｔごとに目標とする増加増分量Δθ１〜Δθ３だけ、それぞれに対応するサーボモータＭ、サーボドライバ、およびエンコーダＥにより回転させられる。Δｔの大きさは、制御部５の単位時間当たりの処理能力を基にできる限り短い時間として設定される。この制御が時系列的に行われると、第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌが訓練ファイルに定められた動作パターンに沿って動作することとなる。また、座２についても、図８に示したものと同様の制御フローによって、１対のアーム３Ｒ，３Ｌと連動して制御される。
【００３７】
図１０は、肢体訓練装置Ａ１の動作パターンの一例を示している。この動作パターンによれば、まず１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２は、退避位置Ｐ０，Ｓ０にあらかじめ退避させられている。上述した初期設定を終えると１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２は、標準位置としての位置Ｐ１，Ｐ３，Ｓ１にそれぞれ移動させられる。
【００３８】
図１１〜図１４は、右脚を保持するアーム３Ｒについて位置Ｐ１〜Ｐ４に移動させられたときの状態をそれぞれ示している。左脚を保持するアーム３Ｌについても、位置Ｐ１〜Ｐ４に移動させられたときの状態は、これと同様である。図１０に示されたように、アーム３Ｒが位置Ｐ２にあるときは、アーム３Ｌは、位置Ｐ４にある。一方、アーム３Ｒが位置Ｐ４にあるときは、アーム３Ｌは、位置Ｐ２にある。この一連の動作がなされている肢体訓練装置Ａ１の平面図が図１５〜図１８に示されている。アーム３Ｒが位置Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４をとるときに、アーム３Ｌは、位置Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１→Ｐ２をとっている。これにより、アーム３Ｒとアーム３Ｌとは、座２を挟んで対称な動作をさせられている。また、座２は、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの動作に対応した揺動をさせられている。すなわち、図１６に示すように脚部保持部３３Ｌが使用者正面前方である図中下方へと移動する際には、座２は、図中時計回りに揺動している。一方、図１８に示すように、脚部保持部３３Ｒが使用者正面前方である図中下方へと移動する際には、座２は、図中反時計回りに揺動している。
【００３９】
図１１〜図１８に示された動作が行われると、肢体訓練装置Ａ１に腰掛けた使用者は、図１９〜図２２に示す運動をさせられることとなる。ただしこれらの図は、アーム３Rの動作についてのみ示している。上述したように１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２が連動して制御されることにより、使用者に自然な姿勢で歩行訓練をさせることが実現されている。
【００４０】
図２３および図２４は、上述した動作パターンにおけるアーム３Ｒ，３Ｌの角速度とサーボモータＭに流される電流の関係を示している。図２３および図２４に示された速度パターンによれば、アーム３Ｒまたはアーム３Ｌが図１における前後方向に反復して揺動させられる。図２３に示された速度パターンは、使用者への負荷が比較的小であるときの速度パターンである。一方、図２４に示された速度パターンは、使用者への負荷が比較的大であるときの速度パターンである。両者の相違点は、角速度が変動するときの角加速度の大きさにある。すなわち、比較的小さい負荷で訓練する場合には、アーム３Ｒ，３Ｌの角加速度を小さくする。これにより、使用者は、同じ軌跡を描く訓練を行っても、両脚が比較的穏やかに動かされる。これは、たとえば、自立歩行がかなり困難である使用者に対して、歩行動作のリズムを訓練させるのに適している。一方、比較的大きい負荷で訓練する場合には、アーム３Ｒ，３Ｌの角加速度を大きくする。これにより、使用者の両脚は、比較的急峻に動かされる。これは、たとえば、自立歩行に向けて負荷の小さい訓練を積んだ使用者に対して、実際の歩行に即した機敏な動きを訓練させるのに適している。
【００４１】
図２５は、肢体訓練装置Ａ１によって訓練した使用者が、その訓練においてなした運動量を算出する方法の一例を示している。本図において点線で示した電流は、使用者が腰掛けていない状態で、図２４に示した速度パターンを実現するのに必要な、いわゆる無負荷電流である。この電流は、アーム３Ｒ，３Ｌの慣性や、図２に示した減速機３６ｂの機械的損失に抗して、アーム３Ｒ，３Ｌに対して上記速度パターンに沿った動作をさせるのに必要な電流である。一方、図２５において実線で示した電流は、使用者が肢体訓練装置Ａ１に腰掛けた状態で実際に訓練を行った際にサーボモータＭに投入された実投入電流である。たとえば、使用者が両脚にほとんど力をこめることなく、アーム３Ｒ，３Ｌに両脚をあずけた状態で訓練を行った場合には、上記無負荷電流と上記実投入電流との差はほとんど無い。一方、使用者が、アーム３Ｒ，３Ｌの動作方向に合わせて、両脚に力をこめて積極的に歩行動作を行った場合には、その分だけサーボモータＭに投入される電流が小さくなる。図２５は、この場合の実投入電流を示している。すなわち、上記無負荷電流と上記実投入電流との差を算出することにより、訓練において使用者がなした運動量を算出することが可能である。肢体訓練装置Ａ１においては、図３に示す演算手段５１により、この運動量の算出がなされる。また、算出された運動量は、訓練中に単位時間当たりの運動量として、あるいは、一通りの訓練を終えた時点での総運動量として、入力表示器４に表示される。運動量の表示は、たとえば歩行距離に換算して表示することが好ましい。記憶手段５２においては、ある使用者について、訓練でなした運動量が積算される。これにより、各回の訓練において、その使用者の訓練の達成度を客観的に判断することができる。
【００４２】
また、入力表示器４は、使用者の運動量が、あらかじめ設定した適正運動量を超えた場合には、使用者に対して警告を表示する。使用者は、この警告を視認することにより、過度な訓練を行っていることを認識可能であり、訓練の負荷を小さくするなどの対処をとることができる。また、運動量が上記適正運動量を大きく超えた場合の処置として、入力表示器４から制御部５に対して訓練の停止指令が送られる。停止指令を受けた制御部５は、１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２の動作を停止するなど、適切な訓練停止フローを実行する。
【００４３】
図２６は、訓練における使用者に対する負荷を調節する別の方法を示している。この方法においては、座２を回転軸ｘ２まわりに揺動させることによって負荷の調節を行う。すなわち、負荷が大きい状態で訓練したいときは、座２を図中時計回りに揺動させる。これにより、使用者の体重のうち座２によって支持される割合が減少し、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌによって支持される割合が増加する。これは、使用者の両脚によって支えるべき体重の割合が増加することを意味する。使用者は、体重をより多く負担した、いわば両脚を強く踏ん張った状態で、上述した歩行動作の訓練を行うこととなる。これは、使用者の両脚に対して、歩行動作に必要な筋力の増強を図るのに好適である。
【００４４】
次に、肢体訓練装置Ａ１の作用について説明する。
【００４５】
本実施形態によれば、図１９〜図２２に示したように、使用者に対して両脚の交互運動および腰部の揺動とを連動して動作させることが可能である。この使用者の動作は、使用者が自立歩行する際の基本的な動作とよく一致している。したがって、肢体訓練装置Ａ１は、歩行困難な状態にある使用者が自立歩行を目指して訓練するのに好適である。
【００４６】
１対のアーム３Ｒ，３Ｌは、それぞれ独立して揺動自在とされた第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌによって構成されていることにより、使用者の両脚の動きに合わせた動作が容易となっている。これは、よりスムーズな歩行動作の訓練を実現するのに適している。
【００４７】
使用者の個人情報に基づいた動作パターンで訓練することにより、個々の使用者に応じた適切な訓練を行うことができる。また、各使用者の訓練履歴を記憶しておくことにより、個々の使用者の進捗度に応じた訓練が可能である。
【００４８】
訓練中の運動量、および訓練全体での総運動量の表示は、使用者がどの程度の訓練をしたかを確認するのに都合が良い。また、使用者が訓練を積極的に継続する契機づけともなり得る。さらに、上述した適正運動量を超えた場合の警告または訓練停止により、過度な訓練による不測の事態を未然に防止することができる。
【００４９】
図２７および図２８は、本発明に係る肢体訓練装置の他の実施形態を示している。これらの図面においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００５０】
図２７は、本発明に係る肢体訓練装置の第２実施形態を示している。本実施形態の肢体訓練装置Ａ２は、アーム３Ｒ，３Ｌがリンク機構によって構成されている点が上述した実施形態と異なっている。アーム３Ｒ，３Ｌは、第１リンク３５ａＲ，３５ａＬおよび第２リンク３５ｂＲ，３５ｂＬを具備している。第１リンク３５ａＲ，３５ａＬおよび第２リンク３５ｂＲ，３５ｂＬは、それぞれ独立して動作可能であり、制御部５によって制御された複数のモータ（図示略）により動作させられる。このような実施形態によっても、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを方向ｘに延びる回転軸まわりに揺動させ、かつ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを上記回転軸に対して接近離間動させることができる。したがって、第１実施形態と同様の歩行訓練を適切に実行することが可能である。
【００５１】
図２８は、本発明に係る肢体訓練装置の第３実施形態を示している。本実施形態の肢体訓練装置Ａ３は、アーム３Ｒ，３Ｌがスライダ３９Ｒ，３９Ｌを有する構成とされている点が上述したいずれの実施形態とも異なっている。アーム３Ｒ，３Ｌは、全体としてスタンド３０Ｒ，３０Ｌに対して揺動自在に連結されている。また、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、スライダ３９Ｒ，３９Ｌに対して取り付けられている。これにより、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、アーム３Ｒ，３Ｌの長手方向において往復動自在とされている。このような実施形態によっても、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを方向ｘに延びる回転軸まわりに揺動させ、かつ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを上記回転軸に対して接近離間動させることができる。したがって、第１実施形態と同様の歩行訓練を適切に実行することが可能である。
【００５２】
本発明に係る肢体訓練装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る肢体訓練装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図３】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態のシステム構成図である。
【図４】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の制御内容を示すフロー図である。
【図５】図４における初期設定の実行内容を示すフロー図である。
【図６】図４における使用者設定の実行内容を示すフロー図である。
【図７】図４におけるトレーニング条件の表示の実行内容を示すフロー図である。
【図８】図４における装置の動作の表示の実行内容を示すフロー図である。
【図９】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態に用いられる訓練ファイルの一例である。
【図１０】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作パターンの一例である。
【図１１】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１２】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１３】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１４】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１５】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１６】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１７】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１８】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１９】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２０】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２１】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２２】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２３】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた負荷小の速度パターンを示すグラフである。
【図２４】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた負荷大の速度パターンを示すグラフである。
【図２５】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練における運動量の算出方法を説明するためのグラフである。
【図２６】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練における負荷調整方法の一例を示す要部側面図である。
【図２７】本発明に係る肢体訓練装置の第２実施形態を示す全体斜視図である。
【図２８】本発明に係る肢体訓練装置の第３実施形態を示す全体斜視図である。
【図２９】従来の肢体訓練装置の一例を示す全体斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 肢体訓練装置
Ｘ （第２）方向
Ｚ （第１）方向
α１，α２，α３ 角加速度
θ１，θ２，θ３ 角度
ω１，ω２，ω３ 角速度
１ ベース
２ 座
２ａ 座面
３Ｒ，３Ｌ アーム
４ 入力表示器（表示手段）
５ 制御手段
２１ 背もたれ
２２ スタンド
３０Ｒ，３０Ｌ スタンド
３１Ｒ，３１Ｌ 第１節
３２Ｒ，３２Ｌ 第２節
３３Ｒ，３３Ｌ 脚部保持部
３４Ｒ，３４Ｌ ハンドル
３５ａＲ，３５ａＬ 第１リンク機構
３５ｂＲ，３５ｂＬ 第２リンク機構
３６ａ モータ
３６ｂ 減速機
３７ａ，３７ｂ ベベルキア
３８ａ シャフト
３８ｂ ベアリング
３９Ｒ，３９Ｌ スライダ
５１ 演算手段
５２ 記憶手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に歩行が困難な状態にある高齢者などが歩行動作向上を目的として訓練するための肢体訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２９は、従来の肢体訓練装置の一例を示している。同図に示された肢体訓練装置Ｘは、ベース９１上に配置された座９２および１対のアーム９３Ｒ，９３Ｌを備えている。座９２は、使用者の腰部を支持する部分である。１対のアーム９３Ｒ，９３Ｌは、ポール９３Ｒａ，９３Ｌａおよび脚部保持部９３Ｒｂ，９３Ｌｂを有しており、脚部保持部９３Ｒｂ，９３Ｌｂが接近離間するように開閉自在とされている。
【０００３】
肢体訓練装置Ｘを使用するには、まず、使用者が座９２に腰掛けた状態で、レバー９４Ｒ，９４Ｌを両手で把持する。次いで、使用者の両脚を脚部保持部９３Ｒｂ，９３Ｌｂによって保持する。この状態で、アーム９３Ｒ，９３Ｌを徐々に開方向へと動作させる。使用者の両脚が可動限界に達したら、使用者あるいはトレーナーが可動限界であることを入力手段（図示略）により入力する。これにより、制御部（図示略）においてアーム９３Ｒ，９３Ｌの可動限界角度を記憶しておく。これに続いて、アーム９３Ｒ，９３Ｌの開閉動を反復して行わせる。この開閉動は、上記制御部によって記憶された上記可動限界角度を最大限とする動作である。この動作により、使用者の両脚は、その可動限界まで反復して開かれることとなる。開閉動の繰り返し回数や動作速度を適切に設定すれば、使用者の両脚の可動限界をより大きくする、いわゆるストレッチ運動を実現することができる。
【０００４】
しかしながら、肢体訓練装置Ｘによる訓練は、両脚の可動限界を大きくするのみであり、使用者の歩行動作向上を積極的に図るものではない。たとえば、歩行動作を向上させるには、歩行に適した両脚の動作パターンを使用者に実行させることが必要である。また、自身の体重を支えて歩行するには、それに応じた筋力の向上が不可欠である。さらに、歩行動作は、両脚だけを動かすのではなく、両脚と腰とをスムーズに連動させてこそ確実な向上を図ることが可能である。このように、ストレッチ運動のみに適した肢体訓練装置Ｘでは、歩行動作の向上を積極的に図るには不十分であった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４０２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、両足と腰部とを連動して動作させることにより、歩行動作向上を適切に図る訓練を実現可能な肢体訓練装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明によって提供される肢体訓練装置は、使用者の腰部を第１方向において支持可能な座面を有する座と、上記第１方向と直交する第２方向において上記座を挟んで離間配置されており、かつ使用者の脚部先端寄りの部分を保持する脚部保持部をそれぞれ有する１対のアームと、を備える肢体訓練装置であって、上記各アームは、上記第２方向に延びる第２軸まわりの揺動と、上記揺動の回転軸に対して上記脚部保持部が接近離間する往復動とが自在とされており、上記座は、上記第１方向に延びる第１軸まわりの揺動と、上記第２軸まわりの揺動とが自在とされており、上記１対のアームを上記第２軸まわりに互いに反対方向に揺動させるとともに、上記揺動による上記第１軸に対する上記各脚部保持部の移動方向に沿う上記第２軸まわりの回転方向に上記座を揺動させる構成とされた制御部を備えていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、上記肢体訓練装置を用いた訓練において、使用者の両脚を交互に動作させつつ、使用者の腰部を両脚の動作に合わせて揺動させることが可能である。この連動された動作は、自然な歩行動作とよく一致する。したがって、上記肢体訓練装置は、歩行が困難な使用者などが自立歩行を目指して歩行訓練するのに好適である。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各アームは、一端寄りの部分を中心として上記第２軸まわりに揺動自在である第１節と、上記第１節の他端寄りにその一端寄りの部分が連結されており、かつ上記第１節に対して上記第２軸まわりに揺動自在である第２節と、を含んでおり、上記第２節の他端寄りの部分には、上記脚部保持部が上記第２軸まわりに揺動自在に連結されている。このような構成によれば、上記１対のアームに使用者の歩行動作に合わせた自然な動作をさせることができる。したがって、歩行訓練の効果をさらに高めることが期待できる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記座および上記１対のアームを駆動するための複数のモータを備えており、上記制御部は、あらかじめ定められた運動形態に基づき、上記座および上記１対のアームを所定の動作パターンで駆動制御する。このような構成によれば、上記１対のアームおよび上記座を比較的正確に動作させることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記座および上記１対のアームを上記動作パターンで無負荷駆動させたときに上記複数のモータが必要とする無負荷電流量と、使用者が上記動作パターンで訓練したときに上記複数のモータに投入された実投入電流量と、を比較することにより、上記使用者の上記訓練による運動量を演算する演算手段と、上記運動量を表示する表示手段と、をさらに備える。このような構成によれば、訓練中にその時点の運動量を表示したり、訓練を終えたときに総運動量を表示するといったことが可能である。これは、使用者の訓練の進捗度を客観的に判断するのに好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記表示手段は、使用者の年齢、性別、体重、身長を含む個人情報を入力する手段と、上記個人情報と訓練日時と上記運動量とを記憶する記憶手段と、を備えている。このような構成によれば、使用者の性状に応じてきめ細やかな訓練を実現することができる。また、体力が低下した使用者に対して、負荷が大きい訓練を誤って行ってしまうなどの不具合を未然に防止可能である。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記表示手段は、上記個人情報を基に適正運動量を算出可能であり、かつ使用者の運動量が上記適正運動量を超過したときには警告を表示する、または上記制御部に対して訓練中止を指示する。このような構成によれば、使用者が過度に訓練してしまうことを適切に防止することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記使用者の体重のうち上記各脚部保持部に負荷される割合を、上記座の上記第２軸まわりの角度によって設定することにより、上記使用者に対する訓練の負荷を調節する構成とされている。このような構成によれば、訓練における負荷を簡便かつ確実に調節することができる。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１〜図３は、本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を示している。本実施形態の肢体訓練装置Ａ１は、ベース１、座２、１対のアーム３Ｒ，３Ｌ、入力表示器４、制御部５を具備して構成されている。
【００１９】
ベース１は、座２および１対のアーム３Ｒ，３Ｌを支持するためのものである。ベース１は、平面視矩形状の平板状であり、たとえば樹脂製または金属製である。
【００２０】
座２は、使用者が肢体訓練装置Ａ１を用いて訓練する際に腰掛けるためのものである。座２は、使用者の腰部を図中上下方向である方向ｚにおいて支持する座面２ａを有している。スタンド２２は、座２を使用者が腰掛けるのに適した高さに支持するためのものである。座２の図中奥方部分には、背もたれ２１が取り付けられている。使用者は背中を背もたれ２１に添わせることにより、訓練に適した姿勢をとることができる。座２は、方向ｚに延びる回転軸ｚ２、および方向ｘに延びる回転軸ｘ２を中心として揺動自在とされている。座２を揺動するための駆動手段は、後述するアーム３Ｌの駆動手段と類似しており、サーボモータが用いられている。
【００２１】
１対のアーム３Ｒ，３Ｌは、使用者の両脚を動作させるためのものであり、スタンド３０Ｒ，３０Ｌ、第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを具備している。
【００２２】
スタンド３０Ｒ，３０Ｌは、方向ｘにおいて離間配置されており、それぞれ柱３０ａＲ，３０ａＬと固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬとからなる。柱３０ａＲ，３０ａＬは、ベース１から起立しており、たとえば断面矩形状の角柱である。固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬは、それぞれ柱３０ａＲ，３０ａＬに対して垂直に延びている。柱３０ａＲ，３０ａＬおよび固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬを跨ぐように１対のハンドル３４Ｒ，３４Ｌが取り付けられている。１対のハンドル３４Ｒ，３４Ｌは、使用者がこれらを把持することにより訓練中の姿勢を安定させるためのものである。
【００２３】
第１節３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれ固定アーム３０ｂＲ，３０ｂＬの先端に連結されている。第１節３１Ｒ，３１Ｌは、方向ｘに延びる回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌまわりにそれぞれ独立して揺動自在とされている。図２は、第１節３１Ｌを揺動させるための駆動機構を示している。この駆動機構は、サーボモータ３６ａ、減速機３６ｂ、ベベルギア３７ａ，３７ｂ、シャフト３８ａを具備して構成されている。サーボモータ３６ａは、固定アーム３０ｂＬの内部に固定されており、図３に示すサーボドライバからの指令により所定回転角だけ回転可能とされている。サーボモータ３６ａのたとえば出力軸と反対側部分には、図３に示すロータリエンコーダＥが取り付けられている。なお、図３に示す複数のサーボモータＭのうち、回転軸ｘ３１Ｌまわりの駆動用のものが、図２に示すサーボモータ３６ａに相当する。これにより、サーボモータ３６ａの回転角を検出可能とされている。サーボモータ３６ａの出力軸には、ベベルギア３７ａが取り付けられている。第１節３１Ｌの一端側には、ベベルギア３７ｂが形成されている。ベベルギア３７ａ，３７ｂは、互いに噛み合わされている。また、第１節３１Ｌは、固定アーム３０ｂＬに対してシャフト３８ａおよびベアリング３８ｂを介して回転可能に取り付けられている。これにより、サーボモータ３６ａが回転すると、その回転角度に応じて第１節３１Ｌが回転軸ｘ３１Ｌまわりに揺動する。第１節３１Ｒを固定アーム３０ｂＲに対して回転軸ｘ３１Ｒまわりに揺動させるための駆動機構も、この駆動機構と同様である。
【００２４】
図１に示すように、第２節３２Ｒ，３２Ｌは、それぞれ第１節３１Ｒ，３１Ｌの先端に連結されている。第２節３２Ｒ，３２Ｌは、方向ｘに延びる回転軸ｘ３２Ｒ，ｘ３２Ｌまわりにそれぞれ独立して揺動自在とされている。第２節３２Ｒ，３２Ｌを揺動させるための駆動手段は、上述した第１節３１Ｌを揺動させるための駆動手段と同様である。
【００２５】
第２節３２Ｒ，３２Ｌの先端には、それぞれ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌが連結されている。脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、使用者の足先を固定保持するためのものであり、たとえば、使用者の足の甲を覆うように締め付けるベルト（図示略）が備えられている。脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、方向ｘに延びる回転軸ｘ３３Ｒ，ｘ３３Ｌまわりにそれぞれ独立して揺動自在とされている。脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを揺動させるための駆動機構は、上述した第１節３０Ｌを揺動させるための駆動手段と同様である。
【００２６】
以上に説明したように、１対のアーム３Ｒ，３Ｌは、第１節３１Ｒ，３１Ｌおよび第２節３２Ｒ，３２Ｌを備えることにより、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌまわりに揺動自在であり、かつ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを回転軸ｘ３１Ｒ，ｘ３１Ｌに対して接近離間自在に構成されている。また、本実施形態においては、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの向きが変更自在となっている。
【００２７】
入力表示器４は、使用者の個人情報などの入力と、肢体訓練装置Ａ１の動作状況や使用者の個人情報などの表示とを行うためのものである。入力表示器４は、アーム４１を介して固定アーム３０ｂＬに対して揺動可能に取り付けられている。これにより、使用者が座２に腰掛けるときには、入力表示器４を装置外方へと退避させ、使用者が上記個人情報などを入力するときには、使用者の正面に移動させることが可能とされている。入力表示器４は、入力作業のための各種ボタン、テンキーと、情報を表示するためのたとえば液晶画面とを有している。入力表示器４を用いて入力される個人情報は、使用者の年齢、性別、体重、身長を含んでいる。
【００２８】
制御部５は、あらかじめ定められた運動形態に基づいて座２および１対のアーム３Ｒ、３Ｌを連動して駆動制御するためのものであり、ＣＰＵなどの情報処理部、入出力部、電源部などを有している。
【００２９】
図３は、肢体訓練装置Ａ１のシステム構成を示している。制御部５には、入力表示器４、演算手段５１、記憶手段５２、および複数のサーボドライバが接続されている。各サーボドライバは、サーボモータＭを制御するためのものであり、サーボモータＭの回転量を検出するエンコーダＥが接続されている。
【００３０】
演算手段５１は、使用者が肢体訓練装置Ａ１を用いて訓練した際の運動量を演算するためのものである。運動量の演算は、サーボドライバを介して各サーボモータＭに通電した電流から演算する。この演算方法については、後述する。
【００３１】
記憶手段５２は、上記個人情報、訓練日時、および上記運動量を記憶するためのものである。記憶手段５２は、たとえばハードディスクなどの磁気記憶装置、またはＥＰＲＯＭなどの半導体記憶装置などによって構成されている。
【００３２】
図４は、肢体訓練装置Ａ１を動作させる制御フローの一例を示している。この制御フローは、初期設定、使用者設定、トレーニング条件の表示、装置の動作、および終了設定に区分される。
【００３３】
図５は、初期設定によって実行される制御フローの一例を示している。図３に示した各サーボモータＭを駆動可能とする電源投入の後に、１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２を退避位置から標準位置に移動させる。また、入力表示器４の電源投入や、表示内容および入力バッファメモリの初期化などが行われる。
【００３４】
図６は、使用者設定によって実行される制御フローの一例を示している。この使用者設定においては、上述した個人情報の入力が行われる。すなわち、ある使用者が初めて肢体訓練装置Ａ１を使用するときには、登録済み＝Ｎｏと判断されるため、名前、年齢、パスワード、トレーニング条件などを含む個人情報の入力が行われる。登録済みの使用者は、たとえば名前とパスワードの入力をすることにより使用者設定を完了する。
【００３５】
図７は、トレーニング条件の表示によって実行される制御フローの一例を示している。この制御フローにおいては、訓練ファイルの概要が表示される。この訓練ファイルには、たとえば図９に示す情報がリストとして含まれている。使用者は、訓練ファイルの内容を確認した上で、たとえば繰り返し回数の指定を行う。
【００３６】
図８は、装置の動作によって実行される制御フローの一例を示している。図４に示された初期設定および使用者設定を終えた状態であるため、制御部５では、使用者に応じた訓練ファイルの取り出しが行われる。本実施形態においては、第１節３１Ｒ，３１Ｌの角度θ１、第２節３２Ｒ，３２Ｌの角度θ２、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの角度θ３が取り出される。さらに、θ１〜θ３の角速度ω１〜ω３および角加速度α１〜α３が取り出される。制御部５においては、角度θ１〜θ３、角速度ω１〜ω３、および角加速度α１〜α３に基づいて、第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの時間Δｔにおける増加増分量Δθ１〜Δθ３を算出する。第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、時間Δｔごとに目標とする増加増分量Δθ１〜Δθ３だけ、それぞれに対応するサーボモータＭ、サーボドライバ、およびエンコーダＥにより回転させられる。Δｔの大きさは、制御部５の単位時間当たりの処理能力を基にできる限り短い時間として設定される。この制御が時系列的に行われると、第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌが訓練ファイルに定められた動作パターンに沿って動作することとなる。また、座２についても、図８に示したものと同様の制御フローによって、１対のアーム３Ｒ，３Ｌと連動して制御される。
【００３７】
図１０は、肢体訓練装置Ａ１の動作パターンの一例を示している。この動作パターンによれば、まず１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２は、退避位置Ｐ０，Ｓ０にあらかじめ退避させられている。上述した初期設定を終えると１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２は、標準位置としての位置Ｐ１，Ｐ３，Ｓ１にそれぞれ移動させられる。
【００３８】
図１１〜図１４は、右脚を保持するアーム３Ｒについて位置Ｐ１〜Ｐ４に移動させられたときの状態をそれぞれ示している。左脚を保持するアーム３Ｌについても、位置Ｐ１〜Ｐ４に移動させられたときの状態は、これと同様である。図１０に示されたように、アーム３Ｒが位置Ｐ２にあるときは、アーム３Ｌは、位置Ｐ４にある。一方、アーム３Ｒが位置Ｐ４にあるときは、アーム３Ｌは、位置Ｐ２にある。この一連の動作がなされている肢体訓練装置Ａ１の平面図が図１５〜図１８に示されている。アーム３Ｒが位置Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４をとるときに、アーム３Ｌは、位置Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１→Ｐ２をとっている。これにより、アーム３Ｒとアーム３Ｌとは、座２を挟んで対称な動作をさせられている。また、座２は、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌの動作に対応した揺動をさせられている。すなわち、図１６に示すように脚部保持部３３Ｌが使用者正面前方である図中下方へと移動する際には、座２は、図中時計回りに揺動している。一方、図１８に示すように、脚部保持部３３Ｒが使用者正面前方である図中下方へと移動する際には、座２は、図中反時計回りに揺動している。
【００３９】
図１１〜図１８に示された動作が行われると、肢体訓練装置Ａ１に腰掛けた使用者は、図１９〜図２２に示す運動をさせられることとなる。ただしこれらの図は、アーム３Rの動作についてのみ示している。上述したように１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２が連動して制御されることにより、使用者に自然な姿勢で歩行訓練をさせることが実現されている。
【００４０】
図２３および図２４は、上述した動作パターンにおけるアーム３Ｒ，３Ｌの角速度とサーボモータＭに流される電流の関係を示している。図２３および図２４に示された速度パターンによれば、アーム３Ｒまたはアーム３Ｌが図１における前後方向に反復して揺動させられる。図２３に示された速度パターンは、使用者への負荷が比較的小であるときの速度パターンである。一方、図２４に示された速度パターンは、使用者への負荷が比較的大であるときの速度パターンである。両者の相違点は、角速度が変動するときの角加速度の大きさにある。すなわち、比較的小さい負荷で訓練する場合には、アーム３Ｒ，３Ｌの角加速度を小さくする。これにより、使用者は、同じ軌跡を描く訓練を行っても、両脚が比較的穏やかに動かされる。これは、たとえば、自立歩行がかなり困難である使用者に対して、歩行動作のリズムを訓練させるのに適している。一方、比較的大きい負荷で訓練する場合には、アーム３Ｒ，３Ｌの角加速度を大きくする。これにより、使用者の両脚は、比較的急峻に動かされる。これは、たとえば、自立歩行に向けて負荷の小さい訓練を積んだ使用者に対して、実際の歩行に即した機敏な動きを訓練させるのに適している。
【００４１】
図２５は、肢体訓練装置Ａ１によって訓練した使用者が、その訓練においてなした運動量を算出する方法の一例を示している。本図において点線で示した電流は、使用者が腰掛けていない状態で、図２４に示した速度パターンを実現するのに必要な、いわゆる無負荷電流である。この電流は、アーム３Ｒ，３Ｌの慣性や、図２に示した減速機３６ｂの機械的損失に抗して、アーム３Ｒ，３Ｌに対して上記速度パターンに沿った動作をさせるのに必要な電流である。一方、図２５において実線で示した電流は、使用者が肢体訓練装置Ａ１に腰掛けた状態で実際に訓練を行った際にサーボモータＭに投入された実投入電流である。たとえば、使用者が両脚にほとんど力をこめることなく、アーム３Ｒ，３Ｌに両脚をあずけた状態で訓練を行った場合には、上記無負荷電流と上記実投入電流との差はほとんど無い。一方、使用者が、アーム３Ｒ，３Ｌの動作方向に合わせて、両脚に力をこめて積極的に歩行動作を行った場合には、その分だけサーボモータＭに投入される電流が小さくなる。図２５は、この場合の実投入電流を示している。すなわち、上記無負荷電流と上記実投入電流との差を算出することにより、訓練において使用者がなした運動量を算出することが可能である。肢体訓練装置Ａ１においては、図３に示す演算手段５１により、この運動量の算出がなされる。また、算出された運動量は、訓練中に単位時間当たりの運動量として、あるいは、一通りの訓練を終えた時点での総運動量として、入力表示器４に表示される。運動量の表示は、たとえば歩行距離に換算して表示することが好ましい。記憶手段５２においては、ある使用者について、訓練でなした運動量が積算される。これにより、各回の訓練において、その使用者の訓練の達成度を客観的に判断することができる。
【００４２】
また、入力表示器４は、使用者の運動量が、あらかじめ設定した適正運動量を超えた場合には、使用者に対して警告を表示する。使用者は、この警告を視認することにより、過度な訓練を行っていることを認識可能であり、訓練の負荷を小さくするなどの対処をとることができる。また、運動量が上記適正運動量を大きく超えた場合の処置として、入力表示器４から制御部５に対して訓練の停止指令が送られる。停止指令を受けた制御部５は、１対のアーム３Ｒ，３Ｌおよび座２の動作を停止するなど、適切な訓練停止フローを実行する。
【００４３】
図２６は、訓練における使用者に対する負荷を調節する別の方法を示している。この方法においては、座２を回転軸ｘ２まわりに揺動させることによって負荷の調節を行う。すなわち、負荷が大きい状態で訓練したいときは、座２を図中時計回りに揺動させる。これにより、使用者の体重のうち座２によって支持される割合が減少し、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌによって支持される割合が増加する。これは、使用者の両脚によって支えるべき体重の割合が増加することを意味する。使用者は、体重をより多く負担した、いわば両脚を強く踏ん張った状態で、上述した歩行動作の訓練を行うこととなる。これは、使用者の両脚に対して、歩行動作に必要な筋力の増強を図るのに好適である。
【００４４】
次に、肢体訓練装置Ａ１の作用について説明する。
【００４５】
本実施形態によれば、図１９〜図２２に示したように、使用者に対して両脚の交互運動および腰部の揺動とを連動して動作させることが可能である。この使用者の動作は、使用者が自立歩行する際の基本的な動作とよく一致している。したがって、肢体訓練装置Ａ１は、歩行困難な状態にある使用者が自立歩行を目指して訓練するのに好適である。
【００４６】
１対のアーム３Ｒ，３Ｌは、それぞれ独立して揺動自在とされた第１節３１Ｒ，３１Ｌ、第２節３２Ｒ，３２Ｌ、および脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌによって構成されていることにより、使用者の両脚の動きに合わせた動作が容易となっている。これは、よりスムーズな歩行動作の訓練を実現するのに適している。
【００４７】
使用者の個人情報に基づいた動作パターンで訓練することにより、個々の使用者に応じた適切な訓練を行うことができる。また、各使用者の訓練履歴を記憶しておくことにより、個々の使用者の進捗度に応じた訓練が可能である。
【００４８】
訓練中の運動量、および訓練全体での総運動量の表示は、使用者がどの程度の訓練をしたかを確認するのに都合が良い。また、使用者が訓練を積極的に継続する契機づけともなり得る。さらに、上述した適正運動量を超えた場合の警告または訓練停止により、過度な訓練による不測の事態を未然に防止することができる。
【００４９】
図２７および図２８は、本発明に係る肢体訓練装置の他の実施形態を示している。これらの図面においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００５０】
図２７は、本発明に係る肢体訓練装置の第２実施形態を示している。本実施形態の肢体訓練装置Ａ２は、アーム３Ｒ，３Ｌがリンク機構によって構成されている点が上述した実施形態と異なっている。アーム３Ｒ，３Ｌは、第１リンク３５ａＲ，３５ａＬおよび第２リンク３５ｂＲ，３５ｂＬを具備している。第１リンク３５ａＲ，３５ａＬおよび第２リンク３５ｂＲ，３５ｂＬは、それぞれ独立して動作可能であり、制御部５によって制御された複数のモータ（図示略）により動作させられる。このような実施形態によっても、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを方向ｘに延びる回転軸まわりに揺動させ、かつ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを上記回転軸に対して接近離間動させることができる。したがって、第１実施形態と同様の歩行訓練を適切に実行することが可能である。
【００５１】
図２８は、本発明に係る肢体訓練装置の第３実施形態を示している。本実施形態の肢体訓練装置Ａ３は、アーム３Ｒ，３Ｌがスライダ３９Ｒ，３９Ｌを有する構成とされている点が上述したいずれの実施形態とも異なっている。アーム３Ｒ，３Ｌは、全体としてスタンド３０Ｒ，３０Ｌに対して揺動自在に連結されている。また、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、スライダ３９Ｒ，３９Ｌに対して取り付けられている。これにより、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌは、アーム３Ｒ，３Ｌの長手方向において往復動自在とされている。このような実施形態によっても、脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを方向ｘに延びる回転軸まわりに揺動させ、かつ脚部保持部３３Ｒ，３３Ｌを上記回転軸に対して接近離間動させることができる。したがって、第１実施形態と同様の歩行訓練を適切に実行することが可能である。
【００５２】
本発明に係る肢体訓練装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る肢体訓練装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図３】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態のシステム構成図である。
【図４】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の制御内容を示すフロー図である。
【図５】図４における初期設定の実行内容を示すフロー図である。
【図６】図４における使用者設定の実行内容を示すフロー図である。
【図７】図４におけるトレーニング条件の表示の実行内容を示すフロー図である。
【図８】図４における装置の動作の表示の実行内容を示すフロー図である。
【図９】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態に用いられる訓練ファイルの一例である。
【図１０】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作パターンの一例である。
【図１１】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１２】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１３】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１４】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部側面図である。
【図１５】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１６】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１７】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１８】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態の動作状態を示す要部平面図である。
【図１９】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２０】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２１】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２２】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練状態を示す要部側面図である。
【図２３】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた負荷小の速度パターンを示すグラフである。
【図２４】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた負荷大の速度パターンを示すグラフである。
【図２５】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練における運動量の算出方法を説明するためのグラフである。
【図２６】本発明に係る肢体訓練装置の第１実施形態を用いた訓練における負荷調整方法の一例を示す要部側面図である。
【図２７】本発明に係る肢体訓練装置の第２実施形態を示す全体斜視図である。
【図２８】本発明に係る肢体訓練装置の第３実施形態を示す全体斜視図である。
【図２９】従来の肢体訓練装置の一例を示す全体斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 肢体訓練装置
Ｘ （第２）方向
Ｚ （第１）方向
α１，α２，α３ 角加速度
θ１，θ２，θ３ 角度
ω１，ω２，ω３ 角速度
１ ベース
２ 座
２ａ 座面
３Ｒ，３Ｌ アーム
４ 入力表示器（表示手段）
５ 制御手段
２１ 背もたれ
２２ スタンド
３０Ｒ，３０Ｌ スタンド
３１Ｒ，３１Ｌ 第１節
３２Ｒ，３２Ｌ 第２節
３３Ｒ，３３Ｌ 脚部保持部
３４Ｒ，３４Ｌ ハンドル
３５ａＲ，３５ａＬ 第１リンク機構
３５ｂＲ，３５ｂＬ 第２リンク機構
３６ａ モータ
３６ｂ 減速機
３７ａ，３７ｂ ベベルキア
３８ａ シャフト
３８ｂ ベアリング
３９Ｒ，３９Ｌ スライダ
５１ 演算手段
５２ 記憶手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の腰部を第１方向において支持可能な座面を有する座と、
上記第１方向と直交する第２方向において上記座を挟んで離間配置されており、かつ使用者の脚部先端寄りの部分を保持する脚部保持部をそれぞれ有する１対のアームと、を備える肢体訓練装置であって、
上記各アームは、上記第２方向に延びる第２軸まわりの揺動と、上記揺動の回転軸に対して上記脚部保持部が接近離間する往復動とが自在とされており、
上記座は、上記第１方向に延びる第１軸まわりの揺動と、上記第２軸まわりの揺動とが自在とされており、
上記１対のアームを上記第２軸まわりに互いに反対方向に揺動させるとともに、上記揺動による上記第１軸に対する上記各脚部保持部の移動方向に沿う上記第２軸まわりの回転方向に上記座を揺動させる構成とされた制御部を備えていることを特徴とする、肢体訓練装置。
【請求項２】
上記各アームは、一端寄りの部分を中心として上記第２軸まわりに揺動自在である第１節と、上記第１節の他端寄りにその一端寄りの部分が連結されており、かつ上記第１節に対して上記第２軸まわりに揺動自在である第２節と、を含んでおり、
上記第２節の他端寄りの部分には、上記脚部保持部が上記第２軸まわりに揺動自在に連結されている、請求項１に記載の肢体訓練装置。
【請求項３】
上記座および上記１対のアームを駆動するための複数のモータを備えており、
上記制御部は、あらかじめ定められた運動形態に基づき、上記座および上記１対のアームを所定の動作パターンで駆動制御する、請求項１に記載の肢体訓練装置。
【請求項４】
上記座および上記１対のアームを上記動作パターンで無負荷駆動させたときに上記複数のモータが必要とする無負荷電流量と、使用者が上記動作パターンで訓練したときに上記複数のモータに投入された実投入電流量と、を比較することにより、上記使用者の上記訓練による運動量を演算する演算手段と、
上記運動量を表示する表示手段と、をさらに備える、請求項３に記載の肢体訓練装置。
【請求項５】
上記表示手段は、使用者の年齢、性別、体重、身長を含む個人情報を入力する手段と、上記個人情報と訓練日時と上記運動量とを記憶する記憶手段と、を備えている、請求項４に記載の肢体訓練装置。
【請求項６】
上記表示手段は、上記個人情報を基に適正運動量を算出可能であり、かつ使用者の運動量が上記適正運動量を超過したときには警告を表示する、または上記制御部に対して訓練中止を指示する、請求項５に記載の肢体訓練装置。
【請求項７】
上記使用者の体重のうち上記各脚部保持部に負荷される割合を、上記座の上記第２軸まわりの角度によって設定することにより、上記使用者に対する訓練の負荷を調節する構成とされている、請求項１ないし７のいずれかに記載の肢体訓練装置。
【請求項１】
使用者の腰部を第１方向において支持可能な座面を有する座と、
上記第１方向と直交する第２方向において上記座を挟んで離間配置されており、かつ使用者の脚部先端寄りの部分を保持する脚部保持部をそれぞれ有する１対のアームと、を備える肢体訓練装置であって、
上記各アームは、上記第２方向に延びる第２軸まわりの揺動と、上記揺動の回転軸に対して上記脚部保持部が接近離間する往復動とが自在とされており、
上記座は、上記第１方向に延びる第１軸まわりの揺動と、上記第２軸まわりの揺動とが自在とされており、
上記１対のアームを上記第２軸まわりに互いに反対方向に揺動させるとともに、上記揺動による上記第１軸に対する上記各脚部保持部の移動方向に沿う上記第２軸まわりの回転方向に上記座を揺動させる構成とされた制御部を備えていることを特徴とする、肢体訓練装置。
【請求項２】
上記各アームは、一端寄りの部分を中心として上記第２軸まわりに揺動自在である第１節と、上記第１節の他端寄りにその一端寄りの部分が連結されており、かつ上記第１節に対して上記第２軸まわりに揺動自在である第２節と、を含んでおり、
上記第２節の他端寄りの部分には、上記脚部保持部が上記第２軸まわりに揺動自在に連結されている、請求項１に記載の肢体訓練装置。
【請求項３】
上記座および上記１対のアームを駆動するための複数のモータを備えており、
上記制御部は、あらかじめ定められた運動形態に基づき、上記座および上記１対のアームを所定の動作パターンで駆動制御する、請求項１に記載の肢体訓練装置。
【請求項４】
上記座および上記１対のアームを上記動作パターンで無負荷駆動させたときに上記複数のモータが必要とする無負荷電流量と、使用者が上記動作パターンで訓練したときに上記複数のモータに投入された実投入電流量と、を比較することにより、上記使用者の上記訓練による運動量を演算する演算手段と、
上記運動量を表示する表示手段と、をさらに備える、請求項３に記載の肢体訓練装置。
【請求項５】
上記表示手段は、使用者の年齢、性別、体重、身長を含む個人情報を入力する手段と、上記個人情報と訓練日時と上記運動量とを記憶する記憶手段と、を備えている、請求項４に記載の肢体訓練装置。
【請求項６】
上記表示手段は、上記個人情報を基に適正運動量を算出可能であり、かつ使用者の運動量が上記適正運動量を超過したときには警告を表示する、または上記制御部に対して訓練中止を指示する、請求項５に記載の肢体訓練装置。
【請求項７】
上記使用者の体重のうち上記各脚部保持部に負荷される割合を、上記座の上記第２軸まわりの角度によって設定することにより、上記使用者に対する訓練の負荷を調節する構成とされている、請求項１ないし７のいずれかに記載の肢体訓練装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２００７−１１１２９４（Ｐ２００７−１１１２９４Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０６６７２（Ｐ２００５−３０６６７２）
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
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