歩行訓練支援装置
【課題】荷重状態の高度な解析を行いつつ、歩行訓練支援装置の小型化及び低コスト化を図る。
【解決手段】表示制御部１４２が、被計測者に対して圧力分布センサ１１上で足踏みを行うことを指示する。解析部１３１が、圧力分布センサ１１からの圧力分布データに基づいて、被計測者が足踏みをおこなったときの被計測者の荷重状態を解析する。
【解決手段】表示制御部１４２が、被計測者に対して圧力分布センサ１１上で足踏みを行うことを指示する。解析部１３１が、圧力分布センサ１１からの圧力分布データに基づいて、被計測者が足踏みをおこなったときの被計測者の荷重状態を解析する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加齢、病気及びケガなどにより歩行機能が低下している場合に、歩行機能を回復させるために行われる歩行訓練を支援する歩行訓練支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行機能の向上を図る歩行訓練の支援装置としては、被験者が歩行可能となっている圧力分布センサを備え、当該圧力分布センサ上を被験者が歩行したときの足裏にかかる荷重と足位置と計測する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によると、被験者の歩行状態が数値化されて理想的な歩行状態との差を客観的に把握することができ、歩行訓練を効率よく行うことができる。また、立位状態における被験者の重心位置を得ることができるロードセルを備え、指示された重心位置と一致するように、被験者が重心位置を移動させる訓練を行う技術が知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０８６９８号公報（図１、図２）
【特許文献２】特開平０７−２７５３０７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によると、被験者が通常の歩行を行うために圧力分布センサの面積を大きくする必要があるため、装置が大型化する。また、圧力分布センサが高価なため、装置の製造コストが高くなる。他方、特許文献２の技術によると、装置が小型化し、安価なロードセルを使用するため製造コストが低くなるが、ロードセルでは、被験者の重心位置を得ることはできても被験者の足裏の位置及び足圧分布を得ることができないため、歩行状態について高度な解析を行うことができない。
【０００５】
本発明の主たる目的は、荷重状態の高度な解析を行いつつ、小型化及び低コスト化を図ることができる歩行訓練支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明の歩行訓練支援装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、前記圧力分布センサ上で足踏みするように被計測者に指示する指示手段と、前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で足踏みしたときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えている。
【０００７】
本発明によると、被計測者が圧力分布センサ上を移動しないため、圧力分布センサを小さくすることができる。これにより圧力分布センサにより被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサを小型化することによって歩行訓練支援装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０００８】
本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置を算出する片足重心位置算出手段と、前記圧力分布センサ上の被計測者の一方の足との接触領域内における、前記片足重心位置算出手段により算出された当該一方の足の重心位置の軌跡長である片足重心軌跡長を算出する片足重心軌跡長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、足踏み時における各足の安定度を計測することができる。
【０００９】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記圧力分布センサ上において、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の軌跡が描かれた領域の面積を被計測者が足踏みするときの左右の足の距離で除した比歩隔外周面積を算出する比歩隔外周面積算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者の歩隔が変動した場合でも、被計測者の重心動揺を正確に計測することができる。
【００１０】
別の観点から見て、本発明の歩行訓練支援装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、前記圧力分布センサ上で跳躍するように被計測者に指示する指示手段と、前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で跳躍したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えている。
【００１１】
本発明によると、被計測者が圧力分布センサ上で跳躍を行うことができればよいため、圧力分布センサを小さくすることができる。これにより圧力分布センサにより被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサを小型化することによって歩行訓練支援装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上において、被計測者の荷重が消失したときから、再び被計測者の荷重が表れるまでの時間である跳躍時間を算出する跳躍時間算出手段を含んでいることが好ましい。これによると、跳躍時における被計測者の脚力及びその安定度を計測することができる。
【００１３】
さらに、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記重心位置算出手段が算出した重心位置の軌跡長である跳躍重心軌跡長を算出する跳躍重心軌跡長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、跳躍時における被計測者の正確な重心動揺を計測することができる。
【００１４】
これら本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の基準となる基準位置を算出する基準位置算出手段と、前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、計測時間内において、前記中心変位長離算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、計測時間内におけるサンプリング時間ごとに基準位置を算出することによって、足踏みにおいて、被験者の重心位置と圧力分布センサにおける被計測者との接触領域とが変化するときも、ふらつき度との相関関係が高い総中心変位長を算出することができる。これにより、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段と、前記各歩重心位置算出手段に算出された各歩の重心位置に基づいて、被計測者の各足における重心位置のばらつき度を算出するばらつき度算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、ふらつき度との関連性が高いばらつき度を計測することにより、被計測者のふらつき度を把握することができる。
【００１６】
さらに、本発明においては、前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの前後方向に関する距離及び左右方向に関する距離の少なくともいずれかを積算することによって前記ばらつき度を算出してもよい。
【００１７】
または、前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの距離を積算することによって前記ばらつき度を算出してもよい。これらによると、被計測者のばらつき度を正確に計測することができる。
【００１８】
前記解析手段が前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段、及び、前記各歩重心位置算出手段に算出されたｎ−１歩目（ｎは正の整数）の重心位置とｎ歩目の重心位置との中心点の移動軌跡長を算出する中心点移動軌跡長算出手段を含んでいることが好ましい。これによると、足踏みを行ったときの圧力分布センサ上における被計測者の位置の変化を計測することができる。これにより、被計測者のふらつき度を正確に把握することができる。
【００１９】
前記各歩重心位置算出手段が、被計測者の左足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を被計測者の各歩の重心位置として算出することが好ましい。これによると、各歩の重心位置に被計測者のふらつき度を確実に反映させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態の歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。図２は、図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す歩行訓練支援装置１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０と、圧力検出部１２とパソコン２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。接続ユニット４０は、インターフェースボックス４５及びインターフェースケーブル４６を含んでおり、その両端が圧力検出部１２及びパソコン２０の各入出力インターフェース（図示しない）に接続されている。歩行訓練支援装置１は、被計測者が圧力分布センサ１１上で所定の動作を行うことにより、被計測者の荷重状態を解析するものである。
【００２２】
圧力分布センサ１１は、被計測者がその上に立つ場合に、被計測者の両足から加えられる圧力を検知する圧力検知領域となる多数の感圧センサ１１ａが格子状に配置されたものである。圧力検出部１２は、多数の感圧センサ１１ａのそれぞれに接続されており、各感圧センサ１１ａの状態を検出する。本実施形態では、圧力分布センサ１１の厚さは、約０．１〜０．２ｍｍである。ここで、本実施形態では、各感圧センサ１１ａの状態は、それらに加えられる圧力に対応した０〜２５５のデジタル出力値によって表され、その出力値がパソコン２０に対して出力される。
【００２３】
このように、本実施形態では、被計測者がその上に立つための十分な剛性を有する検出板は必要ではなく、被計測者の両足は圧力分布センサ１１上に載せることができる。なお、圧力分布センサ１１の大きさは、計測時における圧力分布センサ１１上での被計測者の動作内容によって決定される。また、圧力分布センサ１１は、シート単体での使用も可能であるが、シートの保護の観点から、ゴムシートを緩衝用に積層してもよい。また、床上へのセッティングを容易にする目的でセンサを保持するアルミなどの金属製や樹脂製の板の上に積層してもよい。
【００２４】
パソコン２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部３０（図２参照）とを有している。ここで、制御部３０には、歩行訓練支援装置１に係る各種動作を制御する歩行訓練支援プログラムやデータなどが格納されたハードディスク、歩行訓練支援装置１の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどが含まれている。
【００２５】
制御部３０は、図２に示すように、圧力分布データ記憶部１３２と、解析部１３１と、重心位置記憶部１３８と、基準位置記憶部１３９と、中心変位長記憶部１４０と、表示制御部１４２とを有している。また、制御部３０には、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６とがそれぞれ接続されている。
【００２６】
圧力分布データ記憶部１３２は、圧力検出部１２から接続ユニット４０を介してパソコン２０に送信された圧力分布データを記憶するものである。圧力分布データ記憶部１３２には、圧力分布センサ１１に格子状に配置された多数の感圧センサ１１ａごとに、計測時間内におけるサンプル時間おきの圧力分布データが記憶されている。つまり、各サンプル時間に対応する１つの検知時刻における多数の感圧センサ１１ａの圧力分布データが、検知時刻の数だけ記憶されている。従って、この圧力分布データに基づいて、各感圧センサ１１ａで検知される圧力の時間的な変化を把握することができる。また、圧力分布センサ１１で検出される圧力分布の時間的な変化を検知することができる。
【００２７】
解析部１３１は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて、圧力分布センサ１１上で被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態を解析するものである。足踏みの動作内容について図３を参照しつつ説明する。図３は足踏みの動作内容を示した図である。なお、図中に示された足形は、圧力分布センサ１１上に配置された被計測者の足の配置位置を示している。また、図中の曲線は、被計測者の重心位置の軌跡を示している。
【００２８】
図３に示すように、足踏みは、被計測者が、圧力分布センサ１１の中央付近において、左足のみが圧力分布センサ１１上に配置される動作と、右足のみが圧力分布センサ１１上に配置される動作とを交互に行うものである。このとき、被計測者の重心位置が両足の間を往復するような軌跡を描いている。このように、足踏みにおいては、被験者の動作に被計測者の一方の足が圧力分布センサから離隔する状態が含まれている。つまり、被計測者の重心位置と足裏の接触位置とが変化することになる。
【００２９】
図２に戻って、解析部１３１は、重心算出部１３３と、比較部１３４と、変換部１３５と、基準位置算出部１３６と、中心変位長算出部１３７と、パラメータ算出部１４１とを有している。
【００３０】
重心算出部１３３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。
【００３１】
重心算出部１３３における重心位置の算出方法について、図４を参照して説明する。図４は、所定時間において多数の感圧センサ１１ａで検知される圧力分布データを示している。本実施形態の圧力分布センサ１１では、多数の感圧センサ１１ａが、Ｘ軸方向（左右方向）にｍ＋１列に配置されていると共に、Ｙ軸方向（上下方向）にｎ＋１列に配置されている。従って、多数の感圧センサ１１ａは、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の格子状に配置されている。
【００３２】
また、図４では、各感圧センサ１１ａで検知された圧力データが記号で示されている。例えば、Ｘ軸方向にはｕ列目であって且つＹ軸方向にはｖ列目に対応する感圧センサ１１ａによって検知される圧力データは、ａ（ｕ、ｖ）（但し、ｕは０以上ｍ以下の整数、ｖは０以上ｎ以下の整数）と表されている。
【００３３】
この場合のＸ軸方向の重心位置Ｃｆｘは、次式で算出される。
【式１】
【００３４】
【００３５】
また、Ｙ軸方向の重心位置Ｃｆｙは、次式で算出される。
【式２】
【００３６】
【００３７】
図２に戻って、重心算出部１３３は、片足重心算出部１３３ａを含んでいる。片足重心算出部１３３ａは、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の各足の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。
【００３８】
比較部１３４は、各感圧センサ１１ａで検知された出力値と、閾値１とを比較するものである。上述したように、各感圧センサ１１ａで検知された出力値は、０〜２５５のデジタル出力値によって表される。各感圧センサ１１ａから出力がある場合には、その出力値は閾値１以上になる。
【００３９】
変換部１３５は、比較部１３４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を１（第１所定値）に変換し、比較部１３４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１よりも小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を０（第２所定値）に変換するものである。従って、変換部１３５では、各感圧センサ１１ａにおける出力値が閾値１以上になる場合には、その出力値は１に変換され、各感圧センサ１１ａにおける出力がない（０である）場合には、その出力値は０のままである。このように、本実施形態では、各感圧センサ１１ａの出力値は、０または１のいずれかに２値化変換される。
【００４０】
被計測者が圧力分布センサ１１上に両足を配置したときの出力値が２値化変換されたものの一例を図５に示す。なお、図５においては、出力値が０に変換された領域を白で、出力値が１に変換された領域を黒で示している。また、被計測者のふらつき度を計測するための基準位置をＡで、重心位置をＢで示している。さらに、後述する中心変位長をＣで示している。図５に示すように、各感圧センサ１１ａの出力値が２値化変換されることにより、被計測者の両足と圧力分布センサ１１との接触領域を正確に表すことができる。そして、接触領域の中心位置と重心位置Ｂとが一致しているときは安定度が一番高い、言い換えるとふらつき度が一番小さいといえる。つまり、接触領域の中心位置をふらつき度を計測するための基準位置Ａとし、基準位置Ａと重心位置Ｂとの距離である中心変位長Ｃを、ふらつき度を表す指標とする。
【００４１】
図２に戻って、基準位置算出部１３６は、検知時刻ごとに被計測者の基準位置を算出すると共に算出した基準位置を基準位置記憶部１３９に記憶するものである。上述したように、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置を算出し、これを基準位置とする。そして、Ｘ軸方向の基準位置Ｃｐｘは、次式で算出される。
【式３】
【００４２】
【００４３】
また、Ｙ軸方向の基準位置Ｃｐｙは、次式で算出される。
【式４】
【００４４】
【００４５】
ここで、式３及び式４においては、圧力データａ（ｕ、ｖ）としては、変換部１３５によって変換された後の出力値が用いられる。つまり、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上である場合には、それらの出力値は全て１として、一方、その出力値が閾値１より小さい場合には、それらの出力値は全て０として、式３及び式４によって基準位置が算出される。算出された基準位置は順次基準位置記憶部１３９に記憶される。つまり、検知時刻ごとに、被計測者の重心位置が重心位置記憶部１３８に記憶されると共に基準位置が基準位置記憶部１３９に記憶される。
【００４６】
中心変位長算出部１３７は、各検知時刻に対応して、重心算出部１３３が算出した重心位置（Ｃｆｘ、Ｃｆｙ）と、基準位置算出部１３６が算出した基準位置（Ｃｐｘ、Ｃｐｙ）との距離である中心変位長を算出すると共に算出した中心変位長を検知時刻ごとに中心変位長記憶部１４０に記憶するものである。つまり、中心変位長は、１つの計測時間内における各検知時刻に対応する数だけ算出される。上述したように、中心変位長は被計測者のふらつき度の指標となるものである（図５のＣ参照）。
【００４７】
パラメータ算出部１４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心軌跡長」及び「比歩隔外周面積」）を算出するものであり、総中心変位長算出部１４１ａと、単位総中心変位長算出部１４１ｂと、片足重心軌跡長算出部１４１ｃと、比歩隔外周面積算出部１４１ｄとを含んでいる。
【００４８】
総中心変位長算出部１４１ａは、「総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」及び「総Ｙ中心変位長」を算出するものである。「総中心変位長」は、１つの計測時間内における各検知時刻に対応するように算出された中心変位長を積算したものである。「総Ｘ中心変位長」は、「総中心変位長」におけるＸ方向成分の長さである。「総Ｙ中心変位長」は、「総中心変位長」におけるＹ方向成分の長さである。
【００４９】
単位総中心変位長算出部１４１ｂは、「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出するものである。「単位総中心変位長」は、「総中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものである。なお、単位時間は任意の時間であってよい。同様に「単位総Ｘ中心変位長」は、「総Ｘ中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものであり、「単位総Ｙ中心変位長」は、「総Ｙ中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものである。「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」同士を比較することにより、被計測者によって総中心変位長が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。
【００５０】
片足重心軌跡長算出部１４１ｃは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の各足の重心位置に基づいて「片足重心軌跡長」を算出するものである。「片足重心軌跡長」について図６を参照しつつ説明する。図６は、圧力分布センサ１１上の被計測者の一方の足の重心位置の軌跡を示した図である。図６に示すように、「片足重心軌跡長」は、計測時間内における、前記圧力分布センサ１１上の被計測者の一方の足との接触領域内における、各足の重心位置の軌跡の長さである。
【００５１】
比歩隔外周面積算出部１４１ｄは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の各足の重心位置に基づいて「比歩隔外周面積」を算出するものである。「比歩隔外周面積」について図７を参照しつつ説明する。図７は、圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置の軌跡を示した図である。図７に示すように、「比歩隔外周面積」は、圧力分布センサ１１上において、重心算出部１３３が算出した被計測者の重心位置の軌跡が描かれた領域（図中破線で囲われた領域）の面積Ｓを被計測者が足踏みするときの左右の足の距離Ｌで除したものである。左右の足の距離Ｌは、被計測者の重心位置の軌跡から算出したものを用いてもよいし、予め入力されたものを用いてもよい。
【００５２】
図２に戻って、前述したように、重心位置記憶部１３８は、重心算出部１３３に算出された重心位置、及び、片足重心算出部１３３ａに算出された各足の重心位置を検知時刻ごとに記憶するものである。また、基準位置記憶部１３９は、基準位置算出部１３６で算出された基準位置を検知時刻ごとに記憶するものである。さらに、中心変位長記憶部１４０は、中心変位長算出部１３７で算出された中心変位長を検知時刻ごとに記憶するものである。
【００５３】
表示制御部１４２は、被計測者に足踏みの動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部１４２は、被計測者に足踏み動作を指示するものである。
【００５４】
つまり、歩行訓練支援装置１の動作においては、まず、表示制御部１４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上で足踏みを行う旨をディスプレイ２に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２に表示されている指示に従って足踏みを行う。被計測者の足踏みが完了すると、解析部１３１が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部１３１による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部１４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２に表示させる。
【００５５】
表示制御部１４２がディスプレイ２に表示させる解析結果について図８を参照しつつ説明する。図８は、足踏み動作の解析結果の表示内容を示す図である。図８に示すように、表示制御部１４２は、圧力分布ウィンドウ５１及び結果表示ウィンドウ５２をディスプレイ２１に表示させる。
【００５６】
圧力分布ウィンドウ５１には、被計測者の両足から圧力分布センサ１１上に加えられる圧力分布６１が、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて表示されている。ここで、圧力分布６１は、等圧線状に表示されており、圧力値の大きさが変化するのに伴って、段階的に変化する色のスケールにしたがって表示されている。また、圧力分布ウィンドウ５１には、重心位置記憶部１３８に記憶されている重心位置データに基づいて、被計測者の重心が移動するときの軌跡６２が描かれている。従って、オペレータは、圧力分布ウィンドウ５１を見ることによって、被計測者の両足の圧力分布６１及び重心位置の軌跡６２を把握することができる。
【００５７】
また、結果表示ウィンドウ５２には、パラメータ算出部１４１で算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心軌跡長」及び「比歩隔外周面積」の数値がそれぞれ表示される。これら各パラメータを参照することにより、被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態を客観的に把握することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置１によると、被計測者が圧力分布センサ１１上を移動しない足踏みを行うため、圧力分布センサ１１を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ１１によって被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ１１を小型化することによって歩行訓練支援装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００５９】
また、総中心変位長算出部１４１ａが、各検知時刻における圧力分布データに基づいて、被計測者の重心位置、及び、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置である基準位置を算出し、算出した重心位置と基準位置とに基づいて、各検知時刻の中心変位長と、これが積算された総中心変位長とを算出する。このように、基準座標を計測時間内における検知時刻ごとに算出するため、足踏み時において被計測者の一方の足が圧力分布センサ１１から離隔することにより、重心位置と足裏の接触位置とが変化する場合でも、ふらつき度との相関関係が高い中心変位長を算出することができる。このため、中心変位長に基づいてパラメータ算出部１４１により算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」から被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００６０】
さらに、単位総中心変位長算出部１４１ｂが「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出することにより、被計測者によって計測時間が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。
【００６１】
加えて、片足重心軌跡長算出部１４１ｃが、「片足重心軌跡長」を算出することにより、足踏み時における各足の安定度を計測することができる。
【００６２】
加えて、比歩隔外周面積算出部１４１ｄが「比歩隔外周面積」を算出することにより足踏み時における被計測者の重心動揺を計測することができる。
【００６３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図９を参照しつつ説明する。図９は、第２実施形態の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と実質的に同じ機能を有するものは同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
図２に示すように、歩行訓練支援装置２０１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ２２０と、圧力検出部１２とパソコン２２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている（図１参照）。パソコン２２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部２３０とを有している。
【００６５】
制御部２３０は、圧力分布データ記憶部１３２と、解析部２３１と、重心位置記憶部１３８と、基準位置記憶部１３９と、中心変位長記憶部１４０と、表示制御部２４２とを有している。解析部２３１は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて、圧力分布センサ１１上で被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態を解析するものである。
【００６６】
解析部２３１は、重心算出部１３３と、比較部１３４と、変換部１３５と、基準位置算出部１３６と、中心変位長算出部１３７と、パラメータ算出部２４１とを有している。
【００６７】
パラメータ算出部２４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「跳躍時間」及び「跳躍重心軌跡長」）を算出するものであり、総中心変位長算出部１４１ａと、単位総中心変位長算出部１４１ｂと、跳躍時間算出部２４１ｃと、跳躍重心軌跡長算出部２４１ｄとを含んでいる。総中心変位長算出部１４１ａ及び単位総中心変位長算出部１４１ｂの機能は、第１実施形態と実質的に同様であるためその説明を省略する。
【００６８】
跳躍時間算出部２４１ｃは、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、「跳躍時間」を算出するものである。「跳躍時間」とは、圧力分布センサ１１上において、被計測者の荷重が消失したときから、再び被計測者の荷重が表れるまでの時間である。なお、「跳躍時間」は、計測時間内において被計測者が跳躍する毎に算出される。
【００６９】
跳躍重心軌跡長算出部２４１ｄは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の重心位置に基づいて「跳躍重心軌跡長」を算出するものである。「跳躍重心軌跡長」とは、計測時間内における、圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置の軌跡の長さである。
【００７０】
表示制御部２４２は、被計測者に跳躍の動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部２４２は、被計測者に跳躍動作を指示するものである。
【００７１】
歩行訓練支援装置２０１の動作においては、まず、表示制御部２４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上で跳躍を行う旨をディスプレイ２に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２に表示されている指示に従って跳躍を行う。被計測者の跳躍が完了すると、解析部２３１が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部２３１による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部２４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２に表示させる。
【００７２】
表示制御部２４２がディスプレイ２に表示させる解析結果について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、跳躍動作の解析結果の表示内容を示す図である。図１０に示すように、表示制御部１４２は、圧力分布ウィンドウ２５１及び結果表示ウィンドウ２５２をディスプレイ２１に表示させる。
【００７３】
圧力分布ウィンドウ２５１には、被計測者の両足から圧力分布センサ１１上に加えられる圧力分布２６１が、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて表示されている。ここで、圧力分布２６１は、等圧線状に表示されており、圧力値の大きさが変化するのに伴って、段階的に変化する色のスケールにしたがって表示されている。また、圧力分布ウィンドウ２５１には、重心位置記憶部１３８に記憶されている重心位置データに基づいて、被計測者の重心が移動するときの軌跡２６２が描かれている。従って、オペレータは、圧力分布ウィンドウ２５１を見ることによって、被計測者の両足の圧力分布２６１及び重心位置の軌跡２６２を把握することができる。
【００７４】
また、結果表示ウィンドウ２５２には、パラメータ算出部２４１で算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「跳躍時間」及び「跳躍重心軌跡長」の数値がそれぞれ表示される。なお、図１０においては、計測時間内に被計測者が４回跳躍したときの結果を示しており、４回分の「跳躍時間」が「跳躍時間１」〜「跳躍時間４」として表示されている。これら各パラメータを参照することにより、被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態を客観的に把握することができる。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置２０１によると、被計測者は圧力分布センサ１１上で跳躍を行えばよいため、圧力分布センサ１１を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ１１によって被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ１１を小型化することによって歩行訓練支援装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００７６】
また、総中心変位長算出部１４１ａが、各検知時刻における圧力分布データに基づいて、被計測者の重心位置、及び、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置である基準位置を算出し、算出した重心位置と基準位置とに基づいて、各検知時刻の中心変位長と、これが積算された総中心変位長とを算出する。このように、基準座標を計測時間内における検知時刻ごとに算出するため、跳躍時において、ふらつき度との相関関係が高い中心変位長を算出することができる。このため、中心変位長に基づいてパラメータ算出部１４１により算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」から被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００７７】
さらに、単位総中心変位長算出部１４１ｂが「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出することにより、被計測者によって計測時間や跳躍回数が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。
【００７８】
加えて、跳躍時間算出部２４１ｃが、「跳躍時間」を算出することにより、跳躍時における被計測者の脚力及びその安定度を計測することができる。
【００７９】
加えて、跳躍重心軌跡長算出部１４１ｄが「跳躍重心軌跡長」を算出することにより、跳躍時における被計測者の正確な重心動揺を計測することができる。
【００８０】
＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、第３実施形態の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。なお、第１及び第２実施形態と実質的に同じ機能を有するものは同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図１１に示すように歩行訓練支援装置３０１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、制御部３３０を有するパーソナルコンピュータ（パソコン）３２０と、圧力検出部１２とパソコン３２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。
【００８２】
制御部３３０は、圧力分布データ記憶部１３２と、重心位置記憶部１３８と、解析部３３１と、表示制御部３４２とを有している。そして、解析部３３１は、重心算出部３３３と、パラメータ算出部３４１とを有している。
【００８３】
重心算出部３３３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。また、重心算出部３３３は、各歩重心位置算出部３３３ａを含んでいる。
【００８４】
各歩重心位置算出部３３３ａは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の各足の重心位置に基づいて「各歩重心位置」を算出するものである。「各歩重心位置」とは、被計測者が足踏みしたときの圧力分布センサ１１上における各歩の重心位置である。各歩重心位置算出部３３３ａは、各歩において、被計測者の左足のみが圧力分布センサ１１上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが圧力分布センサ１１上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を被計測者の「各歩重心位置」として算出する。
【００８５】
パラメータ算出部３４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「ばらつき度」及び「中心点移動軌跡長」）を算出するものであり、ばらつき度算出部３４１ａと、中心点移動軌跡長算出部３４１ｂとを含んでいる。
【００８６】
ばらつき度算出部３４１ａは、各歩重心位置算出部３３３ａが算出した「各歩重心位置」に基づいて「ばらつき度」を算出するものである。ばらつき度算出部３４１ａについて図１２を参照しつつ説明する。図１２は、被計測者が足踏みを行ったときの被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の自然数）の「各歩重心位置」とｍ歩目の「各歩重心位置」とを示している。なお、ｍ−２歩目及びｍ歩目は共に左足での踏み込みであり、図１２に示す足形はｍ歩目の足の配置位置を示している。また、図１２中ｘ方向は被計測者の左右方向であり、ｙ方向は被計測者の前後方向である。図１２に示すように、ｍ−２歩目とｍ歩目とでは、「各歩重心位置」がｘ方向に関して距離Ｌｘ及びｙ方向に関して距離Ｌｙずれている。ばらつき度算出部３４１ａは、ｍ−２歩目の「各歩重心位置」及びｍ歩目の「各歩重心位置」に関するずれ量である距離Ｌｘ及び距離Ｌｙを、被計測者が足踏みする毎に積算することによって、左足に関する距離Ｌｘの積算値及び距離Ｌｙの積算値と、右足に関する距離Ｌｘの積算値及び距離Ｌｙの積算値との計４つの積算値を算出する。そして、これらの積算値を合計することで最終的な「ばらつき度」を算出する。
【００８７】
なお、「ばらつき度」の算出方法はこれに限られるものではない。例えば、図１３に示すように、ばらつき度算出部が圧力分布センサ１１上において被計測者のｍ−２歩目の「各歩重心位置」からｍ歩目の「各歩重心位置」までの距離Ｌを積算することによって「ばらつき度」を算出してもよい。
【００８８】
図１１に戻って、中心点移動軌跡長算出部３４１ｂは、各歩重心位置算出部３３３ａが算出した「各歩重心位置」に基づいて「中心点移動軌跡長」を算出するものである。中心点移動軌跡長算出部３４１ｂについて、図１４を参照しつつ説明する。図１４は、被計測者が足踏みを行ったときの被計測者のｎ−１歩目（ｎは正の自然数）及びｎ歩目の「各歩重心位置」を示した図である。図１４に示すように、「中心点移動軌跡長」は、ｎ−１歩目の「各歩重心位置」とｎ歩目の「各歩重心位置」との中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）の移動軌跡長である。中心点移動軌跡長算出部３４１ｂは、被計測者が左右の足を一歩づつ踏み込む度に各歩重心位置算出部３３３ａが算出した「各歩重心位置」に基づいて中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）を順に算出し、今回算出した中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）から前回算出した中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）までの距離を積算することによって「中心点移動軌跡長」を算出する。
【００８９】
図１１に戻って、表示制御部３４２は、被計測者に足踏みの動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部３４２は、被計測者に足踏み動作を指示するものである。
【００９０】
歩行訓練支援装置３０１の動作においては、まず、表示制御部３４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上で足踏みを行う旨をディスプレイ２に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２に表示されている指示に従って足踏みを行う。被計測者の足踏みが完了すると、解析部３３１が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部３３１による各パラメータの算出が完了すると、表示部３４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２１に表示させる。
【００９１】
表示部３４２がディスプレイ２に表示させる解析結果について図１５を参照しつつ説明する。図１５は、足踏み動作の解析結果の表示内容を示す図である。図１２に示すように、表示制御部３４２は、圧力分布ウィンドウ５１及び結果表示ウィンドウ３５２をディスプレイ２１に表示させる。
【００９２】
結果表示ウィンドウ３５２には、パラメータ算出部３４１で算出された「ばらつき度」及び「中心点移動軌跡長」の数値がそれぞれ表示される。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置３０１によると、被計測者が圧力分布センサ１１上を移動しない足踏みを行うため、圧力分布センサ１１を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ１１によって被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ１１を小型化することによって歩行訓練支援装置３０１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００９４】
また、各歩重心位置算出部３３３ａが、被計測者の左足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが圧力分布センサ１１上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を「各歩重心位置」として算出しているため、各歩の重心位置に被計測者のふらつき度を確実に反映させることができる。
【００９５】
さらに、位置ばらつき算出部３４１ａが、ふらつき度との関連性が高い各歩の「ばらつき度」を計測することにより、被計測者のふらつき度を把握することができる。
【００９６】
加えて、中心点移動軌跡長算出部３４１ｂが、「中心点移動軌跡長」を算出することにより、足踏みを行ったときの圧力分布センサ１１上における被計測者の位置の変化を計測することができる。これにより、被計測者のばらつき度を正確に把握することができる。
【００９７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、第１及び第２実施形態では、変換部１３５において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が、閾値１以上である場合には、１に変換され、閾値１より小さい場合には、０に変換されているが、閾値は１に限られない。従って、出力値がデジタル出力値である場合には、閾値は２以上の整数であってもよい。また、出力値がアナログ出力値である場合には、閾値は０より大きく１より小さい数であってもよいし、１より大きい正の数であってもよい。また、出力値が閾値以上である場合に変換される第１所定値は、１に限られないで、その他の正の数であってもよい。同様に、出力値が閾値より小さい場合に変換される第２所定値は、０に限られないで、その他の数であってもよい。
【００９８】
また、第１実施形態では、パラメータ算出部１４１が「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心軌跡長」及び「比歩隔外周面積」を算出する構成であるが、これらの少なくとも１つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
【００９９】
さらに、第２実施形態では、パラメータ算出部２４１が「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「跳躍時間」及び「跳躍重心軌跡長」を算出する構成であるが、これらの少なくとも１つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
【０１００】
加えて、第２実施形態では、単位総中心変位長算出部１４１ｂが、「総中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものを算出する構成であるが、単位総中心変位長算出部１４１ｂが、「総中心変位長」を被計測者の跳躍回数で除したものを算出する構成であってもよい。
【０１０１】
また、第３実施形態では、パラメータ算出部３４１が、本実施形態では、「ばらつき度」及び「中心点移動軌跡長」を算出する構成であるが、これらの少なくとも１つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
【０１０２】
上述の各実施形態においては、表示制御部１４２、２４２、３４２が、ディスプレイ２１に動作内容を表示することによって被計測者に対して計測時の動作内容を指示する指示手段として機能する構成であるが、指示手段はこのような構成に限定されるものではない。例えば、音によって動作内容を指示する構成であってもよいし、オペレータが直接被計測者に動作内容を指示する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。
【図２】図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す歩行訓練支援装置における足踏みの動作内容を示した図である。
【図４】図１に示す感圧センサで検知される圧力分布データを示す図である。
【図５】図１に示す圧力分布センサ上に被験者が両足を配置したときの出力値が２値化変換された状態を示す図である。
【図６】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置の軌跡を示した図である。
【図７】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡を示した図である。
【図８】図２に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るの歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すばらつき度算出部が算出する「ばらつき度」を説明するための図である。
【図１３】ばらつき度算出部の変形例について説明するための図である。
【図１４】図１１に示す中心点移動軌跡長算出部が算出する「中心点移動軌跡長」を説明するための図である。
【図１５】図１１に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 歩行訓練支援装置
１１ 圧力分布センサ
１１ａ 感圧センサ（圧力検知領域）
２０ パーソナルコンピュータ
２１ ディスプレイ
３０ 制御部
１３１ 解析部（解析手段）
１３２ 圧力分布データ記憶部
１３３ 重心算出部（重心位置算出手段）
１３３ａ 片足重心算出部
１３４ 比較部（比較手段）
１３５ 変換部（第１の変換手段、第２の変換手段）
１３６ 基準位置算出部（基準位置算出手段）
１３７ 中心変位長算出部（中心変位長算出手段）
１３８ 重心位置記憶部
１３９ 基準位置記憶部
１４０ 中心変位長記憶部（中心変位長算出手段）
１４１ パラメータ算出部
１４１ａ 総中心変位長算出部
１４１ｂ 単位総中心変位長算出部
１４１ｃ 片足重心軌跡長算出部（片足重心軌跡長算出手段）
１４１ｄ 比歩隔外周面積算出部（比歩隔外周面積算出手段）
１４２ 表示制御部（指示手段）
２４１ｃ 跳躍時間算出部（跳躍時間算出手段）
２４１ｄ 跳躍重心軌跡長算出部（跳躍重心軌跡長算出手段）
３３３ａ 各歩重心位置算出部（各歩重心位置算出手段）
３４１ａ ばらつき度算出部（ばらつき度算出手段）
３４１ｂ 中心点軌跡長算出部（中心点軌跡長算出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加齢、病気及びケガなどにより歩行機能が低下している場合に、歩行機能を回復させるために行われる歩行訓練を支援する歩行訓練支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行機能の向上を図る歩行訓練の支援装置としては、被験者が歩行可能となっている圧力分布センサを備え、当該圧力分布センサ上を被験者が歩行したときの足裏にかかる荷重と足位置と計測する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によると、被験者の歩行状態が数値化されて理想的な歩行状態との差を客観的に把握することができ、歩行訓練を効率よく行うことができる。また、立位状態における被験者の重心位置を得ることができるロードセルを備え、指示された重心位置と一致するように、被験者が重心位置を移動させる訓練を行う技術が知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０８６９８号公報（図１、図２）
【特許文献２】特開平０７−２７５３０７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によると、被験者が通常の歩行を行うために圧力分布センサの面積を大きくする必要があるため、装置が大型化する。また、圧力分布センサが高価なため、装置の製造コストが高くなる。他方、特許文献２の技術によると、装置が小型化し、安価なロードセルを使用するため製造コストが低くなるが、ロードセルでは、被験者の重心位置を得ることはできても被験者の足裏の位置及び足圧分布を得ることができないため、歩行状態について高度な解析を行うことができない。
【０００５】
本発明の主たる目的は、荷重状態の高度な解析を行いつつ、小型化及び低コスト化を図ることができる歩行訓練支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明の歩行訓練支援装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、前記圧力分布センサ上で足踏みするように被計測者に指示する指示手段と、前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で足踏みしたときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えている。
【０００７】
本発明によると、被計測者が圧力分布センサ上を移動しないため、圧力分布センサを小さくすることができる。これにより圧力分布センサにより被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサを小型化することによって歩行訓練支援装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【０００８】
本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置を算出する片足重心位置算出手段と、前記圧力分布センサ上の被計測者の一方の足との接触領域内における、前記片足重心位置算出手段により算出された当該一方の足の重心位置の軌跡長である片足重心軌跡長を算出する片足重心軌跡長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、足踏み時における各足の安定度を計測することができる。
【０００９】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記圧力分布センサ上において、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の軌跡が描かれた領域の面積を被計測者が足踏みするときの左右の足の距離で除した比歩隔外周面積を算出する比歩隔外周面積算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、被計測者の歩隔が変動した場合でも、被計測者の重心動揺を正確に計測することができる。
【００１０】
別の観点から見て、本発明の歩行訓練支援装置は、被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、前記圧力分布センサ上で跳躍するように被計測者に指示する指示手段と、前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で跳躍したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えている。
【００１１】
本発明によると、被計測者が圧力分布センサ上で跳躍を行うことができればよいため、圧力分布センサを小さくすることができる。これにより圧力分布センサにより被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサを小型化することによって歩行訓練支援装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上において、被計測者の荷重が消失したときから、再び被計測者の荷重が表れるまでの時間である跳躍時間を算出する跳躍時間算出手段を含んでいることが好ましい。これによると、跳躍時における被計測者の脚力及びその安定度を計測することができる。
【００１３】
さらに、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記重心位置算出手段が算出した重心位置の軌跡長である跳躍重心軌跡長を算出する跳躍重心軌跡長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、跳躍時における被計測者の正確な重心動揺を計測することができる。
【００１４】
これら本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の基準となる基準位置を算出する基準位置算出手段と、前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、計測時間内において、前記中心変位長離算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、計測時間内におけるサンプリング時間ごとに基準位置を算出することによって、足踏みにおいて、被験者の重心位置と圧力分布センサにおける被計測者との接触領域とが変化するときも、ふらつき度との相関関係が高い総中心変位長を算出することができる。これにより、被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記解析手段が、前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段と、前記各歩重心位置算出手段に算出された各歩の重心位置に基づいて、被計測者の各足における重心位置のばらつき度を算出するばらつき度算出手段とを含んでいることが好ましい。これによると、ふらつき度との関連性が高いばらつき度を計測することにより、被計測者のふらつき度を把握することができる。
【００１６】
さらに、本発明においては、前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの前後方向に関する距離及び左右方向に関する距離の少なくともいずれかを積算することによって前記ばらつき度を算出してもよい。
【００１７】
または、前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの距離を積算することによって前記ばらつき度を算出してもよい。これらによると、被計測者のばらつき度を正確に計測することができる。
【００１８】
前記解析手段が前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段、及び、前記各歩重心位置算出手段に算出されたｎ−１歩目（ｎは正の整数）の重心位置とｎ歩目の重心位置との中心点の移動軌跡長を算出する中心点移動軌跡長算出手段を含んでいることが好ましい。これによると、足踏みを行ったときの圧力分布センサ上における被計測者の位置の変化を計測することができる。これにより、被計測者のふらつき度を正確に把握することができる。
【００１９】
前記各歩重心位置算出手段が、被計測者の左足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を被計測者の各歩の重心位置として算出することが好ましい。これによると、各歩の重心位置に被計測者のふらつき度を確実に反映させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態の歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。図２は、図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す歩行訓練支援装置１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）２０と、圧力検出部１２とパソコン２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。接続ユニット４０は、インターフェースボックス４５及びインターフェースケーブル４６を含んでおり、その両端が圧力検出部１２及びパソコン２０の各入出力インターフェース（図示しない）に接続されている。歩行訓練支援装置１は、被計測者が圧力分布センサ１１上で所定の動作を行うことにより、被計測者の荷重状態を解析するものである。
【００２２】
圧力分布センサ１１は、被計測者がその上に立つ場合に、被計測者の両足から加えられる圧力を検知する圧力検知領域となる多数の感圧センサ１１ａが格子状に配置されたものである。圧力検出部１２は、多数の感圧センサ１１ａのそれぞれに接続されており、各感圧センサ１１ａの状態を検出する。本実施形態では、圧力分布センサ１１の厚さは、約０．１〜０．２ｍｍである。ここで、本実施形態では、各感圧センサ１１ａの状態は、それらに加えられる圧力に対応した０〜２５５のデジタル出力値によって表され、その出力値がパソコン２０に対して出力される。
【００２３】
このように、本実施形態では、被計測者がその上に立つための十分な剛性を有する検出板は必要ではなく、被計測者の両足は圧力分布センサ１１上に載せることができる。なお、圧力分布センサ１１の大きさは、計測時における圧力分布センサ１１上での被計測者の動作内容によって決定される。また、圧力分布センサ１１は、シート単体での使用も可能であるが、シートの保護の観点から、ゴムシートを緩衝用に積層してもよい。また、床上へのセッティングを容易にする目的でセンサを保持するアルミなどの金属製や樹脂製の板の上に積層してもよい。
【００２４】
パソコン２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部３０（図２参照）とを有している。ここで、制御部３０には、歩行訓練支援装置１に係る各種動作を制御する歩行訓練支援プログラムやデータなどが格納されたハードディスク、歩行訓練支援装置１の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどが含まれている。
【００２５】
制御部３０は、図２に示すように、圧力分布データ記憶部１３２と、解析部１３１と、重心位置記憶部１３８と、基準位置記憶部１３９と、中心変位長記憶部１４０と、表示制御部１４２とを有している。また、制御部３０には、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６とがそれぞれ接続されている。
【００２６】
圧力分布データ記憶部１３２は、圧力検出部１２から接続ユニット４０を介してパソコン２０に送信された圧力分布データを記憶するものである。圧力分布データ記憶部１３２には、圧力分布センサ１１に格子状に配置された多数の感圧センサ１１ａごとに、計測時間内におけるサンプル時間おきの圧力分布データが記憶されている。つまり、各サンプル時間に対応する１つの検知時刻における多数の感圧センサ１１ａの圧力分布データが、検知時刻の数だけ記憶されている。従って、この圧力分布データに基づいて、各感圧センサ１１ａで検知される圧力の時間的な変化を把握することができる。また、圧力分布センサ１１で検出される圧力分布の時間的な変化を検知することができる。
【００２７】
解析部１３１は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて、圧力分布センサ１１上で被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態を解析するものである。足踏みの動作内容について図３を参照しつつ説明する。図３は足踏みの動作内容を示した図である。なお、図中に示された足形は、圧力分布センサ１１上に配置された被計測者の足の配置位置を示している。また、図中の曲線は、被計測者の重心位置の軌跡を示している。
【００２８】
図３に示すように、足踏みは、被計測者が、圧力分布センサ１１の中央付近において、左足のみが圧力分布センサ１１上に配置される動作と、右足のみが圧力分布センサ１１上に配置される動作とを交互に行うものである。このとき、被計測者の重心位置が両足の間を往復するような軌跡を描いている。このように、足踏みにおいては、被験者の動作に被計測者の一方の足が圧力分布センサから離隔する状態が含まれている。つまり、被計測者の重心位置と足裏の接触位置とが変化することになる。
【００２９】
図２に戻って、解析部１３１は、重心算出部１３３と、比較部１３４と、変換部１３５と、基準位置算出部１３６と、中心変位長算出部１３７と、パラメータ算出部１４１とを有している。
【００３０】
重心算出部１３３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。
【００３１】
重心算出部１３３における重心位置の算出方法について、図４を参照して説明する。図４は、所定時間において多数の感圧センサ１１ａで検知される圧力分布データを示している。本実施形態の圧力分布センサ１１では、多数の感圧センサ１１ａが、Ｘ軸方向（左右方向）にｍ＋１列に配置されていると共に、Ｙ軸方向（上下方向）にｎ＋１列に配置されている。従って、多数の感圧センサ１１ａは、（ｍ＋１）×（ｎ＋１）の格子状に配置されている。
【００３２】
また、図４では、各感圧センサ１１ａで検知された圧力データが記号で示されている。例えば、Ｘ軸方向にはｕ列目であって且つＹ軸方向にはｖ列目に対応する感圧センサ１１ａによって検知される圧力データは、ａ（ｕ、ｖ）（但し、ｕは０以上ｍ以下の整数、ｖは０以上ｎ以下の整数）と表されている。
【００３３】
この場合のＸ軸方向の重心位置Ｃｆｘは、次式で算出される。
【式１】
【００３４】
【００３５】
また、Ｙ軸方向の重心位置Ｃｆｙは、次式で算出される。
【式２】
【００３６】
【００３７】
図２に戻って、重心算出部１３３は、片足重心算出部１３３ａを含んでいる。片足重心算出部１３３ａは、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の各足の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。
【００３８】
比較部１３４は、各感圧センサ１１ａで検知された出力値と、閾値１とを比較するものである。上述したように、各感圧センサ１１ａで検知された出力値は、０〜２５５のデジタル出力値によって表される。各感圧センサ１１ａから出力がある場合には、その出力値は閾値１以上になる。
【００３９】
変換部１３５は、比較部１３４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を１（第１所定値）に変換し、比較部１３４において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１よりも小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を０（第２所定値）に変換するものである。従って、変換部１３５では、各感圧センサ１１ａにおける出力値が閾値１以上になる場合には、その出力値は１に変換され、各感圧センサ１１ａにおける出力がない（０である）場合には、その出力値は０のままである。このように、本実施形態では、各感圧センサ１１ａの出力値は、０または１のいずれかに２値化変換される。
【００４０】
被計測者が圧力分布センサ１１上に両足を配置したときの出力値が２値化変換されたものの一例を図５に示す。なお、図５においては、出力値が０に変換された領域を白で、出力値が１に変換された領域を黒で示している。また、被計測者のふらつき度を計測するための基準位置をＡで、重心位置をＢで示している。さらに、後述する中心変位長をＣで示している。図５に示すように、各感圧センサ１１ａの出力値が２値化変換されることにより、被計測者の両足と圧力分布センサ１１との接触領域を正確に表すことができる。そして、接触領域の中心位置と重心位置Ｂとが一致しているときは安定度が一番高い、言い換えるとふらつき度が一番小さいといえる。つまり、接触領域の中心位置をふらつき度を計測するための基準位置Ａとし、基準位置Ａと重心位置Ｂとの距離である中心変位長Ｃを、ふらつき度を表す指標とする。
【００４１】
図２に戻って、基準位置算出部１３６は、検知時刻ごとに被計測者の基準位置を算出すると共に算出した基準位置を基準位置記憶部１３９に記憶するものである。上述したように、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置を算出し、これを基準位置とする。そして、Ｘ軸方向の基準位置Ｃｐｘは、次式で算出される。
【式３】
【００４２】
【００４３】
また、Ｙ軸方向の基準位置Ｃｐｙは、次式で算出される。
【式４】
【００４４】
【００４５】
ここで、式３及び式４においては、圧力データａ（ｕ、ｖ）としては、変換部１３５によって変換された後の出力値が用いられる。つまり、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が閾値１以上である場合には、それらの出力値は全て１として、一方、その出力値が閾値１より小さい場合には、それらの出力値は全て０として、式３及び式４によって基準位置が算出される。算出された基準位置は順次基準位置記憶部１３９に記憶される。つまり、検知時刻ごとに、被計測者の重心位置が重心位置記憶部１３８に記憶されると共に基準位置が基準位置記憶部１３９に記憶される。
【００４６】
中心変位長算出部１３７は、各検知時刻に対応して、重心算出部１３３が算出した重心位置（Ｃｆｘ、Ｃｆｙ）と、基準位置算出部１３６が算出した基準位置（Ｃｐｘ、Ｃｐｙ）との距離である中心変位長を算出すると共に算出した中心変位長を検知時刻ごとに中心変位長記憶部１４０に記憶するものである。つまり、中心変位長は、１つの計測時間内における各検知時刻に対応する数だけ算出される。上述したように、中心変位長は被計測者のふらつき度の指標となるものである（図５のＣ参照）。
【００４７】
パラメータ算出部１４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心軌跡長」及び「比歩隔外周面積」）を算出するものであり、総中心変位長算出部１４１ａと、単位総中心変位長算出部１４１ｂと、片足重心軌跡長算出部１４１ｃと、比歩隔外周面積算出部１４１ｄとを含んでいる。
【００４８】
総中心変位長算出部１４１ａは、「総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」及び「総Ｙ中心変位長」を算出するものである。「総中心変位長」は、１つの計測時間内における各検知時刻に対応するように算出された中心変位長を積算したものである。「総Ｘ中心変位長」は、「総中心変位長」におけるＸ方向成分の長さである。「総Ｙ中心変位長」は、「総中心変位長」におけるＹ方向成分の長さである。
【００４９】
単位総中心変位長算出部１４１ｂは、「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出するものである。「単位総中心変位長」は、「総中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものである。なお、単位時間は任意の時間であってよい。同様に「単位総Ｘ中心変位長」は、「総Ｘ中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものであり、「単位総Ｙ中心変位長」は、「総Ｙ中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものである。「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」同士を比較することにより、被計測者によって総中心変位長が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。
【００５０】
片足重心軌跡長算出部１４１ｃは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の各足の重心位置に基づいて「片足重心軌跡長」を算出するものである。「片足重心軌跡長」について図６を参照しつつ説明する。図６は、圧力分布センサ１１上の被計測者の一方の足の重心位置の軌跡を示した図である。図６に示すように、「片足重心軌跡長」は、計測時間内における、前記圧力分布センサ１１上の被計測者の一方の足との接触領域内における、各足の重心位置の軌跡の長さである。
【００５１】
比歩隔外周面積算出部１４１ｄは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の各足の重心位置に基づいて「比歩隔外周面積」を算出するものである。「比歩隔外周面積」について図７を参照しつつ説明する。図７は、圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置の軌跡を示した図である。図７に示すように、「比歩隔外周面積」は、圧力分布センサ１１上において、重心算出部１３３が算出した被計測者の重心位置の軌跡が描かれた領域（図中破線で囲われた領域）の面積Ｓを被計測者が足踏みするときの左右の足の距離Ｌで除したものである。左右の足の距離Ｌは、被計測者の重心位置の軌跡から算出したものを用いてもよいし、予め入力されたものを用いてもよい。
【００５２】
図２に戻って、前述したように、重心位置記憶部１３８は、重心算出部１３３に算出された重心位置、及び、片足重心算出部１３３ａに算出された各足の重心位置を検知時刻ごとに記憶するものである。また、基準位置記憶部１３９は、基準位置算出部１３６で算出された基準位置を検知時刻ごとに記憶するものである。さらに、中心変位長記憶部１４０は、中心変位長算出部１３７で算出された中心変位長を検知時刻ごとに記憶するものである。
【００５３】
表示制御部１４２は、被計測者に足踏みの動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部１４２は、被計測者に足踏み動作を指示するものである。
【００５４】
つまり、歩行訓練支援装置１の動作においては、まず、表示制御部１４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上で足踏みを行う旨をディスプレイ２に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２に表示されている指示に従って足踏みを行う。被計測者の足踏みが完了すると、解析部１３１が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部１３１による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部１４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２に表示させる。
【００５５】
表示制御部１４２がディスプレイ２に表示させる解析結果について図８を参照しつつ説明する。図８は、足踏み動作の解析結果の表示内容を示す図である。図８に示すように、表示制御部１４２は、圧力分布ウィンドウ５１及び結果表示ウィンドウ５２をディスプレイ２１に表示させる。
【００５６】
圧力分布ウィンドウ５１には、被計測者の両足から圧力分布センサ１１上に加えられる圧力分布６１が、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて表示されている。ここで、圧力分布６１は、等圧線状に表示されており、圧力値の大きさが変化するのに伴って、段階的に変化する色のスケールにしたがって表示されている。また、圧力分布ウィンドウ５１には、重心位置記憶部１３８に記憶されている重心位置データに基づいて、被計測者の重心が移動するときの軌跡６２が描かれている。従って、オペレータは、圧力分布ウィンドウ５１を見ることによって、被計測者の両足の圧力分布６１及び重心位置の軌跡６２を把握することができる。
【００５７】
また、結果表示ウィンドウ５２には、パラメータ算出部１４１で算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心軌跡長」及び「比歩隔外周面積」の数値がそれぞれ表示される。これら各パラメータを参照することにより、被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態を客観的に把握することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置１によると、被計測者が圧力分布センサ１１上を移動しない足踏みを行うため、圧力分布センサ１１を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ１１によって被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ１１を小型化することによって歩行訓練支援装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００５９】
また、総中心変位長算出部１４１ａが、各検知時刻における圧力分布データに基づいて、被計測者の重心位置、及び、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置である基準位置を算出し、算出した重心位置と基準位置とに基づいて、各検知時刻の中心変位長と、これが積算された総中心変位長とを算出する。このように、基準座標を計測時間内における検知時刻ごとに算出するため、足踏み時において被計測者の一方の足が圧力分布センサ１１から離隔することにより、重心位置と足裏の接触位置とが変化する場合でも、ふらつき度との相関関係が高い中心変位長を算出することができる。このため、中心変位長に基づいてパラメータ算出部１４１により算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」から被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００６０】
さらに、単位総中心変位長算出部１４１ｂが「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出することにより、被計測者によって計測時間が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。
【００６１】
加えて、片足重心軌跡長算出部１４１ｃが、「片足重心軌跡長」を算出することにより、足踏み時における各足の安定度を計測することができる。
【００６２】
加えて、比歩隔外周面積算出部１４１ｄが「比歩隔外周面積」を算出することにより足踏み時における被計測者の重心動揺を計測することができる。
【００６３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図９を参照しつつ説明する。図９は、第２実施形態の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態と実質的に同じ機能を有するものは同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
図２に示すように、歩行訓練支援装置２０１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、パーソナルコンピュータ２２０と、圧力検出部１２とパソコン２２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている（図１参照）。パソコン２２０は、ディスプレイ２１と、キーボード２５と、マウス２６と、制御部２３０とを有している。
【００６５】
制御部２３０は、圧力分布データ記憶部１３２と、解析部２３１と、重心位置記憶部１３８と、基準位置記憶部１３９と、中心変位長記憶部１４０と、表示制御部２４２とを有している。解析部２３１は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて、圧力分布センサ１１上で被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態を解析するものである。
【００６６】
解析部２３１は、重心算出部１３３と、比較部１３４と、変換部１３５と、基準位置算出部１３６と、中心変位長算出部１３７と、パラメータ算出部２４１とを有している。
【００６７】
パラメータ算出部２４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「跳躍時間」及び「跳躍重心軌跡長」）を算出するものであり、総中心変位長算出部１４１ａと、単位総中心変位長算出部１４１ｂと、跳躍時間算出部２４１ｃと、跳躍重心軌跡長算出部２４１ｄとを含んでいる。総中心変位長算出部１４１ａ及び単位総中心変位長算出部１４１ｂの機能は、第１実施形態と実質的に同様であるためその説明を省略する。
【００６８】
跳躍時間算出部２４１ｃは、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、「跳躍時間」を算出するものである。「跳躍時間」とは、圧力分布センサ１１上において、被計測者の荷重が消失したときから、再び被計測者の荷重が表れるまでの時間である。なお、「跳躍時間」は、計測時間内において被計測者が跳躍する毎に算出される。
【００６９】
跳躍重心軌跡長算出部２４１ｄは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の重心位置に基づいて「跳躍重心軌跡長」を算出するものである。「跳躍重心軌跡長」とは、計測時間内における、圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置の軌跡の長さである。
【００７０】
表示制御部２４２は、被計測者に跳躍の動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部２４２は、被計測者に跳躍動作を指示するものである。
【００７１】
歩行訓練支援装置２０１の動作においては、まず、表示制御部２４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上で跳躍を行う旨をディスプレイ２に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２に表示されている指示に従って跳躍を行う。被計測者の跳躍が完了すると、解析部２３１が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部２３１による各パラメータの算出が完了すると、表示制御部２４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２に表示させる。
【００７２】
表示制御部２４２がディスプレイ２に表示させる解析結果について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、跳躍動作の解析結果の表示内容を示す図である。図１０に示すように、表示制御部１４２は、圧力分布ウィンドウ２５１及び結果表示ウィンドウ２５２をディスプレイ２１に表示させる。
【００７３】
圧力分布ウィンドウ２５１には、被計測者の両足から圧力分布センサ１１上に加えられる圧力分布２６１が、圧力分布データ記憶部１３２に記憶されている圧力分布データに基づいて表示されている。ここで、圧力分布２６１は、等圧線状に表示されており、圧力値の大きさが変化するのに伴って、段階的に変化する色のスケールにしたがって表示されている。また、圧力分布ウィンドウ２５１には、重心位置記憶部１３８に記憶されている重心位置データに基づいて、被計測者の重心が移動するときの軌跡２６２が描かれている。従って、オペレータは、圧力分布ウィンドウ２５１を見ることによって、被計測者の両足の圧力分布２６１及び重心位置の軌跡２６２を把握することができる。
【００７４】
また、結果表示ウィンドウ２５２には、パラメータ算出部２４１で算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「跳躍時間」及び「跳躍重心軌跡長」の数値がそれぞれ表示される。なお、図１０においては、計測時間内に被計測者が４回跳躍したときの結果を示しており、４回分の「跳躍時間」が「跳躍時間１」〜「跳躍時間４」として表示されている。これら各パラメータを参照することにより、被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態を客観的に把握することができる。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置２０１によると、被計測者は圧力分布センサ１１上で跳躍を行えばよいため、圧力分布センサ１１を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ１１によって被計測者が跳躍を行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ１１を小型化することによって歩行訓練支援装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００７６】
また、総中心変位長算出部１４１ａが、各検知時刻における圧力分布データに基づいて、被計測者の重心位置、及び、被計測者と圧力分布センサ１１との接触領域の中心位置である基準位置を算出し、算出した重心位置と基準位置とに基づいて、各検知時刻の中心変位長と、これが積算された総中心変位長とを算出する。このように、基準座標を計測時間内における検知時刻ごとに算出するため、跳躍時において、ふらつき度との相関関係が高い中心変位長を算出することができる。このため、中心変位長に基づいてパラメータ算出部１４１により算出された「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」から被計測者のふらつき度を正確に計測することができる。
【００７７】
さらに、単位総中心変位長算出部１４１ｂが「単位総中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」及び「単位総Ｙ中心変位長」を算出することにより、被計測者によって計測時間や跳躍回数が大きく異なる場合であっても、相対的な歩行状態を把握することができる。
【００７８】
加えて、跳躍時間算出部２４１ｃが、「跳躍時間」を算出することにより、跳躍時における被計測者の脚力及びその安定度を計測することができる。
【００７９】
加えて、跳躍重心軌跡長算出部１４１ｄが「跳躍重心軌跡長」を算出することにより、跳躍時における被計測者の正確な重心動揺を計測することができる。
【００８０】
＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、第３実施形態の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。なお、第１及び第２実施形態と実質的に同じ機能を有するものは同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図１１に示すように歩行訓練支援装置３０１は、シート状の圧力分布センサ１１と、圧力分布センサ１１に接続された圧力検出部１２と、制御部３３０を有するパーソナルコンピュータ（パソコン）３２０と、圧力検出部１２とパソコン３２０とを接続する接続ユニット４０とを備えている。
【００８２】
制御部３３０は、圧力分布データ記憶部１３２と、重心位置記憶部１３８と、解析部３３１と、表示制御部３４２とを有している。そして、解析部３３１は、重心算出部３３３と、パラメータ算出部３４１とを有している。
【００８３】
重心算出部３３３は、圧力分布データ記憶部１３２に記憶された圧力分布データに基づいて、検知時刻ごとに圧力分布センサ１１上の被計測者の重心位置を算出すると共に算出した重心位置を重心位置記憶部１３８に記憶するものである。また、重心算出部３３３は、各歩重心位置算出部３３３ａを含んでいる。
【００８４】
各歩重心位置算出部３３３ａは、重心位置記憶部１３８に記憶された被計測者の各足の重心位置に基づいて「各歩重心位置」を算出するものである。「各歩重心位置」とは、被計測者が足踏みしたときの圧力分布センサ１１上における各歩の重心位置である。各歩重心位置算出部３３３ａは、各歩において、被計測者の左足のみが圧力分布センサ１１上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが圧力分布センサ１１上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を被計測者の「各歩重心位置」として算出する。
【００８５】
パラメータ算出部３４１は、計測結果となる各種パラメータ（本実施形態では、「ばらつき度」及び「中心点移動軌跡長」）を算出するものであり、ばらつき度算出部３４１ａと、中心点移動軌跡長算出部３４１ｂとを含んでいる。
【００８６】
ばらつき度算出部３４１ａは、各歩重心位置算出部３３３ａが算出した「各歩重心位置」に基づいて「ばらつき度」を算出するものである。ばらつき度算出部３４１ａについて図１２を参照しつつ説明する。図１２は、被計測者が足踏みを行ったときの被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の自然数）の「各歩重心位置」とｍ歩目の「各歩重心位置」とを示している。なお、ｍ−２歩目及びｍ歩目は共に左足での踏み込みであり、図１２に示す足形はｍ歩目の足の配置位置を示している。また、図１２中ｘ方向は被計測者の左右方向であり、ｙ方向は被計測者の前後方向である。図１２に示すように、ｍ−２歩目とｍ歩目とでは、「各歩重心位置」がｘ方向に関して距離Ｌｘ及びｙ方向に関して距離Ｌｙずれている。ばらつき度算出部３４１ａは、ｍ−２歩目の「各歩重心位置」及びｍ歩目の「各歩重心位置」に関するずれ量である距離Ｌｘ及び距離Ｌｙを、被計測者が足踏みする毎に積算することによって、左足に関する距離Ｌｘの積算値及び距離Ｌｙの積算値と、右足に関する距離Ｌｘの積算値及び距離Ｌｙの積算値との計４つの積算値を算出する。そして、これらの積算値を合計することで最終的な「ばらつき度」を算出する。
【００８７】
なお、「ばらつき度」の算出方法はこれに限られるものではない。例えば、図１３に示すように、ばらつき度算出部が圧力分布センサ１１上において被計測者のｍ−２歩目の「各歩重心位置」からｍ歩目の「各歩重心位置」までの距離Ｌを積算することによって「ばらつき度」を算出してもよい。
【００８８】
図１１に戻って、中心点移動軌跡長算出部３４１ｂは、各歩重心位置算出部３３３ａが算出した「各歩重心位置」に基づいて「中心点移動軌跡長」を算出するものである。中心点移動軌跡長算出部３４１ｂについて、図１４を参照しつつ説明する。図１４は、被計測者が足踏みを行ったときの被計測者のｎ−１歩目（ｎは正の自然数）及びｎ歩目の「各歩重心位置」を示した図である。図１４に示すように、「中心点移動軌跡長」は、ｎ−１歩目の「各歩重心位置」とｎ歩目の「各歩重心位置」との中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）の移動軌跡長である。中心点移動軌跡長算出部３４１ｂは、被計測者が左右の足を一歩づつ踏み込む度に各歩重心位置算出部３３３ａが算出した「各歩重心位置」に基づいて中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）を順に算出し、今回算出した中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）から前回算出した中心点（ｃ０、ｃ１、ｃ２、…）までの距離を積算することによって「中心点移動軌跡長」を算出する。
【００８９】
図１１に戻って、表示制御部３４２は、被計測者に足踏みの動作内容、及び、計測結果をディスプレイ２１に表示させるものである。言い換えれば、表示制御部３４２は、被計測者に足踏み動作を指示するものである。
【００９０】
歩行訓練支援装置３０１の動作においては、まず、表示制御部３４２が被計測者に対して圧力分布センサ１１上で足踏みを行う旨をディスプレイ２に表示させる。被計測者は、ディスプレイ２に表示されている指示に従って足踏みを行う。被計測者の足踏みが完了すると、解析部３３１が被計測者の荷重状態を解析して、各パラメータを算出する。解析部３３１による各パラメータの算出が完了すると、表示部３４２は、算出された各パラメータをディスプレイ２１に表示させる。
【００９１】
表示部３４２がディスプレイ２に表示させる解析結果について図１５を参照しつつ説明する。図１５は、足踏み動作の解析結果の表示内容を示す図である。図１２に示すように、表示制御部３４２は、圧力分布ウィンドウ５１及び結果表示ウィンドウ３５２をディスプレイ２１に表示させる。
【００９２】
結果表示ウィンドウ３５２には、パラメータ算出部３４１で算出された「ばらつき度」及び「中心点移動軌跡長」の数値がそれぞれ表示される。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態の歩行訓練支援装置３０１によると、被計測者が圧力分布センサ１１上を移動しない足踏みを行うため、圧力分布センサ１１を小さくすることができる。これにより、圧力分布センサ１１によって被計測者が足踏みを行ったときの荷重状態の高度な解析を行いつつ、圧力分布センサ１１を小型化することによって歩行訓練支援装置３０１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００９４】
また、各歩重心位置算出部３３３ａが、被計測者の左足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが圧力分布センサ１１上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を「各歩重心位置」として算出しているため、各歩の重心位置に被計測者のふらつき度を確実に反映させることができる。
【００９５】
さらに、位置ばらつき算出部３４１ａが、ふらつき度との関連性が高い各歩の「ばらつき度」を計測することにより、被計測者のふらつき度を把握することができる。
【００９６】
加えて、中心点移動軌跡長算出部３４１ｂが、「中心点移動軌跡長」を算出することにより、足踏みを行ったときの圧力分布センサ１１上における被計測者の位置の変化を計測することができる。これにより、被計測者のばらつき度を正確に把握することができる。
【００９７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、第１及び第２実施形態では、変換部１３５において、各感圧センサ１１ａで検知された出力値が、閾値１以上である場合には、１に変換され、閾値１より小さい場合には、０に変換されているが、閾値は１に限られない。従って、出力値がデジタル出力値である場合には、閾値は２以上の整数であってもよい。また、出力値がアナログ出力値である場合には、閾値は０より大きく１より小さい数であってもよいし、１より大きい正の数であってもよい。また、出力値が閾値以上である場合に変換される第１所定値は、１に限られないで、その他の正の数であってもよい。同様に、出力値が閾値より小さい場合に変換される第２所定値は、０に限られないで、その他の数であってもよい。
【００９８】
また、第１実施形態では、パラメータ算出部１４１が「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「片足重心軌跡長」及び「比歩隔外周面積」を算出する構成であるが、これらの少なくとも１つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
【００９９】
さらに、第２実施形態では、パラメータ算出部２４１が「総中心変位長」、「単位総中心変位長」、「総Ｘ中心変位長」、「単位総Ｘ中心変位長」、「総Ｙ中心変位長」、「単位総Ｙ中心変位長」、「跳躍時間」及び「跳躍重心軌跡長」を算出する構成であるが、これらの少なくとも１つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
【０１００】
加えて、第２実施形態では、単位総中心変位長算出部１４１ｂが、「総中心変位長」に計測時間に対する所定の単位時間の比を乗じたものを算出する構成であるが、単位総中心変位長算出部１４１ｂが、「総中心変位長」を被計測者の跳躍回数で除したものを算出する構成であってもよい。
【０１０１】
また、第３実施形態では、パラメータ算出部３４１が、本実施形態では、「ばらつき度」及び「中心点移動軌跡長」を算出する構成であるが、これらの少なくとも１つを算出する構成であってもよいし、他のパラメータを算出する構成であってもよい。
【０１０２】
上述の各実施形態においては、表示制御部１４２、２４２、３４２が、ディスプレイ２１に動作内容を表示することによって被計測者に対して計測時の動作内容を指示する指示手段として機能する構成であるが、指示手段はこのような構成に限定されるものではない。例えば、音によって動作内容を指示する構成であってもよいし、オペレータが直接被計測者に動作内容を指示する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示す外観図である。
【図２】図１の歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す歩行訓練支援装置における足踏みの動作内容を示した図である。
【図４】図１に示す感圧センサで検知される圧力分布データを示す図である。
【図５】図１に示す圧力分布センサ上に被験者が両足を配置したときの出力値が２値化変換された状態を示す図である。
【図６】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置の軌跡を示した図である。
【図７】図１に示す圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の軌跡を示した図である。
【図８】図２に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るの歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る歩行訓練支援装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すばらつき度算出部が算出する「ばらつき度」を説明するための図である。
【図１３】ばらつき度算出部の変形例について説明するための図である。
【図１４】図１１に示す中心点移動軌跡長算出部が算出する「中心点移動軌跡長」を説明するための図である。
【図１５】図１１に示す表示制御部による、計測結果の表示内容を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 歩行訓練支援装置
１１ 圧力分布センサ
１１ａ 感圧センサ（圧力検知領域）
２０ パーソナルコンピュータ
２１ ディスプレイ
３０ 制御部
１３１ 解析部（解析手段）
１３２ 圧力分布データ記憶部
１３３ 重心算出部（重心位置算出手段）
１３３ａ 片足重心算出部
１３４ 比較部（比較手段）
１３５ 変換部（第１の変換手段、第２の変換手段）
１３６ 基準位置算出部（基準位置算出手段）
１３７ 中心変位長算出部（中心変位長算出手段）
１３８ 重心位置記憶部
１３９ 基準位置記憶部
１４０ 中心変位長記憶部（中心変位長算出手段）
１４１ パラメータ算出部
１４１ａ 総中心変位長算出部
１４１ｂ 単位総中心変位長算出部
１４１ｃ 片足重心軌跡長算出部（片足重心軌跡長算出手段）
１４１ｄ 比歩隔外周面積算出部（比歩隔外周面積算出手段）
１４２ 表示制御部（指示手段）
２４１ｃ 跳躍時間算出部（跳躍時間算出手段）
２４１ｄ 跳躍重心軌跡長算出部（跳躍重心軌跡長算出手段）
３３３ａ 各歩重心位置算出部（各歩重心位置算出手段）
３４１ａ ばらつき度算出部（ばらつき度算出手段）
３４１ｂ 中心点軌跡長算出部（中心点軌跡長算出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、
前記圧力分布センサ上で足踏みするように被計測者に指示する指示手段と、
前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で足踏みしたときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする歩行訓練支援装置。
【請求項２】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置を算出する片足重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサ上の被計測者の一方の足との接触領域内における、前記片足重心位置算出手段により算出された当該一方の足の重心位置の軌跡長である片足重心軌跡長を算出する片足重心軌跡長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項３】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサ上において、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の軌跡が描かれた領域の面積を被計測者が足踏みするときの左右の足の距離で除した比歩隔外周面積を算出する比歩隔外周面積算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項４】
被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、
前記圧力分布センサ上で跳躍するように被計測者に指示する指示手段と、
前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で跳躍したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする歩行訓練支援装置。
【請求項５】
前記解析手段が、前記圧力分布センサ上において、被計測者の荷重が消失したときから、再び被計測者の荷重が表れるまでの時間である跳躍時間を算出する跳躍時間算出手段を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項６】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記重心位置算出手段が算出した重心位置の軌跡長である跳躍重心軌跡長を算出する跳躍重心軌跡長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項７】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、
被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の基準となる基準位置を算出する基準位置算出手段と、
前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、
計測時間内において、前記中心変位長離算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１又は４に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項８】
前記解析手段が
前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段と、
前記各歩重心位置算出手段に算出された各歩の重心位置に基づいて、被計測者の各足における重心位置のばらつき度を算出するばらつき度算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項９】
前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの前後方向に関する距離及び左右方向に関する距離の少なくともいずれかを積算することによってばらつき度を算出することを特徴とする請求項８に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１０】
前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの距離を積算することによって前記ばらつき度を算出することを特徴とする請求項８に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１１】
前記解析手段が
前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段、及び、
前記各歩重心位置算出手段に算出されたｎ−１歩目（ｎは正の整数）の重心位置とｎ歩目の重心位置との中心点の移動軌跡長を算出する中心点移動軌跡長算出手段を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１２】
前記各歩重心位置算出手段が、被計測者の左足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を被計測者の各歩の重心位置として算出することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１】
被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、
前記圧力分布センサ上で足踏みするように被計測者に指示する指示手段と、
前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で足踏みしたときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする歩行訓練支援装置。
【請求項２】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の一方の足の重心位置を算出する片足重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサ上の被計測者の一方の足との接触領域内における、前記片足重心位置算出手段により算出された当該一方の足の重心位置の軌跡長である片足重心軌跡長を算出する片足重心軌跡長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項３】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサ上において、前記重心位置算出手段が算出した前記重心位置の軌跡が描かれた領域の面積を被計測者が足踏みするときの左右の足の距離で除した比歩隔外周面積を算出する比歩隔外周面積算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項４】
被計測者から加えられる圧力をそれぞれ検知する複数の圧力検知領域を有する圧力分布センサと、
前記圧力分布センサ上で跳躍するように被計測者に指示する指示手段と、
前記指示手段に基づいて被計測者が前記圧力分布センサ上で跳躍したときに、前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の荷重状態を解析する解析手段とを備えていることを特徴とする歩行訓練支援装置。
【請求項５】
前記解析手段が、前記圧力分布センサ上において、被計測者の荷重が消失したときから、再び被計測者の荷重が表れるまでの時間である跳躍時間を算出する跳躍時間算出手段を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項６】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記重心位置算出手段が算出した重心位置の軌跡長である跳躍重心軌跡長を算出する跳躍重心軌跡長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項７】
前記解析手段が、
前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値と閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値以上であるという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を第１所定値に変換する第１の変換手段と、
前記比較手段によって前記圧力分布センサからの圧力分布データに含まれる前記複数の圧力検知領域のそれぞれで検知される圧力に対応した出力値が閾値より小さいという比較結果が得られた場合に、それらの出力値を前記第１所定値とは異なる第２所定値に変換する第２の変換手段と、
被計測者から前記第１の変換手段によって前記第１所定値に変換された出力値及び前記第２の変換手段によって前記第２所定値に変換された出力値に対応した圧力が前記複数の圧力検知領域に対してそれぞれ加えられた場合の被計測者の重心位置に基づいて、前記圧力分布センサ上における被計測者の重心位置の基準となる基準位置を算出する基準位置算出手段と、
前記重心位置算出手段が算出した重心位置と前記基準位置算出手段が算出した基準位置との相対距離である中心変位長をサンプリング時間ごとに算出する中心変位長算出手段と、
計測時間内において、前記中心変位長離算出手段が算出した前記中心変位長を積算した総中心変位長を算出する総中心変位長算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１又は４に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項８】
前記解析手段が
前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段と、
前記各歩重心位置算出手段に算出された各歩の重心位置に基づいて、被計測者の各足における重心位置のばらつき度を算出するばらつき度算出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項９】
前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの前後方向に関する距離及び左右方向に関する距離の少なくともいずれかを積算することによってばらつき度を算出することを特徴とする請求項８に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１０】
前記ばらつき度算出手段が、被計測者のｍ−２歩目（ｍは正の整数）の重心位置からｍ歩目の重心位置までの距離を積算することによって前記ばらつき度を算出することを特徴とする請求項８に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１１】
前記解析手段が
前記圧力分布センサ上における被計測者の各歩の重心位置を算出する各歩重心位置算出手段、及び、
前記各歩重心位置算出手段に算出されたｎ−１歩目（ｎは正の整数）の重心位置とｎ歩目の重心位置との中心点の移動軌跡長を算出する中心点移動軌跡長算出手段を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の歩行訓練支援装置。
【請求項１２】
前記各歩重心位置算出手段が、被計測者の左足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も左側に位置する被計測者の重心位置、及び、被計測者の右足のみが前記圧力分布センサ上に配置されているときの最も右側に位置する被計測者の重心位置を被計測者の各歩の重心位置として算出することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の歩行訓練支援装置。
【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】
【公開番号】特開２００６−３１２０２９（Ｐ２００６−３１２０２９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９５２１６（Ｐ２００６−９５２１６）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
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